Fiber Reinforced Mortar(FRM) 프리캐스트 패널로 보강된 조적벽체의 내진성능 실험검증 :Seismic Performance of Masonry Walls Retrofitted by Precast Panels based on Fiber-Reinforced Mortar

김승희

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김승희 (숭실대학교, 숭실대학교 대학원)

지도교수: 최경규

발행연도: 2021

저작권: 숭실대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수7

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

Textile Reinforced Mortar(TRM)로 보강된 RC의 전단 보강 성능 실험적 연구

김승희 , 박상현 , 황지우 외 1명 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2021.05 학술대회자료

Fiber Reinforced Mortar(FRM) 프리캐스트 패널로 보강된 조적벽체의 내진성능 실험검증

김승희 건축학과 2021.01 학위논문

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기존 조적벽체의 내진보강공법 중 FRP 부착 공법은 시공이 간편하고, 고강도를 발현하며 보강재가 가볍다는 장점을 가지고 있으나 조적벽체와 FRP 보강재의 부착파괴, 내화성이 부족하여 화재 또는 고온 노출 시 조적벽체와의 부착성능 저하로 인한 보강성능 저하 등의 문제점이 있다. 이에 재료 이질성을 극복하고, 부착성능을 높이기 위해 강섬유, 합성섬유 또는 하이브리드 섬유와 같은 인장특성을 개선할 수 있는 미세섬유를 시멘트 매트릭스 내 혼입하는 FRC 공법이 제안 및 사용되고 있다. 그러나 보강 작업 및 FRC 양생 기간 동안 거주자에게 불편함을 준다는 한계점이 존재한다.
본 연구에서는 내진성능 확보와 더불어 보강 공정을 간소화할 수 있는 FRM 프리캐스트 패널을 개발하였으며 패널의 연결부 형태 및 수직보강철근 배근 유무, 패널 연결부 모르타르의 섬유 혼입률을 변수로 하는 Z-type 직접 전단 푸시오버실험을 통해 실험적으로 검증하였다. 실험 결과 직사각형 홈 형태의 연결부를 가진 패널(S 시리즈)보다 사다리꼴이 맞물린 형태의 연결부를 가진 패널(V 시리즈)가 높은 전단강도를 나타냈으며 V 시리즈가 S시리즈 대비 연결부 부착파괴 측면에서 개선된 성능을 발휘하였다. 또한, 수직 보강철근 배근을 하였을 경우 수직 보강철근을 배근하지 않은 S시리즈와 비교하여 강도 측면에서는 큰 차이가 없었으나 부착 성능 측면에서 향상된 성능을 발휘하였다. 패널 연결부 모르타르 배합 내 섬유 혼입률이 증가 할수록 강도가 증가한 것을 확인하였다.
이러한 실험결과를 기반으로 1/2비율 1.5B 두께의 조적벽체를 각 변수 별 1개씩 비보강 조적벽체(URM)를 포함하여 총 4개 설계, 제작하였다. 주요 변수는 (1) 패널 연결부의 형태 : 직사각형 홈 형태의 연결부를 가진 패널, 사다리꼴이 맞물린 형태의 연결부를 가진 패널, (2) 추가 보강 : FRM 프리캐스트 패널에 수직보강 철근 배근, FRM 프리캐스트 패널간 턴버클 설치로 설정하여 설계하였으며 일정한 축하중이 재하된 상태에서 횡하중을 반복가력하였다. 실험결과, 각 실험변수 별 보강 실험체는 비보강 기준 실험체 대비 최대전단강도, 연성, 에너지소산능력, 강성 측면에서 향상된 내진성능을 발휘하였다. 또한, 횡하중-변위 이력곡선 실험결과와 ASTM C270에 따른 이상화 곡선화과 비교하여 FRM 프리캐스트 패널로 보강된 조적벽체에 대한 적합성 및 전단성능을 검증하였다.

For unreinforced masonry (URM) walls, various retrofit methods and details have been developed so far. One of the most common strengthening techniques involves FRP reinforcement owing to several advantages such as easy construction, high strength expression, and lightness. Nonetheless, relevant problems have been arisen such as debonding phenomenon between the URM wall and the FRP reinforcement and poor adhesion performance when exposed to fire or high temperature. In order to improve material heterogeneity and bonding performance, fiber-reinforced cementitious composites (FRCC), which consists of micro-fibers such as steel and synthetic fibers, or hybrid types within the cement matrix, have been developed and applied in recent years. However, the limitation of the inconvenience in construction practice induced by in-situ reinforcement and FRCC curing needs to be taken into consideration.
In this study, FRCC precast panels were developed to improve the seismic performance of URM walls and simplified the reinforcement process. First, the effectiveness of the proposed shear key connections was proposed and experimentally verified through push-off tests. The experimental results indicated that panels (V series) with castellated shear key type showed higher shear strength than panels (S series) with rectangular cast-in-place shear key type and improved the overall performance by delaying the connection breakdown. In addition, it was confirmed that there was no significant difference in terms of overall performance when vertically reinforced by additional rebars in the shear keys, and the strength of the shear key increased in proportion to the increase of the volume content of steel fibers.
Second, based on the material tests, a total of five masonry walls with a thickness of 1.5B in a 1/2 ratio were designed and fabricated including one control specimen (URM wall) and three retrofitted specimens. The main test variable was the details of panel connections: rectangular cast-in-place shear key, castellated shear keys connection, additional vertical reinforcement on the FRM precast panels, and additional turnbuckle detail between FRM precast panels. The tests were performed in the lateral cyclic loading condition with constant axial load. Finally, the seismic performance of test specimens was assessed in terms of maximum shear strength, ductility, energy dissipation capacity, and effective stiffness. In addition, the simplified approach for estimating the lateral strength of URM walls retrofitted with precast panels was proposed and verified with the structural experimental results.

#FRM #프리캐스트 패널 #조적벽체 #내진성능 #반복가력

제 1 장 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 방법 및 내용 3
제 2 장 기존 문헌 조사 4
2.1 비보강 조적조의 파괴모드 4
2.2 기존 연구 동향 7
2.3 FRM 프리캐스트 패널 보강공법 8
제 3 장 FRM 프리캐스트 패널 Z-type 연결부 실험 9
3.1 실험 개요 9
3.2 실험체 계획 9
3.2.1 실험체 상세 9
3.2.2 사용재료 12
3.2.3 실험 변수 및 실험체 제작 15
3.2.4 실험체 셋업 19
3.3 실험결과 및 분석 21
3.3.1 균열 양상 및 파괴모드 21
3.3.2 FRM 프리캐스트 패널 상세에 따른 전단거동특성 23
제 4 장 FRM 프리캐스트 패널로 보강된 조적벽체 반복 가력실험 27
4.1 실험 개요 27
4.2 실험체 계획 28
4.2.1 실험체 상세 28
4.2.2 사용재료 31
4.2.3 기준 실험체 파괴모드별 전단강도 산정 35
4.2.4 실험 변수 36
4.2.5 실험체 제작 방법 40
4.2.6 실험체 셋업 43
4.2.6.1 하중 가력 계획 45
4.2.6.2 실험 계측 계획 45
4.3 실험결과 및 분석 47
4.3.1 균열 양상 및 파괴모드 47
4.3.2 횡하중-변위 이력곡선 및 포락곡선 51
4.3.3 유효 강성 및 연성비 57
4.3.4 에너지소산능력 및 감쇠비 59
4.3.5 강성저하 특성 62
4.4 FRM 프리캐스트 패널 보강 조적벽체 전단성능 검증 64
4.4.1 IDEALIZED 모델 개요 64
4.4.2 전단성능 검증 66
제 5 장 결 론 69
참고문헌 72

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