최근 경주, 포항에 연이은 지진 발생으로 인하여 내진설계에 관심이 높아지고 있다. 다가구주택 필로티기둥은 수직 비정형 시스템으로 상,하부층의 강성 차이로 인하여 지진 발생 시 막대한 피해가 예상되기 때문에 다가구주택 필로티기둥의 내 진보강이 필요하다. 그러나 민간 소유인 다가구주택의 경우 막대한 비용과 시간으로 인하여 보강이 어려운 실정이다. 이에 따 라, 복합섬유패널로 에폭시 접착제 미사용으로 건식시공이 가능한 전단보강공법을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 복합섬유패 널 보강 유무에 따른 내진보강공법의 전단내력을 실험을 통하여 검증하였고, 에폭시를 사용하지 않아 일체화 거동을 하지는 않 지만 복합섬유패널의 영향으로 전단내력은 1.46∼1.49배 증가하는 것으로 평가되었다. 따라서 다가구주택 필로티기둥의 내진보 강효과가 있을 것으로 판단된다.

다가구주택 필로티기둥은 전이구조 형식으로 되어 있어 지진하중에 대하여 전단파괴가 발생하기 쉽다. 이에 따라 내 진설계기준은 강화되고 있지만 이전에 지어진 건축물의 경우 내진보강이 필요한 실정이다. 하지만 기존 습식 공법의 경우 시간 적, 경제적 부담이 크기 때문에 내진보강이 잘 이루어지지 않는다. 따라서 모서리앵글과 CN복합섬유패널을 활용하여 DIY 시공 이 가능한 전단보강공법을 제안하고자 하며 본 실험에서 CN복합섬유패널의 전단성능을 평가하고자 한다. 볼트 연단거리 및 앵 글의 재질을 변수로 설정하여 실험한 결과, 볼트 연단거리가 가까울수록 각형띠판 래티스기둥의 전단내력이 증진되는 것을 확 인하였으며 슬리브 볼트는 고장력 볼트에 비하여 현저히 내력이 저하되어 CN복합섬유패널을 평가하기가 어려웠다. 또한, 알루 미늄앵글은 강재앵글에 비하여 내력은 낮지만 연성능력이 좋은 것으로 평가되었고, 강재앵글은 상대적으로 강성이 크기 때문에 CN복합섬유패널에 주는 영향이 미미한 것을 확인하였다. 이를 실용화하기 위해서 구체적으로 앵글의 크기와 볼트 연단거리를 변수로 설정하여 실험을 수행해야 할 것으로 판단된다.

필로티 공간은 일반적인 건축부재와 달리 부재가 외기와 접해 있고 실내에서 발생 가능한 화재와 가연물의 종류 및 배치 등이 달라 다양한 화재의 위험으로부터 노출되어 있다. 필로티 구조는 기둥으로만 이루어진 사방이 트인 구조로 인해 화 재가 발생할 경우 화재피해를 입은 기둥은 강도 및 강성이 저감되고 부재의 저항성이 저하되므로 단시간 안에 온도가 상승하여 구조체에 영향을 미친다. 이러한 문제점이 발생한다면 건축물 파손으로 인해 피난로를 차단당하여 많은 인명피해가 일어날 것 으로 사료된다. 본 연구에서는 다가구주택의 필로티 공간에서 화재 발생으로 인해 철근콘크리트 기둥에 미치는 화재영향을 확 인하고자, 기둥 국부화재실험을 통해 보강재에 따른 RC 기둥의 온도분포 및 파괴양상을 검토하였다.

본 연구에서는 Aramid FRP와 모서리보강재로 구속한 엔지니어링플라스틱 보강을 통해 기둥의 횡구속 능력을 증대하여 콘크리트 피복 및 압괴 파괴를 지연시킴으로써 휨 항복 후 연성거동을 유도하여 기존 저층 필로티 건축물의 내진 성능을 확보하는 방법을 제시하고 저층 필로티 건축물의 내진취약요인을 분석하여 필요한 전단보강량을 산정, 제안공법의 목표전단보강을 설정하는 것을 목적으로 한다. 엔지니어링플라스틱을 활용한 기둥의 전단보강형상을 제안하고 필로티 구조의 내진취약요인 보강임계점 예측과 예제모델의 구조해석을 통해 제안공법의 목표전단보강량을 검증하였다. 구조해석 결과, 특별지진하중 적용 시, 휨-축력 내력 초과비율이 타 유형군에 비해 낮은 ST-A1(1축편심)을 기준으로 연면적 750m² 이하와 1축 편심 중심-강심편심율 18%이하에 해당될 경우에는 본 논문에서 제안하는 ‘고성능 복합섬유 패널 전단 보강법’을 적용할 수 있는 경계로 제한하고자 한다.

유리섬유 또는 바잘트섬유로 만들어진 고성능 복합섬유 패널은 고강도 보강재이지만, 구조보강을 위해 정사각형 또는 직사각형 구조물에 패널을 부착할 경우에 일체형 거동을 확보하기 위해 모서리 패널이 사용된다. 이러한 모서리 패널을 이용한 복합섬유 패널의 볼트 접합부를 통해 일체형 거동을 확인하기 위해 실험을 진행하였다. 실험변수로 연단거리 비, 측단거리 비, 볼트 배치 형태(엇모배치와 일렬배치) 및 전단면 수가 설정되었다. 강도평가에 대한 실험 결과, 볼트직경에 대한 연단거리비가 4이상 권장된다는 것을 확인하였고 이를 확보할 시 지압에 의한 파괴모드를 확인하였다. 또한, 볼트배치 2종류의 파괴하중은 값이 유사하였다.

현무암 섬유를 함유한 BFRP 시트와 복합섬유 패널로 보강한 정사각형 단면 철근콘크리트 기둥에 대한 반복하중 실험을 수행하여 지진 거동을 검토하였다. 30%가량의 상당한 수준의 축하중비 조건 하에서 전단 손상이 발생하였음에도 불구하고, 보강 실험체에서 변위연성도 및 에너지 소산능력의 증가를 확인하였다. 실험체의 파괴 모드는 휨-전단 고연성 파괴로 분류 되며, 철근콘크리트 구조물에서 자주 관찰되는 파괴 모드이다. 하지만 이러한 파괴에 이르는 정사각형 단면 철근콘크리트 기둥에 BFRP을 포함한 복합재료 보강이 미치는 영향에 대한 연구가 현재까지 광범위하게 이루어지지는 않았다. 복합재료로 보강한 철근콘크리트 기둥의 휨-전단 거동을 보다 깊이 이해하는데 본 연구의 결과가 기여할 것으로 기대한다.

FRP 보강이 RC 기둥의 내진성능에 미치는 효과를 평가하고자 다양한 실험 연구가 수행되어 왔다. 그 중 많은 연구가 휨지배를 받는 원형 단면 RC 기둥의 거동에 초점을 맞추었다. 단면 형태가 FRP 보강에 의한 구속효과에 영향을 주기 때문에, 단면 형태에 따라 보강효과 및 최종손상 양상이 다를 수 있다. 또한, 기존 RC 기둥 중 일부는 현재의 구조기준을 만족하지 못하는 설계로 인하여 취성적인 파괴 모드인 전단 파괴가 발생할 것으로 여겨진다. 이 두 가지 조건을 고려하여, 현무암 섬유를 함유한 FRP 시트와 복합섬유 패널로 보강한 정사각형 단면을 가진 짧은 RC 기둥의 전단 거동을 살펴보기 위하여 반복하중 실험을 수행하였다. 실험 결과에서 전체적인 전단 거동의 개선을 확인하였으며, 이러한 경향은 모서리 부분에서 심각한 손상이 발생할 때까지 유효하였다.

직물섬유 보강 콘크리트(textile reinforced concrete, TRC)는 콘크리트 매트릭스를 직물섬유로 보강한 복합재료로 높은 강도 및 우수한 연성을 발휘한다. 본 논문에서는 TRC로 보강된 구조 부재의 성능 평가를 위해 그 유효물성치를 멀티스케일에 기반한 해석적 방법을 통해 평가하였다. 유효물성치 산정을 위해 감소차수모델(reduced order model)에 기반한 3차원 유닛셀 유 한요소해석법을 이용하였다. 계산된 유효물성치를 TRC 보강 휨 부재의 유한요소해석에 활용하여 하중-변위 그래프를 도출하였 다. 계산된 유효물성치를 TRC 보강 휨 부재의 유한요소해석에 활용하여 하중-변위 그래프를 도출하였으며, 이의 정확성을 평가 하기 위해 TRC 복합패널의 4점 휨실험을 수행하고 그 결과를 유한요소 해석결과와 비교 및 분석하였다.

This study has been suggested a model for the in-plane shear behavior of High-Performance Cement-free Fiber Composite Panels under biaxial stress states. The analytical model is verified by comparison of the analytical results with the experimental results for biaxial shaer test of Cement-free Fiber Composite Panels.