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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 광주지역에 위치한 3층 철근콘크리트조 건물에 손상 전 진동계측을 실시한 후엑츄에이터를 정착시키고 하중단계별 가력 후 건물이 미치는 손상에 대해 진동계측을 통해 동적특성을 비교하였다. 계측 시 상시진동계측 및 인력가진을 통해 동적 특성을 평가하였으며% 진동계측을 통한 동적 특성 평가를 실시하기 전에 구조해석프로그램인 Midas-Gen을 사용하여 고유치 해석의 선행 후 계측치와 비교분석을 하였다.
제안 방법
- 구조개요이다.<그림!)은 대상건물의 전경을 찍은 사진이며, 이 2개 동 중 1개동을 선택하여 계측을 실시하고 분석하였다.
- 6)은인력가진을 통해 얻어진 진동계측 파형을 보여주고 있으며, 과 같이 대수감소법을 적용하여 감쇠율을 산* 정하였다.
- 가력실험을 실시하기 전 대상건물의 고유진동수를 확인하기 위하여 Midas-Gen으로 통한 모드해석을 수행하였디-. 이를 실제 진동계즉을 통해 얻은 고유진동수를 비교하였다.
- <그림 9(a)>는 가력실험을 위해 대상건물에 장착된엑츄에이터의 모습을 보여주며, <그림 9(b)>는 계측 모습을 보여주고 있다. 계측 시 안전을 위해 중간건물 옥상에서 50m 케이블을 이용하여 대상건물 3층 바닥에 서보가속도계만 해당위치에 설치한 후 계측을 실시하였다.
- 광주 S아파트 대상건물의 옥상에서 상시진동에 의한 계측과 함께 인력가진을 통한 계측을 실시하였다.<그림 3(a)>와 같이 건물 중심에 장변 및 단변 방향으로 서보가속도계를 설치하였으며, <그림 3(b)>과같이 건물 단부에 단변방향(비틀림방향)으로 설치하였다.
- 광주지역에 위치한 3층의 철골콘크리트 건물의가력 전 상시진동계측을 통해 고유진동수를 얻었으며, 이를 Midas-Gen 의 해석치 값과 비교하였으며, 하중단계별 가력 후 건물이 손상되었을 때 실제 건물의 진동특성을 평가하였다. 그 결과는 다음과 같다.
- 대상건물에 대하여 국내 상용화 구조 프로그램인 MIDAS-Gen을 사용하여 고유치 해석을 수행하였다.<그림 2>은 본 대상건물의 구조해석 모델링이며, 그림을 통해 확인할 수 있듯이 좌 .
- 대상건물의 손상전후의 동적특성을 평가하기 위해 소진폭(21mm)부터 대진폭(120mm)까지 가력실험을 통해 고유진동수와 감쇠율을 평가하였다. 그 결과 3층 철근콘크리트 건물인 대상건물의 장 .
- 값을 보이는 것으로 알려져 있다. 따라서 제일 정확도가 높은 방법 인 건물의 자유진동 파형을 구하고, 여기서 대수감소법으로 구하는 방법을 선택하였다. 건물의 자유진동 파형을 얻기 위해서 인력 가진 법을 이용하였으며, 측정결과 대부분 좋은 파형을 얻을 수 있었다.
- 이 중 우측편에 위치한 건물을 대상으로 실험을 진행하였으며 중간에 위치한 장방형의 건물은 대상건물의가력실험을 위해 X자형의 가새를 설치하여 지지대 역할을 수행하였다. 또한 진동계측을 수행하기 전 고유치 해석을 실시하여 진동계측치와 비교하였다.
- 또한에서 확인할 수 있듯이 총 6단계 (21mm, 30mm, 45mm, 60mm, 90mm, 120mm) 의 가력변위로 수평가력을 실시하였으며, 단계별 가력 직후 상시진동을 통해 고유진동수를 측정하였다.
- 상시진동계 측을 실시하였으며, 이와 더불어 반복적으로 사람의 체중이동에 따른 관성 력을 건물의 고유 주기에 동조시켜서 건물의 응답 진폭의 공진 현상에 따라 서서히 커지게 하여 데이터를 얻는 가진법인 인력 가진 법을 이용하여 감쇠율을 산정하였다.6)<그림 4>은인력가진을 통해 얻어진 진동계측 파형을 보여주고 있으며, <그림 5>과 같이 대수감소법을 적용하여 감쇠율을 산* 정하였다.
- 계측 시 상시진동계측 및 인력가진을 통해 동적 특성을 평가하였으며% 진동계측을 통한 동적 특성 평가를 실시하기 전에 구조해석프로그램인 Midas-Gen을 사용하여 고유치 해석의 선행 후 계측치와 비교분석을 하였다. 센서 위치로는 건물의 중앙부에 2개, 단부에 1개의 센서를 설치하여 건물의 장변, 단변, 비틀림방향의 동적특성을 평가하였다〜
- 이 때 120mm의 가력변위는 약 200kN의 힘으로 가력 하였을 때 발생된 변위다.<그림 11>에서 확인 하듯이 가력실험 후 엑츄에이터를 분리한 뒤 손상된 건물의 고유진동수를 측정하여 가력실험 전 고유진동수와 비교분석하였다.
- 엑츄에이터를 설치한 후 대상건물에 단계별 하중가력 실험을 실시하여 고유진동수를 측정하였으며, 건물이 손상을 입은 전 . 후 진동특성을 평가하였다.
- 우 계단실을 철거하였기 때문에 대상물을 세부분으로 구분할 수 있다. 이 중 우측편에 위치한 건물을 대상으로 실험을 진행하였으며 중간에 위치한 장방형의 건물은 대상건물의가력실험을 위해 X자형의 가새를 설치하여 지지대 역할을 수행하였다. 또한 진동계측을 수행하기 전 고유치 해석을 실시하여 진동계측치와 비교하였다.
- 수행하였디-. 이를 실제 진동계즉을 통해 얻은 고유진동수를 비교하였다. 대상건물의 장변방향, 단변 방향, 비틀림방향에 대한 진농모드 형상 및 FFT를 통한 스펙트럼 분석결과<그림 6>에서 확인하듯이 장 .
- 인력 가진 시 상시미동 레벨이상의 진폭을 얻기 위해서는, 사전에 상시 미동측정을 통해 고유진동수를 확인하였다. 이후 확인된 고유주기에 펄스음을 발생시켜, 가진 실시자에게 주지시키는 방법을 이용하였다.<그림 8(c)>은 인력가진을 통해 얻은 단변방향의 진동 계측 파형을 보여주고 있다.
- 철근콘크리트조 건물의 3층 중심에서 계측한 데이터를 통해 동적특성에 대한 평가를 실시하였다. 상시진동계 측을 실시하였으며, 이와 더불어 반복적으로 사람의 체중이동에 따른 관성 력을 건물의 고유 주기에 동조시켜서 건물의 응답 진폭의 공진 현상에 따라 서서히 커지게 하여 데이터를 얻는 가진법인 인력 가진 법을 이용하여 감쇠율을 산정하였다.
- 또한<표 5>를 통해 대상 건물의 가력실험 전 . 후 고유진동수를 비교하여 강성 변화율을 확인할 수 있었으며, 강성 변화율은 식 ⑴와 같이 기준이 되는 고유주기 에 대한 엑츄에이터분리 후 의 고유주기의 비에 제곱승을 통해서 산출하였다.
- 손상을 입은 전 . 후 진동특성을 평가하였다. <그림 9(a)>는 가력실험을 위해 대상건물에 장착된엑츄에이터의 모습을 보여주며, <그림 9(b)>는 계측 모습을 보여주고 있다.
대상 데이터
- 대상건물은 광주시에 위치한 S아파트로 선정하였으며, 은 대상건물의 건축 및 구조개요이다.
데이터처리
- 계측 시 상시진동계측 및 인력가진을 통해 동적 특성을 평가하였으며% 진동계측을 통한 동적 특성 평가를 실시하기 전에 구조해석프로그램인 Midas-Gen을 사용하여 고유치 해석의 선행 후 계측치와 비교분석을 하였다. 센서 위치로는 건물의 중앙부에 2개, 단부에 1개의 센서를 설치하여 건물의 장변, 단변, 비틀림방향의 동적특성을 평가하였다〜
성능/효과
- 따라서 제일 정확도가 높은 방법 인 건물의 자유진동 파형을 구하고, 여기서 대수감소법으로 구하는 방법을 선택하였다. 건물의 자유진동 파형을 얻기 위해서 인력 가진 법을 이용하였으며, 측정결과 대부분 좋은 파형을 얻을 수 있었다.<그림 8(a)>은 가력실험 전 대상건물에 인력가진을 실시한 모습이며, <그림 8(b)>는 인력가진을 통해 얻은 장변방향의 자유진동 파형 이다.
- 6如/宙)로 손상을 입힌 후 기존대상 건물의 고유주기와 감쇠율을 통해 손상 후 동적 특성을 확인하였다. 그 결과 상시진동영 역에서 고유 주기 3.7초이였지만 진폭이 증가함에 따라 대진폭영역에서는 3.86초로 약 4.3% 증가하였다. 반면에 감쇠율은 소진폭영역(lcm/s)에서 1.
- 7% 감소함을 확인할 수 있었으며, 감쇠율의 경우 소진폭(21mm)으로 가력하기 전 장 . 단변에 대한 감쇠율이 1.36%, 1.29%인 반면, 대진폭 (120mm)으로 가력실험 한 이후 0.86%, 1.08%로 약 36.58%, 19.5% 감소되는 경향을 확인 할 수 있었다.
- 679Hz로 확인할 수 있었으며, 진동계측결과 장 . 단변에 대한 고유진동수는 각각 1.788Hz, 1.878Hz로 확인한 결과 약 17.7%, 11.8% 계측치가 크게 계측되 었다.
- 그 결과 3층 철근콘크리트 건물인 대상건물의 장 . 단변에 대한 고유진동수는 상시진동에서 가력실험 전 각각 1.788Hz, 1.878Hz인 반면에 진폭의 크기가 커짐에 따라 점차 감소하는 경향을 확인할 수 있었으며, 대진폭(120mm)으로 가력실험 한 후 1.450Hz, 1.530Hz 로 34.3%, 33.7% 감소함을 확인할 수 있었으며, 감쇠율의 경우 소진폭(21mm)으로 가력하기 전 장 . 단변에 대한 감쇠율이 1.
- ⑵ 고유진동수의 경우 장 . 단변에 대한 상시진동에서 가력실험 전 각각 1.788Hz, 1.878Hz인 반면에 대진폭(120mm)으로 가력실험 한 후 1.450Hz, 1.530Hz로 34.3%, 33.7% 감소함을 확인할 수 있었으며, 감쇠율의 경우 상시진동영역에서 장 . 단변에 대한 감쇠율이 1.
- 대상건물의 가력실험전 장변 및 단변에 대한 감쇠율은 1.36%, 1.29%와 같으며, 는 감쇠율 산정을 위한 해석방법인 대수감소법을 이용할 때 파라미터가 되는 사이클 수 및 진폭을 보여주고 있다.
- 를 통해 대상건물의 엑츄에이터 분리 후장 변에 대한 감쇠율은 0.865%, 단변방향에 대한 감쇠율은 1.084%로 평가되었으며, 을 통해 감쇠율이 기준보다 각각 36.58%, 19.5% 감소됨을 알 수 있다.
- 엑츄에이터 분리 후 대상건물 장변방향의 고유진동수는 1.450Hz, 단변방향은 1.530Hz, 비틀림 방향은 1.897Hz로 계측하였으며, 가력 전 계측치 보다 강성변화율이 18.90%, 18.53%, 22.38% 감소됨을 확인할 수 있다.<그림 12>은 120mm (200kN)의 수평 변위 발생 시 손상된 1층 상부패널 및 2층 기둥 상부의 전단파괴 모습을 보여주고 있다.
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