점탄성 제진구조시스템으로 보강한 저층 RC구조물의 비선형 해석 및 내진성능평가 :Nonlinear Analysis and Seismic Performance Evaluation of Low-rise RC Structure Retrofitted by Viscoelastic Damper System

이규선

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이규선 (동아대학교, 동아대학교 대학원)

지도교수: 김동건

발행연도: 2018

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이용수17

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

점탄성 제진구조시스템으로 보강한 RC구조물의 내진성능평가

이규선 , 김동건 한국강구조학회지 2018.06 학술저널

점탄성 제진구조시스템으로 보강한 저층 RC구조물의 비선형 해석 및 내진성능평가

이규선 건축공학과 2018.01 학위논문

비선형해석 기반 점탄성 제진구조시스템으로 보강한 RC구조물의내진성능평가

이규선 , 김동건 대한건축학회연합논문집 2018.01 학술저널

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쓰촨성에서 두 차례 발생한 강진으로 저층 RC건축물이 붕괴되어 대규모 사상자와 막대한 경제적 피해가 발생했다. 국내의 경우 경주와 포항에서 각 규모 5.8과 규모 5.4의 지진이 발생하여, 저층 RC건축물의 안전성 확보를 위한 내 진보강 필요성이 증대되고 있다. 최근 국내의 내진보강 방법은 기둥부재의 강성을 증대시키는 보강방법, 강재댐퍼를 적용한 창호형 프레임 보강방법 등 강재댐퍼를 사용한 보강방법이 주로 사용되고 있다. 본 논문에서는 점성유체 댐퍼로 보강한 점탄성 제진구조시스템에 대한 연구를 수행하였다.
본 논문은 지진에 의한 구조물의 손상을 최소화하기 위한 목적으로 점성유체댐퍼로 보강한 점탄성 제진구조시스템에 대한 연구를 수행하였다. 비보강구조물의 응답을 기준으로 산정한 감쇠계수를 저층 RC구조물에 반영한 결과 내진보강 전, 후의 구조물의 횡 방향 변위가 감소하였다. 또한, 변위감소와 더불어 에너지 소산량을 계산한 결과 각층에 비교적 균등하게 분배된 것을 확인하였다.

점성유체댐퍼의 보강에 따른 점탄성 제진구조시스템의 해석 결과는 다음과 같다.

1) 각 입력 지진파에서 구조물의 변위, 속도, 가속도가 전체적으로 감소하였다. 하지만 Taft Lincoln School 지진파는 오히려 부재중량의 증가로 인해 전단력이 소폭 증대되었다. 따라서 지진력에 대한 전단력은 점성 유체댐퍼가 저항할 수 있지만,
부재중량의 증가로 인한 전단력의 감소 에는 한계가 있는 것을 확인하였다.

2) 보강 후 힘-변위 결과에서 에너지소산면적이 생성되는 것을 확인하였다. 그 면적을 적분한 결과 1층과 2층에서 유사한 에너지가 소산되었고 3층은 그 절반 수준으로 에너지가 소산되었다. 각 층의 중간을 기준으로 에너지가 산정되므로 층별로 적절한 분배가 된 것을 확인하였다.

3) 전단력 분담률은 하부 층에서 절반정도의 전단력을 분담하였고, 상부층은 부담률이 높게 나왔다. 하부 층은 전단력이 상대적으로 크게 발생되어 점성유체댐퍼가 절반정도의 에너지를 분담하였고, 상부 층은 하부층 보다 상대적으로 작은 전단력이 발생되어 분담률이 높게 나왔다.

The strong earthquake in Sichuan Province caused heavy casualties and massive economic damage because the many low-rise RC structures and school structures were collapsed. In Korea, the earthquake of magnitude 5.8 in Gyeongju and that of 5.4 magnitude in Pohang were recently occurred. Therefore, the necessity of seismic retrofit are increasing in order to secure the safety of lower-rise RC structures. Recently, seismic retrofit methods in Korea have been mainly used as seismic retrofit methods for increasing the stiffness of columns, and window frame type retrofit methods using steel damper. However, in this paper, the analytical study was conducted on viscoelastic damper structures retrofitted by viscous fluid dampers.
The study conducted a research of viscoelastic damper system retrofitted with viscous fluid dampers and aimed at minimizing damage of structures to earthquake. The seismic performance of the RC structures was verified by observing the lateral displacement of the structures before and after seismic retrofit. In addition to the reduction of displacement, the amount of energy dissipation was calculated to check the energy dissipation capacity and to verify the effect of seismic retrofit.
The analytic results of the viscoelastic damper system according to the retrofitted of viscous fluid dampers are as follows.

1) At each input-earthquake, the overall displacement, velocity and acceleration of the structures decreased. However, Taft Lincoln School earthquake increased the slight increase in shear force due to the increased member weight. Therefore, shear force against seismic force can be resisted by viscous fluid damper, but it is confirmed that there is a limit to reduction of shear force due to increase of member weight.

2) After retrofitted, the amount of energy dissipation was confirmed to be generated in force-displacement result. By integrating the area, similar energy dissipation capacity in the 1st and 2nd floor, and the capacity of energy dissipated in the 3rd floor dissipated in half of the other floor. Since the energy is calculated based on the middle of each floor, it is confirmed that the vertical distribution is appropriate for each floor.

3) The shear force in each floor distributed the shear force in the lower floor by half and the upper layer showed higher distribution ratio. In the lower floor, the viscous fluid damper contributed about the half of the energy, and the upper floor showed lower shear force than the lower floor.

#Maxwell Model #Kelvin-Voigt Model #점성유체댐퍼 #에너지소산

I. 서 론 1
1. 연구배경 및 목적 1
2. 연구방법 및 범위 2
3. 연구동향 6
II. 구조물의 내진보강 및 해석방법 고찰 7
1. 내진설계 및 내진보강 7
가. 내진보강 7
나. 제진보강방법 8
2. 제진장치 8
가. 제진장치 개요 8
나. 변위의존형 제진장치 8
다. 속도의존형 제진장치 11
3. 구조물 내진해석방법 14
가. 응답스펙트럼법 14
나. 등가정적해석법 15
다. 역량스펙트럼법 17
라. 비선형정적해석법 18
마. 비선형동적해석법 19
4. 점성유체댐퍼 모델 21
가. Maxwell Model 21
나. Kelvin-Voigt Model 21
III. 점성유체댐퍼의 이론고찰 22
1. 유체댐퍼해석 22
가. Maxwell Model 22
나. Kelvin-Voigt Model 23
다. 구조물의 에너지소산 24
2. 유체댐퍼 구조시스템해석 25
가. 운동 방정식 25
나. 점성유체댐퍼로 보강된 단자유도의 감쇠효과 27
다. 점성유체댐퍼의 에너지소산능력 30
라. 점성유체댐퍼로 보강된 구조물의 에너지소산 31
마. 등가점성감쇠비 33
3. 소결 35
IV. 점성유체댐퍼로 보강된 구조물의 해석결과 36
1. 해석모델 36
가. 실험 분석 36
나. 저층 RC 건축물 실험체 구축 36
다. 가력방법 39
라. 해석절차 40
2. 점성유체댐퍼 설계 41
3. 응답결과 43
가. 구조물 응답결과 43
나. 층별 전단력 응답결과 48
다. 층간변위비 응답결과 50
4. 에너지소산능력 평가 52
가. 에너지소산 결과 52
5. 소결 55
V. 결론 56
참고문헌 58
부록A. 구조물 응답결과 62
부록B. 구조부재 응답결과 80
부록C. 점성유체댐퍼 응답결과 83
ABSTRACT 86

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