건축 및 토목 구조물의 진동 제어분야에서 중앙집중식 제어방식은 주어진 목표응답수준을 만족시키기 위해서 전력공급, 센서, 그리고 감쇠기 등을 포함하는 복잡한 제어시스템을 구축하고 유지하는 노력이 필요하고, 구조물 유한요소모델의 큰차수, 모델의 불확실성, 가력장치의 제한 등의 이유로 적용성의 한계가 있다. 본 논문에서는 센서 혹은 컴퓨터없이 준능동 MR 감쇠기가 설치된 층만의 정보에 의해 제어력이 생성되는 분산제어식 응답의존형 MR 감쇠기가 제안하였다. 제안된 분산제어식 응답의존형 MR 감쇠기는 구조물의 층전단력에 대한 가변마찰력 크기 비의 변화에 따라 지진하중을 받는 구조물의 제어성능이 수동인 경우와 비선형 시간이력해석을 통해 비교 평가되었다. 마지막으로 일반 제어이론에서 널리 이용되는 중앙집중식 LQR 알고리듬과 본 논문에서 제안된 분산제어식 응답의존형 MR감쇠기가 3층 전단형 구조물을 대상으로 수치해석을 통해 비교 평가됨으로써 제안된 알고리즘의 유효성을 검증하였다.

본 논문에서는 풍하중에 대한 기존 송전철탑의 좌굴 및 구조적 안전성을 평가하기 위해서 축소부분구조 실험을 수행하였다. 원 송전철탑에 작용하는 중력 및 풍하중을 재현하기 위해서 1/2크기의 상사법칙을 적용한 축소모델의 상부에 설치된 삼각형태의 지그를 이용하여 가력하는 방법을 고안하였다. 설계하중에 대한 실험체의 안정성을 평가하기 위해서 예비수치 해석을 수행한 결과, 계산된 주주재의 축력은 허용좌굴하중의 사이에 분포하고 있음을 확인하였다. 최대허용좌굴 하중의 270%까지 가력한 결과, 주주재의 면외거동을 구속하는데 취약한 절점에서 발생한 국부좌굴로 인하여 송전철탑이 파괴되었다. 하중-변위 곡선, 변위, 부재별 변형률을 검토한 결과, 이러한 국부좌굴의 발생은 동일한 단면내에서도 휨모멘트로 인해 항복응력에 도달하는 시간이 위치별로 다르기 때문에 변형의 불균형에 의해서 발생한 부가적인 편심에 기인한 것으로 판단된다.

마찰형 감쇠를 갖는 구조물은 구조물의 고유주기, 하중의 특성, 그리고 외부하중에 대한 마찰력의 상대적인 크기에 따라 강한 비선형성을 나타내므로, 구조물의 최대응답을 예측하기 매우 어렵다. 기존의 연구에서는 비선형 시스템을 등가의 선형 시스템으로 치환하거나, 구조물의 비선형 시간이력해석을 통한 응답스펙트럼 분석에 의한 간단한 확률해석에 의해 수행되었다. 지진 하중은 불확실성과 불규칙성을 갖고 있기 때문에 확률적으로 정의된다면, 지진하중을 받는 마찰형 감쇠를 갖는 구조물의 응답 역시 확률분포를 나타낼 것이다. 본 논문에서는 Kanai-Tajimi 필터를 이용해 생성된 인공지진하중에 대해 마찰형 감쇠를 갖는 구조물의 비선형 시간이력 해석이 수행되었다. 그리고 정규분포 확률밀도 함수에 선형 회귀분석을 통해 얻어진 구조물의 주기와 마찰력의 크기에 의한 변수를 업데이트 시킨 마찰형 감쇠를 갖는 구조물의 변위 응답 확률밀도함수식이 제시된다.

This paper deals with the numerical model of a bracing-friction damper system and its deployment using the optimal slip load distribution for the seismic retrofitting of a damaged building. The Slotted Bolted Connection (SBC) type friction damper system was tested to investigate its energy dissipation characteristic. Test results coincided with the numerical ones using the conventional model of a bracing-friction damper system. The placement of this device was numerically explored to apply it to the assumed damaged-building and to evaluate its efficiency. It was found by distributing the slip load that minimizes the given performance indicies based on structural response. Numerical results for the damaged building retrofitted with this slip load distribution showed that the seismic design of the bracing-friction damper system under consideration is effective for the structural response reduction.

Structures with Coulomb-friction damping system have strong nonlinearity that the dynamic behavior is highly affected by the relative magnitude between frictional force and excitation load. In this study, normalized response spectra of the structures with non-dimensional friction force are obtained through nonlinear time history analyses of the mass-normalized single degree of freedom systems using ground motion data designed by ATC-40 and Korean Building Code 2005(KBC 2005) on each slte. The variation of the control performance of Coulomb-frictional damping system is investigated in terms of the dynamic load and the structural natural period, of which effects were not considered in the previous studies. Finally, Design spectra of the structure with Coulomb-frictional damper considering the safety of structural design is proposed though linear curve fitting

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 연구에서는 건물모델만을 물리적인 실험체로 이용하여 동적 지반강성을 갖는 지반-구조물계의 동적거동을 모사하기 위한 하이브리드 진동대 실험법을 제안하고 이를 실험적으로 검증하였다. 본 연구에서 제안되는 실험방법은 상부구조물과 진동대의 가속도를 계측하여 진동대 제어기로 피드백하고, 전체 지반-구조물계의 동적거동을 묘사하기 위해 요구되는 기초부분의 절대가속도 응답(가속도 피드백 방법) 또는 절대속도 응답(속도 피드백 방법)을 계산하여 진동대를 구동시키는 방법이다. 지반부분을 계산하기 위해서 이론적인 동적지반강성을 제안방법에 따라서 다르게 근사화하여 진동대 제어기에 반영함으로써 실험을 수행하였다. 기초 고정계 모델에 대한 실험으로부터 계측된 응답과 본 논문에서 가정한 지반-구조물 계에 대한 실험으로부터 측정된 응답을 비교하고, 진동대 제어기에 반영한 동적지반강성과 실험데이터를 이용하여 식별된 동적지반강성을 비교함으로써 본 논문에서 제안된 실험방법의 유효성을 검증하였다.

Forced vibration testing is important for correlating the mathematical model of a structure with the realone and for evaluating the performance of the real structure. There exist various techniques available for evaluating the seismic performance using dynamic and static measurements. In this paper, full scale forced vibration tests simulating earthquake response are implemented by using a hybrid mass damper. The finite element(FE) model of the structure was analytically constructed using ANSYS and the model was updated using the results experimentally measured by the forced vibration test. System identification of real-scaled 5 story building structure which is located in UNISON INC. is conducted on the updated FE model.

It is considered that taking off such thought that our country is safe from earthquakes, the development of technologies to prevent secondary calamities due to seismic loads such as a fire and gas explosion is urgently required. The objective of this study is to establish the level of indices for determining the danger level of structures, which can be applied to a real-time seismic monitoring to minimize auxiliary damages of structures due to earthquakes. First, the cumulative absolute velocity (CAV) closely related to the concept of averaged velocity of a certain earthquake wave and the spectral intensity (SI) values based on the velocity response spectrum are addressed to specify a certain level of indices for a real-time seismic monitoring. Then, the CAV and SI values are calculated with the artificial seismic waves that are produced based on the design response spectrum of a structure specified in the seismic criteria of KBC 2005. Finally, the early warning, shut-down of facilities and escape stages are proposed by determining the level of indices which are compared with the results of existing studies.

본 논문에서는, 동조액체감쇠기(이하 TLD)만을 실험적 부분구조로 이용하여 TLD가 설치된 건축구조물의 지진 응답 제어효과를 평가하기 위한 실시간 하이브리드 실험법을 제안하고 진동대 실험을 통해 실험적으로 규명한다. 제안된 실험법에서, TLD가 설치된 전체구조물은 상부의 TLD와 하부의 구조물 부분으로 각각 실험적 그리고 수치해석적 부분구조로 나누어진다. 이때 부분구조 사이의 경계면에서 작용하는 하중 또는, TLD에 의한 제어력은 진동대에 설치된 전단형 로드셀에 의해 계측되며 진동대는, 계측된 경계면에서의 제어력이 상부에 작용하고 또한 동시에 기초에 지진하중이 작용하는 수치해석적 부분구조로부터 계산된 응답으로, 상부에 설치된 TLD를 가진하게 된다. 제안된 실험법에 의한 결과와 TLD와 건물모델 모두를 제작하여 실험하는 기존의 방법에 의한 실험 결과들은 서로 잘 일치하며, 이로써 본 논문에서 제안된 실험법을 이용하여 TLD의 제어성능을 손쉽게 평가 할 수 있음을 알 수 있다.

가섭선 및 애자가 연결되어 있는 복잡한 구조물인 송전철탑의 3차원 모델링을 통하여 동특성을 파악하고, 풍하중에 대한 응답 특성을 정적, 동적 및 좌굴 해석을 가섭선의 절단 유무에 따라 분석하였다. 우선, 고유치해석을 통해, 송전철탑이라는 구조시스템이 일반 건축물과는 달리 극소수의 저차 모드가 구조물의 동적 거동을 좌우하지 않고, 상대적으로 많은 모드들이 동적 거동에 기여한다는 것을 확인하였다. 두 번째로, 정적 해석과 좌굴 해석을 통해, 대상 구조물이 정적인 개념의 풍하중에 대해서 구조적으로 안전하고 좌굴에 대해서도 충분한 안전율을 확보하고 있음을 확인하였다 그러나, 모든 가섭선이 단절되는 극단적인 경우에는 안전율이 상당히 낮아졌으며 이러한 경우에 구조물의 붕괴 및 전도를 방지할 대책에 대한 검토가 필요하다고 사료된다 마지막으로, 풍하중의 시간에 따른 변화를 고려한 동적해석을 통해, 풍하중의 동적 변동성분이 구조물의 응답을 증가시키고 있음을 확인하였다.

본 연구에서는, 지진하중에 의해 구조물에 발생하는 진동을 제어하기 위하여 토글 시스템의 비선형성을 연구하고, 자기유변유체(MR) 감쇠기를 장착한 토글 가새시스템의 성능을 평가하였다. Bingham 모델로 표현되는 MR감쇠기의 제어력이 속도의 함수인 점을 고려하여, 토글 가새시스템에 의한 속도증폭계수를 계산하였고 토글 형태에 대한 증폭계수효과를 평가하였다. 특히 강한 지진하중에서 쉐브론과 대각가새 등의 전형적인 가새시스템에 장착된 MR감쇠기가 충분한 응답감소효과를 제공하지 못하는 경우에, 토글 가새시스템을 사용하여 제어성능을 크게 강화시키는 것을 수치해석 결과를 통하여 확인하였다.

이 논문에서는 소형 다층 구조물의 진동제어에 적용하기 위한 복합모드의 자기유변유체(MR) 감쇠기를 개발하였다. 우선, 도식적으로 전단, 유동, 복합모드 MR감쇠기의 형태를 설계조건과 함께 표현하였고, 각각의 모드에 대하여 자기장에 따른 감쇠력을 예측하기 위한 해석모델을 유도하였다. 다음으로 적당한 크기의 복합모드 MR감쇠기를 제작하고 자기장에 따른 감쇠특성을 시간영역에서 평가하였다. 마지막으로 지진하중을 받는 소형구조물에 제작된 MR감쇠기가 준능동 제어기로 제어하였을 때의 성능을 수치적으로 평가하였다.

This paper presents vibration control of a real-scaled five-story steel structure subjected to horizontal excitation using a semi-active magneto-rheological (MR) damper. A large-sized double-rod MR damper, which is applicable for vibration control of the real-scaled five-story structure, is designed and manufactured on the basis of the field-dependent Bingham model of the MR fluid. The damping force of the MR damper is experimentally evaluated with respect to the excitation frequency at various magnetic fields. After formulating the governing equation of motion for the five-story structure associated with the MR damper, displacement and acceleration responses of the structure are discussed under pseudo earthquake excitation in which a hybrid mass damper is designed to reproduce seismically excited structural responses. The controllers which require only structural response of the damper installed floor for calculating the input current of the MR damper are designed to effectively suppress unwanted structural vibrations

Seismic control performance of MR dampers, which have severe nonlinearity, is different with respect to the dynamic characteristics of earthquake excitations such as magnitude and frequency contents. In this study, effects of excitation characteristics on the equivalent linear system represented by an equivalent damping ratio for single-degree-of-freedom (SDOF) systems with a MR damper are investigated through numerical analysis for various natural frequencies of the structures and design parameters of the MR damper. In addition, to implement the an equivalent linearization procedure considering non-stationarity and frequency contents of the earthquake excitation, seismic response reduction factors for artificial earthquake ground motions are proposed using regression analysis of the linear structural responses. Analysis results show that the relative magnitude of the excitation compared to the friction force of the MR damper and frequency contents of the excitation affect the equivalent damping ratio considerably, and appropriate combination of friction and damping produces additional damping effect

In this paper, simulating the wind induced responses of a building structure using a linear mass shaker is presented. The shaker force 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 wind and exciter induced responses is minimized by preventing the shaker 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 linear mass shaker installed at a specific floor can approximately embody the structural responses induced by the wind load applied to each floor of the structure. The linear mass shaker signal is generated 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.

This paper presents a design process for viscoelastic dampers and a full-scale test of a 5-story steel structure with added viscoelastic dampers. The mechanical properties of viscoelastic dampers and the dynamic characteristics of the model structure were obtained from experiments, and the results were used in the design process. The additional damping ratios required to reduce the maximum response of the structure to a desired level were obtained first by the convex model. Then the size of dampers to realize the required damping ratio was determined using the modal strain energy method by observing the change in modal damping ratio due to the change in damper stiffness. The designed viscoelastic dampers were installed in the first and the second inter-stories of the model structure, and the system was excited by a hybrid mass driver located on the fifth floor. The experimental results indicated that after the dampers were installed the dynamic response of the full-scale model structure reduced as desired in the design process.

Substructuring technique is a method that an original structural model is divided into two parts; experimental and numerical substructures, and then its dynamic characteristic is replicated with only experimental substructure which is manufactured as a physical model and is tested. This paper proposes a shaking table testing method based on the substructuring technique and discuss its experimental verification. By applying the substructuring technique to an original structural model, it is decomposed into two parts; an upper experimental substructure with multi degrees-of-freedom and an lower numerical substructure. At the moment, interface force becomes to act between their interfaces due to artificial dividing into two parts. In this paper, numerical substructure corresponding to the lower part with single or multi degrees-of-freedom of the original multi degrees-of-freedom is incorporated in control computer of shaking table, to produce the interface acceleration by inputting the interface force which is experimentally measured from the upper experimental substructure. Finally, shaking table is used for exciting the upper experimental substructure with the motion of the interface acceleration. Experimental results show the validity of the proposed method that an experiment can be implemented by feedback of the interface acceleration.

This paper describes dynamic characteristics of a power transmission tower consisting of lots of power lines and insulators. A numerical 3D modeling for the static, dynamic and buckling analyses of the power transmission tower is presented considering the case when the power lines are cut. Eigenvalue analysis indicates that the transmission tower shows different behavior comparing to usual structures governed by several low modes. The transmission tower is governed by lots of modes. It is verified that the transmission tower is structurally safe against the static wind and buckling loads. But the structural and buckling safety is not guaranteed when all power lines are cut, which comes to collapse the transmission tower. Further study is in need to overcome such case. Wind dynantic analysis shows that fluctuating wind loads increase the response of the tower.

In this study, a seismic design methodology for a friction damper based on the story shear force of an elastic building structure is proposed. First, using two normalization methods for the slip-load of a friction damper, numerical analyses of various single-degree-of-freedom systems are performed. From those analyses, the effect of the slip-load and brace stiffness was investigated and the optimal stiffness ratio of the brace versus original structure was found. Second, from the numerical analysis for five multi-story building structures with different natural frequency and the number of story, reasonable decision method for the total number of installation floor, location of installation and distribution of slip-loads are drawn. In addition, an empirical equation on the optimal number of installation floor is proposed. Finally, the superiority of the proposed method compared to the existing design method is verified from the numerical analysis.