케이블 구조물은 비교적 가볍고 넓은 공간의 형성이 쉬우나 유연한 특징으로 인해 형상의 제어가 매우 민감하다. 이런 구조물은 여러 이유에서 형상의 보정이 필요하며, 특히 부재 제어량과 어떠한 부재를 제어해야 하는가는 것은 많은 연구자들이 고심하고 있는 문제이다. 따라서 본 논문의 목적은 하중법(Force Method)를 이용해서 형상조절을 위한 변위 제어기법을 연구하는 것이다. 논문은 2장에서는 제어 방정식을 설명하고, 3장에서는 단순 케이블 넷 모델을 이용하여 동시 및 순차제어를 고려해 해석을 수행하고 결과를 고찰한다. 4장에서는 보다 더 복잡한 케이블 돔 구조물에 적용하여 가장 유용한 부재에 대해서 논의 하고, 5장에서 결과를 요약한다.

최근 급속하게 증가하고 있는 초고층 건축물은 바람이나 지진에 의한 횡변위를 효율적으로 제어하는 기술이 매우 중요하다. 그러나 국내의 초고층 주거형 건축물에 주로 사용되는 횡력 저항 구조시스템인 아웃리거 시스템은 별도의 공간을 요구하여 시공이 어렵고 공사 기간이 오래 걸리는 등의 불리한 점들이 있다. 반면 근래에 사용되고 있는 제진 시스템은 동적 하중에 의한 진동에너지를 부가적인 제진장치에 집중시킴으로써 건물의 횡변위를 저감시키며, 댐퍼의 설치도 비교적 용이하다. 또한, 아웃리거 설치와 같은 횡변위 제어시스템은 강성증가로 인해 풍응답이 증가되어 거주자의 불편과 같은 사용성 문제가 발생하기도 하며 이는 다른 추가적인 제어방식을 요구하게 된다. 따라서 본 연구에서는 초고층 주거형 건축물에 대한 횡변위를 효과적으로 제어하면서 아웃리거시스템을 대체 또는 보완할 수 있는 새로운 방법으로써 다양한 제진장치를 적용하여 각각의 횡변위제어 성능을 검토해보았다.

본 논문은 형상기억합금 바의 휨 거동 특성 파악하기 위하여 여러 가지의 휨 거동 실험을 수행하였으며, 형상기억합금 바의 휨 거동분석을 통하여 지진 시에 적용 가능성을 규명하는데 목적이 있다. 이를 위해 단순 휨 및 이중 휨 실험을 재하속도 및 최대변위를 변수로 수행하였다. 힘-변위 곡선에서 추정한 재하 및 제하 시의 강성이 추정되었으며, 등가의 감쇠비도 각 실험결과에서 추정되었다. 단순 휨에서 형상기억합금 바는 32 mm 변위 이후에 강성증가현상을 나타냈으며, 이것은 SIM(Stress-Induced-Martensite) 현상에 의해서 발생하는 것으로 추정된다. 재하속도의 증가는 형상기억합금 휨 강성 증가에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 이중 휨 거동에서 형상기억합금 바는 단순 휨에 비해 강성이 약 5배정도 크게 나타났으며, 감쇠비는 유사하게 나타났다. 휨 거동의 형상기억합금 바를 지진 변위 제어장치로 사용하여 3경간 단순지지 교량에 적용하여 지진해석을 수행하였다. 이러한 지진변위 제어장치는 매우 효과적인 것으로 나타났으며, 실용적인 것으로 판단된다. 본 논문의 의미는 형상기억합금 바의 휨 거동에 대한 기초 지식을 제공하는데 있다.

본 연구에서는 지진하중을 받는 고층 RC 골조구조물의 횡변위를 정량적으로 제어할 수 있는 방안을 제시한다. 이를 위해 수학적인 일반성을 가지면서 큰 규모의 문제도 효율적으로 다룰 수 있는 근사화 개념을 도입하여 횡변위 구속조건식을 설정한다. 아울러 구조부재의 단면특성 관계식을 설정함으로써 설계변수의 수를 줄여주고, 초기에 주어진 단면형상이 최적설계 과정동안 계속 유지된다는 가정을 이용하여 최적설계결과에서 구해진 단면특성에 따라 부재단면크기를 산출하는 방안을 강구한다. 특히 근사화된 횡변위구속조건식을 정식화 하기 위해 동적 변위민감도해석 방안이 고려된다. 이와 같이 제시된 동적 강성최적설계 기법의 효용성을 검토하기 위해 10층과 50층 규모의 삼차원 RC 골조구조물 모델이 고려된다.

본 연구는 구조물의 정량적 강성설계 기법 개발, 즉 부재 단위의 강성 재설계를 통한 전역 자유도 변위의 정량적 조절 기법개발을 궁극적 목적으로 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 전역 자유도에 대한 부재의 변위기여도계수와 내력기여도계수를 유도하고, 이를 이용하여 특정 변위를 정량적으로 예측, 제어할 수 있도록 부재 강성과 특정 변위간의 상관식을 유도 제시하였다. 간단한 예제 구조물의 해석과 제안식 적용을 통한 변위 예측값 사이의 비교를 통하여 제안식을 검증하였다. 정정구조물의 경우 본 상관식은 정해로서, 이를 이용하여 폭정 변위를 원하는 목표치로 정확하게 제어할 수 있으며, 부정정구조물의 경우에도 부재 내력 재분배에 의한 오차가 발생하기는 함에도 불구하고 각 부재 강성과 특정 변위간의 상관성과 경향을 제시함으로써 매우 유용하게 활용될 수 있다. 본 연구에서 제안하는 정량적 변위 제어 기법은 강성설계가 전체 설계 결과를 지배하게 되는 대 공간구조물 또는 초고층건물의 설계 시 유용할 것으로 기대된다.

본 연구에서는 횡강성 영향행렬을 이용한 최적설계의 효율성을 높이기 위해 각 층에서 층별 영향행렬을 구하는 계산모듈을 개발하고 가상하중법에 의한 민감도 해석을 수행한다. 아울러 최적설계결과를 실무에 직접 적용할 수 있도록 층별 횡강성 증대계수에 근거하여 횡하중 저항시스템의 부재단면크기를 재산정하는 방안을 강구한다. 이를 위해 단면 재산정 방안은 연속형과 이산형 단면설계법으로 나누어 고려되며, 단면특성과 단면치수와의 관계가 설정된다. 특히 강도구속조건에 대한 초기설계가 먼저 수행된 후 횡변위 구속조건을 초과하는 횡변위를 제어하는데 있어서 횡하중 저항 시스템만이 저항하도록 설계한다. 본 연구에서 제안된 고층건물의 횡변위 제어 및 단면 재산정 방안을 검토하기 위해 두 가지 형태의 45층 삼차원 구조물이 고려된다.

보의 비선형 해석프로그램의 개발에 있어서 변형연화현상을 고려해 주기 위하여 한점의 변위를 점증시키면서 구조물의 나머지 변위와 가해지는 하중들을 구하는 변위제어법을 사용하였으며, 신속한 결과의 도출을 위하여 단면의 성질인 모멘트-곡률 곡선을 이용하였다. 이때 변형연화현상으로 인하여 요소길이에 따라 같은 구조물일지라도 해석결과가 다르게 나타나는데 이 점을 보완해 주기 위해서 파괴에너지 개념을 도입하여 모멘트-곡률 곡선을 보정하였으며, 비선형 해석을 보다 단순화시키기 위하여 과다철근보에 대해서는 탄성-연화, 과소철근보에 대해서는 탄성-소성-연화로 선형화된 모델을 사용하였다. 이러한 본 해석프로그램을 이용하여 실험된 철근콘크리트 보들을 해석한 결과 보의 하중-처짐 곡선은 실험결과와 거의 일치함을 보였다.

This paper is developed the viscoelastic dumpers whose multilayer system absorbs weight transmitted to framed structure sliding down along specific layer elements. Experiments with and without viscoelastic dumpers were carried out. According to the results, I could confirm that interstory drift ratio of steel frame structure has effectively decreased on both 1st and 2nd floor compared to that of before.