[논문]라이즈-스팬비에 따른 면진 아치구조물의 지진응답 분석

김수근; 김유성; 김기철; 강주원

doi:10.9712/kass.2018.18.1.55

[국내논문] 라이즈-스팬비에 따른 면진 아치구조물의 지진응답 분석
The Seismic Response According to Rise-Span Ratio of the Arch Structure With Seismic Isolation 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.18 no.1, 2018년, pp.55 - 65

김수근 (영남대학교 일반대학원 건축학부) , 김유성 (영남대학교 일반대학원 건축학부) , 김기철 (서일대학교 건축학과) , 강주원 (영남대학교 건축학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to reduce the seismic response of the spatial structure, a seismic isolation system with sufficient flexibility is used. The natural period of structure with seismic isolation system got be long to avoid prominent period. In this study, The seismic response of the truss-arch structure, which is modeled in three types according to the rise-span ratio is analyzed on El-centro, Northridge and Artificial Earthquake and compared with the seismic response of the truss-arch structure with lead rubber bearing(LRB). When seismic load is applied to the truss arch with isolation system, the horizontal acceleration response of the truss arch is reduced and vertical seismic response is also reduced. The application of the seismic isolation system is effective in controlling the seismic response.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 아치구조물의 기본 형태인 트러스-아치구조를 선정했다. 면진장치는 납-고무면진장치(Lead Rubber Bearing, LRB)를 아치구조물에 직접적으로 설치하여 라이즈-스팬비에 따른 지진응답을 비교, 분석하고자 한다.
본 연구에서는 대공간구조물의 기본적인 동적특성을 갖는 아치구조물에 LRB를 설치하여 라이즈-스팬비에 따른 지진응답을 비교 분석하였다.

제안 방법

또한 예제구조물에 잔류변위가 발생하기 때문에 상대변위를 이용한 응답분석은 어려울 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 면진장치와 아치구조물을 연결해주는 절점과 절점a의 절대변위를 이용하여 분석했다.
면진장치의 진동주기는 면진장치의 유효강성과 상부구조물의 무게에 의해서 결정된다. 본 연구에서는 3가지 예제구조물에 동일한 면진장치를 설치하였으며, 라이즈-스팬비에 따른 지진거동을 분석하기 위해서 면진장치가 설치된 예제구조물의 1차 고유주기가 1.12±0.03sec가 되도록 설계했다. 라이즈-스팬비가 1/4인 경우의 1차 고유주기는 1.

대상 데이터

따라서 면진장치를 이용하여 대공간구조물의 지진응답을 저감시키기 위해서는 수평 방향 응답과 수직 방향 응답을 고려해야 한다. 본 연구에서는 아치구조물의 기본 형태인 트러스-아치구조를 선정했다. 면진장치는 납-고무면진장치(Lead Rubber Bearing, LRB)를 아치구조물에 직접적으로 설치하여 라이즈-스팬비에 따른 지진응답을 비교, 분석하고자 한다.

이론/모형

라이즈-스팬비에 따른 면진 아치구조물의 지진응답을 분석하기 위해서 대공간구조물의 지진응답 비교, 분석에 많이 사용되는 El-Centro, Northridge 지진하중과 2016년에 고시된 건축구조설계기준을 바탕으로 인공지진하중을 생성하여 적용했다.

성능/효과

면진장치가 설치된 아치구조물에서 지반과 절점a의 상대변위를 보면, 면진장치가 설치되지 않은 예제구조물보다 수평 방향 변위응답이 증가한다. 또한 지중에 대한 지점반력으로 인해 예제구조물에 잔류변위가 발생한다.
면진장치를 설치한 아치구조물의 가속도응답의 경우에, 면진장치를 설치하지 않은 아치구조물의 가속도응답보다 약 50~70%정도 감소하는 것을 볼 수 있다. 또한 변위응답과 유사하게 라이즈-스팬비가 낮아짐에 따라 X방향 최대값에 대한 Z방향 최대값의 비는 커진다.
인공지진하중을 적용한 경우에도 앞서 적용한 El-Centro, Northridge 지진의 지진응답과 비슷한 양상을 보인다. 인공지진을 적용한 예제구조물에서는 라이즈-스팬비에 따라 Dx, Dz, Ax, Az값이 작아지며, 라이즈-스팬비가 낮아질수록 Dx최대값과 Dz최대값, Ax최대값과 Az최대값의 비는 증가하는 것을 볼 수 있다.

후속연구

면진장치를 적용한 아치구조물은 일반적인 면진구조물의 거동 함께 아치구조물의 거동을 보이므로 면진 라멘구조물과는 다른 진동응답을 나타나게 된다. 따라서 아치구조물과 같은 대공간구조물에 면진장치를 적용하기 위해서는 이에 대한 정확한 분석이 요구된다.
상판과 지반이 평행을 이루게 설치했을 경우, 지진하중에 대한 지점반력으로 인해서 잔류변위가 남게 되고 이는 면진장치의 거동에 영향을 끼치게 된다. 따라서 추후 연구에서는 면진장치의 설치 방향을 트러스-아치구조물의 축방향 및 반력의 합력 방향으로 면진장치를 설치하여 지진응답을 분석하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대공간구조물은 일반 라멘구조물에 비해 어떤 특징이 있는가?	대공간구조물은 다양한 규모와 형태를 가지며, 일반 라멘구조물과는 구조특성이 다르고 예측할 수 없는 변수가 많다. 일반 라멘구조물에 비해 자중이 작고 장경간인 대공간구조물은 형태적, 구조적 특성으로 인해 지진하중을 받았을 때 나타나는 동적응답을 파악하는 것이 어렵다. 또한 대공간구조물은 경기장, 강당, 관람시설 등 많은 사람들이 이용하는 공공건물로 사용되며, 지진하중에 의하여 구조물이 손상된다면 인명피해가 매우 심각할 것으로 예상된다.
	아치구조물의 무엇이 동적특성을 좌우하는가?	아치구조물은 형상을 결정하는 개각과 겉보기 세장비에 의해 동적특성이 좌우된다. 라이즈-스팬비 조절하여 비교함으로서 개각과 겉보기 세장비에 의한 영향을 예측할 수 있다.
	대공간구조물의 기본적인 동적특성을 갖는 아치구조물에 면진장치를 설치할 경우 얻게 되는 결과는?	면진장치를 설치한 아치구조물의 가속도응답의 경우에, 면진장치를 설치하지 않은 아치구조물의 가속도응답보다 약 50~70%정도 감소하는 것을 볼 수 있다. 또한 변위응답과 유사하게 라이즈-스팬비가 낮아짐에 따라 X방향 최대값에 대한 Z방향 최대값의 비는 커진다.

참고문헌 (7)

Moghaddam, H. A., "Seismic Behavior of Space Structures", International Journal of Space Structure, Vol.15, No.2, pp.119-135, 2000

상세보기
Kang, J. W., & Jung, C. W., "Seismic Behavior According to Type of Large Spatial Structures", Journal of Korean Association for Spatial Structures, Vol.8, No.1, pp.5-12, 2008
Kim, G. C., Kim, S. G., & Kang, J, W, "Application of Mid-Story Isolation System for Seismic Response Reducing of Dome Structure", Journal of Korean Association for Spatial Structures, Vol.16, No.4, pp.37-44, 2016

원문보기 상세보기
"Dynamic Behavior and Seismic Design of Spatial Structure", Architectural Institute of Japan, 2006
Kim, G. C., Kim, K. Il., & Kang, J. W., "The Seismic Behavior of the Truss-Arch Structure with Seismic Isolation", Journal of Korean Association for Spatial Structures, Vol.8, No.2, pp.73-84, 2008
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Kang, J. W., & Kim, G. C., "Seismic Response Control of Arch Structure by Using Passive TMD", Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, Vol.26, No.7, pp.37-44, 2010

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