The characteristics and effectiveness of double tuned mass dampers (DTMD) have been studied by many researchers. DTMD usually consists of one larger mass block and one smaller mass block. In this study, DTMD was proposed to reduce the vibration of vertical pumps in industrial plants. In order to assess the efficiency of the proposed method, numerical analysis for the simplified vertical pump model with single and double TMDs was carried out. It was also investigated that the effects of optimal TMD parameters such as frequency ratio and damping ratio on dynamic responses of the main structure. According to analysis results, DTMD are more effective to control the vibration of the vertical pump and show good robustness to the change in the stiffness of TMD.

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.

구조물의 응답에 대한 잔류변위의 영향을 평가하기 위하여, 초기 잔류변형이 있는 상태에서 작용하는 설계지진에 대한 좌굴방지 가새골조(BRBF)와 특수 모멘트골조(SMRF)의 응답을 평가하였다. 초기 잔류변형은 구조물에 두 가지 방법으로 적용하였다. 첫 번째 방법은 첫 지진에 대하여 구조물이 정지 상태에 도달한 이후 같은 크기의 지진을 적용하는 것이다. 두 번째 방법은 소요 잔류층간 변형이 발생할 때까지 일방향으로 가력한 다음 지진하중을 적용하였다. 해석결과에 따르면 초기 잔류층간변위는 BRBF와 SMRF의 응답에 큰 영향을 주었다. SMRF 시스템보다 BRBF의 응답이 초기 잔류변형에 크게 의존하였다. 그러므로 지진발생 이후 보수비용을 최소화하기 위하여 잔류층간변위를 줄이는 것이 필요하다.

본 논문에서는 비선형 정적해석 및 동적해석을 이용하여 가새골조의 연쇄붕괴 저항능력을 평가하였다. 모두 아홉 개의 서로 다른 가새 형태를 고려하였으며, 모멘트골조의 해석 결과와 비교하였다 비탄성 정적해석 결과에 따르면 현행 기준에 따라 설계된 저층 가새골조는 1층 중앙에 위치한 기둥이 제거될 경우 연쇄붕괴 저항성능 기준을 만족하는 것으로 나타났으나 대부분 취성적인 파괴모드를 나타내었다. 특히 압축가새가 좌굴한 후 인장가새가 인장력을 발휘하기 전에 취약한 층의 기둥이 좌굴하는 것으로 나타냈다. Inverted-V형 가새골조의 경우가 가장 연성도 면에서 우수한 것으로 나타났다. 동적 해석 결과에 따르면 모든 가새골조는 중앙에 위치한 기둥이 제거될 경우 붕괴되지 않으며, 동일한 규모의 모멘트 저항골조에 비해 진동이나 처짐량이 작은 것으로 나타났다.

에너지 설계법은 지진에 의해 누적된 손상과 구조물의 이력거동에 의한 영향을 직접적으로 고려할 수 있기 때문에 현행 내진설계 기준보다 더 합리적이다. 그러나 지반운동과 구조물 특성에 따른 에너지 응답에 대한 관련 연구자들의 합의가 아직 도출되지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 에너지 요구에 대한 지진하중과 구조물 특성의 영향을 다른 지반조건에서 계측된 100개의 지진기록을 이용하여 평가하고 기존 연구결과와 비교하였다. 해석 결과에 따르면 연성비와 지반조건은 입력에너지에 상당한 영향을 주는 것으로 나타났다. 입력에너지에 대한 이력에너지비는 연성비, 감쇠비와 강한 지진파의 지속시간에 많은 영향을 받았지만 지반조건에 따른 변화는 작았다.

본 연구에서는 단자유도계 시스템에서 작성한 이력에너지 스펙트럼과 누적된 변위 연성비 스펙트럼을 이용하여 비좌굴 가새골조의 내진설계법을 제안하였다. 먼저 목표 연성비에 해당하는 이력에너지 스펙트럼과 누적된 연성비 스펙트럼을 작성하였다. 주어진 목표 변위를 만족하기 위하여 필요한 가새의 단면적은 이력에너지 요구량과 가새에 의하여 소산된 누적 소성에너지를 같다고 하여 산정하였다. 스펙트럼을 작성하고 설계절차의 유효성을 검증하기 위하여 20개의 지진기록을 이용하였다. 제안된 방법에 따라 설계된 3층과 8층 비좌굴 가새골조의 해석결과에 따르면 최상층 변위의 평균값이 성능 목표 변위에 잘 부합됨을 알 수 있다. 또한 층간변위는 구조물 높이에 따라 비교적 일정하였는데 이것은 손상 분포가 일정하기 때문에 바람직하다. 그러므로 제안된 에너지 설계법은 기존 강도설계법의 대안으로 비좌굴 가새골조의 신뢰할만한 설계법이라고 할 수 있다.

본 연구에서는 등가 에너지 개념에 근거하여 비좌굴 가새골조의 간편한 내진설계방법을 제안하였다. 단자유도계로 치환된 구조물의 지진 입력에너지를 응답 스펙트럼으로부터 구한 후, 탄성에너지와 소성에너지를 등가 에너지 개념을 이용하여 산정한다. 이렇게 구한 소성에너지를 분배비에 따라 각 층에 분배하고, 모든 소성에너지는 가새에 의하여 소산된다고 가정하여 각 가새의 단면적을 산정할 수 있다. 제안된 방법을 검증하기 위하여 3층, 6층, 20층 가새골조를 제안된 방법으로 주어진 목표변위를 만족하도록 설계하고, 인공지진을 이용하여 결과를 검증하였다. 해석결과에 의하면 저층 건물의 최상층 변위는 비교적 목표변위를 만족하였으나, 20층 건물의 최상층 변위는 목표변위보다 매우 작아 가새가 과다하게 설계된 것으로 나타났다.

점탄성 감쇠기의 설계를 위한 자료를 얻기 위해 실물크기 5층 건물에 대해 가진과 시스템 식별을 수행하였다. 5층 바닥에 설치된 HWD는 건물을 움직이는 외부 가진력으로 작용하였고, 각 층의 응답을 측정하여 점탄성 감쇠기의 용량과 최적위치에 필요한 자료를 확보하였다. 고유진동수, 감쇠비, 모드와 같은 동적특성을 파악하기 위해 건물에 HMD로 조화하중과 백색잡음 하중을 주어 실험을 수행하였다. 동반논문에서는 건물의 층간에 설계된 점탄성 감쇠기를 설치한 후 응답 거동을 얻기 위한 실험 연구를 수행하였다.

본 연구에서는 지진하중에 의하여 철골 모멘트저항골조(MRF)와 좌굴이 방지된 가새골조(BRBF) 그리고 힌지로 접합된 좌굴이 방지된 가새골조(HBRBF)에서 발생하는 층별 이력에너지의 분포에 대하여 고찰하였다. 예제 구조물의 에너지 요구량을 산정하기 위하여 다른 지반조건에서 계측된 60개의 지진기록을 사용하였다. 해석결과에 따르면 MRF와 BRBF에서의 이력에너지는 밑면에서 최대가 되고 상부층으로 갈수록 점진적으로 감소하여, 상부층에서는 부재의 이력거동이 거의 발생하지 않았다. 그러나 HBRBF에서의 층별 이력에너지는 구조물의 높이에 따라 상대적으로 균등하게 분포하였으며, 이러한 경우 손상이 한 층에 집중적으로 발생하지 않아 다른 시스템에 비하여 보다 바람직하다고 할 수 있다. 연암 지반, 연약한 토사, 단층 근처의 지반 조건에 따른 에너지의 분포형태는 거의 동일하게 나타났다.

In equivalent static nonlinear analysis and in energy-based design, the structures are generally transforrned into an equivalent SDOF system. In this study the seismic energy demands in multi story structures, such as three-, eight-, and twenty-story steel moment-resisting frames (MRF), buckling restrained braced frames (BRBF) and a damage tolerant buckIing restrained braced frame (DTBRBF), are compared with those of equivalent single degree of freedom (ESDOF) systems. Sixty earthquake ground motions recorded in different soil conditions, which are soft rock, soft soil, and near fault, were used to compute the input and hysteretic energy demands in model structures. In case the modal mass coefficient is less than 0.8, the effects of higher modes are considered in the process of converting into ESDOF. According to the analysis results, the hysteretic and input energies obtained from three story and eight story MRF and DTBF agreed well with the results from analysis of equivalent SDOF systems. However in the twenty' story BRBF the results from ESDOF underestimated those obtained from the original structures

본 연구에서는 비선형 정적해석법인 능력스펙트럼 법을 이용하여 성능목표를 만족하기 위하여 필요한 점탄성 감쇠기를 설계하는 절차를 제시하였다. 점탄성 감쇠기의 적정 크기를 구하기 위해 목표 변위에서 필요한 유효감쇠 비를 구한 다음 구조물의 이력거동에 의한 등가감쇠 비와 고유감쇠 비를 이용하여 필요한 감쇠기의 감쇠를 구하였다. 점탄성 감쇠기를 설치할 경우에는 구조물의 감쇠뿐만 아니라 강성도 변화하기 때문에 반복계산이 필요하게 된다. 본 연구에서는 먼저 단자유도계에서 구조물의 설계변수를 변화시키면서 제안된 방법의 타당성을 검증하였다. 또한 10층의 철골조 건물에 적용하고 지진응답을 구하였다. 제안된 방법에 따라 설계된 감쇠기를 설치하고 수행한 시간이력해석 결과에 의하면 고려된 설계변수에 관계없이 목표변위를 만족하는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 죄굴이 방지된 비부착 가새가 설치된 철골조 건물의 에너지 소산능력과 지진응답에 대하여 연구하였다. 먼저 조화하중을 받는 단자유도계 구조물을 대상으로 변수분석을 수행하고 가새의 최적항복강도를 구하였다. 다자 유도계 골조구조물의 비선형 시간이력 해석을 통하여 다양한 크기와 강도를 가진 가새가 설치된 구조물의 지진응답을 분석하고, 가새의 적당한 층별 분배방법을 찾기 위하여 여러 가지 분배방법을 적용하였다. 해석결과에 따르면 일반적으로 가새의 강성이 증가함에 따라 구조물의 최대변위는 감소하였다. 그러나 구조물의 고유주기 및 하중에 따라 가새의 강성이 커짐에 따라 구조물의 최대 변위와 누적된 손상이 증가하는 것으로 나타났다.

가새형 소성 감쇠기는 에너지 소산 이력거동을 통해 강한 지진하중을 받는 구조물의 구조적 손상을 방지하거나 감소시킨다. 본 연구에서는 성능수준 만족을 위한 가새형 소성 금비기의 직접적인 설계 방법을 개발하였다. 많은 해석 시간이 요구되는 비선형 동적 시간이력해석 대신 비선형 정적해석법인 능력스펙트럼법을 이용하여 주어진 성능을 만족하기 위하여 필요한 유효 감쇠비를 구한 후 이를 이용하여 가새형 소성 감쇠기의 크기를 구하였다. 각 설계변수의 영향을 파악하기 위하여 단자유도계에서 구조물의 주기, 요구되는 탄성강도에 대한 항복강도의 비, 항목 후 강성비, 가새형 소성 감쇠기의 항복응력 등을 변수로 하여 해석을 수행하였다. 본 연구를 통해 제안된 방법을 5층과 10층 건물에 적용하여 검증하였다. 시간이력해석 결과, 제안된 방법에 따라 설계된 가새형 소성 감쇠기를 설치한 예제 구조물의 최대응답은 주어진 목표변위와 잘 일치하였다.

본 연구에서는 능력스펙트럼법을 이용하여 성능목표를 만족하기 위하여 필요한 점성 감쇠기？ 양을 간단하고 직접적인 방법으로 산정하는 방법에 관하여 연구하였다. 먼저 능력스펙트럼법을 이용하여 구조물의 비탄성 응답을 구하고 구조물의응답과 목표변위의 차이를 이용하여 필요한 유효감쇠비를 구하였다. 그리고 이러한 유효감쇠비를 이용하여 필요한 점성감쇠기의 양을 선정하였다. 본 연구에서 제안한 방법의 타당성을 검증하기 위해 10층의 철골조 건물에 세 가지 유형의 층지진하중을 가하고 제안된 절차에 따라 필요한 감쇠기의 양을 구하였다. 해석결과에 따르면 제안된 방법에 의하여 설계된 점성 감쇠기를 해석 모델에 설치하고 시간이력 해석을 수행한 결과 최대응답은 목표변위와 잘 일치함을 발견하였다.

에너지 소산장치가 설치된 건무의 비선형 시간이력해석은 복잡하고 많은 시간이 소모된다. 본 연구에서는 비선형 정적해석법인 능력 스펙트럼을 이용하여 구조물의 주어긴 거동 한계를 만족할 수 있는 감쇠기의 양을 산정하는 방법에 관하여 연구하였다. 먼저 능력스펙트럼법을 이용하여 건물의 비선형 정적응답을 구하고 건물의 응답과 목표변위의 차이를 이용하여 유효감쇠비를 구하고 이러한 유효 감쇠비를 이용하여 필용한 점성 감쇠기의 양을 구하였다. 본 연구에서는 단자 유도계에서 건물의 주기, 요구되는 탄성강도에 대한 항복강도의 비, 항복 후 강성비 등을 변수로 하여 연구를 수행하였다. 제안된 방법에 따라 설계된 점성 감쇠기를 설치한 예제 구조물의 시간이력 해석에 의한 최대 응답은 설계의 초기단계에서 사용한 목표변위와 잘 일치하였다.

본 연구에서는 철골조 건물의 내진 보강 방법으로 점탄성 감쇠기의 적용과 효과에 대하여 성능에 기초한 내진 설계의 관점에서 연구하였다. 먼저 단자유도계 구조물을 대상으로 입력된 지진에너지의 소산에 대한 감쇠기의 효과에 대하여 연구하였다. 설계하중으로 중력하중을 적용한 5층 건물과 중력하중과 풍하중을 적용한 10층과 20층 건물에 대하여 해석을 수행하였다. 비선형 시간이력해석을 수행하기 위하여 성능에 기초한 내진설계기준(안)에 제시된 표준 설계응답스펙트럼을 각 지반종류와 성능목표에 대하여 구성하고, 이를 바탕으로 인공지진을 생성하였다. 해석결과에 따르면 층간변위를 성능기준으로 적용하였을 때 모든 모델이 연약지반(기능수행 성능목표)을 제외한 대부분의 지반조건에서 기준안에 제시된 성능목표를 만족하였다. 또한 적당한 위치에 점탄성 감쇠기를 설치함으로써 내진성능을 향상시키고 구조물이 탄성적으로 거동하도록 유도함을 보였다.

To evaluate the deformation of space frame dome structure in Daegu Athletic Center, horizontal displacements of all 32 supports and vertical deflections at 8 points are predicted through the elastic analysis. The result of a comparison with the measurement data shows that the analysis well predicts the measured horizontal displacements and vertical deflections