노반의 강성평가를 위한 원위치 동적강성 분석기 개발

김동주 ( Dong Ju Kim ),변용훈 ( Yong-hoon Byun ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

현재 미국에서 도로 및 철도 노반의 설계 정수로 이용되는 회복탄성계수는 흙강성 측정기(Soil Stiffness Gauge) 및 FWD(Falling Weight Deflectometer)와 같은 다양한 현장시험법을 통해 산정된다. 그러나 이러한 기존의 현장시험법들은 지표면에서 획득된 동적 하중 및 변위로부터, 각 층의 강성을 추정하거나 단일 대표값을 사용하고 있어, 깊이별 강성평가에 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 노반의 깊이별 강성을 평가하기 위하여 원위치 동적강성 분석기를 개발하였다. 개발된 장비는 크게 타격시스템, 관입롯드, 선단모듈로 구성되어 있으며, 관입롯드의 선단에 변형률계 및 가속도계를 설치하여 타격에 따른 선단부의 동적 반응을 분석함으로써 재료의 강성 파악이 가능하도록 하였다. 본 연구에서는 지반재료에 적용하기 앞서, 경도가 다른 3종류의 매질을 이용하여 원위치 동적강성 분석기의 성능을 시험하였다. 3종류의 매질에서 각각 5회씩 해머를 낙하시킴으로써 선단부의 등가동적하중 및 최대변위를 측정하였으며, 이로부터 강성을 산정하였다. 실험결과, 매질의 경도가 증가할수록 선단부의 최대변위는 감소한 반면에, 최대변위가 발생한 시점에서의 등가동적하중의 변화는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 측정된 하중 및 변위로부터 산정된 강성은 경도가 증가함에 따라 증가하였다. 본 연구에서 개발된 원위치 동적강성 분석기를 이용하면 각 종류의 매질의 강성을 산정할 수 있으며, 추후 노반의 깊이별 강성을 평가하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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.

동력전달용 타이밍벨트의 강성 개선

이경연,변경석 한국융합신호처리학회 2022 융합신호처리학회 논문지 (JISPS) Vol.23 No.1

타이밍벨트는 동력전달 요소로서 V벨트와 기어의 장점을 살린 톱니붙이 전동 벨트로서 미끄러지지 않고 소음도 적어 기구에서 회전축이나 직선 운동에서 동력을 전달할 때 동력 전달 장치로 사용되고 있다. 기어처럼 등간격의 홈을 가진 벨트 풀리와 홈에 정확히 맞물리도록 동일한 간격의 홈을 가진 타이밍 벨트를 통해 회전을 정확하게 전달할 수가 있다. 특히 출력축에 타이밍벨트가 사용된 메커니즘에서 타이밍벨트의 강성을 포함한 동적 특성이 시스템 전달 특성을 결정하게 되므로 그 중요성이 커진다. 본 논문에서는 제한된 범위의 움직임을 갖는 타이밍 벨트에 적용하여 강성을 증가시킬 수 있는 강성 강화 벨트를 제안하였다. 강성 강화 벨트의 동특성을 연구하기 위하여 강성 강화 벨트에 대한 운동방정식을 수립하고, 강성 강화 벨트에 대한 시뮬레이션 모델을 만들어 분석을 수행하였다. 운동 방정식과 시뮬레이션 모델의 분석 결과를 확인하기 위하여 강성 강화 벨트를 사용한 1축 회전 실험 장치를 제작하고 실험을 수행하였다. 운동 방정식, 시뮬레이션 모델, 실험을 통하여 제안한 강성 강화 벨트를 적용하면 타이밍벨트의 강성과 동특성을 개선할 수 있음을 확인하였다.

상부노반의 동적 콘 관입지수와 전단파속도 상호관계 연구

홍원택(Won-Taek Hong),강성훈(Seonghun Kang),최찬용(Chan Yong Choi),이종섭(Jong-Sub Lee) 한국철도학회 2015 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2015 No.10

도상자갈층으로부터 전달된 하중을 지지하는 상부노반의 동적 거동은 전단탄성계수에 영향을 받는다. 지반의 전단탄성계수는 전단파속도와 밀접한 연관을 갖으므로, 전단파속도의 획득은 상부노반의 동적거동 예측 활용될 수 있다. 본 연구에서는, 동적 콘 관입지수와 전단파속도의 관계를 실험적으로 제시하고자 하였다. 동적 콘 관입시험 및 전단파속도 획득은 다짐 완료된 상부노반을 대상으로 수행되었으며, 심도에 따른 동적 콘 관입지수 및 전단파속도가 획득되었다. 상부노반에서의 전단파속도는 동일위치에서 획득된 동적 콘 관입지수의 거듭제곱 형태로 나타났다. 본 연구의 결과는 동적 콘 관입시험을 통한 전단탄성계수 산정 및 상부노반의 동적 거동 예측에 활용될 수 있을 것이라 기대된다. The dynamic behavior of the railway subgrade which supports the train load transferred from the ballast layer affected by the shear modulus of the subgrade. Since the shear modulus is closely related with the shear wave velocity, the shear wave velocity can be used to predict the dynamic behavior of the subgrade. In this study, the relationship between the dynamic cone penetration index (DCPI) and the shear wave velocity (Vs) is suggested experimentally. The dynamic cone penetration test and shear wave velocity assessment are conducted on the compacted subgrade, and a DCPI log and a Vs log are obtained. As a result, the Vs of the subgrade is expressed as a involution form of the DCPI. The relationship suggested in this study can be used to predict the shear modulus and the dynamic behavior of the subgrade by DCPI.

Static and Dynamic Behavior of Disk Bearings under Railway Vehicle Loading

오세환,최은수,정희영,김학수,Oh, Saeh Wan,Choi, Eun Soo,Jung, Hie Young,Kim, Hak Soo Korean Society of Steel Construction 2006 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.18 No.4

본 연구의 목적은 철도차량하중으로 인한 디스크받침의 정 동적 거동특성을 평가하여, 디스크 받침 설계기술 발전에 기여하고자 함이다. 디스크받침은 탄성받침의 일종으로 폴리우레탄 패드를 사용하여 탄성을 구현하고 있으며, 가동단에는 PTFE를 사용하여 교량의 움직임을 흡수하고 있다. 실험실에서 수차례의 정적 실험을 실시하여 폴리우레탄 고무의 정적거동을 평가하기 위한 데이터를 획득하였다. 또한, 4개의 디스크받침은 철도교량인 판형교에 설치하여 철도차량에 의한 디스크받침의 동적 거동을 측정하였다. 현장실험은 기관차 1량을 사용하여 일정속도로 주행하는 주행시험을 실시하여 각 디스크받침의 동적 변형과 이에 작용하는 동적 하중을 측정하였다. 정적 실험을 통해서 나타난 사실은 수직강성에 크게 기여하는 것이다. 또한 동적 강성은 정적으로 평가된 강성보다 크게 나타났다. 차량의 속도가 증가함에 따라 디스크받침의 변형도 증가하는 것으로 나타났지만, 크게 증가하지는 않았다. 디스크받침의 고정단의 동적 강성이 가동단의 강성보다 크게 나타나는데, 이는 가동단의 PTFE가 변형을 일으키기 때문이라고 판단된다. 이러한 결과는 철도교를 위한 디스크받침 설계기술의 발전에 기여할 것이다. The goal of this study is to ases the static and dynamic behavior of disk bearings under railway vehicle loadings. Several static tests were conducted in a laboratory t bearings, all having the same kind of polyurethane disk as used in the static tests, were installed under a full-sized railway bridge and tested with a running locomotive, the tests results, the static and dynamic stiffness of the disk bearings were estimated and compared. the deformation of the disk bearings under the bridge was measured at varying disk bearing was almost half of that under dynamic loading. In addition, the dynamic stiffness of the fixed disk bearing was 80% higher than that of an expansion disk bearing, since the PTFE in the expansion bearing is displaced. The deformation of the disk bearing did not vary significantly with changes in locomotive's speed. The results of this study can contribute to fast-tracking the formulation of a design technique for disk bearings for railway bridges.

제작 오차를 고려한 트랙터 캐빈의 구조 해석

박장우 한국융합학회 2017 한국융합학회논문지 Vol.8 No.5

트랙터는 각종 작물을 생산하는 농용작업 외에 건설작업, 임야작업, 가정용 등에 사용되는 다목적 작업차 량으로 경작용의 가래, 쟁기, 써레, 수확기 등을 견인하는 농업 작업에 없어서는 안 되는 필수 장비이다. 트랙터 운전 자의 작업공간인 캐빈은 트랙터가 전도되었을 때 운전자가 입게 될 피해를 최소화하고 운전자가 전락하여 상해를 입지 않도록 보호하여야 한다. 일반적으로 캐빈은 프레임과 판들의 용접으로 제작되기 때문에 용접상태에 따라 구 조물의 강성이 크게 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 유한요소 해석을 이용하여 캐빈의 제작 시 예상되는 구조물의 용접 오차가 캐빈 구조물의 정적, 동적 강성에 미치는 영향을 파악하고, 캐빈의 강성을 확보하기 위한 방안을 제시 하고자 한다. A cabin of the agricultural tractor is designed to protect the driver from vibration transmitted due to the irregular ground and overturning of the tractor. The cabin is usually manufactured by welding frames and plates. Consequently, the welded state of the frame and plate affects the stiffness of the cabin structure. In this paper, the static and dynamic stiffness characteristics of the cabin are identified through finite element analysis and effects of the structure production error are investigated to insure the structural stiffness of the cabin.

인홀 탄성파 시험을 이용한 암반의 동적 강성 평가

선창국 ( Chang Guk Sun ),강병수 ( Byung Soo Kang ),김영수 ( Young Su Kim ),목영진 ( Young Jin Mok ) 대한지질공학회 2005 지질공학 Vol.15 No.3

지반의 동적 강성은 내진 설계나 내진 성능 평가 외에도 구조물의 거동 평가에 필요한 중요한 지반 정수이다. 지난 수 십년 동안 이 물성을 효율적이고 정밀하게 측정하기 위해, 여러 가지 검측공 탄성파 시험 기법들이 개발 및 적용되어 왔다. 게다가, 최근 지하 공간의 개발 및 구조물의 대형화로 인해 암반 강성의 평가를 위한 신뢰성 있는 지반 조사 기법의 개발이 더욱 절실히 요구되고 있다. 본 논문에서는 "인홀 탄성파 시험"으로 명명된 새로운 기법을 적용하여 구조물 기초 암반과 터널 막장 암반의 동적 강성을 측정하였다. 국내 여러 지역의 암반에서 수행한 인홀 시험 결과를 다른 탄성파 시험 결과와 비교함으로써 인홀 시험 기법의 신뢰도를 평가하고, 이 기법의 효율성과 정밀성을 입증하였다. Dynamic stiffness of subsurface materials is one of the most important geotechnical parameters in predicting deformational behavior of structures as well as practicing seismic design and performance evaluation. In an effort to measure the parameter efficiently and accurately, various borehole seismic testing techniques have been, thus, developed and used during past several decades. Moreover, recent rush of underground-space projects and increasing size of structures put more stress on reliable site investigation techniques in estimating stiffness of rock mass. In this paper, a new technique called "in-hole seismic test" has been implemented to measure the dynamic stiffness of rock masses at subsurface foundations and tunnel-faces. The reliance of in-hole seismic test was evaluated by comparing the testing results at several rock sites with those of other borehole techniques and the technique turns out to be an efficient and accurate in-situ testing technique.

연쇄붕괴의 동적거동을 고려한 새로운 등가정적해석 기법

김치경,이재철,Kim, Chee-Kyeong,Lee, Jae-Cheol 한국전산구조공학회 2007 한국전산구조공학회논문집 Vol.20 No.3

본 논문에서는 한두 부재의 순간적 결손에 따른 동적 거동을 정적해석을 통하여 합리적이고 효율적으로 해석할 수 있는 등가정적 연쇄붕괴 해석기법을 제시한다. 제시된 기법은 부재 결손에 따른 구조물 강성 변화 및 순간적 결손에 따른 동적거동 확대 효과를 등가의 하중으로 치환한 강성등가하중을 초기 구조물에 적용하여 해석하는 방법으로서 기둥을 하나씩 제거해 가며 반복해석을 수행해야 하는 연쇄붕괴해석 특성에 매우 효율적이면서도 신뢰성이 높은 장점을 갖는다. 제시한 강성등가하중에 의한 해석결과를 시간이력해석결과 및 GSA에 의한 해석결과와 비교한 결과, 휨모멘트, 축력, 및 수직변위 등의 측면에서 GSA에 의한 해석결과에 비해 시간이력해석결과에 상당히 근접하는 결과를 나타냈다. 이를 통해 강성등가 하중에 의한 해석기법이 GSA에 의한 정적해석방법을 대체하는 새로운 정적해석기법으로서 효용성이 있음을 확인하였다. In this paper a new equivalent static analysis method of dynamic behavior during progressive collapse is presented. The proposed analysis method uses the equivalent nodal load for the element stiffness which represents the dynamic behavior influence caused by the deletion of elements during progressive collapse analysis. The proposed analysis method improves the efficiency of progressive collapse analysis haying the iterative characteristic because the inverse of the structural stiffness matrix is roused in the reanalysis. By comparing the results obtained by this analysis method with those of GSA code analysis and time history analysis, it is shown that the results obtained by this analysis method more closely approach to those of time history analysis than by GSA code analysis.

철근 콘크리트 구조물의 비선형 동적 해석을 위한 성치 측정에 의한 예측 접근법

김교신,전경훈 한국지진공학회 1997 한국지진공학회논문집 Vol.1 No.1

최근의 철근 콘크리트 구조물의 내진 설계 방식은 비탄성 거대 변형에 의한 에너지 방출에 의존하고 있다. 이러한 구조물의 거동에 대한 비선형 동적 해석은 특히 계산이 여러 번 반복되어 질 때 많은 시간과 비용이 요구된다. 그러므로 효율적이고 한편 정확한 계산 방법의 채택이 중요하게 되었다. 예측 접근 방법(PASM) 이라 불리는 새로운 방법을 제시하는 것이 현 연구의 주목적이다. 일반적인 동적 해석 방법에서는 매 시간 단계 혹은 반복 계산 때마다 수식계산을 위하여 메트릭스 삼각 분해가 요구되어지나, 예측 접근방법에서는 구조물이 정적 반복하중으로 비선형 범위로 변형되어졌을 때의 강성 상태에서 미리 얻어진 한정적 수의 분해된 메트릭스를 동적 해석에서 이용하게 된다. 이곳에서 제시될 접근 방법은 강성치를 매 시각 단계 혹은 반복 계산 단계마다 재산출해야 하는 다른 접근 방법들과 비교할 때 전체적 수치 해석 양을 줄이게 될 것이다. Current seismic design philosophy for reinforced concrete (RC) structures on energy dissipation through large inelastic defomations. A nonlinear dynamic analysis which is used to represent this behavior is time consuming and expensive, particularly if the computations have to be repeated many times. Therefore, the selection of an efficient yet accurate alogorithm becomes important. The main objective of the present study is to propose a new technique herein called the prediction approach with siffness measure (PASM) method in the convetional direct integration methods, the triangular decomposition of matrix is required for solving equations of motion in every time step or every iteration. The PASM method uses a limited number of predetermined decomposed effective matrices obtained from stiffness states of the structure when it is deformed into the nonlinear range by statically applied cyclic loading. The method to be developed herein will reduce the overall numerical effort when compared to approaches which recompute the stiffness in each time step or iteration.

Modified Similitude Law for Pseudodynamic Test on Small-scale Steel Models

Kim Nam-Sik,Kwak, Young Hak,Chang Sung pil 한국지진공학회 2003 한국지진공학회논문집 Vol.7 No.6

지진하중에 대한 구조물의 동적 거동과 내진성능을 평가하기 위하여 유사동적실험기법이 흔히 사용되고 있으나, 실험장비의 제약과 구조물의 규모 등으로 대부분 축소모형실험에 의존하고 있다. 그러나 일반적인 상사법칙은 탄성범위에서 유도된 것으로 지진거동과 같은 비탄성 거동을 예측하는 경우에는 한계가 있기 때문에 축소모형의 실험결과를 원형 구조물에 직접 적용하는 것은 많은 주의가 필요하다. 본 연구에서는 원형구조물과 축소모형에 대한 철골모형을 실험 대상으로 하여 실제 축소모형 실험결과로부터 원형구조물의 거동을 예측하는 경우의 문제점을 확인하고, 그 해결방법을 모색하고자 한다. 실제로 축소모형실험에서는 원형구조물의 경계조건을 정확히 재현하기 어려우며, 축소모형의 제작과정과 실험과정에서의 모든 오차가 강성의 변화로 반영되어 나타난다. 따라서 본 연구에서는 기하학적 상사율과 축소모형의 변화된 강성비를 함께 고려한 수정된 상사법칙을 제안하였으며, 수정된 상사법칙이 적용된 축소모형에 대하여 유사동적실험을 수행하여 지진응답결과를 원형구조물의 결과와 비교하였다. 축소모형에 대한 유사동적실험결과로부터 제안된 상사법칙을 적용함으로써 원형구조물의 지진응답 재현이 효과적임을 입증하였다. Although there are several experimental techniques to evaluate the seismic behavior and performance of civil structures, small-scale models in mast of physical tests, instead of prototypes or large-scale models, would be used due to a limitation on capacities of testing equipments. However, the inelastic seismic response prediction of small-scale models has some discrepancies inherently because the similitude law is generally derived in the elastic range. Thus, a special attention is required to regard the seismic behavior of small-scale models as one of prototypes. In this paper, differences between prototypes and small-scale models pseudodynamically tested on steel column specimens are investigated and an alternative to minimize them is suggested. In general, small-scale models could have the distorted stiffness induced from some experimental errors on test setup, steel fabrication and so on. Therefore, a modified similitude law considering both a scale factor for length and a stiffness ratio of small-scale model to prototype is proposed. Using the modified similitude law to compensate experimental errors, the pseudodynamic test results from modified small-scale model are much improved as compared with the results of prototype. According to the pseudodynamic test results of small-scale steel models, it can be concluded that the modified similitude law proposed could be effective in simulating the seismic response of prototype structures.