본 연구에서는 동조질량감쇠기(TMD)와 동조액체 기둥감쇠기(TLCD)로 구성된 2방향 감쇠기의 제어성능을 실험적으로 검증하였다. 본 연구에 사용된 감쇠기는 한방향으로는 TMD로 거동하고, 다른 직교하는 방향에서는 TLCD로 거동하여 제어력이 발생하는 감쇠기이다. 우선, 제작된 감쇠기의 동적특성과 TMD와 TLCD에 의해 발생하는 제어력들의 연계효과를 조사하기 위한 진동대 실험을 수행하였다. 다음으로 이러한 실험결과를 바탕으로 감쇠기의 동적특성에 영향을 미치는 파라미터를 정량적으로 평가하였다. 본 연구에서 사용된 감쇠기가 입사각을 갖는 진동에 의해 가진될 때 TMD와 TLCD에 의해 연계된 제어력이 발생하는 것을 진동대 실험결과로부터 확인하였다. 또한, 감쇠기가 건축물의 2방향 응답제어에도 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.

실시간 하이브리드 실험법(real-time hybrid testing method)은 구조물의 수치해석부와 실험부 부분구조를 운동방정식으로 통합하여 실시 간으로 동시에 계산과 실험을 수행하는 방법이다 본 연구는 실시간 하이브리드 실험법을 사용하여 수동 및 준능동 MR감쇠기가 설치된 건축구조물의 내진성능을 정량적으로 평가한다. 건물 모델은 실물 크기 5층 건물을 강제진동실험 결과를 통해 식별한 수치모델로 사용하였고, MR감쇠기는 실험적 부분구조르 UTM에 설치되었다. 본 연구에서 수행되는 실시간 하이브리드 실험은 사인파 및 지진파 가진을 통하여 얻은 결과와 전류에 따른 MR감쇠기의 제어력을 이용하여 얻은 Bouc-Wen모델을 사용하여 얻은 해석모델과 일치함으로 그 유효성을 입증하였다. 또한 예비연구로써 구조물의 응답을 최적으로 제어하기 위한 clipped-optimal 제어알고리즘과 modulated homogeneous friction 준능동 제어알고리즘을 MR감쇠기에 적용하였다. 각 전류별 Bouc-Wen모델을 곡선맞춤하여 각각의 Bouc-Wen모델 파라미터를 식별하였으며 그 결과를 준능동 제어알고리즘 수치해석에 적용하였다. 또한 실시간 하이브리드 실험법을 이용한 준능동 제어 실험결과와 해석결과를 비교하여 준능동 제어알고리즘의 성능을 평가함에 있어 실시간 하이브리드 실험이 합리적임을 보여준다.

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 논문에서 건축구조물의 풍응답 구현을 위한 선형질량가진기(linear mass shaker, LMS)와 능동동조질량감쇠기(active tuned mass damper, ATMD)를 이용한 가진시스템을 제안한다. 가진시스템을 위한 가진기의 힘은 가진기에 의한 구조물의 목표응답의 전달함수를 사용하여 계산된다. 필터와 포락곡선함수는 예측하지 못한 모드응답에 의한 가진과 초기 과도응답을 제거함으로써 실제 바람에 의한 응답과 가진기에 의한 응답의 오차를 최소화하기 위하여 사용되었다. 수치예제로는 풍동실험을 통한 풍하중이 주어진 76층 벤치마크 구조물을 이용하여 수치해석을 수행하였으며, 그 결과는 특정층에 설치된 가진시스템은 풍하중이 전층에 가진되었을 때의 응답을 근사하게 구현할 수 있음을 보여준다. 제안된 방법에 의해 설계된 가진시스템은 실제 건축구조물의 풍응답 특성을 평가하는데, 그리고 풍하중을 받는 건물의 정확한 수치모델을 얻는데 효과적으로 사용될 수 있다.

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.

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.

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.

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

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.

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.

The purpose of this paper is to evaluate the performance of a MR fluid damper for seismic vibration control of a structure in terms of equivalent linear damping or stiffness based on linearization technique and to experimentally verify the results from linearization technique by comparing them to those from system identification of a building structure with MR damper. First, among the various models for MR damper, the equivalent stiffness and damping are estimated for Bingham model which is mathematically simple and for Bouc-Wen model which can describe any kind of hysteretic behavior. Second, transfer function of a building structure with MR damper is obtained by performing shaking table tests and the stiffness and damping matrices of the structure are constructed using the modal information obtained by the transfer function. It is observed that the damping mathematically estimated using linearization technique for Bingham model matches well with the damping coefficient experimentally obtained by system identification.