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수치해석을 통한 자동복원 신소재 댐퍼 적용 구조물 성능 검증
이헌우 ( Lee Heon-woo ),정병권 ( Jung Byoung-kwon ),허종완 ( Hu Jong-wan ) 한국복합신소재구조학회 2024 복합신소재구조학회논문집 Vol.15 No.1
최근 인접국가인 일본에서 규모 7.6의 지진이 발생하였다. 이 지진은 대규모의 최초 지진 이후 120회 이상의 여진을 동반하여 지진의 위험성이 두각되었다. 실제로 구조물들은 최초 지진이후 항복하여 지속되는 여진에 의해서도 붕괴될 위험이 있기 때문에 지진 저항력을 향상시킬 필요가 있다. 본 연구에서는 자동복원이 가능한 신소재를 활용하여 지진에 의한 피해를 감소시키면서도 댐퍼와 구조물에 발생되는 잔류변위를 회복시킬 수 있는 자동복원 신소재 댐퍼를 제안한다. 이 댐퍼는 초탄성 형상기억합금과 폴리우레탄으로 구성되며 폴리우레탄에는 선행압축이 적용되어 그로 인한 반발력을 통해 회복특성을 증진시킨다. 이에 대한 성능을 평가하기 위해 구조실험과 구조실험에 대한 수치해석을 진행하여 댐퍼의 회복특성, 하중특성을 확인하였다. 또한, OpenSEES프로그램을 활용하여 구조물에 댐퍼를 적용시키고 실제 지진환경에 대한 수치해석을 수행함으로써 지붕변위, 밑면 전단력 등의 응답을 구하여 자동복원 신소재 댐퍼의 우수성을 검증하였다. 이를 통해 자동복원 신소재 댐퍼를 구조물에 적용하게 되면 국내 역대 지진 중 가장 규모가 큰 지진이 다시 발생하여도 구조물을 다시 회복할 수 있을 것으로 기대된다. Recently, a magnitude-7.6 earthquake struck Japan, a neighboring country, triggering more than 120 aftershocks after the initial seismic event. This sequence underscores the profound seismic hazards prevalent in the region. Improving earthquake resilience is imperative because structures are susceptible to yielding after initial earthquakes and face collapse risks from subsequent aftershocks. This study introduces a new self-recovering material damper designed to address residual displacements within the damper and structure, thereby mitigating earthquake-induced damages. The damper comprises a superelastic shape-memory alloy and polyurethane. Pre-compression of polyurethane enhances recovery characteristics by generating repulsion forces. Structural testing and numerical analyses were performed to assess the performance of the damper, thereby examining recovery and load characteristics. Furthermore, the OpenSEES program facilitated the application of the damper to structural elements, enabling numerical simulations of actual seismic environments. Responses such as roof displacement and bottom shear force were analyzed to validate the efficacy of the self-restoring material damper. Adopting the self-recovering material damper holds promise in enabling structures to recuperate even in the event of Korea’s most severe historical earthquakes.
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