최근 인접국가인 일본에서 규모 7.6의 지진이 발생하였다. 이 지진은 대규모의 최초 지진 이후 120회 이상의 여진을 동반하여 지진의 위험성이 두각되었다. 실제로 구조물들은 최초 지진이후 항복하여 지속되는 여진에 의해서도 붕괴될 위험이 있기 때문에 지진 저항력을 향상시킬 필요가 있다. 본 연구에서는 자동복원이 가능한 신소재를 활용하여 지진에 의한 피해를 감소시키면서도 댐퍼와 구조물에 발생되는 잔류변위를 회복시킬 수 있는 자동복원 신소재 댐퍼를 제안한다. 이 댐퍼는 초탄성 형상기억합금과 폴리우레탄으로 구성되며 폴리우레탄에는 선행압축이 적용되어 그로 인한 반발력을 통해 회복특성을 증진시킨 다. 이에 대한 성능을 평가하기 위해 구조실험과 구조실험에 대한 수치해석을 진행하여 댐퍼의 회복특성, 하중특성을 확인하였 다. 또한, OpenSEES프로그램을 활용하여 구조물에 댐퍼를 적용시키고 실제 지진환경에 대한 수치해석을 수행함으로써 지붕변 위, 밑면 전단력 등의 응답을 구하여 자동복원 신소재 댐퍼의 우수성을 검증하였다. 이를 통해 자동복원 신소재 댐퍼를 구조물 에 적용하게 되면 국내 역대 지진 중 가장 규모가 큰 지진이 다시 발생하여도 구조물을 다시 회복할 수 있을 것으로 기대된다.

지진은 예상하지 못한 위치와 규모로 지반을 흔들어서 막대한 물적 및 인적 피해를 발생시킨다. 따라서 지진으로 인 한 진동을 최소화하고 피해를 방지하기 위하여 다양한 내진 기술 개발 연구가 수행되고 있다. 최근에는 우수한 성능을 나타내 는 다양한 신소재가 개발되고 있으며 이를 접목된 내진 기술 개발 연구가 하나의 트렌드가 되고 있다. 본 연구에서는 반영구적 이고 자동복원이 가능한 신소재를 적용한 새로운 개념의 영구마찰 자동복원 댐퍼를 제안하고 핵심 부재에 대한 물리적 특성 검 증 연구를 수행한다. 영구마찰 자동복원 댐퍼의 핵심은 복원 특성을 나타내는 초탄성 형상기억합금과 폴리우레탄을 부재로 장 착시키고 추가적인 마찰 특성을 나타내는 네오디뮴 영구자석을 사용하였다. 이러한 핵심 부재는 재료실험을 통해 특성을 검증 하였고 도출된 거동 응답 결과를 통해 영구마찰 자동복원 댐퍼의 구조실험 예측 거동을 도출하였다. 우수한 복원 성능을 나타 내는 영구마찰 자동복원 댐퍼는 최대 하중 성능과 에너지 소산 능력이 우수하여 구조물에 적용 시 강한 지진에도 버티면서 발 생된 손상도 회복 시킬 수 있을 것으로 기대된다.

최근 우리나라는 대규모 지진이 빈번히 발생하고 있으며, 유감지진의 발생 규모 및 빈도가 급격히 증가하고 있어 지 진피해 저감 기술에 대한 관심이 증대되고 있다. 기존 지진피해 저감 기술은 구조물의 단면적을 크게하여 강성을 증가시키는 방법으로 과도한 설계 및 시공이 발생하여 상당한 비용이 소요되고 경제적인 측면에서 비효율적이다. 구조물에 대해 지진하중 으로부터 효율적으로 대응하기 위한 내진설계 방법에는 제진기술이 있다. 제진기술에 활용되는 제진장치는 지진 발생 후 재료의 항복으로 인해 장치의 손상 및 파괴가 발생하여 교체가 불가피하고 시간 및 비용이 소요된다. 따라서 이 연구에서는 기존 제진기술의 단점을 보완하기 위하여 에너지 소산 능력 및 복원력이 우수한 초탄성 형상기억합금 및 폴리우레탄 적용 자동복원 감쇠장치의 구조실험을 수행 및 분석하여 지진 발생 후 지속적으로 활용 가능한 댐퍼 장치에 대한 연구를 수행하였다.

우리나라는 지진에 대해 비교적 안전한 지역으로 인식되고 있었으나, 최근 경주지진과 포항지진이 발생하면서 시설물에 상당한 피해가 발생되면서 지진피해 저감장치를 적용한 내진설계 및 보강에 대한 연구와 개발이 수행되고 있다. 이미 건축된 구조물의 유지⋅보수에 대한 관심이 높아짐에 따라, 구조물의 감쇠, 강성 등을 국부적으로 변화시켜 지진 하중에 의한 에너지를 흡수하고 소산시키는 내진설계 방식인 제진기술이 활용되고 있다. 그러나 강한 지진이 발생할 때 제진 장치의 손상으로 인하여 사용성이 매우 떨어지게 되는 문제점이 발생되고 있다. 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위해, 구조물의 가새 부재에 별도의 열처리를 하지 않고 응력 제거만으로 원형복원이 가능한 초탄성 형상기억합금을 적용하는 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 비좌굴 가새 부재에 초탄성 형상기억합금을 사용하여 자동복원이 가능한 프레임 구조물을 구성하여 비선형 정적해석을 수행하여 구조물의 내진성능을 평가하고, 초탄성 형상기억합금의 재료적 특성의 우수성을 검증하고자 한다.

This study investigates a new type of recentering damper system combining a shape memory alloy bar with initial tension force is proposed to improve the recentering of frictional damper dissipating energy. The recentering damper is a damper device with improved energy dissipation capability as well as a reduction in maintenance and reinforcement cost, and can be said to be a low-cost, high-efficiency damper device conforming to domestic reality. For the implementation of the theoretical mechanism for the recentering damper device, various parameters were selected and the theoretical and detailed design were carried out. In order to verify the design validity of the recentering damper, a high dimensional finite element analysis model was fabricated and analyzed using cyclic load. As a result of comparing and analyzing the behavior response of the recentering damper, it proved its superiority in terms of energy dissipation ability and stability. Based on these results, we propose an optimized system design method of recentering damper.

This study is on the seismic response of new buckling-restrained braced frames(BRBFs) with superelastic SMA bracing system. The superelastic SMA materials can return to undeformed shape without additional heat treatments only after removal of applied loads. 6-story braced frame buildings were designed in accordance with the current design specifications in order to verify the performance of such bracing systems. Based on the anlysis results, Superelastic SMA bracing systems were also compared to those with conventional steel bracing system. And at last, analysis results show that the superelastic SMA bracing systems are very effective to reduce the residual inter-story drifts.