(Wonsul Kim)
κΉμμ 1β
(Jin-Hak Yi)
μ΄μ§ν2
(Yukio Tamura)
ν무λΌμ ν€μ€3
-
νκ΅ν΄μκ³ΌνκΈ°μ μ μ°μκ°λ°μ°κ΅¬μΌν° μ°μμ°κ΅¬μ
(Korea Institute of Ocean Science Technology)
-
νκ΅ν΄μκ³ΌνκΈ°μ μ μ°μκ°λ°μ°κ΅¬μΌν° μ±
μμ°κ΅¬μ
(Korea Institute of Ocean Science Technology)
-
λΆκ²½κ΅ν΅λν ν λͺ©κ³΅νκ³Ό κ΅μ
(Beijing Jiaotong University)
Key words (Korean)
곡λ ₯κ°μ , ꡬ쑰κ°μ , Random Decrement Technique, μ΄κ³ 측건물, 곡λ ₯μ§λμ€ν, νλμ€ν
Key words
Aerodynamic damping, Structural damping, Random decrement technique, Super tall building, Aeroelastic model test, Wind tunnel test
-
1. μ λ‘
-
2. νλμ€ν
-
2.1 μμ°νμ λͺ¨μ¬ λ° μ€νκ°μ
-
2.2 νλ ₯μ€ν(High-Frequency Force Balance Test)
-
2.3 곡λ ₯μ§λμ€ν(Rocking Vibration Model Test)
-
2.4 ꡬ쑰물μ λνΉμ± νκ°
-
2.5 곡λ ₯κ°μ μ νκ°
-
3. μ€νκ²°κ³Ό λ° κ³ μ°°
-
3.1 RDλ² μ μ©μ μν λΆλΆ μνμμ μν₯
-
3.2 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νν₯μ μν₯
-
3.3 λ³λλ³μ μλ΅ νΉμ±
-
3.4 μ΄κΈ° 쑰건 λ³νμ λ°λ₯Έ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νΉμ±
-
4. κ²° λ‘
1. μ λ‘
λ€λ
κ°μ κ²½μ λΆν©μλ λΆκ΅¬νκ³ , μ°λ¦¬λλΌλ₯Ό ν¬ν¨ν μΈκ³ μ¬λ¬ λμλ€μ λμ κ²½μλ ₯ κ°νμ μ΄λ―Έμ§ ν₯μμ μν΄ μ΄κ³ μΈ΅ 건물μ μ§μμ μΌλ‘ 건μ€νκ³ μλ€.
μ΄λ¬ν μ΄κ³ 측건물μ κ²½μ°, νλ°©ν₯ μλ΅λ³΄λ€ νμ§κ°λ°©ν₯ μλ΅μ΄ μ§λ°°μ μ΄λΌλ μ¬μ€μ μ΄λ―Έ λ리 μλ €μ§ μ¬μ€λ‘, μ΄κ³ μΈ΅ νλ‘μ νΈμ μμ΄μ μ΅μ°μ μ μΌλ‘ κ²ν ν΄μΌ
ν μΈμλΌκ³ ν μ μλ€(Tanaka et al., 2012). Tanaka et al. (2012)λ λ€μν νμμ κ°μ§ μ€λ¬Όμ¬λκ°μ μ΄κ³ 측건물μ
λν΄ νλ ₯μ€νκ³Ό νμμ€νμ μννμ¬ νλ ₯(νκ· λ° λ³λνλ ₯κ³μ, μ€ννΈλΌ λ±)κ³Ό νμλΆν¬μ νΉμ±μ λν΄ λΉκ΅Β·λΆμ νμλ€. μ€νκ²°κ³Ό λμ ν(Helical
shape)κ³Ό 볡ν©ν(Composite shape)μ μ΄κ³ μΈ΅κ±΄λ¬Όμ΄ νκ· ννμ€λΏλ§ μλλΌ λ³λννμ€μ μ κ° ν¨κ³Όμ μμ΄ λ§€μ° ν¨κ³Όμ μΈ κ²μΌλ‘ λνλ¬λ€.
κ·Έλ¬λ Tanaka et al. (2011)μ μ°κ΅¬κ²°κ³Όμ μνλ©΄ 볡ν©ν μ΄κ³ 측건물μ κ²½μ°, λΉλ‘ ννμ€ λ° λ³μμλ΅μ μ νμ μΈ μ λ°©ν μ΄κ³ 측건물μ
λΉν΄ μκ² νκ°λ μ§λΌλ, κ±°μ£Όμ±λ₯ κ΄μ μμ μ€μν μΈμμΈ κ°μλ μλ΅μ μ λ°©ν 건물μ κ°μλ μλ΅κ³Ό λΉκ΅ν΄ λκ² νκ°λμλ€. ννΈ, μ΄κ³ 측건물μ νμ§κ°λ°©ν₯
μλ΅ νκ°μ μμ΄, 곡λ ₯κ°μ (Aerodynamic damping)λ λ§€μ° μ€μν μΈμ μ€μ νλμ΄λ€(Marukawa et al., 1996). νΉν
μ λ°©ν μ΄κ³ 측건물μ κ²½μ°, 무차μνμμ΄ μ¦κ°ν¨μ λ°λΌ, 곡λ ₯κ°μ λ μ(-)μ κ°μ κ°κ² λλ©°, ꡬ쑰물μ μ 체κ°μ κ° μμμ§λ©΄μ νμ§κ°λ°©ν₯μ μλ΅μ΄ κΈκ²©ν
컀μ§λ νμμ΄ λ°μνλ€. λͺλͺ μ ν μ°κ΅¬μμλ νμ§λμ€ν(Aeroelastic model test)μ μ΄μ©νμ¬ κ³΅λ ₯κ°μ μ νΉμ±μ κ΄ν μ°κ΅¬λ μμ§λ§
λλΆλΆμ μ νμ μΈ μ λ°©ν/μ₯λ°©ν λλ ν
μ΄νΌν(Tapered shape) μ΄κ³ 측건물 λλ μ₯λκ΅λμ λμμΌλ‘ μ°κ΅¬κ° μ§νλμλ€(Huang et al.,
2013; Lee et al., 2016; Marukawa et al., 1996; Quan et al., 2005; Watanabe et al.,
1997). κ·Έλ¬λ 볡μ‘ν νμμ κ°λ μ΄κ³ 측건물μ 곡λ ₯κ°μ μ κ΄ν μ°κ΅¬λ μ°Ύμ보기 νλ€λ©°, λν νμλΉ(H/(BD)0.5)κ° 8μ΄μμ μ΄κ³ 측건물μ λν 곡λ ₯κ°μ μ κ΄ν μ°κ΅¬λ κ·Ήν λλ¬Όλ€(Kim, 2014; Kim et al., 2016).
νΉν, Kim et al. (2016)μ μ°κ΅¬μμλ 180Β° λμ ν(Helical 180Β°) μ΄κ³ 측건μΆλ¬Όμ 곡λ ₯κ°μ νΉμ±μ λν΄ μ‘°μ¬νμμ§λ§ μ λ°μ μΈ
λ΄μ©μ μ΄κ³ 측건물μ 곡λ ₯λΆμμ μ± μ§λ νΉμ±μ λ€λ£¨κ³ μλ€. λ°λΌμ λ³Έ λ
Όλ¬Έμμλ Kim et al. (2016)μ μ°κ΅¬λ΄μ©μ ν λλ‘ 180Β° λμ ν
μ΄κ³ 측건물μ 곡λ ₯κ°μ νΉμ±μ λ©΄λ°ν λΆμνκ³ μ νλ©°, 곡λ ₯κ°μ λ₯Ό μΆμ ν λ μ¬μ©λ RDλ²(Random decrement technique)μ μ μ©
λ°©λ²κ³Ό RD ννμ μΆμ ν¨μ μμ΄ μ¬μ©λλ λΆλΆ μν μ λ° μ΄κΈ° 쑰건 κ°μ λ³νκ° κ³΅λ ₯κ°μ μ μ΄λ€ μν₯μ λ―ΈμΉλμ§ μ‘°μ¬νμλ€. λν 곡λ ₯μ§λμ€νκ³Ό
νλ ₯μ€νμμ μ»μ λ³λλ³μ μλ΅ νΉμ±μ λΉκ΅νμ¬ λΆκ°μ 곡기λ ₯μ΄ κ³΅λ ₯κ°μ μ μ΄λ€ μν₯μ λ―ΈμΉλμ§ μ‘°μ¬νμλ€.
2. νλμ€ν
2.1 μμ°νμ λͺ¨μ¬ λ° μ€νκ°μ
νλμ€νμ μΌλ³Έ λ경곡μλν ν곡νμ°κ΅¬μμ μμ¬ν λνκ²½κ³μΈ΅νλ(ν 2.2 m Γ λμ΄ 1.8 m, κΈΈμ΄ 19 m)μμ μνλμλ€. νλ λ΄ κΈ°λ₯μ
νκ· νμκ³Ό λλ₯κ°λμ μ°μ§λΆν¬ λ° νμμ νμμ€ννΈλΌλ°λλ Fig. 1
μ λνλ΄μλ€. 건물 λμ΄μμμ νκ· νμ λ° λλ₯κ°λλ κ°κ° 11.4 m/sμ 12%μ΄λ€(Fig. 1(a)). μ€νμμ κ³μΈ‘λ λ³λνμμ νμμ€ννΈλΌμ
μΉΌλ§ μ€ννΈλΌ(Karman-Harris spectrum)κ³Ό μ μΌμΉνλ κ²μ μ μ μλ€(Fig. 1(b)). μ¦, λΆκ·μΉμ μΈ λλ₯μ μ£ΌκΈ°μ κΈΈμ΄κ°
μΌμΉνλ κ²μ μλ―ΈνκΈ° λλ¬Έμ νλ λ΄μμ μμ°νμ λͺ¨μ¬κ° μ λμμμ μ μ μλ€.
Fig. 1
Simulated Wind Parameters
2.2 νλ ₯μ€ν(High-Frequency Force Balance Test)
180Β° λμ νλͺ¨ν(μ΄ν, Helical 180 λͺ¨ν)κ³Ό μ λ°©νλͺ¨ν(μ΄ν, Square λͺ¨ν)μ μ§λμ μν΄ λ°μλλ λΆκ°μ 곡기λ ₯μ΄ κ³΅λ ₯κ°μ μ μ΄λ€
μν₯μ λ―ΈμΉλμ§ μ‘°μ¬νκΈ° μνμ¬ νλ ₯μ€νκ³Ό 곡λ ₯μ§λλͺ¨νμ€νμ μννμλ€. νλ ₯μ€νμ μ€ννν₯μ 0Β°λ§μ κ³ λ €νμκ³ , μνλ§ μ£Όνμλ 1 kHzμ΄λ€.
λ³λνλ ₯μ λν λ³λλ³μ μλ΅μ Eq. (1)μ μ€ννΈλΌ λͺ¨λ ν΄μ(Spectral modal analysis)μ μ΄μ©νμ¬ κ΅¬νμλ€.
(1a)
(1b)
μ¬κΈ°μ, λ ꡬ쑰κ°μ λΉ, λ νλ ₯μ 무차μ νμμ€ννΈλΌλ°λ(Power spectral density), λ νλ ₯μ νμ€νΈμ°¨, λ κΈ°κ³μ μ΄λ―Έλν΄μ€(Mechanical admittance)μ΄λ©°, Eq. (2)μ κ°λ€.
(2)
λ 무차μ μ§λμ, Bλ 건물μ ν, λ 건물μ μ΅μλΆμμμ νκ· νμμ΄λ€. 무차μ μ§λμμ μμλ₯Ό μ·¨νλ©΄, Eq.(3)κ³Ό κ°μ΄ 무차μ νμμΌλ‘ λνλΌ μ μλ€.
(3)
λ€μ λ§ν΄, Eq. (1)μ 무차μ μ§λμμ κ°μ μμ‘΄λ¨μ μ μ μκ³ , 무차μ μ§λμμ μμ μ·¨νλ©΄ 무차μ νμμ λ°λ₯Έ λ³λ λ³μ μλ΅μ μ»μ μ
μλ€. λ°λΌμ ν΄μμ λ³λ λ³μ μλ΅μ 무차μ νμ 6μμ 18κΉμ§ κ³ λ €νμ¬ νκ°νμλ€(Figs. 9 and 10 μ°Έμ‘°). νλ ₯ν΄μμ 건물μ 1μ°¨λͺ¨λμ
κ³ μ μ§λμλ 0.1 Hz, μ 체κ°μ μ¨μ 0.5%μ 2.0%λ₯Ό μ μ©νμκ³ , μ§λλͺ¨λνμμ λ‘ κ°μ νμλ€.
2.3 곡λ ₯μ§λμ€ν(Rocking Vibration Model Test)
ꡬ쑰물μ 곡λ ₯κ°μ λ₯Ό νκ°νκΈ° μν΄ κ³΅λ ₯μ§λμ€νμ μννμ
λ€. 곡λ ₯μ§λμ€νμ μμ¬μ‘°κ±΄μΌλ‘ μ§λλΉ(), 무차μμ§λμ(), κ°μ λΉ()λ₯Ό λ§μ‘±νλλ‘ νμλ€. μ¬κΈ°μ Mj, nj, λ κ°κ° jμ°¨λͺ¨λμ μΌλ°νμ§λ, κ³ μ μ§λμ, κ°μ λΉμ΄λ©°, Ο, U, B, Hλ κ°κ° 곡기λ°λ, νκ· νμ, 건물μ ν, 건물μ λμ΄μ΄λ€. Table 1μ 곡λ ₯μ§λμ€ν λͺ¨νμ μ μμ λνλΈ κ²μ΄λ€.
Table 1. Specification of Rocking Vibration Model
|
μ€νλͺ¨νμ μΆμ²μ 1/694, νμ μΆμ²μ 1/7μΌλ‘ μ€μ νμμΌλ©°, 건물μ μ§λλΉλ μ§λ°(Gimbal)μ νμ μ€μ¬μΌλ‘ νλ κ΄μ±λͺ¨λ©νΈλ₯Ό μ΄μ©νμ¬ κ΅¬νμλ€(I/ΟB2H3; μ¬κΈ°μ I: νμ κ΄μ±λͺ¨λ©νΈ, Ο: 곡기 λ°λ, B: 건물μ ν, H: 건물μ λμ΄). μΌλ°μ μΌλ‘ ꡬ쑰κ°μ μ¨μ 건물μ λμ΄κ° μ¦κ°ν¨μ λ°λΌ κ°μνλ
κ²½ν₯μ 보μ΄λ©°, 150 m μ΄μμΈ κ±΄λ¬Όμ κ²½μ°, ꡬ쑰κ°μ μ¨μ 1%λ―Έλ§μ΄λΌκ³ λ³΄κ³ λ λ° μλ€(Damping in building, 2000). λ°λΌμ
λ³Έ μ°κ΅¬μμλ 건물μ ꡬ쑰κ°μ μ¨μ 0.5%λ‘ κ³ λ €νμκ³ μ€νλͺ¨νμ ꡬ쑰κ°μ μ¨μ μ§λ° νλΆμ μ€μΉλ λ§κ·Έλ€ν±μ λμ΄λ₯Ό μ‘°μ νμ¬ μμ¬μμΌ°λ€(Kim et
al., 2016). Fig. 2λ νλ λ΄ μ€μΉλ λͺ¨ν μ κ²½μ λνλΈ κ²μ΄λ€.
Fig. 2
Experimental Models in Wind Tunnel
μ€ννμμ λͺ¨ν μ μλΆμμμ νκ· νμμΌλ‘ 6.0~12.8 m/s (μ€κ·λͺ¨ νμ: 42~90 m/s) λ²μλ₯Ό 0.34 m/s κ°κ²©μΌλ‘ μ¦κ°μν€λ©΄μ μ€νμ
μννμλ€. μ€ννν₯μ λͺ¨νμ λμΉμ±μ κ³ λ €νμ¬ Helical 180μ κ²½μ°, νν₯ 0~45Β° λ²μμμ 5Β° κ°κ²©μΌλ‘ κ³ λ €νμλ€. Squareμ κ²½μ°,
νμλ΅μ΄ κ°μ₯ ν¬κ² κ΄μΈ‘λλ 0Β°μ μκ² κ΄μΈ‘λλ 45Β° λ§ κ³ λ €νμλ€. μΌλ°μ μΌλ‘ Square νμμ κ°λ μ΄κ³ 측건물μ κ²½μ°, νν₯μ ν¨κ³Όλ λ―ΈλΉνκ³
νν₯μ΄ λ³ν¨μ λ°λΌ 곡λ ₯κ°μ λν 0μ κ·Όμ νκ±°λ μμ κ°μ κ°κΈ° λλ¬Έμ 2κ° νν₯λ§μ κ³ λ €νμλ€. κ³μΈ‘μκ°μ RDλ²μ μ΄μ©νμ¬ κ³΅λ ₯κ°μ μ¨μ νκ°νκΈ°
μν΄ μνλ§ μ£Όνμ 300 Hzλ‘ 240μ΄(μ€κ·λͺ¨ 10λΆ μλ£ 40κ°μ ν΄λΉ) λμ κ³μΈ‘νμλ€.
2.4 ꡬ쑰물μ λνΉμ± νκ°
ꡬ쑰κ°μ μ¨μ νκ°νκΈ° μν΄μ Squareμ Helical 180 λͺ¨νμ λν΄ μμ μ§λμ€νμ μννμλ€. μμ μ§λννμΌλ‘λΆν° 10κ° μ£ΌκΈ°μ νΌν¬μΉλ₯Ό
μ΄μ©νμ¬ κ΅¬μ‘°κ°μ μ¨μ ꡬνμμΌλ©°, μ΄ 5νμ μμ μ§λμ€νμ μννμ¬ κ΅¬μ‘°κ°μ μ¨μ ꡬν ν, μμλΈ νκ· μ ν΅ν΄ μ΅μ’
μ μΌλ‘ ꡬνκ³ μ νλ ꡬ쑰κ°μ μ¨μ
νκ°νμλ€. Squareμ X, Yλ°©ν₯μ λν μμ μ§λνν λ° κΆ€μ μ λν μλ₯Ό Fig. 3μ λνλ΄μλ€. Fig. 4λ 무차μ λ³μ μλ΅(/H)μ λ°λ₯Έ ꡬ쑰κ°μ μ¨μ μ§ν μμ‘΄μ±μ μλ₯Ό λνλΈ κ²μ΄λ€. X, Yλ°©ν₯ λͺ¨λ 무차μ μλ΅μ΄ μ½ 0.00135 λΆκ·ΌκΉμ§ ꡬ쑰κ°μ μ¨μ΄ μ μ§μ μΌλ‘ μ¦κ°νλ
κ²½ν₯μ 보μλ€. κ·Έλ¬λ 무차μ μλ΅μ λ°λ₯Έ ꡬ쑰κ°μ μ¨μ λͺ©ν ꡬ쑰κ°μ μ¨κ³Ό λΉκ΅ν΄μ X, Yλ°©ν₯μ λν΄ νκ· μ μΌλ‘ 4%, 6% μ΄λ΄μ λΆν¬νλ κ²μ
μ μ μλ€. λ°λΌμ 곡λ ₯μ§λμ€νμ ν΅ν 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νκ°ν¨μ μμ΄ κ΅¬μ‘°κ°μ μ¨μ μμ μ§λννμΌλ‘λΆν° ꡬν ꡬ쑰κ°μ μ¨μ μ μ©νμλ€.
Fig. 3
Example of Free Vibration Test for Square Model (%)
Fig. 4
Dependency of Structural Damping Ratio with Vibration Amplitude for Square Model
2.5 곡λ ₯κ°μ μ νκ°
λΆκ·μΉ μλ΅μΌλ‘λΆν° ꡬ쑰물μ κ°μ λ₯Ό μΆμ νλ λ°©λ²μλ μ£Όλ‘ μκ°μμμμμ μμ μ§λννμ μΆμ νμ¬ κ°μ λ₯Ό νκ°νλ λ°©λ²(μκΈ°μκ΄ν¨μλ², RDλ² λ±)κ³Ό
μ£Όνμμμμμ μ£Όνμμλ΅ λ°μ΄ν°λ₯Ό μ΄μ©νμ¬ κ°μ λ₯Ό νκ°νλ λ°©λ²(λ², νννμλ², μμκ΅¬λ°°λ² λ±)μ΄ μλ€. λ³Έ μ°κ΅¬μμλ μ μμ μμ μ§λννμ Eq. (4)μ RDλ²μΌλ‘ μΆμ νμ¬ κ³΅λ ₯κ°μ μ¨μ νκ°νμλ€(Kim et
al., 2016; Tamura and Suganuma, 1996).
(4)
μ¬κΈ°μ, Nμ μ΄κΈ° 쑰건μ λ§μ‘±νλ λΆλΆ μνμ κ°μ, λ κ°μ€μΉ(Weight coefficient), cλ λΆλΆμνμ νΉμ νκΈ° μν μ΄κΈ° 쑰건(Triggering condition)μ΄λ€.
Fig. 5λ Square λͺ¨νμ λμμΌλ‘ RDλ²μ κΈ°λ³Έκ°λ
μ λμμ μΌλ‘ ννν κ²μ΄λ€. λ³Έ μ°κ΅¬μμλ ꡬ쑰물 κ³ μ μ§λμμ Β±30% ꡬκ°μ λν λμνν°(Band-pass
filter)λ₯Ό μ μ©νκ³ μ΄κΈ° 쑰건 cμ κ°μ λ³μμλ΅μ νμ€νΈμ°¨λ₯Ό μ μ©νμλ€. λ€μμΌλ‘ Fig. 5(a)μ μλ΅μ μκ°μ΄λ ₯μμ λ³μμλ΅μ νμ€νΈμ°¨κ° λ°μλλ μ§μ λ€μμ λΆλΆ μνμ μΆμΆν ν, μμλΈ νκ· μ ν΅ν΄ νλμ μμ μ§λννμ ꡬν μ μλ€(Fig. 5(b)).
Fig. 5
Basic Concept of RD Technique (Square Model)
ννΈ, 1μ°¨ λͺ¨λμ μ 체κ°μ μ¨(1st mode total damping ratio, )μ λ³μ μλ΅μ μ§ν μμ‘΄μ±μ κ³ λ €νμ¬ μμ μ§λννμμ μ²μ λ€μ― κ° μ¬μ΄ν΄μ μ΄μ©νμ¬ κ΅¬νμλ€. μ΄λ κ² κ΅¬ν μμ€ν
μ 1μ°¨ λͺ¨λμ μ 체κ°μ μ¨μ
ꡬ쑰κ°μ μ¨()κ³Ό 곡λ ₯κ°μ μ¨()μΌλ‘ ꡬλΆνμ¬, μΌλ‘ λνλΌ μ μλ€(ESDU 83009, 2012). λ°λΌμ μ΄κ³ 측건물μ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ Eq. (5)μ μν΄ κ΅¬ν μ μλ€.
(5)
3. μ€νκ²°κ³Ό λ° κ³ μ°°
3.1 RDλ² μ μ©μ μν λΆλΆ μνμμ μν₯
RDλ²μ μμ΄μ μ€μν κ² μ€μ νλλ μλ΅μ μκ°μ΄λ ₯μΌλ‘λΆν° μΆμΆλ λΆλΆμν(Time segment)μ μ μ ν κΈΈμ΄μ μμλΈ νκ· μ μν λΆλΆ μν
μκ° μ€μνλ€(Rodrigues and Brincker, 2005). κ·Έλ¬λ λͺ
ννκ² λͺ κ° μ λμ λΆλΆ μνμ΄ νμνμ§μ λν μ°κ΅¬λ μ°Ύμ보기 νλ€λ€.
λ°λΌμ λ³Έ μ°κ΅¬μμλ 곡λ ₯κ°μ νκ°μ μμ΄μ RDλ² μ μ©μ μν λΆλΆ μν μμ μν₯ λ° κ±΄λ¬Όμ νμμ΄ λΆλΆ μν μμ μ΄λ€ μν₯μ λ―ΈμΉλμ§ μ‘°μ¬νμλ€.
Fig. 6 and Fig. 7μ Square λͺ¨νκ³Ό Helical 180 λͺ¨νμ λν 곡λ ₯κ°μ μ¨ νκ°μ μ¬μ©λ λΆλΆ μνμμ μν₯μ λνλΈ κ²μ΄λ€. Fig. 6 and Fig. 7μμ λνλΈ λ°μ κ°μ΄ 무차μνμμ λ°λ₯Έ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νν₯ λ° νμ§κ°λ°©ν₯μ μκ΄μμ΄ μ 체μ μΈ κ²½ν₯μ μ μ¬νμ§λ§, λΆλΆ μν μκ° μ μ κ²½μ° λ³λμ
νμ΄ ν¬λ©° λΆλΆ μν μκ° λ§μμ§μλ‘ μΌμ ν 곡λ ₯κ°μ μ¨μ μλ ΄νλ κ²μ μ μ μλ€. κ·Έλ¬λ λΆλΆ μν μ μ΄μΈ 건물μ νμ, νν₯ λ±μ ν° μν₯μ
λ―ΈμΉμ§ μλ κ²μΌλ‘ λνλ¬λ€. Table 2λ κΈ°μ‘΄λ¬Ένμμ RDλ²λ₯Ό μ΄μ©ν 곡λ ₯κ°μ λ₯Ό νκ°ν¨μ μμ΄ μ¬μ©ν λΆλΆ μν μλ₯Ό λνλΈ κ²μ΄λ€. λ°λΌμ λΆλΆ μν μκ° λ§μμλ‘ μΌκ΄μ± μλ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ
ꡬν μ μλ€κ³ κ°μ νλ€λ©΄, μ μ΄λ 2,000κ° μ΄μμ λΆλΆ μνμ μ»μ μ μλ λ°μ΄ν°κ° νμν κ²μΌλ‘ νλ¨λλ€. λ³Έ μ°κ΅¬μμλ μ νν 곡λ ₯κ°μ μ¨λ₯Ό
νκ°νκΈ° μν λΆλΆ μν μλ λͺ¨λ κ²½μ°μ μμ΄μ 5,000κ° μ΄μμ κ³ λ €νμλ€.
Fig. 6
Effect of Time Segments for Estimating Aerodynamic Damping Ratio of Square Model
Fig. 7
Effect of Time Segments for Estimating Aerodynamic Damping Ratio of Helical 180 Model
Table 2. Number of Time Segments for Previous Studies
|
3.2 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νν₯μ μν₯
Squareμ Helical 180 λͺ¨νμ μμ©νλ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νν₯μ νΉμ±μ Fig. 8μ λνλλ€. νν₯ 0Β°μΌ λ, Xλ°©ν₯μ λν Helical 180 λͺ¨νμ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ λ³νλ₯Ό μ΄ν΄λ³΄λ©΄ Square λͺ¨νμ κ²°κ³Όμ μ μ¬ν κ²½ν₯μ 보μλ€(Fig. 8(a)). μ¦, 건물μ νμλ³νλ νλ°©ν₯μ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ κ±°μ μν₯μ λ―ΈμΉμ§ μλ κ²μ μ μ μλ€. λν νν₯μ΄ μ¦κ°νλ©΄μ Helical 180λͺ¨νμ
곡λ ₯κ°μ μ¨λ μμμ§κ³ 0μ κ°κΉμ΄ κ°μ κ°κ² λλ©°, 무차μνμ 12 μ΄μμμ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ΄ μ μ 컀μ§λ κ²½ν₯μ΄ λνλ¬λ€.
Fig. 8
Effect of Wind Directions on Aerodynamic Damping Ratio of Square Model (Kim et al.,
2016)
λ°λ©΄, Yλ°©ν₯μ κ²½μ°, Helical 180 λͺ¨νμ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ Square λͺ¨νμ 곡λ ₯κ°μ μ¨κ³Όλ μλ°λ κ²½ν₯μ 보μλ€(Fig. 8(b)). Helical 180 λͺ¨νμ νμ§κ°λ°©ν₯ λ³λλ³μ μλ΅ νΉμ±μ νλ°©ν₯ λ³λλ³μ μλ΅ νΉμ±κ³Ό μ μ¬ν λΆν¬λ₯Ό 보μ΄κ³ 무차μ νμμ΄ μ»€μ§μ λ°λΌ
λΆκ°μ μΈ κ³΅κΈ°λ ₯μ΄ κ±΄λ¬Όμ μλ΅μ μ μ΄λ₯Ό νλ©΄μ μ (+)μ 곡λ ₯κ°μ λ ₯μ΄ λκΈ° λλ¬ΈμΈ κ²μΌλ‘ νλ¨λλ€. μ¦, Helical 180μ Yλ°©ν₯μ λν λ³μμλ΅μ
μμ΄μ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ μν₯μ λ―ΈλΉν κ²μ μ μ μμΌλ©°, Kim et al. (2016)μ μν΄ λ³΄κ³ λ λ° μλ€. Square λͺ¨νμ κ²½μ°, 무차μ
νμ 9.5μμ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ΄ μ΅λ 1.5%κΉμ§ μ¦κ°νλ κ²½ν₯μ 보μμΌλ©° 무차μ νμμ μ¦κ°μ ν¨κ» 곡λ ₯κ°μ μ¨λ κΈκ²©ν μ€μ΄λλ κ²½ν₯μ 보μλ€. 무차μ
νμμ΄ 11λ³΄λ€ ν° κ΅¬κ°μμλ μμ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ 보μλ€. μ΄μ κ°μ νμμ μλ₯ λ°©μΆ μ£Όνμμ Square λͺ¨νμ κ³ μ μ§λμκ° μΌμΉλλ Lock-in
νμμ μν΄ κ³΅λ ₯κ°μ μ¨μ΄ μμ κ°μ κ°κ² λμ΄ νμ§κ°λ°©ν₯μ λ³λλ³μκ° κΈκ²©ν μ¦κ°νλ νμκ³Όλ μ λΆν©νλ€(Fig. 9(b) μ°Έμ‘°).
Fig. 9
Normalized RMS Responses of Square Model with Reduced Wind Velocity
3.3 λ³λλ³μ μλ΅ νΉμ±
Fig. 9 and Fig. 10μ Squareμ Helical 180μ 무차μ νμμ λ°λ₯Έ 무차μ λ³λλ³μ μλ΅μ λνλΈ κ²μ΄λ€. κ·Έλ¦Όμμ μ§μ λ° μ μ μ νλ ₯μ€νμ ν΅ν΄ μ»μ΄μ§
λ°μ΄ν°λ₯Ό μ΄μ©νμ¬ μ€ννΈλΌλͺ¨λν΄μμ μννμ¬ νκ°λ 무차μ λ³λλ³μ μλ΅ μ΄λ€. μ΄λ μ μ©λ ꡬ쑰κ°μ μ¨μ 0.5%μ 2.0%μ΄λ€. 곡λ ₯μ§λμ€νμ μν
Squareμ Helical 180μ νλ°©ν₯ 무차μ λ³λλ³μ μλ΅μ νλ ₯μ€νμ ꡬ쑰κ°μ μ¨ 2.0%μ κ²°κ³Όμ μΌμΉνλ κ²μ μ μ μλ€(Fig. 9(a) and Fig. 10(a)). μ¦, λ²νν
μ§λμ μ (+)μ 곡λ ₯κ°μ λ ₯μ΄ λ¬΄μ°¨μ νμκ³Ό ν¨κ» μ μ§μ μΌλ‘ μ¦κ°νκΈ° λλ¬ΈμΈ κ²μΌλ‘ νλ¨λλ€(Fig. 8(a) μ°Έμ‘°). Fig. 9(b)μμ Squareμ νμ§κ°λ°©ν₯ 무차μ λ³λ λ³μ μλ΅μ 무차μ νμμ΄ 11 μ΄νμΌ λλ νλ ₯μ€νμ ꡬ쑰κ°μ μ¨ 2%μ ν΄μ κ²°κ³Όμ μ μ¬ν κ²½ν₯μ
보μ΄λ€κ° 무차μ νμ 12(μ€λ¬Ό νμ 60 m/s)λ₯Ό μ΄κ³Όνλ©΄μ ꡬ쑰κ°μ μ¨ 0.5%μ ν΄μ κ²°κ³Όλ₯Ό μννλ κ²μΌλ‘ λνλ¬λ€. μ΄λ¬ν μ΄μ λ μλ €μ§λ(Vortex
shedding vibration)μ΄ λ°μνλ©΄μ μ(-)μ 곡λ ₯κ°μ κ° λ°μνκΈ° λλ¬ΈμΈ κ²μΌλ‘ νλ¨λλ€(Fig. 8(b) μ°Έμ‘°). ννΈ Fig. 10(b)μ Helical 180μ νμ§κ°λ°©ν₯ 무차μ λ³λλ³μ μλ΅μ μ΄λ μ λμ λ³λ νμ μμ§λ§, νκ· μ μΌλ‘λ ꡬ쑰κ°μ μ¨ 0.5%μ ν΄μ κ²°κ³Όμ λμνλ
κ²μΌλ‘ λνλ¬λ€. μ΄λ¬ν μ΄μ λ 무차μ νμμ΄ μ¦κ°ν¨μλ λΆκ΅¬νκ³ κ³΅λ ₯κ°μ λ ₯μ¨μ΄ 0μ κ°κΉμ΄ κ°μ 보μ΄κΈ° λλ¬ΈμΈ κ²μΌλ‘ νλ¨λλ€(Fig. 8(b)).
Fig. 10
Normalized RMS Responses of Helical 180 Model with Reduced Wind Velocity
3.4 μ΄κΈ° 쑰건 λ³νμ λ°λ₯Έ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νΉμ±
RDλ²μ μν 곡λ ₯κ°μ μ νκ°μ μμ΄ λ€λ₯Έ μ€μν μμλ μ΄κΈ° 쑰건 κ°(λλ λ 벨)μ μ€μ νλ κ²μ΄λ€. λ³Έ μ°κ΅¬μμλ μμμ μΈκΈν λ°μ κ°μ΄ μλ΅μ
μκ°μ΄λ ₯μμ λ³μμλ΅μ νμ€νΈμ°¨()μ μ΄κΈ° 쑰건 κ°μΌλ‘ μ€μ νμ¬ κ³΅λ ₯κ°μ μ¨μ νκ°νμλ€. ννΈ, Asmussen (1997)μ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νκ°μ μμ΄μ RD ν¨μμ λν λ³λμ
μ΅μν λλ μ΅μ νλ₯Ό μν μ΄κΈ° 쑰건κ°(Triggering level)μΌλ‘ λ₯Ό μ μ©ν μ μλ€κ³ μ μνμλ€. λ³Έ μ°κ΅¬μμμ μ΄κΈ° 쑰건 κ° λ³νκ° κ³΅λ ₯κ°μ μ¨μ λ―ΈμΉλ μν₯μ μμ보기 μν΄, μ΄κΈ° 쑰건 κ° λ‘ νμ¬ κ³΅λ ₯κ°μ μ¨μ ꡬνμλ€. Fig. 11 and Fig. 12λ Squareμ Helical 180μ μ΄κΈ° 쑰건 κ°μ λ°λ₯Έ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ λνλΈ κ²μ΄λ€. . Fig. 11 and Fig. 12μμ μ μΌ λμ νλ°©ν₯ λ° νμ§κ°λ°©ν₯μ 무차μ νμμ λ°λ₯Έ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ λΉμ·ν κ°κ³Ό λΆν¬λ₯Ό κ°λ κ²μ μ μ μμλ€. κ·Έλ¬λ μλ΅μ νμ€νΈμ°¨κ° 2λ°° μ΄μμΌ
κ²½μ°μλ μλ΅μ νμ€νΈμ°¨λ₯Ό μ΄μ©νμ¬ κ΅¬ν 곡λ ₯κ°μ μ¨κ³Όλ λ€μ λ€λ₯Έ κ²½ν₯μ 보μλ€. μ¦, Table 3κ³Ό κ°μ΄ μ΄κΈ° 쑰건 κ°μ΄ 컀μ§μ λ°λΌ μμλΈ νκ· μ μν λΆλΆ μνμκ° μ€μ΄λ€μ΄ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ λ³λμ νμ΄ μ»€μ§λ κ²μΌλ‘ νλ¨λλ€. λ°λΌμ μ΄λ μ΄κΈ°
쑰건 κ°μ΄ μ μ νκ°μ λν΄μλ λͺ
ννκ² κ·μ ν μ μμ§λ§ λ§μ½ μΆ©λΆν κΈ΄ μκ°λμ κ³μΈ‘λ λ°μ΄ν°κ° μλ€λ©΄, RDλ²μ μ΄μ©ν κ³ μΈ΅κ±΄λ¬Όμ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ
νκ°ν¨μ μμ΄ μ΄κΈ° 쑰건 κ° βμλ΅μ νμ€νΈμ°¨β λλ βΓμλ΅μ νμ€νΈμ°¨β μ€ μ΄λ κ²μ μ¬μ©νλλΌλ λΉμ·ν κ²°κ³Όλ₯Ό μ»μ μ μμ κ²μΌλ‘ νλ¨λλ€.
Fig. 11
Aerodynamic Damping Ratio of Square Model with Different Triggering Levels
Fig. 12
Aerodynamic Damping Ratio of Helical 180 Model with Different Triggering Levels
Table 3. Approximate Number of Time Segments with Different Triggering Levels
|
4. κ²° λ‘
λ³Έ λ
Όλ¬Έμμλ 곡λ ₯μ§λμ€νμ ν΅ν΄ μ λ°©νκ³Ό 180Β° λμ ν νμμ κ°λ μ΄κ³ 측건물μ 곡λ ₯κ°μ νΉμ±μ μ‘°μ¬νμλ€. λν λΆκ·μΉ μλ΅μ κ°λ μμ€ν
μ
κ°μ μ¨μ νκ°νλλ° μ£Όλ‘ μ΄μ©νλ RDλ²μ μ μ©νλλ° μμ΄ λΆλΆ μν μ λ° μ΄κΈ° 쑰건 κ° λ³νμ λ°λ₯Έ μ΄κ³ 측건물μ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νΉμ±μ μ‘°μ¬νμλ€.
μ€νκ²°κ³Όλ₯Ό μ 리νλ©΄ μλμ κ°λ€.
(1)RDλ²μ μ΄μ©νμ¬ κ³΅λ ₯κ°μ μ¨μ νκ°νλ κ²½μ°, κΈ°μ‘΄ λ¬Έν λ° λ³Έ μ°κ΅¬μμ κ²μ¦λ κ²κ³Ό κ°μ΄ λΆλΆ μνμ μ΅μ 2,000κ° μ΄μμ μΆμΆν΄μ μμλΈ
νκ· μ μ μ©ν΄μΌλ§ λΆκ·μΉν 곡λ ₯κ°μ μ¨μ λ³λμ νμ΄ μ€κ³ μΌμ ν 곡λ ₯κ°μ μ¨μ ꡬν μ μλ κ²μ μ μ μμλ€.
(2)Helical 180 λͺ¨νμ λν νλ°©ν₯μ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νΉμ±μ μ΄ν΄λ³΄λ©΄, 건물μ νμμ΄ λ€λ¦μλ λΆκ΅¬νκ³ , μ λ°©ν λͺ¨νμ 곡λ ₯κ°μ μ¨κ³Ό μ μ¬ν
κ²½ν₯μ΄ λνλ¬λ€. μ¦, 건물μ νμμ νλ°©ν₯ 곡λ ₯κ°μ μ μν₯μ λ―ΈμΉμ§ μλλ€λ κ²μ μ μ μμλ€.
(3)ννΈ, μ λ°©ν λͺ¨νμ Yλ°©ν₯μ λν 곡λ ₯κ°μ μ¨μ 180Β° λμ νλͺ¨νμ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νΉμ±κ³Όλ λ§€μ° λ€λ₯Έ λΆν¬λ₯Ό 보μ΄λ κ²μΌλ‘ λνλ¬λ€. νΉν,
νν₯ λ³νμ λ°λ₯Έ 180Β° λμ ν λͺ¨νμ Yλ°©ν₯μ λν 곡λ ₯κ°μ μ¨μ νν₯μ λ³νμ μκ΄μμ΄ μ λ°μ μΌλ‘ λΉμ·ν κ°μ 보μκ³ , 무차μ νμμ μ¦κ°μ ν¨κ»
λ³λμ νμ μμ§λ§ μ μ§μ μΌλ‘ μ¦κ°νλ κ²½ν₯μ 보μλ€.
(4)μ΄κΈ° 쑰건 κ° λ³νμ λ°λ₯Έ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ μ΄ν΄λ³΄λ©΄, μ΄κΈ° 쑰건 κ° βμλ΅μ νμ€νΈμ°¨β λλ βΓμλ΅μ νμ€νΈμ°¨βλ₯Ό μ μ©νμ¬ νκ°λ 곡λ ₯κ°μ μ¨μ λ§€μ° μ μ¬ν λΆν¬ λ° κ²°κ³Ό κ°μ κ°λ κ²μΌλ‘ λνλ¬λ€. λ°λΌμ λ³Έ μ€ν λ°μ΄ν°μ κ°μ΄ μΆ©λΆν κΈ΄
λ°μ΄ν°λ₯Ό ν보ν κ²½μ°μλ μλ΅μ νμ€νΈμ°¨ λλ RDν¨μμ μ΅μ νμ κ·Όκ±°ν κ° μ€ μ΄λ κ²μ μ¬μ©νλλΌλ λΉμ·ν κ²°κ³Όλ₯Ό μ»μ κ²μΌλ‘ νλ¨λλ€.
λ§μ§λ§μΌλ‘ μ΄κ³ 측건물μ μμ©νλ λ³μμλ΅κ³Ό 곡λ ₯κ°μ λ ₯μ λ§€μ° λ°μ ν μκ΄μ κ°κ³ μμΌλ©°, νμμ ν¬κΈ°μ 건물μ νμμ λ°λΌ νμ§κ°λ°©ν₯μ 곡λ ₯κ°μ μ
νΉμ±λ λ§€μ° λ€λ₯΄κ² λνλ¬λ€. λ°λΌμ μ΄κ³ 측건물μ νμλ³νμ λ°λ₯Έ μλ΅νΉμ±μ΄ 곡λ ₯κ°μ μ¨κ³Ό μ΄λ ν μκ΄κ΄κ³λ₯Ό κ°λμ§ μ νν μ΄ν΄μ νκ°κ° νμν κ²μ΄λ€.