[논문]스마트 TMD의 최적설계를 위한 파라메터 연구

김현수; 강주원

doi:10.9712/kass.2017.17.4.123

문제 정의

개폐식 대공간구조물은 지붕의 열리고 닫힌 상태에 따라서 모드형상 및 고유진동주기가 변화하게 되므로 최적의 성능을 발휘하도록 조율된 동조질량감쇠기에서 비동조현상이 발생하게 된다. 따라서 일반적인 수동 TMD와 스마트 TMD의 비동조현상에 대한 적응성을 본 연구에서 검토하여 보았다. 해석 결과 적절하게 조율된 상태에서 스마트 TMD는 수동TMD에 비해서 우수한 제어성능을 나타냈으며 제어대상 구조물의 고유진동주기가 변하여 비동조현상이 크게 발생할수록 제어성능의 차이는 더 증가하였다.
본 연구에서는 동적특성이 변화하는 구조물을 대상으로 스마트 TMD와 수동 TMD의 제어성능 검토 및 최적설계를 수행하기 위하여 개폐식 대공간구조물을 예제구조물을 선택하였다. 예제구조물은 [Fig.
본 연구에서는 스마트 TMD를 구성하는 스프링 강성 및 MR 감쇠기의 최적용량에 대한 최적 설계값을 파라메터 연구를 통하여 결정하는 방법을 검토하였다. 이를 위하여 지붕이 열린 상태와 닫힌 상태를 고려하는 개폐식 대공간구조물을 예제구조물로 선택하였고 KBC2016 기준에 의하여 작성한 인공지진하중을 사용하여 수치해석을 수행하였다.
본 연구에서는 스마트 TMD의 최적설계를 위한파라메터 연구를 위하여 시간이력해석을 수행하였고 이를 위하여 인공 지반운동가속도를 생성하였다. 인공 지반운동성분을 생성하기 위해서 국내 건축구조 설계기준(KBC2016)을 사용하여 설계가속도스펙트럼을 작성하였고 이를 기반으로 인공 지반운동가속도를 생성하였다.
즉,설치된 구조물의 동적특성이 변해서 발생할 수 있는 비동조현상(Off-tuning)에 대한 적응성이 기존의TMD에 비해서 우수하다고 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 내용을 검증하기 위하여 개폐식 대공간구조물을 예제구조물로 선택하였다. 개폐식 대공간구조물은 국내외적으로 문화시설 및 운동시설에대한 요구가 크게 높아짐에 따라서 그 수요가 증가하고 있는 상황이다.
따라서 일반적인 TMD를 사용하게 되면 구조물의 변화하는 동적특성에 제대로 대응하지 못하므로 제어성능이 저하되는 문제가 발생할 것이다. 본 연구에서는 이러한 현상에 대한 스마트 TMD의적응성을 검토해 보고자 한다.
본 절에서는 TMD 및 스마트 TMD가 최적으로 조율된 구조물의 모드형상 및 고유진동주기와 같은 동적특성이 변화하여 발생하는 비동조현상(Offtuning)에 대한 스마트 TMD의 적응성을 검토한다. 본 절에서 수행하는 수치해석은 특정한 동적하중에 대한 정확한 동적응답을 예측하는 것에 주안점을 두지 않고 비동조현상에 따른 응답의 변화량을 검토하는 것이 주목적이다. 또한 이를 위해서는 반복적인 시간이력해석이 필요하므로 해석의 효율성을 위해서 [Fig.
본 절에서는 TMD 및 스마트 TMD가 최적으로 조율된 구조물의 모드형상 및 고유진동주기와 같은 동적특성이 변화하여 발생하는 비동조현상(Offtuning)에 대한 스마트 TMD의 적응성을 검토한다. 본 절에서 수행하는 수치해석은 특정한 동적하중에 대한 정확한 동적응답을 예측하는 것에 주안점을 두지 않고 비동조현상에 따른 응답의 변화량을 검토하는 것이 주목적이다.
본 절에서는 스마트 TMD를 구성하는 강성 및 MR 감쇠기 용량의 최적 설계값을 찾기 위한 파라메터 연구를 수행하였다. 수치해석을 위하여 [Fig.
대부분의 스마트 TMD와 관련된 선행연구에서는 스마트 TMD의 강성값은 수동 TMD의최적 강성값을 이용하여 결정하고 스마트 감쇠기의 용량은 반복해석을 통해서 결정하고 있다⁶⁾,7). 이러한 배경을 바탕으로 본 연구에서는 스마트 TMD를구성하는 강성 및 스마트 감쇠기의 최적 용량을 결정하는 방법에 대해서 파라메터 연구를 바탕으로 제안하였다.

제안 방법

66초이므로 단자유도구조물의 고유진동주기도 이에 맞추었고 감쇠비는 3%로 하였다. TMD의 강성 및 감쇠값은 앞 절에서 설명한 Warburton이 제안한 최적 설계값을 그대로 사용하였으며 스마트 TMD 또한 강성값은 동일한값을 사용하였고 MR 감쇠기의 최대 감쇠력이Warburton이 제안한 최적 감쇠기의 감쇠력과 동일한 감쇠력을 나타내도록 조정하였다.
본 연구에서 사용한 MR 감쇠기 모델은 0volt에서 5volt까지 조절할 수 있다. 각각의 경우에 발생하는 감쇠력은파라메터 연구를 통해서 결정하였다.
구조물의 동적특성 변화에 따른 비동조현상이 발생시 TMD와 스마트 TMD의 제어성능변화를 검토하기 위해서 단자유도 예제구조물의 고유진동주기에 동조시킨 공진조화지반가속도를 가하여 시간이력해석을 수행하였다. 조화지반가속도의 최대 진폭은 0.
단순화한 단자유도 구조물의 응답은 본 예제구조물의 응답에 비하여 10% 이내의 오차를 나타내었다. 단자유도 구조물의 질량은 [Fig. 1]에나타낸 2차원 구조물에서 TMD 질량이 제어할 수 있는 범위와 모드형상을 고려하여 2차원 구조물의 1/4로 해서 3,850kg으로 하였다. 예제 대공간구조물의 지붕이 열린 상태와 닫힌 상태에서 1차모드 고유진동주기는 각각 3.
단자유도 예제구조물의 고유진동주기는 지붕이 열린 상태를 고려한 구조물을 기준으로 –10%에서 +10%까지 변화시켰고 조화지반가속도의 진동수를 변화시켜서 계속적으로 공진효과가 나타나도록 하였다.
스프링의 강성값은 Warburton의 연구에서 제안한 수동 TMD의 최적 강성값을 기준으로 50%에서 150%까지 1% 간격으로 변화시켜서 검토하였다. 또한 MR 감쇠기의 최대 용량은 50kN에서150kN까지 1kN 간격으로 변화시켜서 해석하였다.
본 절에서 수행하는 수치해석은 특정한 동적하중에 대한 정확한 동적응답을 예측하는 것에 주안점을 두지 않고 비동조현상에 따른 응답의 변화량을 검토하는 것이 주목적이다. 또한 이를 위해서는 반복적인 시간이력해석이 필요하므로 해석의 효율성을 위해서 [Fig. 1]의 예제구조물을 단자유도구조물로 단순화하였다. 단순화한 단자유도 구조물의 응답은 본 예제구조물의 응답에 비하여 10% 이내의 오차를 나타내었다.
7~10]에 나타내었다. 변위 및 가속도 응답의 변화경향을 보다 명확하게 나타내기 위하여 입체평면(Surface)과 등고선(Contour) 형태로 표현하였다. [Figs.
인공 지반운동성분을 생성하기 위해서 국내 건축구조 설계기준(KBC2016)을 사용하여 설계가속도스펙트럼을 작성하였고 이를 기반으로 인공 지반운동가속도를 생성하였다. 설계가속도스펙트럼을 작성하기 위해서 지역계수는 0.22, 지반종류는 SB(매우 조밀한 토사 지반 또는 연암 지반)으로 선택하였다. 이때 SDS는 0.
2]에 나타낸 인공지진하중을 사용하였다. 수지해석을 위하여 MATLAB 버전 R2011a와 SIMULINK를 사용하여 운동방정식을 해석하였다. 스마트 TMD를 구성하는 핵심 설계요소는 스프링 강성과 MR 감쇠기의 최대 제어용량이 된다.
본 절에서는 스마트 TMD를 구성하는 강성 및 MR 감쇠기 용량의 최적 설계값을 찾기 위한 파라메터 연구를 수행하였다. 수치해석을 위하여 [Fig. 1]에 나타낸 예제구조물과 [Fig. 2]에 나타낸 인공지진하중을 사용하였다. 수지해석을 위하여 MATLAB 버전 R2011a와 SIMULINK를 사용하여 운동방정식을 해석하였다.
스마트 TMD의 강성 및 감쇠기의 용량을 기존의 Warburton이 제안한 방법에 근거하여 선정한 경우와 본 연구에서 제안한 파라메터 연구를 통해서 선택한 경우(Optimum)에 대해서 예제구조물의 변위 및 가속도응답을 비교하여 [Figs. 15~20]에 나타내었다. 스마트 TMD의 제어성능 평가를 위해서 예제구조물에 진동제어장치를 설치하지 않은 경우와 수동 TMD를 설치한 경우를 함께 비교하였다.
15~20]에 나타내었다. 스마트 TMD의 제어성능 평가를 위해서 예제구조물에 진동제어장치를 설치하지 않은 경우와 수동 TMD를 설치한 경우를 함께 비교하였다. 응답의 비교위치는 [Fig.
핵심 설계변수가 2개 밖에 되지 않으므로 최적화 알고리즘을 적용하지 않고 예상 가능한 모든 범위의 설계값을 검토하는 파라메터 연구를 수행하였다. 스프링의 강성값은 Warburton의 연구에서 제안한 수동 TMD의 최적 강성값을 기준으로 50%에서 150%까지 1% 간격으로 변화시켜서 검토하였다. 또한 MR 감쇠기의 최대 용량은 50kN에서150kN까지 1kN 간격으로 변화시켜서 해석하였다.
1]에나타낸 2차원 구조물에서 TMD 질량이 제어할 수 있는 범위와 모드형상을 고려하여 2차원 구조물의 1/4로 해서 3,850kg으로 하였다. 예제 대공간구조물의 지붕이 열린 상태와 닫힌 상태에서 1차모드 고유진동주기는 각각 3.00초와 2.66초이므로 단자유도구조물의 고유진동주기도 이에 맞추었고 감쇠비는 3%로 하였다. TMD의 강성 및 감쇠값은 앞 절에서 설명한 Warburton이 제안한 최적 설계값을 그대로 사용하였으며 스마트 TMD 또한 강성값은 동일한값을 사용하였고 MR 감쇠기의 최대 감쇠력이Warburton이 제안한 최적 감쇠기의 감쇠력과 동일한 감쇠력을 나타내도록 조정하였다.
스마트 TMD의 제어성능 평가를 위해서 예제구조물에 진동제어장치를 설치하지 않은 경우와 수동 TMD를 설치한 경우를 함께 비교하였다. 응답의 비교위치는 [Fig. 1]에 나타낸 중앙 및 1/4 지점이고 수평(DX) 및 수직(DZ)방향 응답을 비교하였다.
본 연구에서는 스마트 TMD를 구성하는 스프링 강성 및 MR 감쇠기의 최적용량에 대한 최적 설계값을 파라메터 연구를 통하여 결정하는 방법을 검토하였다. 이를 위하여 지붕이 열린 상태와 닫힌 상태를 고려하는 개폐식 대공간구조물을 예제구조물로 선택하였고 KBC2016 기준에 의하여 작성한 인공지진하중을 사용하여 수치해석을 수행하였다. 개폐식 대공간구조물은 지붕의 열리고 닫힌 상태에 따라서 모드형상 및 고유진동주기가 변화하게 되므로 최적의 성능을 발휘하도록 조율된 동조질량감쇠기에서 비동조현상이 발생하게 된다.
구조물의 동적특성 변화에 따른 비동조현상이 발생시 TMD와 스마트 TMD의 제어성능변화를 검토하기 위해서 단자유도 예제구조물의 고유진동주기에 동조시킨 공진조화지반가속도를 가하여 시간이력해석을 수행하였다. 조화지반가속도의 최대 진폭은 0.1m/s2으로 하였고 시간간격이 0.001초인 하중을 50초 동안 가하였다. 조화지반가속도를 생성하기 위해서 일반적인 사인파를 사용하였다.
스마트 TMD를 구성하는 핵심 설계요소는 스프링 강성과 MR 감쇠기의 최대 제어용량이 된다. 핵심 설계변수가 2개 밖에 되지 않으므로 최적화 알고리즘을 적용하지 않고 예상 가능한 모든 범위의 설계값을 검토하는 파라메터 연구를 수행하였다. 스프링의 강성값은 Warburton의 연구에서 제안한 수동 TMD의 최적 강성값을 기준으로 50%에서 150%까지 1% 간격으로 변화시켜서 검토하였다.

대상 데이터

따라서 두 응답을 적절하게 제어할 수 있는 스마트TMD의 강성 및 MR 감쇠기 용량을 선택해야 하는데 지붕이 닫힌 상태의 예제 대공간구조물을 대상으로는 [Figs. 10, 11]에 ‘X’로 표시한 값을 선택하였다.
MR 감쇠기의 동적거동을 나타내기 위해서 현재 가장 널리 사용되고 있는 수치해석모델인 Bouc-Wen 모델¹⁰⁾을 사용하였다. 본 연구에서 사용한 MR 감쇠기 모델은 0volt에서 5volt까지 조절할 수 있다. 각각의 경우에 발생하는 감쇠력은파라메터 연구를 통해서 결정하였다.
본 연구에서 스마트 TMD는 MR 감쇠기를 이용하여 구성하였다. MR 감쇠기의 동적거동을 나타내기 위해서 현재 가장 널리 사용되고 있는 수치해석모델인 Bouc-Wen 모델¹⁰⁾을 사용하였다.
본 연구에서는 동적특성이 변화하는 구조물을 대상으로 스마트 TMD와 수동 TMD의 제어성능 검토 및 최적설계를 수행하기 위하여 개폐식 대공간구조물을 예제구조물을 선택하였다. 예제구조물은 [Fig. 1]에 나타낸 선행연구⁷⁾에서 사용한 2차원 구조물을 선택하였다. 사용한 2차원 예제구조물은 비교적 단순하지만 대공간구조물의 특성과 지붕의 개폐상태에 따른 동적특성 변화를 효과적으로 나타낼 수 있는 모델이다.
우선 지붕이 닫힌 상태의 예제구조물을 대상으로 해석을 수행하였으며 최대 변위 및 최대 가속도 응답의 변화양상으로 [Figs. 7~10]에 나타내었다. 변위 및 가속도 응답의 변화경향을 보다 명확하게 나타내기 위하여 입체평면(Surface)과 등고선(Contour) 형태로 표현하였다.

이론/모형

본 연구에서 스마트 TMD는 MR 감쇠기를 이용하여 구성하였다. MR 감쇠기의 동적거동을 나타내기 위해서 현재 가장 널리 사용되고 있는 수치해석모델인 Bouc-Wen 모델¹⁰⁾을 사용하였다. 본 연구에서 사용한 MR 감쇠기 모델은 0volt에서 5volt까지 조절할 수 있다.
지반운동이나 동적하중이 가해지는 구조물의 진동제어를 위해서 설치되는 TMD의 강성 및 감쇠에 대한 최적 설계값에 대한 연구는 기존에 다수 수행된바 있다. 그 중에서 본 연구에서는 Warburton¹⁾이제안한 TMD 설계변수 최적값을 사용하였다. 즉,#를 TMD의 최적 감쇠비로 두었고 #를 최적 진동수비로 사용하였다.
스마트 TMD를 이용한 효과적인 진동제어를 위해서는 적절한 제어알고리즘을 사용하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 스마트 TMD의 감쇠력 및 강성을 제어하기 위해서 다양한 준능동 제어알고리즘 중에서 비교적 간단한 연산으로 우수한 제어성능을 나타내는 것으로 알려진 그라운드훅(Groundhook)제어알고리즘¹¹⁾을 사용하였다. 그라운드훅 제어알고리즘은 일종의 뱅뱅(Bang-bnag)제어알고리즘으로 On 또는 Off 상태의 제어만 가능하다.
본 연구에서는 스마트 TMD의 최적설계를 위한파라메터 연구를 위하여 시간이력해석을 수행하였고 이를 위하여 인공 지반운동가속도를 생성하였다. 인공 지반운동성분을 생성하기 위해서 국내 건축구조 설계기준(KBC2016)을 사용하여 설계가속도스펙트럼을 작성하였고 이를 기반으로 인공 지반운동가속도를 생성하였다. 설계가속도스펙트럼을 작성하기 위해서 지역계수는 0.
2]에 나타내었다. 인공지진하중은 랜덤 진동이론에 의하여 인공지진을 생성하는 프로그램 중 가장 널리 사용되고 있는 SIMQKE¹²⁾을 사용하여 작성하였다. 생성된 지진하중의 길이는 30초로 하였고 시간간격은 0.

성능/효과

변위 및 가속도 응답의 변화경향을 보다 명확하게 나타내기 위하여 입체평면(Surface)과 등고선(Contour) 형태로 표현하였다. [Figs. 7, 8]을 보면 스프링 강성은 약 100% 근처에서 가장 작은 최대변위응답을 나타내었고 MR 감쇠기의 용량은 약 80~90kN에서 효과적인 제어를 할 수 있는 것을 알 수 있다. 최대 변위응답만을 제어목표로 한다면 이러한 범위에서 최적 설계값을 결정하면 되지만 설계 시 최대 가속도응답에 대한 고려도 동시에 하고자 한다면[Figs.
이에 반해서 최대치 응답에 대해서는 스마트 TMD와 수동 TMD의 응답차이가 비동조현상이 증가할수록 커지는 것을 알 수 있다. 개폐식 대공간구조물과 같은 동적특성이 변화하는 구조물의 진동제어에 대해서 스마트 TMD의 적응성이 매우 뛰어나다는 것을 확인할 수 있다
그림을 보면 알 수 있듯이 일단 예제구조물의 고유진동주기의 변화가 없는 모델, 즉 정상적으로 조율된 모델(0%)을 보면 최대 변위응답과 가속도 응답에 있어서 스마트 TMD가 수동 TMD보다 더 우수한 제어성능을 나타내었는데 두 값의 차이가 모두 대략 8% 정도 나타났다. 스마트 TMD와 수동TMD의 최대 변위응답 차이는 구조물의 고유진동주기 변화가 커질수록 즉, 비동조형상이 커질수록 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해서 지붕의 개폐상태에 따라서 고유진동주기가 변하는 개폐식 대공간구조물에 대한 스마트 TMD의 적응성이 우수하다는 것을 검증하였다. 본 연구를 통해 수행한 파라메터 해석을 통하여 스마트 TMD의 강성 및 MR 감쇠기의 용량에 대한 최적 설계값을 구할 수 있었으며 이 값을 이용해서 구성한 스마트 TMD는 기존의 Warburton의 방법에 근거하여 구성한 스마트 TMD보다 10% 이상의 개선된 제어성능을 나타내는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 스마트 TMD를 제어하기 위해서 널리 사용되고 있는 준능동 제어알고리즘인 그라운드훅 제어알고리즘을 사용하였으나 향후 파라메터 해석을 통한 최적설계와 더불어 더 효과적인 스마트제어알고리즘을 사용하는 방법에 대한 연구를 수행할 계획이다.
Warburton 방법에 의해서 설계된 스마트 TMD는 수동 TMD의응답을 약 11% 더 줄일 수 있었다. 본 연구에서 제안한 파라메터 연구에 의해 얻은 최적 설계값을 사용한 스마트 TMD는 기존의 Warburton 방법에 의해서 설계된 스마트 TMD에 비하여 약 12%의 응답을 더 줄일 수 있었다. 즉 제어알고리즘의 변화 없이 스마트 TMD를 구성하는 강성 및 감쇠력의 최적 설계만으로 제어성능을 큰 폭으로 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
TMD의 최적 진동수비는 질량은 1%로 고정되었기 때문에 강성에 의해서 결정된다. 본 연구에서는 지붕이 열린 상태의 예제구조물에 대해서 최적 진동수비를 나타내는 강성값은 164.7N/m으로 계산되었다. 스마트 TMD의 최적 강성 및 감쇠용량의 최적 값은 다음 절에서 계산된다.
그림을 보면 알 수 있듯이 일단 예제구조물의 고유진동주기의 변화가 없는 모델, 즉 정상적으로 조율된 모델(0%)을 보면 최대 변위응답과 가속도 응답에 있어서 스마트 TMD가 수동 TMD보다 더 우수한 제어성능을 나타내었는데 두 값의 차이가 모두 대략 8% 정도 나타났다. 스마트 TMD와 수동TMD의 최대 변위응답 차이는 구조물의 고유진동주기 변화가 커질수록 즉, 비동조형상이 커질수록 증가하는 것을 확인할 수 있다. 구조물의 고유진동주기 변화율이 +10%일 때는 최대 변위응답의 차이가 약 32%이고 –10%일 때에는 약 35%에 달하고 있다.
해석 결과 적절하게 조율된 상태에서 스마트 TMD는 수동TMD에 비해서 우수한 제어성능을 나타냈으며 제어대상 구조물의 고유진동주기가 변하여 비동조현상이 크게 발생할수록 제어성능의 차이는 더 증가하였다. 이를 통해서 지붕의 개폐상태에 따라서 고유진동주기가 변하는 개폐식 대공간구조물에 대한 스마트 TMD의 적응성이 우수하다는 것을 검증하였다. 본 연구를 통해 수행한 파라메터 해석을 통하여 스마트 TMD의 강성 및 MR 감쇠기의 용량에 대한 최적 설계값을 구할 수 있었으며 이 값을 이용해서 구성한 스마트 TMD는 기존의 Warburton의 방법에 근거하여 구성한 스마트 TMD보다 10% 이상의 개선된 제어성능을 나타내는 것을 확인하였다.
즉 스마트 TMD와 수동 TMD에 대해서 비동조현상이 발생할 때 제어성능의 변화를 검토해본 결과 RMS 응답에 대해서는 동조상태에서 크게 발생했던 응답차이가 비동조현상이 증가해도 큰 변화가 나타나지 않았다. 이에 반해서 최대치 응답에 대해서는 스마트 TMD와 수동 TMD의 응답차이가 비동조현상이 증가할수록 커지는 것을 알 수 있다. 개폐식 대공간구조물과 같은 동적특성이 변화하는 구조물의 진동제어에 대해서 스마트 TMD의 적응성이 매우 뛰어나다는 것을 확인할 수 있다
이러한 응답차이는 구조물의 고유 진동주기 변화가 증가함에 따라서 조금씩 감소하는 것으로 보이나 경향은 그리 크지 않은 것을 확인할 수 있다. 즉 스마트 TMD와 수동 TMD에 대해서 비동조현상이 발생할 때 제어성능의 변화를 검토해본 결과 RMS 응답에 대해서는 동조상태에서 크게 발생했던 응답차이가 비동조현상이 증가해도 큰 변화가 나타나지 않았다. 이에 반해서 최대치 응답에 대해서는 스마트 TMD와 수동 TMD의 응답차이가 비동조현상이 증가할수록 커지는 것을 알 수 있다.
본 연구에서 제안한 파라메터 연구에 의해 얻은 최적 설계값을 사용한 스마트 TMD는 기존의 Warburton 방법에 의해서 설계된 스마트 TMD에 비하여 약 12%의 응답을 더 줄일 수 있었다. 즉 제어알고리즘의 변화 없이 스마트 TMD를 구성하는 강성 및 감쇠력의 최적 설계만으로 제어성능을 큰 폭으로 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 지붕이 열린 예제구조물에 최적설계된 스마트 TMD는 지붕이 닫히는 비동조현상이 발생하였음에도 여전히 우수한 제어성능을 나타내는 것을 볼 수 있다.
최대 가속도응답도 마찬가지로 비동조현상이 증가할수록 스마트 TMD와 수동 TMD의 응답차이가 커지는 것을 볼 수 있는데 구조물의 고유진동주기변화율이 +10%일 때는 응답의 차이가 약 31%이고–10%일 때에는 약 37%를 나타내었다.
최대 가속도응답의 파라메터 해석결과를 검토해보자면 변위응답에 비해서 상대적으로 불규칙적인것을 알 수 있고 변위응답이 효과적으로 제어되는영영과 약간의 오차가 발생하는 것을 알 수 있다. 따라서 두 응답을 적절하게 제어할 수 있는 스마트TMD의 강성 및 MR 감쇠기 용량을 선택해야 하는데 지붕이 닫힌 상태의 예제 대공간구조물을 대상으로는 [Figs.
최대 변위응답은 TMD 및 스마트 TMD에 의해서 효과적으로 제어되는 것을 볼 수 있는데 가장 큰 응답이 발생하는 ‘a’점의 Z방향 응답의 경우 수동TMD에 의하여 제어하지 않은 상태의 응답을 약 13% 더 줄일 수 있는 것을 알 수 있다.
따라서 일반적인 수동 TMD와 스마트 TMD의 비동조현상에 대한 적응성을 본 연구에서 검토하여 보았다. 해석 결과 적절하게 조율된 상태에서 스마트 TMD는 수동TMD에 비해서 우수한 제어성능을 나타냈으며 제어대상 구조물의 고유진동주기가 변하여 비동조현상이 크게 발생할수록 제어성능의 차이는 더 증가하였다. 이를 통해서 지붕의 개폐상태에 따라서 고유진동주기가 변하는 개폐식 대공간구조물에 대한 스마트 TMD의 적응성이 우수하다는 것을 검증하였다.

후속연구

본 연구를 통해 수행한 파라메터 해석을 통하여 스마트 TMD의 강성 및 MR 감쇠기의 용량에 대한 최적 설계값을 구할 수 있었으며 이 값을 이용해서 구성한 스마트 TMD는 기존의 Warburton의 방법에 근거하여 구성한 스마트 TMD보다 10% 이상의 개선된 제어성능을 나타내는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 스마트 TMD를 제어하기 위해서 널리 사용되고 있는 준능동 제어알고리즘인 그라운드훅 제어알고리즘을 사용하였으나 향후 파라메터 해석을 통한 최적설계와 더불어 더 효과적인 스마트제어알고리즘을 사용하는 방법에 대한 연구를 수행할 계획이다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라에서 발생한 지진 중 가장 규모가 큰 지진은?	그 동안 지진에 대해 비교적 안전하다고 평가받던 우리나라에서도 근래에 들어서 지진의 발생 횟수 및 규모가 급격히 증가하고 있다. 특히 2016년 9월 경주에서 발생한 지진은 우리나라에서 발생한 지진 중에서 가장 규모가 큰 지진으로 기록되고 있다. 우리나라뿐만 아니라 근래에 전 세계적으로도 큰 규모의 지진이 발생되는 것이 보고되고 있는데 2017년 9월에 발생한 멕시코 지진은 규모 8.
	스마트 TMD의 특징은?	스마트 TMD는 동적하중 및 구조물 응답의 변화에 따라서 감쇠력과 강성을 변화시켜서 적응성을향상시킴으로써 제어성능을 증가시킬 수 있다. 즉,설치된 구조물의 동적특성이 변해서 발생할 수 있는 비동조현상(Off-tuning)에 대한 적응성이 기존의TMD에 비해서 우수하다고 알려져 있다.
	그라운드훅 제어알고리즘은 On 상태와 Off 상태의 제어 명령이 필요할 때 각각 어떻게 작동하나?	그라운드훅 제어알고리즘은 일종의 뱅뱅(Bang-bnag)제어알고리즘으로 On 또는 Off 상태의 제어만 가능하다. 따라서 On 상태의 제어명령이 필요할 때에는 최대 명령전압인 5volt가 스마트 TMD로 전달되며 Off 상태의 제어 명령이 필요할 때에는 0volt가 전달된다.

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[국내논문] 스마트 TMD의 최적설계를 위한 파라메터 연구
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