소형선형 평면뼈대모형의 진동대실험을 통한 하이브리드실험 기법의 검증

조성민,최인규 정대성,김철영 한국지진공학회 2010 한국지진공학회논문집 Vol.14 No.6

본 논문은 지진에 의한 구조물의 거동을 평가하기 위한 실험방법 중 최근 국내에 도입되어 연구되고 있는 하이브리드실험에 대한 시스템을 구축하고, 그에 따른 모델개발과 하이브리드실험을 실시하여 하이브리드실험기법의 타당성과 정확도를 평가하기 위함이다. 이를 위해 NEESgrid의 미니모스트 시스템을 벤치마킹하여 여건에 맞게 수정, 보완하였으며 2차원 평면뼈대모형을 개발하여 실험에 적용하였다. 그리고 하이브리드실험 결과의 평가를 위해 국내에서는 거의 시도되지 않았던 진동대실험과 비교를 함으로써 결과의 신뢰도를 높였다. 진동대실험에는 하이브리드실험과 동일한 크기의 실물모형을 제작, 실험하여 크기효과의 영향을 최소화하였다. 두 실험의 결과는 거의 비슷한 것으로 나타나 하이브리드실험이 진동대실험을 대체할 수 있을 것으로 판단된다. This paper deals with the hybrid structural test technique which has been introduced and studied currently in Korea. In this study, a Mini-MOST system which was developed as a part of NEES research was modified and improved to reduce the total simulation time to half of the original system. Using the proposed system together with the 2 dimensional small steel frame specimen, the validity and efficiency of the hybrid test technique is investigated. Even though the hybrid test has been developed as an alternative to the shaking table test and has been studied and applied for a long time in several countries, no attempt has been made to compare it directly with the shaking table test. Therefore, in this study, the hybrid test results are compared with those of the shaking table test as well as with a numerical simulation for the verification of hybrid test. From the comparison and analysis of the test results, it is concluded that the hybrid test can simulate the actual seismic behavior of structural systems very accurately and it can be a good alternative to the shaking table test.

기초격리된 구조물의 내진성능평가를 위한 실험기법

윤정방,정우정,김남식,김두훈 한국지진공학회 1997 한국지진공학회논문집 Vol.1 No.4

본 연구에서는 다양한 입력지진에 대해서 기초격리된 구조물의 내진성능 평가를 위해서 진동대실험과 유사동적실험을 수행하였다. 본 논문의 목적은 다음과 같다. 하나는 진동대실험을 통하여 강한 지진의 발생시 저층의 구조물에 대한 기초격리시스템의 내진성능을 평가하는 것이고 다음으로는 진동대실험결과와 비교하여 기초격리시스템에 대한 유사동적실험기법의 적용성 및 신뢰성을 증명하는 것이다. 진동대실험은 적층고무받침을 이용하여 기초격리된 1/4 축소모형의 3층 철골구조물의 대상으로 하였다. 유사동적실험에서는 부분구조기법을 사용하여 단지 기초격리시스템만을 대상으로 실험되며 전체구조물의 지진응답은 컴퓨터 내에서 직접적분을 이용하여 계산된다. 진동대실험결과와 비교할 때 부분구조기법을 사용한 유사동적실험은 기초격리된 구조물의 동적응답 평가에 매우 효과적임을 알 수 있었다. 또한 대부분의 하중하에서 기초격리장치가 사용된 구조물의 경우에는 지진응답이 현저히 감소하는 것을 알 수 있었으나, 장주기파의 성분이 강한 지반운동에 대해서는 감소의 폭이 크지 않았다. 그러나 여러 지반조건에 대하여 UBC 시방서에서 규정한 설계하중에 대하여는 진동감소효과가 우수함을 보인다. This paper describes a series of shaking table and pseudodynamic tests for evaluation of seismic performance of base-isolated structures subjected to various seismic earthquake inputs. The main objectives of this study are : (1) evaluation of the effectiveness of base-isolation systems for low-rise structures against severe seismic loads through shaking table tests, (2) verification of the substructuring pseudodynamic test method for the base-isolated structures in comparison with the shaking table test results. In the shaking table test, a quarter scaled three-story structure base-isolated by laminated rubber bearings is tested. In the pseudodynamic test, only the laminated rubber bearing s are tested using the substructuring technique, while the concurrent seismic responses of the superstructure are computed using on-line numerical integration. Comparison with the shaking table test results indicates that the substructuring pseudodynamic test method is very effective for determining the dynamic responses of the base-isolated structure.

실시간 하이브리드 진동대 실험법을 이용한 TLD 제어성능의 실험적 검증

이성경,박은천,이상현,정란,우성식,민경원,Lee, Sung-Kyung,Park, Eun-Churn,Lee, Sang-Hyun,Chun, Lan,Woo, Sung-Sik,Min, Kyung-Won 한국전산구조공학회 2006 한국전산구조공학회논문집 Vol.19 No.4

본 논문에서는, 동조액체감쇠기(이하 TLD)만을 실험적 부분구조로 이용하여 TLD가 설치된 건축구조물의 지진 응답 제어효과를 평가하기 위한 실시간 하이브리드 실험법을 제안하고 진동대 실험을 통해 실험적으로 규명한다. 제안된 실험법에서, TLD가 설치된 전체구조물은 상부의 TLD와 하부의 구조물 부분으로 각각 실험적 그리고 수치해석적 부분구조로 나누어진다. 이때 부분구조 사이의 경계면에서 작용하는 하중 또는, TLD에 의한 제어력은 진동대에 설치된 전단형 로드셀에 의해 계측되며 진동대는, 계측된 경계면에서의 제어력이 상부에 작용하고 또한 동시에 기초에 지진하중이 작용하는 수치해석적 부분구조로부터 계산된 응답으로, 상부에 설치된 TLD를 가진하게 된다. 제안된 실험법에 의한 결과와 TLD와 건물모델 모두를 제작하여 실험하는 기존의 방법에 의한 실험 결과들은 서로 잘 일치하며, 이로써 본 논문에서 제안된 실험법을 이용하여 TLD의 제어성능을 손쉽게 평가 할 수 있음을 알 수 있다. In this paper, an experimental real-time hybrid method, which implements the earthquake response control of a building structure with a TLD(Tuned Liquid Damper) by using only a TLD as an experimental part, is proposed and is experimentally verified through a shaking table test. In the proposed methodology, the whole building structure with a TLD is divided into the upper TLD and the lower structural parts as experimental and numerical substructures, respectively. The control force acting between their interface is measured with a shear-type load-cell which is mounted on the shaking table. The shaking table vibrates the upper experimental TLD with the response calculated from the numerical substructure, which is subjected to the excitations of the measured interface control force at its top story and an earthquake input at its base. The experimental results show that the conventional method, in which both a TLD and a building structure model are physically manufactured and are tested, can be replaced by the proposed methodology with a simple experimental installation and a good accuracy for evaluating the control performance of a TLD.

변형률비와 시간상사비의 연관성을 고려한 철근콘크리트 기둥의 진동대를 이용한 축소모형실험

박자민(Jamin Park),조재열(Jae-Yeol Cho) 한국철도학회 2017 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2017 No.05

철근콘크리트 구조물의 동적축소모형실험에서 콘크리트의 비선형성 및 서로 다른 두 재료의 재료상사적인 특성 차이에서 기인하여 변형률비가 계속적으로 변동하게 된다. 변형률비는 시간상사비와 연관되어 있으므로 이 값이 변동함에 따른 모형 실험에서의 가진파의 시간 특성을 적절히 조절해 주어야 하나 많은 경우 이러한 특성이 제대로 고려되지 않고 실험이 수행되고 있다. 본 연구에서는 먼저 변형률비의 변동에 따른 모형 가진파의 시간성분을 보정하는 방법을 제시하고 이의 검증을 위하여 실구조물 및 축소모형에 대한 축소모형실험을 수행하였다. 이를 통해 개발된 방법의 실구조물 응답에 대한 예측정확성을 확인하고 실험 시 변형률비 변동의 고려여부에 대한 중요성을 평가하였다. In a dynamic scaled model test of RC column, from nonlinear material characteristics of concrete and difference between material similitude conditions for steel and concrete, strain ratio which denotes scale factor of strain becomes not constant but variable. Strain ratio is related to scale factor of time indicating the time of input ground acceleration for model tests should be different to that for prototype tests when variation of strain ratio is occurred. However many researches on dynamic test using RC model have not considered this similitude requirements. In this study, shaking table tests using RC scaled model considering the variation of strain ratio were conducted. The accuracy of prediction by developed method and the necessity of consideration of variable strain ratio was discussed and evaluated.

고정반복법에 의한 암시적 HHT 시간적분법을 이용한 철근콘크리트 골조구조물의 실시간 하이브리드실험

강대흥,김성일 한국지진공학회 2011 한국지진공학회논문집 Vol.15 No.5

고정반복법에 의한 암시적 HHT 시간적분법을 이용하여 3층 3경간 철근콘크리트 골조구조물을 수치해석모형과 물리적 분구조모형으로 나누어 실시간 하이브리드실험을 실시하였다. 물리적 부분구조모형으로는 1층 내부 비연성기둥 1개소가 선택되었고, 수치해석모형에 일축 방향의 지진하중을 시편이 심한 손상에 의하여 파괴에 이를 때까지 작용시켰다. 비선형 유한요소해석 프로그램인 Mercury가 실시간 하이브리드실험을 위하여 새로이 개발 및 적용되었다. 실험결과는 물리적 부분구조모형의 상부 수평방향 층간변위비를 OpenSees에 의한 수치해석시뮬레이션과 진동대실험의 그것과 비교하였다. 본 실험은 가장 복잡한 실시간 하이브리드실험 중의 하나이고, 하드웨어, 알고리즘 그리고 모형에 대한 기술적인 내용을 본 논문에 자세히 설명하였다. 수치해석모형의 개선, 물리적 부분구조 모형 접선강성행렬의 유한요소해석 프로그램에서의 평가 그리고 하중기반 보-요소의 요소상태결정의 연산시간을 줄이기 위한 소프트웨어의 개선이 이루어진다면 실시간 하이브리드실험과 진동대실험결과의 비교는 권장할 만하다. 그리고 "지진과 같은 동적하중하의 복잡한 구조물의 수치해석시뮬레이션"이라는 목적을 위하여 실시간 하이브리드실험은 동적하중에 대한 실험적 검증을 점진적으로 수치해석모형으로 대체하기 위한 저비용-고효율 실험법으로서의 가치를 충분히 가지고 있다고 할 수 있다. A real-time hybrid test of a 3 story-3 bay reinforced concrete frame which is divided into numerical and physical substructure models under uniaxial earthquake excitation was run using a fixed iteration implicit HHT time integration method. The first story inner non-ductile column was selected as the physical substructure model, and uniaxial earthquake excitation was applied to the numerical model until the specimen failed due to severe damage. A finite-element analysis program, Mercury, was newly developed and optimized for a real-time hybrid test. The drift ratio based on the top horizontal displacement of the physical substructure model was compared with the result of a numerical simulation by OpenSees and the result of a shaking table test. The experiment in this paper is one of the most complex real-time hybrid tests, and the description of the hardware, algorithm and models is presented in detail. If there is an improvement in the numerical model, the evaluation of the tangent stiffness matrix of the physical substructure model in the finite element analysis program and better software to reduce the computational time of the element state determination for the force-based beam-column element, then the comparison with the results of the real-time hybrid test and the shaking table test deserves to make a recommendation. In addition, for the goal of a "Numerical simulation of the complex structures under dynamic loading", the real time hybrid test has enough merit as an alternative to dynamic experiments of large and complex structures.

2층 조적조 건물의 내진성능 평가를 위한 진동대 실험

이유진,이정한,오상훈,이상호 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

최근 전 세계적으로 지진의 발생 횟수가 증가하고 그 규모도 대형화 되면서 우리나라에서도 대형지진발생 가능성이 제기되고 있다. 우리나라 저층 구조물의 50% 이상을 차지하는 비보강 조적조 건축물은 노후화되었고 내진설계가 적용되지 않았을 뿐만 아니라 구조형식 자체가 중력저항형식으로 지진하중에 매우 취약한 구조이기 때문이다. 지진이 발생할 경우, 조적조 건축물의 붕괴로 인하여 막대한 인명피해 및 재산피해가 발생할 것으로 예상된다. 따라서, 본 연구에서는 실물크기의 2층 조적조 건물을 대상으로 선행연구1)에서 제안된 내진보강공법의 적용유무에 따른 진동대 실험을 수행하여 비보강 및 내진보강 조적조 건물의 거동 및 파괴형상과 제안된 내진보강방법의 내진성능을 평가하는 것을 본 연구의 주된 목적으로 한다. 실험체는 실대형 조적조 건물을 진동대의 크기 및 용량을 고려하여 2층으로 계획하였고, 4면의 벽체에 대하여 벽체의 크기, 개구부의 유무, 개구부의 크기 및 위치를 변수로 하여 제작하였다. 내진보강 실험체는 선행연구1)에서 제안된 바와 같이 지진 취약부 및 면외방향으로 메탈라스 및 강판 띠를 설치하여 내진보강 하여 제작하였다. 지진파는 El-Centro NS파(1940년, PGA=350gal)로 최대가속도를 기준으로 실험체의 파괴모드를 고려하여 스케일을 증가시키면서 가진하였다. 비내진보강 실험체는 개구부 전단균열, 바닥슬래브-벽체 접합부파괴가 주된 파괴형태로 나타났으며, 가진스케일 증가에 따라 균열이 확장되며 최종파괴에 이르렀다. 내진보강 실험체는 지진취약부 집중보강으로 인해 개구부 전단균열은 미미하였고, 가진스케일의 증가에 따라 실험체 전체의 강체거동에 의해 바닥슬래브-벽체의 파괴에 의해 실험이 종료되었다. 내진보강 실험체는 비내진 실험체에 비해서 변위응답이 2배이상 증가하여 연성능력이 향상되었고, 가속도 응답도 약 20%이상의 응답 저감효과를 보였다. 입력에너지 또한 비보강 실험체에 비해 4배 이상의 에너지 흡수능력을 보여 우수한 내진보강효과가 발휘된 것으로 나타났다.

동적 지반강성을 갖는 지반-구조물계의 실시간 하이브리드 진동대 실험

이성경,민경원,Lee, Sung-Kyung,Min, Kyung-Won 한국전산구조공학회 2007 한국전산구조공학회논문집 Vol.20 No.2

본 연구에서는 건물모델만을 물리적인 실험체로 이용하여 동적 지반강성을 갖는 지반-구조물계의 동적거동을 모사하기 위한 하이브리드 진동대 실험법을 제안하고 이를 실험적으로 검증하였다. 본 연구에서 제안되는 실험방법은 상부구조물과 진동대의 가속도를 계측하여 진동대 제어기로 피드백하고, 전체 지반-구조물계의 동적거동을 묘사하기 위해 요구되는 기초부분의 절대가속도 응답(가속도 피드백 방법) 또는 절대속도 응답(속도 피드백 방법)을 계산하여 진동대를 구동시키는 방법이다. 지반부분을 계산하기 위해서 이론적인 동적지반강성을 제안방법에 따라서 다르게 근사화하여 진동대 제어기에 반영함으로써 실험을 수행하였다. 기초 고정계 모델에 대한 실험으로부터 계측된 응답과 본 논문에서 가정한 지반-구조물 계에 대한 실험으로부터 측정된 응답을 비교하고, 진동대 제어기에 반영한 동적지반강성과 실험데이터를 이용하여 식별된 동적지반강성을 비교함으로써 본 논문에서 제안된 실험방법의 유효성을 검증하였다. This paper proposes the real-time hybrid shaking table testing methods to simulate the dynamic behavior of a soil-structure interaction system with dynamic soil stiffness by using only a structure model as the physical specimen and verifies their effectiveness for experimental implementation. Experimental methodologies proposed in this paper adopt such a way that absolute accelerations measured from the superstructure and shaking table are feedback to the shaking table controller, and then the shaking table is driven by the calculated motion of the absolute acceleration (acceleration feedback method) or the absolute velocity (velocity feedback method) of foundation that is required to simulate the dynamic behavior of a whole soil-structure interaction system. The shaking table test is implemented by reflecting the dynamic soil stiffness, which are differently approximated from the theoretical one depending on the feedback methods, on the shaking table controller to calculate soil part. The effectiveness of the proposed experimental methods is verified by comparing the response measured from the test on a foundation-fixed structural model and that obtained from the experiment of a soil-interaction system under the consideration in this paper and by matching the dynamic soil stiffness reflected on the shaking table controller with that identified using the experimentally measured data.

진동대실험을 통한 원추형 마찰진자베어링의 내진성능 평가

전법규(Bub-Gyu Jeon),장성진(Sung-Jin Chang),김남식(Nam-Sik Kim) 한국소음진동공학회 2011 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.4

Existing FPS(Friction Pendulum System) is isolation system which is possible to isolate structures by pendulum characteristic from ground vibration. Structural natural frequency could be decided by designing the radius of curvature of FPS. Thus, response vibration could be reduced by changing natural frequency of structures from FPS. But effective periods of recorded seismic wave were various and estimation of earthquake characteristic could be difficult. If effective periods of seismic wave correspond to natural frequency of structures with FPS, resonance can be occurred. Therefore, CFPBS(Cone-type Friction Pendulum Bearing System) was developed for controlling the response acceleration and displacement by the slope of friction surfaces. Structural natural frequency with CFPBS can be changed according to position of ball on the friction surface which was designed cone-type. Therefore, Divergence of response could be controlled by CFPBS which had constantly changing natural frequency with low modal participation factor in wide-range. In this study, Seismic performance of CFPBS was evaluated by numerical analysis and shaking table test.

진동대 실험을 이용한 게비온-식생토낭 옹벽 시스템의 동적주동토압 산정

김다빈(Da Been Kim),신은철(Eun Chul Shin),박정준(Jeong Jun Park) 한국지반환경공학회 2019 한국지반환경공학회논문집 Vol.20 No.12

본 연구에서는 게비온-식생토낭 옹벽에 대한 동적 특성을 평가하기 위해서 실대형 진동대 실험 시 토조 내부에 포설되는 흙과 식생토낭, 연결재, 게비온 등의 전단특성을 규명하고, 이 결과를 이용하여 실대형 진동대 실험을 수행하였다. 또한, 식생토낭 벽체의 기울기, 지반가속도 등의 실험조건으로 실대형 진동대 실험을 실시하여 가속도, 변위, 토압에 대한 게비온-식생토낭 옹벽시스템의 동적 특성을 분석하였다. 결과, 1:0.3 기울기에서는 지진가속도가 (0.154-0.44)gn 일 때, 동적주동토압의 작용점은 저면으로 부터 (0.376-0.377) H인 것으로 나타났다. 1:1 기울기에서는 (0.389-0.393)H으로 나타나 기울기가 완만할수록 동적주동토압의 작용점은 높은 것으로 나타났다. This study was conducted to characterize shearing strength of geotextile bag, connecting materials and gabion. A largescale shaking take tests were conducted to assess kinetic characteristics of gabion-geotextile bag retaining wall. Based on the results of large-scale shaking table test, dynamic characteristics of gabion-geotextile bag retaining wall structure against acceleration, displacement, and earth pressure were also analyzed. The increments of dynamic active earth pressure were determined to be (0.376-0.377) H at 1:0.3 slope and (0.154-0.44)gn earthquake acceleration, and (0.389-0.393) H at 1:1 slope, suggesting that the increments tend to rise as the slope decreases.

진동대 모형 실험에 의한 농업용 저수지의 내진안정성 평가

김명환 ( Myeonghwan Kim ),송창섭 ( Changsub Song ),안광국 ( Kwangkuk Ahn ),강홍식 ( Hongsig Kang ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

국내 대부분의 농업용 저수지 축조 당시 내진설계 기준이 없는 상태에서 설계되어 현재까지 농업용수를 공급하고 있지만, 최근 지진의 발생빈도가 높아져 노후된 상태의 농업용 저수지 안정성에 큰 위협을 받고 있는 상황이다. 또한, 토목기술의 발전으로 중요 구조물 하부 및 인접하여 통과하도록 축조하는 경향이 빈번하게 발생하고 있다. 본 연구에서는 저수지 제체부 하류에서 최대 10m 이상의 복선전철 철로선을 성토하여 철도가 통과함에 따라 시공된 철로 성토부가 저수지 제체의 안정성에 미치는 영향을 검토하기 위하여 진동대 모형 실험을 수행하였다. 진동대 모형 실험을 수행한 저수지는 1974년 축조된 것으로 내진설계가 되어 있지 않은 상태이므로 내진 안정평가는 댐 설계기준에서 제시하는 최소 기준 가속도 0.05g를 가진하여 수행하였다. 진동대 모형 실험은 철로선 성토 전과 후를 비교하였으며, 가속도 변화와 제방사면부와 제방상부에서의 수직변위를 측정하여 제체의 안정성을 평가하였다. 모형실험 결과 가속도 변화는 성토 전보다 성토 후에 증가하는 것으로 나타났으며, 단주기 지진파보다는 장주기 지진파를 가진하는 경우 더 많이 증가하는 것으로 나타났다. 장주기 지진파 가진 시 가속도 변화는 제방사면부에서는 18.2%, 제방상부에서는 27.3% 증가하는 것으로 나타났다. 수직변위는 성토 전보다 성토 후 증가하는 것으로 나타났으며, 단주기 지진파 보다는 장주기 지진파 가진시 제방사면부에서 66.7%, 제방상부에서 500.0% 증가하는 것으로 나타났다. 진동대모형 실험으로 발생한 최대 수직 변위 4.2㎜는 「기존댐의 내진성능 평가 및 향상요령」에서 제시하는 허용변위량(제체 높이의 1%, 220㎜)를 만족하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 저수지 제체를 횡단하는 철도 성토부에 대한 영향을 댐 내진설계 최소 기준을 적용하여 평가하였지만, 설계지역 기반암 가속도 특성을 조사하여 최대 지진하중에 의한 안정성과 철도 공용시 작용하는 하중의 고려가 추가적으로 필요할 것으로 사료된다.