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점성감쇠기가 설치된 모멘트골조의 연쇄붕괴 저항성능
Progressive Collapse Resisting Capacity of Moment Frames with Viscous Dampers 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.23 no.5, 2010년, pp.517 - 524  

김진구 (성균관대학교 건설환경시스템공학과) ,  이승준 (성균관대학교 초고층.장대교량학과 대학원) ,  최현훈 (삼성물산 기술연구센터)

초록
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본 논문에서는 비선형 동적해석방법을 이용하여 점성감쇠기가 설치된 철골조 건물의 연쇄붕괴 저항성능을 평가하였다. 감쇠기가 설치된 2경간 보-기둥 부분골조를 이용하여 주기 및 항복강도의 변화에 따른 감쇠력의 효과를 검토하였다. 해석 결과에 따르면 감쇠비가 증가할수록 기둥이 제거된 지점의 수직변위가 감소하는 것으로 나타났으며, 탄성시스템 뿐만 아니라 비탄성시스템에서도 효과가 있는 것으로 나타났다. 감쇠기가 설치된 15층 3경간 철골 모멘트골조의 비탄성해석을 통하여 감쇠기의 효과를 검증한 결과, 기둥이 제거될 경우 처짐이 작게 발생하는 6m 경간 모델보다 처짐이 크게 발생하는 9m경간 모델의 경우에 감쇠기의 효과가 더욱 크게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper the progressive collapse resisting capacity of steel moment frames with viscous dampers was evaluated by nonlinear dynamic analysis. The effects of dampers installed in steel beam-column sub-assemblages with varying natural period and yield strength were evaluated after sudden removal ...

주제어

#점성감쇠기   #모멘트골조   #연쇄붕괴   #보-기둥 부분골조   #비선형해석  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 선형 및 비선형 동적해석 방법을 이용하여 감쇠기가 연쇄붕괴 저항성능에 미치는 영향을 평가하였다. 보-기둥 부분골조 모델을 이용하여 시스템의 주기와 항복강도가 달라짐에 따라 연쇄붕괴에 대한 감쇠기의 효과를 검토하였다.

가설 설정

  • 감쇠기를 설치하지 않은 철골 구조물 고유감쇠비(ζi)는 2%이고, 감쇠기 설치 모델의 경우 감쇠기의 감쇠비(ζd)는 30%로 가정하였다.
  • 연쇄붕괴 발생 시 구조물의 응답에 대한 감쇠(damping)의 영향을 분석하기 위하여 그림 4에 나타낸 보-기둥 부분골조(beam-column sub-assemblage)를 구성하였다. 부분골조의 중앙에 수직으로 감쇠기가 연결되어 있으며, 하부 기둥이 갑자기 제거되는 것으로 가정하였다. 보에 고정하중 5.
  • 56로 산정된다. 비선형 동적해석의 결과는 제거된 기둥 위치의 반력이 제거된 시점부터 표현하였고, 구조물의 고유감쇠비는 2%로 가정하였다.
  • 여기서 모든 층에 동일한 감쇠상수를 가진 감쇠기가 그림 10에서 나타낸 바와 같이 설치되고, 그림 12처럼 보와 θ각을 이룬다고 가정하였다(김진구 등, 2001).
  • 여기서 부분골조의 고유감쇠비(inherent damping ratio, ζi)는 2%로 가정하였고, 감쇠기의 감쇠비(ζd)를 10%에서 50%까지 증가시켰다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
연쇄붕괴 해석을 위한 대체경로법을 수행하는 방법중에서 정적해석법의 한계는? FEMA-356(2000)에서는 연쇄붕괴 해석을 위한 대체경로법을 수행하는 방법으로 선형정적 및 동적해석, 비선형정적 및 동적해석의 네 가지 방법을 제시하고 있다. 이러한 다양한 연쇄붕괴 해석 방법들에 대하여 정적해석법은 비정상하중에 의하여 기둥이 갑작스럽게 제거되는 동적효과를 반영하지 못하는 한계가 있으며(Kaewkulchai 등, 2003), Marjanishvili (2004)는 대체경로법을 수행하는 방법들 중에서 비선형동적해석법이 실제와 가장 가까운 결과를 도출한다고 주장하였다.
건물의 연쇄붕괴는 무엇인가? 연쇄붕괴는 예상하지 못한 비정상하중에 의하여 발생한 구조부재의 국부적인 손상으로 인하여 구조물 일부 혹은 전체가 연쇄적으로 붕괴를 일으키는 현상을 말한다. 비정상하중은 폭발, 차량 및 비행기 충돌, 화재 등 발생 가능성이 다소 낮지만, World Trade 센터 붕괴사고와 같이 큰 인명 및 재산 피해로 이어질 수 있다.
연쇄붕괴 방지 설계 방법인 대체경로법은 어떠한 방법인가? 비정상하중은 폭발, 차량 및 비행기 충돌, 화재 등 발생 가능성이 다소 낮지만, World Trade 센터 붕괴사고와 같이 큰 인명 및 재산 피해로 이어질 수 있다. 현재 연쇄붕괴 방지 설계 방법으로 사용되는 대표적인 방법인 대체경로법(alternative path method)은 비정상하중에 의하여 주요 구조부재가 파괴된다고 가정하여 이를 제거한 후, 제거된 부재의 하중을 인접부재로 재분배하여 나머지 구조요소들이 그로 인한 하중을 부담할 수 있는지 확인하는 방법이다. 미국 General Service Administration(GSA, 2003)과 Department of Defense(DoD, 2005)에서는 대체경로법을 사용한 연쇄붕괴 방지에 관한 해석 및 설계지침을 제시하고 있다.
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참고문헌 (12)

  1. 김진구, 최현훈 (2001) 능력스펙트럼법을 이용한 다층 철골조 건물의 적정 감쇠기 산정, 한국지진공학회 논문집 5(2), 2001, pp.103-111. 

    원문보기 상세보기

  2. AISC (2000) Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, Chicago. 

  3. ATC-40 (1996) Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Building, Applied Technology Council, Redwood City, California. 

  4. FEMA (2000) NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, FEMA-273, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C. 

  5. FEMA (2000) Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings, FEMA-356, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C. 

  6. GSA (2003) Progressive Collapse Analysis and Design Guidelines for New Federal Office Buildings and Major Modernization Projects, The U.S. General Services Administration. 

  7. Kaewkulchai, G., Williamson, E.B. (2003) Dynamic Behavior of Planar Frames during Progressive Collapse, 16th ASCE Engineering Mechanics Conference, July 16-18. 

  8. KBC (2005) 건축구조설계기준, 대한건축학회 

  9. Marjanishvili, S.M. (2004) Progressive Analysis Procedure for Progressive Collapse, Journal of Performance of Constructed Facilities, pp.79-85. 

  10. MIDAS Genw (2006) General Structure Design System for Windows. 

  11. SAP2000 (2004) Structural Analysis Program, Computers and Structures, Berkeley. 

  12. Unified Facilities Criteria(UFC)-DoD (2005) Design of Buildings to Resist Progressive Collapse, Department of Defense. 

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