강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 면내·외 내진 거동 평가

황승현 ( Seung-hyeon Hwang ),양근혁 ( Keun-hyeok Yang ),김상희 ( Sanghee Kim ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.25 No.1

이 연구에서는 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 면내·외 거동에 대한 내진성능을 평가하였다. 강봉 트러스 시스템 보강은 무보강 조적벽체 1면에 2개의 강봉 트러스 시스템 유닛을 배치하였다. 면내 거동에 대한 실험결과는 무보강 조적벽체 및 벽체 1면에 1개의 강봉 트러스 시스템 보강된 조적벽체와 비교하였으며, 면외 거동에 대한 실험결과는 무보강 조적벽체와 비교하였다. 실험 결과, 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 면내·외 초기 강성은 무보강 조적벽체에 비해 각각 1.9배 및 2.3배 높았으며, 면내·외 최대 내력은 각각 1.8배 및 1.9배 높았다. 특히 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 면내·외 에너지 소산능력은 무보강 조적벽체에 비해 각각 6.1배 및 2.4배 높았으며, 등가 감쇠비는 각각 5.1배 및 1.2배 높았다. 즉, 강봉 트러스 시스템은 무보강 조적벽체의 면내 방향으로의 내진성능 향상뿐만 아니라 면외 방향으로의 내진성능 향상에도 유리할 것으로 판단된다. This experimental study was conducted to evaluate the in-plane and out-of-plane seismic performances of an unreinforced masonry walls (URMs) strengthened with prestressed steel-bar truss systems developed in the present investigation. The truss systems were installed on both faces of the walls. All the wall specimens were subjected to lateral in-plane or out-of-plane cyclic loads at the fixed gravity stress of 0.25 MPa. The seismic performance of the strengthened specimens was compared to that measured in the counterpart URM. When compared with the lateral load-displacement curve of the URM, the strengthened walls exhibited the following improvements: 190% for initial stiffness, 180% for peak strength, 610% for accumulated energy dissipation capacity, and 510% for equivalent damping ratio under the in-plane state; the corresponding improvements under the out-of-plane state were 230% for initial stiffness, 190% for peak strength, 240% for accumulated energy dissipation capacity, and 120% for equivalent damping ratio, respectively. These results indicate that the developed technique is very promising in enhancing the overall seismic performance of URM.

FRP 시트 및 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽의 내진성능 비교 연구

이혜지,김상희,양근혁 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.5

In this study, the in-plane and out-of-plane seismic performance of the masonry wall strengthened using the steel bar truss system proposed by Hwang et al. (2021a, 2021b) or using FRP sheets were compared and evaluated. The maximum strength of the masonry wall reinforced with FRP sheets for the in-plane and out-of-plane loading was 71% and 85%, respectively, of that of the non-reinforced masonry wall. Meanwhile, the maximum strength of the masonry wall reinforced with the steel bar truss system was approximately 1.8 times higher than that of the non-reinforced masonry wall. Compared with the FRP sheet method, the steel bar truss system was excellent at improving the maximum load capacity, rigidity, and energy dissipation capacity. However, in the case of a masonry wall reinforced with FRP sheets, the masonry wall was overstrengthened with the FRP sheets covering the entire masonry wall, and it is considered that the overstrengthened specimen experienced sliding failure, resulting in a lower strength than the other specimens. A follow-up study is needed to compare the seismic performance of the specimen involving only a part of the masonry wall reinforced with the FRP sheets and the specimen reinforced using the steel bar truss system. 이 연구에서는 Hwang et al.(2021a, 2021b)가 제시한 강봉 트러스 시스템과 FRP 시트로 보강된 조적벽체의 면내·외 내진성능을 비교평가하였다. 면내·외 가력에서 FRP 시트로 보강된 조적벽체의 최대 내력은 각각 무보강 조적벽체의 71% 및 85% 수준으로 순수 조적벽체의 내력을 발휘하지 못하고 더 낮은 내진 성능을 보였다. 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 최대 내력은 무보강 조적벽체에 비해 약 1.8배 높았다. 강봉 트러스 시스템은 FRP 시트 부착 공법에 비해 최대 내력, 강성, 에너지 소산능력 향상에 뛰어났다. 하지만, FRP 시트로 보강된 조적벽체의 경우, FRP시트를 조적벽체의 전체에 보강함으로써 조적벽체가 과보강되었고, 실험체가 미끄러짐 파괴가 발생 강성발현 증가효과가 미미한 것으로 판단된다. 추후, FRP 시트를 조적벽체의 일부분만 보강한 실험체와 강봉 트러스 시스템으로 보강한 실험체의 내진성능을 비교하는 후속연구가 필요하다.

개구부 및 내진보강의 유무에 따른 조적벽체의 내진성능 평가를 위한 정적 실험

이유진,이정한,오상훈,이상호 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

최근 세계적으로 뉴질랜드 크라이스트처치 지진(규모 6.3), 아이티 지진(규모 7.0), 중국 쓰촨성 지진(규모 7.9) 등의 지진발생 횟수가 증가하고 지진규모도 대형화 되는 추세이며, 우리나라에서도 대형지진발생 가능성이 제기되고 있다. 지진이 발생할 경우 국내 기존 저층건축물의 대부분을 차지하고 있는 조적조 건축물의 피해가 상당할 것으로 예상된다. 조적조 건축물은 연직하중에 대해서는 상당한 저항력을 가지고 있으나, 연성능력이 부족하여 지진 등과 같은 횡하중에 대하여 매우 취약한 단점을 가지고 있다. 그러나 조적조 건축물은 지진에 대한 예방책이 마련되어 있지 않은 실정이며, 이러한 피해를 막기 위해서 조적벽체의 내진성능 평가 및 국내 실정에 적합한 내진보강기법의 개발이 절실히 필요하다. 조적조 건축물의 내진성능을 확보하기 위해서 선행연구1)에서 지진취약부 보강을 위한 보강공법이 제안되었다. 본 연구에서는 제안된 내진보강공법의 적용유무에 따른 비보강/내진보강 조적벽체의 파괴모드 및 내진성능을 파악하고 실험결과 분석을 통해 제안된 내진보강공법의 효과를 검증하고자 한다. 조적벽체의 내진성능을 파악하기 위한 실험을 통해 조적벽체의 개구부 유무에 따른 파괴양상과 전단내력의 변화 등을 관찰하고, 제안된 내진보강방법을 적용한 변수 실험을 통해 제안된 공법이 내진성능에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 내진보강방법은 지진취약부 보강 위주로 설계되었으며, 기존의 조적조 건축물의 내진보강방법을 조사하여 시공성 및 경제성 면에서 뛰어난 면외방향 보강을 위한 메탈라스와 지진취약부를 보강하는 강판을 부착하는 형태를 사용하였다. 비보강 조적벽체는 Rocking과 Sliding에 의한 파괴와 개구부가 있는 시험체의 경우에는 개구부 전단균열이 발생하였다. 비보강 조적벽체의 실험결과를 분석하여 메탈라스와 강판으로 보강하는 방법을 제안하였다. 제안된 내진보강방법을 적용한 조적벽체는 비보강 조적벽체 정적실험에 비해서 강성, 강도, 연성능력 면에서 우수하였다.

증분동적해석을 통한 비보강 조적벽식 건물의 내진성능 평가

권기혁,김만회,김형준 한국구조물진단유지관리공학회 2013 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.17 No.3

비보강 조적벽체를 이용한 저층 건축물은 국내에 가장 흔히 볼 수 있는 주거형태이지만, 비보강 조적벽체는 높은 횡강성에 비하여 연성능력 부족 등의 이유로 지진으로부터 구조적 피해를 피하기 힘든 횡력저항시스템으로 알려져 있다. 하지만, 국내 비보강 조적벽체 전단강도와 전단강성에 대한 실험적 연구는 부족한 편이며, 실제 지진이 발생했을 비보강 조적벽체를 횡력저항요소로 사용하는 건축물의 내진성능에 대한 연구는 상대적으로 부족한 실정이다. 이로 인하여 국내 비보강 조적벽체의 특성을 반영하고 있다고 볼 수 없는 FEMA 356에서 제시하고 있는 비보강 조적벽체의 전단강도와 강성을 준용하여 사용하고 있다. 본 연구에서는 우선 FEMA 356에서 제시하고 비보강 조적벽체의 전단강도와 강성을 실험결과와의 차이에 대해 기술하고, 이 차이가 현황조사와 실험데이터를 바탕으로 결정한 표본 비보강 조적조 건축물의 내진성능에 미치는 영향과 경과년수에 따른 영향을 증분동적해석을 이용하여 계산된 붕괴여유비와 구조성능의 불확실성을 표현하는 베타값을 이용하여 분석하였다. 해석결과를 통하여 FEMA 356에 의한 전단강도와 강성을 사용할 경우 조적조 건축물의 붕괴여유비와 베타값을 과소평가하는 것으로 나타났다. 하지만, 두 경우 모두 국내 내진설계기준에서 제시하는 성능기준을 만족하지 않는 것으로 나타났으며, 경과연수가 클수록 이런 현상은 뚜렷해지며, 30년 이상 경과된 조적조 건축물은 2400년 재현주기의 지진에 붕괴확률이 약 90%에 도달하는 것으로 나타났다. The most common housing type in Korea is low-rise buildings with unreinforced masonry walls (UMWs) that have been known as a vulnerable seismic-force-resisting system (SFRS) due to the lack of ductility capacities compared to high lateral stiffness of an UMW. However, there are still a little experimental investigation on the shear strength and stiffness of UMWs and on the seismic performance of buildings using UMWs as a SFRS. In Korea, the shear strength and stiffness of UMWs have been evaluated with the equations suggested in FEMA 356 which can not reflect the structural and material characteristics, and workmanship of domestic UMW construction. First of all, this study demonstrates the differences in shear strength and stiffness of UMWs obtained from between FEMA 356 and test results. The influence of these differences on the seismic performance of UMW buildings is then discussed with incremental dynamic analyses results of a prototype UMW building that were selected by the site survey of more than 200 UMW buildings and existing test results of UMWs. The seismic performance assessment of the prototype UMW building are analyzed based on collapse margin ratios and beta values repesenting uncertainty of seismic capacity. Analysis results show that the seismic performance of the UMW building estimated using the equations in FEMA 356 underestimates both a collapse margin ratio and a beta value compared to that estimated by test results. Whatever the estimation is carried out two cases, the seismic performance of the prototype building does not meet the criteria prescribed in a current Korean seismic code and about 90% collapse probability presents for more than 30-year-old UMW buildings under earthquakes with 2400 return years.

스프링 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 개구부 조적벽체의 내진성능 평가

권희용,황용하,양근혁,김상희,문형주 대한건축학회 2023 대한건축학회논문집 Vol.39 No.6

This experimental study evaluated the seismic performance of a perforated masonry wall strengthened with a spring-damped steel-bar trusssystem. In the spring-damped steel-bar truss system, the spring dampers as variables were made with two types of steel: SS275 andSAE9254. An unreinforced masonry wall with a door-sized opening was strengthened with the un-bonded damping steel-bar truss system, andits performance was compared with unreinforced masonry walls and strengthened masonry walls by steel-bar truss system without a springdamper. Compared with the seismic performance of the unreinforced masonry wall, the energy dissipation, equivalent damping ratio, andm-factor of masonry walls reinforced with a spring-damped steel-bar truss system are approximately 2.18 times, 1.38 times, and 1.17 times,respectively, for the SS275 spring damper and approximately 2.35 times, 1.27 times, and 1.20 times, respectively, for the SAE 9254 springdamper. It is considered that the spring-damped steel-bar truss system significantly improved the seismic performance of the masonry wall. However, there is little difference in the reinforcement effect based on the steel type. 이 연구에서는 문 개구부를 갖는 순수 조적벽체를 대상으로 스프링 댐퍼를 포함하는 강봉 트러스 시스템 보강에 대한 내진성능을 평가하였다. 스프링 감쇠형 강봉 트러스 시스템에서 스프링 댐퍼는 SS275 및 SAE9254로 제작하였다. 비부착 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체는 무보강 조적벽체 및 스프링 댐퍼가 없는 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체와 비교하였다. 스프링 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 에너지소산능력, 등가감쇠비 및 m-계수는 무보강 조적벽체에 비해 SS275 스프링 댐퍼의 경우 각각 약 2.18배, 1.38배 및 1.17배, SAE9254 스프링 대펌의 경우 각각 약 2.35배, 1.27배 및 1.20배 높았다. 즉, 스프링 감쇠형 강봉 트러스 시스템은 조적벽체의 내진성능 향상에 크게 기여하였으며, 스프링 강종에 따른 보강 효과의 차이는 거의 미미하였다.

비보강 조적벽체의 쌓기방법에 따른 내진성능 비교

윤동진(Yoon, Dong-Jin),임광모(Lim, Kwang-Mo),이주하(Lee, Joo-Ha) 한국방재학회 2019 한국방재학회논문집 Vol.19 No.7

최근 들어 국내에서도 큰 규모의 지진이 연이어 발생하면서 우리나라도 더 이상 지진 안전지대가 아님이 확인되었다. 이에 구조물의 내진설계와 내진보강에 관심이 높아지고 있으나 대다수의 조적조 건축물은 내진성능이 확보되지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 비보강 조적벽체의 내진성능을 평가하고 이를 조적조 건축물의 내진설계를 위한 기초자료로 활용하고자 한다. 주요변수로써 비보강 조적벽체의 쌓기방법에 따른 내진성능을 평가하였다. 대상 조적 벽체는 쌓는 방식에 따라 총 5가지의 형태로 구분하였으며, 고베지진을 대상 하중으로 적용하였다. 조적벽체에 발생한 변위를 중심으로 해석적인 분석을 수행하였으며, 비교분석 결과 조적벽체의 쌓기방법에 따라 거동 및 내진성능의 차이가 있음을 확인하였다. Recently, a large-scale earthquake occurred in Korea, confirming that Korea is no longer an earthquake-safe zone. Accordingly, interest in seismic design and reinforcement of structures has increased; however, most of the existing masonry structures are not seismic-resistant. In this study, therefore, the seismic performance of unreinforced masonry walls was evaluated. The main variable was the stacking method of the unreinforced masonry walls. The masonry walls were divided into five types according to the stacking method, and a synthetic load corresponding to that of the Kobe earthquake was applied. A numerical analysis was performed, which focused on the displacement of the masonry wall. From the comparative-analysis results, we confirmed that the seismic performance clearly differed according to the stacking method of the masonry walls.

Experimental Study On Seismic Behavior Of Masonry Walls With Column

Kikuchi, Kenji,Park, Kang-Geun 한국공간구조학회 2006 한국공간구조학회지 Vol.6 No.2

본 연구는 보강 조적벽체의 지진거동에 대한 실험적 연구로써, 기둥의 보강, 조적벽체의 보강, 횡하중 높이에 대한 역학적 특성을 분석하였다. 시험체는 구멍이 있는 콘크리트 블록으로 만들었고, 전단 스팬비, 횡하중 높이의 영향, 보강기둥 및 벽체 철근 보강비에 대한 구조적 특성을 파악할 수 있도록 하였다. 벽체의 횡력에 대한 하중점의 벽체 높이의 0.67, 1.08 및 1.1배로 하였다. 수평방향의 철근비는 0, 0.08, 0.18, 수직 방향의 철근비는 0.18, 0.36, 0.64로 하였다. In order to investigate the effect of the height of application point of lateral loads and reinforcing steel bars in walls and columns in improving the seismic behavior of confined concrete block masonry walls, an experimental research program is conducted. A total of twelve one-half scale specimens are tested under repeated lateral loads. Specimens are tested to failure with increasing maximum lateral drifts while a vertical axial load was applied and maintained constant. The specimens adopted are two-dimensional (2D) hollow concrete block masonry walls with different parameters such as shear span ratio, inflection point and percent of reinforcement in confining columns and walls. Test results obtained for each specimen include cracking patterns, load-deflection curve, and strains in reinforcement and walls in critical locations. Analysis of test data showed that above parameters generate a considerable effect on the seismic performance of confined concrete block masonry walls.

유리섬유로 보강한 조적벽체의 전단내력식 설정에 관한 연구

권기혁,이수철,정원철,Kwon,Ki-Hyuk,Lee,Soo-Chul,Jung,Won-Chul 한국방재학회 2007 한국방재학회논문집 Vol.7 No.1

본 연구는 국내에 시공된 조적조 건축물의 특징을 반영한 조적벽체의 반복가력과 모의진동대 실험을 통해 얻어진 결과를 근거로 하여 유리섬유로 보강된 보강조적벽체의 전단내력식을 제안하는 것을 목적으로 한다. 실험결과, 개구부가 없는 조적벽체의 파괴를 지배하는 모드는 Rocking이였고, 개구부가 있는 경우는 개구부 주변에 균열이 집중되었다. 비보강 조적벽체의 전단내력식은 UBC에서 제시한 식이 실험과 가장 유사한 값을 보였다. 본 연구를 통해 제안되어지는 유리섬유 보강조적벽체의 전단내력식은 다음과 같다. <TEX>$$V_n=0.02A_n{\sqrt{f`_m}}+0.022b_gh_g(1+2{\alpha})^3{\sqrt{f_g}}(N/mm^2)$$</TEX>. This study does by purpose that propose shear resisting force equation of reinforced masonry wall that is reinforced by GFRP(glass fiber reinforced polymer) based on result that is noted through cyclic loading of masonry wall and a shaking table experiment of mock that reflect identifying marks of masonry building which is constructed in domestic. It was Rocking mode to dominate failure of masonry wall in the experiment results, and the equations of UBC show the most resemblant value with experiment results. Through this study, propose the shear force equation of GFRP strengthened masonry wall as following. <TEX>$$V_n=0.02A_n{\sqrt{f`_m}}+0.022b_gh_g(1+2{\alpha})^3{\sqrt{f_g}}(N/mm^2)$$</TEX>.

MEMS 라이다 센서를 활용한 심층학습 기반 조적벽체 결함 인식 기술

황영서,박근형,양강혁 대한건축학회 2023 대한건축학회논문집 Vol.39 No.1

Most of the maintenance and safety inspections of buildings are performed with visual assessment of the inspector, which consumes a lot oftime and cost. With the development of computer vision and digital technologies such as 3D Laser scanners, automatic defect recognitionusing image processing and artificial intelligence has been widely studied. Current approach is largely relying on the image obtained from thecamera and the recognition performance could be varied depending on the surrounding environment. Recently, studies using 3D Laser scannerare being conducted to solve these problems. However, terrestrial laser scanners are expensive, so it is difficult to apply at the constructionsite. Therefore, this study proposed a method that can recognize masonry wall defects using a Microelectromechanical systems based LightDetection and Ranging sensor that having much lower price and reliable performance. This study was performed using masonry wallstructures and data were collected from samples having various types of defects in a laboratory environment. Masonry wall defects wererecognized using ResNet-50 and VGG16 models, which are widely used in previous studies. As a result of the classification, ResNet-50 andVGG16 achieved 98.75% and 96.88% accuracy, respectively. The results of this study can be utilized in the development of real-time defectrecognition method for a masonry wall at construction sites. 건축물의 유지관리 및 안전점검은 대부분 점검자의 육안으로 진행하여 많은 시간과 인력이 소모된다는 문제점이 있다. 이를 보완하기 위해 영상처리기술 및 인공지능을 활용한 결함 인식 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다. 하지만 기존의 영상처리 기법은 카메라를 통해 얻은 이미지를 분석하는 방식으로 주변 환경에 따라 성능이 변하는 한계가 있다. 최근 이를 해결하기 위해 3D 레이저 스캐닝 센서를 이용한 결함인식 방법을 개발하였으나 장치의 가격이 비싸 활발한 활용이 어렵다는 단점이 있다. 이에 본 연구는 기존 스캐닝 장치보다 가격이 저렴하고 신뢰할만한 성능을 보이고 있는 MEMS 라이다 센서를 이용해 조적벽체의 결함을 인식할 수 있는 기술을 개발하였다. 해당 연구는 조적벽체를 대상으로 하였으며, 실험실 환경에서 여러 종류의 결함을 가진 시험체를 제작하여 데이터를 획득하였다. 조적벽체 결한 인식 방법으로 인공지능을 활용한 연구에서 많이 사용하고 있는 ResNet-50과 VGG16 모델을 사용하여 결함을 인식하였으며, 성능평가 결과 ResNet-50은 98.75%, VGG16은 96.88%의 정확도를 보여주었다. 해당 연구 결과는 모바일 3D 레이저 스캐닝 장치와 결합하여 조적벽체의 실시간 결함 인식 기술 개발에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

강봉 및 유리섬유로 비부착 보강된 조적벽체의 내진 저항성 평가

백지성,양근혁,황용하,최용수 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.24 No.5

This study examined the structural effectiveness of the unbonded technique originally developed for seismic strengthening of unreinforced masonry walls on the basis of the prestressed steel bars and glass fiber (GF) grids. The masonry walls were strengthened by using individual steel bars or GF grids and their combination. Test results showed that the proposed technique was favorable in enhancing the strength, stiffness, and ductility of the masonry walls. When compared with the lateral load capacity, stiffness at the ascending branch of the lateral load-displacement curve, and energy dissipation capacity of the unstrengthened control wall, the increasing ratios were 110%, 120%, and 360%, respectively, for the walls strengthened with the individual GF grids, 140%, 130%, and 510%, respectively, for the walls strengthened with the individual steel bars, and 160%, 130%, and 840%, respectively, for the walls strengthened with the combination of steel bars and GF grids. The measured lateral load capacities of masonry walls strengthened with the developed technique were in relatively good agreement with the predictions by the equations proposed by Yang et al. Overall, the developed technique is quite promising in enhancing the seismic performance of unreinforced masonry walls. 이 연구에서는 조적벽체의 내진보강을 위하여 프리스트레스트 강봉 및 유리섬유 망을 이용하여 개발된 비부착 공법의 구조적 효율성을 평가하였다. 주요 실험변수는 강봉 및 유리섬유 망의 개별 보강과 강봉과 유리섬유 망의 복합 보강이다. 실험결과 제안된 보강공법은 조적벽의 내력, 강성 및 연성향상에 효율적이었다. 보강되지 않은 조적벽의 횡하중 내력, 최대내력 이전의 강성 및 에너지소산 능력과 비교할 때, 유리섬유 망으로 보강된 벽체에서의 그 증가비는 각각 110%, 120% 및 360%이며, 프리스트레스트 강봉으로 보강된 벽체에서의 그 증가비는 각각 140%, 130% 및 510%이며, 유리섬유 망과 강봉으로 보강된 벽체에서의 그 증가비는 각각 160%, 130% 및 840%이었다. 제시된 기술로 보강된 조적벽의 횡하중 내력은 Yang et al.의 제안식을 이용한 예측값과 비교적 잘 일치하였다. 즉, 제안된 기술은 조적벽체의 내진보강을 위한 적용성으로서 구조적 잠재력이 높았다.