본 연구에서는 마찰력에 따른 TMD의 작동-정지조건과 각 조건에 따른 운동방정식을 정리하고, TMD의 마찰계수가 풍진동 제어성능에 미치는 영향을 수치해석을 통하여 확인하였다. 일반적인 하중과 달리 풍하중은 크기와 방향의 변화가 크기 때문에 TMD 는 마찰력에 의하여 작동-정지상태를 반복하게 되므로, TMD의 마찰계수를 주요 변수로 설정하였다. 또한 외부하중의 크기, 구조물의 진동수, TMD의 질량비도 매개변수로 설정하여 TMD의 제진성능에 대한 영향을 파악하고자 하였다. 자유진동, 조화강제진동, 풍진동에 대한 수치해석의 결과, 외부하중의 크기가 작고, 구조물의 진동수가 낮을수록 마찰계수에 의한 TMD의 제진성능의 손실이 커질 수 있음을 확인하였으며, 초고층 건물에 대한 TMD 설계시 마찰계수의 영향을 반드시 고려하여야 할 것으로 판단된다.

대부분의 기존 송전철탑은 산악지형에 위치하여 강풍에 노출되어 있으며 이러한 강풍은 송전철탑에 동적하중의 증폭을 유도한다. 그러나 송전철탑은 일반적으로 이러한 동적하중을 직접 고려하지 않고, 단순히 등가정적하중을 사용하여 설계된다. 따 라서 기존의 송전철탑 보강방법으로는 정적응답을 줄이는 관점에서 단면 증대나 좌굴길이 감소 등의 방법이 사용되었다. 실제 동 적하중조건의 경우, 감쇠성능을 증가시킬 수 있는 보강기구가 보강방안의 대안으로 고려될 수 있다. 본 연구에서는 송전철탑의 동적모델을 구축하였고, 비선형 시간이력해석을 수행하였다. 풍하중은 풍동실험을 통해 구하였으며, 마찰감쇠기가 강성과 감쇠 를 동시에 증가시키기 위해 적용되었다. 수치해석 결과는 마찰감쇠기의 최적 항복강도가 최하단 주주재가 부담했던 축하중의 5- 10% 임을 보여준다. 토글형 마찰감쇠기와 강성보강을 동시에 수행함으로써 주주재의 부재력과 기초에 전달되는 하중을 크게 저 감시킬 수 있었다.

착빙 및 착설에 의한 송전선의 갤로핑 발생 메커니즘의 규명을 위해 본 연구에서는 실제규모의 송전선 풍진동 모사를 가능 하게 하는 실험방법과 실험장치를 개발하였다. 개발된 실험장치는 8줄의 탄성와이어로 지지되는 송전선단면 모형으로 구성되며, 수직 , 수평 및 비틀림 방향으로 저주파수에서 큰 변위의 진폭으로 진동이 가능하다. 풍동실험을 통하여 본 실험방법의 유효성을 확인 하였고 실제 송전선의 갤로핑현상의 재현이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

Aerodynamic performance of solar wing system has been evaluated through wind tunnel test. The test model has 12 panels, each supported by 2 cables. The panels were installed horizontally flat, and gaps between panels were set constant. Sag ratios of 2% and 5%, and wind directions between 0° and 90° were considered. Mass of test model was determined considering the mass of full scale model, and Froude number and Elastic parameter were satisfied by adjusting the mean wind speed. From the wind tunnel test, it was found that the aerodynamic performance of the solar wing system is very dependent on the wind directions and sag ratios. When the sag was 2%, the fluctuating displacements between the wind directions of 0° and 30° increase proportionally to the square of the mean wind speed, implying buffeting-like vibration and a sudden increase in fluctuating displacement was found at large mean wind speed for the wind directions larger than 40°. When the wind direction was larger than 60°, a sudden increase was found both at low and large mean wind speed. When the sag ratio is 5%, distribution of mean displacements is different from that of sag ratio of 2%, and the fluctuating displacements show very different trend from that of sag ratio of 2%.

풍진동에 의한 사용성의 문제를 해결하고 진동을 저감시키기 위하여 TLCD가 설치된 건물의 태풍에 의한 풍진동 계측결과를 바탕으로 시스템식별을 통하여 동특성 및 모달풍하중을 추정하고 TLCD의 풍진동 저감성능을 분석하였다. 대상건물은 인천 송도에 위치한 지상 64층 237m의 주거용건물로 상층부에 TLCD가 설치되었으며, 건물과 TLCD의 거동을 계측하기 위하여 풍향풍속계, 가속도계, 수위계및 인터넷기반 송수신시스템을 구축하였다. 계측된 건물의 가속도와 TLCD 액체의 변위결과를 바탕으로 구조물-TLCD 연계 모드를 식별하였으며 이를 바탕으로 구조물과 TLCD의 고유진동수를 식별하였다. 또한 계측된 구조물과 TLCD의 가속도응답으로부터 칼만필터를 이용하여 모달풍하중을 역추정하여 식별된 구조물의 동특성을 바탕으로 TLCD의 풍진동 저감성능을 분석하였다. 분석결과 TLCD의 설치로 인하여 태풍에 의한 풍진동이 최대 29.9% 정도 저감되는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 풍진동에 대한 현수교의 거동을 예측하기 위하여 바닥판의 비틀림강성을 고려하여 Mckenna and Tuama 모델(2001)을 개선한 2D 간단해석 방법을 제안하였다. 기존의 모델은 풍속이 증가할수록, 진동수가 낮아질수록 비정상적인 값을 나타내고, 비틀림모드의 공진현상을 묘사할 수 없었다. 이에 본 연구에서는 비틀림강성을 고려하여 풍속에 따른, 진동수에 따른 비틀림진동을 분석하였다. 해석결과 진동 초기의 수직모드는 점차 비틀림모드로 전이되며 수직모드는 안정적으로 진동하는 것을 확인하였다. 또한 비틀림강성 효과를 고려하여 해석을 수행한 결과 수직모드는 시간이 경과함에 따라 안정화되는 모습을 보이나 비틀림 진폭은 일정시간(약 200초) 이후 나타나기 시작하여 비틀림각을 지속적으로 유지하였으며 맥놀이 주기는 풍속이 증가하면서 점차 감소하였다. 비틀림 강성에 따라 서로 다른 풍하중의 풍속과 진동수에 비틀림모드의 공진현상을 나타내므로 실제 설계에는 반드시 이러한 영향이 고려되어야 할 것이다.

본 연구에서는 39층 테크노마트의 태풍시 진동응답을 계측하고 이로부터 건물의 동적특성을 평가하였다. 2011년 태풍 무이파가 우리나라를 통과할 때 건물의 38층의 가속도 응답을 계측하였으며, 계측신호를 이용하여 구조물의 고유진동수 및 감쇠비등을 독립성분분석법을 사용하여 구하였다. 독립성분분석법을 통해 매우 유사한 크기를 가지는 장변방향 및 단변방향 진동모드를 분리할 수 있었으며, 분리된 모드를 사용하여 각 모드에 해당하는 감쇠비를 추출할 수 있었다. 또한, 하중과 슬래브-보의 합성효과 등을 고려하여 구조해석모델을 개선하여, 개선된 모델이 실제 계측한 진동수 및 감쇠비와 유사한 값을 가지도록 하였다.

본 논문에서는 풍동 내에 설치된 고층 건축물 모형의 정면의 양 모서리에 코너 기류제어기를 설치하고, 코너 기류제어기의 회전 속도와 자유흐름 속도의 비인 풍속비에 따라 건축물 표면의 압력이 어떻게 변화하는지를 조사하였다. 코너 기류제어기가 풍상측에 설치되었을 때 정압을 받는 풍상면인 정면의 평균 풍압 및 최대 풍압은 풍속비에 따라 거의 변화가 없었으나, 부압이 발생하는 풍하면인 배면 및 측면의 최소 풍압은 풍속비가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보여 주었다. 특히 풍하면인 배면에서 최소 풍압의 감소량은 측면에 비해서 더 컸으며, 풍속비가 0.98일 때 배면에서의 최소 풍압의 감소량은 약 36%로 크게 발생하였다. 또한 코너 기류제어기가 풍상측에 설치되었을 때 부압이 발생하는 풍하면인 배면 및 측면의 평균 풍압 및 rms 풍압도 풍속비가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보여 주었다. 특히 풍하면인 배면에서 평균 풍압 및 rms 풍압의 감소량은 측면에 비해서 더 컸으며, 풍속비가 0.98일 때 배면에서의 평균 풍압 및 rms 풍압의 감소량은 각각 약 34% 및 37%로 크게 발생하였다.

본 연구에서는 풍진동 제어 기술의 하나로 현재 대부분의 초고층 건축물에 적용되고 있는 아웃리거 시스템에 댐퍼를 설치한 아웃리거 댐퍼 시스템에 대하여 수치해석모델과 상용 구조해석프로그램을 사용한 모델을 사용하여 최적설계 및 변수연구를 수행하였다. 먼저 아웃리거 댐퍼의 거동 특성을 반영하도록 상태방정식을 사용한 단자유도 수치 모델을 설계하였고 상용 구조해석 프로그램을 사용해서 최적설계를 위한 다자유도모델을 설계하였다. 강성이 고려되지 않고 오직 댐퍼의 감쇠에 의한 최적 위치는 최상층인 것으로 나타났지만 중간 이상의 층에서는 댐퍼의 높이에 따른 성능 변화가 크지 않기 때문에 강성과 감쇠가 복합적으로 운동에 참여하는 실제 구조물의 경우 최적의 위치가 최상층이 아닌 다른 층에 존재한다. 아웃리거 댐퍼시스템은 기존 일반적인 아웃리거 시스템과 비교할 때 가속도 응답을 줄이는데 있어 매우 효과적인 것을 확인하였다.

본 연구에서는 풍진동제어를 위한 제어기 설계에 있어서 시스템식별에 기반한 모델의 차수 축소가 미치는 영향을 검토하였다. 실제 제어기 설계에 있어서 구조해석 모델이 이용될 수 없고 시스템식별이라는 중간과정을 거쳐서 얻어진 모델이 적용됨을 반영하여 원모델을 대상으로 풍하중에 대한 시간이력해석을 수행하고 이를 기초로 시스템식별을 수행하였다. 시스템식별을 통해 얻어진 상태방정식 모델에 모델축소 기법을 적용하였으며, 시스템식별에서 발생하는 측정잡음이 측정잡음이 모델의 정확도와 제어효과에 미치는 영향을 함께 검토하였다. 또한 모델축소 기법을 적용하여 얻어진 다양한 차수의 모델을 대상으로 제어기를 설계하고 성능을 비교함으로써 모델 차수가 제어효과에 미치는 영향을 검토하였다.

The control performance of LCVA designed for mitigation of wind-induced motion of Songdo high rise building is evaluated using 1/20 scaled test model. The effectiveness of the LCVA is then examined tuning LCVA to 90%, 100%, and 110% of the natural frequency, 0.74Hz. The test structure is excited using a sinusoidal signal ranging 0.2 ~ 1.2 Hz with 5.5mm displacement, and acceleration and displacement of structure, water height, and shear force are measured. Experimental results indicate that the LCVA tuned to 100% of the natural frequency with orifice opening ratio of zero reduce the peak and RMS displacement up to 67% and 72%.

태풍, 지진 등 external excitation에 의해 발생하는 Structural response를 실제와 가깝게 예측하기 위해서는 실제와 가장 유사한 구조해석모델을 작성하여 정확한 구조동특성을 산정하는 것이 중요하다.초고층 및 대공간에 대해서는 FE 모델 개선에 대한 기존 연구결과가 있으나 조적건물, 특히 성당건축물에 대해서는 현장계측과 FE 모델 개선에 대한 시도가 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 성당건물을 대상으로 장기모니터링을 실시하고 이를 이용하여 대상 건물의 동특성을 분석하였다. 그리고, 태풍시 계측된 풍응답과 해석결과를 비교하여 풍응답해석의 신뢰성을 평가하였다.

초고층 구조물에 대한 모니터링 시스템은 건물에 가해지는 외력 및 노후화에 따른 건물의 성능 저감에 대비하여 건물의 상태를 객관화하기 위한 건물의 동특성의 실시간 감시를 포함한다. 그 결과로 모니터링 시스템은 Fig. 1과 같이 사용자의 안전 및 사용성을 보장하고 장기적으로 생애 주기 측면의 비용 감소를 지향한다. 이러한 모니터링의 구성 항목으로는 크게 세 가지로 구분될 수 있는데 1) 구조물의 외력, 2) 구조물 자체의 반응, 그리고 3) 구조물 내 설치되는 장치에 대한 모니터링이 있으며, 포스코건설 송도사옥 모니터링은 그 목적에 따라 상기 각 항목들에 대하여 계측을 실시하여 풍진동에 대한 건물의 거동을 모니터링 하는데 있다.