강재댐퍼로 보강된 철근콘크리트 골조의 내진성능 실험 연구

박지영,Park, Ji-Young 한국토지주택공사 토지주택연구원 2010 LHI journal of land, housing, and urban affairs Vol.1 No.1

본 연구에서는 RC골조의 내진보강을 위해 K형브레이스로 지지되는 강재댐퍼 설치방식을 제안하고 강재댐퍼에 의한 RC골조의 내진보강효과를 실험 및 설계식의 비교를 통해 검증하였다. 강재댐퍼로 보강된 RC골조의 성능은 RC골조 및 강재댐퍼의 강도-변형 관계를 각각 산정한 후 조합하여 산정하였다. 강재댐퍼 지지부재의 강성이 충분히 크지 않을 경우 댐퍼의 성능이 제대로 발휘될 수 없으므로 댐퍼의 지지부재인 브레이스의 강성 고려하여 강재댐퍼의 성능을 산정 하였다. 강재댐퍼 보강 RC골조의 내진보강효과를 확인하기 위한 실험은 비보강 RC골조를 기준 실험체로 하고 K형브레이스로 지지되는 강재 댐퍼의 설치 방법을 변수로 하여 횡력에 대한 실험체의 강도, 강성, 이력특성 등의 항목에 대해 평가하였다. 강재댐퍼 보강 RC골조는 강도, 강성, 에너지소산능력이 비보강 RC골조에 비해 우수한 것으로 나타나 강재댐퍼에 의한 보강효과를 확인할 수 있었다. 강재댐퍼 보강 RC골조의 실험결과와 설계식에 의한 성능을 비교한 결과 설계식이 강재댐퍼 보강 RC골조의 성능을 비교적 유사하게 나타낼 수 있는 것으로 검증되었다. In this study, the influences of steel dampers on the behavior of RC frames were investigated using the experimental approach to suggest the installation methods of steel dampers using K-barces. The performances of RC frames with dampers can be evaluated by superposition the load-displacement curves of RC frames and steel dampers with regard to the influences of K-braces. Three specimens are tested to investigate the cyclic behavior of RC frames with dampers. The performances of RC frames with dampers with respect to strength, rigidity, and hysteretic performance are examined. It was found that test results demonstrates the effect of seismic retrofit on RC frames with steel dampers(D-RCF-KBSF, D-RCF-KBSP) compared with RC frames(N-RCF). An approximate design curves may not be good agreement with those of the tests, it is conservative enough so that you can design of RC frames with steel damper with regard to the influences of K-braces.

자동복원 마찰슬릿댐퍼의 해석적 거동특성 분석

이헌우,허종완 대한토목학회 2024 대한토목학회논문집 Vol.44 No.4

본 연구에서는 기존에 사용 및 연구되고 있는 자동복원 댐퍼, 마찰댐퍼, 강재댐퍼의 개념을 합쳐 자동복원 마찰슬릿댐퍼를 제안한다. 이를 위해 자동복원을 위한 초탄성 형상기억합금을 사용하고 마찰댐퍼와 슬릿댐퍼의 개념을 합친 혁신적인 댐퍼 구조를 고안하였다. 이후 이에 대한 상세설계를 진행하였으며 재료, 스트럿 폭, 볼트 체결력 등의 변수를 설정하였다. 총 12가지 댐퍼에 대해 ABAQUS 프로그램을 사용하여 모델링을 수행하고 설계된 로딩프로토콜을 대입하여 유한요소해석을 수행하였다. 결과적으로 초탄성 형상기억합금을 사용한 자동복원 마찰슬릿댐퍼는하중측면으로 우수하였지만 우수한 회복성능으로 에너지 소산능력은 크게 확보되지 않았다. 하지만 Gr.50 강재가 적용된 마찰슬릿댐퍼는 혁신적인 구조개선을 통해 하중, 에너지소산 등의 성능이 비약적으로 상승하였다. 이를 통해 마찰댐퍼와 강재댐퍼의 메커니즘이 합쳐진 댐퍼의 혁신적인 구조를 증명하였다. In this study, we propose a self-restoring friction slit damper by combining the concepts of self-restoring dampers, friction dampers, andsteel dampers that are currently used and researched. For this purpose, an innovative damper structure was designed using superelasticshape memory alloy for automatic recovery and combining the concepts of friction damper and slit damper. Afterwards, detailed designwas carried out and variables such as material, with of strut, and bolt fastening force were set. Modeling was performed using the ABAQUSprogram for a total of 12 dampers, and finite element analysis was performed by substituting the designed loading protocol. As a result,the self-recovering friction slit damper using superelastic shape memory alloy was excellent in terms of load, but the energy dissipationability was not significantly secured due to the excellent recovery performance. However, friction slit dampers made of Gr.50 steel havedramatically improved performance in terms of load and energy dissipation through innovative structural improvements. Through this,the innovative structure of the damper, which combines the mechanisms of a friction damper and a steel damper, was demonstrated.

사장교 케이블 진동감소용 납-전단 댐퍼의 설계

안상섭 한국지진공학회 2001 한국지진공학회논문집 Vol.5 No.1

본 논문에서는 지점근처에 납-전단 댐퍼(LSD)가 설치된 케이블의 동적 거동에 대해 다루었다. 이러한 동적 거동에 대한 파악은 케이블의 진동 감소 목적으로 댐퍼를 설계하는 경우 중요한 절차중 하나이다. 납-전단 댐퍼와 같은 이력형 댐퍼의 실제 이력곡선에 기초하여 본 연구에서는 납-전단 댐퍼의 이력곡선을 완전 탄소성으로 가정하였다. 납-전단 댐퍼의 역학적 모델은 등가 켈빈 모델을 사용하였으며 케이블의 새그 효과를 고려하였다. 납- 전단 댐퍼의 용량이라고 할 수 있는 항복력을 설계변수로 선택하고 케이블에 최적의 감쇠효과를 부여하는 동적학적 관계에 대해 연구하였다. 또한 댐퍼가 케이블에 설치되는 지점과 케이블의 장력에 대한 댐퍼의 감쇠효과에 대해서도 연구하였다. 매개변수 해석결과 케이블의 기하학적 형상 및 댐퍼의 설치조건에 따라 납-전단 댐퍼가 케이블에 부가하는 감쇠의 크기가 변함을 알 수 있었으며, 이때 최대의 감쇠성능을 발휘하는 최적 항복력이 존재하는 것을 알았다.

강재 탄소성 댐퍼의 감쇠성능에 관한 연구

김동백,이인덕,이재원 한국재난정보학회 2019 한국재난정보학회 학술대회 Vol.2019 No.09

최근에 연구되고 있는 대부분의 일방향 강재이력형 감쇠장치의 경우 편심하중이나 부재의 불균질 등으로 인하여 면외방향 으로 부재가 거동하므로 이를 방지하기 위한 별도의 Channel이나 Rail 등이 별도로 필요하게 된다. 이러한 Channel이나 Rail은 별도의 장치로 제작되어 댐퍼와 결합되어야 하므로 시공이 번거로우며 Mild Steel의 특성상 지진이나 여진이 반복적으로 작용 할 때 그 효과를 장담할 수 없고, 설치할 때 별도의 공간이 필요하다. 본 연구에서는 콘크리트 볼 기초(Concrete Ball Foundation, CBF)에 의해 하부가 면진된 구조물에 강재 댐퍼와 스프링을 결합한 댐퍼를 시공하여 스프링은 탄성변형을, 강재댐퍼는 소성 변형을 받게 하며 인장 시 스프링은 복원력으로 작용하여 반복하중에 대한 저항성을 키우고, 구조물에 전달되는 지진력을 소산 시키는 탄소성 댐퍼(Elasto-Plastic Damper)를 제안하고자 한다. 강재는 일정한 폭과 길이를 갖게 하고 두께를 변화시켜서 스트 립(Strip)의 형태로 5종류를 선택하였으며, 댐퍼 1개당 3개의 스트립을 정삼각형 형태로 배치하고 그 중심에 상당한 강성을 갖 는 스프링을 갖는 형태로 제안하여 스프링과 강재를 조합한 탄소성 댐퍼(Elasto-Plastic Damper)로 하였다. 제안된 댐퍼는 스프 링을 포함한 경우와 포함하지 않은 경우를 한 세트로 하고, 폭과 길이가 일정한 강판의 두께를 5종류로 하여 총 5세트 10개의 시험체를 제작한 후, 각각의 댐퍼가 풍하중과 기초의 기울기에 의한 구조물의 안정성(Stability)을 만족하는 개수를 구하고 이 댐퍼를 구조물에 배치하였을 때의 지진에 대한 에너지 소산량과 부재력을 검토하여 댐퍼의 안전성(Safety)를 검증하고자 한다.

케이블-댐퍼 시스템의 전체감쇠비 해석을 통한 선형조합 접근법의 유효성

김현겸(Kim Hyeon Kyeom),황재웅(Hwang Jae Woong),이명재(Lee Myeong Jae) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 A Vol.29 No.5A

기존의 연구들은 댐퍼만에 의한 부가감쇠비의 Universal Curve만을 제공하였기 때문에 실무에서는 케이블의 구조감쇠 및 공기역학적감쇠와 같은 자체감쇠를 독립적으로 고려하곤 한다. 즉, 케이블에 발생하는 자체감쇠비와 댐퍼에 의해 부여되는 Universal Curve로부터 얻은 부가감쇠비를 산술적으로 합하여 케이블-댐퍼 시스템의 전체감쇠비를 결정해 왔다. 하지만 이러한 선형조합 접근법은 이론적인 근거가 미약하며 관련된 연구도 찾아볼 수 없는 실정이므로 이에 관한 유효성을 검증해 볼 필요가 있다. 이것을 위해 본 연구에서는 자체감쇠를 고려한 전체감쇠비 해석법을 개발하여 정해를 제시하고 이것을 기존의 선형조합 접근법에 의해 얻어진 전체감쇠비와 비교하여 선형조합 접근법의 유효성 여부를 검증하였다. 본 연구의 결과에 의하면, 강성은 작고 최적감쇠계수와 비슷한 감쇠계수를 갖는 댐퍼가 지점에서 가깝게 설치되어 있으며, 케이블의 진동이 저차 모드 위주로 발생하고 케이블의 자체감쇠가 크지 않은 일반적인 풍환경에서는 기존의 연구그룹에서 제시하는 연구결과나 선형조합 접근법을 적용하는 것에 무리가 따르지 않는다. 하지만 외부댐퍼나 예기치 못한 고차 진동모드의 발생, 강성이 큰 댐퍼가 사용되는 경우에는 본 연구를 적용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 본 연구는 케이블의 자체감쇠를 고려한 전체감쇠비의 정해를 제시하고 이것을 토대로 선형조합 접근법에 대한 적용근거를 제시하였다는 점에서 의미를 찾을 수 있다. 차후 본 연구를 발전시켜 공기역학적감쇠에 대응하는 최적감쇠계수를 실시간으로 제시할 수 있게 된다면 MR(Magneto-rheological) 댐퍼와 같은 준능동 댐퍼의 케이블-댐퍼 시스템 제어의 중요한 알고리즘이 될 것으로 기대된다. Existing studies have suggested Universal Curve only for supplemental damping by damper. Therefore net damping has been determined by means of arithmetic summation between intrinsic, aero-damping of cable and supplemental damping of damper. However linear combination approach by means of the arithmetic summation is not enough theoretical background. So validity of this approach should be verified in order to design adequate cable-damper system by engineers. This study establishes governing differential equation which can consider intrinsic, aero-damping and supplemental damping as well. And also analysis method is solved by combination of muller method and successive iteration method. Consequently, this study succeeds in verification for validity of linear combination approach. As a result of this study, linear combination approach is limitedly effective in case of low stiffness and optimum damping coefficient of damper, short distance from support to damper, lower vibration mode, low aero-damping, and normal windy environment. Whereas this study will be effective in case of opposite conditions, and existing studies or linear combination approach occur to further error. Meaning of this study presents exact solution for net damping of cable-damper system, and verifies linear combination approach by means of the analysis method. In the future, if monitoring of optimum damping coefficient of a damper against aero-damping is feasible on time, algorithm of this study will be available for control of cable and semi-active damper system such as magneto-rheological damper.

저소음 풍량 조절 댐퍼 설계

박성종(Seongjong Park),이대희(Daehee Lee),김봉재(Bongjae Kim),이동연(Dongyeon Lee),최호경(Ho Kyung Choi) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集A Vol.44 No.5

선박에 상주하는 선원의 작업 환경을 개선하기 위하여 소음 규제가 강화되고 있는 추세이다. 특히, 선실 구역의 공조 소음은 안락하고 효율적인 환경 조성을 위하여 반드시 제어되어야 한다. 송풍기가 주요한 공조 소음원이지만 풍량을 제어하는 댐퍼에 의해서도 소음이 발생하며, 소음 규제가 엄격한 선박에서는 이로 인한 문제가 발생하고 있다. 유동 변화에 의해 발생하는 소음은 일반적으로 유속이 충분히 느린 경우에는 문제되지 않는다. 그러나 공간 부족에 의해 덕트의 크기가 제한되면 빠른 유속에 의해 매우 높은 소음이 발생할 수 있다. 특히, 단면의 변화를 이용하여 풍량을 조절하는 댐퍼의 유동 소음은 반드시 검토되어야 한다. 본 연구에서는 풍량 조절 댐퍼의 유동 소음을 저감하기 위하여 새로운 댐퍼 날개를 제안한다. 유동 소음과 댐퍼의 작동을 고려하여 낮은 소음의 날개 형상을 설계하고, 전산 유체 해석을 이용하여 소음을 해석하였다. 그리고 이를 적용한 댐퍼 시제품을 기존 댐퍼와 동일한 조건에서 비교 시험하였다. 댐퍼 시제품은 기존 댐퍼에 비하여 개선된 결과를 나타내었다. Noise regulations have been tightened to ensure a better working environment for workers on offshore vessels. In particular, HVAC noise in living quarters should be controlled to ensure a comfortable and efficient environment. Although fans are major sources of HVAC noise, volume control dampers also generate noise, and this causes a problem in vessels where noise regulations are relatively strict. Generally, noise caused by flow variation is not a problem if the flow is sufficiently slow. However, if the size of the ducts is limited by insufficient space, high noise induced by fast airflow becomes unavoidable. Hence, the flow noise of the damper that controls airflow by the variable cross-section should be checked. In this study, we suggest a new type of damper blade to reduce flow noise at the volume control dampers. Considering the flow noise and operation of the damper, we design a blade shape to reduce the noise and calculate the noise by CFD. A prototype damper with this blade shape and conventional dampers are then tested under the same conditions. The results show that the prototype damper outperforms the conventional damper.

도로터널 화재 시 집중배기방식의 배기포트 통과풍속이 배연성능에 미치는 영향에 관한 연구

유지오,나광훈 사단법인 한국터널지하공간학회 2020 한국터널지하공간학회논문집 Vol.22 No.4

In order to resolve traffic problems in urban areas and to increase the area of greenspaces, tunnels in downtown areas are being increased. Additionally, the applicationof large port smoke extraction ventilation systems is increasing as a countermeasureto smoke extraction ventilation for tunnels with high potential for traffic congestion. It is known that the smoke extraction performance of the large port smoke extractionsystem is influenced not only by the amount of the extraction flow rate, but also byvarious factors such as the shape of the extraction port (damper) and the extractionair velocity through a damper. Therefore, in this study, the design standards andinstallation status of each country were investigated. When the extraction air flow ratewas the same, the smoke extraction performance according to the size of the damperwas numerically simulated in terms of smoke propagation distance, compared andevaluated, and the following results were obtained. As the cross-sectional area of thesmoke damper increases, the extraction flow rate is concentrated in the damper closeto the extraction fan, and the smoke extraction rate of the damper in downstreamdecreases, thereby increasing the smoke propagation distance on the downstream side. In order to prevent such a phenomenon, it is necessary to reduce the cross-sectionalarea of the smoke damper and increase the velocity of passing air through the damperso that the pressure loss passing through the damper increases, thereby reducing thenon-uniformity of smoke extraction flow rate in the extraction section. In this analysis,it was found that when the interval distance of the extraction damper was 50 m, the airvelocity passing through damper was 4.4 m/s or more, and when the interval distance of the extraction dampers was 100 m, the air velocity passing through damper was greater than 4.84 m/s, it was foundto be advantageous to ensure smoke extraction performance. 도시지역의 교통난 해소와 녹지공간의 확보를 위해 도심지 터널이 증가하면서 차량의 정체 가능성이 높은 터널에 대한제 ․ 배연방식으로 대배기구에 의한 집중배기방식의 적용이 증가하는 추세에 있다. 집중배기방식의 배연성능은 배연풍량 뿐만 아니라 배기구(댐퍼)의 형상이나 배기풍속 등 다양한 인자에 의해서 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 각국의 배연시스템 설계기준 및 설치현황을 알아보고 배연풍량이 동일한 경우에 배연댐퍼 사이즈에 따른 배연성능을 연기 이동거리 측면에서 수치시뮬레이션을 수행하여 비교 ․ 평가하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 배연댐퍼의 단면적이 증가할수록 배기팬에 근접한 댐퍼에서 배기풍량이 집중되어 화재 하류의 댐퍼의 배연풍량이 감소하여 하류측의 연기 이동거리가 증가하는 현상이 발생한다. 이와 같은 현상을 방지하기 위해서는 배연댐퍼의 단면적을 작게하여통과풍속을 높게 함으로써 댐퍼통과 시 압력손실이 증가하도록 하여 배기구간에서 배연풍량의 불균일성을 완화할 필요가 있다. 본 해석범위에서는 배연댐퍼의 설치간격이 50 m인 경우에는 설계통과풍속이 4.4 m/s (댐퍼면적: 2.34 m2 =1.25 × 1.85 m) 이상, 댐퍼의 설치간격이 100 m인 경우에는 설계통과풍속이 4.84 m/s (댐퍼면적: 3.38 m2 = 1.5 × 2.25m) 이상일 때 배연성능확보에 유리한 것으로 나타났다.

불완전 발달 유체 유동을 고려한 MR댐퍼 착륙장치 모델링

이효상,장대성,황재혁 항공우주시스템공학회 2021 항공우주시스템공학회지 Vol.15 No.1

반능동형 MR댐퍼 착륙장치는 MR유체가 환형 유로를 지날 때 유체감쇠력 및 자장 제어 감쇠력을 발생시키는 댐퍼이다. 환형 유로를 지나는 MR 유체의 경우 필연적으로 불완전 발달 유동이 발생하게 되어, 이는 유체 감쇠력을 포함하는 댐퍼 내력 계산에 오차를 발생시키는 원인이 된다. 이로 인해 댐퍼 구조적 파라미터 설계 및 제어 이득 선정이 부정확해지며, 착륙장치의 동특성 및 충격흡수성능 저하를 초래하게 된다. 본 논문에서는 MR댐퍼 환형 유로의 입구영역에서 발생하는 추가적인 감쇠력을 고려한 MR댐퍼 착륙장치의 수학적 모델을 유도하였다. 본 논문에서 유도한 수학적 모델링을 MR댐퍼 착륙장치의 설계 및 최적화 과정에 적용한다면 좀 더 정확한 내력 예측으로 우수한 성능의 MR댐퍼 착륙장치를 설계할 수 있을 것으로 판단된다. A semi-active MR damper landing gear is a damper that generates a fluid damping force and a magnetic field control damping force when the MR fluid passes through annular flow paths. In the case of MR fluid passing through annular flow paths, an incompletely developed flow inevitably occurs, causing an error in calculating damper inner forces including the fluid damping force. This error results in an inaccurate design of damper structural parameters and control gain selection, resulting in deterioration of dynamic characteristics and shock absorption performance of the landing gear. In this paper, we derived a mathematical model of an MR damper landing gear considering additional damping force generated in the entrance region of annular flow paths of the MR damper. If the mathematical modeling derived from this paper is applied to the design and optimization process of an MR damper landing gear, excellent performance of the MR damper landing gear is expected.

고유진동수 조절이 용이한 멀티셀 액체댐퍼

길용식,황규석,김재건,김동익,박지훈,민경원 한국풍공학회 2011 한국풍공학회지 Vol.15 No.4

In this paper, we evaluate the properties after developing the unique frequency-controlled multi-cell liquid damper. The overall shape of the proposed damper is same with the Liquid Column Vibration Absorber (LCVA). However, in this time, we divided the vertical column of LCVA in a separate cell and the cell can be closed each so that we can change the natural frequency of the damper with the way we control the area of the vertical column. In this way, we could notice the properties of the natural frequencies of the damper through the shaking table tests with the adjusted closed cell number. The usability of the dampers was evaluated after comparing to the natural frequencies of shaking table experiments and the theoretical calculated one. 본 논문에서는 고유진동수 조절이 가능한 멀티셀 액체댐퍼를 개발하여 특성을 평가하였다. 본 연구에서 제안한 댐퍼의 기본적인 형태는 기존의 Liquid Column Vibration Absorber(LCVA)와 같다. 그러나 이번에 제안한 액체댐퍼는 기존 LCVA의 수직관을 일정한 면적의 독립된 셀로 나누었으며 이 셀을 각각 밀폐시킬 수 있게 하여 수직관의 면적을 조절하는 방식으로 댐퍼의 고유진동수를 변화시킬 수 있도록 하였다. 이렇게 제작된 액체댐퍼는 밀폐된 셀 개수를 조절하여 진동대 실험을 통해 댐퍼의 고유진동수 특성을 파악하였다. 진동대 실험에서 나온 고유진동수와 이론적으로 산정한 고유진동수를 비교하여 댐퍼의 사용성을 평가하였다. 개발된 액체 댐퍼의 수직관의 면적 조절을 통해 고유진동수 조절이 용이하여 실제로 사용이 가능함을 확인할 수 있었다.

E-Shape 강재이력댐퍼의 수치모델과 기초격리구조물의 지진응답

황인호(Hwang Inho),주민관(Ju Minkwan),심종성(Sim Jongsung),이종세(Lee Jong Seh) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.5A

최근 대규모의 지진피해로 인해 내진설계에 대한 관심이 높아지면서, LRB(Lead Rubber Bearing), FPS(Friction Pendulum System) 등 다양한 지진격리장치에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서 E-Shape 강재이력댐퍼를 이용한 지진격리장치의 성능 평가를 위해 E-Shape 댐퍼의 동적거동 실험을 수행하였으며, 이를 바탕으로 해석적 연구를 위한 수치모델을 제안하였다. 또한, 제안된 E-Shape 강재이력댐퍼의 수치모델을 6자유도를 가진 5층 건물에 적용하여 LRB 시스템과 이력거동을 비교하여 지진격리성능 평가를 수행하였다. 본 연구를 통하여 제안된 수치모텔은 실제 E-Shape 강재이력댐퍼의 동적거동을 적절히 묘사할 수 있으며, E-Shape 강재이력댐퍼는 비선형 거동을 통한 에너지를 적절히 소산시킴으로서 기존 시스템과 비교하여 충분히 지진격리성능을 발휘할 수 있을 것으로 사료된다. Recently, as large structures become lighter and more flexible, the necessity of structural control for reducing excessive displacement and acceleration due to seismic excitation is increased. As a means to minimize seismic damages, various base isolation systems are adopted or considered for adoption. In this study, a base isolation system using hysteretic damper is shown to effectively protect structures against earthquakes. A mechanical model is determined that can effectively portray the behavior of a typical E-shape device. Comparison with experimental results for a hysteretic damper indicates that the model is accurate over a wide range of operating conditions and adequate for analysis. The seismic performance of hysteretic dampers are studied and compared with the conventional systems as a base isolation system. A five-story building is modeled and the seismic performance of the systems subjected to three different earthquake is compared. The results show that the hysteretic damper system can provide superior protection than the other systems for a wide range of ground motions.