미풍양속 사회를 위한 구조물 보강 연구

테이블 내용

1. 서문
2. 연구 개요
3. 문제 도출
4. 실험 설계
5. 구조 파괴 모드
6. 기존 건물 유형 분석
7. 보강 방법
8. 수치 모델링
9. 실험 결과
10. 아래 실험 계획

실험 계획

안녕하세요! 저는 앨브라이트 박사과정생입니다. 오늘 제 프레젠테이션에 참석해주셔서 정말 감사합니다. 오늘은 전반적인 실험 보강 기법에 대해서 이야기하겠습니다. 실험은 n 카일쉬월의 수치 해석을 포함합니다. 주로 미국 서부 캘리포니아 지역에 있는 1970년대 이전에 건설된 구조물들 중 현재의 지진 기준을 갖추지 못한 구조물이 많은데요. 큰 지진이 발생할 경우 이러한 구조물들이 넘어져 위험할 수 있습니다. 그래서 이번 연구는 이러한 구조물들을 대상으로 실험적 보강을 진행하려고 합니다.

구조물 보강을 위해 우리는 기존 건물 유형을 분석했습니다. 사진 1과 같이 플랜지 월, 직사각형 벽 등 다양한 유형의 보강벽을 고려했습니다. 이들 중에서도 특히 "파이로사" 유형은 웹(벽의 중간 부분) 강화재가 매우 약한 특징을 갖고 있습니다. 반면에 피어(끝 부분)는 웹에 비해 강화재 비율이 높아 출처언에 강철이 집중되어 있습니다. 이런 특징이 있는 보강벽을 대상으로 실험을 진행하였고, 현실적인 재료 특성을 고려하여 실험을 진행하였습니다.

이번 연구에서는 보강법 자체를 연구하는 것 뿐만 아니라 보강이 필요한 구조물에 대한 수치 모델링도 진행하려고 합니다. 예상되는 결과를 검증하기 위해 실험 데이터를 사용하여 수치 모델링 결과를 비교 분석할 계획입니다. 최종적으로는 안전한 보강 방법을 제시하고 구조물 보강 설계를 도와드릴 수 있기를 희망합니다.

현재까지 저희는 두 가지 보강법을 실험으로 진행하였습니다. 첫 번째는 보강되지 않은 상태로 실험을 진행한 것이고, 두 번째는 단섬유강화플라스틱(FRP) 보강을 진행한 것입니다. 두 방법 각각의 결과를 분석하여 보강 효과를 검증하고자 합니다.

보강법 실험 결과

제어 실험

첫 번째 실험은 보강되지 않은 상태로 진행한 제어 실험입니다. 영상에서 보시다시피 웹 부분에서 균열이 발생하며, 이 균열은 서서히 커져 대각선 모양으로 형성되어갑니다. 플리글 화면에서도 균열이 발생하고, 피어에서도 균열이 전달되는 것을 확인할 수 있습니다. 드리프트 비율이 약 75% ~ 1%에서 균열이 집중되며, 균열의 크기가 커질수록 보강재의 파괴가 시작됩니다. 균열이 커지면서 부재 내부의 보강재가 파괴되는데, 표준 강도는 매우 약하게 설정되어 있습니다. 이로 인해 균열이 커지면 보강재의 파괴와 동반되는 그들은 점차 크기를 키우며 결국 발끝에 달합니다. 이러한 실패 모드는 비교적 재료 복합성이 낮고 취약한 실패 모드로 안전성이 낮은 것을 의미합니다.

보강된 실험

두 번째 실험은 FRP(Fiber Reinforced Polymer) 보강법을 적용한 것입니다. 현장에서는 FRP 시트가 플레이트 형태로 설치되며, 벽 부분에 앵커 고리가 사용됩니다. 이 고리는 수평 방향으로 정렬된 FRP 시트 사이에 있으며 앵커와 함께 묶여 있습니다. 이 방법은 주로 웹 파괴를 방지하기 위해 사용되는데요. 실험에서는 FRP 앵커와 FRP 시트가 사용되었습니다. 영상에서는 웹에 함유된 FRP가 파괴되지 않고 웹을 유지함을 확인할 수 있습니다. 결론적으로 웹 파손을 방지하는 역할을 수행했습니다. 그 결과, 피어에는 더 많은 유연성과 결함을 감지할 수 있었습니다. 최종 실패의 원인은 음향률 22%인 지점에서 FRP의 상당한 분리였습니다. 이 실험 결과는 수치 모델링 결과와도 일치합니다.

실험 계획의 미래

현재 진행 중인 실험은 샷크리트 보강법을 실험하는 것입니다. 샷크리트는 FRP와 달리 실제 구조물에 간편하게 적용될 수 있는 방법으로 알려져 있습니다. 보강법 전체에 대한 실험 결과를 얻을 수 있는 것이 목표입니다. 그 결과를 토대로 실제 구조물 보강에 도움이 되기를 기대합니다.

이 프로젝트는 국립 표준 기술 연구소(National Institute for Standards and Technology)와 Simpson Strong-Tie 사의 지원을 받았습니다. 또한 주요 연구자들과 지도 교수님들의 도움이 없었다면 이 프로젝트를 수행할 수 없었을 것입니다. 최종적으로 안전한 구조물 보강을 위한 설계를 돕고자 하는 노력을 계속할 예정입니다.

감사합니다!