본 연구에서는 고정기초, 기초면진, 및 최상층에 TMD가 설치된 기초면진 구조물에 풍하중이 작용하는 경우에 구조물의 동적 거동을 해석하는 프로그램을 개발하여 면진장치가 풍하중이 작용하는 구조물의 동적거동에 미치는 영향을 파악하고자 한다. 난기류 스펙트럼을 이용하여 구조물에 작용하는 바람을 실제와 유사하도록 생성한 풍하중을 해석에 적용한다. 기초면진 장치가 구조물의 동적 거동에 미치는 영향을 분석하고, 풍하중이 작용하는 경우 기초면진이 설치된 구조물에서 TMD의 동적 제어 효과에 대하여 분석하고자 한다.

This study analyzes performance-cost ratio of composite(GFRP) wind-towers by fiber reinforcement angle and determines their optimal fiber angle. The finite element models for composite structures using the ANSYS program described in this paper is attractive not only because it shows excellent accuracy in analysis but also it shows the effect of the geometrical combination. New results reported in this paper are focused on the significant effects of the cost for various parameters, such as thicknesses of outer shells and stiffeners. From the numerical examples, optimal fiber angles were determined as 80°∼90°.

초고층 구조물에 대한 구조 설계 시, 구조물의 바람에 대한 동적응답특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 본 연구는 자기상관함수와 상호상관함수의 퓨리에 변환을 통해 얻어진 스펙트럼밀도와 크로스 스펙트럼밀도를 이용하여 주파수영역에서의 상관성을 분석하여 이를 파악하고자 한다. 이를 위해 풍동실험을 통해 형상비(H⁄√BD)가 4와 6인 정형적인 건축물에 대하여 우리나라 지표면조도구분 A, B, C, D와 기본풍속 25, 35, 45m/s에 따라 수평방향과 수직방향에 대하여 코히어런스와 디케이 팩터를 분석하였다.

두꺼운 난류경계층 내에서 큐브물체의 표면압력과 풍하중을 동시 측정할 경우 발생하는 간섭에 대해 스펙트럼 해석을 통해 연구를 수행하였다. 실험은 큐브물체에 풍압공을 설치하고 모델의 하부에 분력계를 설치하여 수행하였다. 본 연구에서 표면압력과 풍하중 데이터를 스펙트럼 및 상호상관을 이용하여 스펙트럼 분석한 결과들을 제시할 것이다. 결론으로 표면 압력의 스펙트럼은 앞, 뒷면과 옆면은 서로 다른 경향을 보였다. 앞면과 뒷면 표면압력의 스펙트럼은 위치에 따라 유사한 특성을 보였으며, 옆면은 후단으로 갈수록 피크의 크기가 증가하였다. 표면압력과 풍하중의 상호상관은 박리와 재부착 지점의 영향에 따라 지연시간의 특성에 변화가 있었다.

본 연구는 두꺼운 난류경계층 내에 일정한 간격을 가진 정입방체의 유동특성에 대해 연구이다. 건물주위에 다른 건물이 위치함으로써 본 건물에 미치는 영향을 알아보기 위해 방위각을 0~90o로 변화시키면서 단일모델과 연속적으로 배열된 모델의 표면압력을 측정하였다. 실험은 큐브의 높이h에서 측정한 유속U에 근거한 레이놀즈수 4.6×104, 6.7×104 2가지로 하였다. 연구결과 레이놀즈 효과는 평균압력특성에 거의 영향을 끼치지 않았으며 방위각이 증가함에 따라 전면부에서 표면압력이 감소하고 후면에서는 증가하는 경향이 나타났다. 또한 모서리에서 발생한 유동박리는 큐브상부 뿐만 아니라 측면의 표면압력특성에 상당한 영향을 나타내었다.

최근들어 풍진동 제어를 위한 TMD의 설치가 증가하고 있는 상황이지만, 아직 국내에서 건물의 완공 후 TMD의 설치로 인한 풍진동 제어성능 평가는 제대로 이루어지지 않고 있다. 이는 가속도계 등을 이용한 현장계측을 통해 태풍 등으로 인한 건물과 TMD의 거동을 알 수는 있으나, 풍하중을 직접 계측하는 것이 현실적으로 불가능하기 때문이다. 즉, 풍하중을 계측하지 못하기 때문에 동일한 풍하중 상황에서 TMD가 작동을 할 때와 작동을 하지 않을 때의 비교분석이 불가능하고 나아가 TMD의 풍진동 제어성능 분석이 매우 어려운 상황이다. 본 논문에서는 계측된 건물과 TMD의 가속도 응답으로부터 풍하중을 역추정하여 TMD의 풍진동 제어성능을 분석하는 방법을 제안하고자 한다. 이를 위해 TMD와 구조물 응답으로부터 하중을 역추정하는 방법으로 연속시간 영역에서 칼만 필터링을 이용하는 기법을 제시하고자 한다. 최종적으로 역추정으로 구한 하중을 이용하여 수치해석을 통해 TMD가 설치되지 않은 구조물의 응답을 구하여 TMD의 설치로 인한 풍진동 제어성능을 분석하고자 한다.

본 연구에서는 고층건물에 대한 유체유발진동해석을 수행하였다. 고층건물에 작용하는 풍하중에 의한 공탄성 응답을 구하기 위하여 전산유체역학 및 전산구조동역학 기법을 병합한 전산해석 시스템(FSIPRO3D)을 활용하였다. 국부 변형을 충분히 고려할 수 있는 전산유동해석 격자를 사용하였고, 고층 건물의 유체-구조 연계해석 문제를 해결하기 위하여 공탄성 지배방정식에 뉴막 직접적분법을 활용하였다. 또한 고층 건물의 물리적인 현상을 보이기 위하여 자세한 공탄성 응답 및 결과를 제시하였다.

CFD를 이용한 풍하중 시뮬레이션은 유익한 도구로 수행되었다. 송전선에 대한 풍압력 분포와 풍력계수에 관한 수치적 예측과 적용을 제시하였다. 이 논문에서는 송전선의 풍하중 분포와 케이블 주변의 기류의 흐름 패턴에 대해서 수치해석을 하였으며 건물 설계과정에서의 수치해석의 적용성을 확인하였다. Quick spatial discretization scheme의 네이어스 톡스 해석과 RNG k-ε 난류 모델을 이용한 3차원 unsteady 수치해석을 적용하였다.

본 연구에서는 실수코딩 유전자알고리즘을 이용하여 정적풍하중을 추정하는 과정에서 중요한 요소인 측정센서의 개수와 위치가 미치는 영향을 분석하는 것을 목적으로 하였다. 영향을 분석하는 방법은 수치적인 방법을 이용하며 실수코딩 유전자알고리즘을 이용한 해석후의 실제 풍하중 추정정도의 정확도에 따라 측정센서의 개수와 위치에 의한 영향을 평가하였다. 첫 단계로써 코드에 따른 정적풍하중을 생성하여 30층 구조물에 대한 각 층의 풍하중, 전단강 성행렬, 정적변위를 구한 후 다음 단계로써 유전자알고리즘을 이용하여 센서의 개수와 위치에 따라 구조물의 응답을 사용하여 풍하중을 추정하였다. 유전자알고리즘의 목적함수는 실제풍하중과 또는 실제풍하중과 유사하게 생성한 풍하중을 이용하여 만들 수 있다. 본 연구에서는 센서의 개수와 위치에 따른 각 변수의 최단시간 도출에 대한 내용을 분석하는데 중점을 두어 실제풍하중을 목적함수로 이용하였다.

이 연구는 고층건축물이 풍하중을 받을 때 변장비의 변화에 따라 구조축방향으로 풍응답이 어떻게 배분되어 가는지를 규명한 것이다. 변장비가 다른 3종류의 장방형 강체모형을 경계층 풍동 내에 설치하여 풍력실험을 수행하였다. 풍력실험으로부터 얻어진 변동모우멘트계수와 변동모우멘트의 파워스펙트럼밀도를 사용하여 스펙트럼모드해석법에 의하여 고층건축물의 응답을 평가하였고, X축방향의 풍응답과 Y방향의 풍응답을 비교하고 그 차이점을 분석하였다. 결과로부터 대상 고층건축물의 경우 모든 변장비에서 Y방향의 동적인 응답이 X방향 보다 큰 것을 알 수 있었다.

최근 이상기후에 기인한 강풍 또는 태풍으로 인하여 도로표지판의 피해가 심각해지면서 풍하중의 영향을 크게 받는 도로표지판에 대한 내풍설계기준을 검토하여 내풍성능을 개선시킬 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 풍동실험에 의하여 평가한 풍하중과 내풍설계기준(도로표지규칙)에 의한 풍하중을 비교분석하였다. 풍동실험은 5종류의 도로표지판(도로표지판의 크기가 틀린 3종류와 구조가 틀린 2종류)에 대한 풍력실험을 난류경계층에서 실시하였고, 풍력실험으로부터 얻은 풍력계수 및 전도모멘트계수를 이용하여 도로표지판에 가해지는 풍하중을 평가하였다. 검토결과 풍하중에 대한 내풍안전성을 확보를 위하해서는 현재의 내풍설계기준을 개선할 필요가 있음이 확인되었다.

본 논문에서 건축구조물의 풍응답 구현을 위한 선형질량가진기(linear mass shaker, LMS)와 능동동조질량감쇠기(active tuned mass damper, ATMD)를 이용한 가진시스템을 제안한다. 가진시스템을 위한 가진기의 힘은 가진기에 의한 구조물의 목표응답의 전달함수를 사용하여 계산된다. 필터와 포락곡선함수는 예측하지 못한 모드응답에 의한 가진과 초기 과도응답을 제거함으로써 실제 바람에 의한 응답과 가진기에 의한 응답의 오차를 최소화하기 위하여 사용되었다. 수치예제로는 풍동실험을 통한 풍하중이 주어진 76층 벤치마크 구조물을 이용하여 수치해석을 수행하였으며, 그 결과는 특정층에 설치된 가진시스템은 풍하중이 전층에 가진되었을 때의 응답을 근사하게 구현할 수 있음을 보여준다. 제안된 방법에 의해 설계된 가진시스템은 실제 건축구조물의 풍응답 특성을 평가하는데, 그리고 풍하중을 받는 건물의 정확한 수치모델을 얻는데 효과적으로 사용될 수 있다.

본 논문은 고층건축물의 비틀림방향 응답을 평가하기 위하여 필요한 변동비틀림모멘트계수와 변동비틀림모멘트의 파워스펙트럼밀도계수의 경험식을 제안한 연구이다. 이러한 경험식을 제안하기 위하여, 다양한 형상비와 변장비를 가진 27개의 각주형 모형을 제작한 후 노풍도을 다양하게 변화시켜 풍력실험 을 실시하였다. 본 논문에서 비틀림방향 변동풍력의 경험식은 주로 건물의 노풍도와 형상비 그리고 변장비에 의하여 분석되어졌다.

본 연구에서는 풍하중을 받는 장대 교량의 버페팅에 의하여 발생하는 변동응력에 대한 실용적인 피로평가 방법과 절차를 연구하는데 목적을 두고 있다. 이를 위하여 추계학적 해석으로 추정한 버페팅 응답으로부터 응력 범위의 발생 확률, 풍속 및 풍향의 발생확률, 피로 평가를 위한 일련의 절차를 제시하였다. 해석 예제로 장경간 현수교를 대상으로 본 연구의 방법을 적용하여 피로평가를 수행하였다.

In this paper, excitation systems using linear mass shaker (LMS) and active tuned mass damper (ATMD) are presented in order to simulate the wind induced responses of a building structure. The actuator force for the excitation systems is calculated by using the inverse transfer function of a target structural response to the actuator. Filter and envelop function are used such that the error between the wind and actuator induced responses is minimized by preventing the actuator from exciting unexpected modal response and initial transient response. The analyses results from a 76-story benchmark building problem in which wind load obtained by wind tunnel test is given, indicate that the excitation system installed at a specific floor can approximately embody the structural responses induced by the wind load applied to each floor of the structure. The excitation system designed by the proposed method can be effectively used for evaluating the wind response characteristics of a practical building structure and for obtaining an accurate analytical model of the building under wind load.

본 연구는 풍하중을 받는 문형식 도로표지구조물에 대하여 동적응답해석을 수행하였다. 현재 국내 도로표지구조물 설계 시 지지형식에 따라 고정된 설계풍속으로 풍하중의 크기를 산정하고 있어 구조물이 설치될 지역의 풍하중 특성을 반영하지 않고 있다. 또한 변동풍속에 의한 거스트 효과를 고려하지 않고 있다. 따라서 본 연구는 지역 및 높이에 따른 풍속의 분포 및 변동풍속을 고려하여 스펙트럼해석을 수행하였으며 거스트 효과를 고려한 구조물의 전체응답과 설계 시 사용하는 풍하중에 의한 구조물의 응답을 비교분석 하였다.