개폐식 대공간 구조물의 현황과 전망

강주원,김기철,김현수,석근영,Kang, Joo-Won,Kim, Gee-Cheol,Kim, Hyun-Su,Seok, Keun-Young 한국공간구조학회 2014 한국공간구조학회지 Vol.14 No.3

다목적 유전자알고리즘을 이용한 스마트 TMD의 퍼지제어

강주원,김현수,Kang, Joo-Won,Kim, Hyun-Su 한국전산구조공학회 2011 한국전산구조공학회논문집 Vol.24 No.1

본 연구에서는 스마트 TMD를 효과적으로 제어할 수 있는 퍼지제어알고리즘을 개발하기 위하여 다목적 유전자알고리즘을 이용한 최적화기법을 제안하였다. 예제구조물로는 풍하중을 받는 76층 벤치마크건물을 선택하였다. 스마트 TMD를 구성하기 위하여 100kN 용량의 MR 감쇠기를 사용하였고, 스마트 TMD의 진동주기는 예제구조물의 1차모드 고유진동주기에 맞추어 조율되었다. MR 감쇠기의 감쇠력은 예제구조물의 풍응답을 최소화할 수 있도록 퍼지제어기를 통해서 조절된다. 퍼지제어기의 입력변수는 75층의 가속도 응답과 스마트 TMD의 변위응답으로 하였고, 출력변수는 MR 감쇠기로 전달되는 명령전압으로 하였다. 퍼지제어기의 최적화를 위하여 다목적 유전자알고리즘인 NSGA-II 기법이 사용되었고, 이때 75층의 가속도 응답과 스마트 TMD의 변위응답을 목적함수로 사용하였다. 최적화 결과, 구조물의 풍응답과 STMD의 변위응답을 동시에 적절히 제어할 수 있는 다수의 퍼지제어기를 얻을 수 있었다. 수치해석을 통해서 스마트 TMD의 성능이 수동 TMD에 비하여 월등히 뛰어남을 알 수 있었고 경우에 따라서는 샘플 능동 TMD보다 더 우수한 제어성능을 발휘하였다. In this study, an optimization method using multi-objective genetic algorithm(MOGA) has been proposed to develop a fuzzy control algorithm that can effectively control a smart tuned mass damper(TMD). A 76-story benchmark building subjected to wind load was selected as an example structure. The smart TMD consists of 100kN MR damper and the natural period of the smart TMD was tuned to the first mode natural period of the example structure. Damping force of MR damper is controlled to reduce the wind-induced responses of the example structure by a fuzzy logic controller. Two input variables of the fuzzy logic controller are the acceleration of 75th floor and the displacement of the smart TMD and the output variable is the command voltage sent to MR damper. Multi-objective genetic algorithm(NSGA-II) was used for optimization of the fuzzy logic controller and the acceleration of 75th story and the displacement of the smart TMD were used as objective function. After optimization, a series of fuzzy logic controllers which could appropriately reduce both wind responses of the building and smart TMD were obtained. Based on numerical results, it has been shown that the control performance of the smart TMD is much better than that of the passive TMD and it is even better than that of the sample active TMD in some cases.

인장막구조물의 단축인장응력에 관한 연구

강주원,김재열,Kang, Joo-Won,Kim, Jae-Yeol 한국공간구조학회 2011 한국공간구조학회지 Vol.11 No.3

Membrane materials are very flexible, thus wrinkling, uniaxial state, can be occurred. The wrinkling are due to lots of various factors as eccentric force, construction errors, and fabrication errors. These wrinkled membrane elements are in status of uniaxial stress. In the paper, a method which be able to check the wrinkling is proposed. The stress-deformation analysis of membrane structures for given external load will be carried out, and here the membrane elements are regarded as wrinkled state if the principal stress 2 is smaller than 0. With proposed method, two existed construction examples, Suwon auditorium and Okinawa 75 Expo, are analyzed. 막재는 매우 유연하여 압축력이 가해지면 주름이 생길 수 있다. 이러한 주름은 막재료를 재단하거나 접합하는 과정에서 생기는 제작오차, 시공오차 및 장기간의 편심하중에 의해 막재 표면에 주름이 발생할 수 있다. 본 논문에서는 막재 요소가 단축응력상태가 되어 주름을 일으키는 과정을 기술하고 주름을 체크할 수 있는 방법을 제안하였다. 막구조물에 대한 형상해석이 완료된 후 실제 하중을 적용한 응력-변형해석 시, 주응력을 계산하여 주응력 2가 0보다 작은 경우 주름이 발생한 것으로 간주되었다. 적용성을 알아보기 위해서 먼저 안장형 구조물을 해석하였고, 실제구조물인 수원야외 음악당 지붕구조에 설치된 막구조물과 1975년 오키나와 엑스포에 세워졌던 막구조물을 예제로 하여 본 논문에서 제안된 방법을 적용하여 해석해 보았다.

스마트 TMD 제어를 위한 강화학습 알고리즘 성능 검토

강주원,김현수,Kang, Joo-Won,Kim, Hyun-Su 한국공간구조학회 2021 한국공간구조학회지 Vol.21 No.2

A smart tuned mass damper (TMD) is widely studied for seismic response reduction of various structures. Control algorithm is the most important factor for control performance of a smart TMD. This study used a Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) among reinforcement learning techniques to develop a control algorithm for a smart TMD. A magnetorheological (MR) damper was used to make the smart TMD. A single mass model with the smart TMD was employed to make a reinforcement learning environment. Time history analysis simulations of the example structure subject to artificial seismic load were performed in the reinforcement learning process. Critic of policy network and actor of value network for DDPG agent were constructed. The action of DDPG agent was selected as the command voltage sent to the MR damper. Reward for the DDPG action was calculated by using displacement and velocity responses of the main mass. Groundhook control algorithm was used as a comparative control algorithm. After 10,000 episode training of the DDPG agent model with proper hyper-parameters, the semi-active control algorithm for control of seismic responses of the example structure with the smart TMD was developed. The simulation results presented that the developed DDPG model can provide effective control algorithms for smart TMD for reduction of seismic responses.

지도학습과 강화학습을 이용한 준능동 중간층면진시스템의 최적설계

강주원,김현수,Kang, Joo-Won,Kim, Hyun-Su 한국공간구조학회 2021 한국공간구조학회지 Vol.21 No.4

A mid-story isolation system was proposed for seismic response reduction of high-rise buildings and presented good control performance. Control performance of a mid-story isolation system was enhanced by introducing semi-active control devices into isolation systems. Seismic response reduction capacity of a semi-active mid-story isolation system mainly depends on effect of control algorithm. AI(Artificial Intelligence)-based control algorithm was developed for control of a semi-active mid-story isolation system in this study. For this research, an practical structure of Shiodome Sumitomo building in Japan which has a mid-story isolation system was used as an example structure. An MR (magnetorheological) damper was used to make a semi-active mid-story isolation system in example model. In numerical simulation, seismic response prediction model was generated by one of supervised learning model, i.e. an RNN (Recurrent Neural Network). Deep Q-network (DQN) out of reinforcement learning algorithms was employed to develop control algorithm The numerical simulation results presented that the DQN algorithm can effectively control a semi-active mid-story isolation system resulting in successful reduction of seismic responses.

대공간 건축물의 형태별 지진거동특성

강주원,정찬우,Kang, Joo-Won,Jung, Chan-Woo 한국공간구조학회 2008 한국공간구조학회지 Vol.8 No.1

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.

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.

등가플레이트 요소를 이용한 일방향 중공슬래브의 동적해석에 관한 연구

강주원,임준호,채승훈,김기철,석근영,Kang, Joo-Won,Lim, Jun-Ho,Chae, Seoung-Hun,Kim, Gee-Cheol,Seok, Keun-Young 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.5

중공슬래브 시스템은 슬래브 두께가 증가해도 자중은 크게 증가하지 않으면서 일반슬래브에 비해서 휨강성이 크게 저하되지 않는 장점이 있다. 그러나 이러한 장스팬 구조의 경우 바닥판 진동의 증가에 의한 사용성 문제가 발생할 수 있고, 특히 중공슬래브의 경우 기존의 구조시스템과 동적특성이 상이하다. 따라서 진동에 대한 중공슬래브의 안전성 및 사용성 검토가 요구되고 있으며, 이를 위한 실용적인 정밀해석이 필요하다. 본 연구에서는 효율적인 고유치 해석을 위하여 일방향 중공슬래브의 동적특성을 비교적 정확하게 나타낼 수 있는 등가의 플레이트 모델을 사용하였다. 결론적으로 등가플레이트 모델이 일방향 중공슬래브의 동적특정을 비교적 정확하게 나타나는 것으로 나타났다. Considering that the weight of a hollow slab system is not increased with an incremental increase in its thickness, and that the flexural stiffness of a hollow slab is not significantly lower than that of a general slab, there has been a growing need for hollow slab system, because long span structures are in great demand. In a long span structure, the problem of vibration of floor slabs frequently occurs, and the dynamic characteristics of a hollow slab system are quite different from the conventional floor system. It is required to investigate the safety and the serviceability of hollow slab. Therefore, there exists a necessity for accurate vibration analysis. Hollow slab should be modeled by refined mesh for accurate vibration analysis. For the efficiency of the Eigenvalue Analysis, an equivalent plate slab model when can relatively precisely represent the dynamic behavior of a one-way hollow slab system is used. In conclusion, equivalent plate models relatively precisely presented the dynamic characteristics of one-way hollows.

하부기둥을 갖는 아치 구조물의 지진응답에 관한 연구

강주원,이상훈,Kang, Joo-Won,Lee, Sang-Hoon 한국공간구조학회 2010 한국공간구조학회지 Vol.10 No.1

공간구조물은 일반 라멘구조와는 다른 동적특성을 가지고 있으며 이런 동적특성에 관해 많은 연구가 수행되고 있다. 그러나 대부분의 연구는 특정 형태의 공간구조물에 대해 수행되었으며 내진설계를 위해 직접적으로 이용 가능한 연구결과는 매우 제한적이다. 본 연구에서는 공간구조물의 기본적인 동적특성을 내재한 트러스-아치구조물을 대상으로 양단의 기둥의 길이가 다른 경우에 트러스 아치구조물의 지진응답변화를 분석하고자 한다. 양단 기둥 길이의 차이에 따라 가속도 응답이 수평방향에 비해 수직방향에서 더 많은 영향을 받는다. 따라서 상부구조물을 지지하는 하부구조물의 강성이 다른 경우에 공간구조물의 내전설계에 있어서 수직방향 응답에 대한 고려가 더욱 많이 요구된다. Spatial structures have the different dynamic characteristics from general rahmen structures and many studies on dynamic behavior of it is conducted. But most studies was conducted about the particular shape of spatial structures and, directly, the usable results of studies are very limited for seismic design of spatial structures with the lower structure. So, this study is conducted about the truss arch structure that the basic dynamic characteristics of spatial structure is inherent in, and the change of its seismic response is analyzed when columns have different length on both ends of it. According to the difference of column's length on both ends, the vertical acceleration response of truss arch structure is affected more than the horizontal acceleration response of it. Therefore, when the stiffness of lower structures that support the upper structure is different, the consideration of the vertical response is significantly required for the seismic design of spatial structures.