고유진동수에 따른 건축물 수평진동의 허용가속도 평가

조강표,홍성일,조기성 한국풍공학회 2008 한국풍공학회지 Vol.12 No.1

본 논문에서는 진동대 실험을 통하여 건축물의 수평진동에 대한 허용가속도를 평가하고자 한다. 국내에서 준 용하고 있는 사용성 기준인 ISO 6897과 캐나다기준에서는 최대가속도를 정하여 거주자의 거주성을 만족하도록 하고 있다. 수평진동실험은 1차원 수평 진동대를 사용하고, 진동대용 룸은 우리가 생활하고 있는 공간과 유사하게 설계 및 제작하였다. 실험평가방법은 피험자를 40명 모집하여, 8명씩 5개조로 나누어 주파수 0.2Hz~1.2Hz 범위에서 가속도를 증가시켜 허용가속도에 대해 평가하였다. 수평진동 실험으로 얻어진 누적분포를 0~25%, 26~50%, 51~75%, 그리고 76~100%로 나누어 추세선을 작성하였다. 또 국외 사용성 평가기준에 반영된 설문지를 바탕으로 실험에 적합한 설문지를 제작하여 진동에 대한 피험자들의 느낌을 조사하였다. 실험결과, 고유진동수에 따라 피험자가 견딜 수 있는 허용 가속도의 크기가 다른 것으로 평가되었고, 고유진동수가 높을수록 고유진동수가 낮은 경우보다 허용가속도의 크기가 작았다. In this paper, allowable acceleration for horizontal vibration in buildings was estimated by shaking table. Human comfort of occupants is satisfied by using the peak acceleration in NBCC and ISO6897 used by Korean structural engineer. 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 0~25%, 26~50%, 51~75%, 76~100% 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.

제주 거문오름 용암동굴계에 영향을 미치는 발파진동특성에 대한 연구

송재용 ( Jae-yong Song ),이근춘 ( Geun-chun Lee ),안웅산 ( Ung-san Ahn ),임현묵 ( Hyun-muk Lim ),문성우 ( Seong-woo Moon ),서용석 ( Yong-seok Seo ) 대한지질공학회 2021 지질공학 Vol.31 No.1

본 연구는 제주도 거문오름동굴계 주변 지역을 개발하는 과정에서 발생되는 발파진동이 용암동굴에 미치는 영향에 대해 분석하고, 용암동굴의 효율적인 관리보존 대책을 마련하기 위해 수행되었다. 이를 위해 연구지역에서 11개의 시추공을 천공하고, 공내 지발당 장약량을 0.5 kg에서 최대 10 kg까지 변화시켜가며 현장 발파진동시험을 수행하였다. 진동속도와 진동레벨의 상관관계를 분석하여 진동규제 기준을 만족하는 진동속도를 산정한 결과, 주간 허용 진동레벨을 만족하는 진동속도는 0.276 cm/sec 이하로 평가되었다. 시험결과를 토대로 진동속도 추정식을 도출하였으며, 95% 신뢰구간에 해당하는 입지상수(k, n)에 의한 환산거리식을 통해 도출된 k 값은 자승근식에서 130.04, 삼승근식에서 199.71이며, n 값은 자승근식에서 -1.717, 삼승근식에서 -1.711인 것으로 나타났다. 진동속도 추정식을 바탕으로 진동속도에 부합하는 지발당 장약량을 평가한 결과, 일반적인 문화재 진동기준치인 진동속도 0.2 kine과 진동원과의 거리 20~100 m를 적용할 때 거리와 장약량에 따른 진동속도 추정식에서의 지발당 장약량은 0.57~7.42 kg/delay, 자승근식에서 0.21~5.29 kg/delay, 삼승근식에서 0.04~5.51 kg/delay로 나타났다. 또한, 본 연구에서 도출된 삼승근식과 선행 연구의 결과를 종합하여 0.2 kine 기준에 부합하는 상관관계식을 각각 도출하였다. 관계식을 이용하여 진동속도 0.2 kine을 만족하는 거리에 따른 허용 지발당 장약량을 산정한 결과, 50 m에서 1.07 kg/delay, 100 m에서 5.13 kg/delay, 200 m에서 22.26 kg/delay로 평가되었다. 본 연구를 통해 산출된 진동속도별 상관관계식은 거문오름용암동굴계 주변 지반의 지발당 장약량 산정 근거로 활용이 가능할 것으로 판단된다. For management and preservation measures of lava tube, it is studied how the blasting vibration by constructions near Geomunoreum lava tubes in Jeju affect lava tube. 11 boreholes were drilled in study area, and in-situ blasting tests were conducted by changing from 0.5 kg to 10 kg charge per delay in those boreholes. The vibration velocity, which meets the regulatory vibration criterion during daytime, was estimated as below 0.276 cm/sec by analyzing the relationship between vibration velocity and vibration level. In addition, SRE and CRE were calculated from the results of in-situ blasting tests, and k-values were shown as 130.04 in SRE, 199.71 in CRE, respectively. Also, n-values were shown as -1.717 in SRE, -1.711 in CRE, respectively. Charge per delay were assessed based on these equations, and charges per delay had ranges of 0.57~7.42 kg/delay in estimation equation of vibration velocity, 0.21~5.29 kg/delay in SRE, and 0.04~5.51 kg/delay in CRE, considering the 0.2 kine vibration criterion for cultural heritage and the 20~100 m distance from vibration source. Additionally, the relationships which meet the criteria of 0.2 kine, were calculated by combining CRE in this study with the result of previous study. Allowable charges per delay, which meet the criteria of 0.2 kine, were evaluated as 1.07 kg/delay in 50 m, 5.13 kg/delay in 100 m and 22.26 kg/delay in 200 m distances. These relationships for each vibration velocity are useful to deduce charge per delay for the ground near Geomunoreum lava tube.

진동대모형실험에 의한 농업용 저수지 제체의 내진성능 평가

이영학(Lee, Younghak),류정현(Ryu, Junghyun),윤보라(Yoon, Bora),허준(Heo, Joon),이달원(Lee, Dalwon) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.3

본 연구에서는 노후화된 균일형 저수지의 월류 방지를 위한 방법으로 Parapet 구조물을 댐마루에 설치하고, 가속도 반응, 변위거동, 공극수압 거동을 진동대 모형시험으로 비교분석하였다. 실험 조건은 국내기준과 진도규모에 따른 지진가속도범위를 고려한 설계지진가속도를 4가지 Case별로 분류하였으며, 진동형 파형(Gongen)과 충격형 파형(Minogawa)을 입력파형으로 적용하였다. 설계지반가속도에 따른 가속도 반응은 진동형 파형에서 가속도의 증가율이 최대지진가속도에 도달할 수 있는 것으로 나타나 충격형 파형보다 제체 균열이 발생할 가능성이 높은 것으로 나타났다. 진동형 파형 및 충격파형 모두 가속도 증폭비는 댐마루에서 가장 높았으며, 설계지진가속도가 커질수록 증폭비는 작아지는 특징을 나타내었다. 또한, 수평변위는 침투의 영향으로 상류사면에서 가장 컸고, 수직변위는 댐마루에서 가장 크게 나타났다. 본 연구에서 검토된 파형의 비교결과는 진동형 파형이 충격형 파형보다 제체의 변위에 미치는 영향이 클 수 있음을 제시하였다. 그러나, 수평변위와 침하비, 과잉공극수압비에 대한 안전기준을 적용한 결과, 충격형과 진동형 파형 모두에서 허용범위 이내로 안정한 것으로 평가되었다. 따라서, Parapet 구조물은 월류 저항성과 제체 자체의 안정성에 대하여 긍정적인 효과를 가질 것으로 기대된다. In this study, shaking table tests were performed to compare and analyze the acceleration response, displacement behavior, and pore-water pressure behavior of reservoirs with parapets installed to prevent overtopping of deteriorative homogeneous reservoirs. During the shaking table tests, the experimental conditions were divided into four cases considering the range and magnitude of seismic acceleration according to national standards. The vibration-type waveform (Gongen) and shock-type waveform (Minogawa) were applied as input waveforms. The acceleration amplification ratios of both vibration- and shock-wave types were the largest in the dam crest, and the amplification ratio decreased as the design earthquake acceleration increased. In addition, the horizontal displacement was maximum on the upstream slope, owing to the influence of seepage water, and the vertical displacement was maximum on the dam crest, owing to the self-weight effect of the parapet structure. A comparison of the waveform results indicates that the vibration-type waveform may exhibit a more significant effect on the embankment zone displacement than the shock-type waveform. However, when the safety standards for the horizontal displacement, settlement ratio, and excess pore-water pressure ratio were applied, the embankment was stable within the allowable range in both the shock-type and vibration-type waveforms. Therefore, the parapet structure is expected to influence the overflow resistance and stability of embankments positively.

스마트폰 가속도센서를 이용한 대구도시철도 주행진동평가

권동희,장성현,문형진,Chey, Min Ho 한국융합학회 2019 한국융합학회논문지 Vol.10 No.6

Recently, various problems have arisen due to the popularization and aging of urban railway transit, which is the key transportation of large cities. In this study, the vibrational accelerations for the Daegu Metropolitan City Urban Railway(Line 1) were measured and evaluated using the smartphone built–in acceleration sensor and the approved application. For this purpose, the three axes running accelerations were measured according to the domestic standard (KS R 9160), and the acceleration data along the 32 stations (3 directions) were analyzed and compared. In addition, the increasing of acceleration values caused by the change of vibrational environment was monitored along the main stations between the time in 1997 and 2017. It was found that there are considerable increase of lateral and vertical directional accelerations due to the aging of railway facility environment for the last 20 years. The results of this study have valuable means for evaluating the ride quality of urban railway and the vibration influence on surrounding structures. 최근 대도시 핵심 교통수단인 도시철도의 대중화와 노후화에 따른 다양한 문제점이 발생되고 있다. 본 연구에서는 이의 해결을 위해 스마트폰 내장형 가속도센서와 이를 활용한 애플리케이션을 사용하여 대구광역시 도시철도 1호선 전 구간에 대한 진동가속도를 측정하고 열차진동 특성을 평가하였다. 이를 위해 국내 철도차량 진동 측정 방법(KS R 9160)을 따라 주행 시 발생하는 3축 방향 가속도를 기반으로, 32개 역사 구간 및 방향 별 진동가속도 특성을 분석하였다. 또한, 1997년 개통 당시 측정된 주요 구간 진동가속도와의 비교를 통해 열차 진동환경 변화에 따른 진동증폭 양상을 모니터링하였다. 진동가속도 분석 결과, 20년에 걸친 철도시설 환경의 노후화에 따른 수평 및 수직 방향 진동가속도 증가 특성을 확인하였다. 본 연구의 결과는 추후 도시철도 승차감 평가와 주변 구조물에 대한 진동영향성 평가를 위한 주요한 자료로서의 가치가 있을 것으로 판단된다.

감쇠 단을 갖는 보의 면내 진동인텐시티 측정에 관한 연구

김창열,길현권,홍석윤,Kim Chang-Yeol,Kil Hyun-Gwon,Hong Suk-Yoon 한국음향학회 2005 韓國音響學會誌 Vol.24 No.7

본 연구에서는 면내 진동하는 감쇠 단을 갖는 보에서 진동파워의 크기와 방향을 나타내는 면내 진동인텐시티를 측정하였다. 보의 면내 진동인텐시티 측정 방법으로서 3가지 다양한 방법을 적용하였다. 이러한 방법들은 2개의 가속도계 선형 배열을 이용하는 가속도계배열법과 하나의 가속도계를 갖고 주파수응답함수를 이용하는 주파수응답함수법 그리고 기준 가속도를 고정시키고 다른 하나의 가속도계를 이용하는 기준가속도계법 들이다. 본 연구에서는 이러한 방법들을 적용하여 보의 진동인텐시티 공간 분포를 측정하여 비교하였으며, 또한 가진 점에서 주어지는 입력 파워와 비교를 통하여 적용 가능성을 확인하였다. 이러한 결과들로부터 보의 면내 진동인텐시티를 측정하기 위하여 가속도계배열법뿐만이 아니라 주파수응답함수법과 기준가속도계법 또한 효과적으로 사용될 수 있음을 보였다. The objective or this paper is to measure the in-plane vibration intensity of a beam with a damped end that means the magnitude and direction of vibration power. Three experimental methods have been implemented to measure the in-plane vibration intensity over the beam. The first method is the accelerometer array method using two accelerometers. The second method is the frequency response function method using the only one accelerometer. The third method is the reference accelerometer method using a fixed reference accelerometer and another moving accelerometer. Those methods have been used to measure the spatial distribution of in-plane vibration intensity over the beam. The results obtained with those methods have been compared with each other. The results have been compared with an input power. It showed that the frequency response function method and the reference accelerometer method as well as the accelerometer array method can be effectively used to measure the in-plane vibration intensity in beams.

제주 거문오름 용암동굴계의 진동영향에 관한 실험적 연구

송재용 ( Jae-yong Song ),이근춘 ( Geun-chun Lee ),안웅산 ( Ung-san Ahn ),임현묵 ( Hyun-muk Lim ),서용석 ( Yong-seok Seo ) 대한지질공학회 2020 지질공학 Vol.30 No.3

본 연구는 제주도에서 각종 개발과정 중 발생되는 지반진동이 용암동굴에 미치는 영향에 대해 분석하고, 용암동굴의 효율적인 관리보존 대책을 마련하기 위해 수행되었다. 이를 위해 제주도 거문오름동굴계 분포지역에서 암질별 RMR과 Q-system 암반분류를 통해 지반상태를 평가하였고, 시추공 내에서 발파를 수행하여 만장굴 및 용천동굴에서 진동속도를 측정하였다. 암반분류 결과와 진동속도를 분석한 결과 암질이 좋을수록 진동의 영향이 크고, 암질이 불량할수록 진동영향이 작게 나타나는 경향을 보였으나 지반 불균질성 등의 이유로 선형관계가 뚜렷하게 나타나진 않았다. 진동시험 결과를 토대로 진동속도(PPV)와 진동레벨(dB(V))의 상관관계식을 도출하였으며, 생활진동규제기준(진동레벨 주간 65 dB(V), 야간 60 dB(V))을 만족하려면 진동속도가 주간 0.371 cm/s, 야간 0.285 cm/s인 것으로 계산된다. 야간 진동기준이 더 보수적인 값이므로 허용진동기준은 0.285 cm/s 이하로 설정될 필요가 있다. 연구지역에서의 발파진동추정식 결정을 위하여 자승근 환산거리 및 삼승근 환산거리에 대해 선형 회귀분석을 수행한 결과, 결정계수(R2)가 0.76 이상으로 나타나 양호한 신뢰성을 가지는 것으로 평가되었다. 도출된 발파진동추정식의 자승근 관계식을 적용하여 문화재 진동기준치인 0.2 cm/s를 만족하는 장약량을 산정하였고, 동굴에서 50 m 이격된 경우 2.88 kg, 100 m 이격된 경우 11.52 kg으로 계산되었다. The effects of ground vibration on lava tubes during construction were studied to aid design of management and preservation measures for lava tubes. Ground conditions were assessed by RMR (Rock mass rating) and Q-system classifications for the Geomunoreum lava tubes, and vibration velocity was measured during in situ blasting tests in the Manjanggul and Yongcheondonggul lava tubes. Results indicate that the higher the rock quality, the greater the effect of vibration, although there is no clear linear relationship due to ground heterogeneity. A relationship derived between vibration velocity (PPV) and intensity (dB(V)) on the basis of blasting tests indicates that a vibration level of < 0.285 cm/sec meets the regulatory limit of 0.371 cm/sec and 65 dB(V) during daytime, and 0.285 cm/sec and 60 dB(V) during night. For blasting vibrations, square- and cube-root scaled distances are linearly correlated, with R² ≥ 0.76. On the basis of this correlation, explosive-charge weights meeting the 0.2 cm/sec vibration criterion for cultural heritage were estimated to be 2.88 kg at 50 m distance, and 11.52 kg at 100 m.

가속도 계측 자료를 이용한 콘크리트 교량의 처짐 산정

윤영균,유희중 한국구조물진단유지관리공학회 2011 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.15 No.5

본 연구는 실제 교량에서 차량 주행에 따른 가속도 계측 자료를 이용하여 교량의 고유진동수를 진동 모드별로 파악한 후, 수치 모델링을 통하여 유도된 동적하중에 따른 6차 모드까지의 고유진동수를 고려하여 처짐을 계산할 수 있는 산정식에 관한 것이다. 처짐 계산식은 모드중첩법에 의한 비감쇠 강제진동 이론을 이용하여 교량을 등속도로 이동하는 동적 주행하중에 의해 발생하는 처짐을 계산할 수 있도록 수치 모델링을 하였으며, 이를 검증하고 자동으로 계산할 수 있도록 하였다. 그리고, 제안된 처짐 계산식을 검증하기 위하여 콘크리트 교량을 대상으로 동적재하시험을 실시하여 처짐을 측정하고 이 값을 본 연구의 처짐 계산식의 결과와 비교하여 정확성 및 타당성 검증을 실시하였다. 이 결과, 본 연구에서 제시하는 처짐 계산식은 고유진동수를 고려하는 진동모드의 차수가 낮은 경우에 비교적 정확한 처짐을 예측하며, 주행속도에 따라서는 적용하는 진동 모드 차수에 의하여 처짐 예측의 정확도가 영향을 받는 것을 확인하였다. 그리고, 주행속도가 비교적 빠른 경우에 한하여 본 연구에서 제시하는 처짐 계산식은 진동 모드에 상관없이 비교적 정확하고 신뢰도가 양호한 계산 결과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. This paper describes a numerical modeling for deflection calculation using the natural frequency response that is measured acceleration response for concrete bridges. In the formulation of the dynamic deflection, the change amounts and the transformed responses about six kinds of free vibration responses are defined totally. The predicted response can be obtained from the measured acceleration data without requiring the knowledge of the initial velocity and displacement information. The relationship between the predicted response and the actual deflection is derived using the mathematical modeling that is induced by the process of a acceleration test data. In this study, in order to apply the proposed response predicted model to the integration scheme of the natural frequency domain, the Fourier Fast Transform of the deflection response is separated into the frequency component of the measured data. The feasibility for field application of the proposed calculation method is tested by the mode superposition method using the PSC-I bridges superstructures under several cases of moving load and results are compared with the actually measured deflections using transducers. It has been observed that the proposed method can asses the deflection responses successfully when the measured acceleration signals include the vehicle loading state and the free vibration behavior.

진동 억제를 위한 가속도 피드백 제어기의 설계 및 실험

신지환(Ji-Hwan Shin),곽문규(Moon K. Kwak),이지디아니(Ezdiani Talib),허석(Seok Heo) 한국소음진동공학회 2016 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.4

본 연구에서는 가속도 피드백을 받아 구조물의 진동을 억제하는 제어 알고리즘의 이론 모델링 및 실험을 수행하였다. 고층 건물의 진동을 억제시키기 위해 현재까지 많은 연구들이 진행되었으며, 다양한 제어 전략들이 제안되어 왔다. 실제 현장에서는 구조물의 변위나 속도를 측정하기 힘들며, 일반적으로 가속도 신호를 계측하는 것이 용이하다. 따라서 본 연구에서는 가속도 신호를 그대로 사용하고, 비교적 간단한 형태인 제어 알고리즘을 개발하여 구조물의 진동을 억제하는 방법을 제안하였다. 구조물의 상단에 위치한 질량을 이동시키기 위해 AC서보모터를 이용하였으며, 가속도 신호를 피드백 받아서 90도 위상차를 가지는 제어 신호를 생성하였다. 본 연구에서는 하나의 진동 모드에 대한 NAF(Negative Acceleration Feedback)의 동적 모델링을 위해 1자유도 스프링-질량-댐퍼 시스템을 구성하였다. 또한 제안한 방법의 유효성 확인을 위해 실험 장치를 구성하였으며, 이를 통해 NAF가 단일 진동 모드 및 다중 진동 모드 억제에 모두 효과적임을 확인하였다.

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.

가속도 측정을 이용한 교량 행어의 진동 안정성 평가

남진원 ( Nam¸ Jin Won ) 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.24 No.2

아치 교량 등의 행어 부재는 풍하중에 의해 진동이 발생하고 이로 인해 안전성에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 비틀림 등으로 인해 행어에 설치된 진동 방지재가 탈락하는 경우도 발생한다. 본 연구에서는 진동방지재가 설치된 행어의 진동 특성을 파악하기 위하여 가속도계를 이용하여 고유진동수 및 진동 모드를 파악하고 이를 바탕으로 진동방지재의 기능을 검증하였다. H형강으로 제작된 행어에 대해 플랜지 부분에 대칭으로 가속도계를 설치하여 휨모드와 비틀림 모드의 진동 특성을 구분하였다. 계측된 가속도 데이터를 바탕으로 산정한 부재의 고유진동수는 내풍에 대한 목표 비틀림 진동수와 비교하여 안정성을 확인하였다.