자력을 이용한 마찰진자 베어링의 면진성능

Abstract

최근 들어 지진 등 동적하중에 의해 발생하는 구조물의 과도한 응답을 제어하기 위한 방법으로 기초격리 시스템 기술이 연구단계를 넘어서서 기존의 내진구조에 대한 대안으로서 건물, 교량, 플랜트, 발전소, 구조물 내의 설비 등 다양한 방면에 널리 적용되고 있는 추세이다. 면진장치 중에서 최근 많은 연구가 이루어지고 있는 마찰진자(FPS : Friction Pendulum System) 베어링은 Zayas, Mokha, Constantinou 등에 의해 제안된 장치이다. 마찰진자 베어링은 진자의 성질을 이용하여 지진 격리된 구조물의 고유진동수를 결정할 수 있는 면진장치로서 마찰판의 곡률반경을 설계하여 재하하중에 관계없이 구조물의 고유진동수를 가능한 한 낮게 결정할 수 있고, 에너지 감쇠 능력을 고려하여 지진동에 의한 구조물의 응답을 감소시키는 장치이다. 마찰진자 베어링의 마찰재로서는 Teflon 계열의 합성수지로서 마찰계수가 작고 내열성 및 내식성, 내화학 성이 우수한 PTFE(Polytetrafluoroethylene)를 기본 소재로 탄소, 유리섬유, 구리 등 여러 성분을 혼합한 복 합 재료가 개발되어 응용되고 있다. Mokha 등은 광범위한 연구를 통하여 PTFE와 마찰재의 변화에 따른 특 성을 연구하였는데 연구에 의하면 마찰진자 베어링의 특성은 마찰판의 마찰계수에 크게 영향을 받으며 마찰 력은 마찰면의 조도와 베어링의 압력, 마찰면의 표면 상태에 좌우되는 것으로 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 재료적인 접근에서의 마찰판의 조도와 마찰계수의 영향을 자력(Magnetic Force)을 이용하여 성능을 향상 시킬 수 있는 새로운 시스템을 제안하고자 한다.