| 연구개발개요 |
- 최근 전세계적으로 지진발생 횟수가 증가하고 피해규모도 대형화되는 추세이며, 일본에서 발생한 지진(후쿠오카지진, 2004)과 같이 인접국에서 발생한 지진이 국내에 피해를 유발한 사례가 발생하였음. - 최근 개정된 KBC2005에서는 내진설계기준이 크게 강화되었음. 방재청에서 국가재난관리시스템을 구축하여, 홍수, 태풍, 지진 등 자연재해를 국가적으로 관리/예방하고 있음. - 국내외적으로 구조설계기준은 성능 설계법으로 전환되고 있고, 다양한 구조시스템의 도입이 활성화될 것으로 판단됨. - 기존 내진 설계법은 주요 구조부재의 손상(소성변형)으로 지진 등에 저항하는 것을 기본으로 하나, 지진피해 이후에 막대한 보수비용 및 보수기간 중 사용중지에 따른 경제적 손실 등이 매우 큼. - 면진구조시스템은 규모가 큰 지진에도 구조물의 손상을 최소화하여, 지진발생 이후에도 기능유지가 가능하기 때문에 성능설계 개념에서 최근 주목을 받고 있음. - 면진구조시스템은 크게 지진하중 전달경로를 차단하여 구조물의 손상을 방지할 수 있는 isolator와 지진에너지를 흡수할 수 있는 에너지흡수장치(댐퍼)로 구분되고, 초기에는 이 두 요소를 병행하여 사용하였음. - Isolator와 에너지흡수장치의 분리사용에 의한 시공상의 번거로움과 설치면적의 증가를 극복하고자, 납봉삽입 적층고무(LRB, Lead Rubber Bearing)를 사용하고 있음. - 최근 일본에서는 납을 이용한 면진장치 제작에 따른 환경문제로 인하여, 납 사용을 억제하기 위한 제도적 장치마련을 위한 작업이 진행 중에 있으며, 납 대신 강재댐퍼의 사용이 재증가하고 있고, 관련 연구개발이 활발함.- 면진장치의 요구성능기준 및 그에 따른 면진구조시스템의 내진성능에 대한 규정이 제정되어 있지 않아, 면진구조시스템의 도입에 따른 지진하중의 저감효과를 설계에 반영하는 것이 불가능하여, 비경제적인 설계가 이루어지고 있고 면진구조시스템의 적용이 어려운 상태임. - 본 연구에서는 지진응답해석을 통하여 면진구조시스템의 내진성능을 규명하고, 그에 따른 면진장치의 요구성능 기준을 제시하고, 면진구조시스템의 내진성능을 확보하기 위하여 요구되는 성능을 만족시킬 수 있는 면진장치를 개발하고자 함.- 그리고 면진구조시스템의 실용화를 위하여, 설계프로세스를 정립하고 그에 따른 설계지침 및 시공지침을 개발하여 면진구조의 활발한 현장적용을 위한 기반을 구축하고자 함.
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| 연구내용 및 범위 |
제 1차년도① 면진구조시스템 개발방향 설정 ㅇ 면진구조시스템 적용사례 및 설계기법 분석 - 건축 용도별, 층수, 구조형식별 면진구조 적용사례 조사 및 분석 - 면진구조시스템의 목표성능 분석 - 면진구조시스템에 적용된 면진장치의 형식 조사 및 분석 - 면진장치의 상세 분류 및 성능 조사 - 면진구조시스템 설계기법 분석 ㅇ 면진구조 설계용 성능스펙트럼 제시 - 주기에 따른 구조물의 지진응답특성 평가를 위한 지진동적응답해석 - 지진응답 해석에 의한 지반종별 국내 설계용 에너지스펙트럼 제시 - 에너지흡수장치 유무에 따른 성능스펙트럼 제시 ㅇ 면진 구조시스템 개발방향 설정 - 면진구조는 주구조체인 상부구조와 면진장치가 설치된 면진층 및 하부구조로 이루어져 있음. - 면진구조로 설계한 경우, 상부구조의 구조형식(벽식, 라멘조, 무량판 등) 및 구조재료(콘크리트, 철골, CFT 등)에 따른 경제성 및 효율성 분석. - 면진구조 적용을 위한 최적 대상 건물 용도 도출 - 상부구조의 구조시스템 및 면진 구조시스템 개발방향 설정.② 복합면진장치 성능목표 설정 ㅇ 설계용 성능스펙트럼을 만족하기 위한 복합면진장치의 목표성능 제시 - 복합면진장치의 목표성능을 제시하기 위해서는 면진구조의 성능이 먼저 규명되어야 함. - 면진층의 전단력계수와 최대변위관계 규명 - 한계 건물 높이/폭비와 건물주기의 관계 규명 - 복합면진장치의 목표성능을 제시하기 위해서는 다음의 사항이 규명되어야 함. - 복합면진장치의 목표성능 제시 ㅇ 적층고무의 구조성능 평가 - 면진고무의 성능검증 - 인장강도 - 전단탄성계수 - 노화 저항성능 - 연직축력 저항성능 평가 - 한계 수평변형능력 평가 ㅇ 에너지 흡수장치의 요구성능 설정 - 에너지흡수장치의 변형능력과 적층고무의 한계수평변형능력과의 관계 규명 - 에너지흡수장치와 적층고무의 내력비에 따른 성능변화 규명 - 적층고무의 전단강성과 에너지흡수장치의 전단강성의 비에 따른 복합면진장치의 성능 곡선식 제시 - 에너지 흡수장치의 요구성능 제시③ 에너지흡수장치 형상개발 ㅇ 고인성강재의 소재특성 분석 ㅇ 고인성강재 이용한 에너지흡수장치의 형상 및 접합부 상세 개발 - 강재의 특성 및 가공조건을 고려한 에너지 흡수장치 형상 개발 - 에너지 흡수장치와 적층고무의 접합부 상세 개발 ㅇ 에너지흡수장치 제작방법 검토 및 샘플 제작제 2차년도 ① 면진구조의 에너지법에 의한 성능설계 프로세스 제시 ㅇ 동적지진응답해석에 의한 에너지흡수효율 분석 ㅇ 면진구조의 지진응답 예측식 제시 ㅇ 면진구조의 성능설계 프로세스 제시 ② 에너지흡수장치 형상 최적화 및 복합면진장치 형상개발 ㅇ 에너지흡수장치 샘플에 대한 성능평가 실험 및 FEM 해석 ㅇ 에너지흡수장치의 최적형상 수정제시 ㅇ 복합면진장치 시제품 제작 제 3차년도 ① 면진 구조설계 및 시공성 평가 ㅇ 층고절감형 면진구조 시스템 제안 ㅇ 면진구조의 구조시스템 선정및 개념설계 ㅇ 면진구조의 구조설계 상세 설계 ㅇ 면진구조의 경제성 평가 ㅇ 면진구조의 시공성 평가 ② 면진구조 지침 및 매뉴얼 작성 ㅇ 면진구조 및 장치의 설계지침 및 매뉴얼 작성 ㅇ 복합면진장치의 설계프로세스 및 면진구조의 시공지침 작성 ㅇ 복합 면진장치 품질관리 지침 작성 ③ 진동대 실험에 의한 동적성능 평가 ㅇ 에너지 흡수장치의 진동성능 평가 실험 ㅇ 복합 면진장치의 진동성능 평가 ㅇ 복합면진장치의 에너지 흡수효율 및 복원력 특성 제시 ④ Mock-Up Test에 의한 연결부 성능 검증 ㅇ 복합 면진장치와 구조체와의 연결부 상세 개발 ㅇ 면진층의 연결부 Mock-up 시공 및 시공성 평가 ㅇ 연결부의 구조성능 평가 실험 ⑤ 복합면진장치 생산프로세스 안정화
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