본 연구에서는 구조물의 진동제어를 위하여 사용되는 가장 대표적인 수동형 제진장치로 알려진 동조질량 감쇠기(Tuned Mass Damper, TMD)의 동적특성을 운영 중에 추정하는 기법에 대해서 다룬다. 동적특성 추정법은 무향칼만필터에 기반하고 있으며, 구조물과 TMD의 계측 가속도를 이용한다. TMD 파라미터 중에 마찰계수를 추정 파라미터로 포함하는 경우와 그렇지 않은 경우로 구분하여 마찰계수가 TMD의 동적특성에 미치는 영향을 평가하였다. 추정된 TMD 파라미터와 TMD에 의해서 분화된 두 개의 인접모드의 동적 특성을 이용하여 제어 대상 모드의 동적특성을 추정하여 제진장치에 의한 제어성능을 평가하였다. 본 연구에서 제안된 TMD 파라미터 추정법을 실 구조물 계측응답에 적용한 결과 안정적인 파라미터 추정이 이루어지는 것을 확인할 수 있었으며 제어성능 평가가 가능함을 검증하였다.

본 연구에서 적용한 SMRPF system은 구조물 접합부의 패널존을 고려하는 동시에 지진하중에 대하여 각층별 전단력을 산정하여 댐퍼의 감쇠력과 변위를 결정해준다. 이는 내진설계가 반영되지 않은 구조물에 적용할 경우 부재단면을 변경하지 않고 내진성능을 확보 할 수 있는 감쇠기의 역량 결정이 가능함을 보여 주었다. 또한 본 논문에서 적용한 유전자 알고리즘을 통해 최적설계를 수행한 결과, 무보강 구조물에 비해 점성감쇠기와 패널존을 고려한 SMRPF 강골조 구조물의 총 중량이 약 50%이상 감소되는 것이 확인되었다.

The present study is aimed to calculate the optimal damping according to the seismic load on the structure with a non-seismic design to perform structure analysis considering the deformation of structural joint connection and panel zone; to develop design program equipped with structural stability of the steel frame structures reinforced with the panel zone and viscous dampers, using the results of the analysis, in order to systematically integrate the seismic reinforcement of the non-seismic structures and the analysis and design of steel frame structures. The study results are as follows: When considering the deformation of the panel zone, the deformation has been reduced up to thickness of the panel double plate below twice the flange thickness, which indicates the effect of the double plate thickness on the panel zone, but the deformation showed uniform convergence when the ration is more than twice. The SMRPF system that was applied to this study determines the damping force and displacement by considering the panel zone to the joint connection and calculating the shear each floor for the seismic load at the same time. The result indicates that the competence of the damper is predictable that can secure seismic performance for the structures with non-seismic design without changing the cross-section of the members.

본 연구의 목적은 마찰력의 크기에 따른 동조질량감쇠기(Tuned mass damper, 이하 TMD)의 성능변화를 조사하고, 이에 기초 하여 TMD의 최적 설계 파라미터를 결정하는 것이다. 일반적인 TMD 설계는 레일의 마찰력을 최소화하는 것을 전제로, 진동수비와 감 쇠비의 최적값이 제시되어 있다. 본 연구에서는 선형점성, 마찰력, 그리고 점성과 마찰을 동시에 가지는 TMD에 대하여 조화하중과 랜덤하중을 사용한 수치해석을 통해 최적진동수비와 최적감쇠비의 변화를 조사하였다. 마찰력의 경우에도 점성감쇠와 같이 특정 크기까지는 제어효율이 증가하나, 특정 값 이상에서는 TMD 성능이 급격히 저하되는 특성을 가진다. 점성감쇠와 마찰력이 동시에 존재하는 경우, 마찰력이 증가함에 따라 최적감쇠비가 감소하였으며, 마찰력의 크기를 반드시 고려하여 최적감쇠비를 결정해야한다. 풍하중을 받는 76층 벤치마크 구조물에 설치된 TMD에 대한 설계를 통해 제안된 최적 파라미터가 제어성능을 향상시키는 데 있어 유효함을 확인하였다.

동조액체감쇠기(TLD)는 에너지 소산장치로써 구조물의 동적응답을 제어하기 위해 개발되었다. TLD는 풍하중에 의한 구조물의 응답을 제어에 매우 효과적임을 보여줬다. 그러나 TLD가 설치된 구조물의 지진응답의 제어에 대해서는 충분한 연구가 이뤄지지 않았다. 이 연구의 목적은 TLD가 설치된 구조물에 여러 동조비와 질량비를 대입하여 지진에 대한 TLD의 성능을 도출하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 수치해석 연구가 실시되며, 다른 토양 조건 또한 고려되었다. 그 결과 지진하중에 대한 TLD의 성능은 구조물의 고유주기, 감쇠비에 따라 다르게 나타났다. 또한 TLD의 동조비 다르게 나타남을 알 수 있었다.

It has been many efforts for reinforcement of existing structure since the number of earthquake has been increased world widely. Especially the occurrence of earthquake surrounding area of Korean peninsular is dramatically increased. Since the buildings in Korea have not been designed to carry the lateral and shear force caused by earthquake, the building will experience massive damages even under moderate earthquake. For this reason, the viscoelastic damper is proposed in this paper to enhance the earthquake resistance of a steel frame buildings. The viscoelastic dampers have been able to increase the overall damping of the structure significantly, hence improving the overall performance of dynamically sensitive structures. In this paper, Viscoelastic dampers designed are consists of FRP panel and viscoelastic material. In this paper, evaluate the performance of the viscoelastic damper through the experiment.

본 연구에서는 동조액체기둥감쇠기의 비선형감쇠항을 등가점성감쇠항으로 치환한 등가선형 동조액체기둥감쇠기 모델을 유도하였으며 동조액체기둥감쇠기의 동적거동인 고유진동수와 감쇠비를 이론적으로 파악하였다. 동조액체기둥감쇠기에 일정한 전기장을 형성한 후 동조액체기둥감쇠기의 수직운동에 의해 발생되는 가변전압을 측정하여 수조 내부의 수위로 변환하는 식을 유도하였다. 또한 본 연구에서 제안한 동조액체기둥감쇠기의 수위측정 시스템의 타당성을 검증하기 위하여 고가의 전기 용량식 파고계와 비교 및 검증하였다. 마지막으로 본 연구에서 제안한 수위측정 시스템을 동조액체기둥감쇠기에 적용, 진동대 실험을 실시하여 고유진동수와 감쇠비를 파악하였고, 이론상의 고유진동수와 실험상의 고유진동수가 일치하였음을 확인하였으며, 진동수비 변화에 따른 동조액체기둥감쇠기의 감쇠비 변화를 확인하였다.

When adjacent tall buildings experience earthquake excitation, structural pounding may happen. In order to mitigate seismic pounding damage to adjacent structures, many studies have been done to date. Tuned mass dampers (TMD) are widely used for reduction of dynamic responses of building structures subjected to earthquake excitations. If a TMD is shared between adjacent buildings and it shows good control performance, it will be effective and economic means to reduce seismic responses of adjacent structures. In this study, control performance of a shared tuned mass damper (STMD) for seismic response reduction of adjacent buildings has been evaluated. For this purpose, two 8-story example buildings were used and multi-objective genetic algorithms has been employed for optimal design of the stiffness and damping parameters of the STMD. Based on numerical analyses, it has been shown that a STMD can effectively control dynamic responses and reduce the effect of pounding between adjacent buildings subjected to earthquake excitations in comparison with a traditional TMD.

2011년 7월 서울시 구의동에 위치한 테크노마트 건물(39층)에서의 이상진동은 대한건축학회의 원인조사 결과, 휘트니스센터(12층)에서의 집단리듬운동에 의한 건물 전체의 연직진동모드의 공진현상으로 확인되었다. 본 연구에서는 연직진동의 특성과 이를 제어하기 위한 TMD의 설계 및 성능시험에 대하여 기술하고, TMD 설치에 따른 건물 유효감쇠비의 증가량과 진동저감 효과, 그리고 연직진동에 대한 거주성능의 개선정도를 정량적으로 평가하였다.

본 연구에서는 풍응답 제어를 위해 능동질량감쇠기가 설치된 39층 구조물의 시스템식별을 수행하였다. 능동 질량감쇠기를 가진기로 이용하여 입력 조화하중 신호를 생성하여 구조물을 가진하였으며, 가진 결과로 발생한 구조물의 가속도 응답을 계측하여 구조물의 전달함수를 파악하였다. 대상 구조물의 상시진동 계측 결과를 바탕으로 가진 제어 대상이 되는 주요 저차모드의 개략적인 범위를 파악한 후 가진 진동수 대역을 결정하였으며, 3곳의 위치에서 계측된 가속도 응답을 바탕으로 제어대상 3개 모드의 진동수와 감쇠비, 그리고 모드형상을 식별하였다. 모드벡터는 AMD의 설치위치 및 가진방향과 동일한 위치의 응답을 기준으로 정규화하여 구성하였으며, 정규화된 모드벡터에 따른 모드 질량행렬을 도출하였다. 식별된 모드특성을 이용하여 구성된 해석모델을 사용하여 얻어진 가속도 응답이 계측된 결과와 거의 일치한다는 사실로부터 식별된 모델이 적절하게 구조물의 동적거동을 모사하고 있음을 확인하였다.

구조물의 풍진동 제어에 사용되는 능동질량감쇠기(Active Mass Damper, AMD)는 구조물의 가속도, 속도, 변위 응답을 계측하고 제어알고리즘에 따라 제어력을 산정한 후, 질량체에 연결된 모터 구동를 통해 제어력을 발생시키는 장치로, 핵심 설계기술은 이동 질량체의 질량, 모터용량, 이송거리를 최소화하면서 제어성능을 확보하는 데 있다. 하지만 이동질량을 최소화하는 경우 제어성능을 증가시키기 위해 AMD에 요구되는 가속도가 증가하게 되고, 이에 따라 이송거리가 증가하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 AMD의 제어성능은 유지하면서, 질량 및 이송거리를 최소할 수 있는 방안으로 제어력 게인 스케줄링을 위한 가중함수와 등속도 원점보정을 위한 속도입력 함수를 제시하였다. 또한, 구조물 응답에서 제어 대상 신호만을 추출하기 위한 입력필터 설계 방안을 제시하여, 이에 대한 효용성 검증을 위한 해석을 수행한 후, 39층 구조물에 설치한 56ton 용량의 AMD에 적용하여 제어실험을 수행하였다. 실험 결과, 게인 스케줄링 가중함수와 등속도 원점보정 속도입력 함수에 의해 이동질량체의 이송거리를 최소화하면서도, 원점근처에서의 안정적인 거동이 가능함을 확인하였고, 입력 필터를 통해 제어 모드 이외의 신호를 제거함으로써, 목표 제어성능을 만족시킬 수 있음을 확인하였다.

A multi-input single-output (MISO) semi-active control systems were studied by many researchers. For more improved vibration control performance, a structure requires more than one control device. In this paper, multi-input multi-output (MIMO) semi-active fuzzy controller has been proposed for vibration control of seismically excited small-scale buildings. The MIMO fuzzy controller was optimized by multi-objective genetic algorithm. For numerical simulation, five-story example building structure is used and two MR dampers are employed. For comparison purpose, a clipped-optimal control strategy based on acceleration feedback is employed for controlling MR dampers to reduce structural responses due to seismic loads. Numerical simulation results show that the MIMO fuzzy control algorithm can provide superior control performance to the clipped-optimal control algorithm.

In recently, sky-bridge are often applied to high-rised adjacent buildings for pedestrian bridge. the seisnic response control of adjacent buildings have been studied and magneto-rheological(MR) fluid dampers have been applied to seismic response control. In this study, vibration control effect of the MR damper connected adjacent buildings has been investigated. Adjacent building structures with different natural frequencies were used as example structures. Two typed of control methods, displacement based or velocity based, are applied to determinate control force of MR damper. In this numerical analysis, it has been shown that displacement-based control algorithm is more effective than velocity-based control algorithm for seismic response control of adjacent buildings. And, when displacement-based control method is applied to control of adjacent buildings, the control of building occurred large displacement is more efficient in reducing the seismic response.

본 연구에서는 비틀림 거동을 일으키는 편심구조물의 효율적인 제어를 위한 비틀림 강성을 가지는 동조질량감쇠기의 제어성능을 검토하고자 한다. 이를 위하여 지진하중을 받는 편심구조물에 동조질량감쇠기의 설치위치와 비틀림강성에 따른 제어성능을 평가한다. 반복되는 시간이력해석시 소요되는 해석시간을 줄이기 위하여 등가해석 모델을 사용하였고 비비례감쇠시스템인 동조질량감쇠가 설치된 구조물의 해석을 효율적으로 수행할 수 있었다. 본 연구를 통하여 일반적인 동조질량감쇠기에서 무시되어온 동조질량감쇠기의 비틀림 속성이 비틀림 거동이 발생하는 편심구조물에서는 효과적일 수 있음을 검증하였다. 그리고 편심구조물의 경우에는 동조질량감쇠기의 최적 설치 위치가 구조물 평면의 중심이 아닐 수 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 내력벽 시스템에 대하여 연결보의 단부에 적용이 가능한 박판형 금속감쇠기의 성능을 실험을 통하여 규명하고자 하였다. 박판형 금속감쇠기의 박판 두께와 길이를 변수로 하여 5개 시험체를 제작하였으며, 층간변위비 5%까지 반복하여 횡력을가력하였다. 실험결과, 금속 박판에 좌굴발생 후 소성변형이 발생하면서 에너지 발산이 이루어졌으며, 기존의 일반 콘크리트 시험체보다에너지 발산량이 크게 나타났다. 박판의 길이가 짧을수록 전단내력의 값은 증가하였으나 발산에너지의 양의 증가는 크게 나타나지 않았다. 실험 내력을 탄성좌굴해석과 비교한 결과, 해석에 의한 내력은 내력곡선 선형영역의 최대값을 적절히 예측함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 에너지 소산형 감쇠기가 설치된 철근콘크리트 구조물의 지진응답 저감효과를 확률적으로 평가하기 위하여 지진취약도 함수를 도출하였다. 가속도민감 영역과 속도민감 영역에 속하는 대표 고유주기를 갖는 비선형 단자유도 시스템으로 모델링된 철근콘크리트 구조물을 대상으로 강도와 강성의 불확실성을 고려하였다. 원구조물에 다양한 강성과 감쇠를 갖는 변위의존형 감쇠기를부가하여 비선형시간이력해석을 수행하였으며, 해석결과의 통계를 바탕으로 로그정규분포 형태의 지진취약도 함수를 도출하였다. 원구조물의 종류별로 감쇠기의 설계변수에 따른 지진취약도 함수의 변화를 검토하고 이를 통해 손상확률의 저감효과를 분석하였다.

본 연구의 목적은 마찰 감쇠기를 사용한 기존 구조물의 제진보강 설계절차를 제시하는 것이다. 보강된 구조물의 목표 지붕층 변위는 기존 구조물이 급격한 강도의 저감없이 보유내력을 발휘할 수 있는 최대변위를 초과하지 않도록 결정하였다. 보강 구조물의 변위는 비탄성 변위비 제안식을 이용하여 예측하였다. 제안된 방법의 유효성을 검증하기 위하여 80개의 지반운동 데이터를 사용하여 비선형 동적해석을 수행하였다. 해석결과 제안된 방법은 보강 구조물의 지붕층 변위를 정확히 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

현재 건축 및 토목 구조물의 진동제어에 있어서 준능동제어에 대한 연구가 많이 수행되고 있으며 준능동제어 시스템은 수동제어와 능동제어의 장점을 가지고 있다. 최근 적은 전기 에너지로 제어가 가능한 MR 감쇠기가 개발되어 준능동제어 분야에 적용되고 있으며 이러한 MR 감쇠기를 스마트 감쇠기라 불리고 있다. 본 논문에서는 실시간으로 제어가 가능한 MR 감쇠기를 인접한 두 건축물 사이에 설치하여 제어성능을 알아보고자 한다. 또한, groundhook과 skyhook 제어 알고리즘을 결합한 복합제어 모델을 인접한 건축물의 진동제어에 적용하여 복합제어 모델의 제어성능을 알아보고자 한다. 복합제어 모델을 적용하여 인접한 두 건축물의 진동제어 성능을 분석한 결과, 복합제어 모델이 인접한 두 건축물의 진동제어에 매우 효과적인 것을 알 수 있었다.

In this study, as a part of the seismic retrofitting for school buildings, proposed of a new type of rotary friction damper, reviewed the performance and developed a experiment formula for the practical application. The rotary friction damper was composed of 4 shear plane using 2 friction pad. Considering a variety of yield moment, it was designed that clamping forces can be applied. The number of bolts were 9, 13 and thε clamping forces were 8 levels that the maximum load is the standard clamping forces. ±20mm displacement of the cyclic loading test were performed. As a result, the records of friction damper were stable. But sliding was ensured if the stress is 10-15% of the relation formula of sliding load in KBC 2009 by the bolts joining. However, when it is designed of that were inserted additional members for implementation of friction, the design of the level of 10% of the formula in KBC 2009 will be possible. And the design equation that is converted into the moment-rotation is proposed for the detailed design.