본 연구는 환경진동으로 유발되는 진동 대책 중 전파 경로상에 방진구나 방진벽 등과 같은 진동차단벽을 설치했을 경우 차단벽의 재료를 방진구, 콘크리트, EPS, 철로 변화시켜 유한요소해석을 수행하여 진동을 가장 효율적으로 저감시킬 수 있는 재료 및 차단벽의 규모(타설심도, 차단벽두께, 진원으로부터의 거리)에 대하여 연구하였다. 본 연구 결과 방진구의 경우는 차단벽의 두께의 영향보다는 차단벽의 타설심도에 영향이 크고, 콘크리트의 경우에는 다른 방진벽의 방진효과에 비해 방진효과가 떨어진다. 또한 EPS의 경우는 타설심도 보다는 차단벽두께의 영향이 진동차단에 더 효과적임을 알 수 있었다.
본 연구는 환경진동으로 유발되는 진동 대책 중 전파 경로상에 방진구나 방진벽 등과 같은 진동차단벽을 설치했을 경우 차단벽의 재료를 방진구, 콘크리트, EPS, 철로 변화시켜 유한요소해석을 수행하여 진동을 가장 효율적으로 저감시킬 수 있는 재료 및 차단벽의 규모(타설심도, 차단벽두께, 진원으로부터의 거리)에 대하여 연구하였다. 본 연구 결과 방진구의 경우는 차단벽의 두께의 영향보다는 차단벽의 타설심도에 영향이 크고, 콘크리트의 경우에는 다른 방진벽의 방진효과에 비해 방진효과가 떨어진다. 또한 EPS의 경우는 타설심도 보다는 차단벽두께의 영향이 진동차단에 더 효과적임을 알 수 있었다.
This paper aims at investigating the material and dimensions of a wall barrier such as installation depth, thickness, and distance from vibration source by means of finite element method (FEM). In this study, various materials such as concrete, EPS, and steel were adopted. The results showed that th...
This paper aims at investigating the material and dimensions of a wall barrier such as installation depth, thickness, and distance from vibration source by means of finite element method (FEM). In this study, various materials such as concrete, EPS, and steel were adopted. The results showed that the efficiency of a wall barrier appears to be more dependent on installation depth than thickness. In addition, a concrete wall barrier is less efficient than any other wall barrier. In contrast, EPS wall barriers seem to be much sensitive to the wall thickness than the depth.
This paper aims at investigating the material and dimensions of a wall barrier such as installation depth, thickness, and distance from vibration source by means of finite element method (FEM). In this study, various materials such as concrete, EPS, and steel were adopted. The results showed that the efficiency of a wall barrier appears to be more dependent on installation depth than thickness. In addition, a concrete wall barrier is less efficient than any other wall barrier. In contrast, EPS wall barriers seem to be much sensitive to the wall thickness than the depth.
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문제 정의
본 연구는 지반에 방진대책공법인 방진구나 방진재를 전파경로 상에 설치하고 이를 수치해석을 통하여 차단벽의 매개변수 별 방진효과에 대하여 연구하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
가설 설정
그리고 입력하중파형은 충격파를 사용했으며 최대하중은 10t/m로 가정했다. 경계조건은 우측 자연지반을 에너지 전달 경계로 가정하고, 저면은 고정으로 하였다.
5m 등 간격이다. 그리고 입력하중파형은 충격파를 사용했으며 최대하중은 10t/m로 가정했다. 경계조건은 우측 자연지반을 에너지 전달 경계로 가정하고, 저면은 고정으로 하였다.
제안 방법
본 연구의 해석결과에 대한 정리방법으로는 다음과 같은 2가지 방법을 이용하였다. ① 각 지점에서 얻어진 최대 가속도치를 대수표기한 것을 종축에 거리를 횡축으로 한 최대가속도-거리관계와 ② 최대가속도 응답치를 Woods 등(1974)이 현장 실험시 진동저감효과의 지표로서 사용한 진폭비(amplitude ratio, Ra)를 종축에 횡축에 진원으로부터의 거리를 취한 진폭비-거리관계를 사용해서 정리하였다. 일반적으로 dB값-거리관계를 사용해서 그 저감효과 등을 정리하는 것이 타당하지만 본 해석에서는 ①의 최대 가속도-거리관계를 사용했다.
그리고 각 재료별 진동차단벽 방진효과를 해석하기 위하여 실시한 매개변수는 그림 6과 같이 진원으로부터의 거리(L), 타설심도(D), 차단벽의 두께(W)이며 해석시 진원으로부터의 거리는 1.0, 3.0, 5.0m을 기준으로 했으며, 타설심도는 진동원의 파장(λ)을 고려하여 5.0, 10.0, 15.0m로 하였고, 차단벽의 두께는 0.1, 0.5, 1.0m을 기준으로 했다.
이때 대상지반은 일반적인 사질토 지반을 대상으로 하였으며, 해석프로그램은 지진응답해석이 가능한 AFIMAX에 내장된 SAMBA프로그램을 이용하였다. 또한 진동저감효과와 관련된 차단벽의 규모를 알아보기 위하여 각 재료별로 타설심도(D), 차단벽 두께(W), 진원으로 부터의 거리(L)를 매개변수로 하여 각 재료별로 가장 방진효과에 영향이 큰 변수를 연구하였다.
본 해석에 적용한 재료는 현장에 가장 쉽게 얻을 수 있는 재료를 대상으로 하였으며 재료간의 방진효과 특성을 살리기 위해서 방진구, 콘크리트, EPS, 철을 적용하였다. 이때 콘크리트는 대상토질의 강성과 비슷한 재료이며, EPS는 대상토질에 비해 강성이 매우 적고 철의 경우는 대상토질에 비해 강성이 매우 큰 재료에 해당한다.
본 해석에서의 주안점은 각 재료 및 진동차단벽의 제원에 따라서 가진점에 일정한 충격파를 가하여 무처리 지반과 차단벽을 일정거리별로 설치하여 거리별 가속도의 변화특성을 연구하였다. 이와 함께 무처리 지반과 처리지반의 가속도의 비인 진폭비의 개념을 이용하여 각 재료에 따른 방진효과의 특성을 조사 분석하였다.
본 해석에서의 주안점은 각 재료 및 진동차단벽의 제원에 따라서 가진점에 일정한 충격파를 가하여 무처리 지반과 차단벽을 일정거리별로 설치하여 거리별 가속도의 변화특성을 연구하였다. 이와 함께 무처리 지반과 처리지반의 가속도의 비인 진폭비의 개념을 이용하여 각 재료에 따른 방진효과의 특성을 조사 분석하였다.
대상 데이터
가정한 지반의 토질상수는 표 1과 같은 특성을 가지고 있다. 그리고 대상이 되는 지반의 해석 주파수는 10Hz이다.
본 연구는 상기와 같은 연구를 분석하여 가장 효율적으로 전파경로를 차단할 수 있는 재료 및 그 규모를 연구하기 위하여 전파경로 상에 철, 콘크리트, EPS, 방진구와 같은 재료를 사용했을 경우의 재료를 연구대상으로 하였다. 이때 대상지반은 일반적인 사질토 지반을 대상으로 하였으며, 해석프로그램은 지진응답해석이 가능한 AFIMAX에 내장된 SAMBA프로그램을 이용하였다.
본 해석에서 사용한 유한요소 매쉬는 그림 5와 같으며 지반모델의 크기는 가로 30m, 깊이 20m로 하고 매쉬 분할은 0.5m 등 간격이다. 그리고 입력하중파형은 충격파를 사용했으며 최대하중은 10t/m로 가정했다.
이론/모형
본 연구는 상기와 같은 연구를 분석하여 가장 효율적으로 전파경로를 차단할 수 있는 재료 및 그 규모를 연구하기 위하여 전파경로 상에 철, 콘크리트, EPS, 방진구와 같은 재료를 사용했을 경우의 재료를 연구대상으로 하였다. 이때 대상지반은 일반적인 사질토 지반을 대상으로 하였으며, 해석프로그램은 지진응답해석이 가능한 AFIMAX에 내장된 SAMBA프로그램을 이용하였다. 또한 진동저감효과와 관련된 차단벽의 규모를 알아보기 위하여 각 재료별로 타설심도(D), 차단벽 두께(W), 진원으로 부터의 거리(L)를 매개변수로 하여 각 재료별로 가장 방진효과에 영향이 큰 변수를 연구하였다.
성능/효과
1. 차단벽의 설치위치에 따른 진동저감효과는 방진벽을 제외하고 콘크리트, EPS 및 철의 경우에는 거의 영향이 없었다.
2. 차단벽의 강성이 지반에 비해 부드러운 경우(방진구, EPS)에는 차단벽에서 가속도의 증폭이 크게 발생한 후 저감하는 현상이 나타났지만 차단벽의 강성이 지반과 비슷하거나(콘크리트) 클 경우(철)에는 진동이 차단벽을 지난 후 저감하였다.
3. 방진구의 진동차단효과는 차단벽의 두께와는 큰 차이가 없었지만, 타설심도와는 밀접한 연관성을 갖고 있었다.
4. EPS 및 철의 경우는 타설심도 보다는 차단벽두께의 영향이 진동차단에 더 효과적임을 알 수 있었다.
5. 진동저감에 가장 큰 영향을 미치는 재료는 방진구, 철, EPS, 콘크리트 순으로 나타났으며 그 중에서도 콘크리트는 진동저감에 별 영향이 없었다.
1m인 경우는 거의 효과가 없는 것으로 나타났다. EPS의 경우도 차단벽의 두께가 0.1m인 경우는 거의 효과가 없지만 차단벽의 두께가 1.0m인 경우는 감쇠비가 0.35 정도로 현격하게 줄어들어 EPS는 차단벽의 두께에 의한 저감효과가 큰 것으로 나타났다. 철의 경우도 EPS와 그 경향이 유사하게 나타났지만 Woods 등(1974)가 제시한 감쇠비<0.
또한 상기의 결과로부터 차단벽의 강성이 지반에 비해 부드러운 경우(방진구, EPS)에는 차단벽에서 가속도의 증감폭이 크게 발생한 반면 차단벽의 강성이 지반과 비슷하거나 클 경우(콘크리트, 철)에는 전자와 같은 특징이 나타나지 않았다.
결국 타설심도별 재료별 방진효과는 방진구, 철, EPS, 콘크리트 순으로 방진효과가 탁월하게 나타나고 있다. 또한 타설심도와 무관하게 차단벽 두께가 0.1m인 경우는 방진구를 제외하고는 감쇄비가 0.75이상으로 나타나 방진효과가 거의 나타나지 않았지만 차단벽 두께가 1.0m로 증가할 경우에는 EPS와 철의 경우는 타설심도가 5m이상일 경우 감쇄비가 0.35이하로 나타나 방진효과가 크게 나타났다.
본 그림의 해석결과에 의하면 차단벽의 두께에 의한 재료별 방진효과는 방진구의 경우는 차단벽의 두께와 거의 무관하게 감쇠비가 Woods 등(1974)가 제시한 감쇠비가 0.25이하로 나타나 진동저감효과가 매우 탁월한 것으로 평가되었다. 콘크리트의 경우는 차단벽의 두께가 증가함에 따라서 감쇠비가 감소하는 경향을 보이지만 차단벽 두께가 0.
본 그림의 해석결과에 의하면 차단벽의 타설심도별 방진효과는 방진구의 경우는 차단벽의 두께와 거의 무관하게 감쇠비가 Woods 등(1974)이 제시한 감쇠비가 0.25이하로 나타나 진동저감효과가 매우 탁월한 것으로 평가되었다. 콘크리트의 경우는 타설심도가 증가함에도 불구하고 진동저감효과가 거의 없는 것으로 나타났다.
25이하로 나타나 진동저감효과가 매우 탁월한 것으로 평가되었다. 콘크리트의 경우는 차단벽의 두께가 증가함에 따라서 감쇠비가 감소하는 경향을 보이지만 차단벽 두께가 0.1m인 경우는 거의 효과가 없는 것으로 나타났다. EPS의 경우도 차단벽의 두께가 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
진동원 대책의 목적은?
진동원 대책은 본질적으로 진동을 일으키는 기진체 자체의 기계적 특성을 개선하거나, 기진체 자체 또는 접지 구조체와 지반의 동적 상호작용 특성을 개선하여 지반에 최종 전달되는 동적 하중의 강도를 낮추고 주파수 특성을 개선시키는 데 있다. 기진체 바닥에 방진 패드를 사용한다거나, 지반굴착 및 말뚝 박기 작업시에 이른바 저진동 및 무진동 공법의 사용, 그리고 지하철의 경우 터널 및 박스 구조체의 질량 및 강성도를 크게 하는 방법 등이 이러한 진동원 대책에 속한다.
진동문제의 문제가 발생될 가능성이 점정 증가하는 이유는?
현재 소음문제는 어느 정도 그 저감 평가방법이나 공법 등이 확립되어 오고 있지만 소음문제 만큼 문제가 제기되지 않았던 진동문제는 근년의 교통망의 확충, 고속철도의 개통, 지방노선 확충, 열차의 운전속도 증가 등으로 문제가 발생될 가능성이 점점 증가하고 있기 때문에 진동전달 예측 및 진동저감 대책을 효율적으로 차단할 수 있는 방법을 연구할 필요성이 대두되고 있다(이강일 등, 2004).
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