유사동적실험을 통한 철근콘크리트 혼합부재의 거동특성에 관한 연구

Abstract

1978년 10월 7일 18시 19분에 북위36.6도, 동경126.7도에서 발생한 진도 5.0의 지진으로 118동의 건물파손, 건물균열 1000여 개소, 성곽붕괴 90m등과 2명의 부상자 발생으로 19억원 가량의 피해를 발생했던 홍성지진에도 불구하고 우리나라는 지진에 대한 위험도가 낮다고 생각하여 왔다. 그러나 최근 2007년 1월 20일 20시56분 강원도 강릉 서쪽 23Km 지점에서 발생한 규모 4.8의 지진은 비록 직접적인 큰 재해를 발생시키지 않았지만 대도시의 지진에 대한 중요성을 인식시킨 계기가 되었다. 이와 관련하여 기상청에서 최근 발표한 자료에 따르면 1978년부터 2007년 현재까지 국내에서 발생한 지진은 총733건으로 연 평균 26회이며, 이 중 지진 규모가 3.0 이상인 지진은 265회, 대부분의 사람들이 느낄 수 있었던 지진은 200회라고 발표하였다.(Fig. 1) 그 밖에도 주변국가에서 발생한 1995년에 일본의 고베지진, 러시아의 사할린 지진 1999년의 대만지진 등 대규모 지진발생에 따른 피해로 지진에 대한 대책의 중요성이 고조되고 있는 실정이다. 이렇게 발생한 지진에 의한 피해사례를 조사해 본 결과 건물 진동 주기가 단주기에 해당하는 저층 철근 콘크리트 건물에 대해서 피해가 집중 되고 있는 실정이다. 현재 우리나라에서는 1988년 내진설계의무화 제정 이후 2005년 개정을 통해 일정 규모 이상(3층이상, 1000m2이상)의 건물에 대한 내진설계가 의무화 되고 있지만, 내진설계가 도입되지 않은 기존의 건축물에 대한 내진성능 평가법 및 보강기술에 관한 연구는 지극히 부족하여 이것들의 규정화가 시급한 실정이다. 일반적으로 철근콘크리트(RC) 건축물은 다양한 횡력 저항 시스템으로 이루어져 있다. 그 가운데 전단벽과 극 단주와 같이 강성과 강도는 높지만 취성적인 전단파괴 양상을 보이는 부재와 휨 기둥과 같이 강성과 강도는 낮지만 연성적인 파괴 양상을 보이는 휨 파괴형 부재로 대별 할 수 있다. 현재 국내·외적으로 전단 및 휨 파괴 부재에 대해 각각의 내력 및 복원력 특성에 대해서는 많은 연구가 진행 되어 그 구조적 거동이 파악되고 있지만, 이 두 부재가 혼재하는 수평 저항시스템에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구의 목적은 유사동적실험을 통하여 전단 및 휨 부재가 혼합된 철근 콘크리트 부재의 비선형 거동을 파악·분석하여, 전단 및 휨 파괴형 부재가 혼합된 구조물의 내진성능 평가를 위한 기초 자료를 제시하고 유사동적실험법 구축의 토대를 만들고자 한다..; 1.Introduction 1.1 Study Backgrounds and Objectives Despite the earthquake in Hongseong that occurred at 6:19 p.m. on October 7th in 1978 latitude 36.6 degrees north and 126.7 degrees of the east latitude, and did damage of 118 building damage, around 1000 building crevices, 90 millimeter-castle collapse and 2 casualties that led to 1.9 billion won damage, it has been thought that Korea has a low risk of earthquakes. However, the earthquake of magnitude 4.8 that occurred about 23 kilometer-point of western Kangneoung, Kangwon province at 20:56 in January 20th in 2007 aroused the gravity of big cities' earthquakes in spite of the fact that it did not cause serious disasters. According to the recent announcement pertinent to the above from the meterological office, earthquakes have occurred through 2007, which came to the annual outbreak of 26 times, and among these the earthquakes of magnitude of over 3 have been recorded 265 times and 200 times that most people became aware of.(Fig. 1) The effective measures against earthquakes have been raised due to the damage caused by the big earthquakes that occurred in 1995 in Kobe, Japan and Sakhalin, Russia and in 1999 in Taiwan. The thorough investigation of the damage cases caused by the recent earthquakes led to the conclusion that the damage has centered on the low-lying ferroconcrete short-wave oscillation buildings. Since the enactment of the compulsory earthquake-resistant design in our country and through the revision in 2005, it has been obligatory to design buildings of over 3-stories and 1000m² earthquake-resistant. However, the study on the buildings without the earthquake-resistant design evaluation system and reinforcement technologies has not been carried out and has the urgent need of codification. In the meantime, performance assignment earthquake-resistant evaluation system and earthquake-resistant maintenance work have been advised recently. These methods take into account building performances in light of the building usage at or after the time of earthquakes, life safety and maintenance and reinforcement after earthquakes. In order to get earthquake - resistant performance evaluation of existing buildings, it is needed to have exact understanding of section materials and record characteristics. Currently, the interpretation through the assumptions of simplified mathematical models is in use. However, mathematical models simplified the record characteristics and the interpretation through these models is difficult to seize exact record characteristics and structures' movements since it does not contain the record characteristics of real structures. Before the main experiment, the results from the comparisons of pseudo-dynamic experiments of steel-frame structures and bi-linear models representing the record movements of curve section materials are quite similar, but showed differences in maximum intensity, energy dissipation area and maximum displacement amount etc. (Fig.2) Therefore, this study suggested pseudo-dynamic experimental methods for an exact earth -resistant performance evaluation and compared and analyzed the record characteristics and interpretations through the pseudo-dynamic experiments of the double horizontal resistance system in case of curve section materials and shear section materials. 2. Pseudo-dynamic Experiments 2.1 The Concepts of Pseudo-dynamic Experiments The earthquake's effects on structures depend on the characteristics of the ground acceleration, structure types, and the weight and strength. The shearing stress on vertical section materials by the horizontal accelerations of earthquakes cause buildings to generate horizontal relative motions. In general, most of the buildings stand on the ground without collapse in case of earthquakes, and absorb energy through inelastic movements. In other words, in the process of transmitting earthquake load to structures at the time of earthquakes the structure system reaches the yield point locally and causes plastic deformation that leads much of the earthquake input energy to be absorbed by the structure's inelastic movements. However, the evaluation of the above inelastic movement characteristics is delicate or almost impossible theoretically despite the developments of a wide variety of computation programs.