본 논문은 건물의 형태와 동적특성을 변화시키지 않고 건물에 부가질량을 설치하여 건물의 진동을 제어하는 방법중 수동형 제진장치인 TLD(tuned liquid damper)와 MTLD(multiple tuned liquid damper)의 진동응답을 감소시키기 위해 진동대를 이용한 성능실험을 실시하였다. 따라서 기존의 형태별(원형, 직사각형) TLD 실험의 실험 데이터를 가지고 가진 진폭(1mm, 3mm, 5mm, 10mm, 20mm) 의 변화에 따른 고유진동수(0.44Hz, 0.55Hz)에 대한 MTLD의 형태별 실험을 통하여 TLD와 MTLD의 진동감소효과에 대한 성능실험을 비교 분석 하였다.
본 논문은 건물의 형태와 동적특성을 변화시키지 않고 건물에 부가질량을 설치하여 건물의 진동을 제어하는 방법중 수동형 제진장치인 TLD(tuned liquid damper)와 MTLD(multiple tuned liquid damper)의 진동응답을 감소시키기 위해 진동대를 이용한 성능실험을 실시하였다. 따라서 기존의 형태별(원형, 직사각형) TLD 실험의 실험 데이터를 가지고 가진 진폭(1mm, 3mm, 5mm, 10mm, 20mm) 의 변화에 따른 고유진동수(0.44Hz, 0.55Hz)에 대한 MTLD의 형태별 실험을 통하여 TLD와 MTLD의 진동감소효과에 대한 성능실험을 비교 분석 하였다.
Experimental studies using tuned liquid damper(TLD) and multiple tuned liquid damper(MTLD), which are passive control devices consisting of a rigid tank filed with liquid, are used to suppress vibration of structures. This TLD and MTLD are attributable to several potential advantage -low costs, easy...
Experimental studies using tuned liquid damper(TLD) and multiple tuned liquid damper(MTLD), which are passive control devices consisting of a rigid tank filed with liquid, are used to suppress vibration of structures. This TLD and MTLD are attributable to several potential advantage -low costs, easy; easy to install in existing structures: effective even for small amplitude vibrations. For this, we conducted shaking table experiments for two natural frequencies (0.44Hz, 0.55Hz) according to the excitation amplitude(1mm, 3mm, 5mm, 10mm, 20mm) So, the majority of studies suggested optimized natural frequence and excitation amplitude for control devices.(TLD and MTLD type : circle, rectangular) As the analysis result, we verified vibration reduction effects of a MTLD by analyzing the performance experiment of TLD and MTLD
Experimental studies using tuned liquid damper(TLD) and multiple tuned liquid damper(MTLD), which are passive control devices consisting of a rigid tank filed with liquid, are used to suppress vibration of structures. This TLD and MTLD are attributable to several potential advantage -low costs, easy; easy to install in existing structures: effective even for small amplitude vibrations. For this, we conducted shaking table experiments for two natural frequencies (0.44Hz, 0.55Hz) according to the excitation amplitude(1mm, 3mm, 5mm, 10mm, 20mm) So, the majority of studies suggested optimized natural frequence and excitation amplitude for control devices.(TLD and MTLD type : circle, rectangular) As the analysis result, we verified vibration reduction effects of a MTLD by analyzing the performance experiment of TLD and MTLD
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제안 방법
도록 실험을 실시하여 밑면전단력을 구하였다.
동조액체댐퍼 수조의 진동대 실험을 위하여 Sine파의 조화진동(harmonic) 이 가진되는 진동 대위에 TLD와 MTLD를 설치하여 물의 슬러싱(sloshing)에 대한 실험을 하였다. 본 실험에서는 전북대학교 풍동연구실에서 보유하고 있는 서보모터형 1방향 진동대를 사용하였으며, 최대 길이는 2000mm 이고 폭은 1500mm 이다.
그리고 1993년 Fujino는 낮은 수심에 대한 진동 에너지의 소산에 대한 동적인 특성에 대해서 연구를 많이 하였으며, 특히 1방향 진동대를 이용한 직사각형 STLD와 MILD의 성능실험을 실시하여 MTLD가 STLD보다 구조물의 진동감쇠에 효과적인 것을 증명하였다. 본 논문은 현재 국내에서 연구되고 있는 동조액체댐퍼 중에서도 적은 외부 가진에서도 효과가 있는 낮은 수조(Shallow Water)를 이용하여 2개의 형태( 직사각형, 원형)의TLD(Tuned liquid damper) 와 MTLD(Multiple Tuned Liquid Damper)수조에 대하여 2개의 동일한 고유진동수(0.44Hz, 0.55Hz)변화에 따른 성능실험을 실시하여 가진진폭별 변화에 따른 밑면 전단력을 분석하였다.
진동대 위에 설치되어진 수조의 가진 진동수에 변화에 따른 물의 슬러싱에 대하여 물의 힘을 측정하기 위하여 수조 밑에 2개의 6분력계를 설치하였다. 첫 번째 6분력계에는 물이 들어있는 수조를 두 번째 6분력계에는 수조의 무게와 동등한 더미 수조를 올려놓고 구한 2개의 데이터값을 빼주어 순수 물에 의한 밑면전단력을 측정하는 것으로 진동 대의 X방향에 대해서만 측정하였다.
최대 2000kg 무게까지 실험을 실시 할 수 있으며 제어는 볼스크류 제어방식을 사용하였다. 진동대에 변위계(SDP-2000)를 설치하여 입력신호에 대한 변위값을 확인하도록 하였다. 그림 1은 변위계가 설치되어 있는 진동대의 모습을 나타내고 있다.
첫 번째 6분력계에는 물이 들어있는 수조를 두 번째 6분력계에는 수조의 무게와 동등한 더미 수조를 올려놓고 구한 2개의 데이터값을 빼주어 순수 물에 의한 밑면전단력을 측정하는 것으로 진동 대의 X방향에 대해서만 측정하였다. 데이터의 측정주파수는 200Hz이며 측정시간은 100초이다.
대상 데이터
대한 실험을 하였다. 본 실험에서는 전북대학교 풍동연구실에서 보유하고 있는 서보모터형 1방향 진동대를 사용하였으며, 최대 길이는 2000mm 이고 폭은 1500mm 이다. 최대 2000kg 무게까지 실험을 실시 할 수 있으며 제어는 볼스크류 제어방식을 사용하였다.
이론/모형
데이터의 측정주파수는 200Hz이며 측정시간은 100초이다. 계측기와 실험기기의 noise를 제거하기 위하여 50Hz의 low-pass filter를 사용하였다. 수조내 물의 슬러싱에 대한 밑면전단력 무차원식은 식(5)와 같으며, 수조밑면의 6분력계에서 측정된 힘을 수조 내 물의 질량과 진동수 및 진폭으로 나눈값이다.
본 실험에서는 전북대학교 풍동연구실에서 보유하고 있는 서보모터형 1방향 진동대를 사용하였으며, 최대 길이는 2000mm 이고 폭은 1500mm 이다. 최대 2000kg 무게까지 실험을 실시 할 수 있으며 제어는 볼스크류 제어방식을 사용하였다. 진동대에 변위계(SDP-2000)를 설치하여 입력신호에 대한 변위값을 확인하도록 하였다.
성능/효과
동일한 고유진동수를 갖는 TLD와 MILD의 진동성능실험 결과 모두 물의 슬러싱에 의한 진동제어 효과가 있는 것으로 판단된다. 밑면 전단력의 해석결과 원형의 경우 TLD보다는 MTLD에서 가진 진폭에 관계없이 동조비의 일치가 잘 이루어진 반면에 직사각형의 경우는 MILD보다는 TLD에서 오히려 가진 진폭에 관계없이 동조비의 일치가 잘 이루어지고 있었다.
동일한 고유진동수를 갖는 TLD와 MILD의 진동성능실험 결과 모두 물의 슬러싱에 의한 진동제어 효과가 있는 것으로 판단된다. 밑면 전단력의 해석결과 원형의 경우 TLD보다는 MTLD에서 가진 진폭에 관계없이 동조비의 일치가 잘 이루어진 반면에 직사각형의 경우는 MILD보다는 TLD에서 오히려 가진 진폭에 관계없이 동조비의 일치가 잘 이루어지고 있었다. 특히 작은 가진 진폭에 있어서 2개의 가진진동수에 대하여 TLD의 밑면전단력과 비교하여 MILD의 밑면 전단력이 적게는 20% 많게는 53%이상 감소하였으며, 원형보다는 직사각형에서 더 크게 감소하였다.
특히 TLD와 MILD의 각각의 고유진동수에 대해 가진 이 적은 진폭에서는 최대피크가 발생한 후 갑자기 전단력이 감소하는 현상이 계측되고 있으며, 이러한 현상은 가진 진폭 5mm범위까지 나타나고 있다. 원형 TLD와 MILD모두 수조의 고유진동수가 높을수록 낮은 가진에서의 밑면 전단력 값은 크게 나타나고 있으나 MTLD의 경우가 낮은 가진에 있어서는 TLD의 최대 피크값 밑면 전단력에 있어서 최대 20 %이상 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 전체적으로 가진 진폭이 적을 경 -r(A=lmm, 3mm, 5mm) 수조의 고유진동수가 클수록 밑면전단력은 크게 나타나고 있으며, 원형 수조에 있어서 MTLD가 TLD에 비해 공진에 대한 튜닝이 우수하게 나타나고 있음을 확인 할 수 있었다.
전제적으로 원형과 비교하여 직사각형의 TLD가 MTLD보다 밑면전단력의 최대 피크값에 있어서 공진주파수 倡=1)에서 큰 밑면전단력이 발생하고 있어 수조의 고유진동수와 공진이 잘 되고 있는 것을 확인할 수 있다. 그러나 MTLD의 경우 2가지의 고유진동수에 대하여 8 < 1 부근에서 낮은 가진 진폭에 대하여 최대 밑면전단력이 나타나고 있다.
원형 TLD와 MILD모두 수조의 고유진동수가 높을수록 낮은 가진에서의 밑면 전단력 값은 크게 나타나고 있으나 MTLD의 경우가 낮은 가진에 있어서는 TLD의 최대 피크값 밑면 전단력에 있어서 최대 20 %이상 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 전체적으로 가진 진폭이 적을 경 -r(A=lmm, 3mm, 5mm) 수조의 고유진동수가 클수록 밑면전단력은 크게 나타나고 있으며, 원형 수조에 있어서 MTLD가 TLD에 비해 공진에 대한 튜닝이 우수하게 나타나고 있음을 확인 할 수 있었다.
밑면 전단력의 해석결과 원형의 경우 TLD보다는 MTLD에서 가진 진폭에 관계없이 동조비의 일치가 잘 이루어진 반면에 직사각형의 경우는 MILD보다는 TLD에서 오히려 가진 진폭에 관계없이 동조비의 일치가 잘 이루어지고 있었다. 특히 작은 가진 진폭에 있어서 2개의 가진진동수에 대하여 TLD의 밑면전단력과 비교하여 MILD의 밑면 전단력이 적게는 20% 많게는 53%이상 감소하였으며, 원형보다는 직사각형에서 더 크게 감소하였다. 결국 MTLD가 TLD에 비하여 감쇠 효과가 효율적으로 나타나고 있다.
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