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문제 정의
- 11>은 8개의 TMD를 설치한 Elliptical type 해석모델의 설치 위치를 나타낸 것이다. Ribbed type 및 Latticed type과 다르게 Elliptical typee TMD를 6개 설치한 경우 가장 뛰어난 변위응답 저감효과를 보였으며, 8개를 설치한 경우도 함께 분석하여 결과를 뒷받침하고자 하였다. 6개와 8개를 설치하였을 때 공진 조화 하중에 대하여 가장 뛰어난 변위응답 저감효과를 보이는 Case6-14와 Case8-9를 기준으로 선정하였다.
- 단순 일반화한 해석모델은여러 개의 3차원 아치 트러스로 구성되어 있으며, 아치트러스의 1/8 지점, 1/4 지점 그리고 3/8 지점에 개수변화에 따라 다양하게 분산 배치하였다. 개수 변화뿐만아니라 TMD가 설치되는 위치 변화가 변위응답의 저감에 어떠한 영향을 미치는지 분석하고자 하였다.
- 본논문에서는 Ribbed type, Latticed type, Elliptical type 3가지 해석모델에 대해 분석하였다.
제안 방법
- <Fig. 1>과같이 아치 트러스 1/4 지점에서의 수직 및 수평방향 변위 응답을 분석하였다.
- <Fig. 2>와같이 아치 트러스 1/4 지점에서의 수직 및 수평방향 변위 응답을 분석하였다.
- <Fig. 3>과 같이 아치 트러스 1/4 지점에서의 수직 및 수평방향 변위응답을 분석하였다.
- 5>와같이 구조물의 고유진동주기를 이용한 공진조화하중과역사지진하중인 El Centro(1940) 및 Kobe(1995) 지진하중을 모두 X, Y방향으로 가진하여 다양한 하중에 대해 분석하였다.<Table 3> Specification of elliptical type <Fig.
- 8개를 설치하였을 때 공진조화하중에 대하여 뛰어난 변위응답 저감효과를 보이는 Case8-2와 Case8-5를 기준으로 선정하였다. Case8-2와 Case8-5는 아치 트러스의 1/4 지점에 TMD 를 설치한 경우로 1/8 지점과 3/8 지점에 설치한 경우와 비교하여 위치에 따른 변위응답을 분석하였다.
- TMD를 설치하였다. TMD 설치 개수에 따른 변위응답 분석을 바탕으로 Ribbed type과 Latticed typee 8개를 설치한 경우, Elliptical typee 6개와 8개를 설치한 경우의 설치 위치에 따른 응답을 분석하였다. 변위응답이 가장 큰 공진조화하중의 변위응답비를 기준으로 해석모델에서 설치 개수에 따른 뛰어난 변위 응답 저감효과를 나타낸 Case를 선정하여 설치 위치에 따른 응답을 비교 분석하였다.
- 따라서 본 연구에서는 실제 대공간 구조물의 특징 및 형상에 따라 대표적인 6가지 해석모델을 설정하였다6), 7). TMD의 개당 질량을 전체 구조물 질량의 1% 로 설정하고, 4개부터 16개까지 설치 개수를 변화시키면서 위치 변화에 따른 지진응답 저감효과가 뛰어난 최적 설치 개수와 위치를 찾고자 한다.
- TMD를 많이 설치할수록 응답 저감이 뛰어난 것이 아니며, 설치 위치와 개당 질량에 따라 효과가 다르게 나타난다. 따라서 본 연구에서는 실제 대공간 구조물의 특징 및 형상에 따라 대표적인 6가지 해석모델을 설정하였다6), 7). TMD의 개당 질량을 전체 구조물 질량의 1% 로 설정하고, 4개부터 16개까지 설치 개수를 변화시키면서 위치 변화에 따른 지진응답 저감효과가 뛰어난 최적 설치 개수와 위치를 찾고자 한다.
- TMD 설치 개수에 따른 변위응답 분석을 바탕으로 Ribbed type과 Latticed typee 8개를 설치한 경우, Elliptical typee 6개와 8개를 설치한 경우의 설치 위치에 따른 응답을 분석하였다. 변위응답이 가장 큰 공진조화하중의 변위응답비를 기준으로 해석모델에서 설치 개수에 따른 뛰어난 변위 응답 저감효과를 나타낸 Case를 선정하여 설치 위치에 따른 응답을 비교 분석하였다.
- 본 논문에서는 실제 대공간 구조물의 특징 및 형상에 따라 일반화한 6가지 해석모델 중 Ribbed type, Latticed type, Elliptical type 3가지 해석모델에 4개부터 16개까지의 TMD를 설치하고 개당 질량을 전체 구조물 질량의 1%로 설정하여 설치 개수 및 위치 변화에 따른 지진응답 저감효과를 분석하였다.
- 본 연구에서는 상부 구조물에 설치되는 TMD의 설치개수 및 위치에 따른 변위응답 특성을 분석하기 위해 상용 구조해석 프로그램인 Midas Gen을 사용하여 실제대공간 구조물의 특징 및 형상을 바탕으로 6가지 일반화 해석모델을 3차원 대공간 구조물로 모델링하였다. 본논문에서는 Ribbed type, Latticed type, Elliptical type 3가지 해석모델에 대해 분석하였다.
- 6>은 3가지 지진하중을 가력한 해석 모델에서 TMD를 설치하지 않았을때의 변위에 대한 TMD를 설치하였을 때의 변위를 비로나타내었으며, 전반적으로 공진조화하중, Kobe 지진하중, El Centro 지진하중의 순서로 크게 나타난다. 수평방향도 수직 방향과 동일한 순서로 분석하였다.
대상 데이터
- Ribbed type 및 Latticed type과 다르게 Elliptical typee TMD를 6개 설치한 경우 가장 뛰어난 변위응답 저감효과를 보였으며, 8개를 설치한 경우도 함께 분석하여 결과를 뒷받침하고자 하였다. 6개와 8개를 설치하였을 때 공진 조화 하중에 대하여 가장 뛰어난 변위응답 저감효과를 보이는 Case6-14와 Case8-9를 기준으로 선정하였다.
- 9>는 8개의 TMD를 설치한 Ribbed type 해석모델의 설치 위치를 나타낸 것이다. 8개를 설치하였을 때 공진조화하중에 대하여 뛰어난 변위응답 저감효과를 보이는 Case8-2와 Case8-5를 기준으로 선정하였다. Case8-2와 Case8-5는 아치 트러스의 1/4 지점에 TMD 를 설치한 경우로 1/8 지점과 3/8 지점에 설치한 경우와 비교하여 위치에 따른 변위응답을 분석하였다.
- 마찬가지로 8개를 설치하였을 때 공진조화하중에 대하여 뛰어난 변위응답 저감효과를 보이는 Case8-2를 기준으로 선정하였다. Case8-2는 아치 트러스의 1/4 지점에 TMD를 설치한 경우로 1/8 지점과 3/8 지점에 설치한경우와 비교하여 위치에 따른 변위응답을 분석하였다.
- 해석모델에 설치 위치에 따라 Case를 나누어 4개부터 16개까지의 TMD를 설치하였다. TMD 설치 개수에 따른 변위응답 분석을 바탕으로 Ribbed type과 Latticed typee 8개를 설치한 경우, Elliptical typee 6개와 8개를 설치한 경우의 설치 위치에 따른 응답을 분석하였다.
성능/효과
- 10개 이상을 설치하였을 경우 8개를 설치하였을 때와 변위응답 저감에 큰 차이를 보이지 않았으며, 8개를설치하였을 때 변위응답 저감효과가 가장 뛰어났다. 이를 바탕으로 8개를 설치하였을 때의 위치 변화에 따른응답 분석 결과, Ribbed typee 아치 트러스의 1/4 지점에 TMD를 설치한 경우 가장 뛰어난 변위응답 저감효과를 보였다.
- 4개와 6개를 설치한 모델 중 El Centro 지진에 대해 변위 응답 저감효과가 가장 큰 Case4-11은 약 40%, Case6-3은 약 36%의 감소율을 보였으나 해석모델에서가장 큰 변위응답 저감효과를 보인 Case8-1은 최대 57%의 감소율을 보인다.
- 4개의 TMD를 설치한 경우에서 변위응답 저감효과가가장 뛰어난 Case4-2 해석모델은 공진조화하중 약 32%, El Centro 지진 약 35%, Kobe 지진에 대하여 약 20%의 감소율을 보인다.
- 8개를 설치하였을 때 가장 뛰어난 변위응답 저감효과를 보이는 Case8-9 해석모델은 공진조화하중 약 87%, El Centro 지진 약 96%, Kobe 지진에 대하여 약 96%의 변위응답 저감효과를 보인다. 10개 이상을 설치한 경우부터는 6개, 8개를 설치한 경우보다 변위응답 저감효과가 전체적으로 떨어졌다.
- 약 68%의 변위응답 저감효과를 보였다. 8개의 TMD 를 설치한 해석모델의 경우 중심에 집중되어 설치된 Case8-1은 공진조화하중에 대하여 약 27%, 가장자리부분으로 넓게 퍼져 설치된 Case8-9는 약 87%, 그리고 Case8-1과 Case8-9의 중간 부분에 설치된 Case8-6은약 28%의 변위응답 저감효과를 보였다. 따라서 Elliptical type 해석모델은 TMD를 6개와 8개 설치하였을 때 모두 중심에 집중되어 설치된 경우보다 가장자리부분으로 넓게 퍼져 설치될수록 변위응답 저감효과가뛰어났다.
- Elliptical type의 TMD 설치 개수에 따른 응답 분석 결과, 두 해석모델과는 다르게 4개를 설치한 경우에만 변위 응답 저감효과가 상대적으로 떨어지고, 6개 이상 설치하였을 때부터 변위응답 저감효과가 뛰어났다. 8개 이상 설치한 경우 6개를 설치한 경우보다 효과가 다소 감소하였지만 큰 차이를 보이지 않았다.
- Latticed type 해석모델에서 가장 뛰어난 변위응답저감효과를 보이는 8개를 설치한 Case8-3모델은 El Centro 지진에 대해 약 45%, Kobe 지진에 대해 약 58%의 감소율을 보인다. 10개 이상의 TMD를 설치하였을 때 개수가 증가할수록 역사지진하중에 대한 변위응답 저감효과가 조금씩 줄어들지만 공진조화하중에 대한변위응답은 큰 차이를 보이지 않는다.
- Ribbed type과 Latticed typee TMD 설치 개수에따른 응답 분석 결과, 4개와 6개를 설치하였을 때 변위응답 저감이 8개를 설치한 경우보다 상대적으로 떨어졌다. 10개 이상을 설치하였을 경우 8개를 설치하였을 때와 변위응답 저감에 큰 차이를 보이지 않았으며, 8개를설치하였을 때 변위응답 저감효과가 가장 뛰어났다.
- TMD를 10개 이상 설치하였을 때 개수가 증가할수록 역사지진하중에 대하여 변위응답 저감효과가 조금씩줄어들지만 공진수평 방향 변위응답 분석도 수직 방향과 동일하게 나타났다. 따라서 Ribbed type 해석모델의 TMD 설치 시 지진하중에 대한 진동 제어 효과가 10개이상을 설치한 경우 8개를 설치한 경우와 비교해 큰 차이가 없었다.
- TMD를 4개와 6개를 설치한 모델 중 El Centro 지진에 대해 변위응답 저감효과가 가장 큰 Case4-3은 약 30%, Case6-3은 약 33%의 감소율을 보였고, Kobe 지진에 대해 변위응답 저감효과가 가장 큰 Case4-4는 41%, Case6-5는 약 42%의 감소율을 보인다.
- 8개 이상 설치한 경우 6개를 설치한 경우보다 효과가 다소 감소하였지만 큰 차이를 보이지 않았다. 따라서 6개를 설치하였을 때 변위응답 저감효과가 가장 뛰어났다. 이를 바탕으로 6개를 설치하였을 때와 8개 설치하였을 때 위치 변화에 따른 응답 분석 결과, 중심에 집중되어 설치된 경우보다 가장자리 부분으로 넓게 퍼져 설치될 수록 변위 응답 저감효과가 뛰어났다.
- 8개의 TMD 를 설치한 해석모델의 경우 중심에 집중되어 설치된 Case8-1은 공진조화하중에 대하여 약 27%, 가장자리부분으로 넓게 퍼져 설치된 Case8-9는 약 87%, 그리고 Case8-1과 Case8-9의 중간 부분에 설치된 Case8-6은약 28%의 변위응답 저감효과를 보였다. 따라서 Elliptical type 해석모델은 TMD를 6개와 8개 설치하였을 때 모두 중심에 집중되어 설치된 경우보다 가장자리부분으로 넓게 퍼져 설치될수록 변위응답 저감효과가뛰어났다.
- 1/4 지점에 설치한 Case8-2는 약 81%, 1/8 지점에 설치한 Case8-3은 약 85%의 감소율을 보인다. 따라서 Latticed type 해석모델은 아치 트러스의 1/8 지점에 TMD를 설치한 경우 가장 뛰어난 변위응답 저감효과를보였다. 그리고 3/8 지점과 1/4 지점에 설치한 경우의순으로 변위응답 저감효과가 뛰어나게 나타났다.
- 7%의 감소율을 나타냈다. 따라서 Ribbed type 해석모델은 아치 트러스의 1/8, 1/4, 3/8 지점 중 가장 뛰어난 변위응답 저감효과를 보이는 TMD 설치 위치가 1/4 지점으로 나타났다. 그리고 3/8, 1/8 지점에 설치한 경우의 순으로 변위응답 저감효과가 뛰어났다.
- 떨어진다. 모든 Case에서 TMD를 설치한 경우 변위응답이 감소하지만 역사지진하중인 El Centro 지진과 Kobe 지진에 대한 변위응답 저감효과가 공진조화하중에 비해 떨어졌다.
- 또한 해석모델의 중심을 기준으로 2개씩균일한 간격으로 설치한 경우보다 4개씩 반으로 나누어설치한 경우가 변위응답 저감효과가 더 뛰어났다. 반면에 Latticed typee 아치 트러스의 1/8 지점에 TMD를설치한 경우 가장 뛰어난 변위응답 저감효과가 나타나는 차이를 보였다.
- 따라서 6개를 설치하였을 때 변위응답 저감효과가 가장 뛰어났다. 이를 바탕으로 6개를 설치하였을 때와 8개 설치하였을 때 위치 변화에 따른 응답 분석 결과, 중심에 집중되어 설치된 경우보다 가장자리 부분으로 넓게 퍼져 설치될 수록 변위 응답 저감효과가 뛰어났다.
- 10개 이상을 설치하였을 경우 8개를 설치하였을 때와 변위응답 저감에 큰 차이를 보이지 않았으며, 8개를설치하였을 때 변위응답 저감효과가 가장 뛰어났다. 이를 바탕으로 8개를 설치하였을 때의 위치 변화에 따른응답 분석 결과, Ribbed typee 아치 트러스의 1/4 지점에 TMD를 설치한 경우 가장 뛰어난 변위응답 저감효과를 보였다. 또한 해석모델의 중심을 기준으로 2개씩균일한 간격으로 설치한 경우보다 4개씩 반으로 나누어설치한 경우가 변위응답 저감효과가 더 뛰어났다.
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