이 연구의 목적은 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 비부착 보강된 조적벽체의 정적 및 동적 내진 거동을 평가하는 것이다. 이를 위한 세부 목표는 1) 순수 조적벽체의 설계 기준 분석 및 조적벽체 보강 공법 관련 국내·외 기존연구 분석; 2) 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 반복 횡가력 실험 및 보강 효율성 평가; 3) 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 동적 내진 성능 평가 및 보강 성능 분석; 4) 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적구조물의 선형 내진 성능 평가이다.
감쇠형 강봉 트러스 시스템은 Hwang(2022)이 제시한 공법에서 스프링을 활용한 감쇠 기구를 추가적으로 도입한 것으로, 현장 가변형 정착구 4개와 강봉 보강재로 구성된다. 강봉 보강재는 SD600 D16의 수직재 2개, SD400 D16의 경사재 2개, SD400 D10의 수평재 2개이며 총 6개로 구성된다. 감쇠형 강봉 트러스 시스템은 힌지 절점을 갖는 현장 가변형 정착구를 통해 조적벽체의 크기 변화에 유연하게 대응이 가능하다. 모든 수직재에는 강봉 항복강도의 20% 수준만큼 프리스트레스를 도입하여, 조적벽체의 횡하중 저항 능력을 향상시킬 수 있으며, 경사재의 상부에 배치된 강재 스프링 댐퍼는 지진 에너지 흡수의 역할을 한다.
조적벽체의 면내 정적 내진 성능을 평가하기 위해 반복 횡가력 실험을 수행하였다. 주요 변수는 개구부의 유·무, 보강 위치 및 스프링 댐퍼의 재질이며, 이를 통해 총 9개의 실험체를 준비하였다. 면내 정적 실험으로부터 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 최대 내력은 H형 및 I형 단면을 갖는 무보강 실험체에 비해 1.44배 ∼ 2.38배 높았으며, 문 개구부를 갖는 H형 실험체의 경우 1.33배 ∼ 1.37배 향상되었다; 2) 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 문 개구부가 없는 조적벽체의 변위 연성비는 무보강 실험체에 비해 1.40배 ∼ 1.72배 수준이었다. 문 개구부가 있는 경우 무보강 실험체에 대한 변위 연성비는 1.81 ∼ 1.93배 높았다; 3) 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 개구부가 없는 조적벽체의 최대 내력 시까지 누적 에너지 소산능력은 무보강 실험체에 비해 2.34배 ∼ 7.52배 높았으며, 문 개구부가 있는 경우 1.27배 ∼ 1.49배 높았다; 4) 문 개구부가 없는 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 실험체의 최대 내력 시 등가 감쇠비는 무보강 실험체에 비해 1.25배 ∼ 1.61배 높았다. 문 개구부가 있는 H형 단면을 갖는 경우 보강된 실험체의 최대 내력 시 등가 감쇠비는 무보강 실험체에 비해 1.28배 ∼ 1.47배 높았다.
조적벽체의 면내 동적 내진 성능을 평가하기 위해 진동대 실험을 수행하였다. 실험체는 총 2개로, 주요 변수는 감쇠형 강봉 트러스 시스템의 보강 유·무로 설정하였다. 면내 동적 실험으로부터 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 최대 응답 가속도 및 층간 변위비는 무보강 조적벽체에 비해 각각 최대 19% 및 52% 수준으로 감소하였다; 2) 무보강 조적벽체 및 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 초기 공진 진동수에 대한 실험 종료 시 공진 진동수 감소율은 각각 24.5% 및 23.8%이었다; 3) 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 실험 종료 시까지의 누적 에너지 등가속도는 880.08 cm/s이었으며, 무보강 조적벽체(421.75 cm/s)에 비해 약 2.09배 높았다.
감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 보강된 1층 조적구조물의 선형 내진 성능 평가를 수행하였다. 그 결과, 보강 전 조적구조물의 최종 성능은 붕괴 수준(C)이었지만, 감쇠형 강봉 트러스 시스템으로 개구부 없는 외벽체를 보강한 조적구조물의 최종 성능은 즉시거주 수준(IO)으로 향상되었다.

The purpose of this study is to evaluate the static and dynamic seismic behavior of masonry walls reinforced with a damper-functional steel-bar truss system. The detailed goals for this study are as follow: 1) Analysis of design standards for un-reinforced masonry walls and analysis of existing domestic and foreign studies related to reinforcement methods of masonry wall; 2) repeated lateral loading test and evaluation of reinforcement efficiency of masonry walls reinforced with a damper-functional steel-bar truss system; 3) Evaluation of dynamic seismic performance and analysis of reinforcement performance of masonry walls reinforced with a damper-functional steel-bar truss system; 4) Evaluation of linear seismic performance of a masonry structure reinforced with a damper-functional steel-bar truss system.
The damper-functional steel-bar truss system is an additional damping mechanism using steel springs in the reinforcement method proposed by Hwang (2022), and consists of four field variable anchorages and steel-bar. The steel-bar consists of 2 vertical members of SD600 D16, 2 diagonal members of SD400 D16, and 2 horizontal members of SD400 D10. The damper-functional steel-bar truss system can flexibly respond to changes in the size of masonry walls through a field variable anchorage with hinge nodes. By introducing prestress at the level of 20% of the yield strength of steel-bar to all vertical members, the lateral load resistance capability of the masonry walls can be improved, and the steel spring damper placed on the top of the diagonal members serves to absorb seismic energy.
To evaluate the in-plane static seismic performance of masonry walls, repeated lateral loading tests were conducted. The main variables are the presence/absence of openings, the position of reinforcement, and the material of the steel spring damper, and a total of 9 specimens were prepared through these. From the in-plane static tests, the following conclusions were obtained. 1) The peak strength of masonry walls reinforced with a damper-functional steel-bar truss system was 1.44 to 2.38 times higher than that of unreinforced specimens with H- and I-shaped sections, and 1.33 to 1.37 times higher for specimens with door opening; 2) The displacement ductility ratio of the masonry walls without door opening reinforced with a damper-functional steel-bar truss system was 1.40 to 1.72 times higher than that of the unreinforced specimen. In the case of the masonry walls with door openings, the displacement ductility ratio for reinforced specimens was 1.81 to 1.93 times higher than that of the unreinforced specimen; 3) The cumulative energy dissipation capacity up to the peak strength of the masonry walls without door opening reinforced with a damper-functional steel-bar truss system was 2.34 to 7.52 times higher than that of unreinforced specimens, and 1.27 to 1.49 times higher for specimens with door opening; 4) The equivalent damping ratio at the peak strength of the specimens reinforced with a damper-functional steel-bar truss system without door openings was 1.25 to 1.61 times higher than that of the unreinforced specimens. In the case of H-shaped section specimens with door opening, the equivalent damping ratio at the peak strength of the reinforced specimen was 1.28 to 1.47 times higher than that of the unreinforced specimen.
A shaking table test was conducted to evaluate the in-plane dynamic seismic performance of masonry walls. A total specimens were 2, and the main variables were set to the presence or absence of reinforcement of a damper-functional steel-bar truss system. From the in-plane shaking table test, the following conclusions were obtained. 1) The peak response acceleration and story drift ratio of masonry wall reinforced with a damper-functional steel-bar truss system were reduced by up to 19% and 52%, respectively, compared to unreinforced masonry wall; 2) Resonant frequency reduction rates at the end of the experiment about the initial resonant frequency were 24.5% and 23.8%, respectively, for the unreinforced masonry wall and the masonry wall reinforced with a damper-functional steel-bar truss system; 3) The cumulative energy equivalent acceleration until the end of the test of the masonry wall reinforced with a damper-functional steel-bar truss system was 880.08 cm/s, which was about 2.09 times higher than that of the unreinforced masonry wall(421.75 cm/s).
An evaluation of the linear seismic performance of a 1-story masonry structure reinforced with a damper-functional steel-bar truss system was performed. As a result, the final performance of the masonry structure before reinforcement was the collapse level(C), but the final performance of the masonry structure reinforced by the damper-functional steel-bar truss system at the outer wall without openings was improved to the immediate occupancy level(IO).