취수탑은 지진 발생 후 댐이 붕괴되는 것을 막기 위한 방류제어에 필수적인 역할을 하며, 홍수조절, 급수, 발전 등의 역할도 한다. 본 논문에서는 유체동적감쇠로 인한 취수탑의 동적 거동을 연구한다. 유체동적감쇠가 취수탑에 미치는 영향은 유체감쇠와 구조감쇠이다. 유체감쇠는 매우 복잡한 해답을 산출하는 유체-구조 상호작용(FSI) 문제의 지배 방정식에서 분석적으로 도출된다. FSI 문제의 복잡성을 방지하기 위해 유체를 추가 질량으로 고려함으로써 ...
취수탑은 지진 발생 후 댐이 붕괴되는 것을 막기 위한 방류제어에 필수적인 역할을 하며, 홍수조절, 급수, 발전 등의 역할도 한다. 본 논문에서는 유체동적감쇠로 인한 취수탑의 동적 거동을 연구한다. 유체동적감쇠가 취수탑에 미치는 영향은 유체감쇠와 구조감쇠이다. 유체감쇠는 매우 복잡한 해답을 산출하는 유체-구조 상호작용(FSI) 문제의 지배 방정식에서 분석적으로 도출된다. FSI 문제의 복잡성을 방지하기 위해 유체를 추가 질량으로 고려함으로써 급수탑 시스템을 단순화할 수 있다. 또한 이러한 구조물에 대한 적절한 감쇠효과 결정에 관한 이전 연구는 세장한 주탑의 구조 해석에 대해 방사감쇠 또는 유체감쇠를 무시할 수 있으나 동적해석시 전체적인 구조적 감쇠비율의 감소를 고려해야하며, 구조적 감쇠의 재검토가 필요하다. 감쇠비율의 감소는 주탑을 둘러싼 유체의 존재유무에 따른 구조물의 고유진동수에 의해 달라진다. 또한 동적 특성은 주탑 주변의 수위 변화와 단면적 특성에 따라 달라진다. 취수탑 내부 및 외부의 수위를 기준으로 매개변수연구를 수행하며, 감쇠 효과 평가를 위해 두 가지 유형의 주탑(원형 및 사각형)을 고려한다. 총 6가지의 수위가 고려되며, 각 연구 사례마다 Goyal과 Chopra의 방법에 따라 유체를 추가질량으로 하여 수치모델을 개발한다. 유체동적감쇠의 효과는 파괴한도 곡선을 통해 나타낸다. 파괴한도 해석에는 한국 내진기준의 설계응답스펙트럼과 일치하는 20가지 지반운동이 고려된다. 파괴한도 해석 이전에 El Centro 지진에 대한 주탑의 동적거동을 확인하였으며, 주탑높이 유체동적감쇠의 70% 미만일 경우 무시해도 될 정도의 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 파괴한도 해석의 경우 수위가 70% 이상인 경우를 고려한다. 연구를 통해 감쇠 감소로 인해 취수탑의 파괴가능성이 증가함을 알 수 있었으며, 이 결과는 주탑의 형상과 수위에 따른 취수탑의 보수적인 감쇠특성을 고려하는데 도움이 될 것으로 사료된다.
취수탑은 지진 발생 후 댐이 붕괴되는 것을 막기 위한 방류제어에 필수적인 역할을 하며, 홍수조절, 급수, 발전 등의 역할도 한다. 본 논문에서는 유체동적감쇠로 인한 취수탑의 동적 거동을 연구한다. 유체동적감쇠가 취수탑에 미치는 영향은 유체감쇠와 구조감쇠이다. 유체감쇠는 매우 복잡한 해답을 산출하는 유체-구조 상호작용(FSI) 문제의 지배 방정식에서 분석적으로 도출된다. FSI 문제의 복잡성을 방지하기 위해 유체를 추가 질량으로 고려함으로써 급수탑 시스템을 단순화할 수 있다. 또한 이러한 구조물에 대한 적절한 감쇠효과 결정에 관한 이전 연구는 세장한 주탑의 구조 해석에 대해 방사감쇠 또는 유체감쇠를 무시할 수 있으나 동적해석시 전체적인 구조적 감쇠비율의 감소를 고려해야하며, 구조적 감쇠의 재검토가 필요하다. 감쇠비율의 감소는 주탑을 둘러싼 유체의 존재유무에 따른 구조물의 고유진동수에 의해 달라진다. 또한 동적 특성은 주탑 주변의 수위 변화와 단면적 특성에 따라 달라진다. 취수탑 내부 및 외부의 수위를 기준으로 매개변수연구를 수행하며, 감쇠 효과 평가를 위해 두 가지 유형의 주탑(원형 및 사각형)을 고려한다. 총 6가지의 수위가 고려되며, 각 연구 사례마다 Goyal과 Chopra의 방법에 따라 유체를 추가질량으로 하여 수치모델을 개발한다. 유체동적감쇠의 효과는 파괴한도 곡선을 통해 나타낸다. 파괴한도 해석에는 한국 내진기준의 설계응답스펙트럼과 일치하는 20가지 지반운동이 고려된다. 파괴한도 해석 이전에 El Centro 지진에 대한 주탑의 동적거동을 확인하였으며, 주탑높이 유체동적감쇠의 70% 미만일 경우 무시해도 될 정도의 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 파괴한도 해석의 경우 수위가 70% 이상인 경우를 고려한다. 연구를 통해 감쇠 감소로 인해 취수탑의 파괴가능성이 증가함을 알 수 있었으며, 이 결과는 주탑의 형상과 수위에 따른 취수탑의 보수적인 감쇠특성을 고려하는데 도움이 될 것으로 사료된다.
Intake tower plays vital role for control release of water after an earthquake to stop a dam from further breakdown after initial failure. Apart from this, facilities like flood control, water supply and power generation are also supported by intake tower. In this thesis dynamic behaviour of intake ...
Intake tower plays vital role for control release of water after an earthquake to stop a dam from further breakdown after initial failure. Apart from this, facilities like flood control, water supply and power generation are also supported by intake tower. In this thesis dynamic behaviour of intake tower due hydrodynamic damping is studied. The effect of hydrodynamic damping on intake tower is twofold: one is fluid damping and another is structural damping. Fluid damping can be derived analytically from the governing equation of the fluid-structure-interaction (FSI) problem which yields a very complicated solution. To avoid the complexity of the FSI problem water-tower system can be simplified by considering water as added mass. Moreover, previous studies on determining an appropriate damping effect on this type of structure show that although radiation damping or fluid damping can be ignored for structural analysis of slender tower, however a reduction of overall structural damping ratio has to be considered for dynamic analysis, in such a system a reconsideration of structural damping is required. Reduction of the damping ratio depends on the natural frequency of the structure “with” and “without” surrounding water. Moreover, the dynamic characteristics also vary with the change of water height around the tower and its sectional properties. Parametric study is done based on the height of water inside and outside of the intake tower, two different types of tower (circular and squared) are considered for the evaluation of the damping effect. Total six cases of water height is considered and for each study case numerical model is developed by considering water as added mass according to Goyal and Chopra’s method. Effect of hydrodynamic damping is presented by plotting fragility curve. Twenty ground motion matched with Design Response Spectra of Korean Seismic Code are considered during fragility analysis. Prior to fragility analysis dynamic behaviour of tower is investigated against El Centro, 1940 ground motion which shows that in cases of water height less than 70% of tower’s height hydrodynamic damping has negligible effect. For fragility analysis, cases with water height more than 70% are considered. From the study, it is observed that due to reduced damping the failure probability of intake tower has increased. This research will help a designer to consider more conservative damping properties of intake tower which might vary depending on the shape of the tower and height of water.
Intake tower plays vital role for control release of water after an earthquake to stop a dam from further breakdown after initial failure. Apart from this, facilities like flood control, water supply and power generation are also supported by intake tower. In this thesis dynamic behaviour of intake tower due hydrodynamic damping is studied. The effect of hydrodynamic damping on intake tower is twofold: one is fluid damping and another is structural damping. Fluid damping can be derived analytically from the governing equation of the fluid-structure-interaction (FSI) problem which yields a very complicated solution. To avoid the complexity of the FSI problem water-tower system can be simplified by considering water as added mass. Moreover, previous studies on determining an appropriate damping effect on this type of structure show that although radiation damping or fluid damping can be ignored for structural analysis of slender tower, however a reduction of overall structural damping ratio has to be considered for dynamic analysis, in such a system a reconsideration of structural damping is required. Reduction of the damping ratio depends on the natural frequency of the structure “with” and “without” surrounding water. Moreover, the dynamic characteristics also vary with the change of water height around the tower and its sectional properties. Parametric study is done based on the height of water inside and outside of the intake tower, two different types of tower (circular and squared) are considered for the evaluation of the damping effect. Total six cases of water height is considered and for each study case numerical model is developed by considering water as added mass according to Goyal and Chopra’s method. Effect of hydrodynamic damping is presented by plotting fragility curve. Twenty ground motion matched with Design Response Spectra of Korean Seismic Code are considered during fragility analysis. Prior to fragility analysis dynamic behaviour of tower is investigated against El Centro, 1940 ground motion which shows that in cases of water height less than 70% of tower’s height hydrodynamic damping has negligible effect. For fragility analysis, cases with water height more than 70% are considered. From the study, it is observed that due to reduced damping the failure probability of intake tower has increased. This research will help a designer to consider more conservative damping properties of intake tower which might vary depending on the shape of the tower and height of water.
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