비대칭 구조물을 위한 모드 순응형 집중질량모델의 적용성에 관한 연구

Abstract

집중질량모델은 유한요소모델에 비해 모델링이 간편하고 저차 모드에서의 응답이 비교적 정확한 장점을 가지고 있어 구조물의 지진해석과 같이 많은 지진데이터를 이용하는 해석에 사용된다. 하지만 모드가 증가 할수록 고차 모드의 고유치 해석결과가 부정확하고 동적 응답의 정확도가 떨어지는 경향을 보인다. 따라서 이를 개선하기 위한 다양한 연구가 진행되었다. 먼저, 구조물의 변형에너지를 이용한 새로운 집중질량모델이 개발되어 기존의 모델과의 비교가 이루어졌으며, 구조물의 동적 응답을 고려한 새로운 방식의 모드 순응형 집중질량모델이 제안되어 비균일 단면 기둥 및 원자로건물에 적용되었다. 이 연구에서 원자로건물은 축대칭으로 작성되었으며, 대칭적인 구조물에 대해서만 집중질량모델이 적용되어 비대칭적인 단면을 갖는 다양한 구조물에 대한 적용성 검토가 요구된다. 또한 구조물의 감쇠비 변화에 따른 성능 검증이 미흡해 이에 대한 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다. 모드 순응형 집중질량모델의 적용성을 확인하기 위해 각각 1축과 2축에 대해 비대칭 단면 갖는 기둥을 선정하여 유한요소모델을 작성하였다. 유한요소모델의 고유치 해석 결과를 고려하여 집중질량의 위치와 크기를 결정하였으며, 푸쉬오버(Push-Over) 해석을 통해 강성을 계산하였다. 작성된 집중질량모델의 고유치 해석을 수행하여 유한요소모델과 비교하였으며, 시간이력해석을 수행하여 동적 응답을 비교하였다. 또한 응답의 정확한 비교를 위해 모드 순응형 집중질량모델과 동일한 집중질량 위치와 강성을 가진 기존 방식의 집중질량모델을 작성하였다. 그리고 구조물의 감쇠비 변화에 따른 성능을 검증하기 위해서 감쇠비를 1~5%로 변화시켜가면서 시간이력해석을 수행하였다. 이와 같이 고유치 해석 및 시간이력해석을 통해 모드 순응형 모델의 다양한 구조물에 대한 적용성을 확인한 결과 유한요소모델과 유사한 경향을 보였으며 기존모델과의 비교에서도 우수한 결과를 나타내었다. 따라서 모드 순응형 모델은 복잡한 단면을 가진 구조물의 지진해석을 위한 집중질량모델 작성 시 기존 모델의 대안모델 및 기존 모델과 비교할 수 있는 새로운 모델로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.