교량의 내진보강용으로 탄성받침이 널리 사용되고 있다. 이에 사용되는 고무재료는 크게 천연고무(NR), 합성고무 (CR), 이 둘을 적정하게 배합한 혼합고무(BR)가 있다. 강재와 달리 고무재료는 다양한 환경요인에 의해 노화(열화)가 빨리 진행 되고 이로 인해 전단강성에 변화가 발생한다. 교량받침에 적용되는 3가지 고무재료에 대해서 전단시편을 제작하여 열을 가하여 노화를 촉진시킨 후(노화촉진시험) 전단성능시험을 수행하였다. 시험변수는 노화촉진온도 3가지(70℃, 80℃, 90℃)와 노출시간 10단계(Fresh∼168days)로 설정하였으며, 시험의 신뢰도를 향상시키기 위해 각각의 변수별로 4개의 시험체를 제작하였다. 시험체는 총 360개이다. 전단성능시험 결과 노출강도가 클수록(노화촉진온도가 높을수록, 노출시간이 길수록) 노화에 따른 고무의 전단 경화 현상(전단강성 증가)이 나타났으며 노화강도가 클수록 심화되었다. 이런 경향은 천연고무(NR), 혼합고무(BR), 합성고무 (CR) 순으로 크케 나타났다. 향후 실제 고무받침에 대해서도 노화에 의한 전단거동 특성 연구가 필요하다.

The number of aged bridges is increasing so that bridges over 30 years old account for about 11% of all bridges. Consequently, the development of a seismic performance evaluation method that considers the effects of ageing is essential for a seismic retrofitting process for improvement of the seismic safety of existing old bridges. Assessment of the damage situation of bridges after the recent earthquakes in Korea has been limited to the bearings, anchor, and concrete mortar on piers. The purpose of this study is to evaluate the seismic responses of PSC box girder bridges by considering the ageing effect of rubber bearings (RBs) and lead-rubber bearings (LRBs). The modification factor proposed by AASHTO is used to take into account the ageing effect in the bearings. PSC box girder bridges with RBs and LRBs were 3D modeled and analyzed with the OpenSEES program. In order to evaluate the ageing effect of RBs and LRBs, 40 near fault and 40 far field records were used as the input earthquakes. When considering the effect of ageing, the displacement responses and shear forces of bridge bearings (RBs and LRBs) were found to increase mostly under the analytical conditions. It was shown that the effect of ageing is greater in the case of RBs than in the case of LRBs.

In order to modeling seismic isolation system such as lead-rubber bearing (LRB), bilinear model is widely used by many researchers. In general, an actual force-displacement relationship for LRB has a smooth hysteretic shape. So, Bouc-Wen model with smooth hysteretic shape represents more accurately actual hysteretic shape than bilinear model. In this study, seismic responses for seismically isolated nuclear power plant (NPP) with LRB modelled by Bouc-Wen and bilinear models are compared with those of NPP without seismic isolation system. To evaluate effect of earthquake characteristics for seismic responses of NPP isolated by LRB, 5 different site class earthquakes distinguished by Geomatrix 3rd Letter Site Classification and artificially generated earthquakes corresponding to standard design spectrum by Reg. Guide 1.60 are used as input earthquakes. From the seismic response results of seismically isolated NPP, it can be observed that maximum displacements of seismic isolation modelled by Bouc-Wen model are larger than those by bilinear model. Seismic responses of NPP with LRB is significantly reduced than those without LRB. This reduction effect for seismic responses of NPP subjected to Site A (rock) earthquakes is larger than that to Site E (soft soil) earthquakes.

The lead-rubber bearing (LRB) dissipates seismic energy through plastic deformation of lead core. Under large-displacement cyclic motion, the temperature increases in the lead core. The shear strength of a lead–rubber bearing is reduced due to the heating effect of the lead core. In this study, the seismic responses such as displacement increasing, shear strength and vertical stiffness degradations of LRB due to the heating effect are evaluated for design basis earthquake (DBE) and beyond design basis earthquake (150% DBE, 167% DBE, 200% DBE).

In order to increase seismic performance of nuclear power plant (NPP) in strong seismic zone, lead-rubber bearing (LRB) can be applied to seismic isolation system of NPP structures. Simple equivalent linear model as structural analysis model of LRB is more widely used in initial design process of LRB than a bilinear model. Seismic responses for seismically isolated NPP containment structures subjected to earthquakes categorized into 5 different soil-site classes are calculated by both of the equivalent linear- and bilinear- LRB models and compared each others. It can be observed that the maximum displacements of LRB and shear forces of containment in the case of the equivalent linear LRB model are larger than those in the case of bilinear LRB model. From the seismic fragility curves of NPP containment structures isolated by LRB, it can be observed that seismic fragility in the case of equivalent linear LRB model are about 5~30 % larger than those in the case of bilinear LRB model.

It is very important to assure the seismic performance of equipment as well as building structures in seismic design of nuclear power plant(NPP). Seismically isolated structures may be reviewed mainly on the horizontal seismic responses. Considering the equipment installed in the NPP, the vertical earthquake responses of the structure also should be reviewed. This study has investigated the vertical seismic demand of seismically isolated structure by lead rubber bearings(LRBs). For the numerical evaluation of seismic demand of the base isolated NPP, the Korean standard nuclear power plant (APR1400) is modeled as 4 different models, which are supported by LRBs to have 4 different horizontal target periods. Two real earthquake records and artificially generated input motions have been used as inputs for earthquake analyses. For the study, the vertical floor response spectra(FRS) were generated at the major points of the structure. As a results, the vertical seismic responses of horizontally isolated structure have largely increased due to flexibility of elastomeric isolator. The vertical stiffness of the bearings are more carefully considered in the seismic design of the base-isolated NPPs which have the various equipment inside.

In order to perform a soil-isolation-structure interaction analysis of seismically isolated nuclear power plant (NPP) structures, the nonlinear behavior of a seismic isolation system may be converted to an equivalent linear model used in frequency domain analysis. Seismic responses for seismically isolated NPP containment structures subjected to a simple artificial acceleration history and different site class earthquakes are evaluated for the equivalent-linear and nonlinear models that have been applied to lead-rubber bearing (LRB) modeling. It can be observed that the maximum displacements of the equivalent linear model are larger than that of the nonlinear model. From the floor response spectrum analysis for the top of NPP containment structures, it can be observed that the spectral acceleration of an equivalent linear model at about 0.5 Hz frequency is about 2~3 times larger than that of a nonlinear model.

In order to increase the seismic safety of nuclear power plant (NPP) structures in high seismicity regions, seismic isolation techniques can be adapted to NPP structures. In this paper, the applicability of multi-step analysis of seismically isolated NPP containment structures with lead-rubber bearings (LRB) is evaluated. The floor response spectrum of NPP containment structures with equivalent linear LRB and nonlinear LRB are compared. In addition, the force-displacement relationships for equivalent linear LRB and nonlinear LRB are compared.

면진장치는 지진력을 감소시키기 위하여 사용되어왔다. 원자력발전소에 면진장치가 적용된다면, 운영기간동안 구조물과 기기들은 동일한 내구성 및 성능이 확보되어야 한다. 본 연구에서는 면진된 원전의 지진에 대한 안전성을 확보하기 위하여 면진구조물의 장기거동을 해석적으로 분석하였다. 경년열화에 의한 면진장치 특성을 분석하였고, 다른 온도환경에서 면진장치의 경년열화에 의한 구조물의 지진응답을 분석하였다. 해석결과에 의하면 면진장치의 경년열화에 의하여 면진구조물의 고유진동수는 증가하였다. 그러나 면진 구조물의 최대가속도와 최대변위는 온도에 따라 크게 변하지 않았다. 면진장치의 열화에 의하여 구조물의 손상은 발생하지 않았지만 목표진동수 영역에서 스펙트럼가속도는 온도에 따라 증가하였다. 따라서 면진구조물에서 면진장치는 온도에 따른 지진응답의 증가를 고려하여 설치 및 제작해야 할 것으로 판단된다.

면진장치는 상부구조물의 지진력을 감소시키는데 크게 기여하지만, 고감쇠고무 적층받침에 사용되는 고무재료는 시간이 경과함에 따라 열화되어 상부구조물의 동특성과 기기들의 지진응답에 영향을 줄 수 있다. 따라서 면진장치의 경년열화를 고려한 구조물의 지진응답을 분석하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 기존 문헌을 통하여 분석된 고무의 경년열화 특성을 사용하여 면진장치를 모델링하였다. 면진된 원전의 지진응답을 평가하기 위하여 격납건물과 보조건물을 대상 구조물로 선정하고, 진동수 성분이 다양한 입력지진동을 사용하여 구조물의 고유진동수, 최대지진응답, 층응답스펙트럼을 시간의 경과에 따라 분석하였다. 해석결과에 의하면 면진장치의 경년열화에 의하여 지진응답이 소폭 증가하였으며, 면진장치가 설치된 후 20년까지 지진응답의 증가율이 크게 나타나므로 이 기간에 상세한 검사가 시행되어야 할 것이다.

In this study, vertical extension type TMD(VE-TMD) whose vertically extended stories behave like a tuned mass damper, with Lead-Rubber Bearing(LRB) between the top of existing structures and the bottom of the extended stories was proposed. A shaking table tests for a 5-story reinforced concrete model, which is of 2.2 Hz natural frequency. A vertical extended model consisted of a steel frame, with two base isolators between the top of the RC model and the bottom of the extended stories. Those base isolators' lateral stiffness was equal to 31.392 kN/m which was calculated with the fundamental period plus 0.2 tonf, weight of a single story of the model. The test for the specimen was shaking table test excited by a harmonic loads for the fundamental period of the structure. The test results indicated that the VE-TMD improved seismic performance by 40 % in displacement responses for all of frequency-domain.

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.

본 연구에서는 저경도 고감쇠 고무받침 시험체의 다양한 특성실험을 통하여 저경도 고감쇠 고무받침의 특성을 파악하였다. 고무받침의 파악하고자 하는 특성은 압축강성, 전단강성, 등가감쇠비, 전단특성의 변형율 의존성, 전단특성의 면압 의존성, 전단특성의 주파수 의존성, 전단특성의 온도 의존성, 극한전단특성 등이다. 특성실험은 ISO 22762-1에 따라 수행하였으며, ISO 2276-3에 따라 평가하였다. 특성실험결과 전단강성은 전단변형율과 온도 의존성이 큰 것으로 나타났고, 등가감쇠비는 면압 의존성이 큰 것으로 나타났다. 전단특성의 주파수 의존성 실험결과 0.1Hz를 기준으로 경향이 나뉘는 것으로 나타났다. 0.1Hz 이상에서는 전단특성의 변화가 적었지만, 0.1Hz 이하에서는 전단강성과 등가감쇠비 모두 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 추가적으로 크리프실험과 극한전단특성실험을 수행하였고, 실험결과는 ISO 22762-3의 요구사항을 만족하는 것으로 나타났다.

도로교의 내진설계기준이 국내에 도입되어 적용된 것은 10여년에 불과하므로 아직 많은 교량에 내진성능 보강이 필요하다. 본 논문에서는 받침이 노후된 교량의 내진성능 보강방법으로서 적층고무받침으로 교체하는 방법의 타당성에 관하여 논하였다. 이를 위하여 내진상세가 없는 실물크기 RC교각 시험체를 제작하고 POT받침, 적층고무받침(RB), 납-적층고무받침(LRB)를 각각 설치하였다. 유사동적 실험을 통하여 이들 시험체의 지진시 거동을 모사하고 성능을 비교하였다. 실험결과로부터 제안된 내진보강기법의 타당성을 확인하였다.

이 연구는 적층고무받침을 사용한 철근콘크리트 교각의 내진 성능평가를 하는데 그 목적이 있다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열모델로서는 분산균열모델을 사용하였으며 적층고무받침의 거동을 예측하기 위해서 지진격리요소를 개발하였다. 이 연구에서는 적층고무받침을 사용한 철근 콘크리트 교각의 내진 성능평가를 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

본 논문에서는 지진하중을 받는 사장교의 진동제어 기법 개발을 위해 제공된 벤치마크 사장교에 복합제어 기법을 적용하였다. 이 벤치마크 문제는 2003년 완공 예정으로 미국 Missouri 주에 건설중인 Cape Girardeau 교를 대상 구조물로 고려하였다. Cape Girardeau 교는 New Madrid 지진구역에 위치하고 Mississippi 강을 횡단하는 주요 교량이라는 점 때문에 설계 단계에서부터 내진 문제를 중요하게 고려하였다. 벤치마크 문제에는 사장교의 상세한 설계도면에 기초해 교량의 복잡한 거동을 나타낼 수 있는 3자원 선형모델과 각 제어기법의 성능을 평가하기 위한 18개의 평가기준이 제시되어 있다. 본 연구에서 적용한 복합제어 기법은 지진하중으로 인해 구조물에 발생되는 하중을 줄이기 위한 수동제어 기법과 상판변위와 같은 구조물의 응답을 추가적으로 제어하기 위한 능동제어 기법이 결합된 제어 방법이다. 수동제어 장지로는 납고무받침을 사용하였고 Bouc-Wen 모델을 사용하여 비선형 거동을 고려 할 수 있도륵 모델링 하였다. 능동제어 장치로는 이상적인 hydraulic actuators 가 사용되었으며 제어 알고리듬은 H_2/LQG 를 적용하였다. 수치해석 결과 제안방법의 성능은 수동제어 방법에 비해 매우 효과적이며, 능동제어 방법에 비해서는 약간 좋은 제어성능을 나타내었다. 복합제어 방법은 수동제어 부분 때문에 능동제어 방법에 비해 보다 신뢰할 수 있는 제어 방법이다. 따라서 제안된 제어방법은 지진하중을 받는 사장교의 제어를 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

본 연구에서는 저경도 고무받침 시험체의 다양한 특성실험을 통하여 저경도 고무받침의 특성을 파악하였다. 고무받침의 파악하고자 하는 특성은 변위 의존성, 반복재하특성, 진동수 의존성, 면압 의존성, 온도 의존성, 극한전단특성, 수직강성 및 전단변형능력 등이다. 특성실험결과, 저경도 고무받침의 특성치는 변위와 면압의 영향을 크게 받는 것으로 나타났으며, 진동수가 증가할수록 유효강성과 등가감쇠비가 조금 증가하며, 반복재하의 영향을 거의 받지 않았다. 그리고 대변형에 의해 변형경화 영역을 경험한 고무받침은 전단탄성계수가 저하되나, 시간이 경과하면서 일부 회복됨을 확인하였다. 끝으로, 전단파괴실험을 수행하였으며, 축소 시험체의 경우에 전단파괴가 전단변형률 490% 근처에서 진행되었고 실물의 경우에는 430%에서 진행되었다

In this paper, the tensile stiffness and deformation of laminated rubber bearing is investigated based on the research and test results. ISO 22762 and JIS K 6410 are not providing the tensile characteristics of rubber bearings. Besides, the tensile stiffness and deformation models are proposed by several researchers by quite different methods. Proper models are recommended for nonlinear deformation state in order to propose the tensile model and build up base data.

In this paper, shear strain dependence of high hardness laminated rubber bearings were studied through tests. The shear strain dependency test is considered the changes by increase the shear strain by 50%, 100% and 150% based on 100% of total rubber thickness. As the test results shear strain increases were identified a tendency to decrease the shear stiffness.

In this study, the seismic performance is evaluated through the effect analysis according to the before and after aging properties on laminated rubber bearing on the water tank retrofitted with laminated rubber bearing. As a result of this analysis, it was found that the changes in the basic properties of the laminated rubber bearing caused by the aging bring only a minor effect on the seismic performance of water tank.