현재 운용중인 가스배관은 다양한 건설진동에 의하여 영향을 받고 있다. 특히 지하철 공사 및 도로공사 시에는 건설장비의 사용, 대형차량의 통행 및 발파 등으로 인해 발생되는 건설진동이 가스관에 큰 영향을 미친다. 매설가스관의 경우는 매설된 위치와 근접한 곳에서 시행되는 발파로 인한 진동영향이 큰 상태이며 노출가스관의 경우는 차량진동에 대하여 가장 크게 영향을 받고 있다. 본 논문에서는 가스배관 주변에서 발생하는 건설진동을 측정, 분석함으로써 건설진동에 의한 가스배관의 진동을 손쉽게 예측할 수 있는 가스관 진동예측 프로그램을 소개하였다. 이 프로그램은 가스관의 진동을 예측하는 소프트웨어로 기존의 신뢰성 분석된 경험식과 유한요소해석을 통한 구조해석 결과를 이용하여 매설 및 노출 가스관에서의 진동치를 현장조건에 따라 예측할 수 있고, 측정된 진동데이터를 데이터베이스화 할 수 있는 기능을 가지고 있다. 또한 현장에서 발파진동을 측정하여 발파진동추정식을 산정하고, 지발당 허용장약량을 나타내는 그래프를 자동으로 형성할 수 있는 기능을 가지고 있다. 따라서 현장 근무자가 손쉽게 가스관 주변에서 진동을 예측하여 가스관의 안전성을 평가할 수 있다.
현재 운용중인 가스배관은 다양한 건설진동에 의하여 영향을 받고 있다. 특히 지하철 공사 및 도로공사 시에는 건설장비의 사용, 대형차량의 통행 및 발파 등으로 인해 발생되는 건설진동이 가스관에 큰 영향을 미친다. 매설가스관의 경우는 매설된 위치와 근접한 곳에서 시행되는 발파로 인한 진동영향이 큰 상태이며 노출가스관의 경우는 차량진동에 대하여 가장 크게 영향을 받고 있다. 본 논문에서는 가스배관 주변에서 발생하는 건설진동을 측정, 분석함으로써 건설진동에 의한 가스배관의 진동을 손쉽게 예측할 수 있는 가스관 진동예측 프로그램을 소개하였다. 이 프로그램은 가스관의 진동을 예측하는 소프트웨어로 기존의 신뢰성 분석된 경험식과 유한요소해석을 통한 구조해석 결과를 이용하여 매설 및 노출 가스관에서의 진동치를 현장조건에 따라 예측할 수 있고, 측정된 진동데이터를 데이터베이스화 할 수 있는 기능을 가지고 있다. 또한 현장에서 발파진동을 측정하여 발파진동추정식을 산정하고, 지발당 허용장약량을 나타내는 그래프를 자동으로 형성할 수 있는 기능을 가지고 있다. 따라서 현장 근무자가 손쉽게 가스관 주변에서 진동을 예측하여 가스관의 안전성을 평가할 수 있다.
Presently, working gas pipelines are being subjected to the influence of construction vibration. Especially on subway and road construction, gas pipelines are being influenced to construction vibration caused by use of construction equipment, passage of a large-sized vehicle and blasting. Buried gas...
Presently, working gas pipelines are being subjected to the influence of construction vibration. Especially on subway and road construction, gas pipelines are being influenced to construction vibration caused by use of construction equipment, passage of a large-sized vehicle and blasting. Buried gas pipelines are subjected to the influence of vibration caused by blast in the vicinity of pipeline, exposed gas pipelines are subjected to the influence of vehicle vibration. Therefore, in the study, it is developed to vibration prediction program of gas pipeline by analyzing measured construction vibration. This program is able to predict vibration of gas pipeline according to field conditions by using the results of structural finite element analysis and empirical equation by reliability analysis. And, this program contains the database of construction vibration. Additionally, this program is able to compute estimated blast vibration equation using measured blast vibration data in the field and to form graph of allowable charging gunpowder per delayed-action with the change of blast velocity. Therefore, field workers are able to predict construction vibration around gas pipeline and estimate safety of gas pipeline.
Presently, working gas pipelines are being subjected to the influence of construction vibration. Especially on subway and road construction, gas pipelines are being influenced to construction vibration caused by use of construction equipment, passage of a large-sized vehicle and blasting. Buried gas pipelines are subjected to the influence of vibration caused by blast in the vicinity of pipeline, exposed gas pipelines are subjected to the influence of vehicle vibration. Therefore, in the study, it is developed to vibration prediction program of gas pipeline by analyzing measured construction vibration. This program is able to predict vibration of gas pipeline according to field conditions by using the results of structural finite element analysis and empirical equation by reliability analysis. And, this program contains the database of construction vibration. Additionally, this program is able to compute estimated blast vibration equation using measured blast vibration data in the field and to form graph of allowable charging gunpowder per delayed-action with the change of blast velocity. Therefore, field workers are able to predict construction vibration around gas pipeline and estimate safety of gas pipeline.
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문제 정의
즉 차량진동, 발파 등으로 인하여 가스관에 진동이 발생할 경우, 진동에 의한 가스관의 영향을 간단하게 평가할 수 있는 방법이 개발되어야 한다. 그러므로, 가스관 주변에서 현장실무자가 간단하게 진동을 예측할 수 있는 진동예측 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 매설 및 노출 가스관에 발생되는 진동을 기존의 경험식을 이용하여 예측하고, 측정된 진동결과를 데이타베이스화 할 수 있는 기능을 가지고 있다.
가설 설정
28, 0을 사용하여 각각 제시 하였다. 신뢰성지수(B)는 다음과 같이 정의되며, 차량통행으로 인한 진동측정치의 분포는 가우스의 정규분포로 가정하였다. 신뢰성지수 3, 1.
제안 방법
여기서, 가스관의 진동치를 예측하려면 다음 순서를 따른다. 가스관직경을 선택하고 복공판 위 통행차량의 중량, 주행속도, 도로 노면조도를 입력한다. 그리고 흙막이 구조물의 제원을 입력한다.
가스관과 가스관지지 구조물은 모두 프레임(frame) 요소로 이상화하였으며, 방진시스템이 설치된 경우 방진 행거 (hanger)는 1방향 스프링 요소로 이상화하였다. 그리고 가스관 및 구조물은 차량하중에 대한 가스관의 신뢰성 있는 진동해석기법을 개발하기 위해 실험 대상을 노출가스관 구조물의 일부만을 모델링하여 구조해석 하였다.
노출배관의 구조해석은 공사현장이 도심지에 위치한 특성을 고려하여 덤프트럭, 버스, 승합차로 구분하였다. 차량의 주행속도는 복공판이 설치되어 있는 도심지 공사현장 상황을 고려하여 20km/h, 35km/h, 50km/%의 3가지로 구분하였다.
또한 1개의 가스관 직경에 대해 현재 노출되어 운용중인 상태와 동일한 조건에 대해 방진 시스템이 설치되었을 경우 가스관의 진동 웅답을 알아보기 위하여 방진 hanger를 적용하여 해석을 수행하였다. 방진 시스템에 사용된 방진 hanger의 선택에는 hanger 1개가 부담하게 될가스관의 중량과 hanger 내부 스프링의 로킹발생에 대한 사항을 고려하여 결정하였다.
또한 1개의 가스관 직경에 대해 현재 노출되어 운용중인 상태와 동일한 조건에 대해 방진 시스템이 설치되었을 경우 가스관의 진동 웅답을 알아보기 위하여 방진 hanger를 적용하여 해석을 수행하였다. 방진 시스템에 사용된 방진 hanger의 선택에는 hanger 1개가 부담하게 될가스관의 중량과 hanger 내부 스프링의 로킹발생에 대한 사항을 고려하여 결정하였다. 해석은 1개의 가스관에 대해 시설된 상태(방진시스템이 적용 포함)에 따라 2〜3가지, 차량의종류(하중)에 따른 2〜3가지, 차량의 주행 속도 3가지로 구분하여 이를 조합하여 해석을 수행하였다.
MSC/NASTRAN을 사용하였다. 본 연구에서는 NASTRAN 과 범용 전후처리 (Pre-Post processor) 프로그램인 MSC/PATRAN을 연계하여 진동 응답 해석을 수행하였다. NASTRAN은 본 연구에서 가스관의 진동 응답 해석을 위해 사용하고 있는 과도응답해석 (Linear transient response analysis)에서 구조 감쇠를 등가인 점성감쇠의 방법으로 도입하도록 되어 있다.
본 연구에서는 차량의 통행으로 인해 가스관에 발생되는 진동 응답을 해석적 방법으로 구하기 위하여 범용 유한요소 구조해석 프로그램인 MSC/NASTRAN을 사용하였다. 본 연구에서는 NASTRAN 과 범용 전후처리 (Pre-Post processor) 프로그램인 MSC/PATRAN을 연계하여 진동 응답 해석을 수행하였다.
root scaled distance)라고 한다. 본 연구의 경우 장약지수 m은 1/3을 사용할 때 가장 적은 편차로 회귀선에 접근하므로, 이 값을 사용하여 발파진동의 일반식을 유도하고 진동을 예측하였다. 한편, 진동속도와 환산거리는 식 (1)과 같이 비선형적인 관계를 보이며, 여기에 대수를 이용하면 식 (2)와 같은 선형적인 관계로 나타낼 수 있다.
수년 동안의 진동측정 및 분석결과를 이용하여 가스관 주변에서 진동치를 쉽게 예측할 수 있는 진동 예즉 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 신뢰성 분석된 경험식과 구조해석된 데이터를 이용하여 현장조건에 따라 진동치를 예측할 수 있고, 측정된 진동데이터를 데이터베이스화 할 수 있는 기능을 가지고 있다.
실제 복공판 위를 주행하는 차량에 의해 노출가스관에 발생되는 진동 응답을 예측할 수있는 실험차량 하중을 사인파 하중(sine pulse force), 반사인파하중 (half-cycle sine pulse force), 삼각파 하중 (symmetrical triangular pulse force)의 3가지 형태로 이상화하였다. 실험값과 해석값을 비교해보면 가장 이상적으로 접근하는 파는 삼각파 하중으로 나타났다.
구분하였다. 차량의 주행속도는 복공판이 설치되어 있는 도심지 공사현장 상황을 고려하여 20km/h, 35km/h, 50km/%의 3가지로 구분하였다. 차량하중은 실험값과 비교하여 가장 정확한 해석결과를 보인 삼각파 형태로 하중을 이상화하였다.
Pentium 급 이상에서 실행된다. 프로그램은 매설가스관의 건설진동예측, 노출가스관의 차량진동 예측, 자료입력, 진동식추정식 산정 항으로 구성되引 있다. 매설가스관에서는 발파, 항타, 기타진동(로울러, 브레이커)으로 구성되어 있다.
방진 시스템에 사용된 방진 hanger의 선택에는 hanger 1개가 부담하게 될가스관의 중량과 hanger 내부 스프링의 로킹발생에 대한 사항을 고려하여 결정하였다. 해석은 1개의 가스관에 대해 시설된 상태(방진시스템이 적용 포함)에 따라 2〜3가지, 차량의종류(하중)에 따른 2〜3가지, 차량의 주행 속도 3가지로 구분하여 이를 조합하여 해석을 수행하였다. 해석 대상의 가스관 직경에 따라 사용된 방진 hanger의 용량과 스프링 강성을 다음 Table 1에 정리하였다.
대상 데이터
해석에 고려한 가스관의 직경은 D200, D500, D600, D660, D760 5가지를 고려하였다. 또한 1개의 가스관 직경에 대해 현재 노출되어 운용중인 상태와 동일한 조건에 대해 방진 시스템이 설치되었을 경우 가스관의 진동 웅답을 알아보기 위하여 방진 hanger를 적용하여 해석을 수행하였다.
이론/모형
6=0인 경우는 흔히 사용되는 평균값에 해당한다. 본 연구에서 발파진동추정식을 산정하는데 신뢰성이론을 적용하였다.
성능/효과
실험값과 해석값을 비교해보면 가장 이상적으로 접근하는 파는 삼각파 하중으로 나타났다. 가스관과 가스관지지 구조물은 모두 프레임(frame) 요소로 이상화하였으며, 방진시스템이 설치된 경우 방진 행거 (hanger)는 1방향 스프링 요소로 이상화하였다.
그러므로, 가스관 주변에서 현장실무자가 간단하게 진동을 예측할 수 있는 진동예측 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 매설 및 노출 가스관에 발생되는 진동을 기존의 경험식을 이용하여 예측하고, 측정된 진동결과를 데이타베이스화 할 수 있는 기능을 가지고 있다. 그리고 현장에서 발파진동을 측정, 입력하여 발파진동식을 추정하고, 거리에 따른 지발당 허용장약량을 나타내는 그래프를 자동으로 형성함으로써 발파진동에 대한 가스시설물의 안전성을 현장에서 직접 검토할 수 있다.
진동 예즉 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 신뢰성 분석된 경험식과 구조해석된 데이터를 이용하여 현장조건에 따라 진동치를 예측할 수 있고, 측정된 진동데이터를 데이터베이스화 할 수 있는 기능을 가지고 있다. 또한 현장에서 발파진동을 측정하여 발파진동식을 추정하고 지발당 허용장약량을 나타내는 그래프를 자동으로 형성할 수 있는 종합적인 진동 예측 및 분석 프로그램이다.
후속연구
또한 현장에서 발파진동을 측정하여 발파진동식을 추정하고 지발당 허용장약량을 나타내는 그래프를 자동으로 형성할 수 있는 종합적인 진동 예측 및 분석 프로그램이다. 그러므로 건설진동에 대한 가스관의 '위험성 여부를 자체적으로 평가할 수 있기 때문에, 현장 실무자들이 건설진동에 대한 배관의 유지 및 관리에 매우 효과적으로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
계산된 발파진동추정식 및 허용장약량을 이용하여, 가스시설물 주변에서 발생하는 발파진동을 안전하게 제어할 수 있다. 신뢰성이론을 도입하여 제시된 진동기준치에 신뢰도를 부여하여 발파를 실시하게 되므로 가스시설물의 안전성을 확보하는데 도움을 줄 것으로 판단된다.
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