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문제 정의
- 본 논문에서는 계측된 건물과 TMD의 가속도 응답으로부터 풍하중을 역추정하여 TMD의 풍진동 제어성능을 분석하는 방법을 제안하고자 한다. 이를 위해 TMD와 구조물 응답으로부터 하중을 역추정하는 방법으로 연속시간 영역에서 칼만 필터링을 이용하는 기법을 제시하고자 한다.
- 앞 절의 예제를 통하여 구조물과 TMD의 가속도응답만을 계측하는 경우에 칼만필터를 이용하여 풍하중의 역추정이 가능함을 보였다. 본 절에서는 역추정 풍하중을 바탕으로 TMD가 설치되지 않은 구조물의 응답을 구하여 TMD의 풍응답 제어성능을 분석하고자 한다.
- 이 후, 2009년 강원도 평창의 알펜시아 스키점프타워에 스키점프 경기의 안정성과 전망대의 사용성 개선을 위하여 TMD가 설치되었으며, 2010년 인천 송도에 위치한 P건설 사옥에 양방향 TMD를 설치하여 구조물의 안정성과 사용성을 높이고자 하였다.3) P건설 사옥은 사옥동과 임대동으로 구성되어 있으며, 철골구조로 높이는 184.
- 바다와 인접하여 바람의 영향을 강하게 받을 수 있는 지역에 위치하고 임대동과 사옥동의 상호작용으로 인하여 풍하중 및 가속도 값이 증가할 것으로 예상되었으며, 또한 향후 주변에 건설되는 구조물에 의해 발생하는 와류로 인하여 풍하중이 증가할 것으로 예상되었다. 이에 적층고무를 사용한 양방향 TMD을 사용하여 구조물 최대가 속도를 기준 이하로 낮추는 것을 목표로 하였다.
- 풍하중을 직접 계측하는 것이 현실적으로 불가능하여 동일한 풍하중 상황에서 TMD가 설치되었을 때와 설치되지 않았을 때의 TMD의 풍진동 제어성능 분석이 어려운 경우를 위해, 계측된 건물과 TMD의 가속도 응답으로부터 풍하중을 역추정하여 TMD의 풍진동 제어성능을 분석하는 방법을 소개하였다. 이를 위해 TMD와 구조물 응답으로부터 하중을 역추정하는 방법으로 연속시간 영역에서 칼만 필터링을 이용하는 기법을 제시하였으며, 풍직각방향 변동풍력 평가를 위한 경험식으로 제안된 풍하중 스펙트럼을 사용하여 풍하중을 산정하였다.
가설 설정
- 본 장에서는 2장에서 기술한 풍하중 역추정 방법을 예제 구조물에 적용하여 TMD의 풍진동 저감성능을 분석하였다. TMD가 설치된 예제 구조물의 폭(Bo)은 38m, 깊이(Do)는 37m, 높이(H)는 185m이고, 1차모드의 일반화질량(generalized mass)는 13,453톤으로 가정하였다.
- 구조물 1차모드의 고유진동수는 0.244Hz, 감쇠비는 1%로 가정하였고, 설치된 TMD의 질량은 구조물 질량의 1%, 고유진동수는 구조물 고유진동수의 99%, 감쇠비는 6%로 가정하였다.
- 본 예제에서는 현실적인 문제를 고려하여 가속도계를 이용한 구조물과 TMD의 가속도응답만이 계측가능한 것으로 가정하였고 속도와 변위이력은 식 (6)의 칼만필터를 이용하여 예측하고자 한다.
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