The effectiveness of the isolation system installed at the support of the secondary structure and at the base of the primary structure is evaluated for reducing seismic responses of the primary and the secondary structures under various earthquakes in this study. A constant average acceleration method which is one of the direct integration methods is used for numerical integration of the equation of motion. Matrix condensation technique reducing other degrees of freedom than the horizontal displacement components is utilized to compose the stiffness matrix for computational efficiency. Also the interaction effect between the primary and the secondary structures is considered in the analysis.
Three analytical models used in this study to evaluate the effectiveness of the isolation system for the structures are as follows : fixed-base primary structure with fixed-support secondary structure, base-isolated primary structure with fixed-support secondary structure, and fixed-base primary structure with support-isolated secondary structure. The seismic responses of the structures are analyzed to identify their behavior due to the characteristics of input ground motion with various peak accelerations and frequency contents such as El Centro 1940, Taft 1952, Mexico 1985, Pacoima Dam 1971, and artificially generated earthquakes. The effective horizontal stiffness of the isolation system on reducing the seismic responses is so evaluated under several earthquakes that the structural acceleration and displacement become small simultaneously. The analysis results show that the structural responses of the base-isolated structure are less than those of the fixed base structure with from 53.3% to 83.7% and still much less than the ground motion. The responses of the fixed support secondary structure on the base isolated primary structure and the support-isolated secondary one on the fixed-base primary one are much less than those of the fixed support secondary one on the fixed base primary one. Moreover, the responses of the support isolated secondary structure on the fixed base structure are less than those of the fixed support secondary structure on the base isolated structure. The results indicate that the support-isolation system of the secondary structure on the fixed base structure is very useful to reduce the response of the secondary one under earthquake and then the safety can be increased. Since this system is convenient to be designed and installed, it is benefit to the secondary structure that is located at the high elevation and in the complex building in particular.
본 논문에서는 특성이 서로 상이한 여러 종류의 지진에 대하여 구조물의 지진응답을 감소시키는 방법을 강구할 목적으로 주구조물의 기초와 부구조물의 지지부에 설치된 감진계통의 지진응답감소 효율성을 평가하였다.
구조물의 동적해석에 사용된 방법은 직접적분법중의 하나인 Constant Average Acceleration Method를 이용하였으며, 계산의 효율성을 높이기 위하여 구조물의 강성행렬 작성시 수평방향 자유도와 관련되지 않는 성분을 소거하는 축소행렬방법을 이용하였다. 또한 구조물의 정확한 거동을 구하기 위하여 주구조물과 부구조물의 상호작용을 해석에 고려하도록 하였다.
부구조물의 지지점에 설치된 감진계통의 효율성을 평가하기 위하여 사용된 해석모델은 고정기초 구조물에 지지점이 고정된 부구조물, 감진기초구조물에 지지점이 고정된 부구조물, 고정기초 구조물에 지지점 감진계통이 설치된 부구조물과 같은 세가지이다. 특성이 상이한 지진이 구조물의 지진 응답에 미치는 영향을 평가하기 위하여 입력하중으로 채택한 지진은 지진의 규모, 진동수 특성 및 지속시간이 서로 상이한 1940년 El Centro 지진, 1952년 Taft 지진, 1985년 Mexico 지진, 1971년 Pacoima Dam 지진, 인공지진 시간이력과 같은 다섯가지의 지진이다.
감진기초 구조물에 사용된 감진계통의 수평강성결정은 여러가지 지진하중에 대하여 수평강성을 2.4 kips/in 에서 57.0 kips/in까지 변화시키면서 구조물의 가속도 및 변위응답의 상관관계를 계산하여 두 응답이 동시에 작게 발생되는 값을 유효수평강성으로 채택하였다. 해석결과 감진기초구조물의 가속도응답은 고정기초 구조물 응답의 53.3% - 83.7%이며, 지반가속도 보다도 작게 발생하였다.
부구조물의 동적해석결과 구조물 D 및 E에 설치된 부구조물의 응답은 구조물 C상에 설치된 부구조물 응답 보다 훨씬 작게 발생하였으며, 특히 구조물 E상에 설치된 부구조물이 지진하중에 대한 응답감소에 가장 효과적임을 알 수 있었다.
따라서 고정기초 구조물상의 지지부에 감진계통이 설치된 부구조물이 지진응답을 감소시키는데 가장 효과적이므로 주구조물 내에 설치된 중요 기기 및 계통 등의 안전성 향상에 기여할 수 있다. 또한 지지부 감진 부구조물은 설계 및 설치가 용이하므로 복잡한 구조물에 유리하다.
