유사동적실험에 의한 수직응답마찰댐퍼로 보강된 실물 2층 R/C 골조의 내진보강효과

Abstract

최근 세계 각국에서 대규모 지진발생에 따른 각종 시설물, 특히 건축물 지진피해 사례가 급증하고 있다. 인접국가인 일본, 중국, 대만에서 대규모 지진 발생에 의해서 지진피해가 급증하고 있으며, 이에 따라 우리나라도 지진의 직간접적인 영향권에 있음이 확인되었다. 2016년 경주지진 때에는 진앙 주변에 있는 학교시설과 주택을 포함한 일부 건축물 기둥 등의 피해를 제외한 구조물의 지진피해 규모는 크지 않았지만, 2017년 발생한 포항지진에서는 비내진상세를 가지는 학교시설을 포함한 새롭게 신축된 필로티 및 공동주택(아파트)등에 심각한 지진피해가 발생하였다. 이에 따라, 기존 내진보강방법의 단점을 보완하는 새로운 내진보강공법 개발이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 수직응답 마찰댐퍼를 이용한 내진보강공법을 제안하고자 한다. 이 시스템은 전단 마찰에 의해 에너지 소산 작용을 하는 마찰댐퍼와, 이를 이용하여 기존 철근 콘크리트 구조물을 내진보강하는 H형강 프레임과 같이 보강하게 된다. 마찰댐퍼의 작동원리는 기본적으로 면과 면의 마찰이 생겨 에너지를 소산하는 방식이다. 구체적으로 마찰댐퍼를 이루는 부재의 결합용 관통볼트가 관통되는 구멍을 덤벨(dumb-bell, 아령) 형태로 형성함으로써, 서로 상대변위를 발생하게 하는 두 구조체간에 불규칙한 형태의 변위가 발생하더라도, 이에 대응하여 효율적으로 마찰에 의한 외력 에너지 소산 작용을 발휘함으로써 제진에 의해 구조체의 내진성능을 보강할 수 있도록 구성된다. 이 시스템의 장점은 다음과 같다. (1) 반복지진에 대한 내진안정성 확보 (2) 추가 기초보강 불필요 (3) 입면 변화 최소화 (4) 공장 정밀제작을 통한 공기단축 (5) 건물 공간의 제약 최소화 이러한 장점을 가진 시스템을 실제적으로 적용시키기 위해, 제진장치 반복가력 실험을 수행하였으며, 실험결과 값을 활용하여 KDS 41 17 00 : 2019 내진설계기준에 의거해 성능적합판정을 수행하였다. 또한 반복가력실험 결과 값을 토대로, 1980년대 국내 비내진 상세를 가지는 중·저층 대표적인 학교건물의 실물골조로서 1스팬-2층을 제작하여 유사동적실험을 수행하였다. 결과값으로 하중-변위 상관관계, 시간이력곡선, 에너지소산량 및 등가감쇠비 등을 비교 및 분석을 실시하였다. 유사동적실험 결과값의 신뢰성을 얻기 위해 비선형 동적해석을 실시하여, 서로 비교분석을 통해 내진성능을 검증하고자 한다.