벨로우즈 신축이음관은 구조적 특성으로 인해 큰 변위 용량을 갖으며 과도한 상대변위에 의한 매립 배관 시스템의 손상을 저감시키기 위해 연결부로써 사용된다. 벨로우즈 신축이음관의 내진성능 평가를 위한 연구에서 한계상태는 변형률을 적용하였지만 변형률 기반 한계상태는 벨로우즈 신축이음관의 큰 변위용량을 고려할 수 없다. 또한 벨로우즈 신축이음관의 성능평가와 한계상태 분석을 위한 해석적 및 실험적 연구는 수행된 사례가 극히 적다. 따라서 본 연구는 단조 및 반복하중을 받는 벨로우즈 신축이 음관의 해석적 연구를 통해 벨로우즈 신축이음관의 한계상태를 분석하였다. 결과적으로 단조하중 보다 반복하중을 받는 벨로우즈 신축이음관은 더 낮은 변위에서 누출이 발생하였다. 반복하중으로 인한 피 로 및 라체팅 현상으로 인해 단조하중 보다 낮은 변위의 성능을 갖는 것으로 보여진다. 따라서 반복하 중에서 관측된 변위응답을 기반으로 벨로우즈 신축이음관의 내진성능 평가를 수행하는 것이 보수적일 것으로 판단된다.

대표적인 비구조요소인 배관의 지진에 의한 손상은 관성력과 두 지지점 사이의 위상차에 의해 작용하는 반복하중 그 리고 허용변형량을 초과하는 상대변위 등에 의해 발생할 수 있다. 특히 주요 손상모드는 큰 반복하중에 의한 저주기피로임이 많은 실험적 연구를 통하여 알려졌다. 따라서 과도한 지진변위에 의한 배관의 손상을 방지하기 위하여 지진상대변위가 발생할 수 있는 위치에 지진분리이음 또는 지진분리장치의 적용이 요구된다. 신축관이음 중 하나인 벨로우즈는 지진분리이음으로 적용 할 수 있다. 본 논문에서는 3ply 금속 벨로우즈 신축관이음의 온도차에 의한 내진성능의 변화를 분석하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 상온환경에서 점진증폭 반복하중재하실험을 수행하였으며, -20°C의 저온조건에서 동일한 실험을 수행하고 그 결과 를 비교하였다. 실험 결과로부터, -20°C의 저온환경에서 금속벨로우즈의 변위성능은 약 10% 저하될 수 있음을 확인하였다.

In this study, the structural analysis for bellows joint of high-performance that can enhance the performance of seismic isolation piping was performed. Bellows joint is that the corrugated flexible piping is connected at the both sides of elbow. An one axis of the bellows joint fixed, and the other end of the axis changes the position from 0° to 315° for the radius displacement of 500 mm. Results obtained are as follows for this case in analysing of the maximum stress and plastic strain of the bellows joint. As the location of the base isolation displacement get farther from the fixed pipe, the bellows joint is pulled, and the maximum stress and plastic deformation is increased. And so the maximum stress occurs near the bellows at both ends of the elbow. Displacement in the 135° position, a maximum stress of 837 MPa and a plastic strain of 3.00% was the highest.