하중추정기법에 의한 원형 실린더 구조물의 와류하중추정 = Estimation of Vortex Induced Wind Load on Circular Cylinder Structure by Force Identification Framework

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Various vibration phenomena due to the wind flow occur in the structure. Among them, the vortex induced vibration (VIV) has great influence on the structure with large vibration by the lock-in phenomenon at the vortex shedding frequency which is identical with the natural frequency of the structure. However, most of the vortex phenomena were observed in the uniform flow. In this study, the effect of turbulence flow on the VIV was evaluated by the atmospheric boundary layer wind tunnel test. From the measured acceleration from the elastic model test, the first mode vortex load which generates vortex vibration is estimated by using the force identification method and the characteristics are analyzed. The spectrum of the estimated vortex load shows that vortex shedding frequency was dominant at the wind speed corresponding to about 88-90% of the top wind velocity of the structure. Also, as the wind speed gradually increased, the frequency range of the spectrum of vortex load increased. It is considered that this phenomenon can be used to more effectively understand the across wind of a high-rise building structure.

국문 초록 (Abstract)

기류흐름에 의한 다양한 진동현상이 구조물에 발생한다. 이중 와류에 의한 진동은 구조물의 고유진동수와 일치하는 와류의 방출진동수에서는 Lock-in 현상에 의해 큰 진동을 유발하며 구조물에 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그러나 대부분의 와류 현상은 등류에서 관찰되는 현상을 대상으로 이루어졌다. 본 연구에서는 대기 경계층에서 높이에 따라 풍속이 변화하는 난류에 의하여 구조물에 발생하는 와류의 영향을 풍동실험을 통하여 평가하였다. 탄성체 모형실험으로부터 계측된 가속도로부터 하중추정법을 이용 하여 와류진동을 발생시키는 1차 모드 와류하중을 추정하였으며 그 특성을 분석하였다. 추정된 와류하중의 스펙트럼을 보면 구조물 최상층 풍속의 약 88-90%에 해당하는 풍속에서 와류방출진동수가 두드러지게 나타나면서 피크를 형성하는 것으로 나타났다. 또한, 풍속이 점차 증가할수록 와류하중의 스펙트럼의 진동수범위가 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 난류에 의한 와류하중을 특성을 반영하면 초고층 구조물 등에 발생하는 풍직각 방향의 진동현상을 보다 효과적으로 파악하는데 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

참고문헌 (Reference)

1 황재승, "비고전 감쇠를 가지는 구조물의 가속도응답을 이용한 새로운 모드분리 기법" 대한건축학회 31 (31): 19-26, 2015

2 황재승, "가상 질량 동조기에 의한 구조물의 감쇠비 추정" 한국풍공학회 20 (20): 65-70, 2016

3 Simiu, E, "Wind effects on structures" John Wiley & Sons, Inc 1996

4 Gillijns, S., "Unbiased minimum-variance input and state estimation for linear discrete-time systems" 43 : 111-116, 2007

5 Sanchez, J., "Review of force reconstruction techniques" 333 : 2999-3018, 2014

6 Xu, S., "An inverse approach for pressure load indentification" 37 : 865-877, 2010

7 Dowel, E. H., "A modern course in aeroelasticity-forth revised and enlarged edition" Kluwer academic Publishers 2004