반응수정계수란
반응수정계수 / 응답수정계수 (response modification coefficient) 는 내진설계를 하면서 붕괴방지수준(CLE)에 대해 검토시 비탄성거동인 소성영역까지 허용하여 저감된 지진력으로 구조검토를 하게 됩니다.
응답 수정 계수(R)는 신축 건축물의 지진 설계에 주요 기능을 갖고 있으며, 등가 정적 해석에서의 지진 설계 매개 변수입니다. 강한 지진 발생 시 건물 구조물의 비선형 성능을 결정합니다. R은 실험적 시험과 공학적 판단에 기반하며, 서로 다른 조건에 대한 이러한 값을 결정하기 위한 일관된 기술이 존재하지 않습니다. 현대 지진 내성 건물의 신뢰성 향상을 위해서는 주로 R에 할당된 비율에 영향을 미치는 건물 응답 특성의 체계적인 평가가 필요합니다. 이는 강도, 연성 및 여분성 요소를 기반으로 수립된 R에 영향을 미칩니다. 응답 수정은 구조물의 높이에 영향을 받습니다.
탄성은 외부로부터 받은 자극이 제거되면 물체를 원래 형상으로 복원시키려는 성질인 반면, 소성은 외부의 자극이 제거되어도 변형을 그대로 유지하려는 성질입니다.
이런 비선형적 거동을 고려할수 있도록 내진설계시 R 응답수정계수를 적용해 줍니다.
Ve : 만약 구조체가 설계 지진의 지반 운동에 대하여 완전히 탄성 거동을 하게 된다고 가정하였을때 지진력에 대해 저항하는 힘
V : 선형 탄성영역에서의 밑면전단력
이러한 응답수정계수는 설계시 적용할때마다 구하기는 한계가 있으므로 기준별로 정리되어있어 필요할경우 편리하게 사용하면 됩니다.
주의하실 점은 부재의 연성으로 비탄성변형으로 인한 부재력의 저감은 수평력에 대해서만 적용하며, 수직력은 적용하지 않습니다.
반응수정계수 / 응답수정계수 종류
<건축구조기준>
건축구조기준 에서 제시하는 반응수정계수 / 응답수정계수
<ASCE 7-05>
ASCE에서 제시하는 반응수정계수
항만설계기준
항만설계기준에서 제시하는 반응수정계수
도로교설계기준
도로교설계기준에서 제시하는 반응수정계수
추가 설명
응답 수정 계수(R)는 지진 건설 설계에서 핵심적인 매개 변수입니다. 구조물의 지진 응답을 추정하기 위해 자주 사용되는 등가 통계 분석은 R을 결정하여 구현할 수 있습니다. 특히, 최근 건축 규정에서 나타나는 것처럼, R은 구조물이 비탄성 행동을 통해 에너지를 흡수하는 능력을 나타냅니다. R의 효과는 여러 연구자들(Wu et al., 1989; Hanson et al., 1993)에 의해 연구되었으며, 이들 대부분은 변위 응답에 주로 초점을 맞췄습니다(Hanson et al., 1993; National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP), 1994; Federal Emergency Management Agency (FEMA)-273, 1997). Wu 등의 연구 결과는 NEHRP(1994)와 Uniform Building Code (UBC, 1994)에 구조물 내 에너지 흡수 시스템을 설계하기 위해 적용되었습니다. Newmark와 Hall의 제안(1982)은 Applied Technology Council (ATC)-40 (1996), UBC (1997), FEMA-273 (1997), NEHRP-97 (1997), International Building Code (IBC, 2000), Structural Engineers Association of California (SEAOC) Blue Book (1999)에서 구조물 내 에너지 흡수 및 지진 격리 시스템을 설계하기 위해 사용되었습니다. UBC와 NEHRP와 같은 기존의 지진 설계 규정은 힘을 기반으로 한 절차입니다. 그러나 규정에서 허용되는 감쇠 감소 계수는 점성감쇠 효과로부터 유도됩니다.
응답 수정 계수(R)는 지진 건설 설계에서 중요한 매개 변수입니다. 등가 통계 분석은 구조물의 지진 응답을 추정하는 데 자주 사용됩니다. 특히, R은 구조물이 비탄성 행동을 통해 에너지를 흡수하는 능력을 나타냅니다. 최근의 건축 규정에서는 R의 영향을 연구한 여러 연구자들(Wu et al., 1989; Hanson et al., 1993)이 있었으며, 이들 대부분은 변위 응답에 초점을 두었습니다(Hanson et al., 1993; National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP), 1994; Federal Emergency Management Agency (FEMA)-273, 1997). Wu 등의 연구 결과는 NEHRP(1994)와 Uniform Building Code (UBC, 1994)에서 구조물 내 에너지 흡수 시스템을 설계하기 위해 적용되었습니다. Newmark와 Hall의 제안(1982)은 Applied Technology Council (ATC)-40 (1996), UBC (1997), FEMA-273 (1997), NEHRP-97 (1997), International Building Code (IBC, 2000), Structural Engineers Association of California (SEAOC) Blue Book (1999)에서 구조물 내 에너지 흡수 및 지진 격리 시스템을 설계하기 위해 사용되었습니다. UBC 및 NEHRP와 같은 기존의 지진 설계 규정은 힘을 기반으로 한 절차입니다. 그러나 규정에서 허용되는 감쇠 감소 계수는 점성감쇠 효과로부터 유도됩니다.
이 외에도 ATC-19 (1995) 등의 문서는 추가 감쇠로 인한 힘 응답 감소 효과를 설명합니다. 건물에 추가 감쇠를 적용하면 변위가 감소될 것으로 기대됩니다.
정적 탄성 분석 절차는 미국에서 지진 설계의 기초로 남아 있습니다. 정적 측면 힘 방법은 70년 이상 다양한 형태로 사용되어 왔습니다(ATC, 1995b). ATC-3-06 (1978)은 1970년대 후반에 R을 도입하여 탄성 분석에 따라 계산된 기초 전단력 (V_e)를 감소시키고 설계 기초 전단력 (V_b)를 측정하는 데 사용되었습니다. R 값은 덕트일한 지진 프레임 구조에 따라 두 개에서 여덟 개 사이의 범위에 속할 수 있으며 SEAOC Blue Book (1999) 및 ATC (1995a)에서 수용되는 경험적인 수평 힘 요소를 기반으로 결정할 수 있습니다.
IBC (2000)에 따르면, R은 구조물의 축소된 지진 힘 설계 및 탄성 측면 변위를 총 측면 변위로 변환하기 위해 사용됩니다. 이러한 적용에서 비탄성 변형의 효과를 고려해야 합니다. IBC (2000)에서 제공되는 R 및 C_d 값은 이전의 강한 지진에서 다양한 구조 시스템의 성능을 명확히 한 기술적 근거와 전통(NEHRP, 2000)에 기반하여 설정됩니다. R 계수는 연성(R_µ), 과잉 강도(Ω) 및 토양 기초 시스템을 통한 에너지 소각을 설명하기 위해 제안되었습니다(NEHRP, 2000).
구조 지진 설계를 위해 R 값을 선택하는 여러 연구들이 있습니다. Miranda (1994)는 R 계수에 대한 다양한 조사를 요약하였으며, 이는 강도 감소 계수(R_µ)로 설명되었으며, R_µ는 주로 변위 연성(µ), 구조물의 고유 주기(T) 및 조건에 의존하는 함수입니다.
일반적으로 구조물은 건축 규정에서 명시된 등가 정적 힘에 따라 초기 설계됩니다. 이러한 정적 힘의 분배는 암시적으로 탄성 진동 모드를 기반으로 합니다. 현재의 구조 설계 규정은 지진 발생 가능성이 합리적으로 존재하는 지진에서는 절대적인 안전성과 견고성을 달성하기 어렵습니다. 그러나 구조물과 비구조물에는 경제적으로 고수준의 안전성을 달성하기 위해 비탄성 에너지 소각 시스템을 적용함으로써 여러 구조적 및 비구조적 손상을 연구할 수 있습니다. 대부분의 지진 규정은 구조물이 상당한 여분 강도(과잉 강도 Ω)와 에너지 소각 능력(연성 R_µ)을 갖고 있다고 언급하며, 이러한 특성은 R(Kim et al., 2005)을 통해 구조 설계에 통합됩니다. 측면 강도 설계에서는 지진 규정에 따라 구조물이 탄성 범위 내에 머무를 수 있도록 요구되는 측면 강도는 일반적으로 낮습니다.
Osteraas와 Krawinkler (1990)는 UBC의 작동 응력 설계 규정을 준수하는 강철 프레임의 과잉 강도 (Ω) 및 R을 관찰했습니다. Daza (2010)는 건물의 필수 강도 (C_Ω)와 R 사이의 관계를 설명했으며, 이는 이러한 메커니즘과 건물의 푸시오버 분석에 기초합니다. Daza에 따르면, R을 합리적으로 다루기 어렵습니다. 왜냐하면 이러한 규정은 특정 값을 구조 시스템과 경험에 기반하여 지정하기 때문입니다. Shedid 등 (2010)은 직사각형 벽체의 지진 힘 감소 계수 (R) 값이 5.0에 가까우며 해당 플랜지와 끝 부분이 제한된 벽체의 경우 36.0에 가깝다는 것을 발견했습니다. 이 값들은 미국 토목 기술자 협회-7 기준에 따라 신뢰할 수 있습니다.
Mondal 등 (2013)은 실제 강화 콘크리트 (RC) 모멘트 프레임 건물에 대한 실제 R 값을 추정하고 인도 표준 규정에 따른 설계에 제안된 값과 비교했습니다. 그들은 실제 RC 모멘트 프레임에 대한 실제 R 값을 추정하기 위해 인도 표준을 기반으로 연구를 수행했습니다. Mahmoudi와 Zaree (2010)는 선천적 동심 보강 프레임 (CBF) 및 접촉 방지 보강 프레임 (BRBF)에 대한 R을 평가했습니다. 또한, Mahmoudi와 Abdi (2012)는 TADAS 프레임에 대한 R을 제안했으며, T-강철 모멘트 저항 프레임 (SMRF)의 R은 SMRF보다 높은 값을 나타내었습니다. 또한, Mahmoudi 등 (2013)은 펠립 마찰 댐퍼가 장착된 프레임의 등가 감쇠 및 R 값을 조사했습니다. Mahmudi와 Zaree (2013)에 따르면, BRBF의 R은 높은 값을 가지며, 대중 규모의 지지 베이 수와 건물 높이가 R에 큰 영향을 미칩니다. Zeynalian과 Ronagh (2012)은 가벼운 무릎 보강된 콜드폼 강철 구조물의 측면 지진 특성을 추정했습니다.
Bosc 등 (2013)는 동심 보강 프레임에 적용할 때 EBF의 붕괴 시 높이별 손상을 예측했습니다. Galasso 등 (2014)에 따르면, 규정은 보수적이지 않으며, 이러한 규정은 향후 건물 지진 설계 규정의 보정을 개선하는 기반을 제공합니다. Izadinia 등 (2012)는 다양한 APA 및 CPA 방법을 사용하여 얻은 용량 곡선에서 Ω, R 및 R_µ와 같은 요소의 유도를 개발했습니다. Kappos 등 (2013)는 유럽의 콘크리트 다리에 대한 R을 평가했습니다.
R은 지진 건설 설계에서 중요한 매개 변수입니다. 등가 통계 분석은 구조의 지진 응답을 추정하는 데 자주 사용됩니다. 이 중요한 요소는 지진 효과 규정과 비지진 하중 조건을 독립적으로 개발하기 위해 개발되었습니다. 이 논문은 대부분 ATC-19 (1995)에서 추출된 정보를 제공하며, 이는 “구조 응답 수정 계수”라는 제목을 가지고 있습니다. R 문헌 검토 결과, 점성감쇠기 장치가 장착된 구조물에 대한 응답 수정에 대한 조사는 수행되지 않았음을 보여줍니다. 주요 R 요인 (ATC-3-06)의 필수 공식으로서, ATC-19은 연구를 보증했으며, 작성 시점에서 권장되는 값은 판단에 기반하고 정기적으로 재고가 이루어지고 있습니다.