본 논문에서는 동반논문에서 연구된 가진방법과 응답특성을 바탕으로, 실물크기의 철골건물에 설치될 점탄성 감쇠기의 설계과정을 다루었으며 가진실험을 수행하여 감쇠기의 진동제어효과를 검증하였다. 최대변위응답을 주어진 수준까지 감소시키기 위하여 요구되는 추가적인 감쇠비를 컨벡스 모델을 이용하여 구하였다. 모드변형에너지법을 이용하여 감쇠기 강성 변화에 따른 모드 감쇠비의 차이를 분석함으로써 감쇠기의 크기를 구하였다. 가새 강성의 효과 또한 모드의 특성을 구하는 과정에 반영하였다. 점탄성 감쇠기는 1층과 2층의 층간에 각각 2개씩 설치되었으며 응답효과를 검증하였다.

점탄성 감쇠기의 설계를 위한 자료를 얻기 위해 실물크기 5층 건물에 대해 가진과 시스템 식별을 수행하였다. 5층 바닥에 설치된 HWD는 건물을 움직이는 외부 가진력으로 작용하였고, 각 층의 응답을 측정하여 점탄성 감쇠기의 용량과 최적위치에 필요한 자료를 확보하였다. 고유진동수, 감쇠비, 모드와 같은 동적특성을 파악하기 위해 건물에 HMD로 조화하중과 백색잡음 하중을 주어 실험을 수행하였다. 동반논문에서는 건물의 층간에 설계된 점탄성 감쇠기를 설치한 후 응답 거동을 얻기 위한 실험 연구를 수행하였다.

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 equivalent static nonlinear analysis and in energy-based design, the structures are generally transforrned into an equivalent SDOF system. In this study the seismic energy demands in multi story structures, such as three-, eight-, and twenty-story steel moment-resisting frames (MRF), buckling restrained braced frames (BRBF) and a damage tolerant buckIing restrained braced frame (DTBRBF), are compared with those of equivalent single degree of freedom (ESDOF) systems. Sixty earthquake ground motions recorded in different soil conditions, which are soft rock, soft soil, and near fault, were used to compute the input and hysteretic energy demands in model structures. In case the modal mass coefficient is less than 0.8, the effects of higher modes are considered in the process of converting into ESDOF. According to the analysis results, the hysteretic and input energies obtained from three story and eight story MRF and DTBF agreed well with the results from analysis of equivalent SDOF systems. However in the twenty' story BRBF the results from ESDOF underestimated those obtained from the original structures

본 연구에서는 진동제어를 목적으로 강성이 평면에서 비대칭적으로 분포된 구조물에 감쇠기를 설치할 경우 감쇠편심과 강성편심에 따른 모드특성 및 변위응답의 변화에 관하여 연구하였다 모드 특성으로는 고유진동수, 모드 감쇠비, 모드참여계수, 동적 증폭계수 등의 변화를 분석하였으며, 변위는 지진이력에 대한 약변, 강변, 무게중심 등에서의 변위를 비교하였다. 또한 이를 바탕으로 비틀림 응답을 최소화하기 위한 감쇠기의 적정 감쇠 편심 및 적정 감쇠 분배 문제에 대해 논하였으며, 단층구조물에서 유도된 적정 감쇠분배 방법을 다층구조뭍에 적용하고 그 효과를 확인하였다.

본 연구에서는 비선형 정적해석법인 능력스펙트럼 법을 이용하여 성능목표를 만족하기 위하여 필요한 점탄성 감쇠기를 설계하는 절차를 제시하였다. 점탄성 감쇠기의 적정 크기를 구하기 위해 목표 변위에서 필요한 유효감쇠 비를 구한 다음 구조물의 이력거동에 의한 등가감쇠 비와 고유감쇠 비를 이용하여 필요한 감쇠기의 감쇠를 구하였다. 점탄성 감쇠기를 설치할 경우에는 구조물의 감쇠뿐만 아니라 강성도 변화하기 때문에 반복계산이 필요하게 된다. 본 연구에서는 먼저 단자유도계에서 구조물의 설계변수를 변화시키면서 제안된 방법의 타당성을 검증하였다. 또한 10층의 철골조 건물에 적용하고 지진응답을 구하였다. 제안된 방법에 따라 설계된 감쇠기를 설치하고 수행한 시간이력해석 결과에 의하면 고려된 설계변수에 관계없이 목표변위를 만족하는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 죄굴이 방지된 비부착 가새가 설치된 철골조 건물의 에너지 소산능력과 지진응답에 대하여 연구하였다. 먼저 조화하중을 받는 단자유도계 구조물을 대상으로 변수분석을 수행하고 가새의 최적항복강도를 구하였다. 다자 유도계 골조구조물의 비선형 시간이력 해석을 통하여 다양한 크기와 강도를 가진 가새가 설치된 구조물의 지진응답을 분석하고, 가새의 적당한 층별 분배방법을 찾기 위하여 여러 가지 분배방법을 적용하였다. 해석결과에 따르면 일반적으로 가새의 강성이 증가함에 따라 구조물의 최대변위는 감소하였다. 그러나 구조물의 고유주기 및 하중에 따라 가새의 강성이 커짐에 따라 구조물의 최대 변위와 누적된 손상이 증가하는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 평면 비대칭건물의 비탄성 변위를 주어진 목표까지 제한하기 위하여 필요한 추가적인 감쇠량을 구하는 방법에 관하여 연구하였다. 이를 위하여 먼저 비대칭구조물의 항복 후 거동을 분석하고 구조물에 발생하는 연성도 요구량을 이용하여 필요한 등가 감쇠비를 유도하였다. 이러한 방법을 지진하중을 받는 5층 비대칭구조물에 적용하였다. 시간이력해석 결과와의 비교에 따르면 제안된 방법에 따라 점성감쇠기를 설치한 경우 주어진 지진하중에 대하여 약변 및 강변 모두 만족할만한 거동을 보이는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 구조물의 설계방법에 국한되어 있는 직접 변위설계법을 응용하여 기존 구조물의 성능점을 산정하는 방법에 관하여 연구하였다. 개발된 방법을 이용하여 단자유도 구조물의 주기, 항복 후 강성비, 요구되는 탄성강도에 대한 항복강도비 등의 설계변수를 변화시키며, 지진 하중에 대한 응답을 구하고 그 결과를 분석하였다. 또한 10층 철골 골조의 내진성능 평가에 적용하였다. 제안된 방법의 정확성을 검증하기 위하여 기존의 내진성능 평가방법인 능력스펙트럼법과 시간이력해석법에 의한 결과와 비교하였다. 제안된 방법은 능력스펙트럼법과 동일한 결과를 보였으며 시간이력해석 결과와도 비교적 잘 일치하였다.

가새형 소성 감쇠기는 에너지 소산 이력거동을 통해 강한 지진하중을 받는 구조물의 구조적 손상을 방지하거나 감소시킨다. 본 연구에서는 성능수준 만족을 위한 가새형 소성 금비기의 직접적인 설계 방법을 개발하였다. 많은 해석 시간이 요구되는 비선형 동적 시간이력해석 대신 비선형 정적해석법인 능력스펙트럼법을 이용하여 주어진 성능을 만족하기 위하여 필요한 유효 감쇠비를 구한 후 이를 이용하여 가새형 소성 감쇠기의 크기를 구하였다. 각 설계변수의 영향을 파악하기 위하여 단자유도계에서 구조물의 주기, 요구되는 탄성강도에 대한 항복강도의 비, 항목 후 강성비, 가새형 소성 감쇠기의 항복응력 등을 변수로 하여 해석을 수행하였다. 본 연구를 통해 제안된 방법을 5층과 10층 건물에 적용하여 검증하였다. 시간이력해석 결과, 제안된 방법에 따라 설계된 가새형 소성 감쇠기를 설치한 예제 구조물의 최대응답은 주어진 목표변위와 잘 일치하였다.