좌굴이 방지된 가새가 설치된 철골조 건물의 에너지 요구량

최현훈,김진구 한국지진공학회 2003 한국지진공학회논문집 Vol.7 No.2

본 연구에서는 지진하중에 의하여 철골 모멘트저항골조(MRF)와 좌굴이 방지된 가새골조(BRBF) 그리고 힌지로 접합된 좌굴이 방지된 가새골조(HBRBF)에서 발생하는 층별 이력에너지의 분포에 대하여 고찰하였다. 예제 구조물의 에너지 요구량을 산정하기 위하여 다른 지반조건에서 계측된 60개의 지진기록을 사용하였다. 해석결과에 따르면 MRF와 BRBF에서의 이력에너지는 밑면에서 최대가 되고 상부층으로 갈수록 점진적으로 감소하여, 상부층에서는 부재의 이력거동이 거의 발생하지 않았다. 그러나 HBRBF에서의 층별 이력에너지는 구조물의 높이에 따라 상대적으로 균등하게 분포하였으며, 이러한 경우 손상이 한 층에 집중적으로 발생하지 않아 다른 시스템에 비하여 보다 바람직하다고 할 수 있다. 연암 지반, 연약한 토사, 단층 근처의 지반 조건에 따른 에너지의 분포형태는 거의 동일하게 나타났다. In this study, a story-wise distribution of hysteretic energy in steel moment resisting framse(MRF), buckling restrained braced frames(BRBF), and hinge-connected framed structures with buckling restrained braces(HBRBF) subjected to various earthquake ground excitations was investigated. Sixty earthquake ground motions recorded in different soil conditions were used to compute the energy demand in model structure. According to analysis results, the hysteretic energy in MRF and BRBF turned out to be the maximum at the base and monotonically diminishes with increasing height. However the story-wise distribution of hysteretic energy in HBRBF was relatively uniform over the height of the structure. In this case damage is not concentrated in a single story, and therefore it is considered to be more desirable than other systems. The story-wise energy distribution pattern under three different soil types turned out to be approximately the same.

무용접 좌굴방지재로 보강한 철골 가새의 구조거동

김선희,문지영,최성모,Kim, Sun Hee,Moon, Ji Young,Choi, Sung Mo 한국강구조학회 2015 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.27 No.2

철골 중심 가새골조는 최소의 물량으로 건물의 횡력에 대한 저항력을 확보할 수 있는 매우 효과적인 시스템이다. 그러나 중심가새 골조는 탄성거동을 전제로 풍하중에 대한 구조시스템으로 비탄성거동을 수반하는 지진하중에 대해서는 가새 좌굴 이후의 에너지 소산능력저하와 반복하중 하에 가새 및 접합부의 취성파단 가능성이 제기된다. 그로 인해 가새의 좌굴이 최초로 발생한 층에 소성변형이 집중되어 연약층 발생에 의한 건물의 붕괴로 이어질 가능성이 높다. 따라서 본 논문에서는 기 설치된 H형 가새를 무용접 냉간성형보강재로 보강하여 휨-좌굴을 억제하고 인장력과 압축력에 동일한 강도를 확보하는 보강안에 대한 연구를 진행하였다. A concentrically braced steel frame is a very efficient structural system because it requires relatively smaller amount of materials to resist lateral forces. However, primarily developed as a structural system to resist wind loads based on an assumption that the structure behaves elastically, a concentrically braced frame possibly experiences the deterioration in energy dissipation after brace buckling and the brittle failure of braces and connections when earthquake loads cause inelastic behavior. Consequently, plastic deformation is concentrated in the floor where brace buckling occurs first, which can lead to the rupture of the structure. This study suggests reinforcing H-shaped braces with non-welded cold-formed stiffeners to restrain flexure and buckling and resist tensile force and compressive force equally.

초탄성 형상기억합금을 활용한 좌굴방지 가새프레임 구조물의 지진거동 및 성능평가

허종완,Hu, Jong Wan 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.3

최근에는 초탄성 형상기억합금을 구조물 일부에 설치하여 지진과 같은 외부 충격하중으로 인해 발생되는 영구적인 소성 변형을 줄이고 자동치유가 가능한 변위제어 시스템을 개발하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 초탄성 형상 기억합금은 상당량의 변위를 가하더라도 별도의 열처리 없이도 상온에서 단지 하중만을 제거하여도 원형으로 복원이 가능한 독특한 합성 금속재료이다. 뼈대 구조물에서 변형이 집중이 되는 부위에 기존에 사용된 강재를 대신하여 초탄성 형상기억합금을 사용한다면 시스템의 복원 효과를 극대화 시킬 수 있다. 따라서 본 연구는 내진성능이 우수한 좌굴방지 가새프레임에 초탄성 형상기억합금 소재를 접목시킨 새로운 구조 시스템을 제안하고 자 한다. 본 연구에서 제안된 구조시스템의 성능을 검증하기 위하여 현재 사용되는 설계코드를 참고하여 6층의 가새프레임 빌딩을 설계를 하고 2차원적인 유한요소 프레임 모델에 각각의 지진 위험도 레벨의 가속도 데이터를 사용하여 비선형 동적 해석을 실시하였다. 해석결과를 바탕으로 초탄성 형상기억합금 가새시스템을 사용한 프레임 구조물과 기존의 가새시스템을 성능적인 측면에서 서로 비교하였다. 해석결과는 지진하중 이후에 초탄성 형상기억합금 가새시스템은 구조물에 잔류 처짐을 감소하는데 매우 효율적임을 보여주고 있다. The researches have recently progressed toward the use of the superelastic shape memory alloys (SMAs) to develop new smart control systems that reduce permanent deformation occurring due to severe earthquake events and that automatically recover original configuration. The superelastic SMA materials are unique metallic alloys that can return to undeformed shape without additional heat treatments only after the removal of applied loads. Once the superelastic SMA materials are thus installed at the place where large deformations are likely to intensively occur, the structural system can make the best use of recentering capabilities. Therefore, this study is intended to propose new buckling-restrained braced frames (BRBFs) with superelastic SMA bracing systems. In order to verify the performance of such bracing systems, 6-story braced frame buildings were designed in accordance with the current design specifications and then nonlinear dynamic analyses were performed at 2D frame model by using seismic hazard ground motions. Based on the analysis results, BRBFs with innovative SMA bracing systems are compared to those with conventional steel bracing systems in terms of peak and residual inter-story drifts. Finally, the analysis results show that new SMA bracing systems are very effective to reduce the residual inter-story drifts.

좌굴방지가새가 설치된 철골건물의 초과강도계수

김진구,박준희 한국지진공학회 2004 한국지진공학회논문집 Vol.8 No.6

본 논문에서는 좌굴방지 가새 (BRBF)가 설치된 중저층 철골조 구조물의 초과강도계수를 평가하였다. 해석 모델의 설계변수로는 건물의 층 수, 경간의 길이, 가새의 항복강도, 지진하중의 크기, 반응수정계수 등 다양하게 설정하였다. 초과강도계수는 ATC-19에서 제시하고 있는 방법에 따라 정적 비탄성해석을 이용하여 산정하였다. 해석결과에 따르면 본 연구에서 구한 BRBF의 초과강도계수는 AISC/SEAOC에서 BRBF에 관하여 제시한 초과강도계수 값보다 전체적으로 크게 나타났다. In this study the overstrength factors of medium to low-rise bucking restrained braced frames (BRBF) were evaluated. Various design variables, such as number of stories, span length, yield strength of the brace, level of earthquake load, and the response modification factors. The overstrength factors were obtained using the nonlinear static analysis following the procedure proposed by ATC-19. According to the analysis results, the overstrength factors obtained from this study were generally larger than those proposed in 'AISC/SEAOC Recommended Provisions for BRBF'

무용접 냉간성형 조립재로 보강한 H형강 가새의 압축거동

김선희,김도범,최성모,Kim, Sun Hee,Kim, Do Bum,Choi, Sung Mo 한국강구조학회 2015 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.27 No.2

최근 구조물의 내진설계 기준이 2009년도 개정되면서 내진설계기준이 점차 구체화 되고 있다. 이에 따라 내진설계기준이 반영되지 않았거나 현재의 기준을 만족시키지 못하는 국내 구조물에 대해 재 검토 될 필요가 있다. 특히 중 저층 구조물의 경우 횡력 저항 요소는 대부분 가새에 의해 설계되어 있다. 즉 현재 사용 중인 가새가 반복적인 지진하중에도 전체 구조물의 안정성을 확보할 수 있도록 합리적인 보강방안이 구체화 될 필요가 있다. 본 연구에서는 무용접 냉간성형 강재로 조립된 압축가새의 구조적 성능과 거동을 분석하고자 한다. 실험변수는 보강길이 그리고 보강단면 비를 중점으로 구조실험을 수행하였다. 따라서 본 연구에서는 세장한 H형강 가새의 휨좌 굴을 억제하여 압축내력을 발휘토록 보강방안을 제안하였고, 보강안의 압축거동을 검증하기 위해 세장비와 보강량을 변수로 구조 성능 실험을 수행하여 강도, 강성, 변형성능과 파괴거동의 분석을 수행하였다. Recently, Seismic performance of the building built in the past is required to review, because the code for seismic design have been reinforced. In 2009, if the revised latest criteria of seismic design is applied, the majority the steel structure of the low-rise concentrically braced system is short of the seismic performance. Also, when the steel braces are subject to compressive load, which causes unstable behavior of the structure. In order to verify the compressive behavior of the reinforced braces, structural performance test was conducted with variables of slenderness ratio and the amount of reinforcement. Therefore, this study suggests restraining the bending buckling of slender H-shaped braces to resist compressive force. In order to verify the compressive behavior of the reinforced braces, structural performance test was conducted with variables of slenderness ratio and the amount of reinforcement.

다중 가진에 대한 구조물의 지진응답 평가

최현훈,김진구 한국지진공학회 2008 한국지진공학회논문집 Vol.12 No.6

구조물의 응답에 대한 잔류변위의 영향을 평가하기 위하여, 초기 잔류변형이 있는 상태에서 작용하는 설계지진에 대한 좌굴방지 가새골조(BRBF)와 특수 모멘트골조(SMRF)의 응답을 평가하였다. 초기 잔류변형은 구조물에 두 가지 방법으로 적용하였다. 첫 번째 방법은 첫 지진에 대하여 구조물이 정지 상태에 도달한 이후 같은 크기의 지진을 적용하는 것이다. 두 번째 방법은 소요 잔류층간 변형이 발생할 때까지 일방향으로 가력한 다음 지진하중을 적용하였다. 해석결과에 따르면 초기 잔류층간변위는 BRBF와 SMRF의 응답에 큰 영향을 주었다. SMRF 시스템보다 BRBF의 응답이 초기 잔류변형에 크게 의존하였다. 그러므로 지진발생 이후 보수비용을 최소화하기 위하여 잔류층간변위를 줄이는 것이 필요하다. To investigate the effects of residual displacement, the structural responses of buckling-restrained braced frames (BRBF) and special moment-resisting frames (SMRF) were evaluated for design-based excitations following an application of initial residual drift. The initial residual drift was applied to the structure in two ways. The first way was to simply apply the same earthquake record to the structure twice, with an appropriate pause between applications to allow the structural response from the first record to return to zero. The second way to apply the initial residual drift was to apply a pushover to the structure until it arrives at the desired residual drift value. According to the analysis results, the initial residual drifts had a significant effect on the responses of steel BRBF and SMRF. The responses of BRBF were more highly dependent on the initial residual deformation than the responses of SMRF. Therefore, in order to minimize the post-event repair cost, a reduction of residual drift is required.

FRP, 알루미늄 등 신소재를 이용한 철골가새의 무용접 좌굴방지보강

문지영(Moon, Ji-Young),이원식(Lee, Weon-Sik),권윤상(Kwon, Yoon-Snag),이상우(Lee, Sang-Woo),최성모(Choi, Sung-Mo) 대한건축학회 2013 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.33 No.1