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문제 정의
- 조사결과 [Table 1]과 같이 보도교 중 서울 23개(35%)와 지방 8개(12%)가 진동에 대해 문제점이 있다고 조사되었다. 또한 보도교 관련 법규의 통합 및 법규내용의 보완이 필요하며 보도교의 안전점검 및 보수에 대한 강화가 필요하다고 지적하였다.[2],[8],[9]
제안 방법
- (1995)[5]이 세계 각국의 보도교의 진동계측 데이터를 바탕으로 제안한 재료형식별 감쇠율과 서울시 27개 보도교의 감쇠율을 비교하였다. Bachmann이 제안한 강재 보도교의 감쇠율의 최소값 0.2%와 평균값 0.4%와 비교함은 물론이고, 계측된 감쇠율의 경간과 고유진동수와의 상관관계를 분석하였다. 또한 구조시스템별 경간과 고유진동수 별 감쇠율의 상관관계를 분석하였다.
- 감쇠율의 경우는 [Fig. 4]와 같이 가속도계와 휴대폰 진동계측기와 동일구간에서 10개의 피크를 대수 감소법으로 산정하였다. 가속도계와 휴대폰 진동계의 오차는 3개의 자유진동파형에서 각각 산정한결과 오차는 0.
- 13]과 같이 계산하였다. 감쇠율의 산정은 두가지 영역으로 나누어서 진폭이 제일 큰 영역 중에서 1차모드만으로 구성된 10개의 피크(N=10)와 30개의 피크(3N=30)에 대하여 각각 감쇠율을 산정하였다. 이 결과를 정리한 것이 [Table 7]과 같다.
- 감쇠율의 진폭의존성을 5개소 보도교에 발생한 공진에 대하여 진폭의존도를 고차모드가 혼합되지 않은 범위 내에서 감쇠율을 [Fig. 13]과 같이 계산하였다. 감쇠율의 산정은 두가지 영역으로 나누어서 진폭이 제일 큰 영역 중에서 1차모드만으로 구성된 10개의 피크(N=10)와 30개의 피크(3N=30)에 대하여 각각 감쇠율을 산정하였다.
- 따라서 이 논문에서는 휴대용 진동계측기를 이용하여 서울시에 가설된 27개소의 보도교를 대상으로 제자리 뛰기(10~20회)를 2~5회 실시하여 공진발생에 따른 자유진동실파형에서 감쇠율을 분석하였다. 계측된 감쇠율은 경간별, 고유진동수별 상관관계식을 제안하였다.[2]
- 따라서 이 논문에서는 휴대용 진동계측기를 이용하여 서울시에 가설된 27개소의 보도교를 대상으로 제자리 뛰기(10~20회)를 2~5회 실시하여 공진발생에 따른 자유진동실파형에서 감쇠율을 분석하였다. 계측된 감쇠율은 경간별, 고유진동수별 상관관계식을 제안하였다.
- 4%와 비교함은 물론이고, 계측된 감쇠율의 경간과 고유진동수와의 상관관계를 분석하였다. 또한 구조시스템별 경간과 고유진동수 별 감쇠율의 상관관계를 분석하였다.[2]
- 도기영 등(2013, 2014)는 휴대폰 진동계측기를 이용하여 보도교에 대한 고유진동수 등의 진동특성을 분석하였다. 또한 국내 65개의 보도교의 경간별 고유진동수식을 제안하였으며, 이를 보도교의 구조 시스템별로 각각 고유진동수식을 제안하였다.
- 단경간 65개소 보도교 중 자유진동파형이 명료한 27개소의 보도교를 선정하였다. 보도교의 디자인 또는 보강공사로 인한 경간이 다르기 때문에 경간을 실측하였다. 경간 20m ~ 30m가 11개, 30m ~ 40m가 13개, 40m를 초과하는 것이 3개이다.
- 6 (b)]와 같이 보도교의 공진파형을 다시 획득하였다. 이를 위하여 1차에 계측된 고유진동수를 전자박자계에 설정하여 박자계에서 발산되는 신호음에 맞춰 다시 제자리 뛰기를 하여 휴대용 진동계측기에 보도교의 공진을 발생시켰다.[2],[8],[9]
- 10~11]과 같이 고차모드가 혼입되지 않은 구간만을 대상으로 하였다. 이를 위하여 매트로놈을 이용하여 보도교의 고유진동수와 동조시켜서 자유진동파형을 발생시켰다. 감쇠율은 식 (1)의 대수감소법에 의하여 산정하였다.
- 이번 보도교 진동계측은 [Fig. 5]와 같이 현장에서 전원 없이 간단하고 편리하게 계측할 수 있는 휴대용의 진동 App을 이용하여 진동계측(이하 휴대용 진동계측기)을 실시하였다. 휴대용 진동계측기는 x, y, z의 3축 방향(2방향 수평가속도와 1방향 수직가속도)에 대한 실시간 계측을 할 수 있으며, 동적 특성도 모니터 상에서 해석이 가능하다.
- 휴대용 진동계측기를 보도교의 상면에 부착한 후에, [Fig. 6]과 같이 한명 또는 복수의 인원이 상하방향으로 10~20회 제자리 뛰기를 하였다. 보도교의 진동발생이 고유진동수가 2.
- 휴대용 진동계측기를 이용한 수직진동수의 정밀도를 검토하기 위하여 보도교와 유사한 단순지지 프레이트 모형 중앙에 가속도계와 휴대폰 진동계측기를 설치하여 진동계측을 실시하였다. 모형의 재질은 발사재를 사용하였다.
- 휴대용 진동계측기를 통하여 진동계측 대상 보도교 27개소에 대하여 2차례 자유진동실험을 실시하였다. 공진으로 인한 자유진동파형의 파워스펙트럼을 분석하여 나온 고유진동수의 결과는 [Table 5]와 같으며 경간 순으로 정리하였다.
대상 데이터
- 24 보도교의 계측사례로서 자유진동실험을 실시한 결과 공진에 의한 시계열 파형을 나타내고 있다. 1차모드만의 감쇠율을 산정하기 위하여 [Fig. 10~11]과 같이 고차모드가 혼입되지 않은 구간만을 대상으로 하였다. 이를 위하여 매트로놈을 이용하여 보도교의 고유진동수와 동조시켜서 자유진동파형을 발생시켰다.
- 단경간 65개소 보도교 중 자유진동파형이 명료한 27개소의 보도교를 선정하였다. 보도교의 디자인 또는 보강공사로 인한 경간이 다르기 때문에 경간을 실측하였다.
- 휴대용 진동계측기를 이용한 수직진동수의 정밀도를 검토하기 위하여 보도교와 유사한 단순지지 프레이트 모형 중앙에 가속도계와 휴대폰 진동계측기를 설치하여 진동계측을 실시하였다. 모형의 재질은 발사재를 사용하였다. 모형의 제원은 각각 0.
- 본 연구에서는 휴대용 진동계측기를 이용하여 서울시의 27개소의 보도교를 대상으로 진동계측을 실시하였다. 자유진동파형에서 감쇠율을 산정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
성능/효과
- 27개의 보도교 감쇠율은 최소 값이 0.429%, 최대 값은 1.002%로서 평균값은 0.675%이다. 평균값 0.
- 6% 이상의 보도교에서는 발생하지 않는 점을 지적하고 있다. 27개의 보도교 중에서 20개의 보도교는 0.6%의 감쇠율을 보이는 것을 확인하였다.
- [Table 7]에 의하면 진폭이 상대적으로 큰 구간으로 구성된 자유진동파형(N=10)의 감쇠율이 진폭이 상대적으로 작은 구간을 포함하고 있는 구간보다 감쇠율이 명료히 큰 것을 확인할 수 있었다. 5개 보도교의 감쇠율 진폭의존성을 보면 진폭이 큰 구간이 진폭이 상대적으로 작은 구간에 비교하여 1.028~1.678배 큰 것을 확인할 수 있었다.[10] 이와같이 감쇠율의 진폭의존성을 명확히 확인할 수 있었다.
- 96sec 동안 계측을 실시하였다. [Fig. 3]과 같이 파워스펙트럼에서 고유진동수를 산정하였으며, 가속도계의 경우에는 8.38Hz, 휴대용 진동계측기는 0.39Hz로서 오차는 0.12%로서 거의 오차 없이 정확함을 알 수 있다. [Fig.
- 8 (b)]와 같이 구조물의 기본적인 뼈대로 기둥과 보의 절점이 강접합으로 하나로 이루어진 보도교를 강구조 라멘(Steel rahmen)으로 분류하였다. 구조시스템을 정리한 결과, 강구조 보의 구조시스템이 17개소로 가장 많으며 강구조 라멘은 10개소이다.[2]
- 둘째, 27개의 보도교 감쇠율은 최소값이 0.429%, 최대값은 1.002%로서 평균값은 0.675%이다. 평균값 0.
- 12%로 거의 동일한 값을 제시함을 알 수 있다. 또한 휴대용 진동계측기의 감쇠율은 기존의 가속도계와 오차가 0.98%~4.47%로서 진동계측기로서 적용성을 검토하였다.
- 셋째, 감쇠율과 보도교의 경간과의 상관계수의 자승(R2)는 0.0256으로서 감쇠율과 경간과의 상관관계를 찾기 어려웠다. 또한 감쇠율과 고유진동수 사이의 상관계수의 자승(R2)가 0.
- 에서는 보도교의 불안전한 구조와 불충분한 관리로 인한 피해로부터 보행자의 안전을 도모하고자 서울 및 전국 5개 광역시의 총 367개소 보도교 중 66개소에 대해 면접조사, 실태조사, 자료조사 등을 실시하였다. 조사결과 [Table 1]과 같이 보도교 중 서울 23개(35%)와 지방 8개(12%)가 진동에 대해 문제점이 있다고 조사되었다. 또한 보도교 관련 법규의 통합 및 법규내용의 보완이 필요하며 보도교의 안전점검 및 보수에 대한 강화가 필요하다고 지적하였다.
- 첫째, 휴대용 진동계측기의 고유진동수 정밀도는 기존의 가속도계와 오차가 0.12%로 거의 동일한 값을 제시함을 알 수 있다. 또한 휴대용 진동계측기의 감쇠율은 기존의 가속도계와 오차가 0.
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