[논문]정적실험을 통한 조적채움벽체가 비내진상세 RC 골조의 내진성능에 미치는 영향 평가

김경민; 천주현; 백은림; 오상훈; 황철성

doi:10.11112/jksmi.2017.21.3.114

정적실험을 통한 조적채움벽체가 비내진상세 RC 골조의 내진성능에 미치는 영향 평가
An Experimental Study on the Influence of Masonry InFilled Walls on the Seismic Performance of Reinforced Concrete Frames with Non-seismic Details 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.21 no.3, 2017년, pp.114 - 120

김경민 ((재)한국건설생활환경시험연구원) , 천주현 ((재)한국건설생활환경시험연구원) , 백은림 (부산대학교 지진방재연구센터) , 오상훈 (부산대학교 건설융합학부) , 황철성 (가천대학교 토목환경공학과)

초록
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본 논문에서는 국내 비내진상세 조적채움벽 RC 골조의 내진성능을 파악하기 위하여 실규모 크기의 비내진상세 조적채움벽 RC 골조를 대상으로 정적실험을 실시하였으며, 기존 비내진상세 RC 골조 의 정적 실험결과와의 비교 분석을 통하여 조적채움벽체가 RC 골조의 내진성능에 미치는 영향에 대하여 평가하였다. 실험 결과. 조적채움벽 RC 골조 실험체는 조적채움벽체에 의한 압축력으로 기둥, 보, 접합부 등 골조 전체에 균열 등의 손상이 발생하였으며, 접합부 전단균열이 벌어지고 철근이 노출되면서 취성 파괴되었다. 한편, 조적체움벽 RC 골조 실험체의 수평하중과 층간변형각 관계는 벽체 슬라이딩 균열, 기둥 균열 등으로 강성이 저하되었으며, 철근 항복이후 최대 내력에 도달하고 접합부 균열의 확대, 철근 노출 등으로 내력이 최대 내력의 40% 정도로 저하되었다. 조적채움벽체로 인하여 기둥 상 하단 및 접합부에만 집중되던 손상이 기둥, 보, 접합부 등 골조 전체에 분산되어 발생하였으며, 기둥의 전단균열이 아닌 접합부의 전단균열의 확대로 최종 파괴되었다. 또한, 조적채움벽체로 인하여 RC 골조의 강성은 12.42배, 내력은 3.63배 증가한 반면에, 강성 증가에 따라 최대 내력 시의 층간변형각은 0.18배, 파괴시의 변형은 절반 이하로 감소하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the effect of the masonry infill walls on the seismic performance of the reinforced concrete(RC) frames with non-seismic details was evaluated through the static test of an masonry infilled RC frame sub-assemblage with non-seismic details of real size, and comparison with the test results of the RC frame sub-assemblage with non-seismic details. As the test results, lots of cracks occurred on the surface of the entire frame due to the compression of the masonry infilled wall, and the beam-column joint finally collapsed with the expansion of the shear crack and buckling(exposure) of the reinforcement. On the other hand, the stiffness of the shear force-story drift relationship decreased due to the wall sliding crack and column flexural cracks, and the strength finally decreased by around 60% of the maximum strength. The damage that concentrated on the upper and lower parts of columns was dispersed in the entire frame such as columns, a beam, and beam-column joints due to the wall, and the specimen was finally collapsed by expansion of the shear crack of the joint, not the shear crack of the column. Also, the stiffness of RC frame increased by 12.42 times and the yield strength by 3.63 times, while the story drift at maximum strength decreased by 0.18 times.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 조적채움벽체가 비내진상세를 가지는 RC 골조의 내진성능에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 이를 위하여 실규모 크기의 비내진상세 조적채움벽 RC 골조를 이용한 정적실험을 실시하고, 그 결과를 기존 비내진상세 RC 골조의 정적실험 결과(Kim et al.

제안 방법

본 논문에서는 조적채움벽체가 비내진상세를 가지는 RC 골조의 내진성능에 미치는 영향을 평가하기 위하여, 먼저 실규모 크기의 비내진상세 조적채움벽 RC 골조를 대상으로 정적실험을 실시하여 비내진상세 조적채움벽 RC 골조의 내진 성능을 평가하였으며, 다음으로 기존 비내진상세 RC 골조의 정적실험 결과와의 비교를 통하여 조적채움벽체가 비내진상세 RC 골조에 미치는 영향에 대하여 평가하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.

대상 데이터

실험체 제작에는 설계기준강도 21 MPa의 콘크리트와 SD400 철근을 사용하였으며, 각각의 재료시험 결과는 Table 2 및 Table 3과 같다.
실험체는 내진설계가 실시되지 않은 5층 이하의 기존 저층 철근콘크리트 건축물을 대상으로 Fig. 1과 같이 강보-약기둥의 기둥항복형 1층 1경간 골조에 콘크리트 벽돌 1B 쌓기로 조적채움벽을 구성한 것이다.

데이터처리

이에 본 연구에서는 조적채움벽체가 비내진상세를 가지는 RC 골조의 내진성능에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 이를 위하여 실규모 크기의 비내진상세 조적채움벽 RC 골조를 이용한 정적실험을 실시하고, 그 결과를 기존 비내진상세 RC 골조의 정적실험 결과(Kim et al., 2013)와 비교하였다.

이론/모형

Table 4는 실험체의 전단내력 계산값을 나타낸다. 여기서, RC 프레임의 전단내력은 참고문헌(Kurosawa et al, 2006)에 따라 다음 식 (1) 및 (2)에 의하여 계산하였으며, 조적채움벽체의 전단내력은 참고문헌(FEMA 306, 1999)의 조적채움벽 파괴모드에 의거하여 계산하였다.

성능/효과

1) 조적채움벽 RC 골조 실험체에는 가력 초기부터 기둥 및보, 접합부에 균열이 발생하였으며, 목표 층간변형각 1.5%에 의한 두 번째 가력 시 좌측 기둥 상부에서 접합 부까지 이어진 전단균열의 폭이 크게 벌어지면서 콘크리트가 탈락하고 철근이 노출되면서 실험체의 내력이 최대 내력의 약 40%로 저하되면서 실험체가 취성 파괴되었다. 한편, 조적채움벽체는 가력 시 RC 골조와의 상호작용으로 하부 슬라이딩 균열을 중심으로 강체 회전을 하였으며, 실험 종료 시까지 하부 슬라이딩 균열, 상부 벽돌 일부 압괴 및 탈락 등을 제외하고 큰 손상이 발생하지 않았다.
2) 조적채움벽 RC 골조 실험체의 수평하중과 층간변형각 과의 관계는 조적채움벽체 하부에 슬라이딩 균열이 발생하면서 강성이 저하되기 시작하였으며, 기둥 전체 휨균열 분산으로 강성이 크게 저하되어 최대 내력에 도달한 후에 접합부 균열 확대 및 철근 노출, 조적채움벽체 상부 일부 벽돌 탈락 등으로 최대 내력의 40% 정도로 내력이 저하되었다.
3) 실험종료 시까지 조적채움벽 RC 골조 실험체의 기둥 주근은 항복하였으나, 기둥 보강근 및 보 주근은 항복하지 않았다.
4) 조적채움벽체로 인하여 RC 골조에는 균열 등의 손상이 기둥, 보 등에 보다 광범위하게 분산되어 발생하였으며, 최종적으로 접합부에서 전단 파괴되었다.
5) 조적채움벽체로 인하여 RC 골조의 강성은 12.42배, 내력은 3.63배 증가한 반면에, 최대 내력 시의 층간변형각은 0.18배로 감소하였으며, 파괴 시까지의 변형능력은 절반 이하로 감소하였다.
6) 동일 가력 스텝에서 조적채움벽 RC 골조 실험체의 누적 흡수에너지는 RC 골조 실험체의 누적흡수에너지보다 큰 것으로 나타났으나, 최종 누적흡수에너지는 조적채 움벽 RC 골조 실험체가 RC 골조 실험체보다 작을 것으로 나타났다.
조적채움벽체로 인하여 가력 초기단계부터 기둥, 보, 조적채움벽체와 골조 사이 및 슬래브와 보 사이에 발생한 균열로 동일 가력 스텝에서의 누적흡수에너지는 조적채움벽 RC 골조 실험체가 RC 골조 실험체보다 더 큰 것으로 나타났다. 반면, 실험종료 시까지 흡수한 에너지는 조적채움벽 RC 골조 실험체 보다 가력 횟수가 더 많은 RC 골조 실험체가 더큰 것으로 나타났다. RC 골조 실험체의 경우, 15 스텝까지의 누적흡수에너지는 조적채움벽 RC 골조 실험체가 실험종료 시까지 흡수한 누적 에너지와 비슷한 수준인 것으로 나타났으나, 최종 스텝 가력 시, 기둥 상부의 균열이 급격하게 벌어 지고 내력이 절반이하로 떨어지면서 취성파괴되었으며, 이로 인하여 실험체가 흡수한 에너지가 급격히 증가한 것으로 판단된다.
Table 5는 조적채움벽 유무에 따른 역학적 특성을 비교한 것이다. 조적채움벽으로 인하여 RC 골조의 초기강성은 12.42배, 주근 항복 시 내력 및 최대 내력은 각각 3.6배, 3.63배 증가 하였다. 반면에, 조적채움벽체로 인하여 실험체 전체의 초기 강성이 크게 증가하면서 주근 항복 시 및 최대 내력 시의 층간 변형각이 RC 골조의 0.
조적채움벽체로 인하여 RC 골조의 강성, 내력은 증가한 반면에, 변형능력은 절반 이하로 감소하였다.
12는 조적채움벽 유무에 따른 누적 흡수에네지를 비교한 것이다. 조적채움벽체로 인하여 가력 초기단계부터 기둥, 보, 조적채움벽체와 골조 사이 및 슬래브와 보 사이에 발생한 균열로 동일 가력 스텝에서의 누적흡수에너지는 조적채움벽 RC 골조 실험체가 RC 골조 실험체보다 더 큰 것으로 나타났다. 반면, 실험종료 시까지 흡수한 에너지는 조적채움벽 RC 골조 실험체 보다 가력 횟수가 더 많은 RC 골조 실험체가 더큰 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	중 · 저층 조적조 및 노후 철근콘크리트조 건축물에 피해가 집중한 지진은 무엇인가?	0) 등 전 세계적으로 대규모 지진 발생 빈도가 증가하고 있는 추세이며, 이로 인한 인명 및 경제적 피해 규모도 증가하고 있는 실정이다. 특히, 중국 쓰촨성 지진, 이탈리아 라퀼라 지진(2009, 규모 6.3)의 경우, 지진으로 중 · 저층 조적조 및 노후 철근콘크리트조 건축물에 피해가 집중하여 발생하였다(NEMA, 2009, NDMI, 2008). 또한, 뉴질랜드 크라이 스트처치 지진(2011, 규모 6.
	본 논문에서 수행한, 국내 비내진상세 조적채움벽 RC 골조의 내진성능을 알아본 실험의 결과는 어떠한가?	실험 결과. 조적채움벽 RC 골조 실험체는 조적채움벽체에 의한 압축력으로 기둥, 보, 접합부 등 골조 전체에 균열 등의 손상이 발생하였으며, 접합부 전단균열이 벌어지고 철근이 노출되면서 취성 파괴되었다. 한편, 조적체움벽 RC 골조 실험체의 수평하중과 층간변형각 관계는 벽체 슬라이딩 균열, 기둥 균열 등으로 강성이 저하되었으며, 철근 항복이후 최대 내력에 도달하고 접합부 균열의 확대, 철근 노출 등으로 내력이 최대 내력의 40% 정도로 저하되었다. 조적채움벽체로 인하여 기둥 상 하단 및 접합부에만 집중되던 손상이 기둥, 보, 접합부 등 골조 전체에 분산되어 발생하였으며, 기둥의 전단균열이 아닌 접합부의 전단균열의 확대로 최종 파괴되었다. 또한, 조적채움벽체로 인하여 RC 골조의 강성은 12.42배, 내력은 3.63배 증가한 반면에, 강성 증가에 따라 최대 내력 시의 층간변형각은 0.18배, 파괴시의 변형은 절반 이하로 감소하였다.
	국내 지진의 현황은 어떠한가?	국내에서도 2000년 이후 매년 40회 이상의 지진이 발생하고 있으며, 지난 2016년 9월에는 1978년 한반도에서 지진 관 측을 시작한 이래 최대 규모인 규모 5.8의 경주 지진이 발생하 였으며, 이후에도 578회 여진(규모 4.0 ~ 5.0 : 1회, 규모 3.0 ~ 4.0 : 20회, 규모 1.5 ~ 3.0 : 557회, 2017. 2. 3 기준)이 지속적으로 발생하고 있다. 이와 같이 최근 국내 지진발생 빈도 및 대규모 지진발생 가능성이 증가하고 있는 실정이며, 이에 따라 지진발생시 전체 건축물의 97 %를 차지하는 비내진상세 5층 이하 건축물(2010년 기준, NEMA, 2011)의 피해로 대규모 인명및 경제적 피해 발생이 예상된다.

참고문헌 (12)

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Kim, T. and Min, C. (2013) Analytical Study of the Effect of Full and Partial Masonry Infills on the Seismic Performance of School Buildings, EESK J Earthquake Eng, 17(5), 197-207.
Kurosawa, T., Morimoto, T., Ichikawa, M., and Nakaoka, A. (2006), Investigation on the Suitability of Various Equations for Calculating Strength Using an Experimental Database for Reinforced Concrete Beams and Columns made Using Ultra-high Strength Materials, Concrete Journal, 44(2), 14-22 (in Japanese)

상세보기
Lee, J. (2004) Seismic Capacity and Seismic Retrofitting of Low Rise Buildings, Doctoral Thesis, 346.
Lee, J., Cha, S., Kang, D., Oh, S., Lee, Y., Yi, W. and Kim, S. (2004), An Experimental Study on Seismic Capacity Evaluation of Brick Infilled RC frame, Proceedings of the Architectural Institute of Korea conference, 24(1), 39-42.
NDMI (2008), Wenchuan Great Earthquake in China on 12 May, 90.
NEMA (2009), L'Aquila Earthquake in Italy on April 6, 149.
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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