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.

원자력발전소의 기기, 배관 시스템과 같은 부속구조물의 동적 응답을 먼기 위해 사용되는 층응답스펙트럼은 일반적으로 주구조물과 부속구조물의 동적 상호작용이 반영되지 않고 만들어진다. 본 연구에서는 기기와 구조물의 동적 상호작용이 고려된 해석을 통해 층응답스펙트럼을 생성시키는 해석법을 기술하였다. 이 방법은 기기를 모사하는 단자유도계와 기기가 놓여있는 구조물의 임피던스로 분할되는 부분구조 해석법을 적용하여 기기의 응답을 구한다. 단자유도계의 진동수, 감쇠비 및 질량 특성을 변화시키면서 최대 동적 응답을 계산함으로써 일련의 층응답스펙트럼을 작성한다. 전형적인 원자력발전소의 원자로 구조물에서 본 방법을 고려한 층응답스펙트럼과 기기를 포함한 전체 해석으로부터 작성된 층응답스펙트럼과 비교함으로써 본 연구의 타당성을 확인하였다. 기기-구조물 상호작용 효과를 확인하기 위하여 구조물 질량의 1% 이내인 기기에 대하여 기술된 방법과 기존 방법을 각각 적용하여 최대 응답값을 비교하였다. 그 결과 지배 진동수 부근에서 기기-구조물 상호작용을 고려한 응답이 그렇지 않은 경우인 기존방법의 응답에 비하여 저감되는 현상을 보였다.

대공간의 쇼핑몰, 오피스 등과 같이 낮은 고유진동수를 가지는 구조물들은 사람의 활동에 의하여 큰 동적응답이 발생할 수 있다. 이러한 활동은 한 사람의 경우보다는 여러 사람에 의한 경우가 더 일반적이다. 본 연구의 목적은 구조물의 모드형상을 이용하여 보행자 전용 구조물과 같이 무리하중을 받는 구조물의 응답을 간단하게 평가하는 것이다. 이를 위하여 사람간의 상관관계가 고려된 무리하중을 받는 구조물의 응답에 관한 식을 유도하였다. 그리고 무리하중을 구성하는 개개의 하중의 연관성을 파악하기 위하여 두 개의 로드셀을 이용하여 하중간의 상관관계를 조사하였다. 구조물의 모드와 하중간의 상관관계에 대한 식을 이용하여 무리하중에 의한 응답을 구조물의 모드형상만으로 평가하는 방법을 제시하였다. 이 방법의 효율성을 확인하기 위하여 보와 바닥판의 예를 들어 무리하중을 동조시킨 경우와 그렇지 않은 경우에 대하여 응답을 평가하였으며 마지막으로 실제 사용중인 구조물을 대상으로 무리하중을 동조시킨 경우와 그렇지 않은 경우에 대하여 응답을 계측하고 이를 제시한 방법과 비교하였다

본 연구의 목적은 건축구조물의 지진응답제어를 위한 MR 감쇠기의 크기, 개수 및 최적위치를 결정하는 설계절차를 제안하는 것이다. 기존의 연구에서 제안된 MR 감쇠기의 모델링 방법들의 특성과 차이점을 진동제어효과의 관점에서 분석하였으며, 이 모델 중 해석이 간단하고 이력특성을 모사할 수 있는 이력 이점성 모델을 사용하여 MR 감쇠기의 변수연구를 수행하였다. 건축구조물의 층간에 설치되는MR 감쇠장치의 용량은 지진응답의 경우 구조물의 주기와 감쇠비에 따라 층전단력이 다르게 됨을 고려하여, 20개의 지진하중에 대한 해석으로부터 구한 응답스펙트럼을 이용하여 결정하였으며, 설치 갯수에 따른 제어경향을 분석하였다. MR 감쇠기의 크기, 개수, 그리고 최적위치를 결정하기 위한 방법이 제안되었으며, 기존의 점성감쇠기 설계시 이용되는 층간변위 혹은 층간속도가 가장 큰 층에 순차적으로 설치하는 방법과의 비교를 통해 유효성을 검증하였다. 수치해석결과는 제안된 방법을 사용하여 MR 감쇠기의 크기, 개수, 그리고 위치를 합리적으로 결정할 수 있음을 보여준다

In this paper, the preliminary design procedure of magnetorheological (MR) dampers is developed for controlling the building response induced by seismic excitation. The dynamic characteristics and control effects of the modeling methods of MR dampers such as Bingham, biviscous, hysteretic biviscous, simple Bouc-Wen, Bouc-Wen with mass element, and phenomenological models are investigated. Of these models, hysteretic biviscous model which is simple and describes the hysteretic characteristics, is used for numerical studies. The capacity of MR damper is determined as a portion of not the building weight but the lateral restoring force. A method is proposed for optimal placement and number of MR dampers, and its effectiveness is verified by comparing it with the simplified sequential search algorithm. Numerical results indicate that the capacity, number and the placement can be reasonably determined using the proposed design procedure

동적 불안정 좌굴현상에 관한 연구는 다소 발표되고 있으나, 주기성을 가진 하중하에서의 동적 좌굴을 다룬 연구는 그리 많지 않은 편이다. 주기성을 가진 하중하에서의 거동은 STEP 하중하에서의 거동과는 매우 다르리라 예상된다. 본 논문에서는 동적 불안정의 기본 메커니즘을 파악하기 위하여 양단 핀으로 고정된 정현형 아치가 정현형 조화하중을 받았을 때의 얕은 아치를 대상으로 한다. 얕은 아치의 동적 간접 좌굴 메커니즘을 파악하기 위하여 STEP 하중뿐만 아니라 정현형 조화하중일 때를 대상으로 한다. 동적 비선형 응답 특성을 알기 위하여 수치적분에 의해 기하학적 비선형 운동방정식을 유도한다. 여기서 얻어진 비선형 변위 응답으로 FFT(Fast Fourier Transform)에 의한 연속 응답 스펙트럼을 구해 동적 불안정 특성에 관해서 분석한다.

본 연구에서는 지하구조물의 내진 설계를 위한 수정된 응답변위법을 제안하였다. 먼저 기존 응답변위법의 적용성을 검증하기 위해서 매설심도와 지반조건을 변수로 하여 국내의 특성이 반영된 경우에 대한 해석을 수행하였으며 정밀 동적 해석의 결과와 비교하였다. 최대휨모멘트 및 상대 변위를 비교한 결과, 응답변위법의 정확도에 영향을 크게 미지는 속도응답스펙트럼과 지반반력계수 산정의 필요성이 확인되었다. 따라서 국내의 실정에 맞도록 수정된 속도응답스펙트럼과 새로운 지반반력계수 산정식 제안을 위한 방법을 고찰하였다. 제안된 응답변위법의 타당성 및 적용성을 검증하기 위하여, 지반의 조건 및 구조물의 크기 매설심도, 기반암의 위치를 변화시키면서 해석을 수행하였다. 응답변위법의 해석결과와 정밀 동적 해석법의 결과를 비교ㆍ분석하여 국내 지하구조물의 내진 설계를 위한 응답변위법의 적용 가능성을 검증하였다.

The purpose of this paper is to determine the optimal placement of MR dampers for the vibration control of building structures. The dynamic characteristics of Bingham model, Simple Bouc-Wen model, Simple Bouc•Wen model with Mass Element and Spencer model for the modeling of MR dampers, were investigated. By performing the numerical analysis of SDOF system excited by harmonic, white noise, and seismic load, the type and amplitude of excitation which are important design factors of MR dampers were considered. Finally, Four cases for placement of MR dampers installed at 20-story building structure were considered and the corresponding results indicate that the case installing MR dampers sequentially at the story with maximum inter-story drifts provides the best performance.

최근 우리나라의 대도시에서는 주거와 상업기능을 동시에 갖는 복합용도의 건축물이 많이 건설되고 있는데, 이러한 건물은 대부분 하부골조에서 연층, 약층 또는 비틀림 비정형을 띠게 된다. 본 논문의 목적은 이러한 건물의 지진응답을 실험을 통해 관찰하는 것으로서 1:12 축소모델의 진동대 실험을 통해 다음과 같은 결론에 이르렀다. 1) 구조물의 불확실성으로 인한 우발비틀림을 예측하는 것은 정적해석에 의한 방법보다 동적해석에 의한 방법이 더 타당하였다. 2) 횡운동과 비틀림운동이 연관되어 있을 때, 전도모멘트는 지진방향 뿐만 아니라 지진방향에 수직인 방향으로도 상당부분 작용하였으며, 일반적인 해석프로그램에서 수행하는 모드해석법으로는 이와 같은 거동을 예측하기에 부적절하였다. 3) 모드형상과 BST 다이아그램을 통해 대상구조물과 같은 건물의 주요 진동모드와 파괴양상을 쉽게 예측할 수 있었다.

본 논문에서는 유연한 철제와 목조 지붕구조체를 가진 1/2 축소 전단벽 건물의 진동대 실험결과를 이용한 성공적인 구조물의 재해석과 선형ㆍ비선형 동적특성을 연구하기 위한 해석모델링 방법에 대해서 연구하였다. 대상 건물은 유연한 지붕구조체와 4개의 보강조적조 전단벽으로 구성되어 있다. 유연한 지붕구조체의 동적특성 때문에 다자유도 모델을 사용하였으며, 다수의 선형 및 비선형 동적해석을 실행하기 위하여 구조물의 자유도를 단순화하였다. 각각의 구조부재의 이력특성과 재료특성 그리고 동적해석을 수행하기 위한 주요 구조변수의 적절한 설정 방법에 대하여 고찰하였다.

The purpose of this paper is to present a design method for friction damper (FD) for inelastic response control of short-period structure. A critical design parameter of FD is maximum friction force (MFF) and previous study evaluated MFF using equivalent damping ratio which is based on the maximum displacement. This procedure, however, gives the overestimated MFF for short-period structure. In this study, MFF of FD is evaluated based on RMS displacement response which is obtained by using given maximum response and peak factor. Numerical analysis shows that proposed method provide a reasonable MFF of FD for short-period structure.

본 논문에서는 시간영역에서의 응답을 이용하여 복잡한 트러스의 구조물에서 발생할 수 있는 손상의 위치와 크기를 추정할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 일정한 시간동안 획득한 응답데이터를 각 부재별 평균 변형에너지를 구하기 위하여 공간적으로 확장하였다. 이렇게 확장된 평균 변형에너지는 다시 손상 지표를 구축하는데 사용하였으며, 손상 지표는 손상 전과 손상 후의 구조물의 강성의 비이다. 본 논문에서 제안한 방법론의 타당성은 유한요소 모델로 손상을 모의하고 이로부터 얻은 응답데이터를 적용하여 입증하였다. 또한 응답데이터에 노이즈를 추가하여 노이즈가 제안한 알고리즘에 미치는 영향도 분석하였다.

건축구조물의 내진성능을 효율적으로 평가하기 위해서는 다자유도계 구조물을 등가 1자유도계로 표현하는 것이 필요하다. 본 연구는 다층 철근콘크리트 골조구조를 등가 1자유도계로 치환하는 방법을 제시하였다. 다층 철근콘크리트 모멘트 골조를 등가 1자유도계로 치환하여 모델화에 따른 비선형 시간이력해석을 통하여 다자유도계 구조물의 축약 방법의 타당성을 검토하는 것이 목적이다. 다층 골조구조의 정적 비선형 해석을 수행하여, 등가 1자유도계의 복원력 모델을 설정하였다. 다층 골조 구조의 비선형 시간이력해석 응답치와 등가 1자유도계의 시간이력해석 응답치를 비교하여, 등가 1자유도계 모델의 타당성을 검증하였다. 다층 철근콘크리트 골조구조를 등가 1자유도계로 치환하여 비선형 지진응답을 구하는 방법은 충분히 그 타당성이 있다는 것이 확인되었다. 다층 철근콘크리트 골조구조의 대표변위로서 1차모드참여 yector_1,\beta{_1\mu}= 1인 높이가 등가 1자유도계의 응답을 가장 근사하게 나타내는 것을 알 수 있었다. 등가 1자유도계의 지진응답해석에 사용하는 복원력 모델의 이력곡선에 따라 응답파형에 차이가 생기므로, 실제 frame 구조의 복원력 특성을 반영한 이력모델을 선정하는 것이 중요하다.

교대-인접토체사이의 상호작용으로 인한 비선형 교대거동이 교량구조물의 전체지진응답에 미치는 영향을 다양한 인자들을 고려할 수 있도록 개발된 이상화된 교량 해석모형을 이용하여 분석하였다. 교대의 비선형 운동은 교대의 강성저하를 반영하는 비선형 스프링으로 모형화하였으며, 비선형효과를 분석하기 위하여 현행 도로교 설계기준에서 제시하고 있는 일정강성을 적용한 선형스프링을 이용한 상대적인 선형모형과 결과를 비교하였다. 분석결과로부터 전체적인 교량구조물의 지진응답은 교대진동계의 모형화 방법 밑 인접한 토체의 조건에 따라 다양하게 나타나며, 교대진동계는 교량구조물의 지진응답에 중요한 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 인접진동계간 최대상대거리는 비선형 모델을 적용한 경우가 상당히 증가하는 것으로 나타났으며, 특히 전체 교량구조물에서 낙교의 발생가능성이 가장 큰 위치에서 최대 30%, 정도까지도 증가하는 것으로 분석되었다. 또한 촘촘한 모래를 갖는 토체조건 하에서는 경간수가 증가할수록 교대의 비선형 거동에 따른 영향은 증가하는 것으로 평가되었다. 따라서 교량구조물의 지진거동 분석시 교대의 거동특성을 보다 실제적으로 반영하기 위해서는 교대의 비선형거동이 합리적으로 고려되어야 할 것으로 판단된다.

이 연구의 목적은 지하구조와 강진동에 의한 지반의 응답을 추정하는 데에 있어서 상시미동의 활용법을 평가하는 것이다. 이 목적을 달성하기 위하여, 상시미동의 연구현황을 검토하였으며, 여러 곳에서 측정한 상시미동을 분석하였다. 먼저 오후 10시부터 다음날 오전 6시까지 매시간 80초씩 밤에 8시간에 걸쳐 측정한 상시미동을 분석하여 상시미동의 안정성을 조사하였다. 그 결과 10Hz이하의 저주파 대역에서 상시미동 스펙트럼은 시간에 따라 대체로 변화가 없는 것으로 나타났으며, 또한 스펙트림은 지하구조에 대한 정보를 포함하고 있는 것으로 보였다. 지하구조는 상시미동 기록으로 결정한 탁월주파수로부터 추정되었으며, 이 방법으로 추정된 구조는 경주의 여러 장소에서 다른 지구물리학적 탐사에 의하여 알려진 구조와 비교되었다. 이러한 비교결과 대부분의 장소에서 두 구조는 개략적으로 일치함을 보여 주었다 상시미동의 수직성분에 대한 수평성분의 스펙트럼비(HVSR)를 이용하는 기법은 지진동에 대한 지반의 응답을 결정하는 간접적인 방법으로서 제안되어 왔다. 경주의 여러 장소에서 기록된 상시미동의 HVSR을 계산하여 지하구조가 알려진 장소에서 이론적으로 계산한 전달함수와 서로 비교해 보았다. 비교결과는 양자 사이에 스펙트럼의 최대 주파수에서 개략적인 일치를 보여 준다.

원자로 내부구조물의 상부안내구조물집합체는 노심지지배럴과 내부배럴집합체와 함께 원통형의 실린더 구조이며, 유체의 난류하중과 펌프의 맥동하중으로 인한 유체유발하중을 수평방향으로 받는다. 본 논문에서는 이 유체유발하중에 대한 랜덤진동해석과 조화응답해석을 수행한 내용을 기술하였다. 이 해석을 위해 집중질량 보 요소 모델을 사용하였고, 랜덤하중과 펌프맥동하중으로 발생되는 동적응답특성을 평가하였다. 특히 원통형태의 상부안내구조물, 노심지지배럴, 내부배럴집합체 사이에서 형성되는 환형공간의 동수력 연성 효과를 고려하여 모델링 하였고, 상부안내구조물 안쪽에 설치되는 내부배럴집합체의 추가 영향을 검토하였다. 내부배럴집합체의 추가로 인한 하중조건별 최대동적응답은 구조물의 고유진동수에 영향을 받으며, 따라서 구조물의 최대동적응답은 여러 하중 조건별 동적해석 평가를 통해 보수적으로 구하여져야 한다.

지진하중을 받는 구조물의 시스템 연성요구도 산정과 비선형 지진거동 예측에 대한 연구는 성능에 기초한 내진설계에서 구조물의 내진성능을 평가하는데 있어서 매우 중요한 분야이다. 본 연구에서는 철골 모멘트골조 구조물에 대하여 비선형 시간이력해석에 의한 비선형 지진응답과 시스템 연성요구도를 산정하고, 그 결과를 비선형 정적해석을 이용한 능력스펙트럼법과 비교하였다. 예제구조물에 대한 내진성능평가는 ATC-40에서 제시된 능력스펙트럼법과 본 연구에서 제안한 다자유도 시스템으로부터 직접 산정된 대표응답을 이용한 개선된 능력스펙트럼법과 비교하였다. 본 연구에서 제안된 방법의 정확성과 타당성은 ATC-40에서 제시된 방법과 제안된 방법에 의한 결과를 비선형 시간이력해석에 의한 비선형 지진응답과 비교함으로써 검증하였다.

본 연구에서는 부분적으로 정상상태 확률과정으로 모델링할 수 있는 가진입력에 대하여 확률적으로 정의된 구조물의 최대응답에 대한 구속조건을 만족시키면서 제어력을 최소화 할 수 있는 최적설계 방법을 제안한다. 최적화 과정에서 안정성의 확보를 위해 제어기를 전상태 피드백 LQR제어기의 형태로 한정하였으며 가중치 행렬을 설계변수로 하고 Riccati 행렬을 매개변수로 하여 목적함수와 구속조건 함수 및 그 기울기를 계산한다. 제안된 방법을 통해 설계된 전상태 피드백 LQR제어기는 목표 응답성능을 만족시킬 수 있었고 이에 필요한 최대 제어력을 확률적으로 정량화하여 제어금기의 제작에 유용한 자료가 될 수 있도록 하였다. 상태변수 추정을 위해 독립적으로 설계된 Kalman 필터와 최적화된 LQR 제어기가 결합된 LQG 제어기 및 그 차수를 축소시킨 제어기는 모두 큰 성능의 저하가 없었으며 따라서 제안된 설계방법을 이용하여 구조물의 최대응답에 관한 구속조건을 만족시키는 출력 피드백 제어기 설계가 충분히 가능함을 확인하였다.

In the presence of incident waves with different frequencies, there are second order sum and difference frequency wane exciting forces due to the nonlinearty of the incident waves. Although the magnitudes of these nonlinear forces are small, they act at sum and difference frequencies away from those of the incident waves. So, the second order sum and difference frequency wane loads occurring close to the natural frequencies of TLPs often give greater contributions to high and low frequency resonant responses. The components of the second order forces which depend on first order quantities have been evaluated using the three dimensional source distribution method. The numerical results of time domain motion analysis for the nonlinear wave exciting forces in regular waves are compared with the numerical ones of frequency domain analysis. The results of comparison confirmed the validity of the proposed approach.