본 연구는 조적조로 구성된 치장벽체의 전단거동에 관한 연구이다. 치장조적벽체의 내진보강상 세를 소개하였으며, 본 연구에서 개발한 내진상세를 적용하여 전단거동을 평가하였다. 실험체는 비보 강조적벽(URM) 1개 보강조적벽(RM) 3개로 구성하였으며, 준정적 실험을 수행하였다. 비보강 조적벽은 형상비와 축방향 압축력에 따라 다양한 거동 및 파괴가 일어난다. 그러나 본 연구는 조적구조와는 다른 치장조적조를 대상으로 하였으므로, 전단강도의 주요변수로 작용하는 축방향 압축력은 변수에서 제외 되었다. 실험변수로는 벽체의 보강유무와 형상비로 정하였다. 실험결과 실험체의 거동은 강체회전(Rocking)모드가 지배적으로 나타났으나, 최종파괴는 여러 파괴모드가 복합적으로 나타났다. FEMA273 에서는 면내조적벽의 전단강도식을 제시한다. 강도식은 조적벽의 거동모드에 따라 4가지로 분류되며, 그 거동모드는 강체회전(Rocking), 단부압괴(Toe-Crushing), 수평줄눈미끄러짐(Bed-Joint-Sliding), 사인장(Diagonal-Tension)파괴로 나타내고 있다. FEMA 273에 의해 전단강도를 평가한 결과 치장조적벽의 거동모드는 어느정도 예측 할 수 있었지만, 전단강도는 매우 다르게 나타났다.
본 논문에서는 범용유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 국내에서 사용되는 콘크리트벽돌을 조적채움벽으로 가진 철근콘크리트 골조를 대상으로 유한요소해석을 실시하였다. 해석대상은 순수골조, 채움벽의 두께가 0.5B인 골조, 두께가 1.0B인 골조의 3종류이다. 철근콘크리트 골조 및 채움벽의 재료특성은 재료시험 결과로부터 구하였으나 두께가 1.0B인 채움벽의 경우 벽돌의 쌓기방법의 차이에 의해 0.5B 두께의 실험체보다 4배 정도 증가된 인장강도를 사용하였다. 유한요소 해석결과는 실험을 통해 구한 하중-변위관계 및 변위각에 따른 균열양상을 상당히 정확하게 예측하였다. 유한요소해석 결과의 분석을 통해 조적채움벽과 골조사이의 접촉응력 및 골조의 전단력과 휨모멘트를 산정하였다.
The masonry structure is constructed by cement mortar binding material of brick objects and uses reinforced hardware (connected hardware or wall tie) together when building. However, over time, the corrosion of reinforced steel and the deterioration of joint mortar as well as bricks cause the risk of collapse. In particular, when the externally decorated brick wall is installed on the concrete girder for each floor, the angle bracket is not constructed or corroded, the full-layer weight load is applied to the wall of 0.5B, which is an example of full-scale or collapse. The purpose of this study is to provide numerical information on the reinforcement design by experimentally studying the structural performance of concrete reinforcement brackets that reinforce the vertical load of the exterior wall.
Masonry is not a simple material, the influence of mortar joints as a plane of weakness is a significant feature and this makes the numerical modelling of masonry very difficult especially when dynamic (seismic) analysis is involved. In order to develop a simple numerical model for masonry under earthquake load, an analytical model based on Distinct Element Method (DEM) is being developed. At the first stage, the model is applied to simulate the in-plane shear behaviour of an unreinforced masonry wall with and without opening where the testing results are available for comparison. In DEM, a solid is represented as an assembly of discrete blocks. Joints are modelled as interface between distinct bodies. It is a dynamic process and specially designed to model the behaviour of discontinuities. The numerical solutions obtained from the distinct element analysis are validated by comparing the results with those obtained from existing experiments and finite element modelling.
Ercan Isik;Aydin Buyuksarac;Fatih Avcil;Enes Arkan;M.Cihan Aydin;Ali Emre Ulu
Earthquakes and Structures
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제25권3호
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pp.209-221
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2023
The Mw=7.7 (Pazarcık-Kahramanmaraş) and Mw=7.6 (Elbistan-Kahramanmaraş) earthquakes that occurred in Türkiye on 06.02.2023 with 9 hours' intervals, caused great losses of life and property as the biggest catastrophe in the instrumental period. The earthquakes affecting an area of 14% of the country were enormous and caused a great deal of loss of life and damage. Numerous buildings have collapsed or damaged at different levels, both in the city centers and in rural areas. Within the scope of this study, masonry structure damage built from different types of materials in the earthquake region was taken into consideration. In this study, the damage and causes of such masonry structures that do not generally receive engineering services were examined and explained in detail. Insufficient interlocking between wall-wall and wall-roof, inadequate masonry, lack of horizontal and vertical bond beams, usage of low-strength materials, poor workmanship, and heavy earthen roof are commonly caused to structural damages. Separation at the corner point and out-of-plane mechanism in structural walls, and heavy earthen roof damages are common types of damage in masonry structures.
In this paper the vulnerability of the confined masonry buildings is evaluated analytically. The proposed approach includes the nonlinear dynamic analysis of the two-story confined masonry buildings with common plan as a reference structure. In this approach the damage level is calculated based on the probability of exceedance of loss vs a specified ground motion in the form of fragility curves. The fragility curves of confined masonry wall buildings are presented in two levels of limit states corresponding to elastic and maximum strength versus PGA based on analytical method. In this regard the randomness of parameters indicating the characteristics of the building structure as well as ground motion is considered as likely uncertainties. In order to develop the analytical fragility curves the proposed analytical models of confined masonry walls in a previous investigation of the authors, are used to specify the damage indices and responses of the structure. In order to obtain damage indices a series of pushover analyses are performed, and to identify the seismic demand a series of nonlinear dynamic analysis are conducted. Finally by considering various mechanical and geometric parameters of masonry walls and numerous accelerograms, the fragility curves with assuming a log normal distribution of data are derived based on capacity and demand of building structures in a probabilistic approach.
In this paper, the effect of Engineered Cementitious Composites (ECC) on the lateral strength of a bearing unreinforced Masonry (URM) wall, was experimentally and numerically investigated. Two half scale solid walls were constructed and were tested under quasi-static lateral loading. The first specimen was an un-retrofitted masonry wall (reference wall) while the second one was retrofitted by ECC mortar connected to the wall foundation via steel rebar dowels. The effect of pre-compression level, ECC layer thickness and one or double-side retrofitting on the URM wall lateral strength was numerically investigated. The validation of the numerical model was carried out from the experimental results. The results indicated that the application of ECC layer increases the wall lateral strength and the level of increment depends on the above mentioned parameters. Increasing pre-compression levels and the lack of connection between the ECC layer and the wall foundation reduces the influence of the ECC mortar on the wall lateral strength. In addition, the wall failure mode changes from flexure to the toe-crashing behavior. Furthermore, in the case of ECC layer connected to the wall foundation, the ECC layer thickness and double-side retrofitting showed a significant effect on the wall lateral strength. Finally, a simple method for estimating the lateral strength of retrofitted masonry walls is presented. The results of this method is in good agreement with the numerical results.
홍예교랑에서 무사석 및 적심석이 구조적특성이나 내하력에 미치는 영향에 대해서는 아직도 제대로 연구된 바가 없다. 특히 대부분의 홍예형 구조들이 문화재로 지정되어 있어 실물테스트를 하는 것은 매우 곤란하다. 석조구조물의 동적특성을 파악하면 접촉면의 강성을 파악할 수 있으므로 구조해석시 유용한 정보를 구할 수 있다. 본 연구는 무사석 및 적심석이 없는 5개의 홍예구조물과 우리나라 18개 홍예교량의 동적특성을 비교 분석함으로써 무사석 및 적심석 유무에 따른 고유진동수의 차이를 규명하는 방법으로 수행되었다. 연구결과 줄눈에 모르타르를 사용하지 않은 홍예구조의 경간에 따른 고유진동수는 우리나라 홍예교의 고유진동수보다 현저히 낮은 것으로 조사되었으며, 이러한 사실을 통해 볼 때 무사석 및 적심석이 홍예교의 고유진동수를 높이는 역할을 함을 알 수 있다.
Fiber-reinforced polymer reinforcement or polyurea reinforcement techniques are applied to strengthen unreinforced masonry walls (UMWs). The out-of-plane reinforcing effect of sprayed glass fiber-reinforced polyurea (GFRPU), which is a composite elastomer made of polyurea and milled glass fibers on UMW, is experimentally verified. The out-of-plane strengths and ductile behaviors based on various coating shapes are compared in this study. An empirical formula to describe the degree of reinforcement on the out-of-plane strength of the UMW is derived based on the experimental results. It is reported that the peak load-carrying capacity, ductility, and energy absorption capacity gradually improve with an increase in the strengthening degree or area. Compared with the existing masonry wall reinforcement method, the GFRPU technique is a construction method that can help improve the safety performance along with ease of construction and economic efficiency.
일반적으로 조적조는 석재, 벽돌, 시멘트블록 등의 조적 개체와 모르타르(motar) 등 이종재료로 구성된 적층구조로서, 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 가장 오래되고 광범위하게 사용되어진 구조재료이다. 그러나 수직하중에 대한 큰 저항능력에 비해 횡력에 매우 취약한 단점을 갖고 있으며, 최근에 발생한 지진피해사례에서도 저층의 조적조 건축물의 피해가 많이 보고되고 있다. 따라서 본 연구에서는 수평전단력 향상을 위하여 기존 사각형 블록 벽체에서 발생되는 횡방향 통줄눈을 방지하여 횡력에 대한 저항력을 높여줄 수 있는 육각형 형태의 블록을 개발하고, 개발된 블록을 사용한 조적 벽체의 구조실험을 수행하여 거동특성과 전단강도의 증가효과 등을 분석하며, 신축 및 건물 리모델링시에 내진보강용으로 사용할 수 있는 조적조를 제안하고자 하였다. 개발된 중공형 및 솔리드형 블록을 사용하여, 블록의 형상 및 수직 철근 보강량 및 배열위치를 변수로 육각형 블록 벽체의 구조실험을 수행 하였으며, 기존 사각형의 조적조 벽체에 비교하여 상대적으로 연성적인 거동과 전단저항 능력의 향상을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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