2001. 6. 2
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2001. 6. 2. 2001 년도 한국강구조학회 학술발표대회. 다경간 연속교에 대한 면진용 교좌장치의 내진성능 비교연구. * 박 규식 , 한국과학기술원 박사과정 이 종헌 , 경일대학교 토목공학과 교수 고만기 , 공주대학교 토목공학과 교수 이 인원 , 한국과학기술원 토목공학과 교수. 목차. 서론 면진용 교좌장치 민감도 분석 결론. 서론. 연구목적 교량에 대한 면진용 교좌장치의 내진성능 비교 설계변수에 따른 면진용 교좌장치의 내진성능 비교 연구내용 설계변수에 따른 민감도 분석 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
2001. 6. 2
20012001 년도 한국강구조학회 학술발표대회년도 한국강구조학회 학술발표대회
다경간 연속교에 대한 면진용 교좌장치의 다경간 연속교에 대한 면진용 교좌장치의 내진성능 비교연구내진성능 비교연구
** 박 규식박 규식 , , 한국과학기술원 박사과정한국과학기술원 박사과정
이 종헌이 종헌 , , 경일대학교 토목공학과 교수경일대학교 토목공학과 교수
고만기고만기 , , 공주대학교 토목공학과 교수공주대학교 토목공학과 교수
이 인원이 인원 , , 한국과학기술원 토목공학과 교수한국과학기술원 토목공학과 교수
2 2Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
목차목차
서론
면진용 교좌장치
민감도 분석
결론
3 3Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
서론서론 연구목적
교량에 대한 면진용 교좌장치의 내진성능 비교 설계변수에 따른 면진용 교좌장치의 내진성능 비교
연구내용 설계변수에 따른 민감도 분석 민감도 분석을 통해 얻어진 설계변수에 대한 내진성능 비교
4 4Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
1. PF (Pure Friction) System
가장 간단한 장치
마찰에 의한 미끌림 거동
미끌림에 의한 영구변위 발생
면진용 교좌장치면진용 교좌장치
그림 1. PF System 의 개념도
M
gx
1x
5 5Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
그림 2. RB System 과 개념도
gx
1x
M
K
C
RubberInner steel plate
Outer steel plateProtective rubber
Flange
2. RB (Laminated Rubber Bearing) System
탄성받침 , 적층고무베어링
널리 연구되고 사용
스프링과 점성감쇠의 병렬작용
6 6Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
3. LRB (Lead Rubber Bearing) System
NZ (New Zealand) System
널리 연구되고 사용 납의 이력거동에 의한 에너지 소산
RubberInner steel plate
Outer steel plateProtective rubber
Flange
Central lead core
그림 3. LRB System 과 개념도
gx
1x
M
Keff
Ceq
7 7Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
4. R-FBI (Resilient Friction Base Isolation) System
PF System 과 RB System 의 기능을 병렬적으로 결합 스프링 , 점성감쇠 , 마찰감쇠의 병렬작용
gx
1x
M
K
C
그림 4. R-FBI System 과 개념도
Cover plate
Central rubber core
Peripheral rubber core
Rubber cover
Connecting plate
Sliding ring
8 8Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
5. EDF (Electricite De France) System
PF System 과 RB System 의 기능을 직렬적으로 결합
중소 규모 지진 : RB System 과 같이 거동
강한 지진 : PF System 과 같이 거동
그림 5. EDF System 과 개념도
gx
2x
M
K
C
1x
Reinforced neoprene pad
Friction plates
Stud anchor
`
9 9Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
민감도 분석민감도 분석
1. 수치해석 모델 동진교
– PSC 박스거더 형식의 15 경간 연속교
– 지간 길이 : 725 m
– 교폭 : 12.15 m
– 종단구배 : 0.03%
– 감쇠비 : 2%
– 구조물 감쇠 : Rayleigh Damping
10 10Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
2. 입력지진 El Centro 지진 (N00W, 1940)
– PGA : 0.348g, PFR : 1~4Hz
San Fernando 지진 (S16E, 1971)
– PGA : 1.170g, PFR : 1~5Hz
Mexico City 지진 (N90W, 1985)
– PGA : 0.172g, PFR : 0~1Hz
PGA: Peak Ground Acceleration
PFR: Predominant Frequency Range
Time(sec)
Acc
eler
atio
n(g)
Frequency(Hz)
Mag
nitu
de
0 1 0 2 0 3 0 4 0-0 .4
-0 .2
0
0 .2
0 .4
E l C en tro
0 2 4 6 8 1 00
4 0
8 0
1 2 0
1 6 0
2 0 0
E l C en tro
0 1 2 3 4 50
0 .5
1
1 .5
2
2 .5
M ex ico C ity
0 1 5 3 0 4 5 6 0 7 5-0 .2
-0 .1
0
0 .1
0 .2
M ex ico C ity
0 2 4 6 8 1 00
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0
S an F e rn an d o
0 1 0 2 0 3 0 4 0-1 .5
-1
-0 .5
0
0 .5
1
S an F e rn an d o
그림 6. 입력지진의 시간이력곡선 및 주파수 분석 11 11
12 12Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
3. 민감도 분석 면진용 교좌장치가 설치된 교량의 고유주기에 따른 민감도 면진용 교좌장치의 마찰계수에 따른 민감도 수치해석 결과
– 가운데 교각의 교축방향 상판변위 : 사용성 검토– 가운데 교각의 교축방향 밑면모멘트 : 설계력 검토
13 13Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
R B _ D is .R B _ M o m e n tL R B _ D is .L R B _ M o m en t
1 2 3 4 5 6N atu ra l p erio d (s ec)
0
5
1 0
1 5
2 0
Dis
plac
emen
t (cm
)
0
5
1 0
1 5
2 0
Mom
ent 10
6 (Nm
)
E l C en tro
1 2 3 4 5 6N atu ra l p erio d (s ec)
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
Dis
plac
emen
t (cm
)
0
1 5
3 0
4 5
Mom
ent 10
6 (Nm
)
M ex ico C ity
1 2 3 4 5 6N atu ra l p erio d (s ec)
0
2 0
4 0
6 0
8 0
Dis
plac
emen
t (cm
)
0
2
4
6
Mom
ent 10
7 (Nm
)
S an F e rn an d o
면진용 교좌장치가 설치된 교량의 면진용 교좌장치가 설치된 교량의 고유주기에 따른 민감도고유주기에 따른 민감도
1 2 3 4 5 60
3
6
9
1 2
0
1
2
3
4
E l C en tro
1 2 3 4 5 60
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
0
1
2
3
4
M ex ico C ity
1 2 3 4 5 60
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
0
2
4
6
8S an F e rn an d o
1 2 3 4 5 60
5
1 0
1 5
2 0
2 5
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
E l C en tro
1 2 3 4 5 60
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
3 0
M ex ico C ity
1 2 3 4 5 60
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
0
1
2
3
4
S an F e rn an d o
Natural Period(sec)
Dis
plac
emen
t(cm
) Mom
ent X10
7(Nm
)
Natural Period(sec)
Dis
plac
emen
t(cm
) Mom
ent X10
6(Nm
)D is . ( = 0 .0 2 )D is . ( = 0 .1 4 )D is . ( = 0 .3 0 )M o m en t( = 0 .0 2 )M o m en t( = 0 .1 4 )M o m en t( = 0 .3 0 )
R-FBI System EDF System
14 14
15 15Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
면진용 교좌장치의 마찰계수 따른 민감도면진용 교좌장치의 마찰계수 따른 민감도
0 .0 2 0 .0 6 0 .1 0 0 .1 4 0 .1 8 0 .2 2 0 .2 6 0 .3 0F ric tio n C o effic ien t
0
2
4
6
8
1 0
Dis
plac
emen
t (cm
)
0
1
2
3
4
Mom
ent 10
7 (Nm
)
E l C en tro
0 .0 2 0 .0 6 0 .1 0 0 .1 4 0 .1 8 0 .2 2 0 .2 6 0 .3 0F ric tio n C o effic ien t
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
Dis
plac
emen
t (cm
)
0 .0
0 .5
1 .0
1 .5
2 .0
Mom
ent 10
7 (Nm
)M ex ico C ity
0 .0 2 0 .0 6 0 .1 0 0 .1 4 0 .1 8 0 .2 2 0 .2 6 0 .3 0F ric tio n C o effic ien t
0
1 5
3 0
4 5
Dis
plac
emen
t (cm
)
0
1
2
3
4
5
Mom
ent 10
7 (Nm
)
S an F e rn an d o
D isp lacem en tM o m en t
0 .0 2 0 .0 6 0 .1 0 0 .1 4 0 .1 8 0 .2 2 0 .2 6 0 .3 00
2
4
6
8
1 0
0
1
2
3
E l C en tro
0 .0 2 0 .0 6 0 .1 0 0 .1 4 0 .1 8 0 .2 2 0 .2 6 0 .3 00
1 0
2 0
3 0
4 0
0
1
2
3
4
M ex ico C ity
0 .0 2 0 .0 6 0 .1 0 0 .1 4 0 .1 8 0 .2 2 0 .2 6 0 .3 00
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
0
1
2
3
4
5
S an F e rn an d o
0 .0 2 0 .0 6 0 .1 0 0 .1 4 0 .1 8 0 .2 2 0 .2 6 0 .3 00
5
1 0
1 5
2 0
2 5
0
3
6
9
1 2
E l C en tro
0 .0 2 0 .0 6 0 .1 0 0 .1 4 0 .1 8 0 .2 2 0 .2 6 0 .3 00
2 0
4 0
6 0
0
1 0
2 0
3 0
M ex ico C ity
0 .0 2 0 .0 6 0 .1 0 0 .1 4 0 .1 8 0 .2 2 0 .2 6 0 .3 00
2 5
5 0
7 5
1 0 0
0
1
2
3
S an F e rn an d o
D is . ( = 2 .0 )D is . ( = 4 .0 )D is . ( = 6 .0 )M o m en t ( = 2 .0 )M o m en t ( = 4 .0 )M o m en t ( = 6 .0 )
0T
0T
0T
0T
0T
0T
Friction Coefficient
Dis
plac
emen
t(cm
) Mom
ent X10
7(Nm
)
Friction Coefficient
Dis
plac
emen
t(cm
) Mom
ent X10
6(Nm
)R-FBI System EDF System
16 16
17 17Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
고정된 설계변수에 대한고정된 설계변수에 대한면진용 교좌장치의 내진성능 비교면진용 교좌장치의 내진성능 비교
Dra
tio M
ratio
1s e l e c tT
1 r a t i oD
1( 1 ) r a t i oM
Mratio
2s e l e c tT
2 r a t i oD
2( 1 ) r a t i oM
Dra
tio
Dra
tio M
ratio
1s e l e c t
1 r a t i oD
1( 1 ) r a t i oM
Dra
tio M
ratio
2s e l e c t
2 r a t i oD
2( 1 ) r a t i oM
1 2 1 2for select selectT T
1 2 1 2for select select
ratioaverage
ratioaverage
DD
D
MM
M
그림 7. 설계변수의 결정
18 18Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
D isp lacem en tM o m en t
0
5
1 0
1 5
2 0
Dis
plac
emen
t (cm
)
0
5
1 0
1 5
2 0
Mom
ent 10
6 (Nm
)
R B L R B P -F R -F B I E D F
E l C en tro
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
Dis
plac
emen
t (cm
)
0
5
1 0
1 5
2 0
Mom
ent 10
6 (Nm
)
R B L R B P -F R -F B I E D F
M ex ico C ity
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
Dis
plac
emen
t (cm
)
0
1 0
2 0
3 0
Mom
ent 10
6 (Nm
)
R B L R B P -F R -F B I E D F
S an F e rn an d o
PF System
RB System
LRB System
R-FBI System
EDF System
n
n
n
n
: 0.14
: T 3sec
: T 3sec
: T 3sec, 0.14
: T 4sec, 0.10
그림 8. 고정된 설계변수에 대한 면진용 교좌장치의 내진성능 비교
19 19Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
0 5 1 0 1 5 2 0T im e (sec)
-3
-2
-1
0
1
2D
efor
mat
ion
(cm
) R D = 0 .6 0 cm
P -F S y stem (E l C en tro )
0 2 0 4 0 6 0 8 0T im e (sec)
-2 .5
-2 .0
-1 .5
-1 .0
-0 .5
0 .0
0 .5
Def
orm
atio
n (c
m)
R D = -1 .6 3 cm
P -F S y stem (M ex ico C ity )
0 5 1 0 1 5 2 0T im e (sec)
-1 0
0
1 0
2 0
3 0
Def
orm
atio
n (c
m)
R D = 1 5 .7 0 cm
P -F S y stem (S an F e rn an d o )
0 1 0 2 0 3 0 4 0T im e (sec)
-2 0
0
2 0
4 0
6 0
Def
orm
atio
n (c
m)
S lid in g d e fo rm a tio nT o ta l d e fo rm a tio n
R D = 1 2 .4 3 cm
E D F S y stem (E l C en tro )
그림 9. PF System과 EDF System의 영구변위
20 20Structural Dynamics & Vibration Control Lab., Dept. of Civil Engineering, KAIST
결론결론 고유주기가 증가 , 마찰계수가 감소할수록
상판의 변위는 증가 , 교각 밑면모멘트는 감소
일정한 설계변수보다는 민감도 분석을 통해
결정된 설계변수의 사용이 필요
고정된 설계변수에 대해
상판 변위는 R-FBI System 을 설치한 교량이 가장 작음
교각 밑면모멘트는 EDF System 이 가장 작음