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.

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.

The objective of this study is to investigate design parameters of a tuned liquid column damper(TLCD), which is affected by various excitation amplitudes, through shaking table test. Design parameters of a TLCD are examined based on the equivalent tuned mass damper(TMD) model of a TLCD, in which the nonlinear damping of a TLCD is transposed to equivalent viscous damping. Shaking table test is carried out for a TLCD specimen subjected to harmonic waves with various amplitudes. Transfer functions are ratios of liquid displacement of TLCD and control force produced by a TLCD, respectively, with respect to the acceleration excited by a shaking table. They are derived based on the equivalent TMD model of a TLCD. Then, the variation of design parameters according to the excitation amplitude is examined by comparing analytical transfer functions with experimental ones. Finally, the dissipation energy due to the damping of a TLCD, which is experimentally observed from the shaking table test, is examined according to the excitation amplitude. Comparisons between test results and analytical transfer functions showed that natural frequencies of TLCD and the ratio of the liquid mass in a horizontal column to the total liquid mass does not depend on the excitation amplitude, while the damping ratio of a TLCD increases with larger excitation amplitudes.

The purpose of this study is to verify the transfer function of input acceleration and output control force based on linearizing a damping term of Tuned Liquid Column Damper(TLCD) with nonlinearity analytically. In addition, analysis is conducted for dynamic characteristics according to the design parameter such as section ratio of both vertical and horizontal column and the level of liquid in the vertical column which is used for tuning method. The dynamic characteristics is identified by the analysis for the natural frequency, damping ratio and effective mass ratio of TLCD and a shaking table test for the transfer function. The results indicates that the level of liquid and section ratio affect the characteristics of damping ratio and mass ratio. Damping and mass ratio increase as the section of vertical column of TLCD decreases due to turbulence in the elbow of TLCD.

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 연구에서는 진동대 실험을 통해 얻은 동적 데이터를 이용하여 TDL의 동적 비선형 특성에 대한 연구를 수행하였다. 현재까지 TDL의 설계는 액체의 비선형 거동이 나타남에도 불구하고 TMD 근사이론이나 선형파동이론과 같은 선형 거동을 가정으로 설계되어 지는 한계를 가지고 있다. 또한 조화하중과 같은 특정진동수에 지배되는 하중형태에 대한 TDL의 동적 비선형 특성이 규명되었지만 백색잡음과 같은 특정진동수 성분에 지배되지 않은 하중형태에 대한 TDL의 동적 비선형 특성은 아직까지 검증된 바가 없다. 본 논문은 백색잡음을 이용하여 가진 하중 크기에 따른 TDL의 동적 비선형 특성을 검토하여 설계 시 필요한 동조액체감쇠기의 감쇠비, 고유진동수비 및 유효질량비를 평가할 수 있는 산정식을 제안하였다.

In this study, in order to investigate the effectiveness of tuned liquid damper (TLD) for the seismic performance enhancement of the existing reinforced concrete (RC) apartment structure which is not seismically designed, shaking table test was conducted for the small scale five story RC structure with TLD. TLD model was constructed to have the frequency tuned to the first modal frequency of the structure, 2% mass ratio of the first modal mass, and 0.08 liquid depth ratio. White noise with 0.2~5Hz frequency bandwidth and harmonic load tests were performed using the shaking table at Korea Institute of Machinery and Materials, and the displacement and absolute acceleration of each floor were measured. Test results indicate that more than 30% seismic responses reduction can be achieved using TLD for RC structure under white noise and harmonic load.

This paper presents the results of experimental investigations on the response control performance of tuned liquid damper(TLD). Steel frame building model is used for the experiments. Shaking table is controled by velocity consol. Experimental variables are mass ratios(u=mass of TLD/mass of structure), shape ratio(depth of water/ length of TLD), number of nets(N) and tuned frequency ratio(fl/fs). Results show that the greater the mass ratio is, the more good the control performance is. So, it can be concluded that TLD is able to be used for the remodeling of existing buildings that are not designed to resist earthquake

This paper presents equivalent linear system for 76-story benchmark building with nonlinear tuned liquid column damper (TLCD). The response characteristic of benchmark building for the deterministic wind loads is investigated. And then, the equivalent linear system is obtained first in terms of equivalent linear damping and second in terms of equivalent single degree of freedom system. Numerical results show that these equivalent linear systems can almost exactly predict the controlled structural responses when compared with the nonlinear TLCD system. Finally, an equation for estimating the peak response of structure subjected to harmonic load is derived. This equation does not require any iteration process which is essential in the analysis using equivalent linear system for TLCD.

Experimental investigation of the tuned liquid column damper (TLCD) is a primal factory task prior to its installation at a site and is mainly undertaken by a real-time hybrid simulation. In this study, a noncontact standalone vision sensing system is developed to replace a series of the conventional sensors installed at the TLCD tested. The versatile measurements of the system is theoretically and experimentally evaluated through a wide range of lab scale dynamic tests.