좌굴방지가새(Buckling-Restrained Brace, BRB)는 지진하중을 받는 건축물 및 구조물에 적용되는 대표적인 횡력저항시스템 중 하나이다. BRB는 금속 코어와 좌굴을 억제하는 구속 메커니즘으로 구...

http://chineseinput.net/에서 pinyin(병음)방식으로 중국어를 변환할 수 있습니다.
변환된 중국어를 복사하여 사용하시면 됩니다.
https://www.riss.kr/link?id=T17561659
부산 : 동아대학교 대학원, 2025
학위논문(박사) -- 동아대학교 대학원 , ICT융합해양스마트시티공학과 , 2026. 8
2025
영어
부산
; 26 cm
지도교수: 김 동 건
I804:21008-200001026906
0
상세조회0
다운로드좌굴방지가새(Buckling-Restrained Brace, BRB)는 지진하중을 받는 건축물 및 구조물에 적용되는 대표적인 횡력저항시스템 중 하나이다. BRB는 금속 코어와 좌굴을 억제하는 구속 메커니즘으로 구...
좌굴방지가새(Buckling-Restrained Brace, BRB)는 지진하중을 받는 건축물 및 구조물에 적용되는 대표적인 횡력저항시스템 중 하나이다. BRB는 금속 코어와 좌굴을 억제하는 구속 메커니즘으로 구성되며, 코어는 압축 시 좌굴이 방지되는 동시에 인장 및 압축 영역에서 안정적이고 거의 대칭적인 이력거동을 나타내어 우수한 에너지 소산 성능을 발휘한다. 이러한 에너지 소산 성능의 크기는 코어의 횡방향 변형을 효과적으로 억제하는 구속부의 성능에 크게 좌우된다.
본 연구의 주요 목적은 신뢰성 있는 내진성능을 확보할 수 있는 지속가능형 좌굴방지가새를 개발하는 데 있다. 이를 위해 신속한 설치 및 해체가 가능한 조립식 구속부를 적용한 스테인리스강 조립형 좌굴방지가새(STS304-BRB)를 제안하였다. 제안된 시스템은 코어, 구속판 및 체결요소를 포함한 모든 구성요소를 스테인리스강으로 제작하였으며, 스테인리스강의 우수한 내식성과 현저한 반복경화 특성을 활용하여 향상된 반복거동, 장수명 성능 및 우수한 항복 후 강성을 확보하고자 하였다.
제안된 BRB 시스템의 설계 및 성능평가를 위하여 종합적인 실험 및 해석 연구를 수행하였다. 먼저, STS304 스테인리스강 및 SS275 탄소강의 시편에 대하여 단조 및 반복하중 실험을 수행하여 재료특성 평가를 실시하였다. 이를 통해 반복경화 거동 및 저주기 피로성능과 같은 주요 재료 특성을 분석하였으며, 수치해석에 적용하기 위한 구성방정식 모델을 보정 및 검증하였다.
이후, STS304 및 SS275 재료를 사용하여 동일 형상의 축소형 BRB 시험체 총 6개를 제작하고 반복가력 실험을 수행하여 두 재료군의 반복거동 특성을 비교·분석하였다. 실험 결과는 이력거동, 파괴모드, 에너지 소산능력, 강도보정계수(strength-adjustment factor) 및 항복 후 강성 측면에서 평가되었다. 또한, ABAQUS를 이용하여 구축한 유한요소해석 모델은 실험 결과와 전반적으로 유사한 결과를 나타내어 제안된 해석기법의 정확성과 신뢰성을 확인하였다.
부재 수준의 성능평가 이후에는 BRB가 적용된 골조 시스템에 대하여 대표 지진파를 이용한 비선형 시간이력해석을 수행하여 구조 시스템 수준에서의 내진성능을 평가하였다. 해석 결과를 통해 제안된 BRB시스템이 구조물의 지진응답 저감 및 구조적 회복탄성(resilience) 향상에 효과적임을 확인하였다. 마지막으로, 실험 결과 및 기존 문헌 데이터를 기반으로 머신러닝 모델을 구축하여 주요 영향인자를 이용한 BRB의 누적소성변형능력(Cumulative Plastic Deformation, CPD) 예측기법을 제안하였다.
본 연구에서 개발된 스테인리스강을 적용한 좌굴방지가새는 향후 구조물의 내진성능 향상뿐만 아니라, 우수한 내구성과 내식성을 갖춘 차세대 지진방재시스템 개발에 기여할 것으로 기대된다.
다국어 초록 (Multilingual Abstract)
Buckling-restrained braces (BRBs) is one of the lateral force-resisting systems for buildings and other structures subjected to seismic loads. The brace configuration consists of a metallic core and a restraining mechanism, where the core is preve...
Buckling-restrained braces (BRBs) is one of the lateral force-resisting systems for buildings and other structures subjected to seismic loads. The brace configuration consists of a metallic core and a restraining mechanism, where the core is prevented from buckling in compression while exhibiting stable and nearly symmetrical hysteretic behavior in both tension and compression, thereby providing high energy dissipation capacity. The magnitude of this energy dissipation is strongly governed by the effectiveness of the restraining units in confining the core against lateral deformation. The primary objective of this study is to advance sustainable buckling- restrained braces for reliable seismic protection systems. An all-stainless-steel assembled buckling-restrained brace (STS304-BRB) is investigated, featuring rapidly installable and removable restraining units. All components of the system, including the core, restraining plates, and fastening elements, are fabricated from stainless steel. This design utilizes the inherent corrosion resistance and pronounced cyclic-hardening characteristics of stainless steel to achieve enhanced cyclic performance, extended service life, and improved post-yield stiffness. To support the design and evaluation of the proposed BRB system, a comprehensive experimental and analytical program was conducted. Initially, a detailed material characterization study was performed in which small-scale coupons of STS304 stainless steel and SS275 carbon steel were tested under monotonic and cyclic loading. Key material properties, including cyclic hardening behavior and low-cycle fatigue performance, were evaluated, and corresponding constitutive models were calibrated and validated for numerical simulations. Subsequently, reduced-scale BRB component tests were carried out on six specimens, comprising two groups fabricated from STS304 and SS275 with identical geometries, to investigate and compare their cyclic performance. The experimental results were analyzed in terms of hysteretic response, failure modes, energy dissipation capacity, strength-adjustment factors, and post-yield stiffness. Finite element models developed in ABAQUS demonstrated strong agreement with the experimental observations, confirming the accuracy and reliability of the adopted modeling approach. Following the component-level investigation, the seismic performance of BRB-equipped frames was evaluated through nonlinear dynamic analysis under representative earthquake ground motions. The results provided insight into the system-level behavior and effectiveness of the proposed BRB in enhancing structural resilience. Finally, machine learning models were formulated using experimental and literature-based datasets to predict the cumulative plastic deformation (CPD) capacity of BRBs based on key influencing parameters. The developed stainless-steel BRBs are expected to contribute significantly to the advancement of resilient, durable, and corrosion-resistant seismic protection systems for built structures. Keywords: Buckling-restrained braces, lateral force-resisting systems, stainless- steel, low-cycle fatigue performance, hysteretic response, post-yield stiffness, finite element models, machine learning models
목차 (Table of Contents)