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제출문
요약문
SUMMARY
목차
CONTENTS 16
제1장 서론 26
제1절 연구 배경 및 필요성 26
제2절 연구 내용 및 범위 31
1. 동조액체제어장치의 특성연구 31
2. 수치해석을 위한 해석 모델링 기법 및 지진하중 특성에 따른 최적설계 변수 연구 31
3. 동조액체제어장치의 자체성능 및 단자유도 성능 실험 32
4. 단자유도 및 RC 축소모델을 이용한 동조액체제어장치 응답제어성능 실험 32
5. 비선형 이력구조물에 대한 동조액체제어장치 제어성능 평가 33
6. 상용프로그램을 이용한 동조액체제어장치 모델링 및 수치해석 33
7. 설계지침 및 설계예제 작성 33
제2장 국내외 기술개발 현황 35
제1절 국내 기술개발 현황 35
제2절 국외 기술개발 현황 37
1. 미국 37
2. 일본 39
제3절 국내외 연구동향 분석결과 40
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 41
제1절 동조액체감쇠기 특성 연구 41
1. 일반사항 41
2. 동조액체감쇠기 모델링 42
3. 설계변수 및 성능지수 48
4. 백색잡음 50
5. 인공지진 67
6. 응답스펙트럼 해석 71
7. 소결 83
제2절 동조액체감쇠기 성능실험 84
1. 실험개요 84
2. 조화하중실험 85
3. 백색잡음실험 94
제3절 단자유도 구조물 제어실험 106
1. 실험개요 106
2. 동조액체제어장치 실험 108
3. 동조액체기둥감쇠기 실험 119
4. 소결 128
제4절 RC 5층 구조물 진동대 실험 129
1. 실험개요 129
2. 실험체 계획 129
3. 실험 결과 및 분석 143
4. 소결 150
제5절 비선형 이력구조물 모델링 및 제어성능 평가 151
1. 서론 151
2. 구조물-동조액체감쇠기 운동방정식 152
3. 수치해석 154
4. 소결 160
제6절 LCVA를 이용한 초고층 건물의 제어성능 실험평가 161
1. LCVA (Liquid Column Vibration Absorber) 개요 161
2. 진동대 실험 (Shaking Table Test) 162
3. 소결 175
제7절 상용프로그램을 이용한 동조액체감쇠기 수치해석 176
1. 표준모델의 고유치해석 176
2. 최적 설계변수 및 성능지수 178
3. 가진하중 181
4. 해석결과 183
5. 소결 193
제8절 동조감쇠장치의 적용성 연구 195
1. 다양한 질량형 감쇠기의 비교 195
2. 비용과 효율성 분석 200
3. 기존 아파트 리모델링 사례로 본 동조액체감쇠기 경제성 분석 201
제9절 결론 203
제4장 연구개발 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 205
제1절 연구개발 목표 달성도 205
제2절 관련분야에의 기여도 208
제5장 연구개발결과의 활용계획 210
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 216
제7장 참고문헌 217
부록 A. 동조액체감쇠기(Tuned Liquid Damper, TLD) 구조설계 지침(안) 224
목차 226
제1장 총칙 228
1.1. 일반사항 228
1.2. 적용범위 228
1.3. 용어의 정의 228
1.4. 기호 228
제2장 재료 229
2.1. 재질 229
2.1.1. 스테인레스 물탱크 패널 229
2.1.2. SMC 물탱크 패널 229
2.1.3. FRP 물탱크 패널 230
2.1.4. 구조용 강재 및 볼트 230
2.2. 형상 및 치수 231
2.2.1. 스테인레스 물탱크 231
2.2.2. SMC 물탱크 231
2.2.3. FRP 물탱크 231
2.2.4. 구조용 강재 231
2.2.5. 접합 재료의 강도 232
2.2.6. 재료 정수 233
제3장 접합부 설계 234
3.1. 지진위험도 결정 234
3.2. 안정성 검토 235
3.3. 프레임 접합설계 236
제4장 동조액체감쇠기 유지관리 236
부록 B. 동조액체감쇠장치 설계 매뉴얼(안) 238
목차 240
제1장 구조물의 고유치해석 결과 242
제2장 동조액체감쇠기 설계 243
2.1. 동조액체감쇠기 설계변수 산정 243
2.2. 설치위치 입력 244
2.1.1. 절점생성 244
2.2.2. 절점복사 245
2.3. 질량 입력 246
2.4. 절점 구속조건 설정 247
2.5. 절점간 접합조건 및 감쇠기 특성입력 248
2.5.1. 감쇠기 특성입력 248
2.6. 동조액체감쇠기 설치 252
제3장 시간이력해석조건 입력 253
3.1. 시간이력해석조건 입력 253
3.2. 시간이력하중 정의 255
3.3. 시간이력하중 입력 257
제4장 시간이력해석 응답 258
4.1. 응답 조건 입력 258
4.2. 응답 결과 출력 259
4.2.1. 변위, 가속도 259
4.2.2. 층전단력 260
부록 C. 동조액체 감쇠기 설계예제 262
목차 264
제1장 설계예제 대상 표준모델 266
1.1. 개요 266
1.2. 구조해석 모델 267
1.3. 해석 결과 268
제2장 동조액체감쇠기 설계 269
2.1. 주요변수 설정 269
2.1.1. 동조진동수비 269
2.1.2. 질량비 269
2.1.3. 형상비 270
2.2. TLD 형상 및 크기 결정 270
2.3. 동조액체감쇠기를 지지하는 프레임 설계 271
2.3.1. 일반사항 271
2.3.2. 프레임 평ㆍ단면도 272
2.3.3. 구조해석 및 부재설계 273
2.4. 동조액체감쇠기 설치에 따른 안전성 검토 284
2.4.1. 기존건물 벽체 응력검토 284
2.4.2. 동조액체감쇠기 설치 후 안전성 검토 285
2.5. 물탱크의 상시 적정수위 조절 291
2.6. 동절기 수조의 동결에 대한 방지대책 295
[표 1.1] 공동주택 공급현황 (2003년 12월말, 건설교통부) 26
[표 1.2] 주택의 수명비교 (2002. 건설교통부) 27
[표 1.3] 내진성능 목표 27
[표 1.4] 감쇠기구 분류 29
[표 3.1] 다자유도 구조물의 층질량, 층강성 51
[표 3.2] 지진지역 및 지역계수 67
[표 3.3] 지반의 분류 68
[표 3.4] 단주기 설계스펙트럼 가속도 SDS(이미지참조) 68
[표 3.5] 주기 1초의 설계스펙트럼가속도 SD₁(이미지참조) 68
[표 3.6] 인공지진파 69
[표 3.7] 단단한 지반 지진하중 72
[표 3.8] 연약지반 지진하중 76
[표 3.9] 단층근처 지반 지진하중 79
[표 3.10] 가진조건 86
[표 3.11] 실험체 크기 86
[표 3.12] 실험체 크기 및 형상비 94
[표 3.13] 실험체 변수 108
[표 3.14] 연구대상 실험체 110
[표 3.15] 입력하중 비교 112
[표 3.16] 백색잡음 가진시 성능지수 115
[표 3.17] 조화하중 가진시 성능지수 119
[표 3.18] 실험체 변수 119
[표 3.19] 동조액체기둥감쇠기 실험체 121
[표 3.20] 입력하중 비교 122
[표 3.21] 백색잡음 성능지수 125
[표 3.22] 조화하중 성능지수 127
[표 3.33] 원형구조물과 축소실험체의 상사조건 130
[표 3.24] 진동대 실험체 굵은골재의 조립율 133
[표 3.25] 진동대 실험체 재료의 물성 134
[표 3.26] 부가중량 부착계획 137
[표 3.27] 진동대 제원 138
[표 3.28] 동조액체감쇠기 실험체 제원 및 변수 140
[표 3.29] 연구대상 실험체 141
[표 3.30] 가진계획 142
[표 3.31] 실험체별 성능지수 145
[표 3.32] 실험체별 성능지수 150
[표 3.33] 암반지역에서 계측된 지진데이터 154
[표 3.34] 실험기기 제원 163
[표 3.35] 축소모형에 적용된 상사법칙 163
[표 3.36] TLCD 수직부 형상에 따른 크기 및 고유진동수 165
[표 3.37] LCVA 실험체 고유진동수 산정 166
[표 3.38] 조화하중 가진계획 166
[표 3.39] 실험체 제원 170
[표 3.40] 고유치해석 결과 177
[표 3.41] 질량비(μ)에 따른 최적설계 변수 180
[표 3.42] 응답별 성능지수 187
[표 3.43] 응답별 성능지수 193
[표 3.44] 질량형 감쇠장치 비교 [YaIla, 2001] 199
[표 3.45] 구조형태에 따른 비용 [Yalla, 2001] 200
[표 3.46] K구 A동 리모델링 공사비 분석 (D사 제공자료) 202
[표 4.1] 1차년도 세부연구목표 및 달성도 205
[표 4.2] 2차년도 세부연구목표 및 달성도 207
[표 4.3] 3차년도 세부연구목표 및 달성도 208
[표 5.1] 공동연구기관사항 213
[표 5.2] 주요추진일정 (월별 Milestone) 214
[그림 1.1] 전형적인 아파트의 구조 28
[그림 1.2] 지진하중 작용시 벽파 슬래브 접합부에서의 소성힌지의 형성 28
[그림 1.3] 비내진설계(이론치) 요구스펙트럼과 성능스펙트럼 28
[그림 1.4] 동조액체감쇠기 30
[그림 1.5] 동조액체기둥감쇠기 30
[그림 2.1] 인천국제공항에 설치된 능동형 질량감쇠기(HMD) 35
[그림 2.2] 양양국제공항에 설치된 동조질량감쇠기(TMD) 36
[그림 2.3] 부산에 설치된 동조액체감쇠기 36
[그림 2.4] TLCD 설치사례 (미국/캐나다, Motioneering) 38
[그림 2.5] TLD 설치사례 (MKA) 38
[그림 2.6] Shin Yokohama Piince Hotel (1992) 39
[그림 2.7] 하네다 국제공항 관제탑 (1993) 39
[그림 2.8] 상품화된 사진 40
[그림 3.1] TLD 개요 41
[그림 3.2] 액체의 깊이와 길이에 따른 동조액체감쇠기 1차 고유진동수 43
[그림 3.3] △에 따른 1차 모드 질량 참여계수 44
[그림 3.4] 감쇠비의 변화 47
[그림 3.5] 강성경화비 (k) 47
[그림 3.6] 입력 백색잡음 52
[그림 3.7] 가속도 및 변위 시간이력 (백색잡음-I) 52
[그림 3.8] 선형해석을 통한 최대응답 성능지수 분포 53
[그림 3.9] 비선형 해석을 통한 최대응답 성능지수 분포 53
[그림 3.10] 선형/비선형 동조액체감쇠기 성능지수 비교(μ:2%) 54
[그림 3.11] 선형해석을 통한 RMS응답 성능지수 분포 55
[그림 3.12] 비선형해석을 통한 RMS응답 성능지수 분포 55
[그림 3.13] 선형/비선형 동조액체감쇠기 성능지수 비교(μ:2%) 56
[그림 3.14] 가속도 및 변위 시간이력 57
[그림 3.15] 선형해석을 통한 최대응답 성능지수 분포 57
[그림 3.16] 비선형해석을 통한 최대응답 성능지수 분포 58
[그림 3.17] 선형/비선형 동조액체감쇠기 성능지수 비교(μ:2%) 58
[그림 3.18] 선형해석을 통한 RMS응답 성능지수 분포 60
[그림 3.19] 비선형해석을 통한 RMS응답 성능지수 분포 60
[그림 3.20] 선형/비선형 동조액체감쇠기 성능지수 비교(μ:2%) 61
[그림 3.21] 최대응답에 대한 감쇠비 분포 (f:0.95) 62
[그림 3.22] RMS 응답에 대한 감쇠비 분포 (f:0.95) 62
[그림 3.23] 동조진동수비 변화에 따른 RMS 응답변화 63
[그림 3.24] 동조진동수비 변화에 따른 RMS 응답변화 64
[그림 3.25] 감쇠비 증가에 따른 최대응답 성능지수 64
[그림 3.26] 감쇠비 증가에 따른 RMS응답 변화 65
[그림 3.27] 동조진동수비에 따른 최대응답 변화 66
[그림 3.28] 동조진동수비에 따른 RMS 응답변화 67
[그림 3.29] Earthquake Maker 69
[그림 3.30] Eq-I 70
[그림 3.31] Eq-II 70
[그림 3.32] 가속도, 변위 시간이력 (Eq-I) 70
[그림 3.33] 가속도, 변위 시간이력 (Eq-II) 71
[그림 3.34] Washington(1949) 변위 응답스펙트럼 72
[그림 3.35] Eureka(1954) 변위 응답스펙트럼 73
[그림 3.36] Imperial Valley(1940) 변위 응답스펙트럼 74
[그림 3.37] Kern County(1952) 변위 응답스펙트럼 75
[그림 3.38] Los Angeles(YERM, N) 변위 응답 스펙트럼 76
[그림 3.39] Los Angeles(YERM, P) 변위응답 스펙트럼 77
[그림 3.40] Los Angeles(GIL3, N) 변위 응답 스펙트럼 78
[그림 3.41] Los Angeles(NEWH, N) 변위응답 스펙트럼 79
[그림 3.42] Loma Prieta(1989) 변위 응답 스펙트럼 80
[그림 3.43] Northridge, Rindari (1994) 변위응답 스펙트럼 81
[그림 3.44] Northridge, Olive View (1994) 변위응답 스펙트럼 82
[그림 3.45] Kobe (1995) 변위 응답 스펙트럼 82
[그림 3.46] 동조액체감쇠기 성능실험 개략도 85
[그림 3.47] 응답 시간이력 86
[그림 3.48] 밑면전단력 FFT 87
[그림 3.49] 진동수 ω=ωn의 sin 하중에 대한 시스템 응답(단, u(0)=u(0)=0)(이미지참조) 88
[그림 3.50] 사이클수에 따른 응답 진폭변동 (ω=ωn)(이미지참조) 89
[그림 3.51] 밑면전단력 응답(가진변위:5mm) 91
[그림 3.52] 밑면전단력 응답(가진변위:10mm) 91
[그림 3.53] 밑면전단력 응답(가진변위:20mm) 92
[그림 3.54] 밑면전단력 응답(가진변위:30mm) 92
[그림 3.55] 무차원가진진폭비에 따른 특성변화 93
[그림 3.56] 응답 시간이력 (0.60Hz) 94
[그림 3.57] 하중별 최대 파고 및 전단력 분포 95
[그림 3.58] 전달함수 블록선도 95
[그림 3.59] 전단력 전달함수 98
[그림 3.60] 파고 전달함수 99
[그림 3.61] 전단력 전달함수 곡선맞춤 (0.49Hz) 101
[그림 3.62] 가진하중 크기에 따른 특성변화 (0.49Hz) 101
[그림 3.63] 전단력 전달함수 곡선맞춤 (0.60Hz) 102
[그림 3.64] 가진하중 크기에 따른 특성변화 (0.60Hz) 102
[그림 3.65] 전단력 전달함수 곡선맞춤 (0.69Hz) 103
[그림 3.56] 가진하중 크기에 따른 특성변화 (0.69Hz) 103
[그림 3.67] 백색잡음 107
[그림 3.68] 가속도 시간이력 107
[그림 3.69] 가속도 전달함수 108
[그림 3.70] 동조액체감쇠기 모델형상 111
[그림 3.71] 가속도 전달함수 113
[그림 3.72] 변위 전달함수 113
[그림 3.73] 가속도 시간이력 (최대가속도 0.05g) 114
[그림 3.74] 변위 시간이력 (최대가속도 0.05g) 115
[그림 3.75] 가속도 시간이력 (최대가속도 0.01g) 117
[그림 3.76] 가속도 시간이력 (최대가속도 0.02g) 117
[그림 3.77] 변위 시간이력 (최대가속도 0.01g) 118
[그림 3.78] 변위 시간이력 (최대가속도 0.02g) 118
[그림 3.79] 동조액체기둥감쇠기 및 오리피스 형상 121
[그림 3.80] 가속도 전달함수 123
[그림 3.81] 가속도 시간이력(최대 가속도 0.05g) 124
[그림 3.82] 변위 시간이력(최대 가속도 0.05g) 124
[그림 3.83] 가속도 시간이력 (최대가속도:0.01g) 126
[그림 3.84] 가속도 시간이력 (최대가속도:0.02g) 127
[그림 3.85] 실험대상 구조물 및 적용부분 129
[그림 3.86] 축소철근의 응력 -변형도 비교 131
[그림 3.87] 열처리된 철근의 응력-변형도 비교 132
[그림 3.88] 진동대 실험체 배근도 135
[그림 3.89] 납괴 형상 136
[그림 3.90] 납괴 부착상세 136
[그림 3.91] 5층 전달함수(초기상태) 140
[그림 3.92] 5층 전달함수(실험전) 140
[그림 3.93] 5층 가속도 전달함수 143
[그림 3.94] 5층 변위 전달함수 144
[그림 3.95] 상대변위응답 비교 144
[그림 3.96] 층간변위응답 비교 144
[그림 3.97] 가속도 자료 필터링 146
[그림 3.98] 각층 가속도/바닥판 가속도 전달함수 146
[그림 3.99] 각층 가속도/바닥판 변위 전달함수 147
[그림 3.100] 5층 변위 전달함수 147
[그림 3.101] 5층 변위 시간이력 148
[그림 3.102] 상대변위응답 149
[그림 3.103] 층간변위응답 149
[그림 3.104] 구조물 이력곡선 [Whittaker] 152
[그림 3.105] 탄성 변위응답스펙트럼 비 155
[그림 3.106] off-tuning된 경우의 최대응답변위 156
[그림 3.107] 변위 주파수 응답함수 157
[그림 3.108] 비탄성 구조물 힘-변위 관계 158
[그림 3.109] 비탄성 구조물에 대한 동조액체감쇠기의 성능비교 159
[그림 3.110] 동조액체형 감쇠기 161
[그림 3.111] LCVA 성능실험 개념도 162
[그림 3.112] Motioneering 설계 배면도 164
[그림 3.113] Motioneering 설계 단면도 164
[그림 3.114] 축소 실험체 크기 164
[그림 3.115] LCVA 형상 165
[그림 3.116] TLCD 실험체 설치형상 167
[그림 3.117] LCVA 응답시간이력 (f:0.73Hz. 0.01g) 167
[그림 3.118] 밑면전단력 및 파고 응답 전달함수(Case 1. 0.80Hz) 168
[그림 3.119] 밑면전단력 및 파고 응답 전달함수(Case 2. 0.69Hz) 168
[그림 3.120] 밑면전단력 및 파고 응답 전달함수(Case 3. 0.74Hz) 168
[그림 3.121] 제어실험 개념도 169
[그림 3.122] 자유물체도 170
[그림 3.123] 실험체 설치형상 171
[그림 3.124] 가진변위 시간이력 (0.74Hz) 171
[그림 3.125] 계측센서 설치형상 172
[그림 3.126] 진동수별 변위 동적응답 증폭비 173
[그림 3.127] 가속도 응답 시간이력 비교 173
[그림 3.128] 하중-변위 이력곡선 174
[그림 3.129] 가속도 응답 시간이력 (0.74Hz) 174
[그림 3.130] 가속도 응답 시간이력(0.8Hz) 175
[그림 3.131] 해석대상 표준모델 176
[그림 3.132] 입력하중 시간이력 181
[그림 3.133] 질랑비별 가속도 시간이력 183
[그림 3.134] 질량비별 변위 시간이력 184
[그림 3.135] 질량비별 층간 응답 185
[그림 3.136] 최대응답 성능지수 186
[그림 3.137] RMS응답 성능지수 187
[그림 3.138] 질량비별 가속도 시간이력 188
[그림 3.139] 질량비별 변위 시간이력 응답 189
[그림 3.140] 질량비별 층간 응답(인공지진 I ) 190
[그림 3.141] 질량비별 층간 응답(인공지진 평균 응답) 191
[그림 3.142] 최대응답 성능지수 191
[그림 3.143] RMS응답 성능지수 193
[그림 3.144] Citicorp 센터에 설치된 동조질량감쇠기 시스템, New York 196
[그림 3.145] 동조질량감쇠기의 종류 196
[그림 3.146] K구 A동 H아파트의 리모델링 평면 201
[그림 5.1] 동조액체감쇠기 성능실험 구성도 211