Abstract
Precise estimation of a structure's dynamic characteristics is indispensable for ensuring stable dynamic responses during lifetime especially for the structures which can experience resonance such as railway bridges. In this paper, the results of forced vibration tests of different excitation methods (vibration exciter and impact hammer) are compared to examine the differences and the cause of differences of extracted natural frequencies. Consequently a natural frequency modification method is suggested to eliminate effects of non-structural disturbance factors. Also, sequential forced vibration tests are performed before and after track construction according to the construction stage of a railway bridge, and the variation of natural frequencies are examined. Effect of added mass of vibration exciter and variation of support condition due to the level of excitation force are concluded as the major cause of natural frequency differences. Thus eliminating these effects can enhance the reliability of the extracted natural frequencies. Construction of track affects not only the mass of structure but also the stiffness of the structure. Also, the amount of increase in stiffness varies according to the level of structural deflection. Therefore, reasonable estimation of the level of structural response during operation is important for precise natural frequency calculation at design phase.
철도교량과 같이 주기적 가진에 의해 공진발생의 가능성이 높은 구조물에 있어서, 정확한 구조물의 동적특성치 파악은 설계단계 및 공용중 안정적인 응답을 확보하기 위해 필수적이다. 이 논문에서는 실축척 구조물을 대상으로 하는 강제 진동실험에서 일반적으로 사용할 수 있는 가진방법인 가진기 및 충격해머를 사용한 가진실험의 결과를 상호 비교하여 가진방법에 따른 고유진동수 추출결과의 차이 및 차이의 발생원인을 분석하고, 보다 정확한 구조물의 고유진동수를 산출하기 위한 보정방법을 제안하였다. 또한, 철도교량의 시공단계에 따라 궤도부설 전, 후에 진동실험을 수행하였으며, 궤도부설에 의한 고유진동수 변화를 관찰하였다. 가진방법에 따른 측정 고유진동수의 차이는 가진기의 경우 부가질량의 효과, 충격해머의 경우 동적응답 레벨에 따라 변화하는 지점강성효과에 기인하는 것으로 파악되었으며, 이에 대한 보정을 통해 보다 신뢰성 높은 고유진동수로 환산하는 것이 가능하였다. 궤도부설의 효과는 일반적으로 부가질량으로만 고려하여 궤도부설 전에 비해 고유진동수가 감소하는 것으로 예상되어 왔지만, 이 연구에서 수행한 실험의 결과로 질량추가의 효과에 상당하는 강성기여 효과도 있는 것으로 나타났으며, 강성증가율은 발생변위의 수준에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 설계단계에서 완성계의 고유진동수 예측시 궤도의 발생변위수준을 고려하여 적절히 강성기여 효과를 고려하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
