Study of Structural Stability and Seismic Performances of 4-Way Sway Prevention Brace

4방향흔들림방지버팀대의 구조 안정성 및 내진 성능 연구

Abstract

Purpose: In this study, we developed a 4-way sway prevention brace that efficiently reduces the installation area and has excellent stability and seismic performance compared to the conventionl sway prevention brace used in existing firefighting facilities. The performance and reliability of the developed 4-way way prevention brace were analyzed by the tensile, compression tests and seismic tests. Method: As the static test, 4-way sway prevention braces were installed on the horizontal and vertical pipes to perform the tensile and compression tests based on the KFI certification standard and the maximum movement was measured at the rated load. As a dynamic test, 4-way sway prevention braces were installed in the pipes filled with water, and the test response spectrum to the input excitation wave were measured through the acceleration sensors. After the seismic tests, separation, failure, and local deformation of the pipes, and 4-way sway prevention braces were not observed. Result: The results of the tensile and compression tests indicated that the maximum movement of the pipe during tension and compression was 50% to 70% or less compared to the certification values, indicating that the performances of the 4-way sway prevention braces were very excellent. The results of the the seismic tests indicated that the test response spectrum of the 4-way sway prevention braces is within the required response spectrum. Conclusion: In this study, it was found that the 4-way sway prevention braces satisfied the KFI certification standard and were superior compared to the existing sway prevention brace in terms of the stability, cost, and installation area.

연구목적: 본 연구에서는 기존 소방 시설에 사용되고 있는 흔들림방지버팀대에 비하여 설치 면적을 효율적으로 감소시키고, 안정성과 내진 성능이 우수한 4방향 흔들림방지버팀대를 개발하였다. 개발된 4방향 흔들림방지버팀대의 성능 및 신뢰성을 인장 및 압축 시험과 내진 시험을 통하여 검증하였다. 연구방법: KFI 인증 기준에 따라 정적시험으로서 수평 및 수직 배관에 4방향 흔들림방지버팀태을 설치하여 인장 및 압축 시험을 수행하였으며, 정격 하중에 최대 움직임을 측정하였다. 또한 동적시험으로서 물이 채워진 배관에 4방향 흔들림방지버팀태를 설치하고 가속도센서를 통하여 입력 가진파에 대한 시험응답스펙트럼을 측정하였다. 또한 내진 시험 후 배관 및 흔들림방지버팀대의 이탈, 파손 및 국부변형을 관찰하였다. 연구결과: 인장 및 압축 실험을 수행한 결과, 인장 및 압축 시에 배관의 최대 움직임은 규정 기준 대비 50%~70% 이하로서 4방향 흔들림방지버팀태의 성능이 매우 우수함을 알 수 있었다. 4방향 흔들림방지버팀태의 내진 시험결과, 시험응답스펙트럼이 요구응답스펙트럼을 포괄하고 있음을 알 수 있었다. 시험 종료 후에 배관 및 흔들림방지버팀대의 이탈이나 파손 및 국부변형 등은 발생하지 않았으며, 시설물의 구조적 안정성이 유지됨을 확인할 수 있었다. 결론: 본 연구에서는 정적 실험 및 동적 실험을 통하여, 개발된 4방향 흔들림방지버팀대가 KFI 인중 기준을 만족하고 있음을 알 수 있었고, 기존 흔들림방지버팀대에 비하여 효율성과 경제성 및 안정성과 내진 성능이 우수함을 확인할 수 있었다.

서론

현재 전 세계적으로 대규모의 지진이 발생하고 있으며 특히 국내의 지진 발생도 지속적으로 증가하는 추세이다. 2000년 이후 국내에서 발생한 총 지진 발생 건수는 계속 증가하고 있으며, 2016년 이후 규모 3.0 이상의 지진 발생건수 및 유감지진의 발생 횟수는 급격하게 증가하고 있다. 특히 2016년에 발생한 규모 5.8의 경주지진은 194회의 여진을 동반하였으며, 2017년에 발생한 규모 5.4의 포항지진은 70회 여진을 동반하였다. 최근 2021년 12월에는 제주해역에서 4.9 규모의 지진이 발생하기도 하였다(Jin et al., 2020; Choi et al., 2019). 이러한 지진의 발생증가로 인해 지진에 대비한 내진 관련 법규 및 기준 제정, 제도 개선에 관한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다(Park et al., 2020). 지진이 발생하게 되면 지진으로 인한 다양한 원인에 의해 화재가 뒤따르게 되는데 초기 화재 시 소화를 위한 소방시설의 역할이 무엇보다 중요하다 할 수 있겠다. 만약 지진에 의한 진동 및 충격에 의해 스프링클러 설비와 같은 소방시설이 유효하게 작동하지 않을 경우에는 연속적이고 광범위한 화재가 발생하여 많은 인적 또는 물적 피해가 발생하게 된다. 이러한 이유로 인하여 2015년 11월 ｢소방시설의 내진설계 기준｣(소방청 고시 제2015-138호)이 제정이 되었다. 소방 설비의 내진설계에 대한 연구도 다양하게 진행되어 있으며, 소방시설 내진설계의 필요성과 방법에 대한 연구(Shin et al., 2009), 건축물 내부에 설치되는 소방용 배관의 내진장치에 관한 연구(Lim et al., 2019), 수계 파이프 시스템의 내진설계에 관한 연구(Lee et al., 2008), 소화설비 배관의 성능위주 내진설계 방법에 관한 연구(Lee et al., 2017), 배관 재료의 물성을 고려한 내진설계 방법에 관한 연구(Bang et al., 2018) 등의 연구가 진행되었다.

한편 소화설비용 배관의 지진에 대비한 안정적인 기능 유지를 위한 여러 연구가 진행되고 있는데, 특히 지진 발생 시에 소방 배관의 흔들림을 방지하고, 배관의 기능 유지를 위한 흔들림방지버팀대와 같은 내진장비의 개발이 필요하게 되었으며 다양한 형태의 흔들림방지버팀태가 개발되고 있다. 흔들림방지버팀태의 개발 및 관련 연구로는 흔들림방지버팀대의 성능인증을 위한 시험 연구(Kim et al., 2018), 협소공간전용 바닥고정형 입상관 흔들림방지버팀대 개발에 관한 연구(Jin et al., 2020), IoT 기술을 활용한 흔들림방지버팀대의 내진설계에 관한 연구(Thak et al., 2017) 등 다양한 연구가 진행되고 있다. 하지만 대부분의 흔들림방지버팀대에 대한 연구는 정적실험에 기반한 연구이고 관련 기준도 정적실험을 기준으로하여 성능 기준을 정하고 있다. 예를 들어 현재 ｢흔들림방지버팀대의 성능인증 및 제품검사의 기술기준｣도 정적실험에 의한 압축시험과 인장시험 위주로서, 압축 및 인장 시험 시의 시스템배관 또는 지지대의 압축 및 인장하중 방향으로의 움직임 허용범위와 변위량을 정하고 있다.

따라서 지진이 발생 시의 실제 상황으로 구성한 동적실험은 관련 기준이 부재한 관계로 일부 내진장비 제조사나 내진관련 연구소에서 임의적이고 작의적으로 실험이 이루어지고 있으며, 또한 타 설비의 동적실험 기준을 준용하여 간접적으로 이루어지고 있다. 국내ㆍ외에서 이루어진 내진에 대한 소방시설의 동적실험에 대한 연구로는 수계소화설비 수직배관계통의 내진성능 평가를 위한 진동대 시험(Gyu et al., 2017), 진동대 실험을 통한 수계 소화설비의 지진응답평가에 관한 연구(Park et al., 2016), 진동대 실험을 통한 수계형 소화설비의 내진성능평가(Park et al., 2014) 및 지하수 관로의 내진성능(Yousife et al., 2021) 등이 있다. 그러나 흔들림방지버팀에 대한 내진 성능에 대한 연구는 아직 많이 진행되지 못하고 있는 실정이다.

통상적으로 사용되는 흔들림방지버팀대는 배관을 지진으로부터 보호하기 위해 종방향(축방향) 또는 횡방향(축직각방향) 지진파에 대하여 개별로 지지하는 구조 및 후시공 앵커볼트에 의해 고정하는 구조를 갖고 있다. 본 연구에서는 기존 흔들림방지버팀대의 내진성능을 향상시키고, 설치 면적 등을 효율적으로 감소시킬 수 있는 4방향 흔들림방지버팀대를 개발하였으며, 개발된 4방향 흔들림버팀대의 성능 및 신뢰성을 인장 및 압축 시험의 정적시험과 동적 내진 시험을 통하여 검증하였다.

4방향흔들림방지버팀대의 구조

기존 흔들림방지버팀대의 구조

기존에 사용되고 있는 흔들림방지버팅대의 종류로는 Fig. 1과 같이 수평 지진하중에 의한 배관 축에 수직 방향의 움직임을 방지하는 횡방향 흔들림방지버팀대 및 배관축과 평행방향의 움직임을 방지하는 종방향 흔들림방지버팀대가 있다. Fig. 2는 횡방향 흔들림방지버팀대와 종방향 흔들림방지버팀대를 배관에 동시에 설치했을 때의 사진이다. 흔들림방지버팀대의 KFI 인정 기준 제7조 및 제8조 등에 따른 흔들림 방지버팀대의 하중시험은 종뱡향과 횡방향으로 전달되는 지진파를 가정하여 각각의 기준에 따른 수평지진하중의 2.2배의 하중을 가하는 시험에서 합격한 제품에 대하여 KFI 인정을 취득하게 된다.

Fig. 1. Structure of lateral and longitudinal sway prevention brace device (a) Lateral direction (b) Longitudinal direction sway prevention brace device

Fig. 2. Picture of a lateral and a longitudinal sway prevention brace stalled at the same time

4방향 흔들림방지버팀대의 구조

본 연구에서 개발한 4방향 흔들림방지버팀대는 Fig. 3과 같이 수평 혹은 수직배관에 1 개의 배관연결장치(배관클램프)에 종방향과 횡방향 버팀태 2개의 지지대를 동시에 연결하여 4방향을 지지하는 구조로 되어 있다. 추가적으로 수직⋅수평배관 4방향 버팀대는 필요에 따라 종방향 또는 횡방향흔들림방지버팀대 단독으로도 사용이 가능한 구조로 되어 있다. 4방향 흔들림방지버팀대의 구성 장치는 Fig. 4와 같은 구조로 설계되어 있다. 수평배관 4방향 버팀대의 사용에 있어 보조 장치(클립)을 추가하여 일반 행거의 역할을 할 수 있는 구조(수평배관 4방향 버팀대를 횡방향, 종방향 버팀대 단독+일반 행거 겸용 구조)를 채택하여 호환성을 우수하게 하였다.

Fig. 3. Example of 4-way sway prevention brace

Fig. 4. Detailed structure of 4-way sway prevention brace device

Fig. 5는 수평배관에 개발된 4방향 흔들림방지버팀대가 설치되어 있을 경우를 나타내고 있다. 지진파가 발생할 경우 종방향 또는 횡방향 흔들림방지버팀대에서 지지대를 거쳐 최종적으로 앵커볼트에 하중이 전달된다. 발생한 지진파는 배관에 상하 또는 좌우로 흔들림을 만든다. 이때, 길이가 길고 각각의 영향 구역마다 하중이 다른 소화배관의 특성에 따라서 흔들림방지버팀대의 변위는 작아야 하며, 이를 견고히 앵커볼트가 지지할 경우에 배관시스템은 안전해진다.

Fig. 5. Transmission of horizontal seismic loads according to the direction of seismic waves

기존 일반 흔들림방지버팀대의 경우 대각선(지진파 Ⅰ, Ⅱ) 방향으로 지진파가 전달될 경우에는 Fig. 6과 같이 x(종방향) 및 y(횡방향)으로 분력이 발생하며, 발생한 분력은 지지대를 거쳐 앵커볼트로 전달된다. 종방향(x)으로 발생한 분력은 배관의 길이 방향으로 지지하는 종방향 버팀대에 의해 지지될 것이므로 상대적으로 파손될 가능성은 작아진다. 그러나 횡방향 흔들림방지버팀대가 설치된 경우에는 그림과 같은 추가적인 모멘트(M=y×L)가 발생하며, 배관 파손 또는 배관에 발생되는 변위는 커지므로 그만큼 안전성은 저하된다. 특히 소화배관의 경우, 길이가 긴 배관을 지지해야 하는 구조적인 특성상 종방향(x)에 비해 횡방향(y)으로 발생한 하중에 대하여 취약할 수 밖에 없으므로 횡방뱡버팀대의 안전성을 높이는 것은 배관 시스템의 안전성을 높일 수 있는 방법이다.

Fig. 6. Generation of longitudinal and lateral horizontal seismic loads and lateral moments acting on the conventioanl sway prevention brace

본 연구에서 개발된 4방향 흔들림방지버팀대의 경우 Fig. 7과 같이 수평배관에 1개의 배관연결장치에 2개의 지지대를 종방향 및 횡방향으로 연결하여 4방향을 지지하는 구조를 적용하여, 흔들림으로부터 발생하는 모멘트를 상대적으로 감소시킬 수 있다.

Fig. 7. Component force acting on 4-way sway prevention brace installed in the horizontal pipe

\(\begin{aligned}F_{p w}=\sqrt{x^{2}+y^{2}}\end{aligned}\)       (식 1)

여기서, F_pw : 수평지진하중[N]

x : 종방향수평지진하중[N]

y :횡방향수평지진하중[N]

한편 개발된 4방향 흔들림방지버팀대에 대하여 각 지지대에 작용하는 분력을 구조적으로 검토 하였으며, 어떠한 방향으로 지진파가 전달되더라도 그 합력은 100%가 되며, 구조적으로 취약하지 않음을 확인하였다.

인장 및 압축 하중시험

수평배관 4방향 흔들림방지버팀대

개발된 4방향 흔들림방지대의 성능을 확인하기 위해서 Fig. 8과 같이 인장 및 압축 시험을 진행하였다. 인장 및 압축 시험은 흔들림방지버팀대의 KFI 인정기준에 의거하여 진행하였다. Table 1은 KFI 인증 기준의 정격 하중 및 인장 및 압축에 따른 흔들림방지버팀태의 움직임의 최대 허용 범위이다. 최대 움직임의 적합기준은 배관호칭 100A 이하는 25.4mm 이하, 200A의 경우는 50.8mm 이하가 되어야 한다. 시험은 개발된 모든 시제품을 대상으로 각 축 방향에 대한 압축 및 인장 하중시험을 4 회씩 진행하여 측정된 값 중에서 최대로 움직인 값을 기록하였다.

Fig. 8. Photo of tensile and compression tests of 4-way sway prevention brace installed in horizontal pipe

Table 1. KFI certification standards of sway prevention brace for different pipe diameters and installation angles

흔들림방지버팀대가 단독으로 설치된 경우를 가정하여 설계한 시험용 지그를 인장/압축 시험기에 설치한 후 배관구경 및 설치각도별 규정 하중으로 시험하였다. 규정한 시험하중으로 압축하중과 인장하중은 각각 1분 동안 가한 후 부품의 이탈, 균열 및 변형 등을 확인하고 하중방향의 최대 움직임을 측정하였다. 4방향 버팀대를 지지대의 설치각도(30°~ 90°)에 따라 시험하였다.

Table 2는 인장 하중시에 횡방향지지대와 종방향지지대에 걸리는 최대움직임을 나타내고 있다. 인장 시 종방향지지대의 최대움직임이 횡방향지지대의 최대움직임보다는 큼을 알 수 있었다. 종방향지지대에 걸리는 최대움직임에 대하여 배관호칭100A 이하의 시험 결과를 종합해 보면, 50, 65, 80, 100A 배관의 경우 인장하중에 대한 최대 움직임은 지지대 설치각도 90도의 경우 5.6, 7.2, 5.0, 12.7mm이었으며, 이는 KFI 규정 기준 25.4mm 이하로서 성능을 만족함을 알 수 있었다. 또한, 지지대 설치각도 60도의 경우 5.9, 9.7, 8.2, 12.7mm로서 규정 기준 21.8mm 이하를 만족하였다. 지지대 설치각도 45도의 경우 8.6, 6.2, 5.9, 10.4mm(규정기준은 17.8mm), 지지대 각도 30도의 경우 7.5, 8.8, 9.7, 11.8mm(규정 기준은 12.7mm)이였으며, 설치 각도에 상관없이 모든 경우 규정 기준 이하의 최대 움직임을 나타내고 있어 개발된 4방향 흔들림방지버팀대가 규정 기준의 성능을 잘 만족하고 있음을 알 수 있었다. 또한 배관호칭125A 및 150A의 경우도 설치각도별 최대움직임은 모두 규정 기준 이하로 규정 기준을 잘 만족하고 있음을 알 수 있었다.

Table 2. Measurement result of maximum displacement for lateral and longitudinal sway prevention brace during tensile load

Table 3는 압축시험 시 발생한 최대 움직임을 나타내고 있다. 압축시험 시 4방향 흔들림방지버팀태에서 발생하는 최대움직임은 인장 시에 발생하는 최대움직임이 대체적으로 동일한 경향을 보임을 알 수 있었다. 전체적으로 인장, 압축 시의 흔들림방지버팀태의 최대움직임은 규정 기준 대비 대략50% 이하로서 흔들림방지버팀태의 성능이 매우 우수함을 알 수 있었다.

Table 3. Measurement result of maximum displacement for lateral and longitudinal sway prevention brace during compression load

특히, 수평배관 4방향 흔들림방지버팀대의 성능을 확인하기 위하여 65A의 배관에 대해서 4방향 흔들림버팀대의 인정된 시험 하중(7,117N(정격하중)×1.5=10,676N) 보다 높은 시험 하중 [8,963N(200A 정격하중)×1.5=13,445N]으로 시험한 결과를 비교하여도 흔들림방치버팀대의 성능에는 이상이 없음을 확인하였다.

수직배관 4방향 흔들림방지버팀대

수직배관에 대해서 흔들림방지버팀대가 횡방향 버팀대 단독으로 설치된 경우와 4방향 버팀대로 설치된 경우에 대한 인장 및 압축 시험을 수행하였다. Fig. 9는 국제공인교정기관의 교정필증을 듣한 자체 인장 및 압축시험기를 통해 시험한 수직 배관에 대한 인장 시험의 한 사례를 보여주고 있다.

Fig. 9. Photo of tensile test of 4-way sway prevention brace stalled in vertial pipe​​​​​​​

Table 4와 Table 5는 수직배관에 대해서 4방향 흔들림방지버팀대의 인장 및 압축시험 결과를 나타내고 있다. 수직배관의 경우 수평배관에 비하여 흔들림방지버팀대의 최대움직임은 적었으며, 지지대 각도별로 최대움직임을 측정한 결과 모든 경우에 대해서 KFI 기준 규정 대비 약 70% 이하의 최대움직임을 나타내고 있어서, 기준 규정을 충분히 만족하고 있음을 알 수 있었다. 결론적으로 인장 및 압축 시험의 결과로 4방향 흔들림방지버팀대의 성능을 확인할 수 있었다.

Table 4. Results of tensile tests for 4-way sway prevention brace stalled in vertial pipe

Table 5. Results of compression tests for 4-way sway prevention brace stalled in vertial pipe

내진시험

최근 국내외 큰 규모의 지진발생 빈도와 지진피해가 증가함에 따라 각종 시설물들의 내진설계에 대한 관심 또한 증대되고 있다. 일반적으로 국내 건축물에 설치되는 비구조 요소의 내진안전성을 검증하기 위한 시험방법으로 미국의 ICC-ES AC 156(Acceptance Criteria for Seismic Certification by Shaking Table Testing of Nonstructural Components)가 대표적으로 사용되고 있다. ICC-ES는 IBC(International building code)를 근간으로 하고 있으며, 본 연구에서도 IBC 2015 및 KBC 2016(Korean building code) 기반으로 4방향 흔들림방지버팀대의 내진 시험을 수행하였다.

비구조 요소 설비에 적용되어야 하는 지진의 강도는 해당 설비가 설치되는 건물의 설계 기준에 의해 결정된다. ICC-ES AC156의 내진 안전성 성능 검증을 위해 설비에 인가하여야 하는 최소 지진가속도의 주파수 함수인 요구응답스펙트럼(RRS, Required Response Spectrum)은 Fig. 10과 같다. 가진된 시험응답스펙트럼(TRS, Test Response Spectrum)은 요구 응답스펙트럼 내에 포함되어야 하며 요구응답스펙트럼 RRS의 90%와 130% 사이에 존재하여야 한다고 규정되어 있다. 한편 ICC-ES의 AC156의 규정에 의하면 내진 안정성 시험 시 5%의 감쇠비와 대상 설비의 고유진동수는 1.3Hz 이상이어야 한다고 규정하고 있다.

Fig. 10. Required Response Spectrum (SDS=7.94m/s², damping = 5 %)​​​​​​​

또한 요구응답스펙트럼의 크기는 단주기 설계스펙트럼 가속도(S_DS)와 높이계수비(z/h)의 함수에 의해 결정되며, 그 식은 아래와 같다.

\(\begin{aligned}A_{F L X-H}=S_{D S}\left(1+2 \frac{z}{h}\right)\end{aligned}\)       (식 2)

\(\begin{aligned}A_{R I G-H}=0.4 S_{D S}\left(1+2 \frac{z}{h}\right)\end{aligned}\)       (식 3)

A_FLX-V = 0.67 × S_DS       (식 4)

A_RIG-V = 0.27 × S_DS       (식 5)

여기에서 A_FLX-H, A_RIG-H는 유연 혹은 연성요소(flexible component)와 강성요소(rigid component)의 수평방향 스펙트럼 가속도를 각각 의미한다. 또한 A_FLX-H는 1.6 S_DS 이하로 제한된다고 규정되어 있다. 스펙트럼 가속도는 지역적 특성 및 지반의 성질 및 시설물의 주기 등을 고려하여 계산된다.

본 연구에서는 배관 및 흔들림방지버팀대가 건물의 지반보다 높은 층에 시설되는 설비로 가정하여 높이계수비(z/h)를 1로 가정하였다. 또한 S_DS를 7.94 m/s²로 가정하였으며, 계산된 요구응답스펙트럼의 크기가 Table 6에 나타나 있다. 본 연구에서 A_RIG-H는 1.6 S_DS 이하의 경우를 적용하여 12.7m/s² 로 결정하였으며, A_RIG-H는 식 (3)에 의하여 계산하여 9.52m/s²로 결정하였다.

Table 6. Shake table test parameter​​​​​​​

Note: This test is based on part of the test methods and procedures of ICC-ES AC156: 2010

내진 성능 시험은 부산대학교 지진방재연구센터의 진동 시험기를 이용하여 수행하였다. 진동대 2기에 총 4개의 강재 고정치구를 바닥에 일렬로 고정하고 배관 및 버팀대 설치용 H형강을 설치하였다. 강재 고정치구의 전면과 후면에 길이 12 m, 직경 100A 강관을 흔들림방지버팀대를 이용하여 설치하였다. 특히 실제 건축 구조물에 설치된 수계설비와 동일한 조건을 구성하기 위하의 배관 내 물이 채워진 상태로 설치하여 실험을 진행하였다. 배관 주요 위치부의 내진 시험 시의 거동특성을 파악을 위하여 8개의 3축 가속도 센서(A1~A8)를 설치하여, 가속도 응답을 측정하였다. Fig. 11은 진동시험대에 설치된 배관 및 흔들림방지버팀대와 가속도 센서의 위치를 나타내고 있다.

Fig. 11. Picture of seismic test (dynamic test) of 4-way sway prevention brace​​​​​​​

내진 성능 시험에 앞서 시설물의 공진주파수를 확인하고 동특성을 확인하기 위하여 공진탐색 시험을 수행하였다. 시험을 위하여 단축으로 0.5~50Hz의 주파수 성분을 갖는 ±0.49 m/s² 진폭의 random 파형의 진동을 1 분간 시설물에 인가하였다. 가진 방향은 2 방향(X, Y 방향)으로 각각 독립적으로 인가하였다. Fig. 12와 Table 7은 각 지점에서 측정된 공진주파수를 나타내고 있다. X 방향의 1차 공진주파수는 2.75Hz와 4.5Hz임을 알 수 있었다. 또한 가진된 지진파의 각 방향 입력의 독립성를 확인하기 위하여 각 축의 직각 방향에 대한 상호 상관 계수를 측정하였다. 측정 결과 상관 계수는 전 시간 영역에서 0.3 이하의 값을 나타내어 상호 독립적임을 확인하였다.

Fig. 12. Resonant frequency of the facility measured at each point(A1-A4)​​​​​​​

Table 7. Predominant resonance frequencies from resonant frequency search test​​​​​​​

Fig. 13는 X-방향의 입력된 진동대 가진 시간이력를 나타내고 있으며 Fig. 14는 입력 가진파의 요구응답스펙트럼(RRS) 및 시험응답스펙트럼(TRS)을 나타내고 있다. 시험결과 TRS가 RRS를 포괄하고 있음을 알 수 있었다.

Fig. 13. Acceleration time history of shake table excitation in X-direction

Fig. 14. Test response spectrum(TRS) of input excitation wave

시험 종류 후 배관 및 흔들림방지버팀대의 이탈이나 파손 및 국부변형은 발생하지 않았으며, 시설물의 구조적 안정성이 유지됨을 확인할 수 있었다.

결론

본 연구에서는 기존에 사용되었던 흔들림방지버팀대의 내진 성능을 향상시키고, 설치 면적 등을 효율적으로 감소시킬 수 있는 4방향 흔들림방지버팀대를 개발하였으며, 개발된 4방향 흔들림버팀대의 성능 및 신뢰성을 인장 및 압축시험의 정적시험과 동적 내진시험을 통하여 검증하였다. 개발된 4방향 흔들림방지버팀대는 1 개의 배관연결장치에 2 개의 지지대를 종방향 및 횡방향으로 연결하여 4방향을 지지하는 구조를 적용하여, 진동 및 지진의 흔들림으로 부터 발생하는 모멘트를 상대적으로 감소시킬 수 있는 구조를 갖고 있다. 수평 배관 및 수직 배관에 4방향 흔들림방지버팀태를 설치하여 인장 및 압축 실험을 수행한 결과, 배관의 최대움직임은 규정 기준 대비 50%~70% 이하로서 4방향 흔들림방지버팀태의 성능이 매우 우수함을 알 수 있었다. 4방향 흔들림방지버팀태의 내진 성능을 평가하기 위하여 물이 채워진 배관에 4방향 흔들림방지버팀태를 설치하고 가속도센서를 통하여 입력 가진파에 대한 시험응답스펙트럼을 측정하였다. 시험결과 시험응답스펙트럼가 요구응답스펙트럼를 포괄하고 있음을 알 수 있었으며, 시험 종료 후 배관 및 흔들림방지버팀대의 이탈이나 파손 및 국부변형 등은 발생하지 않았으며, 시설물의 구조적 안정성이 유지됨을 확인할 수 있었다.

앞으로 국내 내진 장비의 성능 인증 기준이 동적 내진시험에 대한 기준도 필요함을 본 연구를 통해 알 수 있었다.