This study develops a new hybrid passive energy dissipation device for seismic rehabilitation of an existing structure. The device is composed of a friction damper combined with a steel plate with vertical slits as a hysteretic damper. Analytical model is developed for the device, and the capacity of the hybrid device to satisfy a given target performance is determined based on the ASCE/SEI 7-10 process. The effect of the device is verified by nonlinear dynamic analyses using seven earthquake records. The analysis results show that the dissipated inelastic energy is concentrated on the hybrid damper and the maximum interstory drift of the SMRF with damping system satisfies the requirement of the current code.

본 논문에서는 중 약진 지역에서 중력 저항시스템인 중간 모멘트골조로 설계된 3층, 6층 RE 플랫플레이트 구조물을 KBC 2005를 만족하도록 RC구조물에 강판과 가새/ BRB 등의 보강방법을 적용하여 보강하고, 내진성능을 평가하여 보강 효과를 검증하였다. 비탄성 정적해석과 동적해석 결과에 따르면 내진 보강된 구조물은 강도와 강성이 크게 향상된 것으로 나타났다 특히 기둥을 철판으로 보강한 경우 슬래브를 철판으로 보강하여 조기 뚫림 전단파괴를 방지함으로써 강도를 크게 향상할 수 있다. BRB로 보강된 구조물은 Brace로 보강된 구조물보다 다소 연성적 거동을 보였으며, 그 효과는 3층 모델에서 현저하게 나타났다.

본 논문에서는 비선형 정적해석 및 동적해석을 이용하여 가새골조의 연쇄붕괴 저항능력을 평가하였다. 모두 아홉 개의 서로 다른 가새 형태를 고려하였으며, 모멘트골조의 해석 결과와 비교하였다 비탄성 정적해석 결과에 따르면 현행 기준에 따라 설계된 저층 가새골조는 1층 중앙에 위치한 기둥이 제거될 경우 연쇄붕괴 저항성능 기준을 만족하는 것으로 나타났으나 대부분 취성적인 파괴모드를 나타내었다. 특히 압축가새가 좌굴한 후 인장가새가 인장력을 발휘하기 전에 취약한 층의 기둥이 좌굴하는 것으로 나타냈다. Inverted-V형 가새골조의 경우가 가장 연성도 면에서 우수한 것으로 나타났다. 동적 해석 결과에 따르면 모든 가새골조는 중앙에 위치한 기둥이 제거될 경우 붕괴되지 않으며, 동일한 규모의 모멘트 저항골조에 비해 진동이나 처짐량이 작은 것으로 나타났다.

최근 구조물의 국부적인 손상이 전체적인 붕괴로 이어지는 연쇄붕괴 현상에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연쇄붕괴에 관한 기존의 연구는 대부분 해석변수의 불확실성을 포함하지 않는 확정론적인 방법이므로, 해석결과에 대한 신뢰도를 알 수 없다. 본 논문에서는 재료의 항복강도, 활하중의 크기, 감쇠비, 탄성계수 등치 설계변수들이 기둥이 제거됨에 따라 발생하는 수직변위에 영향을 미치는 민감도를 분석하였다. 이를 위하여 몬테카를로 시뮬레이션, 일계이차법, 토네이도 다이어그램의 세 가지 해석기법을 적용하였다. 비선형정적 해석결과에 의하면 난수로 설정한 해석변수들 중에서 보의 항복강도가 수직변위의 변동폭이 가장 컸으며, 비선형동적해석의 경우 보의 항복강도와 감쇠비가 서로 유사한 변동폭을 가지는 것으로 나타났다.

1968년 영국의 Ronan Point 아파트에서 발생한 연쇄붕괴 이후 이에 대한 연구가 간헐적으로 진행되어 왔으며, 최근 미국의 World Trade Center 붕괴 후 연쇄붕괴에 대한 연구가 다시 활발히 진행되고 있다. 미국에서는 기존의 연구결과를 바탕으로 2003년 GSA 및 2005년 DoD에서 연쇄붕괴에 대한 설계 및 해석 지침을 제시하였다. 본 연구에서는 이러한 지침서에서 제시하고 있는 선형정적해석법과, 선형동적해석법을 사용하여 국내 설계기준에 의해 설계된 철골 모멘트저항골조에 대한 붕괴저항 성능을 조사하였다. 해석결과에 따르면 GSA 기준을 적용할 경우 횡력을 고려하지 않은 수직저항시스템은 연쇄 붕괴에 취약한 것으로 나타났으나, 지진력을 고려하여 설계된 수평저항시스템은 연쇄붕괴에 대해 안전한 결과를 얻었다. 하지만 DoD 기준에 따르면 두 시스템 모두 연쇄붕괴에 취약한 것으로 나타났다.

This paper presents a design process for viscoelastic dampers and a full-scale test of a 5-story steel structure with added viscoelastic dampers. The mechanical properties of viscoelastic dampers and the dynamic characteristics of the model structure were obtained from experiments, and the results were used in the design process. The additional damping ratios required to reduce the maximum response of the structure to a desired level were obtained first by the convex model. Then the size of dampers to realize the required damping ratio was determined using the modal strain energy method by observing the change in modal damping ratio due to the change in damper stiffness. The designed viscoelastic dampers were installed in the first and the second inter-stories of the model structure, and the system was excited by a hybrid mass driver located on the fifth floor. The experimental results indicated that after the dampers were installed the dynamic response of the full-scale model structure reduced as desired in the design process.

점탄성감쇠기 (VED)를 건물의 내부에 가새의 형태로 설치하는 기존의 방법은 공간 이용에 제약이 되며, 내부 동션을 방해할 수 있다. 이러한 단점은 VED를 건물 사이에 설치함으로써 해결할 수 있다. 본 연구에서는 신축이음부에 설치된 VED의 내진성능 향상 효과에 관하여 연구하였다. 이를 위하여 VED로 연결된 3자유도 구조물의 지진하중에 대한 각 설계 변수들의 효과를 파악하고, 제안된 방법의 실용성을 검토하였다. 이를 바탕으로 서로 다른 구조시스템으로 설계된 5층 구조물을 VED로 연결하고 시간이력 해석을 수행하였다. 해석 결과에 따르변 인접한 구조물의 고유주기가 다르게 설계된 경우, VED로 연결된 구조물의 내진 성능을 상당히 향상할 수 있는 것으로 나타났다.

비선형 정적해석 및 에너지를 이용한 설계방법에서는 구조물을 등가의 단자유도계로 치환하여 해석하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 지진하중에 의한 3층, 8층, 20층 철골 모멘트저항골조(MRF), 비좌굴 가새골조(BRBF)와 힌지접합 비좌굴 가새골조 (DTBF) 구조물의 에너지 요구량을 등가 단자유도계 시스템(ESDOF)의 에너지 요구량과 비교하여 등가단자유도계로 치환하는 방법의 타당성을 검토하였다 입력에너지와 이력에너지를 산정하기 위하여 연암 지반, 연약한 토사, 단층 근처의 지반에서 계측된 60개의 지진을 사용하였으며, 모드 질량계수가 0.8보다 작은 경우 ESDOF로 변환할 때 고차모드의 효과를 고려하였다. 연구결과에 따르면 3층과 8층 MRF와 DTBF에서의 이력에너지와 입력에너지는 ESDOF의 해석결과와 비교적 잘 일치하였다. 그러나 20층 BRBF에서는 ESDOF의 결과가 본 구조물의 결과를 과소평가하는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 고변형된 이중 에피층에서 두 가지 종류의 반원 전위 루프 (60˚및 쌍격자 전위)의 생성 속도물 예측하는 모델을 제안한다. 모델링 시, 에피층 표면에서 발생하는 결함과 이곳에 집중되는 응력 효과를 고려하였으며, Matthew의 식을 발전시켜 에피층 두께에 따른 잔류 변형율을 변수로 사용하였다. 모델링을 통한 계산 결과에 의하면, 응력 집중 현상은 고변형된 이종에피층에서 전위 및 결정 결함 현상을 설명하는 데 매우 중요하였다. 또한,본 연구를 퉁하여, 응력 집중 현상이 에피층 성장 초기에 생성되는 전위 형태를 결정하는 주요한 인자 중 하나임을 단면 투과 전자 현미경 결과와의 비교를 통해 확인할 수 있었다.

성능지수는 제어 대상이 되는 구조물의 응답과 제어기의 성능에 관한 가중함수로 구성되어 있다. 따라서 가중함수의 설계에 따라 성능지수가 변화되며 제어 효율이 달라진다. 본 논문에서는 최적 능동제어 알고리듬의 일종인 시간 영역에서의 성능지수를 고려한 LQR기법과 LQG기법 및 주파수 영역에서의 성능지수를 고려한 H기법에 대하여 동일한 가중함수를 적용하여 제어 성능인 제어율과 제어력을 비교하는데 목적을 두고 있다. 그러나, LQG기법은 모든 상태 변수를 알아야 하는 LQR기법의 한계를 극복할 수 있으며 LQR기법과 동일 수준의 제어율과 제어력을 보이고 있고 출력 제어라는 장점을 고려하면 현실적인 기법이라고 말할 수 있다. 마지막으로 구조물 응답과 제어기의 주파수 특성을 고려하여 주파수 필터의 가중함수를 설계하는 H기법을 분석하였다. H기법은 제어력을 저주파수 영역에 집중시킬 수 있기 때문에 구조물 응답을 효과적으로 제어할 수 있는 방법으로 분석되었다.

건물의 진동에너지 소산능력을 향상하기 위하여 점탄성감쇠를 설치하게 되면 이른바 비비례 감쇠시스템이 되어 구조물은 복소수형태의 고유모드와 고유치를 가진다. 복소모드중첩법은 이러한 복소모드를 이용하여 중첩함으로써 비비례 감쇠시스템 구조물의 정확한 동적 거동을 얻을 수 있는 방법이다. 그러나 건물이 고층화되면 많은 자유도로 인하여 고유치해석 및 모드중첩과정에서 많은 시간과 노력이 필요하게 된다. 본 논문에서는 효율적인 구조물의 모형화를 위하여 강막가정과 행렬응축기법을 적용하였다. 또한 몇 개의 주요 모드만을 선택하여 중첩하는 방법에 대하여 연구하였으며 구조물의 진동에 영향을 주는 모드의 선택을 위한 복소모드 응답참여계수를 제안하였다. 제안된 해석방법의 정확성과 효율성을 검토하기 위하여 예제 구조물을 대상으로 해석한 결과, 응답의 정확성을 유지하면서 해석에 필요한 시간을 대폭 절감할 수 있었다.

본 연구에서는 점탄성감쇠기가 설치된 비비례 감쇠 구조물의 바람에 대한 확률적 응답을 진동수영역에서 구하였다. 복소수 고유치 및 고유백터를 바탕으로 모드중첩법을 이용하여 응답의 RMS 값을 구하고 그것을 근사적인 방법인 모드 변형에너지법에서 얻은 결과와 비교하였다. 또한, 가력 진동수에 따라서 변하는 점탄성감쇠기의 강성 및 감쇠 계수를 상수로 모형화하였을 때의 풍응답 해석 결과의 정확성을 진동수영역에서 검증하였다. 해석결과에 의하면 감쇠기의 진동수 의존 특성은 구조물의 1차 고유 진동수에 의해서 비교적 정확하게 표현되었고, 모드 변형에너지법은 대체로 정확한 결과를 도출하였지만, 가속도 응답을 구할 때에는 다소 큰 오차를 유발하였다.