In this dissertation, experimental study about the real-time vibration control of the bridge structure was conducted by using the semi-active vibration control method that has been in the spotlight recently. Based on the laboratory-scale bridge model in the form of the cable-stayed bridge, the shear type MR damper and the semi-active vibration control algorithm (Lyapunov and Clipped-optimal) were applied in order to the control the harmful vibration in real time. From the investigation of the test results, the performance of each semi-active control algorithm was evaluated quantitatively.

In this research, our team developed a semi-active MR damper by designing and producing it, and also evaluated its performance for the control of large structure. It is specially designed to have a flexible capacity to control a range of 10KN-30KN with an input current of 0 - 3A. The evaluation of its performance was carried out; first, to input a 0 - 3A electric current at various frequence range between 0.15Hz and 2Hz, then to measure a consequent power and displacement. By finding that the MR damper secures a control capacity of 10KN-30KN, it was proved that the MR damper is capable to control any large structure.

In this research an experimental study was carried out to decrease the damage caused by the collision of bridges as earthquake load was added. For the experiment, we designed a model of successive bridge composed of a reinforced concrete bridge top and I section steel. As for damper, we ourselves designed and produced a MR damper of 30 KN. The result proved that the MR damper of our own design was effective to prevent the successive bridge model from colliding.

In this paper, an experimental research was carried out to compare the capability to control a MR-damper attached structure, which turned out to differ according to its vibration control direction whether vertical or horizontal. The target structure for the experimental test was a real size asymmetrical cable-stayed bridge. The MR-damper for vibration control was designed 30KN to fit into the target bridge. For the performance experiment of the MR-damper, the el-centro earthquake wave using three shaking table was inflicted on the model bridge structure, once horizontally and then vertically. Finally, each control capability, different according to its direction, was compared and evaluated. The experiment proved that the MR-damper was able to damp in a different way according to its control direction(horizontal or vertical) and also to work effectively damping the acceleration responses of the structure.

본 논문에서는 구조적으로 유연한 특성을 갖는 교량 구조물을 대상으로 외력에 의해 발생되는 진동을 실시간으로 제어하고자 실험적 연구를 수행하였다. 여기서 진동제어를 위한 교량 구조물은 서해대교를 규모화 한 모형 교량 구조물을 사용하였고, 실험실 여건을 고려해 규모화 된 El-centro 지진파형으로 구조물을 가진하였다. 또한, 교량 상판 중앙지점에는 전자석이 채용된 전단형 MR 댐퍼를 설치하여 발생된 진동을 제어하도록 하였고, 동시에 변위계 및 가속도계를 설치하여 구조물의 응답(변위, 가속도)을 획득하였다. 이때 진동제어의 실험은 크게 비-제어, 수동 on/off 제어, 그리고 Lyapunov 안정도 이론에 의한 실시간 피드백 진동제어방법을 이용하여 수행하였고, 이때 진동제어의 효과는 상판 중앙지점에 대하여 비-제어 시 기준 각 실험방법 별 절대최대변위와 절대최대가속도 그리고, 인가전압의 소모량으로 평가하였다. 진동제어실험의 결과로부터, Lyapunov 제어방법은 구조물의 발생 변위 및 가속도를 효과적으로 감소시켰으며, 특히 진동제어 시 요구되는 외부 인가전압의 소비를 크게 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 최종적으로, 본 논문에서 구성한 실시간 준능동 피드백 진동제어 시스템은 구조물에 발생된 진동을 제어․관리하기 위한 적극․ 효율적인 방법으로 활용될 수 있는 가능성을 제시하였다.

일반적으로 MR 감쇠기를 이용한 준능동 제어 시스템을 구축하기 위해서는 감쇠장치의 동적모델이 요구된다. 여기서, 동적모델링은 감쇠장치의 발생 감쇠력 및 거동 성향 등을 수치적으로 예측하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 MR 감쇠기의 동적거동을 실무적인 관점에서 합리적으로 모델링하기 위하여 다양한 동적모델 중 Power 모델 및 Bingham 모델을 적용해 MR 감쇠기의 동적거동특성을 예측․평가하였다. 이때 활용한 MR 감쇠기의 실험결과는 압착식 형태로 개발된 MR 감쇠기를 대상으로 동하중 실험을 수행하여 획득하였으며, 힘-변위 이력곡선으로부터 준능동 제어장치로의 타당성을 확인하였다. 또한, 각 동적모델의 예측성능을 평가하기 위하여 우선 실험결과를 이용해 각 동적모델 별 모델변수를 규명하였고, 이를 바탕으로 힘-속도 관계곡선 및 예측된 발생 감쇠력의 오차율을 산출하여 개발된 압착식 MR 감쇠기의 실험결과와 상호 비교․평가하였다. 최종적으로 본 연구에서 개발한 압착식 MR 감쇠기는 준능동 제어장치로 활용 가능함을 확인하였고, 평가된 두 가지 동적모델은 모두 우수한 예측성능을 보임으로써 본 연구에서 개발한 압착식 MR 감쇠기는 물론 MR유체를 이용한 다양한 형태의 감쇠장치의 거동특성을 수치적으로 예측하기 위하여 간단히 활용될 수 있는 가능성을 제시하였다.

본 논문에서는 건설구조물의 스마트 제어를 위해 오리피스 구간의 갭(gap) 조건을 달리한 2개의 준능동 MR 감쇠기를 개발하고, 동하중 실험을 통해 갭 조건에 따른 감쇠성능을 비교·평가하였다. 여기서, MR 감쇠기는 그 특성상 재료적 및 기계적인 다양한 변수들로 인해 그 감쇠성능이 크게 좌우될 수 있으나, 특히 MR 감쇠기의 오리피스 구간에 대한 갭 크기의 영향은 MR감쇠장치의 설계 시 핵심적인 요소 중에 하나이다. 따라서 본 논문에서는 오리피스 구간의 갭 조건을 1.0mm와 2.0mm로 각각 설계하였으며, 인가전류 조건을 달리한 동하중 실험을 통해 발생 감쇠력을 획득하였다. 이들 획득결과는 힘-변위 이력곡선과 힘-전류 관계곡선으로부터 최대·최소 감쇠력 및 동적범위로 분석·평가되었다. 이상의 결과로부터, 갭의 조건에 따른 MR감쇠장치의 감쇠성능 변화를 규명하였으며, 본 연구에서 개발된 2개의 MR 감쇠기는 인가전류셑 및 코일 권선수 등의 추가핵심설계요소를 효과적으로 고려함으로써 건설구조물의 스마트 제어를 위해 유용하게 활용될 수 있는 가능성을 제시하였다.