변동마찰형 TMD를 이용한 초장주기 구조물의 진동제어
Vibration Control of Super Long Period Structure Using Variable Friction Tuned Mass Damper
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초록
풍하중에 의해 발생된 진동을 저감함으로써 구조물의 내풍성능을 개선하기 위하여 동조질량감쇠기가 많이 사용되어 왔으며, 초고층 초장대 구조물과 같이 매우 큰 주기를 가지는 구조물에도 그 적용방안이 확대되고 있다. 구조물이 가지는 초장주기 특성에 의해 TMD의 거동 또한 초장주기 특성을 보유하게 되고 구조물 진동변위의 수 배에 이르는 질량 이송거리가 요구된다. TMD의 이송거리가 매우 커짐에 따라 TMD 설치공간을 초과할 뿐만 아니라 TMD를 구성하는 스프링, 가이드 레일과 같은 부품의 제조가 불가능하게 될 수 있다. 본 연구에서는 구조물의 제어성능을 유지하면서 이송거리(stroke)를 효과적으로 줄일 수 있는 새로운 타입의 TMD를 제안하고 이들이 구조물의 진동제어성능에 미치는 영향을 평가하였다. 제안하는 TMD는 이송거리에 따라 마찰력이 조정되는 장치로써 이송거리가 증가함에 따라 마찰력을 인위적으로 조절하여 최대 이송거리를 줄이는 시스템으로 이러한 변동마찰에 따른 구조물의 제어성능, 이송거리 저감을 초장주기 독립주탑을 대상으로 수치해석을 수행하엿다. 해석결과 본 연구에서 제안된 변동마찰형 TMD는 기존의 선형 TMD에 비해 이송거리를 크게 줄이면서 진동저감효과는 유사한 것으로 나타났다.
Abstract
Tuned mass damper has been used to enhance the wind performance of a structure by reducing the wind induced vibration, and recently applied to the super long period structures such as high rise buildings and long suspension bridges. In comparison with the conventional TMD, it is usually required that the applicable TMD to the super long period structure need a very long design stroke for the sake of the long period movement of the mass of TMD. For that reason, the design stroke of TMD should be carefully determined considering the available space for TMD and the size of mechanical components of TMD. In this study, a new type TMD, which has variable friction along the stroke, is provided to reduce the design stroke of TMD effectively with the equivalent control performance to a conventional TMD. Numerical analysis for the very slender pylon with a super long period was performed to evaluate the effect of the variable friction on the control performance of TMD. Through the numerical analysis, it is proved that the proposed TMD system in this study has an equivalent control effect and reduce the design stroke of TMD dramatically compared to the conventional TMD system.
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