• Title, Summary, Keyword: 단자유도 건물

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Reducing bi-directional response of SDOF building by new type Tuned Liquid Damper (새로운 형태의 동조액체댐퍼에 의한 단자유도 건물의 양방향 응답제어)

  • Lee, Hye-Ri;Min, Kyung-Won
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • pp.778-782
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    • 2010
  • 본 논문에서는 TLD와 TLCD를 사용한 하나의 액체 감쇠기를 이용하여 건물의 양방향 응답 제어를 연구하였다. 초고층 건물이 풍하중을 받을때는 풍방향과 풍직각방향으로 진동하여 두 개의 댐퍼를 필요로 한다. 이 논문에서 제안된 댐퍼는 건물의 양방향 응답을 하나의 감쇠기로 제어할 수 있다는 장점이 있다. 이 댐퍼의 TLCD는 건물의 주축방향으로 TLD는 주축으로 직각되는 다른 방향으로 거동을 하게 된다. 실험을 통해 양방향 감쇠기를 사용하여 건물의 양방향 응답제어를 증명하였다. 첫 번째로 양방향 감쇠기에 의한 건물의 응답제어를 알기 위한 진동대 실험을 실시하였다. 진동대 가속도를 입력으로 하고 단자유도 건물의 가속도를 출력으로 하는 전달함수를 통해 결과를 나타내었다. 실험 결과 이 연구에서 제안된 감쇠기는 단자유도 건물의 양방향 응답을 제어하였고, 비틀림 응답도 제어 하였다.

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Equivalent Damping Ratio of a SDOF Structure Combined with Coulomb and Viscous Damping (점성 및 마찰감쇠가 있는 단자유도 구조물의 등가감쇠비)

  • Seong, Ji-Young-Suck;Min, Kyung-Won
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • pp.449-453
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    • 2010
  • 본 논문에서는 점성 및 감쇠가 있는 단자유도 구조물의 등가감쇠비를 효율적으로 구하는 방법을 제시하였다. 건물에 설치된 마찰감쇠기는 외력의 크기에 따라 정지와 운동의 상태를 반복하여 외부 입력에너지를 소산시키기 때문에 외력과 응답관계가 비선형이다. 마찰감쇠기가 설치된 단자유도 건물은 마찰감쇠기외에 점성감쇠가 동시에 존재하므로 해석적인 정해를 구하기가 어렵다. 등가감쇠비를 산정하기 위해서 첫째, 점성과 마찰감쇠가 있는 단자유도계 건물의 자유진동 정해를 통하여 변위응답과 가속도 응답특성을 분석하였다. 둘째, 자유진동의 경우 응답이 멈출 때까지 소산에너지식을 이용하여 등가점성감쇠비를 구하였다. 셋째, 조화가진 일 때는 수치해석을 통하여 마찰력비 $F_r$에 따른 응답 특성을 알아보았다. 넷째, 조화가진의 경우 에너지 균형식을 바탕으로 등가점성감쇠비를 유도하였다. 등가점성감쇠비는 변위응답비의 영향을 받으므로 응답을 알아야만 구할 수 있다. 건물 응답의 진동수 특성은 협소영역(narrow band)이므로 고유진동수에 의해 지배된다고 가정하여 등가점성감쇠비를 구하였다. 마지막으로, 유도한 자유진동과 조화가진의 등 가점성감쇠비를 이용한 등가선형운동방정식의 해를 비선형 수치해석 한 결과와 비교하여 검증하였다.

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Effect of Dampers on Preventing Progressive Collapse in Steel Frames (감쇠기가 철골조 건물의 연쇄붕괴 방지에 미치는 효과)

  • Lee, Seung-Jun;Choi, Hyun-Hoon;Kim, Jin-Koo;Huynh, Chanh Trung
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • pp.154-157
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    • 2010
  • 본 논문에서는 비선형 동적해석법을 이용하여 감쇠기의 적용이 철골조 건물의 연쇄붕괴 방지에 미치는 영향을 평가하였다. 단자유도 구조물에서 감쇠비의 변화에 따라 폭발하중이 구조물의 응답에 미치는 영향을 분석하였고, 15층 3경간 철골조 건물에서는 일정한 감쇠비 하에서 경간을 6m, 9m, 12m로 달리 하면서 감쇠기 설치 효과를 비교하였다. 단자유도 시스템의 경우 감쇠비가 증가 할수록 폭발하중에 의한 진동이 빠르게 감소하고 변위의 감소폭도 커지는 경향을 보였다. 15층 철골조 건물에서도 역시 감쇠기를 설치할 경우 수직 처짐 및 초기 진동을 제어하는 효과가 있었다. 구조물의 경간이 증가하여 수직 변위가 증가 할수록, 감쇠기에 의해 소산된 에너지도 증가하기 때문에 수직 처짐 제어효과가 큰 것으로 나타났다.

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Equivalent Viscous Damping Ratio of a Friction Damper Installed in a SDOF Building (단자유도 건물에 설치된 마찰감쇠기의 등가점성감쇠비)

  • Seong, Ji-Young;Min, Kyung-Won
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.23 no.2
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    • pp.199-208
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    • 2010
  • A friction damper installed at a building shows nonlinear behavior since its stick and slip states are occurred repeatedly depending on the amplitude of external loadings to dissipate input energy. Friction damping is existed for the building with a friction damper. In additionally viscous one is inherently included. Therefore, the building installed in such combined damping is quite involved to find the analytical solution. In this study, first, displacement and acceleration characteristics are identified based on the exact solution for a single-degree-freedom building with a friction damper having both friction and viscous damping. Second, in free vibration, the equivalent viscous damping ratio is obtained by the energy dissipation. Third, numerical analysis is carried out to find response configuration with various friction force ratios. Fourth, corresponding equivalent viscous damping ratio is derived with the finding that the response reaches into steady-state for both friction and viscous damped structure. It is deduced using balance of input external energy and output dissipation energy for steady-state response. Finally, the equivalent viscous damping ratios of free or harmonic vibration are verified through nonlinear analysis.

Design of Friction Dampers installed at a Multi-Story Building under Seismic Load (지진하중을 받는 다층 건물에 설치된 마찰감쇠기 설계)

  • Seong, Ji-Young;Min, Kyung-Won
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.24 no.4
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    • pp.457-462
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    • 2011
  • In this study, a simplified design procedure for friction dampers of a multi-story structure in order to reduce seismic response is proposed. To get insight for control effect of the structure with friction dampers is difficult, because of a nonlinear characteristic by a friction damper. Since a control force of a friction damper is influenced by coupling velocity between floors, adjoining modes are coupled. Thus structural response are derived by assuming steady-state response in resonance. As it is impossible that an exact solution is obtained for seismic load, first, a closed form solution can be achieved under harmonic vibration. Second, to convert a three-story building into a single-degree-of-freedom(SDOF) structure, modal analysis is performed. Third, an equivalent damping ratio is derived with utilizing closed form solution. And response reducing factor is proposed by it. Finally, friction force of a damper is designed for using response reducing factor, and then designed dampers are verified for seven seismic data. The nonlinear analysis results confirm the validity of the proposed procedure.

Capacity Spectrum Method Based on Inelastic Displacement Ratio (비탄성변위비를 이용한 능력 스펙트럼법)

  • Han, Sang-Whan;Bae, Mun-Su
    • Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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    • v.12 no.2
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    • pp.69-80
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    • 2008
  • In this study, improved capacity spectrum method (CSM) is proposed. The method can account for higher mode contribution to the seismic response of MDOF systems. The CSM has been conveniently used for determining maximum roof displacement using both demand spectrum and capacity curve of equivalent SDOF system. Unlike the conventional CSM, the maximum roof displacement is determined without iteration using inelastic displacement ratio and R factor calculated from demand spectrum and capacity curve. Three moment resisting steel frames of 3-, 9- and 20-stories are considered to test the accuracy of the proposed method. Nonlinear response history analysis (NL-RHA) for three frames is also conducted, which is considered as an exact solution. SAC LA 10/50 and 2/50 sets of ground motions are used. Moreover, this study estimates maximum story drift ratios (IDR) using ATC-40 CSM and N2-method and compared with those from the proposed method and NL-RHA. It shows that the proposed CSM estimates the maximum IDR accurately better than the previous methods.

Experiment of a Liquid Damper Controlling Bi-directional Wind Responses of a Tall Building (초고층 건물의 양방향 풍응답 제어를 위한 액체댐퍼 실험)

  • Lee, Hye-Ri;Min, Kyung-Won
    • Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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    • v.20 no.3
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    • pp.287-295
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    • 2010
  • This study deals with the design of a bi-directional damper using a tuned liquid damper(TLD) and a tuned liquid column damper(TLCD) for a SDOF building. Two dampers are usually needed to reduce wind-induced responses of tall buildings since they are along and across wind ones. The proposed damper has the advantage of controlling both responses with a single damper. The damper used in this study behaves as both a TLCD in a specific translational direction and a TLD in the other orthogonal direction. This paper presents experimental verification to confirm its control performance. First, shaking table test is carried out to investigate reducing responses by the damper. Control performance of the damper is expressed by the transfer function from shaking table accelerations to SDOF building ones. Testing results show that the damper reduced bi-directional responses of a SDOF building. Also, it reduced torsion responses.

Calculation of Optimum Damping Ratio of Viscous Dampers Using Capacity Spectrum Method (능력스펙트럼법을 이용한 점성 감쇠기의 적정 감쇠비 산정)

  • 김진구;최현훈
    • Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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    • v.5 no.1
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    • pp.45-52
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    • 2001
  • 에너지 소산장치가 설치된 건무의 비선형 시간이력해석은 복잡하고 많은 시간이 소모된다. 본 연구에서는 비선형 정적해석법인 능력 스펙트럼을 이용하여 구조물의 주어긴 거동 한계를 만족할 수 있는 감쇠기의 양을 산정하는 방법에 관하여 연구하였다. 먼저 능력스펙트럼법을 이용하여 건물의 비선형 정적응답을 구하고 건물의 응답과 목표변위의 차이를 이용하여 유효감쇠비를 구하고 이러한 유효 감쇠비를 이용하여 필용한 점성 감쇠기의 양을 구하였다. 본 연구에서는 단자 유도계에서 건물의 주기, 요구되는 탄성강도에 대한 항복강도의 비, 항복 후 강성비 등을 변수로 하여 연구를 수행하였다. 제안된 방법에 따라 설계된 점성 감쇠기를 설치한 예제 구조물의 시간이력 해석에 의한 최대 응답은 설계의 초기단계에서 사용한 목표변위와 잘 일치하였다.

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Equivalent Damping Ratio of the Inelastic SDOF Structures with Friction Damper (마찰감쇠기가 설치된 비선형 단자유도 건물의 등가감쇠비)

  • 김형섭;민경원;이상현;박지훈;문병욱
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • pp.492-499
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    • 2004
  • The purpose of this paper is to present a design procedure of coulomb friction dampers for controlling elastic and inelastic responses of building structures. The equivalent damping and frequency increased by the friction damper are estimated using ATC-40 and ATC-55 procedures which provide equivalent linear system for bilinear one, and then a design formula to achieve target performance response level by friction damper is presented. It is identified that there exists error between the responses obtained by this formula and by performing nonlinear analysis and the features of the error vary according to the hardening ratio, yield strength ratio, and structural period. Equations for compensating this er개r are reposed based on the least square method, and the results from numerical analyses indicate that the error is significantly reduced, and the proposed formula can be used without much error for designing coulomb friction damper for retrofitting a structure showing elastic or inelastic behavior.

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Nonlinear Effects of a Soft Soil Layer on the Horizontal Seismic Responses of Buildings (건물의 수평방향 내진거동에 미치는 연약지반의 비선형 영향)

  • 김용석
    • Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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    • v.5 no.2
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    • pp.23-31
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    • 2001
  • 지반 위에 세워진 구조물의 지진응답해석시 지반-구조물 상호작용 영향은 지반으 선형특성을 고려하여 간주되었는데 최근 연구결과에 의하면 구조물 지진해석에서 연약지반의 비선형 특성이 중요한 요소로서 인식되었다. 하지만 지반-구조물계의 복잡한 비선형 특성 때문에 내진설계 기준에서 비선형 지반특성을 고려하기에는 아직도 어려움이 많다. 이 논문에서는 UBC 지반종류 $S_{D}$ 지반 위에 놓인 중규모의 얕은 온통기초와 묻힌 온통기초위에 세워진 건물에 대한 단자유도계 선형 지진해석을 연약지반의 비선형성을 고려하여 최대가속도가 0.17g 과 0.36g 인 Taft E-W 및 El Centro N-S 지진기록을 사용하여 수행하였다. 비선형 지진해석을 결과를 선형해석 결과와 비교하였을 때, 비선형 응답스펙트럼의 최대가속도가 지반의 비선형성 때문에 상당히 줄어드는 것으로 나타나 지반의 비선형성을 고려한 더효율적인 내진설계의 가능성을 보여준다.

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