감쇠시스템의 요구사항

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감쇠시스템의 요구사항

감쇠시스템 요구사항

정답: KDS 41 17 00의 17.2

17.2.2 시스템 요구사항

감쇠시스템 적용 구조물은 지진력저항시스템 단독으로 다음 (1) 항에 정의된 하중을 지지할 수 있는 내력을 보유해야한다. 감쇠시스템 적용 구조물은 기본적으로 지진력저항시스템과 감쇠시스템의 두 부분으로 구성된다. 지진력저항시스템은 구조물에 최소한도 이상의 지진저항능력을 제공하고 감쇠시스템은 지진하중을 저감하는 기능을 한다. 감쇠시스템은 개별 감쇠장치와 감쇠장치로부터 구조물의 기초에 하중을 전달하는 구조요소 또는 가새, 그리고 감쇠장치로부터 지진력저항시스템에 하중을 전달하기 위하여 필요한 구조요소를 모두 포함하는 구조체로서 지진력 저항시스템과 별개의 구조체가 될 수도 있고 일부요소는 지진력저항시스템과 중복될 수도 있다.

(1) 지진력저항시스템

감쇠시스템 적용 구조물은 각각의 횡방향으로 표 6.2-1에 제시된 지진력저항시스템 중 하나를 보유해야 한다. 각 방향의 지진력저항시스템의 설계는 17.4의 요구사항과 다음을 만족하여야 한다.

1. 지진력저항시스템의 설계에 사용된 지진하중에 의한 밑면전단력은 $V_{min}$보다 작아서는 안되며, $V_{min}$은 식 (17.2-1)과 식 (17.2-2)에 따라 산정한다. $V_{min}=\eta V(17.2-1)$ $\eta \ge 0.75(17.2-2)$ 여기서, $V$ : 7.2.1에 따라 결정되는 해당 방향의 설계지진하중에 의한 밑면 전단력, kN $\eta$ : 감쇠장치의 감쇠성능에 따라 구조물에 작용하는 하중이 저감되는 정도를 고려한 예상감쇠보정계수로서, 17.4.3의 절차에 따라 확인하여야 한다.
2. 지진력저항시스템의 구조요소 중에서 감쇠시스템에 속하거나 감쇠장치에 따라 발생하는 힘에 저항하도록 요구되는 구조요소의 최소강도는 17.2.2(2)의 추가적인 요구조건을 만족하여야 한다.

(2) 감쇠시스템

감쇠시스템은 지진력저항시스템을 보조하여 층간변위를 허용기준 이하로 저감시키며 지진력저항시스템에 작용하는 하중을 설계하중 이하로 제한할 수 있어야 한다.

1. 감쇠장치에서 에너지소산을 발생시키지 않는 부분 및 감쇠장치를 다른 구조요소에 연결하기 위해 사용되는 요소들은 접합부를 포함하여 성능목표를 규정하는 지진에 대하여 탄성상태를 유지하도록 설계하여야 한다. 그 밖의 구조요소들은 감쇠시스템의 기능에 부정적인 영향을 미치지 않음을 구조해석 또는 실험을 통해 입증한다면 비탄성 변형을 허용할 수 있다. 감쇠시스템을 구성하는 요소들은 비탄성변형이 감쇠장치의 정상적인 작동을 저해하지 않도록 탄성상태에 머물도록 설계하여야 한다. 다만, 감쇠장치에서 발생하는 힘을 전달하지만 감쇠장치와 직접연결되지 않는 일부 부재들은 허용층간변위 범위 내에서 비탄성 변형이 불가피한 경우도 있으므로 감쇠시스템의 기능을 손상시키지 않는 범위에서 이를 허용할 수 있다. 감쇠장치를 다른 구조요소에 연결하기 위해 사용되는 요소들은 감쇠장치를 제거한다면 힘이 작용하지 않는 요소들에 해당한다. 여기서 다른 구조요소는 지진력저항시스템의 요소일수도 있고, 감쇠시스템 요소일수도 있다.
2. 에너지소산을 발생시키는 부분을 포함하여 감쇠장치과 그 접합부는 최대고려지진에 따라 발생하는 힘, 변위, 속도에 대하여 파단 또는 심각한 강도저하 없이 저항할 수 있어야 한다. 1.의 규정은 감쇠장치에서 에너지소산을 위해 비탄성변형이 발생한는 부분을 포함하지 않는다. 또한 성능목표에 최대고려지진이 포함되지 않는 경우에는 최대고려지진 작용 시의 감쇠장치 및 전체구조시스템 성능이 불확실할 수 있다. 일반 지진력저항시스템은 최대고려지진의 2/3의 수준에 해당하는 설계지진에 대하여 인명안전을 확보할 수 있도록 설계할 경우 붕괴방지 성능도 확보할 수 있는 것으로 알려져 있지만 감쇠장치를 적용한 구조물에 대해서는 불확실하기 때문이다. 따라서 이를 확인하도록 규정하였다. 별도의 검증해석을 수행하지 않으려면 최대고려지진이 포함되도록 성능목표를 규정한다.
3. 1.과 2.에서 감쇠장치에 유발되는 힘은 강도저감계수를 곱하거나 반응수정계수로 나누지 않아야 한다. 감쇠시스템을 구성하는 요소에 작용하는 하중 산정에 있어서 비선형해석을 수행하므로 감쇠장치로부터 유발되는 하중이 강도저감계수나 반응수정계수 등을 통해 인위적으로 저감시키지 않은 채 포함되어야 한다.
4. 감쇠시스템 구성요소의 힘지배작용은 성능목표를 규정하는 지진에 대하여 17.3.4에서 규정한 평균응답의 1.2배를 적용하여 설계한다. 힘지배작용은 지진력 저항 시 항복이 수반되지 않거나 항복 후 저항력을 기대할 수 없는 취성적 특성을 갖는 부재내력으로써 지진파의 변동성을 고려하여 타 부재보다 높은 안전율을 갖도록 설계한다.

17.2.3 감쇠시스템 요구사항

(1) 장치 설계

감쇠장치는 최대고려지진에 대한 응답과 다음의 조건들을 고려하여 설계, 시공, 설치하여야 한다.

1. 지진하중에 의한 저진동•대변위 거동 시의 성능저하
2. 풍하중•온도하중에 의한 고진동•소변위 거동 시의 성능저하
3. 중력하중에 의한 하중 또는 변위
4. 부식, 마모, 생물분해, 화학물 등에 의한 장치 일부분의 고착
5. 온도, 습도, 수분, 자외선 등과 그 밖의 환경조건에의 노출

적은 반복횟수의 피로에 파괴될 수 있는 감쇠장치는 미끄러짐, 이동 또는 비탄성 반복변형 없이 풍하중에 저항할 수 있어야 한다. 감쇠장치는 온도조건의 범위, 장치의 마모, 제작오차와 장치의 설계수명 동안 장치의 특성을 변화시킬 수 있는 모든 요인을 고려하여 설계한다. 특히 이종금속의 접촉면을 냉간용접 또는 그에 준하는 상태로 밀착한 감쇠장치는 부식될 가능성이 높아 사용할 수 없다.

(2) 다축이동

감쇠장치의 접합부는 감쇠시스템에 동시에 발생하는 종방향, 횡방향, 수직방향 변위를 흡수할 수 있는 충분한 마디구조를 갖추어야 한다. 감쇠장치는 대부분 특정한 자유도에 대한 상대변위에 따라 작동하도록 설계되기 때문에 그밖의 자유도를 발생하는 변위는 장치의 정상적인 작동을 저해할 수 있다. 예를 들어 유체를 이용한 점섬감쇠기는 피스톤의 축에 휨변형 발생 시 유체의 누축, 피스톤과 실린더 사이의 마찰 등으로 인해 설계에서 가정된 성능을 바휘하지 못하게 될 수 있으므로 3차원적으로 발생할 수 있는 다양한 변위가 접합부에서 흡수될 수 있도록 설계한다.

(3) 검사와 주기적 시험

모든 감쇠장치는 검사와 교체를 위한 접근방법을 확보해야 한다. 설계수명 동안 감쇠장치의 신뢰성을 보증하기 위하여 내진설게책임구조기술자는 모든 유형의 감쇠장치에 대한 적절한 검사와 시험계획을 수립하여야 한다. 검사와 시험방법의 수준은 감쇠장치의 사용기간과 설계수명 동안의 특성변화 가능성을 반영하여야 한다.

(4) 품질관리

KDS 41 10 10의 품질보증계획의 일환으로 내진설계책임구조기술자는 감쇠장치의 제작에 대한 품질관리계획을 수립하여야한다. 품질관리계획은 최소한 17.6.2와 17.6.3의 시험요구조건을 포함하여야 한다.

(5) 설계특성치

감쇠장치의 공칭설계특성치를 17.6.2(3)에 따라 결정한다. 설계특성치의 변동성을 고려하기 위해 다음과 같이 상한계설계특성치 및 하한계설계특성치를 산정한다. $상한계설계특성치=공칭설계특성치\times {\lambda }_{max}$ $하한계설계특성치=공칭설계특성치\times {\lambda }_{min}$ 여기서, ${\lambda }_{max}$ = 장치원형시험 결과에 품질관리 및 유지관리상의 추가적인 변동성을 고려한 특성치 증가 시 변동계수로서 1.2 이상의 값 ${\lambda }_{min}$ = 장치원형시험 결과에 품질관리 및 유지관리상의 추가적인 변동성을 고려한 특성치 감소 시 변동계수로서 0.85 이하의 값 감쇠시스템 적용구조물의 해석 및 설계 시 감쇠장치 설계특성치의 변동성을 고려한다. 설계특성치의 변동계수는 장치원형시험 결과에서 나나타는 강성 및 강도의 열화, 온도의 영향 등을 고려할 뿐만 아니라 사용재료 및 제작오차에 기인하는 품질관리상의 변동성, 유지관리 기간중에 발생할 수 있는 장치의 노후화 등을 종합적으로 고려하여 내진설계책임구조기술자가 결정한다.

(6) 설계특성치의 적용

상한계설계특성치와 하한계설계특성치를 적용하여 상한계해석 및 하한계해석을 수행한다. 상한계해석은 속도계수, 강성, 강도, 에너지소산 등의 최대치가 함께 고려된 해석이다. 하한계해석은 속도계수, 강성, 강도, 에너지소산 등의 최소치가 함께 고련된 해석이다.

END