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모드분해기법을 이용한 동적 변형률신호로부터 변위응답추정 (Estimation of Displacement Response from the Measured Dynamic Strain Signals Using Mode Decomposition Technique)

  • 장성진;김남식
    • 대한토목학회논문집
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    • v.28 no.4A
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    • pp.507-515
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    • 2008
  • 본 연구에서는 모드분해기법을 이용한 변형률신호로부터 변위응답추정 방법을 개발하였다. 일반적으로 교량의 안정성평가는 완공 후에 초점이 맞추어져 있다. 하지만 가설 중에도 풍하중과 지진하중과 같은 동적하중에 노출되어 있으며, 이런 동적하중에 대한 안정성을 검토하기 위해 교량의 안정성 평가에 있어 중요한 인자인 변위를 추정하는 것이 중요하다. 그러나 건설현장에서의 적절한 변위측정 방법의 부재로 인하여 대형구조물의 전체적인 변위를 측정할 수 없는 것이 현실이다. 본 연구에서는 간접적으로 변위를 추정하는 방법인 변형률로 변위를 추정하는 방법을 제시하였으며, 광섬유 브래그 격자 센서(fiber optic Bragg-grating sensor)를 사용하여 변형률을 계측하였다. 기존에도 FBG센서를 이용한 변위추정 방법이 있었으며 기존의 방법으로는 정적하중에 대한 변위추정은 가능하였으나 고차 모드의 변형률신호와 노이즈의 영향 때문에 동적하중에 대한 변위추정은 많은 오차가 발생하여 정확한 변위추정이 어려웠다. 이런 오차를 줄이는 방법으로 모드분해기법을 사용하였다. 모드분해기법은 변형률신호로부터 proper orthogonal decomposition(POD)을 이용하여 추정한 모드형상과 empirical mode decomposition(EMD)을 이용하여 모드 분해한 변형률신호로 모드별 변위응답을 추정하고, 구조물의 주요 모드에 대한 변위응답을 합하여 전체변위응답을 추정하는 방법이다. 제안한 모드분해기법을 검증하기 위해 실내모형실험을 수행하였다.

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교량 모니터링 빅데이터를 이용한 광안대교의 교통량 의존 변위 추정 모델 (Traffic Volume Dependent Displacement Estimation Model for Gwangan Bridge Using Monitoring Big Data)

  • 박지현;신성우;김수용
    • 대한토목학회논문집
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    • v.38 no.2
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    • pp.183-191
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    • 2018
  • 본 연구에서는 차종별 교통량 데이터와 연직 변위 데이터의 상관관계를 바탕으로 광안대교의 차종별 교통량 데이터를 이용한 연직 변위 추정 모델을 개발하였다. 추정 모델의 개발 과정에서 구조화 회귀 분석에 기반한 모델링 방법과 주성분 분석법에 기반한 모델링 방법이 적용되었으며, 각각의 방법으로 개발된 모델의 변위 추정 성능을 비교 분석하였다. 개발된 모델을 이용하여 추정된 변위는 실측 변위와 유사한 것으로 분석되었으며, 이로부터 차종별 교통량 데이터를 광안대교의 교통량 의존 변위 추정에 적용 가능한 것을 알 수 있었다. 또한, 구조화 회귀 분석에 기반한 모델과 주성분 분석에 기반한 모델의 변위 추정 성능은 상호간에 큰 차이가 없다는 것을 알 수 있었다. 결론적으로 본 연구에서 개발한 차종별 교통량 데이터를 이용한 연직 변위 추정 모델은, 광안대교의 교통하중에 따른 거동 분석 등에 유효하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

직접변위기반 설계법에 의한 SRC 합성기둥의 내진성능평가 (Seismic Performance Evaluation of SRC Composite Column using Direct Displacement Based Design Method)

  • 정인규;박순응;김동혁
    • 한국공간구조학회논문집
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    • v.12 no.3
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    • pp.63-70
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    • 2012
  • 본 연구에서는 변위기반 성능설계 개념에 의해 기존 철근콘크리트 기둥과 콘크리트에 강재를 매입한 SRC 합성기둥에 대하여 최대 설계지진 가속도에 대한 내진성능개선의 성능설계을 비교하였다. SRC 합성기둥은 구조물의 강도를 증가시킬 뿐 아니라 연성도를 증가시키는 효과가 있다. SRC 합성기둥의 단면은 H형 강재와 원형의 중공 강관을 매입한 형태로 구성되어 있다. SRC 합성기둥에 대한 P-M상관도와 단면 공칭휨모멘트를 분석하고 이를 바탕으로 SRC 합성기둥에 대한 설계 변위 추정을 위해 변위기반 내진 설계 알고리즘을 제시하였다. 성능기반설계에 의한 성능개선설계를 위하여 목표성능변위 및 설계지진가속도 조건에 대해 직접변위 기반 설계방법 및 변위계수법에 의한 내진성능개선 설계 방법을 제시하였다. SRC 합성기둥은 기존 RC 기둥과 비교하여 성능개선 설계 결과 변위 연성비 및 변위성능에서 크게 개선된 성능설계 결과를 나타내었다.

암반 등급 변화에 따른 터널 내공 변위 거동 특설 (Characteristics of Tunnel Convergence Behaviour based on Variation of Rock Mass Rating)

  • 김광염
    • 지질공학
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    • v.18 no.4
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    • pp.545-553
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    • 2008
  • 터널 시공 중 막장관찰과 계측자료는 굴착으로 인하여 발생하는 지반 및 주변 구조물의 안정성 평가를 위한 가장 중요한 정보이다. 특히, 발파 굴착으로 이루어지는 NATM 공법에서 막장관찰과 계측은 다음 막장의 굴착 및 지보설계를 위한 핵심자료로 활용이 된다. 하지만, 국내에는 암반분류 결과와 계측결과의 관계에 대한 연구가 많이 부족하여 굴착 및 지보설계에 제대로 활용되지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 막장관찰에 의한 암반분류 중 국내외에서 가장 많이 사용되는 RMR 분류법과 내공변위 계측결과의 분석을 통해 지질상태의 변화가 터널의 거동에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 내공변위의 계측위치와 계측 시점에 따른 변위 측정 편차를 변위 함수를 이용해 보정하였으며, 이를 통해 내공변위의 영향선과 지반조건의 관계를 고찰하였다. 또한 변위 함수 파라미터와 초기변위 발생비율 등 내공변위와 관련된 다양한 요소들의 지반조건에 따른 변화양상을 파악함으로써 막장관찰 및 내공변위 계측을 통한 지반 평가의 기초자료를 제시하고자 하였다.

3D 수치해석을 이용한 퇴적암 터널의 암반 등급별 전변위 산정 (Estimation of Total Displacements by RMR Grades using 3-Dimensional Numerical Analysis)

  • 임성빈;윤현석;서용석;박시현
    • 지질공학
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    • v.17 no.2
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    • pp.217-224
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    • 2007
  • 터널이 굴착되면 응력이 재분배되는 과정동안 변위가 발생한다. 터널의 변위는 굴착 전 선행변위, 굴착 후 미측정 변위, 계측변위로 구분할 수 있다. 일반적으로 굴착 전 선행변위와 굴착 후 미측정 변위의 현장 측정은 어렵기 때문에 터널 굴착에 따른 전변위의 크기와 변화 양상을 산정하기 위한 연구가 많이 수행되어왔다. 본 연구에서는 퇴적암을 기반으로 하는 터널의 지반등급별 전변위를 산정하고 이들의 특성을 파악하기 위하여 역해석 기법을 사용하였다. 계측변위와 3차원 수치해석에 의해 계산된 변위의 오차를 최소한으로 줄여 지반등급별 물성치를 추정하였으며, 굴착에 따른 전변위 분포 양상을 산정하였다. 최종적으로 logistic 모형을 따르는 지반등급별 굴착에 따른 변위의 비선형 회귀식을 산정하였다.

중량 조절계수를 이용한 고층 건물 변위설계법 개발 (Development of the Drift Design Method of High-rise Buildings using Weight Control Factors)

  • 박효선;서지현
    • 한국강구조학회 논문집
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    • v.17 no.3
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    • pp.285-294
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    • 2005
  • 고층 건물 변위설계는 고층건물 설계의 핵심 기술 중의 하나이며, 재분배 기법은 실용적인 고층건물 변위설계법으로 인식되고 있다. 재분배 기법은 구조 물량을 재분배함으로서 전체 구조물량의 변화없이 제어하고자 하는 변위를 최소화시키는 방법으로서, 재분배기법 적용에 의해서 최종 얻어지는 물량은 초기 물량의 영향을 받게 된다. 초기 물량이 과다한 모델의 경우, 재분배 기법을 적용하면 허용 변위는 충분히 만족하지만 물량 측면에서는 그 만큼의 절감 여지를 내포하고 있다고 볼 수 있다. 그러므로 중량 조절계수를 구조정식화에 포함시켜서 변위설계시 초기 설계안의 물량에 영향을 받지 않는 고층건물 변위설계 기법을 개발하였다. 제안된 변위설계법을 프레임-전단벽 구조물의 변위설계에 적용하여 그 결과를 분석한 결과, 제안된 방법은 초기 물량의 영향을 받지 않으며 고층건물 변위설계가 가능하였다.

지진하중의 특성과 이력모델에 따른 저층 표준학교건물의 비탄성 지진거동 (Inelastic Seismic Behavior of Low-story Standard School Buildings according to Characteristics of Earthquake Loads and Hysteresis Models)

  • 김진상;윤태호
    • 한국산학기술학회논문지
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    • v.13 no.9
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    • pp.4294-4301
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    • 2012
  • 본 연구는 내진설계 되지 않은 학교시설물 중 다수를 차지하는 1980년도 표준설계 도면(건설부 공고 제130호, 1980년 10월 28일)에 의하여 건설된 국내에 현존하는 4층 모멘트 연성골조의 학교건물을 대상으로 이력모델의 특성과 지진파의 특성에 따라 표준학교건물의 비탄성지진거동을 분석하고자 한다. El-centro지진은 주파수 성분과 강진지속시간의 특성에 의하여 표준학교건물의 단변방향 층전단력, 층간변위비, 층변위 응답에 매우 큰 영향을 미치며 특히 수정다케다모델 선택시 응답의 차이가 매우 크게 나타남을 알 수 있다. 층전단력의 경우 최대 46%, 층간변위비의 경우 최대 70%, 층변위의 경우 최대 59%의 편차를 보인다. Santa Monica지진은 장변방향의 응답에서 이력모델별 편차가 더 크게 나타났으며, 층전단력은 최대 59%, 층간변위비는 최대 65%, 층변위는 최대 50%의 편차를 보였다. 이는 장변방향의 고유주기가 단변방향에 비하여 크기 때문에 1초이상의 주기성분이 많은 Santa Monica지진의 특성에 의한 것으로 판단된다. Taft지진은 이력모델에 따른 층간변위비와 층변위 응답의 편차가 가장 적은 것으로 나타났으며, 층간변위비는 최대 15%, 층변위는 최대 5%의 편차를 보여 변위응답에 있어서 이력모델에 가장 의존도가 적은 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단 된다.

정확한 평면운동 측정을 위한 광 변위센서의 성능분석 (Performance analysis of the optical displacement sensor for accurate in-plane motion measurement)

  • 강훈;이헌석;오진석
    • 한국정보통신학회논문지
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    • v.20 no.3
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    • pp.639-646
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    • 2016
  • 본 연구에서는 특수한 상황(미끄러짐 발생 및 회전관성이 부하로 작용하는 경우)에서의 회전 엔코더 기반 측정방법의 단점을 극복하기 위하여 광 변위센서(ADNS-9500)를 사용한 비접촉식 변위 측정방법을 제안하였다. 정확한 변위 측정을 위해 데이터 수집 보드와 랩뷰를 활용하여 실험적으로 광 변위센서의 성능을 분석하였으며, 반복실험을 통해 실험조건(측정방향, 속도, 가속도, 높이, 표면 재질)에 따른 광 변위센서의 성능특성을 파악하였다. 성능실험 결과, 광 변위센서를 사용하여 정확하게 평면운동을 측정하기 위해서는 광 변위센서와 지면(대상 물체의 표면)과의 높이를 2.4 mm-3.2 mm로 일정하게 유지시켜야 하며, 각각의 축 방향, 속도, 표면 재질을 고려하여 민감도를 수정하여 변위 계산식에 적용해야 하는 것을 확인하였다.

Estimation of Displacements Using the Transformed Response in Time and frequency Domain

  • Jung, Beom-Seok
    • 한국해양공학회지
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    • v.17 no.2
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    • pp.27-33
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    • 2003
  • 본 논문에서는 측정된 가속도신호만을 사용하여 변위응답을 추정하는 시간영역과 주파수영역에서의 동적 응답변환 알고리즘을 제시하였다. 본 알고리즘에서 사용되는 변환변위응답은 속도와 변위성분의 초기조건에 대한 정보 없이 측정된 가속도신호의 적분에 의하여 계산되며 실제 변위응답과 상관관계를 갖는다. 이에 측정된 구조물의 동적응답이 무재하부분과 자유진동부분을 포함하고 있을 때 변환응답을 보정하여 초기치 문제를 해결할 수 방법을 제시함으로써 가속도신호만을 사용하여 실제 변위응답을 추정할 수 있도록 하였다. 제시된 응답변환 알고리즘의 타당성을 평가하기위해 실교량에 대한 현장시험자료를 적용하여 변위응답을 추정하고 실측된 동적 변위와 비교하였다. 또한, 주파수영역에서의 응답변환에서 적분구간을 상이하게 사용함으로써 동적성분과 정적성분으로 분리된 추정응답을 평가할 수 있었으며 이에 따른 충격계수의 계산은 신뢰성 있는 평가방법임을 확인하였다.

동적하중에 의한 중력식 옹벽의 영구변위 (Parmanent Grayvity Retaining Wall Displacment Due to Dynamic Loads)

  • 김성교
    • 한국농공학회지
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    • v.26 no.1
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    • pp.38-51
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    • 1984
  • Mononobe-Okabe에 의해서 옹벽에 대한 동적 토압계산법이 개발된 이래 본론두중 옹벽의 과동에 의한 변위에 대해서는 많은 연구가 이루어졌으나 Mononobe-Okabe식이 원래 옹벽 자체의 관성을 고려치 아니하였고 또 동적 하중의 작용점을 제시하지 않으므로서 전도모멘트를 계산할 수 없게 하므로서 옹벽의 전도에 의한 변위에 대해서는 연구가 되지 아니하였다. 본 연구의 목적은 해석적 방법과 모형실험을 통해서 지진 및 폭파 등의 동적 하중에 의한 옹벽의 전도에 의한 변위를 고찰하고자 하는 바 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 활동에 대한 항복가속도가 있는 것과 마찬가지로 전도에 대한 항복가속도가 있다. 이 항복가속도는 옹벽의 안전율이 증가함에 따라 증가한다. 2. 이론치와 실험치는 경향으로 보아 일치한다. 실험치가 이론치보다 작은 것은 모형실험에서 옹벽측면과 컨테이너 사이의 마찰에 기인한 것으로 보아지며 마찰을 줄임으로써 이론치에 더 접근시킬 수 있을 것이다. 3. 옹벽의 회전각도의 크기는 지반가속도가 클수록, 옹벽저면이 작을수록 그리고 흙의 내부마찰각이 작을수록 크게 증가한다. 4. 실용적인 규격의 옹벽의 변위는 활동에 의한 것보다 전도에 의한 것이 훨씬 크며 전체 변위의 대부분을 차지한다. 5. 옹벽 상단의 횡적 변위는 옹벽 설계를 결정짓는 중요한 요소가 될 수 있다.

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