감쇠 성능 변화에 따른 탄성 복원 진동 제어 장치의 성능평가 연구 = - A Study on the Performance Evaluation of Elastic Restoration Vibration Control System according to Damping Performance Changes -

국문 초록 (Abstract)

최근 지진에 의한 구조물 피해가 빈번히 발생함에 따라, 반복적인 진동 하중 하에서도 구조물의 안전성과 복원력을 유지할 수 있는 진동 제어 기술의 필요성이 점차 증가하고 있다. 본 연구에서는 자동 복원 능력을 갖춘 진동 제어 장치를 개발하기 위해, 점탄성 거동을 지닌 폴리우레탄 압축재를 적용한 제진 시스템을 제안하고, 그 구조적 성능을 반복하중재 하실험을 통하여 확인하였다. 본 진동 제어 장치는 상·하부에 폴리우레탄 압축재를 각각 1개씩 설치 하고, 인장재로는 강재(Steel Wire) 및 초탄성 형상기억합금(Superelastic Shape Memory Alloy, SSMA)을 적용하여 비교하였으며, 납 전단재를 병 렬로 배치하여 연속적인 에너지 소산 특성을 유도하였다. 폴리우레탄은 속도 의존적 특성을 고려하여 다양한 재하속도 조건에서 반복 압축 실험 을 수행하여 최적의 형상을 고안하였고, 구조물의 초기 강성을 조절하기 위한 선압축 조건도 변수로 설정하였다. 실험 결과, 강도 측면에서는 납 전단재와 선압축이 복합적으로 적용된 사례에서 가장 우수한 성능을 나타냈으며, 특히 Steel L10 케이스는 최대 85.862kN의 하중 저항 성능을 기록하였다. 에너지 소산력에 있어서도 납 전단재가 적용된 경우 평균적으로 약 25~30%의 성능 향상이 확인되었으 며, SSMA 인장재의 활용은 높은 반복성에도 불구하고 Steel 인장재에 비 해 우수한 복원 성능을 나타냈다. 잔류변형 측면에서는 폴리우레탄 스프 링의 경우 대부분의 Case에서 평균 1mm 이하의 변형을 기록하였고, 인 장재 또한 반복하중 후 평균적으로 낮은 잔류변형을 보여 자동 복원 기 능을 만족시킬 수 있음을 입증하였다. 본 연구에서 제안된 자동 복원형 진동 제어 장치는 고강도, 고에너지 소 산성, 저잔류변형의 특성을 종합적으로 확보하였으며, 기존의 외부 전원 의존형 감쇠 장치와 달리 수동적이면서도 반복적 하중에 대해 안정적으 로 작동할 수 있는 장점이 있다. 이러한 장치는 향후 고층 건축물, 교량, 플랜트 구조물 등에 적용되어 내진 및 제진 성능을 강화하고, 구조물의 유지관리 효율성 및 재난 대응 능력을 제고하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 주제어 : 감쇠장치, 에너지 소산력, 잔류변형, 자기복원(Self-Centering), 선압축

목차 (Table of Contents)

• 국문초록· i
• 목 차 ii
• 표 목 차 iii
• 그림목차 iv
• 제 1장 서론·1
• 1.1. 연구 배경 및 목적1
• 1.2. 연구 범위 및 방법5
• 1.3. 연구 동향 8
• 제 2장 진동 제어 장치의 필요성 및 한계13
• 2.1. 진동 제어 장치의 필요성·13
• 2.2. 진동 제어 장치의 기술 현황 및 한계17
• 제 3장 탄성 복원 진동 제어 장치의 특성20
• 3.1. 폴리우레탄 압축재의 특성20
• 3.1.1. 폴리우레탄 압축재의 거동 특성20
• 3.1.2. 폴리우레탄 압축재의 반복 압축 실험·22
• 3.2. 형상기억합금 인장재의 특성 25
• 3.2.1. 형상기억합금 인장재의 거동 특성·25
• 3.2.2. 형상기억합금 인장재의 반복 인장 실험27
• 3.3. 납 전단재의 특성29
• 3.3.1. 납 전단재의 거동 특성29
• 3.3.2. 납 전단재의 반복 전단 실험 31
• 목 차(계속)
• 제 4장 탄성 복원 진동 제어 장치의 구조 실험 및 성능 평가 35
• 4.1. 탄성 복원 진동 제어 장치의 설계35
• 4.2. 탄성 복원 진동 제어 장치의 구조 실험 및 결과·37
• 4.3. 탄성 복원 진동 제어 장치의 구조 성능 평가·44
• 4.3.1. 최대 하중 저항 성능·44
• 4.3.2. 에너지 소산 능력·47
• 4.3.3. 복원 성능50
• 제 5장 결론53
• 참고문헌56
• Abstract61