좌굴구속형 강재댐퍼의 이력특성 및 내진성능에 관한 연구

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Among passive seismic energy dissipating devices, steel shear panel damper (SPD) is the widely used in building structure and other civil engineering structures as they are easy to design, installation, maintenance and they are also economical. Numerous studies have been done on the behavior of SPD. The obtained results shows that, the hysteresis loops of SPD under repeated cyclic loading is not stable and due to out-of-plane buckling the hysteresis loops forms pinching at initial displacement. Thus, it is difficult to predict hysteresis behavior of SPD damper clearly. These phenomenon has been the main limitation of shear panel damper and will result in significant effect on the overall structures where the SPD is used.
In order to come up with stable hysteresis loops without pinching, we proposed a novel steel damper called buckling resistance steel damper (BRSD). BRSD addresses the pinching effect limitations of shear panel damper. We came up to the concept of BRSD after identifying both the hysteresis characteristics and buckling behavior along with failure mode of SPD. From the buckling shape and stress and strain distribution, we select the effective part of the panel and cut off the uneffective part and produce an X-shape panel and since the pinching effect on SPD is due to out-of-plane buckling, a cover plate is installed both side of X-shape to restrain the out-of-plane buckling.
In order to evaluate the behavior of proposed steel damper a preliminary finite element analysis have been done. From the preliminary analysis results, the general behavior of BRSD was identified prior to the conduct of loading test. Once the general behavior of BRSD is identified, quasi static loading test considering the gap between cover plate and X-panel as well as the depth-to-thickness (d/t) of X-panel as a main parameters. The accuracy of conducted FE analysis has also been verified by comparing both the deformation shape and hysteresis loops and a pretty good agreement was obtained. Once the FE analysis model is verified, we extend analytical studies to evaluate the effect of more parameters. The effect of all considered parameters of BRSD on initial stiffness, 2nd stiffness, maximum force resisting capacity, cumulative energy dissipating capacity was presented. The performance of BRSD and SPD was compared in order to see the advantage of BRSD over SPD. In addition, time history analysis was conducted by installing the developed damper (BRSD), SPD and with bare dissipating device in 10-story building using perform 3D considering different earthquake inputs. The displacement response, acceleration response story shear force and energy dissipation capacity for all considered cases and considered earthquake inputs are presented.
Alternative Title
A Study on Hysteresis Characteristics and Seismic Performance of Buckling Resistance Steel Damper
Alternative Author(s)
Jeong, Si Jeong
일반대학원 건축공학과
Awarded Date
Table Of Contents
1. 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목적 4
1.3 논문의 구성 6

2. 기존 연구동향 8
2.1 개요 8
2.2 제진구조에 관한 연구 8
2.2.1 제진구조의 개념 8
2.2.2 강재댐퍼의 연구동향 13
2.3 강판전단패널에 관한 연구 23
2.3.1 패널의 전단거동 [참고논문 Steel Structure] 23
2.3.2 강판전단패널의 연구동향 32

3. 좌굴구속형 고성능 강재댐퍼(BRSD)의 제안 35
3.1 개요 35
3.2 예비해석을 통한 패널댐퍼의 거동 36
3.3 좌굴구속형 강재댐퍼의 설계 40
3.3.1 X형 패널 형상의 제안 40
3.3.2 덧댐판의 제안 45
3.4 작동원리 및 적용가능성 49
3.4.1 작동원리 49
3.4.2 적용가능성 51
3.5 설계식 제안 52
3.5.1 기존 패널의 극한강도 산정식 52
3.5.2 좌굴구속형 강재댐퍼의 설계식 제안 56

4. 좌굴구속형 강재댐퍼(BRSD)의 실험적 연구 63
4.1 실험계획 63
4.1.1 실험목적 및 구성 63
4.1.2 실험체 상세 및 일람 64
4.1.3 실험장치 및 계측 67 실험장치 67 가력 및 계측 계획 68
4.2 재료시험 70
4.3 실험결과 72
4.3.1 하중-변위 곡선 72 SPD계열 실험체 72 BRSD계열 실험체 74
4.3.2 실험체의 파괴형상 80 SPD계열 실험체 80 BRSD계열 실험체 81
4.4 실험결과 고찰 83
4.4.1 강도 특성 평가 83 항복점의 정의 83 강도평가 84
4.4.2 강성 특성 평가 90
4.4.3 최대 변형량 93
4.4.4 연성 능력 평가 94
4.4.5 에너지소산능력 평가 95
4.4.6 유효강성과 등가감쇠비 97
4.5 BRSD의 성능평가 100
4.6 소결 102

5. FEM해석을 통한 좌굴구속형 강재댐퍼의 성능분석 103
5.1 해석개요 103
5.1.1 댐퍼 형상 생성 103
5.1.2 재료적 특성 105
5.1.3 접촉조건 106
5.1.4 메쉬 및 경계조건 109
5.1.5 해석 변수 111
5.2 실험과의 유효성 검토 112
5.2.1 개요 112
5.2.2 좌굴구속형 강재댐퍼(BRSD)의 신뢰성 검토 112
5.3 판폭두께비에 따른 이력특성 118
5.3.1 해석개요 118
5.3.2 해석결과 119
5.4 소 결 127

6. 건축물의 비선형 동적 시간이력해석 128
6.1 비선형 시간이력해석 개요 129
6.2 이력모델 130
6.2.1 골조의 이력모델 130
6.2.2 강재패널댐퍼(SPD)의 이력모델 132
6.2.3 좌굴구속형 강재댐퍼(BRSD)의 이력모델 135
6.3 대상 구조물 및 입력지진파 137
6.3.1 대상 구조물 137
6.3.2 댐퍼 보강 구조물의 설계 140
6.3.3 입력 지진파 142
6.4 시간이력해석 결과 147
6.4.1 무보강 구조물 해석결과 147
6.4.2 보강 구조물 해석결과 149 층간변위비 검토 결과 149 층가속도 검토 결과 151 층 전단력 검토 결과 153 지붕층 변위 검토 결과 155 지붕층 가속도 검토 결과 158 밑면전단력 검토 결과 161 제진댐퍼의 이력거동 164 에너지 소산비율 167
6.5 소 결 175

7. 결론 177

참고문헌 179

부록 A. 인장시험 공인성적서 188
부록 B. FEM 해석 결과 193
조선대학교 일반대학원
정시정. (2016). 좌굴구속형 강재댐퍼의 이력특성 및 내진성능에 관한 연구.
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General Graduate School > 4. Theses(Ph.D)
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  • Embargo2016-02-25
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