[논문]보강기법에 따른 개구부가 있는 전단벽의 보강효과 규명

최현기; 이진아; 최윤철; 최창식

보강기법에 따른 개구부가 있는 전단벽의 보강효과 규명
Retrofit Performance of Artificially Perforated Shearwall by Retrofit Method 원문보기

한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권 1호, 2008 Apr. 24, 2008년, pp.29 - 32

최현기 (한양대 건축환경공학과) , 이진아 (한양대 건축환경공학과) , 최윤철 (청운대 건축설비학과) , 최창식 (한양대 건축공학부)

초록
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리모델링은 친환경적 접근 방법으로써 현재 수요가 증가하고 있는 추세이다. 리모델링 사업시 구조 부재를 동반한다. 그러므로 리모델링시에 구조적인 안정성을 확보하기 위해서는 적절한 보강 방법이 요구된다. 이 연구의 목적은 전단벽에 개구부가 발생하였을 경우 Passive 보강 방식과 Active 보강 방식을 이용하였을 때의 거동 특성을 파악하는 것이다. Passive 보강 방식은 CFS나 강판 등을 부착하여 손상 부재를 보강하는 방식이고, Active 보강 방식은 프리스트레싱을 이용한 균열 제어를 통해 보강력을 도입하는 방식이다. 실험 결과 각 실험체들은 전단 파괴 형태를 보여주었고 두 가지의 다른 보강 방식은 강도나 연성에 있어서 다른 결과를 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The renewal of existing buildings rather than new construction has increased due to it's cost effective characteristics. Remodeling is also an environmentally-friendly approach that reduces the amount of waste in construction site. Remodeling can sometimes include partial destruction of the structural members of a building. In addition it is important that the buildings under going remodeling retrofitted to make themselves stable and meet up with the future demands for better structural performance. The objective of this paper is to present the test results and structural behavior of RC walls that are perforated and to introduce effective retrofitting methods by evaluating efficacy of passive retrofit and active retrofit. Passive retrofit and Active retrofit using carbon fiber sheets, steel plates and wire that are widely used for strengthening the main members of existing buildings. The test results showed that the failed specimens had shear fractures and that two different types of retrofit method had different effects on the strengths of each specimen.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 리모델링 시 사용자의 욕구를 충족시키기 위하여 기존 벽체에 개구부를 신설 할 경우 국부적으로 절단(해체)된 철근콘크리트 벽체의 구조성능을 규명하고자 한다. 더 나아가서는 손상부위를 갖는 철근콘크리트 벽체의 보강효과를 규명하고자 현재 기존 콘크리트 건물의 주요 부재의 보강방법으로 사용되어진 탄소섬유시트, 강판 등과 같은 Passive 보강방법과 PS강선으로 보강한 Active 보강방법을 도입함으로써 개구부를 갖는 벽체에서 효율적인 보강방법을 도출하고자 한다.
본 연구에서는 리모델링 시 사용자의 욕구를 충족시키기 위하여 기존 벽체에 개구부를 신설 할 경우 국부적으로 절단(해체)된 철근콘크리트 벽체의 구조성능을 규명하고자 한다. 더 나아가서는 손상부위를 갖는 철근콘크리트 벽체의 보강효과를 규명하고자 현재 기존 콘크리트 건물의 주요 부재의 보강방법으로 사용되어진 탄소섬유시트, 강판 등과 같은 Passive 보강방법과 PS강선으로 보강한 Active 보강방법을 도입함으로써 개구부를 갖는 벽체에서 효율적인 보강방법을 도출하고자 한다.

제안 방법

반면 개구부가 있으면서 보강한 실험체는 Passive 보강기법을 도입하여 강판으로 보강한 WB-St. Plate, 탄소섬유시트로 보강한 WB-CFS가 있으며, Active 보강기법을 도입하여 PS 강선으로 보강한 WB-Wire로 총 5개로 계획하였다. 실험체는 형상비가 0.
실험체 제작에 사용된 콘크리트의 압축강도는 21MPa이며 철근의 인장 강도는 400MPa이다. 각 보강체의 보강량은 WB-Solid를 목표 강도로 설정하여 산정했다. 실험체 상세는 그림 1에 나타내었다.
본 연구에서 계획된 실험체는 크게 보강실험체와 무보강 실험체로 분류된다. 무보강 실험체는 2600*6000의 벽체를 대상으로 하였으며 실물크기의 1/2로 축소하여 제작하였으며 개구부가 없는 WB-Solid를 기준 실험체로 하였다.

대상 데이터

본 연구에서 계획된 실험체는 크게 보강실험체와 무보강 실험체로 분류된다. 무보강 실험체는 2600*6000의 벽체를 대상으로 하였으며 실물크기의 1/2로 축소하여 제작하였으며 개구부가 없는 WB-Solid를 기준 실험체로 하였다. 또한 개구부의 크기는 1,800*2,100로 하였으며 이는 개구부 면적비가 23%로서 WB-0.
본 연구에서 대상으로 하는 전단벽은 세대병합형 리모델링 공사에서 세대간 벽을 일부 해체한 경우이다. 이 경우 단면결손에 따른 전단벽의 내력감소가 발생하게 되며 보강공사를 통하여 최대한의 구조성능을 확보하여야 한다.
5로 전단이 지배하는 장방형단면의 전단벽체이다. 실험체 제작에 사용된 콘크리트의 압축강도는 21MPa이며 철근의 인장 강도는 400MPa이다. 각 보강체의 보강량은 WB-Solid를 목표 강도로 설정하여 산정했다.
Plate, 탄소섬유시트로 보강한 WB-CFS가 있으며, Active 보강기법을 도입하여 PS 강선으로 보강한 WB-Wire로 총 5개로 계획하였다. 실험체는 형상비가 0.5로 전단이 지배하는 장방형단면의 전단벽체이다. 실험체 제작에 사용된 콘크리트의 압축강도는 21MPa이며 철근의 인장 강도는 400MPa이다.

성능/효과

23 실험체에 비해 51%정도의 내력이 상승하는 것으로 나타났으며 보강 목표로 선정한 WB-Solid 실험체에 비해 약 12% 정도 내력이 상승하는 것으로 나타났다. Active 보강기법을 도입한 WB-Wire 실험체의 경우 최대내력은 drift 1.23%(18mm)에서 743kN으로 나타났으며, 보강효과는 WB-0.23 실험체에 비해 약 33%정도 내력이 상승하는 것으로 나타났으며 개구부가 없는 WB-Solid 실험체와 유사한 내력을 발휘하였다. 각 보강 실험체들에서 최대내력과 연성비 모두 기준 실험체인 WB-Solid에 비해 다소 높게 나타나고 있으며, 특히 WB-Wire실험체의 경우 내력증가율에 비해 연성비의 증가율이 더 높게 나타나고 있는데 이는 벽체내의 전단철근의 항복이후 벽체외부에 수평 배치한 긴장재가 응력을 충분히 발휘한 결과로 판단된다.
07%(14mm)에서 830kN을 보였다. passive 보강기법을 사용한 두 실험체 모두 보강하지 않은 WB-0.23 실험체에 비해 51%정도의 내력이 상승하는 것으로 나타났으며 보강 목표로 선정한 WB-Solid 실험체에 비해 약 12% 정도 내력이 상승하는 것으로 나타났다. Active 보강기법을 도입한 WB-Wire 실험체의 경우 최대내력은 drift 1.
23 실험체에 비해 약 33%정도 내력이 상승하는 것으로 나타났으며 개구부가 없는 WB-Solid 실험체와 유사한 내력을 발휘하였다. 각 보강 실험체들에서 최대내력과 연성비 모두 기준 실험체인 WB-Solid에 비해 다소 높게 나타나고 있으며, 특히 WB-Wire실험체의 경우 내력증가율에 비해 연성비의 증가율이 더 높게 나타나고 있는데 이는 벽체내의 전단철근의 항복이후 벽체외부에 수평 배치한 긴장재가 응력을 충분히 발휘한 결과로 판단된다.
본 연구의 결과 실험종반부에 Passive보강공법의 경우 모체와 보강재의 부분탈락으로 인하여 모체의 균열이 급격히 진행되었으며 보강 전에 비하여 종국내력은 약 50%의 상승률을 나타내었다. 반면, Active보강공법의 경우 초기 균열의 진행을 지연시키는 효과는 있었으나 강선의 수평배치로 인하여 사선으로 발생한 전단균열에 대해서는 효과적이지 못하였으며 종국내력 면에서는 보강 전에 비하여 약 33%정도의 보강효과를 나타내었다.

후속연구

반면, Active보강공법의 경우 초기 균열의 진행을 지연시키는 효과는 있었으나 강선의 수평배치로 인하여 사선으로 발생한 전단균열에 대해서는 효과적이지 못하였으며 종국내력 면에서는 보강 전에 비하여 약 33%정도의 보강효과를 나타내었다. 따라서 사선으로 발생되는 전단균열에 대하여 닫혀진 균열로의 유도를 위한 효과적인 강선배치 방법에 대해 연구가 필요하리라 사료된다.

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