강진은 적절한 내진 설계 기술이 적용되지 않으면 건물 붕괴로 인하여 극심한 피해가 발생할 수 있다. 이를 해결할 수 있는 면진 기술은 구조물과 지반 사이에 베어링 장치를 적용하여 지진 에너지를 흡수하고 건물에 전달되는 진동을 감쇠한 다. 본 연구는 고무 마찰 베어링 장치의 구조물 적용성을 검증하고 지진으로부터 안전성을 확보하기 위하여 고무 마찰 베어링 프레임 구조물에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과로써 최대 지붕 가속도와 총 밑면 전단력이 감소되어 내진 성능을 확인하였다. 또한, 최대 층간 변위 및 최대 잔류 층간 변위에 대한 분석 결과로 프레임 구조물을 경제적 복구 수준의 결과를 도 출하여 고무 마찰 베어링 장치의 우수한 내진 성능을 확인하였다.

본 연구에서는 중요 통신장비의 지진발생시 파손 및 성능저하를 방지하기 위하여 구조물로 전달되는 가속도를 조절할 수 있는 CFPBS(Cone-type Friction Pendulum Bearing System:원추형 마찰진자베어링)를 개발하고 내진성능을 검증하였다. CFPBS는 기존의 FPS(Friction Pendulum System)와 다르게 원추형으로 제작되었으며 보다 큰 마찰력을 얻기 위하여 마찰면에 패턴을 음각하였다. CFPBS의 고유성능을 파악하기 위하여 4개의 CFPBS가 하나의 개체를 이루도록 제작된 지진격리장치를 이용하여 자유진동시험을 수행하였다. 운동방정식으로부터 유도된 CFPBS의 이론식과 Newmark-{\beta} Method를 이용하여 내진성능을 검증하기위한 MATLAB7.0 기반의 동적 수치해석프로그램을 제작하였으며 CFPBS의 제작 시 원하는 성능을 발휘할 수 있도록 간략화된 CFPBS의 설계식을 제안하였다. 수치해석을 통한 CFPBS의 내진성능평가를 위하여 건축구조설계기준(KBC-2005)의 최대지진규모에 해당하는 인공지진파를 생성하고 검증하였다. El Centro NS(1940)와 Kobe NS(1995), 인공지진파 등을 사용하여 CFPBS의 상부질량과 경사각을 매개변수로 하는 수치해석을 수행하였다. 수치해석의 결과를 토대로 CFPBS의 내진성능을 평가하였으며 수치해석의 결과와 설계식을 이용하여 동일한 조건에서 얻어진 결과를 비교분석하였다.

면진장치 중에서 최근 많은 연구가 이루어지고 있는 마찰진자 베어링은 적절한 마찰력을 얻기 위해 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 마찰재가 이용되고 있다. 본 연구에서는 자력의 반발력을 이용해 재료의 성질을 대체하여 면진성능을 향상 시킬 수 있는 자력을 이용한 마찰진자 베어링을 제안하였다. 제안된 시스템은 자력에 의한 반발력이 수직력을 줄여줌으로써 재료에 의한 마찰계수의 영향을 줄일 수 있음을 가정하였다. 또한 자력의 영향을 가정하기 위해서 간단한 실험을 구성해 보았으며, 자력이 작용을 할 때 마찰계수(\mu)를 약 20%정도 줄여줄 수 있었다. 실험 결과를 적용한 수치해석을 통해 다양한 지진에 대해서 기존의 마찰진자 베어링보다 향상된 성능을 보여주었고, 특히 지진으로 인해 구조물의 파괴에 작용하는 주된 요소인 최상층의 가속도와 구조물의 상대변위를 비교함으로써 제안된 시스템이 면진장치로서의 기능을 가지고 있음을 확인하였다. 자력을 이용하여 기존의 PTFE 마찰재를 대체할 수 있는 자력을 이용한 마찰진자 베어링의 구조적 설계를 할 수 있다면 마찰진자 베어링의 문제점을 보완한 기초격리장치로서 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

면진격리 고무베어링의 설계법을 수정하여 구조물의 성능점 예측을 위한 간편한 해석방법을 제안하였다. 이러한 적용이 가능한 것은 구조물이 지진력의 작용으로 인하여 손상을 입게 되면 구조물의 항복 후 강성은 연화되고, 이로 말미암아 구조물의 동적 특성이 장주기화 하기 때문이다. 제안된 해석법이 기존의 방법에 비하여 우월한 것은 능력스펙트럼법이 요구하는대로 보유능력곡선과 요구량스펙트럼을 가속도-변위 좌표계로 치환하지 않고서도 비교적 정확한 성능점을 예측할 수 있다는 것이다. 제안된 방법의 타당성은 문헌에서 보이는 정확한 값과의 비교에 의하여 입증하였다.

본 논문의 목적은 현재 국내에서 개발중인 KALIMER(Korea Advanced Liquid Metal Reactor) 액체금속로의 면진설계지침서에 포함될 고감쇠 적층고무베어링에 대한 전단 강성 평가법 히스테레틱 거동해석법 그리고 대변형에서의 종국거동 해석법을확립하고자하는데 있다 이를 위하여 1/8축소규모의 고감쇠 적층고무베어링을 설계제작하고 특성실험을 수행하여 제안된 전단강성식의 타당성을 검토하였다 그리고 비선형 수정 Rate 모델을 사용한 적층고무베어링의 히스테레틱 거동해석을 수행하기 위하여 히스테레틱실험결과로부터 성능특성식을 구하고 이를 1자유도계를 이용한 지진해석에 적용하여 실험결과와 비교함으로서 제안된 모델의 정확성을 입증하였다 본 논문에서 사용한 고감쇠 적층고무베어링에 대한 대변형에서의 안정성을 평가하기 위하여 수정 Macro 모델을 이용한 종국거동해석을 수행하였다 종국거동 해석결과로부터 안정성평가를 위하여 안정전단변형한계(Critcal shear strain)를 정의하였으며 해석결과 수직하중이 증가함에 따라서 안정전단변형한계가 급격히 감소함을 알수 있었다 본논문에 사용된 고감쇠 적층고무베어링은 설계수직하중에 대해서는 종국거동에서이 존재하지 않았으나 설계수직하중의 약 5배가 작용할 경우가 350% 전단변형률부터 불안정 천이현상이 발생하였으며 약 7배가 작용할 경우에 안정전단변형한계는 340%로 나타났다.

구조물의 내진 성능 향상을 위해 현재 종종 사용되어지고 있는 기초분리장치인 적층고베어링과 납-고무 베어링의 내진성능을 실험적으로 파악하였다 베어링의 전단 변형률 또는 가해진 수직 하중이 클수록 베어링의 전단 강성은 감소하며 가력 속도에 대한 영향을 무시할 만하다. 베어링은 순수압축력에는 강하며 인장력에는 그 반대이다.