KR101257414B1 - 동조 액체 감쇠기의 성능 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동조 질량 감쇠기를 동조 액체 감쇠기 성능 실험을 위한 건물의 모형으로 사용하여 건물의 주기와 감쇠비를 자유롭게 조절할 수 있으며, 동조 질량 감쇠기의 자유진동을 이용하여 건물의 움직임을 모사할 수 있는 동조 액체 감쇠기의 성능 시험장치에 관한 것으로, 건축물에 설치되어 건축물의 풍진동을 저감시키는 동조 액체 감쇠기, 건축물과 동조 액체 감쇠기 사이에 장착되며, 자체 질량체 주기가 조절됨에 따라 동조 액체 감쇠기의 주기를 조절하는 동조 질량 감쇠기를 포함한다.

건물, 동조 질량 감쇠기, 동조 액체 감쇠기

Description

동조 액체 감쇠기의 성능 시험장치{PERFORMANCE TEST DEVICE OF A TUNED LIQUID DAMPER USING A TUNED MASS DAMPER}

도 1은 건물의 옥상에 장착되는 동조 액체 감쇠기를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4는 동조 액체 감쇠기의 종류를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5는 건물의 옥상에 장착되는 동조 질량 감쇠기를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 동조 액체 감쇠기의 성능 시험장치 구성을 도시한 도면이다.

본 발명은 동조 액체 감쇠기의 성능 시험장치에 관한 것이다.

통상적으로, 동조 액체 감쇠기(110)(TLD ; Tuned Liquid Damper)는 도 1에 도시된 바와 같이 물탱크를 건물(100)의 옥상부위에 설치하여 건물(100)의 움직임을 물의 출렁임으로 흡수하여 바람에 대한 건물(100)의 움직임을 조절하는 장치를 말한다.

동조 액체 감쇠기(110)는 물탱크의 형상에 따라 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 TSD(Tuned Sloshing Damper, 110a, 110b)와 도 4의 TLCD(Tuned Liquid Column Damper, 110c)로 구분된다.

물의 출렁임(Sloshing)을 이용하여 건물(100)의 움직임을 흡수할 때 중요한 것이 액체의 출렁임 주기를 건물(100)의 1차 주기와 일치시키는 것이다. 이때 액체의 출렁임의 주기는 TSD의 경우 아래 (식1)에 의해, 그리고 TLCD의 경우 (식2)에 의해 구할 수 있다.

TSD 액체 출렁임 주기 =

---------(식1)

TLCD 액체 출렁임 주기 =

---------(식2)

여기서, L은 물통의 길이(TLCD의 경우에는 물기둥의 길이), g는 중력가속도, H는 물의 높이를 말한다.

동조 액체 감쇠기(110)의 성능은 액체의 출렁임 주기와 건물(100)의 주기가 얼마나 동조되었는가에 전적으로 의지한다. 만일, 서로 동조가 안될 경우에는 액체의 움직임이 전혀 건물(100)의 움직임에 도움을 주지 못하고 단지 옥상에 설치된 질량체의 역할을 한다. 따라서, 동조 액체 감쇠기(110)의 성능을 평가할 때 건물(100)의 주기와 동조 액체 감쇠기(110)의 주기 변화에 따른 성능평가가 매우 중요하다.

동조 액체 감쇠기(110)의 모형을 만들어 성능을 평가하고자 할 때, 일반적으로 액체가 담긴 물탱크를 진동대 위에 설치한 후 진동대를 일정한 주기로 움직이며 액체의 출렁임의 주기를 측정한다.

그리고, 건물(100)에 설치된 동조 액체 감쇠기(110)의 성능을 평가하고자 할 경우 진동대 위에 건물(100)의 모형과 함께 동조 액체 감쇠기(110)를 설치하여 진동대를 일정한 주기로 움직이며 성능을 평가할 수 있다. 이 경우 건물(100) 모형의 기둥 강성을 증가/감소시키거나 질량을 증가/감소시킴으로써 건물(100)의 주기를 변경한다.

그러나, 초고층 건축물과 같이 장주기의 건물(100)의 경우 이를 모형화하여 구현하기가 매우 어려우며, 질량/강성의 증감으로 주기를 변화시키는 것은 매우 정교한 계산과 작업을 요구하여 원하는 주기변화를 쉽게 이루기 어렵다. 또한, 건물(100)의 감쇠비의 경우 실제 건물(100)과 동일한 감쇠비를 갖는 모형을 만드는 것은 거의 불가능한 일이며, 감쇠비를 변화시켜가며 동조 액체 감쇠기(110)의 성능을 평가하는 것은 더욱 더 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 동조 질량 감쇠기를 동조 액체 감쇠기 성능 실험을 위한 건물의 모형으로 사용하여 건물의 주기와 감쇠비를 자유롭게 조절할 수 있으며, 동조 질량 감쇠기의 자유진동을 이용하여 건물의 움직임을 모사할 수 있는 동조 액체 감쇠기의 성능 시험장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 건축물에 설치되어 건축물의 풍진동을 저감시키는 동조 액체 감쇠기, 건축물과 동조 액체 감쇠기 사이에 장착되 며, 자체 질량체 주기가 조절됨에 따라 동조 액체 감쇠기의 주기를 조절하는 동조 질량 감쇠기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 건물의 옥상에 장착되는 동조 질량 감쇠기를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 동조 액체 감쇠기의 성능 시험장치 구성을 도시한 도면이다.

도 5와 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 동조 액체 감쇠기의 성능 시험장치 구성을 설명한다.

본 발명의 실시예는 동조 액체 감쇠기(110)(TLD ; Tuned Liquid Damper), 동조 질량 감쇠기(510)(TMD ; Tuned Mass Damper)를 포함하며, 주기를 자유롭게 조절할 수 있는 동조 질량 감쇠기(510)를 이용하여 동조 액체 감쇠기(110)의 성능을 평가하는 것으로, 초고층 건축물의 풍진동 저감을 위하여 설치되는 동조 액체 감쇠기(110)의 성능을 주기조절이 자유로운 동조 질량 감쇠기(510)를 이용하여 평가하는 것이다.

동조 액체 감쇠기(110)는 건축물의 옥상에 설치되어 건축물의 풍진동을 저감 시킨다.

동조 질량 감쇠기(510)는 질량체(511), 지지부재(513), 완충부재(515, 517)를 포함하며, 건축물과 동조 액체 감쇠기(110) 사이에 장착되어 질량체(511) 주기가 조절됨에 따라 동조 액체 감쇠기(110)의 주기를 조절한다.

동조 질량 감쇠기(510)를 구성하는 질량체(511)는 일정 질량을 갖고 외력에 따라 이동 가능한 구조로 형성된다. 여기서, 이동 가능한 구조는 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 질량체(511)의 하부에 장착되어 회전되는 바퀴(519)로 구성될 수 있다.

지지부재(513)는 건축물에서 동조 질량 감쇠기(510)가 장착되는 위치에 고정 결합되며, 질량체(511)의 움직임을 제한한다.

완충부재(515, 517)는 질량체(511)와 지지부재(513) 사이에 장착되는 스프링(515)으로 구성되며, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 스프링(515)과 별도로 구성되는 오일 댐퍼(517)를 더 포함할 수 있다.

상기한 구성에서, 동조 질량 감쇠기(510)의 주기 조절은 동조 질량 감쇠기(510)에 설치된 스프링(515) 강성의 증감을 조절하여 이루어질 수 있으며, 감쇠비의 조절은 동조 질량 감쇠기(510)에 설치된 오일 댐퍼(517)의 용량 증감을 조절하여 이루어질 수 있다.

도 5와 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 동조 액체 감쇠기(110)의 성능 시험장치의 동작을 설명한다.

먼저, 초고층 건축물의 풍진동 저감을 위하여 사용되는 동조 질량 감쇠기 (510)를 이용하여 건물(500)을 모형화한다.

도 5를 참조하면, 동조 질량 감쇠기(510)는 동조 액체 감쇠기(110)와 비슷하게 건물(500)의 옥상층에 설치되어 동조 질량 감쇠기(510)의 질량체(511) 움직임으로 건물(500)의 움직임을 흡수하여 풍진동을 저감시킬 수 있다. 이때에도 동조 질량 감쇠기(510)와 건물(500)의 동조가 동조 질량 감쇠기(510)의 성능에 중요한 요인으로 작용하는데 동조 질량 감쇠기(510)의 주기는 동조 질량 감쇠기(510)에 설치된 스프링(515) 강성의 증감으로 쉽게 조절이 가능하다. 즉, 일정한 강성의 스프링(515)을 추가하거나 제거함으로써 원하는 동조 질량 감쇠기(510)의 주기를 쉽게 구성할 수 있다.

그리고, 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이 동조 액체 감쇠기(110)의 성능평가를 위하여 동조 질량 감쇠기(510)를 이용 건물(500)의 모형으로 사용한다. 이때 원하는 건물(500)의 주기와 감쇠비를 얻기 위하여는 동조 질량 감쇠기(510)에 설치된 스프링(515)과 오일 댐퍼(517)의 용량을 조절함으로써 쉽게 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 도 6에 도시된 바와 같이 동조 질량 감쇠기(510)를 건물(500)을 형상화하는 모델로 사용하고 동조 액체 감쇠기(110)를 동조 질량 감쇠기(510) 상부에 설치하여 건물(500)의 상부에 설치된 동조 액체 감쇠기(110)를 형상화한다.

이때, 동조 질량 감쇠기(510)의 질량체(511)를 일정 정도 움직인 후 즉, 스프링(515)을 일정정도 늘어나게 한 후 갑자기 놓으면 질량체(511)가 자유진동 하게 되고, 동조 액체 감쇠기(110)를 설치하지 않은 경우와 설치한 경우의 질량체(511) 의 움직임을 비교하여 동조 액체 감쇠기(110)의 성능을 평가할 수 있다.

다양한 건물(500)의 주기를 구현하기 위하여는 동조 질량 감쇠기(510)에 설치되는 스프링(515)의 강성 또는 개수를 조절함으로써 쉽게 주기조절이 가능하다. 또한, 건물(500)의 감쇠비 또한 오일 댐퍼(517)의 용량을 조절함으로써 다양한 감쇠비 구현이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 동조 액체 감쇠기의 성능 시험장치는 동조 질량 감쇠기를 동조 액체 감쇠기 성능 평가 실험에 사용하여 건물의 주기를 자유롭게 변화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 동조 질량 감쇠기의 자유진동을 이용하여 건물의 움직임을 모사함으로써 진동대 사용의 필요성이 없어지는 장점이 있다.

또한, 동조 질량 감쇠기에 설치되는 오일 댐퍼의 용량을 조절함으로써 건물의 감쇠비를 조절할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 건축물에 설치되어 상기 건축물의 풍진동을 저감시키는 동조 액체 감쇠기;

   상기 건축물과 상기 동조 액체 감쇠기 사이에 장착되며, 자체 질량체 주기가 조절됨에 따라 상기 동조 액체 감쇠기의 주기를 조절하는 동조 질량 감쇠기를 포함하고,

   상기 동조 질량 감쇠기는,

   일정 질량을 갖고 외력에 따라 이동 가능한 구조로 형성되는 질량체;

   상기 건축물에서 상기 동조 질량 감쇠기가 장착되는 위치에 고정 결합되며, 상기 질량체의 움직임을 제한하는 지지부재;

   상기 질량체와 상기 지지부재 사이에 장착되는 완충부재를 포함하고,

   상기 질량체의 하부에는 상기 질량체의 이동 가능한 구조를 위한 바퀴가 장착되고,

   상기 완충부재는 스프링으로 구성되고,

   상기 완충부재는 상기 스프링과 별도로 구성되는 오일 댐퍼를 포함하고,

   상기 동조 질량 감쇠기의 주기 조절은 상기 동조 질량 감쇠기에 설치된 스프링 강성의 증감을 조절하여 이루어지는 동조 액체 감쇠기의 성능 시험장치.
6. 건축물에 설치되어 상기 건축물의 풍진동을 저감시키는 동조 액체 감쇠기;

   상기 건축물과 상기 동조 액체 감쇠기 사이에 장착되며, 자체 질량체 주기가 조절됨에 따라 상기 동조 액체 감쇠기의 주기를 조절하는 동조 질량 감쇠기를 포함하고,

   상기 동조 질량 감쇠기는,

   일정 질량을 갖고 외력에 따라 이동 가능한 구조로 형성되는 질량체;

   상기 건축물에서 상기 동조 질량 감쇠기가 장착되는 위치에 고정 결합되며, 상기 질량체의 움직임을 제한하는 지지부재;

   상기 질량체와 상기 지지부재 사이에 장착되는 완충부재를 포함하고,

   상기 질량체의 하부에는 상기 질량체의 이동 가능한 구조를 위한 바퀴가 장착되고,

   상기 완충부재는 스프링으로 구성되고,

   상기 완충부재는 상기 스프링과 별도로 구성되는 오일 댐퍼를 포함하고,

   상기 동조 질량 감쇠기의 감쇠 조절은 상기 동조 질량 감쇠기에 설치된 오일 댐퍼의 용량 증감을 조절하여 이루어지는 동조 액체 감쇠기의 성능 시험장치.

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