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 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.

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 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.

In this study, vertical extension type TMD(VE-TMD) whose vertically extended stories behave like a tuned mass damper, with Lead-Rubber Bearing(LRB) between the top of existing structures and the bottom of the extended stories was proposed. A shaking table tests for a 5-story reinforced concrete model, which is of 2.2 Hz natural frequency. A vertical extended model consisted of a steel frame, with two base isolators between the top of the RC model and the bottom of the extended stories. Those base isolators' lateral stiffness was equal to 31.392 kN/m which was calculated with the fundamental period plus 0.2 tonf, weight of a single story of the model. The test for the specimen was shaking table test excited by a harmonic loads for the fundamental period of the structure. The test results indicated that the VE-TMD improved seismic performance by 40 % in displacement responses for all of frequency-domain.

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 지진하중을 받는 탄성 및 비탄성 구조물에 대하여 수동 및 준능동 TMD의 지진응답제어성능을 평가하였다. 먼저 기존의 연구에서 제안된 식을 사용하여 최적 설계된 수동형 TMD와 본 연구에서 제시된 준능동 TMB가 설치된 탄성 구조물의 변위스펙트럼을 구하였으며, 준능동 TMD가 TMD보다 작은 스트로크를 가지고도 최대변위응답제어에 있어 우수함을 확인하였다. 또한 구조물의 주기와 TMD의 주기가 일치하지 않은 경우의 성능저하에 대한 TMD의 강인성을 평가하였다. 최종적으로 Bouc-Wen 모델을 사용하여 모사된 비탄성이력 특성을 가지는 구조물에 대한 수치해석을 수행하였으며, 이를 통해 탄성구조물에 대하여 최적화된 수동형 TMD의 성능은 구조물 응답의 비탄성이력 부분이 증가함에 따라 크게 저하되는 반면 준능동 TMD는 수동형 TMD보다 약 15-40% 정도의 더 많은 응답감소효과를 가짐을 확인하였다.

In this study, numerical analysis of TMD to estimate optimal-design-parameter is investigated using actual excitation, and evaluated by comparing results of numerical analysis and optimal-design-parameter was devised by Soong. It assumed between 1~2 seconds the 1st mode natural period of an aged apartment which has 10~15 stories and then investigated optimal-design-parameter of actual excitation for evaluate optimal frequency ratio and damping ratio according to local site condition. At this time mass ratio was 1% and range of tuned frequency ratio was 0.8Hz to 1.2Hz at intervals of 0.01Hz, and optimal damping ratio was 1% to 14% at intervals of 0.002%. It estimated Optimal-design-parameter was evaluated by numerical analysis according to peak and RMS displacement, acceleration respectively local site. And the result of evaluated respond performance parameter respectively a period was shown low numerical-value than optimal-design-parameter was devised by Soong what is more peak acceleration indicated performance difference of 20% over

본 연구에서는 고속철도 강합성형 교통비 동적해석에 기반한 피로신뢰성평가 기법을 제시하고 동조질량감쇠기의 효과를 피로수명연장 측면에서 검토하였다. 피로 신뢰성 평가를 수행하기 위하여 S-N 곡선 및 선형누적손상이론을 이용하여 한계상태식을 설정하였다. 열차 속도와 교량 감쇠비의 불확실성을 고려하여 교량에 대한 반복적인 동적해석을 수행하고, 이 결과로부터 전체 교량수명동안에 교량이 받는 피로 손상도와 연관된 확률변수의 특성을 통계적으로 추정하였다. 최종적으로 결정된 확률변수와 한계상태식에 개선된 일계이차모멘트법(AFOSM)을 적용하여 피로 신뢰도 지수를 산정하였다. 40m 지간 강합성교량의 수치모사로부터 동조질량감쇠기 장착여부에 따라 피로 신뢰도 지수를 평가하고 그 결과를 제시하였다.

기계설비가 설치되어 있는 건축구조물의 바닥판은 기계설비의 진동이 미소하다 하더라도 공진이나 맥놀이(beating) 현상에 의하여 큰 진동이 발생할 수 있다 이러한 진동은 감쇠장치의 일종인 동조질량감쇠기를 이용하여효과적으로 저감시킬 수 있다 그러나 진동저검 효과를 동조질량감쇠기의 설치위치 및 진동수에 많은 영향을 받는다, 특히 하중의 위치에 EK라서 건축구조물의 바닥판에 대하여 하중의 위치에 따른 동조질량감쇠기의 위치와 동조진동수 결정방법에 대하여 연구하였으며 가진층뿐만이 아니라 비가진층의 진동저감에 대해서도 연구하였다 정상상태 응답을 효율적으로 구하기 위하여 벡터합성법 및 대형 요소를 사용하였으며 구조물의 진동을 효과적으로 저감시킬수 있는 동조질량감쇠기의 위치 및 동조진동수를 찾을수 있었다.

As part of a project intending to develop an energy-producing tuned mass damper using piezoelectric elements, a prototype has been manufactured to validate its efficiency and find the optimal arrangement of the system. This paper presents the preparation of the prototype enabling to perform experimentally parametric studies.

This study presents the concept of a multi-functional Tuned Mass Damper (TMD) using piezocomposite element as damping component. This new type of TMD intends to exploit the unused energy produced by the traffic-induced vibrations of the bridge structure for the generation of electric power while fulfilling its natural role of reducing undesirable vibrations in the structure. Since the proposed TMD is still in a development stage, this paper summarizes the concept underlying the mechanism of the TMD.

지진동에 대처하기 위한 구조물의 능동제어기를 설계할 때, 모델링의 오차 및 외란의 불확실성을 무시하고 진행하면 제어성능이 크게 퇴화될 수 있다. 심지어 시스템 전체가 불안정하게 되어 제진이 불가능하게 될 가능성도 배제할 수 없다. 본 연구의목적은 슬라이딩 모드제어기(SMC)라 불리는 비선형제어기의 제어성능을 TMD가 장착된 구조물에 설계하여 그 적용 가능성을검토하는 것이다. 이때 가진 외란은 FFT 해석으로 탁월주파수를 분석한 3개의 지진동이다. SMC로 제어한 결과, 구조물의 질량과 강성이 ±30% 섭동되어도 강인성을 유지하고 있음을 확인할 수 있었다. 다만, 오버슈트가 증대되고 정정시간이 증가하는 등 과도응답성능은 다소 퇴화되는 것을 확인할 수 있었다. 전반적으로 SMC는 모델링 및외란의 불확실성에 대해 강인함을 유지하고 지진동을 효과적으로 제어하는 능동제어법으로 TMD 구조물과 결합시켜 지진동제어에 적용해 볼 수 있는 유용한 기법이라 판단된다