선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 또한, 최근 개정된 도로교 설계기준(2005) 내진설계편에서는 지진격리교량 설계규정이 신설되어 상당수의 교량에 지진격리장치가 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 철도교에서 최근 많이 적용되고 있는 적층고무받침을 이용하여 내진성능을 평가하기 위하여 기존 받침(핀 받침)의 경우와 적층고무받침을 적용한 경우에 대하여 진동대 시험을 수행하고 그 성능을 비교하였다.
제안 방법
- 4와 같이 적층고무받침을 사용하였고, 비교 대상으로 핀 받침을 설치하여 실험하였다. 계측장비는 교량상판과 하중계 상부(적층고무받침 하부) 그리고 기초부분에 가속도계(accelerometer)를 각각 부착하였다. 변위계는 적층고무받침과 하중계 상부에 3개의 변위계를 설치하였다.
- 고감쇠 고무를 이용한 적층고무받침을 이용하여 내진성능을 평가하기 위하여 본 실험에서는 비교대상으로 과거 철도 교량에 많이 사용되었던 핀 받침(pin bearing)의 경우도 실험하여 그 결과를 적층고무받침과 상호 비교 분석하였다.
- 대상 교량에 설치된 받침장치는 로울러받침(rollor bearing), 핀받침(pin bearing), 받침판 받침(plate bearing)이 구간별 설치되어 있으며, 본 실험에서는 핀받침 구간을 대상으로 하였다. 교량 지진거동의 중요 변수인 가속도는 1/1로 축소하고, 성능 한계를 고려한 시간과 길이는 각각 #, 1/L로 적용하였다. Table 1은 축소교량의 상사율을 나타낸 것이고, Fig.
- 변위계는 적층고무받침과 하중계 상부에 3개의 변위계를 설치하였다. 또한 하중계를 2개 설치하여 진동대 실험을 수행하였다. Table 4와 Fig.
- 7은 축소교량의 계측장비 설치위치를 나타낸 것이다. 받침장치의 진동대 설치현황은 Fig. 6과 같이 일반 교량받침인 핀 받침(pin bearing)과 지진격리받침의 일종인 적층고무받침(laminated rubber bearing)을 각각 설치하여 실험하였다.
- 본 연구에서는 적층고무받침을 이용한 축소교량을 이용하여 진동대 실험을 통하여 지진격리 설계에 따른 교량의 거동특성을 분석하고 상판의 응답가속도, 교각의 밑면 전단력 및 받침의 변형을 비교분석하였다. 상판의 응답가속도와 교각 밑면 전단력의 경우 적층고무받침(NRB)은 비교적 안정적으로 강한 지진뿐만 아니라 약한 지진에 대해서도 비교적 높은 에너지 감소율을 나타내었다.
- 본 연구에서는 적층고무받침의 내진성능을 평가하기 위하여 교량과 적층고무받침을 축소 제작하여 진동대에 설치하여 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 실교량은 총길이 1120m 중 3경간 연속 강상판형교(orthotropic steel deck box girder) 형식의 철도교량을 상사율에 따라 1/5축소율로 제작하였다.
- 교량모형에 대한 진동대 실험은 과거 지진파나 인공지진파를 생성하여 실제 구조물에 미칠 수 있는 영향을 모사함으로서 구조물의 응답을 평가하고 내진성능을 평가함으로서 신뢰성 확보가 하는데 중요한 판단기준이 된다. 본 연구에서는 축소교량에 비 지진격리와 적층고무받침을 적용하여 진동대 실험을 실시하였다.
- 또한 주파수가 높을수록 전단계수는 증가하며, 동적변형이 증가할수록 저감하는 경향이 있었다. 상기와 같이 진동대 시험에 사용한 시험체는 축소교량의 동적특성에 적합하게 설계하여 개발하였으며, 적층고무받침을 진동대의 크기를 고려하여 제작하였다. 실험에 사용한 적층고무받침의 설계변위는 18mm이고, 전단탄성계수(G)는 0.
- 상판의 응답가속도는 적층고무받침을 이용한 지진격리(seismic isolation)인 경우와 핀 받침을 적용한 비 지진격리(non isolation)인 경우를 비교하였다. 상판의 응답가속도는 Mexico City 지진의 경우를 제외하고는 대부분의 경우 적층고무받침을 사용 했을 때 비 지진격리의 경우에 비하여 상판의 가속도 감소량이 훨씬 크게 나타나고 있음을 확인 할수 있다.
대상 데이터
- 9kN으로 축소하였다. 대상 교량에 설치된 받침장치는 로울러받침(rollor bearing), 핀받침(pin bearing), 받침판 받침(plate bearing)이 구간별 설치되어 있으며, 본 실험에서는 핀받침 구간을 대상으로 하였다. 교량 지진거동의 중요 변수인 가속도는 1/1로 축소하고, 성능 한계를 고려한 시간과 길이는 각각 #, 1/L로 적용하였다.
- 실험에 사용된 실교량은 총길이 1120m 중 3경간 연속 강상판형교(orthotropic steel deck box girder) 형식의 철도교량을 상사율에 따라 1/5축소율로 제작하였다. 대상교량의 상판 총중량은 약 12.74MN 으로 모형 교량의 상판 총중량은 약 101.9kN으로 축소하였다. 대상 교량에 설치된 받침장치는 로울러받침(rollor bearing), 핀받침(pin bearing), 받침판 받침(plate bearing)이 구간별 설치되어 있으며, 본 실험에서는 핀받침 구간을 대상으로 하였다.
- 본 실험에 사용된 적층고무받침 시험체는 고무자체에 에너지 감쇠기능을 가지고 있는 고감쇠 고무(high damping rubber, HDR)을 이용하여 제작하였다. 고감쇠 고무 소재의 감쇠능은 15%이상이며, 의존특성시험 결과는 Fig.
- 본 연구에서 사용된 지진파는 미국에서 발생된 실제 지진 기록인 Taft와 El Centro를 비롯하여 일본에서 발생한 Akita, Hachinohe지진, Mexico City, Traft 지진파 등 총 6개의 계기 지진파를 입력지진파로 사용하였다. Table 3은 사용된 입력지진파의 최대지반 가속도를 나타내고 있다.
- 시험에 사용된 입력 지진파는 실제 지진파를 형성하여 총 6종류의 지진파를 사용하여 실험을 실시하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 적층고무받침의 내진성능을 평가하기 위하여 교량과 적층고무받침을 축소 제작하여 진동대에 설치하여 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 실교량은 총길이 1120m 중 3경간 연속 강상판형교(orthotropic steel deck box girder) 형식의 철도교량을 상사율에 따라 1/5축소율로 제작하였다. 대상교량의 상판 총중량은 약 12.
- 상기와 같이 진동대 시험에 사용한 시험체는 축소교량의 동적특성에 적합하게 설계하여 개발하였으며, 적층고무받침을 진동대의 크기를 고려하여 제작하였다. 실험에 사용한 적층고무받침의 설계변위는 18mm이고, 전단탄성계수(G)는 0.7MPa이다. 고무의 한층의 두께는 동일하게 2mm로 하였다.
성능/효과
- (1) 진동대 실험을 통한 상판의 최대응답 가속도의 경우 비 지진격리장치 대비하여 최대 73.9% 감소율을 보였다. 또한 교각 밑면의 최대 전단력은 비 지진격리의 경우 대비 83.
- (2) 진동대 실험결과 각 실험에 따른 교각과 지진격리장치에 대한 상대변위 변화는 평균적으로 8배가량 변위가 증가하였다. 이는 지진격리장치 사용에 의해 고유주기가 증가하여 상부구조물의 변위를 증가시킨 것이다.
- (3) 지진격리장치는 강진이나 중약진에 상관없이 안정적인 거동을 보였으며, 응답가속도나 교각의 밑면 전단력을 저감시키는 데에도 우수한 것으로 평가되었다. 이러한 실험결과를 바탕으로 지진격리장치를 사용함으로서 내진성능을 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다.
- (4) Mexico City지진의 경우는 다른 지진들과 다르게 PGA가 작음에도 불구하고 상판의 최대 응답이나 교각의 밑면 전단력 등이 오히려 증가하였다. 이는 Mexico City의 지반이 교란된 매우 불안정한 연약지반 때문 인 것으로 판단된다.
- 본 실험에 사용된 적층고무받침 시험체는 고무자체에 에너지 감쇠기능을 가지고 있는 고감쇠 고무(high damping rubber, HDR)을 이용하여 제작하였다. 고감쇠 고무 소재의 감쇠능은 15%이상이며, 의존특성시험 결과는 Fig. 2, Fig. 3과 같이 온도가 낮고 주파수가 높을수록 전단계수(shear modulus)는 증가하고 동적변형이 증가할수록 전단계수는 감소하였다. 그리고 온도 변화에 따른 감쇠비 저감 정도는 적으나 온도가 높을수록 감쇠비(damping ratio)는 감소하였다.
- 이 경우 유효 진동수가 증폭된 지진격리구조는 그 역할을 하지 못하고 구조물의 응답이 오히려 증가할 우려가 있으므로 지진격리장치를 적용하는데 있어 주의해야 할 것으로 판단된다. 그리고 Mexico City지진파의 고유진동수와 시험체 구조물의 고유진동수가 거의 일치하여 발생하는 공진(resonance)현상에 의해 지진응답이 크게 증폭될 가능성이 있는 것으로 판단된다. 도로교설계기준(2005)에 내진설계편에 의하면 연약지반이나 교각의 높이가 높아 고유주기가 길어질 경우 오히려 응답이 증폭될 수 있으므로 지진격리설계를 하지 않도록 하고 있는 실정이다.
- 3과 같이 온도가 낮고 주파수가 높을수록 전단계수(shear modulus)는 증가하고 동적변형이 증가할수록 전단계수는 감소하였다. 그리고 온도 변화에 따른 감쇠비 저감 정도는 적으나 온도가 높을수록 감쇠비(damping ratio)는 감소하였다. 또한 주파수가 높을수록 전단계수는 증가하며, 동적변형이 증가할수록 저감하는 경향이 있었다.
- 9% 감소율을 보였다. 또한 교각 밑면의 최대 전단력은 비 지진격리의 경우 대비 83.1% 응답이 감소하여 지진시 에너지 저감효과가 우수함을 알 수 있었다.
- 그리고 온도 변화에 따른 감쇠비 저감 정도는 적으나 온도가 높을수록 감쇠비(damping ratio)는 감소하였다. 또한 주파수가 높을수록 전단계수는 증가하며, 동적변형이 증가할수록 저감하는 경향이 있었다. 상기와 같이 진동대 시험에 사용한 시험체는 축소교량의 동적특성에 적합하게 설계하여 개발하였으며, 적층고무받침을 진동대의 크기를 고려하여 제작하였다.
- 본 연구에서는 적층고무받침을 이용한 축소교량을 이용하여 진동대 실험을 통하여 지진격리 설계에 따른 교량의 거동특성을 분석하고 상판의 응답가속도, 교각의 밑면 전단력 및 받침의 변형을 비교분석하였다. 상판의 응답가속도와 교각 밑면 전단력의 경우 적층고무받침(NRB)은 비교적 안정적으로 강한 지진뿐만 아니라 약한 지진에 대해서도 비교적 높은 에너지 감소율을 나타내었다. 반면에 Mexico City지진은 다른 역사지진에 비하여 탁월주기가 상당히 긴 지진파로서 시험결과 적층고무받침을 사용할 경우 상판의 가속도와 교각의 전단력이 오히려 증폭되는 결과를 가져왔다.
- 이처럼 여러 종류의 계기지진파를 이용한 진동대 실험결과를 비교 분석한 결과 적층고무받침과 같은 지진격리장치를 설치한 교량의 교각 상부에서 상판으로 전달되는 최대응답가속도의 우수한 감쇠 능력과 교각의 전단력 감소효과를 확인할 수 있었다.
- 또한 실험에 사용한 모든 지진에 대한 상판의 상대응답변위를 비교하여 Table 5에 나타내었다. 적층고무받침을 이용한 지진격리방법이 비 지진격리방법에 비해 평균적으로 8배 이상 상대변위가 증가하였다. 특히 Mexico City 지진의 경우는 다른 지진들에 비하여 2.
- 상판의 응답가속도는 Mexico City 지진의 경우를 제외하고는 대부분의 경우 적층고무받침을 사용 했을 때 비 지진격리의 경우에 비하여 상판의 가속도 감소량이 훨씬 크게 나타나고 있음을 확인 할수 있다. 특히 El Centro지진은 70.7%감소하였고, Hachinohe 지진은 73.9%, Northridge 지진은 64.9% 감소하여 PGA(peak ground acceleration)가 높을수록 지진격리에 따른 감소율이 증가하였다. 그러나 Mexico City 지진에서는 적층고무받침을 적용할 경우 상판의 응답이 2배가량 증가함을 알 수 있었다.
- 반면에 Mexico City지진은 다른 역사지진에 비하여 탁월주기가 상당히 긴 지진파로서 시험결과 적층고무받침을 사용할 경우 상판의 가속도와 교각의 전단력이 오히려 증폭되는 결과를 가져왔다. 특히 상판의 최대 응답가속도의 경우 Mexico City 지진과 PGA가 유사한 Taft 지진에 비하여 약 5배 정도 응답이 증폭하였다. 이와 같은 현상은 몇 가지 원인이 복합적으로 발생한 것으로서 대표적으로 지반환경과 고유주기(natural period)의 영향을 고려할 수 있다.
후속연구
- 2배가량 상대변위가 증가하였다. 이는 설계변위보다 3배 이상 증가된 것으로 실제 철도교량에 적용할 경우 상부구조물의 변위제한 등을 적용함에 있어서 고려가 필요할 것으로 판단된다.
- (3) 지진격리장치는 강진이나 중약진에 상관없이 안정적인 거동을 보였으며, 응답가속도나 교각의 밑면 전단력을 저감시키는 데에도 우수한 것으로 평가되었다. 이러한 실험결과를 바탕으로 지진격리장치를 사용함으로서 내진성능을 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.