• Earthquakes and Structures
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• 제8권4호
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• pp.889-913
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• 2015

Structural vibration characteristics of a semi-active base-isolated building were investigated using seismic observation records including those of the 2011 Great East Japan earthquake (Tohoku earthquake). Three different types of analyses were conducted. First, we investigated the long-term changes in the natural frequencies and damping factors by using an ARX model and confirmed that the natural frequency of the superstructure decreased slightly after the main shock of the Tohoku earthquake. Second, we investigated short-term changes in the natural frequencies and damping factors during the main shock by using the N4SID method and observed different transition characteristics between the first and second modes. In the second mode, in which the superstructure response is most significant, the natural frequency changed depending on the response amplitude. In addition, at the beginning of the ground motion, the identified first natural frequency was high possibly as a result of sliding friction. Third, we compared the natural frequencies and damping factors between the conditions of a properly functional semi-active control system and a nonfunctional system, by using the records of the aftershocks of the Tohoku earthquake. However, we could not detect major differences because the response was probably influenced by sliding friction, which had a more significant effect on damping characteristics than did the semi-active dampers.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권5호
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• pp.527-538
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• 2018

The study on the performance of the nonlinear friction tuned mass dampers (FTMD) for the mitigation of the seismic responses of the structures is a topic that still inspires the efforts of researchers. The present paper aims to carry out a numerical study on the optimum tuning of TMD and FTMD parameters using a multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) algorithm including soil-structure interaction (SSI) effects for seismic applications. Considering a 3-story structure, the performances of the optimized TMD and FTMD are compared with the uncontrolled structure for three types of soils and the fixed base state. The simulation results indicate that, unlike TMDs, optimum tuning of FTMD parameters for a large preselected mass ratio may not provide a best and optimum design. For low mass ratios, optimal selection of friction coefficient has an important key to enhance the performance of FTMDs. Consequently, a free parameter search of all FTMD parameters provides a better performance in comparison with considering a preselected mass ratio for FTMD in the optimum design stage of the FTMD. Furthermore, the SSI significant effects on the optimum design of the TMD and FTMD. The simulation results also show that the FTMD provides a better performance in reducing the maximum top floor displacement and acceleration of the building in different soil types. Moreover, the performance of the TMD and FTMD decrease with increasing soil softness, so that ignoring the SSI effects in the design process may give an incorrect and unrealistic estimation of their performance.

• 한국지진공학회:학술대회논문집
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• 한국지진공학회 2000년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2000
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• pp.496-500
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• 2000

대형 구조물의 진동제어를 위하여 MR 유체 댐퍼를 사용한 반능동 제어기법에 대하여 연구하였다. 기존에 많이 사용되고 있는 수동제어기법은 일단 제어장치를 설치한 후에는 구조물에 실제로 작용하고 있는 외부 하중의 현재 특성에 대해서 적절히 반응할 수 없다는 제한을 가지고 있으며, 이를 극복하기 위하여 연구되어온 능동제어기법은 구조물이 진동을 감소시키기 위하여 구조물에 직접적으로 가해지는 커다란 제어력을 요구하며, 이로 인해 경우에 따라서는 불안정한 상태가 유발될 수도 있다는 점이 단점으로 지적되고 있다. 최근에 Spencer 등은 반능동 제어기법을 제안하였는데, 이는 수동제어장치의 제어특성을 On-Line 으로 조절하는 방식으로서 제어 가능한 수동제어기법으로도 불리운다. 구조물의 진동제어에 필요한 제어력이, 특수한 제어기구에서 발생되는 인위적인 힘이 아니라, 적절한 구조부재에서 발생되는 자연적인 부재력이므로, 무엇보다 강인하고 신뢰할 수 있는 제어기법이며, 이때 제어장치의 구조적 특성을, 측정된 구조물의 응답에 맞추어 적절히 조절함으로써 다양한 외부하중에 대해 보다 효율적인 제어가 이루어질 수 있도록 한 방법이다. 반능동제어를 위한 제어기로서는 Variable Orifice Dampers, Friction Controllable Isolators, Variable Stiffness Devices, Electro-Rheological (ER) Fluid Damper, Magneto-Rheological(MR) Fluid Damper등이 제안되고 있으며, 본 논문에서는 반응속도가 빠르고, 적은 파워만을 요구하며, 커다란 제어력을 낼 수 있는 MR Damper를 사용하여 지진하중을 받는 구조물의 반능동 제어게 대하여 연구하였다. MR Damper의 특성이 비선형이므로 이에 적합한 Sliding Mode Fuzzy Control(SMFC)기법을 사용하였으며 이때 SMFC 의 최적 설계를 위하여 Genetic Algorithm을 적용하였다. 제안된 제어기법의 실제 적용성을 검증하기 위하여 기존이 제어결과와 비교 검토하였으며, 그 결과로부터 MR Damper를 사용한 반능동 제어기법이 구조물의 진동제어에 매우 효과적임을 확인할 수 있었다.

• Smart Structures and Systems
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• 제4권5호
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• pp.697-710
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• 2008

Long steel stay cables, which are mainly used in cable-stayed bridges, are easy to vibrate because of their low inherent damping characteristics. A lot of methods for vibration reduction of stay cables have been developed, and several techniques of them have been implemented to real structures, though each has its limitations. Recently, it was reported that smart (i.e. semi-active) dampers can potentially achieve performance levels nearly the same as comparable active devices with few of the detractions. Some numerical and experimental studies on the application of smart damping systems employing an MR fluid damper, which is one of the most promising smart dampers, to a stay cable were carried out; however, most of the previous studies considered only one specific control algorithm in which they are interested. In this study, the performance verification of MR fluid damper-based smart damping systems for mitigating vibration of stay cables by considering the four commonly used semi-active control algorithms, such as the control algorithm based on Lyapunov stability theory, the maximum energy dissipation algorithm, the modulated homogeneous friction algorithm and the clipped-optimal control algorithm, is systematically carried out to find the most appropriate control strategy for the cable-damper system.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.313-318
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• 2017

본 연구는 진동에너지를 흡수하기 위한 진동 금속 댐퍼의 구조 해석과 최적 설계를 수행한다. 고무 베어링, 마찰 또는 점성 댐퍼와 같은 다른 댐퍼와는 달리 이 금속제진장는 금속의 소성 변형과 그에 따른 히스테리시스 현상을 이용하여 구조물의 진동을 감소시킨다. 이 금속제진장치를 최적화 하려면 댐퍼를 통해 소성 변형을 얻는 것이 중요하다. 금속제진장치의 최적화된 형상을 찾기 위해 형상 최적화 방법을 적용하였다. 또한 매개 변수화 체계에 따라 일부 최적의 모양을 찾을 수 있다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제28권4호
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• pp.223-229
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• 2016

이 연구에서는 고무 스프링과 자력마찰을 조합한 스마트 댐퍼의 동적 실험을 수행하여 스마트 댐퍼의 깃발모양 (flag-shaped) 거동을 확인하고자 하였다. 스마트 댐퍼 동적실험을 수행하기 위하여, 네오디뮴 (NdFeB) 자석을 사용하였으며 $50mm{\times}50mm{\times}25mm$ ($B{\times}L{\times}H$)의 크기를 사용하였다. 또한 폴리우레탄 고무를 사용하였으며 길이 80mm 외경 80mm 내경 20mm의 크기의 원주형 고무스프링을 사용하였다. 동적 실험에서 자석의 개수와 진동수를 제어하여 수행하였으며, 자석의 개수는 0, 4, 8, 12개의 순서로 증가하였으며, 이는 자력 마찰력이 증가함을 의미하였다. 진동수는 0.1부터 2.0Hz까지 증가시키면서 진행하였다. 실험의 진행은 고무 스프링이 장착되지 않은 자력마찰 댐퍼의 자력 마찰력 평가 실험, 고무 스프링의 기압축량 평가 실험 및 최종적으로 자력 마찰력과 기압축 고무스프링이 합성된 스마트 댐퍼의 동적 실험 순서로 진행하였다. 실험 결과를 통하여 스마트 댐퍼의 깃발모양 거동을 평가하고 에너지 소산능력, 감쇠비를 평가하여 스마트 댐퍼로서의 성능을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.718-725
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• 2002

본 연구에서는 R/C 골조구조물에 대한 내진성능개선 방법으로서, 벽식 마찰 감쇄기 모델을 새롭게 제안하였다. 기존의 감쇄 장치가 일반적으로 브레이스 부재 형태를 취하고 있으나, 브레이스형 감쇄장치는 시공상 강골조구조물에는 적용하기 용이한 반면 R/C 골조구조물에 적용 시에는 R/C 구조부재와 감쇄기간의 연결 문제, 감쇄기와 R/C 부재 연결부에서의 응력집중으로 인한 R/C 구조부재의 파손 우려 등의 단점이 있다. 제안된 감쇄기는 감쇄기 연결부의 R/C 구조부재 파손 및 구조물의 P-Δ효과를 줄이는데 장점을 가지면서 감쇄기로서의 역할을 발휘하도록 한 테프론 슬라이더와 R/C 전단벽 조합형 감쇄기이다. 제안된 감쇄기의 내진성능개선 능력을 평가하기 위하여, 감쇄기의 수치모델을 고려한 R/C 골조구조물의 비선형 동적해석 알고리즘을 제시하였다. 지진하중이 작용하는 기존의 10층 3경간 R/C 골조구조물에 본 감쇄기를 적용한 수치해석 결과, 시간이력거동 및 층간변위의 억제에서 탁월한 제어효과를 나타내었으며, 저층 기둥 부재의 소성힌지 발생 및 구조부재의 손상을 감쇄기의 소산에너지로 억제하여 줌으로서 구조물 내진성능개선에 효과가 우수한 것으로 평가되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.54-63
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• 2022

이 연구는 구조물 내진보강 장치의 하나인 마찰댐퍼에 관한 것으로, 내부 마찰재를 복합재료의 일종인 초고분자량 폴리에틸렌으로 대체하여 댐퍼를 개발하였다. 또한 마찰력이 발생하는 내부 구조를 여러 층으로 적층하는 다중 마찰방식을 적용하였다. 개발된 다중 마찰댐퍼의 성능 검증을 위해서 재료에 대한 기초 물성과 마모 특성, 디스크 스프링에 대한 특성 분석 시험을 수행하였다. 마모시험 시험결과, UHMWPE의 질량 감소율은 0.003%로 복합재료 기반의 마찰재 중에서 가장 우수한 성능을 보였다. 디스크 스프링은 유한요소해석과 시험결과로부터 설계기초자료를 확보하였다. 또한 개발된 다중 마찰댐퍼의 품질 안정성을 확인하기 위해 토크값에 따른 마찰력 변화와 감쇠장치에 대한 지진하중 시험을 수행하였다. 품질성능 시험결과, 토크 값 조절에 따라 선형적인 마찰력 변화를 보였으며, 지진하중 시험 결과, 마찰댐퍼의 허용오차는 설계기준에서 요구하는 15% 미만으로 나타나 내진보강 장치로서의 요구조건을 만족하는 것으로 나타났다.

• Smart Structures and Systems
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• 제8권5호
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• pp.501-524
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• 2011

Recent studies have discovered that a conventional passive isolation system may suffer from an excessive isolator displacement when subjected to a near-fault earthquake that usually has a long-period velocity pulse waveform. Semi-active isolation using variable friction dampers (VFD), which requires a suitable control law, may provide a solution to this problem. To control the VFD in a semi-active isolation system more efficiently, this paper investigates experimentally the possible use of a control law whose control logic is similar to that of the anti-lock braking systems (ABS) widely used in the automobile industry. This ABS-type controller has the advantages of being simple and easily implemented, because it only requires the measurement of the isolation-layer velocity and does not require system modeling for gain design. Most importantly, it does not interfere with the isolation period, which usually decides the isolation efficiency. In order to verify its feasibility and effectiveness, the ABS-type controller was implemented on a variable-friction isolation system whose slip force is regulated by an embedded piezoelectric actuator, and a seismic simulation test was conducted for this isolation system. The experimental results demonstrate that, as compared to a passive isolation system with various levels of added damping, the semi-active isolation system using the ABS-type controller has the better overall performance when both the far-field and the near-fault earthquakes with different PGA levels are considered.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2007년도 추계학술대회논문집
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• pp.459-464
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• 2007

Seismic control performance of MR dampers, which have severe nonlinearity, differs with respect to the dynamic characteristics of an earthquake such as magnitude, frequency and duration. In this study, the effects of excitation characteristics on the equivalent linear system of a building structure with the MR damper are investigated through numerical analysis for artificial ground motions generated from different response spectrums. The equivalent damping ratio of the structure with the MR damper is calculated using Newmark and Hall's equations for ground motion amplification factors. It is found that the equivalent damping ratio of the structure with the MR damper is dependent on the ratio of the maximum friction force of the MR damper over excitation magnitude. Frequency contents of the earthquake ground motion affects the equivalent damping ratio of long-period structures considerably. Also, additional damping effect caused by interaction between the viscousity and friction of the MR damper is observed. Finally, response reduction factors for equivalent linear systems are proposed in order to improve accuracy in the prediction of the actual nonlinear response.