강재댐퍼로 보강된 철근콘크리트 골조의 내진성능 실험 연구

박지영,Park, Ji-Young 한국토지주택공사 토지주택연구원 2010 LHI journal of land, housing, and urban affairs Vol.1 No.1

본 연구에서는 RC골조의 내진보강을 위해 K형브레이스로 지지되는 강재댐퍼 설치방식을 제안하고 강재댐퍼에 의한 RC골조의 내진보강효과를 실험 및 설계식의 비교를 통해 검증하였다. 강재댐퍼로 보강된 RC골조의 성능은 RC골조 및 강재댐퍼의 강도-변형 관계를 각각 산정한 후 조합하여 산정하였다. 강재댐퍼 지지부재의 강성이 충분히 크지 않을 경우 댐퍼의 성능이 제대로 발휘될 수 없으므로 댐퍼의 지지부재인 브레이스의 강성 고려하여 강재댐퍼의 성능을 산정 하였다. 강재댐퍼 보강 RC골조의 내진보강효과를 확인하기 위한 실험은 비보강 RC골조를 기준 실험체로 하고 K형브레이스로 지지되는 강재 댐퍼의 설치 방법을 변수로 하여 횡력에 대한 실험체의 강도, 강성, 이력특성 등의 항목에 대해 평가하였다. 강재댐퍼 보강 RC골조는 강도, 강성, 에너지소산능력이 비보강 RC골조에 비해 우수한 것으로 나타나 강재댐퍼에 의한 보강효과를 확인할 수 있었다. 강재댐퍼 보강 RC골조의 실험결과와 설계식에 의한 성능을 비교한 결과 설계식이 강재댐퍼 보강 RC골조의 성능을 비교적 유사하게 나타낼 수 있는 것으로 검증되었다. In this study, the influences of steel dampers on the behavior of RC frames were investigated using the experimental approach to suggest the installation methods of steel dampers using K-barces. The performances of RC frames with dampers can be evaluated by superposition the load-displacement curves of RC frames and steel dampers with regard to the influences of K-braces. Three specimens are tested to investigate the cyclic behavior of RC frames with dampers. The performances of RC frames with dampers with respect to strength, rigidity, and hysteretic performance are examined. It was found that test results demonstrates the effect of seismic retrofit on RC frames with steel dampers(D-RCF-KBSF, D-RCF-KBSP) compared with RC frames(N-RCF). An approximate design curves may not be good agreement with those of the tests, it is conservative enough so that you can design of RC frames with steel damper with regard to the influences of K-braces.

면진시스템용 U형 강재댐퍼의 형상 개발에 대한 해석적 연구

권순일,오상훈,이상호,Quan, Chun-Ri,Oh, Sang-Hoon,Lee, Sang-Ho 한국강구조학회 2010 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.22 No.1

면진기술은 건축물의 구조적 피해를 줄이고 진동에 민감한 구조물의 내진성능을 향상시키는 가장 효과적인 방법 중의 하나이다. 하지만 면진구조시스템에서 지진에너지를 흡수하는 댐퍼의 재료로서 자주 사용되었던 납의 환경오염문제가 대두되면서, 최근에는 친환경 재료인 강재를 사용하는 경우가 증가하고 있다. 본 연구에서는 면진시스템용 에너지흡수장치인 U형 강재댐퍼를 대상으로 비선형 유한요소해석을 수행하고 SS400 강재와 고인성강재를 사용한 댐퍼의 해석결과를 비교하여 사용강재의 재료적 특성의 차이가 댐퍼의 변형능력에 미치는 영향을 분석하며, 고인성강재를 사용한 댐퍼의 형상비, 두께, 폭에 따른 변형능력을 파악한다. 또한 고인성강재를 사용한 U형 강재댐퍼의 응력분포를 분석하여 응력분포에서 나타내는 문제점을 개선하기 위한 대책으로 댐퍼의 일부 구간에 개구부를 둔 새로운 형상을 제시하고 형상에 따른 변형능력, 내력특성 및 응력분포를 고려하여 최적형상과 설계식을 제안하고자 한다. Seismic isolation is one of the most widely implemented and accepted seismic protection systems to limit or avoid damages from unforeseeable earthquakes. As an energy absorption device, however, the supplemental lead itself tends to pollute the environment. Consequently, it is predicted that the use of lead would be controlled. Considering the pollution caused by lead, several researchers are interested in the viability of using steel in place of lead. In this study, first, based on the results of a non-linear finite element analysis, the excellent deformation capacity of a very tough steel damper was demonstrated by comparing it with that of the SS400 damper and determining the effects of main parameters (the aspect ratio, thickness, and width) on the deformation capacity. Second, an optimum shape and design equation for a U-shaped damper with an opening based on stress distribution was suggested.

내진보강용 강재댐퍼시스템의 비선형 해석 모델링에 관한 연구

백은림,오상훈,이상호,이원호 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

2008년 중국의 쓰촨성 지진시 기존 학교 건축물의 피해가 매우 심각하였으며, 학교 건축물은 청소년의 인명보호, 재난시 대피장소로의 이용 등을 위하여 내진성능의 확보가 매우 중요하다. 국내 학교 건축물의 경우, 주로 2000년 이전에 설계된 저층 철근콘크리트(이하 RC) 구조로 내진성능이 부족하며 골조내 조적 허리벽이 기둥의 수평변위를 구속하여 단주화로 인해 전단파괴 될 가능성이 높다. 이에 대한 내진보강으로 선행 연구에서 강재이력댐퍼를 골조 내에 설치하여 기둥을 전단보강하고 이력댐퍼에 의해 에너지를 흡수하는 장치인 강재댐퍼시스템을 제안한 바 있으며, 실험적 연구를 통하여 그 성능을 확인하였다. 반면 이를 뒷받침할 수 있는 해석적 연구는 부족한 실정으로, 본 연구에서는 선행 연구에서 제안된 강재댐퍼시스템의 비선형 해석모델을 제시하고, 이에 대한 비선형 정적해석결과를 실험결과와 비교하여 해석모델의 타당성을 검증하였다. 강재댐퍼시스템의 부재 모델링 요소는 비선형 거동을 나타내는 스프링을 가지는 선형요소를 사용하였으며, 모델링 방법은 (1)강재댐퍼시스템의 모든 부재를 각각의 선형요소로 모델링한 전체모델과 (2)모델링의 간략화를 위하여 강재댐퍼시스템의 슬릿형 강재이력댐퍼(이하 슬릿댐퍼)와 하부 지지기둥을 각각 하나의 선형요소로 모델링한 간략모델의 2가지로 하였다. 또한 슬릿댐퍼의 비선형 이력모델을 Bi-Linear, Tri-Linear, Ramberg-Osgood 형의 3가지를 사용하여 총 6개의 해석변수를 사용하여 비선형 정적해석을 수행하였다. 전체모델과 간략모델을 이용하여 해석을 수행한 결과, 내력 및 이력거동 등 강재댐퍼시스템의 성능은 거의 일치하는 경향을 나타내었다. 또한 슬릿댐퍼의 비선형 이력 모델을 변수로 해석한 결과, Bi-Linear, Tri-Linear형의 이력모델의 경우 항복하중 및 최대내력이 저평가 되었으며, 반복하중 작용시 내력이 증가하는 것을 반영할 수 있는 Ramberg-Osgood형의 비선형 이력모델을 적용한 경우 실험결과와 가장 일치하는 경향을 나타내었다.

스트럿 형상비에 따른 강재 댐퍼의 항복 강도 특성

이현호 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

댐퍼는 지진과 같은 자연재해로 인한 구조물의 피해를 최소화하기 위해 구조물에 도입되는 에너지 저감장치로써, 이에 대한 연구와 적용은 반세기에 걸쳐 진행되어 왔다. 특히 수동형 댐퍼의 대표격인 강재댐퍼는 1970년대 초반부터 현재까지 다양한 형태의 연구가 수행되어 크고 작은 건축물에 적용되어 왔다. 본 연구에서는 국내에서 널리 사용되고 있는 슬릿형 강재댐퍼의 성능평가실험결과를 수집하여, 슬릿을 형성하는 스트럿 높이에 대한 폭비(형상비)에 항복강도 특성을 평가하였다. 주 평가 대상은 설계를 위한 항복강도이며, 실험결과대 설계식에 의한 결과를 비교하였다. 본 연구에서는 국내에서 최근 널리 사용되고 있는 강재댐퍼의 항복강도에 대한 정확한 분석을 위하여 국내외 실험결과를 대상으로 한 평가를 진행하였다. 그 결과 기존 국내 제안식이 스트럿 형상비 0.2이하, 1의 휨거동 및 전단거동이 명확한 경우의 항복강도를 예측가능한 것으로 평가되었다. 그렇지만 향후 보다 많은 실험결과를 통하여 스트럿 형상비 및 슬릿 형상에 대한 보완연구가 필요한 것으로 판단되며, 일본에서와 같이 강재 댐퍼용 저항복강재의 개발이 필요한 것으로 판단된다.

E-Shape 강재이력댐퍼의 수치모델과 기초격리구조물의 지진응답

황인호(Hwang Inho),주민관(Ju Minkwan),심종성(Sim Jongsung),이종세(Lee Jong Seh) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.5A

최근 대규모의 지진피해로 인해 내진설계에 대한 관심이 높아지면서, LRB(Lead Rubber Bearing), FPS(Friction Pendulum System) 등 다양한 지진격리장치에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서 E-Shape 강재이력댐퍼를 이용한 지진격리장치의 성능 평가를 위해 E-Shape 댐퍼의 동적거동 실험을 수행하였으며, 이를 바탕으로 해석적 연구를 위한 수치모델을 제안하였다. 또한, 제안된 E-Shape 강재이력댐퍼의 수치모델을 6자유도를 가진 5층 건물에 적용하여 LRB 시스템과 이력거동을 비교하여 지진격리성능 평가를 수행하였다. 본 연구를 통하여 제안된 수치모텔은 실제 E-Shape 강재이력댐퍼의 동적거동을 적절히 묘사할 수 있으며, E-Shape 강재이력댐퍼는 비선형 거동을 통한 에너지를 적절히 소산시킴으로서 기존 시스템과 비교하여 충분히 지진격리성능을 발휘할 수 있을 것으로 사료된다. Recently, as large structures become lighter and more flexible, the necessity of structural control for reducing excessive displacement and acceleration due to seismic excitation is increased. As a means to minimize seismic damages, various base isolation systems are adopted or considered for adoption. In this study, a base isolation system using hysteretic damper is shown to effectively protect structures against earthquakes. A mechanical model is determined that can effectively portray the behavior of a typical E-shape device. Comparison with experimental results for a hysteretic damper indicates that the model is accurate over a wide range of operating conditions and adequate for analysis. The seismic performance of hysteretic dampers are studied and compared with the conventional systems as a base isolation system. A five-story building is modeled and the seismic performance of the systems subjected to three different earthquake is compared. The results show that the hysteretic damper system can provide superior protection than the other systems for a wide range of ground motions.

강재 댐퍼를 부착한 철골조의 지진응답특성에 관한 연구

이승재,박재성,오상훈,Lee, Seung-Jae,Park, Jae-Seong,Oh, Sang-Hoon 한국공간구조학회 2011 한국공간구조학회지 Vol.11 No.2

본 연구의 목적은 에너지 흡수형 강재 댐퍼를 이용하여 손상순서를 제어함으로써 주구조체를 재사용 할 수 있는 철골조시스템을 개발하고, 지진응답특성을 파악하는 것이다. 이를 위하여 강재 댐퍼의 형상을 제안하고, 제안된 강재 댐퍼의 변형 형상과 응력 분포를 알아보기 위하여 범용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS(ver.10.0)을 이용한 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 또한 지진응답특성을 파악하기 위하여 실대형 사이즈 $54m{\times}2.4m$의 1층 철골조 실험체 4개를 설계 및 제작하여 유사동적 지진응답실험을 수행하였다. 본 연구에서 제안하는 강재 댐퍼를 제진요소로 사용하는 경우, 주구조체에 비하여 높은 강성을 갖는 댐퍼가 소폭의 변위에 먼저 소성화함으로써 이력에 의한 지진에너지를 흡수할 수 있으며, 지진응답에서 유리한 것이 판명되었다. The purpose of this study is to propose damper system which is easy to design, which can ensure against risks, and to verify earthquake response characteristics. For this study, the pseudo dynamic earthquake response tests carried out for steel frames with metallic damper. As a result, in case of using the metallic damper as a vibration control device proposed by this study, the damper having higher stiffness than main-structure turned to the state of plasticity by little displacement has been proved to be able to absorb earthquake energy.

SPHC 강재로 제작된 개량형 슬릿댐퍼 시스템의 구조성능

박해용 ( Park Hae-yong ),권유진 ( Kwon U-jin ),김영주 ( Kim Young-ju ),김진우 ( Kim Jinwoo ),김윤혁 ( Kim Yun-hyeok ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.2

본 연구에서는 국내기준의 최저 인장강도와 연신율을 만족하는 열간압연 연강판 SPHC 강재를 활용하여 강재슬릿댐퍼를 제작하고 일정진폭 반복가력실험을 수행하였다. 실험결과는 동일한 실험조건의 SS275 강재로 제작된 댐퍼 실험결과와 비교되었으며, 실험결과에 따른 보유강도, 변형능력, 피로성능 등의 주요 구조성능이 분석되었다. 분석결과에 따라 SPHC 강재로 제작된 댐퍼의 성능은 일반구조용강 SS275 강재로 제작된 댐퍼와 비교하여 보다 우수한 누적소성변형능력을 보였다.

스트럿폭 변화에 따른 강재슬릿댐퍼의 구조성능에 관한 실험적 연구

김유진 ( Kim Yu-jin ),이상윤 ( Lee Sang-yun ),김태수 ( Kim Tae-soo ),김상학 ( Kim Sang-hak ),이종규 ( Lee Jong-gyu ) 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.27 No.1

이 연구는 스트럿폭이 변하는 강재슬릿댐퍼에서 최적의 스트럿 형상의 변폭 강재슬릿댐퍼를 대상으로 반복가력실험을 통해 구조성능 확인하는 것을 목적으로 한다. 실험결과를 토대로 강재슬릿댐퍼의 내력, 연성, 에너지흡수능력 및 파단시점까지의 사이클 수를 비교하였다. 강재슬릿댐퍼는 탄소강으로 제작하였으며, 실험체의 스트럿폭 및 개수와 하중 프로토콜을 변수로 설정하여 총 6개의 실험체를 계획하였다. 하중 프로토콜은 FEMA-461에 의한 점증변위 반복가력으로 구성하여 실험을 수행하였다.

축방향 인장력을 고려한 휨/전단형 강재댐퍼의 에너지 흡수능력

박해용 ( Park Hae-yong ),오상훈 ( Oh Sang-hoon ) 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.24 No.1

휨/전단형 강재댐퍼는 우수한 변형능력을 확보할 수 있고 경제적이므로 수동형 제진시스템에 널리 활용되고 있다. 일반적으로 이러한 강재댐퍼의 설계는 순수 휨/전단 거동에 대한 성능을 반영한다. 하지만 다양한 위치에 설치되는 강재댐퍼는 주요 구조부재와의 크기 차이 및 설치상황에 따라 부가적인 축방향 하중에 저항하게 된다. 본 연구에서는 축방향 하중을 고려한 강재 댐퍼의 구조성능을 검토하기 위하여 정적실험을 수행하였다. 댐퍼의 형상은 대표적인 모델로서 슬릿구멍이 천공된 플레이트 형상을 채택하였다. 축방향 하중은 우선적으로 인장력에 대하여 평가하였으며 댐퍼의 설치조건에 따라 휨, 전단력 외에 추가적인 인장력이 작용할 수 있도록 고려하였다. 실험결과에 따른 댐퍼의 구조성능을 에너지 흡수능력을 중심으로 정리하였다.

면외변형 구속에 따른 강재슬릿댐퍼의 구조성능에 관한 실험적 연구

김진우,권유진,최광용,김영주,박해용 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.27 No.1

In this study, a supplementary detail capable of restraining out-of-plane deformation was proposed for steel slit dampers, and a constantamplitude cyclic loading test was performed with the application of the proposed detail and the shape ratio of the damper as variables. Repeated hysteresisand cumulative plastic deformation according to the test results were analyzed. Repeated hysteresis of the slit damper with the proposed detail showeda stable spindle-shaped hysteresis within the set variable range, and no out-of-plane deformation of the damper was observed until ultimate state. Itwas confirmed that the restraining panel effect through the application of the proposed details is effective in terms of both the strength and deformationcapacity of the damper. In addition, experimental parameters for the fatigue curve evaluation of slit dampers were derived in this study. Based on theresults, it is judged that quantitative comparison of structural performance with various types of seismic devices will be possible in the future. 본 연구에서는 강재 슬릿댐퍼를 대상으로 하여 면외 변형을 구속할 수 있는 보완상세를 제시하고, 제안상세 적용 유무와 댐퍼의 형상비를 변수로 하여 일정진폭 가력실험을 수행하였다. 실험결과에 따라 제안상세가 적용된 슬릿댐퍼의 반복이력은 설정된 변수 범위에서 모두 안정적인 방추형의 이력거동을 나타내었으며 종국거동까지 댐퍼의 면외변형은 관찰되지 않았다. 누적변형각 분석을 통해 제안상세가 적용된 댐퍼 시스템은 대조군에 비해 월등히 큰 소성변형능력을 확보할 수 있음을 확인하였다. 이러한 구조적 효과(구속패널효과)는 슬릿댐퍼의형상비가 작을수록 크게 나타났다. 관련 국외기준을 참고하여 제안상세 적용유무에 따른 슬릿댐퍼의 피로곡선을 작성하고 예측곡선 제시를위한 매개변수를 도출하였다. 본 연구의 결과를 토대로 향 후 다양한 종류의 제진장치의 구조성능에 대한 정량적인 비교가 가능할 것으로 판단된다.