MR 엘라스토머 기반 스마트 면진장치 개발 및 내진성능 평가

Abstract

기존의 면진받침은 다양한 지진에 대한 적응력이 없어서 취약한 점이 있다. 이 와중에 면진고무 재료로서 스마트 재료인 Magnetorheological Elastomer (MRE)가 주목을 받고 있다. MRE란 자기장의 인가를 통해 실시간 강성을 조절할 수 있는 Magnetorheological (MR) 효과를 가지는 혁신적인 소재이다. 본 연구에서는 실질적인 적용성을 고려하여 적합한 재료와 새로운 형상을 가지는 MRE 기반 스마트 면진장치를 제안하고 그 내진성능을 평가하였다. 먼저, 면진장치의 재료로서 적합한 천연고무 기반 MRE 시편들을 다양한 배합비 하에 조사하였다. 그 결과, 카본블랙 60 phr과 나프텐 오일 40 phr을 35%의 철 비율에 첨가한 MRE가 가장 높은 MR 효과를 보여 해당 배합비를 가진 MRE를 면진장치의 재료로 선정하였다. 조사된 재료를 바탕으로, 압축하중을 지지하는 롤러식 면진받침과 시공 현실성을 고려한 전자석 폐회로 시스템을 결합하여 새로운 MRE 면진장치 형상을 제안하였다. 장치의 동적 특성 실험결과, 제안 장치의 MR 효과를 확인할 수 있었으며, 각기 다른 주파수 성분을 가진 3가지 역사지진(El centro, Mexico City, Loma Prieta)을 입력하여 내진성능을 비교분석 하였다. 그 방법으로 수치적 모델로 구성된 전단 건물과 실제 장치의 거동을 결합한 하이브리드 시뮬레이션을 실시하였으며, 스마트 면진장치의 전원여부에 따라 구조물의 응답을 효과적으로 저감할 수 있었다. 이로써 기존 수동형 면진받침보다 제안된 스마트 MRE 면진장치의 내진성능이 우수하다는 것을 보였으며, 앞으로의 그 발전 가능성 또한 열려있을 것이다.