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남광식(Gwang-Sik Nam),정영석(Yeong-Seok Jeong),허소현(So-Hyeon Heo),권민호(Minho Kwon) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.9
본 연구에서는 변압기 내진성능을 확보하기 위해 면진장치에 따른 지진 저감성능과 특성을 평가하기 위한 수치해석을 수행하였다. 해석에 적용한 면진장치는 마찰진자면진장치(FIP)와 납-고무면진장치(LRB)이며 각 면진장치를 유한요소해석 프로그램을 사용하여 수치해석 모델화하였다. 또한, 변압기의 형상적 특성을 고려하기 위해 수치해석 모델링한 변압기의 형상과 하중이 실제 변압기와 유사하도록 모델링을 수행하였다. 변압기 해석모델에 마찰진자면진장치와 납-고무면진장치를 적용하여 동적해석을 수행하기 위해 내진설계기준 공통적용사항과 ICC-ES AC156의 응답스펙트럼을 참고하여 생성한 인공지진파를 해석에 적용하였다. 해석결과 면진장치가 적용되지 않은 해석과 비교하였을 때 마찰진자면진장치를 적용한 변압기에서 발생한 가속도 감쇠율은 75%로 나타났으며 납-고무면진장치를 적용한 변압기의 응답가속도 감쇠율은 최소 42%로 나타나 마찰진자면진장치가 납-고무면진장치에 비해 가속도 응답면에서 우수한 결과를 보였다. 또한, 면진장치를 적용하였을 때 발생하는 변압기의 회전을 검토하기 위해 가속도가 작용할 때 변압기 좌우측의 상대변위를 측정하였다. 이때 납-고무면진장치가 마찰진자면진장치에 비해 변압기의 회전이 큰 것으로 나타나 납-고무면진장치의 설치를 고려할 때 면진 대상구조물의 회전에 대한 적절한 대응책의 마련이 필요할 것으로 보인다. In this study, a numerical analysis was performed to evaluate the seismic reduction performance and characteristics of a seismic isolator used to ensure the performance of the transformer under seismic conditions. The seismic isolators used in this analysis were the Friction Isolation Pendulum(FIP) and the Lead-Rubber Bearing (LRB). Each seismic isolator was modeled using a numerical analysis program. To consider the characteristics of the transformer, the model in the simulation was made similar to the actual shape of the transformer. To perform dynamic analysis, artificial seismic waves were generated and targeted onto the transformer by referring to the response spectrums for common applications from the seismic design standards and the ICC-ES AC156. In the dynamic analysis of the model, the FIP showed better results in terms of acceleration response than the LRB. Also, in the analysis, the LRB showed bigger rotational deformation as compared to the FIP. Therefore, appropriate countermeasures against the rotational deformation of the structure are required while installing the LRB.
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내부충진을 통한 벨크로 보강재의 성능향상에 대한 실험적 연구
정영석(Jeong, Yeong-Seok),권민호(Kwon, Minho),김진섭(Kim, Jin-Sup),남광식(Nam, Gwang-Sik) 대한토목학회 2021 대한토목학회논문집 Vol.41 No.4
다층 구조물의 경우 1층이 연약한 경우 지진 시 1층에 변형이 집중되어 기둥 부재에 심각한 손상이 발생하거나 파괴되어 구조물이 붕괴하는 사례가 발생하게 된다. 국내의 경우 포항지진 당시 필로티 구조물의 손상사례를 예로 들 수 있다. 2016년 국립재난 안전연구원의 “국내 비내진 건축물의 내진보강공법 조사 및 소요비용 분석 연구”에 따르면 민간 철근콘크리트조 건축물 중 주택의 내진화 비율은 38.3 %고, 그 중 2층 구조물 7.1 %에서 6층 96.3 % 그 외 99.4 %로 2~5층 구조물의 경우 내진비율이 50 %이하로 저조한 것으로 보고하였다. 이에 정부는 지원사업을 통해서 내진화율을 개선코자 하고있으나, 종래의 보강법은 여전히 시공비용이 고가이고 긴급시공이 어려운 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 2014년 국토교통부의 연구사업을 통해서 개발된 저렴하고 긴급시공이 가능한 벨크로를 사용한 내진보강법의 성능을 개선하고자 벨크로와 콘크리트 기둥 사이에 고발포의 경질 우레탄 내부 충진을 통해서 벨크로의 초기긴장력을 도입하고, 이를 통해서 콘크리트 구속효과에 따른 벨크로의 연성보강성능 개선을 목표로 이를 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 시험체의 최대 연성도를 통한 평가에서 벨크로 내진 보강재의 최대 연성도 증진 효과를 재확인할 수 있었다. 에너지 소산 능력을 통한 평가에서는 VELCRO1 대비 VELCRO2 눈에 띄는 개선을 보인 반면, VELCRO1와 VELCRO2 시험체의 최대 연성도는 큰 차이를 보이지 않았다. 결과적으로 충진재가 사용된 VELCRO2 시험체에서 에너지 소산 능력은 크게 증진되었으나, 최대 연성도 평가에서 최대변위(Δmax)의 증가가 크지 않은 것을 확인하였다. 따라서 내부 충진재 재료의 개선과 균일한 충진재 시공을 개선의 필요성이 확인되었다. During the earthquake, for multi-story structure, if the first floor is soft, the deformation will concentrate on that floor causing a serious damage to the column members which might leads to the collapse of the whole structure like Piloti structure during the Pohang earthquake in Korea. According to the 2016 National Disaster Management Research Institute"s “Investigation of Seismic Reinforcement and Cost Analysis of Domestic Non-seismic Buildings”, the rate of seismic resistance of private reinforced concrete buildings was 38.3 %. Among them, it was reported that the seismic-resistance ratio of the two to five-story structures was less than 50%. Accordingly, the government is trying to improve the seismic rate through support projects, but the conventional seismic reinforcement methods are still expensive, and emergency construction is difficult. Therefore, in this study, the field applicability was evaluated by improving the reinforcement method using Velcro, which was developed through the research project of the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs in 2014. In order to improve the performance of the Velcro reinforcement method, introducing the initial tension of Velcro using high foaming rigid urethane filling between the Velcro and concrete of the columns was applied. Additionally, an experiment was conducted to evaluate the ductility of Velcro specimen from the concrete confinement effect. As a result, the ductility of the Velcro specimen was improved compare to Normal specimen. However, the energy dissipation capacity of VELCRO2 is better than VELCRO1, yet the maximum ductility of those two specimens did not show a significant difference. Therefore, the improvement of the internal filler material is still needed to have a better maximum ductility.
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