지난 수십년 동안 지진 등 자연적인 재해로부터 건축물의 붕괴 및 인명피해를 방지하기 위하여 다양한 구조형식의 건축물을 대상으로 내진성능을 향상시키기 위한 연구가 활발히 수행되어 왔다. 그러나 저층 규모의 조적조 등 대다수 노후화된 주거 시설의 경우 지진으로부터 주택을 보호할 수 있는 대책이 마련되어 있지 않은 실정이다. 조적조는 주로 중력하중을 견디도록 설계되어 있고 횡력 저항 부재가 없기 때문에 지진하중이 가해질 시 심각한 손상이 발생하여 건축물의 붕괴로 이어질 수 있다.
본 논문에서는 섬유보강복합체(Fiber Reinforced Cementitious Composite, 이하 FRCC), 섬유강화모르타르(Textile Reinforced Mortar, 이하 TRM), 유리강화섬유폴리머(Glass Fiber Reinforced Polymer, 이하 GFRP)를 활용한 비보강 조적벽의 실용 보강 공법을 설계 및 보강 방법과 함께 개발 및 검증하였다. 먼저, 비보강 조적벽에 적합한 내진보강공법을 개발하고 보강재의 기계적 특성을 실험을 통해 조사하였다. 본 연구에서 사용한 FRCC는 강섬유와 나일론 섬유가 같이 혼입된 하이브리드 타입이며 역학 및 내구성능 향상을 위해 분산된 단섬유를 활용하였다. FRCC의 기계적 특성은 압축, 직접 전단, 인장 실험 등을 통해 분석되었다. 둘째, FRCC 프리캐스트 패널 분절 상세를 개발하고 개발한 분절 상세의 연결부 직접 전단 거동을 분석하기 위하여 Push-off 실험을 수행하였다. 셋째, 개발 내진보강공법을 적용한 조적벽 실험체를 제작하고 반복 가력 실험을 수행하였다. 마지막으로, FRCC 프리캐스트 건식 및 반건식 공법으로 보강된 비보강 조적벽의 전단 강도 평가 모델을 제안하였고 비선형 모델링을 수행하였으며, 이를 실험 결과와 비교하여 제안 모델의 적합성을 검증하였다.
FRCC의 직접 전단 실험은 Fédération Internationale de la Précontrainte 규준을 준용하여 수행되었다. 실험 결과, FRCC가 일반 모르타르 매트릭스 대비 연성적인 거동을 나타내었으며, 강섬유 및 나일론 섬유의 혼입률이 증가할수록 최대 전단 응력이 증가하는 경향을 확인하였다.
Push-off 실험의 주요 실험 변수는 FRCC 프리캐스트 패널 분절부에 타설된 강섬유 보강 모르타르의 섬유 혼입율과 전단 키의 개수 및 형상이며, 총 4개 실험군의 다양한 분절부 상세를 갖는 19개 실험체를 제작하여 전단 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 프리캐스트 건식 및 반건식 공법을 활용하여 비보강 조적벽의 다양한 내진 보강 솔루션을 제안하였다. 총 8개의 조적벽 실험체가 제작되었으며 FRCC 프리캐스트 건식 패널로 보강된 실험체, FRCC 패널에 철근 또는 턴버클 상세가 추가로 보강된 실험체, Near-surface-mounted (NSM) 공법을 통해 Glass fiber reinforced polymer (GFRP)를 수직방향으로 보강한 실험체, Textile-reinforced mortar (TRM)을 앵커로 정착시켜 보강된 실험체, 전단 철근 상세와 함께 FRCC를 타설하여 보강된 실험체 등이 포함된다. 실험 결과 보강 실험체의 강도, 변형 능력, 강성 저감, 에너지 소산 능력이 비보강 조적벽 실험체 대비 크게 개선되는 것을 관찰하였다.
결과적으로, FRCC 프리캐스트 건식 및 반건식 공법으로 보강된 조적벽의 전단 강도 평가 모델을 제안하였다. 또한, ASCE/SEI 41-17 (2017)에 기반하여 보강 실험체의 비선형 모델링을 수행하였다. 실험 결과와의 비교·분석 결과, 제안된 모델이 전반적으로 실험 결과와 유사한 상관 관계를 나타내는 것을 확인하였다.