Improvement of Seismic Performance of Long-span Bridges using Complex Dampers

This paper presents a new vibration control method for long-span bridges using complex damper system. The new system presents simple mechanical configuration with oil and elasto-plastic dampers which have velocity and displacement dependency in vibration energy absorbing. This system can produce various damping forces according to the applied external forces by the velocity and displacement-dependent characteristics of the dampers. The oil damper dissipates vibration energy for relatively frequent and small amplitude like in the case for small to moderate earthquakes, whereas the elasto-plastic damper system works for rare and large amplitude vibration such as high seismic excitation. Thus, the proposed system exhibits the advantage of low cost with high performance since the roles of the two different dampers are effectively separated. A numerical model is established for the complex damper system, and the response characteristics and effectiveness of the proposed system are presented through numerical simulations. Numerical results show that the proposed complex damper system can significantly improve the seismic performance of long-span bridge structures with much more effective damping mechanism than single conventional passive damper systems.

복합감쇠기를 이용한 장대교량의 내진성능향상

이 연구에서는 작용하는 하중특성에 따라 적절한 감쇠력을 발휘할 수 있는 복합감쇠기(complex damper)를 제안하고 그 유용성을 장대교량의 지진응답해석을 통하여 검토하였다. 제안한 복합감쇠기는 두개 이상의 탄소성감쇠기(elasto-plastic damper)와 오일 감쇠기(oil damper)의 조합에 의하여 구성되며, 탄소성감쇠기의 변위의존적인 특성과 오일감쇠기의 속도의존적인 특성을 적절히 결합함으로서 효율적인 감쇠시스템의 구성이 가능하게 하였다. 중소형의 지진이나 작은 진폭의 진동에서는 오일감쇠기가 주로 진동을 흡수하며, 발생 빈도가 낮으나 규모가 큰 지진 등에 대해서는 탄소성 감쇠기가 진동에너지를 흡수한다. 이와 같이 복합감쇠기는 두 가지 종류의 감쇠기 역할을 잘 구분시켜 경제적이고 제진효율성이 뛰어난 설계를 가능하게 한다. 복합감쇠장치의 수학적 모델을 정립하였고, 수치모사를 통하여 응답특성과 효율성을 평가하였다. 수치모사 결과, 복합감쇠기는 단일의 수동형감쇠기를 이용하는 경우보다 뛰어난 감쇠효과를 더욱 경제적으로 구현할 수 있으며 내진성능을 크게 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다.