Base-isolation of a primary structure has shown remarkable performance in seismic response attenuation of an in-air secondary system as well as the primary structure in many studies. When, however, a secondary system is submerged and hence subject to hydrodynamic effects, its seismic response can be aggravated by the base-isolation of the primary structure because the fundamental frequency of the primary structure could be so lowered as to be close to the resonant frequency of the secondary system. Therefore, a careful evaluation should be made of the potential seismic response jump of the submerged secondary system when base-isolation is going to be applied to a primary structure with submerged secondary system.
This thesis analyzes dynamics of the submerged secondary system on the base-isolated primary structure and illustrates how much the base-isolation can aggravate the seismic response of the secondary system when no alteration is made to the secondary system. It is shown that additional treatments, e.g. appropriate control of fluid gap between the secondary system and the primary structure, may be helpful in reducing the adverse effects. Closer gap within the limit of no impact turns out to yield smaller seismic responses for most natural frequency range of submerged system in base-fixed structure. But the optimal gap for the minimum peak response of the system in base-isolated structure is much dependent on the natural frequency of the system by resonance effect. It is shown that analysis considering only the initial gap condition, in case of large displacement relative to the fluid gap, may lead to less conservative results than the actual one, because change of system dynamic characteristics at each time step of integration can be considerable enough to affect the response.
In addition, a concept of double base isolation, e. g. LRB base isolation of the submerged secondary system on a base-isolated primary structure, is introduced as more positive solution for the case where the fluid gap control is limited.
건물기초를 지진절연하면 건물뿐만 아니라 그 내부구조물의 지진 응답도 크게 감소시킬 수 있다는 사실이 많은 연구를 통해 확인되어 왔다. 그런데 내부구조물이 유체내에 잠기고 부가질량효과가 크게 작용되는 조건에 있는 경우, 건물의 지진절연은 오히려 그 수중 구조물의 지진응답을 증가시킬 수 있다. 이는 지진절연에 의해 낮아진 건물의 고유진동수와 수중구조물의 고유진동수와의 공진에 기인한다. 따라서 건물의 지진절연시 내부 수중구조물은 이러한 역효과 가능성에도 유의할 필요가 있다.
본 논문에서는 이를 보이기 위해 지진절연된 건물내 주변구조와 유체간극을 가지며 사각단면을 갖는 수중구조물을 대상으로 지진해석을 수행하였다. 그 결과 수중 구조물의 고유진동수와 유체질량효과에 따라 지진응답이 크게 증가할 수도 있으므로 이에 대한 조치가 필요함을 보였고, 이 때 유체간극의 설계에 여유가 있다면 부가질량효과를 적절히 조절함으로써 응답을 줄일 수 있다는 사실을 보였다. 따라서 지진응답의 최소화를 위하여 최적유체간극을 설계해 본 결과 바닥고정식 건물내의 수중 구조물의 경우 대체로 고유진동수와 상관없이 유체간극이 작을수록 유리하며, 지진절연된 건물의 경우는 수중구조물의 고유진동수에 따라 일정하지 않음을 알 수 있었다.
또한, 설계에 의한 유체간극의 조정이 곤란한 경우, 보다 적극적인 응답감소 방안으로서 수중구조물이 가질 수 있는 부가질량효과의 특성을 이용한 이중절연개념, 즉 지진절연된 건물내 수중구조물을 다시 절연시키는 방법을 제안하였으며 일정량 이상의 부가질량효과가 작용하는 곳에 이 방법을 적용할 경우 지진응답을 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.
