This study presents the seismic evaluation and prediction of post-retrofitted piloti-type reinforced concrete building with buckling-restrained braces (BRBs) under the successive earthquakes. For seismic assessment before and after retrofit of the BRBs, the fragility analysis is considered. The fragility relationships for the damaged building between ground shaking intensity and damage probability were derived under the successive earthquakes.

최근 FRP를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보강방법으로서, 표면매입 보강 (Near-Surface-Mounted Retrofit, NSMR)방법의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 방법은 콘크리트에 홈을 형성하는 추가의 작업이 필요하지만 보강효과를 높일 수 있고 FRP가 표면에 노출되지 않기 때문에 환경의 영향을 저감시킬 수 있다. 본 연구에서는 이와 같은 표면매입 보강공법 즉, FRP판을 세워서 표면에 매입보강하는 공법의 보강효과를 실험적으로 규명하고자 하였다. 이를 위하여 철근콘크리트 보를 제작한 뒤 기존의 표면부착 보강과 표면매입 보강을 실시한 뒤 실험을 통하여 보강성능을 비교하였다. 또한 매입보강의 경우에는 중앙부를 부분적으로 비부착시켜 그 효과를 관찰하였다. 연구결과, FRP판을 이용한 철근콘크리트 부재의 휨보강방법으로서 FRP판을 세워서 표면에 매입하는 보강방법은 기존의 판 부착보강에 비하여 높은 보강성능을 발휘하는 것으로 나타났다. ACI 440-2R의 휨보강시 내력산정방법을 따르고 정착부분의 세가지 파괴형태를 고려함으로써 표면매입 보강된 부재의 내력을 평가할 수 있는 것으로 나타났다.

국내에서는 지진과 지진해일로 인한 재해로부터 국민의 생명과 재산 그리고 주요 기간시설을 보호하기 위하여 지진과 지진해일의 관측·예방·대비 및 대응·내진대책 그리고 지진재해를 줄이기 위한 연구 및 기술개발 등에 필요한 사항을 규정함을 목적으로 지진재해대책법(이하 ‘법’이라 한다.)이 2008년 3월 28일부로 제정되어 2009년 3월 25일부터 시행되어 오고 있다. 이 법에서 규정하고 있는 내진대책 추진의 대상은 당초에 내진설계가 적용되지 아니한 공공의 기존시설물을 주 대상으로 삼고 있는바, 기존건축물 중의 절대 다수를 점하고 있는 민간소유 건축물 646만동(전체 680만동의 95%)은 그 대상에서 제외된 상황이었다. 그러던 것이 최근에 발생한 일본의 대지진을 계기로 지난 2011년 5월 30일부로 내진설계가 적용되지 아니한 기존의 민간소유 건축물(이하 “민간건축물”이라 한다)에 대해 내진보강을 권장하기 위해 인센티브 제도를 도입하여 관계법이 일부개정 되면서 내진보강대책 추진의 대상이 당초에 공공의 기존시설물로 제한하던 것을 민간건축물로 사실상 확대된바 있다. 이 법에서는 내진보강대책 추진에 필요한 기존시설물의 내진성능 평가와 내진보강의 방법과 그 절차 등에 관한 기술 기준과 이들 각각의 실시주체에 대한 지정 등에 관한 구체적인 시행규정이 마련되어 있지 않고 있다. 다시 말하면 이 법에서 기존시설물의 내진보강대책 추진에 관한 규정내용이 포괄적으로 정해져 있어 상위규정의 성격을 내포하고 있다고 사료된다. 내진설계가 적용되지 아니한 민간건축물의 경우에는 내진보강대책을 어떤 기술기준에 따라 이행하여야 할지 명확하지 않으며, 실제로 그 소유자가 현행 법 제16조의2에 따라 내진보강 지원신청을 하기 위하여 자신의 건축물에 내진보강이 필요한지를 먼저 내진성능 평가를 통해 판단해야 하는데 이런 기술능력이 없다. 그래서 내진성능 평가를 전문가에 의뢰한다 해도 이에 소요되는 비용도 만만치 않을 것이다. 또 내진보강을 할 경우에 현행의 지원혜택은 건축물분의 재산세에 대한 조세감면인데 건물재산세가 연간 수만 원 내지 수십만 원에 불과한 반면에 내진보강비용이 수천만 원에 달해 턱없이 낮은 수준이라서 이 지원정책에 대한 민간의 호응이 과연 얼마나 있을지 의문이다. 따라서 이 연구는 기존건축물의 내진보강대책 추진과 관련하여 내진설계 의무대상이 아닌 저층건축물에 대한 내진성능을 확보하는데 민간소유자가 자발적으로 동참할 수 있도록 유도할 수 있는 내진대책의 활성화 방안으로서 가칭 ‘저층 건축물의 내진성능 인증제(안)’의 도입방안을 제안하는데 그 목적이 있다. 그리고 이번 연구에서 얻은 결과는 ① 민간건축물의 내진보강 지원정책은 내진성능 확보 지원정책으로 확대 및 전환 방안 마련, ② 민간건축물의 경우에는 내진보강에 드는 비용의 일부를 지방재정법에 따라 보조 및 지원제도를 적극 활용방안 마련, ③ 민간건축물의 내진성능 인증제(안) 도입방안으로서 가칭 ‘민간소유 저층건축물 내진성능의 자율 확보 지원에 관한 법률(안)’에 포함되어야 할 내용의 제시 등으로 요약할 수 있다.

전 세계적으로 대규모 지진이 빈번히 발생하고 있는 가운데 국내의 경우 특히 사람이 집중되어 있는 학교 건축물에 대한 내진성능 보강이 시급한 것으로 조사되었다. 전국적으로 18,329 동 내진설계대상 학교 건축물 중 내진설계가 적용된 건축물은 약 13%인 2,417동에 불과하다. 본 연구에서는 학교 건축물의 내진보강 활성화를 위해 내진보강에 따른 경제성 분석을 수행하였다. 내진보강에 따른 경제성 분석 방법은 건축물의 내진보강으로 인해 발생하는 경제적 편익(benefit)과 내진보강에 소요되는 비용(cost)을 금액으로 산출하여 실제 투자한 비용 대비 효과가 얼마나 있는지를 평가하였다. 대상으로는 국내 내진설계 적용이전인 2000년 이전과 적용이후인 2000년 이후에 지어진 실제 학교 건축물을 선정하였다. 지진으로 인한 건축물의 총 손실은 건축물 구성요소 손실의 합으로 계산되어 짐으로 건축물을 대표적인 구성요소인 기둥, 보, 슬라브 등 3가지 구조부재와 내부벽, 외벽마감, 외부창호, 천정, 기계전기설비 등 5가지 비구조 부재로 구분하였다. 또한 금액 산출방법에는 건축물의 실제피해(physical damage)를 파악하기 위해 개발한 지진취약도 함수와 손상기준별 초과 확률 값을 사용하여 건축물의 지진 손실(loss)을 평가하였다.

2008년 중국의 쓰촨성 지진시 기존 학교 건축물의 피해가 매우 심각하였으며, 학교 건축물은 청소년의 인명보호, 재난시 대피장소로의 이용 등을 위하여 내진성능의 확보가 매우 중요하다. 국내 학교 건축물의 경우, 주로 2000년 이전에 설계된 저층 철근콘크리트(이하 RC) 구조로 내진성능이 부족하며 골조내 조적 허리벽이 기둥의 수평변위를 구속하여 단주화로 인해 전단파괴 될 가능성이 높다. 이에 대한 내진보강으로 선행 연구에서 강재이력댐퍼를 골조 내에 설치하여 기둥을 전단보강하고 이력댐퍼에 의해 에너지를 흡수하는 장치인 강재댐퍼시스템을 제안한 바 있으며, 실험적 연구를 통하여 그 성능을 확인하였다. 반면 이를 뒷받침할 수 있는 해석적 연구는 부족한 실정으로, 본 연구에서는 선행 연구에서 제안된 강재댐퍼시스템의 비선형 해석모델을 제시하고, 이에 대한 비선형 정적해석결과를 실험결과와 비교하여 해석모델의 타당성을 검증하였다. 강재댐퍼시스템의 부재 모델링 요소는 비선형 거동을 나타내는 스프링을 가지는 선형요소를 사용하였으며, 모델링 방법은 (1)강재댐퍼시스템의 모든 부재를 각각의 선형요소로 모델링한 전체모델과 (2)모델링의 간략화를 위하여 강재댐퍼시스템의 슬릿형 강재이력댐퍼(이하 슬릿댐퍼)와 하부 지지기둥을 각각 하나의 선형요소로 모델링한 간략모델의 2가지로 하였다. 또한 슬릿댐퍼의 비선형 이력모델을 Bi-Linear, Tri-Linear, Ramberg-Osgood 형의 3가지를 사용하여 총 6개의 해석변수를 사용하여 비선형 정적해석을 수행하였다. 전체모델과 간략모델을 이용하여 해석을 수행한 결과, 내력 및 이력거동 등 강재댐퍼시스템의 성능은 거의 일치하는 경향을 나타내었다. 또한 슬릿댐퍼의 비선형 이력 모델을 변수로 해석한 결과, Bi-Linear, Tri-Linear형의 이력모델의 경우 항복하중 및 최대내력이 저평가 되었으며, 반복하중 작용시 내력이 증가하는 것을 반영할 수 있는 Ramberg-Osgood형의 비선형 이력모델을 적용한 경우 실험결과와 가장 일치하는 경향을 나타내었다.

조적조 건축물이 지진에 취약하다는 것은 이미 널리 알려져 있는 사실이다. 그에 따른 보강공법의 개발 또한 활발히 진행되어왔다. 그러나 대부분의 보강공법이 외벽보다는 내벽 위주로 개발되어져왔다. 이는 국내의 경우 외벽은 공간쌓기 방식으로 조적되어 외측에는 소성벽돌을 내측에는 시멘트벽돌을 사용하기 때문에 외측의 보강으로 인한 미관손상 및 중간에 단열층으로 인하여 보강이 수월하지 않기 때문이다. 그러나 국내외의 조적조 건출물의 피해상황을 분석해 보면 외벽의 면외거동으로 인한 붕괴가 대부분이다. 따라서 본 연구에서는 외벽체의 보강공법을 제안하고 제안된 보강공법의 내진성능을 실험을 통하여 검증한다. 시험체는 전면벽체와 개구부 있는 벽체를 대상으로 보강의 유무를 변수로 설정하여 총 4개의 시험체를 대상으로 한다. 실험 결과 무보강 전면벽체와 개구부 있는 시험체는 최종변위에서 면외거동이 발생하였으나, 본 연구에서 제안한 보강방법에 의해 보강된 시험체는 내력의 상승은 없었지만 면외로의 거동이 발생하기 않았으며 누적에너지 소산량이 큰 것으로 나타났다.

1970년대에 콘크리트를 기반으로 지어진 많은 구조물과 빌딩은 안전성과 사용성을 고려하여 무수히 많은 연구를 현재까지 진행해 왔으나, 설계강도 보다 낮은 최대강도를 보이고 있다. 현재 노후화된 콘크리트 구조물들에 대한 다양한 보수․보강 공법이 개발되어 적용되고 있지만 기존 연구들은 구조물의 특성에 대해서는 고려하지 않고, 단지 기존 부재와 보수 재료의 부착에 관한 연구와 기존 부재를 효과적으로 보강하기 위한 새로운 방법을 개발하는 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 보수․보강 재료를 이용한 효율적인 강도증진 방법에 대한 연구, 보강 재료와 기존 부재 사이의 거동에 대해 부족했던 연구를 보완 하고자 한다. 또한 고강도 콘크리트는 높은 압축강도를 발현하기 때문에 부재의 단면을 축소시킬 뿐만 아니라 구조물의 자중 또한 감소시킬 수 있으므로 거대한 구조물 건설에 사용되고 있다. 고강도 콘크리트의 사용이 점차 증가하는 추세이지만 고강도 콘크리트를 이용한 구조물의 보수․보강에 대한 방법 연구 역시 미진한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 효과적인 고강도 콘크리트 기둥에 대한 보수․보강 방법을 개발하고자 한다. 본 연구에서는 사각단명 형상을 가진 기둥을 팔각단면으로 형상 변형을 통해 CFS로 보수․보강하여 단면 형상이 변함에 따른 효과를 파악하고, CFS로 보강된 고강도 콘크리트(HSC) 기둥의 강도 증대 효과와 파괴 거동에 대해 파악하고자 한다.

최근 국내에서도 지진의 발생 가능성이 증가하는 추세이며 교량 및 터널 등의 시설물에 대한 지진과 같은 예상하지 못한 작용하중에 대한 안전성을 강화하고 있다. 특히, 1988년 이전 건설된 도시철도 시설물의 대부분은 내진설계가 반영되지 않아 지진하중에 대해 취약할 수 있으므로, 내진안전성에 대한 검토와 보강이 요구되고 있다. 이 연구에서는 도시철도 개착식 터널의 내진성능 향상을 도모하고자, 구조적 취약부분인 내측 기둥에 내진보강을 위한 새로운 FRP-연성재 적층복합체를 제안하였다. 적층조건에 따른 FRP-연성재 적층복합체에 대한 실험을 통해 재료물성치를 산출하여, 이를 근간으로 수치모델을 작성하였다. 수치해석을 통해 제안된 보강재로 보강된 RC기둥의 내진성능이 증대됨을 알 수 있었다. 또한 섬유보강재의 적층조건 (연성재의 종류, FRP 적층수, 섬유배향각)에 따라 성능 향상의 차이가 있는 것을 확인할 수 있었다.

강바닥판 박스거더에서 바닥틀은 강바닥판, 종방향 리브 및 횡방향 리브로 구성된다. 본 연구 대상 교량은 약 40년 동안 공용되어온 교량으로 바닥틀을 구성하는 U리브의 연결부에서 피로균열이 발생하여 다이어프램 사이에 U리브를 지지하기 위한 횡방향 리브 플레이트와 종방향 프레임을 설치하여 보강하였으나 추가적인 균열이 발생하였다. 균열이 발생된 U리브에는 볼트 연결 강판접착에 의한 보강이 수행되었으나 일부 보강된 리브에서 균열 및 응력집중이 발생되어 보강방법을 맞대기용접에 의한 보강방법으로 변경하였다. 본 연구에서는 U리브의 응력 변화를 파악하기 위해 프레임 보강 전후 구조해석을 수행하였고, 상시교통하중에 의한 응력변화를 파악하기 위해 변동응력을 측정하여 보강방법에 따른 영향을 분석하였다.

본 연구의 목적은 RC 전단벽의 구조성능 개선을 위한 보강방법을 연구하는 것이다. 이를 위하여 형상비가 2.2인 4개의 RC 전단벽 실험체를 제작하고 모르터로 단면을 증설하거나 강판 등으로 보강하는 방법으로 실험체의 휨성능을 향상시켰다. 보강이 완료된 실험체에 대하여 일정축력을 작용시킨 후 반복횡하중을 가력하여 구조성능을 평가하였다. 이때 작용시킨 횡력은 ACI에서 제시한 이력에 준하였다. 실험결과, 추가의 철근을 배치하고 단면을 증설한 경우에는 내력과 변형능력을 모두 증대시킬 수 있는 것으로 나타났으며 특히, 단면증설과 함께 단부에 U형태로 용접철망으로 횡구속한 실험체의 경우에는 강도와 연성의 측면에서 가장 효율적인 보강으로 확인되었다. 강판으로 보강하는 방법은 항복이후 부재의 급격한 내력저하를 방지하고 부재의 변형능력을 상승시키는데 매우 효과적인 것으로 나타났다.

국내에는 약 18,000여개의 댐이 있는 것으로 보고되고 있다. 이 중에서 대댐으로 분류되는 1,200여 개의 대댐은 비교적 양호하게 운영 관리되고 있으나, 지자체 등에서 관리하는 소규모의 댐들은 대부분 제체를 관통하는 복통을 갖고 있으며, 제도적 장치의 미비와 전문 인력의 부족으로 체계적인 유지관리가 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다. 본 연구에서는 소규모 댐들에서 자주 발생하는 결함의 유형에 대해서 고찰하고, 결함의 보수보강을 통하여 소규모 댐의 안전을 확보할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 또한, 전기비저항 탐사를 통하여 결함의 진행정도를 파악하고, 보수보강 이후의 보수보강 효과를 판정하는 방법론을 제시하고자 하였다.

기존 시멘트에 비해 우수한 인장변형성능을 가지는 고인성 시멘트 복합체(HPFRCC)를 보수, 보강에 적용 시키려는 연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 HPFRCC의 일종인 ECC와 초속경 숏크리트인 MDF의 보강성능을 알아보고자 한다. 실험체는 실존하는 철근콘크리트 구조물의 전단벽을 1/2 축소하여 제작하였으며 개구부를 가지고 있다. 실험결과 WB-MDF, ECC는 WB-0.23에 비해 각각 28.4%, 48.4%의 강도증가를 보였으며, 특히 WB-ECC가 WB-MDF에 비해 연성면에서 우수하게 나타났다.

건축의 증가나 자원의 효율적인 활용의 관점으로부터 기존 건축물에 대한 리모델링이 주목을 받고 있다. 리모델링 공사로 인해 기존벽에 개구부를 설치하는 경우 보강 방법을 검토 하는 것을 목적으로 철근콘크리트벽의 정적가력 실험을 실시하였다. 보강 방법은 개구부 주위의 탄소섬유시트 강판 부착으로 했다. 실험체는 실존하는 철근콘크리트 구조물을 1/2 축소 모델로 제작하였다. 실험결과 개구부 주위의 전단 파괴로 최종 파괴되었으며 보강 방법에 따라 내력의 상승 효과는 다르게 나타났다.