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비보강 조적식 구조의 형상에 따른 내진성능 평가 해석
Effect of Physical Shape on Seismic Performance of URM Structures 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.20 no.5, 2016년, pp.277 - 283  

박주남 (원광대학교 토목환경공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Unreinforced masonry (URM) buildings are known to be highly vulnerable to seismic loadings. Although significant physical variation may exist for URM buildings that fall into a same structural category, a single set of fragility curves is typically used as a representation of the seismic vulnerabili...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 비보강 조적조 구조물의 지진 거동을 예측하기 위해서는 벽돌 하나하나를 솔리드 요소로 모델링을 한 뒤 비선형 인터페이스 요소를 이용해 모르타르의 거동을 모사하는 정밀 모델링을 하는 것이 그 정확도를 높이는 방법이 되겠으나 이 경우 해석을 위한 많은 리소스를 필요로 하기 때문에 비선형 시간이력해석을 반복적으로 여러 번 수행해야 하는 시뮬레이션 해석이 반드시 필요한 위험도 평가에 적용 하기에는 어려움이 있다. 본 연구에서는 반복 해석의 효율성을 높이기 위해 개발한 2D 복합 스프링 모델[7]을 적용하였으며 본 모델에 대한 간단한 소개를 하고자 한다.
  • 본 연구에서는 저층 비보강 조적구조물의 크기와 형상의 변화에 따른 구조물의 지진취약도의 변화를 조사하였다. 중미 지역에 분포된 저층 비보강 조적식 빌딩에 대해 구조물의 크기와 형상과 관련된 변수의 값을 바꾸어 가며 지진취약도 해석을 수행한 후 비보강 조적식 구조의 크기와 형상에 따른 지진응답의 경향을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
  • 이와 같은 부분을 고려하여 해당 구조물의 형상에 따른 내진성능의 경향을 분석한다면 추후 취약도의 개선 시 유용한 자료로 이용될 수 있을 것이다. 본 연구에서는 중층 비보강 조적식 구조물의 크기와 형상의 변화에 따른 지진 응답 및 손상의 변화를 조사하였다. 중미 지역에 분포된 비보강 조적식 빌딩의 형상 분포 자료를 분석해 형상 표현 변수를 정의한 후 2차원 복합 스프링 모델을 이용하여 비보강 조적식 구조물을 모델링 하였다.
  • 위에서 언급한 바와 같이 기존에 수행되었던 비보강 조적식 빌딩에 대한 취약도 해석은 이러한 형상의 변동에 대한 깊은 고려없이 행해졌다. 하지만 그 전에 이러한 형상의 변화가 실제 구조물의 내진성능에 얼마만큼의 영향을 주는지 정성적인 평가가 필요하다는 가정이 본 연구의 수행 동기가 되었으며 실제 형상의 변화에 따른 지진 거동 및 손상 해석을 수행함으로써 이러한 가정의 유효성을 고찰하고자 한다.

가설 설정

  • 면 외 벽체의 경우 역시 이전 연구[5]를 참조해 면 내 벽체와의 접합부의 강성은 없다고 보수적으로 가정하였으며 이에 따라 보이론에 의해 면 외 벽체의 횡방향 휨강성 값을 계산하였는데, 그 결과 기본 구성에 대해서는 휨강성을 2.36×104 kN/m와 으로 적용했으며 타 모델에 대해서도 크기에 따른 보정을 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대형지진은 어떤 손실을 야기하는가? 인구 밀집지역에 발생하는 대형지진은 심각한 경제적, 사회적 손실을 야기한다. 특히 Fig.
벽체의 천공률이 비보강 조적식 빌딩의 내진성능에 끼치는 영향은? 비보강 조적식 빌딩의 내진성능에 영향을 줄 수 있는 또 하나의 형상 관련 변수는 벽체의 천공률(perforation ratio)일 것이다. 즉, 문과 창문 등의 천공 면적이 클수록 벽체의 횡강성은 줄어들 것이며 이는 빌딩의 내진성능에 영향을 줄 것이다. 실제 Fig.
비보강 조적식 건물의 단점은? 특히 Fig. 1과 같은 비보강 조적식(Unreinforced Masonry, URM) 건물의 경우 주거용 구조물로 많이 쓰여 왔지만 횡강성 및 연성의 부족으로 인해 지진하중에 매우 취약한 것으로 알려져 있어 도심 지역에 발생하는 대형 지진에 의해 많은 인명 손실을 일으키는 주요 원인 중의 하나로 여겨지고 있다.
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참고문헌 (11)

  1. NIBS - National Institute of Building Science. HAZUS-MH MR3 Multi-Hazard Loss Estimation Methodology: Earthquake Model, Technical Manual, Washington DC; c2003. 

  2. Park J, Towashiraporn P. Rapid seismic damage assessment of railway bridges using the response-surface statistical model. Structural Safety. 2014;47(2):1-12. 

  3. Seo J, Linzell DG. Use of response surface metamodels to generate systems level fragilities for existing curved steel bridges. Engineering Structures. 2013;52:642-653. 

  4. French S, Olshansky R. Inventory of Essential Facilities in Mid-America. Mid-America Earthquake Center Project SE-1 Final Report. c2000. 

  5. Park J, Towashiraporn P, Craig JI, Goodno BJ. Seismic fragility analysis of low-rise unreinforced masonry structures. Engineering Structures. 2009;31(1):125-137. 

  6. ASCE, FEMA 356. Prestandard and commentary for the seismic rehabilitation of buildings. Publication No. 356. Federal Emergency Management Agency, Washington DC; c2000. 

  7. Craig JI, Goodno BJ, Towashiraporn P, Park J. Response modification applications for essential facilities, Mid-America Earthquake Center Project ST-4 Final Report, 2002. 

  8. Federal Emergency Management Agency - FEMA. Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings, Report 356. Washington, DC; c2000. 

  9. ABAQUS. ABAQUS documentation, Dassault Systemes, Provindence, RI. USA; c2011. 

  10. Wen YK, Wu CL. Uniform hazard ground motions for Mid-America cities. Earthquake Spectra. 2001; 17(2): 359-384. 

  11. Prakash V, Powell GH, Campbell S. DRAIN-2DX base program description and user guide. Ver. 1.10. Department of Civil Engineering, University of California, Berkeley, CA; c1993. 

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