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.

In order to develop the compatible damping device in various vibration source, a hybrid wall-type damper combining slit and friction damper in parallel was developed. Cyclic loading tests and two-story RC reinforced frame tests were performed for structural performance verification. As a result of the 5-cyclic loading test according to KBC-2016 and low displacement cyclic fatigue test, The hybrid wall type damper increased its strength and the ductility was the same as that of the slit damper. In addition, As a result of the two-layer frame test, the reinforced frame had about twice the strength of the unreinforced frame, and the story drift ratio was satisfied to Life Safety Level.

본 연구의 목적은 마찰력의 크기에 따른 동조질량감쇠기(Tuned mass damper, 이하 TMD)의 성능변화를 조사하고, 이에 기초 하여 TMD의 최적 설계 파라미터를 결정하는 것이다. 일반적인 TMD 설계는 레일의 마찰력을 최소화하는 것을 전제로, 진동수비와 감 쇠비의 최적값이 제시되어 있다. 본 연구에서는 선형점성, 마찰력, 그리고 점성과 마찰을 동시에 가지는 TMD에 대하여 조화하중과 랜덤하중을 사용한 수치해석을 통해 최적진동수비와 최적감쇠비의 변화를 조사하였다. 마찰력의 경우에도 점성감쇠와 같이 특정 크기까지는 제어효율이 증가하나, 특정 값 이상에서는 TMD 성능이 급격히 저하되는 특성을 가진다. 점성감쇠와 마찰력이 동시에 존재하는 경우, 마찰력이 증가함에 따라 최적감쇠비가 감소하였으며, 마찰력의 크기를 반드시 고려하여 최적감쇠비를 결정해야한다. 풍하중을 받는 76층 벤치마크 구조물에 설치된 TMD에 대한 설계를 통해 제안된 최적 파라미터가 제어성능을 향상시키는 데 있어 유효함을 확인하였다.

This study develops a new hybrid passive energy dissipation device for seismic rehabilitation of an existing structure. The device is composed of a friction damper combined with a steel plate with vertical slits as a hysteretic damper. Analytical model is developed for the device, and the capacity of the hybrid device to satisfy a given target performance is determined based on the ASCE/SEI 7-10 process. The effect of the device is verified by nonlinear dynamic analyses using seven earthquake records. The analysis results show that the dissipated inelastic energy is concentrated on the hybrid damper and the maximum interstory drift of the SMRF with damping system satisfies the requirement of the current code.

The new rotary friction damper was developed using several two-nodal rotary frictional components with different clamping forces. Because of these components, the rotary friction damper can be activated by building movements due to lateral forces such as a wind and earthquake. In this paper, various dependency tests such as displacement amplitude, forcing frequency and long term cyclic loading were carried out to evaluate on the structural performance and the multi-slip mechanism of the new damper. Test results show that the multi-slip mechanism is verified and friction coefficients are dependent on displacement amplitute and forcing frequency except long term cyclic loading.

Various hybrid dampers have been developed as increasing tall buildings in Korea. To minimize the installment space and cost, the new hybrid friction damper was developed using friction components. It is composed of two one-nodal rotary frictional components and a slotted bolted frictional connection. Because of these components, hybrid friction damper can be activated by building movements due to lateral forces such as a wind and earthquake. In this paper, displacement amplitude dependency tests were carried out to evaluate on the structural performance and the multi-slip mechanism of the hybrid damper. Test results show that the multi-slip mechanism is verified and friction coefficients are increasing as displacement amplitudes are increasing.

최근 지진의 빈도가 증가하면서 전력 시설물에 대한 피해 역시 심각한 상황이다. 요즘 들어 Hanger, Brace, Snubber와 같이 주요기기들을 연결하는 배관지지 시스템의 중요성이 강조되고 있다. 배관의 손상은 발전소 가동에 전체적인 영향을 미치기 때문에 손상을 주는 요인으로부터 보호할지지 장치가 필요하게 된다. 이러한 장치들은 배관에 작용하는 직․간접적인 진동과 충격을 저감시키는 역할을 하기 때문에 배관의 손상을 방지할 수 있다. 본 논문에서는 마찰진자 원리를 이용한 기계식 댐퍼를 개발하고 특성시험을 통해 장치 성능을 검증한 내용을 기술하였다. 또한 자체 개발한 설계 프로그램을 통해 예상된 해석값과 시험값을 비교분석하였고 결과적으로 설계의 신뢰성을 향상시켰다.

The friction damper can be used for improving the seismic resistance of existing buildings. The damper is often installed in bracing members. The energy dissipation capacity of the damping systems depends on the type of the structure, the configuration of the bracing members, and the property of dampers. In Korea, there are numerous low- to mid-rise reinforced concrete moment frames that were constructed considering only gravity loads. Those frames may be vulnerable for future earthquakes. To resolve the problem, this study developed a toggle bracing system with a high density friction damper. To investigate the improvement of reinforced concrete frames after retrofit using the developed damped system, experimental tests were conducted on frame specimens with and without the damped system. The results showed that the maximum strength, initial stiffness and energy dissipation capacity of the framed with the damped system were much larger than those of the frame without the damped system.

본 연구의 목적은 마찰 감쇠기를 사용한 기존 구조물의 제진보강 설계절차를 제시하는 것이다. 보강된 구조물의 목표 지붕층 변위는 기존 구조물이 급격한 강도의 저감없이 보유내력을 발휘할 수 있는 최대변위를 초과하지 않도록 결정하였다. 보강 구조물의 변위는 비탄성 변위비 제안식을 이용하여 예측하였다. 제안된 방법의 유효성을 검증하기 위하여 80개의 지반운동 데이터를 사용하여 비선형 동적해석을 수행하였다. 해석결과 제안된 방법은 보강 구조물의 지붕층 변위를 정확히 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

풍하중에 의해 발생된 진동을 저감함으로써 구조물의 내풍성능을 개선하기 위하여 동조질량감쇠기가 많이 사용되어 왔으며, 초고층 초장대 구조물과 같이 매우 큰 주기를 가지는 구조물에도 그 적용방안이 확대되고 있다. 구조물이 가지는 초장주기 특성에 의해 TMD의 거동 또한 초장주기 특성을 보유하게 되고 구조물 진동변위의 수 배에 이르는 질량 이송거리가 요구된다. TMD의 이송거리가 매우 커짐에 따라 TMD 설치공간을 초과할 뿐만 아니라 TMD를 구성하는 스프링, 가이드 레일과 같은 부품의 제조가 불가능하게 될 수 있다. 본 연구에서는 구조물의 제어성능을 유지하면서 이송거리(stroke)를 효과적으로 줄일 수 있는 새로운 타입의 TMD를 제안하고 이들이 구조물의 진동제어성능에 미치는 영향을 평가하였다. 제안하는 TMD는 이송거리에 따라 마찰력이 조정되는 장치로써 이송거리가 증가함에 따라 마찰력을 인위적으로 조절하여 최대 이송거리를 줄이는 시스템으로 이러한 변동마찰에 따른 구조물의 제어성능, 이송거리 저감을 초장주기 독립주탑을 대상으로 수치해석을 수행하엿다. 해석결과 본 연구에서 제안된 변동마찰형 TMD는 기존의 선형 TMD에 비해 이송거리를 크게 줄이면서 진동저감효과는 유사한 것으로 나타났다.

In this study, as a part of the seismic retrofitting for school buildings, proposed of a new type of rotary friction damper, reviewed the performance and developed a experiment formula for the practical application. The rotary friction damper was composed of 4 shear plane using 2 friction pad. Considering a variety of yield moment, it was designed that clamping forces can be applied. The number of bolts were 9, 13 and thε clamping forces were 8 levels that the maximum load is the standard clamping forces. ±20mm displacement of the cyclic loading test were performed. As a result, the records of friction damper were stable. But sliding was ensured if the stress is 10-15% of the relation formula of sliding load in KBC 2009 by the bolts joining. However, when it is designed of that were inserted additional members for implementation of friction, the design of the level of 10% of the formula in KBC 2009 will be possible. And the design equation that is converted into the moment-rotation is proposed for the detailed design.

High-rise apartments of shear wall system are governed by flexural behavior like a cantilever beam. Installation of the damper-brace system in a structure governed by flexural behavior is not suitable. Because of relatively high lateral stiffness of the shear wall, a load is not concentrate on the brace and the brace cannot perform a role as a damping device. In this paper, a friction damper applying flexibility of shear wall is proposed in order to reduce the deformation of a structure. To evaluate performance of the proposed friction damper, nonlinear time history analysis is executed by SeismoStruct analysis program and MVLEM(Multi Vertical Linear Element Model) be used for simulating flexural behavior of the shear wall. It is found that control performance of the proposed friction damper is superior to one of a coupled wall with rigid beam. In conclusion, this study verified that the optimal control performance of the proposed friction damper is equal to 45% of the maximum shear force inducing in middle-floor beam with rigid beam.

In this study, based on the results from the sinusoidal base excitation analyses of a single degree of freedom system with a tuned mass damper (TMD) , the optimal friction is computed so that the rail friction improve the performance of the TMD. The magnitude of the optimal friction increases with increasing mass ratio of the TMD and decreases with increasing structural damping. Particularly, it is observed that the optimized friction force gives better control performance than the optimized viscous damping of the TMD. However, because the performance of the TMD considerably deteriorates when the friction force increases over the optimal value, it is required to keep the friction force from exceeding the optimal value. Based on the results from this study, it is possible to economically design the TMD by avoiding the unconditional minimization of the rail friction and in some cases by removing the additional damping devices of which function can be performed by the rail friction.

In this study, a seismic design methodology for a friction damper based on the story shear force of an elastic building structure is proposed. First, using two normalization methods for the slip-load of a friction damper, numerical analyses of various single-degree-of-freedom systems are performed. From those analyses, the effect of the slip-load and brace stiffness was investigated and the optimal stiffness ratio of the brace versus original structure was found. Second, from the numerical analysis for five multi-story building structures with different natural frequency and the number of story, reasonable decision method for the total number of installation floor, location of installation and distribution of slip-loads are drawn. In addition, an empirical equation on the optimal number of installation floor is proposed. Finally, the superiority of the proposed method compared to the existing design method is verified from the numerical analysis.

본 연구에서는 하이브리드 면진장치가 설치된 단자유도 구조물의 동적거동을 예측할 수 있는 수치해석모델을 제안한다. 하이브리드 면진장치는 MR 감쇠기와 마찰진자시스템(FPS)으로 구성된다. MR감쇠기의 동적거동을 모형화하기 위하여 뉴로-퍼지 모델을 사용한다. 다양한 변위, 속도, 전압의 조합을 사용하여 MR 감쇠기의 성능실험을 수행한 후 얻어진 데이터를 이용하여 MR 감쇠기 뉴로-퍼지 모델을 ANFIS로 학습시킨다. FPS의 모형화는 본 연구에서 유도한 비선형 모델식에 근거하여 뉴로-퍼지 모형화방법을 사용하여 이루어진다. 본 연구에서는 MR 감쇠기로 전달되는 제어전압을 조절하기 위하여 퍼지논리제어기를 사용한다. 다양한 지진하중을 사용한 진동대 실험을 통하여 얻은 실험체의 동적응답과와 뉴로-퍼지 모형화방법을 사용한 수치해석의 결과를 비교한다. 뉴로-퍼지 모델을 사용하여 MR 감쇠기와 FPS를 모형화해서 수치해석을 수행한 결과 하이브리드 면진장치의 동적거동을 매우 정확하게 예측할 수 있었다.

본 연구에서는 하이브리드 면진장치가 설치된 단자유도 구조물에 대하여 진동대 실험을 수행하였다. 본 연구에서 사용된 하이브리드 면진장치는 네 개의 FPS와 한 개의 MR 감쇠기로 구성하였다. 다양한 크기 및 특성을 가진 지진하중을 하이브리드 면진장치가 설치된 구조물에 가하여 진동제어 성능을 평가하였다. 본 연구에는 준능동 MR 감쇠기의 저항력을 효과적으로 조절하기 위하여 퍼지제어기를 사용하였고 구조물에 부착된 계측기를 통하여 변위 및 가속도를 피드백으로 이용한다. 수동 및 준능동 제어기법을 사용하여 얻은 구조물의 응답을 서로 비교하였고 그 결과 FPS와 MR 감쇠기의 조합으로 다양한 특성의 하중을 받는 구조물의 진동제어를 효과적으로 수행할 수 있음을 알 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.

본 논문의 목적은 탄성과 비탄성 구조물의 지진응답제어를 위한 마찰감쇠기의 설계절차를 제시하는 것이다. ATC-40과 ATC-55를 이용하여 비탄성 구조물의 등가선형감쇠비와 등가선형주기를 구하였고, 이에 기초하여 목표 성능을 만족하기 위한 마찰감쇠기의 최대마찰력을 결정하는 식을 제시하였다. 이 식은 항복 전후 강성비와 요구되는 탄성강도에 대한 항복강도비, 그리고 구조물의 주기에 따라 비선형 수치해석과 오차가 발생한다. 수식에 의해 산출한 최대마찰력과 비선형 수치 해석에 의해 산출된 값과의 오차를 줄이기 위하여, 최소 제곱법을 사용하여 오차 보정식을 제시하였다. 수치해석결과는 제안된 보정식을 사용하면 탄성 및 비탄성 지진응답제어를 위한 마찰감쇠기의 설계를 합리적으로 수행할 수 있음을 보여준다

The purpose of this paper is to present a design method for friction damper (FD) for inelastic response control of short-period structure. A critical design parameter of FD is maximum friction force (MFF) and previous study evaluated MFF using equivalent damping ratio which is based on the maximum displacement. This procedure, however, gives the overestimated MFF for short-period structure. In this study, MFF of FD is evaluated based on RMS displacement response which is obtained by using given maximum response and peak factor. Numerical analysis shows that proposed method provide a reasonable MFF of FD for short-period structure.

본 연구는 구조물의 내진보강을 위하여 사용되는 제진장치의 일종인 마찰댐퍼의 개발에 관한 것으로 기존의 마찰댐퍼의 마찰재로 적용되고 있는 고무, 금속 등의 재료를 초고분자 복합재로로 대체하여 작은 진동 및 큰 진동에도 대응할 수 있는 속도의존형 마찰댐퍼를 개발하였다. 이를 실험적으로 검증하기 위하여 5, 25, 50, 100, 150mm/sec의 속도변화에 따른 마찰댐퍼의 마찰력과 마찰계수의 변화를 관찰하였다. 실험결과 속도변화에 따라 마찰댐퍼의 성능과 마찰계수가 변화하는 것을 확인할 수 있었다.