철근콘크리트 벽식 아파트의 지진피해 저감을 위한 비내력벽 시스템의 실험적 성능평가 :

문교영

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자료유형: 학위논문

저자정보: 문교영 (계명대학교, 계명대학교 대학원)

지도교수: 김승직

발행연도: 2020

저작권: 계명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수13

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2020

철근콘크리트 벽식 아파트의 지진피해 저감을 위한 비내력벽 시스템의 실험적 성능평가

문교영 건축학과 2020.01 학위논문

2019

RC 벽식 아파트의 손상제어를 위한 개발 비내력벽 시스템의 실험 평가

문교영 , 김승직 , 김시윤 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2019.10 학술대회자료

비내력벽 손상제어를 통한 RC 벽식 아파트의 내진성능향상을 위한 대체 시스템 상세 개발

문교영 , 김승직 , 김시윤 외 2명 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2019.05 학술대회자료

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2017년 발생한 포항지진으로 인하여 대다수가 거주하는 벽식 아파트에서 심각한 피해가 발생하였으며 이로 인하여 막대한 복구비용이 발생하였다. 연직하중 및 횡하중을 지지하지 않는 비내력벽을 구조 설계 시 고려하지 않았으나, 시공 시 비내력벽에 최소철근을 배근하여 내력벽과 함께 공동 타설하여 비내력벽이 하중을 분담함으로서 피해가 발생한 것이다. 하중을 지지하지 않도록 설계되는 비내력벽이 예상하지 않은 하중지지 요소로서 거동을 한다면, 철근콘크리트 골조와 상호작용을 일으켜 구조물의 성능 및 강도, 강성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 현 구조 설계 및 시공 관행과 같이 비내력벽의 강도 및 강성을 무시하면 구조물의 지진 거동에 불리하게 작용한다. 따라서 본 연구에서는 비내력벽과 내력벽 간의 균열 전달을 방지하고, 비내력벽의 균열 및 손상 제어를 위한 슬롯형 및 PC형 비내력벽 시스템을 개발하였다. 개발한 비내력벽 시스템의 성능을 평가하기 위하여 실제 피해가 발생한 벽식 아파트를 기반으로 하여 실험체를 제작하였으며 정적반복가력실험이 수행되었다. 현재 벽체 시스템을 적용한 실험체와 개발한 비내력벽 시스템을 적용한 실험체의 연성비, 에너지소산능력, 변형률 등의 비교·분석을 수행하였다.
실험 결과, 기존 벽체 시스템을 적용한 실험체는 전단 거동이 지배적으로 나타났으며, 비교적 높은 강도와 강성이 나타났으나 급격한 하중 저감 현상으로 인하여 취성파괴가 발생하였다. 개발한 비내력벽 시스템을 적용한 실험체는 비내력벽이 존재하지 않는 기준 실험체와 매우 유사한 거동이 나타났으며 기존 실험체와 비교하여 상대적으로 휨 거동을 나타내면서 급격한 파괴가 발생하지 않았다. 개발한 비내력벽 시스템을 적용한 실험체 모두 기존 실험체와 비교하여 연성비가 증가되었으며, 최대 106.50% 증가되었다. 전체적인 에너지소산능력 또한, 세 실험체 모두 증가되었으며, 최대 110.84% 증가되었다. 벽체에서 측정한 변형률 분포를 보았을 때, 개발한 비내력벽 시스템을 적용한 실험체 모두 기존 실험체에 비하여 낮은 변형률 분포가 나타났으며 항복과 큰 변형률 발생을 막을 수 있어 안전성이 증대될 것으로 판단된다. 또한, 개발한 비내력벽 시스템을 적용한 실험체의 경우 내력벽과 비내력벽의 균열 및 손상 전달이 나타나지 않았으며 실험 결과, 비내력벽의 균열이 거의 발생하지 않았다.
위의 결과를 고려할 때, 개발한 비내력벽 시스템은 벽체 간 균열 전달을 방지할 수 있으며, 지진으로 인한 피해를 효과적으로 제어할 수 있을 것이라 판단된다.

The 2017 Pohang Earthquake caused severe damages to RC wall type apartments which are the typical residential structures. Consequently, an enormous cost of recovery was incurred. Non-bearing walls do not support loads as non-structural elements and thus have ignored in structural design. However, as non-bearing walls with minimum reinforcement ratio are casted along with bearing walls during construction, non-bearing walls behave like structural walls when subjected to earthquake loads and thus, their damage could be initiated easily and spread to the structural elements of RC wall type apartment. If non-bearing walls are not designed to bear loads but unexpectedly exhibited the behavior of a load-bearing element, the non-bearing walls may interact with structural elements, thereby affecting the performance, stiffness, and rigidity of a structure. Accordingly, the current practices in structural design and construction neglecting the stiffness and rigidity of non-bearing walls are disadvantageous to seismic behaviors of structures. Hence, this study developed a slot-type non-bearing wall system and a PC-type non-bearing wall system to prevent crack propagation between non-bearing walls and bearing walls, and to control the crack and damage of non-bearing walls. For evaluating the proposed non-bearing wall systems, specimens were constructed based on the RC wall type apartment which was actually damaged during the Pohang Earthquake, and a static cyclic test was conducted. The ductility ratio, energy dissipation capacity, and strain were comparatively analyzed between a specimen of the conventional wall system and the specimens to which each of the proposed non-bearing wall systems was applied.
In the test, the specimen of the conventional wall system demonstrated the dominance of shear behavior and displayed relatively high levels of stiffness and rigidity. However, it underwent brittle failure due to the drastic reduction of loads. The other specimens, to which the non-bearing wall systems developed in this study were applied, demonstrated similar behavior to the reference specimen without the non-bearing wall. However, when compared to the specimen of the conventional wall system, they demonstrated flexural behavior and did not undergo any drastic failure. All specimens, to which the proposed non-bearing wall systems were applied, had an improved ductility ratio by up to 106.50%, in comparison with the specimen of the conventional wall system. In addition, all specimens, to which the proposed non-bearing wall systems were applied had an increased overall energy dissipation capacity by up to 110.84%. When strains were measured on the walls, both specimens, to which each of the non-bearing wall systems developed in this study was applied, showed lower strain distribution than that of the existing specimen. As the proposed non-bearing wall systems can prevent yield and large strains, there is an expected increase in safety. In addition, the specimens to which the proposed non-bearing wall systems were applied did not show cracks and damage propagation in non-bearing walls and bearing walls. In the test, few cracks occurred to the non-bearing walls.
Considering the above results, the non-bearing wall systems developed herein could prevent crack propagation between walls and effectively control seismic damage.

제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.2 연구 범위 및 방법 4
제 2 장 기존 연구 동향 및 비내력벽 설계 기준 6
2.1 기존 연구 동향 6
2.2 비내력벽 설계 기준 11
제 3 장 비내력벽 대체 시스템 개발 13
3.1 개요 13
3.2 슬롯형 비내력벽 대체 시스템 13
3.2.1 다월바를 적용한 비내력벽 대체 시스템 14
3.2.2 슬릿형 강재이력댐퍼를 적용한 비내력벽 대체 시스템 17
3.3 PC형 비내력벽 대체 시스템 20
제 4 장 실험 계획 및 실험 방법 23
4.1 개요 23
4.2 실험체 설계 및 제작 23
4.3 재료물성 30
4.3.1 콘크리트 30
4.3.2 철근 30
4.4 하중가력계획 및 실험 방법 31
제 5 장 철근콘크리트 벽체 정적반복가력실험 결과 및 분석 36
5.1 개요 36
5.2 균열 및 파괴양상 36
5.2.1 기존 실험체(CBW) 36
5.2.2 기준 실험체(RFW) 39
5.2.3 다월바 시스템 실험체(WDB) 41
5.2.4 슬릿형 강재이력댐퍼 시스템 실험체(WSD) 43
5.2.5 힌지 및 PC 비내력벽 시스템 실험체(PCW) 45
5.2.6 지진피해 사례와 유사한 시점에서의 실험체별 파괴양상 47
5.3 하중-층간변위비 관계 50
5.4 강도 및 강성 53
5.5 연성비 55
5.6 에너지소산능력 58
5.7 변형률 61
5.7.1 수직 변형률 61
5.7.2 수평 변형률 64
5.7.3 접합철물 변형률 65
5.8 전단변형률 70
5.8.1 기존 실험체(CBW) 71
5.8.2 기준 실험체(RFW) 73
5.8.3 다월바 시스템 실험체(WDB) 75
5.8.4 슬릿형 강재이력댐퍼 시스템 실험체(WSD) 76
5.8.5 힌지 및 PC 비내력벽 시스템 실험체(PCW) 77
제 6 장 결론 79
참고문헌 81
영문초록 83
국문초록 87

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