유한요소해석을 활용한 비구조 조적벽의 면외방향 설계절차

최명규 한양대학교 대학원 2022 국내석사

본 논문에서는 면외방향 하중을 받는 비구조 조적벽에 대한 설계를 위해 근사적으로 최대하중을 예측할 수 있는 근사비선형해석 절차를 제안하였다. 비구조 조적벽은 취성적인 재료로 이루어져 있음에도 불구하고 면외방향 거동에서 소성적인 거동이 나타나기 때문에 기존연구들에서 항복선이론을 적용하여 면외방향에 대한 설계를 진행하였으며 이것이 현재 Eurocode 6에 적용되어 모멘트계수를 표(Annex E)로 제공하고 있다. 하지만 개구부가 있는 조적벽에 대해서는 모멘트계수를 제공하고 있지 않기 때문에 소성적인 거동을 모사할 수 있는 비선형해석이 진행되어야 한다. 그러나 조적개체와 모르타르로 이루어진 조적조는 복잡한 재료 비선형 모델을 가지고 있고 해석과정에 많은 어려움이 따른다. 그러므로 비선형해석결과를 적절히 추정할 수 있는 근사비선형해석 절차를 제안하였다. 제안된 해석절차는 다회의 선형해석을 조합하여 비선형 거동을 추정하는 것으로 해석절차의 검증을 위해 개구부가 없는 조적벽에 대해서 우선적으로 적용하여 검증하였다. 해석결과는 Eurocode 6를 통해 산정된 모멘트계수와 비교를 실시하였으며 제안된 해석절차가 적절하다는 것을 확인하였다. 개구부가 있는 비구조 조적벽에 대해서는 비선형해석모델을 만들어 제안된 해석절차와 비교를 실시하였으며 개구부가 중앙에 위치할 때와 개구부가 편심 되어있는 경우로 나누어 비교를 수행하였다. 개구부가 한쪽으로 편심 되어있는 경우에는 균열의 발생순서가 대칭적이지 않기 때문에 균열의 발생순서에 따라 3회 혹은 다회의 선형해석을 수행해야 하는 것을 확인하였다. 또한, 조적벽의 가로와 세로의 비율이 2배가 넘어갈 때는 제안된 해석절차가 비선형해석결과보다 과대평가하거나 혹은 오차가 크게 나타났다. 하지만 그 외의 해석모델에서는 적절한 결과를 근사적으로 추정할 수 있었다. 본 논문은 총 4장으로 구성되며 그 내용은 다음과 같다. 1장에서는 연구배경, 기존연구, 연구방법에 관해 설명했다. 2장에서는 비구조 조적벽에 적용된 Eurocode 6에 관한 이론적인 내용과 모멘트계수의 산정과정을 정리하였다. 3장에서는 비구조 조적벽의 면외방향 하중 또는 모멘트계수를 예측하기 위한 다회의 선형해석절차가 제안되었다. 또한, 조적재료의 휨강도와 선형해석 모델과 개구부가 없는 비구조 조적벽에 대해 제안된 해석절차가 적용되어 해석의 적절성을 확인하였다. 개구부가 없는 조적벽에 대해서 검증을 한 후에 개구부를 가진 비구조 조적벽에 대해 제안된 해석절차를 적용하기 위해 비선형해석모델을 구축하고 제안된 근사비선형해석절차와 비교를 실시하였다. 4장에서는 해석결과를 바탕으로 결론을 나타냈다. In this paper, for the design of non-structural masonry walls subjected to out-of-plane loads, an approximate nonlinear analysis procedure that can estimate the maximum load is proposed. Although the non-structural masonry wall is made of a brittle material, plastic behavior was observed in the out-of-plane direction. In previous studies, the yield line theory was applied to design the out-of-plane direction. This is now applied to Eurocode 6 to show the moment coefficients, providing table(Annex E). However, since moment coefficients are not provided for masonry walls with openings, a nonlinear analysis that can simulate plastic behavior must be performed. However, the masonry composed of masonry objects and mortar has a complex material nonlinear model, and there are many difficulties in the analysis process. Therefore, an approximate nonlinear analysis procedure that can properly estimate the results of nonlinear analysis is proposed. The proposed analysis procedure is to estimate nonlinear behavior by combining multiple linear analyzes. In order to verify the analysis procedure, it was applied and verified preferentially to the building wall without openings. Analysis results were compared with the moment coefficient calculated through Eurocode 6, and it was confirmed that the proposed analysis procedure was appropriate. For non-structural masonry walls with openings, a non-linear analysis model was created and compared with the proposed analysis procedure. Comparisons were performed by dividing the openings into the case where the opening was located in the center and the case where the opening was eccentric. When the opening is eccentric to one side, it was confirmed that because the order of crack occurrence is not symmetrical, linear analysis should be performed 3 times or multiple times depending on the crack generation sequence. Also, when the ratio of the width to the length of the masonry wall exceeds twice, the proposed analysis procedure overestimates the results of the nonlinear analysis, or the error is large. However, the appropriate results could be approximated from other analytical models.

조적 채움벽을 가진 RC모멘트골조의 보강 전후 내진성능평가 절차

송승언 한양대학교 공학대학원 2015 국내석사

조적채움벽은 설계시 간막이벽으로만 고려하여 하중으로는 산정되나 구조적 역할은 무시하고 있다. 하지만 외국에서 발생한 지진시의 지진피해 및 구조실험에 의하면 조적채움벽이 전체 구조물의 거동에 영향을 미쳐 순수골조와는 완전히 다른 거동을 나타내고 있다. 이는 조적채움벽의 강도 및 강성이 골조와 상호작용을 하기 때문이다. 즉 채움벽이 횡하중에 저항하는 강도 및 강성을 가지면서 골조의 변형을 구속하여 전체적으로 강도는 증가시키며 변형능력은 약화시키게 된다. 따라서 조적채움벽골조의 정확한 내진성능평가를 위해서는 채움벽의 강성, 강도, 변형능력 및 골조와의 상호작용에 대해 명확한 모델링이 필요하다. 일반적으로 조적채움벽 골조의 내진성능평가에는 조적채움벽을 등가압축스트럿으로 모델링하는 ASCE41이나 시설안전공단의 요령이 사용되고 있다. 또한 채움벽의 전단강도는 안전측으로 평가하여 낮은 값을 사용하는 것이 일반적이다. 하지만 조적채움벽의 강도 및 강성이 클수록 골조의 거동에 큰 영향을 미쳐 조적채움벽의 반력에 의해 골조의 전단파괴를 유발시키며 전체 구조물의 변형능력을 감소시킬수 있다. 따라서 조적채움벽의 강도를 낮게 평가하는 것이 반드시 안전측의 내진성능평가 결과를 가져오는 것이 아닐 수 있다. 이에 본 연구에서는 조적채움벽을 가진 철근콘크리트 골조의 내진성능평가 시 조적채움벽의 평균전단강도 및 모델링 방법에 따른 영향을 파악하고자 하였다. 조적채움벽의 평균전단강도 고려시 상태를 어떻게 보느냐에 따라 건물 전체의 지배거동이 달라질 수 있다. 즉 조적채움벽의 평균전단강도를 양호하게 볼 수록 기둥의 전단파괴가 유도되며 건물 전체가 취성적 거동을 보이게 됨을 학교 건물을 예제로 하여 Pushover해석을 통해 확인할 수 있었다. 따라서 조적채움벽에 대한 평균전단강도 적용시 양호로 할 경우와 불량으로 할 경우에 대해 두가지를 모두 고려하여 건물이 불리한 쪽으로 유도되고 예상되는 건물의 파괴로 유도될 수 있도록 내진성능평가 할 것을 제안한다. 조적채움벽의 평균전단강도의 변화에 따른 영향과 함께 등가압축스트럿을 편심가새로 모델링하는 경우 중심가새 모델링에 비해 비선형 해석 결과 초기부터 기둥의 전단파괴가 나타남을 Pushover해석을 통해 볼 수 있었다. 그러나 중심가새 모델과 편심가새 모델은 실제적 구조물의 거동과는 차이가 있는 것으로 확인되었다. 따라서 중심가새에 의한 해석적 평가와 별도로 조적채움벽의 유효춤에서의 인접 기둥의 전단파괴에 대해 검토하여 예상되는 건물의 파괴로 유도되도록 내진성능평가 할 것을 제안한다.   전체 건물의 내진성능 향상을 위한 내진보강 방안으로 면내 철골프레임 보강을 적용하여 실험 결과를 본 연구에 인용하였다. 면내 철골프레임 보강 모델링 시 각 4개의 절점을 Elastic Link을 이용해 Rigid로 기존부재와 Link 시켜 Pushover해석시 실험결과와 매우 유사한 성능이력곡선 결과가 나타남을 확인하였다. 따라서 이와 유사한 보강방법의 경우에는 동일한 보강 모델링 방법이 가능할 것으로 기대한다. 국내 내진성능평가 지침에 따른 건물 평가시 대부분 사용되고 있는 ASCE41 이나 FEMA 356의 규준은 조적채움벽의 평균전단강도나 모델링 방법에 있어 너무 보수적인 경향이 크다. 따라서 조적채움벽의 평균전단강도에 따른 구조적거동이 완전히 달라짐을 고려한다면 합리적인 평균전단강도 사용이 필요하다. 특히 학교 피해사례나 선행된 실험결과에서와 같이 조적채움벽에 의한 하중지배거동을 갖는 취성적 거동을 나타내는 건물을 보기 위해서는 조적채움벽의 적절한 평균전단강도의 규정이 필요하고, 가새 모델링 방법도 실제 거동과 유사한 기둥의 전단파괴를 모사할 수 있는 새로운 모델링 방법이 요구된다.

조적채움벽을 가진 RC 골조의 횡력에 대한 구조적 거동에 관한 연구

김민재 한양대학교 대학원 2022 국내박사

In this paper, in order to more accurately predict the structural behavior of RC frame structures infilled with masonry walls used in low-rise concrete buildings such as school buildings, the strength calculation method for lateral forces considering the interaction between the infilled walls and the RC frame was proposed. The proposed calculation method first predicted the failure mode of the masonry infill wall and determined the appropriate strength. This method minimizes the error that occurs when the failure mode assumed by the existing strength calculation equations does not match the actual one. The behavior of the frame was reflected in the strength calculation by considering the interaction with the infilled wall and the behavior difference with the pure frame. Prediction of failure mode of masonry-infilled walls There are various failure modes of masonry-infilled walls, such as bed-joint sliding failure, diagonal tension failure and corner crushing failure, and it is known that the expected shear strength varies greatly depending on each failure mode. Researchers suggested strength equations for each fracture mode, but it was common to select the minimum value among the calculation results of each strength equation to determine the failure mode. However, as a result of checking a number of specimens, bed-joint sliding failure showed the lowest strength for most of the cases. In the case of failure other than the bed-joint sliding failure in the experimental results, there were many errors with the experimental results. In this paper, by analyzing a number of infilled wall frames, it is possible to predict the failure mode of infilled walls by comprehensively considering the infill-frame strength ratio, stiffness ratio, and aspect ratio of infilled walls. Changes in the behavior of the frame due to the masonry-infilled wall As a result of the analysis of the frames of the masonry-infilled wall frame specimens conducted in the past, it was confirmed that there are many cases in which the frame failure mode of the pure frame and the infilled wall frame is different. When the infilled wall frame is deformed, the frame receives a reaction force from the infilled wall, so the load pattern is different from that of the pure frame. In this paper, the failure mode and strength were proposed by predicting the behavior of the frame affected by the masonry-infilled wall. Calculation of lateral strength of masonry-infilled wall frames Even if the strength of the infilled wall and frame is calculated considering the interaction, the lateral strength of the entire frame should be calculated according to the failure mode and order of failure of each member. The strength calculation method proposed in this paper calculates the sum of the strengths of two members according to each failure time, taking into account the ductile or brittle behavior of the infilled wall and frame. According to the behavior of each member and the time of failure, the equations for calculating the maximum strength was presented for a total of six cases, and it was confirmed that this papers method could improve lateral strength of masonry-infilled frames prediction accuracy compared to the existing strength equations. The failure mode prediction of masonry-infilled walls and frames presented in this paper showed more than 50% improvement in prediction accuracy compared to the existing failure mode prediction method. In terms of lateral strength, the strength calculation method in this paper greatly reduce the error with the experimental results by 11.4% to 20.9% than existing strength calculation methods. 본 논문에서는 학교 건축물과 같은 저층콘크리트 건축물에서 사용되는 조적채움벽이 있는 RC 골조 구조물의 횡력에 대한 구조적 거동을 보다 정확하게 예측하기 위하여 조적채움벽과 RC 골조의 상호 작용을 고려하여 횡력에 대한 강도 산정 방법을 제안하였다. 제안된 산정 방법은 조적채움벽의 파괴모드를 먼저 예측하고 그에 맞는 강도를 결정하여 기존 조적채움벽 강도 산정식이 가정한 파괴모드가 실제와 일치하지 않는 경우 나타나는 오차를 최소화하였으며 골조의 거동은 조적채움벽과의 상호 작용을 고려하여 순수골조와의 거동 차이를 확인하고 이를 강도 산정에 반영하였다. 조적채움벽의 파괴모드 예측 조적채움벽의 파괴모드에는 가로줄눈미끄러짐 파괴, 대각인장 파괴, 모서리압괴 파괴 등 다양한 파괴모드가 있으며 각 파괴모드에 따라 기대되는 전단강도가 크게 다르다고 알려져 있다. 기존 연구자들도 파괴모드별 강도식을 제시하였으나 파괴모드의 결정은 각 강도식들의 계산결과 중 최솟값을 선택하는 것이 일반적이다. 그러나 이러한 강도식들을 다수의 실험체들에 대해 계산한 결과 가로줄눈미끄러짐 파괴 시 강도 계산 결과가 가장 낮은 경우가 대부분이었으며 실험 결과에서 가로줄눈미끄러짐 파괴가 아닌 다른 파괴가 나타나는 경우가 많다. 본 논문에서는 다수의 조적채움벽골조를 분석하여 조적채움벽과 골조의 강도비, 강성비, 그리고 조적채움벽의 형상비를 종합적으로 고려하여 조적채움벽의 파괴모드를 예측할 수 있는 파라메터를 이용하여 조적채움벽의 파괴모드를 보다 정확히 예측할 수 있다. 기존 조적채움벽골조 실험 문헌들을 수집하여 작성한 데이터베이스에 대하여 본 논문의 파괴모드 예측방법을 적용한 결과 92%의 높은 예측 정확도를 보였다. 조적채움벽에 의한 골조의 거동 변화 실험 문헌 데이터베이스에서 골조의 파괴모드에 대한 분석 결과 순수골조와 조적채움벽골조의 골조 파괴모드가 다른 경우가 다수 있는 것을 확인하였다. 조적채움벽골조의 변형 시 골조는 조적채움벽으로부터 반력을 받게되므로 순수골조에서와는 다른 거동 양상을 보이게 된다. 본 논문에서는 이를 고려하여 조적채움벽의 영향을 받는 기둥의 휨항복 시 기둥 최상단에 가해질 것으로 예상되는 전단력을 계산하여 전단강도와의 비교를 통해 조적채움벽골조에서 골조의 파괴모드와 강도를 예측하였다. 조적채움벽골조 최대내력 산정 기존에는 조적채움벽과 골조의 강도를 단순히 합하여 전체 골조의 강도를 산정하였으나 본 논문에서는 각 부재의 파괴모드와 파괴시점에 따라 산정하였다. 조적채움벽골조의 최대내력은 두 부재의 파괴 시점에 따라 달라질 수 있으며 본 논문에서는 조적채움벽과 골조의 강도가 극단적으로 차이나지 않는 경우를 대상으로 했기 때문에 하나의 부재가 파괴되는 순간에 최대내력이 발현된다고 가정하였다. 본 논문에서 제안한 강도 산정법은 이러한 조적채움벽과 골조의 연성적 또는 취성적인 거동을 고려하여 각 파괴 시점에 따라 두 부재 강도의 합을 계산한다. 각 부재의 거동과 파괴 시점에 따라 총 6가지 경우에 대하여 최대내력 산정식을 제시하였으며 기존 실험 결과와의 비교를 통해 기존 강도식들보다 개선되었음을 확인하였다. 본 논문에서 제시한 조적채움벽과 골조의 파괴모드 예측은 기존 파괴모드 예측 방법에 비해 50% 이상 향상된 예측 정확도를 보였으며 최대내력 측면에서도 실험결과와의 오차를 11.4% ~ 20.9% 감소시켜 기존 강도 산정 방법을 크게 개선했다고 판단된다.

차량 동하중에 의한 다층 물류센터 합성보 차로의 진동영향성에 관한 연구

이동명 한양대학교 공학대학원 2017 국내석사

최근 도심지의 물류시설은 대지의 밀도 높은 사용을 위하여 내부에 사무실과 상업시설, 주민편의시설이 위치하는 등 복합적인 기능을 담당하게 됨에 따라 물류센터는 건축물 내부 차로를 통하여 중량의 화물차량이 이동하면서 발생하는 진동으로 인하여 전체 건축물의 사용성이 불량해지고, 건축물의 구조적 안전성과 근무자의 거주성이나 작업성에 유해한 영향을 미칠 가능성이 증대되고 있다. 그러므로 물류센터의 진동영향성 및 진동저감방안에 대한 연구가 필요하며, 특히 현재 운영 중인 도심지 다층 물류센터의 내부 합성보 차로는 그 적용사례가 극히 드물어 해당연구가 반드시 필요하다. 현재 운영 중인 도심지 다층 물류센터의 내부 합성보 차로구간에서 차량 동하중에 의해 발생하는 진동이 구조물의 안전성과 사용성에 미치는 영향을 측정과 해석을 통하여 평가하였다. 그 결과 구조물의 안전성을 확보하고 용도에 따른 사용성을 확보하기 위해서는 전 차로구간에서 설계속도 이내로 주행하거나 차로 슬래브 두께를 증가시켜 진동허용기준을 만족할 수 있음을 확인하였다. 본 논문은 총 5장으로 구성되어 있으며, 제 1장은 서론, 제 2장은 구조물 진동에 관한 고찰, 제 3장은 S 물류단지 내부 합성보 차로의 진동수준 측정 평가, 제 4장은 S 물류단지 내부 합성보 차로의 진동영향성 해석 평가, 제 5장은 결론으로 나누어 기술하였으며, 각 장의 내용을 간략히 요약하면 다음과 같다. 제 1장에서는 본 연구의 배경 및 목적과 연구방법 및 범위에 대하여 기술하였다. 제 2장에서는 구조물에 영향을 주는 진동원의 특성, 진동저감의 기본 대책 및 구조물의 진동허용기준에 대하여 기술하였다. 제 3장에서는 특정 물류단지를 대상으로 내부 합성보 차로구간 유형별로차량종류 및 운행속도에 따른 진동수준을 측정하여 안전성과 사용성 측면에서 허용기준의 만족 여부를 평가하였다. 제 4장에서는 합성보 차로구간 유형별 기본 구조를 분석하고, 차량 동하중에 따른 최대 진동속도에 대한 해석평가를 바탕으로 차로 슬래브 두께 증가에 따른 진동저감성능의 향상 가능성을 확인하였다. 제 5장에서는 이상과 같은 측정 및 해석평가를 통하여 얻은 결론을 기술하였다.

컬럼-트리 형식 철골모멘트 접합부의 모델링 변수제안

안희태 한양대학교 대학원 2023 국내석사

본 논문에서는 컬럼-트리 형식 철골모멘트 접합부의 해석을 보다 정확하게 할 수 있는 모델링 변수를 제안하였다. 컬럼-트리 형식 철골모멘트 접합부는 국내를 포함한 동아시아권 국가에서 많이 사용되는 강구조 방식이나 국내에서 강구조 설계기준 및 내진 성능평가 절차에 사용되는 미국 기준에는 포함되어있지 않다. 그러므로 정확한 성능평가를 진행함에 있어 어려움이 있다. 기존 연구들에서 컬럼-트리 형식의 비선형 해석을 알아보기 위한 실험을 진행하였으며, 보 이음부에서 슬립이 발생하는 거동 특징이 존재하는 것을 파악하였고, 슬립 거동을 모사할 수 있는 비선형 해석이 진행되어야 한다. 그러나 보 이음부에서 슬립이 발생하는 정확한 원인이나 특정한 비례관계 파악이 어려움이 따른다. 그러므로 비선형 해석결과를 기존 기준보다 정확하게 할 수 있도록 비선형 모델링 변수를 제안하였다. 제안된 모델링 변수는 모멘트-슬립 요소, 패널존 요소, 보 및 기둥 요소를 조합하여 비선형 거동을 나타내는 것으로 해석값의 정확도를 평가하기 위해 기존 연구의 실험값에 적용하여 비교하였다. 제안된 모델링 변수는 적절하다는 것을 확인하였다. 모델링 변수에서 모멘트-슬립 요소는 특정 요소의 비례관계 파악이 어려워 변동계수가 가장 작은 평균값을 활용하여 만들었고, 실험값과 비교를 하였을 때, 해석 값이 크거나 작게 나타나는 현상을 볼 수 있다. 하지만 이는 평균값에 의한 오차가 존재하기 때문이며, 해석값의 크기와는 다르게 거동의 양상은 실험값과 근접하게 모사된 것을 확인하였다. 평균에 의한 모멘트-슬립 요소가 적절한 결과를 근사적으로 추정할 수 있었다.

등가 스트럿 모델을 이용한 조적채움벽 골조 구조물의 내진성능평가

김민재 한양대학교 대학원 2014 국내석사

조적채움벽은 RC 골조 건축물에서 칸막이나 외벽의 치장을 위해 사용되어 왔으며 비구조재로서 하중으로서만 고려되었다. 그러나 조적채움벽은 전체 구조물의 강성, 강도, 변형력에 있어 긍정적이거나 부정적인 영향을 미치기 때문에 안전하고 정확한 내진성능평가를 위해 반드시 고려되어야 한다. 최근 건축물의 내진성능의 중요도가 부각되며 전국적으로 비내진 기존 건축물에 대한 내진보강이 이루어지고 있다. 하지만 보다 안전한 내진보강을 위해서는 기존 건축물에 대한 내진성능평가가 올바로 수행되는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 조적채움벽의 재료특성, 해석모델에 대하여 재료시험, 문헌조사, Pushover 해석 등을 통해 국내의 사정에 가장 알맞은 조적의 재료특성과 해석모델을 선택하였다. 또한 앞서 선택한 재료특성과 해석모델을 이용하여 대표적인 조적채움벽 골조 구조물에 대한 내진성능평가를 수행, 현재 시행되고 있는 내진성능평가기준과 비교하였다. 본 논문은 총 5장으로 구성되어 있으며, 1장에서는 연구배경 및 목적과 연구범위 및 방법을 제시하였다. 2장에서는 조적의 재료특성과 각 특성에 관한 기존의 연구에 대해 조사하고 중요한 특성에 대한 재료 시험과 문헌조사를 수행하였다. 또한, 조적채움벽의 해석모델 중 거시적 모델인 등가 스트럿 모델에 대해 조사하였다. 3장에서는 앞서 조사한 조적의 재료특성과 등가 스트럿 모델을 이용하여 기존에 수행된 시험 모델을 Pushover 해석한 후 그 결과를 비교하여 가장 적합한 재료특성과 스트럿 모델을 선택하였다. 4장에서는 국내 조적채움벽 골조 건축물 중 표준설계도에 의해 건축되어 구조가 유사한 개체가 다수인 학교 건축물에 대하여 3장에서 선택한 조적의 재료특성과 스트럿 모델을 이용하여 내진성능평가를 수행하였다. 5장에서는 내진성능평가 결과를 바탕으로 결론을 기술하였다.

재료특성의 불확실성을 고려한 고층건축물의 확률론적 시공단계해석

구민선 한양대학교 대학원 2012 국내석사

본 논문에서는 콘크리트의 재료특성의 불확실성을 고려하여 몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 확률론적 시공단계해석을 수행하였다. 기존의 확률론적 해석에서는 탄성수축의 불확실성을 고려하지 않은 경우가 많았으며, 공통적으로 크리프, 건조수축을 완전히 독립된 확률변수로 가정하여 수행하였다. 하지만 재료모델 식에서 크리프와 건조수축에 공통으로 영향을 미치는 인자가 존재하므로 완전독립이라고 가정하기 보다는 어느 정도의 상관성을 가졌다고 보는 것이 타당하다. 따라서 본 논문에서는 크리프와 건조수축사이에 일정한 상관성일 존재할 때와 완전독립일 때에 대해서 각각 해석하고 그 결과를 알아보았다. 그 결과 상관성이 증가 할수록 전체변위의 변동성도 증가하였다 본 논문은 총 5장으로 구성되며 그 내용은 다음과 같다. 1장에서는 연구 배경과 범위, 기존 연구, 연구방법 및 절차에 관해 설명했다. 2장에서는 시공단계해석이론으로 본 연구에서 사용된 장기거동해석방법(AEMM, SSM)과 재료모델(CEB-FIP MC90)에 관해 설명했다. 3장에서는 탄성계수, 크리프계수, 건조수축의 특성을 확률변수로 선택하고 재 료모델별 영향인자들을 조사하여 크리프와 건조수축간의 공통된 인자를 알아보았다. 본 연구에서 사용된 몬테카를로 시뮬레이션에 대해 설명하고 확률론적 시공단계해석 프로그램에 대해 설명했다. 4장에서는 본 연구에서는 사용된 모델은 2경간 평면골조구조물로 크리프계수와 건조수축계수사이의 상관계수를 변화시키면서 확률론적 시공단계해석을 수행하였다. 그 결과 상관성이 증가 할수록 변위의 변동성도 증가하고 층수의 증가 할수록 전체변위의 변동성은 감소하여 변동성에도 영향을 미침을 알 수 있었다. 5장은 결과를 바탕으로 결론을 나타냈다.

POD기법을 이용한 정형뼈대구조물의 식별

김호근 한양대학교 대학원 2009 국내석사

System identification which identifies the structural dynamic characteristics is necessary for the structural health monitoring and vibration control. The Proper Orthogonal Decomposition(POD) is a statistical procedure to determine the well-correlated orthogonal basis for given time history data. This method can be applied for identification of dynamic properties of structures using measured response(output) only without information about the load(input). However, in the case of the real data that contain the measurement noise, decomposition can not completely performed due to the noise. As a result, identification of dynamic properties, especially the damping ratio, becomes difficult. In this study, to address this problem, improvement of POD method using Random Decrement Technique(RDT) is proposed. Noise contained in the free vibration signal obtained using the conventional POM is decreased using the RDT so that the determination of the damping ratio is possible. Proposed method is verified using numerical model by comparing the results from noise-free data and noisy data, respectively. Subsequently, proposed method is applied to identify the dynamic properties of the test structure. This thesis is composed of 5 chapters. The contents of each chapter is represented as follows. Chapter 1 contains the background and objectives of this study. Chapter 2 summarizes the recent studies associated with the POD method and its application for structural identification. In addition, the concepts of proposed method which combine the POD and the RDT is introduced. The proposed method was applied to identify the dynamic properties of a numerical model to verification of the proposed method. The numerical simulation shows that, in the case of the noisy data, decomposition can not be completely performed due to noise. To solve this problem, free vibration of POM obtained from the POD is treated with the RDT. Chapter 3 represents identification results of the test structure using the proposed method. The test structure is a 2-bay 4-story steel structure. Its dynamic properties are determined from the free vibration responses measured acceleration at each story when the impulse is applied to one story of the structure using a hammer. Descriptions of the test structure, testing equipment, identification procedure is depicted in detail. Identification results from the conventional POD and POD+RD from the measured data is included. Finally, chapter 4 summarizes the conclusions of this thesis. Conclusions of this thesis can be summarized as following. 1. When the data contains the noise, the identification of higher mode using the conventional POD is not possible due to the incomplete decomposition. This problem could be solved using subsequent application of RDT to the free vibration signal obtained from the POD. Proposed method was verified using numerical simulation by comparing the results using noise-free data and noisy data. POD can not identify dynamic properties in high modes, however, proposed method can obtained exact dynamic properties of the numerical model. 2. The dynamic properties of the test structure was successfully determined using the proposed method. Identification results was consistent whether the measured data at the base is considered or not. POD(Proper Orthogonal Decomposition)는 일련의 시계열데이터에 가장 잘 상관되는 직교기저(Orthogonal Basis)를 찾아내는 기법으로 이를 사용하여 구조물의 식별을 수행할 수 있다. 즉, 계측데이터로 구성한 상관행렬을 특이치분해한 뒤 얻어지는 고유벡터(POM, Proper Orthogonal Mode)와 고유치(POV, Proper Orthogonal Value)로 부터 구조물의 모드형상과 고유진동수를 얻을 수 있다. 또한 감쇠비는 POM좌표계로 변환된 자유진동파형으로부터 구할 수 있다. 따라서 POD기법을 이용한 구조물의 식별은 구조물에 가해지는 하중(입력값)의 계측 없이 응답데이터와 같은 계측치(출력값)만을 사용하여 비교적 간단한 분석만으로 구조물의 동특성을 파악할 수 있다. 하지만, 계측데이터에 계측노이즈가 포함되어 있으면 분해가 완전히 일어나지 않아 동특성을 추출하는 것이 힘들어진다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 POD기법을 적용하여 얻은 POM좌표계의 자유진동파형에 RD법(Random Decrement Technique)을 적용하여 노이즈의 영향을 제거하는 방법을 제안하였다. 그리고 수치모델을 사용하여 POD기법 적용시 노이즈의 영향을 파악하고 제안한 방법인 POD+RD를 검증하였다. 그리고 그 결과를 바탕으로 제안한 방법인 POD+RD를 실험구조물에 적용하여 동특성을 파악하였다. 본 논문은 총 4장으로 구성되어 있다. 각 장별 내용은 다음과 같다. 제1장은 연구배경 및 목적, 기존연구, POD기법의 개념, 연구범위에 관하여 나타내었다. 제2장은 POD기법의 적용시 계측데이터에 계측노이즈가 포함되어 있으면 분해가 완 전히 일어나지 않는 문제를 해결하기 위해서 POD로 얻은 자유진동파형에 RD법을 적용하여 노이즈의 영향을 제거하는 방법을 제안한 뒤 수치모델을 통하여 POD기법의 적용시 노이즈에 의한 영향을 파악하고 제안된 방법을 검증하였다. 제3장은 제2장에서 수치모델을 통하여 얻은 결과를 바탕으로 실험구조물에서도 제안된 방법인 POD+RD를 사용하여 동특성을 파악할 수 있는지 알아보기 위해 실험을 실시하였다. 실험은 2경간을 가지는 4층의 철골구조물을 이용하여 자유진동실험을 수행하였다. 실험결과는 각 층을 해머로 가격하여 얻은 층별데이터중에서 2층을 가격하고 계측한 데이터의 실험결과만을 나타내었다. 그리고 실험체의 모든 층을 가격하고 얻은 층별데이터에 POD와 제안된 방법인 POD+RD를 사용하여 얻은 결과를 층별로 비교하였다. 마지막으로 제4장은 POD와 제안된 방법인 POD+RD를 사용하여 얻은 결과를 바탕으로 결론을 나타내었다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다. 1. POD를 사용하였을 때, 계측데이터에 계측노이즈가 포함되어 있으면 분해가 완전히 일어나지 않는 문제가 발생되어 동특성을 파악하기가 힘들었다. 그래서 본 연구에서는 POD로 얻은 POM좌표계로 변환된 진동파형에 RD법을 적용하여 노이즈의 영향을 제거하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법인 POD+RD를 수치모델을 이용하여 검증한 결과, 수치모델의 정해와 유사한 결과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 2. 제안된 방법인 POD+RD를 사용하여 4층 철골 구조물의 동특성을 파악하였다. 베이스를 포함한 데이터에서 베이스의 운동에 영향을 받는 모드를 소거한 뒤 베이스를 제외한 데이터에서 추출한 동특성과 비교하였다. 그 결과 베이스를 포함한 데이터를 사용하여도 베이스를 제외한 데이터에서 얻은 결과와 거의 유사한 동특성을 추출할 수 있었다.

단열갱폼을 이용한 한중콘크리트 공사의 공기단축 분석연구

윤영호 한양대학교 공학대학원 2019 국내석사

본 연구에서는 동절기 사용되는 단열갱폼의 성능을 우선 검증하기 위해 그동안 지속적으로 연구되어진 기존의 연구논문 및 실험데이터의 평가와 분석을 통해 현장에서의 적용성과 사용성을 확인하는 과정을 연구한 후 현장의 적용사례를 분석하여 한중콘크리트의 품질확보 및 골조공사 기간의 단축, 후속공정에 미치는 영향과 투입원가에 따른 경제성 등을 분석하였다. 기존의 실험실 연구에서는 단열갱폼 적용 부위가 거푸집 탈형을 위한 적산온도 및 관리용 공시체의 압축강도에서 일반갱폼의 데이터를 상회하는 것을 확인할 수 있었다. 이를 근거로 한 현장의 적용사례 분석결과는 일반갱폼을 적용한 동과 단열갱폼을 적용한 동을 구분하고 공간급열을 위한 방열난로 개수 등을 상이하게 배치한 결과 일반갱폼 적용 동은 공간급열 시 내부의 양생온도 이력의 편차가 발생하여 탈형시기 등이 지연되는 것을 볼 수 있었으나 단열갱폼 적용 동은 양생공간의 부위별 온도이력의 편차가 크지 않으며 24시간 초기양생 후의 계속양생 기간에도 적정한 양생온도를 유지하는 것을 볼 수 있었다. 계획대비 실제타설 기간분석을 통해 약 10일 이상의 골조공사 기간단축이 가능하며 이는 후속공정의 진행에 있어 여유시간을 확보할 수 있는 긍정적인 결과를 도출하는 것을 확인할 수 있었고 단열갱폼을 사용하는 경우 일반갱폼 사용대비 공동주택 1개동(4세대 조합) 약 8개층 정도의 콘크리트를 타설 시 투입원가대비 손익분기점에 도달하며 이때의 총비용은 갱폼 자재비 및 동절기 보양관련 잡자재비의 합이 약 9,200만원으로 계산되었다. 현장의 규모에 따라 공사기간 및 원가에 대한 상이한 결과가 나올 수 있으므로 초기 공사계획 수립 시 적절한 검토가 이루어져 적용 되어야 할 것이다. In this study, to verify the performance of insulated gangform used during low tempertature period, we studied the process of confirming applicability and usability in the field through the evaluation and analysis of existing experimental data of the research which has been continuously studied. Analysis of concrete quality, reducing of construction time, and economical efficiency were analyzed. In the existing laboratory research, it was confirmed that the application area of the thermal insulated gangform is higher than the general gangform data in the integrated temperature(Maturity) and the compression strength of the control specimen for the form demoulding. On the basis of these results, the analysis results of the application cases in the field were classified as the difference of the curing temperature history inside the room when apply for general gangform used space the space is heated, And delayed demolding period were observed. However, apply for insulated gangform used space is the thermal history of each part of the curing space was not large and the proper curing temperature was maintained even during the continuous curing period after the initial curing for 24 hours. It is possible to shorten the construction period by more than 10 days through analysis of the actual installation period compared to the plan. when using the insulated gangform, the break-even point of the input cost for one apartment building (4th generation) in the winter season was calculated at about 92 million won. Also, as a result of the shortened construction period during the winter season, it was found that it had a positive effect on the shorten of the construction period of about 3 months and the progress of the follow-up finishing process. Considering that the construction period of the winter season is about 3~4 months, it will not be long before the break-even point is reached, which will shorten the construction period and reduce construction costs. Because of the different results on construction period and cost depending on the size of the site, proper review should be made when establishing the initial construction plan.

강재 댐퍼 보강 시 효율적인 초기 설계 방법에 대한 연구

명현오 한양대학교 공학대학원 2022 국내석사

국내에서 내진 보강사업이 추진됨에 따라 많은 건축물에 철골 브레이스, 철근 콘크리트 전단벽과 같은 일반 내진 보강공법이 도입되고 있다. 이 일반 내진 보강공법은 지진 발생 시 인명에 대한 안전은 확보할 수 있으나 건축물의 소성 변형 및 균열로 인한 복구 비용이 크게 발생하게 되는 한계점이 있다. 하지만 강재 댐퍼 보강공법을 도입하면 지진 발생 시 지진에너지의 대부분을 강재 댐퍼가 흡수하게 되므로 기존 건축물에는 소성 변형 및 균열이 최소한으로 발생하게 된다. 그러므로 강재 댐퍼 보강공법은 일반 내진 보강공법 대비 복구 비용이 최소화될 수 있는 장점이 존재한다. 단, 이 강재 댐퍼가 보강된 건축물은 건축물 내진설계기준(2019)에 따라 비선형 시간이력해석을 수행해야 하므로 상당한 노력과 시간이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 비선형 정적해석을 활용하여 목표성능을 만족하는 데 필요한 강재 댐퍼의 수와 배치 위치를 개략적으로 산정할 수 있는 초기 설계 방법을 제시하였다. 그리하여 본 논문에서는 제안한 방법을 3층의 예제 건물에 적용하여 내진 보강의 초기설계안을 결정한 후, 기준에서 요구하는 비선형 동적해석을 수행하여 초기 설계에 의한 보강안이 적절한지 검토하였다. As earthquake-resistant reinforcement projects are promoted in Korea, general earthquake-resistant reinforcement methods such as steel brace and reinforced concrete shear walls are being introduced in many buildings. This general earthquake-resistant reinforcement method can ensure safety against human life in the event of an earthquake, but there is a limitation in that recovery costs are greatly incurred due to plastic deformation and cracking of buildings. However if the steel damper reinforcement method is introduced, the steel damper absorbs most of the seismic energy in the event of an earthquake, so plastic deformation and cracks are minimized in existing buildings. Therefore the steel damper reinforcement method has the advantage of minimizing the recovery cost compared to the general earthquake-resistant reinforcement method. However the analysis of buildings reinforced with this steel damper requires considerable effort and time as nonlinear time history analysis must be performed in accordance with the Building Seismic Design Standards (2019). Therefore, in this study, an initial design method was presented that can approximately calculate the number and location of the required steel dampers using nonlinear static analysis. In this paper, after determining the seismic reinforcement plan by applying the initial design method to the example building on the third floor, non-linear dynamic analysis required by the criteria was performed to examine whether the reinforcement plan by the initial design was appropriate.