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국문초록

목차

제1장 서론 16

1.1. 연구 배경 및 목적 16

1.2. 연구 범위 및 방법 18

제2장 지진대응 기술의 현황 20

2.1. 지진대응 기술의 필요성 20

2.1.1. 국내 지진의 피해 사례 20

2.1.2. 국외 지진의 피해 사례 24

2.2. 내진기술의 개념 및 방법 26

2.3. 제진구조의 분류 및 특징 29

2.4. 국내외 연구 동향 32

제3장 자동복원 마찰댐퍼의 거동 특성 37

3.1. 자동복원 마찰 댐퍼의 요소기술의 거동특성 37

3.1.1. 초탄성 형상기억합금의 이론적 특성 37

3.1.2. 폴리우레탄 스프링의 이론적 특성 39

3.2. 자동복원 마찰댐퍼의 재료실험 42

3.2.1. 초탄성 형상기억합금의 재료실험 및 결과분석 44

3.2.2. 폴리우레탄 스프링의 재료실험 및 결과분석 46

3.3. 자동복원 마찰댐퍼의 재료 수치해석 49

3.3.1. 스마트 재료의 수치해석 과정 50

3.3.2. 자동복원 마찰댐퍼의 재료 수치해석 결과 58

제4장 자동복원 마찰 댐퍼의 거동 62

4.1. 자동복원 마찰댐퍼의 거동 특성 62

4.1.1. 자동복원 마찰댐퍼의 설계 62

4.1.2. 자동복원 마찰댐퍼의 매커니즘 66

4.2. 자동복원 마찰댐퍼의 구조실험 69

4.2.1. 구조실험 결과 분석 73

4.2.2. 구조실험의 결과 비교 분석 79

제5장 자동복원 마찰댐퍼의 내진성능평가 81

5.1. 자동복원 마찰댐퍼의 수치해석 모델 및 방법 81

5.1.1. 댐퍼 및 골조 구조물의 수치해석 모델 81

5.1.2. 댐퍼 적용 골조 구조물의 비선형 시간이력 해석 92

5.1.3. 댐퍼 적용 골조 구조물의 수치해석 방법 95

5.2. 자동복원 마찰댐퍼의 수치해석 결과 분석 101

5.2.1. 층별 가속도의 결과 분석 102

5.2.2. 댐퍼 힘-변위의 결과 분석 110

5.2.3. 밑면 전단력-지붕변위의 결과 분석 118

5.2.4. 가새 응력의 결과 분석 127

제6장 결론 135

참고문헌 138

Abstract 145

표 2.1. 국내 내진설계 기준의 역사 26

표 2.2. 에너지 소산형 댐퍼의 분류에 따른 특징 31

표 3.1. 스테인리스 강재 물성치 50

표 4.1. 자동복원 마찰댐퍼의 Case ID 70

표 4.2. SPC0 인장 및 압축 최대하중, 회복력 73

표 4.3. SPC10 인장 및 압축 최대하중, 회복력 74

표 4.4. SPC20 인장 및 압축 최대하중, 회복력 75

표 4.5. SSPC0 인장 및 압축 최대하중, 회복력 76

표 4.6. SSPC10 인장 및 압축 최대하중, 회복력 77

표 4.7. SSPC20 인장 및 압축 최대하중, 회복력 78

표 5.1. 골조 모델에 사용된 재료 특성 87

표 5.2. 골조 모델에 사용된 재료 특성 87

표 5.3. 골조 구조물의 층별 단면 88

표 5.4. 지진 하중 매개변수 91

표 5.5. 골조 구조물에 적용된 41개 지반가속도 92

표 5.6. 골조 구조물에 적용된 41개 지반가속도 (계속) 93

표 5.7. 골조 구조물의 최종 지붕 변위 1 126

표 5.8. 골조 구조물의 최종 지붕 변위 2 126

그림 1.1. 연구의 프로세스 19

그림 2.1. 연도별 국내지진 발생 추이 21

그림 2.2. 국내 주요 지진 근원지 22

그림 2.3. 경주지진 피해 사례 23

그림 2.4. 포항지진 피해 사례 23

그림 2.5. 환태평양 불의 고리 24

그림 2.6. 동일본 대지진 피해 25

그림 2.7. 2010년 아이티 지진 피해 25

그림 2.8. 내진설계 구조 27

그림 2.9. 내진설계 구조별 지진의 규모에 따른 손상비용 29

그림 2.10. 제어방식에 따른 댐퍼의 분류 30

그림 2.11. 초탄성형상기억합금의 특성 및 실험결과 32

그림 2.12. 초탄성 형상기억합금 실험 전경 및 실험 후 시편 33

그림 2.13. 하이브리드 댐퍼의 설계 및 거동양상 34

그림 2.14. 가새골조에 적용된 하이브리드 댐퍼 34

그림 2.15. 폴리우레탄 스프링을 활용한 면진장치의 실험 전경 35

그림 2.16. 폴리우레탄의 응력-변형률 선도 및 거동 35

그림 2.17. 압축실험 시편 및 실험방법 36

그림 3.1. 형상기억 효과의 특성 38

그림 3.2. 폴리우레탄의 분자구조 39

그림 3.3. 폴리우레탄 스프링의 압축 거동 41

그림 3.4. ATC-24 로딩프로토콜 43

그림 3.5. 재료실험에 사용된 로딩프로토콜 43

그림 3.6. 와이어 시편 및 인장실험 전경 44

그림 3.7. 와이어 시편의 인장실험 결과 46

그림 3.8. 폴리우레탄 시편의 크기 및 실험 전경 47

그림 3.9. 선압축양에 변수를 두어 진행된 폴리우레탄 스프링 압축실험 힘-변위 그래프 48

그림 3.10. Uniaxial Steel02 재료 모델 51

그림 3.11. Uniaxial Elastic-No Tension 재료 모델 51

그림 3.12. Selfcentering 모델링의 거동 52

그림 3.13. Matlab 코드를 이용한 인장 실험 사이클의 분리 53

그림 3.14. 초탄성 형상기억합금의 와이어 실험에 대한 데이터파일 메커니즘 화면 54

그림 3.15. 폴리우레탄 재료모델의 거동 55

그림 3.16. 지능형 신소재 모델링의 알고리즘 57

그림 3.17. 스테인리스 와이어의 해석 그래프 및 실험 결과와의 비교 그래프 58

그림 3.18. 초탄성 형상기억합금 와이어의 해석 그래프 및 실험 결과와의 비교 그래프 59

그림 3.19. 0% 선압축 폴리우레탄 스프링의 해석 그래프 및 실험 결과와의 비교 그래프 60

그림 3.20. 10% 선압축 폴리우레탄 스프링의 해석 그래프 및 실험결과와의 비교 그래프 60

그림 3.21. 20% 선압축 폴리우레탄 스프링의 해석 그래프 및 실험결과와의 비교 그래프 61

그림 4.1. 자동복원 마찰댐퍼의 조립도 63

그림 4.2. 자동복원 마찰댐퍼의 설계 66

그림 4.3. 자동복원 댐퍼가 적용된 골조 구조물의 예측 거동 67

그림 4.4. 자동복원 마찰댐퍼의 인장압축 거동 68

그림 4.5. 재료조합별 댐퍼의 인장압축 거동 69

그림 4.6. 제작된 자동복원 마찰댐퍼 71

그림 4.7. 1000kN 베이스UTM을 활용한 댐퍼의 구조실험 전경 72

그림 4.8. 구조실험을 통한 SPC0의 힘-변위 그래프 73

그림 4.9. 구조실험을 통한 SPC10의 힘-변위 그래프 74

그림 4.10. 구조실험을 통한 SPC20의 힘-변위 그래프 75

그림 4.11. 구조실험을 통한 SSPC0의 힘-변위 그래프 76

그림 4.12. 구조실험을 통한 SSPC10의 힘-변위 그래프 77

그림 4.13. 구조실험을 통한 SSPC20의 힘-변위 그래프 78

그림 4.14. 구조실험을 통한 댐퍼의 에너지 소산 및 최대하중 경향 80

그림 5.1. 선행압축 0% 폴리우레탄 적용 댐퍼의 실험 및 해석 힘-변위 거동 81

그림 5.2. 선행압축 10% 폴리우레탄 적용 댐퍼의 실험 및 해석 힘-변위 거동 82

그림 5.3. 선행압축 20% 폴리우레탄 적용 댐퍼의 실험 및 해석 힘-변위 거동 82

그림 5.4. 골조 구조물의 XY 3차원도 84

그림 5.5. 골조 구조물의 XY 평면도 85

그림 5.6. 골조 구조물의 ZY 평면도 86

그림 5.7. 골조 구조물의 단면 및 유한요소 88

그림 5.8. 하중이 적용된 골조 모델 89

그림 5.9. 각 부재들의 안전성 및 적절성 90

그림 5.10. ASCE 7-22 코드에 의해 스케일링된 지반운동 스펙트럼 94

그림 5.11. 가새와 빔의 연결부 97

그림 5.12. 동적 지진하중을 받고 있는 골조 구조물 98

그림 5.13. 연구 결과에 사용된 지반 가속도 데이터 99

그림 5.14. 연구 결과에 사용된 지반 가속도 데이터 (계속) 100

그림 5.15. Cholame - Shandon Array #5의 X방향 층별 가속도 102

그림 5.16. Cholame - Shandon Array #5의 Y방향 층별 가속도 103

그림 5.17. Managua, ESSO의 X방향 층별 가속도 104

그림 5.18. Managua, ESSO의 Y방향 층별 가속도 105

그림 5.19. Aeropuerto Mexicali의 X방향 층별 가속도 106

그림 5.20. Aeropuerto Mexicali의 Y방향 층별 가속도 107

그림 5.21. Calexico Fire Station의 X방향 층별 가속도 108

그림 5.22. Calexico Fire Station의 Y방향 층별 가속도 109

그림 5.23. Cholame - Shandon Array #5의 X방향 댐퍼 힘-변위 그래프 110

그림 5.24. Cholame - Shandon Array #5의 Y방향 댐퍼 힘-변위 그래프 111

그림 5.25. Managua, ESSO의 X방향 댐퍼 힘-변위 그래프 112

그림 5.26. Managua, ESSO의 Y방향 댐퍼 힘-변위 그래프 113

그림 5.27. Aeropuerto Mexicali의 X방향 댐퍼 힘-변위 그래프 114

그림 5.28. Aeropuerto Mexicali의 Y방향 댐퍼 힘-변위 그래프 115

그림 5.29. Calexico Fire Station의 X방향 댐퍼 힘-변위 그래프 116

그림 5.30. Calexico Fire Station의 Y방향 댐퍼 힘-변위 그래프 117

그림 5.31. Cholame - Shandon Array #5의 X방향 밑면 전단력-지붕변위 그래프 118

그림 5.32. Cholame - Shandon Array #5의 Y방향 밑면 전단력-지붕변위 그래프 119

그림 5.33. Managua, ESSO의 X방향 밑면 전단력-지붕변위 그래프 120

그림 5.34. Managua, ESSO의 Y방향 밑면 전단력-지붕변위 그래프 121

그림 5.35. Aeropuerto Mexicali의 X방향 밑면 전단력-지붕변위 그래프 122

그림 5.36. Aeropuerto Mexicali의 Y방향 밑면 전단력-지붕변위 그래프 123

그림 5.37. Calexico Fire Station의 X방향 밑면 전단력-지붕변위 그래프 124

그림 5.38. Calexico Fire Station의 Y방향 밑면 전단력-지붕변위 그래프 125

그림 5.39. Cholame - Shandon Array #5의 X방향 가새 응력 127

그림 5.40. Cholame - Shandon Array #5의 Y방향 가새 응력 128

그림 5.41. Managua, ESSO의 X방향 가새 응력 129

그림 5.42. Managua, ESSO의 Y방향 가새 응력 130

그림 5.43. Aeropuerto Mexicali의 X방향 가새 응력 131

그림 5.44. Aeropuerto Mexicali의 Y방향 가새 응력 132

그림 5.45. Calexico Fire Station의 X방향 가새 응력 133

그림 5.46. Calexico Fire Station의 Y방향 가새 응력 134