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진동해머의 진동특성에 대한 해석적 연구
Analytical Study on Vibrational Properties of Vibro-hammer 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.14 no.7, 2013년, pp.3577 - 3581  

이승현 (선문대학교 토목공학과) ,  김응석 (선문대학교 토목공학과) ,  윤기용 (선문대학교 토목공학과)

초록
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진동해머에 의해 시공되는 말뚝의 해석을 위해서는 진동해머의 진동특성을 파악함이 우선되어야 한다. 진동해머의 진동특성을 살펴보고자 해석적 연구를 수행하였다. 진동시스템에 대한 지배방정식 구성에 있어서는 진동기만의 질량에 의해 발생하는 스프링작용력을 말뚝에 작용시키는 개념보다는 기진기와 말뚝이 연결된 단일 질량체를 고려하여 지배방정식을 구성하는 것이 타당할 것으로 판단된다. 공운전시 스프링상수가 증가함에 따라 진폭의 변화량은 크지 않았으나 스프링작용력은 대체로 스프링상수에 비례하여 증가하였다. 공운전시 기진기질량이 증가함에 따라 진폭은 대체로 반비례관계를 보였으며 스프링작용력은 진폭의 변화율과 일치함을 알 수 있다. 스프링작용력과 변위의 방향은 회전운동 중인 편심질량이 가리키는 방향과 반대가 됨을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to analyze a pile constructed by vibro-hammer, vibrational characteristics of vibro-hammer should be investigated first. Analytical studies were conducted in order to investigate vibrational properties of vibro-hammer. It is thought that the concept of acting the spring force to the pile he...

주제어

#Vibro-hammer   #Spring force   #Spring constant   #Amplitude   #Mass of the exciter  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 주로 진동해머의 진동특성에 초점을 맞추어 공운전시의 진동특성을 규명해보고 합리적인 지배방정식을 제안하고자 한다. 구체적으로 진동해머의 진동특성 규명에 있어서는 진동해머를 구성하는 스프링상수와 기진기의 질량변화에 따른 진폭과 스프링작용력의 변화양상을 살펴보고자 하였다.
  • 그러나 지배방정식의 구성에 있어 제안자에 따라 차이를 보이고 있다. 본 연구에서는 주로 진동해머의 진동특성에 초점을 맞추어 공운전시의 진동특성을 규명해보고 합리적인 지배방정식을 제안하고자 한다. 구체적으로 진동해머의 진동특성 규명에 있어서는 진동해머를 구성하는 스프링상수와 기진기의 질량변화에 따른 진폭과 스프링작용력의 변화양상을 살펴보고자 하였다.

가설 설정

  • 기진기질량의 변화에 따른 자연진동수와 진폭의 변화 양상을 살펴보기 위해 Table 1에 나타낸 기진기질량(mv)의 0.5배에서부터 0.5배씩 증가시켜 10배까지의 기진기질량(mv′)을 가정하여 계산을 수행해 보았는데 그 결과는 Fig. 3에서와 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
진동해머에 의해 시공되는 말뚝의 관입속도는 어떻게 예측할 수 있는가? 그에 따라 최근까지 진동 말뚝의 해석을 위해 매개변수에 의한 방법(parametric method), 하중평형법(force-balance method), 에너지평형법(energy-balance method), 운동량보존법(momentumconservation method) 그리고 운동방정식에 의한 적분법(integration of the laws of motion) 등이 적용되어 왔다[2-5]. 진동해머에 의해 시공되는 말뚝에 있어 주된 관심사는 말뚝의 관입속도 예측이라 할 수 있는데 진동해머에 의해 시공되는 말뚝에 대하여 지배방정식을 세우고 이의 해를 구함으로써 관입속도 예측이 가능하다 할 수 있다. 그러나 지배방정식의 구성에 있어 제안자에 따라 차이를 보이고 있다.
진동 말뚝의 해석을 위해 적용되어 온 방법들은 무엇인가? 1930년대 초반 Barkan[1]에 의해 진동해머의 적용성이 연구된 이래 현재까지 진동해머는 말뚝을 설치하는 효과적인 방법으로 사용되고 있다. 그에 따라 최근까지 진동 말뚝의 해석을 위해 매개변수에 의한 방법(parametric method), 하중평형법(force-balance method), 에너지평형법(energy-balance method), 운동량보존법(momentumconservation method) 그리고 운동방정식에 의한 적분법(integration of the laws of motion) 등이 적용되어 왔다[2-5]. 진동해머에 의해 시공되는 말뚝에 있어 주된 관심사는 말뚝의 관입속도 예측이라 할 수 있는데 진동해머에 의해 시공되는 말뚝에 대하여 지배방정식을 세우고 이의 해를 구함으로써 관입속도 예측이 가능하다 할 수 있다.
진동타입기의 정적하중(bias weight)과 기진기는 무엇으로 연결되어 있으며, 그것의 기능은 어떻게 되는가? 1에 나타낸 바와 같이 크게 정적하중(bias weight)과 기진기(exciter)로 되어 있다. 정적하중과 기진기 사이는 스프링(또는 elastomer)으로 연결되어 있어 기진기의 진동이 정적하중에 전달되지 않도록 되어있다. 진동타입기의 작동원리는 Fig.
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참고문헌 (8)

  1. Barkan, D. D. (1957). "Foundation engineering and drilling by vibration method". Proc., Fourth Int. Conf. on Soil Mech. and Found. Engrg., 2, 3-7. 

  2. Holeyman, A.,(1993). HYPERVIB1, An analytical model-based computer program to evaluate the penetration speed of vibratory driven sheet piles., Research report prepared for BBRI, June-93, 23pp. 

  3. Meirovitch, L. (1975). Elements of Vibration Analysis. New York : McGraw-Hill. 

  4. Warrington, D.C. (1989). "Driveability of piles by vibration., Paper presented at Deep Foundation Institute 14th Annual Member Conf., pp. 139-154. 

  5. Vanden Berghe, J-F. and Holeyman, A.(1997), "Comparison of two models to evaluate the behavior of a vibratory driven sheet pile", XIth Young Geotechnical Engineers Conference and Computers, September 24-27, 1997, Madrid, Spain, pp.60-72. 

  6. Warrington, D.C. (1989). "Theory and Development of Vibratory Pile Driving Equipment". Proceedings of the Twenty-First Annual Offshore Technology Conference, Dallas, TX. OTC 6030, pp. 541-550. DOI: http://dx.doi.org/10.4043/6030-MS 

    crossref

  7. D. Wong, Michael W. O'Neill and C. Vipulanandan (1992). "Modelling of vibratory pile driving in sand". International Journal for numerical and analytical methods in geomechanics, Vol. 16, 189-210. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/nag.1610160303 

    상세보기 crossref

  8. Viking, K., (2002). Vibro-driveability, a field study of vibratory driven sheet piles in non-cohesive soils, PhD thesis, Div. of Soil and Rock Mechanics, Royal Inst. of Technology, Stockholm, Sweden. 

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