피봇형 변위증폭 감쇠기 시스템을 적용한 프레임 구조물의 동적해석

Abstract

우리나라의 경우, 한동안 지진의 안전지대라고 여겨져 왔으나, 지진관측을 시작한 이래 많은 곳에서 지진활동이 일어났고 최근에는 그 발생빈도가 점점 높아지고 있다. 그런데, 문제는 구조물에 내진설계가 도입된 이전에 지어진 구조물들과 이후에 지어진 구조물이라 할지라도 초기 내진설계에 대한 지식과 설계경험의 부족으로 내진설계 및 시공이 적절히 이루어졌다고 보기 어려운 실정이다. 따라서 적절한 내진설계가 이루어지지 못한 구조물의 경우, 지진 발생 시 대규모 인명 피해를 낼 수 있을 뿐만 아니라 구조적 기능이 손상될 경우 중요 피난시설로서의 역할을 수행할 수 없게 되므로 이에 대한 대책이 시급하다. 특히, 급속도로 노후화 과정을 걷고 있는 기존의 비내진 저층 구조물을 위한 지진대비책이 필요하다고 판단된다.

본 연구에서는 기존의 비내진 저층 구조물에 적용이 용이한 피봇형 변위증폭 감쇠기 시스템을 프레임 구조물에 적용하여 기존의 V자형 가새 내진보강시스템과 비교하여 그 성능을 확인하고, 댐퍼의 위치를 바꾸어 해석하여 그 결과를 비교하였다. 또한 연약지반에서의 지반-구조물 상호작용을 고려한 지진응답해석을 수행하여 Fixed-Base Model 해석결과와 비교함으로써 실제 지진 발생 시 피해를 최소화할 수 있는 방법을 제시하고자 하였다.

연구결과 기존의 V자형 내진보강시스템을 적용한 구조물의 응답보다 피봇형 변위증폭 감쇠기 시스템을 적용한 구조물의 응답이 약 25%정도 더 작게 나왔으며 댐퍼의 최대변위는 약 2배 크게 나왔다. 또한 댐퍼의 위치와는 무관하게 거의 같은 변위 감소율을 갖는 것을 확인하였고 지반-구조물 상호작용을 고려한 해석결과는 구조물의 강체거동으로 인해 층간 변위 차가 거의 없어 댐퍼가 활동하지 않았다.