해저지진 시 해양구조물의 진동제어를 위한 인공지능 능동제어기법을 제안하였다. 해양구조물의 동적거동은 유체-구조물 상호작용에 의한 비선형 거동을 고려하였으며 인공신경망의 학습기법을 이용하여 해양구조물의 진동제어기를 구현하였다. 수치해석결과 비제어시와 수동제어 그리고 본 연구에서 개발한 인공신경망 제어기법에 의한 성능을 비교하였다. 진동제어 성능은 능동제어가 가장 우수하였으며 신경망 제어기법은 비선형거동을 하는 해양구조물에 적용하여도 그 성능이 매우 뛰어남을 확인하였다.
본 논문에서는 지진 하중 하에서 파이핑 시스템의 내진성능향상을 위하여 TMD의 적용성을 검토하였다. 이를 위하여 대상 파이프라인의 모드해석을 수행하였고, 이 중 방향별 질량참여율이 비교적 큰 1, 2 및 4번째 모드를 TMD 설치 위치로 선정하였다. 선정된 위치에 TMD 설계를 위하여 각각의 해당 모드를 단자유도 감쇠모델로 치환하고, TMD를 단자유도 감쇠모델로 고려하여 해당 파이프라인을 2자유도 시스템으로 변환하였다. 다음으로, 조화 지반 가진을 받는 변환된 2자유도 시스템의 응답증폭계수를 최소화할 수 있는 TMD의 강성 및 감쇠계수 값을 GA 최적화 방법을 통해 도출하였다. 이렇게 도출된 TMD 최적 설계 값을 파이프라인 수치모델에 적용하여 TMD 설치 유무에 따른 내진성능을 분석하였다. 수치해석 결과, TMD 설치 구간 배관부에서 방향 별 가속도 응답이 18%~51% 가량 감소함을 확인할 수 있었다. 배관부에 발생할 수 있는 최대 수직응력의 크기는 TMD 설치로 인하여 41%의 응력 감소가 있음을 확인할 수 있었다. 파이프라인 시스템의 최하단 앵커지점의 방향 별 반력은 원래의 최대 반력 세기에서 각각 37%, 34%, 43% 감소됨을 확인할 수 있었다. 이러한 연구 결과는 향후 목표로 하는 원전의 주요 파이핑 시스템의 내진성능향상과 관련한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
In this paper, excitation systems using an active tuned mass damper (ATMD) are presented in order to simulate the wind induced responses of a building structure. The actuator force for the excitation systems is calculated by using the inverse transfer function of a target structural response to the actuator. The analyses results from a 76-story benchmark building problem in which wind load obtained by wind tunnel test is given, indicate that the excitation system installed at a specific floor can approximately embody the structural responses induced by the wind load applied to each floor of the structure. The excitation system designed by the proposed method can be effectively used for evaluating the wind response characteristics of a practical building structure and for obtaining an accurate analytical model of the building under wind load.
The tuned mass damper (TMD) system was first proposed as an efficient vibration control method for high-rise buildings, and multiple TMD (MTMD) system was then proposed for the purpose of improving the robust performance. Thereafter, the active TMD (ATMD) is proposed to improve the vibration control performance over the TMD and MTMD systems. However, this system may experience an system-instability problem in case of the actuator malfunction. In order to overcome such limitations of actuator malfunction causing the instability of the structural system, in this study, we investigate the feasibility of the multiple ATMD (MATMD) system that facilitates both advantages of the MTMD and ATMD. Numerical example demonstrates that, when the proposed system is designed to have the same capacity as the ATMD, it shows a similar control performance to the ATMD, but also has very good adaptive control performance against the emergency situations such as actuator failures.
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.
A vibration in the building occurs by influences of the facility equipment and the structural system. As the building recently becomes higher and bigger, the vibration in the floor slab is issued. Specially, the vibration with $4{\sim}8Hz$ frequency is harder to control than any other range of frequency. This vibration easily affects human sensibility and often makes the resonance phenomenon by corresponding with the floor slab's natural frequency when people and heavy equipments move. Moreover, the permission regulations for the vibration of the building are established by building's purposes. However, it is not subdivided in detail and sometimes ambiguous to each client. Even though the vibration could cause negative influences in a research building, there is not the vibration criterion for a research building. Therefore, it is necessary to set up its own vibration criterion with the client before building and to keep checking this vibration criterion under the construction. This study proposes the reasonable control methods and the vibration criterion for floor slab's vibration which are adapted to the R4-project. The R4-project is a research building and a high-rise building also. Accordingly, this study could help to the next similar project in the design and the construction phase.
A dynamic vibration absorber using the Zener's model has been taken into account with respect to frequency response characteristics. The concept of the tuned mass damper with a single degree of freedom has been well applied for many industrial fields, because many researchers have extensively studied various basic characteristics, performance and optimization methods for long time. The Zener's model has an additional spring, which is connected between a damper and a mass, while the tuned mass damper with a single degree of freedom consists of a mass, a spring and a damper connected in parallel. In previous works, the basic performance and characteristics of the Zoner's model as a dynamic vibration absorber have not been investigated. In this study, the frequency response characteristics according to the parameter change of the Zener's model have been described. In order to find the optimum value of several parameters, we use iterative scheme with three dimensional frequency response diagram by MATLAB programming. Present results shows the Zener's model can give more good damping performance than the simple tuned mass damper, and the numerical of optimization method should be developed for the efficient vibration absorbtion.
Long span, high-rise bridges are rapidly increasing nowadays. Because of high flexibility, such bridges are easily excited by winds, vehicles, and pedestrians. The vibration of bridge induces a vibration of lamp post and pillar. Wind loads can also excite lamp posts and traffic signal structures directly. Because of low damping, such vibrations of lamp post are frequently amplified and come to collapse or lamp failure. In addition, such vibration makes the maintenance cycle shorter and increases social cost. We conducted vibration tests and identified the dynamic characteristics of two types lamp posts, and proposed tuned mass dampers to control the vibrations. Established models of the lamp posts present the dynamic characteristics of the structures very well and they are used to design TMDs. In this study, we suggested a new-type TMD model that is small, simple, economic and effective to suppress the vibration of lamp posts. The efficiency of TMD was examined by numerically and is to be examined experimentally.
본 연구에서는 최상층면진시스템을 적용한 고층건물의 진동제어 가능성을 검토하여 보았다. 이를 위하여 20층 및 50층 건물을 예제구조물로 선택하였고 El Centro 남북방향 성분을 지진하중으로 사용하여 수치해석을 수행하였다. 그리고 인공풍하중을 사용하여 풍하중에 대한 예제구조물의 사용성을 검토하였다. 면진되는 상부층의 수를 변화시켜가면서 구조물의 응답을 평가함으로써 최적의 면진질량에 대해서 검토하였다. 또한 상부층면진시스템의 고유진동주기 변화에 따른 진동제어성능의 변화를 고정기초구조물과 비교하여 검토하였다. 해석결과 최상층면진시스템은 동조질량감쇠기로서 활용될 수 있으며 풍하중 및 지진하중에 대한 고층건물의 동적응답을 효과적으로 저감시킬 수 있었다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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