초록
면진장치 중에서 최근 많은 연구가 이루어지고 있는 마찰진자 베어링은 적절한 마찰력을 얻기 위해 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 마찰재가 이용되고 있다. 본 연구에서는 자력의 반발력을 이용해 재료의 성질을 대체하여 면진성능을 향상 시킬 수 있는 자력을 이용한 마찰진자 베어링을 제안하였다. 제안된 시스템은 자력에 의한 반발력이 수직력을 줄여줌으로써 재료에 의한 마찰계수의 영향을 줄일 수 있음을 가정하였다. 또한 자력의 영향을 가정하기 위해서 간단한 실험을 구성해 보았으며, 자력이 작용을 할 때 마찰계수($\mu$)를 약 20%정도 줄여줄 수 있었다. 실험 결과를 적용한 수치해석을 통해 다양한 지진에 대해서 기존의 마찰진자 베어링보다 향상된 성능을 보여주었고, 특히 지진으로 인해 구조물의 파괴에 작용하는 주된 요소인 최상층의 가속도와 구조물의 상대변위를 비교함으로써 제안된 시스템이 면진장치로서의 기능을 가지고 있음을 확인하였다. 자력을 이용하여 기존의 PTFE 마찰재를 대체할 수 있는 자력을 이용한 마찰진자 베어링의 구조적 설계를 할 수 있다면 마찰진자 베어링의 문제점을 보완한 기초격리장치로서 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
One of the most recent base-isolation systems to improve the earthquake resistance of structures is the Friction Pendulum System(FPS). Simple in design but with versatile properties, the FPS has been used in some of the world s largest seismically isolated buildings, bridges and chemical tanks. FPS using PTFE(Polytetrafl-uoroethylene) based material has been developed to provide a simple and effective way for structures to achieve earthquake resistance. PTFE materials are soft, and are apt to become deformed easily after a few working cycles. In this study, magnetic force is used rather than the usual PTFE materials to improve the material shortcomings. A MF-FPS(Magnetic force-Friction Pendulum System) is proposed, and us shown to effectively protect structures against earthquakes. To demonstrate the advantages of this new system, the MF-FPS is compared with FPS as an attempt to prove its performance. A six-degree-of-freedom model is considered as a numerical example. The ground acceleration data of El Centro, Mexico and Gebze earthquakes are used as seismic excitations. The results showed that MF-FPS improved performance compared with FPS.
