기류흐름에 의한 다양한 진동현상이 구조물에 발생한다. 이중 와류에 의한 진동은 구조물의 고유진동수와 일치하는 와류의 방출진동수에서는 Lock-in 현상에 의해 큰 진동을 유발하며 구조물에 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그러나 대부분의 와류 현상은 등류에서 관찰되는 현상을 대상으로 이루어졌다. 본 연구에서는 대기 경계층에서 높이에 따라 풍속이 변화하는 난류에 의하여 구조물에 발생하는 와류의 영향을 풍동실험을 통하여 평가하였다. 탄성체 모형실험으로부터 계측된 가속도로부터 하중추정법을 이용 하여 와류진동을 발생시키는 1차 모드 와류하중을 추정하였으며 그 특성을 분석하였다. 추정된 와류하중의 스펙트럼을 보면 구조물 최상층 풍속의 약 88-90%에 해당하는 풍속에서 와류방출진동수가 두드러지게 나타나면서 피크를 형성하는 것으로 나타났다. 또한, 풍 속이 점차 증가할수록 와류하중의 스펙트럼의 진동수범위가 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 난류에 의한 와류하중을 특성을 반영 하면 초고층 구조물 등에 발생하는 풍직각 방향의 진동현상을 보다 효과적으로 파악하는데 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구에서는 초고층건축물의 풍진동 모니터링을 위한 시스템식별기법의 현장적용성을 평가하였다. 실제 아웃리거-벨트월 을 횡력저항 시스템으로 가지는 실제 63층 RC구조물을 대상으로 상시 및 강풍시 응답을 모니터링하였으며, 진동수영역분해(FDD), 랜덤감소(RDT)기법, 부분공간시스템식별(SSI)법을 사용하여 진동특성을 식별하였다. 건물의 평면이 정방형이고, 두 개의 횡방향 모드의 진동수는 매우 유사하였다. 모든 식별기법에서 태풍과 같이 강한 외력이 존재할 경우 뿐만 아니라 상시미진동 에서도 구조물의 모드 특성을 식별할 수 있었다. 현장에서의 적용성 평가결과, 계산속도는 FDD가 가장 빨랐으며, RDT가 가장 간단한 프로그래밍 절차를 가지고 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 풍하중을 받는 건물에 설치된 다중거동 복합 감쇠장치(MHD)의 성능을 평가하고, MHD 예비설계 절차를 제안하였다. MHD에 의해 증가된 등가감쇠비와 그에 따른 건축구조기준에 근거한 응답저감계수를 예상한 후, 풍하중 스펙트럼에 의해 생성된 풍하중을 사용하여 20층 철골구조물에 대한 시간이력 해석을 수행하였다. 해석결과를 통해 얻어진 층변위 및 층간변위 평균 응답 감소율은 각각 0.585 및 0.525로, 이는 제안한 예비설계과정에서 추정된 응답감소계수 0.6과 거의 동일한 수치임을 확인하였다. 이로부터 제안된 방법을 사용하여 MHD의 제어효과를 효과적으로 평가할 수 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 인천공항 제2계류장 관제소에 설치될 예정인 AMD에 선형제어알고리즘인 속도피드백 알고리즘을 적용하여 제어효율 및 안전성을 평가하였다. 공장성능시험 결과와 수치해석 프로그램의 해석결과를 비교하여 AMD가 설계의도대로 제어를 수행하는지 여부를 분석하였다. 또한 제어알고리즘에 의한 순수제어력에 추가되는 게인스케줄링과 원점보정신호가 제어력에 미치는 영향을 실험을 통해 확인하였다. AMD의 성능시험 결과 게인스케줄링과 원점보정신호는 제어효율에 큰 영향을 미치지 않음을 확인하였으며, 구조물에 큰 외력이 작용하는 경우에 발생하는 AMD 질량체의 과도한 이동으로 인해 구조물에 손상을 입힐 수 있는 문제에 대한 안전성을 검증하였다. 추가적으로 제어효율지수를 도입하여 AMD의 제어 상태를 모니터링한 결과, 적용된 알고리즘이 효과적으로 구조물을 제어함을 확인하였다.

본 연구에서는 풍응답 제어를 위해 능동질량감쇠기가 설치된 39층 구조물의 시스템식별을 수행하였다. 능동 질량감쇠기를 가진기로 이용하여 입력 조화하중 신호를 생성하여 구조물을 가진하였으며, 가진 결과로 발생한 구조물의 가속도 응답을 계측하여 구조물의 전달함수를 파악하였다. 대상 구조물의 상시진동 계측 결과를 바탕으로 가진 제어 대상이 되는 주요 저차모드의 개략적인 범위를 파악한 후 가진 진동수 대역을 결정하였으며, 3곳의 위치에서 계측된 가속도 응답을 바탕으로 제어대상 3개 모드의 진동수와 감쇠비, 그리고 모드형상을 식별하였다. 모드벡터는 AMD의 설치위치 및 가진방향과 동일한 위치의 응답을 기준으로 정규화하여 구성하였으며, 정규화된 모드벡터에 따른 모드 질량행렬을 도출하였다. 식별된 모드특성을 이용하여 구성된 해석모델을 사용하여 얻어진 가속도 응답이 계측된 결과와 거의 일치한다는 사실로부터 식별된 모델이 적절하게 구조물의 동적거동을 모사하고 있음을 확인하였다.

구조물의 풍진동 제어에 사용되는 능동질량감쇠기(Active Mass Damper, AMD)는 구조물의 가속도, 속도, 변위 응답을 계측하고 제어알고리즘에 따라 제어력을 산정한 후, 질량체에 연결된 모터 구동를 통해 제어력을 발생시키는 장치로, 핵심 설계기술은 이동 질량체의 질량, 모터용량, 이송거리를 최소화하면서 제어성능을 확보하는 데 있다. 하지만 이동질량을 최소화하는 경우 제어성능을 증가시키기 위해 AMD에 요구되는 가속도가 증가하게 되고, 이에 따라 이송거리가 증가하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 AMD의 제어성능은 유지하면서, 질량 및 이송거리를 최소할 수 있는 방안으로 제어력 게인 스케줄링을 위한 가중함수와 등속도 원점보정을 위한 속도입력 함수를 제시하였다. 또한, 구조물 응답에서 제어 대상 신호만을 추출하기 위한 입력필터 설계 방안을 제시하여, 이에 대한 효용성 검증을 위한 해석을 수행한 후, 39층 구조물에 설치한 56ton 용량의 AMD에 적용하여 제어실험을 수행하였다. 실험 결과, 게인 스케줄링 가중함수와 등속도 원점보정 속도입력 함수에 의해 이동질량체의 이송거리를 최소화하면서도, 원점근처에서의 안정적인 거동이 가능함을 확인하였고, 입력 필터를 통해 제어 모드 이외의 신호를 제거함으로써, 목표 제어성능을 만족시킬 수 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 풍진동 제어를 위해 39층 테크노마트 건물에 능동형 질량 감쇠기를 적용하기 위한 수치해석적 연구를 수행하였다. 먼저, 태풍 풍응답 계측 및 풍동실험을 통해 테크노마트 단변방향 진동에 대한 사용성 개선이 필요함을 확인하였다. AMD에 요구되는 스트로크 확보를 위한 건물의 여유 공간, 설치 위치, 허용 무게 등을 알아보고 제진장치 배치 및 사양을 결정하였다. 그리고 테크노마트의 최상거주층인 39층 단변방향을 대상으로 한 1자유도 해석모델에 대해 선형제어방법인 속도피드백, LQR, LQG 알고리즘과 비선형제어방법인 Bnag-bang 알고리즘을 적용하는 해석연구를 수행하였다. 해석결과 제어 전·후의 최대가속도는 11.83cm/s2에서 4.19cm/s2으로, 진동감지확률은 90%에서 50%이하로 감소하여 Bang-bang 제어알고리즘을 적용할 경우 제어성능이 가장 좋은 것을 확인하였으며 각각의 알고리즘으로 구현된 AMD의 최대 스트로크가 모두 허용범위 수준을 만족하는 결과가 나왔다. 또한, 실제 AMD의 안정적은 작동을 위해 요구되는 원점보정 신호 방안을 제안하여, 제한된 스트로크 내에서 제진장치를 안정적으로 운행할 수 있음을 확인 하였다.

본 연구에서는 39층 테크노마트의 태풍시 진동응답을 계측하고 이로부터 건물의 동적특성을 평가하였다. 2011년 태풍 무이파가 우리나라를 통과할 때 건물의 38층의 가속도 응답을 계측하였으며, 계측신호를 이용하여 구조물의 고유진동수 및 감쇠비등을 독립성분분석법을 사용하여 구하였다. 독립성분분석법을 통해 매우 유사한 크기를 가지는 장변방향 및 단변방향 진동모드를 분리할 수 있었으며, 분리된 모드를 사용하여 각 모드에 해당하는 감쇠비를 추출할 수 있었다. 또한, 하중과 슬래브-보의 합성효과 등을 고려하여 구조해석모델을 개선하여, 개선된 모델이 실제 계측한 진동수 및 감쇠비와 유사한 값을 가지도록 하였다.

The interest for the stability of the structures against earthquake, which is increasing recently, is rapidly increasing. But, currently, school buildings among the reinforced concrete(RC) structures in Korea are not designed with seismic design or there are many cases of being designed with the old seismic design code, so it is estimated to have not only lives but also a great deal of economic damage are likely to occur when an earthquake occurs. In this study, proposed horizontal friction system(HFS) with rotary friction damper installed as a method to reinforce strength and hardness and to increase ductility for the low story structure of 5 stories or lower such as school buildings. For the seismic retrofitting design with horizontal friction system in which rotary friction damper is installed, Peak displacement response ratio according to elastic and inelastic behavior and ductility demand is calculated to decide elastic stiffness and strength of the HFS, design model and procedure to decide the capacity of HFS thereof is decided, and the feasibility and performance are reviewed through pushover analysis.

In this study, as a part of the seismic retrofitting for school buildings, proposed of a new type of rotary friction damper, reviewed the performance and developed a experiment formula for the practical application. The rotary friction damper was composed of 4 shear plane using 2 friction pad. Considering a variety of yield moment, it was designed that clamping forces can be applied. The number of bolts were 9, 13 and thε clamping forces were 8 levels that the maximum load is the standard clamping forces. ±20mm displacement of the cyclic loading test were performed. As a result, the records of friction damper were stable. But sliding was ensured if the stress is 10-15% of the relation formula of sliding load in KBC 2009 by the bolts joining. However, when it is designed of that were inserted additional members for implementation of friction, the design of the level of 10% of the formula in KBC 2009 will be possible. And the design equation that is converted into the moment-rotation is proposed for the detailed design.

In this study, vertical extension type TMD(VE-TMD) whose vertically extended stories behave like a tuned mass damper, with Lead-Rubber Bearing(LRB) between the top of existing structures and the bottom of the extended stories was proposed. A shaking table tests for a 5-story reinforced concrete model, which is of 2.2 Hz natural frequency. A vertical extended model consisted of a steel frame, with two base isolators between the top of the RC model and the bottom of the extended stories. Those base isolators' lateral stiffness was equal to 31.392 kN/m which was calculated with the fundamental period plus 0.2 tonf, weight of a single story of the model. The test for the specimen was shaking table test excited by a harmonic loads for the fundamental period of the structure. The test results indicated that the VE-TMD improved seismic performance by 40 % in displacement responses for all of frequency-domain.

In this study, a shear wall-slab damper system for seismic retrofitting of existing low-rise school buildings was proposed. The proposed system is to control the earthquake-induced vibration of the existing building structures using the energy dissipation effect of hysteretic damper inserted between the extended shear wall and existing moment frame. The numerical analyses were performed to investigate the vibration control efficiency of the shear wall-slab damper system and to identify the range of optimal yielding strength of the slab damper. In addition, variation of shear force of the extended shear wall with regard to the yield strength of the dampers in a range from 10 to 100 percent of the maximum base shear force of the retrofitted structure was investigated. The numerical analyses results showed that the maximum displacement of the structures with the slab damper whose yield strength is equal to 20 percent of the maximum base shear. On top of that, the slab damper system reduced the shear force of the shear wall by about 50 percent in comparison with the existing frame-shear wall system with rigid diaphragm slabs.

In this study, the seismic performance of RC school buildings which were not designed according to earthquake-resistance design code were evaluated by using response spectrum and push-over analyses. From the results of analysis, the efficiency of the seismic retrofitting methods RC shear wall, steel frame, RC frame and PC wing wall for existing RC school buildings was evaluated and analysised. The analysis result indicate that the inter-story drift concentrated in the first floor and most plastic hinge forms in the column of the first story. And results of analysis of the efficiency of the seismic retrofitting indicate that inter-story drift significantly reduced and ductile behavior is expected.

LCVA has an advantage that its natural frequency can be easily controlled by changing the area ratio of the vertical column and horizontal part. The previous studies investigated the dynamic characteristics of the LCVA under harmonic load. This study experimentally obtained the first and second mode natural frequencies of the LCVA from shaking table tests using white noise and compared the values with the ones by previous study. Test results show that the measured first mode natural frequency of the LCVA is larger than the calculated one when the area ratio is larger than 1. The second mode frequency increases with the increasing area ratio, which is due to the sloshing motion effect resulting from the large area of the vertical column.

본 연구에서는 진동대 실험을 통해 얻은 동적 데이터를 이용하여 TDL의 동적 비선형 특성에 대한 연구를 수행하였다. 현재까지 TDL의 설계는 액체의 비선형 거동이 나타남에도 불구하고 TMD 근사이론이나 선형파동이론과 같은 선형 거동을 가정으로 설계되어 지는 한계를 가지고 있다. 또한 조화하중과 같은 특정진동수에 지배되는 하중형태에 대한 TDL의 동적 비선형 특성이 규명되었지만 백색잡음과 같은 특정진동수 성분에 지배되지 않은 하중형태에 대한 TDL의 동적 비선형 특성은 아직까지 검증된 바가 없다. 본 논문은 백색잡음을 이용하여 가진 하중 크기에 따른 TDL의 동적 비선형 특성을 검토하여 설계 시 필요한 동조액체감쇠기의 감쇠비, 고유진동수비 및 유효질량비를 평가할 수 있는 산정식을 제안하였다.

This paper investigate vibration suppression by the active variable stiffness system (AVS system). AVS system can change its stiffness by special elements called on-off elements. The control logic deciding on-off states of on-off element is based on the method of dividing phase plane. A phase plane is composed of displacement and velocity axis. This control logic is easily applicable to both single and multi degree of system, because it is local control logic that determines on-off states according to the relative displacement and velocity between the floors in which each on-off element is installed. By this control logic, on-off elements can absorb and dissipate the earthquake energy. On-off element is on state when the sign of displacement multiplied by velocity is positive, because on-off element absorb the system vibration energy. Conversely, on-off element is off state when the sign of displacement multiplied by velocity is negative, because on-off element dissipate the absorbed system vibration energy. The effectiveness of this control logic can be proved in the second way through the active control experiment using the active mass damper (AMD).

A standard RC apartment structure was analysed using commercial structural analysis program MIDAS. The effects of TLD were considered by equivalent tuned mass damper model and harmonic load of wmch frequency was identical to that of the RC structure and artificial earthquake loads generated accroding to the design spectrum in KBC2005 were used as excitation loads. TLD showed maximally 70% reduction of peak/RMS relative displacement, interstory drift, acceleration, and story shear induced by harmonic load while it reduced about 20~28% of those structural responses excluding absolute acceleration induced by artificial earthquake loads.

본 연구에서는 지진하중을 받는 탄성 및 비탄성 구조물에 대하여 수동 및 준능동 TMD의 지진응답제어성능을 평가하였다. 먼저 기존의 연구에서 제안된 식을 사용하여 최적 설계된 수동형 TMD와 본 연구에서 제시된 준능동 TMB가 설치된 탄성 구조물의 변위스펙트럼을 구하였으며, 준능동 TMD가 TMD보다 작은 스트로크를 가지고도 최대변위응답제어에 있어 우수함을 확인하였다. 또한 구조물의 주기와 TMD의 주기가 일치하지 않은 경우의 성능저하에 대한 TMD의 강인성을 평가하였다. 최종적으로 Bouc-Wen 모델을 사용하여 모사된 비탄성이력 특성을 가지는 구조물에 대한 수치해석을 수행하였으며, 이를 통해 탄성구조물에 대하여 최적화된 수동형 TMD의 성능은 구조물 응답의 비탄성이력 부분이 증가함에 따라 크게 저하되는 반면 준능동 TMD는 수동형 TMD보다 약 15-40% 정도의 더 많은 응답감소효과를 가짐을 확인하였다.

The control performance of LCVA designed for mitigation of wind-induced motion of Songdo high rise building is evaluated using 1/20 scaled test model. The effectiveness of the LCVA is then examined tuning LCVA to 90%, 100%, and 110% of the natural frequency, 0.74Hz. The test structure is excited using a sinusoidal signal ranging 0.2 ~ 1.2 Hz with 5.5mm displacement, and acceleration and displacement of structure, water height, and shear force are measured. Experimental results indicate that the LCVA tuned to 100% of the natural frequency with orifice opening ratio of zero reduce the peak and RMS displacement up to 67% and 72%.