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표제지
요지
목차
제1장 서론 17
1.1 연구의 배경 17
1.2 연구의 목적 19
1.3 연구의 구성 20
제2장 기존 연구 22
2.1 내진성능향상 구조시스템 22
2.2 기존 강재댐퍼 연구 32
2.2.1 강봉 댐퍼의 연구 32
2.2.2 강판을 이용한 강재댐퍼의 연구 34
2.2.3 X-브레이스, K-브레이스 강재댐퍼의 연구 35
2.2.4 강판전단벽형 강재댐퍼의 연구 36
2.2.5 보-기둥 접합부 강재댐퍼의 연구 37
2.2.6 기존 슬릿댐퍼 연구에 대한 검토 38
제3장 비좌굴 가새 댐퍼의 실험 40
3.1 실험 계획 40
3.1.1 실험체의 개요 및 종류 40
가. 실험체의 개요 40
나. 실험체의 종류 40
다. 실험체명 46
라. 실험체 종류 47
마. 실험체 설치 47
3.1.2 가력방법 48
(1) 단조가력 48
(2) 점증변위 제어 반복가력 49
3.1.3 측정 방법 49
3.2 소재 인장 시험 51
3.3 댐퍼의 전단 실험 52
3.4 비좌굴 가새 댐퍼의 하중변형 관계 54
가. 가력 패턴에 따른 특성 56
나. Slit Plate두께에 의한 특성 59
다. Slit Plate의 B/H비에 의한 특성 63
3.5 비좌굴 가새댐퍼의 실험결과 분석 69
가. 변형도 분포 69
나. 이력곡선의 분해 71
3.6 소결 74
제4장 비좌굴가새 댐퍼를 가진 골조의 거동 75
4.1 개요 75
4.2 댐퍼를 가진 골조 실험 75
4.2.1 실험 변수 및 실험체 계획 75
4.2.2 재료 시험 78
4.2.3 가력 및 측정 방법 78
가. 가력방법 78
나. 변위계 설치 79
4.2.4 실험 결과 및 분석 80
가. 하중-변위 곡선 80
나. 파단상황 87
4.3 1층 모델의 지진응답해석 89
4.3.1 해석모델 및 해석방법 89
4.3.2 해석결과 92
가. 강성비의 변화에 의한 에너지 흡수능력 92
나. 내력비의 변화에 의한 에너지 흡수능력 93
4.3.3 해석결과의 분석 102
4.4 소결 105
제5장 비좌굴가새 댐퍼를 가진 골조의 설계 106
5.1 개요 106
5.2 1질점계의 역학원리 및 성능곡선 107
5.2.1 각 구성 부재와 제진구조의 저장, 손실 강성 107
5.2.2 등가주기와 등가감쇠상수 109
5.2.3 제진성능곡선의 작성법 110
5.2.4 1질점계를 이용한 개략설계 112
5.3 다층 제진구조의 설계법 112
5.3.1 다질점계에의 댐퍼량의 분배 112
5.3.2 댐퍼축방향에의 변환 114
5.3.3 강재댐퍼형상의 결정 115
5.3.4 설계법의 정리 117
5.4 제진설계의 예 118
5.4.1 설계조건 118
(1) 주프레임의 제원 118
(2) 구조계획 121
(3) 목표성능의 설정 121
5.4.2 1차 고유주기와 모델의 설정 121
5.4.3 1질점계의 층간 변형각의 산출 115
5.4.4 목표저감률과 1질점 필요 댐퍼강성비의 산정 124
5.4.5 다질점계의 부가설치계 탄성강성비의 분배 124
5.4.6 부가설치계의 수평방향 항복변형, 항복하중의 산출 125
5.4.7 부가설치계의 축방향의 변환과 댐퍼의 설계 125
5.5 소결 130
제6장 결론 131
참고문헌 133
부록 136
부록 A 비좌굴 댐퍼 가새 실험 결과 137
부록 B 비좌굴가새 댐퍼의 현장적용 162
부록 C 댐퍼설계 EXCEL 시트 178
SUMMARY 185
ABSTRACT 206
감사의 글 209
Table 2-1 Classification of aseismic structure 23
Table 2-2 Study of conventional dampers (◎ : Good, ○ : Normal, △ : bad) 39
Table 3-1 Test parameters 44
Table 3-2 Dimension of damper 45
Table 3-3 Dimension of SS400 steel coupons (unit : mm) 51
Table 3-4 Mechanical properties of steel 52
Table 3-5 Shear test result of damper (DB044-12C) 53
Table 3-6 Yield strength, yield displacement of damper and brace 55
Table 3-7 Test specimen for loading pattern 57
Table 3-8 Test specimen for thickness change of slit plate 59
Table 3-9 Test specimen for B/H ratio of slit plate 63
Table 3-10 Comparison of upper & lower damper's absorption energy 72
Table 4-1 List of specimens (unit : mm) 77
Table 4-2 Properties of material 78
Table 4-3 Py , Pmax , δy , ki of specimen 80
Table 5-1 Summary of dynamic properties and response of various steel damped 108
Table 5-2 Damper design process 118
Figure 1-1 Tsunami caused by a massive earthquake hit all across southern Asia 17
Figure 1-2 South Korea response spectrum by Fukuoka earthquake 18
Figure 1-3 Earthquake occurrence in Korea 18
Figure 1-4 Damper system to prevent damage 19
Figure 1-5 Flow chart of this study 21
Figure 2-1 Aseismic design 22
Figure 2-2 Aseismic structure 22
Figure 2-3 Stress-strain curve of viscoelastic damper 29
Figure 2-4 Shape of viscoelastic damper 29
Figure 2-5 Set-up of viscoelastic dam 29
Figure 2-6 Energy response before set-up 29
Figure 2-7 Energy response after set-up 29
Figure 2-8 Friction damper using bolt 25
Figure 2-9 Rotating friction damper 25
Figure 2-10 P-Δ curve of friction damper 26
Figure 2-11 Energy dissipation model of friction damper 26
Figure 2-12 Time history of friction damper 26
Figure 2-13 P-Δ curve of friction damper 26
Figure 2-14 Analysis model of TMD 27
Figure 2-15 Shape of TMD 27
Figure 2-16 Maximum displacement response 27
Figure 2-17 Tuning mass damper 27
Figure 2-18 Response of AMD 28
Figure 2-19 Pendulum damper 28
Figure 2-20 Energy response before control 30
Figure 2-21 Energy response after control 30
Figure 2-22 20ton MR damper 31
Figure 2-23 Maximum response of 3-story buiding 31
Figure 2-24 Detailed shape and fundamental loading conditions of the rods 32
Figure 2-25 Loading set-up of round-shaped steel rods 32
Figure 2-26 Decomposition of cyclic curve 33
Figure 2-27 Shape of Oh sang-hoon's steel damper 34
Figure 2-28 Assemblage of slit plates on the tests 34
Figure 2-29 Loading set-up 34
Figure 2-30 Tests of slit plates 35
Figure 2-31 X-brace steel damper 35
Figure 2-32 K-brace damper 36
Figure 2-33 Slit-wall damper 36
Figure 2-34 Connection with damper 37
Figure 2-35 Loading Set-up 37
Figure 3-1 Idealization of the struts 41
Figure 3-2 Yield displacement of damper 42
Figure 3-3 Shape of damper 43
Figure 3-4 Christening of specimen 46
Figure 3-5 Illustration of DB044-09C specimen 46
Figure 3-6 Illustration of brace configuration 47
Figure 3-7 Loading set-up 48
Figure 3-8 Loading pattern 49
Figure 3-9 Location of LVDTs 50
Figure 3-10 Location of Strain Gauge 50
Figure 3-11 Tensile coupon 51
Figure 3-12 σ-ε relationship of tensile coupon 52
Figure 3-13 2940kN UTM shear test of damper (DB044-12C) 53
Figure 3-14 Result of shear test (DB044-12C) 54
Figure 3-15 Initial stiffness measure method 55
Figure 3-16 Comparison of Calculated Py and Tested Py 56
Figure 3-17 P-δ curves for loading pattern (continue) 57
Figure 3-18 Decomposition of a cyclic P-δ curve 58
Figure 3-19 Ultimate energy absorption capacity of the slit plates 58
Figure 3-20 Deformation of slit Plate (9t) 59
Figure 3-21 P-δ curves with respect to thickness of slit plate (B/H ratio=0.33) 60
Figure 3-22 P-δ curves with respect to thickness of slit plate (B/H ratio=0.44) 61
Figure 3-23 Yield strength in proportion to thickness of slit plate 62
Figure 3-24 Failure mode of DB033-12C specimen 63
Figure 3-25 P-δ curves for B/H ratio of slit plate (9t) 64
Figure 3-26 P-δ curves for B/H ratio of slit plate (12t)(continue) 65
Figure 3-27 Failure mode of DB100-12C specimen 66
Figure 3-28 P-δ curves for B/H ratio of slit plate (16t) 67
Figure 3-29 Failure mode of DB044-16C specimen 67
Figure 3-30 P-δ curves for B/H of slit plate 68
Figure 3-31 Strain distribution of DB044-12C specimen (continue) 69
Figure 3-32 Skeleton part and Bauschiger part of DB044-12C specimen 72
Figure 3-33 Comparison of upper & lower damper's absorption energy 73
Figure 3-34 Energy absorption ratio (refer table 3-12) 73
Figure 4-1 Shape of Slit-Plate damper 76
Figure 4-2 Tested specimen 76
Figure 4-3 Christening of specimen 77
Figure 4-4 Test set-up 77
Figure 4-5 Loading pattern 78
Figure 4-6 Location of LVDT 79
Figure 4-7 Specimen Actuator load - Actuator displacement (continue) 81
Figure 4-8 Absorption energy of each specimen (continue) 83
Figure 4-9 Strain of each member for accumulated displacement 86
Figure 4-10 Failure of brace frame 87
Figure 4-11 Last state of damper with one damper 88
Figure 4-12 Last state of damper with two damper 88
Figure 4-13 Analysis model 89
Figure 4-14 Dynamic stability model 90
Figure 4-15 El-Centro NS (h ; damping ratio) 90
Figure 4-16 Hachinohe EW (h ; damping ratio) 91
Figure 4-17 Kobe NS (h ; damping ratio) 91
Figure 4-18 Artificial Earthquake (h ; damping ratio) 92
Figure 4-19(1) Plastic work for frame with respect to stiffness ratio 94
Figure 4-19(2) Plastic work for frame with respect to stiffness ratio 95
Figure 4-19(3) Plastic work for frame with respect to stiffness ratio 96
Figure 4-20(1) Plastic work for frame with respect to stiffness ratio 97
Figure 4-20(2) Plastic work for frame with respect to stiffness ratio 98
Figure 4-20(3) Plastic work for frame with respect to stiffness ratio 99
Figure 4-21 Damage ratio of frame with respect to strength ratio 100
Figure 4-22 Damage ratio of frame with respect to strength ratio (Ve=120cm/sec) 101
Figure 4-23 Change of damage ratio of frame for yield displacement ratio 103
Figure 4-24 Change of damage ratio of frame for yield displacement ratio 103
Figure 4-25 Change of damage ratio of frame for yield displacement ratio 104
Figure 4-26 Change of damage ratio of frame for yield displacement ratio 104
Figure 5-1 Single degree of freedom system with steel damper 107
Figure 5-2 Performance curve of elasto-plastic damped system 111
Figure 5-3 Angle of inclination of damper 115
Figure 5-4 Components of a non-buckling brace 115
Figure 5-5 List of structural member for 10-story model 119
Figure 5-6 Designed dead and live loads 119
Figure 5-7 Plan of 10th story example model 120
Figure 5-8 Frame data of 1st mode (continue) 121
Figure 5-9 Displacement spectrum used for design (BCJㆍL2. h0=0.02) 123
Figure 5-10 Steel damper layout of brace type 126
Figure 5-11 Components of a non-buckling brace 129
Figure 5-12 Plan of damper in non-buckling brace 129
Table 1. Test parameters 190
Table 2. Material properties 192
Table 3. Yield load , yield displacement of damper and brace 194
Table 4. Ultimate energy absorption capacity 196
Table 5. Test specimen for loading pattern 199
Table 6. Test specimen for angle between column and brace 200
Table 7. Test specimen for thickness of slit plate 202
Table 8. Test specimen for B/H ratio of slit plate 203
Table 9. Test specimen for the number of damper attached to brace 204
Figure A-1 DB44-12M 138
Figure A-2 DB44-12U 139
Figure A-3 DB44-12C(1) 140
Figure A-4 DB44-12C(2) 141
Figure A-5 DB33-12C 142
Figure A-6 DB33-09C 143
Figure A-7 DB44-09C 144
Figure A-8 DB33-16C 145
Figure A-9 DB57-12C 146
Figure A-10 DB44-16C 147
Figure A-11 DB75-12C 148
Figure A-12 DB10-09C 149
Figure A-13 DB10-12C 150
Figure A-14 DC33-09C 151
Figure A-15 DC33-12C 152
Figure A-16 DC44-09C 153
Figure A-17 DC44-12C 154
Figure A-18 DC33-16C 155
Figure A-19 DC44-16C 156
Figure A-20 DA44-09C 157
Figure A-21 DA44-12C 158
Figure A-22 DA44-16C 159
Figure A-23 DB44-12C(3) 160
Figure A-24 DB44-12C(4) 161
Figure B-1 아크리스 백화점 리모델링 현장사진 163
Figure B-2 댐퍼의 종판부착 전후 166
Figure B-3 아크리스 백화점 현장 적용 댐퍼의 최종 형상 166
Figure B-4 댐퍼 설치 현장 실무자 협의 167
Figure B-5 현장반입된 댐퍼 167
Figure B-6 댐퍼와 브레이스의 조립 168
Figure B-7 양중 후 브레이스의 골조에 용접 접합 168
Figure B-8 댐퍼를 삽입한 브레이스의 설치 169
Figure B-9 도색 작업을 마친 브레이스 169
Figure B-10 API 강재 가공연구센터 조감도 170
Figure B-11 API 강재 가공연구센터 현장 사진 170
Figure B-12 API 강재센터 현장 적용 댐퍼의 최종 형상 174
Figure B-13 브레이스에 연결된 댐퍼의 모델 174
Figure B-14 설치 준비중인 댐퍼 175
Figure B-15 댐퍼를 삽입한 브레이스의 양중 175
Figure B-16 브레이스와 골조의 볼트 접합 176
Figure B-17 설치된 댐퍼 176
Figure B-18 설치 완료된 댐퍼 177
Figure C-1 Definition of multi-story frame model and verification of 1st mode period 179
Figure C-2 Estimation of story drift angle in no-damper case 180
Figure C-3 Estimation of required elastic stiffnes sratio of elasto-plastic damper in SDOF 181
Figure C-4 Required Elasto-plastic damper stiffness converted from SDOF to MDOF system 182
Figure C-5 Yield displacement and yield force of steel damper in MDOF system 183
Figure C-6 Transformation of required damper properties to damper axial direction and determination of steel-damper sizes such as shear area and yield force 184
Fig. 1. Idealization of the struts 188
Fig. 2. shape of damper 189
Fig. 3. Loading setup 191
Fig. 4. Illustration of brace configuration (unit : mm) 191
Fig. 5. σ-ε relationship of tensile coupon 192
Fig. 6. Loading pattern 193
Fig. 7. Measuring set-up 193
Fig. 8. Failure pattern 197
Fig. 9. Decomposition of a cyclic P-δ curve 197
Fig. 10. Energy absorption ratio 197
Fig. 11. P-δy curves for loading pattern 199
Fig. 12. Ultimate energy absorption capacity of the slit plates 199
Fig. 13. P-δy curves for angle between column and brace 200
Fig. 14. Ultimate energy absorption capacity of the slit plates 200
Fig. 15. P-δy curves for thickness of slit plate 201
Fig. 16. The yielding strength in proportion to thickness of slit plate 201
Fig. 17. Out-of plane deformation shape of 9mm plate 202
Fig. 18. P-δy curves for B/H ratio of slit plate 203
Fig. 19. P-δy curves for thickness of slit plate 203
Fig. 20. P-δy curves for number of damper attached to brace 204
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