유사동적실험 및 비선형동적해석에 의한 프리스트싱 철골 프레임 공법으로 보강된 R/C 골조의 내진보강효과의 검증

Abstract

지진 재해는 건물의 엔지니어링 인프라 및 사회 시스템의 파괴의 주요 원인이다. 역사지진의 발생 빈도 및 반복성은 어느 정도 예측 가능하지만, 언제 어디서 지진이 발생할지 정확히 예측하기는 불가능하다. 최근 일본, 칠레, 뉴질랜드를 비롯한 세계 각국에서 대규모 지진이 자주 발생하여 수많은 인명과 재산피해가 발생하였다. 2016 경주 지진 및 2017 포항 지진에서 인한 한국 와 한국시민에게 발생한 손실, 시설물 및 구조물의 취약성을 확인된 바와 같이, 비내진상세를 가지는 중·저층 철근콘크리트(R/C)건축물은 대규모 지진발생시 심각한 지진피해, 특히 기둥의 전단파괴가 발생할 가능성이 크다고 판단된다. 이에 따라 한국에서 발생하는 지진의 강도와 빈도가 증가하고 있는 시점에서 대규모 지진 발생 시 건축물의 붕괴로 인한 인적·물적 피해를 최소화하기 위해서는 한국국내 지진취약 예상 건축물, 특히 기둥의 전단파괴가 예상되는 비내진상세를 가지는 중·저층 철근콘크리트 건물의 내진성능을 향상시킬 수 있는 경제적이며, 효과적인 내진보강공법 개발이 시급한 실정하고 있다고 사료된다. 본 연구에서는 보강프레임에 프리스트레싱을 통해 기존 R/C 구조물 와 일체거동이 가능한 프리스트레싱 프레임공법(Pre-stressing Frame Method)을 제안했다. 제안된 PSF 내진보강공법의 장점은 기존 구조체 와 일체거동이 가능하고 상, 하 수평부재에만 시공함으로써 기존 구조체 손상이 적고, 채광 및 시야확보에 유리하다. 또한 시공의 단순성으로 유지관리 간편하다. ​이 공법은 철골브레이스와 달리 건축물의 개구부를 시각적 장애가 없으면서도 구조적인 보강 효과를 극대화할 수 있도록 하다. 이러한 PSF 내진보강공법의 내진성능 효과를 검증할 목적으로 비내진상세를 가지는 국내 기존 철근콘크리트 학교 건물의 골조를 대상으로 PSF 공법을 이용하여 내진보강을 실시하였다. 또한 유사동적실험을 수행하였으며, 실험결과를 바탕으로 PSF 내진보강공법의 건물의 비선형동적해석을 수행하였다. 제안한 복원력 특성을 바탕으로 2층 실물 실험체 및 전체 골조을 대상으로 비선형동적 해석을 실시하여, 유사동적실험 결과와 비교 및 분석을 통해 내진성능을 검증하고자 한다.|Past earthquakes have repeatedly proven that damage to civilian infrastructures is the main contributor to seismic disasters. Building collapses account for a high proportion of fatalities and property losses during earthquakes. Consequently, one of the research pursuits is to develop a rational and practical seismic resistance method to reduce seismic damage on infrastructure. This study proposed a new seismic retrofitting methodology Pre-stressing Steel Frame (PSF), which applied pre-stressing to a reinforcing frame internally of the existing reinforced concrete (R/C) building that can move integrally with the building to enhance seismic capacity. This Pre-stressing steel frame method is categorized as increasing resistance that effectively the horizontal strength of R/C structure with non-seismic details. Aimed at assessing whether the PSF method would reinforce earthquake force, two-story frame specimens were adopted basis on the Korean R/C frame with non-seismic details. An initial and a strengthened PSF specimen were considered for experimentation. Pseudo-dynamic testing is used to evaluate frame model load-deformation, ultimate response force, time displacement, and earthquake resistance ability. The test results indicated that the PSF method used for the existing R/C frame considerably increased the ultimate lateral strength, narrowing the scope of the damaged structure to undergo large-scale earthquake conditions. Non-linear analysis adopting the hysteresis model of the proposed PSF method, the analysis results show good agreement with the experimental results. For further verification, using the hysteresis model applies Non-linear analysis to a reinforced concrete building. The non-linear analysis also verified that the PSF reinforcement method has excellent reinforcement properties.