교각의 내구성 증진 및 내진 보강을 위하여 원형철근 콘크리트 교각 외부에 강판을 보강한 경우, 교각 외부에서 발 생하는 화재에 대해 보강된 교각의 내화성능을 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램 ABAQUS를 이용하였으며 ISO 834-1의 표준화재곡선을 적용하여 교각의 거동을 해석하였다. 해석 변수로는 강판보강두께와 원형교각 지름의 비, 교각에 수직으로 작용하는 축력비를 적용하였다. 교각의 상부와 하부는 힌지-롤러 경계조건을 고려하여 상부는 수직으로 변위가 발생하 도록 하였으며, 교각 외부 전체에 열하중을 가하였고 편심 없는 순수 축하중을 교각 중앙에 가력하였다. 온도에 따른 콘크리트, 철근 및 강재의 비열, 열전도율, 탄성계수 등을 고려하여 보강에 따른 교각의 내화 성능 향상도를 평가하였다. 강판으로 보강한 원형철근 콘크리트 교각은 콘크리트의 중심부일수록 강판 두께의 영향을 받지 않으며 강판 두께별 축력을 주 었을 때 내화시간은 축력비 0.7에서 최대 약 3분 향상되었다. 또한, 보강두께가 두꺼울수록 내하력이 향상하며 60분 이후에 모 두 내하력비가 1.0 이하로 감소하기 시작하는 것을 알 수 있었다. 강판보강공법은 내화성능을 향상시킬 수 있으며 강판 보강 두 께와 보강 지름의 비가 클수록 화재에 대해 축방향에 대한 변위와 내하력이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 토대로 원형철근 콘크리트 교각의 외부 강판 보강을 통하여 교각의 내화 성능을 향상시킬 수 있음을 정량적으로 판단할 수 있었다.

This study is the research appling the representative Displacement-Based Design which is the basic concept of Direct Displacement Based Design proposed by Chopra and Goel to original Reinforced Concrete moment frame and determining the thickness of retrofit Steel Jacket about the Maximum design ground acceleration, and developing the more improved Algorithm as well as program by the Retrofit Design method and Nonlinear analysis by the Performance design method before and after reinforcement appling the determined retrofit thickness. It also shows the result of the seismic performance improvement which is the ratio of seismic performance appreciation result yield displacement 19%, yield strength ratio 24%, displace ductility ratio the maximum 27% comparing Multi degree of freedom, column member of Reinforced Concrete with the performance improvement column member considering the thickness of the determined Steel Jacket. The developed Algorithm and program are easy to apply seismic design and application to the original Reinforced Concrete building, at the same time, it applicate to display well the design result of Target displacement performance level about nonlinear behavior.

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.

본 연구의 궁극적인 목표는 콘크리트 교량의 교각을 Steel Jacket으로 보강한 효과를 정량적으로 산정함으로써, 지진 발생시 도로/교통 시스템의 역할을 평가할 수 있는 자료를 제공하는 데에 있다. Steel Jacket으로 보강 시, 교각의 연성능력이 어느 정도 증가되는지, 또 그로 인해 교량의 취약 상태가 어느 정도 개선되는지를 취약도 곡선을 통하여 나타내었다. 본 연구에서 해석적으로 구한 취약도 곡선이, 과거 지진 발생시 수집된 손상 자료를 이용하여 작성된 보강이 안된 교량의 취약도 곡선을 보정하는데 사용하였다. 그 보정은 Steel Jacket 보강 전과 후의 취약도 곡선상의 중간 값들을 비교해 그 증가분 만큼을 반영하는 방식으로 수행되었다.

최근에 지진발생 횟수와 지진발생 가능성의 증가로 인하여 교량 구조물의 손상 및 붕괴에 대한 사회적 관심이 대두되고 있다. 도서지역의 경우, 인구의 90% 이상이 표고 200m 이하의 해안지대에 거주하고 있으므로 제주 도심에 위치한 교량 구조물의 내진성능평가는 반드시 필요한 시점이다. 본 연구는 도심지에 위치되는 94개의 교량에 대한 기존 교량의 내진성능을 파악하고 내진보강이 필요한 교량에 대하여 가상 강판보강 후 보강된 교각에 대하여 2차 내진성능을 평가하였다. 94개의 교량에 대한 설계지진력 작용시에 내진성능을 역량스펙트럼을 적용하여 평가하였으며 그 중 항복 및 극한상태가 기능수행 수준과 붕괴방지수준을 하회하여 내진보강이 필요한 10개의 교량에 대하여 교각 단면적의 1%만큼 강판 보강된 경우에 내진성능을 평가하였다. 보강된 10개의 교량의 경우, 항복상태 및 극한상태는 기능수행수준과 붕괴방지수준을 상회하여 설계지진력에 대하여 만족할 만한 내진성능을 나타내었다.