철도터널과 인접한 흙막이 가시설의 진동 수준을 고려한 열차진동 평가방법의 적정성 평가

우동희,이영진,송용재,이강일 한국지반환경공학회 2023 한국지반환경공학회논문집 Vol.24 No.10

최근 도심지를 중심으로 개발사업이 증가함에 따라 도시철도 운행구간 인접지역에서 건축 구조물의 시공이 증가하고 있다. 이러한 경우 운행 중인 열차에 의해 지반진동이 발생하여 인접 구조물에 영향을 미치므로 건축 구조물은 설계단계부터 인접한 위치에서 발생하는 열차진동에 대한 적절한 방진대책이 필요하다. 그러나, 열차진동 평가방법에 따라 산정된 진동 수준은 서로 상이하며, 이는 열차진동 평가방법별로 방진대책 실시여부가 달라질 수 있음을 의미한다. 따라서, 본 연구는 수치해석과 열차진동 평가방법을 이용하여 지반조건, 터널깊이, 가진원과 인접 구조물 간의 이격거리에 따른 진동 수준을 산정하고, 이를 설계사례와 비교하여 적용성이 높은 열차진동 평가방법을 제시하였다. 그리고, 진동 수준과 허용규제기준과의 비교를 통해 터널과 인접 구조물 간 적정 이격거리를 평가하였다. 연구결과, 열차진동 평가방법 중 Ungar and Bender 평가방법이 가장 적정성이 높은 것으로 평가되었으며, 터널과 인접 구조물 간의 적정 이격거리는 4.5D 이상인 것으로 평가되었다. With the recent increase in development projects centered on urban areas, the construction of building structures is increasing in areas adjacent to the urban railway operation section. In this case, since ground vibration is generated by the train in operation and affects the adjacent structure, the building structure needs appropriate vibration reduction against train vibration generated at the adjacent location from the desing phase. However, the vibration levels calculated vary depending on the train vibration evaluation method, which means that the implementation of vibration reduction may vary depending on the train vibration evaluation method. Therefore, this study calculated the vibration level according to ground conditions, tunnel depth and separation distance between vibration sources and adjacent structures using numerical analysis and train vibration evaluation methods, and compared them to designning phase. And the appropriate separation distance between the tunnel and the adjacent structure was evaluated by comparing the vibration level with the allowable standards. As a result of the study, the Ungar and Bender evaluation method is evaluated as the most appropriate among the train vibration evaluation methods, and the appropriate separation distance between the tunnel and the adjacent structure is evaluated to be more than 4.5D.

촉감향상을 위한 진동모터의 진동패턴 설계방법론 구축에 대한 연구

김성민(Sungmin Kim),이수홍(Soo-Hong Lee) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.3

본 연구에서는 진동모터의 진동패턴을 설계하고 평가하는 시스템을 제안하여 촉감을 통해 더욱 풍부한 정보를 습득할 수 있는 방법을 제안하였다. 시스템은 진동패턴을 설계하고 평가할 수 있는 컴퓨터 프로그램과 진동패턴을 촉감으로 확인할 수 있는 진동촉감 제시장치로 구성된다. 프로그램에서는 설계자가 진동패턴을 직관적으로 설계할 수 있는 시각적 설계도구와 재생기능을 제공하며 설계된 진동패턴의 재생을 통해 평가자가 진동패턴이 어떠한 기능을 나타내고 있는지 선택할 수 있는 평가기능을 제공한다. 진동촉감제시장치는 프로그램으로부터 전송된 진동패턴 정보를 진동모터로 구동시켜 설계결과를 실제 촉감으로 확인 할 수 있는 기능을 제공한다. 개발한 시스템을 통해 스마트폰과 자동차 오디오에서 대표적으로 사용되는 기능들에 대한 진동패턴 설계 및 평가를 진행하여 평가정보가 설계에 피드백 되는 방법과 높은 평가채택률을 획득한 진동패턴들을 분석하여 진동패턴 설계 지침을 제시하였다. As haptic devices become increasingly important in various product fields, it becomes essential to design effective vibration patterns for better tactile sensitivities. Despite this trend, standardization in the design of vibration patterns has not been well established, which causes developers to neglect the effects of haptics while programming or developing products. To provide better tactile sensitivity, the present study introduces a vibration pattern design system and proposes guidelines for designing vibration patterns. This system consists of two modules: (1) a graphical pattern design and evaluation program and (2) a vibro-tactile display device for prototyping the designed vibration patterns.

웨브 중공형 합성보의 구조성능 및 진동영향 평가를 위한 실험연구

이경훈 대한건축학회지회연합회 2016 대한건축학회연합논문집 Vol.18 No.6

본 연구에서는 웨브 중공형 합성보의 구조성능을 평가하기 위하여 5개의 16m 실험체에 대한 등분포하중 재하실험을 실시하였다. 또한, 장스팬 합성보로 구축된 합성바닥의 진동영향을 측정하기 위하여 21.75m x 14.4m의 실물크기 실험체를 제작하여 3가지 진동원을 이용한 진동실험을 수행하였다. 3가지 진동원은 70kg 중량의 1인 보행, 6kg 모래주머니 낙하 및 임펄스해머에 의한 충격이다. 구조실험 결과를 살펴보면, 설계하중에 대한 실험체의 휨 성능비()는 Solid Web Section의 경우 54.6%, Open Web Section의 경우 65.8%로 나타났으며, 중앙부 최대 처짐은 22.5∼26.5mm로 측정되었다. 설계조건에 따라 합성보의 유효 폭을 3.9m로 가정할 경우 소성단계에서는 중립축(Plastic Neutral Axis)이 슬래브 단면 내에 위치하므로 강재의 국부좌굴 없이 충분한 연성능력을 확보할 것으로 판단된다. 웨브 중공형 합성보를 이용한 합성 바닥구조의 진동해석 및 실험결과를 살펴보면, 보의 진동수는 각각 3.15Hz 및 4.35Hz로 나타났으며, 슬래브 진동수는 22.41㎐와 27.02Hz로 나타났다. 또한, 반진 폭은 14.15㎛로 국내, 유럽 및 일본의 진동 허용기준을 만족하고 있는 것으로 나타났으며, 진동 가속도는 50.46㏈로 국내 진동규제기준인 65㏈ 미만으로 만족하는 것으로 나타났다. In this study, distributed loading tests were conducted to estimate structural capacities of five 16.0m long web opened hybrid beam specimens. And also vibration test of a hybrid slab system specimen with web opened hybrid beam was operated with three different vibrating methods such as, impulse hammer, free drop of a 6kg sand bag and a 70kg person walking. As a results, the flexural capacity ratio() of solid and open web section were 54.6% and 65.8% and the maximum displacement at mid-span of specimens were investigated 22.5mm and 26.5mm, respectively. Consequently, the web opened hybrid beam specimens have a sufficient ductile ability without any partial buckling of steel section because the P.N.A(Plastic Neutral Axis) was located in the slab section. As a vibration test results, analytic and experimental natural frequencies of hybrid beams were 3.15Hz and 4.35Hz and those of a concrete slab were 22.41Hz and 27.02Hz, respectively. Finally, the vibrate acceleration of the hybrid slab was estimated 50.46dB which was lower than the vibration acceleration limit(65.0dB) in Korea.

고유진동수를 활용한 건축구조물 안전성 평가 방안

김진선,김혜원,이정한,박병철 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

최근 전 세계적으로 대규모 지진피해가 연이어 발생함에 따라 지진재해에 대한 국가적인 대책을 마련하기 위해 미국과 일본을 중심으로 한 선진국들에서는 지진가속도 계측 및 활용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 광범위하게 설치된 지진가속도 계측기를 통해 지진 발생원리 및 피해분석 등 각 분야에서 활용하고 있으며 웹서비스를 통해 정보를 제공하고 있다. 한편 국내에는 지진가속도 계측자료의 정보가공 및 제공방법이 확립되지 않았으며 일부 기관에서 안전관리를 위한 지진가속도 모니터링을 실시하고 있으나 이 또한 단순한 계측 수준에 불과하다. 또한 국내·외적으로 가속도신호 계측을 이용한 건축물 안전성 평가 연구가 진행되고 있으나 실용화 단계에 이르지 못하고 있기 때문에 향후 대책 마련을 위해 지진 데이터 축적 및 안전성 평가 방안을 마련하기 위한 연구가 필요하다. 본 연구는 지진가속도 계측기 설치 사업을 통해 계측된 지진가속도 응답신호를 활용하여 건축물의 안전성을 평가하기 위한 연구의 일환으로 구조물의 손상에 따른 동특성 변화를 분석하고자 한다. 이를 위한 방법으로 해외사례 분석 및 기존 실험결과를 바탕으로 구조물 손상과 고유진동수와의 상관관계에 따른 안전성 평가 방안을 분석하고자 한다. 지진 발생이 많은 미국과 일본에서는 건축물에서 계측된 정보를 제공하고 있으며 이를 통해 지진 발생시 건물의 동특성 변화를 알 수 있다. 본 연구에서는 지진이 계측된 관측소의 데이터를 이용하여 지진의 크기 및 건물 손상에 따른 고유진동수 변화를 분석하였다. 또한 국립방재연구원에서 수행한 조적조와 목조 구조물의 벽체 정적실험을 통해 각각의 부재에 대한 파괴패턴과 강성저하에 따른 고유진동수 변화를 분석하였다. 실험 방법은 각 하중 스텝에 따라 고유진동수 변화를 측정하였다. 조적벽체의 경우 전단파괴에 의한 강성저하로 고유진동수가 감소하는 것으로 나타났으며 목조벽체의 경우 흙벽 탈락에 따른 강성 저하와 프레임 접합부 강성 저하에 의한 고유진동수가 감소하는 것으로 나타났다. 건축구조물의 진동계측 결과를 이용하여 향후 지진 발생시 안전성 평가를 수행할 수 있을 것으로 사료된다.

진동대 실험을 통한 수평진동 체감도 평가

조강표,정승환,정명채,조수연 한국풍공학회 2007 한국풍공학회지 Vol.11 No.1

본 논문에서는 진동대 실험을 통한 수평진동에 대한 체감도를 평가하고자 한다. 먼저 국외선행연구를 조사하여, 실험의 적절한 방향을 모색하였다. 실험은 1차원 수평 진동대를 사용하고, 무빙룸은 우리가 생활하고 있는 공간과 유사하게 설계 및 제작하였다. 실험평가방법은 피험자를 40명 모집하여, 8명씩 5개조로 나누어 주파수 0.2Hz~1.2Hz 범위에서 가속도를 증가시켜 체감도에 대해 평가하였다. 수평진동 실험으로 얻어진 체감도 누적분포를 0~20%, 21~40%, 41~60%, 61~80%, 81~100%로 나누어 추세선을 그려서 성능평가곡선을 작성하였다. 또 국외 사용성 평가기준에 반영된 설문지를 바탕으로 실험에 적합한 설문지를 제작하여, 진동에 대한 피험자들의 느낌을 조사하였다. 실험결과를 주파수에 따른 지각임계가속도로 평가하였다. 그리고, 인간의 수평진동지각에 대해 감각적요소 즉 시각적, 청각적요소가 얼만큼 영향을 주는지 정량적으로 평가하였다. In this paper, threshold of motion perception for horizontal vibration was estimated by one-dimensional shaking table. After investigating preceding studies in foreign countries, a suitable course of experiments was organized. We used one-dimensional shaking table for horizontal vibration tests, and a vibration house made similar to a living space was made. Experimental results were recorded by increasing acceleration in the range of 0.2Hz through 1.2Hz of frequency after organized into five experimental groups, each of which was composed of eight persons. We obtained performance curves by dividing the distribution of perception from horizontal vibration tests into the range of 0~20%, 21~40%, 41~60%, 61~80%, 81~100% and then fitting curves. Also we made questionnaire based on human comfort criteria of foreign countries, and examined the feeling of subjects. From the results of horizontal vibration tests, it was found that acceleration of perception was low when frequency was high, and that visual and auditory senses affects the human perception for horizontal vibration.

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.

바닥 진동 거동 및 충격원 특성을 고려한 바닥 중량 충격음 평가방법 고찰

이민정,최현기 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.4

표준 중량 충격원의 실제 충격원 재현성에 대한 논란이 있음에도 현재 기준에서는 뱅머신 방식만 사용하고 있다. 현행 기준의 평가 방법 및 등급 기준이 충격원 특성을 고려하지 못하고 있어 충격원의 선택에 따라 바닥충격음 차단 성능 등급에 차이가 발생하기 때문이다. 본 연구는 충격원 특성 외에 바닥 진동 거동 특성을 함께 고려한 현행 기준의 바닥충격음 평가 방법 고찰을 목적으로 한다. 공동주택 mock-up 실험 동에서 표준 중량 충격원과 실충격원에 대하여 바닥충격음을 측정하고 이를 이용하여 해외 평가 방법과 우리나라의 평가 방법을 비교 검토하 였다. 또한 현행 바닥충격음 평가 기준의 대상 주파수 범위를 벗어나는 저주파수 대역의 음압레벨은 네텔란드의 저주파 소음 인지 곡선과 국내 연구자가 제안한 저주파 소음 기준안을 이용하여 평가하였다. 그 결과 기준 및 평가 산정 방법에 따라 성능 평가 결과가 상이하며, 바닥 진동의 지배 주파수 범위에서 모든 충격원에 대한 바닥충격음 가청 소음으로 인식하여 성가시게 느낄 가능성이 매우 크다. 현행 평가 기준의 단일수치 평가량 산정 방법은 충격원에 따라 상이한 음압레벨 스펙트럼 특성을 제대로 반영하지 못하며, 바닥의 진동 거동 지배 주파수를 포함하는 저주 파수 대역의 음압레벨을 고려하지 않고 있어 바닥충격음에 대한 평가 결과와 사람의 인지 수준에 차이가 발생할 수 있다. 따라서 충격원에 따른 음압레벨의 스펙트럼 특성과 저주파수 대역의 음압레벨을 반영할 수 있도록 현행 기준의 평가 방법을 보완할 필요가 있다. The purpose of this study is to reconsider the rating method for the floor impact sound insulation performance in current criterion. Although there are some arguments about proper standard heavy impact source with reproducibility of actual impact source in residence building, bang machine is adopted as the only standard heavy impact source in domestic criterion. To inspect the rating methods of evaluation criteria, this study conducted vibration test for both of standard heavy impact sources and actual impact sources. Using the test results, the floor impact sound insulation performance levels were assessed by each of several criteria. In addition, low frequency noise beyond current criteria was evaluated. Consequently, the floor impact sound levels have different performance levels according to adopted criteria, and measured floor impact sounds are bound to annoy the neighbors in the low frequency range. Current criteria does not consider the spectrum characteristics of floor impact sound according to impact sources and low frequency noise. This may cause the difference between the floor impact sound insulation performance level and human perception. Thus current criterion needs to be complemented to reflect the spectrum characteristics of floor impact sound levels according to impact sources and sound pressure levels in low frequency range.

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.

고진동수 계단의 진동응답 산정을 위한 등가임펄스 산정식 제안

김나은,이철호,김성용,Kim, Na Eun,Lee, Cheol Ho,Kim, Sung Yong 한국강구조학회 2015 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.27 No.2

심미성과 기능성이 현대 건축의 중요한 요소로 대두되면서 최근 비교적 경량의 고진동수 계단의 활용처가 점차 증가하고 있다. 하지만 국내의 실정 상 고진동수 계단의 진동성능을 평가하기 위한 방법이 전무한 실정이다. 유럽강구조학회의 지침의 경우 등가임펄스하중 개념을 도입하여 고진동수 바닥의 응답예측 및 진동성능 평가에 활용하고 있으나, 이는 서행보행에 대한 실험치를 토대로 제안한 값으로 2.2Hz 이상의 속보 가진에 대한 응답을 과대평가하는 한계를 지니고 있다. 이에 본 연구에는 1.4~4.5Hz의 다양한 가진진동수에 대한 가속도 응답의 실측값을 바탕으로 서행 및 속보 가진 시의 응답을 합리적으로 예측할 수 있는 등가임펄스 식을 제안하였다. High-frequency staircases are widely used nowadays to meet aesthetics and functionality needed in modern architecture. Unfortunately, no design guide is available in domestic practice to predict response or evaluate the vibration performance of high-frequency staircases. SCI-P354 published by the Steel Construction Institute of UK provides the formula for effective impulsive force. However, this formula was shown to overestimate the response of high-frequency staircases excited by fast ascending and descending over 2.2Hz pace frequency because it was developed based on the walking test in a slow pace frequency. This study proposes a semi-analytical formula to predict the response of stiff staircases based on analytical and experimental studies of response acceleration for various walking frequencies covering 1.4~4.5Hz.

차량 아이들 감성진동 평가를 위한 진동평가지수의 연구

박홍석(Hong-Seok Park),이상권(Sang-Kwon Lee),윤기수(Gi_Soo Yoon),이민섭(Min Sup Lee) 한국소음진동공학회 2012 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.10

Drivers feeling is variously affected by lots of components such as engine, frame, wheels, and seats during the operation of automobiles. The main objective of this research is to identify the correlation between subjective evaluation and vibration metrics that was set by ISO to investigate development of the car vibration quality index using multiple linear regressions (MLR). A previous research related with automotive vibration quality used the method of calculating acceleration values of the point of a seat, a seat back, foot as RMS for objective evaluation. The automotive comfort is determined by RMS values. In comparison with the previous research, this study includes not only the vibration metrics, but also subjective values by jury evaluation. By indentifying the correlation between subjective evaluation and vibration metrics, the automotive vibration quality index is developed through MLR. Based on the results of this study, the proposed the automotive vibration quality index which developed through MLR will be helpful to obtain objective and reliable automotive comfort values.