막이나 케이블 요소는 재료의 경량성과 유연성으로 인해 여타의 철강이나 콘크리트와는 다른 대공간 구조물이다. 막이나 케이블 요소가 유연성을 가지는 이유는 휨 강성이 인장 강성에 비해 무시할 수 있을 정도로 아주 작기 때문이다. 이러한 막이나 케이블 구조물이 강성 구조물과 다른 가장 큰 특징중의 하나는 전체적인 구조물을 구성하는 부재들에 의하여 발생하게 되는 변위보다는 구조물 자체의 변형이 더 지배적이다. 다시 말하면, 이러한 구조물은 변형없이 대변위를 발생시킨다는 것이다. 본 논문에서는 이러한 변위를 '불신장 변위(inextensible displacement)'라고 부른다. 그리고 불신장 변위가 발생하는 구조물을 '불안정 구조물'이라고 정의한다. 따라서, 이러한 불안정한 구조물을 안정한 구조물의 형태로 이행하기 위한 과정이 필요하고 이러한 과정을 '불안정 구조물의 안정화 이행과정'이라고 한다. 기존에는 준정적인 해석을 통해 구조물의 초기 불안정 형태를 안정화 시켰다. 여기서 '준정적'이라고 하는 것은 시간에 따라 속도는 일정하고 가속도는 존재하지 않는다는 것이다. 더 나아가 로봇공학, 생물역학 그리고 대공간 구조물에의 적용을 위하여 이러한 종류의 구조물을 동적인 메카니즘하에서 구속되어 있는 다수요소로써 모델화하는 연구가 진행되어졌다. 본 논문에서는 불안정 구조물의 동적 해석을 위한 정식화 과정중에서 수치적인 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 기존의 동적 해석기법과는 달리 본 논문에서는 차원을 저감시키는 수치해석기법으로써 RREF를 이용하였고, 불신장 변위모드를 추출함으로써 불안정 구조물의 동적 거동을 추적하였다. 본 논문에서 제안하는 수치해석기법을 이용하면 불안정 구조물의 효율적인 동적 해석이 가능하다는 것을 알 수 있었고, 나아가서 이러한 방법은 트러스 구조물 뿐만 아니라, 케이블이나 막 구조, 케이블과 막이 결합된 형태인 복합구조물에도 그 응용이 가능하리라고 사료된다.

Generally, a structural system with large inextensional deformations, or in other words, non-strained deformation is called as 'Unstable Structure', Truss-linked structures, cable structures, membrane structures and movable structures as foldable space structures etc, are included in this category. In this paper, a dynamic analysis method for unstable structural systems is presented. Governing equations for dynamic analysis of unstable truss structures with inextensional displacements are derived. Because of singularity of inverse matrixin in practical analysis of unstable structure, the generalized inverse matrix is Introduced to resolve the singular problem. Also, the RREF technique is used to get the inextensional displacement mode. Two unstable truss structures are analyzed by using presented method. Damping is not considered. From the given results, it is known that proposed method is useful to figure out the dynamic behavior of unstable truss structures.

• 김재열(협성대학교 건축공학과 전임강사) | Kim, Jae-Yeol