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[국내논문] 비좌굴 가새를 이용한 대공간 구조물 내진 보강 설계
Seismic Retrofit of Spatial Structures Using Buckling Restrained Brace 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.18 no.4, 2018년, pp.105 - 111  

문희숙 (메트로티엔씨(주) 내진기술연구소) ,  김기철 (서일대학교 건축공학과) ,  강주원 (영남대학교 건축학부) ,  이준호 (메트로티엔씨(주) 내진기술연구소)

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In this study, the seismic performance and behavior characteristics of the upper truss structure of the large stadium are analyzed by nonlinear dynamic analysis. In the nonlinear dynamic analysis, the earthquake records were generated by site response analysis to simulate the nonlinear behavior of t...

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문제 정의

  • 본 연구에서는 비선형 동적 해석으로 대공간 경기장 예제 구조물 지붕 트러스 구조의 내진 성능 및 거동 특성을 분석하고, 비좌굴 가새(Buckling-Restrained Brace, BRB)를 이용한 보강 방안을 제시하였다
  • 본 논문에서는 지붕 트러스 부재 중 MT1, MT2, MT3의 경사재를 비좌굴 가새로 보강한 3가지 모델에 대해 비선형 동적 해석을 수행하였다. 보강 전구조물의 X방향과 Y방향의 1차 모드 거동과 층간 변위비가 동일하여 보강 후 해석 결과는 X방향에 대한 지붕 트러스의 1/4 구간별 수평 변위와 처짐, 층간 변위를 비교하였다
  • 본 논문에서는 비선형 동적 해석을 통해 대공간 경기장 건축물의 지붕 트러스 내진 성능을 평가하고, 비좌굴 가새를 이용하여 내진 보강 설계를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비좌굴 가새가 주요 횡하중 저항시스템으로 작용하는 원리는? 비좌굴 가새는 부가적인 에너지 소산 장치로 개발되어 일본에서는 보조 장치로 사용되고 있지만, 미국에서는 보조 에너지 소산 장치로 사용될 뿐만 아니라 기존 가새 골조의 대안인 주요 횡하중 저항시스템으로도 적용하고 있다. 튜브 내부에 충진된 모르타르와 철골 중심 부재가 서로 부착되지 않고 잘 미끄러지도록 얇은 두께로 감싼 비부착 재료(Unbonding material)는 프와송 효과(Poisson effects)에 의해 철골 중심 부재의 수축(Contraction)과 신장(Elongation) 시 전단력이 전달되는 것을 방지한다.
비좌굴 가새의 일본 및 미국에서 활용처는? (1998)9)이 제안하였다. 비좌굴 가새는 부가적인 에너지 소산 장치로 개발되어 일본에서는 보조 장치로 사용되고 있지만, 미국에서는 보조 에너지 소산 장치로 사용될 뿐만 아니라 기존 가새 골조의 대안인 주요 횡하중 저항시스템으로도 적용하고 있다. 튜브 내부에 충진된 모르타르와 철골 중심 부재가 서로 부착되지 않고 잘 미끄러지도록 얇은 두께로 감싼 비부착 재료(Unbonding material)는 프와송 효과(Poisson effects)에 의해 철골 중심 부재의 수축(Contraction)과 신장(Elongation) 시 전단력이 전달되는 것을 방지한다.
비좌굴 가새란 무엇인가? 비좌굴 가새(Buckling-Restrained Brace, BRB)는 철골 중심 부재(Core)를 철골 튜브 속에 배치하고 두 요소 사이를 콘크리트 등으로 충진하여 중심 부재가 압축력을 받을 때 좌굴에 대한 저항 성능이 뛰어나고 안정적인 이력 거동을 확보한 요소이다. 비좌굴 가새에 대한 연구는 Yoshino & Karino(1971)8) 가 철판을 철근 콘크리트 패널로 감싸고 두 재료가 부착되지 않도록 비부착 재료를 두 요소 사이에 삽입하여 만든 부재에 대한 반복 하중 실험으로부터 시작되었다.
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참고문헌 (9)

  1. Kato, S., Ueki, T., & Mukaiyama, Y., "Study of Dynamic Collapse of Single Layer Reticular Domes Subjected to Earthquake Motion and the Estimation of Statically Equivalent Seismic Forces", International Journal of Space Structures, Vol.12, No.3-4, pp.191-203, 1997 

  2. Takeuchi, T., Ogawa, T., & Kumagai, T. (2009). State-of-Arts Views on Response Control Technologies for Metal Space Structures. Proceedings of the International Association for Shell and Spatial Structures Symposium 2009, Valencia, pp.277-288 

  3. Kwon, H. K., "Actual situation of earthquake countermeasures from Pohang earthquake", Journal of Korea Infrastructure Safety Corporation, Vol.49, pp.2-9, 2017 

  4. KBC-2016, "Korean Building Code and commentary", Architectural Institute of Korea, 2016 

  5. Idriss, I. M., & Sun, J. (1992). User's manual for SHAKE91 : a computer program for conducting equivalent linear seismic response analyses of horizontally layered soil deposits. University of California 

  6. Pacific Earthquake Engineering Research Center. PEER Strong Ground Motion Database. Retrieved from https://peer.berkeley.edu/peer-strong-ground-motion-database 

  7. Computer and Structures, Inc. (2006). PERFORM-3D User Guide Version 4. Retrieved from http://www.dinochen.com/attachments/month_0811/PERFORM3DUserGuide.pdf 

  8. Yoshino, T., & Karino, Y. (1971). Experimental study on shear wall with braces. Proceedings of annual meeting of the Architectural Institute of Japan, Japan 

  9. MacKerell, A. D., Bashford, D., Bellott, M., Dunbrack, R. L., Evanseck, J. D., Field, M. J., ... Karplus, M., "All-atom empirical potential for molecular modeling and dynamics studies of proteins", The Journal of Physical Chemistry B, Vol.102, No.18, pp.3586-3616, 1998 

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