초록 ▼

이 연구의 궁극적인 목표는 우리나라 전역의 자연재해에 대한 안정성을 확보하고자 하는데 있다. 이를 위해 2007년도 1단계 연구로 경상북도지방을 중심으로 분포되어 있는 석조문화재와 이를 보호하고 있는 목조문화재의 자연재해에 대한 대책을 마련하였다. 각 세부과제별 연구결과는 다음과 같다.
가. 지반의 거동을 고려한 웹기반 스마트 문화재 재해 경보 및 피해 저감 시스템 구축
● 표본 모델로 강우로 인한 연속파괴가 일어난 급경사면의 위쪽에 위치한 월성 장항리사지서 오층석탑을 선정한 후, 제안된 스마트 모니터링 시스템을 이용하여

이 연구의 궁극적인 목표는 우리나라 전역의 자연재해에 대한 안정성을 확보하고자 하는데 있다. 이를 위해 2007년도 1단계 연구로 경상북도지방을 중심으로 분포되어 있는 석조문화재와 이를 보호하고 있는 목조문화재의 자연재해에 대한 대책을 마련하였다. 각 세부과제별 연구결과는 다음과 같다.
가. 지반의 거동을 고려한 웹기반 스마트 문화재 재해 경보 및 피해 저감 시스템 구축
● 표본 모델로 강우로 인한 연속파괴가 일어난 급경사면의 위쪽에 위치한 월성 장항리사지서 오층석탑을 선정한 후, 제안된 스마트 모니터링 시스템을 이용하여 깊이별 모관흡수력 및 함수비 변화를 측정하였다. 측정결과 표층에 가까울수록 함수비는 급격히 증가하는 경향을 모관흡수력은 급격히 감소하는 경향을 보여 강우에 의한 지반거동은 자표면 쪽에서 더욱 민감하게 나타났다.
● 스마트 모니터링 시스템을 구축하였으며, 이를 사용하여 계측된 자료를 바탕으로 한 무함사면파괴 및 침투해석을 통한 사면안정해석기법을 제시하고 표준모델 지반의 사면 안정성 검토 및 영향성 평가를 수행하였다.
● 자연재해로 인한 피해저감을 위하여 문화재 지반의 손상을 최소화 시키고 강우 침투 영향을 저감시킬 수 있는 공법인 배수공법 및 표층 그라우팅 공법에 대한 모의 수치해석을 통하여 그 적절성을 평가하였다. 또한 지반내의 연약대가 존재할 경우 사용될 수 있는 지반의 강성을 직접적으로 증가시키는 방법인 앵커공법 및 지중그라우팅 공법의 적용성을 평가하였다.
나. 석조.목조문화재 태풍, 화재에 대한 재해 예방시스템
● 석탑 상륜부에 대한 풍동실험을 통해 석조문화재의 태풍안정성을 평가하였으며, 석조문화재의 위치와 기상관측점의 위치를 비교하고 각 지역에서의 300년 재현주기의 설계풍속을 산출하였다.
● 수계 소화약제의 물성 및 각종 특성연구를 통해 소화약제를 선정하였으며, 화재를 조기에 감지하고 신속한 진화를 위한 자동 소화시스템으로 미분무 소화설비에 대한 설계 및 검토를 통해 최적의 소화시스템을 구축하여 목재문화재 화재에 대한 적응성 검토를 소규모 화재 진화실험을 통해 검증하였다.
다. 지반-석조문화재 정적해석모델 구축 및 재해저감기술 개발
● 정밀구조진단 혹은 정밀지반조사가 필요하다고 보고된 경북지방 석조문화재들을 선별한 후 현장조사를 실시하여 석조문화재의 훼손 상태를 평가하였다. 평가 결과 및 CAD자료의 작성여부에 기초하여 선산 죽장동 5층 석탑을 표본모델로 선정하였다.
● 유한요소법 및 개별요소법을 사용한 상용 구조해석 프로그램을 사용하여 개별부재 및 석탑전체의 정적하중 및 지점침하에 따른 정적 안정성 평가시스템을 구축하였다. 제시된 평가시스템을 이용하여 석조문화재 개별부재의 형상 및 접촉 특성에 따른 구조해석 및 지반-석조문화재 전체 구조물의 정적하중 및 지점침하, 그리고 보수.보강 방법을 고려한 정적 안정성 평가가 가능하다.
● 석탑 자체의 수직하중 및 지반부등침하에 대한 저항성능을 증가시키기 위해, 부재의 응력집중을 최소화하고 분산하는 방안으로 적심석 보강방안을 제시하여, 적심석의 유무 및 배열방법에 따른 석재간 응력분포 변화와 지반침하에 따른 안정성을 평가하였다. 또한, 이격된 석재부재 사이의 응력전달면적을 증가시키고, 경계면의 마찰력을 증가시키기 위한 방안으로 기존의 철재 끼움재를 대체할 재료에 대한 연구를 수행하여, 마찰계수의 변화에 따른 석탑의 안정성평가를 수행하였다.
● 지반의 강성을 증가시키는 지반보강(안)에 따른 석탑의 안정성 향상효과를 정량적으로 평가하였다. 실제 석탑에 지반침하가 발생하였을 경우 석탑의 부등침하로 응력이 불균등하게 발생하여 특정부재에 집중된 피해가 발생하지만, 지반 보강을 실시할 경우 부등침하에 따른 부재의 탈락이나 파괴를 방지되는 것으로 평가되었으며, 이를 이용해 체계적인 지반보강설계를 수행할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼

The final purpose of this study is to guarantee the stability of stone heritage in Korea. As the 1st stage research in 2007, damage mitigation technologies for the stone heritages in Kyungsangbukdo province is developed. The research results are as follows.
A. Web-based smart warning and damage m

The final purpose of this study is to guarantee the stability of stone heritage in Korea. As the 1st stage research in 2007, damage mitigation technologies for the stone heritages in Kyungsangbukdo province is developed. The research results are as follows.
A. Web-based smart warning and damage mitigation system considering ground behavior
• For the sample model, Janghangri western five-storied pagoda was selected. Because the pagoda located in steep slope that has a possibility of continuous failure and due to the hill behind the pagoda, It is easily affected by rainfall infiltration and underground water.
• Smart Monitoring System is suggested to observe the ground motion such as matric suctions and volumetric water contents with the depth. As the results of the measurement, the shallower the depth, volumetric water content more steeply increased and the matric suction more steeply decreased. So the variation of soil parameter which is induced by rainfal infiltration occurs more sensitively as the shallower depth.
• For the effective damage mitigation, The drainage method and surface grouting method which reduced the effect of rainfall infiltration were studied and the applicability were investigated using numerical model test. For the reinforcement of weak zone, the anchor reinforcement method and inner-grouting method which directly increased the ground stiffness were also studied in this study.
B. Disaster prevention system for stonen cultural assets under typhoon and fire
• The stability of stone-pagoda steeple for wind load is evaluated by wind-tunnel tests, the design wind velocity with 300 year return period is estimated.
• Auto micro-spraying fire extinguishing system is designed as an early warning system based on the properties of fire-extinguishing chemicals, and its effectiveness for preventing fire is verified by fire extinguishing tests
C. Analysis model of ground-stone cultural assets and damage mitigation technology
• Site survey was conducted for the stone heritages requiring detailed structural/ground assessment and their damage types were investigated. Based on site survey results and the existence of CAD drawings Sunsan-Jukjangdong five-story stone pagoda was selected for sample model.
• Discrete/finite element models were applied for evaluating the stability of discrete elements or entire stone pagoda. The static stability analysis considering the load, ground settlement, and reinforcement is possible by using the proposed analysis methods.
• Adding core-stone is considered as a method for increasing vertical load carrying capacity and resistance to unequal ground settlement and the effects of existence of the core-stone and its arrangement type on the stress distribution and stone-pagoda stability to ground settlement were investigated. Also, a method using inserting metal plate for increasing the stress distribution area and interface friction is proposed and stability analysis was performed by varying the friction coefficients.
• The effects of the ground stiffness increase on the stability of stone-pagoda were quantitatively evaluated. The stone-pagoda of which damages are expected under inequal ground settlement can be prevented by adopting the ground stiffness increasing methods, and the preliminary design of ground reinforcement can be systematically conducted.

목차 Contents

• 표지 ... 2
• 용역연구사업 연구결과보고서 ... 4
• 제출문 ... 5
• 목차 ... 6
• 연구결과보고서 요약문 ... 8
• Summary ... 9
• 총괄연구개발과제 연구결과 ... 10
• 제1장 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 10
• 제2장 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 방법 ... 24
• 제3장 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 결과 ... 26
• 제4장 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 168
• 제5장 총괄연구개발과제의 연구성과 ... 171
• 제6장 기타 중요변경사항 ... 174
• 제7장 참고문헌 ... 175
• 제8장 첨부서류 ... 189
• 제1세부연구개발과제 연구결과 ... 190
• 제1장 세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 192
• 제2장 세부연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 방법 ... 196
• 제3장 세부연구개발과제의 최종 연구개발 결과 ... 201
• 제4장 세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 289
• 제5장 세부연구개발과제의 연구성과 ... 292
• 제6장 기타 중요변경사항 ... 294
• 제7장 참고문헌 ... 295
• 제8장 첨부서류 ... 297
• 제2세부연구개발과제 연구결과 ... 298
• 제1장 세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 299
• 제2장 세부연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 방법 ... 304
• 제3장 세부연구개발과제의 최종 연구개발 결과 ... 335
• 제4장 세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 364
• 제5장 세부연구개발과제의 연구성과 ... 367
• 제6장 기타 중요변경사항 ... 369
• 제7장 참고문헌 ... 370
• 제8장 첨부서류 ... 382
• 제 3 세부연구개발과제 연구결과 ... 383
• 제1장 세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 384
• 제2장 세부연구개발과제의 최종 연구 내용 및 방법 ... 390
• 제3장 세부연구개발과제의 최종 연구개발 결과 ... 410
• 제4장 세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 480
• 제5장 세부연구개발과제의 연구성과 ... 482
• 제6장 기타 중요변경사항 ... 484
• 제7장 참고문헌 ... 484
• 제8장 첨부서류 ... 485
• 총괄연구과제요약 ... 486
• 세부연구과제요약 ... 489