노스리지 지진에 의해 손상을 받은4층 철근콘크리트조 골조건물을 대상으로 선형가진기 및 대용량의 편심가진기를 이용한 강제진동실험과 상시미진동 측정을 실시하였다. 미진동 가속도데이터 및 선형가진기에 의한 백색잡음 실험시의 가속도데이터로부터 구조물식별을 수행하여 7차모드까지의 고유진동수 및 모드감쇠비를 얻었다. 두대의 대용량 편심가진기를 사용하여 얻은 큰 진폭의 조화 진동하에서는 가속도데이터를 사용하여 각 방향 1차모드를 식별하였으며 변위계와 변형게이지를 이용하여 층간변위각, 기둥과 슬래브와 같은 구조부재의 곡률분포를 측정하였다. 각 경우 고유진동수는 진동의 크기가 클수록 낮아졌다. 즉, 편심가진기가력시 고유진동수는 상시미진동시에 비해 $70{\sim}75%$, 선형가진시가력시에 비해 $92{\sim}93%$ 정도로 낮게 나타났다. 이러한 진동수의 감소폭은 지진에 의해 큰 손상을 받았던 건물의 남북방향에서 크게 나타났다.
최근 해상 교량 기초 시공 중 차수 및 연직 하중을 지지하는 역할을 수행하는 대형 원형 강관 가설 공법이 제안되었다. 하지만, 대형 원형 강관의 시공 및 운용 중에 발생할 수 있는 선박 충돌과 같은 위부 요인은 구조물의 안정성에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 외부 충격에 의한 대형 원형 강관의 동적 반응을 평가할 수 있는 기법을 개발하기 위해 실내 실험을 통한 기초 연구를 수행하였다. 실내 실험에서는 해상에 설치된 대형 원형 강관을 모사하기 위하여 소형 모형 강관을 토조에 설치하였고, 토조 속 흙의 높이와 수위는 각각 23cm와 25cm로 설정하였다. 수위는 40cm, 55cm, 70cm로 변화시켜가며 실험을 수행하였다. 선박 충돌을 모사하기 위하여 모형 강관의 상부를 해머로 타격하였으며, 모형 강관의 길이 방향으로 설치된 변형률계와 상부에 설치된 가속도계로 신호를 측정하였다. 실험결과, 변형률계로 측정된 변형률이 모형 강관의 상부에서 하부로 내려갈수록 감소하였다. 변형률계로 측정된 신호의 주파수는 충격이 가해지면 상시미진동 주파수보다 크게 증가하였지만, 수위 아래에 위치한 변형률계에서 측정된 주파수는 큰 증가를 나타내지 않았다. 가속도계로 측정된 신호의 최대 주파수는 충격이 가해지면 상시미진동 주파수보다 크게 증가하였다. 수위가 증가하면 최대 주파수는 감소하지만, 상시미진동 주파수보다는 크게 나타났다. 본 연구의 결과는 변형률계와 가속도계가 대형 원형 강관의 동적 반응 특성을 평가하는데 유용한 지표가 될 수 있음을 보여준다.
한국지진공학회 2000년도 춘계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring
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pp.218-225
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2000
This paper presents intermediate results of an on-going research for identification of the modal and the stiffness parameters of a bridge based on the ambient vibration data caused by the traffic loadings. The main algorithms consist of the random decrement method incorporating band-pass filters for estimation of the free vibration signals the cross spectral density method for identification of the modal parameters and the neural networks technique for estimation of the element-level stiffness changes. An experimental study is carried out on a scaled bridge model with a composite section subjected to various moving vehicle loadings. Vertical accelerations are measured at several locations on the girder. The estimated frequencies and mode shapes are found to be well-compared with those obtained from the impact tests. The estimated stiffness changes using the neural networks are found to be very good for the case with the simulated data. However the accuracy is found to be not quite satisfactory for the case with the experimental data particularly for the small value of the stiffness changes.
연구배경 : IOS 혹은 FOT는 외부의 loudspeaker에서 발생하는 기류의 진동을 자발호흡에 부가시킴으로써 발생하는 압력의 변화를 분석하여 폐기능을 평가하는 방법으로, 일반적인 폐기능검사 방법들과는 달리 노력성 호기방법이 필요치 않고 자발성 상시호흡에서 검사가 가능하다는 장점이 있다. 또한 microprocessor 의 도입으로 Fourier 변환법에 의한 복잡한 신호 분석이 가능해 지면서 주파수에 따른 호흡기계의 impedance를 실측부분 (Rrs : resistance) 과 추정부분 (Xrs : reactance)의 두요소로 보다 깊이 파악할 수 있게 되었다. IOS의 임상적 이용은 소아의 폐기능검사, 역학적 연구, 소기도질환의 확인, 유발검사 등에 장점이 있다고 알려져 있다. 그러나 흡연자에서 발생하는 소기도 폐쇄 또는 조기 기도폐쇄를 확인하는데 있어서 IOS의 역할에 대한 연구 보고는 논란이 있어 왔다. 이에 본 연구에서는 흡연자에서의 조기 기도폐쇄를 측정하는 방법으로서의 IOS가 갖는 임상적 유용성을 검증해보고자 하였다. 방 법 : 종합검진센타를 방문한 남자중에서 노력성 호기성 폐활량 측정 검사상 정상 소견을 보인 356명($40.6{\pm}9.7$세)을 대상으로 IOS(Jaeger company : Version 4.1)을 시행하여 흡연자군 (234명 : $40.2{\pm}9.3$세)과 비흡연자군(122명 : $41.5{\pm}10.6$세)으로 구분하여 양군간에 두가지 검사볍 지표들에 대한 유의성을 검증하였다. 결 과 : Spirometry 지표인 FVC, FVC%pred, FEV1, FEV1%pred, FEV1/FVC, PEF, PEF%pred, FEF25~75%, FEF25~75%pred, FEF50%, FEF50%pred 등은 모두 흡연자군과 비흡연자군간에 유의한 차이가 관찰되지 않았다. IOS 지표중 total resistance(흡연자군 : 비 흡연자군=$2.58{\pm}1.71$ : $2.22{\pm}1.20$), peripheral resistance($1.47{\pm}0.10$ : $1.25{\pm}0.62$), bronchial compliance($0.47{\pm}0.16$ : $0.44{\pm}0.12$) 등은 양군간에 유의한(p<0.05) 차이가 관찰되었으나 central resistance와 lung compliance는 유의한 차이가 관찰되지 않았다(단위는 resistance=hPa/l/s ; compliance=1/hPa). 주파수에 따른(5, 10, 15, 20, 25, 30, 35Hz) Rrs은 양군간에 유의한 차이를 관찰할 수 없었고, Xrs는 낮은 주파수, 즉 X5($-0.76{\pm}0.48$ : $-0.62{\pm}0.28$) 와X10($-0.15{\pm}0.33$ : $-0.06{\pm}0.19$)에서 유의한 차이를 관찰할 수 있었다(단위는 hPa/l/s). 결론 : IOS은 흉연자와 비흡연자의 조기폐쇄를 확인할 수 있는 검사법이라고 판단되며, total resistance, peripheral resistance, bronchial compliance, 그리고 5Hz와 10Hz 의 낮은 주파수에서의 Xrs가 유용한 지표라고 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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