• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제11권2호
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• pp.127-148
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• 2024

Estimating cable tension is important in the maintenance of cable structures, such as cable-stayed bridges. In practice, the higher-order vibration method based on natural frequencies is used. In recent years, dampers have been installed onto cables to suppress aerodynamic vibration. Because the higher-order vibration method is suitable to cables without a damper, the damper must be removed before using this method. Because damper removal is time-consuming and labor-intensive, a previous study proposed a tension estimation method for a cable with a damper based on the natural frequencies, which does not require the damper's removal. However, the previous method relies on the modeling accuracy of the damper's complex stiffness. The damper design formula, while intended for design purposes, does not consistently reflect the damper's actual complex stiffness. Therefore, the estimation accuracy deteriorates when the damper's actual complex stiffness deviates from the damper design formula. With this background, this paper introduces a novel tension estimation method based on mode shapes, which circumvents damper modeling errors since mode shapes are independent of the damper's complex stiffness. In the numerical verification using 90 models, the proposed method estimated tension accurately with an estimation error within 0.59%. In the experimental verification, the proposed method estimated tension accurately with an estimation error within 4.17% except for one case, while the previous method had an estimation error of 44% when the damper design formula was used. The proposed method was found to be superior to the previous method in terms of accuracy and practicality by numerical simulation and experiment.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권1호
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• pp.99-104
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• 2014

본 논문에서는 탄화수소화재 조건에 따른 방화 댐퍼의 내화성능 평가에 대한 선행논문 실험체 -1(126 mm, $136^{\circ}C$)에 대하여 H-120 등급 방열성 확보가 가능한 최적의 코밍 방열 조건을 도출 하고자 노출면 코밍 방열 두께와 비 노출면 코밍 방열 길이 변화를 변수로 하여 내화실험을 수행 하였다. 내화실험 결과 실험체-2(88 mm, $171^{\circ}C$)는 H-120 방열성 허용기준을 만족하였으나, 실험체-3(50 mm, $185^{\circ}C$)은 110분에 방열성능 허용기준을 초과하는 것으로 나타나 실험체-2의 방열 조건이 실험체-1로부터 경량화가 가능한 최적의 방열 조건으로 확인 되었으며, 온도상승에 대한 비교결과 노출면 코밍 방열두께가 감소될 경우 방열재 표면온도는 격벽을 통한 전도열에 의한 영향 크며, 코밍 표면온도는 블레이드와 노출면 코밍으로부터 방사되는 복사열에 의한 영향이 큰 것으로 판단된다.

• Smart Structures and Systems
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• 제20권1호
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• pp.61-74
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• 2017

One of the most reliable and simplest tools for structural vibration control in civil engineering is Tuned Mass Damper, TMD. Provided that the frequency and damping parameters of these dampers are tuned appropriately, they can reduce the vibrations of the structure through their generated inertia forces, as they vibrate continuously. To achieve the optimal parameters of TMD, many different methods have been provided so far. In old approaches, some formulas have been offered based on simplifying models and their applied loadings while novel procedures need to model structures completely in order to obtain TMD parameters. In this paper, with regard to the nonlinear decision-making of fuzzy systems and their enough ability to cope with different unreliability, a method is proposed. Furthermore, by taking advantage of both old and new methods a fuzzy system is designed to be operational and reduce uncertainties related to models and applied loads. To design fuzzy system, it is required to gain data on structures and optimum parameters of TMDs corresponding to these structures. This information is obtained through modeling MDOF systems with various numbers of stories subjected to far and near field earthquakes. The design of the fuzzy systems is performed by three methods: look-up table, the data space grid-partitioning, and clustering. After that, rule weights of Mamdani fuzzy system using the look-up table are optimized through genetic algorithm and rule weights of Sugeno fuzzy system designed based on grid-partitioning methods and clustering data are optimized through ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System). By comparing these methods, it is observed that the fuzzy system technique based on data clustering has an efficient function to predict the optimal parameters of TMDs. In this method, average of errors in estimating frequency and damping ratio is close to zero. Also, standard deviation of frequency errors and damping ratio errors decrease by 78% and 4.1% respectively in comparison with the look-up table method. While, this reductions compared to the grid partitioning method are 2.2% and 1.8% respectively. In this research, TMD parameters are estimated for a 15-degree of freedom structure based on designed fuzzy system and are compared to parameters obtained from the genetic algorithm and empirical relations. The progress up to 1.9% and 2% under far-field earthquakes and 0.4% and 2.2% under near-field earthquakes is obtained in decreasing respectively roof maximum displacement and its RMS ratio through fuzzy system method compared to those obtained by empirical relations.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.553-561
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• 2010

본 논문은 점성 감쇠기를 가진 셀프 센터링 단자유도 시스템과 탄소성 거동을 하는 단자유도 시스템의 내진 성능을 해석적 연구를 통하여 두 시스템이 유사한 최대 변위 응답을 갖도록 하는 점성 감쇠기의 감쇠비를 근사적으로 구하는 것을 목적으로 한다. 우선, 점성 감쇠기를 가진 셀프 센터링 단자유도 시스템의 조화 반복 가력 시의 거동에 대하여 설명하고 거동을 구현할 수 있는 해석모델을 소개한 후 두개의 단자유도 시스템의 이력거동을 특징지을 수 있는 해석변수를 설정하고 20개의 역사지진을 사용하여 비선형 시간 이력 해석을 실시하였다. 대부분의 경우 약 10 ~ 15% 정도의 점성 감쇠비를 가진 셀프 센터링 단자유도 시스템이 탄소성 거동을 하는 단자유도 시스템과 유사한 평균 최대 변위 응답을 보였다. 아울러, 3개의 탄소성 거동을 하는 단자유도 시스템과 6개의 점성 감쇠기를 가진 셀프 센터링을 선택하여 두 시스템의 내진성능을 보다 자세히 조사한 결과, 점성 감쇠기를 가진 셀프 센터링 시스템이 진동이 끝난 후 잔류변형이 남지 않았을 뿐만 아니라 약 15%의 감쇠비를 가진 점성 감쇠기를 가진 셀프 센터링 시스템은 탄소성 거동의 단자유도 시스템보다 우수한 최대 변위와 가속도 응답을 보였다.

• 터널과지하공간
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• 제9권3호
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• pp.185-193
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• 1999

본 연구에서는 2개 터널의 교차부에 설치된 교량에 이동차량하중이 작용될 때 동적해석결과를 제시하였다. 이와 같은 터널내에 위치한 교량은 매우 회귀한 사례로서 구조물의 동적특성은 통상적인 것으로 가정할 수 없을 것이다. 본 연구에서 조사한 교량은 서울 남산1호터널과 남산2호터널의 교차부에 설치된 철근콘크리트교이다. 교차부는 강구조물로된 가시설구조물에 의해 지지되며 이는 2호터널내의 라이닝이 교체되는 기간 동안에 설치될 것이다. 동적해석은 범용유한요소해석 프로그램인 SAP2000을 이용하였다. 이때 구조물, 터널의 라이닝 그리고 주변 암반은 3차원입체요소에 의해 표현되었으며 터널에서 방사되는 탄성파에너지를 모의하기 위하여 외부경계에 점성감쇠장치를 설치하였다. 주행속도에 따른 몇 가지 차량형태를 해석에서 고려하였다. 차량하중을 포함한 유한요소모델은 계측된 속도와 계산된 최대질점속도를 비교하여 검증되었다. 해석으로부터 이 교량에 대한 충격계수는 0.21로 추정되었다. 그러므로 이와 같은 교량구조물의 설계시 충격계수는 설계시방서에서 정한 상한값을 사용할 경우 안전측일 것으로 판단되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.351-360
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• 2014

이 연구의 목적은 감쇠시스템 설계 시 ASCE7-10의 등가선형해석과 응답스펙트럼해석의 설계절차 및 비선형해석에 간략화된 등가프레임모델을 제안하여, 선형 및 비선형 해석 시 소모되는 시간을 줄이고 해석 조건 및 변수조건을 다양화함으로 감쇠시스템 적용 시 효과를 합리적으로 검토하는데 있다. 이 연구에서는 최근에 이슈화 되고 있는 공동주택의 감쇠시스템 도입과 관련하여 ASCE7-10의 성능기반 내진설계를 근간으로 내진성능평가 및 감쇠시스템 설계를 비선형응답이력 해석을 통하여 수행하였다. 특히 공동주택 대상건물을 건축구조기준의 75% 지진력 수준으로 최적화 설계 시 내진성능평가를 수행하여 안전성을 검토하는 한편, 기준에 제시된 지진력 수준으로 내진설계 시 골조물량을 비교 하여 경제성을 검토하였다. 또한, 대상건물에 외부제어 이력형 감쇠장치를 적용 시 제안한 프레임 등가모델을 이용하여 ASCE7-10 감쇠시스템 설계를 수행하였으며 Full Scale Model에서 그 제어효과를 검증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.113-125
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• 2017

본 연구는 전산실험을 통해 중규모 건물에 설치한 수동형 TMD의 매개변수에 대한 가중 다목적 최적화 설계를 다루고 있다. MATLAB으로 수치 시뮬레이션 코드를 작성함으로써 지진하중에 대한 동적응답을 파악하였으며 중심합성계획법과 반응표면법으로 구성한 전산실험을 기반으로 하는 가중 다목적 최적화 기법을 적용하여 TMD의 최적 동조 매개변수를 찾고자 하였다. 본 연구에서는 10층 건물을 대상으로 El Centro를 벤치마크 지진으로 가진하여 반응모델을 생성하고, AHP를 이용하여 반응변수 사이의 상대적 중요도를 산출한 후 가중다목적최적화 설계를 실시하였다. 본 연구의 방법으로 최적화된 매개변수를 가진 TMD는 지진 응답을 효과적으로 저감하였다. El Centro 지진이 작용하는 경우 RSM 기반 가중 다목적 최적설계방법으로 최적화한 TMD의 진동수 응답과 최상층 평균제곱변위는 비제진시보다 각각 31.6%와 82.3% 향상되었고, 모든 적용 지진에서 기존 설계법보다 동등 또는 이상의 성능을 가진 것으로 확인되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.465-474
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• 2008

실시간 하이브리드 실험법(real-time hybrid testing method)은 구조물의 수치해석부와 실험부 부분구조를 운동방정식으로 통합하여 실시 간으로 동시에 계산과 실험을 수행하는 방법이다 본 연구는 실시간 하이브리드 실험법을 사용하여 수동 및 준능동 MR감쇠기가 설치된 건축구조물의 내진성능을 정량적으로 평가한다. 건물 모델은 실물 크기 5층 건물을 강제진동실험 결과를 통해 식별한 수치모델로 사용하였고, MR감쇠기는 실험적 부분구조르 UTM에 설치되었다. 본 연구에서 수행되는 실시간 하이브리드 실험은 사인파 및 지진파 가진을 통하여 얻은 결과와 전류에 따른 MR감쇠기의 제어력을 이용하여 얻은 Bouc-Wen모델을 사용하여 얻은 해석모델과 일치함으로 그 유효성을 입증하였다. 또한 예비연구로써 구조물의 응답을 최적으로 제어하기 위한 clipped-optimal 제어알고리즘과 modulated homogeneous friction 준능동 제어알고리즘을 MR감쇠기에 적용하였다. 각 전류별 Bouc-Wen모델을 곡선맞춤하여 각각의 Bouc-Wen모델 파라미터를 식별하였으며 그 결과를 준능동 제어알고리즘 수치해석에 적용하였다. 또한 실시간 하이브리드 실험법을 이용한 준능동 제어 실험결과와 해석결과를 비교하여 준능동 제어알고리즘의 성능을 평가함에 있어 실시간 하이브리드 실험이 합리적임을 보여준다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.227-234
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• 2018

슬로싱과 같은 액체의 동적 거동을 측정하고 제어하는 연구가 다양한 공학분야에서 활발히 진행중이다. 건축공학분야에서도 건축물의 풍진동을 저감시키는 동조액체감쇠기의 연구에 액제 진동이 측정되고 있다. 본 논문에서는 기존 파고 측정 센서의 한계를 극복하기 위하여 레이저 장비 중 LDV와 스캐닝 장비 중 갈바노미터스캐너를 이용하여 동조액체감쇠기 내의 액체 진동을 측정하는 방법을 제안하고 검증하였다. LDV가 속도와 변위를 측정하는 원리를 기술하였고 갈바노미터스캐너의 구동 원리에 따라 LDV의 단일 포인트로 다점측정이 가능한 시스템을 구성하였다. 동조 액체감쇠기의 4점 액체 진동을 측정하여 각 점의 시간 영역 데이터를 기존에 사용하던 비디오 센싱 데이터와 비교하였고 파형 분석을 통해 진행파와 정상파를 구별할 수 있음을 확인하였다. 또한 측정 딜레이가 있는 데이터를 상호 상관을 취하여 특이값 분해를 하고 이론 및 비디오 센싱 결과와 일치하는 고유진동수와 모드형상을 도출하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.85-100
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• 2006

이 논문에서는 서로 다른층 높이를 갖는 인접한 두 빌딩의 내진성능을 효율적으로 향상시킬 수 있는 선형 점성 감쇠기의 최적 설계방법을 제시하고자 한다. 이를 위하여 층간 대각 브레이싱 형태의 에너지 소산장치 연결방법과 인접 구조물간 에너지 소산장치 연결방법을 고려하였으며, 두 가지 연결방법을 적용한 시스템에 대한 감쇠용량별 주파수응답함수 비교를 통하여 구조물간 연결방법의 효율성을 확인하였다. 아울러 구조물간 연결방법에서 주파수응답함수를 최소화하는 최적 감쇠용량이 존재하는 것을 보이고, 최적 설계된 시스템에 대하여 감쇠용량별 구조물의 고유주파수 및 등가감쇠비의 민감도를 분석하였다. 민감도 분석 결과로부터 고층부에 설치되는 에너지 소산장치가 구조물의 등가 감쇠비를 효율적으로 증가시키는 것을 확인하였다. 따라서 민감도에 비례하는 새로운 감쇠기 설계방법을 제시하고, 대각 브레이싱 연결방법과 구조물간 연결로서 균등분포 및 제시하는 민감도 기반 분포에 따른 연결방법을 적용한 시스템들의 내진성능을 비교 분석하였다. 지진응답의 비교결과, 제시하는 방법이 인접 구조물의 효과적인 내진설계방법이 될 수 있음을 입증하였다.