강봉 댐퍼의 연결보 적용을 위한 이력 거동 및 변위 의존성 평가 = Evaluation of Hysteretic Behavior and Displacement Dependency of Steel Rod Dampers for Application to Coupling Beams

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 기존 강판 댐퍼의 한계인 면외 좌굴 문제를 개선하기 위해 조립형 강봉 댐퍼를 제안하였다. 또한, 강봉 댐퍼를 전단벽식 구조물의 연결보에 적용하여 내진성능을 종합적으로 평가하였다. 일차적으로 강봉 댐퍼의 단면 형상과 형상비를 변수로 설정하여 변위 의존성 시험을 수행하였다. 그 결과 최적의 성능을 확보할 수 있는 단면 상세를 도출하였다. 이후 최적화된 강봉 댐퍼를 연결보 시스템에 적용하여 강봉 스트럿의 개수 변화에 따른 이력 거동을 반복가력 실험으로 분석하였다.
연구결과 제안한 강봉 댐퍼는 건축물 내진설계기준(KDS 41 17 00)이 요구하는 변위 의존성 조건을 모두 만족하는 것으로 평가되었다. 형상비 13.7의 원형 단면이 강도, 연성, 에너지 소산 측면에서 가장 균형적인 성능을 보였다. 연결보 시스템 평가에서는 강봉 스트럿의 개수와 배열이 전체 하중 전달 및 에너지 소산능력을 결정하는 핵심 설계 변수임을 확인하였다. 강봉 스트럿 개수가 증가할수록 강도와 에너지 소산능력이 향상되었다. 특히, 강봉 스트럿 4개 적용 시 반복 이력에 대한 좌굴 저항 능력이 우수하고 안정적인 이력 거동을 나타내었다. 결과적으로 제안된 강봉 댐퍼는 반복적인 비탄성 변위 환경에서도 높은 강도 유지와 효율적 에너지 소산이 가능한 내진보강 요소로 평가되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study introduces an assembled steel rod damper designed to address the issue of out-of-plane buckling, a drawback of traditional steel plate dampers. The seismic performance of the steel rod damper was thoroughly assessed by integrating it into the coupling beams of a shear wall structure. Initially, displacement-dependent tests were performed, varying the cross-sectional shape and aspect ratio of the steel rod damper. The findings identified a cross-sectional configuration that optimized performance.
The optimized steel rod damper was then implemented in a coupling beam system, and its hysteretic behavior was analyzed through cyclic loading tests, varying the number of steel rods.
The results indicated that the proposed steel rod damper meets all displacement dependency requirements outlined by the Seismic Design Standard for Buildings (KDS 41 17 00). A circular cross-section with an aspect ratio of 13.7 exhibited the best balance of strength, ductility, and energy dissipation.
Furthermore, the evaluation of the coupling beam system revealed that the number and arrangement of steel rod struts are critical design factors influencing overall load transfer and energy dissipation capacity. Increasing the number of struts enhanced both strength and energy dissipation. Particularly, with four steel rod struts, the damper demonstrated excellent buckling resistance under cyclic loading, along with stable hysteresis behavior. Ultimately, the proposed steel rod damper proved to be an effective seismic retrofitting element, maintaining high strength and efficiently dissipating energy during repeated inelastic displacements.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 연구배경 1
• 제 2 절 연구목적 5
• 제 3 절 연구내용 및 방법 6
• 제 2 장 기존 연구 및 이론적 고찰 9
• 제 1 절 건축물 내진설계 9
• 제 2 절 건축물에 적용 가능한 감쇠장치 11
• 제 3 절 국내 감쇠 시스템 기술 동향 14
• 제 3 장 인방형 감쇠장치 18
• 제 1 절 일반사항 18
• 제 2 절 감쇠 시스템 19
• 1. 감쇠장치의 특징 19
• 2. 감쇠장치의 구조성능 21
• 제 3 절 소결 23
• 제 4 장 감쇠장치 성능검증실험 – Part 1 24
• 제 1 절 일반사항 24
• 제 2 절 시험방법 및 평가항목 25
• 1. 지진하중시험 순서 및 방법 25
• 2. 변위 의존형 감쇠장치의 성능평가 기준 26
• 제 3 절 실험계획 27
• 1. 실험체 상세 계획 27
• 2. 실험 상세 계획 31
• 3. 재료시험 33
• 제 4 절 반복가력실험 36
• 1. 하중-변위 관계 및 파괴형상 36
• 2. 실험결과 분석 45
• 제 5 절 소결 54
• 제 5 장 감쇠장치 성능검증실험 – Part 2 56
• 제 1 절 일반사항 56
• 제 2 절 실험체 상세 계획 58
• 제 3 절 실험계획 60
• 1. 재료시험 60
• 2. 하중 프로토콜 60
• 3. 실험 Set-up 계획 61
• 제 4 절 반복가력실험 64
• 1. 하중-변위 관계 및 파괴형상 64
• 2. 하중-변위 관계 분석 72
• 3. 강성 저하 75
• 4. 에너지 소산 면적 비교 78
• 제 5 절 소결 82
• 제 6 장 결 론 84
• 참고문헌 86
• Abstract 88