현장 계측에 의한 단층구조 전통목구조물의 고유주기 추정

황재승,황종국,이영욱 대한건축학회지회연합회 2013 대한건축학회연합논문집 Vol.15 No.6

구조물의 고유주기는 구조물이 보유하고 있는 내력 뿐만아니라 내진 안정성 평가에 기본적으로 사용되는 중요한 요소중의 하나이다. 본 연구에서는 현장계측을 통하여 정밀하게 구조물의 고유주기(진동수)를 예측하는 기법을 다수의 전통목구조물에 적용하고, 이를 기반으로 전통목구조물에 대한 고유주기 추정식을 제안하였다. 진동계측은 상시계측과 강제가진기법을 이용하였으며, ICA기법에 기반하여 계측된 가속도 응답을 모드 분해하고, 분해된 모드응답에 대한 진동수영역 고유진동수 예측기법을 적용하여 도리방향, 보방향의 고유진동수를 추정하였다. 고유진동수 추정결과, 접합부 개수가 많은 도리 방향이 횡강성이 크기 때문에 보방향의 고유진동수에 비하여 전반적으로 크게 나타났다. 접합부의 횡강성에 주된 영향을 미치는 인자로써 기둥과 접합면적을 설정하였으며, 이를 고유진동수와 비교함으로써 강성모델로부터 고유진동수(고유주기)를 추정할 수 있는 상관식을 제안하였다. 본 연구에서는 지붕층의 단위면적당 질량도 산정되었는데 이를 제안된 고유주기 추정식과 함께 사용하면, 추가적인 계측없이도 전통구조물의 초기강성예측에 활용가능한 것으로 나타났다.

지반의 지지조건에 따른 모형 교각의 고유진동수

김영대(Kim, Youngdae),이종섭(Lee, Jong-Sub),이일화( Lee, Il-Wha),유정동(Yu, Jung-Doung) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.1

교각의 고유 진동수는 교량의 안정성을 평가하기 위한 중요한 지표이다. 하지만, 교각의 고유 진동수는 주변 지반의 지지조건에 의해 크게 달라질 수 있다. 본 연구의 목적은 실내실험을 통해 모형 교각의 암반 부착 조건과 풍화토 속에 근입된 깊이가 고유 진동수에 미치는 영향을 조사하는 것이다. 모형 교각의 암반지반 부착 조건을 모사하기 위해 모형 교각을 아스팔트 위에 부착하였다. 풍화토 속에 근입된 조건을 모사하기 위해 1.0 × 1.0 × 0.5 m 크기의 토조 속에 풍화토 지반을 조성 후 모형 교각을 설치하였다. 모형 교각에 동적하중을 가하기 위해 고무 팁이 부착된 해머를 이용하여 모형 교각의 넓은 측면 상부를 타격하였으며, 모형 교각의 상·중·하부에 부착된 가속도계를 통해 가속도를 측정하였다. 측정된 가속도는 고속 푸리에 변환을 통하여 주파수영역으로 변환한 후, 모형 교각의 고유 진동수를 분석하였다. 실험결과, 암반 부착 조건의 경우, 모형 교각의 기초 바닥면이 아스팔트 위에 에폭시로 고정된 후의 고유 진동수는 고정 전과 비교하여 크게 증가하였다. 풍화토 근입 조건의 경우, 주파수 영역에서 3개의 극점을 지닌 진동 특성을 보였으며, 모형 교각의 근입 깊이가 증가함에 따라 3개의 극점에서 측정된 고유 진동수는 모두 증가하였다. 특히, 탁월 진동수에 해당하는 고유 진동수의 증가폭이 두드러지게 나타났다. 본 연구의 결과는 교각의 고유 진동수를 이용한 교각의 안정성 평가에 있어 주변 지반의 지지조건이 반드시 고려되어야 함을 보여준다. The natural frequency is critical for evaluating the integrity of bridge piers. However, the natural frequency of bridge piers can vary with the support condition of the ground. The aim of this study is to investigate the natural frequency of bridge piers under different ground conditions and at different embedded depths using a small-scale concrete pier. The model piers were fixed to asphalt concrete pavement using epoxy to simulate the rock site condition. Furthermore, model piers of different embedded depths were installed in a soil chamber with dimensions of 1.0 m × 1.0 m × 0.5 m to simulate weathered soil conditions. The upper part of the model pier was hit with a hammer having a rubber tip, and the acceleration signals were measured using three accelerometers installed at the upper, middle, and bottom parts of the model pier. Fast Fourier transforms were performed to analyze the natural frequencies of the model piers. The experimental results showed that the natural frequency under the fixed condition using epoxy was significantly higher than that under the unfixed condition. In the case of weathered soil conditions, three peak points appeared in the frequency domain. The natural frequencies measured at these three points increased with the embedded depth. The increment ratio of the natural frequency with the largest amplitude was significant. This study demonstrates that ground support conditions should be considered when evaluating the integrity of bridge piers through natural frequency analysis.

철도차량의 차체고유진동수가 인체에 미치는 영향에 대한 대한 고찰

박광복(Kwang Bok Park) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.11

21 세기에 있어서 철도차량은 중장거리 여행과 도시교통의 핵심교통수단으로 이용되고 있다. 특히 지구온난화의 영향으로 각국마다 CO2 배출량이 제한되자, 전세계 각국에서는 친환경교통수단인 철도차량을 주교통기관으로 정책을 수립하여 철도네트워크를 구축하고 있다. 철도차량의 차체는 강재구조로써 탄성진동에 의한 차체고유진동수가 발생되며, 장거리여행객의 승차감을 저해하는 것으로 알려져 있다. 본 고찰에서는 철도차량의 차체 탄성진동 이론과 고유진동수에 대하여 살펴보고, 아울러서 국내외 각국 철도에서 상업운용중인 철도차량의 차체 및 대차의 고유진동수 사례를 조사하여 검토하고자 한다. 조사된 차체고유진동수를 참조하여, 철도차량의 차체고유진동수가 대차와 인체에 미치는 영향에 대해 고찰하여, 적정한 차체고유진동수를 도출하여 제시하였다. The rolling stock in 21<SUP>st</SUP> Century is used to a core traffic means of the middle – long distance travel and urban transportation. Specially as a output of CO2 each country to effect of the global warming was limited, the each country in world is established railway network to preparing transportation policy to main transportation for the rolling stock as echo-friendly traffic means. The carbody of rolling stock which the natural frequency of carbody by elastic vibration with steel structure is generated is known to hinder the comfort of long distance travel. This study will be look for the elastic vibration theory of carbody and the criteria of natural frequency of rolling stock, in addition will check to survey the natural frequency of carbody and bogie of rolling stock in commercial operating in each country railway of domestic and oversee. To reference the natural frequency of carbody surveyed, the natural frequency of carbody of rolling stock was studied an effect on bogie and the human body and it was suggested reasonable the natural frequency of carbody .

고유진동수비 측정에 기초한 구조물 손상탐지

황호연(Ho-Yon Hwang) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.8

구조물에 손상이 발생하면 구조물의 강성변화로 구조물의 고유진동수에 변화가 발생하게 된다. 실험을 통해 얻을 수 있는 손상 전 구조물의 고유진동수와 해석적 방법을 사용하여 구하는 고유진동수가 같다고 가정하고 해석적인 방법으로 손상전후 고유진동수비를 구하여 3차원 그래프로 표시하였다. 손상이 한 부위에 존재할 경우 진동실험으로 구한 고유진동수비를 고유진동수비 그래프와 비교하여 손상의 위치, 크기 및 방향을 알 수 있었으나 여러 지점에 손상이 발생할 경우에는 손상을 파악하기 위해 고유진동수비 그래프 외에 주파수 응답함수를 병행하여 사용하였다. If damages occur in a structure, natural frequencies of a structure change due to stiffness changes. By assuming that natural frequencies from experiments are same as those of analytical method, natural frequency ratio after damages was obtained using an analytical method and plotted as 3 dimensional graphs. When the damage occur in one place, exact location, amount and direction of damage could be obtained by comparing natural frequency ratio from experiments to natural frequency ratio graphs. However, when damages occur in many places with different directions, frequency response functions were used in addition to natural frequency ratio graphs to find the damages.

고유진동수 조절이 용이한 멀티셀 액체댐퍼

길용식,황규석,김재건,김동익,박지훈,민경원 한국풍공학회 2011 한국풍공학회지 Vol.15 No.4

In this paper, we evaluate the properties after developing the unique frequency-controlled multi-cell liquid damper. The overall shape of the proposed damper is same with the Liquid Column Vibration Absorber (LCVA). However, in this time, we divided the vertical column of LCVA in a separate cell and the cell can be closed each so that we can change the natural frequency of the damper with the way we control the area of the vertical column. In this way, we could notice the properties of the natural frequencies of the damper through the shaking table tests with the adjusted closed cell number. The usability of the dampers was evaluated after comparing to the natural frequencies of shaking table experiments and the theoretical calculated one. 본 논문에서는 고유진동수 조절이 가능한 멀티셀 액체댐퍼를 개발하여 특성을 평가하였다. 본 연구에서 제안한 댐퍼의 기본적인 형태는 기존의 Liquid Column Vibration Absorber(LCVA)와 같다. 그러나 이번에 제안한 액체댐퍼는 기존 LCVA의 수직관을 일정한 면적의 독립된 셀로 나누었으며 이 셀을 각각 밀폐시킬 수 있게 하여 수직관의 면적을 조절하는 방식으로 댐퍼의 고유진동수를 변화시킬 수 있도록 하였다. 이렇게 제작된 액체댐퍼는 밀폐된 셀 개수를 조절하여 진동대 실험을 통해 댐퍼의 고유진동수 특성을 파악하였다. 진동대 실험에서 나온 고유진동수와 이론적으로 산정한 고유진동수를 비교하여 댐퍼의 사용성을 평가하였다. 개발된 액체 댐퍼의 수직관의 면적 조절을 통해 고유진동수 조절이 용이하여 실제로 사용이 가능함을 확인할 수 있었다.

국내외 장스팬 구조물의 고유진동수 비교

윤성원,박용,Yoon, Sung-Won,Park, Yong 한국공간구조학회 2009 한국공간구조학회지 Vol.9 No.1

최근의 대공간구조물은 장스팬화 됨은 물론이고 경량화되면서 면외 방향의 강성이 매우 작아지고 있다. 이로 인하여 공력불안정 진동의 발생 여부는 물론이고 연성구조물의 판단시에도 고유진동수의 정확한 산정이 필요하다. 그러나 국내외 대공간구조물의 고유진동수 제안식에 대한 연구는 매우 미흡한 실정이다. 따라서 국내 7개 공간구조물의 고유치해석에서 얻은 근사식을 일본건축학회 고유치해석에 근거한 2가지 제안식과 일본의 28개 공간구조물의 계측치에서 얻은 고유진동수 근사식을 비교하였다. 지붕의 고유진동수는 스팬이 증가함에 따라서 작아지는 경향을 확인하였다. 국내의 고유진동수 값은 전반적으로 일본의 공간구조물의 해석과 계측에 근거한 고유진동수보다 동일한 스팬에서 작은 경향을 보임을 알 수 있었다. 따라서 국내 공간구조물의 지붕은 일본의 경우보다 비교적 연성구조물인 것을 확인할 수 있다. As a recent spatial structure have become long-spaned and light, stiffness of out-plane is reduced significantly. Due to this, it is necessary to calculate natural frequency correctly to check if structure is flexible or vortex-induced vibration is occurred. However, formula of frequency in domestic and foreign spatial structure has not been performed deeply. In this study, approximated formula obtained by eigenvalue analysis of seven domestic spatial structure is compared with two suggestions based on Japanese standard and formula by measurement of 28 spatial structure in Japan. Natural frequency of roof has a tendency to be reduced as the span of structure increases. Natural frequency of domestic structure is generally less than that of analysis and measurement of spatial structure in Japan. Therefore, it is confirm that roof of domestic spatial structure is relatively rather flexible than that of Japan.

콘크리트 댐체의 고유진동수 측정과 변화거동

홍웅기(Woong-Gi Hong),이광재(Kwang-Jae Lee),진영문(Young-Moon Jin),송정언(Jeong-Un Song) 한국엔터테인먼트산업학회 2015 한국엔터테인먼트산업학회논문지 Vol.9 No.2

본 연구는 환경공해진동을 평가하기 위한 기초자료를 얻기 위하여 수행되었다. 콘크리트 댐체에서 고유진동수를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 댐체의 양 끝단에서 저주파수 대역으로 측정되었고, 특히 E 측점과 J 측점 사이에서 주파수 대역의 편차가 크고 랜덤하게 나타났다. 이는 바람의 영향과 수압, 댐체 중앙 부근으로 갈수록 고유진동수가 다른 측점보다 더욱 크게 나타나는 특성 때문이라 판단된다. 변위가속도 또한 고유진동수와 유사한 경향을 보였다. 외부에서 전달되는 외력의 강제진동수는 댐체의 고유진동수 영역보다 항상 작은 값으로 산출되었으며, 주파수 대역은 대부분 충격성 저주파영역을 나타냈다. 이러한 전달 과정에서 매질자체가 갖는 고유특성이나 수진점의 고유진동수, 또는 실시간 주파수분석 등을 고려한 환경공해진동의 정량적인 진동영향평가 기법이 필요하며, 아울러 고유진동수를 고려한 예측모델을 구성하기 위하여 구조체의 기초물성 및 기여도를 분석하고, 계측 데이터의 오차분석, 표준편차 및 보정에 의한 모델의 타당성 평가와 검증 과정이 수행될 때 환경공해진동의 정량적인 평가가 확립될 수 있을 것으로 사료된다. The purpose of this study is to obtain basic data for assessment the vibration as one of the environmental pollution. Natural frequencies in free field were measured as follows: At both ends of the dam crest, the natural frequency was measured with a relatively low frequency. Particularly, the deviation of frequency domain at E and J M.Ps were large and determined randomly. Because toward the central part of the dam crest, the effects of wind, water pressure, and natural frequencies are more large compared to the other M.Ps. Additionally, acceleration values were also measured similar to the trend of natural frequency. Vibration impact assessment that considered the natural characteristics of the medium in the delivery process, natural frequency of vibration receptor and the real-time frequency analysis reached the point of need. This is intended to identify vibration amplification by the resonance of frequency and additional vibration energy. And in order to configure the prediction model which considering the characteristics of frequency, the basic physical properties and contributiveness to the general structure must be analyzed. Feasibility assessment and verification of the model using standard deviation, correction and error analysis of measurement data must be carried out. As a result, the quantitative assessment of the vibration as one of the environmental pollution can be expected to be established.

철도교량 시험체의 가진방법에 따른 고유진동수 측정치 변동에 대한 비교 분석

김성일(Kim Sung-Il),이정휘(Lee Jungwhee),이필구(Lee Pil-Goo),김충언(Kim Choong-Eon) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 A Vol.30 No.6A

철도교량과 같이 주기적 가진에 의해 공진발생의 가능성이 높은 구조물에 있어서, 정확한 구조물의 동적특성치 파악은 설계단계 및 공용중 안정적인 응답을 확보하기 위해 필수적이다. 이 논문에서는 실축척 구조물을 대상으로 하는 강제 진동실험에서 일반적으로 사용할 수 있는 가진방법인 가진기 및 충격해머를 사용한 가진실험의 결과를 상호 비교하여 가진방법에 따른 고유진동수 추출결과의 차이 및 차이의 발생원인을 분석하고, 보다 정확한 구조물의 고유진동수를 산출하기 위한 보정 방법을 제안하였다. 또한, 철도교량의 시공단계에 따라 궤도부절 전, 후에 진동실험을 수행하였으며, 궤도부설에 의한 고유진동수 변화를 관찰하였다. 가진방법에 따른 측정 고유진동수의 차이는 가진기의 경우 부가질량의 효과, 충격해머의 경우 동적 응답 레벨에 따라 변화하는 지점강성효과에 기인하는 것으로 파악되었으며, 이에 대한 보정을 통해 보다 신뢰성 높은 고유 진동수로 환산하는 것이 기능하였다. 궤도부설의 효과는 일반적으로 부가질량으로만 고려하여 궤도부설 전에 비해 고유진동수가 감소하는 것으로 예상되어 왔지만, 이 연구에서 수행한 실험의 결과로 질량추가의 효과에 상당하는 강성기여 효과도 있는 것으로 나타났으며, 강성증가율은 발생변위의 수준에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 설계단계에서 완성계의 고유진동수 예측시 궤도의 발생변위수준을 고려하여 적절히 강성기여 효과를 고려하는 것이 필요할 것으로 판단된다. Precise estimation of a structure's dynamic characteristics is indispensable for ensuring stable dynamic responses during lifetime especially for the structures which can experience resonance such as railway bridges. In this paper, the results of forced vibration tests of different excitation methods (vibration exciter and impact hammer) are compared to examine the differences and the cause of differences of extracted natural frequencies. Consequently a natural frequency modification method is suggested to eliminate effects of non-structural disturbance factors. Also, sequential forced vibration tests are performed before and after track construction according to the construction stage of a railway bridge, and the variation of natural frequencies are examined. Effect of added mass of vibration exciter and variation of support condition due to the level of excitation force are concluded as the major cause of natural frequency differences. Thus eliminating these effects can enhance the reliability of the extracted natural frequencies. Construction of track affects not only the mass of structure but also the stiffness of the structure. Also, the amount of increase in stiffness varies according to the level of structural deflection. Therefore, reasonable estimation of the level of structural response during operation is important for precise natural frequency calculation at design phase.

단면감소에 따른 사장케이블의 2-자유도 근사모델의 고유진동수 분포

조양희,이현철 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.6

사장교 케이블의 손상은 사장교 전체의 안전에 가장 큰 영향을 주는 요인이 되므로 케이블의 손상에 대한 유지관리를 필수적으로 해야한다. 이러한 유지관리의 대표적인 방법으로 케이블의 고유진동수변화을 추적하는 방법이 있다. 지금까지 케이블의 고유진동수는 진동법에의해 횡방향 진동으로 추정하여 왔으며 시스템인식기법은 반복법에 의한 민감도방정식으로 축방향강성을 추정하나 새그의 영향으로 종방향운동에 대한 고유진동수의 분포에 대한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 종방향운동에 의한 고유진동수를 이용하여 손상을 추정함으로써, 종방향운동의 신뢰성을 향상시키는 새로운 방법을 제안하였다. 이 방법의 적용결과를 근사해인 유한요소해석결과와 비교하여 유사한 결과를 얻음으로써 제안된 방법의 신뢰성을 검증하였다. 따라서, 케이블손상과 고유진동수와의 관계를 분석한 결과는 손상률이 증가할수록 고유진동수는 낮게 나타났다. 따라서 케이블의 실측 고유진동수를 알 때 케이블손상과 고유진동수와의 관계식을 통해 케이블의 손상정도를추정할 수 있으므로 케이블의 효율적인 유지관리가 가능하게 된다. The cable damages of the bridge structures induce very important impact on the structural safety, which implies the closemonitoring of the cable damage is required to secure sustained safety of the bridges. Most usual available maintenance techniquesare based on the monitoring the change of the natural frequency of the structures by damages. However, existing method are basedon vibration method to calculate lateral vibration and system identification can calculate the axial stiffness using sensitivity equationby trial error method. But the frequency study by the longitudinal movement need because of the sag effect in systemidentification. This study proposes a new method to investigate the damage magnitudes and status. The method improves theaccuracies in the magnitudes and status of damages by adopting the natural frequency of longitudinal movement. The study resultshave been validated by comparing them with the approximate solution of FEM. Thus, the relationship of cable damage andfrequency appear with relation that the severe damage has the little frequency. If we know the real frequency we can estimate thecable damage severity using this relationship. This method can be possible the efficient management of the cable damage.

단면감소에 따른 사장케이블의 2-자유도 근사모델의 고유진동수 분포

조양희,이현철 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.6

사장교 케이블의 손상은 사장교 전체의 안전에 가장 큰 영향을 주는 요인이 되므로 케이블의 손상에 대한 유지관리를 필수적으로 해야한다. 이러한 유지관리의 대표적인 방법으로 케이블의 고유진동수변화을 추적하는 방법이 있다. 지금까지 케이블의 고유진동수는 진동법에 의해 횡방향 진동으로 추정하여 왔으며 시스템인식기법은 반복법에 의한 민감도방정식으로 축방향강성을 추정하나 새그의 영향으로 종방향운동에 대한 고유진동수의 분포에 대한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 종방향운동에 의한 고유진동수를 이용하여 손상을 추정함으로써, 종방향운동의 신뢰성을 향상시키는 새로운 방법을 제안하였다. 이 방법의 적용결과를 근사해인 유한요소해석결과와 비교하여 유사한 결과를 얻음으로써 제안된 방법의 신뢰성을 검증하였다. 따라서, 케이블손상과 고유진동수와의 관계를 분석한 결과는 손상률이 증가할수록 고유진동수는 낮게 나타났다. 따라서 케이블의 실측 고유진동수를 알 때 케이블손상과 고유진동수와의 관계식을 통해 케이블의 손상정도를 추정할 수 있으므로 케이블의 효율적인 유지관리가 가능하게 된다. The cable damages of the bridge structures induce very important impact on the structural safety, which implies the close monitoring of the cable damage is required to secure sustained safety of the bridges. Most usual available maintenance techniquesare based on the monitoring the change of the natural frequency of the structures by damages. However, existing method are basedon vibration method to calculate lateral vibration and system identification can calculate the axial stiffness using sensitivity equation by trial error method. But the frequency study by the longitudinal movement need because of the sag effect in system identification. This study proposes a new method to investigate the damage magnitudes and status. The method improves the accuracies in the magnitudes and status of damages by adopting the natural frequency of longitudinal movement. The study results have been validated by comparing them with the approximate solution of FEM. Thus, the relationship of cable damage and frequency appear with relation that the severe damage has the little frequency. If we know the real frequency we can estimate thecable damage severity using this relationship. This method can be possible the efficient management of the cable damage.