본 연구에서는 진동대와 전단축소 구조물을 이용하여 다양한 동적특성을 갖는 구조물에 대해 가속도응답크기에 따른 고유진동수와 감쇠비의 변화를 파악하였다. 이를 위해 여러 가지의 고유진동수와 감쇠비를 가지는 전단축소 모형건물을 사용하였으며, 상시진동계측과 가속도응답크기를 조절한 백색잡음 가진실험을 수행하여 가속도응답크기에 따른 동적특성의 변화를 분석하였다. 실험결과, 모든 실험체의 모드별 고유진동수는 구조물 가속도응답이 커짐에 따라 지속적으로 감소하는 것을 알 수 있으며, 저차모드에 비해 고차모드에서 가속도응답의 크기가 커짐에 따라 고유진동수가 더 크게 감소함을 알 수 있다. 또한, 감쇠비는 구조물의 가속도응답이 커질수록 점점 증가하다가 증가를 멈추고 일정한 값을 가지는 것을 확인하였으며, 구조물의 고유진동수가 커질수록 감쇠비가 증가하는 구간의 기울기는 줄어드는 경향을 보였다.

TLD(Tuned Liquid Damper)나 TLCD(Tuned Liquid Column Damper)와 같이 액체를 질량체로 사용하는 부가 질량형 감쇠기의 경우 동특성추정을 위하여 실제 크기의 진동제어기를 공장에서 제작하여 실험하는 것이 불가능하다. 또한 TMD(Tuned Mass Damper)의 질량체를 콘크리트로 사용하는 콘크리트 TMD의 경우에도 공장실험에서 콘크리트를 타설할 수 없기 때문에 완성된 TMD의 정확한 동적특성을 파악하는 것이 어렵다. 따라서 본 논문에서는 공장 가조립을 통한 실험을 실시하여 동적특성을 추정하기 어려운 경우에 대하여 현장실험을 통한 동특성추정 기법에 관하여 소개하고자 한다. 이를 위해 건물과 진동제어기의 연계된 운동방정식(Coupled equation of motion)으로부터 비연계 운동방정식(Decoupled equation of motion)을 유도한다. 유도된 비연계 운동방정식을 기반으로 건물의 응답과 진동제어기의 응답을 각각 시스템 식별을 위한 입력과 출력으로 하여 일반적인 시스템기법을 이용하여 동특성을 추정할 수 있도록 한다.

A bi-axial tuned liquid mass damper(TLMD) was proposed and evaluated on its control performance. The proposed TLMD controls structural response in a specific one direction by using the liquid sloshing of TLCD. Also, the TLMD controls structural response in the other orthogonal direction by TMD behavior which mass consists of the container itself and liquid within container of TLCD installed on linear motion guides. Force-vibration tests on a real-sized structure with the TLMD were performed to verify its independent behavior in two orthogonal directions. Test results showed that the responses of a structure were considerably reduced by using the proposed TLMD and its usefulness for structural control in two orthogonal directions.

본 연구에서는 하나의 제어장치로 서로 직교하는 2방향의 건물응답을 동시에 제어할 수 있는 동조액체질량감쇠기(Tuned Liquid Mass Damper; TLMD)를 제안하고 제어성능을 실험적으로 검증하였다. 본 연구에서 제안된 TLMD는 한 방향으로는 동조액체기둥감쇠기(Tuned Liquid Column Damper; TLCD) 내부에 채워진 액체의 운동에너지를 이용하여 구조물의 응답을 제어하게 된다. 그리고, 다른 한 방향 즉 TLCD의 직각 방향으로는 LM guide(linear motion guide) 위에 놓인 TLCD 수조와 내부의 액체의 질량을 이용하여 동조질량감쇠기(Tuned Mass Damper; TMD)로 거동하게 함으로써 구조물의 응답을 감소시킨다. 이와 같은 TLMD의 양방향 독립거동 특성을 증명하기 위해 실물크기의 구조물에 설치하여 강제진동실험을 수행하였다. 실험결과, 양방향 모두 대상 구조물의 응답을 감소시키는 것을 확인하여 제안된 TLMD의 효용성을 검증하였다.

본 연구에서는 위의 어려움을 해결하기 위해, 스마트 수동제어 시스템을 제안하였다. 스마트 수동제어 시스템은 MR댐퍼와 EMI시스템으로 구성되며, EMI시스템은 영구자석과 솔레노이드 코일로 이루어진다. EMI시스템은 MR댐퍼의 왕복운동에너지를 전기에너지로 변환하므로, 스마트 수동제어 시스템은 외부 전원 없이 외부하중에 따라 댐퍼의 점성을 바꾸는 적응성을 갖는다. 따라서 간단하고 효율적인 장치로써, 대형토목구조물에 적용 가능하다. 이의 확인을 위해 예제를 통한 수치해석을 수행하였으며, 스마트 수동제어 시스템이 강진에 대해서는 기존의 반능동 제어 MR댐퍼 시스템 보다 우수한 성능을 보인다.

본 연구에서는 비비례 감쇠시스템을 효율적으로 해석할 수 있도록 모드 가속도법(mode acceleration method)과 모드 절삭 보강법(modal truncation augmentation method)을 확장하고 그 사용성을 검증하였다,. 비례 감쇠시스템의 동응답해서에 널리 사용되는 모드 가속도법과 모드 절삭보강법은 누락된 고차모드의 영향을 보정하여 모드 중첩법의 결과를 개선하는 방법이다. 기존의 방법들로 비비례 감쇠시스템을 해석하는 경우 비비례 감쇠특성을 무시하지 않으며 정확하고 효율적으로 해석할 수 있도록 모드 가속도법과 모드 절삭보강법을 확장하였다. 비례 감쇠시스템에서는 모드 가속도법보다 모드 절삭보강법이 더 효율적인 반면에 비비례 감쇠시스템에서는 대부분의 경우에 있어서 확장된 두 방법의 효율성이 동일하다. 그러나 수치적 안정성은 확장된 모드 가속도법이 모드절삭 보강법보다 우수하다. 이와 같은 확장된 모드 가속도법과 모드 절삭보강법의 사용성 검？을 위해서 이론적 방법과 수치예제를 수행하였다.

This study is a result of the wind response monitoring of a building with vibration damper. In order to analyze the behavior of the building during typhoon(Bolaven), the dynamic properties of building and Vibration Damper are identified from measured responses.