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.

교량의 내진보강용으로 탄성받침이 널리 사용되고 있다. 이에 사용되는 고무재료는 크게 천연고무(NR), 합성고무 (CR), 이 둘을 적정하게 배합한 혼합고무(BR)가 있다. 강재와 달리 고무재료는 다양한 환경요인에 의해 노화(열화)가 빨리 진행 되고 이로 인해 전단강성에 변화가 발생한다. 교량받침에 적용되는 3가지 고무재료에 대해서 전단시편을 제작하여 열을 가하여 노화를 촉진시킨 후(노화촉진시험) 전단성능시험을 수행하였다. 시험변수는 노화촉진온도 3가지(70℃, 80℃, 90℃)와 노출시간 10단계(Fresh∼168days)로 설정하였으며, 시험의 신뢰도를 향상시키기 위해 각각의 변수별로 4개의 시험체를 제작하였다. 시험체는 총 360개이다. 전단성능시험 결과 노출강도가 클수록(노화촉진온도가 높을수록, 노출시간이 길수록) 노화에 따른 고무의 전단 경화 현상(전단강성 증가)이 나타났으며 노화강도가 클수록 심화되었다. 이런 경향은 천연고무(NR), 혼합고무(BR), 합성고무 (CR) 순으로 크케 나타났다. 향후 실제 고무받침에 대해서도 노화에 의한 전단거동 특성 연구가 필요하다.

구조물의 지진 피해 감소를 위한 내진 시스템 중에서 면진 시스템은 효율적으로 내진 성능을 향상시킬 수 있는 구조 시스템이다. 면진 시스템은 지반과 구조물을 분리시키는 만큼 안전성이 뛰어나지만, 사용되는 장치의 계열에 따라 연직 및 수평 하중에 대한 지지력과 요구변형량에 대한 복원력이 부족하여 파손이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 면진 시스템의 성능 개선을 위해 기존 연구에서 제안한 면진 장치의 지지력과 복원력을 향상시킨 고무 마찰 베어링 장치에 대하여 실험 및 해석을 통한 성능 검증 연구를 수행하였다. 이를 위해 고무 마찰 베어링 장치의 설계 상세를 재정립하고 요구 성능에 따른 구조 실험을 수행하여 장치 특성을 검증하였다. 또한, 실험 결과의 신뢰성 향상을 위한 유한요소해석을 수행하여 실험 결과와 유사한 성능 수 준의 장치 특성을 확인하였다.

The tendency to use a probabilistic design method rather than a deterministic design method for the design of nuclear power plants (NPPs) will increase because their safety should be considered and strictly controlled in relation to various causes of damage. The distance between a seismically isolated NPP structure and a moat wall is called the clearance to stop. The clearance to stop is obtained from the 90th percentile displacement response of a seismically isolated NPP subject to a beyond design basis earthquake (BDBE) in the probabilistic design method. The purpose of this study is to analyze the effects of heating and buckling effects on the 90th percentile displacement response of a lead-rubber bearing (LRB) subject to a BDBE. The analysis results show that considering the heating and buckling effects to estimate the clearance to stop is conservative in the evaluation of the 90th percentile displacement response. If these two effects are not taken into account in the calculation of the clearance to stop, the underestimation of the clearance to stop causes unexpected damage because of an increase in the collision probability between the moat wall and the seismically isolated NPP.

The seismically isolated nuclear power plants shall be designed for design basis earthquake (DBE) and considered to ensure safety against beyond design basis earthquake (BDBE). In order to limit the excessive displacement of the seismic isolation system of the seismically isolated structure, the moat is installed at a certain distance from the upper mat supporting the superstructure. This certain distance is called clearance to stop (CS) and is calculated from the 90th percentile displacement of seismic isolation system subjected to BDBE. For design purposes, the CS can be obtained simply by multiplying the median displacement of the seismic isolation system against DBE by scale factor with a value of 3. The DBE and BDBE used in this study were generated by using 30 sets of artificial earthquakes corresponding to the nuclear standard design spectrum. In addition, latin hyper cube sampling was applied to generate 30 sets of artificial earthquakes corresponding to maximum - minimum spectra. For the DBE, the median displacement and the 99th percentile displacement of the seismic isolation system were calculated. For the BDBE, the suitability of the scale factor was assessed after calculating the 90th percentile displacement of the seismic isolation system.

In order to modeling seismic isolation system such as lead-rubber bearing (LRB), bilinear model is widely used by many researchers. In general, an actual force-displacement relationship for LRB has a smooth hysteretic shape. So, Bouc-Wen model with smooth hysteretic shape represents more accurately actual hysteretic shape than bilinear model. In this study, seismic responses for seismically isolated nuclear power plant (NPP) with LRB modelled by Bouc-Wen and bilinear models are compared with those of NPP without seismic isolation system. To evaluate effect of earthquake characteristics for seismic responses of NPP isolated by LRB, 5 different site class earthquakes distinguished by Geomatrix 3rd Letter Site Classification and artificially generated earthquakes corresponding to standard design spectrum by Reg. Guide 1.60 are used as input earthquakes. From the seismic response results of seismically isolated NPP, it can be observed that maximum displacements of seismic isolation modelled by Bouc-Wen model are larger than those by bilinear model. Seismic responses of NPP with LRB is significantly reduced than those without LRB. This reduction effect for seismic responses of NPP subjected to Site A (rock) earthquakes is larger than that to Site E (soft soil) earthquakes.

Recently, many people have become interested in seismic stability enhancement and a chain of research and development be proceed for application of nuclear power plant according to increase the frequency and magnitude of earthquake event. Such as seismic isolation system is applied to general structure (architecture, bridge and LNG tank etc.) from ancient times. But the application results is limited for Nuclear power plant. In this paper, we proposed a stability of variable axial load from beyond design basis earthquake in Nuclear power plant. Also, the change of stiffness in isolator from the application of generally design equation is not equal to according to change in axial load compare with the experimental result in variable axial load. Therefore we proposed the empirical formula of design equation from test result of full-scale multi-lead rubber bearing for seismic analysis with real behavior (variable axial load) in the earthquake motion.

The lead-rubber bearing (LRB) dissipates seismic energy through plastic deformation of lead core. Under large-displacement cyclic motion, the temperature increases in the lead core. The shear strength of a lead–rubber bearing is reduced due to the heating effect of the lead core. In this study, the seismic responses such as displacement increasing, shear strength and vertical stiffness degradations of LRB due to the heating effect are evaluated for design basis earthquake (DBE) and beyond design basis earthquake (150% DBE, 167% DBE, 200% DBE).

In order to increase seismic performance of nuclear power plant (NPP) in strong seismic zone, lead-rubber bearing (LRB) can be applied to seismic isolation system of NPP structures. Simple equivalent linear model as structural analysis model of LRB is more widely used in initial design process of LRB than a bilinear model. Seismic responses for seismically isolated NPP containment structures subjected to earthquakes categorized into 5 different soil-site classes are calculated by both of the equivalent linear- and bilinear- LRB models and compared each others. It can be observed that the maximum displacements of LRB and shear forces of containment in the case of the equivalent linear LRB model are larger than those in the case of bilinear LRB model. From the seismic fragility curves of NPP containment structures isolated by LRB, it can be observed that seismic fragility in the case of equivalent linear LRB model are about 5~30 % larger than those in the case of bilinear LRB model.

In order to perform a soil-isolation-structure interaction analysis of seismically isolated nuclear power plant (NPP) structures, the nonlinear behavior of a seismic isolation system may be converted to an equivalent linear model used in frequency domain analysis. Seismic responses for seismically isolated NPP containment structures subjected to a simple artificial acceleration history and different site class earthquakes are evaluated for the equivalent-linear and nonlinear models that have been applied to lead-rubber bearing (LRB) modeling. It can be observed that the maximum displacements of the equivalent linear model are larger than that of the nonlinear model. From the floor response spectrum analysis for the top of NPP containment structures, it can be observed that the spectral acceleration of an equivalent linear model at about 0.5 Hz frequency is about 2~3 times larger than that of a nonlinear model.

면진장치는 지진력을 감소시키기 위하여 사용되어왔다. 원자력발전소에 면진장치가 적용된다면, 운영기간동안 구조물과 기기들은 동일한 내구성 및 성능이 확보되어야 한다. 본 연구에서는 면진된 원전의 지진에 대한 안전성을 확보하기 위하여 면진구조물의 장기거동을 해석적으로 분석하였다. 경년열화에 의한 면진장치 특성을 분석하였고, 다른 온도환경에서 면진장치의 경년열화에 의한 구조물의 지진응답을 분석하였다. 해석결과에 의하면 면진장치의 경년열화에 의하여 면진구조물의 고유진동수는 증가하였다. 그러나 면진 구조물의 최대가속도와 최대변위는 온도에 따라 크게 변하지 않았다. 면진장치의 열화에 의하여 구조물의 손상은 발생하지 않았지만 목표진동수 영역에서 스펙트럼가속도는 온도에 따라 증가하였다. 따라서 면진구조물에서 면진장치는 온도에 따른 지진응답의 증가를 고려하여 설치 및 제작해야 할 것으로 판단된다.

면진장치는 상부구조물의 지진력을 감소시키는데 크게 기여하지만, 고감쇠고무 적층받침에 사용되는 고무재료는 시간이 경과함에 따라 열화되어 상부구조물의 동특성과 기기들의 지진응답에 영향을 줄 수 있다. 따라서 면진장치의 경년열화를 고려한 구조물의 지진응답을 분석하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 기존 문헌을 통하여 분석된 고무의 경년열화 특성을 사용하여 면진장치를 모델링하였다. 면진된 원전의 지진응답을 평가하기 위하여 격납건물과 보조건물을 대상 구조물로 선정하고, 진동수 성분이 다양한 입력지진동을 사용하여 구조물의 고유진동수, 최대지진응답, 층응답스펙트럼을 시간의 경과에 따라 분석하였다. 해석결과에 의하면 면진장치의 경년열화에 의하여 지진응답이 소폭 증가하였으며, 면진장치가 설치된 후 20년까지 지진응답의 증가율이 크게 나타나므로 이 기간에 상세한 검사가 시행되어야 할 것이다.

Rubber laminated bearings with lead core are highly affected by changes in temperature because key materials which are rubber and lead have temperature dependencies. In this study, two full scale LRB(D800, S=5) are manufactured and temperature dependency tests on shear properties are accomplished. The shear properties at the 3rd cycle are used at -10℃, 0℃, 10℃,20℃, 30℃, 40℃ respectively. The double shear configuration, simultaneously testing two pieces, is applied for compression shear test in order to minimize the friction effects due to the test machine, described in ISO 22762-1:2010. Characteristic strength, post-yield stiffness, effective stiffness, equivalent damping ratio are estimated and presented coefficient due to the temperature changes.

In this study, vertical extension type TMD(VE-TMD) whose vertically extended stories behave like a tuned mass damper, with Lead-Rubber Bearing(LRB) between the top of existing structures and the bottom of the extended stories was proposed. A shaking table tests for a 5-story reinforced concrete model, which is of 2.2 Hz natural frequency. A vertical extended model consisted of a steel frame, with two base isolators between the top of the RC model and the bottom of the extended stories. Those base isolators' lateral stiffness was equal to 31.392 kN/m which was calculated with the fundamental period plus 0.2 tonf, weight of a single story of the model. The test for the specimen was shaking table test excited by a harmonic loads for the fundamental period of the structure. The test results indicated that the VE-TMD improved seismic performance by 40 % in displacement responses for all of frequency-domain.

In this paper, a two-way tuned liquid mass damper(TLMD) using a tuned liquid column damper(TLCD) and a rubber-bearing-type tuned mass damper(TMD) was manufactured for controlling two-way direction acceleration responses of a high-rise building structure. The proposed controlling device behaves as a tuned liquid column damper in one direction and as a tuned mass damper in the other direction. In this study, Performance evaluation of the downscaled model is conducted. The results show that the two-way controllability is behaved independently each other and realscale TLMD applicable to the high-rise building can be designed.

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 논문에서는 지진하중을 받는 사장교의 진동제어 기법 개발을 위해 제공된 벤치마크 사장교에 복합제어 기법을 적용하였다. 이 벤치마크 문제는 2003년 완공 예정으로 미국 Missouri 주에 건설중인 Cape Girardeau 교를 대상 구조물로 고려하였다. Cape Girardeau 교는 New Madrid 지진구역에 위치하고 Mississippi 강을 횡단하는 주요 교량이라는 점 때문에 설계 단계에서부터 내진 문제를 중요하게 고려하였다. 벤치마크 문제에는 사장교의 상세한 설계도면에 기초해 교량의 복잡한 거동을 나타낼 수 있는 3자원 선형모델과 각 제어기법의 성능을 평가하기 위한 18개의 평가기준이 제시되어 있다. 본 연구에서 적용한 복합제어 기법은 지진하중으로 인해 구조물에 발생되는 하중을 줄이기 위한 수동제어 기법과 상판변위와 같은 구조물의 응답을 추가적으로 제어하기 위한 능동제어 기법이 결합된 제어 방법이다. 수동제어 장지로는 납고무받침을 사용하였고 Bouc-Wen 모델을 사용하여 비선형 거동을 고려 할 수 있도륵 모델링 하였다. 능동제어 장치로는 이상적인 hydraulic actuators 가 사용되었으며 제어 알고리듬은 H_2/LQG 를 적용하였다. 수치해석 결과 제안방법의 성능은 수동제어 방법에 비해 매우 효과적이며, 능동제어 방법에 비해서는 약간 좋은 제어성능을 나타내었다. 복합제어 방법은 수동제어 부분 때문에 능동제어 방법에 비해 보다 신뢰할 수 있는 제어 방법이다. 따라서 제안된 제어방법은 지진하중을 받는 사장교의 제어를 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

본 연구에서는 저경도 고무받침 시험체의 다양한 특성실험을 통하여 저경도 고무받침의 특성을 파악하였다. 고무받침의 파악하고자 하는 특성은 변위 의존성, 반복재하특성, 진동수 의존성, 면압 의존성, 온도 의존성, 극한전단특성, 수직강성 및 전단변형능력 등이다. 특성실험결과, 저경도 고무받침의 특성치는 변위와 면압의 영향을 크게 받는 것으로 나타났으며, 진동수가 증가할수록 유효강성과 등가감쇠비가 조금 증가하며, 반복재하의 영향을 거의 받지 않았다. 그리고 대변형에 의해 변형경화 영역을 경험한 고무받침은 전단탄성계수가 저하되나, 시간이 경과하면서 일부 회복됨을 확인하였다. 끝으로, 전단파괴실험을 수행하였으며, 축소 시험체의 경우에 전단파괴가 전단변형률 490% 근처에서 진행되었고 실물의 경우에는 430%에서 진행되었다

본 연구에서는 수평전단시험을 통하여 LRB(lead-rubber hearing)의 동적 특성을 분석하였다. 10ton 및 200ton 용량의 LRB를 이용하여 수평전단시험을 수행한 결과 LRB의 동적 특성은 수평하중의 재하속도, 연직하중의 크기 및 전단변형률 등에 따라 크게 달라지는 것으로 나타났다. 세장비가 큰 면진장치에 과도한 변형을 가할 경우 내부 납심에 소성한지가 발생되어 납심이 파괴되는 것으로 나타났다. 따라서 면진구조물의 설계 및 해석 시에는 지진응답과 재하하중의 크기에 따라서 달라지는 LRB의 기계적 특성치를 적용하여 안전한 설계가 이루어질 수 있도록 하여야 한다.