Active mass damper system using time delay control algorithm for building structure with unknown dynamics

장동두,정형조,Yeong-Jong Moon 국제구조공학회 2014 Smart Structures and Systems, An International Jou Vol.13 No.2

This paper numerically investigates the feasibility of an active mass damper (AMD) system using the time delay control (TDC) algorithm, which is one of the robust and adaptive control algorithms, for effectively suppressing the excessive vibration of a building structure under wind loading. Because of its several attractive features such as the simplicity and the excellent robustness to unknown system dynamics and disturbance, the TDC algorithm has the potential to be an effective control system for mitigating the vibration of civil engineering structures such as buildings and bridges. However, it has not been used for structural response reduction yet. In this study, therefore, the active control method combining an AMD system with the TDC algorithm is first proposed in order to reduce the wind-induced vibration of a building structure and its effectiveness is numerically examined. To this end, its stability analysis is first performed; and then, a series of numerical simulations are conducted. It is demonstrated that the proposed active structural control system can effectively reduce the acceleration response of the building structure.

P-FIT 궤도의 교량구간 자갈궤도 개량을 위한 차량-궤도 상호작용 해석

장동두,강윤석,이찬영,권세곤,윤병현 한국도시철도학회 2022 한국도시철도학회논문집 Vol.10 No.2

P-FIT track is a track system developed so that it can be constructed 20m a day within the cut-off time in order to improve a ballast track into a concrete track to solve the inherent problems of a ballast track. This study investigates the dynamic stability of the P-FIT track in a bridge section through the train-track interaction analysis. At first, the number of elastic pads supporting the panel is determined, and then track supporting stiffness ratio in a transition section is calculated and modified by replacing the rail fastener of transition section in order to satisfy the relevant standard. At the end, the dynamic stability of the P-FIT track in a bridge section is validated. P-FIT 궤도는 자갈궤도를 콘크리트궤도로 개량하여 생력화하기 위해 차단시간 내 일 20m 부설할 수 있도록 개발한 궤도시스템이다. 본 연구에서는 교량 상 자갈궤도를 P-FIT 궤도로 개량하는 데 있어 그 적용성을 검토하였다. 이를 위해 차량-궤도 상호작용 해석을 수행하여 열차의 주행안전 및 궤도의 사용성을 검토하였다. 먼저 P-FIT 단위 패널의 탄성받침 개수를 산정하고 다음으로 자갈궤도-개량궤도 접속구간 궤도지지강성계수비를 검토하였으며, 접속구간 레일체결장치 교체를 통해 관련 기준을 만족하도록 하였다. 최종 설계안에 대한 차량-궤도 상호작용 해석 결과 주행 중 동적안정성과 관련하여 모든 검토항목을 만족하는 것으로 나타났다.

접착절연레일 요철 형상에 따른 충격하중 발생 특성에 관한 연구

장동두,양신추,서형렬,고덕진 한국철도학회 2022 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.4

진동대 실험을 통한 신개념 스마트 수동제진장치의 제진성능 평가

장동두,정형조,문석준,Jang, Dong-Doo,Jung, Hyung-Jo,Moon, Seok-Jun 한국전산구조공학회 2010 한국전산구조공학회논문집 Vol.23 No.1

본 논문에서는 지진이나 강풍과 같은 동적하중으로부터 구조물을 효과적으로 보호하기 위한 MR 감쇠기 기반의 스마트수동시스템의 제진성능을 파악하였다. 스마트 수동시스템은 MR 감쇠기와 MR 감쇠기의 전력원으로 사용하기 위한 전자기유도(Electromagnetic Induction, EMI)장치를 결합시킨 시스템이다. EMI 장치는 영구자석과 코일로 이루어져 있으며, MR감쇠기와 같이 구조물에 설치되어 구조물의 상대변위에 의해 발생하는 운동에너지를 Faraday의 전자기유도법칙에 따라 전기에너지로 변환시켜 감쇠특성을 변화시키기 위해 MR 감쇠기에 제공하게 된다. 스마트 수동 제어시스템은 기존의 MR 감쇠기 기반 반능동 제진시스템에서 필요로 하는 센서, 제어기, 전원공급장치 등의 피드백 제어시스템을 EMI 장치로 대체함으로써 훨씬 간편하고 설치 및 유지관리가 용이하게 된다. 본 연구에서는 6층 규모의 철골 구조물을 대상으로 다양한 역사지진 하중에 대한 진동대 실험을 통해 스마트 수동 제어시스템의 제진성능을 확인하였다. This paper presents the vibration control performance of the smart passive control system to suppress the undesired vibration of the structure subjected to the earthquake loadings. Smart passive control system is the MR damper-based control system augmented with electromagnetic induction(EMI) device which consists of permanent magnets and solenoid coils. According to the Faraday's law of electromagnetic induction, an EMI device produces electrical energy from the mechanical energy due to the reciprocal motions of the structure and provide it to the MR damper. The smart passive control system can be the simple and easy to implement and maintain control system by replacing the feedback control system including sensors, controllers and external power sources of the conventional MR damper-based semiactive control system with the EMI device. The control performance of the smart passive control system is evaluated through the set of shaking table test considering the various historical earthquake loadings.

MR 엘라스토머를 이용한 기초격리 시스템에 대한 타당성 연구

장동두,무하마드 우스만,성승훈,문영종,정형조,Jang, Dong-Doo,Usman, Muhammad,Sung, Seung-Hoon,Moon, Yeong-Jong,Jung, Hyung-Jo 한국전산구조공학회 2008 한국전산구조공학회논문집 Vol.21 No.6

본 논문에서는 지진으로부터 구조물을 효과적으로 보호하기 위하여 MR 엘라스토머(MRE)를 이용한 새로운 형태의 스마트 기초격리 시스템을 제안하고, 이에 대한 내진성능을 파악하였다. MRE는 자성물질을 포함한 실리콘 혹은 고무로써 자기장에 의해 강성이 변하는 스마트 재료이다. 기초격리 시스템은 토목 및 건축분야에서 구조물의 내진성능 향상을 위해 가장 널리 쓰이는 장치로 지반과 구조물을 격리시켜 구조물에 가해지는 입력 하중을 감소시켜주는 장치이다. 기존 수동형태의 기초격리 장치는 다양한 입력하중에 대한 적응성이 부족하고 기초격리 장치에서의 과도한 변위 등의 단점이 있는 반면, 새로 제안한 시스템은 제어 가능한 강성범위가 넓어 이를 개선할 수 있다. MRE를 이용한 기초격리 장치의 성능을 확인하기 위하여 기초격리 장치를 도입한 단층 및 5층의 건물에 대해 다양한 역사지진 하중을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과, 제안된 시스템은 기존 수동형태의 시스템에 비해 구조물의 응답 및 기초격리장치의 변위를 감소시키는 데 탁월한 효과가 있음을 확인하였다. The feasibility study of a newly proposed smart base isolation system employing magneto-rheological elastomers(MREs) has been carried out. MREs belong to a class of smart materials whose elastic modulus or stiffness can be adjusted by varying the magnitude of the magnetic field. The base isolation systems are considered as one of the most effective devices for vibration mitigation of civil engineering structures such as bridges and buildings in the event of earthquakes. The proposed base isolation system strives to enhance the performance of the conventional base isolation system by improving the robustness of the system wide stiffness range controllable of MREs, which improves the adaptability and helps in better vibration control. To validate the effectiveness of the MRE-based isolation system, an extensive numerical simulation study has been performed using both single-story and five-story building structures employing base isolated devices under several historical earthquake excitations. The results show that the proposed system outperformed the conventional system in reducing the responses of the structure in all the seismic excitations considered in the study.

차량-궤도 상호작용 해석을 통한 사전 제작형 플로팅 슬래브 궤도의 동적 안정성 검토

장동두(Dongdoo Jang),김진호(Jin-Ho Kim),권세곤(Se-Gon Kwon) 한국산학기술학회 2017 한국산학기술학회논문지 Vol.18 No.3

기존 선하역사의 소음 및 진동 문제를 해결하기 위해 제안된 사전 제작형 플로팅 슬래브 궤도는 길이 5m 정도의 슬래브 패널을 공장에서 제작하고 방진장치를 설치하여 일체화한 궤도이다. 이를 통해 별도의 열차 운행 중단 없이 급속시공이 가능하여 신설역사 뿐 아니라 기존 선하 역사에 적용이 가능한 장점이 있다. 그러나 패널 길이가 5m로 짧아 실제 시공 구간 길이에 따라 다수의 패널이 설치되어야 함에 따라 궤도의 불연속 구간이 많이 발생한다. 또한 플로팅 슬래브 궤도의 작동 원리 상 일반 궤도에 비해 차량 운행으로 인한 과도한 변위가 발생할 여지가 있고 기존 궤도와의 접속부에서의 지지강성 차이로 인해 동적 불안정성이 발생할 우려가 있다. 본 연구에서는 사전 제작형 플로팅 슬래브 궤도에 대해 차량-궤도 상호작용 해석을 수행하여 윤중변동율, 차체가속도, 레일응력 및 상압력의 검토를 통해 동적 안정성을 확인하였다. 검토 결과 플로팅 궤도 구간 내에서의 동적 안정성은 확보하는 것으로 나타났지만 기존 궤도와의 접속부에서는 일부 기준을 초과하는 것으로 나타나 이를 해소하기 위한 방진장치 배치 방안을 제시하였다. A precast floating slab track with a 5m slab panel and installed with isolators is proposed to solve the noise and vibration problem at existing elevated railway stations. Thus, the construction can be carried out rapidly without interrupting the train operation. However, dynamic instability problems may be caused by repeated discontinuities in track due to the short slab panel length and excessive rail displacement due to the inherent operation mechanism of a floating system in reducing the vibration. Furthermore, the difference of the supporting stiffness at the transition between the floating track and ballast track may raise problems. In this study, the assessment factors to evaluate the dynamic stability of the precast floating slab track are presented and assessed with the vehicle-track interaction analysis. Through the analysis, all values relevant to the stability at the floating track section are found to be acceptable, and the slab panels at the transition section are designed to satisfy the stability.

사장 케이블의 진동 저감을 위한 스마트 제진 기술 도향

정형조,장동두,이승우,Jeong, Hyeong-Jo,Jang, Dong-Du,Lee, Seung-U 한국소음진동공학회 2008 소음 진동 Vol.18 No.1

사장 케이블의 진동 저감을 위한 스마트 제진 기술 동향

정형조,장동두,이승우 한국소음진동공학회 2008 소음 진동 Vol.18 No.1

장경간 교량 수직진동 제어를 위한 능동형 질량 댐퍼

박정수,정형조,장동두,황재승,이승우,장성규 한국풍공학회 2014 한국풍공학회지 Vol.18 No.2

장경간 교량의 낮은 감쇠비로 인하여 발생하는 구조물의 진동은 구조물의 안전성 및 사용성에 부정적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 시공 중인 교량에 지배적으로 발생하는 연직 방향 진동을 제어하기 위하여 능동형 질량댐퍼(AMD)를 연구하였다. 대상 사장교의 동특성을 조사하기 위하여 모드 해석이 수행되었으며 이를 바탕으로 제어 성능과 설치 공간에 적합한 AMD를 설계하기 위하서 LQR(Linear Quadratic Regulator) 제어 알고리즘을 사용하였다. 성능 검증을 위하여 건설 단계의 대상 구조물과 AMD를 1/10.5의 상사비로 축소시킨 시작품을 설계, 제작하였으며, 시스템 식별을 수행하여 Linear Quadratic Gaussian (LQG) 제어 알고리즘을 적용하였다. 성능 실험 결과 AMD 제어 시에 높은 제어 효과를 구현하였으며, 실험 결과를 수치해석과 비교를 통하여 제어기 설계의 타당성을 확인하였다. Wind-induced vibration of a long-span bridge which has small damping affects the serviceability and eventhe structural safety. In this paper, an active mass damper (AMD) system is proposed to reduce the vertical vibrationof long-span bridges under construction stage which is most vulnerable to wind. Modal analysis is performed toexamine the dynamic characteristics of a targeted cable-stayed bridge and AMD design specifications are determinedconsidering control ability and limited installable area. An equivalent model of the bridge under construction ismanufactured with 1/10.5 scale and AMDs scaled with a corresponding ratio are installed on the model to evaluateits performance. Based on system identification results of the scaled system, an LQG algorithm is designed and appliedto the controller. The test results show that the structural vibration in vertical direction is considerably decreased underthe proposed control system operation.

은파보도현수교의 진동제어를 위한 TMD설계 및 검증

김윤석,주석준,장동두,김형섭,Kim Yun-Seok,Ju Seok-Jun,Jang Dong-Du,Kim Hyeong-Seop 한국전산구조공학회 2006 전산구조공학 Vol.19 No.3