주행차량의 종류와 아스팔트 콘크리트 포장 평탄성에 따른 동적하중 증가계수 산정

최준성,서주원,김종우 한국도로학회 2012 한국도로학회논문집 Vol.14 No.2

In this study, frequently passing vehicles with two, three, four, and five axles were chosen through traffic volume analysis in Kyung-In Expressway in order to analyze how the road roughness and vehicle speed affect on the dynamic loads for roads in various vehicle classes. Dynamic loads according to chosen vehicles are estimated by TruckSim program. Dynamic load amplification factor is ratio between dynamic and static loads, and it is also determined for each vehicle classes. From the result of dynamic loads estimated by the dynamic load amplification factor, it is shown that for three-axles vehicle, when IRI is 3.5 and vehicle speed is 100km/hr, asphalt pavements receive additional 36% of static loads in maximum. The analysis of the amplification factor according to each vehicle classes also indicates that the amplification factor increases as the distance between the axles becomes smaller and each axle receives more loads. 다양한 종류의 차량하중을 대상으로 도로의 평탄성과 차량의 속도가 도로에 작용하는 동적하중에 미치는 영향을 분석하기위하여 경인고속도로의 교통량자료 분석을 통하여 통과빈도가 높은 대표 중차량 개념의 2축, 3축, 4축 그리고 5축 차량을 선정하였다. 선정된 대표 중차량을 대상으로 도로의 평탄성과 주행차량의 속도에 따른 동적 축하중을 TruckSim 프로그램을 통하여 산정한 후, 각 대표 중차량을 대상으로 도로 평탄성 변화에 따른 동적하중에 대한 정적하중의 비인 동적하중 증가계수를산정하였다. 본 연구를 통해 산정된 동적하중 증가계수로부터 예측한 동적하중은 3축 대표 중차량에서 IRI가 3.5이고 주행차량속도가 100km/h일 때 정적하중에 비해 최대 36%에 해당하는 추가적인 동적하중이 가해지는 것으로 나타났고, 다양한 차종에 대한 동적하중 증가계수의 특성을 분석한 결과 축간거리가 짧고 각 축에 가해지는 하중분담률이 높을수록 동적하중 증가계수가 증가함을 알 수 있었다.

시계열하중을 이용한 PSC 박스 거더 고속철도교량의 동적성능 평가에 관한 연구

한성호(Han Sung Ho),방명석(Bang Myung Seok),이우상(Lee Woo Sang) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 A Vol.30 No.3A

고속철도교량의 설계개념은 정적하중에 따른 충격계수를 고려하여 기존 교량 구조물의 강성을 증가시키기 위한 방안을 적용하고 있으며, 전반적인 구조설계 과정은 선진 외국기술에 의존하고 있는 실정이다. 그러나 고속철도(Korea Train eXpress: KTX)의 긴 연장(380 m)과 고속(300 ㎞/h) 주행은 공진현상에 상당한 영향을 미치기 때문에 고속철도교량의 동적증폭계수 (DAF) 및 동적성능 평가는 상세한 검토가 필수적으로 수행되어야 할 것이다. 따라서 이 연구에서는 전형적인 PSC 박스 거더 고속철도교량을 대상으로 동적성능을 효율적으로 검토하고자 하며, 합리적인 구조설계를 위한 기초자료를 제시하고자 한다. 이를 위해, 기존문헌을 토대로 KTX의 하중선도를 고려하여 정적해석을 수행하였다. 또한 다양한 해석변수를 고려하여 KTX의 이동하중을 시계열하중으로 변환하였으며, 변환된 시계열하중을 이용하여 시간이력해석을 합리적으로 평가하였다. 이때, 시계열하중을 산정하기 위한 변수는 KTX의 하중재하 절점간격, 시간증분 및 속도변화를 고려하였다. FE해석 결과를 바탕으로 PSC 박스 거더 고속철도교량의 동적성능을 체계적으로 검토하였으며, 국내외 관련규정에 따라 구조안전성을 정량적으로 평가하였다. The design concept of high speed railway bridges is applied to a method for increasing the stiffness of existing bridge structures considering the impact factor by a static load. Generally, the process of structural design would be relied upon an advanced foreign technology. However, the dynamic amplification factor (DAF) and dynamic capacity assessment of high speed railway bridges may be conducted essentially a detailed estimation because the resonance phenomenon is affected by the long length (380 m) and high speed (300 ㎞/h) moving of a high speed railway (Korea Train eXpress: KTX). Therefore, this study will be examined the dynamic capacity of the typical PSC Box Girder high speed railway bridge efficiently, and offered the basic information for the reasonable structural design. For this, the static analysis is conducted considering the load line diagram of KTX based upon existing references. In addition, the KTX moving load is transformed into the time series load considering various analytical variables. The time history analysis is assessed reasonable using the transformed time series load. At that time, analytical variables for calculating the time series load are considered loading node distance, time increment and KTX velocity variation etc. The dynamic capacity of the PSC Box Girder high speed railway bridge is examined based upon the FE analysis result systematically. The structural safety is assessed quantitatively in accordance with the related regulation of the inside and outside of the country.

폭발하중을 받는 콘크리트 벽체구조의 HFPB 해석

남진원(Nam Jin Won),김호진(Kim Ho Jin),김성배(Kim Sung Bae),변근주(Byun Keun Joo) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.3A

폭발하중은 매우 빠른 시간 내에 구조물에 큰 압력으로 작용하는 하중이므로 변형률 속도와 구조물의 국부적인 손상을 고려하여 동적응답을 평가해야한다. 그러나 폭발하중을 받는 구조물의 설계 및 해석에 일반적으로 사용되고 있는 기존의 근사적 해석기법은 폭발하중에 대한 경계조건과 동적재료특성을 정확하게 반영하지 못할 뿐 아니라 폭발하중을 받는 구조물이 나타내는 국부적인 거동을 나타내지 못한다. 또한 근사적 해석기법 결과의 정확도와 신뢰성에 대한 문제는 꾸준히 지적되어오고 있다. 게다가 동적하중에 대한 콘크리트와 철근의 응답은 정적하중에 대한 응답과 상이하므로 폭발하중에 대한 응답을 계산하는데 있어 정적하중이나 준정적하중상태로 정의되는 재료 모델을 사용하는 것은 적합하지 않다. 따라서, 본 연구에서는 폭발하중에 대한 콘크리트 구조물의 동적거동을 예측하기 위해 물리적 현상에 충실하는 정밀해석 방법인 HFPB(high fidelity physics based) 해석방법을 사용하였다. HFPB 해석을 위해서는 양함수적(explicit) 유한요소 코드인 LS-DYNA가 사용되었고, 해석결과의 비교를 위해서 단자유도 시스템 해석이 수행되었다. 해석결과를 통해 HFPB 해석방법은 단자유도 해석방법에 비해 합리적인 결과를 나타내며, 단자유도 해석방법은 경우에 따라 구조물의 성능을 과대 또는 과소평가할 수도 있는 것으로 분석되었다. 따라서, 정확하고 상세한 방호성능의 평가 및 설계가 요구되는 경우에는 적합한 재료모델을 사용하는 정밀해석 방법이 필요할 것이다. As blast load is impulsive load of extremely short duration with very high pressure, the strain rate and local damage effect of concrete structures subjected to blast loads should be considered in the dynamic analysis. However, the approximate and simplified analysis techniques, which have been generally used in the design and analysis of structures subjected to blast load, cannot accurately consider effect of boundary conditions and dynamic material properties. Problems on the accuracy and reliability of approximate analysis results have also been pointed out. In addition, as the response of concrete and reinforcement on dynamic load is different from that on static load, it is not appropriate to the use material model defined in the static or quasi-static conditions in calculating the response on the blast load. Therefore, this study suggest the dynamic analysis method using high fidelity physics based (HFPB) analysis to predict damage and failure of a concrete structure under the blast loading condition. The explicit finite element code LS-DYNA is adopted for HFPB analysis and single-degree-of-freedom (SDOF) system is used for comparison of results. From the analysis results, it is found that HFPB analysis could represent reasonable results compared to those of SDOF analysis and SDOF analysis might overestimate or underestimate the resistance of structure under blast load. In case of detailed analysis, HFPB analysis with proper material model is needed to evaluate the resistance of structure correctly.

동적 하중을 받는 암반 구조물의 수치해석 변수에 대한 고찰

류창하 ( Chang-ha Ryu ),최병희 ( Byung-hee Choi ),장형수 ( Hyung-su Jang ) 대한화약발파공학회 2018 화약발파 Vol.36 No.3

동적 하중을 받는 암반의 역학적 거동은, 같은 크기의 최대 하중이라도 정적으로 가해지는 경우와는 다른 특성을 보인다. 동적 하중 하에서의 거동 특성을 규명하기 위한 실험적 접근 방법은 동적 하중의 제어와 계측 및 해석에 있어서 정적 조건에서의 실험 방법보다 더 많은 어려움이 있다. 수치해석적 방법은 물리적 실험이 아니라 수치해석적으로 실험을 실시함으로써 물리적 제약을 덜 받으므로 설계 단계에서 매우 유력한 해석 도구가 될 수 있다. 그러나 수치해석방법은 해석방법의 알고리즘이 적정하더라도, 입력 자료와 경계조건의 설정에 따라 계산 결과가 많이 달라질 수 있으므로 해석 시 세심한 주의가 필요하다. 본 논문에서는 동적 하중을 받는 암반 구조물의 거동을 수치해석적으로 검토할 때, 경계 조건, 동적 하중과 계산 시간 간격, 동적 하중 특성이 계산 결과에 미치는 영향을 검토하여, 동적 해석 시 경계조건과 계산 시간 간격의 설정 지침을 제공하고자 하였다. The dynamic behaviour of the rock mass under the dynamic load is different from the static application of the maximum load of the same size. An experimental approach to investigating rock behavior under dynamic loads is more difficult than that under static conditions in control of dynamic loads, measurement and analysis of the results. Numerical methods are less constrained by performing the experiments numerically, rather than experimental ones, so they can be very powerful analytical tool at the design stage. However, even if the algorithms of the analysis method are appropriate, careful analysis is required because the calculation results may vary largely depending on input data and boundary conditions. In this paper, when investigating the behavior of rock structures under dynamic load numerically, the effects of boundary conditions, dynamic load and calculation time step, and dynamic load characteristics on the calculation results were reviewed to provide guidance on setting up boundary conditions and calculation time step related to dynamic analysis.

포장 프로파일이 포장 피로수명에 미치는 영향 분석

박대욱,안덕순,권수안 한국도로학회 2009 한국도로학회논문집 Vol.11 No.2

본 논문에서는 아스팔트 콘크리트 포장의 표층 프로파일과 차량특성인 차량속도와 현가장치를 다르게 하여 트럭 시뮬레이션 프로그램을 통한 동적하중을 분석하였다. 다양한 포장 상태의 프로파일을 입력하여 동적하중을 분석하였으며, 프로파일, 차량의 현가장치, 차량속도에 따른 동적하중 변화를 분석하였다. 포장 거칠기가 증가할 수 록 동적하중이 증가하였으며,속도가 증가할 수 록 동일한 포장 거칠기 하에서 동적하중이 증가하였다. Walking beam 현가장치가 Air spring 현가장치에 비해 더 큰 동적하중을 보였다. 동적하중 공분산을 이용하여 포장파손 지수를 결정하였으며, 동적하중 공분산과 신뢰도,아스팔트 혼합물의 파괴매개변수가 증가할 수 록 포장파손지수도 증가하였다. 본 연구의 결과를 이용하여 차량속도와 표층 아스팔트 혼합물 파괴특성에 근거한 포장 평탄성 규정에 이용할 수 있으며, 아스팔트 콘크리트 포장 시공 후 포장 평탄성에 근거한 지불규정에 효과적으로 사용할 수 있다고 판단된다. The simulation of dynamic load was conducted based on surface profile on asphalt concrete pavement, vehicle speeds, and suspension types using a truck simulation program. The results of the simulated dynamic load based on different surface profile,vehicle speeds, and suspension types are analyzed. As pavement roughness and vehicle speed are increased, the dynamic load was increased. Walking beam suspension produces greater dynamic load than air spring suspension. Pavement damage index is calculated based on covariance of dynamic load and Paris-Erdogan fracture parameter, n which is based on creep compliance tests of asphalt mixtures used in Korea. The higher covariance of dynamic load, confidence level, and fracture parameter are used, the greater pavement damage index is obtained. Specification of pavement roughness can be developed in various vehicle speeds and asphalt mixtures, and pay factor can be determined after constructing asphalt concrete pavement using pavement damage concepts.

영상기반 모션센싱을 이용한 실시간 동적 보행하중의 위치인식

임정혁(Lim, Jeonghyeok),윤형철(Yoon, Hyungchul) 한국방재학회 2019 한국방재학회논문집 Vol.19 No.7

본 연구에서는 구조물 건전성 모니터링(Structural Health Monitoring)을 위한 동적 하중 분석에 있어, 하중의 위치정보 획득에 영상 기법을 활용한 모션센싱 기법을 제시하고자 한다. 거동 측정 기반 구조물 건전성 모니터링은 구조물에 가해지는 동적 하중은 대부분 백색 소음(White Noise)으로 가정하고 동적 거동만을 측정하는데 이로 인하여 오차가 발생하게 된다. 반면에 하중-거동 측정 기반 구조물 건전성 모니터링은 구조물에 가해지는 동적 하중을 고려하기 위해 하중의 크기와 위치에 대한 정보를 필요로 하지만 이를 측정하는데 많은 어려움을 겪고 있다. 일반적으로 해머(Hammer) 등을 활용한 충격 재하 실험방법이 많이 사용되지만, 이 방법은 별도의 장비가 필요하며 교통 제어도 요구되는 한계점을 지니고 있다. 본 연구에서는 편리하고 경제적인 영상 기반 기법을 개발하여, 보다 저렴하고 효율적으로 구조물의 동적 보도하중의 위치를 예측하고자 한다. 카메라와 모션센싱 기법을 이용하여 구조물 위에서 움직이는 객체를 추적하고 구조물의 해당 위치에 하중을 부여하였다. 본 연구에서 개발된 동적하중 위치 측정 방법은 특별한 장비를 필요로 하지 않으며, 상용 카메라를 이용함으로써 보다 적은 비용으로 효율적인 동적 하중의 위치정보 획득이 가능할 것으로 기대된다. This paper presents a new method for analyzing the dynamic loading of a structure for structural health monitoring (SHM) using a computer-vision-based motion-sensing technique that obtains the pedestrian dynamic-load location. One of the main sources of error in the output-only SHM method comes from the assumption that the input (dynamic load) is white noise. In contrast, the input-output-based SHM method is rarely used because of the difficulty in measuring the dynamic load applied to the structure. Impact-load testing by employing an impact hammer is often used to control the dynamic load; however, the method requires additional pieces of equipment with traffic control. This paper presents a commercial off-the-shelf method to overcome such limitations using computer-vision techniques. The location of the pedestrian dynamic load is determined by applying motion-sensing algorithms. The proposed method does not require any additional equipment other than a commercial camera, which is cost- and labor-effective compared with conventional methods.

등방성체 동적 광탄성 하이브리드 법 개발 및 에너지 해방률에 대한 연구

하재기 김천과학대학 2001 김천과학대학 논문집 Vol.27 No.-

In this paper, dynamic photoelastic hybrid method is developed and its validity is certified. And dynamic energy release rate was calculated. The dynamic photoelastlic hybrid method can be used on the obtaining of dynamic stress intensity factors and dynamic stress components. The effect of crack length on the dynamic stress intensity factors is less than those on the static stress intensity factors. When structures are under the dynamic mixed mode load, dynamic stress intensity factor of mode I is almost produced.

프리캐스트 모듈 바닥의 동하중 재하시험

Ikhyun Sung 한국재난정보학회 2017 한국재난정보학회 논문집 Vol.13 No.1

본 연구에서 프리캐스트 바닥판 위를 이동하는 차량하중에 의한 바닥판 접합거동을 파악하고자 하였다. 하중 재하를 위하여 프레임을 제작하였고 각 측정 장치를 활용하여 거동을 파악하였다. 바닥판의 정적응답을 검토하여 이론값과 비교하였고 그 특성은 매우 합리적임을 알 수 있었다. 또한, 동적영향 평가를 위하여 가속도, 속도 및 변위를 측정하여 시험에서 이동하중의 특성을 분석하였다. 이동하중에 의한 동적응답을 위하여 바닥판 진동수를 측정하였는데 하중의 범위에 대하여 진동의 특성은 민감하다고 판단되었다. 결과적으로 연결부의 동적 응답은 연결방법에 따라 특성이 다르므로 설계에 주의를 기울여야 할 것으로 판단되었다. In this study, we tried to understand the panel joint behavior by the vehicle load moving on precast panel. The frame was made for loading and the behavior was determined by using each measuring device. The static response of the panel was examined and compared with the theoretical value, and it was found that the characteristics were very reasonable. In addition, acceleration, velocity, and displacement were measured for dynamic impact evaluation, and the characteristics of moving load were analyzed in the test. The vibration frequency of the panel was measured for the dynamic response by the moving load, and the vibration characteristic was considered to be sensitive to the range of the load. As a result, it is considered that the dynamic response of the connection part should be careful in design because the characteristics are different according to the connection method.

대기경계층 공탄성 실험에서 역추정된 동적 풍방향 하중 특성

황재승 대한건축학회지회연합회 2018 대한건축학회연합논문집 Vol.20 No.1

The dynamic along-wind response based on spectral modal analysis has been adopted as a wind load standard in many countries over the world due to the advantage of evaluating the dynamic response by the simple theoretical formula since it has been established in the 1960s. In theoretical evaluation process, the modal wind load spectrum was derived from the spectral density of longitudinal velocity fluctuation, and the spectral modal analysis is performed for the wind-resistant performance. Since the modal wind load spectrum is derived by simplifying wind characteristics such as drag coefficient, turbulence intensity, co-coherence, etc. to facilitate the theoretical development, it is necessary to examine the validity of the simplification. In this study, the aero-elastic model test was performed in the atmospheric boundary layer wind tunnel, and the modal response was separated from the acceleration responses measured from the model test by applying the state space mode decomposition technique. And then modal load was estimated in order to compare with the theoretical modal wind load. Especially, the characteristics of aerodynamic admittance used for the conversion from spectral density of wind velocity to modal wind load spectrum are mainly analyzed and compared with theoretical aerodynamic admittance. From the results, it is shown that the spectrum of estimated dynamic wind load is slightly different with the theoretical wind load spectrum according to the top wind velocity, but the overall spectral characteristics is similar in the frequency signature. Applying the process in this study to the measured response of a structure under natural wind, it can be used for estimating the wind load in the natural environment condition and establishing a wind load model based on in-situ data. 스펙트럼 모드해석에 기반한 풍방향 동적해석법은 1960년대에 정립된 이후, 이론적인 식에 의해서 응답을 평가할 수 있는 장점 때문에 세계 많은 나라에서 풍하중 기준으로 사용되고 있다. 이론식은 변동풍속 스펙트럼으로부터 모달풍하중 스펙트럼을 유도하고 스펙트럼해석에 의한 변동응답을 이용하여 구조물의 내풍성능을 평가할 수 있었다. 모달 풍하중 스펙트럼은 이론적 전개를 용이하게 하기 위하여 풍력계수, 난류강도, 코-코히어런스 등과 같은 바람의 성상을 단순화하여 유도된 것으로 그에 대한 타당성을 검토할 필요가 있다. 본 연구에서는 대기 경계층 풍동에서 공탄성 실험을 수행하고 하중 추정법을 이용하여 풍방향 동적하중을 구하였으며, 이를 이론적인 모달 풍하중 스펙트럼과 비교하였다. 공탄성 실험으로부터 계측된 가속도 응답에 상태공간 모드분해법을 적용하여 모달응답을 구하고 그로부터 풍방향 모달하중을 역추정하고 이론적 모달풍하중과 비교하여 그 특성을 분석하였다. 특히 풍속스펙트럼으로부터 모달 풍하중스펙트럼으로의 변환과정에서 요구되는 공력어드미턴스의 특성을 이론적 어드미턴스와 비교분석하였다. 분석결과 추정된 풍방향 동적하중 스펙트럼은 최상층 풍속에 따라 이론적 풍하중 스펙트럼의 크기가 다소 다르게 반영되어 나타났으나 진동수 특성은 매우 유사한 것을 확인할 수 있었다. 본 연구기법과 과정을 자연풍을 받는 구조물의 실계측 응답에 적용하면 자연환경상태의 풍하중을 분석하고 그에 기반하여 풍하중 모델을 정립하는데 활용 가능할 것으로 사료된다.

국내 화강암 재료의 동적 전단강도 특성에 대한 실험적 연구

오세욱,최병희,박의섭,김경규,신찬휘,조상호 대한화약발파공학회 2023 화약발파 Vol.41 No.2

The analysis and engineering use of rock materials exposed to dynamic impact loads, such as rock blasting and high-speed collisions, require the calculation and modeling process that reflects dynamic behavioral characteristics. In particular, for such dynamic shock/destruction phenomena, there are limitations to full-scale experiments due to economic and environmental factors, and instead, simulation techniques through numerical analysis are widely used. However, studies on the dynamic characteristics of domestic rock materials are very limited in terms of both quantity and quality, and rely heavily on research data of overseas rocks showing different characteristics. In this study, dynamic shear strength characteristics were investigated through the performance of dynamic punch shear experiments on domestic granite materials, and input variables for reflecting in material models were calculated and presented. The correlation between dynamic shear strength and load velocity was analyzed based on experimental results, and the impact of confining pressure was also examined by applying two different initial confining pressure conditions. In addition, the reliability of the experimental results was reviewed through comparison with theoretical predictions and existing research cases, and a brief presentation of future research directions was provided. 암반발파나 고속충돌과 같이 동적 충격하중에 노출된 암석재료의 거동 해석 및 공학적 활용을 위해서는 동적 거동특성을 반영할 수 있는 인자의 산출 및 모델링 과정이 필수적이다. 특히, 이러한 동적 충격/파괴 현상 들의 경우, 경제적⋅환경적 요인에 따라 실규모 실험에 한계성이 존재하며, 대신 수치해석적 접근을 통한 모사기 법이 널리 활용되고 있다. 반면, 국내 암석재료에 대한 동역학적 특성인자들에 대한 연구사례는 양과 질의 모든 측면에 있어 매우 한정적이고, 상이한 특성을 보이는 해외 암종에 대한 연구 데이터에 의존하고 있다. 본 연구에 서는 국내 화강암 재료에 대한 동적 압입 전단실험 수행을 통해 동적 전단강도 특성을 분석하고, 재료모델에 반 영하기 위한 입력변수들을 산정 및 제시하였다. 실험결과를 토대로 동적 전단강도와 하중속도의 상관관계에 대해 분석하였으며, 서로 다른 두 가지 초기 구속압 조건을 적용하여 구속압에 대한 영향성 또한 고찰하였다. 최종적 으로 실험 이론적 예측 및 기존 연구사례들과의 비교를 통해 실험결과에 대한 신뢰성을 검토하였으며, 향후 연구 방향을 간략히 제시하였다.