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ISSN : 2234-6937(Print)
ISSN : 2287-6979(Online)
Journal of Korea institue for Structural Maintenance Inspection Vol.23 No.6 pp.105-112
DOI : https://doi.org/10.11112/jksmi.2019.23.6.105

Seismic Performance of Non-ductile Reinforced Concrete Frames with Precast ECC Wall Panels

Ji-Hyeon Kim1, Seong-Pill Jo2, Soo-Yeon Seo3, Hyun-Do Yun4*

본 논문에 대한 토의를 2019년 12월 1일까지 학회로 보내주시면 2020년 1월 호에 토론결과를 게재하겠습니다.


Corresponding author:wiseroad@cnu.ac.kr Department of Architectural Engineering, Chungnam National University
25/09/2019 07/10/2019 16/10/2019

Abstract


This study was conducted to examine experimentally the seismic performance of non-ductile reinforced concrete (RC) frames retrofitted with precast(PC) engineered cementitious composite (ECC) wall panels. The seismic performance was investigated through cyclic load tests on RC frame with different aspect ratio (hw/lw = 2 and 3) and installation position (center and both side of RC frame) of the PC ECC wall panels. Test results indicated that the seismic strengthening method using PC ECC wall panels is effective to improve significantly the strength, stiffness and energy dissipation capacity of non-ductile RC frame. Based on test results, it can be recommended to install PC ECC wall panel at the center of RC frame for improving the strength and to install slender wall panels at both side of RC frame for increasing ductility.



프리캐스트 ECC 벽판으로 보강된 비내진 상세를 갖는 철근콘크리트 골조의 내진성능

김 지현1, 조 성필2, 서 수연3, 윤 현도4*
1정회원, 충남대학교 건축공학과 석사
2정회원, ㈜동양구조엔지니어링 소장
3정회원, 한국교통대학교, 건축공학과, 교수
4정회원, 충남대학교 건축공학과 교수

초록


본 논문은 비내진 상세를 갖는 철근콘크리트 골조 및 필로티 건물의 보강방법으로 높은 연성을 갖는 ECC를 적용한 PC 벽판을 내진 보강요소로 사용하고자 하였다. PC 벽판의 형상비 및 설치 위치를 변수로 RC 골조에 대한 반복가력실험을 실시하여 내진성능을 평가하였다. 실험결과 PC 벽판을 보강함에 따라 기존 RC 골조의 내력 증진, 강도저하 방지, 강성증진 및 에너지 소산능력 향상에 효과적인 것으로 나타났 다. 실험결과를 근거로 비내진 상세를 갖는 골조의 강도 증진을 위하여 ECC PC 벽판을 골조의 중앙에 설치하고 연성증진을 위하여 세장한 벽 판을 골조의 양측면에서 설치할 것을 제안한다.



    1. 서 론

    현재 국내 내진설계기준은 2층 이상 또는 연면적 200 m2 이 상의 건축물 그리고 모든 규모에 대한 주택에 대해 적용되고 있다. 내진설계기준은 1988년에 처음 도입되었으며, 도입 당 시 6층 이상 또는 연면적 100,000 m2 이상인 건축물이 그 대상 이었다. 이후 5차례 수정되었으며, 2005년에 3층 이상 또는 연 면적 1,000 m2 이상인 건축물로, 현재는 2017년에 수정되어 내진설계기준의 적용범위가 점차 확대되었다(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2018). 이에 국내 내진설계 기준 수정 이전 기존 공공시설물 및 주택 등의 건축물에 대한 내진보강 대책이 요구되고 있다. 공공시설물 중 학교의 경우 2005년 이전 대부분 건설되었으나 층수가 5층 이하로서 대다 수 내진설계가 수행되지 않았으며, 주택 건설물 중 필로티 건 물의 경우 2002년 다세대 및 다가구 주택에 1층 주차장 설치 가 의무화됨에 따라 대량 건축되어 이에 대한 내진보강이 시 급한 실정이다(Kim, 2017). 특히 필로티 건물의 저층부는 보 와 기둥을 사용한 골조형식이며 상층부는 주거용도로 활용하 기 위해 내력벽 형식을 사용하고 있는데, 해당 구조형식은 상 층부 벽이 하층부에서 중단되면서 저층부에 연층 및 약층을 가지게 되며 상당한 강성불연속이 발생할 수밖에 없는 수직 비정형 구조물이다. 이에 하층부의 벽 배치가 비대칭인 경우 큰 비틀림을 받게 되어 상당한 피해가 발생할 수 있다(Ko and Lee, 2009). 2017년 발생한 포항지진에서는 비내진 상세를 가 지는 학교건물, 필로티 건물에 대한 피해가 다수 발생하였으 며(Kim et al., 2019) 이를 Fig. 1에 나타내었다. Kim et al.(2019)의 연구에 따르면 포항지진으로 인해 붕괴직전 및 붕 괴수준의 필로티 건축물이 약 20% 이상으로 나타났다.

    한편 2016년 국내 지진 관측 이래 5.8의 최대규모로 발생한 경주지진, 2017년 규모 5.4의 포항지진이 연달아 발생하였다. 디지털 지진관측을 시작한 1999년부터 경주지진이 발생하기 전 2015년도까지의 연평균 지진발생횟수는 약 48회였으나 2016년 경주지진 발생 이후부터 2018년까지 매년 평균 약 197 회의 지진이 관찰되었다(Korea Meterological Administration, 2019). 이는 약 4배 증가한 수치로 디지털 지진관측 이후부터 지진발생횟수가 점차 증가하는 추세였지만 2016년 이후 급격 히 증가하여 국내도 지진 안전지대가 아니라는 인식이 확산 되었다. 국내 지진 발생 횟수가 증가하고 있는 시점에 대규모 지진 발생을 대비하여 국내 지진취약 건축물, 비내진 상세를 갖는 건축물에 대한 보강이 실시되어야 하며, 이에 내진성능 을 보완하는 공법에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다. 기존 건 물의 내진성능을 향상시키는 방법으로 보강목적에 따라 강도 증가, 연성도 증가, 중량 저감, 면진 및 제진장치를 설치하는 방법이 있다(Ministry of the interior and safety, 2018). 경주 및 포항지진에 따른 피해에 대한 연구(Kim et al., 2019, Lee and jung, 2018)에서는 구조물에서 전단파괴가 주로 관찰되었으 며, 극한 수평내력이 부족한 것으로 판단되어 국내 비내진 상 세를 갖는 건축물의 내진보강에 강도증진법이 효율적일 것으 로 보고되었다(Lee et al., 2009). 철근콘크리트 구조의 강도를 증진시키기 위해서는 철근 콘크리트벽, 철골 가새, 철판벽, PC 벽판 등을 증설하는 방법이 있다.

    이에 본 연구에서는 PC 벽판을 내진보강요소로 적용하여 비내진 상세를 갖는 골조를 보강하고자 하였으며, PC 벽판의 형상비 및 프레임 내부 보강 위치에 따른 철근콘크리트 골조 의 내진성능을 평가하고자 하였다. 또한 PVA 섬유를 시멘트 복합체에 혼입하여 높은 연성 및 균열 제어 성능을 갖는 고인 성 시멘트 복합체(Engineered cementiti- ous composite, ECC) 를 PC 벽판에 적용하여 비내진 상세를 갖는 골조의 최대내력 이후 변형능력을 증대시키고 급격한 전단파괴를 방지하여 파 괴이전까지 안정적인 내력을 유지하고자 하였다.

    2. 실험계획 및 방법

    2.1 실험체 계획

    본 연구에서는 높은 연성을 갖는 ECC를 적용한 PC 벽판을 기존 철근콘크리트 골조 프레임 내에 적용하고자 하였으며, 이에 대한 내진보강 효과를 실험적으로 평가하기 위하여 Fig. 2와 같이 실험체를 계획하였다. 실험체에 설치되는 PC 벽판 의 형상비 및 개수를 변수로 기존 철근콘크리트 골조를 보강 하였으며, Fig. 2 (a)는 형상비가 2.0인 PC 벽판을 중앙부에 1 개소 설치한 실험체(PCW-2.0C), Fig. 2 (b)는 형상비 2.0인 PC 벽판을 양측에 2개소 설치한 실험체(PCW-2.0B), Fig. 2 (c)는 형상비 3.0인 PC 벽판을 양측에 2개소 설치한 실험체 (PCW-3.0B) 상세를 나타낸 것이다. 또한 비교군으로 기존 철 근콘크리트 골조(BF)를 제작하였다.

    내진보강요소로 사용되는 PC 벽판의 제작방법을 Fig. 3에 나타내었으며 케미컬 앵커, H형강, 접합용 앵커볼트, PC 벽판 을 사용하여 기존 철근콘크리트 골조에 접합하고자 하였다. 접합과정은 Table 1에 나타냈으며, 시공순서는 다음과 같다.

    • (1) 철골 구조물에 보강근을 용접접합하여 일체화한 후 거푸 집을 설치하고 ECC를 타설하여 PC 벽판 제작 (Fig. 3)

    • (2) 기존 철근콘크리트 골조에 케미컬 앵커 정착을 위한 천 공 실시

    • (3) H형강과 기존 철근콘크리트 골조를 케미컬 앵커로 접합

    • (4) H형강과 제작된 PC 벽판을 접합용 앵커로 접합

    • (5) 기존 철근콘크리트 골조와 H형강 사이를 에폭시를 사 용하여 도포

    • (6) 내부공간에 고강도 그라우트 주입충전

    이때 기존 철근콘크리트 골조는 1980년도에 사용된 교육 부 표준 교사동 도면을 근거로 보유 장비의 한계를 고려하여 실규모의 1/2 크기로 설계하였다. 철근콘크리트 골조의 상부 보 단면은 400×400 mm2, 하부보 단면은 400× 800 mm2로 제 작되었다. 기둥 단면은 175×250 mm2, 기둥의 경간은 1,800 mm로 설정하였으며, 기둥의 주근은 D13 철근을 8개 배근하 고, 전단보강근은 D6 철근을 150 mm 간격으로 배근하였다. 사용된 H형강 및 철골 구조물의 경우 SS275의 강재를 사용하 였으며, 강재 케미컬 앵커 및 접합용 앵커볼트는 각 M8 및 M10 볼트를 사용하였다. 또한 PC 벽판과 상하부 철골 구조물 의 일체화 및 보강을 위하여 H형강과 철골 구조물 사이에 스 티프너를 용접하였으며, 대각, 수직, 수평방향으로 보강근을 설치하였다.

    2.2 사용재료

    기존 골조에 사용된 콘크리트의 압축강도를 평가하고자 ∅ 100×200 mm의 원주형 압축공시체를 제작하여 KS F 2405에 따라 실험을 진행하였다. 재령 48일 및 109일 압축강도를 측 정하였으며 각 32.2 및 35.1 MPa로 나타났으며, BF, PCW- 2.0C, PCW-2.0B, PCW-3.0B 실험체에 대한 실험은 각 재령 88일, 92일, 95일, 97일에 실시되었다. 사용된 철근은 SS275 이며, 기존 철근콘크리트 골조의 기둥 및 PC 벽판 제작에 D6, D10, D13 철근이 사용되었다. 세 철근의 항복강도 및 인장강 도를 KS B 0801에 준하여 평가하였으며, 실험결과 철근의 항 복강도 및 인장강도는 D6 철근의 경우 418.1 및 443.6 MPa, D10 철근의 경우 537.2 및 690.0 MPa, D13 철근의 경우 493.0 및 702.1 MPa로 평가되었다.

    PC 벽판에 사용된 ECC는 시멘트 복합체에 PVA (Polyvinyl Alcohol) 섬유를 전체 체적비의 2.1% 혼합하여 제조하였으며, PVA 섬유의 특성을 Table 2에 나타내었다. ECC의 역학적 특 성을 평가하기 위하여 압축, 인장, 휨 실험을 실시하였다. 압 축강도 평가는 ∅100×200 mm의 원주형 공시체를 사용하여 KS F 2405에 따라 실시하였으며, 평균 48.4 MPa로 평가되었 다. 직접인장실험의 경우 JSCE-E- 531에 준하여 덤벨형 공시 체로 실험을 실시하였으며, 실험결과를 Fig. 4에 나타내었다. 평균 초기균열강도는 3.90 MPa로 나타났으며, 약 2.02%의 변 형능력을 보여 일반적인 콘크리트의 인장 변형률 0.01%에 비 해 높은 변형능력을 나타냈다. 휨 평가는 ASTM C1609에 따 라 100×100×400 mm의 각주형 공시체를 사용하여 4점 재하 방식으로 실험을 실시하였다. Fig. 5는 실험결과로, 최대 휨 강도 및 최대 휨 강도 시 처짐은 19.3 MPa 및 3.0 mm로 나타나 일반 콘크리트에 비해 연성적인 거동을 보였다.

    2.3 실험방법

    Fig. 6은 실험체 설치현황을 나타낸 것으로, PC 벽판의 보 강방법에 따른 철근콘크리트 골조의 내진성능을 평가하기 위 해 반복가력실험을 실시하였다. 실험체 하부보를 고장력 볼 트를 사용하여 반력 슬라브에 고정하였으며, 반력벽에 1,000 kN 용량의 액츄에이터를 설치하여 실험체 상부에 횡하중을 가력하였다. 실험체 상부보에 가력 프레임을 설치하여 가력 부의 손상을 방지하고자 하였으며, 변위제어방식으로 하중을 가력하였다. 층간변위로 제어되었으며, 반복가력 시 강도저 하를 평가하고자 변위에 따라 3회 반복가력하였고, 층간변위 비 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 2.5%, 3.0%, 4.0%, 5.0%, 6.0%까지 반복가력을 실시하고자 하였다. 하중의 증가에 따라 내력이 급격하게 저하되거나 최대내력 70% 이하로 떨어졌을 경우 실험을 종료하였다. 또한 반복하 중 가력에 따른 철근의 변형률 및 실험체의 항복상태를 관찰 하고자 철근콘크리트 골조의 기둥 주근에 철근게이지를 부착 하였다.

    3. 실험결과 및 분석

    3.1 하중-변위 관계

    실험체 반복가력에 따른 균열양상 및 하중-변위 곡선을 비교 분석하고자 하며, 이를 Fig. 7에 나타내었다. 하중-변위 곡선에 서 각변위에 따른 실험체의 휨 및 전단균열양상을 나타내었으 며, 정가력일 때 최대내력 및 최대변위에 해당하는 지점을 점으 로 표시하였다. 기존 철근콘크리트 골조인 BF 실험체에 대한 하중-변위 곡선을 Fig. 7 (a)에 나타내었다. 각변위 1/500(층간 변위비 0.2%)에 좌측 기둥 상부에서 초기균열이 발생하였으 며, 각변위 1/200(0.5%)에서 우측 기둥 상부에 휨균열이 발생 하였다. 각변위 1/100 (1.0%) 이후로 우측 기둥에서 다수의 휨 균열이 관찰되었으며, 각변위 1/50(2.0%)에서 전단균열이 발 생하였고 각변위 1/33(3.0%)부터 다수의 전단균열이 관찰되 었다. 최대내력은 82.9 kN으로, 각변위 1/25(4.0%)에서 나타났 다. 이후 균열이 급격히 증가하였으며, 각변위 1/20(5.0%)에 좌 측 기둥 하부 및 우측 기둥 상부에서 콘크리트 박리 및 철근 좌 굴이 발생하여 파괴되었다. 기둥 접합부에 균열이 집중되었으 며 기둥 중앙부에서는 균열이 적게 관찰되어 취성적인 최종파 괴양상을 보였다.

    프레임 중앙부에 형상비 2.0인 PC 벽판을 보강한 PCW- 2.0C 실험체는 BF 실험체와 유사한 각변위에서 초기균열 및 휨균열이 발생하였으며, 휨균열이 발생한 각변위 1/200에서 PC 벽판에 전단균열이 발생하였다. 이후 각변위 1/67(1.5%) 에서 209.5 kN의 최대내력이 나타났으며, BF 실험체의 최대 내력과는 126.6 kN의 차이로 약 2.5배 내력증가를 보였다. 최 대내력 이후 각변위 1/50에서 전단균열이 관찰되었으며, 내력 이 점진적으로 감소하였다. 각변위 1/20에서 기둥 콘크리트의 박리현상이 나타났으며, 최종파괴양상에서 BF 실험체와 비 교하였을 때 전단균열에 비해 휨균열이 다수 관찰되었다. 프 레임 중앙부에 PC 벽판을 보강함에 따라 강도증진 및 전단보 강이 가능할 것으로 판단된다.

    형상비 2.0인 PC 벽판을 프레임 양측에 배치한 PCW- 2.0B 실험체의 반복가력 실험결과를 Fig. 7 (c)에 나타내었다. 각변 위 1/200에서 초기균열 및 PC 벽판의 전단균열이 관찰되었으 며, 각변위 1/100에 좌측 기둥 상부에서 휨균열이 발생하였다. BF 실험체 및 PCW-2.0C 실험체보다 늦게 휨균열이 관찰되 었으며, 기둥 양측 부근에 PC 벽판을 보강함으로서 휨성능이 개선된 것으로 판단된다. 이후 각변위 1/67에서 266.0 kN의 최대내력이 관찰되었으며, 좌측 기둥 중앙부에서 전단균열이 발생하였다. BF 실험체와 비교하였을 때 기둥 및 PC 벽판에 서 다수의 전단균열이 발생 및 성장하였으며, 각변위 1/33에 서 좌측 PC 벽판에서 전단균열의 폭이 매우 커지면서 파괴가 발생하였다. 파괴 후 내력이 급격히 감소하며 좌측 기둥 하부 에 콘크리트 박리현상이 관찰되었다. 기존 철근콘크리트 골 조에 PC 벽판을 고정하는 H형강의 강성을 PC 벽판이 수용하 지 못함에 따라 급격한 전단균열의 성장으로 인한 파괴가 발 생한 것으로 판단된다.

    PCW-3.0B 실험체의 반복가력 실험결과를 Fig. 7 (d)에 나 타내었으며, BF 실험체와 유사한 각변위에서 초기균열이 발 생하였다. 각변위 1/100에서 휨균열이 관찰되었으며, 이는 PCW-2.0B의 휨균열이 발생한 각변위와 같다. 이후 각변위 1/67에 우측 PC 벽판에서 전단균열이 관찰되었으며, 각변위 1/33에 우측 기둥 하부에서 전단균열이 발생하여 BF 실험체 보다 13.5 mm 이후에 전단균열이 관찰되었다. 각변위가 증가 함에 따라 기둥 하부에서 전단균열의 발생 및 성장이 관찰되 었으며, 각변위 1/20에서 기둥 콘크리트의 박리 및 철근좌굴 이 발생하였다. 최대내력은 각변위 1/67에서 185.5 kN으로 나 타났으며, BF 실험체에 비해 약 1.5배 최대내력이 증가하였 다. 최대내력 이후 점진적인 하중 감소를 보였으며, 최종파괴 양상을 BF 실험체와 비교하였을 때 기둥에서 다수의 휨 및 전 단균열이 관찰되어 PC 벽판 보강에 따라 상대적으로 연성적 인 파괴가 발생한 것으로 판단된다.

    한편 최대내력은 PCW-2.0B 실험체에서 266.0 kN으로 가 장 크게 나타났으나 이후 강도 저하 및 균열 폭의 증가가 급격 히 발생하여 다른 보강된 실험체와 비교하였을 때 상대적으 로 취성적인 파괴거동이 관찰되었다. 이는 다른 실험체에 비 해 큰 H형강을 사용함에 따라 H형강과 철근콘크리트 골조 및 PC 벽판의 연결부에 응력이 집중되면서 하중의 분배가 원활 하게 이루어지지 않았기 때문으로 판단된다.

    3.2 강도 및 강성저하

    실험체의 각변위에 따른 강도저하 특성을 Fig. 8에 나타내 었다. 각 각변위의 첫 번째 사이클 강도를 기준으로 세 번째 사 이클의 강도저하를 상대비로 나타내었다. BF 실험체의 경우 최대내력 이후 각변위 1/25에서 약 68%의 강도저하가 나타났 다. PCW-2.0C 실험체는 최대 약 24%의 강도저하를 보였으 며, PCW-2.0B 실험체는 각변위 1/33에서 최대 약 42%의 강 도저하가 나타났다. PCW-2.0B 실험체의 경우 프레임 내부에 낮은 형상비의 PC 벽판을 상대적으로 큰 H형강으로 접합함 에 따라 H형강에 응력이 집중되면서 원활한 응력전달이 이루 어지지 않아 급격한 취성적 파괴가 발생한 것으로 판단된다. PCW-3.0B 실험체의 최대 강도저하는 약 24%로 나타났다. PC 벽판을 보강한 실험체가 BF 실험체에 비해 비교적 완만한 강도저하를 보여 PC 벽판의 보강이 급격한 강도저하를 방지 할 수 있을 것으로 판단되며, H형강의 과다사용은 급격한 강 도저하가 발생할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 PCW-3.0B 실험체가 가장 안정적으로 강도저하가 진행되었다.

    Fig. 9는 각변위 증가에 따른 각 실험체의 강성저하 특성을 비교한 것으로, 각 실험체의 강성은 하중-변위 곡선에서 각 각 변위 별 정가력 시 최대하중인 점 및 부가력 시 최대하중인 점 을 이은 선의 기울기로 산정하였다. 각 실험체의 초기강성은 BF, PCW-2.0C, PCW-2.0B, PCW-3.0B 순서대로 각 12.8, 43.1, 56.1, 38.5 kN/mm로 나타났다. PC 벽판을 보강한 세 실 험체의 초기강성이 BF 실험체의 초기강성보다 약 2~3.4배 증 가하는 결과를 보였으며, 세 실험체 모두 BF 실험체에 비하여 전체적으로 높은 강성이 관찰되었다. 또한 PCW-2.0C 및 PCW-3.0B 실험체의 강성저하 곡선이 유사하게 나타났다.

    3.3 에너지 소산능력

    PC 벽판 보강에 따른 기촌 철근콘크리트 골조의 횡하중 저 항성능을 분석하기 위하여 에너지 소산능력을 비교하였으며 이를 Fig. 10에 나타내었다. 에너지 소산능력은 각 실험체의 사이클별 하중-변위 곡선으로 둘러쌓인 면적의 합으로 평가 하며, 본 논문에서는 각변위별 사이클의 누적 에너지 소산능 력을 평가하였다. 각변위 1/200까지는 유사한 에너지 소산능 력을 보였으나, 각변위 1/100에서 BF, PCW-2.0C, PCW-2.0B, PCW-3.0B 실험체의 누적 에너지 소산면적이 각 635.5, 3811.3, 5120.2, 3326.0 kN·mm로 나타나 BF 실험체에 비해 PCW-2.0C 실험체는 약 5배, PCW-2.0B 실험체는 약 7.1배, PCW-3.0B 실험체는 약 4.2배 증가하였다. 이후의 누적 에너 지 소산면적 또한 BF 실험체에 비해 크게 나타나 PC 벽판을 보강함에 따라 기존 철근콘크리트 골조의 에너지 소산능력을 크게 개선할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 PCW-2.0B 실험 체가 파괴 전인 각변위 1/33 이전까지 누적 에너지 소산면적 이 가장 크게 나타났으며, 각변위 1/33 이후 PCW-3.0B 실험 체의 누적 에너지 소산면적이 가장 크게 나타났다.

    3.4 철근변형률

    Fig. 11은 반복가력에 따른 각 실험체 기둥의 철근변형률을 나타낸 것으로, 철근콘크리트 골조의 우측 기둥 주근의 철근변 형률을 측정하였다. LB는 좌측 주근, RB는 우측 주근에 철근 게 이지를 부착하여 측정한 데이터이다. BF 실험체의 LB 및 RB는 각 층간변위비 –2.0% 및 1.5%에서 항복하였다. PCW-2.0C 실험 체는 각 층간변위비 –1.0% 및 2.0%에서 항복하여 BF 실험체와 유사한 항복변형률이 나타났다. PCW-2.0B 실험체의 LB는 실 험 종료시점까지 탄성상태를 유지하였으며, RB는 3.0%에서 항 복하였다. PCW -3.0B 실험체의 LB 및 RB는 –3.0% 및 2.0%에서 항복하였다. PCW—2.0B 및 PCW-3.0B 실험체의 항복변형률이 BF 및 PCW-2.0C 실험체의 항복변형률에 비해 더 크게 나타나 거나 항복하지 않았다. 따라서 기둥 양측에 근접하게 배치한 PC 벽판이 기둥 주근이 부담하는 횡하중을 효율적으로 분담하는 것으로 판단된다.

    4. 결 론

    본 논문에서는 기존 비내진 철근콘크리트 골조를 보강하기 위하여 높은 연성을 갖는 ECC를 적용한 PC 벽판을 접합하였 다. PC 벽판의 형상비 및 접합 위치를 변수로 실험체를 제작 하였으며, 내진성능을 평가하고자 반복가력실험을 실시하였 고 실험결과는 다음과 같다.

    • 1) 파괴양상 실험결과 BF 실험체의 경우 기둥 접합부에 균 열이 집중되어 취성적인 최종파괴양상을 보였다. PCW- 2.0C 실험체는 BF 실험체와 유사한 각변위에 휨균열 및 전단균열이 발생하였으며, 최종파괴양상에서 휨균열이 다수 관찰되어 PC 벽판 중앙부 보강에 따라 골조의 전단 보강이 가능할 것으로 판단된다. PCW-2.0B 및 PCW- 3.0B 실험체는 상대적으로 늦게 휨균열이 관찰되었으 며, 이는 기둥 양측에 PC 벽판을 보강함에 따라 휨성능 이 개선된 결과인 것으로 판단된다.

    • 2) 하중-변위 관계 실험결과 PC 벽판을 보강한 실험체의 최 대내력이 BF 실험체에 비해 약 1.5~2.5배 증가하는 것으 로 평가되어 비내진 상세를 갖는 철근콘크리트 골조의 내 력 증진에 효과적인 것으로 판단된다. 다만 PCW- 2.0B 실 험체는 다른 PC 벽판 보강 실험체에 비해 취성적인 파괴 거동이 관찰되었는데, 이는 상대적으로 큰 H형강을 사용 함에 따른 초기강성의 증가로 인해 취성적 파괴가 발생한 것으로 판단된다. PCW-3.0B 실험체의 경우 최대내력 이 후 가장 연성적인 거동을 보이며 파괴되었다.

    • 3) 강도저하 평가결과 PC 벽판을 보강한 실험체의 강도저 하가 BF 실험체에 비해 비교적 완만하게 나타나 비내진 상세를 갖는 철근콘크리트 골조의 취성적인 파괴를 보 완할 수 있을 것으로 판단된다. 강성저하 평가결과 PC 벽판을 보강한 실험체의 초기강성이 BF 실험체에 비해 약 2~3.4배 증가한 것으로 나타나 강성증진에 효과적인 것으로 판단된다. 사이클별 누적 에너지 소산능력 평가 결과 큰 차이를 보이기 시작한 각변위 1/100에서 PC 벽 판을 보강한 실험체의 누적 에너지 소산면적이 약 4.2~7.1배 증가하여 철근콘크리트 골조의 에너지 소산 능력을 크게 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

    • 4) 각 실험체 기둥의 철근변형률 평가결과 PC 벽판을 양측 에 배치한 실험체의 항복변형률이 비내진 상세를 갖는 실험체 및 중앙에 PC 벽판을 배치한 실험체에 비해 더 크게 나타나거나 항복이 발생하지 않은 것으로 나타났 다. PC 벽판을 기둥 양측에 배치함에 따라 횡하중을 효 율적으로 분산시키는 것으로 판단된다.

    감사의 글

    본 논문은 2018년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으 로 한국연구재단 기초연구실사업의 지원을 받아 수행된 결과 임. (No. 2018R1A6A3A11050548)의해 지원되었습니다.

    Figure

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    Damage from Pohang earthquake4)

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    Dimensions and reinforcement details of SFR specimens (unit :mm)

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    Manufacturing procedures of ECC PC wall

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    Tensile stress-strain curve of ECC

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    Flexural stress-displacement curve of ECC

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    Test set-up of specimens

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    Cyclic response of specimens

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    Comparison of strength degradation ratio

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    Stiffness degradation of specimens

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    Energy dissipation of specimens

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    Strain variation in the main bars of columns

    Table

    Construction procedure of high-ductile RC wall

    Mechanical properties of PVA fiber

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