좌굴방지가새 (buckling-restrained brace)
쉽게 풀면
일반 가새는 당길 때는 잘 버티지만 밀릴 때는 옆으로 휘어져 힘을 잃습니다. 좌굴방지가새는 힘을 받는 강재 심재를 강관과 모르타르 같은 구속재로 감싸서, 압축을 받아도 휘지 못하게 붙잡아 줍니다. 그러면 가새가 인장과 압축 양쪽에서 비슷하게 항복하면서 지진 에너지를 흡수합니다. 손상은 가새에 집중되므로 지진 후에는 그 부재만 교체하는 방식도 가능합니다.
왜 중요한가
기존 가새골조는 압축 좌굴 때문에 반복 하중에서 내력이 빠르게 떨어지는 약점이 있었습니다. 좌굴방지가새는 안정된 이력거동을 보이며 에너지를 흡수해, 내진성능 향상과 기존 건물 보강에 널리 쓰입니다. 손상 부위를 미리 정해 두는 설계 개념을 구현한 대표적 부재여서 내진 연구에서 자주 다뤄집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
압축 좌굴이 억제되면 하중을 반복해 받아도 내력이 잘 유지된다는 실험 결과를 설명합니다.
보강 공법의 하나로 선택되어 성능 개선 정도를 평가하는 전형적 연구 맥락입니다.
조금 더 깊게 보면
심재와 구속재 사이에는 비부착 재료를 두어, 축력은 오직 심재만 받고 구속재는 휨 구속만 담당하도록 합니다. 덕분에 압축 내력과 인장 내력이 거의 같아지고, 설계에서도 항복 후 거동을 예측하기 쉬워집니다. 다만 심재의 항복 이후 변형 능력과 누적 소성변형 능력이 중요해 실물 크기 반복가력 실험으로 성능을 인증하는 것이 일반적이며, 접합부와 거셋플레이트의 면외 좌굴 검토도 함께 요구됩니다.
주의할 점
가새가 대각선 부재 일반을 가리키는 말이라면, 좌굴방지가새는 그중에서 압축 좌굴을 구속하도록 특별히 제작한 제진형 부재를 뜻합니다. 또한 제진구조의 한 수단이기는 하지만 점성감쇠기처럼 속도에 반응하는 장치가 아니라 변위에 따라 항복하는 이력형 장치라는 점이 다릅니다.