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문제 정의
- 본 연구에서는 3, 5, 10 및 20층의 중·저층 철골 구조물을 대상으로 점탄성 감쇠기의 배치문제를 해결하기 위해서 최대 층간변위점와 최대 응력점을 각각 고려하여 최적 제어위치를 선정하고, 납삽입 적층 고무베어링형의 면진장치와 점탄성 감쇠기에 의한 제진 성능을 서로 비교·분석함으로써 진동제어 기법에 대한 기초적인 자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
- 2 (b) 와 같은 El Centro지진파를 5초 이후부터 재하하였다. 또한 정적하중과 동적하중은 시간이력해석을 위해 60초까지 재하하였다.
- 1과 같으며 해석모델에 사용된 기둥과 보 부재의 크기는 Table 1과 같다. 또한 중력 하중, 풍하중 및 El Centro(1940)지진하중을 고려하여 시간이력해석을 수행하였다.
대상 데이터
- 층규모에 따른 점탄성 감쇠기의 최적위치를 선정하기 위하여 본 연구에서 선정한 가로 3경간 및 세로 2경간의 구조물은 Fig. 1과 같으며 해석모델에 사용된 기둥과 보 부재의 크기는 Table 1과 같다. 또한 중력 하중, 풍하중 및 El Centro(1940)지진하중을 고려하여 시간이력해석을 수행하였다.
성능/효과
- 1) 중·저층 철골 구조물의 진동제어를 위해 점탄성 감쇠를 설치하는 경우 기존의 위치 선정법인 층간변위법과 비교해 본 연구에서 제안된 응력법이 횡변위 제어를 위한 효율적인 위치 선정법임을 입증하였다.
- 2) 납삽입 적층고무베어링 면진장치를 설치한 중·저층 구조물의 경우 기둥 전단력 및 조합응력은 미설치 구조물에 비해서는 56.62∼67.15 %, 점탄성 감쇠기를 설치한 구조물에 대해서는 1.97∼2.33배의 탁월한 감소효과를 나타내고 있으며, 상부 구조물과 지반의 진동을 격리시켜 부재력을 감소시 키는데 상당한 효과를 발휘하는 것으로 나타났다.
- 3) 점탄성 감쇠기가 설치된 구조물의 기본주기는 감쇠기와 설치용 가새의 부착으로 구조물의 전체적인 강성이 증가하여 미설치 및 납삽입 적층고무베어링 면진장치를 설치한 구조물에 비해 각각 12∼32 % 및 41∼100 %가 감소되는 것으로 나타났으며, 저층 구조물의 경우에 이와 같은 경향은 더욱 현저한 것으로 나타났다.
- 4) 구조물에 발생한 횡변위와 층간변위, 그리고 에너지 소산면적은 3층 및 5층 구조물의 경우 점탄성 감쇠기에 의한 진동 제어효과가 우수하였고, 10층 및 20층 구조물의 경우 납삽입 적층고무베어링 면진장치가 진동제어에 효과적인 것으로 나타났다.
- 6과같다. Fig. 6에서 나타난 바와 같이 점탄성 감쇠기를 설치한 3층, 5층 및 10층 구조물의 경우, 횡변위가 미설치 구조물에 비해 각각 69.91, 51.1 및 53.63 % 작게 나타났으며 납삽입 적층고무베어링을 설치한 구조물의 경우에 비해 감소효과가 현저한 것으로 나타 났다. 그러나, 납삽입 적층고무베어링을 설치한 20층 구조물의 경우, 미설치 구조물에 비해 50.
- 63 % 작게 나타났으며 납삽입 적층고무베어링을 설치한 구조물의 경우에 비해 감소효과가 현저한 것으로 나타 났다. 그러나, 납삽입 적층고무베어링을 설치한 20층 구조물의 경우, 미설치 구조물에 비해 50.52 %의 횡변위에 대한 감소효과를 나타났으며 점탄성 감쇠기를 설치한 구조물보다 오히려 변위제어 효과가 현저한 것으로 나타났다.
- 동적거동에 영향을 미치는 참여질량이 90 % 이상인 모드의 비교는 Table 6과 같으며 참여질량이 90 % 이상인 모드가 납삽입 적층고무베어링에 의해 그 모드수가 적어지지만, 점탄성 감쇠기에 의해서는 큰 영향이 없는 것으로 나타났고, 층규모가 증가됨에 따라 모드수가 적어지는 것으로 나타났다.
- 41% 작게 나타났다. 또한 대체적으로 미설치 및 점탄성 감쇠기를 설치한 구조물은 부재의 임위위치에서 유사한 응력분포를 보이는 반면, 납삽입 적층고무베어링을 설치한 구조물의 경우 중앙부에서 응력이 가장 작게 나타났다.
- 89 %범위로 점탄성 감쇠기를 설치하는 것이 횡변위 제어에 탁월한 것으로 나타났다. 또한 층규모가 증가할수록 감쇠효과가 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 20층 구조물에서는 층간변위법 및 응력법에 의해 X 및 Y방향에 점탄성 감쇠기 설치시 감쇠효과가 별 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 이와 결과로부터 납삽입 적층고무베어링은 구조물에 유연성이 증가하여 강성을 감소시켜 주기가 증가한 것으로 사료된다. 또한, 3층에 점탄성 감쇠기를 설치한 경우 구조물에서 주기를 상당히 감소시키는 것으로 나타났으며, 20층에 납삽입 고무적층베어링형을 설치할 경우 구조물의 주기가 증가하는 것으로 나타났다.
- 73 %의 범위로 나타났다. 또한, 납삽입 적층고무 베어링을 설치한 경우 점탄성 감쇠기를 설치한 구조물에 비해 1.97∼2.33배 전단력 감소효과를 보였다.
- 또한, 응력법에 의해 최대응력이 작용하는 최적위치에 점탄성 감쇠기를 설치한 경우 횡변위의 비교는 Table 7과 같으며 El Centro 지진작용시 24.2∼69.6 %의 감소효과를 나타내며, 저층으로 갈수록 이와 같은 경향은 현저한 것으로 나타났다.
- 38 % 작게 나타났다. 또한, 점탄성 감쇠기를 설치한 3층 및 5층구조물 경우의 층간변위가 납삽입 적층고무베어링을 설치한 경우에 비해 작게 나타났으나 층규모가 증가할수록 납삽입 적층고무베어링을 설치한 경우가 더 작게 나타났다. 특히, 납삽입 적층고무베어링이 적용된 기초부분의 층간변위가 상당히 크게 나타났으며 이는 납삽입 적층고무베어링을 설치한 경우 구조물이 유연한 거동하기 때문으로 사료된다.
- 64 sec범위로 미설치 구조물에 비해 납삽입 적층고무베어링은 구조물의 주기를 증가시키는 반면, 점탄성 감쇠기는 주기를 감소시키는 것으로 나타났다. 이와 결과로부터 납삽입 적층고무베어링은 구조물에 유연성이 증가하여 강성을 감소시켜 주기가 증가한 것으로 사료된다. 또한, 3층에 점탄성 감쇠기를 설치한 경우 구조물에서 주기를 상당히 감소시키는 것으로 나타났으며, 20층에 납삽입 고무적층베어링형을 설치할 경우 구조물의 주기가 증가하는 것으로 나타났다.
- 3과 같다. 특히, Table 3에 나타난 바와 같이 응력법에 의한 점탄성 감쇠기의 최적위치는 하부층에 집중시킬수록 감소효과가 현저하게 나타났다.
- 각 층규모에 따라 점탄성 감쇠기를 사용한 경우 최대 횡변위 감소율은 Table 2와 같다. 표에 나타난 바와 같이 구조물에 감쇠기를 설치하지 않은 경우 횡변 위는 16.35∼57.31cm범위이며, 감쇠기를 설치한 경우 층간변위법 및 응력법에 의한 감쇠효과는 X방향에 대해서는 각각 25.62∼58.32% 및 24.20∼69.60%범위이며, Y방향에 경우 23.31∼48.09% 및 23.9 9∼50.89 %범위로 점탄성 감쇠기를 설치하는 것이 횡변위 제어에 탁월한 것으로 나타났다. 또한 층규모가 증가할수록 감쇠효과가 감소하는 것으로 나타났다.
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