중약진지역에 대한 MR 감쇠기로 구성된 스마트 면진시스템의 특성연구

김현수,강주원,Kim, Hyun-Su,Kang, Joo-Won 한국강구조학회 2012 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.24 No.3

Smart base isolation systems developed for structures in high seismic regions cannot be directly applied to structures in regions of low-to-moderate seismicity, such as Korea. Therefore, the problems that occur by applying the smart base isolation system for high seismic regions to the structures in regions of low-to-moderate seismicity have been investigated in this study. To this end, a five-story building is used as an example, and an MR damper and low damping elastomeric bearings were used to compose a smart base isolation system. Artificial earthquakes are simulated for ground motions in regions of high and low-to-moderate seismicity. Based on numerical simulation results, the MR damper capacity that can provide good control is quite different among regions of high and low-to-moderate seismicity. Moreover, it is noted that the properties of a smart base isolation system for the regions of low-to-moderate seismicity should be carefully designed because the base isolation effects of the smart base isolation system for high seismic regions deteriorate when it is applied to the structures in regions of low-to-moderate seismicity. 강진지역에 있는 건축물을 지진하중으로부터 보호하기 위하여 개발된 스마트 면진시스템은 우리나라와 같은 중약진지역에 있는 건축물에 그대로 적용되기에는 많은 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 강진지역에 있는 건축물을 위한 스마트 면진시스템을 중약진지역에 건설되는 건축물에 적용하였을 때 발생하는 문제점을 검토해보았다. 또한 이를 토대로 중약진지역에 건설되는 건축물을 위한 스마트 면진시스템의 개발시 고려해야할 사항에 대해 알아보았다. 수치해석을 위한 예제구조물로 5층 건물을 선택하였고 스마트 면진시스템은 MR 감쇠기와 저감쇠 탄성베어링을 사용하여 구성하였다. 강진지역과 중약진지역에서 발생하는 지진하중으로는 기존에 발생한 역사지진을 바탕으로 인공지진을 생성하였다. 수치해석결과 스마트 면진시스템이 우수한 성능을 발휘하는 MR 감쇠기의 용량이 강진지역과 중약진지역에 대하여 크게 다른 것을 알 수 있었다. 또한, 강진지역에 건설되는 구조물을 위하여 개발된 스마트 면진시스템을 그대로 중약진지역에 적용하면 면진효과가 상당히 줄어들므로 스마트 제어장치의 특성을 중약진지역에 맞추어 주의 깊게 설계되어야 함을 알 수 있었다.

스마트 최상층 면진시스템의 진동제어 성능평가

강주원,김태호,김현수,Kang, Joo-Won,Kim, Tae-Ho,Kim, Hyun-Su 한국공간구조학회 2010 한국공간구조학회지 Vol.10 No.3

본 연구에서는 스마트 최상층 면진시스템을 적용한 고층건물의 풍응답 제어성능을 검토해보았다. 이를 위하여 77층 초고층 건물을 예제구조물로 선택하였고 풍동실험을 통해서 얻은 풍하중을 사용하여 수치해석을 수행하였다. 예제구조물의 최상층은 FPS 및 MR 감쇠기로 구성된 스마트 면진시스템을 이용하여 주구조물과 분리된다. 주구조물의 동적응답을 저감시키는 것이 스마트 최상층 면진시스템의 가장 중요한 목표이지만 면진된 최상층의 과도한 응답은 구조물을 불안정하게 만들 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 면진된 최상층과 주구조물을 효과적으로 제어하기 위하여 스카이훅제어기를 제어알고리즘으로 사용하였다. 제안된 스마트 최상층 면진시스템의 제어성능을 검토하기 위하여 일반적인 수동 최상층 면진시스템의 제어성능과 비교하였다. 수치해석결과 제안된 스마트 최상층 면진시스템을 이용하면 일반적인 수동 최상층 면진시스템에 비해서 면진층의 변위를 효과적으로 줄이면서도 구조물의 응답을 저감시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. In this study, the control performance of a smart top-story isolation system for tall buildings subjected to wind excitation was investigated. To this end, a 77-story tall building structure was employed and wind loads obtained from wind tunnel test were used for numerical simulations. The top-story of an example structure is separated from the main structure by a smart base isolation system composed of friction pendulum systems (FPS) and MR dampers. The primary purpose of the smart top-story isolation system is to mitigate the dynamic responses of the main structure, but the excessive movement of the isolated top story may cause the unstableness of the building structure. Therefore, the skyhook control algorithm was used to effectively reduce both responses of the isolated top story and the main structure. The control performance of the proposed smart top-story isolation system was investigated in comparison with that of the passive top-story isolation system. It has been shown from numerical simulation results that the smart top-story isolation system can effectively reduce wind-induced responses of the example building structure compared to the passive top-story isolation system with reduction of the top-story movement.

아치구조물의 지진응답제어를 위한 스마트 면진시스템의 적용

강주원,김현수,Kang, Joo-Won,Kim, Hyun-Su 한국전산구조공학회 2011 한국전산구조공학회논문집 Vol.24 No.2

Base isolation system is widely used for reduction of dynamic responses of structures subjected to seismic load. Recently, research on a smart base isolation system that can effectively reduce dynamic responses of the isolated structure without accompanying increases in base drifts has been actively conducted. In this study, a smart base isolation system was applied to an arch structure subjected to seismic excitation and its control performance for reduction of seismic responses was evaluated. In order to make a smart base isolation system, 4kN MR dampers and low damping elastomeric bearings were used. Seismic response control performance of the proposed smart base isolation system was compared to that of the optimally designed lead-rubber bearing(LRB) isolation system. To this end, an artificial ground motion developed based on KBC2009 design response spectrum was used as a seismic excitation. Fuzzy control algorithm was used to control MR damper in the smart base isolation system and multi-objective genetic algorithm was employed to optimize the fuzzy controller. Based on numerical simulation results, it has been shown that the smart base isolation system can drastically reduce base drifts and seismic responses of the example arch structure in comparison with LRB isolation system. 지진하중이 가해지는 구조물의 동적응답을 줄이기 위해서 면진장치가 널리 사용되고 있다. 근래에 들어서는 면진층의 변위를 증가시키지 않으면서도 면진된 구조물의 동적응답을 효과적으로 줄일 수 있는 스마트 면진시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이에 본 연구에서는 지진하중을 받는 아치구조물의 동적응답을 저감시키기 위하여 스마트 면진시스템을 적용하였고 제어성능을 검토하였다. 스마트 면진시스템을 구성하기 위하여 4kN 용량의 MR 감쇠기와 저감쇠 탄성 고무베어링을 사용하였다. 제안된 스마트 면진시스템의 제어성능을 검토하기 위하여 최적설계된 LRB와 지진응답 제어성능을 비교하였다. 이를 위하여 KBC2009 설계응답스펙트럼에 맞추어 생성한 인공지진파를 지진하중으로 사용하였다. 스마트 면진시스템의 MR 감쇠기를 제어하기 위하여 퍼지제어기를 사용하였으며, 다목적 유전자알고리즘을 이용하여 최적화하였다. 수치해석결과 스마트 면진시스템을 사용하면 LRB를 사용한 경우와 비교하여 면진층 변위와 아치구조물의 지진응답을 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.

스마트 면진시스템을 이용한 대공간 구조물의 다목적 퍼지제어

강주원,김현수,임준호,Kang, Joo-Won,Kim, Hyun-Su,Lim, Jun-Ho 한국공간구조학회 2011 한국공간구조학회지 Vol.11 No.2

본 연구에서는 지진하중을 받는 대공간구조물의 동적응답을 저감시키기 위하여 스마트 면전시스템을 제안하였다. MR 감쇠기와 저감쇠 탄성베어링을 사용하여 스마트 면진시스템을 구성하였으며 최적설계된 LRB 면진시스템과 비교하여 진동 제어성능을 검토하였다. 스마트 면진시스템은 제어알고리즘에 따라서 제어성능이 크게 좌우된다. 본 연구에서는 스마트 면진시스템이 설치된 대공간 구조물을 효과적으로 제어하기 위하여 퍼지제어기를 사용하였다. 면전시스템이 적용된 대공간 구조물의 동적응답과 면진층 변위는 서로 상충관계가 있으므로 퍼지제어기를 최적화하기 위하여 두 응답을 목적함수로 하는 다목적 유전자알고리즘을 사용하여하였다. 수치해석결과 본 연구에서 제안한 스마트 면진시스템을 적용하면 최적설계된 LRB 시스템에 비하여 면진층 변위 및 대공간 구조물의 동적응답을 대폭 줄일 수 있는 것을 확인하였다. In this study, a smart base isolation system has been proposed to reduce dynamic responses of a spacial structure subjected to seismic excitation. MR dampers and low damping elastomeric bearings were used to compose a smart base isolation system and its vibration control performance has been investigated compared to that of the optimally designed lead-rubber bearing (LRB) isolation system. Control performance of smart base isolation system depends on control algorithm. Fuzzy controller was used in this study to effectively control the spacial structure having a smart base isolation system. Dynamic responses of the spacial structure with isolation system is conflict with base drifts and thus these two responses are selected as objective functions to apply multi-objective genetic algorithm to optimization of fuzzy controller. Based on numerical simulation results, it has been shown that the smart base isolation system proposed in this study can drastically reduce base drifts and seismic responses of the example spacial structure in comparison with the optimally designed LRB isolation system.

열차진동하중을 받는 첨단시설물의 스마트 면진시스템을 이용한 미진동제어

김현수,강주원,김영식,Kim, Hyun-Su,Kang, Joo-Won,Kim, Young-Sik 한국공간구조학회 2012 한국공간구조학회지 Vol.12 No.2

정밀한 공정을 요구하는 반도체 및 TFT-LCD와 같은 첨단 기술산업 공장의 미진동 문제는 제품의 성능에 영향을 주는 주요한 인자로서 정밀기기 및 부품의 제조공정에 있어서 중요시 되어왔다. 본 논문에서는 이러한 첨단시설물의 미진동 문제를 해결하기 위하여 기초면진시스템의 미진동제어성능을 검토하였다. 이를 위하여, 기차에서 유발되는 인공지반운동을 생성하여 시간이력해석을 수행하였고 3층 예제구조물을 사용하였다. 수치해석을 통하여 수동 기초면진 및 스마트 면진시스템의 미진동제어성능을 고정기초구조물과 비교하였다. 그 결과 스마트 면진시스템이 미진동제어에 있어서 우수한 제어성능을 나타내는 것을 확인하였다. Microvibration problem of high-technology facilities, such as semi-conductor plants and TFT-LCD plants, has been considered as important factors that affects the performance of products and thus it is regarded as important in facilities with high precision equipments. In this paper, various base isolation control systems are used to investigate their microvibration control performance. To this end, train-induced ground acceleration is used for time history analysis and three-story example building structure is employed. Microvibration control performance of passive and smart base isolation systems have been investigated in this study. Based on numerical simulation results, it has been verified that smart base isolation system can control microvibration of a high-technology facility subjected to train-induced excitation.

RNN과 DQN의 융합 기계학습을 이용한 스마트 구조제어

김현수(Kim, Hyun-Su) 대한건축학회 2022 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.42 No.2

스마트 면진시스템의 중약진지역 적용성 검토

김현수(Kim Hyun-Su) 대한건축학회 2011 대한건축학회 학술발표대회 논문집 - 계획계/구조계 Vol.31 No.2(구조계)

To date, a smart base isolation system has been developed in high seismicity region such as Japna, USA etc. Smart base isolation systems developed for structures in high seismicity region cannot directly applied to structures in regions of low-to-moderate seismicity such as Korea. Therefore, problems that occur by applying the smart base isolation system developed for the structures in high seismicity region to the structures in regions of low-to-moderate seismicity have been investigated in this study and the way to solve these problem has been studied.

자기민감 고무를 이용한 구조물의 면진성능 연구

황인호,임종혁,이종세 한국지진공학회 2006 한국지진공학회논문집 Vol.10 No.4

최근 들어 지진발생 빈도의 증가와 더불어 초고층 빌딩, 장대교량 등과 같은 대형구조물의 경량화, 유연화로 인해 발생하는 구조물의 과도한 동적거동을 효과적으로 제어할 수 있는 제진시스템의 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 지진으로부터 구조물을 보다 효과적으로 보호하기 위해 자기장에 의해 역학적 성질을 변화시킬 수 있는 제어가 가능한 지능형재료인 자기민감 고무(Magneto-Sensitive Rubber)를 이용한 반 능동 기초격리 시스템을 제안하였다. 제안된 기초격리 시스템은 기존의 LRB(Lead-Rubber Bearing) 시스템과의 비교 분석을 통해 면진성능을 평가하였으며 이를 위해 몇 가지 역사적 지진들을 이용수치해석을 수행하였다. 제안된 자기민감 고무를 이용한 반 능동 기초격린 시스템은 기존의 수동 시스템보다 기초전단력이나 상부구조물에 가속도 전달을 차단함과 동시에 기초변위를 현저하게 감소시킬 수 있음을 보였다. 그러므로 자가민감 고무를 이용한 반 능동 기초격리 시스템은 지진으로부터 구조물을 효과적으로 보호할 수 있을 것으로 사료된다. Recently, as large structures such as high-rise building and long span bridge become lighter and more flexible, the necessity of structural control for reducing excessive dynamic response due to seismic excitation is increased. In this study, a semi-active base isolation system using Magneto-Sensitive (MS) rubbers is proposed to effectively protect structures against earthquakes. MS Rubber is a class of smart controllable materials whose mechanical properties change instantly by the application of a magnetic field. To demonstrate the performance of this device, the MS Rubber isolation system is compared to Lead-Rubber Bearing (LRB) isolation systems and judged based on computed responses to several historical earthquakes. The MS Rubber isolation system is shown to achieve notable decreases in base drifts over comparable passive systems with no accompanying increase in base shears or in accelerations imparted to the superstructure. The proposed MS Rubber system is shown to perform better than the passive isolation system.

스마트 수동 제어 시스템을 이용한 면진 건물의 내진 성능 개선

정형조,정찬국,최강민,이인원 한국지진공학회 2006 한국지진공학회논문집 Vol.10 No.6

본 연구에서는 면진 건물의 내진 성능을 개선하기 위하여 최근 개발된 스마트 수동 제어 시스템을 적용하고 이의 효용성을 수치 모의실험을 통해 검증하였다. 스마트 수동 제어 시스템은 효과적인 반능동 제어 장치로 알려진 MR 감쇠기에 전자기 유도부를 도입하여 응답 변화에 따라 MR 감쇠기로 입력되는 전류를 변화시킴으로써 MR 감쇠기의 감쇠 특성을 조절하는 새로운 개념의 스마트 제진 시스템이다. 스마트 수동 제어 시스템에서 전자기 유도부는 영구자석과 솔레노이드 코일로 구성되며, 기존 스마트 제진 시스템의 계측기, 제어기, 외부 전원장치를 한꺼번에 대체할 수 있다. 면진 건물에 대한 스마트 수동 제어 시스템의 내진 성능을 수치적으로 검증하기 위하여 미국토목학회에서 제시한 면진 건물에 대한 벤치마크 제어 문제를 활용하였다. 스마트 수동 제어 시스템의 제진 성능을 MR 감쇠기를 이용한 기존 스마트 제어 시스템의 성능과 비교하였다. 수치 모의실험 결과를 통해 스마트 수동 제어 시스템이 면진 건물의 내진 성능을 개선하는 데 매우 유용함을 확인하였다. In this study, the efficacy of the newly developed smart passive control system to improve seismic performance of base isolated building structures is numerically verified. The smart passive control system consists of a magnetorheological (MR) damper and an electromagnetic induction (EMI) part. The damping characteristics of an MR damper can be controlled by the current generated in an EMI part according to the Faraday's law of electromagnetic induction. An EMI part consisting of a permanent magnet and a solenoid coil could substitute a control system including sensors, a controller and an external power supply in a conventional smart control system. The benchmark control problem for a base isolated building presented by the american society of civil engineers is considered for numerical simulation. The control performance of the smart passive control system is compared to that of the conventional smart control system using MR dampers. It is demonstrated from the numerical simulation results that the smart passive control system is useful to improve the seismic performance of base isolated buildings.