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문제 정의
- 본 연구에서는 바닥슬라브가 지게차의 과도진동에 의해 구조적 균열이 발생한 것을 규명하고 진동저감 대책 방안을 제시하여 구조물의 원활한 사용이 가능하도록 도모하고자 하였다. 지게차의 운행 및 적하차시 진동 측정/분석을 반복적으로 모니터링 하여 측정한 결과, 7지점에서 진동 가속도 및 속도가 진동허용규정치의 범위를 초과하여 구조적 균열의 원인을 규명하는데 입증 할 수 있었다.
- 때문에 작업자들에게 심리적인 불안감 및 물적 피해를 주고 있다. 이에 본 연구에서는 주요지점에 지게차의 운행 및 작업 시 발생하는 과도 진동 특성이, 건물에 미치는 진동영향성을 평가 하고, 평가한 데이터를 바탕으로 제어 대책방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 그림 2와 그림 3에서 보는바와 같이 진동 영향성을 평가하고자, 주요지점을 총 7지점으로 구분하여 측정을 수행 하였다. 주요지점의 선정 기준은 지게차의 운행구간 중 주 이동구간과 최대 균열 발생 지점 및 최대 진폭 발생 지점으로 선정하였다.
- 3 배가량 넘어서고 있는 매우 큰 진동을 나타내고 있다. 다른 지점에 비해 진동수준이 다소 낮은 Point-4, 5 지점은 그림 2에서 보듯이 랙(Rack)과 랙 사이 공간이 협소하여 측정의 어려움이 있어 지게차가 다니는 위치에서 랙 하나를 사이에 두고 측정을 수행하였으며, 측정 장비와 지게차 동선간의 거리가 약 5 m 가량 떨어져서 측정이 수행된 관계로 진동수준이 낮게 측정된 것으로 판단된다. 그림 5, 그림 6은 지게차 적재물 적하차시 측정값이 가장 높은 Point-2 지점과, 측정값이 가장 낮은 Point-4 의 진동 속도 그래프를 나타낸 것이다.
- 지게차의 운행 및 적하차시 진동 측정/분석을 반복적으로 모니터링 하여 측정한 결과, 7지점에서 진동 가속도 및 속도가 진동허용규정치의 범위를 초과하여 구조적 균열의 원인을 규명하는데 입증 할 수 있었다. 따라서 측정한 결과 값을 바탕으로 유한요소모델링 및 해석을 통한 진동저감 영향성을 평가 하였다. 이에 따른 최적의 대책방안으로 에폭시 수지 주입과 철판보강안을 제시하였으며, 대책방안에 대한 진동 응답 해석 결과도 허용규제치를 초과하지 않는 9.
- 물류센터 바닥슬라브에 지게차 운행 및 작업 시 진동 영향성을 확인/평가하고자, 주요 지점에서 수직 방향으로 진동을 측정/분석 하였다. 진동 영향성을 평가하기 위한 방법으로 지게차의 주행할시, 급제동할시, 적하차시를 측정하여 그 결과에 대해 분석하였다.
- 물류센터 바닥슬라브에 지게차 운행 및 적재물 적하차 시 발생하는 충격성 진동을 제어하기 위해서는 바닥슬라브의 강성 증가 및 집중하중 분배에 유리한 철판보강안을 제안한다. 진동이 가장 많이 발생하는 구간인 Point-2, 6 지점을 기준으로, 철판보강 시 진동저감 효과를 그림 9와 그림 10에 나타내었다.
- 본 연구에서의 진동허용규제치는 구조물에 입사되는 진동속도 규정치를 제시한 독일 DIN 4150 를 준수하였고 건물 피해 정도의 주파수 범위는 1∼100 Hz 이며, Bachmann 등[6]이 제안하고 있는 인간 지각 기준에서도 1∼100 Hz 까지 다룬다.
- 그림 2와 그림 3에서 보는바와 같이 진동 영향성을 평가하고자, 주요지점을 총 7지점으로 구분하여 측정을 수행 하였다. 주요지점의 선정 기준은 지게차의 운행구간 중 주 이동구간과 최대 균열 발생 지점 및 최대 진폭 발생 지점으로 선정하였다. 측정 시 한 지점 당 각 20분간 5회씩 레코딩을 수행하였으며 그에 따른 측정 평균 데이터 중 최대 진동 값을 선정하였다.
- 지게차의 운행 및 적재물 적하차시에 진동 영향성 수준을 측정한 결과 값을 통하여, 2가지 관점의 평가로 구분하여 분석을 수행하였다. 첫째로 건물의 사용성 관점에서의 평가 측정 결과 값은 표 4와 같다.
- 물류센터 바닥슬라브에 지게차 운행 및 작업 시 진동 영향성을 확인/평가하고자, 주요 지점에서 수직 방향으로 진동을 측정/분석 하였다. 진동 영향성을 평가하기 위한 방법으로 지게차의 주행할시, 급제동할시, 적하차시를 측정하여 그 결과에 대해 분석하였다. 측정/분석 시에 사용되는 장비는 가속도계 (PCB) 와 FFT Analyzer (B&K) 가 사용되었으며 가속도계는 각 지점의 가속도를 측정 하였으며 FFT Analyzer (B&K)의 장비는 측정된 가속도를 FFT를 통한 주파수 영역에서 분석하기 위한 장치이다.
- 주요지점의 선정 기준은 지게차의 운행구간 중 주 이동구간과 최대 균열 발생 지점 및 최대 진폭 발생 지점으로 선정하였다. 측정 시 한 지점 당 각 20분간 5회씩 레코딩을 수행하였으며 그에 따른 측정 평균 데이터 중 최대 진동 값을 선정하였다. 또한 장단기 적하차 반복수에 따른 균열 관찰은, 진동 측정이 진행된 시점에서 이미 구조물에 균열발생으로 인한 문제가 야기된 상태였다.
- 일반적으로 사용하는 범용 유한요소 해석 프로그램의 경우 내연적 시간 적분 방법(Implicit Method)을 사용하고 있으나, 본 연구에서는 시간에 따라 가속도 값에 변화를 줄 수 있는 외연적 시간적분방법 (Explicit Method) 을 사용하여 동적해석을 수행하였다. 현장에서 진동 측정한 결과를 바탕으로 진동수준이 가장 높게 나타나는 Point-2, 6 지점을 3차원 유한요소 모델링 화 하였다. 사용한 유한요소는 Beam, Solid, Shell 요소를 이용하였으며, 입력 하중은 실측에서 계측한 힘 값을 입력하여 해석을 수행하였다.
대상 데이터
- 현장에서 진동 측정한 결과를 바탕으로 진동수준이 가장 높게 나타나는 Point-2, 6 지점을 3차원 유한요소 모델링 화 하였다. 사용한 유한요소는 Beam, Solid, Shell 요소를 이용하였으며, 입력 하중은 실측에서 계측한 힘 값을 입력하여 해석을 수행하였다. 그림 7과 그림 8은 Point-2, 6 의 동적해석 모델링을 나타낸 것이다.
데이터처리
- 지게차로 인한 충격성 진동으로 인해 구조물에 미치는 진동을 저감하기 위해, 영향성을 평가하기 위한 범용 유한요소해석(ANSYS) 프로그램을 통해 동적해석을 수행하였다. 일반적으로 사용하는 범용 유한요소 해석 프로그램의 경우 내연적 시간 적분 방법(Implicit Method)을 사용하고 있으나, 본 연구에서는 시간에 따라 가속도 값에 변화를 줄 수 있는 외연적 시간적분방법 (Explicit Method) 을 사용하여 동적해석을 수행하였다.
이론/모형
- 지게차로 인한 충격성 진동으로 인해 구조물에 미치는 진동을 저감하기 위해, 영향성을 평가하기 위한 범용 유한요소해석(ANSYS) 프로그램을 통해 동적해석을 수행하였다. 일반적으로 사용하는 범용 유한요소 해석 프로그램의 경우 내연적 시간 적분 방법(Implicit Method)을 사용하고 있으나, 본 연구에서는 시간에 따라 가속도 값에 변화를 줄 수 있는 외연적 시간적분방법 (Explicit Method) 을 사용하여 동적해석을 수행하였다. 현장에서 진동 측정한 결과를 바탕으로 진동수준이 가장 높게 나타나는 Point-2, 6 지점을 3차원 유한요소 모델링 화 하였다.
성능/효과
- 따라서 측정한 결과 값을 바탕으로 유한요소모델링 및 해석을 통한 진동저감 영향성을 평가 하였다. 이에 따른 최적의 대책방안으로 에폭시 수지 주입과 철판보강안을 제시하였으며, 대책방안에 대한 진동 응답 해석 결과도 허용규제치를 초과하지 않는 9.29 mm/s, 8.51 mm/s 로 해석되었다. 따라서 향후 지게차의 운행 및 적하차시의 구조적 균열에 대한 안정성과 균열의 저감을 입증할 수 있었으며 저감예측 자료로의 활용이 가능할 것이라 판단된다.
- 본 연구에서는 바닥슬라브가 지게차의 과도진동에 의해 구조적 균열이 발생한 것을 규명하고 진동저감 대책 방안을 제시하여 구조물의 원활한 사용이 가능하도록 도모하고자 하였다. 지게차의 운행 및 적하차시 진동 측정/분석을 반복적으로 모니터링 하여 측정한 결과, 7지점에서 진동 가속도 및 속도가 진동허용규정치의 범위를 초과하여 구조적 균열의 원인을 규명하는데 입증 할 수 있었다. 따라서 측정한 결과 값을 바탕으로 유한요소모델링 및 해석을 통한 진동저감 영향성을 평가 하였다.
- 0 cm/s² 로 규제하고 있다. 측정 결과값 표 4를 분석하면 모든 7지점의 가속도는 진동 허용규제치 수준을 넘어서고 있는 것을 확인 할 수 있으며, 특히 Point-① 지점에서 가속도는 진동 허용규제치를 약 6배가량 초과하고 있어 작업자들의 심리적인 불안감을 유발할수 있는 수준이다. 또한 진동측정 위치별 지게차의 주행, 급제동, 적하차로 나누어 진동측정을 수행 시 그 중 지게차의 적하차시에 진동 가속도가 크게 발생하고 있다.
- 진동이 가장 많이 발생하는 구간인 Point-2, 6 지점을 기준으로, 철판보강 시 진동저감 효과를 그림 9와 그림 10에 나타내었다. 표 6은 수치로 표현한 해석 예측한 결과 값이며, 표 6에서 보듯이 Point-2 지점의 경우 현재 진동허용규제치를 약 2.3배 가량 초과하고 있으나, 철판 5 mm 보강 시 11.59 mm/s 로 허용규제치를 약간 초과하며, 7 mm 보강 시 9.29 mm/s 로 허용규제치를 만족할 것으로 판단된다.
후속연구
- 51 mm/s 로 해석되었다. 따라서 향후 지게차의 운행 및 적하차시의 구조적 균열에 대한 안정성과 균열의 저감을 입증할 수 있었으며 저감예측 자료로의 활용이 가능할 것이라 판단된다.
- 일반적으로 건물의 균열보수 대책으로 많이 이용되는 에폭시 수지 주입 방법은 기존 균열의 보수에는 적정하다. 하지만 방수성과 내구성이 향상 될 수는 있으나, 향후 지속적인 충격성 진동이 예상되는 본 구조물에서는 균열부분에서 충격성 진동에 의한 피로파괴가 예상된다. 따라서 대한건축학회[7]에서도 허용을 허가한 미세균열에 폭 0.
- 통상 구조물에 발생하는 균열의 여러 원인 중에서 시공 시 콘크리트 타설 직후 진동유입이나 콘크리트 양생 과정에서 발생하는 미세균열 등의 원인이 있을 수 있다. 하지만 본 연구에서는 이미 균열이 발생, 진행된 구조물에 대한 진동측정 및 진동대책을 제시하고 균열과 진동과의 원인규명을 목적으로 하고 있어, 시공불량으로 인한 부분에 대해 사전조사는 이루어지지 않아 향후 연구가 필요한 부분이다. 다만 현재 과도 균열이 발생한 구간에서 균열이 발생하지 않은 구간에 비해 진동수준이 높게 나타나고 있어 균열 원인을 진동과 관련이 있는 것으로 판단한다.
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