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논문 > 공학계열

[졸업논문][기계진동학 설계] TMD 설치에 따른 시간이력 해석 -수동형 제진 장치 TMD 설계

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소개글

[졸업논문][기계진동학 설계] TMD 설치에 따른 시간이력 해석 -수동형 제진 장치 TMD 설계에 대한 자료입니다.

제1장 서 론
1. 설계연구의 동기 및 목적
2. 내진 설계의 의미와 목표
3. 주제 선정 이유
4. 실제 적용 예
5. 내진 설계의 종류
가. 강성 설계
나. 연성 설계
다. 제진 설계의 종류
라. 수동 제진 장치의 원리

제2장 본 론
1. 모델링 해석
2. 모델링 이론 해석(Undamped Situation) - 1DOF 해석
가. 건물 고유치 및 적용 지진
나. 梅材魁(UMEMURA) SPECTRUM
3. 모델링 이론 해석(Damped Situation) - 2DOF 해석
4. Computer Simulation
가. MIDAS(Building해석툴)
나. MODE 해석
다. 지진파 적용
라. 지진 주파수 분석
마. 고유치 계산 및 물성치 선정
바. TMD 1개 적용
1) 층간 변위
2) 시간에 따른 최대 변위
3) 층 전단력
4) 시간에 따른 최대 가속도
사. TMD 2개 적용
1) 층간 변위
2) 시간에 따른 최대 변위
3) 층 전단력
4) 시간에 따른 가속도

제3장 결 론
1. 이론과 시뮬레이션의 비교
2. TMD의 설치 위치와 수량에 따른 비교
가. 최상층에 TMD 설치
나. 최상층과 9층에 TMD 설치

참 고 문 헌

본문내용

논문요약

TMD 설치에 따른 시간 이력 해석

최근 국내외에서 발생한 일련의 큰 지진으로 인하여 지진의 피해에 대한 경각심과 내진설계의 필요성에 대한 인식이 확산되고 있다. 특히 현재 세계적으로 초고층빌딩에 대한 관심이 높아지면서 그 안전성에 대한 큰 주의를 필요로 한다. 이와 같은 대형구조물의 지진피해는 막대한 인명 및 재산 피해를 동반하므로 충분한 내진성능을 확보해야 한다. 또한 초고층 빌딩이 아닌 일반 주상복합건물의 경우에도 내진설계기준이 적용되기 이전에 시공된 건물의 내진보강 방법에 대한 관심이 점차 증가하고 있다.
건물을 지진력에 저항할 수 있도록 튼튼하게 설계하는 것을 일반적인 내진설계라고 한다면, 제진(制震, seismic control)은 지진에 의한 입력에너지를 각종 제진장치를 이용하여 효율적으로 소산함으로써, 건물의 피해를 최소화 하는 방법이다. 1994년 미국의 Northridge 지진과 1995년 고베지진을 통하여 내진설계기준에 따라 설계된 건물이라 할지라도 지진에 의한 구조적 손상을 피할 수 없으며, 인명의 안전 또한 위협받을 수 있다는 것을 깨달음에 따라, 지진으로부터 건물을 안전하게 보전할 수 있는 제진 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 현재 일본에서 건설되고 있는 높이 60m 이상 중고층 건물의 약 70%에 한 가지 종류 이상의 제진장치가 설계되고 있는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 내진설계의 효과적인 방안으로 간주되고 있는 제진시스템 중 동조질량감쇠기(TMD, Tuned Mass Damper)에 초점을 맞추었으며, TMD 설치 후 건물의 시간 이력 해석을 통해 그 효용성을 검토하고 최적의 시스템을 소개한다.
우선 중고층 건물의 전형인 16층, 총 높이 65m의 건물을 가정하고 연구를 진행하였다. TMD를 설치하지 않은 건물의 모드해석을 통해 건물의 고유값을 찾아내었다. 그리고 적용할 지진(El Centro Earthquake, 1940 Califonia)의 주파수 분석을 통해 건물 붕괴에 주요한 원인이 되는 주파수를 찾아내어, 이 주파수로 인한 지진과 건물의 공명현상을 막기 위함을 목적으로 삼았다. TMD를 설치하지 않은 건물을 하나의 강체로 가정하고 1자유도로 해석하였으며, 이 때 UMEMURA 응답 스펙트럼 분석법을 사용하였다. 다음으로, TMD를 설치한 경우를 2자유도로 해석하고, 이 이론적 해석을 통해 최대변위, 최대속도, 최대가속도 및 최대전단력을 산출해 내었다.
다음으로 국산 Program인 MAIDAS를 이용하여 simulation을 해보았다. TMD의 질량은 건물 자체 질량의 1%, 2%, 3%로 나누어 연구를 진행하였다. MAIDAS에서는 최상층 천장에 4개의 스프링을 설치하고 그 교점에 TMD의 질량에 해당하는 하중을 주어, TMD 설치의 효과를 적용시켰다. 그리고 난 후, 기준 지진을 적용하여 시간 이력 해석을 실시하였고, 그 결과로 층간변위, 층간전단력, 최대변위, 최대가속도 등의 해석값들을 도출하였다. 또한 TMD를 최상층에 설치한 후 최대변위를 나타내는 부분(논문의 경우 9층)에 하나의 TMD를 더 설치하고 시간 이력 해석을 위

참고문헌

[1] 박준배, “건축의 내진구조해석”, 골드(2002).
[2] 마이다스아이티, “MIDAS로 배우는 구조역학”, 마이다스아이티
(2002).
[3] 김영문, “건축물의 내풍설계”, 한림원(2002).
[4] Akiyama Hiroshi, “에너지 평행법에 의한 건축물의 내진설계”, 구미서관(2002).
[5] 최연선, “기계진동학”.
[6] 김홍진, 김형섭, 민경원, 오정근, “TMD와 TLCD의 지진응답에 대한 제어성능 평가 연구”, 한국지진공학회 논문집 제7권 제5호(2003), pp 85-91.
[7] 황재승, 이상현, 황종국, “제진장치가 설치된 구조물의 등가감쇠비 산정에 대한 연구”, 대한건축학회논문집 구조계 제10권 제5호(2001), pp 19-26.
[8] 김현수, 김승준, 이동근, “다양한 하중의 진동제어를 위한 준능동 TMD의 이용”, 한국지진공학회 논문집 제10권 제1호(2006), pp51-62.
[9] 우성식, 이상현, 정란, 이정무, 조승호, “상용 구조해석 프로그램을 이용한 TMD가 설치된 RC 공동주택 구조물에 대한 모델링 및 수치해석”, 대한건축학회 학술발표대회 논문집 제21권 제1호(2007), pp 349~352.
[10] 주석준, 황재승, 김윤석, "양양국제공항 관제탑의 동조질량감쇠장치의 제진성능", 한국풍공학회 2002년 학술발표대회 논문집 통권 제5호(2002), pp.183-189 .
[11] 황재승, “구조물의 사용성 개선을 위한 제진장치 및 적용사례”, 대한건축학회지 7호(2004), pp 56-61.
[12] 김진구, “건축 구조물의 면진 및 제진기술”, 대한건축학회지 제48권 제8호 (2004) pp.85-89
[13] 황재승, 김윤석, 홍성목, “제진장치에 의한 타워형 구조물의 진동제어 성능개선에 관한 연구”, 한국풍공학회 학술발표회논문집 통권 제3호 (2000), pp.159-164

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