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SUMMARY

목차

제1장 서론 26

1.1. 연구배경 및 필요성 28

1.2. 연구목적 및 범위 33

1.3. 연구방법 및 절차 36

1.3.1. 연구개발의 개념 36

1.3.2. 연구개발의 절차 37

제2장 기존 내구성능 및 내진성능 평가기술 42

2.1. 일반사항 44

2.2. 내구성능 평가기술 46

2.2.1. 한국시설물안전관리공단 46

2.2.2. ATC-40 50

2.2.3. 일본 철근콘크리트 건물의 내력도 평가 54

2.3. 내진성능 평가기술 59

2.3.1. 미국의 내진성능 평가법(FEMA 310) 59

2.3.2. 일본의 내진진단법 61

2.3.3. 지진피해도 구분판정법 개요 63

제3장 내구성능저감계수 제안을 위한 구조실험 및 제안결과 70

3.1. 일반사항 72

3.2. 재료시험 72

3.2.1. 시험개요 72

3.2.2. 재료의 성질 72

3.3. 단조가력 실험체 계획 및 제작 77

3.3.1. 실험체의 계획 77

3.3.2. 실험체의 제작 및 부식 82

3.4. 단조가력 실험방법 90

3.4.1. 실험기기 및 실험체의 설치 90

3.4.2. 제하방법 및 측정항목 91

3.5. 단조가력 실험결과 92

3.5.1. 균열 및 파괴상황 92

3.5.2 하중-변위곡선 105

3.6. 내구성능저감계수의 제안 113

3.6.1 내구성능잔존율의 개념 113

3.6.2 내구성능저감계수의 제안 113

3.7. 소결 117

제4장 내진성능저감계수 제안을 위한 구조실험 및 제안결과 120

4.1. 일반사항 122

4.2. 재료시험 122

4.2.1. 시험개요 122

4.2.2. 재료의 성질 122

4.3. 수평반복가력 실험체 계획 및 제작 127

4.3.1. 실험체의 계획 127

4.3.2. 실험체의 제작 및 부식 132

4.4. 수평반복가력 실험방법 139

4.4.1. 실험기기 및 실험체의 설치 139

4.4.2. 제하방법 및 측정항목 140

4.5. 수평방복가력 실험결과 142

4.5.1. 균열 및 파괴상황 142

4.5.2. 하중-변위곡선 148

4.6. 내진성능저감계수의 제안 154

4.6.1. 내진성능잔존율의 개념 154

4.6.2. 내진성능저감계수의 제안 154

4.7. 소결 161

제5장 철근콘크리트 건축물의 요구내력스펙트럼의 제안 162

5.1. 일반사항 164

5.2. 기존 철근콘크리트 부재의 유사동적실험 결과 166

5.2.1. 실험체 계획 166

5.2.2. 실험체 설치상황 및 입력가속도 166

5.2.3. 실험결과 169

5.3. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 RC건물의 비선형복원력 특성 174

5.3.1. 비선형복원력특성 개요 174

5.3.2. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 비선형복원력특성의 모델링 178

5.3.3. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 RC건물의 비선형복원력특성 제안 180

5.4. 비선형동적해석에 의한 요구내력스펙트럼의 제안 182

5.4.1. 개요 182

5.4.2. 비선형동적해석용 구조모델 184

5.4.3. 비선형동적해석의 결과 193

5.5. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 RC건물의 구조손상도 평가 207

5.5.1. 전단 및 휨파괴형 부재의 내력-변위와 손상도 관계 207

5.5.2. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 RC건물의 내력-변위와 손상도 관계 209

5.5.3. 연성률 단계의 지진피해도의 산정 211

5.6. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 RC건물의 요구내력스펙트럼 213

5.6.1. 요구내력스펙트럼의 제안 213

5.6.2. 실제지진피해를 받은 건물과 비교 221

5.7. 소결 223

제6장 통합 내진성능 평가법 및 가이드라인(안)의 개발 226

6.1. 일반사항 226

6.1.1. 기본방침 226

6.1.2. 적용범위 226

6.1.3. 건물의 조사 및 재료강도 228

6.2. 목표 내진성능 수준 및 통합 내진성능 등급 228

6.2.1. 목표 내진성능의 수준 228

6.2.2. 지진위험도 229

6.2.3. 구조체의 성능수준 및 범위의 정의 232

6.2.4. 통합 내진성능 등급의 결정 233

6.2.5. 통합 내진성능의 판정법 236

6.3. 내구성능을 고려한 통합 내진성능 예비평가법 237

6.3.1. 일반사항 237

6.3.2. 부재의 경년열화 균열에 따른 내구성능 저감계수 산정 238

6.3.3. 각 기둥의 저감 내진성능(A D )의 산정 241

6.3.4. 휨 및 전단파괴형 기둥의 내력산정 243

6.3.5. 내진성능 저하율(S D ) 및 내진성능 수준 산정 244

6.3.6. 내진성능의 판정 246

6.4. 내구성능을 고려한 통합 내진성능 상세법 제1수준 247

6.4.1. 일반사항 247

6.4.2. 평가용 지진가속도 산정 248

6.4.3. 휨 및 전단파괴형 부재 내력산정 249

6.4.4. 요구성능 판정지표 및 평가용 지표산정 263

6.4.5. 건물의 지진피해도 및 내진성능 평가점수 산정 263

6.4.6. 내진성능 상세법 제1수준에 의한 내진성능 판정법 266

6.5. 내구성능을 고려한 통합 내진성능 상세법 제2수준 267

6.5.1. 일반사항 267

6.5.2. 평가용 지진가속도 산정 268

6.5.3. 보유성능의 계산 268

6.5.4. 연성율별 지진가속도 수준의 산정 275

6.5.5. 연성율별 내진성능저감계수를 고려한 잔존내진성능 산정 276

6.5.6. 건물의 지진피해도 및 내진성능 등급 결정 278

6.6. 소결 279

제7장 결론 284

참고문헌 292

표 1.1. 세부연구내용 및 연구범위 34

표 2.1. 철근콘크리트조의 상태평가항목(안전진단) 46

표 2.2. 철근콘크리트조의 상태평가항목(정밀안전진단) 47

표 2.3. 상태평가등급 설정 기준 47

표 2.4. 상태평가등급 판정 절차 48

표 2.5. 안전성 평가 등급 기준 49

표 2.6. 안전성평가등급 판정절차 49

표 2.7. 종합평가등급 기준 49

표 2.8. 피해 정도와 바닥 면적 58

표 2.9. 단계별 진단내용 62

표 2.10. RC 건물(기둥 및 내력벽)의 지진손상도 분류기준 66

표 2.11. 부재의 내진성능 저감계수(η) 67

표 2.12. 긴급복구 여부 판정기준 68

표 2.13. 영구복구 여부 판정기준 69

표 3.1. 콘크리트 압축강도 시험결과 75

표 3.2. 보실험체 일람표 79

표 3.3. 실험장비 및 측정기기 90

표 3.4. 휨보 실험결과 112

표 3.5. 전단보 실험결과 112

표 3.6. 보실험체 내구성능저감계수 제안식 118

표 4.1. 콘크리트 압축강도 시험결과 125

표 4.2. 기둥실험체 일람표 130

표 4.3. 실험장비 및 측정기기 139

표 4.4. 하중 가력계획 140

표 4.5. 기둥 실험결과 153

표 4.6. FC-0 내진성능저감 상관관계 155

표 4.7. FC-DC-1 내진성능저감 상관관계 155

표 4.8. FC-DC-2 내진성능저감 상관관계 155

표 4.9. FC-DC-3 내진성능저감 상관관계 156

표 4.10. SC-0 내진성능저감 상관관계 156

표 4.11. SC-DC-1 내진성능저감 상관관계 157

표 4.12. SC-DC-2 내진성능저감 상관관계 157

표 4.13. SC-DC-3 내진성능저감 상관관계 158

표 4.14. SC-DC-4 내진성능저감 상관관계 158

표 4.15. 기둥실험체 내진성능저감계수 제안식 161

표 5.1. 유사동적실험용 실험체 일람표 167

표 5.2. 부재의 항복 및 최대 내력 170

표 5.3. 해석케이스 188

표 5.4. 입력지진동 193

표 5.5. 지진손상도의 정의 209

표 5.6. 부재의 내진성능 저감계수(η) 211

표 5.7. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 RC 건물의 지진피해도 판정 결과 214

표 6.1. 기존 학교건물의 기본 목표내진성능 수준 229

표 6.2. 재현주기별 단주기 설계스펙트럼 가속도(S DS ) 229

표 6.3. 재현주기별 평가용 최대 지진가속도(α) 230

표 6.4. 지진구역 구분 및 지역계수 230

표 6.5. 지반의 분류 231

표 6.6. 지반증폭계수 Fa 232

표 6.7. 구조체의 손상정도에 따른 성능수준 및 범위 233

표 6.8. 내진성능평가에 의한 구조물의 내진성능등급의 정의 234

표 6.9. 내진성능 예비평가법의 평가결과와 내진등급과의 관계 235

표 6.10. 내진성능 상세법 제1수준의 평가결과와 내진등급과의 관계 235

표 6.11. 내진성능 상세법 제2수준의 평가결과와 내진등급과의 관계 236

표 6.12. 내진성능평가에 의한 구조물의 내진성능 판정법 237

표 6.13. 내구성능 저감계수(ξ) 산정을 위한 기둥부재 분류방법 및 정의 238

표 6.14. 각 휨파괴형 기둥의 저감 내진성능(AfD) 계산결과(이미지참조) 242

표 6.15. 각 전단파괴형 기둥의 저감 내진성능(AsD) 계산결과(이미지참조) 243

표 6.16. 내진성능 예비평가 결과와 내진등급 246

표 6.17. 내진성능 예비평가에 의한 내진성능 판정법 247

표 6.18. 내진성능 상세평가법의 수직부재 분류 및 정의 250

표 6.19. 건축시기별 일반기둥의 평균전단응력도 251

표 6.20. 건축시기별 극단주 및 단주의 평균전단응력도 253

표 6.21. 벽체의 평균전단응력도 253

표 6.22. 끼움조적조의 평균전단응력도 254

표 6.23. 평가용 지진가속도(α) 에 따른 요구성능 판정지표 및 내진성능 상세법 제1수준 평가용 지표(β, G, P) 계산식 263

표 6.24. 내진성능 상세법 제1수준의 평가결과와 내진등급과의 관계 266

표 6.25. 내진성능 상세법 제1수준에 의한 구조물의 내진성능 판정법 267

표 6.26. 내진성능 상세평가용 수직부재 파괴형식에 의한 분류 270

표 6.27. α₂및 α₃의 값 270

표 6.28. 상세평가용 연성지표 F 275

표 6.29. 전단(Csu) 및 휨파괴형(Cfy) 부재의 종국강도 분류(이미지참조) 276

표 6.30. 연성율별 내진성능저감계수를 고려한 잔존내진성능의 계산법 277

표 6.31. 부재의 내진성능 저감계수(η) 277

표 6.32. 내진성능 상세법 제2수준의 평가결과와 내진등급과의 관계 278

표 6.33. 내진성능 상세법 제2수준에 의한 구조물의 내진성능 판정 279

표 7.1. 보실험체 내구성능저감계수 제안식 285

표 7.2. 기둥실험체 내구성능저감계수 제안식 286

그림 1.1. 한반도 지진발생 현황 29

그림 1.2. 광주광역시 노후 철근콘크리트 아파트 지하층 기둥의 파손 30

그림 1.3. 보령지역 구반지진 현황 32

그림 1.4. 연구대상 및 연구목표 34

그림 1.5. 연구개발의 개념 36

그림 1.6. 본 연구의 특징 및 독창성 38

그림 1.7. 최종목표 달성을 위한 세부연구 목표 및 수행내용 39

그림 1.8. 최종목표 달성을 위한 단계별 추진방법 40

그림 2.1. FEMA 310의 내진성능 평가 절차 60

그림 2.2. 일본 내진진단법의 평가 절차 64

그림 2.3. 지진피해를 받은 RC 건물의 지진피해도 구분판정 절차 65

그림 2.4. 지진 손상도 예 66

그림 2.5. 내진성능저감계수 η 및 잔류 최대 균열폭의 관계 68

그림 3.1. 공시체 제작과정 73

그림 3.2. 콘크리트 공시체 재료실험 74

그림 3.3. 콘크리트의 대표적 응력-변형률 곡선 75

그림 3.4. 주철근 인장실험 사진 76

그림 3.5. 철근의 응력-변형률 곡선 77

그림 3.6. 휨파괴형 보 실험체의 형상 및 배근상세도 78

그림 3.7. 전단파괴형 보 실험체의 형상 및 배근상세도 78

그림 3.8. Impressed Current technique 활용 콘크리트 실린더에 매입된 철근 부식 촉진 실험 80

그림 3.9. 콘크리트 보(150mm×150mm×1100mm)에 매입된 철근 부식 실험 81

그림 3.10. 복수의 콘크리트 보에 매입된 철근 부식의 동시 수행을 위한 실험도 81

그림 3.11. 거푸집 제작 82

그림 3.12. 실험체 제작과정 84

그림 3.13. 부식진행 상황 86

그림 3.14. 부식측정 장치 86

그림 3.15. 목표 열화수준에 따른 전류 87

그림 3.16. 목표 열화수준에 따른 전압 87

그림 3.17. 휨파괴형 보 부식정도 측정 88

그림 3.18. 전단파괴형 보 부식정도 측정(계속) 89

그림 3.19. 휨보 실험체 세팅상황 91

그림 3.20. 전단보 실험체 세팅상황 91

그림 3.21. FB-0 균열 및 최종파괴 상황 94

그림 3.22. FB-SC-1 균열 및 최종파괴 상황 94

그림 3.23. FB-SC-2 균열 및 최종파괴 상황 94

그림 3.24. FB-SC-3 균열 및 최종파괴 상황 95

그림 3.25. FB-SC-4 균열 및 최종파괴 상황 95

그림 3.26. FB-DC-1 균열 및 최종파괴 상황 95

그림 3.27. FB-DC-2 균열 및 최종파괴 상황 96

그림 3.28. FB-DC-3 균열 및 최종파괴 상황 96

그림 3.29. FB-DC-4 균열 및 최종파괴 상황 96

그림 3.30. FB-DC-5 균열 및 최종파괴 상황 97

그림 3.31. FB-DC-6 균열 및 최종파괴 상황 97

그림 3.32. FB-DC-7 균열 및 최종파괴 상황 97

그림 3.33. SB-0 균열 및 최종파괴 상황 100

그림 3.34. SB-SC-1 균열 및 최종파괴 상황 100

그림 3.35. SB-SC-2 균열 및 최종파괴 상황 100

그림 3.36. SB-SC-3 균열 및 최종파괴 상황 101

그림 3.37. SB-DC-1 균열 및 최종파괴 상황 101

그림 3.38. SB-DC-2 균열 및 최종파괴 상황 101

그림 3.39. SB-DC-3 균열 및 최종파괴 상황 102

그림 3.40. SB-DC-4 균열 및 최종파괴 상황 102

그림 3.41. SB-DC-5 균열 및 최종파괴 상황 102

그림 3.42. SB-DC-6 균열 및 최종파괴 상황 103

그림 3.43. SB-DC-7 균열 및 최종파괴 상황 103

그림 3.44. SB-DC-8 균열 및 최종파괴 상황 103

그림 3.45. SB-DC-9 균열 및 최종파괴 상황 104

그림 3.46. FB-0 하중-변위곡선 106

그림 3.47. FB-SC-1 하중-변위곡선 106

그림 3.48. FB-SC-2 하중-변위곡선 107

그림 3.49. FB-SC-3 하중-변위곡선 107

그림 3.50. FB-SC-4 하중-변위곡선 108

그림 3.51. FB-DC-1~FB-DC-7 하중-변위곡선 108

그림 3.52. SB-0 하중-변위곡선 109

그림 3.53. SB-SC-1 하중-변위곡선 109

그림 3.54. SB-SC-2 하중-변위곡선 110

그림 3.55. SB-SC-3 하중-변위곡선 110

그림 3.56. SB-DC-1 ~ SB-DC-9 하중-변위곡선 111

그림 3.57. 내구성능잔존율의 개념도 113

그림 3.58. 과하중에 의한 휨보 내구성능저감계수 114

그림 3.59. 철근부식에 의한 휨보 내구성능저감계수 114

그림 3.60. 과하중에 의한 전단보 내구성능저감계수 116

그림 3.61. 철근부식에 의한 전단보 내구성능저감계수 116

그림 4.1. 공시체 제작과정 123

그림 4.2. 콘크리트 공시체 재료실험 124

그림 4.3. 콘크리트의 대표적 응력-변형률 곡선 125

그림 4.4. 주철근 인장실험 사진 126

그림 4.5. 철근의 응력-변형률 곡선 127

그림 4.6. 휨파괴형 기둥 실험체의 형상 및 배근상세도 129

그림 4.7. 전단파괴형 기둥 실험체의 형상 및 배근상세도 129

그림 4.8. Impressed Current technique 활용 콘크리 트 실린 더에 매 입된 철근 부식 촉진 실험 131

그림 4.9. 콘크리트 보(150mm×150mm×1100mm)에 매입된 철근 부식 실험 131

그림 4.10. 복수의 콘크리트 보에 매입된 철근 부식의 동시 수행을 위한 실험도 132

그림 4.11. 거푸집 제작 133

그림 4.12. 실험체 제작과정 135

그림 4.13. 부식진행 상황 136

그림 4.14. 부식측정 장치 136

그림 4.15. 휨파괴형 기둥 부식정도 측정 137

그림 4.16. 전단파괴형 기둥 부식정도 측정 138

그림 4.17. 실험체 설치 계획 및 상황 140

그림 4.18. 휨기둥 하중 가력 계획도 141

그림 4.19. 전단기둥 하중 가력 계획도 141

그림 4.20. FC-0 최종파괴 상황 145

그림 4.21. FC-DC-1 최종파괴 상황 145

그림 4.22. FC-DC-2 최종파괴 상황 145

그림 4.23. FC-DC-3 최종파괴 상황 145

그림 4.24. SC-0 최종파괴 상황 146

그림 4.25. SC-DC-1 최종파괴 상황 146

그림 4.26. SC-DC-2 최종파괴 상황 146

그림 4.27. SC-DC-3 최종파괴 상황 146

그림 4.28. SC-DC-4 최종파괴 상황 147

그림 4.29. FC-0 하중-변위곡선 149

그림 4.30. FC-DC-1 하중-변위곡선 149

그림 4.31. FC-DC-2 하중-변위곡선 150

그림 4.32. FC-DC-3 하중-변위곡선 150

그림 4.33. SC-0 하중-변위곡선 151

그림 4.34. SC-DC-1 하중-변위곡선 151

그림 4.35. SC-DC-2 하중-변위곡선 152

그림 4.36. SC-DC-3 하중-변위곡선 152

그림 4.37. SC-DC-4 하중-변위곡선 153

그림 4.38. 내진성능잔존율의 개념도 154

그림 4.39. 휨기둥 내진성능저감 상관관계 159

그림 4.40. 휨기둥 내진성능저감계수 159

그림 4.41. 전단기둥 내진성능저감 상관관계 160

그림 4.42. 전단기둥 내진성능저감계수 160

그림 5.1. 철근콘크리트 건물의 수평저항시스템 165

그림 5.2. 이중수평저항 저층 RC 부재의 유사동적 실험체 설치 상황 168

그림 5.3. 이중수평저항 저층 RC 부재의 유사동적 실험 시스템 168

그림 5.4. PD-FCSW-1 실험체의 유사동적실험 결과 171

그림 5.5. PD-FCSW-2 실험체의 유사동적실험 결과 172

그림 5.6. PD-FCSW-3 실험체의 유사동적실험 결과 173

그림 5.7. 각종 비선형복원력 특성 176

그림 5.8. 각종 비선형복원력 특성 177

그림 5.9. 전단 및 휨 파괴형 부재가 혼합된 RC 구조의 복원력특성 모델링 178

그림 5.10. 전단 및 휨 파괴형 부재의 복원력 특성 179

그림 5.11. 전단 및 휨 파괴형 부재와 병렬계 해석결과의 비교 (PD-FCSW-1) 181

그림 5.12. 전단 및 휨 파괴형 부재와 병렬계 해석결과의 비교 (PD-FCSW-2) 181

그림 5.13. 전단 및 휨 파괴형 부재와 병렬계 해석결과의 비교 (PD-FCSW-3) 182

그림 5.14. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 저층 RC건물의 요구내력스펙트럼 제안 절차 183

그림 5.15. SDF 해석모델 185

그림 5.16. 전단 및 휨파괴형 부재의 복원력특성 187

그림 5.17. 전단 및 휨파괴형 부재로 혼합된 저층 RC 건물의 복원력특성(병렬계) 188

그림 5.18. 해석변수의 분포 (층 전단력계수) 190

그림 5.19. 병렬계 모델의 고유주기(T)의 분포 191

그림 5.20. 변위응답 (α＝0.3g, Csu＝0.4, 0.5, 0.6 : Cfy＝0.1) 196

그림 5.21. 복원력특성 (α＝0.3g, Csu＝0.4, 0.5, 0.6 : Cfy＝0.1) 197

그림 5.22. 변위응답 (α＝0.3g, Csu＝0.1 : Cfy＝0.3, 0.4, 0.5) 197

그림 5.23. 복원력특성 (α＝0.3g, Csu＝0.1 : Cfy＝0.3, 0.4, 0.5) 198

그림 5.24. 응담연성율 (El Centro.NS motion for a ＝ 0.3g) 199

그림 5.25. Cfy-μf 상관관계 (Csu＝0.2 및 α＝0.3g) 200

그림 5.26. 응답연성율의 평균 및 상한값 (α＝0.3) 201

그림 5.27. 응답연성율의 평균 및 상한값 (α＝0.3) 202

그림 5.28. 평균 및 상한값 요구내력 (α＝0.3) 203

그림 5.29. 평균 및 상한값 요구내력 (α＝0.3) 204

그림 5.30. 각 해석케이스별 요구내력의 비교 (α＝0.3) 205

그림 5.31. 각 해석케이스별 요구내력의 비교 (α＝0.3) 206

그림 5.32. 전단 및 휨파괴형 부재의 손상도와 부재의 내력·변형관계의 개념 209

그림 5.33. 전단 및 휨파괴형 부재의 내력-변형과 손상도와의 관계 211

그림 5.34. RC 건물의 내진성능 평가를 위한 요구내력의 개념 215

그림 5.35. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 RC 건물의 요구내력스펙트럼(0.1g) 216

그림 5.36. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 RC 건물의 요구내력스펙트럼(0.15g) 217

그림 5.37. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 RC 건물의 요구내력스펙트럼(0.2g) 218

그림 5.38. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 RC 건물의 요구내력스펙트럼(0.3g) 219

그림 5.39. 전단 및 휨파괴형 부재가 혼합된 RC 건물의 요구내력스펙트럼(0.4g) 220

그림 5.40. 본 연구에서 제안한 내진성능 평가법과 실재지진에서 피해를 입은 건물과의 비교 222

그림 6.1. 휨파괴형 기둥의 내구성능 저감계수(ξ) 계산법 240

그림 6.2. 전단파괴형 기둥의 내구성능 저감계수(ξ) 계산법 241

그림 6.3. 내진성능 예비평가법의 성능수준 판정을 위한 다이어그램 246

그림 6.4. 입력 지진가속도 0.1g 이하인 경우의 평가법 249

그림 6.5. 기둥의 내치수 (h₀) 251