제강슬래그 기초지진격리장치의 지진하중 저감효과

손수원,전홍우,류정호,김진만 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.1

Seismic isolation systems including Laminated Rubber Bearing(LRB) and Friction Pendulum System(FPS) have been being used toimprove the seismic performance of bridge structures. This paper studied the seismic load reduction effect of a steel slag-based seismicfoundation isolation system by using 1-G shaking table tests. The result shows that ground acceleration reduces significantlythrough soft clay ground to the foundation isolation system, and it further reduces through the foundation isolation system. Numericalanalyses show similar results. These results show that the seismic foundation isolation system is effective in seismic performanceimprovement of bridge structure. 교량 구조물의 내진성능을 향상하기 위해 Laminated Rubber Bearing(LSB)과 Friction Pendulum System(FPS) 등의 다양한 종류의지진격리장치가 사용되고 있다. 본 연구에서는 LSB와 FPS와 달리 설치비용과 운반비용을 절약할 수 있는 제강 슬래그를 이용한기초지진격리장치를 연구하였으며, 1-G 진동대 시험을 이용하여 기초지진격리장치의 지진하중저감효과를 분석하였다. 연구결과,기반암에서 기초지진격리장치까지 도달하는 동안 연약점토지반에서 상당한 진동 감소가 발생했으며, 기초지진격리장치를 통과하면서 가속도가 추가로 감소되는 효과를 보였다. 진동대 실험과 함께 수행된 수치해석은 실험과 유사한 결과를 나타냈다. 이러한 결과는 기초지진격리장치가 교량구조물의 내진성능을 개선하는 효과가 있다는 것을 보여준다.

LRB, FPS 지진격리시스템의 지진응답특성 비교연구

이경진,함경원 한국지진공학회 2009 한국지진공학회논문집 Vol.13 No.4

본 연구에서는 원전 주제어실의 층 지진격리시스템에 대한 지진동 저감성능과 적용성을 평가하기 위해서 실험연구를 수행하였다. 층 지진격리시스템에 적용하기 위해서 납-고무 베어링(LRB)과 마찰진자장치(FPS)를 설계하고 제작하였다. 제어 캐비닛과 액세스 플로어로 구성된 원전 주제어실 부분 실험모형을 제작하여 납-고무 베어링과 마찰진자장치를 각각 설치하여 진동대 실험을 수행하여 지진응답특성을 비교, 평가하였다. 실험을 위해서 원전 주제어실의 운전기준지진(OBE)과 안전정지지진(SSE)의 수평방향 층응답 스펙트럼을 이용하여 인공지진 시간이력을 만들어서 진동대 실험에 사용하였다. 입력지진에 대한 실험모형의 지진응답은 마찰진자장치를 적용한 경우 상대적으로 우수한 지진동 저감특성을 나타냈다. An experimental study was performed to evaluate seismic reduction performance and the applicability of 2-dimensional floor isolation system to the main control room of a nuclear power plant. A lead-rubber bearing (LRB) and a friction pendulum system (FPS) were designed and fabricated for a 2-dimensional floor isolation system. A partial experimental model of a main control room with the LRB and FPS was tested using a shaking table. The experimental model consisted of a control panel, a 2.5m{\times}2.5m access floor, and four LRB and FPS. The artificial time histories based on the horizontal floor response spectrums (OBE, SSE) of the main control room were used as earthquake input signals. Compared to the non-isolated system, the seismic response of experimental models using a 2-dimensional floor isolation system showed considerable seismic reduction performance against an earthquake.

기초격리된 구조물의 내진성능평가를 위한 실험기법

윤정방,정우정,김남식,김두훈 한국지진공학회 1997 한국지진공학회논문집 Vol.1 No.4

본 연구에서는 다양한 입력지진에 대해서 기초격리된 구조물의 내진성능 평가를 위해서 진동대실험과 유사동적실험을 수행하였다. 본 논문의 목적은 다음과 같다. 하나는 진동대실험을 통하여 강한 지진의 발생시 저층의 구조물에 대한 기초격리시스템의 내진성능을 평가하는 것이고 다음으로는 진동대실험결과와 비교하여 기초격리시스템에 대한 유사동적실험기법의 적용성 및 신뢰성을 증명하는 것이다. 진동대실험은 적층고무받침을 이용하여 기초격리된 1/4 축소모형의 3층 철골구조물의 대상으로 하였다. 유사동적실험에서는 부분구조기법을 사용하여 단지 기초격리시스템만을 대상으로 실험되며 전체구조물의 지진응답은 컴퓨터 내에서 직접적분을 이용하여 계산된다. 진동대실험결과와 비교할 때 부분구조기법을 사용한 유사동적실험은 기초격리된 구조물의 동적응답 평가에 매우 효과적임을 알 수 있었다. 또한 대부분의 하중하에서 기초격리장치가 사용된 구조물의 경우에는 지진응답이 현저히 감소하는 것을 알 수 있었으나, 장주기파의 성분이 강한 지반운동에 대해서는 감소의 폭이 크지 않았다. 그러나 여러 지반조건에 대하여 UBC 시방서에서 규정한 설계하중에 대하여는 진동감소효과가 우수함을 보인다. This paper describes a series of shaking table and pseudodynamic tests for evaluation of seismic performance of base-isolated structures subjected to various seismic earthquake inputs. The main objectives of this study are : (1) evaluation of the effectiveness of base-isolation systems for low-rise structures against severe seismic loads through shaking table tests, (2) verification of the substructuring pseudodynamic test method for the base-isolated structures in comparison with the shaking table test results. In the shaking table test, a quarter scaled three-story structure base-isolated by laminated rubber bearings is tested. In the pseudodynamic test, only the laminated rubber bearing s are tested using the substructuring technique, while the concurrent seismic responses of the superstructure are computed using on-line numerical integration. Comparison with the shaking table test results indicates that the substructuring pseudodynamic test method is very effective for determining the dynamic responses of the base-isolated structure.

지진격리장치를 갖는 PSC I형 거더교량의 지진거동 특성 및 경제성 분석

신영석,박장호,최광수,홍순호,Shin, Yung-Seok,Park, Jang-Ho,Choi, Kwang-Soo,Hong, Soon-Ho 한국전산구조공학회 2008 한국전산구조공학회논문집 Vol.21 No.2

지금까지의 지진 관련 연구는 주로 교량 받침 자체의 성능개선이 주요 관심 과제였으나, 본 논문에서는 받침 종류에 따라 교량에 미치는 전반적인 지진거동 특성을 분석하고 교량 공사비에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 실무에서 많이 적용되는 PSC I형 교량에 대해 교량받침의 종류를 변화시키며 교각 높이를 매개변수로 하여 상시 및 지진해석을 수행하였다. 특히 지진해석을 통해 산출한 단면력을 고려하여 PSC I형 교량받침의 변위, 지진하중에 의한 교각 기둥의 직경, 상부여유 간격 등의 변화를 분석하였다. 고교각인 경우 탄성받침보다는 지진격리장치를 적용하는 것이 지진에 의한 상부구조의 이동량을 줄여 신축이음장치의 규격을 줄일 수 있으므로 차량의 주행성 및 교량의 유지관리 측면에서 바람직 할 것으로 판단되었고, 교량 하부 구조 단면이 축소되어 미관개선 및 경제성 개선의 효과가 있는 것으로 분석되었다. 결국, PSC I형 교량받침 설계시 일률적으로 탄성받침을 적용하는 것보다 정밀한 내진해석을 통해 지진격리장치를 적용하는 것이 구조적정성 측면 및 공사비 측면에서 타당하다는 결론에 도달하였다. The research so far has primarily analyzed efficiency improvement but in this research, it analyzes the characteristics of earthquake behavior, with changed pier heights, through ordinary and seismic analysis. For this, the kind of bridge bearing has been changed against PSC I-shaped bridge, which is mostly used in practice, and at all times earthquake analysis has been performed with through height of pier. Especially considering sectional power resulting from earthquake analysis, displacement of PSC I-shaped bridge bearing, diameter of pier pillar by earthquake load, and upper spare gap have been analyzed. In case of high-pear, seismic isolated device is decided as proper for cars' driving and for management of bridge since it decreases movement of upper structure, than elastic bearing, reducing size of elastic connect device, and it's been analyzed it is effective for improvement of fine view and economic efficiency reducing section of lower bridge structure. Finally, when design PSC I-shaped bridge bearing, for the proper structure and high-pier side, applying seismic isolated device through precise inner analysis is proper than applying equal elastic bearing.

MR 엘라스토머를 이용한 기초격리 시스템에 대한 타당성 연구

장동두,무하마드 우스만,성승훈,문영종,정형조,Jang, Dong-Doo,Usman, Muhammad,Sung, Seung-Hoon,Moon, Yeong-Jong,Jung, Hyung-Jo 한국전산구조공학회 2008 한국전산구조공학회논문집 Vol.21 No.6

본 논문에서는 지진으로부터 구조물을 효과적으로 보호하기 위하여 MR 엘라스토머(MRE)를 이용한 새로운 형태의 스마트 기초격리 시스템을 제안하고, 이에 대한 내진성능을 파악하였다. MRE는 자성물질을 포함한 실리콘 혹은 고무로써 자기장에 의해 강성이 변하는 스마트 재료이다. 기초격리 시스템은 토목 및 건축분야에서 구조물의 내진성능 향상을 위해 가장 널리 쓰이는 장치로 지반과 구조물을 격리시켜 구조물에 가해지는 입력 하중을 감소시켜주는 장치이다. 기존 수동형태의 기초격리 장치는 다양한 입력하중에 대한 적응성이 부족하고 기초격리 장치에서의 과도한 변위 등의 단점이 있는 반면, 새로 제안한 시스템은 제어 가능한 강성범위가 넓어 이를 개선할 수 있다. MRE를 이용한 기초격리 장치의 성능을 확인하기 위하여 기초격리 장치를 도입한 단층 및 5층의 건물에 대해 다양한 역사지진 하중을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과, 제안된 시스템은 기존 수동형태의 시스템에 비해 구조물의 응답 및 기초격리장치의 변위를 감소시키는 데 탁월한 효과가 있음을 확인하였다. The feasibility study of a newly proposed smart base isolation system employing magneto-rheological elastomers(MREs) has been carried out. MREs belong to a class of smart materials whose elastic modulus or stiffness can be adjusted by varying the magnitude of the magnetic field. The base isolation systems are considered as one of the most effective devices for vibration mitigation of civil engineering structures such as bridges and buildings in the event of earthquakes. The proposed base isolation system strives to enhance the performance of the conventional base isolation system by improving the robustness of the system wide stiffness range controllable of MREs, which improves the adaptability and helps in better vibration control. To validate the effectiveness of the MRE-based isolation system, an extensive numerical simulation study has been performed using both single-story and five-story building structures employing base isolated devices under several historical earthquake excitations. The results show that the proposed system outperformed the conventional system in reducing the responses of the structure in all the seismic excitations considered in the study.

E-Shape 강재이력댐퍼의 수치모델과 기초격리구조물의 지진응답

황인호(Hwang Inho),주민관(Ju Minkwan),심종성(Sim Jongsung),이종세(Lee Jong Seh) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.5A

최근 대규모의 지진피해로 인해 내진설계에 대한 관심이 높아지면서, LRB(Lead Rubber Bearing), FPS(Friction Pendulum System) 등 다양한 지진격리장치에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서 E-Shape 강재이력댐퍼를 이용한 지진격리장치의 성능 평가를 위해 E-Shape 댐퍼의 동적거동 실험을 수행하였으며, 이를 바탕으로 해석적 연구를 위한 수치모델을 제안하였다. 또한, 제안된 E-Shape 강재이력댐퍼의 수치모델을 6자유도를 가진 5층 건물에 적용하여 LRB 시스템과 이력거동을 비교하여 지진격리성능 평가를 수행하였다. 본 연구를 통하여 제안된 수치모텔은 실제 E-Shape 강재이력댐퍼의 동적거동을 적절히 묘사할 수 있으며, E-Shape 강재이력댐퍼는 비선형 거동을 통한 에너지를 적절히 소산시킴으로서 기존 시스템과 비교하여 충분히 지진격리성능을 발휘할 수 있을 것으로 사료된다. Recently, as large structures become lighter and more flexible, the necessity of structural control for reducing excessive displacement and acceleration due to seismic excitation is increased. As a means to minimize seismic damages, various base isolation systems are adopted or considered for adoption. In this study, a base isolation system using hysteretic damper is shown to effectively protect structures against earthquakes. A mechanical model is determined that can effectively portray the behavior of a typical E-shape device. Comparison with experimental results for a hysteretic damper indicates that the model is accurate over a wide range of operating conditions and adequate for analysis. The seismic performance of hysteretic dampers are studied and compared with the conventional systems as a base isolation system. A five-story building is modeled and the seismic performance of the systems subjected to three different earthquake is compared. The results show that the hysteretic damper system can provide superior protection than the other systems for a wide range of ground motions.

고감쇠 고무받침의 장기 크리프 특성에 대한 실험적 연구

오주,박진영,박건록,김씨동,박성규 한국지진공학회 2009 한국지진공학회논문집 Vol.13 No.1

지진격리 구조물은 하부구조에서 상부구조로 전달되는 지진력의 현저한 감소가 요구되는 경우 고감쇠 고무받침(HDRB)과 같은 지진격리받침을 사용하는 구조물로서 내진설계의 도입 이후부터 많이 설계, 시공되고 있다. 적층고무받침은 지진격리장치에서 가장 중요한 구조부재이다. 적층형 고무받침의 기본 특성은 압축시험, 압축전단시험, 크리프시험 등을 통하여 얻는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 축 응력 7.5MPa, 8.37MPa인 지진격리받침(고감쇠 고무받침)을 실물크기로 제작하여 실험실에서 1000시간동안 크리프 시험을 실시하였다. 고감쇠 고무받침과 같은 지진격리받침을 실제 교량환경 상태에서 장기간 압축 크리프 시험한 결과 1000시간 후 최대크리프 변형은 전체 고무두께의 0.3{\sim}1.92%로 변형하였다. Isolated structures use devices such as high damping rubber bearings (HDRB) in order to dramatically reduce the seismic forces transmitted from the substructure to the superstructure. The laminated rubber bearing is the most important structural member of a seismic isolation system. The basic characteristics of rubber bearings have been confirmed through compression tests, compressive shearing tests and creep tests. This paper presents the results and analysis of a 1000hr, ongoing creep test conducted at 7.5MPa, 8.37MPa in our laboratory. The long-term behavior of bridge bearings, such as high-damping rubber bearings, will be discovered through a compression creep test subjected to actual environmental conditions. These tests indicated that the maximum creep deformation is about 0.3{\sim}1.92% of total rubber thickness.

원추형 마찰진자베어링의 내진성능평가

전법규,장성진,박경록,김남식,정득영 한국지진공학회 2011 한국지진공학회논문집 Vol.15 No.2

본 연구에서는 중요 통신장비의 지진발생시 파손 및 성능저하를 방지하기 위하여 구조물로 전달되는 가속도를 조절할 수 있는 CFPBS(Cone-type Friction Pendulum Bearing System:원추형 마찰진자베어링)를 개발하고 내진성능을 검증하였다. CFPBS는 기존의 FPS(Friction Pendulum System)와 다르게 원추형으로 제작되었으며 보다 큰 마찰력을 얻기 위하여 마찰면에 패턴을 음각하였다. CFPBS의 고유성능을 파악하기 위하여 4개의 CFPBS가 하나의 개체를 이루도록 제작된 지진격리장치를 이용하여 자유진동시험을 수행하였다. 운동방정식으로부터 유도된 CFPBS의 이론식과 Newmark-{\beta} Method를 이용하여 내진성능을 검증하기위한 MATLAB7.0 기반의 동적 수치해석프로그램을 제작하였으며 CFPBS의 제작 시 원하는 성능을 발휘할 수 있도록 간략화된 CFPBS의 설계식을 제안하였다. 수치해석을 통한 CFPBS의 내진성능평가를 위하여 건축구조설계기준(KBC-2005)의 최대지진규모에 해당하는 인공지진파를 생성하고 검증하였다. El Centro NS(1940)와 Kobe NS(1995), 인공지진파 등을 사용하여 CFPBS의 상부질량과 경사각을 매개변수로 하는 수치해석을 수행하였다. 수치해석의 결과를 토대로 CFPBS의 내진성능을 평가하였으며 수치해석의 결과와 설계식을 이용하여 동일한 조건에서 얻어진 결과를 비교분석하였다. In this study, a CFPBS (Cone-type Friction Pendulum Bearing System) was developed which controls the acceleration delivered to the structure to prevent damage and degradation of the critical communication equipment in case of an earthquake. The isolation performance of the CFPBS was evaluated by numerical analysis. The CFPBS was manufactured in the shape of a cone differenced from the existing FPS (Friction Pendulum System), and a pattern was engraved on the friction surface. The natural frequencies of the CFPBS were evaluated from a free-vibration test with the seismic isolator system consisting of four CFPBSs. In order to verify its earthquake-resistant performance, a numerical analysis program was created from the equation of the CFPBS induced from the equations of motion. A simplified theoretical equation of the CFPBS was proposed to manufacture the equipment which could demonstrate the necessary performance. Artificial seismic waves satisfying the maximum earthquake scale of the Korean Building Code-Structural (KBC-2005) were created and verified to review the earthquake-resistant performance of the CFPBS by numerical analysis. The superstructural mass of the CFPBS and skew angle of the friction surface were considered for numerical analysis with El Centro NS (1940), Kobe NS (1995) and artificial seismic waves. The CFPBS isolation performance evaluation was based on the results of numerical analysis and the executed comparative analysis between the results from numerical analysis and the simplified theoretical equation under the same conditions.

C형 강재 지진격리장치의 성능시험

정대유,심철환,박형기 한국지진공학회 2009 한국지진공학회논문집 Vol.13 No.4

기존의 교량받침으로 많이 사용되고 있는 폴리우레탄 디스크를 적용한 POT형식에 C형 강재감쇠장치를 추가적으로 적용한 새로운 형태의 지진격리장치에 대한 명확한 정적 성능검증과 동적특성을 파악하기 위하여 최대 극한 수직하중 시험, 최대 회전 시험, 동적재하 시험 및 동적재하 극한 반복시험을 시행하였다. 해석적 결과와 성능시험 결과를 비교분석한 결과, 충분한 감쇠능력을 보유하고있을 뿐만 아니라, 설계기준에도 적합하다는 결론을 얻을 수 있었다. 또한, EDC 및 유효강성값의 시험치가 이론치와 유사하여 시험 결과값의 분석이 유효함을 보였다. This paper introduces the performance of a newly developed base isolation system made from the combination of a polyurethane disk - attached pot bearing and C-shape steel dampers. Ultimate compressive load tests, ultimate rotation tests, dynamic tests, and dynamic load repeat tests have been completed to determine dynamic characteristics and to verify performance characteristics. The experimental results are compared with the analytic results. It is determined that all requirements for bridge bearing in the specifications are satisfied, and that adequate energy dissipation has occurred. The EDC and effective stiffness estimated by tests are similar to the theoretical values.

지진격리형 수배전반의 내진성능 평가

고동우 대한건축학회지회연합회 2019 대한건축학회연합논문집 Vol.21 No.1

In this study, a seismic capacity of isolated electrical cabinet system was evaluated through shaking table test. A high voltage Vacuum Contactor Breaker (VCB) was selected, and developed seismic isolation system, which is consisted of 4 damper and 10 scattered ball-caster, for electrical cabinet. Damper was to resist lateral force, and ball-casters absorbed vertical shock energy due to up-lift. Ground motion was adjusted to the spectrum defined from Korean seismic test method for telecommunication facilities. To evaluate seismic behavior of specimen, three dimensional accelerations were measured at three points of cabinet system. The dynamic amplification factors are ranged from 0.83 to 4.19, which is lower than that analysed in prior research. Because of the light weight of cabinet, overall behavior is governed by overturning and induced large up-lift behavior was monitored during the excitation. Maximum lateral drift of slender side of cabinet exceed 75mm which is allowed maximum lateral drift in KS standard, but large lateral drift is due to rocking behavior of cabinet. So, the cabinet can maintain its function after two times of excitation. 본 연구는 진동대실험을 통해 격리형수배전반의 내진성능을 평가하였다. 이를 위해 고압 VCB반을 선택하고 4개의 댐퍼와 10개의 분산 볼 캐스터로 구성된 지진 격리 시스템을 개발했다. 댐퍼는 횡방향에 대해 저항하며, 볼 캐스터는 상부 리프트로 인해 수직 충격 에너지를 흡수하게 된다. 지진동은 전기통신 시설의 지진 시험 방법에서 정의한 스펙트럼에 맞추었으며, VCB반의 지진 거동을 평가하기 위해 캐비닛 시스템의 세 지점에서 3차원 가속도를 측정했다. 동적 증폭 계수는 과거의 유사한 연구에서 보여준 증폭계수보다 낮은 0.83~4.19의 범위로 나타났다. VCB반 중량이 가볍기 때문에 실험과정에서 전도거동에 의한 들뜸이 크게 발생하였으며, 세장한 측의 횡방향 움직임도 KS규격에서 허용하는 최대 변형량 75mm를 초과하지만, 이와 같은 큰 움직임은 전도거동에 의한 들뜸에 의한 것으로 나타났다. 2회의 지진실험 후에도 VCB반이 작동하는데 이상이 없어 격리장치는 VCB반의 내진성능을 확보하는데 기여하였다.