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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 발파진동에 의해 야기된 지반진동이 구조물에 미치는 영향을 평가하기 위하여 지반에서 측정한 자료를 토대로 Newmark β 방법을 이용하여 단자유도계를 가정한 구조물 동적응답 시간이력과 구조물에서 직접 측정한 진동 시간이력을 비교 검토 하였다.
- Newmark β 방법에 의한 구조물 동적 응답 시간이력 해석결과에서 최대 진동속도는 거의 유사한 크기를 나타냈다. 이러한 결과는 구조물 하부 지반에서 측정된 지반진동 측정 자료로부터 구조물의 진동특성을 예측할 수 있음을 지시한다. 또한 지반에서 측정된 자료는 구조물의 실제 진동과는 상당한 차이가 있는 것으로 나타났다.
제안 방법
- 1) 단일공 발파에 있어 지반과 구조물 측정자료에 대한 시간이력 해석을 실시하였다. 지반에서 측정된 최대 입자속도는 0.
- Newmark β 방법에 의한 구조물 동적 응답 시간이력 해석을 위하여 Fig. 11과 같이 20 ms 단차 발파에 대한 지반 측정 자료를 가속도 시간이력으로 변화하였다.
- Newmark β 방법에 의한 구조물 동적 응답 시간이력해석을 위하여 단일공 발파에 대한 지반 측정 자료를 가속도 시간이력으로 변환하였다(Fig. 8).
- 일반적으로 구조물은 수직방향(V)의 진동 보다는 진행방향(L)과 횡방향(T)의 진동에 보다 큰 반응을 보인다. 그러므로 해석에 사용된 진동 측정자료는 발파진동의 3성분 중 최대 진동 크기를 보이고 구조물의 진동해석에서 의미를 갖는 진행방향 성분을 사용하였다.
- 단일공 발파에 대한 지반과 구조물 측정자료에 대한 시간이력 해석을 실시하였다. Fig.
- 3과 같이 지반과 구조물에서 발파진동 계측기를 설치하여 동시에 계측을 실시하였다. 또한, 구조물에 설치된 진동센서는 구조물과 동일한 거동을 유발하도록 고정 테입을 사용하여 단단히 고정하였다. 분석에 사용된 진동 측정자료는 단일공 발파와 20공의 20ms 단차 지발발파이다(Table 1).
- 발파로 인한 지반과 구조물의 응답특성을 분석하기 위하여 Fig. 3과 같이 지반과 구조물에서 발파진동 계측기를 설치하여 동시에 계측을 실시하였다. 또한, 구조물에 설치된 진동센서는 구조물과 동일한 거동을 유발하도록 고정 테입을 사용하여 단단히 고정하였다.
- 본 연구에서는 구조물에서 실측한 진동 측정 자료를 통해 원고유진동수(w)와 감쇠율(ξ)를 산출하였다.
- 측정된 자료를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 이용하여 주진동수를 산출한 후 지반과 구조물의 진동수를 분석하였다. 그 결과 Table 1과 같이 지반과 구조물의 주진동수는 단일공과 20 ms의 발파에서 유사하게 발생된 것으로 나타났다.
- 현장실험은 에멀전계 폭약(Φ50 mm)을 사용하여 단일공 발파와 20 ms 단차의 지발전기뇌관실험을 실시하였다.
대상 데이터
- 현장실험은 에멀전계 폭약(Φ50 mm)을 사용하여 단일공 발파와 20 ms 단차의 지발전기뇌관실험을 실시하였다. 발파조건으로 천공경 76 mm, 천공장은 3.4 m, 최소저항선은 1.6 m, 공간격은 1.9m, 공당장약량은 2.4 kg으로 하였다.
- 또한, 구조물에 설치된 진동센서는 구조물과 동일한 거동을 유발하도록 고정 테입을 사용하여 단단히 고정하였다. 분석에 사용된 진동 측정자료는 단일공 발파와 20공의 20ms 단차 지발발파이다(Table 1). 일반적으로 구조물은 수직방향(V)의 진동 보다는 진행방향(L)과 횡방향(T)의 진동에 보다 큰 반응을 보인다.
이론/모형
- 변환된 가속도 시간이력에 대해 평균가속도방법(Newmark β method, β=1/4)에 의해 점진적(step-by-step)으로 수치적분을 수행하여 수치적 평가를 수행하였다.
- 변환된 가속도 시간이력에 대해 평균가속도방법(Newmark β method, β=1/4)에 의해 점진적으로 수치적분을 수행하여 수치적 평가를 수행하였다.
- 본 연구에서는 발파진동에 의해 야기된 동하중에 대한 구조물 진동 시간이력을 직접적분법 중 Newmark β 방법을 이용하여 산출하였다.
- 본 연구에서는 비교적 안정성이 뛰어난 평균 가속도법을 이용하였다(Fig. 2). Fig.
성능/효과
- 2) 구조물 동적응답 시간이력의 해석으로부터 얻어진 최대진동속도는 구조물에서 직접 측정한 결과와 유사하게 나타났다. 이것은 구조물 하부 지반에서 측정된 지반진동 측정자료에 근거하여 구조물의 진동특성을 예측할 수 있음을 지시한다.
- 3) 단일공 발파와 20 ms 단차 발파의 지반진동에 대해 평균가속도 방법을 이용하여 점진적으로 진동수의 변화에 따른 최대 상대변위 및 최대 상대속도와 최대 상대변위 및 의응답스펙트럼 속도를 비교 분석한 결과, 지반진동과 유사한 입자속도가 구조물에서 관측되기 위해서는 지반진동의 진동수는 단일공 발파의 경우에는 약 50 Hz 이상, 그리고 20 ms 단차 발파의 경우에는 75 Hz 이상이 되어야 할 것으로 나타났다.
- 15는 20 ms 단차 발파에 대한 최대 상대변위, 최대 상대속도, 그리고 의응답스펙트럼속도를 도시한 결과 예이다. 결과적으로 지반진동과 유사한 입자속도가 구조물에서 관측되기 위해서는 지반진동의 진동수가 단일공 발파의 경우에는 대략 50 Hz 이상, 그리고 20 ms 단차 발파의 경우에는 75 Hz 이상이 발생되어야 함을 알 수 있다.
- 5 Hz였다. 구조물에서 측정된 최대 입자속도와 고속 푸리에 변환 결과는 2.06 mm/sec와 24.3 Hz로 나타났다. 단일공 발파와 20 ms 단차 발파에서 지반 진동과 구조물간의 진동 크기는 약 3배의 차이로 구조물에서 더 큰 진동을 보이는 것으로 나타났다.
- 측정된 자료를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 이용하여 주진동수를 산출한 후 지반과 구조물의 진동수를 분석하였다. 그 결과 Table 1과 같이 지반과 구조물의 주진동수는 단일공과 20 ms의 발파에서 유사하게 발생된 것으로 나타났다.
- 3 Hz로 나타났다. 단일공 발파와 20 ms 단차 발파에서 지반 진동과 구조물간의 진동 크기는 약 3배의 차이로 구조물에서 더 큰 진동을 보이는 것으로 나타났다.
- 3 Hz로 나타났다. 단일공 발파와 같이 20 ms 단차 발파에서도 지반진동과 구조물간의 진동 크기는 약 3배의 차이로 구조물에서 더 큰 진동을 보였다.
- 8 Hz로 산출되었다. 또한 구조물에서 측정된 최대 입자속도와 고속 푸리에 변환 결과는 2.29 mm/sec와 22.8 Hz로 나타났다. 즉, 지반진동과 구조물간의 진동 크기는 약 3배의 차이로 구조물에서 더 큰 진동을 보였다.
- 5 Hz로 산출되었다. 또한, 구조물에서 측정된 최대 입자속도와 고속 푸리에 변환 결과는 각각 2.06 mm/sec와 24.3 Hz로 나타났다. 단일공 발파와 같이 20 ms 단차 발파에서도 지반진동과 구조물간의 진동 크기는 약 3배의 차이로 구조물에서 더 큰 진동을 보였다.
- 8 Hz로 나타났다. 즉, 지반진동과 구조물간의 진동 크기는 약 3배의 차이로 구조물에서 더 큰 진동을 보였다.
- 6은 20 ms 단차 발파에 대한 지반과 구조물 진행방향 진동 측정자료의 시간이력이다. 지반에서 측정된 최대 입자속도는 0.651 mm/sec를 기록하였으며, 이 진행방향 측정자료의 고속 푸리에 변환 결과 주진동수는 18.5 Hz로 산출되었다. 또한, 구조물에서 측정된 최대 입자속도와 고속 푸리에 변환 결과는 각각 2.
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