Experimental Study on the Performance Improvement of Velcro Reinforcement through Internal Filling

내부충진을 통한 벨크로 보강재의 성능향상에 대한 실험적 연구

During the earthquake, for multi-story structure, if the first floor is soft, the deformation will concentrate on that floor causing a serious damage to the column members which might leads to the collapse of the whole structure like Piloti structure during the Pohang earthquake in Korea. According to the 2016 National Disaster Management Research Institute's "Investigation of Seismic Reinforcement and Cost Analysis of Domestic Non-seismic Buildings", the rate of seismic resistance of private reinforced concrete buildings was 38.3 %. Among them, it was reported that the seismic-resistance ratio of the two to five-story structures was less than 50 %. Accordingly, the government is trying to improve the seismic rate through support projects, but the conventional seismic reinforcement methods are still expensive, and emergency construction is difficult. Therefore, in this study, the field applicability was evaluated by improving the reinforcement method using Velcro, which was developed through the research project of the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs in 2014. In order to improve the performance of the Velcro reinforcement method, introducing the initial tension of Velcro using high foaming rigid urethane filling between the Velcro and concrete of the columns was applied. Additionally, an experiment was conducted to evaluate the ductility of Velcro specimen from the concrete confinement effect. As a result, the ductility of the Velcro specimen was improved compare to Normal specimen. However, the energy dissipation capacity of VELCRO2 is better than VELCRO1, yet the maximum ductility of those two specimens did not show a significant difference. Therefore, the improvement of the internal filler material is still needed to have a better maximum ductility.

다층 구조물의 경우 1층이 연약한 경우 지진 시 1층에 변형이 집중되어 기둥 부재에 심각한 손상이 발생하거나 파괴되어 구조물이 붕괴하는 사례가 발생하게 된다. 국내의 경우 포항지진 당시 필로티 구조물의 손상사례를 예로 들 수 있다. 2016년 국립재난 안전연구원의 "국내 비내진 건축물의 내진보강공법 조사 및 소요비용 분석 연구"에 따르면 민간 철근콘크리트조 건축물 중 주택의 내진화 비율은 38.3 %고, 그 중 2층 구조물 7.1 %에서 6층 96.3 % 그 외 99.4 %로 2~5층 구조물의 경우 내진비율이 50 %이하로 저조한 것으로 보고하였다. 이에 정부는 지원사업을 통해서 내진화율을 개선코자 하고있으나, 종래의 보강법은 여전히 시공비용이 고가이고 긴급시공이 어려운 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 2014년 국토교통부의 연구사업을 통해서 개발된 저렴하고 긴급시공이 가능한 벨크로를 사용한 내진보강법의 성능을 개선하고자 벨크로와 콘크리트 기둥 사이에 고발포의 경질 우레탄 내부 충진을 통해서 벨크로의 초기긴장력을 도입하고, 이를 통해서 콘크리트 구속효과에 따른 벨크로의 연성보강성능 개선을 목표로 이를 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 시험체의 최대 연성도를 통한 평가에서 벨크로 내진 보강재의 최대 연성도 증진 효과를 재확인할 수 있었다. 에너지 소산 능력을 통한 평가에서는 VELCRO1 대비 VELCRO2 눈에 띄는 개선을 보인 반면, VELCRO1와 VELCRO2 시험체의 최대 연성도는 큰 차이를 보이지 않았다. 결과적으로 충진재가 사용된 VELCRO2 시험체에서 에너지 소산 능력은 크게 증진되었으나, 최대 연성도 평가에서 최대변위(∆_max)의 증가가 크지 않은 것을 확인하였다. 따라서 내부 충진재 재료의 개선과 균일한 충진재 시공을 개선의 필요성이 확인되었다.