철근콘크리트 전단벽의 잔존수명 예측기법에 관한 연구

Abstract

건축 구조물 설계는 안전성과 경제성이라는 두 가지 요구조건을 동시에 만족시키는 최적의 해를 찾는 과정이다. 이것은 건물의 건설 및 유지관리에 필요한 비용 이외에 예기치 않는 파괴로부터 비롯되는 인명 및 재산의 손실을 포함한 포괄적인 경제성을 추구하기 위해서이다. 또한 건물의 위험도 분석 및 안전성 평가(risk and safety evaluation)도 그 필요성이 점점 증가되고 있다. 우리 나라에는 고밀도 집합 주택의 수요가 많아 철근콘크리트로 건설되고 있다. 일반적으로 철근콘크리트 구조물의 수명은 결함이 없을 경우 60년 이상으로 본다. 그러나 설계, 시공상의 오차, 사후관리 불충분 등의 이유로 인하여 원래의 내구성능을 발현하지 못하고 건물의 사용성이나 안전성이 저하되고 있다. 또한 현재 대부분의 건물의 설계에는 확정론적인 방법을 적용하고 있기 때문에 합리적인 안전도 평가를 하기 어렵다. 따라서 본 논문은 확률론(Probability)에 근거한 구조 신뢰성(Reliability) 이론을 바탕으로 노후화 된 구조물의 잔존수명예측 방법을 제시하였다. 확률론을 바탕으로 한 구조 신뢰성 이론에서는 Level II(AFOSM)와 Level III(Monte Carlo Method)의 장점만을 조합하여 짧은 시간 내에 철근콘크리트 전단벽의 정확한 파괴 확률을 얻을 수 있는 신뢰성 해석 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 이용하여 철근콘크리트 전단벽의 내구성 진단 평가 시 실측한 확률론적 데이터들을 이용하여 신뢰도 지수β를 시간 경과에 따라 분석할 수 있다. 분석된 추세선에 의해 건물의 잔존수명을 예측할 수 있으며, 이에 의해 확률론적 구조 안전성 평가도 수행할 수 있다. 잔존수명 예측결과 자료를 활용하여, 건물의 보강설계나 유지관리를 보다 합리적으로 수행하고, 이에 따른 건축물의 수명연장 효과를 기대 할 수 있다. 또한 건물 사후 관리단계뿐만 아니라 설계단계에서 잔존수명에 대한 시뮬레이션을 수행하여, 그 결과를 설계에 반영하여 보다 합리적인 설계를 도모할 수 있다.;The design of architectural structure is the process to find adequate solution that is satisfied with two conditions what are called the safety and economical efficiency. The economical efficiency includes the loss of life and property from the unexpected destruction besides the cost of construction and maintenance. Therefore, the risk and safety evaluation of a building is increased. The multi-dwelling residential buildings are most popular housing system in Korea. Most common multi-dwelling buildings are constructed by reinforced concrete. The life time of the buildings are usually about over 60 years in case of no defects. However, the serviceability and safety of the buildings have been decreased because of the errors in design or construction and inadequate maintenance. In addition the safety of the buildings cannot be evaluated reasonably because buildings are analyzed by the deterministic approach. Therefore, this study is aimed to analyze buildings by the reliability approach considering uncertainty based on the probability theory. In this study, a reliability analysis program is developed by combining Level II(AFSOM) and Level III(Monte Carlo Method) for the reinforced concrete shear walls. The reliability index β of four ultimate limit states are calculated automatically using this developed program with the measured data in the field. Four ultimate states are compression failure, tension failure, governing compression, and governing bending of the reinforced concrete shear walls respectively. It is possible to evaluate structural safety and residual life time prediction of buildings from the tendency of reliability index with respect to time. Using life time prediction result, we can do supplementary design or more reasonable maintenance to extend the residual life time of the buildings. Also, this residual life time prediction method is used in design and simulation process to more rational building design.