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철도교량 시험체의 가진방법에 따른 고유진동수 측정치 변동에 대한 비교 분석
Comparison of Measured Natural Frequencies of a Railway Bridge Specimen Between Different Excitation Methods 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers. A. 구조공학, 원자력공학, 콘크리트공학, v.30 no.6A, 2010년, pp.535 - 542  

김성일 (한국철도기술연구원 철도구조연구실) ,  이정휘 (단국대학교 토목환경공학과) ,  이필구 (포항산업과학연구원 강구조연구소) ,  김충언 (삼현피에프 기술개발팀)

초록
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철도교량과 같이 주기적 가진에 의해 공진발생의 가능성이 높은 구조물에 있어서, 정확한 구조물의 동적특성치 파악은 설계단계 및 공용중 안정적인 응답을 확보하기 위해 필수적이다. 이 논문에서는 실축척 구조물을 대상으로 하는 강제 진동실험에서 일반적으로 사용할 수 있는 가진방법인 가진기 및 충격해머를 사용한 가진실험의 결과를 상호 비교하여 가진방법에 따른 고유진동수 추출결과의 차이 및 차이의 발생원인을 분석하고, 보다 정확한 구조물의 고유진동수를 산출하기 위한 보정방법을 제안하였다. 또한, 철도교량의 시공단계에 따라 궤도부설 전, 후에 진동실험을 수행하였으며, 궤도부설에 의한 고유진동수 변화를 관찰하였다. 가진방법에 따른 측정 고유진동수의 차이는 가진기의 경우 부가질량의 효과, 충격해머의 경우 동적응답 레벨에 따라 변화하는 지점강성효과에 기인하는 것으로 파악되었으며, 이에 대한 보정을 통해 보다 신뢰성 높은 고유진동수로 환산하는 것이 가능하였다. 궤도부설의 효과는 일반적으로 부가질량으로만 고려하여 궤도부설 전에 비해 고유진동수가 감소하는 것으로 예상되어 왔지만, 이 연구에서 수행한 실험의 결과로 질량추가의 효과에 상당하는 강성기여 효과도 있는 것으로 나타났으며, 강성증가율은 발생변위의 수준에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 설계단계에서 완성계의 고유진동수 예측시 궤도의 발생변위수준을 고려하여 적절히 강성기여 효과를 고려하는 것이 필요할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Precise estimation of a structure's dynamic characteristics is indispensable for ensuring stable dynamic responses during lifetime especially for the structures which can experience resonance such as railway bridges. In this paper, the results of forced vibration tests of different excitation method...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 이 절에서는 수치해석 모델의 지점 조건에 회전 스프링을 추가하고 그 강성을 변화시켜가며 고유진동수의 변화를 관찰하여, 지점조건의 변화가 고유진동수에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
  • 이 논문에서는 일체긴장 시스템을 도입한 PSC 거더에 대한 가진실험의 결과를 분석하였으며, 가진기의 부가질량 효과 및 지점부의 회전강성효과를 고려하여 보다 정확한 구조물의 고유진동수를 파악할 수 있는 분석방법을 제안하였다.
  • 이에 대한 보완책으로 새로운 형식의 교량 거더를 개발할때, 시험체를 제작하여 가진실험을 수행하고, 그 결과로부터 실교량의 동적거동을 예측하기 위한 입력값들을 얻어내는 방법이 사용되고 있으며, 이 연구에서도 이러한 개발과정의 일환으로 수행된 동적실험의 결과를 분석하여 향후 보다 정확한 고유진동수 예측에 기여하고자 하였다.

가설 설정

  • 설계단계에서 계산한 구조물의 고유진동수가 실제 구조물의 고유진동수와 차이가 나게 되는 주요한 원인으로는 1) 재료 물성치, 2) 지점조건, 3) 부가고정하중의 강성기여효과 등을 생각할 수 있다. 콘크리트의 탄성계수와 같은 물성은 설계기준강도를 사용하여 계산된 값과 실제강도를 사용하여 계산된 값이 상당한 차이를 보일 수 있으며, 이로 인해 고유진동수 계산결과에 차이가 발생할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
교량구조물이 갈수록 장경간화 되면서 무엇이 중요해지고 있나요? 재료의 고강도화 및 구조설계기술의 발달로 인하여 교량구조물은 날로 장경간화 되고 있으며, 이로 인하여 구조물에 발생하는 응력뿐만 아니라 구조물의 과도한 처짐 또는 진동과 같은 사용성에 대한 중요성이 더욱 높아지게 되었다. 특히 철도교량과 같이 주기적인 하중에 의한 동적가진을 받는 교량의 경우는 항상 공진의 위험성을 내포하고 있다.
설계단계의 구조 물의 고유진동수와 실제 구조물의 고유진동수가 차이나는 원인은? 설계단계에서 계산한 구조물의 고유진동수가 실제 구조물의 고유진동수와 차이가 나게 되는 주요한 원인으로는 1) 재료 물성치, 2) 지점조건, 3) 부가고정하중의 강성기여효과 등을 생각할 수 있다. 콘크리트의 탄성계수와 같은 물성은 설계기준강도를 사용하여 계산된 값과 실제강도를 사용하여 계산된 값이 상당한 차이를 보일 수 있으며, 이로 인해 고유진동수 계산결과에 차이가 발생할 수 있다.
구조물이 안정적인 동적 거동을 하도록 하기 위해서는 어떤 것들이 필요한가요? 구조물이 완공되어 공용중인 상태에서 안정적인 동적 거동을 하도록 하기 위해서는 설계단계에서부터 구조물의 고유진동수를 정확히 예측하고, 하중의 가진 주기와 구조물의 고유진동수가 충분히 떨어져 있도록 구조물을 설계하는 것이 가장 바람직 할 것이나, 실제로는 구조물의 설계단계에서 완공된 구조 물의 고유진동수를 정확히 계산하는 것이 어려우며, 따라서 정적하중에 대한 안전성 위주로 설계가 이루어지고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. 국토해양부 건설교통기술평가원(2009) PS강선 및 강봉의 일체긴장시스템을 이용한 PSC교량 구조개발, 건설기술혁신사업 제3차년도 최종보고서. 

  2. 김성일, 이필구, 이정휘, 여인호(2006) 프리스트레스트 강합성 거더의 모달테스트 및 이동 열차하중 해석에 의한 동적거동, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제18권 제6호, pp. 793-804. 

  3. 이필구, 김충언(2008) 프리스트레스트 콘크리트거더의 동적응답 분석, 한국콘크리트학회 2008년도 봄 학술발표회논문집, 한국콘크리트학회, pp. 353-356. 

  4. 이필구, 김충언(2008) 프리스트레스트 콘크리트거더의 정적거동 평가, 한국콘크리트학회 2008년도 봄 학술발표회논문집, 한국콘크리트학회, pp. 357-360. 

  5. Clough, R.W. and Penzien, J. (1993) Dynamics of structures, 2nd ed., McGraw-Hill Inc. 

  6. Ewins, D.J. (2000) Modal testing - theory, practice and application, 2nd ed., Research studies press LTD. 

  7. Yoon, J.-G., Lee, J.W., Chang, S.-P., Kim, S.K. and Baek, Y.-I. (2002) Baseline model evaluation of seohae bridge, Proceedings of lABSE symposium (CD), PAP-163.pdf 

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