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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 상온에서 하중제하만으로 원상복원이 가능한 초탄성 형상기억합금 (Shape Memory Alloy, 이하 SMA)을 가새의 일부분에 사용하여 횡력에 대한 구조물의 처짐을 능동적으로 제어 가능한 시스템을 개발하고 내진성능을 기존에 사용된 시스템과 비교·평가 하고자 한다.
- 위 개념을 구체화하기 위하여 가새 연결부를 초탄성 형상기억합금으로 제작하고 이를 CBF 구조물에 설치한다. 또한 본 시스템의 지진성능을 포함한 잔류 (Residual) 변위 저감효과를 검증하고자 정밀한 수치해석 프레임 모델을 개발하여 기존에 지진데이터를 이용한 비선형 동적 해석을 실시하고 결과 값을 분석하고 자 한다. 해석 결과값을 바탕으로 기존에 사용된 구조물과 성능적인 측면에서 비교하여 본 연구에서 제안된 첨단소재를 활용한 능동제어 시스템의 우수성을 최종적으로 입증하고 자 한다.
- 본 연구에서는 각각의 프레임 모델별로 동적 거동을 살펴보기 위하여 최고 층간변위 및 잔류 층간변위를 조사하여 정리하였다. Table 5와 6에서 이러한 자료의 평균값과 표준편차를 요약 정리하였다.
- 본 연구에서는 저층에서부터 중층 높이의 프레임 구조물의 내진성능 향상과 잔류변위를 효율적으로 감소하고자 새로운 첨단소재인 초탄성 형상기억합금을 변위가 집중되는 가새 연결부에 설치하여 기존에 사용된 가새 시스템과 거동과 성능적인 측면에서 비교· 평가하였다. 이를 위하여 40개의 지진데이터를 활용하여 비선형 동적 해석을 실시하고 프레임 구조물에 초탄성 형상기억합금 가새시스템의 설치 유무에 따라서 최상층의 시간-변위거동, 최대 층간변위 및 잔류 층간변위, 복원비율 등을 조사하였다.
- 이러한 연구배경과 동기를 반영하여 본 연구에서는 최근 스마트한 재료로써 부각되고 있는 형상기억합금을 외력에 의해 발생되는 변위의 능동적인 제어를 목적으로 구조물 일부분에 설치·적용 하고자 한다.
- 총 24개의 프레임 모델에 비선형 동적 해석을 실시하여 가새프레임 구조물의 전반적인 내진성능을 검토하고자 한다. 최근 미국 버클리 대학에서 개발한 공개 소스 프로그램인 OpenSEES를[17] 사용하여 비선형 해석을 수행하였다.
- 또한 본 시스템의 지진성능을 포함한 잔류 (Residual) 변위 저감효과를 검증하고자 정밀한 수치해석 프레임 모델을 개발하여 기존에 지진데이터를 이용한 비선형 동적 해석을 실시하고 결과 값을 분석하고 자 한다. 해석 결과값을 바탕으로 기존에 사용된 구조물과 성능적인 측면에서 비교하여 본 연구에서 제안된 첨단소재를 활용한 능동제어 시스템의 우수성을 최종적으로 입증하고 자 한다.
제안 방법
- 각각의 프레임 모델의 고유 진동주기에서 설계 응답 및 가속도 응답스펙트럼에 대한 자세한 사항은 Table 4에서 제시되었다. ASCE7-05에서 제시한 LA 지역의 D등급 지반조건을 가지고 설계된 구조물의 개별적인 설계 응답 스펙트럼과 평균 가속도 응답스펙트럼으로 비슷한 상황에서 동적 해석을 수행하기 위하여 지진데이터의 강도에 대한 스케일을 조절하였다. 따라서 구조물의 제 1모드(Mode) 변위에서 계산된 설계응답 스펙트럼과 지진데이터의 평균 가속도 응답스펙트럼이 Fig.
- 가새 부재는 ASTM A500-Gr.B 강재의 표준각형 중공 튜브 단면으로 설계하였으며 경제성을 고려하여 프레임 구조물의 저층부터 중간층에 빈번하게 발생하는 횡하중에 대응하고자 큰 중공튜브 단면을 설치하였다.
- 설계수준의 지진강도는 극한수준에 버금가는 지진에 대략 2/3 강도수준이다. 각각의 지진위험도 수준에서 LA 지역에 발생한 총 20개의 지진데이터를 사용하여 개별적인 프레임 모델의 지진에 대한 응답을 조사하였다.
- 또한 거셋 플레이트 연결부의 강성 효과를 재현하고자 같은 방식으로 모형화를 진행하였다. 건물의 외부 프레임과 내부프레임 구조물을 연결하는 슬래브의 다이아프램(Diaphragm) 거동을 재현하고자 강체링크(Rigid Link)를 사용하여 모형화하였고 각층의 내부 프레임은 외벽 움직임에 종속되어 강체 거동을 하도록 모형화하였다.
- 수정응답계수 (Response Modification Coefficient, 이하 R)는 설계 시방서에 명시한 대로 특수한 가새프레임 구조물인 경우 6의 값을 적용하여 설계 지진하중에 상응하는 측면등가하중으로 산정하였다[13,15]. 구조물의 설계 검증을 위하여 측면등가하중을 이용한 2차원 Pushover 테스트를 실시하여 층간 처짐과 기둥의 P-Delta 값을 산출하고 이러한 수치해석 결과값들이 허용범위 내에 있는지를 확인하였다. 설계 및 수치해석에 적용된 하중과 기타 조건은 Table 1에서 자세히 정리하였다.
- 기존에 주로 사용되었던 특수한 CBF 형식 중에서, 가새 부재 설계에 대하여 강재를 사용한 고전적인 방식과 SMA를 혼합적으로 활용한 새로운 방식을 서로 비교·평가하고자 하였고, V형, 역 V형, 2층 X형 가새시스템을 채택하였다.
- 보, 기둥과 같은 메인 프레임 부재들의 비선형 거동을 완벽하게 재현을 하기 위해서 2차원 Fiber 단면을 가진 비선형적인 보-기둥 요소들(Nonlinear Beam-Column Elements)로 모형화하여 해석을 수행하였다. 대변형 혹은 P-Delta 효과와 같은 기하학적인 비선형을 해석에 반영하기 위하여 각 요소들에서 비선형 좌표변환을 사용하였다. 보와 기둥이 만나는 접합부는 변위가 거의 발생하지 않는 강접 형태로 간주하고 연결부인 패널존 (Panel Zone)의 크기를 해석에 반영하기 위하여 보요소의 단부 강역을 Rigid Offset 방식을 적용하여 모형화 하였다(Fig.
- 5 참고). 또한 거셋 플레이트 연결부의 강성 효과를 재현하고자 같은 방식으로 모형화를 진행하였다. 건물의 외부 프레임과 내부프레임 구조물을 연결하는 슬래브의 다이아프램(Diaphragm) 거동을 재현하고자 강체링크(Rigid Link)를 사용하여 모형화하였고 각층의 내부 프레임은 외벽 움직임에 종속되어 강체 거동을 하도록 모형화하였다.
- 지역의 단단한토질층(ASCE 7-05에 의거 D등급)에 건설하였다. 또한 설계강도와 상응하는 50년주기 발생빈도 10%의 지진강도 (10% in 50 years)를 가새프레임 구조물 설계에 적용하여 0.2초와 1.0초의 건물 고유주기에서의 설계응답 스펙트럼을 각각 2.35g와 1.41g를 사용하였다. 수정응답계수 (Response Modification Coefficient, 이하 R)는 설계 시방서에 명시한 대로 특수한 가새프레임 구조물인 경우 6의 값을 적용하여 설계 지진하중에 상응하는 측면등가하중으로 산정하였다[13,15].
- 또한 초탄성 형상기억합금 가새시스템이 프레임 구조물에 복원 능력을 제공하는지 여부를 확인하고자 최고 층간처짐에서 잔류 층간변위를 제외한 회복 가능한 층간변위에서 복원비율(Recentering Ratio)을 조사하였다. 여기서 복원비율은 회복 가능한 층간변위에서 최고 층간처짐을 나눈 비율로 정의하였다.
- 보, 기둥과 같은 메인 프레임 부재들의 비선형 거동을 완벽하게 재현을 하기 위해서 2차원 Fiber 단면을 가진 비선형적인 보-기둥 요소들(Nonlinear Beam-Column Elements)로 모형화하여 해석을 수행하였다. 대변형 혹은 P-Delta 효과와 같은 기하학적인 비선형을 해석에 반영하기 위하여 각 요소들에서 비선형 좌표변환을 사용하였다.
- 최근 미국 버클리 대학에서 개발한 공개 소스 프로그램인 OpenSEES를[17] 사용하여 비선형 해석을 수행하였다. 본 연구에서 제시된 모든 예제 빌딩구조물은 중심축으로부터 대칭적인 구조를 이루고 있으며 또한 동일한 분포의 중량과 강성을 가지고 설계되었다. 중량과 강성의 불균형적인 분포로 인해 발생하는 내부의 비틀림은 무시될 수 있으며 각 구조물들은 정형적인 형태의 2차원 프레임 모델로 간주하여 해석이 가능하다.
- 강성모델과 코딩에 대한 자세한 사항들은 참고문헌에 수록 되어있다[18,19]. 본 연구에서는 강성모델에서 요구하는 재료적인 특성과 관련된 계수들, 즉 예를 들면, 41GPa 탄성률, 410MPa 항복응력, 8% 회복가능 신 장력과 이에 상응하는 520MPa 최대응력 값들은 참고문헌에서[10] 실시한 25mm 직경의 초탄성 형상기억합금 봉의 재료실험 결과값들을 참고하여 산출하였다.
- 비선형 동적 해석을 통하여 최대 (Maximum) 층간변위 (Inter-story drift) 및 잔류 (Residual) 층간변위를 조사하고 형상기억합금의 사용 여부에 따른 각 프레임 모델들의 복원력을 조사한다. Fig.
- 5 참고). 시간에 따른 절점의 변위 및 각 층간의 전단 력과 같은 응답 데이터는 프로그램 상에서 기록 커맨드를 사용하여 측정하였다.
- 이러한 연구배경과 동기를 반영하여 본 연구에서는 최근 스마트한 재료로써 부각되고 있는 형상기억합금을 외력에 의해 발생되는 변위의 능동적인 제어를 목적으로 구조물 일부분에 설치·적용 하고자 한다. 위 개념을 구체화하기 위하여 가새 연결부를 초탄성 형상기억합금으로 제작하고 이를 CBF 구조물에 설치한다. 또한 본 시스템의 지진성능을 포함한 잔류 (Residual) 변위 저감효과를 검증하고자 정밀한 수치해석 프레임 모델을 개발하여 기존에 지진데이터를 이용한 비선형 동적 해석을 실시하고 결과 값을 분석하고 자 한다.
- 본 연구에서는 저층에서부터 중층 높이의 프레임 구조물의 내진성능 향상과 잔류변위를 효율적으로 감소하고자 새로운 첨단소재인 초탄성 형상기억합금을 변위가 집중되는 가새 연결부에 설치하여 기존에 사용된 가새 시스템과 거동과 성능적인 측면에서 비교· 평가하였다. 이를 위하여 40개의 지진데이터를 활용하여 비선형 동적 해석을 실시하고 프레임 구조물에 초탄성 형상기억합금 가새시스템의 설치 유무에 따라서 최상층의 시간-변위거동, 최대 층간변위 및 잔류 층간변위, 복원비율 등을 조사하였다. 이러한 과정을 통하여 추가적으로 도출된 결론은 다음과 같다.
- 따라서 각 프레임 부재들을 재현하기 위해서 사용된 요소들은 절점과 Integration 지점에서 단면 특성과 재료적 비선형성을 고려하였다. 일반적으로 압축 상태에서 발생하는 좌굴 현상을 구현하고자 요소의 중앙 절점을 중심에서 벗어나게 위치시키는 Offset 방법을 적용하여 부재 길이에 1/1000의 비율로 초기 솟음(Camber)을 주어 모형화하였다. 따라서, 가새 부재는 초기의 변위를 포함하여 양단에 설치된 SMA 연결부를 모형화하기 위해서는 4개의 요소를 사용하여 구분하는 것이 필요하다(Fig.
- 본 연구에서 다루고 있는 예제 구조물은 미국 ASCE 7-05 시방서[13] 기준에 의하여 설계를 수행하였으며 세부적인 부재의 설계는 AISC-LRFD 매뉴얼을[14] 참고하여 결정하였다. 일반적인 사무실 용도로써 1.0의 중요도(Important Factor)를 가지고 강한 지진에 견딜 있는 D등급의 지진설계 범주(Seismic Design Category, 이하 SDC)를 적용하여 L.A. 지역의 단단한토질층(ASCE 7-05에 의거 D등급)에 건설하였다. 또한 설계강도와 상응하는 50년주기 발생빈도 10%의 지진강도 (10% in 50 years)를 가새프레임 구조물 설계에 적용하여 0.
- 2에서 점선으로 표시하였으며 각 방향으로 6개씩 채결하였다. 주로 건물 외벽은 횡력에 대한 저항력을 높이고자 용접된 강접 모멘트 접합부로 보와 기둥의 연결부를 가진 모멘트 저항 프레임 구조물로 설계를하였으며 (평면도에서 굵은 선으로 표시된 부분을 참고), 이와는 대조적으로 건물내부에서 주로 자중에 저항하는 중력 저항 프레임은 동서방향으로 단순 전단 핀 (Pin) 접합부로 설계를 하였다 (평면도에서 가는 선으로 표시된 부분 참고).
- OpenSEES 프로그램에서 제공하는 Rayleigh 커맨드(Command)를 사용하여 강재 구조물 설계에서 주로 적용되는 5% 유효 감쇠비(Effective Damping Ratio)를 해석 프레임 모델에 적용하였다[8-9]. 지진가속도로부터 구조물에 층간 전단력을 생성시키기 위하여 구조물의 사하중과 활하중, 일부로부터 치환된 럼프드(Lumped)질량은 외부에 모멘트 저항 프레임의 각 절점(Node)에 등가적으로 배분하였다 (Fig. 5 참고). 시간에 따른 절점의 변위 및 각 층간의 전단 력과 같은 응답 데이터는 프로그램 상에서 기록 커맨드를 사용하여 측정하였다.
- 2). 지진하중이 작용하는 동안 발생하는 측면하 중에 대응하여 저항력을 향상시키고자 건물 외벽 중심을 기준으로 특수 중심가새를 동서남북 방향으로 대칭적으로 설치하였다. 특수 중심가새가 체결된 경간은 Fig.
- 프레임 구조물에서 초탄성 형상기억합금 가새시스템의 설치 유무에 따른 지진거동 및 성능평가를 수행하기 위하여 각각의 수치해석 모델마다 40개의 지진데이터를 사용하여 비선형 동적 해석을 수행을 하였다. 특히 Fig. 10에서는 서로 비교 대상인 2개의 프레임 구조물에 대하여 각 지진위험도 별로 대표적인 지진데이터를 사용하여 옥상층(Roof Story)에서의 시간에 따른 변위이력을 조사하고 최대변위 및 잔류 처짐을 비교하였다. 50년주기 발생빈도 10%의 지진위험도를 가진 대표적인 지진데이터인 LA17은 상대적으로 긴 60초의 지진 지속시간 및 0.
- 프레임 구조물에서 초탄성 형상기억합금 가새시스템의 설치 유무에 따른 지진거동 및 성능평가를 수행하기 위하여 각각의 수치해석 모델마다 40개의 지진데이터를 사용하여 비선형 동적 해석을 수행을 하였다. 특히 Fig.
- B 강재의 거동을 재현하였다. 하지만 초탄성 형상기억합금의 거동을 재현할 초기의 재료모델이 프로그램상에 부재하므로 유저에 의한 재료코드(User Defined Material Code, 이하 UMAT Code)를 사용하여 수치해석적으로 재현하였다. 초탄성 형상기억합금 재료의 이력거동은 하중의 변화에 따라 발생하는 각각의 상변위(Phase Transformation) 과정과 상응된 일련의 직선구간으로 표시된 강성모델(Stiffness Model)에 의하여 이상화할 수 있다.
대상 데이터
- 비선형 동적 해석을 수행하기 위하여 FEMA/SAC 사업의 일부분으로 개발된 지진데이터를 사용하였다[20]. 건물 설계하중에 등가의 수준인 50년주기 발생빈도 10%의 지진강도 (LA01부터 LA20까지)와 극한수준의 지진에 버금가는 50년주기 발생빈도 2%의 지진강도 (LA21부터 LA40까지)등 2가지 다른 지진위험도(Seismic Hazard) 수준의 지진데이터를 총 480번의 비선형 동적 해석을 수행하기 위하여 사용하였다. 설계수준의 지진강도는 극한수준에 버금가는 지진에 대략 2/3 강도수준이다.
- 9에서 제시된 바와 같이 거의 일치하는 경향을 보여주고 있다. 본 연구에서 제시된 모델은 중-저층에 프레임 구조물이며 이러한 구조물은 제 1모드에서 Effective Modal Mass가 90% 이상이므로 설계하중 산정 시 주된 변위 모드인 1모드만을 고려하였다[2]. 대체적으로 초탄성 형상기억합금 가새시스템을 가진 프레임 모델은 일반적인 강재 가새시스템을 가진 프레임 모델과 비교하여 비교적 긴 고유 진동주기를 가지고 있다.
- 본 연구에서는 3층과 6층 높이의 9.15m 5경간 정방형 빌딩건물을 예제 구조물로 제시되었다 (Fig. 2). 지진하중이 작용하는 동안 발생하는 측면하 중에 대응하여 저항력을 향상시키고자 건물 외벽 중심을 기준으로 특수 중심가새를 동서남북 방향으로 대칭적으로 설치하였다.
- 비선형 동적 해석을 수행하기 위하여 FEMA/SAC 사업의 일부분으로 개발된 지진데이터를 사용하였다[20]. 건물 설계하중에 등가의 수준인 50년주기 발생빈도 10%의 지진강도 (LA01부터 LA20까지)와 극한수준의 지진에 버금가는 50년주기 발생빈도 2%의 지진강도 (LA21부터 LA40까지)등 2가지 다른 지진위험도(Seismic Hazard) 수준의 지진데이터를 총 480번의 비선형 동적 해석을 수행하기 위하여 사용하였다.
이론/모형
- 시간에 의존하는 동적인 문제를 해결하기 위하여 Newmark 방법에 기초를 둔 동적평형(Transient Equilibrium) 해석을 수행하였다. OpenSEES 프로그램에서 제공하는 Rayleigh 커맨드(Command)를 사용하여 강재 구조물 설계에서 주로 적용되는 5% 유효 감쇠비(Effective Damping Ratio)를 해석 프레임 모델에 적용하였다[8-9]. 지진가속도로부터 구조물에 층간 전단력을 생성시키기 위하여 구조물의 사하중과 활하중, 일부로부터 치환된 럼프드(Lumped)질량은 외부에 모멘트 저항 프레임의 각 절점(Node)에 등가적으로 배분하였다 (Fig.
- 대변형 혹은 P-Delta 효과와 같은 기하학적인 비선형을 해석에 반영하기 위하여 각 요소들에서 비선형 좌표변환을 사용하였다. 보와 기둥이 만나는 접합부는 변위가 거의 발생하지 않는 강접 형태로 간주하고 연결부인 패널존 (Panel Zone)의 크기를 해석에 반영하기 위하여 보요소의 단부 강역을 Rigid Offset 방식을 적용하여 모형화 하였다(Fig. 5 참고). 또한 거셋 플레이트 연결부의 강성 효과를 재현하고자 같은 방식으로 모형화를 진행하였다.
- 본 연구에서 다루고 있는 예제 구조물은 미국 ASCE 7-05 시방서[13] 기준에 의하여 설계를 수행하였으며 세부적인 부재의 설계는 AISC-LRFD 매뉴얼을[14] 참고하여 결정하였다. 일반적인 사무실 용도로써 1.
- 5%로 적용하였다. 시간에 의존하는 동적인 문제를 해결하기 위하여 Newmark 방법에 기초를 둔 동적평형(Transient Equilibrium) 해석을 수행하였다. OpenSEES 프로그램에서 제공하는 Rayleigh 커맨드(Command)를 사용하여 강재 구조물 설계에서 주로 적용되는 5% 유효 감쇠비(Effective Damping Ratio)를 해석 프레임 모델에 적용하였다[8-9].
- 총 24개의 프레임 모델에 비선형 동적 해석을 실시하여 가새프레임 구조물의 전반적인 내진성능을 검토하고자 한다. 최근 미국 버클리 대학에서 개발한 공개 소스 프로그램인 OpenSEES를[17] 사용하여 비선형 해석을 수행하였다. 본 연구에서 제시된 모든 예제 빌딩구조물은 중심축으로부터 대칭적인 구조를 이루고 있으며 또한 동일한 분포의 중량과 강성을 가지고 설계되었다.
성능/효과
- 1) 초탄성 형상기억합금은 상당량의 소성변위가 발생하였을때 별도의 열처리 없이 응력 제거만으로 원형 복원되는 고유의 거동특성을 가지고 있다. 이러한 재료를 변위가 집중되는 구조물의 연결부위 등에 활용될 경우 형상기억합금에서 보여지는 독특한 깃발모양의 이력거동은 구조물 전체에 충격완화 및 복원효과를 제공할 수 있다.
- 2) 고전적인 가새시스템에서 강재 부재의 항복은 구조물 전체의 잔류변위를 발생 시킨다. 따라서 형상기억합금의 사용은 지진하중을 받는 프레임 구조물에 생성되는 잔류변위를 감소시키는 대 커다란 기여를 한다.
- 3) 형상기억합금을 활용한 중심가새프레임 구조물은 능동적 변위제어가 가능한 가새시스템의 복원효과로 인하여 강한 지진하중이 발생하더라도 최대 잔류 층간변위를 0.5% 이내로 효율적으로 제한하고 있다. 0.
- 4) 강재와 형상기억합금의 항복 및 극한응력 등의 재료적인 강도 특성 때문에 최대 층간변위 발생시 형상기억합금을 활용한 가새시스템은 그 연결 부에서 항복 이후에 발생하는 힌지의 분포가 기존에 사용된 가새시스템과 비교하여 감소되었다. 이는 기존에 사용된 강재 중심가새프레임 구조물이 새로 제안된 구조물 형식과 비교하여 가새시스템에서 소성변형 및 극한파괴에 취약하다는 것을 의미한다.
- Table 5와 6에서 이러한 자료의 평균값과 표준편차를 요약 정리하였다. 50년주기 10% 발생주기 지진하중보다는 50년주기 2% 발생주기의 지진하중이 발생할 경우 각 프레임 모델의 평균적인 최대 층간변위와 잔류 층간변위의 값이 전반적으로 증가됨을 알 수 있다. 이는 평균값과 표준편차의 합으로 정의되는 분산(Scatter)값이 지진위험도가 상승할수록 증가함을 의미한다.
- 그림에서 보여주고 있는 힌지는 가새 연결부에서 발생하는 응력과 더불어 가새에서의 소성변형 혹은 극한파괴 여부를 파악할 수 있다. 강재와 비교하여 사용된 형상기억합금의 항복강도와 극한응력이 높은 재료적인 특성 때문에 최대 층간변위가 발생시에도 본 연구에서 제안된 프레임 구조물이 기존에 사용된 방식과 비교하여 더 적은 힌지 분포를 보여 주고 있다. 이는 형상기억합금을 활용한 가새시스템이 변위제어에 우수하며 지진에 대한 피해가 상대적으로 적어 교체 및 개보수로 들어가는 비용을 상당량 절감할 수 있다고 판단된다.
- 설계수준의 지진보다 더 강도를 가지고 있는 50년주기 발생빈도 2%의 지진이 발생한 경우에는 가새시스템 이외에도 보와 기둥과 같은 메인 프레임 부재에도 소성변위가 발생하므로 복원력이 상대적으로 떨어지는 경향이 있다. 그러므로 중간적인 지진강도인 설계수준의 지진발생시 본 연구에서 제안된 가새시스템이 프레임 구조물에 발생하는 잔류변형을 가장 효율적으로 제어할 수 있다.
- 3-4에서는 각 모델 조건에 따른 모델명이 제시되어 있는데, 모델명에 처음 제시된 숫자 (3 또는 6)는 3층 혹은 6층 프레임 빌딩을 의미하며 그뒤에 수반되는 글자는 사용된 가새 형식을 나타낸다 (S: 역 V형 가새, V: V형 가새, X: 2층 X형 가새). 마지막으로, 고전전인 가새시스템을 가진 CBF 모델들은 모델명 끝에 S라는 글자로 명명되며 초탄성 형상기억합금 가새시스템을 가진 CBF 모델들은 A라고 명명된다. 예를 들면, 3층 높이에 역 V형 형식의 초탄성 형상기억합금 가새시스템을 가진 모델은 3-S-A라고 명명한다.
- 이러한 분산 값은 높은 층수의 건물에서도 증가한다. 모든 경우에서 보는 바와 같이 사용된 가새시스템 형식과는 무관하게 초탄성 형상기억합금 가새시스템을 설치한 프레임 모델에서 평균 잔류 층간변위의 값이 감소한다. 하지만 지진위험도가 상승할 때 가새 이외에 보와 기둥과 같은 다른 부재에 발생하는 소성변형으로 인하여 형상기억합금에 의한 복원효과는 상대적으로 감소하고 잔류 변위는 증가된다.
- 초탄성 형상기억합금 가새시스템을 가진 프레임 구조물이 기존의 강재 중심가새프레임 구조물과 비교하여 더 높은 복원비율을 나타낸다. 본 연구에서 제안된 가새시스템과 더불어 고층보다는 저층구조물에서 중간적인 지진강도 발생시 더 좋은 복원비율을 보여주고 있다. 초탄성 형상기억합금 가새시스템을 갖는 3층 프레임 구조물이 50년주기 2%발생빈도의 지진하중을 받는 경우 평균적으로 93% 이상의 복원비율을 보여주고 있다(Fig.
- 대체적으로 최고(Peak) 층간변위는 1층 혹은 2층에서 발생하는 대 이는 프레임 부재들의 소성변위가 저층에 집중됨을 의미한다. 예상한대로 50년주기 발생빈도 2%의 지진강도를 받는 프레임 모델이 발생빈도 10%의 지진강도를 받는 모델보다 잔류 층간변위량이 증가함에 따라서 더 많은 손상 (Damage)을 받음을 알 수 있다. 또한 지진하중 이후에 더 많은 최대 층간변위로 유발되는 잔류 층간변위량이 증가함을 그림에서 관찰할 수 있다.
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