유한요소해석을 활용한 삼차원 항복 벌집형 댐퍼의 거동 특성 규명 연구 = A Study on the Behavioral Characteristics of a Three-Dimensional Yielding Honeycomb Damper Using Finite Element Analysis

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 지진이라는 재해에 있어 안정적으로 에너지를 소산할 수 있는 삼차원 항복 벌집형 댐퍼를 제안하였다. 벌집구조는 자연에서 도출된 가장 안정적인 구조형상으로 구조분야를 포함한 많은 연구분야에서 관심을 보인 구조이다. 이러한 벌집 구조를 지진에 저항하기 위해 댐퍼의 형태로 적용한 경우가 많다. 하지만 이는 평면으로 구성되어 있어 전단방향의 하중밖에 소산하지 못하는 단점을 인지하였다. 삼차원 항복 벌집형 댐퍼는 기존 제안되었던 평면형 댐퍼와 다르게 입체적인 벌집구조가 적용되어 있어 다양한 변형 조건에서도 에너지 소산 능력을 유지할 수 있도록 설계되었다. 변수로는 밑면 다각형 면의 수, 댐퍼의 길이, 밑면 직경을 채택하였고 30개 댐퍼를 설계하였다. 성능확인을 위해 반복하중을 설계하였으며 ABAQUS 프로그램을 이용하여 삼차원 비선형 해석을 수행하였고 결과로 힘-변위 히스테리시스 곡선을 도출하였다. 이를 이용하여 최대하중, 에너지 소산과 같은 응답을 도출하여 변수별 응답의 변화량을 확인하기 위한 비율 그래프를 도출하여 성능을 분석하였다. 이를 통해 가장 중요한 인자는 벌집형 댐퍼를 구성하는 기둥의 세장비인 것을 확인하였다. 또한, 우수한 벌집구조로 구조 전반에 걸쳐 하중이 분산되는 거동을 나타내었으며 본 연구의 결과로 벌집형 구조가 적용된 항복 댐퍼의 설계, 성능 평가에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study proposes a three-dimensional yield honeycomb damper capable of stably dissipating energy during earthquake disasters. The honeycomb structure is the most stable structural geometry derived from nature and has attracted interest from many research fields, including structural engineering. Such honeycomb structures have frequently been applied in the form of dampers to resist earthquakes. However, it was recognized that these structures, being composed of planar elements, have the disadvantage of only being able to dissipate loads in the shear direction. Unlike previously proposed planar dampers, the three-dimensional yield honeycomb damper utilizes a three-dimensional honeycomb structure, designed to maintain energy dissipation capabilities even under various deformation conditions. The variables selected were the number of base polygonal faces, the damper length, and the base diameter, and 30 dampers were designed. To verify performance, cyclic loading was applied, and a three-dimensional nonlinear analysis was performed using the ABAQUS program to derive force-displacement hysteresis curves. Using these curves, responses such as maximum load and energy dissipation were derived, and ratio graphs were created to verify the variation in response for each variable, thereby analyzing the performance. Through this, it was confirmed that the most important factor is the slenderness ratio of the columns constituting the honeycomb damper. In addition, the excellent honeycomb structure exhibited behavior in which the load was distributed throughout the structure, and the results of this study are expected to serve as basic data for the design and performance evaluation of yield dampers with honeycomb structures.