KR20020053009A

KR20020053009A - 방진 강화 구조물의 설계 해석법, 및 저장 매체

Info

Publication number: KR20020053009A
Application number: KR1020010084412A
Authority: KR
Inventors: 안자이하지메; 다치카와다카시; 요시다게이지로; 스도히로시; 나카무라도모미치; 오치아이시게루
Original assignee: 가부시키가이샤 잔퀼컨설팅; 추후제출; 니혼카이 엘엔지 가부시키가이샤; 마스다 노부유키; 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2002-07-04
Also published as: MXPA01013030A; KR100520318B1; US7040176B2; JP3493178B2; TW564280B; US20020095275A1; EP1219763A2; PE20020645A1; CN1361342A; CA2365035A1; EP1219763A3; CN1198997C; JP2002194894A

Abstract

방진 강화 구조물의 부재가 부재의 허용 가능 응력 강도 비율과 관련하여 선택되고, 선택된 부재의 방진 강화에 의한 변형 크기로서 허용가능 연성 인자 비율이 설정되고, 소성 구간에서 선택된 부재에 작용하는 하중 증가가 설정 연성 인자 비율에 기초하여 계산되며, 상응하는 허용가능 응력 강도 비율이 얻어진다. 얻어진 허용가능 응력 강도 비율이 최대값 1.0으로 정의될 때, 소성 범위에서 상응하는 하중증가는 선택된 부재가 붕괴되는 궁극 하중으로서 특정된다.

Description

방진 강화 구조물의 설계 해석법, 및 저장 매체{Design analysis method of earthquake-proof reinforcement structure, and storage medium}

본 발명은 천연가스(LNG) 저장 설비와 같은 플랜트에서 사용되는 에너지 수송 배관을 지지하는 파이프 랙을 위한 방진 강화 구조물의 설계 해석법, 및 컴퓨터가 상기 해석을 수행하도록 하는 프로그램 모듈을 저장하는 저장 매체에 관한 것이다.

인류는 지진으로부터 심각한 피해를 겪어왔다. 심지어 최근 몇년 사이에도, 한신-아와지(Hanshin-Awaji) 대지진(일본), 이즈밋(Izmit) 지진(터어키), 치치(Chichi) 지진(대만) 등이 생활 시설 라인(utility life line)을 손상시켰다. 특히, 한신-아와지 대지진에서는, 전력을 복구하는데 3일 및, 도시 가스를 복구하는데는 수개월이 소요되었다. 이러한 사실은 일반인에게 시설의 안전을 위해 광범위한 조사가 필요하다는 것을 인식시켜 주었다. 최근에는, 예를들면 한신-아와지 대지진에서의 고속도로의 파괴를 교훈삼아, 기존 건물 및 예전의 방진 설계 기준에 의해 지어진 구조물을 포함하여, 더 큰 지진을 가정하여, 지진시에 건물의 강도를 개선시키기 위해 다양한 방진 강화 방법이 시험되어 왔다.

예를 들면, 기존의 강철 프레임 강화 콘크리트 구조물에 대한 방진 강화 방법으로서, 칼럼 부재(member)의 강도를 개선하기 위하여 강화용 바(bar)를 감고 부가적인 콘크리트를 설치하는 방법, 칼럼 부재를 강화하기 위하여 강철 플레이트를 감는 설계 방법 등이 제안되었다.

그러나, 파이프 랙 등에 적용되는 통상적인 설계 기술에 있어서, 상기 파이프 랙이 최종적으로 파괴될 때 까지의 궁극 하중(실제 강도(true strength))을 고려하지 않고 빔, 칼럼(column), 또는 버팀대(brace)와 같은 부재들이 선택된다. 즉, 구조물이 견뎌내어야 하는 외력과 구조물 사이의 관계에서, 충분한 강도가 있거나 또는 없는 부재가 선택될 수 있으며, 그리고 어떠한 정량적인 평가도 설계의 단계에서 반영되지는 않는다.

랙 구조물에 대한 통상적인 방진 강화 방법에서의 문제점으로서, 상기 강철 칼럼의 아래쪽 말단에서 상기 칼럼과 빔 사이의 연결 부위에 강화 부품을 연결하거나 또는 받침대 기초가 있는 강화 콘크리트를 적용하여 강철 칼럼 베이스 및 기초가 단단히 연결되는 경우, 기초에 의한 칼럼 베이스 지지 방법은 핀 지지로부터 고정조건으로 변화하고, 전단력 또는 굽힘(bending) 모멘트는 상기 칼럼 베이스와 강화 부품 또는 강화 콘크리트 사이의 새로운 계면을 통해 기초에 전달된다. 상기 기초에 전달되는 전단력 또는 굽힘 모멘트는 지진력이 증가하는 정도에 따라 증가한다. 그러므로, 강철 칼럼 베이스 및 기초가 단단하게 연결되어 있다면, 상기 기초 그 자체는 허용가능한 응력 강도 이상의 힘을 견디지 못하고 파괴된다.

기초를 위한 통상적인 강도 설계는, 비록 굽힘 모멘트에 대한 안전도가 축방향 힘에 대한 것과 비교하여 충분한 마진(margin)이 없는 경우라도 축방향 힘(한 부재의 축방향에 작용하는 하중)에 대한 충분한 안전도를 보장한다. 그러므로, 기초의 허용가능한 응력이 약간의 마진이 있는 경우, 덮개판(cover plate)을 칼럼이나 또는 빔에 적용하는 방진 강화 방법이 가급적 이용될 수 있다. 그러나, 기초의 허용가능한 응력이 거의 마진없이 설계된 경우, 상기 덮개판을 이용하여 칼럼 또는 빔을 단순히 강화하는 방법은 바람직하지 않다.

통상적인 파이프 랙 디자인에 있어서, 빔, 칼럼, 또는 버팀대와 같은 부재들은 상기 파이프 랙이 최종적으로 파괴될 때까지의 궁극 하중(실제 강도)을 고려하지 않고 선택된다. 즉, 랙 구조물과 상기 구조물이 견디어 내야 하는 하중 사이의 관계에 있어서, 충분한 강도를 가진 부재 및 여하한 충분한 강도가 없는 부재가 결과적으로 선택되고 혼합될 수 있으며, 그리고 상기 전체적인 파이프 랙이 붕괴될 때까지의 상황을 고려하는 하중 조건 및 부재 선택에서의 정량적인 평가는 설계 단계에서는 반영되지 않는다.

더욱이, 방진 강화를 통한 탄성 구간 및 소성 변형 구간의 확장에 의해 방진 성능이 향상된 파이프 랙의 궁극 하중을 정량적으로 평가하는 것은 구조물 설계에서 매우 중요하다. 그러나, 이러한 인자를 정량적으로 평가하는 것은 어렵고, 이러한 평가는 설계자의 경험에 기초를 두고 행하여져 왔다.

본 발명에서, 방진 강화 방법으로서, 받침대 기초가 있는 콘크리트 부재에 의한 파이프 랙의 기초 위에 서 있는 칼럼 부재의 베이스를 강화하는데 있어서, 칼럼 부재를 위한 받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용한 방진 강화 구조물이 상기 파이프 랙에 적용되며, 상기 파이프 랙에는 상기 칼럼 베이스와 받침대 기초가 있는 콘크리트 부재 사이에 댐퍼(damper)가 제공되고, 그리고 외력에 의해 상기 베이스에서 발생하는 굽힘 모멘트는 댐퍼에 의해 감소함으로써 굽힘 모멘트가 상기 기초에 거의 전달되지 않으며, 따라서 상기 기초 부재가 부담하는 굽힘 모멘트를 감소시킨다.

연성 인자 비율을 기초로 하여, 받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용하는 방진 강화 구조물을 가지는 파이프 랙이 부담할 수 있는 하중의 정도를 평가하고, 하중에서의 증가를 나타내는 하중 인자(지진 강도)와 파이프 랙의 부재로서의 각 칼럼, 빔 및, 버팀대에 대해 허용가능한 응력 강도 비율(σ/f) 사이의 관계식을 정량적으로 얻어내며, 각 부재나 전체 구조물이 주어진 설계 조건에서 파괴되는 상기 궁극 하중을 특정하는 설계 해석 방법과, 컴퓨터가 상기 해석을 수행하도록 하는 프로그램 모듈을 저장하는 저장 매체를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

다음에 수반되는 도면들은 명세서에 통합되고 그 일부를 구성하며, 본 발명의 실시예를 설명하며 그리고, 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는데 이바지한다.

도 1a는 강철 칼럼으로 만든 강화 전의 전체 파이프 랙의 전체 구조물에 대한 평면도이다;

도 1b는 강화 전의 파이프 랙 전체 구조물의 정면도이다;

도 1c는 강화 전의 파이프 랙 전체 구조물의 측면도이다;

도 2는 상기 파이프 랙 (1)의 강화되지 않은 칼럼 베이스의 하단 측면을 나타내는 확대도이다;

도 3은 도 2의 화살표 방향으로부터 바라보았을 때, 도 2에 나타낸 칼럼 베이스의 하단의 부착부를 나타내는 도면이다;

도 4는 받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용한 강화 구조물에 의해 강화된 파이프 랙 (1)의 칼럼 베이스의 확대도이다;

도 5는 도 4의 화살표 방향으로부터 바라보았을 때, 받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용한 강화 구조물에 의해 강화된 파이프 랙 (1)의 칼럼 베이스의 단면도이다;

도 6은 강화 전에 방진 시험을 위해 사용된 파이프 랙 (1)의 칼럼 베이스에 설정된 와이어 스트레인 게이지(wire strain gauge) (13a에서 18a)의 설정 위치를 나타내는 도면이다;

도 7은 강화 후에 방진 시험을 위해 사용된 파이프 랙 1의 칼럼 베이스에 설정된 와이어 스트레인 게이지 (13b에서 18b)의 설정 위치를 나타내는 도면이다;

도 8a는 방진 강화 구조물이 없는 모델 A를 위한 정하중 시험에 의해 얻어진 하중-변위 곡선을 나타내는 그래프이다;

도 8b는 방진 강화 구조물이 있는 모델 B를 위한 정하중 시험에 의해 얻어진 하중-변위 곡선을 나타내는 그래프이다;

도 9는 정하중 시험의 결과, 즉, 랙 구조물이 항복할 때까지의 변위(항복 변위 x_y)의 측정 결과 및 랙 구조물이 붕괴할 때까지의 변위(최대 변위x_u) 사이의 비교 및 연성 인자 μ(x_y/x_u)를 나타내는 표이다;

도 10은 네트워크에 연결된 정보 처리 장치의 개략적인 배열을 나타내는 블록 다이어그램이다;

도 11a는 본 발명의 구현예에 따른 방진 강화 방법의 처리 단계를 설명하는 흐름도이다;

도 11b는 본 발명의 구현예에 따른 방진 강화 방법의 세부 처리 단계를 설명하는 흐름도이다;

도 12a는 프레임 구조물의 특징인 복원력에서 완전한 탄소성 변형을 나타내는 도면이다;

도 12b는 프레임 구조물의 특징인 복원력에서 미끌림 변형을 나타내는 도면이다;

도 13a는 수평 하중(P)가 구조물에 작용할 때 발생되는 수평 변위(δ)를 나타내는 도면이다;

도 13b는 탄성 에너지 및 탄소성 에너지가 저장되는 관계를 설명하는 도면이다(탄성 복원력 구간△ OAB는 탄소성 복원력 구간 □OCDE와 동등하다);

도 14는 하중 인자 및 선택된 부재에 대한 허용가능 응력 강도 비율 사이의 관계를 설명하는 그래프이며; 그리고

도 15는 부재의 특징적 데이터 베이스의 내용을 나타내는 테이블이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 방진 강화 구조물의 설계 해석법 및 저장 매체는 주로 다음의 내용에 의해 특징지워 진다.

즉, 방진 강화 구조물의 설계 해석법은:

부재의 허용가능 응력 강도 비율과 관련하여 방진 강화 구조물의 부재를 선택하는 선택 단계;

선택된 부재의 방진 강화에 의한 변형 확대로서 허용가능한 연성 인자 비율을 설정하는 연성 인자 비율 설정 단계;

설정된 연성 인자 비율을 기초로 하여, 소성 범위에서 선택된 부재에 작용하는 하중의 증가를 계산하는 하중 인자 계산 단계;

소성 범위에서 하중의 증가에 상응하는 허용가능 응력 강도 비율을 계산하는 계산 단계; 및

계산된 허용가능 응력 강도 비율이 최대값로서 정의되었을 때, 선택된 부재가 붕괴되는 궁극 하중로서 소성 범위에서 하중의 상응하는 증가를 특정하는 특정 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

방진 강화 구조물의 해석 방법에 있어서, 허용가능 응력 강도 비율의 최대값은 바람직하게는 1.0이다.

방진 강화 구조물의 해석 방법에 있어서, 칼럼 부재의 베이스와 방진 강화 구조물에서 받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용하는 강화 부재 사이에 배열된 댐버부를 가진 방진 강화에 있어서 연성 인자 비율은 바람직하게는 3.0 이상이다.

방진 강화 구조물의 해석 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 선택 단계에서, 방진 강화 구조물에 의해 지지되는 목적물의 하중은 부재 선택을 위한 조건으로 사용된다.

방진 강화 구조물의 해석 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 특정 단계에서, 복수 유형의 부재들로부터 형성된 방진 강화 구조물에 대하여, 각각의 부재를 위해 특정된 궁극 하중이 비교되며, 그리고 궁극 하중의 최소 궁극 하중은 방진 강화 구조물의 궁극 하중로서 특정된다.

방진 강화 구조물의 해석 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 특정 단계에서, 주부재로부터 형성된 방진 강화 구조물 및 주부재를 강화하기 위한 강화 부재에 있어서, 각각의 부재를 위해 특정된 궁극 하중들이 비교되며, 그리고 주부재의 궁극 하중이 상기 강화 부재의 그것보다 클 경우, 주부재의 궁극 하중은 방진 강화 구조물의 궁극 하중로서 특정된다.

방진 강화 구조물의 해석 방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 주부재는 빔 또는 칼럼 부재를 구비하며, 그리고 상기 강화 부재는 버팀대 부재를 구비한다.

컴퓨터가 방진 강화 구조물의 설계 해석 방법을 수행하도록 하는 프로그램 모듈을 저장하는 저장 매체는:

상기 부재의 허용가능 응력 강도 비율과 관련하여 방진 강화 구조물의 부재를 선택하기 위한 선택 모듈;

상기 선택된 부재의 방진 강화에 의한 변형 확대로서 허용가능한 연성 인자 비율을 설정하기 위한 연성 인자 비율 설정 모듈;

설정된 연성 인자 비율에 기초하여, 선택된 부재에 작용하는 소성 범위 내의 하중의 증가를 계산하기 위한 하중 인자 계산 모듈; 및

상기의 계산된 허용가능 응력 강도 비율이 최대값으로서 정의되었을 때, 소성 범위에서 상응하는 하중의 증가를 상기 선택된 부재가 붕괴되는 궁극 하중로서 특정하는 특정 단계를 포함한다.

저장 매체에 있어서, 허용가능 응력 강도 비율의 최대값은 바람직하게는 1.0이다.

저장 매체에 있어서, 칼럼 부재의 베이스와 방진 강화 구조물에서 받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용한 강화 부재 사이에 배열된 댐퍼가 있는 방진 강화에서 연성 인자 비율은 바람직하게는 3 이상이다.

저장 매체에 있어서, 바람직하게는, 선택 모듈에서, 부재의 선택 과정은 방진 강화 구조물에 의해 지지되는 목적물의 부하를 부재 선택의 조건으로서 사용하여 실행된다.

저장 매체에 있어서, 바람직하게는, 특정화 모듈에서, 복수 유형의 부재로부터 형성된 방진 강화 구조물에 대하여, 각각의 부재들을 위해 특정된 궁극 하중이 비교되며, 그리고 궁극 하중의 최소의 궁극 하중은 방진 강화 구조물의 궁극 하중으로서 특정된다.

저장 매체에 있어서, 바람직하게는, 특정 모듈에서, 주부재로부터 형성된 방진 강화 구조물 및 상기 주부재를 강화하기 위한 강화 부재에 대하여, 각각의 부재를 위해 특정된 궁극 하중들이 비교되며, 상기 주부재의 궁극 하중이 강화 부재의그것보다 큰 경우, 주부재의 궁극 하중은 방진 강화 구조물의 궁극 하중로서 특정된다.

방진 강화 구조물의 설계 해석 방법은:

상기 설계 해석 방법에 의해 특정된 궁극 하중에 기초하여, 선택된 부재를 설계하는 단계; 및

설계되어 선택된 부재의 칼럼 부재 베이스 및 상기 베이스를 강화하는 받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용한 강화 부재 사이에 댐퍼를 제공함에 의해 방진 강화를 설계하는 단계를 구비한다.

본 발명의 기타 특성 및 장점은 동일 또는 유사한 부분을 표시하는 참조 부호들이 있는 도면과 관련된 다음의 설명으로부터 명백해 질 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예는 첨부된 도면에 따라 상세하게 설명될 것이다.

< 방진 강화 구조물의 설명 >

파이프 랙에 적용되는 방진 강화 방법은 첨부된 도면에 따라 설명될 것이다. 도 1a 내지 1c는 강화 전에 파이프 랙(1)의 전체 구조를 나타내는 도면이다. 도 1a는 강철 칼럼(2a)(즉 H 강철)로 만들어진 파이프 랙 (1)의 평면도이며, 도 1b는 파이프 랙(1)의 정면도이고, 도 1c는 파이프 랙(1)의 측면도이다. 각 강철 칼럼(2a)은 도 1b 및 1c에 나타난 바와 같이 기초(3) 위에 서 있다. 빔(2b)는 버팀대 부재 (2c)에 의해 강화된 두개의 칼럼(2a) 사이에 고정되어 있다.

도 2는 파이프 랙(1)의 강화되지 않은 칼럼 베이스의 하단 측면을 나타내는 확대도이다. 도 3은 도 2의 화살표 방향으로부터 바라보았을 때 도 2에 나타낸 칼럼 베이스의 하단의 부착부를 나타내는 도면이다. 도 2 및 3은 강화되지 않은 강철 칼럼(2a)이 베이스판(4)에 용접되고 그리고 앵커 볼트(5)에 의해 기초(3)에 연결된 상태를 나타낸 것이다.

도 4는 받침대 기초를 가진 콘크리트를 사용한 강화 구조물에 의해 강화된 파이프 랙 1의 칼럼 베이스의 확대도이다. 도 5는 도 4의 화살표 방향에서 바라보았을 때, 받침대 기초를 가진 콘크리트를 사용한 강화 구조물에 의해 강화된 파이프 랙(1)의 칼럼 베이스의 단면도이다. 파이프 랙 기초 위에 방진 강화 구조물(받침대 기초가 있는 콘크리트부(12))을 형성하는 과정은 도 4와 관련하여 아래에서 설명될 것이다.

받침대 기초가 있는 콘크리트부(12)는, 받침대 기초가 있는 콘크리트부(12)를 기초(3)에 고정시키기 위해 앵커 볼트(9), 그리고 강화부 톱(top)(8) 및 기초부 (3) 주위에 배치된 철제 막대 버팀테(6)를 배치하고, 강철 칼럼(2a) 주위에 소정의 갭(10)을 형성하기 위한 성형부를 배치하고, 최종적으로 콘크리트를 부음으로써 형성된다. 다음으로, 강철 칼럼(2a) 주위에 매립된 성형부가 제거되어 강철 칼럼(2a) 주위에 갭(10)을 형성한다. 이렇게 얻어진 갭(10)은 소정의 선택된 충전제(예를 들면, 진동 격리 고무)로 채워지고, 그리하여 받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용한 강화 구조물이 형성된다.

<방진 강화 구조물에 의한 강화 파이프 랙>

<방진 성능의 평가>

받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용한 방진 강화 구조물을 가지는 파이프랙 1의 강화 효과를 증명하기 위해서, 방진 강화 구조물이 없는 랙(이하 "모델 A"라 한다) 및, 방진 강화 구조물이 있는 랙(이하 "모델 B"라 한다)에 정하중을 적용함으로써 정하중 시험을 수행하여 빔, 버팀대, 및 칼럼과 같은 부재의 항복점 이상의 강도(최종 강도)를 파악하였다.

이 시험은 도 6 및 7과 관련하여 설명될 것이다.

도 6은 강화 전에 방진 시험을 위해 사용된 파이프 랙 1의 칼럼 베이스에 고정된 와이어 스트레인 게이지(13a 내지 18a)의 설정 위치를 나타내는 도면이다. 도 7은 강화 후에 방진 시험을 위해 사용된 파이프 랙(1)의 칼럼 베이스에 고정된 와이어 스트레인 게이지(13b 내지 18b)의 설정 위치를 나타내는 도면이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 정하중(P)은 모델 A의 빔에 수평하게 적용되며 그리고 하중(P)가 점진적으로 증가되었을 때 생성되는 변위는 스트레인 게이지에 의해 측정된다. 상기 하중(P)은 모델 B와 동일한 위치에도 적용된다.

<항복 변위, 최고 변위 및 연성 인자 사이의 비교>

도면 8A 및 8B는 정하중 시험에 의해 얻어진 모델 A 및 B의 하중-변위 곡선을 나타낸다. 이 설험에 의해 추측되는 바와 같이, 방진 강화 구조물이 없는 모델 A에 있어서, 각 부재에 미치는 응력은 하중에 의해 점진적으로 증가하였고, 그리고 앵커 볼트는 25(kN)(도 8a의 A1 지점)의 하중에서 항복점을 초과하였으며 그리고 58(kN)의 하중(도 8a의 B1 지점)에서 소성 구간에 진입하였다.

그 후, 하중이 지속됨에 따라, 오직 스트레인만 증가하였으며, 그리고 앵커 볼트는 67(kN)의 하중에서 연성 파괴를 일으켰다. 이 지점은 모델 A의 붕괴점으로간주된다(도 8a의 C1 지점). 방진 강화 구조물이 없는 파이프 랙의 궁극 강도는 앵커 볼트의 강도에 의해 결정되었다는 것이 확인되었다.

한편, 방진 강화 구조물을 가지는 모델 B에 있어서, 압축면의 버팀대 및 빔 및 하중방향으로의 칼럼의 순서의 하중로 인해 상기 부재들은 항복점을 초과한다는 것이 확인되었다.

압축 버팀대는 160(kN)(도 8b의 A2 지점)의 하중에서 소성 영역을 초과하였다. 그 후에는, 하중이 지속됨에 따라, 변위만 증가하고, 그리고 상기 버팀대는 170(kN)의 하중에서 완전하게 굽어졌다. 앵커 볼트의 강도는 받침대 기초위의 받침대 기초가 있는 콘크리트에 의해 증가하며(도 4), 그리고 상기 칼럼 및 빔은 판에 의해 강화되었고, 상기 압축면 버팀대가 처음으로 굽어졌다. 버팀대는 142(mm)(도 8b의 C2 지점)의 변위에서 파괴되었다. 이것은 모델 B의 붕괴 지점이다.

도 8a 및 8b에 나타난 곡선에 따르면, 비록 방진 강화 구조물이 있는 랙에 대해서는 항복점이 명확하게 드러났으나(도 8b), 방진 강화 구조물이 없는 모델 A(도 8a)에서는 명확하게 드러나지 않았으며, 즉, 최종 파열이 될 때까지 도 8a와 특징이 명백하게 달랐다.

도 9는 정하중 시험의 결과, 즉, 랙구조물이 항복할 때까지 변위(항복 변위 x_y)의 측정결과와 랙 구조물이 붕괴할 때까지 변위(최대 변위 x_u) 사이의 비교 및 최대 변위에 대한 항복 변위의 비율의 연성 인자(μ)(= x_u/x_y)를 나타내는 표이다. 도 9와 관련하여, 방진 강화 구조물이 있는 모델 B의 연성 인자는 방진 강화 구조물이 없는 모델 A의 연성 인자의 3배이다(13.7/4.4 = 3.11). 연성 인자의 비율은 "연성 인자 비율"로 지칭될 것이다.

방진 강화 구조물이 있는 구조물의 연성 인자 비율은 변형 확대를 의미하며, 강화 구조물이 없는 구조물에 대해서는, 그 지점에서 상기 구조물이 변형될 수 있다(탄성 구간 및 소성 변형 구간을 모두 포함한다). 상기 연성 인자 비율이 물리적으로 3배까지 증가한다는 것은 상기 구조물이 하중에 의해 변형되고 붕괴될 때까지 3배의 에너지(상기 하중-변위 곡선에 의해 둘러 싸인 부분의 영역)를 필요로 한다는 것, 즉, 구조물 붕괴의 어려움이 3배까지 증가한다는 의미이다.

도 8a 및 8b는 정하중에 의해 얻어진 변위를 나타낸다. 동적으로 적용된 진동에 의한 변위는 정하중 시험에 의한 변위보다 적다. 이것은 동적으로 적용된 진동에 기인한 편심(eccentric) 모멘트가 각 부재에 작용하여 응력 손실을 발생시키기 때문이다. 그러므로, 랙을 설계하는데 있어서, 정하중이 첫번째로 고려된다.

도 4 및 5에 나타난 바와 같이, 본 구현예에 있어서, 약 10 내지 15mm의 틈을 형성하는 댐퍼부(10)는 칼럼 부재(2a)의 주위에 형성되며, 그리고 댐퍼부(10)는 충전재로 충전되는데, 이것은 고압 강도를 가지고 팽창/수축이 거의 없으며, 굽힘 변형 때문에 생긴 응력을 흡수할 수 있으며, 보다 상세하게는, 콘크리트 구조물에 대해 스트립(strip) 물질의 역할을 하는 아스팔트 메스틱 모울디드 스트립 플레이트(asphalt mastic moulded strip plate)(완충 물질)이다.

상기 충전재는 위에서 설명된 물질에 한정되지는 않고, 진동 격리 고무를 포함하는 다양한 고무 물질, 에폭시 수지와 같은 고분자 물질, 알루미늄판, 알루미늄합금, 아연판과 같은 금속 물질, 금속 합금 또는 석유 또는 석탄을 함유하는 아스팔트와 같은 물질과 같이 탄성적으로 또는 소성적으로 변형될 수 있는 다른 물질이 이용될 수 있다.

즉, 외력이 작용할 때 강철 칼럼 베이스의 굽힘 모멘트를 흡수할 수 있는 어떤 물질도 이용될 수 있다. 어떤 구조물이나 어떤 형상을 가진 부재도, 받침대 기초가 있는 콘크리트부와 칼럼 베이스의 하부 측면 사이에서 그들을 직접적으로 연결하는 대신 갭을 형성하고, 받침대 기초가 있는 콘크리트부와 칼럼 베이스의 하부 측면 사이의 계면 결합력을 줄이는 충전재로 갭을 채우고, 그리고 충전재 및 받침대 기초가 있는 콘크리트부에 의해 강철 칼럼 베이스에서의 굽힘 모멘트의 대부분을 흡수하는 동안 외력의 작용에 의한 강철 칼럼 베이스의 굽힘 변형을 허용함으로써, 칼럼 베이스로부터 기초로 전달되는 굽힘 모멘트를 크게 줄일 수 있는 한, 이용될 수 있다.

댐퍼부(10)을 가진 받침대 기초가 있는 콘크리트부(12)(도 4)는 상기 구조물이 받침대 기초가 있는 콘크리트에 의해 강화되지 않은 경우 칼럼 부재(2a)로부터 전달되는 응력에 의하여 기초(3)가 파괴되는 것을 또한 방지하여 주는 기능을 한다. 이러한 기능을 구비하고 있어서, 댐퍼부(10) 및 받침대 기초가 있는 콘크리트부(12)를 통해 칼럼 부재(2a)로부터 기초(3)으로 전달되는 응력은 제거된다. 받침대 기초가 있는 상기 콘크리트부(12)가 이러한 기능을 가지는 경우, 기초(3)에 전달되는 응력은 감소한다. 그러므로, 기초(3)에 의해 부과되는 응력이 감소하며, 그리고 기초(3)의 파괴도 방지될 수 있다.

<소성을 고려한 방진 강화 구조물의 설계 해석 방법>

랙의 하중-변위 특성은 방진 강화 구조물의 존재/부재에 의존하여 명백하게 변화한다(도 8a 및 8b). 상기 항복 변위 및 최대 변위는 도 9에 나타난 실험 데이타로부터 비교될 것이다. 방진 강화 구조물이 형성되지 않은 경우에는, 항복 변위는 1.38(mm)이다. 방진 강화 구조물이 형성된 경우에는, 항복 변위는 10.36(mm)이다. 즉, 항복될 때까지 탄성 구간은 약 7.5배(= 10.36/1.38)까지 증가한다.

항복 후 최대 변위가 비교될 것이다. 방진 강화 구조물이 형성되지 않은 경우, 상기 최대 변위는 6.12(mm)이다. 방진 강화 구조물이 형성된 경우, 상기 최대 변위는 142(mm)이다. 상기 부재들이 파열되기까지 소성 변형은 약 23.2배 (=142/6.12)까지 증가한다. 상기에 기재된 바와 같이, 방진 강화 구조물이 형성된 경우, 탄성 구간 및 소성 변형 구간이 확대된다.

방진 강화 구조물의 설계 해석 방법에 있어서, 파열되기 전까지 랙의 방진 성능이 강화에 의해 개선되어 랙이 견딜 수 있는 궁극 하중이 평가되며, 그리고 설계 하중(사용 하중)은 궁극 하중로부터 계산된다.

부가하여, 하중을 대략적으로 계산하여 빔, 칼럼, 버팀대 등 사이의 허용가능한 응력 강도 비율을 얻어내고, 그에 의해 선택된 부재가 적절한지 여부를 결정한다.

그들의 비선형적 행동때문에 일반적으로 소성 변형 및 최종 파열을 고려한 하중 조건을 설계 단계에서 반영하는 것은 힘들다. 이러한 구현예에 있어서, 소성 변형은 완전한 탄소성 모델로 추정되며, 그리고 이러한 변형 모드(상기 하중 및 변위에 의해 행해지는 일)에서 저장된 에너지가 선형성을 나타내는 탄성 변형과 동등한 것으로 간주되고, 그리고 상기 에너지가 상수가 되는(에너지는 저장된다) 하중 조건 및 변위 조건은 설계를 위한 제한 조건으로서 사용된다.

궁극 소성까지 확대된 설계 구간에 있어서, 허용가능 응력 강도 비율 (σ/f)과 항복 하중(항복 변위를 얻을 수 있는 하중)에 대한 하중 증가 비율을 정의하기 위한 하중 인자(지진 강도) 사이의 상호관계를 얻는 방법 및, 요구되는 설계 조건이 만족된 랙의 부재(빔, 칼럼, 및 버팀대)를 선택하는 방법이 아래에 기재될 것이다.

<방진 강화 설계의 공정>

도 11a는 본 구현예에 따른 방진 강화 방법의 공정 단계를 설명하는 흐름도이다.

S1101 단계에서, 파이프 랙을 위한 구조 계산이 이미 실행되었는지 여부가 결정된다.

만약 구조 계산이 실행되지 않았으면(S1101-No), 상기 과정은 S1190 단계 및 S1195로 진행되어 파이프 랙을 위한 구조 계산 및, 랙 기초를 위한 설계 계산을 실행한다.

파이프 랙을 위한 구조 계산이 이미 실행되었으면(S1101-예), 상기 과정은 S1103 단계로 진행한다.

도 10은 네트워크에 연결된 정보 처리 장치의 개략적 배열을 나타내는 블록다이어그램이다. 파이프 랙을 위한 구조 계산에 관련된 랙 명세사항 정보는 키보드 또는 마우스와 같은 입력장치(1007)를 통해 입력되고 정보 처리 장치의 RAM(1004b) 및 2차 저장장치(1004c)에 저장된다. 기계적 산술 과정은 OS(1002)의 제어하에 CPU(1010)에 의해 수행된다.

S1103 단계에서, 랙 구성요소(빔, 칼럼, 및 버팀대)의 허용가능 응력 강도 비율은 구조 계산에 기초를 둔 분석 결과로부터 검토된다. 정보 처리 장치의 제 2차 저장 장치인 (1004c)(도 10)에 저장된 부재 특성 데이타베이스는 도 15에 나타낸대로 단면형상, 크기, 굽힘 모멘트(M), 전단력(Q), 뒤틀림(buckling) 길이(lb), 허용가능 굽힘 응력(fσ), 허용가능 전단 응력(fs), 및 허용가능 응력 강도 비율(σ/f)을 포함한 개별 부재의 모든 종류의 특유한 정보를 저장한다.

허용 가능 응력 강도 비율이 부재 선택을 위한 기준으로서 소정의 범위에서 설정되고 상기 데이타베이스에서 검색된 경우, 허용가능 응력 강도 비율의 설정 범위, 예를 들면, 0.9 ≤σ/f ≤1.0 에 있는 부재들이 선택된다.

이러한 결과는 정보 처리 장치의 디스플레이 패널과 같은 디스플레이 장치(1006) 상에 표시된다. 설계자는 표시된 부재 정보에 근거하여 부재를 선택하거나 변경할 수 있다.

S1104 단계에서, 파이프 랙에 의해 지지되어야 하는 거대 직경의 파이프의 지지 지점이 입력된다. 상기 랙의 하중 조건이 입력 지지 지점으로서의 역할을 하는 빔 부재를 위하여 고려되고, 허용가능 응력 강도 비율이 최초 설정 범위로부터, 예를 들면 0.8 ≤σ/f ≤1.0로 감소하면, 상기 부재는 방진 강화 구조물에 의해 강화되는 부재로서 선택된다.

그러나, 방진강화를 위한 허용가능 응력 강도 비율의 범위는 상기의 범위에 한정되지 않으며, 다른 임의의 설정이 될 수 있다.

S1105 단계에서, 구조 계산의 결과에 기초를 두고(S1190 및 S1195 단계), 허용가능 응력 강도 비율(S1103) 및 지지 부위 세팅(S1104)을 검토하고, 방진 강화될 부재가 최종적으로 선택된다.

S1106 단계에서, S1105 단계에서 선택되는 부재를 위해 방진 강화 설계가 실행된다. 어떤 하중 인자 및 허용가능 응력 강도 비율이 방진 강화에 의한 설계를 위하여 사용될 것인가는 허용가능 응력 강도 비율 및 하중 인자 사이의 관계로부터 결정된다. 세부 과정은 도 11b에 나타난 흐름도에 따라서 실행된다. 방진 강화 설계의 세부 과정 단계는 도 11b에 나타난 흐름도와 관련하여 설명될 것이다.

도 11b의 S1201 단계에서, 선택된 부재로부터 형성된 파이프 랙을 위한 연성 인자 비율이 설정된다. 이 파라메타는 연성 인자 비율(=(방진 강화 구조물의 연성 인자)/(방진 강화 구조물이 없는 구조물의 연성 인자))에 의해 정의된다.

연성 인자 비율은 설계 하중을 위한 마진, 즉 하중 인자를 결정하기 위한 안전성 인자를 계산하고 소성 구간에서 최종하중을 결정하기 위하여 사용되는 중요한 파라메터 중의 하나이다. 구조 모듈러스 및 연성 인자 비율 사이의 관계가 아래에서 설명될 것이다.

<구조 모듈러스 및 연성 인자 비율>

프레임 구조물에서 특징적인 복원력은 부재의 구조물, 부재를 위한 연결 방법 및 하중(P)와 변위에 의존한다. 프레임 구조물의 붕괴 시점(복원력의 상실 시점)의 축적 소성 변형의 양과 관련하여, 완전한 탄소성 유형(도 12a), 슬립 유형(도 12b), 또는 완전한 탄소성 및 슬립 유형의 특징을 가진 복합적인 복원력을 가진 진동 유형에서, 축적 소성 변형의 상기 양 및 음의 응답값은 거의 동일하므로, 흡수 가능한 소성 스트레인 에너지_UW_P는 다음식으로 주어진다.

_UW_P= 2QyδB (1)

여기에서 δB는 파열시의 층 변위이다.

프레임 구조물의 변형 성능이 축적 소성 변형의 확대 η를 사용하여 평가될 때, 식(1)은 다음 식으로 표현된다.

η = δB/δy (2)

여기에서 δ는 항복 시의 층 변위이다.

실제 파이프 랙은 거의 복층 구조물이다. 이러한 이유 때문에, 프레임 구조물의 각층에 특징적인 복원력이 완전한 탄소성 변형으로 대체되었을 때, 붕괴될 때까지 제1층의 에너지 흡수량_UW_P1은 다음 식으로 주어진다.

_UW_P1= (Mg²T²/ 4π²) ×2c₁α₁ ²η₁(3)

c₁: 1/χ₁

χ₁: κ₁/κeq

κeq : 4π²M/T²

T : 1차 아이겐 구간

κ₁: 제1층의 스프링 상수

α₁: 제1층의 항복 전단력 계수

Qy : 제1층의 항복 강도

η₁: 제1층의 축적 소성 변형의 평균 확대

_UW_P1와 파이프 랙의 제1층이 붕괴될 때까지 전체 프레임 구조물에 의해 흡수가능한 소성 스트레인 에너지의 전체량_UW_P사이의 관계는 다음식으로 주어진다.

_UW_P= α_1-UW_P1

α₁은 강도 분포, 강성률(rigidity) 분포, 및 구조물 각층의 질량 분포의 함수로 표현될 수 있기 때문에 탄성 진동 에너지는 다음식으로 근사될 수 있다.

We = (Mg²T²/ 4π²) ×(α₁ ²/2) (5)

식 (1) 내지 (5)를 사용하여, 붕괴시 제1층의 항복 전단력 상수 α₁은 다음식에 의해 얻어진다.

α₁= 1 / (1 + 4C_1-1)^(1/2)×2πVD/gT (6)

위 식에서 VD는 속도 스펙트럼이다.

그러므로, 제1층에 요구되는 궁극 강도의 하한값 Qun1은 다음식에 의해 주어진다.

Qun1 = α₁W (7)

W는 구조물의 총무게(=Mg)이다.

일본의 건축 기준에 따라, 식 (7)은 다음과 같이 쓸 수 있다.

Qun1 = DsFesQud1 (8)

Qun1 = ZRtC₀W 이고 Fes = z = 1.0 일 때

식 (7) 및 (8)로부터, 다음 식을 얻는다.

α₁=DsRtC₀(9)

식 (9)는 기본적으로 가속 응답 스펙트럼으로 간주될 수 있다. 가속 응답 스펙트럼 및 속도 응답 스펙트럼 V_D사이의 관계는 다음식으로 주어진다.

RtC₀g = (2π/T)V_D(10)

식 (6) 및 (9)가 식 (10)에 근거하여 비교될 때, 다음식에 의해 주어지는 구조 모듈러스 Ds는 파이프 랙의 소성 계수로서 최종적으로 채용된다.

Ds = 1 / (1 + 4C_{1_1})^(1/2)(11)

파이프 랙의 연성 인자 비율은 방진 시험에 의해 약 3.0으로 얻어지므로, 이러한 값은 계산에 있어서 변형 크기로서 적용된다. 이와는 다르게, 임의의 상수가 연성 인자 비율로서 설정될 수도 있다.

본 발명의 구현예에 기재된 바대로, 칼럼 부재 기초를 위한 댐퍼 부재를 사용한 방진 강화 방법은 탄성 구간 및 소성 변형 범위, 및 방진 성능을 확장하는 구조적 특성을 제공한다. 그러므로, 물질 선택 및 설계 하중의 영역은 종래 기술과 비교하여 확장될 수 있다.

도 11b의 S1202 단계에서, S1201 단계에서 설정된 연성 인자 비율을 기초로하여, 파이프 랙의 궁극 하중을 고려한 소성 설계를 위한 하중 인자는 식 (11)을 기초로 하여 계산된다.

상기 랙의 연성 인자 비율은 방진 시험에 의해 약 3.0으로 얻어진다. 이 수치를 식 (11)에 대입하면, 구조 모듈러스 Ds는

Ds = 0.33 이 된다. (12)

식 (12)의 수치는 일본의 건축 기준에 의해 정의되는 구조 모듈러스의 허용가능한 범위 내에 들어가는 적절한 값이며, 다음식에 의해 주어진다.

Ds = 0.3 to 0.55 (13)

구조 모듈러스는 구조물의 점유(possession) 강도를 계산하는데 있어서 구조물의 형상에 의해 결정되는 수치이다. 점유 강도는, 궁극 강도를 고려한 설계에서와 마찬가지로, 구조물의 부재가 항복점 응력을 초과할 때에도 구조물의 붕괴를 방지하도록 고안된다. 그러므로, 랙의 소성 설계를 위한 하중 인자 Ce는 약 1.3(=1.0 + 구조 모듈러스 Ds 0.33)이다. 즉,

Ce ≒ 1.3 (14)

Ce 값은 설계 하중을 위한 안전 인자로서의 의미를 가진다. 설계 하중에 안전 인자를 곱하여 얻어진 하중은 궁극 하중이 된다.

S1203 단계에서, 하중 인자(지진 강도) 및 허용가능 응력 강도 비율(σ/f) 사이의 관계를 달성하는 처리가 실행된다. 이러한 관계는 랙 구조물에서 소성 변형이 일어날 때 하중과 소성 변형 사이의 관계가 소위 완전한 탄소성 모델에 근사되고, 랙의 행동이 탄성 부재로 대체될 때 붕괴될 때까지의 에너지(하중 및 변위에 의해 수행되는 일)가 복원력과 거의 동등하게 되는 모델링이라는 가정에서 얻어진다.

즉, 수평 하중이 구조물에 작용할 때(도 13a), 수평력(X) 및 그 위치에서의 수평 변위(δ)사이의 관계는 도 13b에 나타난 것과 같이 단순화될 수 있는데, 여기에서 탄성 복원력 구간 △OAB가 탄소성 복원력 구간 □OCDE와 동등하다. 방진 시험에 의해 얻어진 특성을 가진 탄소성 복원력은 도 13b에 나타난 OCD 곡선에 대응한다.

일본 건축 기준의 정의에 있어서,

(1) 각 부재의 섹션을 계산하는데 있어서, 허용가능 응력 강도 비율(σ/f)이 1.0보다 작아야 하며, 그리고

(2) 비록 연성 인자 비율이 크더라도, 허용가능 응력 강도 비율이 1.0, 예를 들면 1.3을 초과하지 않는다.

소성 설계는 최종하중에 대해 구조물이 안전한지의 여부가 검토되고, 최종하중은 실제 하중에 하중인자를 곱해서 얻어진다. 즉, 설계는, 궁극 하중이 허용가능 응력 강도 비율 설계용으로 사용된 설계 하중(실제 하중)에 하중 인자(안전 인자)를 곱해서 설정되고, 그리고 하중의 크기가 주프레임 구조물에 의한 붕괴의 하중(붕괴 하중)에 동등하도록 실행된다.

S1203 단계에서, 허용가능 응력 강도 비율과 하중 인자 사이의 관계는 도 14에 나타난 바와 같이, 선택된 각 부재에 대해 얻어진다.

설계 하중(실제 하중)에 대한 하중 인자의 곱에 상응하는 하중의 증가가 유발되는 이유는, 소성 구간에서 변위(스트레인) 진행을 일으키는 항복 수평 하중(Py)가 도 13b에서 점 C(P_y,δ_y)에서 점 A(P_E,δ_E)으로 증가하는 하중로서 탄성 변형 진행을 일으키는 하중로 대체되기 때문이다. 허용가능 응력 강도가 하중에서의 증가를 위해 계산될 때, 하중 인자에 상응하는 허용가능 응력 강도 비율이 얻어질 수 있다.

연성 인자 비율이 방진 강화에 의해 향상되므로, 탄성 변형의 범위 및 소성 변형의 범위가 확대된다. 그러므로, 상기 설계는 그 범위가 탄성 범위(항복점), 그리고 소성 범위에서 하중 증가 및 하중 증가에 상응하는 허용가능 강도 비율을 초과할 수 있게 한다.

그러나, 하중 증가에 대해, 일본 건축 기준은 이미 상기에 설명한 바와 같이, 허용가능 응력 강도 비율이 1.0을 초과하지 않도록 명시한다.

방진 강화의 효과로서, 상기 설계는 영역이 확장될 수 있게 한다. 만약 선택된 부재에 대한 허용가능 응력 강도 비율의 최대값(상한치) 1.0에 상응하는 하중 인자가 알려졌다면, 상기 하중 인자는 부재가 파괴되는 궁극 하중으로서 특정될 수 있다. 설계 가능 영역을 최대로 할 수 있는 한계 설계가 가능해 진다.

S1204 단계에서, 하중 인자 및 S1203 단계에서 얻어진 허용가능 응력 강도 비율(도 14) 사이의 관계에 기초하여, 상기 설계 하중이 결정되고, 각 선택된 부재가 적절한지 여부가 결정된다.

(1) 선택된 부재의 허용가능 응력 강도 비율의 상한치 1.0과 관련하여, 그것과 상응하는 하중 인자가 특정된다. 궁극 하중이 특정되면, 설계 하중을 얻을 수 있고, 파이프 지지부에 작용하는 하중 조건 등이 적절한지 여부가 결정될 수 있다.

예를 들면, 도 14의 버팀대 부재가 검토될 것이다. 1.0의 허용가능 강도 비율을 제공하는 하중 인자는 약 1.57이다. 이러한 경우, 하중은 1.0의 기준 하중 인자(설계 하중)에 대해 약 57% 증가한다. 더 큰 하중이 적용되면, 상기 버팀대 부재는 붕괴된다(휘어진다). 설계 하중(작용 하중)에 안전 인자를 곱하여 얻어지는 하중이 궁극 하중이다. 그러므로, 하중 인자(안전 인자)가 얻어질 수 있을 때, 허용가능 설계 하중은 정량적으로 파악이 가능하다.

하중 인자 1.57에 대한 빔 부재의 허용가능 응력 강도 비율은 도 14에 나타난 관계로부터 0.94이다. 유사하게, 칼럼 부재의 허용가능 응력 강도 비율은 0.9가 된다. 양쪽 허용가능 응력 강도 비율은 1.0보다 작고 마진을 가진다.

한편, 빔 부재의 허용가능 응력 강도 비율이 1.0이 되는 하중 인자는 약 1.68이다. 칼럼 부재에 대해서, 하중 인자가 1.70을 초과하는 경우에도, 허용가능 응력 강도 비율은 여전히 1.0보다 작으며, 마진을 가진다.

부재로서 빔, 칼럼, 및 버팀대를 구비하는 파이프 랙에서, 버팀대가 하중 인자 1.57에 상응하는 하중에서 비틀어질 때에도, 칼럼 부재는 궁극 하중에 아직 이르지 않으며, 그리고 상기 랙 구조물은 여전히 건재하다.

파이프 랙의 여러 종류의 부재에 특정된 궁극 하중 중에서, 구조물의 궁극 하중로서 최소값이 특정된다.

그러나, 만약 파이프 랙의 주부재의 궁극 하중이 버팀대 부재와 같은 강화 요소의 궁극 하중보다 더 크다면, 주부재의 최소 궁극 하중이 랙 구조물의 궁극 하중으로서 특정된다.

(2) 이와 반대로, 선택된 부재가 소정의 허용가능 응력 강도 비율 (σ/f)의 범위 내에 있는지 여부가 하중 인자와 관련하여 결정될 수 있다.

예를 들면, 도 14에 나타난 칼럼 부재가 검토될 것이다. 하중 인자가 1.5인 경우(하중 증가가 50%), 칼럼 부재의 허용가능 응력 강도비율(σ/f)은 0.88이다. 즉, 하중 증가가 50%로 추정될 때조차, 칼럼 부재의 허용가능 응력 강도 비율은 1.0(상한값)보다 작고 마진을 가진다. 만약 0.88의 값이 설계의 자유도로서 주어진허용가능 응력 강도 비율의 범위 내에 있다면, 이 칼럼 부재는 설계 조건을 만족시킨다.

부재가 설계 조건에 적합하지 않다면, 프로세싱은 부재를 선택하고 하중 조건(S1103 및 S1104)과 같은 조건을 재설정하기 위하여 S1103 및 S1104 단계로 돌아간다.

궁극 하중이 특정되면, 각각의 선택된 재료가 적절한지 여부가 결정되며, 상기에 기재된 바와 같이, 상기 프로세싱은 S1107 단계(도 11a)로 진행한다.

도 11a의 S1107 단계에서, 각 방진 강화 부재의 경사 또는 곡선과 같은 각 부재의 변화 정보가 측정되며, 결과가 처리된다.

S1108 단계에서, 파이프 랙의 도면이 제작된다.

S1109 단계에서, 방진 강화 작업을 위한 계획 프로세싱이 수행된다.

S1110 단계에서, 기초에서 발생하는 설계 응력이 기초 설계 계산에 따라서 검토된다(S1195 단계). S1111 단계에서, 소정의 응력이 발생하는 기초가 방진 강화 목표로서 선택된다.

S1112 단계에서, S1111 단계에서 선택된 기초부를 위한 방진 강화가 설계된다. 방진 강화 방법으로서, 도 4 및 5와 관련되어 설명된 방법에 대한 강화 부재의 크기가 결정된다.

설계 해석 방법으로서, 어떤 구조물이나 어떤 형상을 가진 부재는 받침대 기초가 있는 콘크리트부와 칼럼 베이스의 하단 측면면 사이에서 그들을 직접적으로 연결하는 대신 갭을 형성하고, 받침대 기초가 있는 콘크리트부와 칼럼 베이스의 하단 측면 사이의 계면 접합력을 줄이도록 충전재로 갭을 채우고, 그리고 충전재 및 받침대 기초가 있는 콘크리트부에 의해 강철 칼럼 베이스에서의 굽힘 모멘트의 대부분을 흡수하는 동안 외력의 작용에 기인한 강철 칼럼 베이스의 굽힘 변형을 허용함으로써, 칼럼 베이스로부터 기초로 전달되는 굽힘 모멘트를 크게 줄일 수 있는 한, 이용될 수 있다.

상기 충전재의 물질은 진동 격리 고무에 한정되지 않고, 다양한 고무 물질, 에폭시 수지와 같은 고분자 물질, 알루미늄판, 알루미늄 합금, 아연판과 같은 금속 물질, 금속 합금, 또는 석유 또는 석탄을 함유하는 아스팔트와 같은 물질과 같이 탄성적으로 또는 소성적으로 변형되는 다른 물질이 이용될 수 있다.

갭은 충전재로써 채우는 대신 공간으로 남겨질 수 있다. 이러한 경우, 외력이 갭의 공간부에 작용할 때 강철 칼럼 베이스의 굽힘 모멘트를 흡수하는 효과는 감소한다. 그러나, 갭이 충전재로 채워지는 경우와 비교할 때, 외력의 작용에 따라서 발생하는 강철 칼럼 베이스의 굽힘 변형의 허용가능 범위는 갭의 공간부를 사용하여 확장될 수 있다. 결과로서, 강철 칼럼 베이스에서 발생되고 칼럼 베이스로부터 기초로 전달되는 굽힘 모멘트는 갭의 공간부에 의해 감소한다. 상기에 기재된두개의 효과로 인해, 상기 갭이 공간으로 남겨지는 경우에도 갭이 충전재로 채워지는 경우와 같은 동일한 효과가 기대된다.

S1113 단계에서, S1112 단계에서 수행된 강화 설계를 위한 도면 생성 프로세싱이 수행된다.

도 11a 및 11b에 나타난 흐름도의 프로세싱은 도 10에 나타난 정보 처리 장치에서 OS(1002)의 제어하에 CPU 1010에 의해 수행된다. 각 부재의 허용가능 응력 강도 비율을 검토하는데 있어서 검색되는 부재의 특성 데이타베이스는 정보 처리 장치(1001) 또는 ROM(1004a)에서 하드디스크와 같은 제2의 저장 장치 (1004c)에 저장될 수 있다. 이와는 달리, 데이타는 네트워크에 연결된 다른 정보 처리 장치에/부터 전달되고/접수되고, 적절하게 업데이트된 데이타가 사용될 수 있다.

이러한 구현예에서, 파이프 랙의 진정 강도는 정량적으로 얻어진 연성 인자 비율에 따라 얻을 수 있고, 버틸 수 있는 외력의 정도가 명확하게 될 수 있다. 방진 설계가 연성 인자 비율을 사용하여 수행되었을 때, 최적 부재가 선택될 수 있다.

본 발명의 목표는 상기에 기술된 구현예의 기능을 수행하기 위한 소프트웨어 프로그램 코드를 저장하는 저장 매체를 시스템 또는 장치에 공급하고, 시스템 또는 장치의 컴퓨터(CPU 또는 MPU)가 저장 매체에 저장된 프로그램 코드를 해독하여 수행하도록 함으로써 달성될 수 있다.

이러한 경우, 저장 매체로부터 해독된 프로그램 코드는 본 발명의 새로운 기능을 스스로 수행하고, 프로그램 코드를 저장하는 저장 매체는 본 발명을 구성한다. 프로그램 코드를 공급하기 위한 저장 매체로서, 예를 들면, 플로피디스크, 하드디스크, 광디스크, 광자기디스크, DVD, CD-ROM, 자기테이프, 비휘발성 메모리카드, ROM, EEPROM 등이 사용될 수 있다.

상기에 기재된 구현예의 기능은, 해독된 프로그램 코드가 컴퓨터에 의해 수행될 때 뿐만 아니라 컴퓨터에서 가동되는 구동시스템(OS)이 프로그램 코드의 명령에 기초하여 실제 프로세싱의 일부분 또는 전부를 수행할 때에도 실행된다. 상기에 설명된 구현예의 기능은 저장매체로부터 해독된 프로그램 코드가 컴퓨터에 삽입된 기능 확장 보드의 메모리 또는 컴퓨터에 연결된 기능 확장 유니트에 기록될 때, 및 기능 확장 보드 또는 기능 확장 유니트의 CPU가 프로그램 코드의 명령을 근거로 실제 프로세싱의 부분 또는 모두를 수행할 때 또한 실행된다.

상기에 기재된 바 대로, 기초 부재에 서 있는 칼럼 부재를 위한 받침대 기초를 가진 콘크리트를 사용한 방진 강화에 따르면, 베이스와 받침대 기초가 있는 콘크리트 부재 사이에 댐퍼부가 제공된다. 외력에 의해 베이스에서 발생하는 굽힘 모멘트는 댐퍼부에 의해 감소될 수 있어서 기초로 거의 전달되지 않으므로, 기초 부재가 부담하는 굽힘 모멘트는 감소될 수 있다. 그러므로, 방진 강화 전의 구조물에 비교될 때, 연성 인자 비율은 개선될 수 있고, 부재의 탄성 범위 및 소성 변형 범위를 확대함으로써 설계 가능 영역이 확대될 수 있다.

방진 강화를 이용하는 방진 강화 구조물의 설계 해석 방법에 있어서, 파이프랙의 궁극 하중은 하중 인자와 허용가능 응력 강도 비율 사이의 관계로부터 특정될 수 있다.

방진 설계가 연성 인자 비율을 사용하여 수행될 때, 부재는 방진 성능에 따라서 선택될 수 있다.

본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 명백하고 광범위한 다른 실시예가 가능하므로, 본 발명은 첨부되어 있는 청구항에 한정된 것 이외의 특정한 구현예에 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다.

Claims

방진 강화 구조물의 설계해석 방법으로서,

부재의 허용가능 응력 강도 비율과 관련하여 방진 강화 구조물의 부재를 선택하는 선택 단계;

선택된 부재의 방진 강화로써 허용가능 연성 인자 비율을 변형 확대로 설정하는 연성 인자 비율의 설정 단계;

설정 연성 인자 비율에 근거하여 소성 범위에서 선택된 부재에 작용하는 하중의 증가를 계산하는 하중 인자 계산 단계;

소성 범위에서 하중의 증가에 상응하는 허용가능 응력 강도 비율을 계산하는 계산 단계; 및

계산된 허용가능 응력 강도 비율이 최대값으로서 정의되었을 때, 소성 범위에서 상응하는 하중 증가를 선택된 부재가 붕괴되는 궁극 하중로서 특정하는 특정 단계;를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 허용가능 응력 강도 비율의 최대값이 1.0인 방법.
제1항에 있어서, 방진 강화 구조물에서 칼럼 부재의 베이스 및 받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용한 강화 부재 사이에 배치된 댐퍼부를 가진 방진 강화의 연성 인자 비율이 3.0 이상인 방법.
제1항에 있어서, 선택 단계에서, 방진 강화 구조물에 의해 지지되는 목적물의 하중이 부재 선택을 위한 조건으로서 사용되는 방법.
제1항에 있어서, 특정 단계에서, 복수개 유형의 부재로부터 형성된 방진 강화 구조물에 대해, 각각의 부재에 대해 특정된 궁극 하중이 비교되고, 궁극 하중의 최소 궁극 하중이 방진 강화 구조물의 궁극 하중으로서 특정되는 방법.
제1항에 있어서, 특정 단계에서, 주부재 및 주부재를 강화하기 위한 강화 부재로 형성된 방진 강화 구조물에 대해, 각 부재에 대해 특정된 궁극 하중이 비교되고, 주부재의 궁극 하중이 강화 부재의 그것보다 클 때, 주부재의 최종하중이 방진 강화 구조물의 최종하중로서 특정되는 방법.
제6항에 있어서, 주부재가 빔 또는 칼럼 부재를 포함하고, 강화 부재는 버팀대 부재를 포함하는 방법.
컴퓨터가 방진 강화 구조물의 설계 해석 방법을 수행하도록 하는 프로그램 모듈을 저장하는 저장 매체로서:

부재의 허용가능 응력 강도 비율과 관련하여 방진 강화 구조물의 부재를 선택하는 선택 모듈;

선택된 부재의 방진 강화에 의해 허용가능 연성 인자 비율을 변형 확대로 설정하는 연성 인자 비율 설정 모듈;

설정 연성 인자 비율에 기초하여 소성 범위에서 선택된 부재에 작용하는 하중 증가를 계산하는 하중 인자 계산 모듈;

소성 범위에서 하중 증가에 상응하는 허용가능 응력 강도 비율을 계산하기 위한 계산 모듈; 및

계산된 허용가능 응력 강도 비율이 최대값으로 정의되었을 때, 소성 범위에서 상응하는 하중 증가를 선택된 부재가 붕괴되는 궁극 하중으로서 특정하는 특정 단계를 포함하는 저장 매체.
제8항에 있어서, 허용가능 응력 강도 비율의 최대값이 1.0인 저장 매체.
제8항에 있어서, 방진 강화 구조물에서 칼럼 부재의 베이스와 받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용한 강화 부재 사이에 배치된 댐퍼부를 가진 방진 강화에서 연성 인자 비율이 3.0 이상인 저장 매체.
제8항에 있어서, 선택 모듈에서, 부재의 선택 과정이 방진 강화 구조물에 의해 지지되는 목적물의 하중을 부재 선택을 위한 조건으로 이용하여 수행되는 저장 매체.
제8항에 있어서, 특정 모듈에서, 복수 유형의 부재로 형성된 방진 강화 구조물에 대해, 각 부재에 대해 특정된 궁극 하중이 비교되고, 그리고 궁극 하중의 최소 궁극 하중이 방진 강화 구조물의 궁극 하중로서 특정되는 저장매체.
제8항에 있어서, 특정 모듈에서, 주부재 및 주부재를 강화하기 위한 강화 부재로 형성된 방진 강화 구조물에 대해, 각 부재에 대해 특정된 궁극 하중이 비교되고, 주부재의 궁극 하중이 강화 부재의 궁극 하중보다 클 때, 주부재의 궁극 하중이 방진 강화 구조물의 궁극 하중로서 특정되는 저장 매체.
방진 강화 구조물의 설계 해석 방법으로서,

설계 해석 방법에 의해 특정되는 궁극 하중에 기초하여 선택된 부재를 설계하는 단계; 및

설계되어 선택된 부재의 칼럼 부재의 베이스와 베이스를 강화하는 받침대 기초가 있는 콘크리트를 사용하는 강화 부재 사이에 댐퍼부를 제공함에 의해 방진 강화를 설계하는 단계;를 구비하고,

궁극 하중을 특정하는 설계 해석 방법으로서,

부재의 허용가능 응력 강도 비율과 관련하여 방진 강화 구조물의 부재를 선택하는 선택 단계;

선택된 부재의 방진 강화에 의해 허용가능 연성 인자 비율을 변형 확대로 설정하는 연성 인자 비율 설정 단계;

설정 연성 인자 비율에 기초하여 소성 구간에서 선택된 부재에 작용하는 하중 증가를 계산하는 하중 인자 계산 단계;

소성 구간에서 하중 증가에 상응하는 허용가능 응력 강도 비율을 계산하는 계산 단계; 및

계산된 허용가능 응력 강도 비율이 최대값으로서 정의되었을 때, 소성 범위에서 상응하는 하중 증가를 선택된 부재가 붕괴되는 궁극 하중으로서 특정하는 특정 단계;를 포함하는 설계 해석 방법.