본 논문은 초탄성 형상기억합금의 복원성능에 의해 지속적으로 사용이 가능하고 마찰볼트 적용으로 에너지 소산 능력이 우수한 에너지 소산형 댐퍼를 제안하고 성능의 우수성을 입증하기 위해 구조용 탄소강이 적용된 댐퍼와 함께 해석을 통한 결과 비교 분석을 진행하였다. 해석결과에 대해 최대하중, 잔류변위, 에너지 소산등의 분석을 진행하여 초탄성 형상기억합금이 적용된 댐퍼의 우수성을 입증하였 으며, 해석 결과로 초탄성 형상기억합금이 적용됨에 따라 하중 성능과 잔류변위의 회복성능이 상당히 개선됨을 확인하였다. 최대하중의 경우 SSF댐퍼가 382.60kN으로 가장 우수하였으며 잔류변위의 경우 마찰볼트가 적용되지 않은 SS10, SS15가 0mm로 가장 우수한 회복거동을 보였다. 에너지소산의 경우 마찰볼트와 재료의 항복에 의한 연성효과가 우수한 CSF15가 가장 우수한 성능에 대한 거동 특성을 파악한다.

지진이란 지구 내부의 갑작스러운 에너지 방출로 땅이 흔들리는 자연재해의 일종으로 지표면에 살고 있는 사람들에 게 수많은 피해를 발생시킨다. 이에 따라 지진의 피해를 최소화하는 연구가 활발히 진행되고 있지만 지진 이후 발생한 구조물 의 잔류변형, 댐퍼와 구조물의 보수와 같은 문제는 피할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 반영구적으로 사용이 가능한 초탄성 형 상기억합금을 댐퍼에 적용하고 제안한다. 본 연구의 에너지 소산형 댐퍼는 초탄성 형상기억합금과 더불어 마찰볼트가 추가됨으 로써 잔류변형은 적고 에너지 소산 및 하중 성능은 우수한 댐퍼이며 ABAQUS 프로그램을 활용한 유한요소해석을 진행하여 성 능을 입증한다. 재료의 차이, 마찰볼트의 유무, 핵심부재의 크기 차이를 설계 변수로 해석을 진행하여 도출된 힘-변위 거동응답 결과를 최대하중, 잔류변위, 에너지 소산 등의 성능에 대해 비교분석한다. 따라서, 연구 결과를 바탕으로 에너지소산형 댐퍼는 우수한 성능으로 안전한 사회기반을 조성하는 초석이 될 것으로 기대된다.

니티놀이라고 하는 니켈-티타늄 형태의 형상기억 합금(SMA)은 상당한 양의 변형이 발생한 후에 추가적인 열을 가하지 않더라도 상온에서 원래 모양으로 복원될 수 있는 초탄성 효과를 가진다. 이러한 독특한 재료 특성 때문에, 니티놀은은 의료, 전기, 전자 및 기계 분야뿐만 아니라 토목 공학 분야의 내진 개량을 위한 변위 제어 장치로 널리 사용되어 왔다. 탄소강과 달리 초탄성 형상기억합금은 피로 저항성이 강하며 하중 속도에 따라 강성(하중-변위특성)등의 기계적 물성치가 변화한다. 본 연구에서는 하중 사이클의 반복 횟수와 속도에 따라 초탄성 형상기억합금의 기계적 물성치가 어떻게 변하는가에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구로 인해 표준화된 초탄성 형상기억합금의 기계적 물성치는 이후 초탄성 형상기억합금을 적용한 내진 장치의 설계과정에서 활용함으로써 설계 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

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.

The researches related to active control systems utilizing superelastic shape memory alloys (SMA) have been recently conducted to reduce critical damage due to lateral deformation after severe earthquakes. Although Superelastic SMAs undergo considerable inelastic deformation, they can return to original conditions without heat treatment only after stress removal. We can expect the mitigation of residual deformation owing to inherent recentering characteristics when these smart materials are installed at the part where large deformation is likely to occur. Therefore, the primary purpose of this research is to develop concentrically braced frames (CBFs) with superelastic SMA bracing systems and to evaluate the seismic performance of such frame structures. In order to investigate the inter-story drift response of CBF structures, 3- and 6-story buildings were design according to current design specifications, and then nonlinear time-history analyses were performed on numerical 2D frame models. Based on the numerical analysis results, it can be comparatively verified that the CBFs with superelastic SMA bracing systems have more structural advantages in terms of energy dissipation and recentering behavior than those with conventional steel bracing systems.