선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이 연구에서는 PSC 거더 교량 위를 주행하는 차량하중으로 인해 발생되는 교면진동이 보행자에게 미치는 진동영향을 평가하였으며 그로부터 PSC 교량의 진동사용성을 평가하는데 연구목적이 있다. 이연구에서 교량의 진동사용성이라 함은 보행자가 느끼는 진동영향에 대한 교량의 사용성을 의미한다.
- 이 연구에서는 PSC 거더 교량 중 공용중인 WPC 거더 교량의 진동 사용성을 보행자 기준으로 평가하였다. 이를 위하여 실험차량의 주행속도를 주요변수로 하여 교면의 진동 가속도 응답을 계측 및분석하였으며, 분석된 결과는 Reiher-Meister의 가속도 변환곡선과 ISO 평가기준에 의하여 비교 ․ 검토되었다.
제안 방법
- 4는 실험대상인 WPC 거더 교량의 전경이다. 대상교량의 진동 응답 특성을 분석하기 위해서 1경간, 2경간 중앙에 transducer 타입의 가속 도계(이하, 가속도계)를 설치하였고 2경간, 3경간 중앙에는 piezometer 타입의 모듈화 되어있는 BMIII(Blastmate III, Instantel Co. CANADA)를설치하여 진동가속도 응답을 측정하였다.
- 4에서 제시된 P1에서 P2방향으로 각각 20 km/h 6회, 40 km/h 6회, 50 km/h 3회를 실시하였다. 또한 P2에서 P1방향으로 20 km/h 5회주행하여 총 20회 실험이 이루어졌다. 주행차선은 P1에서 P2방향으로 주행했을 때와 P2에서 P1방향 으로 주행했을 때 동일한 차선을 이용하였다.
- 주행차선은 P1에서 P2방향으로 주행했을 때와 P2에서 P1방향 으로 주행했을 때 동일한 차선을 이용하였다. 또한, 교량의 진동응답을 명확하게 모니터링하기 위하여 시험차량이 측정구간에 영향을 미치기 시작하는 시점부터 측정구간을 벗어난 후에 나타나는 자유진동 부분까지 측정하였다.
- 또한, 차량주행 실험 시 교량의 진동 응답을 무리 없이 받아들이기 위해 200 Hz의 sampling rate 로 측정하였다. Fig.
- 이 논문의 연구 대상인 WPC 교량의 진동사용성 평가를 위하여 우선적으로 교량 위에서 보행자가 느끼는 진동레벨을 Fig. 3에서 제시한 바 있는 ReiherMeister의 가속도 변환곡선을 사용하여 검토하였으며그 결과를 Fig. 12에 제시하였다. 평가결과 WPC 교량의 진동응답 정도는 20 km/h, 40 km/h, 50 km/h로주행했을 시 주행속도와는 크게 상관없이 전체응답의 30 %가 강하게 진동을 느끼는 “level C, strongly perceptible”, 응답의 70 %는 진동으로 인해 불안감을 느끼는 “level B, disturbing” 수준으로 나타났다.
- 주행실험은 Fig. 4에서 제시된 P1에서 P2방향으로 각각 20 km/h 6회, 40 km/h 6회, 50 km/h 3회를 실시하였다. 또한 P2에서 P1방향으로 20 km/h 5회주행하여 총 20회 실험이 이루어졌다.
대상 데이터
- 대상교량에서는 정확한 실험데이터를 얻기 위해 차량의 통행을 제한한 상태에서 차량중량이 제공된 시험차량을 이용하였다. 3축 덤프트럭의 총중량은 270 kN, 전륜중량 70 kN, 중륜 · 후륜중량은 각각 100 kN이였다.
- 이 연구에서는 PSC 거더 교량 가운데 WPC 거더교량(wide-flange prestressed concrete girder bridge)을 연구대상으로 하였다. WPC 거더 교량이란 확폭플랜지 박스형 거더형태로 중립축을 상향 이동시켜 상 · 하 플랜지의 응력균형으로 최적 단면에 의해 효율을 극대화 시킨 교량으로 제구형 단면에 스티로폼을 넣어 슬래브 타설을 위한 확장된 바닥판으로 구성되어 있다.
- 이 연구의 대상교량은 총 연장 90.2 m, 폭 5.5 m 의 도로교로써 상부구조는 3경간 WPC 거더교 형식이며. Fig.
데이터처리
- 이 연구에서는 PSC 거더 교량 중 공용중인 WPC 거더 교량의 진동 사용성을 보행자 기준으로 평가하였다. 이를 위하여 실험차량의 주행속도를 주요변수로 하여 교면의 진동 가속도 응답을 계측 및분석하였으며, 분석된 결과는 Reiher-Meister의 가속도 변환곡선과 ISO 평가기준에 의하여 비교 ․ 검토되었다.
성능/효과
- Reiher-Meister의 가속도 변환곡선에 준하여 검토한 결과 WPC 거더 교량 위를 보행하는 보행자가 느끼는 진동수준은 주행속도와는 크게 상관없이 전체응답의 30 %가 강하게 진동을 느끼는 “level C, strongly perceptible”, 응답의 70 %는 진동으로 인해 불안감을 느끼는 “level B, disturbing” 수준으로 나타나 이 연구의 실험결과를 근거로 판단할 때 WPC 교량은 적절한 수준의 진동사용성을 확보하고 있지 못하다는 것을 의미한다.
- 결과적으로 고유진동수는 가속도계를 사용하여 계측한 시간이력을 주파수 분석한 결과가 더 신뢰도를 확보하고 있다고 판단되며, 이로부터 연구대상 WPC 고유진동수는 3.2 Hz 대역으로 결정할 수 있다.
- 고유진동수 분석 시 가속도계로부터 얻어진 시간 이력은 차량 통과이후의 자유진동 부분만을 고려한 것과 다르게, BMIII는 모듈화 되어있는 계측기의 특성상 차량이 주행하는 동안을 포함한 진동가속도 이력 전체를 대상으로 진동수 분석이 이루어진 결과 고유진동수에 편차가 발생된 것이라 판단된다.
- 13은 ISO의 3가지 평가기준(폭로한계, 피로 능률감퇴경계, 쾌감감퇴경계) 가운데 가장 엄격한 쾌감감퇴경계를 적용하여 검토 한 것으로써, WPC 교량의 경우 보행자가 약 25분 정도 진동에 노출되어 있을 때 쾌감감퇴가 발생한다는 것을 알 수 있다. 보행자의 속도를 2~3km/h로 가정할 때 25분동안 진동에 노출되기 위해서는 교량의 길이가 832 m ~1,250 m는 되어야 한다는 것으로 해석할 수 있으 므로 ISO 기준에서 제시하는 쾌감감퇴는 WPC 거더교에서는 현실적으로 발생하지 않는다는 결론에 이르게 되며, 이는 일반적인 현상과 일치하지 않는 모순임을 알 수 있다. 즉, ISO 곡선은 빌딩 등과 같은 건물의 진동에 대한 평가기준으로써 이 연구 대상인 교량의 진동사용성 평가를 위해서는 부적합 하다는 것을 의미한다.
- 10, 11에 제시하였다. 분석결과 WPC 거더 교량의 고유 진동수는 3.10 Hz에서 최대 3.80 Hz까지 얻어졌다. 3.
- 12에는 기존에 이동하 (6) 가 연구결과로 제시한 PSC I형 거더교(30 m@2=60 m), 강바닥판을 사용하는 steel box 거더교(45 m@2=90 m)의 진동가 속도 응답을 상호 비교하여 나타내었다. 비교결과 WPC 교량은 PSC 교량에 비해 상대적으로 저진동 수와 큰 가속도 응답을 보이는것을 알 수 있다. 이러한 원인은 동일 지간일 경우 기존 PSC 교량의 거더에 비해 단면 축소가 가능한 WPC 교량의 구조적인 특징으로 인해 강성과 고유진동수가 일정부분 감소하게 되는 내적인 요인과 교량의 노면조도와 동일하지 못한 실험차량, 구조형식의 상이함 등의 외적인 요인이 복합적으로 영향을 미치기 때문 이라 판단된다.
- 평가결과 WPC 교량의 진동응답 정도는 20 km/h, 40 km/h, 50 km/h로주행했을 시 주행속도와는 크게 상관없이 전체응답의 30 %가 강하게 진동을 느끼는 “level C, strongly perceptible”, 응답의 70 %는 진동으로 인해 불안감을 느끼는 “level B, disturbing” 수준으로 나타났다. 이러한 결과는 실험차량의 주행속도 20 km/h ~ 50 km/h 범위에서 WPC 교량은 주행속도에 상관없이 보행 자가 불쾌감을 느끼는 정도의 진동응답을 보여 보행자를 기준으로 할 때 적절한 수준의 진동사용성을 확보하고 있지 못하다는 것을 의미한다.
- 또한 ISO 기준에서 제시하는 쾌감감퇴가 발생하기 위해서는 교량길이가 최소 832 m이상 되어야 한다는 결과가 얻어져 일반적인 현상과 괴리감이 있는 결론에 이르게 된다. 즉, ISO 곡선은 교량의 진동사용성을 평가하는데는 부적합하다는 것을 알 수있었다.
- 차량 주행속도에 대한 가속도의 진폭은 P1에서 P2방향으로 주행 시 20 km/h에서 상대적으로 큰 값으로 나타났고, 40 km/h, 50 km/h로 속도를 높여 갈수록 감소하는 경향을 보였다. Fig.
- 평가결과 WPC 교량의 진동응답 정도는 20 km/h, 40 km/h, 50 km/h로주행했을 시 주행속도와는 크게 상관없이 전체응답의 30 %가 강하게 진동을 느끼는 “level C, strongly perceptible”, 응답의 70 %는 진동으로 인해 불안감을 느끼는 “level B, disturbing” 수준으로 나타났다.
후속연구
- 이 연구에서는 실험차량의 주행속도 만을 변수로 사용하였으나 보다 일반화된 진동응답 예측과 진동 사용성 평가를 위해서는 노면의 조도, 실험차량의 중량 등을 변수로 포함시키고, 해석적인 방법을 통해 교량의 폭, 거더 수 등을 고려한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.