변위계수법을 이용한 다경간 교량의 변위응답 평가

남왕현(Nam Wang-Hyun),송종걸(Song Jong-Keol) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.3A

변위계수법에 의한 최대(목표) 변위는 탄성변위스펙트럼과 몇 개의 보정계수들에 의해 간단하게 산정될 수 있다. 구조시스템을 대표하는 힘-변위 관계의 이선형 근사화과정에 의해 평가되는 유효주기는 탄성변위스펙트럼과 보정계수들의 계산에 사용된다. 구조시스템을 대표하는 힘-변위 관계는 등가단자유도 방법과 비탄성 정적해석에서 사용하는 횡하중분포의 영향을 받을 수 있다. 본 연구의 목적은 변위계수법을 이용한 다경간 교량의 비탄성 최대변위 산정의 유용성을 분석하는 것이다. 이를 위해 등가의 힘-변위곡선과 보정계수에 대한 등가단지유도 방법과 횡하중분포의 영향을 비교 평가하였다. FEMA-356과 FEMA-440 보고서에서 제안된 보정계수 산정식을 이용하여 목표변위를 계산하고 이를 설계스펙트럼에 대응되는 10개의 인공지진에 대한 비탄성 시간이력해석 결과와 비교함으로써 그 정확성을 비교 평가하였다. The maximum (target) displacement by Displacement Coefficient Method can be easily estimated from the elastic spectral displacement and several modification factors. The effective period, evaluated by bilinear approximation of the pushover curve (or equivalent force-displacement relationship) for structural system, is used in the determination of the elastic spectral displacement and the modification factors. The pushover curve may be affected by the equivalent SDOF method for representative response of structural system and lateral load distribution used in the pushover analysis. The purpose of this study is to evaluate the validity of inelastic displacement calculation for multi-span bridges by using the Displacement Coefficient Method. And the effects of equivalent SDOF methods and distribution for calculation of the pushover curve and the modification factors are evaluated. In order to evaluate an accuracy of Displacement Coefficient Method, the maximum displacements estimated by the modification factors described in the FEMA-356 and FEMA-440 reports are compared to those by the inelastic time-history analysis for ten artificial earthquakes corresponding to a design spectrum.

3D 수치해석을 이용한 퇴적암 터널의 암반 등급별 전변위 산정

임성빈 ( Sung Bin Yim ),윤현석 ( Hyun Seok Yun ),서용석 ( Yong Seok Seo ),박시현 ( Si Hyun Park ) 대한지질공학회 2007 지질공학 Vol.17 No.2

터널이 굴착되면 응력이 재분배 되는 과정동안 변위가 발생한다. 터널의 변위는 굴착 전 선행변위, 굴착 후 미측정 변위, 계측변위로 구분할 수 있다. 일반적으로 굴착 전 선행변위와 굴착 후 미측정 변위의 현장 측정은 어렵기 때문에 터널 굴착에 따른 전변위의 크기와 변화 양상을 산정하기 위한 연구가 많이 수행되어왔다. 본 연구에서는 퇴적암을 기반으로 하는 터널의 지반등급별 전변위를 산정하고 이들의 특성을 파악하기 위하여 역해석 기법을 사용하였다. 계측변위와 3차원 수치해석에 의해 계산된 변위의 오차를 최소한으로 줄여 지반등급별 물성치를 추정하였으며, 굴착에 따른 전변위분포 양상을 산정하였다. 최종적으로 logistic 모형을 따르는 지반등급별 굴착에 따른 변위의 비선형 회귀식을 산정하였다. Tunnel displacement happens during the process of stress redistribution by tunnelling. Tunnel displacement can be divided into 3 types such as displacements occurring before excavation, non-measured displacements after excavation and measured displacements after excavation. Because measurements of displacements occurring before excavation and non-measured displacement after excavation are difficult and time-consuming in the field, many researchers have studied on total displacement and its characteristics with excavation using numerical analysis. In this study, we used a 3-D back analysis to estimate total displacement by rock mass grades in tunnel constructed in sedimentary rock. We reduced error between measured displacements and calculated displacements from a 3-D numerical analysis, and then estimated suitable rock mass properties by RMR classes. Ultimately, Logistic nonlinear regressions of total displacement with tunnelling were estimated by least square estimation.

단층대가 분포하는 터널에서 굴진면 수평변위를 이용한 선행 천단변위 분석

윤현석 ( Hyun-seok Yun ),도경량 ( Kyung-ryang Do ),서용석 ( Yong-seok Seo ) 대한지질공학회 2017 지질공학 Vol.27 No.1

터널에서의 일상계측은 공정 특성상 굴착 후 바로 수행되기 어렵고, 일정 간격마다 수행되기 때문에 굴착 전 발생하는 선행 변위를 측정할 수 없다. 본 연구에서는 굴착과 동시에 측정할 수 있는 굴진면 수평변위를 이용하여 단층대가 터널 상부에 분포하는 경우 천단부에서 발생하는 선행변위를 분석하였다. 단층이 터널의 굴진방향과 이루는 각도와 경사가 서로 다른 24개 모델에 대해 3차원 유한요소해석을 실시하여 굴진면 수평변위와 선행 천단변위의 상관성을 분석하였다. 분석결과, 선행 천단변위에 대한 굴진면 수평변위의 비(L_face/C ratio)는 순경사 모델의 경우 약 2~12%, 역경사 모델은 2~13%로 각 모델별로 일정한 비율을 보이는 것으로 나타났다. 또한 회귀분석을 통한 선행 천단변위와 굴진면 수평변위의 상관성을 분석한 결과, 대부분의 모델에서 약 0.8 이상의 높은 결정계수(R²)를 보여 굴진면에서 발생하는 수평변위를 이용하면 계측 전 터널 천단에서 발생하는 선행변위의 산정이 가능한 것으로 나타났다. Preceding displacements in tunnel are difficult to predict since the measurements of displacements after excavation can not be performed immediately. In the present study, The longitudinal displacements which can be measured immediately after excavation are used to predict the crown settlements occurring before excavation only if fault is located at the tunnel crown. Threedimensional finite element analysis was conducted using 28 numerical models with various fault attitudes to analyze the correlation between the longitudinal displacements on tunnel face and preceding crown settlements. The results, L_face/C ratio show 2~12% in the drives with dip models and 2~13% in the drives against dip models individually. In addition, each model has a certain L_face/C ratio. The result of the regression analysis show that the coefficient of determination is over 0.8 in most models. Therefore, crown settlements occurring before excavation can be predicted by analyzing the longitudinal displacements occurring on tunnel faces.

비탄성 이력응답 및 지진특성을 반영한 변위증폭계수의 산정

송종걸(Song Jong-Keol),김학수(Jin He-Shou) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.4A

변위증폭계수는 탄성거동시의 변위응답으로부터 비탄성 거동시의 변위응답을 산정하는데 사용될 수 있다. 구조물의 비탄성 이력거동의 특성과 지진하중의 특성을 반영하는 변위증폭계수의 계산식을 제안하였다. 변위증폭계수에 대한 변위연성도, 항복후 강성비, 구조물의 주기, 비탄성 이력모델과 지진의 특성의 영향을 분석하였다. 본 연구에서 제안한 변위증폭계수의 정확성은 기존의 제안식과 비탄성 시간이력해석에 의해 계산된 변위증폭계수와의 비교에 의하여 평가하였다. 제안식에 의한 변위증폭계수가 비탄성 시간이력해석에 의한 변위증폭계수와 잘 일치하는 결과를 제공한다. Displacement amplification factor can be used to estimate inelastic displacement demands from elastic displacement demands. The simple formula for displacement amplification factor considering hysteretic behavior of structural system and earthquake characteristics is proposed. And the effects of several parameters such as displacement ductility, strain hardening ratio, period, characteristics of earthquakes and hysteretic models for the displacement amplification factor are evaluated. Accuracy of the proposed formula is evaluated by comparing the displacement amplification factors estimated by existing and proposed formula with those calculated from inelastic time history analysis. The displacement amplification factors by proposed formulas provide a good agreement with those calculated by inelastic time history analysis.

유로코드 2 재료모형을 사용한 철근콘크리트 부재의 연성도 평가

최승원,Choi, Seung Won 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.2

철근콘크리트 부재의 연성을 확보하기 위하여 콘크리트구조기준에서는 철근의 최소 허용 변형률에 대한 지침을 두고 있고, EC2에서는 중립축 깊이와 유효 깊이의 비(c/d)를 제한하고 있다. 일반적으로 철근콘크리트 부재의 연성 능력은 항복변위와 극한변위의 비로서 표현되는 변위 연성도를 통해 평가하는데, 변위 연성도를 정확하게 산정하기 위해서는 항복변위와 극한변위에 대한 정립이 필수적이다. 그러나 실제 부재의 변위는 부재의 다양한 특성에 영향을 받으므로 이들 값을 정확하게 산정하는 것은 어렵다. 이 연구에서는 철근콘크리트 부재의 항복변위 및 극한변위를 휨모멘트-휨곡률 관계를 통해 직접 계산하여 변위 연성도를 산정하였다. 해석의 주요 변수는 콘크리트 압축강도, 주철근 항복강도, 주철근 비, 횡철근 간격, 축력비 및 콘크리트 극한변형률이다. 해석 결과 콘크리트 압축강도가 증가할수록 변위 연성도는 증가하였다. 반면에 주철근의 항복강도, 주철근 비, 횡철근 간격 및 축력비가 증가할수록 변위 연성도는 감소하였다. 그리고 변위 연성도는 기둥의 내진설계에 사용되는 응답수 정계수(R)의 산정에 필수적이므로 변위 연성도를 정확하게 산정하는 것이 필수적이라고 판단된다. In concrete structural design provisons, there is a minimum allowable strain of steel to ensure a ductility of RC members and a c/d is limited for the same purpose in EC2. In general, a ductility capacity of RC members is evaluated by a displacement ductility which is a ratio of ultimate displacement to yield displacement, and it is necessary to calculate accurately a yield displacement and an ultimate displacement to evaluate a displacement ductility. But a displacement in members is affected by various member characteristics, so it is hard to calculate a displacement exactly. In this study, a displacement ductility is calculated by calculating a yield displacement and an ultimate displacement through a moment-curvature relationship. The main variables examined are concrete strength, yield strength, steel ratio, spacing of confinement, axial force ratio and concrete ultimate strain. As results, as a concrete strength is increased, a ductility displacement is increased. But as yield strength, steel ratio, spacing of confinement and axial force ratio are increased, a displacement ductility is decreased. And a displacement ductility is necessary to calculate a response modification factor (R) of columns for seismic design, so it is appeared that it is important to calculate a displacement ductility more accurately.

구조물 변위 계측을 위한 GNSS 활용 연구

최준호,김대혁,임정현,강영종 한국방재학회 2012 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.11 No.-

고층 빌딩, 초장대 교량과 같은 대형 구조물의 건설이 증가하고 있다. 이들 대형 구조물은 기존의 소규모 구조물보다 다양한 거동해석 기술이 필요하고 발생 변위 허용량이 cm단위 이상으로 대변위 발생이 가능하기 때문에 구조물 건전도 평가를 위한 지속적인 모니터링이 중요하다. 구조물의 건전도 모니터링을 위해서 다양한 계측 장비를 이용하고 있으며, 다양한 계측 장비 중 변위 계측을 위해서는 GNSS(Golbal Navigation Satellite System)를 이용한 계측이 주로 이루어지고 있다. GNSS의 경우 장비의 설치 및 유지관리가 매우 편리하다는 장점이 있으며, 계측 변위가 절대 좌표계로 측정 되므로 장비 재부팅시에도 동일한 기준 좌표를 사용하므로 기준점 초기화의 과정이 필요 없다는 장점이 있다. 하지만 GNSS의 경우 위성 신호를 관측하기 때문에 위성 전파방해에 따라 계측 오차가 발생하며 현재의 구조물의 변위 모니터링에 사용하는 GNSS기술은 최대 50Hz의 샘플링레이트와 변위 계측 정밀도가 최대 수평 10mm±1ppm, 수직 20mm±1ppm이므로 적용 가능한 구조물에 한계가 있다. 본 연구에서는 GNSS를 이용한 구조물 거동 계측 검증을 위해서 허용 발생 변위가 최대 15cm 이상이고 이동하중을 재하 할 수 있는 소규모 실험체를 제작하였다. 계측된 GNSS 관측 데이터의 신뢰도 및 기준국, 로버 거리에 따른 측정 영향성 분석을 통해 계측 신호의 이상 유무를 분석하였다. 이후 다양한 계측 변위 조건을 위해서 이동하중 속도, 하중 크기를 변화시켜 GNSS변위와 LVDT변위를 비교하여 GNSS 변위 계측 정밀도 분석 연구를 수행하였다. 또한 실험모델의 계측 변위와 FEM해석 결과의 변위를 비교함으로써 GNSS로 계측된 변위를 이용한 해석 모델 적용에 대한 연구를 수행하였다. GNSS 변위를 검증한 결과 FEM 해석 결과와 잘 일치하는 것으로 분석되었으며, 대변위가 발생할수록 GNSS의 계측 정밀도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 이를 통해 구조물 건전도 평가를 위한 GNSS 활용을 검증하였다.

계측치와 변위함수에 의한 시공 중인 터널의 최종변위 예측

김치환(Kim Cheehwan) 한국암반공학회 2010 터널과지하공간 Vol.20 No.6

터널시공 중 터널 완공 후에 발생할 최종변위를 미리 예측하는 것은 터널의 역학적 안정성을 평가하는데 중요하다. 시공 중인 터널에서 계측한 천단 및 내공변위와 변위함수를 이용하여 터널을 시공 완료하였을 때 발생할 터널의 최종변위를 예측하였다. 연구대상 터널은 상반과 하반으로 나누어 시공하였고 터널상반 시공중 설치한 계측핀을 이용하여 하반막장이 이 계측핀을 통과할 때 발생한 초기변위를 계측할 수 있었다. 터널하반 시공 중 계측한 변위를 이용하여 하반굴착에 따른 변위 증가량을 변위함수로 예측한 결과 터널시공 완료 후 계측한 증가량과 거의 같았다. It is important to forecast the final deformation of a tunnel during construction for evaluating its mechanical stability. In this study, the final deformation of a tunnel is forecasted by fitting tunnel deformations measured while excavating to a displacement function and exterpolating it. The tunnel for the study was built in two stages divided into an upper and a lower part. During the lower part construction of the tunnel, the displacement function forecasts the final incremental displacement well compared to the increment measured after completion of the tunnel. It is because the critical initial displacement occurred on passing the measurement pins can be adequately measured during excavating the lower part, which can not be measured during the upper part excavation of the tunnel.

영상기반 동적변위계측 시스템의 신뢰성 검증실험

신승훈,신경재,김홍진 한국풍공학회 2017 한국풍공학회지 Vol.21 No.3

본 연구에서는 보다 넓은 범위에서 영상기반 변위계측 시스템의 동특성 추정 신뢰성을 확보하기 위해 Shaking Table을 이용해 넓은 대역의 진동수와 진동수별 다양한 진폭에 대한 Sine Wave 동적실험을 실시하였다. 영상기반 변위계측을 위해 DDVS(Dynamic Displacement Vision System) 기법을 활용하였으며, DDVS 기법을 통해 구한 동적변위는 기존의 접촉·비접촉식 센서인 LVDT(Wire Type, Pole Type)과 LDS의 변위계측 결과와 비교하여 그 오차를 분석하였다. 구해진 동적변위를 FFT하여 진동수 영역에서의 정확도 비교도 함께 수행하였다. 4가지 타입의 계측센서 모두 동적변위계측 결과 최대 변위 도달 및 주기 운동 계측에 있어 대체적으로 유사한 결과를 나타냈으며, 특히 영상기반의 DDVS 기법과 LDS를 통한 계측 결과는 높은 상호 일치성을 보였다. LDS와의 비교를 통한 오차분석 결과, DDVS 기법에 의한 동적변위 계측의 정확도는 계측 대상의 진동수에 영향을 받는다고 판단되었다. 동일 가진 진동수 내에서 가해준 변위 변화에 의한 오차는 미미하였으나, 동일 발생 변위에서는 가진 진동수가 커질수록 오차 값이 증가하였다. 기존 센서인 LVDT 경우, 발생 변위가 작을 때 상대적으로 큰 오차를 나타냈으며, 이를 통해 진동계측과 같은 작은 동적변위의 계측에 한계가 존재한다고 판단된다. Shaking table test for reliability analysis of vision-based dynamic displacement measurement system was performed through excitation of sine wave for various frequency and displacement range. DDVS(Dynamic Displacement Vision System) method was used for the vision-based dynamic displacement measurement system and the method was verified by comparing with measurement results of LDS, Wire-type LVDT and Pole-type LVDT, which are conventional contact·non-contact displacement sensors. Comparison of accuracy in frequency domain, also, was performed through FFT. The results of dynamic displacement measurement through all type of sensors showed high similarity, especially between DDVS method and LDS. In result of error analysis, it showed that an accuracy of DDVS method was affected by frequency. When generating same displacement, an error of DDVS method was getting bigger as more high excitation frequency was input. The LVDT showed high error regardless of frequency when displacement from excitation was small, so it is considered that LVDT isn’t suitable for dynamic displacement measurement.

모드분해기법을 이용한 동적 변형률신호로부터 변위응답추정

장성진(Chang Sung-Jin),김남식(Kim Nam-Sik) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.4A

본 연구에서는 모드분해기법을 이용한 변형률신호로부터 변위응답추정 방법을 개발하였다. 일반적으로 교량의 안정성평가는 완공 후에 초점이 맞추어져 있다. 하지만 가설 중에도 풍하중과 지진하중과 같은 동적하중에 노출되어 있으며, 이런 동적하중에 대한 안정성을 검토하기 위해 교량의 안정성 평가에 있어 중요한 인자인 변위를 추정하는 것이 중요하다. 그러나 건설현장에서의 적절한 변위측정 방법의 부재로 인하여 대형구조물의 전체적인 변위를 측정할 수 없는 것이 현실이다. 본 연구에서는 간접적으로 변위를 추정하는 방법인 변형률로 변위를 추정하는 방법을 제시하였으며, 광섬유 브래그 격자 센서(fiber optic Bragg-grating sensor)를 사용하여 변형률을 계측하였다. 기존에도 FBG센서를 이용한 변위추정 방법이 있었으며 기존의 방법으로는 정적하중에 대한 변위추정은 가능하였으나 고차 모드의 변형률신호와 노이즈의 영향 때문에 동적하중에 대한 변위추정은 많은 오차가 발생하여 정확한 변위추정이 어려웠다. 이런 오차를 줄이는 방법으로 모드분해기법을 사용하였다. 모드분해기법은 변형률신호로부터 proper orthogonal decomposition(POD)을 이용하여 추정한 모드 형상과 empirical mode decomposition(EMD)을 이용하여 모드 분해한 변형률신호로 모드별 변위응답을 추정하고, 구조물의 주요 모드에 대한 변위응답을 합하여 전체변위응답을 추정하는 방법이다. 제안한 모드분해기법을 검증하기 위해 실내모형실험을 수행하였다. In this study, a method predicting the displacement response of structures from the measured dynamic strain signal is proposed by using mode decomposition technique. Evaluation of bridge stability is normally focused on the bridge completed. However, dynamic loadings including wind and seismic loadings could be exerted to the bridge under construction. In order to examine the bridge stability against these dynamic loadings, the prediction of displacement response is very important to evaluate bridge stability. Because it may be not easy for the displacement response to be acquired directly on site, an indirect method to predict the displacement response is needed. Thus, as an alternative for predicting the displacement response indirectly, the conversion of the measured strain signal into the displacement response is suggested, while the measured strain signal can be obtained using fiber optic Bragg-grating (FBG) sensors. As previous studies on the prediction of displacement response by using the FBG sensors, the static displacement has been mainly predicted. For predicting the dynamic displacement, it has been known that the measured strain signal includes higher modes and then the predicted dynamic displacement can be inherently contaminated by broad-band noises. To overcome such problem, a mode decomposition technique was used. Mode decomposition technique estimates the displacement response of each mode with mode shape estimated to use POD from strain signal and with the measured strain signal decomposed into mode by EMD. This is a method estimating the total displacement response combined with the each displacement response about the major mode of the structure. In order to examine the mode decomposition technique suggested in this study model experiment was performed.

저심도 터널의 천단침하 및 내공변위의 초기변위속도와 최종변위의 관계

김치환(Kim Cheehwan) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.2

터널 시공 중 천단침하와 내공변위를 측정하는 것이 일반화되어 있다. 터널 시공 중 계측기를 설치한 후 첫 번째로 측정한 천단침하와 내공변위의 1일간 변위량을 각각 초기천단침하속도와 초기내공변위속도로 또 마지막으로 계측한 천단침하와 내공변위를 각각 최종천단침하와 최종내공변위로 정의하고 계측한 최종변위와 초기변위속도의 관계를 분석하였다. 이를 위한 분석용 자료는 서울지하철 906공구에서 터널 시공 중 계측한 것이다. 이 터널의 폭과 높이는 각각 약 11.5 m, 10 m이며 지표에서 터널천단까지의 깊이는 약 10-20 m의 저심도 터널이다. 또 터널이 시공된 지층은 풍화토 또는 풍화암으로 연약한 지반이다. 터널은 상하반으로 나누어 시공되었고 길이는 1,820 m이다. 이번 분석에 이용한 계측치는 터널 상하반 시공 중에 얻은 것으로 천단침하계측 결과가 184개, 내공변위계측 결과는 258개이다. 분석결과 풍화토의 터널에서 초기변위속도와 최종변위가 상대적으로 큰 경향이 있었다. It is generalized to measure the arch settlement and convergence during tunnel construction for monitoring its mechanical stability. The initial convergence rate a day is defined from the first convergence measurement and the final convergence defined as the convergence measured lastly. The initial and the final tunnel arch settlement are defined like the preceding convergence. In the study, the relations between the initial and final displacements of a shallow tunnel are analyzed. The measurements were performed in the tunnel of subway 906 construction site in Seoul. The overburden is 10-20 m and the tunnel goes through weathered soil/rock. The width and height of the tunnel are about 11.5 m, 10m, respectively. So this is a shallow tunnel in weak rock. The length of tunnel is about 1,820 m and the tunnel was constructed in 2 stages, dividing upper and lower half. The numbers of measurement locations of arch settlement and convergence are 184 and 258, respectively. As a result, the initial displacement rate and the final displacement are comparatively larger in the section of weathered soil.