[논문]TMD의 질량 변화에 따른 개폐식 대공간 구조물의 지진응답 제어성능 분석

이영락; 노호성; 김현수; 강주원

doi:10.9712/kass.2019.19.1.75

문제 정의

2>와 같이 3차원 해석 모델에서도 횡방향의 Runway trusses (RT)와종방향의 Transverse trusses (TT)의 1/4 지점에TMD를 설치하였다. Runway trusses와 Transverse trusses의 교차점(RTT)에도 TMD를 설치하여 지진 응답을 분석하고자 한다.
그 결과, 개폐 유무에 상관없이 8개의 TMD를설치하는 것이 가장 효과적임을 검증하였다. 따라서 본 연구에서는 개폐식 대공간 구조물에 8개의 TMD를 설치한 후 1개의 TMD 질량을 감소시키며 최적 질량비를 검토하였다. 추가적으로 지진 하중에 진동제어가 가장 효과적인 질량비를 이용해 설치 위치에 따라 TMD 질량을 다르게 재분배하여 최적의 질량 분배 비율을 확인하고자 한다.
그 결과, 개폐 유무에 상관없이 8개의 TMD를설치하는 것이 가장 효과적임을 검증하였다. 따라서 본 연구에서는 개폐식 대공간 구조물에 8개의 TMD를 설치한 후 1개의 TMD 질량을 감소시키며 최적 질량비를 검토하였다. 추가적으로 지진 하중에 진동제어가 가장 효과적인 질량비를 이용해 설치 위치에 따라 TMD 질량을 다르게 재분배하여 최적의 질량 분배 비율을 확인하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 개폐식 대공간 구조물에 8개의 TMD를 설치한 후 1개의 TMD 질량을 감소시키며 최적 질량비를 검토하였다. 추가적으로 지진 하중에 진동제어가 가장 효과적인 질량비를 이용해 설치 위치에 따라 TMD 질량을 다르게 재분배하여 최적의 질량 분배 비율을 확인하고자 한다.

가설 설정

본 연구에서는 구조물이 탄성 거동을 한다는 기본 가정 하에 TMD를 설계하였다. 해석 모델의 1차모드 진동수는 0.

제안 방법

‘a’ 지점에서는 수직 및 수평 방향 응답을 비교하였고,‘b’ 지점에서는 수직 방향 응답이 거의 발생하지 않으므로 수평 방향 응답만을 비교하였다.
TMD 질량비 변화를 분석한 결과 최대 응답 저감효과가 나타난 8%와 6%의 질량비를 지닌 해석 모델을 이용하여 각 트러스의 위치별 질량을 다르게 설정하고 지진 하중에 대한 동적 응답을 분석하였다. 해석 모델명을 더욱 명확하게 표기하기 위해[Fig.
개폐식 대공간 구조물에 TMD를 설치할 때 해석모델의 전체 질량에 대하여 TMD의 적절한 질량 비율(%)을 검토하기 위해 동적 해석을 수행하였다. 앞 절에서 설명한 바와 같이 선행 연구에서는 1개의 TMD 질량을 1%로 설정하였을 경우 8개를 설치하였을 때 최적의 개수임을 검증하였으므로 본연구에서는 전체 구조물 질량의 8%, 6%, 4%, 2%,1%로 질량비를 감소시키면서 지진 하중에 대한 변화를 검토하였다.
에서는 개폐식 대공간 구조물을 해석모델로 선정하고, 지진 하중에 대한 동적 응답을 제어하기 위해 TMD를 설치하였다. 그리고 해석 모델에 설치되는 TMD의 설치 위치와 최적의 설치 개수에 대해서 분석하였다. 해석 모델에 설치되는 1개의TMD 질량은 전체 구조물 질량의 1%의 비율로 설정하고, 개수 변화에 따른 최적의 설치 위치를 찾았다.
개폐식 대공간 구조물에 TMD를 설치할 때 해석모델의 전체 질량에 대하여 TMD의 적절한 질량 비율(%)을 검토하기 위해 동적 해석을 수행하였다. 앞 절에서 설명한 바와 같이 선행 연구에서는 1개의 TMD 질량을 1%로 설정하였을 경우 8개를 설치하였을 때 최적의 개수임을 검증하였으므로 본연구에서는 전체 구조물 질량의 8%, 6%, 4%, 2%,1%로 질량비를 감소시키면서 지진 하중에 대한 변화를 검토하였다. 예를 들어 4%는 TMD 1개 질량이 전체 구조물 질량의 0.
앞서 분석한 결과를 바탕으로 최적의 질량비인 6%와 8% 질량 비율에 대해서 설치되는 TMD 상호 간의 질량 재분배를 실시하였다. 종합적으로 분석해볼 때, 지붕의 개폐 여부에 상관없이 두 질량비 모두 RTtt 해석 모델에서 RT의 질량 비율을 상대적으로 크게 설정하는 것이 지진 응답 감소에 더욱 효과적이었다.
11>에서 의미하는 바는 전체 구조물 질량의 8% 비율로 TMD를 설치하였고, 숫자 1과 3은 Runway trusses (RT) 와 Transverse trusses (TT)에 설치된 TMD가 8%의 질량을 1대 3으로 나눠서 RT에는 2%의 질량을 4개의 TMD에 나눠가지고, TT에는 6%의 질량을 4개의TMD에 나눠가진다는 것이다. 이에 설치되는 트러스 위치의 혼돈을 방지하고자 대문자와 소문자로 분리하여 표기하였다.
지진 응답 제어 성능을 검토하기 위해서 해석 모델의 진동대역에 있는 0.33Hz의 공진 조화 하중과 역사지진파인 El Centro(1940) 지진 하중을 사용하여 시간 이력 해석을 수행하였다.
본 연구에서는 개폐식 대공간 구조물에 8개의TMD를 설치한 후 1개의 TMD 질량을 감소시키며 최적 질량비를 검토하였다. 추가적으로 지진 하중에 진동 제어가 가장 효과적인 질량비를 이용하여 설치 위치에 따라 각각의 TMD 질량을 다르게 재분배하여 최적의 질량 분배 비율을 확인하였다.
그리고 해석 모델에 설치되는 TMD의 설치 위치와 최적의 설치 개수에 대해서 분석하였다. 해석 모델에 설치되는 1개의TMD 질량은 전체 구조물 질량의 1%의 비율로 설정하고, 개수 변화에 따른 최적의 설치 위치를 찾았다. 그 결과, 개폐 유무에 상관없이 8개의 TMD를설치하는 것이 가장 효과적임을 검증하였다.

성능/효과

11>에서 의미하는 바는 전체 구조물 질량의 8% 비율로 TMD를 설치하였고, 숫자 1과 3은 Runway trusses (RT) 와 Transverse trusses (TT)에 설치된 TMD가 8%의 질량을 1대 3으로 나눠서 RT에는 2%의 질량을 4개의 TMD에 나눠가지고, TT에는 6%의 질량을 4개의TMD에 나눠가진다는 것이다.
RTT_rt 해석 모델의 경우 열린 지붕에서는 4%의 질량비를 설치하였을 때, 닫힌 지붕에서는 6%의 질량비를 설치하였을 때 각 지진 하중에 대한 최대 응답 저감 효과가 나타났다. 2차원 아치 구조물을 이용한 연구에서 경간의 1/4 지점에 TMD를 설치하는 것이 가장 효과적인 것으로 나타났으므로 3차원 해석 모델에서도 Runway trusses와 Transverse trusses의 1/4 지점에 TMD를 설치한 RT_tt 해석 모델에서 최대 응답 저감 효과가 나타날 것으로 예상하였지만, RTT_tt해석 모델이 더 효과적인 것을 알 수 있었다.
6%의 해석 모델도 8%의 해석 모델과 동일한 분석 결과가 나타났으며, RT, TT, RTT의 순서로 RT에 설치되는 TMD 질량 비율을 크게 설정하는 것이더 효과적이다. 최적의 TMD 질량 재분배 비율은 해석 모델별로 상이하나, 설치되는 위치 간에 2배에서 3배 정도의 차이를 가질 때 효과적인 응답 저감을 나타내는 것으로 판단된다.
8RTTrt 해석 모델에서는 1대 3의 질량비로 설정할 경우가 효과적이며, RTT의 질량 비중을 크게 할 경우 8RTTrt 1_1보다 변위 응답이 더 늘어나는 현상이 나타났다.
8RTTtt 해석 모델에서는 1대 2의 질량비로 설정할 경우 응답 저감 효과가 가장 크게 나타났고,RTT의 질량보다 tt의 질량 비중을 늘리는 것이 효과적이다.
8개의 TMD를 동일하게 설치한 후 TMD의 질량비를 감소시킨 결과, 전반적으로 가해지는 지진하중과 지붕의 개폐 여부에 상관없이 RTT_tt 해석모델에서 가장 효과적인 응답이 나타났다. 질량 비율의 경우 열린 지붕에서는 6%의 질량비를 설치하였을 때, 닫힌 지붕에서는 8%의 질량비를 설치하였을 때 최대의 응답 저감 효과가 나타났다.
열린 지붕에서는 6%의 질량비로 설정하였을 때, 닫힌 지붕에서는 8%의 질량비로 설정하였을 때 지진 하중에 대한 응답 저감 효과가 가장 크게 나타났다. 8개의 TMD를 설치하였을 때 1개 TMD 질량을 동일하게 설정할 경우, 전체 해석 모델 질량의 0.75%와 1% 비율로 설정하는 것이 최적의 질량비로 판단된다.
해석 모델에 설치되는 1개의TMD 질량은 전체 구조물 질량의 1%의 비율로 설정하고, 개수 변화에 따른 최적의 설치 위치를 찾았다. 그 결과, 개폐 유무에 상관없이 8개의 TMD를설치하는 것이 가장 효과적임을 검증하였다. 따라서 본 연구에서는 개폐식 대공간 구조물에 8개의 TMD를 설치한 후 1개의 TMD 질량을 감소시키며 최적 질량비를 검토하였다.
그러므로 8%의 해석 모델을 종합해보면, RT, TT,RTT의 순서로 RT에 설치되는 TMD 질량 비율을 크게 하는 것이 변위 응답 저감에 더 효과적이다. TMD 질량 재분배는 1대 2의 비율이 가장 탁월하다고 판단된다.
그리고 해석 모델의 변위 응답 비교 위치를 선정하기 위하여 각 트러스 위치에 따른 1/4 지점의 수직 방향 변위 응답을 비교하였으며 그 결과, 열린 상태와 닫힌 상태 모두 RT 4에서 가장 큰 변위 응답을 나타냈다. 그러므로 <Fig.
그 외의 해석 모델에서도 열린 지붕과 닫힌 지붕을 구별하여 분석하였을 경우에는 질량 재분배에 효과적으로 나타나지만, 이를 복합적으로 분석하였을 경우에는 다소 상반된 응답이 나타나 TMD의 질량을 다르게 설정하는 것이 오히려 비효과적이다. 또한 특정 모델에서는 동일한 질량 비율로 설정한 경우보다 응답이 증가하는 양상도 나타났다.
83kN/g로 설정하였다. 본연구에서는 질량비가 1%일 때 TMD의 최적 감쇠비는 4.98%, 해석 모델과 TMD의 최적 진동수비는 98.76%로 계산되었다. 계산된 진동수비를 이용하면TMD의 최적 진동수는 0.
앞서 분석한 결과를 바탕으로 최적의 질량비인 6%와 8% 질량 비율에 대해서 설치되는 TMD 상호 간의 질량 재분배를 실시하였다. 종합적으로 분석해볼 때, 지붕의 개폐 여부에 상관없이 두 질량비 모두 RTtt 해석 모델에서 RT의 질량 비율을 상대적으로 크게 설정하는 것이 지진 응답 감소에 더욱 효과적이었다. 질량 분배 비율은 RT와 tt가 1대 2의 비율로 설정되었을 때 극대의 효과가 나타난다.
열린 상태의 지붕에서 TMD의 질량비가 8%인 해석 모델을 확인해보면 8RTtt 2_1 해석 모델에서 최대 응답 저감 효과가 나타났다. 즉, RT와 tt의 트러스 위치에 동일한 질량비로 TMD를 설치한 8RTtt 1_1 해석 모델보다 RT의 질량 비율을 상대적으로 크게 설정하는 경우가 변위 응답이 더욱 감소하였으며, tt의 비중을 늘릴 경우 오히려 변위 응답이 늘어나는 역효과가 나타났다.
8개의 TMD를 동일하게 설치한 후 TMD의 질량비를 감소시킨 결과, 전반적으로 가해지는 지진하중과 지붕의 개폐 여부에 상관없이 RTT_tt 해석모델에서 가장 효과적인 응답이 나타났다. 질량 비율의 경우 열린 지붕에서는 6%의 질량비를 설치하였을 때, 닫힌 지붕에서는 8%의 질량비를 설치하였을 때 최대의 응답 저감 효과가 나타났다. TMD의 설치 위치를 동일하게 하였으나 열린 지붕과 닫힌 지붕의 최적 질량비가 다르게 나타난 이유는 지붕의 개폐 여부에 따라 개폐식 대공간 구조물의 강성 및 질량 분포가 변화하기 때문인 것으로 판단된다.
해석 모델별로 살펴보면, RT_tt의 경우 개폐 여부와 상관없이 8%의 질량비를 설치하였을 때 최대 응답 저감 효과가 나타났다. RTT_rt 해석 모델의 경우 열린 지붕에서는 4%의 질량비를 설치하였을 때, 닫힌 지붕에서는 6%의 질량비를 설치하였을 때 각 지진 하중에 대한 최대 응답 저감 효과가 나타났다.
해석 모델에서 8개의 TMD를 설치할 수 있는 모든 경우의 수를 고려하여 지진 응답을 분석한 결과,응답 저감 효과가 가장 큰 3개의 모델링을 선별하였다. <Fig.

후속연구

향후 진행할 연구에서는 1개의 TMD 설치 질량을 경량화 하여 구조 부재에 가해지는 부담을 감소시키고 TMD의 설치 개수를 늘려 더욱 넓은 범위에 설치하여 지진 하중에 대한 응답을 분석할 예정이다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대공간 구조물이란 무엇인가?	지진, 태풍과 같은 자연재해 발생 시 대공간 구조물은 많은 인원을 수용할 수 있는 대피 공간의 역할을 한다. 대공간 구조물은 자체의 곡률을 이용하여면내력으로 외력에 저항할 수 있는 저항형 구조물로써 다른 구조물과 달리 작은 단면을 가지고 내부 기둥 없이 넓은 공간을 계획할 수 있다2). 이와 같은 구조적 특징으로 인하여 대공간 구조물은 일반적인라멘 구조물보다 강한 지진에 비교적 안전하다고 할 수 있다.
	동조질량감쇠기(TMD)가 우수한 동적 응답 제어 성능을 나타내게 하려면 어떻게 하여야 하는가?	진동 제어 장치 중 하나로 제어 성능이 우수하여 가장 널리 사용되고 있는 동조질량감쇠기(Tuned Mass Damper; TMD)가 대표적이다. TMD는 제어하고자 하는 구조물의 고유 진동 주기에 맞추어 적절하게 조율되었을 때 매우 우수한 동적 응답 제어 성능을 나타내는 것으로 알려져 있다3).
	국내의 대공간 구조물의 단점은 어떤 것이 있나?	국내에는 서울시에 위치한 고척돔과 각 지역에 건설된 월드컵 경기장과 같은 대공간 구조물이 있다. 하지만 국내의 대공간 구조물은 지붕이 개방 또는 폐쇄 형태로 되어있어 사용자의 의도나 기후 변화에 따라 지붕이 변경되지 않는다. 이러한 단점을 보완하기 위해 해외에서는 개폐식 대공간 구조물에 관심을 가지고 많은 연구들이 진행되고 있다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] TMD의 질량 변화에 따른 개폐식 대공간 구조물의 지진응답 제어성능 분석
Seismic Response Control Performance Evaluation of Retractable-Roof Spatial Structure With Variation of TMD Mass 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (5)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] TMD의 질량 변화에 따른 개폐식 대공간 구조물의 지진응답 제어성능 분석 Seismic Response Control Performance Evaluation of Retractable-Roof Spatial Structure With Variation of TMD Mass 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (5)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이영락 (10) 김현수 (98) 강주원 (149)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] TMD의 질량 변화에 따른 개폐식 대공간 구조물의 지진응답 제어성능 분석
Seismic Response Control Performance Evaluation of Retractable-Roof Spatial Structure With Variation of TMD Mass 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper