표제지

국문초록

목차

제1장 서론 14

1.1. 연구 배경 및 목적 14

1.2. 연구 범위 및 방법 19

제2장 내진설계의 이론적 특성 22

2.1. 내진설계의 개념 및 방법 22

2.2. 내진구조 프레임 구조 시스템의 종류 및 거동 특성 26

2.2.1. 비가새 내진구조의 종류 및 특성 26

2.2.2. 가새 내진구조의 종류 및 특성 28

2.3. 기존 내진구조의 특징 및 한계 33

제3장 CFRP의 이론적 특성 35

3.1. CFRP의 개념 및 특징 35

3.2. CFRP의 활용 가능성 39

3.3. CFRP-CFT 기둥 구조물 연구 동향 40

3.3.1. CFT 기둥 구조물 연구 동향 40

3.3.2. CFRP 기둥 구조물 연구 동향 43

제4장 CFRP의 특성 실험 45

4.1. CFRP의 인장 특성 47

4.1.1. CFRP의 인장실험 설계 및 방법 47

4.1.2. CFRP의 인장실험 결과 및 거동 특성 48

4.1.3 CFRP의 인장반복실험 설계 및 방법 52

4.1.4. CFRP의 인장반복실험 결과 및 거동 특성 54

4.2. CFRP의 압축 특성 56

4.2.1. CFRP의 압축실험 설계 56

4.2.2. CFRP의 압축실험 결과 및 거동 특성 57

4.2.3. CFRP의 압축반복실험 설계 60

4.2.4. CFRP의 압축반복실험 결과 및 거동 특성 62

제5장 CFRP-CFT 구조물의 내진성능평가 64

5.1. CFRP-CFT 구조물의 수치해석 모델 및 방법 64

5.1.1. CFRP 재료의 수치해석 모델 및 방법 64

5.1.2. CFRP-CFT의 수치해석 모델 및 방법 71

5.2. CFRP-CFT 구조물의 수치해석 결과 분석 및 평가 83

5.2.1. 시간에 따른 최대 지붕변위 83

5.2.2. 시간에 따른 최대 지붕가속도 92

5.2.3. CFT 기둥의 응력-변형률 100

5.2.4. 지붕변위에 따른 총 밑면전단력 105

5.2.5. 최대 층간변위비 113

5.2.6. 잔류 층간변위비 117

5.2.7. 가새의 시간에 따른 응력 응답 121

제6장 결론 123

참고문헌 126

Abstract 133

표 2.1. 건축물의 내진설계 기준 변천사항 22

표 2.2. 설계방법에 따른 내진 설계 구조 및 적용사례 23

표 2.3. 보통 중심가새프레임 시스템과 특수 중심가새프레임 시스템 비교표 30

표 3.1. FRP 구성 섬유의 종류 및 장단점 36

표 3.2. 강화 복합재 성형 방법별 장단점 비교 38

표 4.1. 탄소섬유 복합재 프리프레그 물성치 46

표 4.2. CFRP116, HCFRP116, ST01 시편의 항복강도 및 탄성계수 51

표 4.3. 인장 반복 실험 로딩프로토콜 변위 변화량 52

표 4.4. CFRP116 와 HCFRP116 시편의 극한 압축강도 및 연신율 59

표 4.5. 압축 반복 실험 로딩프로토콜 변위 변화량 60

표 5.1. 구조 설계에 사용된 부재의 규격 75

표 5.2. 프레임 구조 시스템에 적용된 활하중 및 고정하중 80

표 5.3. 프레임 구조 시스템에 사용되는 지반 운동 80

표 5.4. 6층 프레임 구조 시스템 최대 지붕변위 91

표 5.5. 6층 프레임 구조 시스템 최대 지붕가속도 응답 99

표 5.6. 6층 프레임 구조 시스템 기둥 최대 응력 및 변형률 응답 104

표 5.7. 6층 프레임 구조 시스템 최대 밑면전단력 112

그림 1.1. 해외 지진 피해 사례 15

그림 1.2. 국내 지진 피해 사례 16

그림 1.3. 우리나라 지진 발생 현황 (1978~2021년) 18

그림 1.4. 국내 건축물 내진율 현황 18

그림 1.5. 연구의 프로세스 21

그림 2.1. 내진구조에 따른 손상복구 비용 25

그림 2.2. 풍하중 모멘트 프레임 방법의 개략도 26

그림 2.3. 비가새 프레임 구조물의 실험 및 해석 거동 27

그림 2.4. 가새 프레임 구조 시스템의 개략도 28

그림 2.5. 중심가새프레임 시스템의 가새 부재 배치 29

그림 2.6. 비좌굴가새프레임 시스템의 일반적인 구성도 31

그림 2.7. 비좌굴가새프레임 시스템의 가새 부재 구성도 31

그림 2.8. 비좌굴 및 좌굴 가새의 변형률-응력 선도 32

그림 2.9. 내진보강의 다양한 종류 34

그림 3.1. CFRP의 긴장재 및 그리드 적용사례 40

그림 3.2. ICH-CFT 시험체 및 실험결과 41

그림 3.3. 내부 구속 중공 CFT 기둥의 비선형 해석 42

그림 3.4. 변위연성별 최대내력 및 에너지 소산 능력 43

그림 3.5. 시험체별 하중 변화 및 유효강성 변화 44

그림 4.1. CFRP 및 CFRP Hybrid 시편 적층 구조 46

그림 4.2. CFRP 및 CFRP Hybrid 시편 제작에 따른 성형 사이클 46

그림 4.3. 인장실험 시편 및 규격 47

그림 4.4. 단순 인장실험 전경 48

그림 4.5. CFRP116, HCFRP116 및 ST01 시편의 단순 인장실험 후 형상 49

그림 4.6. CFRP116 시편 응력-변형률 응답 50

그림 4.7. HCFRP116 시편 응력-변형률 응답 50

그림 4.8. ST01 시편 응력-변형률 응답 51

그림 4.9. 인장반복실험 시편 53

그림 4.10. 인장반복실험에 사용된 Loading Protocol 53

그림 4.11. 인장반복실험 전경 54

그림 4.12. CFRP116 시편 인장반복 응력-변형률 응답 55

그림 4.13. HCFRP116 시편 인장반복 응력-변형률 응답 55

그림 4.14. 압축실험에서 사용된 지그 복합부하 고정장치 56

그림 4.15. 압축실험 시편 규격 및 시편 57

그림 4.16. 단순 압축실험 전경 57

그림 4.17. CFRP 및 HCFRP 시편의 단순 압축실험 파단 형상 58

그림 4.18. CFRP116 시편 응력-변형률 응답 58

그림 4.19. HCFRP116 시편 응력-변형률 응답 59

그림 4.20. 압축반복실험에 사용된 Loading Protocol 61

그림 4.21. 압축반복실험 전경 62

그림 4.22. CFRP116 압축반복 응력-변형률 응답 63

그림 4.23. HCFRP116 압축반복 응력-변형률 응답 63

그림 5.1. 재료 수치해석의 알고리즘 66

그림 5.2. ST01에 대한 인장실험결과 및 수치해석결과 67

그림 5.3. CFRP116에 대한 인장반복 실험결과 및 수치해석결과 68

그림 5.4. HCFRP116에 대한 인장반복 실험결과 및 수치해석결과 69

그림 5.5. CFRP116에 대한 압축반복 실험결과 및 수치해석결과 70

그림 5.6. HCFRP116에 대한 압축반복 실험결과 및 수치해석결과 70

그림 5.7. 3차원 수치해석 프레임 구조 시스템 모델의 입체도 72

그림 5.8. 3차원 수치해석 프레임 구조 시스템 모델의 평면도 73

그림 5.9. 3차원 수치해석 프레임 구조 시스템 모델의 정면도 74

그림 5.10. 보 및 기둥 부재 설계 개념 75

그림 5.11. 가새 부재 모델 76

그림 5.12. ASCE7-22 코드에 따라 스케일링된 지반운동 스펙트럼 77

그림 5.13. 하중이 고려된 프레임 구조 시스템의 입체도 78

그림 5.14. 프레임 구조 시스템 모델 선형 정적 해석의 가새, 보, 기둥 영향 79

그림 5.15. 시간에 따른 El Centro Differential Array 지진 가속도 81

그림 5.16. 시간에 따른 El Centro Array #9 지진 가속도 81

그림 5.17. 시간에 따른 Parkfield - Cholame 1E 지진 가속도 82

그림 5.18. DI06 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕변위 85

그림 5.19. MI06 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕변위 86

그림 5.20. DI02 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕변위 87

그림 5.21. MI02 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕변위 88

그림 5.22. DP02 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕변위 89

그림 5.23. MP02 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕변위 90

그림 5.24. DI06 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕가속도 93

그림 5.25. MI06 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕가속도 94

그림 5.26. DI02 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕가속도 95

그림 5.27. MI02 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕가속도 96

그림 5.28. DP02 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕가속도 97

그림 5.29. MP02 지진파가 적용된 시간에 따른 구조물의 최대 지붕가속도 98

그림 5.30. DI06 지진파가 적용된 구조물의 기둥 응력-변형률 101

그림 5.31. MI06 지진파가 적용된 구조물의 기둥 응력-변형률 101

그림 5.32. DI02 지진파가 적용된 구조물의 기둥 응력-변형률 102

그림 5.33. MI02 지진파가 적용된 구조물의 기둥 응력-변형률 102

그림 5.34. DP02 지진파가 적용된 구조물의 기둥 응력-변형률 103

그림 5.35. MP02 지진파가 적용된 구조물의 기둥 응력-변형률 103

그림 5.36. DI06 지진파가 적용된 구조물의 지붕 변위-밑면전단력 106

그림 5.37. MI06 지진파가 적용된 구조물의 지붕 변위-밑면전단력 107

그림 5.38. DI02 지진파가 적용된 구조물의 지붕 변위-밑면전단력 108

그림 5.39. MI02 지진파가 적용된 구조물의 지붕 변위-밑면전단력 109

그림 5.40. DP02 지진파가 적용된 구조물의 지붕 변위-밑면전단력 110

그림 5.41. MP02 지진파가 적용된 구조물의 지붕 변위-밑면전단력 111

그림 5.42. DI06 지진파가 적용된 구조물의 최대 층간변위 비율 114

그림 5.43. MI06 지진파가 적용된 구조물의 최대 층간변위 비율 114

그림 5.44. DI02 지진파가 적용된 구조물의 최대 층간변위 비율 115

그림 5.45. MI02 지진파가 적용된 구조물의 최대 층간변위 비율 115

그림 5.46. DP02 지진파가 적용된 구조물의 최대 층간변위 비율 116

그림 5.47. MP02 지진파가 적용된 구조물의 최대 층간변위 비율 116

그림 5.48. DI06 지진파가 적용된 구조물의 잔류 층간변위 비율 118

그림 5.49. MI06 지진파가 적용된 구조물의 잔류 층간변위 비율 118

그림 5.50. DI02 지진파가 적용된 구조물의 잔류 층간변위 비율 119

그림 5.51. MI02 지진파가 적용된 구조물의 잔류 층간변위 비율 119

그림 5.52. DP02 지진파가 적용된 구조물의 잔류 층간변위 비율 120

그림 5.53. MP02 지진파가 적용된 구조물의 잔류 층간변위 비율 120

그림 5.54. MI02 지진파가 적용된 구조물 가새의 시간-응력 응답 122