제진장치

제진장치의 정의

제진장치는 구조물에 설치되어 진동 에너지를 장치 내부에서 소산시키는 장치다.

진동 에너지를 장치가 먼저 흡수해 구조물의 응답(변위·가속도)을 줄인다.

지진·강풍에 의한 층간변위와 부재 손상을 줄이는 수단이다.

구조와 원리

제진구조는 주구조, 제진장치, 그리고 둘을 잇는 연결부재로 이루어진다.

주구조는 연직하중과 기본 강성을 맡고, 장치는 층간 상대변위가 큰 곳에서 일한다.

장치 종류와 무관하게 핵심 원리는 에너지 소산이다.

등가감쇠비는 소산 에너지 W_d와 최대 변형에너지 W_s로 계산한다.

두 가지 장치 형식

제진장치는 작동 원리에 따라 변위의존형과 속도의존형으로 나뉜다.

변위의존형은 항복이나 마찰로 힘을 내고, 속도의존형은 점성 저항으로 힘을 낸다.

두 형식은 힘이 변위 또는 속도와 같은 위상이라 응답에 미치는 영향이 다르다.

변위의존형은 비선형 해석이 필요하고, 속도의존형은 선형 해석에 감쇠 항을 더하면 된다.

계산 예제

가상의 한 층 공동주택에서 층간변위 저감 효과를 계산해 본다.

층 강성과 층 질량으로 고유 원진동수 ω_n을 먼저 구한다.

임계감쇠계수 c_cr을 구하고, 추가 점성 댐퍼의 감쇠비 ζ_d를 계산한다.

ζ_d는 c_d를 c_cr로 나눈 값으로, 0.10이 된다.

전체 감쇠비와 효과

앞 문제의 답은 0.20이다. ζ_d는 c_d에 비례하므로 두 배가 된다.

기존 감쇠비 0.05에 추가 감쇠비 0.10을 더하면 전체 감쇠비는 0.15가 된다.

감쇠비가 약 3배로 늘어 공진 응답의 증폭량이 크게 줄어든다. 0.15는 일반적인 설계 범위 안이다.

헷갈리는 점과 시험 포인트

헷갈리기 쉬운 점부터 짚는다. 제진과 면진을 혼동하는 답안이 가장 많이 감점된다.

변위의존형과 속도의존형의 에너지 소산 원리를 섞어 쓰는 실수도 흔하다.

장치를 옥상에만 설치한다고 쓰는 것도 흔한 실수다. 층간변위가 큰 층을 고려해야 한다.

시험에서는 설계, 장치, 시공·유지관리 세 축을 빠짐없이 나열하고 판정 기준까지 쓴다.