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문제 정의
- 따라서 본 논문은 대공간구조물 중에서 자중이 비교적 커서 지진응답이 크게 나타나는 트러스 형태의 아치 구조물을 대상으로 하여 수동형 TMD의 설치 위치 및 질량비에 따른 제어성능을 분석하고자 한다.
- 본 논문은 대공간구조물 중에서 지중이 비교적 커서 지진응답이 크게 나타나는 트러스 형태의 아치 구조물을 대상으로 하여 수동형 TMD 설치 위치 및 질량비에 따른 제어성능을 분석하였다.
제안 방법
- 각 Model 별 TMD 질량 변화에 따른 지진응답 제어 효과를 비교분석하였다. 예제구조물에 대한 TMD 의 질량을 고려하여, 1%에서 5%까지 변화시켜서 분석하였다.
- 또한, 를 통해 살펴본 것처럼 본 예제구조물에서 수직방향의 응답이 지배적이라는 것에 의해서 TMD의 거동을 수직방향으로만 고려하였다.
- 또한, 수동 tmd의 효과적인 설치위치를 결정하기 위해서 아래와 같이 예제 구조물을 8등분으로 분할하였으며, 각 위치에 대해서와 같이 TMD를 설치하였다.
- 예제 구조물의 4/8 지점을 중심으로 하여 좌우로 l/8(ModeU), 2/8(ModeL2), 3/8(Model_3)지점에 각각 TMD 1개씩을 설치하였다 TMD의 총질량을 동일하게 하도록하여 TMD 2개를 적용(Model_l~ Model3)한 경우의 TMD 질량은 TMD 1개를 적용 (Model_4)한 경우의 TMD질량에 에 대하여 1/2로 하였다.
- 예제 구조물의 지진응답의 분석은 지진응답이 가장 크게 나타날 것으로 예상하는 1/4지점과 1/2지점의 지진응답에 대하여 분석하고자 한다. 또한, 아래 <표 2>에서 예제 구조물의 2/8지점에서의 모드 벡터에서처럼 DX방향보다 DZ방향으로의 모드벡터가 더 우세한 것을 살펴 볼 수 있으며, 예제구조물에서 전반적으로 이와 같은 양상이 모두 나타난다.
- 효과를 비교분석하였다. 예제구조물에 대한 TMD 의 질량을 고려하여, 1%에서 5%까지 변화시켜서 분석하였다.
- 예제구조물의 지진동제어를 위한 TMD의 질량과 진동수비는 기존의 연구를 바탕으로 설계하였다. TMD의 질량이 예제 구조물 총질량의 1%인 경우는 예제 구조물 총질량인 41.
- 예제구조물의 지진응답은 앞서 모드형상에 대한 분석에서 정점부분인 4/8지점과 모드벡터의 변화가 가장 심한 2/8지점 변위응답을 비교 분석하였다.
대상 데이터
- 3569gal인 El-Centro-NS파의 가속도 시간이력과 가속도 스펙트럼 그래프이다. 또한 El-Centro-NS파의 지속시간은 53.72초 이지만 30초 이후의 지진에너지는 미비함으로 본 논문에서는 30초까지의 지진 데이터만을 사용하였다.
- 아치 구조물의 경우에 대공간구조물의 기본적인 동적 거동을 내재하고 있으므로 본 연구에서는 아치 구조물을 예제 구조물로 선정하였다. 예제 트러스 아치의 경간은 60.
- 16에 해당된다. 트러스 아치의 모든 부재는 SWS 490의 원형 강관을 사용 하였으며 상현재와 하현재는 0216.3X4.5이며 사재는 0101.6X3.2으로 되어 있다. 예제구조물 및 TMD의 모델링 및 해석은 상용구조해석 프로그램인 MIDAS Gen/w 7.
이론/모형
- 본 논문에서의 해석모델에 입력된 지진동은 공간구조물의 지진거동 분석에 많이 사용되는 El-Centro-NS를 적용하였다.<그림 2>은 PGA 0.
- 2으로 되어 있다. 예제구조물 및 TMD의 모델링 및 해석은 상용구조해석 프로그램인 MIDAS Gen/w 7.8.5를 사용하였다.
성능/효과
- 가장 효과적인 것을 알 수 있었다. 따라서 모드 벡터가 크게 나타는 2/8지점에 TMD를 직접적으로 설치하는 것이 가장 유리하며, 모드벡터가 거의 나타나지 않는 4/8지점에 TMD를 설치하는 것은 효과가 거의 없는 것으로 판단된다.
- 즉, 아치구조물의 중앙부에 TMD를 설치하는 것은 질량비에 무관하게 응답제어 효과가 없다는 것을 알 수 있다. 또한, Model_l, Mode]_2와 Model_3의 경우 모두 1%, 2%까지는 질량 증가에 따라 변위 응답의 RMS값이 감소하지만, 3%부터 질량이 증가함에 따라서 변위응답제어 효과는 오히려 줄어드는 것을 살펴볼 수 있다. 이는<그림 14>와<그림 15>의 각 Model의 2/8지점 변위응답의 RMS값에서도 동일하게 나타난다.
- 또한, 각 Model의 TMD 질량 변화에 따른 변위 응답을 비교해본 결과 예제 구조물의 정점(4/8지점)에 TMD를 설치한 Model_4의 경우에는 TMD의 질량 변화에 무관하게 그 응답효과가 없음을 알 수 있었다. 또한, 이 외의 Model에 대해서는 모두 예제구조물에 대해 TMD질량을 2%까지 증가할 경우에만 변위 응답 제어 효과가 나타나는 것을 알 수 있었다.
- 있었다. 또한, 이 외의 Model에 대해서는 모두 예제구조물에 대해 TMD질량을 2%까지 증가할 경우에만 변위 응답 제어 효과가 나타나는 것을 알 수 있었다. 즉, 일정 이상의 TMT2질량 증가는 구조물의 변위응답 제어 효과가 없음을 알 수 있었다.
- 본 논문空의 결과를 통하여 TMD의 설치위치에 대해 고려할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 하여 모드벡터가 가장 큰 값을 중심으로 하여 각 위치별 TMD의 조합을 통한 경우의 변위 응답 제어에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 예제 구조물의 동적특성은 일반적인 아치 구조물의 동적특성을 보이고 있다. 아치구조물의 동적 특성은 구조물의 형상을 결정흐}는 개각(open angle) 과겉보기 세장비 등에 의하여 좌우된다.
- 예제 구조물의 위치별 TMD설치에 따른 최대 변위 응답과 변위응답의 RMS값을 비교한 결과 2/8지점에 TMD를 설치한 Model_2의 경우가 변위응답 제어에 가장 효과적인 것을 알 수 있었다. 따라서 모드 벡터가 크게 나타는 2/8지점에 TMD를 직접적으로 설치하는 것이 가장 유리하며, 모드벡터가 거의 나타나지 않는 4/8지점에 TMD를 설치하는 것은 효과가 거의 없는 것으로 판단된다.
- 수 있다. 즉 일정 이상의 TMD질량 증가에 따른 정적변위 증가는 구조물 전체의 동적 변위 응답에도 영향을 줄 수 있음을 알 수 있다.
- 또한, 이 외의 Model에 대해서는 모두 예제구조물에 대해 TMD질량을 2%까지 증가할 경우에만 변위 응답 제어 효과가 나타나는 것을 알 수 있었다. 즉, 일정 이상의 TMT2질량 증가는 구조물의 변위응답 제어 효과가 없음을 알 수 있었다.
후속연구
- 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 하여 모드벡터가 가장 큰 값을 중심으로 하여 각 위치별 TMD의 조합을 통한 경우의 변위 응답 제어에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 따라서 이러한 대공간 구조물은 재난 시 피난 거점으로서도 이용될 수 있으므로 안전성 확보가 무엇 보다 중요하다. 특히 최근에 고층화, 대형화되고 있는 건축시장의 동향을 분석해 볼 때, 대공간구조물의 안전성 확보 및 적합한 설계와 시공을 위한 대공간 구조물의 동적특성에 대한 연구가 필요할 것이다.
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