[논문]합성수지의 보강비율에 따른 목재의 휨 보강 성능에 관한 연구

강호근

doi:10.9712/kass.2017.17.3.091

문제 정의

따라서 본 연구는 목조건축물 주요 구조 부재 중 하나인 휨 부재를 합성수지로 보강할 시 적정 보강 비율을 파악하기 위한 실험적 연구로서 기존 문헌에서의 여러 변수 중 목재의 전 단면적에 대한 합성수지의 보강단면적을 변수로 선정하고 합성수지로 보강한 원형 및 사각단면 휨 시험체를 제작하여 실험을 수행하고자 한다. 이후에 실험결과를 토대로 적정 보강비율의 범위와 보강효과를 연구하여 목조건조물 문화재의 보존처리 및 보수에 대한 근거자료를 확보하고자 한다.
본 연구는 원형 및 사각단면을 가진 목조건조물의 부식 및 손상된 휨 부재를 합성수지의 보강비율을 변수로 하여 제작한 시험체의 휨 실험을 수행 후 적절한 비율에 대해 분석하고 그에 대한 보강효과와 적용가능성을 분석하였다. 실험의 결과는 다음과 같다.
본 연구의 시험체는 목조건축물 문화재의 주요 구조 부재 중 원형 및 사각단면을 가진 휨 부재의 손상부위에 대하여 합성수지의 적정 보강비율을 알아보기 위한 시험체로서 합성수지 보강 시 목재의 일부분을 제거 후 접착강화용 수지를 사용하여 목재에 침투처리한 후 합성수지를 충전하였다. 시험체의 형상은 [Fig.
따라서 본 연구는 목조건축물 주요 구조 부재 중 하나인 휨 부재를 합성수지로 보강할 시 적정 보강 비율을 파악하기 위한 실험적 연구로서 기존 문헌에서의 여러 변수 중 목재의 전 단면적에 대한 합성수지의 보강단면적을 변수로 선정하고 합성수지로 보강한 원형 및 사각단면 휨 시험체를 제작하여 실험을 수행하고자 한다. 이후에 실험결과를 토대로 적정 보강비율의 범위와 보강효과를 연구하여 목조건조물 문화재의 보존처리 및 보수에 대한 근거자료를 확보하고자 한다.

제안 방법

2 (a)~(d)]는 사각단면에 대한 합성수지의 보강 단면적 비율에 따라 나타내었고, [Fig. 2 (e)~(h)] 또한 원형단면에 대한 합성수지의 보강단면적 비율에 따라 나타내어 목재가 손상된 정도 및 부위에 따른 합성수지의 적용가능성과 보강효과를 비교 및 분석하였다. 시험체의 적용된 변수는 [Table 4]와 같다.
가력점은 양 지지점으로부터 각각 350mm의 위치에서 2점 가력하였다. 단순보 지지조건을 만족시키기 위해 지지점과 가력지점에 핀 경계조건을 설치하였으며, 981kN 용량의 유압식 만능재료시험기(U.T.M)을 가력장치로 사용하여 변위 제어방식(Stroke control)을 선택해서 1mm/min로 가력하였다. 측정 항목은 하중, 부재의 변위 및 목재와 합성수지의 변형률 그리고 하중 증가에 따른 목재와 합성수지의 상태를 육안으로 관찰하여 전체적인 시험체의 상태를 파악하여 기록하였다.
시험체의 중앙부 하단과 가력점의 1개소에 변위측정기(LVDT)를 설치하여 목재의 특성상 지점에서 발생하는 목재의 압입(壓入)현상에 의한 변위를 측정하여 시험체의 실제 변위량을 보정하고자 하였다. 목재 및 합성수지의 변형률은 시험체 중앙부의 목재 및 합성수지 부분에 3개소의 스트레인 게이지를 부착하여 측정하였으며, 측정된 변형률 값의 변화율을 가지고 중립축의 위치 변화를 확인하며, 부재의 항복여부를 평가하고자 하였다. 실험에서의 변위 측정기의 변위와 목재 및 합성수지의 변형률은 데이터 자료 습득기(TDS-602)를 통하여 습득하였다.
스팬의 중앙부에 목재와 합성수지에 부착된 스트레인 게이지를 통해서 얻은 변형률을 통해 하중 증가에 따른 중립축의 변화 및 목재와 보강재인 합성수지의 합성거동 효과를 분석하였다.
측정 항목은 하중, 부재의 변위 및 목재와 합성수지의 변형률 그리고 하중 증가에 따른 목재와 합성수지의 상태를 육안으로 관찰하여 전체적인 시험체의 상태를 파악하여 기록하였다. 시험체의 중앙부 하단과 가력점의 1개소에 변위측정기(LVDT)를 설치하여 목재의 특성상 지점에서 발생하는 목재의 압입(壓入)현상에 의한 변위를 측정하여 시험체의 실제 변위량을 보정하고자 하였다. 목재 및 합성수지의 변형률은 시험체 중앙부의 목재 및 합성수지 부분에 3개소의 스트레인 게이지를 부착하여 측정하였으며, 측정된 변형률 값의 변화율을 가지고 중립축의 위치 변화를 확인하며, 부재의 항복여부를 평가하고자 하였다.
목재 및 합성수지의 변형률은 시험체 중앙부의 목재 및 합성수지 부분에 3개소의 스트레인 게이지를 부착하여 측정하였으며, 측정된 변형률 값의 변화율을 가지고 중립축의 위치 변화를 확인하며, 부재의 항복여부를 평가하고자 하였다. 실험에서의 변위 측정기의 변위와 목재 및 합성수지의 변형률은 데이터 자료 습득기(TDS-602)를 통하여 습득하였다.
M)을 가력장치로 사용하여 변위 제어방식(Stroke control)을 선택해서 1mm/min로 가력하였다. 측정 항목은 하중, 부재의 변위 및 목재와 합성수지의 변형률 그리고 하중 증가에 따른 목재와 합성수지의 상태를 육안으로 관찰하여 전체적인 시험체의 상태를 파악하여 기록하였다. 시험체의 중앙부 하단과 가력점의 1개소에 변위측정기(LVDT)를 설치하여 목재의 특성상 지점에서 발생하는 목재의 압입(壓入)현상에 의한 변위를 측정하여 시험체의 실제 변위량을 보정하고자 하였다.

대상 데이터

보강에 사용된 합성수지는 국내 A사의 제품으로서 일반적인 목재의 보수 및 보강에 사용되고 있으며 시험체 제작에 사용된 목재는 구조재로 적합한 함수율 10% 내외의 국내산 적송을 사용하였다. 시험체 실험에 사용된 목재와 합성수지의 재료적 특성은 [Table 1~3]과 같다.
본 연구의 실험변수는 목재 전 단면적에 대한 합성수지의 보강비율로 하였으며, 시험체는 원형 및 사각단면 시험체로서 총 10개를 제작하여 실험하였다.[Fig.

성능/효과

1) 전체적으로 하중에 대한 파괴양상과 휨 변위를 고려할 경우에 휨 부재에서 합성수지 보강비율은 목재 전 단면적에 대한 합성수지의 단면 보강비율을 25% 이하로 보강하는 것이 경제성 및 효율성에서 충분한 효과가 있는 것으로 사료된다.
2) 원형단면 휨 부재는 목재 전 단면적에 대한 합성수지의 단면 보강비율이 높을수록 연성능력은 뛰어난 것으로 나타났으며, 사각단면 휨 부재 역시 목재 전 단면적에 대한 합성수지의 보강비율이 40% 미만일 경우에는 보강비율이 높을수록 연성능력이 뛰어난 것으로 나타났다. 즉, 합성수지로 보강한 휨 부재의 연성은 원부재보다 대부분이 우수한 것으로 나타났으므로 단면 보강비율이 최대강도에 미치는 범위 내에서 적절하게 이용할 경우에 부재의 연성 파괴를 유도할 수 있을 것으로 사료된다.
3) 원형단면 휨 부재는 단면 보강비율을 30% 이하로 보강할 경우에 원부재의 초기강성, 소성역강성과 비슷한 강성을 발휘하는 것으로 나타났으며, 사각단면 휨 부재 역시 보강비율을 30% 이하로 보강할 경우 원부재의 초기상성, 소성역상성과 비슷한 강성을 발휘하는 것으로 나타났다.
4) 중립축 변화로 볼 때 전체적으로 모든 원형단면 및 사각단면 시험체는 합성수지가 보강된 경우에 선형거동을 하는 것으로 나타났으며, 이는 휨 부재의 목재부분과 보강재인 합성수지가 하중에 대하여 충분히 합성거동을 하는 것으로 판단된다.
이러한 현상은 초기 하중 가력 시 가력지점과 지지점에서 발생하는 압입현상에 의한 압흔이 발생하는 목재의 일반적인 재료적 특성에 의한 것으로 판단된다⁶⁾. CB-A1, CB-S 및 CB-A2 시험체의 최대강도는 원부재보다 31.0%, 32.3%, 39.2% 증가하는 것으로 나타났으며, 보강비율이 40%인 CB-A3 시험체는 28.1% 감소하는 것으로 나타났다.
[Fig. 4]의 하중-변위 곡선을 보면, RB 계열 시험체의 경우에는 목재 전 단면적에 대한 합성수지 보강비율이 8.33%, 16.67%인 RB-A1 및 RB-S 시험체의 최대강도는 원부재의 최대강도보다 각각 44.3%,13.8% 증가하였으나, 보강비율이 25%, 33.33%인 RB-A2 및 RB-A3 시험체는 각각 2.3%, 30.7% 감소하는 것으로 나타났다.
[Fig. 7]에서 원형단면 휨 부재는 목재 전 단면적에 대한 합성수지의 단면 보강비율이 높을수록 원부재(무보강)의 연성능력보다 뛰어난 것으로 나타났으며, 사각단면 휨 부재는 목재 전 단면적에 대한 합성수지의 보강비율이 40% 미만일 경우에는 보강 비율이 높을수록 원부재(무보강)보다 연성능력이 뛰어난 것으로 나타났다.
[Fig. 8]에서 보는 바와 같이, RB 계열 시험체의 초기강성은 RB-A1 시험체가 원부재보다 6% 향상되는 것으로 나타났으며 RB-A1 시험체를 제외한 모든 시험체는 저하되는 것으로 나타났다. 소성역강성은 RB-A3 시험체는 원부재보다 16% 향상되는 것으로 나타났으며, RB-A3 시험체를 제외한 모든 시험체가 저하되는 것으로 나타났다.
[Fig. 9]에서 보는 바와 같이, CB 계열 시험체의 초기강성은 원부재보다 CB-S 시험체는 15% 향상되었으나, CB-A1, CB-A2 및 CB-A3 시험체는 각각 9%, 14%, 39% 저하되는 것으로 나타났다. 소성역강성의 경우 CB-S, CB-A1, CB-A2 및 CB-A3 시험체는 원부재보다 각각 23%, 74%, 30%, 73% 저하되는 것으로 나타나 소성역강성은 모든 시험체가 저하되었다.
본 연구를 통해서 손상된 목조구조물의 원형 및 사각단면 휨 부재를 합성수지의 적정 보강비율을 사용하여 보강 시 충분한 보강효과와 이용가능성을 확인할 수 있었다. 앞으로 더 정확한 규준과 방법을 찾기 위한 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
원형단면 휨 부재는 목재 전 단면적에 대한 합성수지의 단면 보강비율이 30%를 초과하면 원부재의 최대강도보다 낮아지면서 보강효과가 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 사각단면 휨 부재는 목재 전단면적에 대한 합성수지의 단면 보강비율이 25%를 초과하면 원부재의 최대강도보다 낮아지는 것으로 나타났다.
8]에서 보는 바와 같이, RB 계열 시험체의 초기강성은 RB-A1 시험체가 원부재보다 6% 향상되는 것으로 나타났으며 RB-A1 시험체를 제외한 모든 시험체는 저하되는 것으로 나타났다. 소성역강성은 RB-A3 시험체는 원부재보다 16% 향상되는 것으로 나타났으며, RB-A3 시험체를 제외한 모든 시험체가 저하되는 것으로 나타났다.
9]에서 보는 바와 같이, CB 계열 시험체의 초기강성은 원부재보다 CB-S 시험체는 15% 향상되었으나, CB-A1, CB-A2 및 CB-A3 시험체는 각각 9%, 14%, 39% 저하되는 것으로 나타났다. 소성역강성의 경우 CB-S, CB-A1, CB-A2 및 CB-A3 시험체는 원부재보다 각각 23%, 74%, 30%, 73% 저하되는 것으로 나타나 소성역강성은 모든 시험체가 저하되었다.
원형단면 휨 부재는 목재 전 단면적에 대한 합성수지의 단면 보강비율이 30%를 초과하면 원부재의 최대강도보다 낮아지면서 보강효과가 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 사각단면 휨 부재는 목재 전단면적에 대한 합성수지의 단면 보강비율이 25%를 초과하면 원부재의 최대강도보다 낮아지는 것으로 나타났다.
2) 원형단면 휨 부재는 목재 전 단면적에 대한 합성수지의 단면 보강비율이 높을수록 연성능력은 뛰어난 것으로 나타났으며, 사각단면 휨 부재 역시 목재 전 단면적에 대한 합성수지의 보강비율이 40% 미만일 경우에는 보강비율이 높을수록 연성능력이 뛰어난 것으로 나타났다. 즉, 합성수지로 보강한 휨 부재의 연성은 원부재보다 대부분이 우수한 것으로 나타났으므로 단면 보강비율이 최대강도에 미치는 범위 내에서 적절하게 이용할 경우에 부재의 연성 파괴를 유도할 수 있을 것으로 사료된다.

후속연구

본 연구를 통해서 손상된 목조구조물의 원형 및 사각단면 휨 부재를 합성수지의 적정 보강비율을 사용하여 보강 시 충분한 보강효과와 이용가능성을 확인할 수 있었다. 앞으로 더 정확한 규준과 방법을 찾기 위한 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라의 건축물 문화재는 주재료로 무엇을 사용하였는가?	우리나라의 건축물 문화재는 대부분이 자연재료인 목재가 주재료로 사용되었다. 문화재 보존에 있어서 목재의 특성상 단순한 유지․ 관리만으로 거의 불가능하다고 할 수 있다.
	합성수지를 이용한 보수․ 보강방법이 대두되고 있는 이유는 무엇인가?	문화재 보존에 있어서 목재의 특성상 단순한 유지․ 관리만으로 거의 불가능하다고 할 수 있다. 전통목조건축물에 대해 보수 및 보강 등의 대책을 수립하여 보수 및 복원공사를 시행하지만, 정확한 구조적 특성 및 거동, 구조 내력에 대한 평가가 미흡한 상태에서 재료 및 미관적인 측면을 고려하여 손상된 부재를 신부재로 교체하거나 완전 해체복원을 시행함으로써 구조적인 문제점이 심화되고 있고, 또한 각각의 부재 자체도 문화재적 가치를 가지고 있어 임의적으로 각 부재를 교체할 수 없다.
	전통목조건축물 보수 및 보강공사 시행에 있어 나타나는 문제점은 무엇인가?	문화재 보존에 있어서 목재의 특성상 단순한 유지․ 관리만으로 거의 불가능하다고 할 수 있다. 전통목조건축물에 대해 보수 및 보강 등의 대책을 수립하여 보수 및 복원공사를 시행하지만, 정확한 구조적 특성 및 거동, 구조 내력에 대한 평가가 미흡한 상태에서 재료 및 미관적인 측면을 고려하여 손상된 부재를 신부재로 교체하거나 완전 해체복원을 시행함으로써 구조적인 문제점이 심화되고 있고, 또한 각각의 부재 자체도 문화재적 가치를 가지고 있어 임의적으로 각 부재를 교체할 수 없다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

합성수지의 보강비율에 따른 목재의 휨 보강 성능에 관한 연구
A Study on the Flexural Capacity of Wooden Member According to the Reinforcement Ratio of Synthetic Resin 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

합성수지의 보강비율에 따른 목재의 휨 보강 성능에 관한 연구 A Study on the Flexural Capacity of Wooden Member According to the Reinforcement Ratio of Synthetic Resin 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

강호근 (3)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

합성수지의 보강비율에 따른 목재의 휨 보강 성능에 관한 연구
A Study on the Flexural Capacity of Wooden Member According to the Reinforcement Ratio of Synthetic Resin 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper