섬유복합시트를 통한 비보강 조적 벽체의 보강 효과

Abstract

1980년대 이후 국내에 지진이 빈번하게 발생하기 시작하면서 내진 설계 도입 이전의 구조물의 피해가 발생하였고 구조물의 안전상에 문제가 발생하였다. 특히 내진설계가 도입되기 이전인 1970년대 시공되어진 라멘 구조 형식의 아파트의 경우 지진에 의한 피해가 크게 발생함에 따라 지진에 발생시 구조물의 피해를 방지하는 대책이 필요하게 되었다. 이에 따라 기존에 시공되어진 구조물에 한정하여 내진 성능을 보완하고자 하는 방안은 다양하게 제시되었다. 본 연구에서는 다양하게 제안된 내진 성능 향상 방안 중 기존 건물에 칸막이용 벽체로 시공되어진 비보강 조적 벽체를 대상으로 보강하는 방안이 내부 공간 확보 및 시공성, 경제적인 면에서 다른 방안에 비해 매우 우수하다고 판단하였다. 비보강 조적 벽체를 대상으로 보강하는 방안에는 크게 단면 증설 공법과 부착 공법으로 나눌 수 있다, 하지만 단면증설 공법의 경우 내부공간이 축소되므로 이용자들이 선호하지 않고 있다. 그래서 본 연구에서는 비보강 조적 벽체 보강시 단면 확장이 없으며 건식 공법으로 공기 단축이 가능하며 이에 따른 경제성 및 시공성이 우수한 섬유복합시트를 사용하여 벽체를 보강하였다.

비내력 벽체인 비보강 조적 벽체를 섬유복합시트로 보강한 국내연구가 미비하여 연구를 진행함에 있어 해외의 기존 연구를 기초로 하였다. 해외에서는 비보강 조적 벽체를 대상으로 CFS, GFRP, Aramid 등의 섬유 시트를 이용하여 보강한 연구를 많이 진행하였다. 최근에는 단일 재료의 섬유시트만이 아닌 두 종류의 섬유시트를 혼합하여 기존보다 성능이 우수한 섬유복합시트를 개발되고 있다. 그래서 본 연구의 실험 계획시 기존에 많이 사용되었던 CFS와 최근 개발되어 사용되고 있는 Hybrid sheet를 이용하여 비보강 조적 벽체를 보강하였다. 비보강 조적 벽체 및 섬유복합시트로 보강한 벽체에 대한 성능을 검증하기 위하여 각각의 실험체를 계획하였으며 이에 대한 내진 성능 실험을 실시하고 내력 및 구조성능을 평가한 후 실제 적용시 구조설계 방법에 대한 기초 자료를 제시하고자 한다.

섬유복합시트의 재료에 따른 변수비로 순수 비보강 조적 벽체 1개와 탄소섬유시트로 보강한 실험체 1개, 하이브리드시트로 보강한 실험체 1개로 총 3개의 실험체를 제작하였다. 실험은 조적 벽체의 상부에 엑츄에이터를 설치하여 변위제어방식으로 반복가력 하여 실시하였다. 실험으로부터 벽체의 거동, 균열 및 파괴상황, 섬유복합시트의 변형을 분석하였으며 보강 벽체에 대해 명확하게 제시되지 않은 전단 내력 산정 방안을 비선형 회귀분석을 통하여 새로운 산정 방법을 도출하여 각 실험체에 적용하여 적합성을 평가하였다.

본 논문은 총 5장으로 구성되어 있으며, 제 1장은 서론, 제 2장은 기존연구, 제 3장은 비보강 조적 벽체 및 보강 벽체의 실험, 제 4장은 결과 분석, 5장은 결론 등으로 나누어 기술하였으며, 각 장의 내용을 간략히 요약하면 다음과 같다.

제 1장에서는 연구의 배경 및 목적, 내용 및 범위를 명시하였다.

제 2장에서는 기존에 국내․ 외에서 시행된 비보강 조적 벽체 및 섬유시트로 보강한 조적 벽체에 대한 연구 내용과 제안된 설계 방안을 소개하였다.

제 3장에서는 실험체 계획과 제작, 실험체 설치와 가력방법, 측정방법을 기술하였으며, 제안된 설계 방안을 이용하여 실험체에 대한 전단 내력을 산출하였다.

제 4장에서는 실험결과를 각 실험체 변수별로 비교하여, 강도 및 연성, 에너지소산능력 평가, 섬유시트의 횡저항 능력 평가, 비선형 회귀분석을 통해 기존에 제안된 설계 방안을 수정하고 본 연구에 적용하여 그 적합성을 평가하였다.

제 5장에서는 본 연구의 실험·분석을 통하여 얻은 결론을 기술하였다.