KR101374773B1 - Metallic Damper with Tapered Strip - Google Patents

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KR101374773B1
KR101374773B1 KR1020130042241A KR20130042241A KR101374773B1 KR 101374773 B1 KR101374773 B1 KR 101374773B1 KR 1020130042241 A KR1020130042241 A KR 1020130042241A KR 20130042241 A KR20130042241 A KR 20130042241A KR 101374773 B1 KR101374773 B1 KR 101374773B1
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김상대
정광량
우운택
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정성찬
이명규
임호철
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 지진하중 등에 의한 수평 하중 발생시 스트립(strip) 전체에 걸쳐 하중을 균일하게 분산하여 에너지 소산 효율을 향상시킬 수 있는 스트립형 강재 댐퍼에 관한 것으로, 본 발명에 따른 스트립형 강재 댐퍼는, 정면부가 건축구조물에 고정되는 상부고정판과; 상기 상부고정판의 하측에 일정 거리 이격되어 나란하게 배치되며 정면부가 건축구조물에 고정되는 하부고정판과; 상단이 상기 상부고정판의 하단 가로변에 연결되고 하단이 상기 하부고정판의 상단 가로변에 연결되도록 형성되며, 상부고정판과 하부고정판의 가로방향을 따라 일정 간격으로 형성되어 복수개의 슬릿을 형성하되, 상단부와 하단부의 폭이 중간부의 폭보다 넓은 형상을 갖는 복수개의 스트립(strip)을 포함하며; 상기 스트립은 단부의 폭과 높이의 형상비(W1:H)가 1:5 ~ 1:8인 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a strip-type steel damper that can improve the energy dissipation efficiency by uniformly distributing the load over the entire strip during the horizontal load caused by the earthquake load, the strip-type steel damper according to the present invention, An upper fixing plate fixed to the additional building structure; A lower fixing plate disposed side by side at a predetermined distance apart from the lower side of the upper fixing plate, and having a front portion fixed to the building structure; The upper end is connected to the lower horizontal side of the upper fixing plate and the lower end is formed to be connected to the upper horizontal side of the lower fixing plate, and is formed at a predetermined interval along the horizontal direction of the upper fixing plate and the lower fixing plate to form a plurality of slits, the upper part and the lower part A plurality of strips having a shape wherein the width of the wider than the width of the middle portion; The strip is characterized in that the aspect ratio (W1: H) of the width and height of the end is 1: 5 ~ 1: 8.

Description

변단면 스트립형 강재 댐퍼{Metallic Damper with Tapered Strip}Metallic Damper with Tapered Strip

본 발명은 강재 댐퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상하 방향으로 긴 복수개의 스트립이 테이퍼진 형태로 형성되어 지진하중 작용시 강재의 소성 변형에 의해 에너지를 흡수하여 구조물을 보호할 수 있도록 한 변단면 스트립형 강재 댐퍼에 관한 것이다. The present invention relates to a steel damper, and more particularly, a plurality of strips long in the vertical direction are formed in a tapered form so that the energy absorbed by plastic deformation of the steel during the earthquake load can protect the structure. A strip-type steel damper.

강재를 이용한 제진장치는 주요 구조체의 손상이 발생하기 전에 조기에 댐퍼의 강재가 항복하여 에너지를 흡수하기 위해 설치되는 것으로, 사용재료가 저가이며 거동이 안정적인 특징을 가지고 있다. 강재 댐퍼는 전단패널형과 스트립형 등으로 구분된다.The damping device using steel is installed to absorb energy by surrendering the steel of damper before the damage of main structure occurs, and it is characterized by low cost and stable behavior. Steel dampers are classified into shear panel type and strip type.

도 1은 종래의 스트립형 강재 댐퍼의 일례를 나타낸 도면으로, 스트립형 강재 댐퍼(10)는 강재가 조기에 항복할 수 있도록 강판에 상하 방향으로 기다란 슬릿(slit)(12)을 형성한 구조로 이루어진다. 이러한 스트립형 강재 댐퍼는 지진하중과 같은 수평방향의 하중이 작용하게 되면 상기 슬릿(12)을 형성하는 스트립(strip)(11)이 휘면서 에너지를 소산시켜 구조물을 보호하는 작용을 하게 되는데, 수평하중 발생시 스트립(11)의 상단 및 하단으로 갈수록 내부에 발생하는 힘이 증가하게 되므로 스트립(11)의 상단 및 하단에서 지진에 의한 손상이 집중되는 현상이 발생한다. 1 is a view showing an example of a conventional strip-shaped steel damper, the strip-shaped steel damper 10 has a structure in which a long slits (12) in the vertical direction formed on the steel sheet so that the steel can yield early Is done. The strip-type steel damper acts to protect the structure by dissipating energy while the strip 11 forming the slit 12 is bent when a horizontal load such as an earthquake load is applied. When a load is generated, the force generated therein increases toward the top and bottom of the strip 11, so that damage caused by an earthquake is concentrated at the top and bottom of the strip 11.

그런데, 종래의 스트립 강재 댐퍼는 슬릿(12)을 형성하는 스트립(11)이 일자형으로서 상단에서부터 하단까지 모두 일정한 폭을 갖기 때문에 하중에 견디는 에너지 소산 효율이 저하되는 문제가 있다. However, the conventional strip steel damper has a problem that the energy dissipation efficiency withstanding load is lowered because the strip 11 forming the slit 12 has a constant width from the top to the bottom, all in a straight shape.

이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 일본 공개특허공보 2000-234454호에 스트립의 상,하 단부 폭이 중앙부보다 큰 테이퍼 형태를 갖는 강재 댐퍼가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 테이퍼형 스트립을 갖는 종래의 강재 댐퍼는 전단 현상에 따른 파괴 및 에너지 소산 효율 등을 고려하여 설계되지 않았기 때문에 실제 지진 하중과 같은 수평 하중에서 에너지를 소산시키는 능력에 한계가 있었다.In order to solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-234454 discloses a steel damper having a taper shape in which the upper and lower end widths of the strips are larger than the center portion. However, since the conventional steel damper having such a tapered strip is not designed in consideration of the breakage and energy dissipation efficiency due to the shearing phenomenon, there is a limit in the ability to dissipate energy in horizontal load such as the actual earthquake load.

일본 공개특허공보 2000-234454(공개일자: 2000년 8월 29일) : 탄소성 댐퍼, 및 내진 구조Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-234454 (published date: August 29, 2000): a carbonaceous damper and a seismic structure

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 지진하중에 의한 수평 하중 발생시 내부에 발생하는 힘에 비례하여 슬릿을 형성하는 강판, 즉 스트립(strip)의 단면을 구성함으로써 전단 파괴를 방지하고 에너지 소산 효율을 향상시킬 수 있는 스트립형 강재 댐퍼를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to shear by forming a cross section of the steel sheet, that is, the strip (strip) to form a slit in proportion to the force generated therein when the horizontal load caused by the earthquake load The present invention provides a strip-type steel damper that can prevent breakage and improve energy dissipation efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스트립형 강재 댐퍼는, 정면부가 건축구조물에 고정되는 상부고정판과; 상기 상부고정판의 하측에 일정 거리 이격되어 나란하게 배치되며 정면부가 건축구조물에 고정되는 하부고정판과; 상단이 상기 상부고정판의 하단 가로변에 연결되고 하단이 상기 하부고정판의 상단 가로변에 연결되도록 형성되며, 상부고정판과 하부고정판의 가로방향을 따라 일정 간격으로 형성되어 복수개의 슬릿을 형성하되, 상단부와 하단부의 폭이 중간부의 폭보다 넓은 형상을 갖는 복수개의 스트립(strip)을 포함하며; 상기 스트립은 단부의 폭과 높이의 형상비(W1:H)가 1:5 ~ 1:8인 것을 특징으로 한다. Strip-type steel damper according to the present invention for achieving the above object, the top fixing plate is fixed to the front structure building structure; A lower fixing plate disposed side by side at a predetermined distance apart from the lower side of the upper fixing plate, and having a front portion fixed to the building structure; The upper end is connected to the lower horizontal side of the upper fixing plate and the lower end is formed to be connected to the upper horizontal side of the lower fixing plate, and is formed at a predetermined interval along the horizontal direction of the upper fixing plate and the lower fixing plate to form a plurality of slits, the upper part and the lower part A plurality of strips having a shape wherein the width of the wider than the width of the middle portion; The strip is characterized in that the aspect ratio (W1: H) of the width and height of the end is 1: 5 ~ 1: 8.

본 발명의 강재 댐퍼는 스트립의 형태가 상단 및 하단부에서 중간부로 갈수록 좌우 폭과 두께가 작아지는 테이퍼진 형태를 가지며, 특정한 스트립의 단부 폭과 높이에 대한 형상비, 스트립의 단부 폭과 중앙부 폭 간의 비, 스트립의 단부 두께와 중앙부 두께 간의 비가 설정 범위로 설계되도록 함으로써 하중이 집중되는 상단부 및 하단부에서 지지강도가 향상되고 중간 부분에서도 전단을 억제하면서 효율적인 소성 변형이 일어나게 되어 기존의 일자형 스트립 또는 테이퍼형 스트립을 갖는 강재 댐퍼에 비하여 향상된 에너지 소산 성능을 갖게 되는 효과가 있다. The steel damper of the present invention has a tapered shape in which the strip shape becomes smaller in width and thickness from the upper and lower portions to the middle portion, and the ratio between the end width and the height of the specific strip, and the ratio between the end width and the center width of the strip. In addition, the ratio between the end thickness and the center thickness of the strip is designed to be within the set range, so that the supporting strength is improved at the upper and lower portions where the load is concentrated and efficient plastic deformation occurs while suppressing shear in the middle portion. Compared with the steel damper having an effect that has an improved energy dissipation performance.

도 1은 종래의 스트립형 강재 댐퍼의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립형 강재 댐퍼가 적용된 브레이스형 철골 구조물의 정면도이다.
도 3은 도 2의 스트립형 강재 댐퍼의 정면도 및 측면도를 함께 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 스트립형 강재 댐퍼의 다른 실시예를 나타낸 정면도 및 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 스트립형 강재 댐퍼의 또 다른 실시예를 나타낸 정면도 및 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 스트립형 강재 댐퍼의 스트립이 최소 형상비(1:5) 및 최대 형상비(1:8)인 경우를 나타낸 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 스트립형 강재 댐퍼의 스트립의 폭 비(

Figure 112013033473424-pat00001
)를 변수로 하여 유한요소해석을 수행하여 얻어진 응력분포를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 스트립형 강재 댐퍼의 스트립의 폭 비(
Figure 112013033473424-pat00002
)에 따른 전체체적에 대한 항복체적의 비를 나타낸 그래프이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따른 스트립형 강재 댐퍼의 스트립 형상을 도출하는 과정의 일례를 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 기존의 스트립형 강재 댐퍼와 본 발명의 스트립형 강재 댐퍼의 변형에 따른 정규화하중을 나타낸 그래프이다.
도 11은 실험 결과를 바탕으로 기존의 스트립형 강재 댐퍼와 본 발명의 스트립형 강재 댐퍼의 단위체적당 에너지 흡수량을 나타낸 그래프이다. 1 is a front view of a conventional strip-shaped steel damper.
2 is a front view of a brace-type steel structure to which a strip-shaped steel damper is applied according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a front view and a side view of the strip-shaped steel damper of FIG.
4 is a front view and a side view showing another embodiment of the strip-shaped steel damper according to the present invention.
5 is a front view and a side view showing still another embodiment of the strip-shaped steel damper according to the present invention.
6 is a front view showing a case in which the strip of the strip-shaped steel damper according to the present invention has a minimum shape ratio (1: 5) and a maximum shape ratio (1: 8).
7 is a width ratio of the strip of the strip-shaped steel damper according to the present invention (
Figure 112013033473424-pat00001
Figure 1 shows the stress distribution obtained by performing finite element analysis using) as a variable.
8 is a width ratio of the strip of the strip-shaped steel damper according to the present invention (
Figure 112013033473424-pat00002
) Is a graph showing the ratio of yield volume to total volume.
9A to 9C are views sequentially showing an example of a process of deriving the strip shape of the strip-shaped steel damper according to the present invention.
9A and 9B are graphs showing normalized loads according to deformation of existing strip-shaped steel dampers and strip-shaped steel dampers of the present invention, respectively.
11 is a graph showing the amount of energy absorption per unit volume of the conventional strip-shaped steel damper and the strip-shaped steel damper of the present invention based on the experimental results.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 변단면 스트립형 강재 댐퍼의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of a cross-section strip-type steel damper according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 변단면 스트립형 강재 댐퍼가 적용된 브레이스형 철골 구조물을 나타낸 것으로, 이 브레이스형 철골 구조물은 철골구조의 주요부재인 기둥(2)과 보(3)를 대각선인 X형으로 연결하는 복수개의 브레이스(4)들과, 기둥(2)과 보(3)로 연결된 공간의 중간부에 위치하며 기둥(2) 및 보(3)에 연결된 브레이스(4)들의 단부가 연결되는 강재 댐퍼(100)를 포함한다. Figure 2 shows a brace-type steel structure is applied to the cross-section strip-type steel damper according to the present invention, the brace-type steel structure is a column X and the beam (3) of the main members of the steel structure diagonally X-shaped Steel which is connected to a plurality of braces 4 to be connected and the end of the braces 4 connected to the pillars 2 and the beams 3 and is located in the middle of the space connected by the pillars 2 and the beams 3 The damper 100 is included.

상기 4개의 브레이스(4)들의 외측 단부는 상기 기둥(2)과 보(3)가 상호 연결된 사각형의 철골구조의 안쪽 4 모서리부위에 용접 또는 볼트체결에 의해 고정된다. 상기 브레이스(4)가 고정된 기둥(2) 및 보(3)에는 가셋 플레이트(5)가 설치되어 기둥(2)과 보(3)에 연결된 4개의 브레이스(4)를 지지한다.The outer ends of the four braces 4 are fixed by welding or bolting to the inner four corners of the rectangular steel frame structure in which the pillars 2 and the beams 3 are interconnected. The pillar 2 and the beam 3 to which the brace 4 is fixed are provided with a gusset plate 5 to support four braces 4 connected to the pillar 2 and the beam 3.

상기 4개의 브레이스(4)들의 내측 단부에는 상기 강재 댐퍼(100)가 연결부(6)을 매개로 용접 또는 볼트체결 등에 의해 고정된다. 상기 강재 댐퍼(100)는 철골 구조물에 지진하중 등의 수평 하중이 발생할 때 소성 변형 되면서 에너지를 흡수하게 된다. The steel damper 100 is fixed to the inner ends of the four braces 4 by welding or bolting through the connection part 6. The steel damper 100 absorbs energy while plastically deforming when a horizontal load such as an earthquake load occurs in the steel structure.

도 3을 참조하면, 본 발명의 강재 댐퍼(100)는 상기 연결부(6)의 상단부에 고정되는 상부고정판(110)과, 상기 상부고정판(110)의 하측에 일정 거리 이격되어 나란하게 배치되며 상기 연결부(6)의 하단부에 고정되는 하부고정판(120)과, 상기 상부고정판(110)과 하부고정판(120) 사이를 연결하는 복수개의 스트립(130)(strip)을 포함한 구성으로 이루어진다. Referring to Figure 3, the steel damper 100 of the present invention is arranged side by side spaced apart from the upper fixing plate 110 and the lower side of the upper fixing plate 110 is fixed to the upper end of the connecting portion (6) The lower fixing plate 120 is fixed to the lower end of the connecting portion 6 and consists of a plurality of strips (130) (strip) for connecting between the upper fixing plate 110 and the lower fixing plate (120).

상기 상부고정판(110)과 하부고정판(120)은 정면에서 보았을 때 직사각형의 강판(steel plate)으로 이루어져 각각의 정면부가 연결부(6)에 결합된다. 상기 상부고정판(110)과 하부고정판(120)의 정면부에는 상기 연결부(6)과의 볼트 체결을 위한 복수개의 볼트체결공(111, 121)들이 가로 방향을 따라 형성되어 있다. The upper fixing plate 110 and the lower fixing plate 120 is made of a rectangular steel plate when viewed from the front, each front portion is coupled to the connecting portion (6). In the front portion of the upper fixing plate 110 and the lower fixing plate 120, a plurality of bolt fastening holes 111 and 121 for fastening the bolts with the connection part 6 are formed along the horizontal direction.

상기 스트립(130)은 상단이 상기 상부고정판(110)의 하단 가로변에 일체로 연결되고 하단이 상기 하부고정판(120)의 상단 가로변에 일체로 연결되도록 형성된다. 또한, 상기 스트립(130)들은 상부고정판(110)과 하부고정판(120)의 가로방향(좌우방향)을 따라 일정 간격으로 형성되어 복수개의 슬릿(140)을 형성하게 된다. The strip 130 is formed such that the upper end is integrally connected to the lower horizontal side of the upper fixing plate 110 and the lower end is integrally connected to the upper horizontal side of the lower fixing plate 120. In addition, the strips 130 are formed at regular intervals along the horizontal direction (left and right directions) of the upper fixing plate 110 and the lower fixing plate 120 to form a plurality of slits 140.

상기 각각의 스트립(130)은 상단부와 하단부의 좌우 폭(W1)이 중간부의 좌우 폭(W2)보다 넓게 형성된다. 즉, 상기 스트립(130)은 상단부 및 하단부의 폭(W1)이 중간부보다 넓은 테이퍼진(tapered) 형태를 갖는다. 이와 같이 스트립(130)이 테이퍼진 형태를 갖게 되면, 지진하중 등의 수평하중이 발생할 때 상단부 및 하단부에 집중될 수 있는 응력을 스트립 전체 높이에 걸쳐 효과적으로 분산시켜 에너지 소산 성능을 향상시킬 수 있게 된다. 상기 스트립(130)의 상단 폭과 하단 폭은 반드시 동일할 필요는 없으며, 두께에 따라 변화할 수 있다. Each of the strips 130 is formed with a wider width W 1 at the upper and lower ends than the width W 2 at the middle portion. That is, the strip 130 has a tapered shape in which the width W 1 of the upper end and the lower end is wider than the middle part. When the strip 130 has a tapered shape as described above, when the horizontal load such as an earthquake load occurs, stress that can be concentrated on the upper and lower ends can be effectively distributed over the entire height of the strip to improve energy dissipation performance. . The top width and the bottom width of the strip 130 are not necessarily the same, but may vary according to the thickness.

이 실시예에서 상기 스트립(130)의 좌우 폭은 상단 및 하단에서 중간으로 갈수록 일정하게 점진적으로 작아지면서 직선형으로 테이퍼진 형태를 갖는다. 하지만, 스트립(130)의 양측 변부가 포물선 형태 등의 곡선형을 이루면서 좌우 폭이 점진적으로 작아지게 형성될 수도 있다. 또한, 상기 스트립(130)은 도 4에 도시된 것처럼 상단과 하단 및/또는 중간부의 일부 구간에서는 폭이 일정하게 형성되고 이 구간 이외의 부분에서는 폭이 점진적으로 가변되는 테이퍼진 형태를 가질 수 있지만, 도 5에 도시한 것과 같이 상단 및 하단에서 중앙까지 완전히 점진적으로 폭이 가변되는 형태를 가질 수도 있다. In this embodiment, the left and right widths of the strips 130 are tapered in a straight line shape while gradually becoming smaller gradually from the top and bottom to the middle. However, both sides of the strip 130 may be formed such that the left and right widths gradually become smaller while forming a curved line such as a parabolic shape. In addition, the strip 130 may have a tapered shape in which a width is uniformly formed in some sections of the top, bottom, and / or middle portions, and the width is gradually changed in portions other than this section, as shown in FIG. 4. As shown in FIG. 5, the width may be gradually changed from the top and the bottom to the center.

또한, 상기 스트립(130)은 좌우 폭과 함께 두께(d1, d2)도 상단부 및 하단부가 중간부보다 두껍게 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 스트립(130)의 두께(d1, d2)는 상단 및 하단에서 중간으로 갈수록 점진적으로 작아지는 테이퍼진 형태를 가질 수 있다. 상기 스트립(130)의 두께(d1, d2)는 상단 및 하단에서 중간까지 완전히 점진적으로 두께가 작아지는 형태를 취할 수도 있지만, 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 상단부 및 하단부, 중간부의 일부 구간에서는 두께가 일정하게 형성될 수도 있을 것이다. In addition, the strip 130 is preferably formed with a thickness (d 1 , d 2 ) is thicker than the middle portion and the thickness (d 1 , d 2 ) along with the left and right width. In this case, the thicknesses d 1 and d 2 of the strip 130 may have a tapered shape that gradually decreases from the top and bottom to the middle. The thicknesses d 1 and d 2 of the strip 130 may take the form of gradually decreasing thickness from the top and the bottom to the middle, but as shown in FIGS. 4 and 5, a part of the top and the bottom and the middle part. In the section, the thickness may be formed to be constant.

한편 본 발명의 변단면 스트립형 강재 댐퍼는 단순한 설계와 거동을 위해 전단력을 무시하고 휨거동이 지배적인 형상비를 갖는다. 이를 위한 스트립(130)의 형상비, 즉 스트립(130)의 상,하단부 폭(W1) 대 높이(H)의 비는 1:5 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다(도 6의 (A) 참조). 그러나 형상비가 너무 커지면 면외좌굴에 취약해지기 때문에 최대 형상비는 1:8 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다(도 6의 (B) 참조). 즉, 본 발명의 변단면 스트립형 강재 댐퍼는 스트립(130)의 단부의 폭(W1)과 높이(H)의 형상비(W1:H)가 1:5 ~ 1:8로 설계된다. Meanwhile, the cross-section strip-type steel damper of the present invention has a shape ratio in which bending behavior is dominant, ignoring shear force, for simple design and behavior. For this purpose, the ratio of the shape of the strip 130, that is, the ratio of the width W1 to the height H of the strip 130 is preferably 1: 5 or more (see FIG. 6A). However, if the aspect ratio is too large, it becomes vulnerable to out-of-plane buckling, so the maximum aspect ratio is preferably 1: 8 or less (see Fig. 6B). That is, in the cross-section strip-type steel damper of the present invention, the shape ratio W1: H of the width W1 and the height H of the end of the strip 130 is designed to be 1: 5 to 1: 8.

또한 전술한 것과 같이 본 발명의 변단면 스트립형 강재 댐퍼는 에너지소산 효율을 높이기 위해 스트립(130)의 중앙부는 단부에 비해 폭이 좁은 형상을 가지고 있다. 그러나 중앙부의 폭(W2)이 너무 좁아지는 경우는 스트립(130)이 휨강도를 발휘하기 전에 전단에 의해 파괴될 수 있다. 이러한 중앙부의 전단파괴를 방지하고 전단면이 고르게 항복할 수 있는 형상을 찾기 위해 스트립(130)의 상,하단부 폭(W1)에 대한 중앙부 폭(W2)의 비(W2/W1), 즉 스트립 폭비(

Figure 112013033473424-pat00003
)를 변수로 하여 유한요소해석을 수행하였고, 몇 가지
Figure 112013033473424-pat00004
에 대한 응력분포가 도 7에 도시된 것과 같이 나타났다. In addition, as described above, the cross-section strip-type steel damper of the present invention has a shape in which the center portion of the strip 130 is narrower than the end portion in order to increase energy dissipation efficiency. However, if the width W2 of the center portion becomes too narrow, it may be broken by shear before the strip 130 exerts its flexural strength. In order to prevent the shear failure of the center portion and find a shape in which the shear surface can yield evenly, the ratio of the center width W2 to the upper and lower width width W1 of the strip 130 (W2 / W1), that is, the strip width ratio (
Figure 112013033473424-pat00003
Finite element analysis was performed using
Figure 112013033473424-pat00004
The stress distribution for is shown as shown in FIG.

도 7의 응력분포 도면과 도 8의 스트립 폭비(

Figure 112013033473424-pat00005
)에 따른 항복체적비의 그래프를 참조하면,
Figure 112013033473424-pat00006
가 1이면, 즉 일자형의 스트립인 경우(도 7의 (d) 참조) 스트립의 상,하단부쪽에 응력이 집중되기 때문에 효율적이지 못하며, 항복체적은 전체 스트립 체적의 22%에 불과하다. 한편
Figure 112013033473424-pat00007
가 0.17인 경우, 즉 중앙부 폭(W2)이 단부 폭(W1)의 17%인 경우(도 7의 (a) 참조)는 42%의 체적이 항복하나, 중앙부 폭이 너무 좁아 전단에 의해 파괴되므로 바람직하지 않다. The stress distribution diagram of FIG. 7 and the strip width ratio of FIG. 8 (
Figure 112013033473424-pat00005
Referring to the graph of yield volume ratio according to
Figure 112013033473424-pat00006
If 1, that is, a straight strip (see Fig. 7 (d)) is not efficient because the stress is concentrated on the upper and lower ends of the strip, the yield volume is only 22% of the total strip volume. Meanwhile
Figure 112013033473424-pat00007
Is 0.17, i.e., when the center width W2 is 17% of the end width W1 (see FIG. 7 (a)), the volume of 42% yields, but the center width is too narrow and is destroyed by shear. Not desirable

도 8에 도시된 그래프를 통해서 알 수 있는 것과 같이,

Figure 112013033473424-pat00008
가 너무 낮으면 중앙부의 전단이 취약하고,
Figure 112013033473424-pat00009
가 너무 높으면 에너지 소산 효율이 감소하므로, 본 발명에서는 스트립(130)의 효과적인 폭 비(
Figure 112013033473424-pat00010
)를 0.38~0.65로 제시한다. 상기 스트립(130)의 폭 비(
Figure 112013033473424-pat00011
)는 0.52~0.59일 때 에너지 소산 효율과 전단 강도 측면에서 가장 바람직하다. As can be seen through the graph shown in Figure 8,
Figure 112013033473424-pat00008
Is too low, the shear at the center is weak,
Figure 112013033473424-pat00009
Is too high, the energy dissipation efficiency is reduced, so in the present invention, the effective width ratio of the strip 130 (
Figure 112013033473424-pat00010
) From 0.38 to 0.65. Width ratio of the strip 130 (
Figure 112013033473424-pat00011
) Is most preferable in terms of energy dissipation efficiency and shear strength at 0.52 to 0.59.

또한 본 발명의 변단면 스트립형 강재 댐퍼는 스트립(130)의 측면 두께가 중앙부가 단부보다 얇은 형상을 갖는다. 상기 스트립(130)의 단부와 중간부의 두께 비(d2/d1)는 폭의 비(

Figure 112013033473424-pat00012
)에 따라 변경될 수 있지만, 중간부 두께가 지나치게 얇은 경우 취성적인 파괴를 유발할 수 있으므로 본 발명에서는 스트립(130)의 단부와 중간부의 두께 비(d2/d1)는 0.5~0.9로 제시한다. In addition, the cross-section strip-type steel damper of the present invention has a shape in which the thickness of the side surface of the strip 130 is thinner than the end thereof. The thickness ratio d2 / d1 of the end portion and the middle portion of the strip 130 is the ratio of the width (
Figure 112013033473424-pat00012
In the present invention, the thickness ratio d2 / d1 of the end portion and the middle portion of the strip 130 is 0.5 to 0.9 because the thickness of the middle portion may cause brittle fracture.

도 9a 내지 도 9c는 상기와 같이 테이퍼진 스트립(130)의 형상을 도출하는 과정의 일례를 순차적으로 나타낸 것으로, 먼저 도 9a에 도시한 것과 같이 스트립(130)의 두께가 일정한 상태일 때 동시항복을 위한 이론적 스트립 소요폭을 결정한 다음, 도 9b에 도시한 것과 같이 두께가 변화하는 경우의 스트립 소요폭 감소를 계산하여 스트립 소요폭을 변경한다. 그리고, 최종적으로 도 9c에 도시한 것과 같이 설계 단순화를 통한 최종 스트립 형상을 결정한다. 9A to 9C sequentially illustrate an example of a process of deriving the shape of the tapered strip 130 as described above. First, simultaneous yielding when the thickness of the strip 130 is constant as shown in FIG. 9A. After determining the theoretical strip requirement for the circuit, the strip requirement is changed by calculating the strip requirement reduction when the thickness is changed as shown in FIG. 9B. Finally, the final strip shape through design simplification is determined as shown in FIG. 9C.

전술한 것과 같이 본 발명의 강재 댐퍼(100)는 스트립(130)의 형태가 상단 및 하단부에서 중간부로 갈수록 좌우 폭(W1, W2)과 두께(d1, d2)가 작아지는 테이퍼진 형태를 가짐으로써 하중이 집중되는 상단부 및 하단부에서 지지강도가 향상되고 중간 부분에서도 소성 변형이 쉽게 일어나게 되어 기존의 일자형 스트립을 갖는 강재 댐퍼에 비하여 향상된 에너지 소산 성능을 갖는 것으로 확인되었다. As described above, the steel damper 100 of the present invention has a tapered shape in which the shape of the strip 130 becomes smaller from the upper and lower portions to the middle portion, such that the left and right widths W1 and W2 and the thicknesses d1 and d2 become smaller. It has been confirmed that the support strength is improved at the upper and lower parts where load is concentrated and plastic deformation easily occurs in the middle part, and thus has an improved energy dissipation performance compared to steel dampers having a straight strip.

도 10a 및 도 10b는 각각 기존의 스트립형 강재 댐퍼와 본 발명의 변단면 스트립형 강재 댐퍼를 반복가력 실험한 결과를 나타낸 것으로, 기존 강재 댐퍼에 비해 본 발명에 의한 강재 댐퍼가 증가하는 변위에 대해 갑작스러운 파괴가 발생하지 않고, 보다 안정적으로 외부의 힘에 저항하고 있음을 확인할 수 있다. 10A and 10B show the results of repeated stress tests of the conventional strip-type steel damper and the cross-sectional strip-type steel damper of the present invention, respectively, for the displacement of the steel damper according to the present invention compared to the existing steel damper. Sudden destruction does not occur, and it can be seen that it is more stably resisting external forces.

또한 변단면 스트립형 강재 댐퍼가 저항할 수 있는 최대 변형량(가로축)이 더 크기 때문에 댐퍼로서 우수한 성능을 보유하고 있음을 확인하였고, 이론 소성강도 대비 2배에 가까운 내력(세로축)을 발휘하기 때문에 충분한 잉여력 또한 보유하고 있음을 실험적으로 확인하였다.In addition, it was confirmed that the cross section strip-type steel damper had excellent performance as a damper because the maximum amount of deformation (horizontal axis) that it could resist was greater, and it was sufficient because it exhibited a strength (vertical axis) nearly twice that of theoretical plastic strength. It was confirmed experimentally that the surplus power is also retained.

도 11은 실험 결과를 바탕으로 단위체적당 에너지 흡수량을 나타낸 것으로, 본 발명의 변단면 스트립형 강재 댐퍼가 기존의 강재 댐퍼에 비해 2배 이상의 에너지 흡수 효율을 가지고 있음을 확인하였으며, 이에 따라 기존 강재 댐퍼에 비해 약 50%의 물량으로 대상 건물에 제진장치로 적용이 가능한 것으로 예측되었다.Figure 11 shows the energy absorption per unit volume based on the experimental results, it was confirmed that the cross-sectional strip-type steel damper of the present invention has more than twice the energy absorption efficiency of the conventional steel damper, accordingly the existing steel damper It is estimated that it can be applied as a vibration damper to the target building in about 50% of the volume.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.

100 : 강재 댐퍼 110 : 상부고정판
111 : 볼트체결공 120 : 하부고정판
121 : 볼트체결공 130 : 스트립
140 : 슬릿(slit)
100: steel damper 110: upper fixing plate
111: bolt fastening hole 120: lower fixing plate
121: bolt fastener 130: strip
140: slit

Claims (5)

정면부가 건축구조물에 고정되는 상부고정판(110)과;
상기 상부고정판(110)의 하측에 일정 거리 이격되어 나란하게 배치되며 정면부가 건축구조물에 고정되는 하부고정판(120)과;
상단이 상기 상부고정판(110)의 하단 가로변에 연결되고 하단이 상기 하부고정판(120)의 상단 가로변에 연결되도록 형성되며, 상부고정판(110)과 하부고정판(120)의 가로방향을 따라 일정 간격으로 형성되어 복수개의 슬릿(140)을 형성하되, 상단부와 하단부의 폭(W1)이 중간부의 폭(W2)보다 넓은 형상을 갖는 복수개의 스트립(130)(strip)을 포함하며;
상기 스트립(130)은 단부의 폭(W1)과 높이(H)의 형상비(W1:H)가 1:5 ~ 1:8 이고, 스트립(130)의 상단부 및 하단부의 폭(W1)에 대한 중앙부 폭(W2)의 비(
Figure 112013072839670-pat00029
= W2/W1)는 0.38~0.65인 것을 특징으로 하는 변단면 스트립형 강재 댐퍼.
An upper fixing plate 110 having a front portion fixed to the building structure;
A lower fixing plate 120 disposed side by side at a predetermined distance from the lower side of the upper fixing plate 110 and having a front portion fixed to the building structure;
The upper end is connected to the lower horizontal side of the upper fixing plate 110 and the lower end is formed to be connected to the upper horizontal side of the lower fixing plate 120, the predetermined interval along the horizontal direction of the upper fixing plate 110 and the lower fixing plate 120. Formed to form a plurality of slits 140, the width W1 of the upper end and the lower end including a plurality of strips 130 having a shape larger than the width W2 of the middle part;
The strip 130 has a shape ratio W1: H of an end width W1 and a height H of 1: 5 to 1: 8, and has a central portion with respect to the width W1 of the upper and lower portions of the strip 130. Ratio of width (W2)
Figure 112013072839670-pat00029
= W2 / W1) is a cross-sectional strip-type steel damper, characterized in that 0.38 ~ 0.65.
제1항에 있어서, 상기 스트립(130)은 상단부 및 하단부의 두께(d1)가 중간부의 두께(d2)보다 큰 것을 특징으로 하는 변단면 스트립형 강재 댐퍼.The stripped section damper according to claim 1, wherein the strip (130) has a thickness (d1) of the upper end portion and the lower end portion greater than the thickness (d2) of the middle portion. 삭제delete 삭제delete 제2항에 있어서, 상기 스트립(130)의 상단부 및 하단부의 두께(d1)에 대한 중간부의 두께(d2)의 비(d2/d1)는 0.5~0.9인 것을 특징으로 하는 변단면 스트립형 강재 댐퍼.
3. The edge section strip-type steel damper according to claim 2, wherein the ratio d2 / d1 of the thickness d2 of the middle portion to the thickness d1 of the upper and lower portions of the strip 130 is 0.5 to 0.9. .
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