수평적층마찰댐퍼가 설치된 새로운 다이아몬드형 가새로 보강한 R/C 건축물의 내진 성능 평가
Seismic Evaluation of Reinforced Concrete Building Retrofitted by a Novel Diamond-shaped Bracing Installed with a Laterally Layered Friction Damper
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초록
기존 제진시스템의 단점을 보완하고 극복할 수 있는 철근콘크리트 건축물에 실용적으로 적용이 가능한 수평적층마찰댐퍼(LLFD) 를 이용한 새로운 다이아몬드형 브레이스 제진시스템을 제안하였다. 우선적으로 LLFD의 재료성능을 평가하기 위해서 KDS 41 (2022)에서 제시된 변위 의존형 제진 장치의 시험 방법에 따라 반복가력 실험을 수행하여 재료성능 및 에너지소산능력을 검토함과 동시에 입면미관을 고려한 다이아몬드형 브레이스 제진시스템의 최적 형상을 설문조사 방법을 이용하여 결정하였다. 또한 LLFD 다이아몬드형 제진시스템의 내진안전성을 평가하기 위하여 비내진상세를 가진 철근콘크리트 건축물을 이용하여 실물 2층 골조 실험체를 계획 및 제작하여 유사동적실험을 실시하여, 지진에 대한 최대하중 및 최대변위를 포함한 지진피해규모, 하중-변위, 변위-시간이력 곡선을 활용하여 내진성능을 평가하였다. 연구결과, LLFD 시험체는 변위 의존형 제진 장치로서 요구되는 성능 기준을 만족하며, 제진 성능의 적합성이 확인되었다. LLFD 다이아몬드형 시스템은 내진설계용 지진 수준인 DBE (design basis earthquake) 200 cm/s2 지진규모에서 무보강 철근콘크리트 골조 (건물)는 전단파괴를 하였지만, LLFD 다이아몬드형 제진시스템으로 내진보강한 골조 (건물)는 경미한 지진피해가 예상되었다. 대규모 지진 (400 및 500 cm/s2)을 포함하여 최대 지진규모 MCE (maximum considered earthquake) 300 cm/s2를 상정한 경우에도 소규모 이하의 지진피해가 예상되어 본 연구에서 새롭게 개발한 LLFD 다이아몬드형 브레이스 제진시스템의 유효성이 검증되었다고 사료된다.
Abstract
In this research, a novel diamond-shaped bracing method installed with a Laterally Layered Friction Damper (LLFD) to address the limitations of conventional vibration control systems is proposed with the aim of applying it to existing reinforced concrete buildings. First, the material performance and energy dissipation capacity of the LLFD were evaluated through material testing, and simultaneously, a diamond-shaped bracing system installed with LLFD, designed with consideration for façade aesthetics, was selected through a survey-based approach. Two full-scale, two-story reinforced concrete frame specimens, modeled after a reinforced concrete building lacking seismic detailing, were prepared: one as an non-strengthened control, and the other retrofitted with the proposed LLFD diamond-shaped bracing system. A pseudo dynamic testing was performed to investigate the effectiveness of the seismic rehabilitation, focusing on key response parameters such as maximum shear strength, maximum displacement, and earthquake damage degree. The results demonstrated that the LLFD diamond-shaped bracing system significantly improved lateral load resisting capacity and reduced story deformation, even under severe seismic intensities including 400 and 500 cm/s2.