고유진동수 조절이 가능한 액체댐퍼의 건물응답 제어실험
Experimental Verification of a Liquid Damper with Changeable Natural Frequency for Building Response Control
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초록
본 연구진은 최근 U자 형태인 액체댐퍼의 수직관을 다수의 셀(사각 기둥)로 나누어 셀 상부를 개폐함에 따라 다양한 고유진동수를 쉽게 재현하는 새로운 멀티셀 액체댐퍼를 제시하였다. 이러한 댐퍼를 1층 건물 모형에 설치하여 진동대 실험을 수행하여 건물응답이 감소되는 것을 검증하였다. 64층의 풍응답인 가속도를 제어할 수 있도록 댐퍼를 설계하기 위하여 건물을 1자유도계로 축소하였다. 가속도 기반 상사비인 1/20를 적용하여 1층 건물 모형과 새로운 댐퍼를 제작하였다. 설계 진동수인 0.65Hz가 구현되도록 모형건물의 질량과 강성을 쉽게 조절할 수 있도록 탈부착식으로 제작하였다. 모형건물은 중량을 부담하는 질량부와 하부에 스프링과 LM guide가 설치된 구동부로 나누어서 제작되었다. 18개의 셀을 가지는 액체댐퍼를 제작하여 고유진동수 조절 범위가 0.65Hz～0.81Hz인 것을 파악하였다. 대형 진동대에 설치한 모형건물의 일방향 가진을 통하여 모형의 응답을 측정하고 모형상부에 멀티셀 액체댐퍼가 설치되었을 경우 모형의 응답을 측정하여 비교하였다. 진동대 가속도를 입력과 모형건물의 가속도를 출력으로 하는 전달함수를 통해 결과를 나타내었다. 예상한 바와 같이 멀티셀 액체댐퍼의 고유진동수를 건물의 진동수에 동조시켰을 경우 건물의 가속도 응답이 감소함을 알 수 있었다.
Abstract
This study deals with the experiments of liquid dampers with multi cells whose vertical tubes are divided into several square columns for easily changing natural frequencies. Shaking table test is performed to verify control effectiveness of the dampers which are installed on a building structure. To design liquid dampers, a 64-story building structure is reduced to a SDOF structure with 1/20 of similitude laws based on acceleration. The structure model is made up to adjust its mass and stiffness easily, with separate mass and drive parts. Mass parts indicate real structure's weights and drive parts indicate real structure's stiffness with springs and LM guides. Manufactured liquid damper has 18 cells and its natural frequency ranges are 0.65Hz to 0.81Hz. Shaking table test is carried out with one way excitation to compare with only accelerations of a large-scale structure and a structure installed with liquid dampers. Control performance of the liquid damper is expressed by the transfer function from shaking table accelerations to the large-scale structure ones. Testing results show that the liquid damper reduced a large-scale structure’s response by tuned natural frequencies.
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