KAERI has planned to carry out a series of dynamic tests using a shaking table and time-history analyses for a channel-type concrete shear wall to investigate its seismic performance because of the recently frequent occurrence of earthquakes in the south-eastern parts of Korea. The overall size of a test specimen is ×× 2500 mm×3500 mm×4500 mm, and it consists of three stories having slabs and walls with thicknesses of 140 mm and 150 mm, respectively. The system identification, FE model updating, and time-history analysis results for a test shear wall are presented herein. By applying the advanced system identification, so-called pLSCF, the improved modal parameters are extracted in the lower modes. Using three FE in-house packages, such as FEMtools, Ruaumoko, and VecTor4, the eigenanalyses are made for an initial FE model, resulting in consistency in eigenvalues. However, they exhibit relatively stiffer behavior, as much as 30 to 50% compared with those extracted from the test in the 1st and 2nd modes. The FE model updating is carried out to consider the 6-dofs spring stiffnesses at the wall base as major parameters by adopting a Bayesian type automatic updating algorithm to minimize the residuals in modal parameters. The updating results indicate that the highest sensitivity is apparent in the vertical translational springs at few locations ranging from 300 to 500% in variation. However, their changes seem to have no physical meaning because of the numerical values. Finally, using the updated FE model, the time-history responses are predicted by Ruaumoko at each floor where accelerometers are located. The accelerograms between test and analysis show an acceptable match in terms of maximum and minimum values. However, the magnitudes and patterns of floor response spectra seem somewhat different because of the slightly different input accelerograms and damping ratios involved.

구조물의 특성치를 결정하기 위하여 18층 규모의 사무용 건물 3동에 대하여 자연진동 조건하에서 동적계측실험을 수행하였다. 대상건물은 기본적으로 보-기둥 골조시스템에 횡하중을 보다 효율적으로 지지하기 위하여 추가적으로 코아가 배치된 혼합 구조형식을 나타낸다. 매층 마다 측정한 일련의 진동기록으로부터 고유진동수, 모드형태 및 감쇠율 등과 같은 모달계수를 추출하기 위하여 최신주파수- 및 시간영역-기반 응답의존 시스템판별법인 FDD, pLSCF 및 SSI를 적용하였다. 3방법에 의하여 추출한 결과는 대체로 일치하였으나, 초기 FE 해석결과와 비교하여 저차 3개 고유진동수는 대략 1.2~1.7배나 되는 단단한 거동을 나타냈다. 진동응답으로부터 추출된값, 기준에서 제시하는 약산식 및 FE해석에 의하여 산정된 고유주기를 비교하여 보면, FE결과가 가장 유연한 거동을 예측하였으며, 높이를 변수로 하는 약산식이 추출된 값에 가장 근접한 결과를 나타냈다. 이러한 차이는 현재의 실험 추출치에는 콘크리트 균열 등과 같은강성저감 요인을 포함하고 있지 않으며, 또한 FE 해석치는 비구조체 및 사용된 재료의 실제성능 등과 관련된 강성증가 요소를 포함하고있지 않기 때문이다.

비닐하우스 아치구조에 고정햄머 및 이동가속도계 형식을 취한 충격진동실험을 수행하여 획득한 일련의 진동기록으로 부터 고유진동수, 감쇠율 및 모드형태 등과 같은 모달계수를 추출하기 위하여 최신 고급 주파수영역 시스템판별법인 PolyMAX 및 FDD를 적용하였다. 전자는 입력-출력 데이터 모두를 사용하며, 후자는 출력 데이터 만 을 사용한다. 본 연구의 비닐하우스 강재 파이프 아치와 같이 매우 세장한 구조물에 진동계측 등과 같은 비파괴 실험기법을 적용하여 정적좌굴 하중을 결정할 수 있는 지 여부 및 손상을 감지할 수 있는지 등에 대하여 중점적으로 조사하였다. 대체로 추출한 모달계수는 유한요소해석으로부터 획득한 결과와 좋은 일치를 나타냈으며, 지속적으로 수행 할 후속연구에 가능성을 제시하였다.

비닐하우스를 구성하는 세장한 강재 파이프 아치의 정적좌굴 하중을 결정하고 전체구조성능을 평가하기 위하여 수직하중을 단계별로 부가하고 고정햄머 및 이동센서 형식을 취한 일련의 충격하중 진동실험을 수행하였다. 수직 및 수평보조재가 없는 내부아치의 거동 조사에 보다 중점을 두었으며, 계측한 입력-출력 진동기록에 대하여 최신 개발된 고급판별법인 PolyMAX법을 적용하여 고유진동수, 모드형태 및 감쇠율 등과 같은 모달계수를 추출하였다. 이러한 실험결과는 상용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 사용하여 수행한 다양한 조건의 해석결과와 비교하였으며, 상당히 일치된 경향을 나타냈다. 하지만, 내력의 38%정도에 해당하는 수직하중의 부가에 따른 고유진동수의 감소는 미미한 것으로 나타났다. 이와 관련하여 본 연구의 아치와 같이 매우 세장한 구조물의 현장 진동실험 및 시스템판별 해석을 수행하는데 있어서 예상되는 여러 문제점을 신중하게 토의하였다.

구조물에 고유한 진동수,모드형태 및 감쇠비 등과 같은 동적성능치를 추출하기 위하여 25층 및 42층 건물에 대하여 자연진동에 의한 동적계측실험을 수행하였다. 고려된 건물은 주요 횡하중 지지기구로서 코아벽체 혹은 전단벽체가 추가된 철근콘크리트건물이며, 입면 혹은 평면상으로 골조가 혼합된 구조형식을 나타낸다. 특히, 25층 건물은 측면에 위치한 코아벽체 이외에 상부로부터 내려오는 전단벽 구조가 4층 바닥이하에서 골조형식으로 전환되는 복잡한 구조이다. 이와 같은 이유 및 건물 주방향의 유사한 강성배치로 매우 근접하고 혼합된 모드형태가 예상되어 시스템판별 시 어려움이 예상된다. 현재까지 개발된 다양한 시스템판별법을 대상건물의 자연진동 실측기록에 적용하여 모달계수를 유도하였으며, 그 결과를 비교 분석하였다. 3개의 주파수영역 및 4개의 시간영역에 근거한 응답의존 시스템판별법이 고려되었다. 서로 다른 시스템판별법에 의하여 추출된 고유진동수 및 감쇠비는 대체로 상당한 일치를 보였으나, 모드형태는 사용된 방법에 따라 정도가 다르게 불일치를 나타냈다. 실험으로부터 추출한 성능치와 초기 유한요소해석 값을 비교해 본 결과 대상건물 모두 적어도 저차 3개의 고유진동수에서 2배 정도의 차이를 나타냈다. 실험과 해석결과의 일치를 위하여 몇몇 수동모델향상이 시도되었으며, 허용할 만한 결과를 획득하였다. 사용된 시스템판별법에 대하여 각자의 장, 단점에 대하여 기술하였으며, 본 연구와 같은 실제 대형구조물에 대하여 자동모델향상기법을 적용할 시 예상되는 문제점에 대하여 토의하였다.

전편의 실험적 연구에 이어서, 기 수행된 4개의 외부 접합부 시험체에 현존하는 여러 강도 예측식을 사용하여 콘크리트 기둥-강재 보 접합부의 내진 성능을 결정하는 패널 전단 및 지압 강도를 평가하였다. 또한, 접합부 패널지역의 변형특성을 묘사할 수 있는 일련의 스프링을 사용한 macro 형태의 해석모델이 논의되었으며, 이에 따라 Drain-2DX 및 IDARC 등의 상용프로그램을 사용하여 접합부의 패널전단 및 지압 파괴형태의 변형을 포함하는 단순해석이 수행되었다. 강도 예측결과에 의하면 본 연구에서 제시하는 수정된 내부 콘크리트 패널 전단 강도식을 포함하고 있는 ASCE 방법이 실험결과에 가장 근접한 것으로 나타났으며, 본 연구에서 검토된 패널지역 변형을 고려한 단순해석모델은 향후 전체 건물해석에 사용할수 있는 것으로 판단되었다.

반복하중을 지지하는 4개의 2/3 크리 접합부 실험을 통하여 콘크리트 기둥 및 강재 보로 구성된 골조에 대한 외부 모멘트 접합부의 이력거동을 조사하였다. 주요 실험 변수는 접합부에 배치된 후프근의 수, 콘크리트만의 전단강도 발현응ㄹ 유도한 접합부 상세, 강재 보 플랜지 상, 하부에 스터드 형태의 전단키를 사용한 상세 등이다. 실험 시 관측된 균열양상, 파괴형상 및 다양한 계측결과에 근거하여 접합부 상세에 따른 각 시험체의 거동이 자세히 기술되었으며, 항복 후 보유강도, 강성저하 정도 및 에너지 소산능력 등이 분석되었다. 실험결과에 의하면, 이들 중 패널 및 인접 기둥 영역에 각각 2개의 후프근을 갖는 시험체 (CF3) 가 가장 우수한 이력응답을 나타냈으며, 이러한 형태의 접합부 상헤는 우리나와 같은 약진 지역에 적합할 것으로 판단되었다.

구조용 콘크리트의 비선형 거동을 예측하기 위하여, 압축강도 연화현상, 거시적 및 회전균열모델등의 내용을 포함하고 있는 압축장 응력장 이론(CFT)에 근거한 유한요소법이 개발/제시되었다. 또한, 이와 관련하여 CFT가 암시하는 탄젠트 및 세칸트 재료강성이 반복계산해법의 관점에서 정의/논의되었다. 최종적으로 계산상의 효율성 증대 및 최대하중 이후의 거동 포착에 주안점을 두어 초기재료 강성을 채택한 변위증분법 논리 및 빠른 수렴을 위한 Over-Relaxtion방법이 Isoparametric계의 8-Node요소에 포함/유도되었다. 이와 같이하여 제시된 비선형 해석 프로그램 NASCOM은 응력 혼돈지역에 위치하는 콘크리트 평면요소의 하중 지지능력, 탄성범위 이후의 변형 특성, 균열양상 및 보강근의 항복범위등의 예측을 가능하게 하였다. NASCOM의 제한된 검증을 위하여, Cervenka의 판넬 시험결과에 대한 하중지지능력 및 변형이력등을 예측한 결과가 전체적인 의미에서 실험결과와 상응하는 일치를 나타내었다.