Seismic Performance Evaluation of Unreinforced and ECC-jacketed Masonry Fences using Shaking Table Test

진동대실험을 사용한 비보강 및 ECC 자켓 보강 조적담장의 내진성능평가

In this study, the efficacy of Engineered Cementitious Composite(ECC) jacket for masonry fences subjected to lateral dynamic load was experimentally verified through a shaking table test, comparing it with the performance of an unreinforced masonry(URM) fence. Firstly, dominant frequencies, modal damping ratios and deformed shapes were identified through an impact hammer test. URM and ECC-strengthened fences with heights of 940mm and 970mm had natural frequencies of 6.4 and 35.3Hz, and first modal damping ratios of 7.0 and 5.3%, respectively. Secondly, a shaking table test was conducted in the out-of-plane direction, applying a historical earthquake, El Centro(1940) scaled from 25 to 300%. For the URM fence, flexural cracking occurred at the interface of brick and mortar joint(i.e., bed joint) at the ground motion scaled to 50%, and out-of-plane overturning failure followed during the subsequent test conducted at the ground motion scaled to 30%. On the other hand, the ECC-jacketed fence showed a robust performance without any crack or damage until the ground motion scaled to 300%. Finally, the base shear forces exerted upon the URM and ECC-jacketed fences by the ground motions scaled to 25~300% were evaluated and compared with the ones calculated according to the design code. In contrast to the collapse risk of the URM fence at the ground motion of 1,000-year return period, the ECC-jacketed fence was estimated to remain safe up to the 4,800-year return period ground motion.

본 연구에서는 동적 횡하중을 받는 조적 담장의 내진성능 향상을 위한 ECC(Engineered Cementitious Composite) 자켓의 효과를 실험적으로 검증하였다. 첫째로, 임팩트 해머 시험을 통해 비보강과 ECC로 보강된 조적 담장의 고유진동수와 모드 감쇠비, 변형 형상을 식별하여, 940mm의 비보강 조적담장과 970mm의 ECC 보강 담장이 각각 6.4, 35.3Hz의 고유진동수와 7.0, 5.3%의 감쇠비를 가지는 것을 확인하였다. 둘째로, 진동대를 사용하여 면외방향에 대한 지진파 실험을 수행하였고, El Centro(1940) 지진파를 25%부터 300%까지 스케일링하여 적용하였다. 비보강 조적담장의 경우, 50% 지진하중에서 벽돌과 줄눈 경계에 휨균열이 발생하였고, 다시 30%로 스케일링된 지반운동에서 면외방향으로 전도파괴되었다. 반면에 ECC로 보강된 조적담장은 300%의 지진하중에서도 균열이나 손상 없이 강건한 성능을 유지하였다. 마지막으로, 25~300%의 지반운동에 의한 비보강과 ECC 보강 조적담장의 밑면전단력과 설계기준에 따른 밑면전단력을 비교 및 평가하였다. 그 결과, 재현주기 1,000년의 지진에 대해 비보강 조적담장이 붕괴될 위험이 있는 데 반해, ECC 보강 담장은 4,800년 주기의 지진에도 안전한 것으로 추정되었다.