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논문KCI 등재

TLCD를 이용한 변동 풍하중에 대한 구조물의 진동 완화에 관한 수치적 연구

A Numerical Study on Mitigation of Structural Vibration Using TLCD under Fluctuating Wind Loads

권대건|Ahsan Kareem
한국풍공학회|2004.06|한국풍공학회지 (Journal of the Wind Engineering Institute of Korea)|제8권 제1호|pp. 83-102

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동조유체컬럼감쇠장치변동 풍하중구조물의 진동수동/반능동/능동제어TLCDFluctuating Wind LoadStructural VibrationPassive/Semiactive/Active Control

초록

본 연구에서는 변동 풍향하중 및 변동 풍향횡하중을 받는 구조물에 대하여 TLCD를 이용한 동적거동의 완화에 관한 수치적 연구를 수행하였다. 이를 위하여 변동 풍하중의 스펙트럼으로부터 양방향 풍하중의 시간이력을 구하여 대상 구조물의 외부하중들로 작용시켜 시간이력해석을 수행하였으며 TLCD의 비선형 감쇠항을 간단히 처리하는 방법에 대하여 제안하였다. 그리고 수동제어로써의 TLCD의 제어효과뿐만 아니라 TLCD의 장점 중 하나인 반능동제어로써의 제어 성능에 대한 평가도 수행하였고 새로운 능동제어 방식을 제시하였으며 또한 새로운 TLCD 장치와 다중 TLCD의 설치방안을 제안하였다. 해석결과 제안된 전 시간단계의 유체속도를 그대로 이용하여 TLCD의 비선형 감쇠항을 처리하는 방법은 시간간격이 작을수록 신뢰할만한 결과를 얻었으며 변동 풍하중에 대한 TLCD의 수동/반능동/능동제어에 대한 제어효과를 비교한 결과 본 연구에서 제시된 능동제어방식은 가장 좋은 제어효과를 나타내었다. 하지만 능동제어의 경우 비교적 큰 제어력을 필요로 하였으며 반능동제어의 경우는 밸브를 조절할 수 있는 작은 힘만으로도 수동제어보다는 좋은 효과를 나타낼 수 있다고 판단되었다. 본 연구에서 제안한 새로운 TLCD 장치 및 다중 TLCD의 설치방안은 양 방향의 풍하중 및 지진하중과 같은 동적하중에 의한 구조 시스템의 진동에 대하여 제어효과를 보일 것으로 예상되며 비틀림 하중에 의한 거동의 경우에도 그 효과를 나타낼 것으로 예상된다.

Abstract

The present study is concerned mainly with a numerical study on mitigation of structural vibration for structural control applications using TLCD. To achieve this goal, two fluctuating wind loads are first generated by means of wind spectra in both directions, that is, alongwind and acrosswind, and a simple method is proposed to deal with nonlinear damping of TLCD. A controllable passive(semiactive) and proposed active TLCD systems are utilized to overcome the shortcomings of passive system. It is found that proposed active system is very effective to reduce the structural vibration in both cases of alongwind and acrosswind without considering the requirement of large control force. On the other hand, semiactive system shows lesser response reduction than the case of active system, while exhibits further reduction in the responses than that of passive system. However, semiactive system has a merit in the control force aspect because it requires relatively small control force to mitigate excessive structural vibration by utilizing controllable valve. Finally, new concepts of TLCD system and installation of multiple-TLCD are proposed to cope with bi-directional and torsional vibrations of structure due to wind/seismic loads.

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