본 연구에서는 에너지 소산형 감쇠기가 설치된 철근콘크리트 구조물의 지진응답 저감효과를 확률적으로 평가하기 위하여 지진취약도 함수를 도출하였다. 가속도민감 영역과 속도민감 영역에 속하는 대표 고유주기를 갖는 비선형 단자유도 시스템으로 모델링된 철근콘크리트 구조물을 대상으로 강도와 강성의 불확실성을 고려하였다. 원구조물에 다양한 강성과 감쇠를 갖는 변위의존형 감쇠기를부가하여 비선형시간이력해석을 수행하였으며, 해석결과의 통계를 바탕으로 로그정규분포 형태의 지진취약도 함수를 도출하였다. 원구조물의 종류별로 감쇠기의 설계변수에 따른 지진취약도 함수의 변화를 검토하고 이를 통해 손상확률의 저감효과를 분석하였다.

본 연구는 철골 모멘트 골조의 이력거동을 잘 나타내는 강도한계 이선형 단자유도 시스템에 대하여 지반조건, 후탄성 기울기, 감쇠비, 항복강도 저감계수, 고유주기 등의 변화가 비탄성변위비에 미치는 영향을 분석하였다. NEHRP의 기준에 따라 B(보통암지반), C(매우 조밀한 토사지반), D(단단한 토사지반)의 지반조건에 해당하는 총 240개의 지진 가속도에 대하여 비선형 시간이력 해석을 수행하였다. 본 연구에서는 비탄성 거동 하에서 P-\Delta 효과를 반영할 수 있도록 음강성비를 -0.1 에서 -0.5까지 고려하였다. 비선형 회귀분석을 통하여 감쇠비 2%, 5%, 10%, 20%에 대한 강도한계 이선형 모델의 비탄성 변위비와 로그표준편차식을 제안하였다.

강도한계 이선형 단자유도 시스템의 지진 하중 하에서의 동적 불안정에 대해 연구하였다. 강도한계 이선형 이력 모델은 철골 모멘트 골조의 이력거동을 가장 잘 모사한다. 단자유도 시스템의 동적 불안정을 판단하기 위해 붕괴 강도비를 사용하였고, 이것은 붕괴가 일어날 때의 항복강도 저감계수이다. 단단한 지반에서 측정된 240개의 지진을 이용하고 고유주기, 강성 경화 기울기, 음강성 기울기, 연성 그리고 2{\sim}20%의 감쇠비를 변수로 하여 강도한계 이선형 단자유도 시스템의 붕괴 강도비의 평균과 편차 값들을 구할 수 있도록 통계 분석을 하였다. 비선형 회귀분석을 통해 강도한계 이선형 단자유도 시스템의 붕괴 강도비의 평균과 표준편차를 계산할 수 있는 식을 구하였다. 제안한 식을 이용하여 붕괴 강도비의 확률적 분포를 구하였고, 실제 값과 비교하여 제안한 식의 정확성을 입증하였다.

다자유도 시스템의 내진 성능을 평가하기 위해서는 반복적인 비선형 시간 이력 해석이 필요하며 이를 위해 많은 계산과정과 노력이 필요하다. 이와 같이 해석에 따르는 어려움을 보완하기 위해 복잡한 다자유도 시스템을 반영할 수 있는 등가 단자유도 시스템을 개발하였다. 등가 단자유도의 이력 모델로는 일반적으로 이선형 모델과 삼선형 모델이 사용된다. 이러한 모델은 탄성 거동 이후 음강성을 가질 수 있도록 하여 지진 발생 시 중력하중에 의한 발생되는 효과를 반영하기 위해서이다. 본 연구에서는 철골모멘트 골조의 실제 응답을 예측하기 위하여 이러한 이력 모델들로 거동하는 등가단자유도 시스템의 필요조건에 대하여 평가하였다. 이를 위해 본 연구에서는 로스엔젤레스 지역의 SAC 9층 모멘트 저항 골조를 비선형 다자유도 시스템과 등가단자유도 시스템으로 모델링하여 반복하중 푸쉬오버 해석, 비선형 시간 이력해석 및 IDA(Incremental Dynamic Analysis)를 수행하여 비교 검토하였다. 또한 본 연구에서는 강도저감 모델에 대해서도 평가를 수행하였다.

비선형 구조계의 확률론적 지진해석 방법 중 대표적인 것은 지진 재해도 수준에 해당하는 입력지반운동 모델을 사용한 시간이력을 수행하여 그 응답의 확률분포를 예측하는 것이다. 이 연구에서는 널리 사용되고 있는 두 가지 입력지반운동 모델에 따른 구조계 응답의 분포특성 및 파손확률의 차이와 그 원인을 분석한다 입력지반운동 모델로는 실제 지진기록을 배율 조정하여 사용하는 배율조정 입력지반운동과 설계 응답스펙트럼에 상응하는 인공 지진기록을 사용하는 스펙트럼 맞춤 입력지반운동 두 가지를 고려한다. 동일한 지진재해도 수준을 고려한 해석결과 설계 응답스펙트럼에 상응하는 인공 지진기록을 사용한 입력지반운동 모델은 실제 지진기록을 배율 조정한 입력지반운동 모델보다 평균적으로 응답을 크게 평가하였고 이로 인해 파손확률 또한 더 큰 것으로 나타났다 이러한 경향은 연약한 지반에서 더욱 현저한 것으로 나타났다. 이러한 입력지반운동 모델에 따른 파손확률의 차이는 스펙트럼 맞춤 입력지반운동의 목표로 사용된 도로교 설계기준의 설계 응답스펙트럼이 실제 지진기록의 응답스펙트럼보다 장주기로 갈수록 응답을 크게 평가하도록 보수적으로 만들어졌기 때문인 것으로 나타났다.

NEHRP 지반조건 B,C,D에서 이선형 단자유도 감쇠시스템의 지반조건, 후탄성기울기, 감쇠비, 항복강도 감소계수, 고유 주기 등의 변화가 비탄성변위비에 미치는 영향을 조사하였다. 기존의 제안식은 변위일정 법칙을 따라 일정주기 이상에서 비탄성 변위비를 과대평가하게 된다. 또한 기존식은 5%이상의 감쇠비에 대하여만 제안되었다. 본 연구는 후탄성기울기, 감쇠비 20% 이하의 이선형 시스템의 비탄성 변위비의 평균과 편차를 제안하였고 범용적으로 사용할 수 있음을 보였다. 제안식을 사용하여 비탄성 변위비의 확률적 분포를 계산하여 구조물의 성능기반설계에 이용할 수 있다.

In this study, equivalent linear damping and stiffness of a single-degree-of-freedom(SDOF) structure with a rotational friction damper are estimated using the result of experiments and compared with those obtained from non-linear time history analyses. First, the transfer function of the test model is constructed and then the equivalent stiffness and damping are calculated, using the half-power bandwidth (HPB) method. For comparative study, those properties are estimated based on stochastic theory in the time domain. Both equivalent linear systems identified from experiments and numerical analyses correspond well. Further, it is observed that there exists an optimal clamping force on the rotational friction damper from estimated equivalent damping.