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모든 구조 및 토목기술자가 알아야할 "면진솔루션"에 관하여
교량, 건물 또는 기타 구조물을 면진 설계를 통해 지진으로부터 보호해야 하는데, 어떤 솔루션을 사용할 수 있을까요?
핵심사항
면진장치
면진 베어링은 대부분의 베어링과 마찬가지로 구조물의 상부 구조와 하부 구조 사이에 필요한 연결을 형성하는 특수 설계된 구조용 베어링으로, 일반적으로 자중을 전달하는 동시에 추가적인 하중에 저항하고 구조물의 설계에 따라 필요한 움직임과 회전을 수용합니다.
그러나 면진 베어링은 지진 발생 시 매우 특정한 방식으로 작동하도록 추가로 설계되어 주요 구조물과 사용자를 보호합니다. 최적의 성능을 위해 면진기는 다음과 같은 이점을 제공해야 합니다:
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잠재적으로 손상을 줄 수 있는 격렬한 지반 진동으로부터 상부 구조물을 격리하여 구조 구성 요소의 전단 및 굽힘 응력을 크게 줄입니다.
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지진으로 인한 흔들림이 발생한 이후 상부 구조가 이전 위치로 돌아갈 수 있도록 합니다.
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따라서 지진 에너지가 안전하고 제어된 방식으로 소산되어 부차적인 구조 요소들 까지 잔류변형에 의한 손상으로부터 보호합니다.
주요 면진장치 타입
지진 보호 장치
고감쇠 고무 베어링
LASTO®HDRB는 고감쇠 고무 베어링으로, 일반 탄성 베어링과 유사하지만 수평(전단) 변형에 대한 높은 저항력을 제공하고 지진 운동 시 높은 에너지 소산을 초래하는 특수 고감쇠 엘라스토머 화합물을 사용하여 제작됩니다.
콘크리트 구조물에 설치된 LASTO®HDRB 타입의 원형 고감쇠 고무 베어링(HDRB)
1. | 앵커 플레이트(옵션) |
2. | 수평 하중을 전달하기 위한 커넥터 |
3. | 수평 강철 보강판이 있는 엘라스토머 블록 |
4. | 앵커 플레이트(옵션) |
납 면진 받침
LASTO®LRB와 같은 납 면진 받침은 베어링과 유사하지만 지진 발생 시 강성과 감쇠(에너지 소산)를 증가시키는 수직 납 코어를 갖추고 있어 장치의 크기를 최적화하고 저강도 및 고강도 지진 발생 시 예상되는 거동 사이에 임계값을 정의할 수 있습니다.
앵커 플레이트가 상단과 하단에 있는 LASTO®LRB 타입의 납 면진 받침 (LRB) 제작
1. | 앵커 플레이트(옵션) |
2. | 수평 하중을 전달하기 위한 커넥터 |
3. | 수평 강철 보강판이 있는 엘라스토머 블록 |
4. | 리드 코어 |
5. | 앵커 플레이트(옵션) |
면진 - 지반 운동으로부터 구조물의 분리
마찰진자형 면진받침
RESTON®PENDULUM과 같은 마찰진자형 지진격리받침은 지진발생 시 진자와 같은 운동을 하는 받침 상하부의 상대 변위를 통해 지지 구조물을 지반 운동으로부터 분리하는 효과가 있습니다. 지지 구조물이 수평으로 변위되면 특수 고성능 마찰재를 사용한 면진받침의 마찰면에서의 마찰로 인해 지진 에너지가 소산됩니다. 지진 후에는 동일한 곡률로 인해 지지 구조물이 중력에 의해 원래 위치로 되돌아갑니다.
변위를 수용하기 위해 하나의 곡면 마찰면이 있는 RESTON®PENDULUM MONO 유형의 곡면 슬라이더 면진 장치의 단면 그림
변위를 수용하기 위해 두개의 곡면 마찰면이 있는 RESTON®PENDULUM DUPLO 유형의 곡면 슬라이더 면진 장치의 단면 그림
내진설계 전략
최적의 내진 설계 전략 파악 및 구현
엘라스토머 아이솔레이터(고감쇠 고무 베어링 및 납 고무 베어링)는 여러 면에서 유사합니다. 예를 들어, LASTO®LRB 및 LASTO®HDRB 면진받침은 일반적으로 최대 30,000kN의 수직 하중과 장치 전체 고무 높이의 최대 150% - 200%에 달하는 수평 지진 변위가 발생하는 경우 적합합니다. 그러나 LASTO®LRB 가 제공하는 최대 30%의 감쇠 성능은 LASTO®HDRB 아이솔레이터가 제공하는 감쇠 성능(최대 약 20%)보다 훨씬 높습니다.
반면에 마찰진자형 지진격리받침은 상당히 높은 하중과 변위가 발생하는 경우에 적합합니다. 예를 들어 RESTON®PENDULUM 마찰진자형 지진격리받침은 최대 150,000kN의 하중을 전달하고 최대 +/- 1000mm의 수평 지진 변위를 수용하면서 30% 이상의 감쇠 계수를 달성하도록 설계할 수 있습니다.
마찰진자형 지진격리받침을 구조물을 지지하고 보호하기 위해 사용하는 경우, 동일한 상부 구조물에 서로 다른 크기/디자인을 사용하는 경우 모든 받침이 동일한 진동 주기에 맞게 설계되어야 한다는 점에 유의해야 합니다. 또한 마찰진자형 지진격리 받침위치에서는 진동이 발생하지만 엘라스토머 아이솔레이터의 위치에서는 진동이 발생하지 않으므로 마찰진자형 지진격리받침을 엘라스토머 아이솔레이터와 함께 사용해서는 안 된다는 점에 유의해야 합니다.
구조물을 지지하기 위해 어떤 유형의 면진 장치를 선택하든 일반적으로 장치가 설계된 지진 조건을 시뮬레이션할 수 있는 공인 시험 기관에서 무작위로 선택된 시편에 대한 내진 테스트를 통해 설계 및 제조된 대로 장치가 작동하는지 성능검증을 하는 것이 좋습니다.
이러한 테스트는 일반적으로 아이솔레이터의 크기나 사양 및 비교 가능한 장치에 대한 이전 테스트와 관계없이 수행되며, 각 애플리케이션의 고유성으로 인해 모든 애플리케이션에 대한 테스트 수행이 보장됩니다.
예를 들어 구조물의 설계, 용도 및 위치 등을 고려하여 특정 용도에 맞는 최적의 내진 보호 전략을 식별하고 구현하려면 전문적인 지식과 경험이 필요합니다.
구조물에 대한 면진 장치에 대한 솔루션이 필요한 경우 언제든지 문의해 주세요. 기꺼이 도와드리겠습니다.
내진설계는 매우 중요합니다. 마게바는 건물과 인프라를 더욱 안전하게 만드는 솔루션을 설계합니다.
