본 연구는 학교 건물의 구조적 성능 평가를 통한 내진보강에 대한 연구이다. 본 연구의 목적은 학교 건물의 구조적 성능평가를 통하여 안전성과 사용성을 고려한 구조보강방안을 비교분석하고 합리적 내진 보강안을 제시하여 보다 지진에 안전한 건축물을 유지하는데 도움 이 되고자 한다. 이 목적을 위해 기존의 학교건물을 연구 대상으로 선정하여 내진성능평가를 실시하고 내진 보강안을 제시하였다. 본 연구의 방법은 기존의 철근콘크리트 학교건물을 대상으로 1차 내진 성능평가와 2차 내진 성능평가를 실시하였다. 위와 같은 방법으로 내진성능평가를 하여 그 결과를 분석하고 내진보강방안을 제시(강재댐퍼, 탄소막대보강재)하였다. 제시된 내진 보강방안을 대상 건축물에 적용하여 내진보강 전, 후의 내진성능평가를 통해 종합적인 결과를 도출 하였다.

우리나라의 건축법 시행령에서는 3층 미만 그리고 연면적 1000m2미만의 건축물을 소규모 건축물로 정의하고 있으며 내진설계 적용 대상 범위에서 제외하고 있다. 하지만 소규모 건축물에 거주하는 인구의 비율이 상당하다는 사실을 고려할 때, 소규모 건축물의내진성능을 확보하는 것은 지진 재해 경감에 있어서 중요한 부분이라고 할 수 있다. 이 논문에서는 2층 철골 건물에 비좌굴 Knee가새를적용한 예제 연구를 통해서 소규모 건물의 내진보강 전략에 대한 연구를 수행하였다. 확률론적 내진성능 목표를 바탕으로 가새의 상세를결정하였고, 이를 위해서 다양한 구조적 특성에 대한 취약성 분석 결과를 즉시 구해서 비교할 수 있는 취약성 등고선을 이용하였다. 기존에수행된 실험적, 해석적 연구결과를 바탕으로 75개의 BRKB모델을 개발하였으며, 이 중에서 예제 건축물에 대한 BRKB의 가장 효과적인보강 방안은 취약성 곡선을 이용한 내진성능의 검증과 강재의 무게를 바탕으로 결정하였다. 본 연구를 통해서 취약성 등고선을 이용한내진성능평가 방법이 확률론적 내진성능목표를 바탕으로 한 보강전략수립에 효율적으로 사용될 수 있는 것으로 나타났다.

The interest for the stability of the structures against earthquake, which is increasing recently, is rapidly increasing. But, currently, school buildings among the reinforced concrete(RC) structures in Korea are not designed with seismic design or there are many cases of being designed with the old seismic design code, so it is estimated to have not only lives but also a great deal of economic damage are likely to occur when an earthquake occurs. In this study, proposed horizontal friction system(HFS) with rotary friction damper installed as a method to reinforce strength and hardness and to increase ductility for the low story structure of 5 stories or lower such as school buildings. For the seismic retrofitting design with horizontal friction system in which rotary friction damper is installed, Peak displacement response ratio according to elastic and inelastic behavior and ductility demand is calculated to decide elastic stiffness and strength of the HFS, design model and procedure to decide the capacity of HFS thereof is decided, and the feasibility and performance are reviewed through pushover analysis.

본 연구에서는 기존 건물의 내진성능평가 요령의 개선안을 바탕으로 비보강 조적조 건물의 내진성능을 평가하였다. 평가 절차는 예비평가, 1차상세평가, 2차상세평가의 3단계로 구성되어 있으며, 보수적인 평가로 시작하여 점차 상세한 평가를 실시한다. 본 연구의 목적은 이와 같은 단계적 평가의 실효성을 검증하고 평가결과와 조적조 벽량과의 상관관계를 분석하는 것이다. 연구를 위해 10개의 2층 비보강 조적조 건물을 선택한 후 3단계 절차를 이용하여 단계별로 성능평가를 수행하였다. 연구 결과, 예비평가와 1차상세평가간에 성능수준이 절차의 의도와 역행해서 나타났다. 따라서 앞으로 본 연구 결과에서 나타난 각 평가 단계별 문제점을 보완할 필요가 있다.

This study is planed to solve the overturning problem and manifestation of tensile cracking of plain concrete piers of railroad bridges. For the overturning problem, earth anchors are used to fix the bottom of a pier to a rock-foundation using prestressing cables. Composite of FRP (Fiber Reinforced Polymer)and Steel Plates (FSP) are attached longitudinally on the surface of the pier to prevent cracking. Then, FRP band strips are wrapped onto the FSPs to provide lateral confinement. Push-over tests in field show that the earth anchors are effective in preventing the overturning of the pier, and that the FSPs and the FRP strips prevent the cracking of concrete and increase the strength in bending.

본 연구에서는 시간종속요소를 이용하여 상부벽식-하부골조구조가 고려된 중 저층 철근콘크리트 구조물의 동적응답을 조사하였다. 시간종속요소란 사용자가 원하는 시간간격에서 부재를 활성화할 수 있는 진보된 요소로써 기존의 수행되었던 실험을 통해 가장 우수한 성능을 보인 채널형 비좌굴가새가 해석에서 보강요소로 고려되었다. 시간종속요소로 고려된 비좌굴가새는 1차 지진하중에 의해 구조물이 손상된 후에 2차 지진하중이 발생하기 전에 모멘트골조에 설치, 보강된 것으로 가정되었다. 이러한 가정을 바탕으로 내진설계가 고려되지 않은 5층 콘크리트 건물에 연속지진하중의 적용을 통하여 시간종속요소의 영향에 따라 구조물의 동적응답을 비교하였다. 2차 지진파가 발생했을 때 비좌굴가새를 활성화시키는 것은 1차 지진하중에 의해 손상이 집중된 모멘트골조의 변형을 크게 감소시키는 것으로 조사되었다. 그러나 전단벽시스템은 BRB시스템이 활성화된 이후에도 손상이 증가하는 것으로 나타났다. 모멘트골조의 보강효과에 비해 전단벽시스템의 누적손상이 매우 미세하기 때문에 연속지진하중에 대한 BRB시스템은 효과적인 보강방법으로 조사되었다.

본 연구는 기존 철근콘크리트 구조물에 대하여 대표적인 변위-기반 설계법인 Chopra&Goel 이 제안한 직접변위-기반 설계법의 기본개념을 적용하여 최대 설계지반 가속도에 대한 보강 Steel Jacket의 두께를 결장하고, 결정된 보강 두께를 적용하여 보강전 후 성능설계기법에 의한 비선형 해석 및 보강설계법에 의한 보다 개선된 알고리즘 및 프로그램을 제시하였다. Steel Jacket 보강된 철근콘크리트 기둥에 대한 설계 변위 추정을 위해 Steel Jacket 보강된 철근콘크리트 부재의 비선형 층상화 세그멘트 해석 모델을 제시하고, 성능기반설계에 의한 성능개선설계를 위하여 목표성능변위 및 설계자전가속도 조건에 대해 직접 변위-기반 설계 방법 및 변위계 수법에 의한 내진성능개선 설계 방법을 제시하였다. 적용 예에서 본 방법은 기존 철근콘크리트 기둥과 비교하여 성능개선설계 결과 보강 전에 비해 변위 연성비 및 변위성능에서 크게 개선된 성능설계 결과를 제공해 주었다.

지진작용에 의한 교각의 파괴유형을 관찰한 결과와 교각의 내진성능실험 결과로서, 소성힌지구역의 철근상세가 교각의 내진성능에 가장 큰 영향을 미친다는 것이 잘 알려져 있다. 소성힌지구역의 철근상세 중에서는 축방향철근의 겹침이음 여부가 횡방향철근의 상세보다 더 큰 영향을 준다. 소성힌지구역에 축방향철근이 겹침이음 되어 있는 경우에는 지진이 발생할 때 축방향철근에 미끌어짐(슬립)현상이 발생하여 연성능력을 발휘할 수 없으므로 충분한 내진성능을 발휘하기 어렵다. 그러나 내진설계기준이 도입되기 이전에 설계되어 시공된 교각의 상당수는 시공 상의 편의성으로 교각 하단에 축방향철근이 겹침이음된 상태로 시공되었다. 따라서 축방향철근이 겹침이음된 비내진 교각에 대한 내진성능 평가와 보강에 대한 연구가 많이 수행된 바 있다. 그러나 비내진 교각에 대한 연구는 원형 단면 기둥과 사각형 단면 기둥에 대한 것이 대부분으로, 벽식 교각의 내진성능과 보강방법에 대한 연구는 거의 수행된 바 없다. 본 논문에서는 축방향철근이 겹침이음된 벽식 교각의 거동특성을 실험적으로 파악하고 겹침이음부의 보강개념을 제안하였다. 축방향철근의 겹침이음과 띠철근의 간격을 변수로 한 벽식 교각의 약축 방향 준정적 실험 결과, 변위연성도의 평가에 사용되는 기존의 항복변위의 정의가 벽식 교각에는 부적절하다는 사실을 발견하였다. 따라서 벽식 교각에 대한 항복변위의 새로운 결정방법을 제안하였다. 또한 비내진 벽식 교각의 내진보강에 효과적인 방법으로 강판과 볼트를 이용한 보강방법을 제시하였고, 실험을 통하여 축방향철근의 슬립현상이 지체되고 연성능력이 향상됨을 확인하였다.

기존교량의 내진보강 우선순위 결정방법은 교량을 지진도 그룹으로 분류한 후 교량의 취약도 및 영향도를 고려하여 4개의 내진그룹으로 분류된다. 그러나, 현재 사용되고 있는 내진보강 우선순위 결정방법을 442개의 국도상 기존교량에 적용한 결과 비합리적인 부분이 조사되었다. 지진도를 정량화하여 좀 더 세분화할 필요가 있고, 연속경간장이 긴 PSC 박스거더교량의 취약도가 과소평가되는 모순점을 개선할 필요가 있었으며, 영향도 수준 또한 취약도 수준으로 증가시킬 필요가 있었다. 본 연구에서는 기존 교량의 조사 결과를 근거로 기존 평가기법을 수정 보완하여 개선된 내진보강 우선순위 결정방법을 제안하였다.

지진피해를 입은 건물의 주된 관심사는 건물에 남아 있는 내진성능 및 여진에 대한 안전성을 판단하는데 있다. 따라서 지진피해를 입은 지역 사회의 조속한 복귀를 위해서는 건물의 잔존내진성능 평가방법을 확립해 두는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 무보강 조적채움벽체를 갖는 RC 건물의 잔존내진성능 평가방법 개발을 주목적으로, 전형적인 학교건물을 대상으로 축력레벨을 변수로 한 실스케일, 단층 1스팬 실험체를 제작하여 정적 반복가력실험을 실시하였다. 실험 중 잔존내진성능을 판정하는데 유용한 정보 중 하나인 잔류균열폭을 상세히 측정하였다. 본 논문에서는 잔류균열폭과 잔존내진성능과의 관계에 대해서 실험적, 해석적으로 검토하고 잔존내 진성능 평가를 위한 각 손상도 레벨에 대응하는 내진성능 저감계수를 제안한다.

본 연구에서는 전력, 통신 등 다양한 주요 기간설비의 운영에 필수적인 전기판넬의 내진성능개선을 위하여 내진보강시스템을 개발하고, 이 시스템의 내진성능평가를 위하여 진동대시험을 수행하였다. 본 연구에서 개발된 전기판넬 내진보강시스템은 이중바닥시스템(Access floor) 상에 설치된 전기판넬을 대상으로 운전하에서 무정전, 무이설 방식으로 내진보강이 가능하다는 장점을 지니고 있다. 진동대시험을 통해 전기판넬 내진보강시스템의 성능평가를 위하여 지진하중으로서 건물 내 여러 층에 설치되는 전기판넬의 특성을 고려하여 포괄응답스펙트럼을 입력하였다. 진동대시험은 널리 상용화되어 있는 스틸과 우드판넬 등 두 형식의 이중바닥시스템과 일반 전기판넬을 대표할 수 있는 동특성이 다른 두 종류의 전기판넬을 고려하여 총 4회 수행하였다. 진동대시험결과, 내진보강시스템은 진동대시험 중 및 후에도 전도 등으로 인한 전기판넬의 파손을 방지하는 등 전기판넬의 내진안전성을 확보하여 주는 것으로 나타났다. 따라서, 이중바닥시스템 상에 설치된 전기판넬에 개발된 내진보강시스템을 적용하는 경우, 지진으로 인한 전기판넬의 파손을 효과적으로 방지하여, 국내 주요 기간설비의 안정적 운영에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 1층 1경간 실제크기의 가력 프레임에서 내진보강에 적합한 비좌굴 knee brace을 설치하여 주기하중을 통해 가새의 지진저항능력을 실험하였다. 볼트 고정 채널이 이용된 비좌굴 knee brace는 지진력에 저항하는 코어와 두 개의 철골 플레이트로 만들어졌고 단면의 형태는 코어의 국부좌굴과 횡좌굴에 저항하도록 하였다. 비좌굴 kneebrace는 현장에서 조립이 용이하고, 시공방법 또한 간단하여 공간에 제약이 있는1층에 필로터를 가진 중저층 RC건물의 내진 보수/보강에 효과적으로 사용할 수 있다. 각 실험체에 대한 변수로 중심코어의 크기와 외부 보강재의 크기, 가이드 플레이트의 유무 등으로 정하였으며, 실험을 통해 얻어진 힘-변위 이력곡선을 통해 중심코어의 크기가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 가이드 플레이트의 유무에 따라 압축강도 수정계수와 파괴형태가 달라지는 것을 알 수 있었다. 각 실험체에 대한 결과는 AISC 2005 Seismic Provisions 규정에서 제시한 누적 연성도와 누적 소산에너지 측면에서도 충분한 효과를 발휘하는 것으로 나타났다.

In this study, the seismic performance of RC school buildings which were not designed according to earthquake-resistance design code were evaluated by using response spectrum and push-over analyses. From the results of analysis, the efficiency of the seismic retrofitting methods RC shear wall, steel frame, RC frame and PC wing wall for existing RC school buildings was evaluated and analysised. The analysis result indicate that the inter-story drift concentrated in the first floor and most plastic hinge forms in the column of the first story. And results of analysis of the efficiency of the seismic retrofitting indicate that inter-story drift significantly reduced and ductile behavior is expected.

본 논문은 캘리포니아지역에 위치한 고속도로망을 대상으로 하여, 도로망내에 있는 교량의 내진보강 우선순위를 결정하는 방법에 관한 연구이다. 내진보강 우선순위 결정은 지진공학 분야에서 매우 중요한 이슈 중의 하나이며, 정부나 도로 관리청의 의사결정권자는 예산 배정 과정에서 이와 같은 문제에 항상 직면하게 된다. 본 연구는 특정지역의 고속도로망을 대상으로 어떻게 내진보강 우선순위를 결정할 것인가에 관한 방법론을 보여주고 있다. 우선순위 결정을 위하여 구조물의 지진 취약도, 도로망상에 위치한 각각 연결로의 중요도에 대한 개념이 먼저 소개되었다. 도로망상 각각의 교차로를 잇는 연결로를 지진 보강의 대상 단위로 하여 도로망의 내진 성능에 대한 시뮬레이션을 수행하였으며, 추가 소요되는 교통 지체시간을 각각의 시뮬레이션 경우에 대하여 측정함으로써 내진보강에 의한 효과를 평가하였다. 또한, 지진 위험도의 확률적인 특성을 반영하기 위하여 확률론적 시나리오 지진을 도입하였다. 본 연구의 결과에서 알 수 있듯이 우선순위의 의미는 이해관계자의 주요 관심 사항에 따라 다르게 정의될 수 있고, 각각 다른 우선순위 결과를 보여주게 된다. 본 연구는 교통망의 효과적인 내진보강을 위한 우선순위 결정 과정에 도움이 될 수 있는 일반적인 지침을 제공할 것으로 기대된다.

본 논문에서는 중 약진 지역에서 중력 저항시스템인 중간 모멘트골조로 설계된 3층, 6층 RE 플랫플레이트 구조물을 KBC 2005를 만족하도록 RC구조물에 강판과 가새/ BRB 등의 보강방법을 적용하여 보강하고, 내진성능을 평가하여 보강 효과를 검증하였다. 비탄성 정적해석과 동적해석 결과에 따르면 내진 보강된 구조물은 강도와 강성이 크게 향상된 것으로 나타났다 특히 기둥을 철판으로 보강한 경우 슬래브를 철판으로 보강하여 조기 뚫림 전단파괴를 방지함으로써 강도를 크게 향상할 수 있다. BRB로 보강된 구조물은 Brace로 보강된 구조물보다 다소 연성적 거동을 보였으며, 그 효과는 3층 모델에서 현저하게 나타났다.

내진설계기준이 반영되지 않은 기존 구조물의 경우 내진보강에 의하여 구조물의 내진성능을 향상시킬 수 있다. 내진보강의 수준을 합리적으로 결정하기 위해서는 구조물의 사용기간 동안에 예상되는 지진피해 관련 손실이 최소화되도록 하여야 하는데, 이를 위해서는 구조물이 위치한 지역에 대한 지진의 강도별 발생빈도, 지진에 의한 구조물의 기능상실 및 직접/간접 피해를 복합적으로 고려하여 구조물의 예상 손실비용을 산정하여야 하며 이는 구조물 손상에 대한 지진위험도 해석을 통해서 그 해석을 수행할 수 있다. 본 연구에서는 확률적 지진요구모델을 이용한 위험도 평가를 통하여 구조물의 지진에 대한 피해 손실을 정량적으로 산정하고 이를 바탕으로 초기비용과 예상손실비용을 포함한 총 손실비용을 최소화시킬 수 있도록 내진보강 수준을 최적화하는 절차를 제시하였다. 구조물과 관련된 지진피해 산정에 있어서 지진하중의 강도별 발생확률 및 구조물의 손상확률을 동시에 고려하여 구조물 생애주기에 대한 구조물의 지진손상 확률밀도함수 및 누적분포함수를 수식화하였으며 수식의 유효성을 유지하기 위한 확률변수의 유효범위를 정의하였다. 또한 여기에 사회적, 경제적 손실을 정량화하기 위한 손실함수를 결부시켜 구조물과 관련된 지진 피해 손실의 기댓값을 정량적으로 산정할 수 있도록 하였다. 제시된 해석기법은 기존의 시뮬레이션에 의한 손실산정법과 비교하여 해석의 정확도는 잃지 않으면서 구조해석의 반복횟수를 대폭 줄일 수 있다는 장점이 있으며 빌딩과 교량을 비롯한 구조물의 내진성능 평가 및 개선을 위한 의사결정 시에 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는, 기존 철근 콘크리트 구조물에 적용된 직접 변위-기반 설계법을 적용 FRP 피복 보강된 성능개선 콘크리트 부재에 대한 정밀 비선형 휨 해석 및 내진성능설계의 구체적 알고리즘을 제시하였다. 비선형 휨 해석의 정밀 예측을 위하여 콘크리트 및 FRP 복합재료의 다축 구성관계를 고려하였으며, Chopra 등 (1999)이 제안한 직접 변위-기반 설계법(DDM)을 개선하여 철근콘크리트 기둥에 대한 성능개선을 위한 FRP 피복 보강을 위한 성능설계 알고리즘을 제시하였다. 제시된 직접 변위-기반 설계법은, 변위계수법과 비교하여, 비선형 거동이 큰 경우에도 목표 변위 성능 값에 대한 정확한 추정을 해준다. 이는 변위계수법이 항복 이전의 유효탄성계수를 사용하는 반면, 직접 변위-기반 설계법은 유효탄할선탄성계수를 고려하고 있어, 목표 변위에 따른 성능설계 평가에 있어서 보다 높은 연성비의 거동을 반영하고 있기 때문인 것으로 평가된다.

본 연구에서는 교량의 내진보강을 위하여 기존 교량에 지진격리장치를 추가하는 접근법을 제안하였다. 기존 받침을 지진 격리받침으로 완전히 대체하는 접근법도 이미 제안되어 있지만 본 연구에서는 경제성과 안전성을 고려하여 기존 받침을 제거하지 않고 활용하도록 하였다. 이는 지진격리받침이 상부 수직하중을 분담하지 않고, 수평방향의 지진운동에 대한 주기 이동과 감쇠 역할만 한다. 이 접근법의 실험적 검증을 위해 실제 교량을 대상으로 납-적층고무받침(LRB)을 설계하고 실물크기로 기존 받침과 LRB를 제작하였다. 이 지진격리시스템의 가상 지진입력에 대한 응답은 유사동적실험으로 구하였다. 아울러 범용해석프로그램을 통한 지진응답해석과 비교하여 실험결과의 신뢰성을 확인하였다. 실험결과 제안된 지진격리시스템은 지진시 안정적인 거동을 보였다.

본 연구는 도로교의 교각으로 널리 사용되고 있는 2주형 철근 콘크리트 교각의 내진성능과 보강방안을 실험적으로 수행하였다. 실험체는 지름 400mm, 높이 2,000mm인 2주형 원형교각 10기를 제작하였으며, 하중은 0.1f_{ck}A_g 크기의 축방향하중하에서 교축방향과 교축직각방향의 이축 횡방향하중을 교번 반복재하하였다. 실험변수는 심부구속철근비, 주하중방향, 주철근 겹침이음 그리고 보강방안을 선택하였다. 주철근 겹침이음이 있는 교각에 대한 보강방안으로 steel band, steel jacket, 그리고 prestress 강선을 이용하였다. 실험 결과 주하중방향이 교축직각인 실험체가 소성힌지구간이 교각의 상 하부 양측에 발생하면서 주하중 방향이 교축방향인 실험체보다 연성 능력이 우수한 것으로 나타났다. 프리스트레스 강선으로 보강한 실험체는 과보강으로 인한 소성힌지구간의 이동으로 연성도 저하가 나타났으나, steel jacket 및 steel band로 보강한 실험체는 모두 요구연성도를 만족하는 것으로 나타났다. 특히, steel band에 의한 보강방안은 시공성 등을 감안하여 바람직한 철근 콘크리트 교각의 내진 보강방안으로 고려될 수 있다.

편심이 있는 구조물이 지진하중을 받는 경우 비틀림의 발생으로 특정부재에 응력 및 변위가 집중되고 이는 전혀 예상치 못한 구조물의 파괴를 유발할 수 있다. 본 연구에서는 각 횡저항 부재의 한계 변위를 기반으로 하여 구조물 전체의 횡변위와 비틀림각의 관계도(D-R Relationship: Displacement-Rotation Relationship)를 작성하고 변위스펙트럼을 이용하여 내진성능평가를 수행하는 방법을 제안한다. 제안된 내진성능평가의 방법은 시간이력해석의 결과를 이용해서 검증하였다. 또한 다양한 지진수준에 대해 구조물의 다른 성능수준을 기준으로 하는 다단계 내진성능평가를 수행하였다. 최종적으로 그 결과를 기준으로 D-R 관계도를 이용한 내진보강 전략을 제시하였다. 내진보강은 각 부재의 강도/강성을 증가시키는 방법과 연성도를 증가시키는 두 가지의 방법을 사용하였다. 특히 강도/강성을 증가시키는 내진보강 전략에서는 보강의 최적화를 위하여 보강전략을 최적화 문제로 구성하고 BFGS Quasi-Newton method를 이용하여 최적보강전략을 수립하는 과정을 제시하였다