건축 토목 구조물에 작용하는 하중은 알 수 없는 경우가 대부분이므로 구조물에 대한 시스템 식별 알고리듬은 외부하중을 백 색잡음으로 가정한다. 이러한 가정은 일면 타당성이 있으나 와류하중과 같이 스펙트럼이 특정한 형태를 가지고 있는 경우 모달 파라 미터 특히 감쇠비 추정의 불확실성의 원인이 되고 있다. 본 연구에서는 구조물의 응답으로부터 역 계산된 하중을 이용하여 하중모델 을 구축하고 이를 이용하여 감쇠비를 추정하는 새로운 기법을 제안한다. 본 제안 기법은 외부하중을 백색잡음으로 가정하는 기존 VDS 기법을 기반으로 외부하중 스펙트럼 모델을 고려할 수 있는 보다 일반화된 기법이다. 제안된 추정기법을 직사각형단면 공탄성모델에 대한 공기력진동실험으로 수행하여 구한 가속도 응답에 적용하여 감쇠비추정의 신뢰성을 검증하였다. 풍속에 따라 풍하중 모델을 구 축하고 와류공진, 와류공진 전 후의 공력감쇠비를 평가한 결과 안정적이며, 신뢰도가 높은 감쇠비 추정이 가능함을 알 수 있었다.

외부하중을 받는 구조물로부터 계측된 신호의 파워 스펙트럴 밀도함수는 모달 파라미터(고유진동수, 감쇠비)에 대한 상당량 의 정보를 함축하고 있다. 시스템 식별기술은 이러한 신호나 해당 스펙트럼으로부터 모달 파라미터를 추출하는 기법이라고 볼 수 있 다. 파라미터를 추출하는 또 다른 기법으로는 샘플링(신호)을 이용하여한 확률분포의 모수(평균, 분산)를 추정하는 기법이다. 본 연구 에서는 파워 스펙트럼 밀도함수를 확률분포로 치환함으로써 기존 확률통계분야에서 모수를 추출하는 기법(최대우도법)에 의해 모달 파라미터를 추정하는 기법을 제안한다. 모드형상을 추정하는 기법을 개발하고 모드형상에 의해 분해된 모드응답으로부터 고유진동수, 고유감쇠비를 순차적으로 산정하는 기법을 제시한다. 더 나아가, 외부하중이 스펙트럼 해석모델로 치환 가능한 경우에는 이 하중모델 은 통합하여 모델 파라미터까지 산정하는 기법으로 확대한다. 본 연구에서 제시된 기법을 검증하기 위한 수치해석과 실구조물의 응답 에 대한 적용이 이루어졌으며, 검증결과 제안된 모드식별체계가 안정적이며, 신뢰도가 높은 모달파라미터 추정이 가능함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 다자유도 시스템의 모달응답으로부터 모달특성과 동시에 외부하중을 추정하는 진동수 영역 기법을 제시한다. 가정된 모달특성에 기반하여 추정된 하중모델을 이론적으로 정립하고 이를 추정하중과 비교하여 모달특성과 하중모델 파라미터를 동 시에 식별하는 기법이다. 하중의 스펙트럼의 형상을 고려하여 모달특성을 추정한다는 점에서 외부하중을 백색잡음으로 가정하여 모달 특성을 추정하는 기존 모달식별법과 차별성을 가진다. 본 연구에서 제안된 동시추정기법의 검증을 위하여 단자유도 해석모델 응답에 적용되었다. 검증결과, 본 기법은 모달 파라미터 추정의 신뢰성이 높으며, 응답에 포함된 노이즈에 대한 면역성을 가지는 것으로 나타 났다. 하중 모델 차수에 대한 강인성을 가지며, 모델 파라미터를 안정적으로 산정할 수 있음을 알 수 있다. 향후 또한 본 기법은 와류 하중, 버핏팅하중과 같은 다양한 하중 조건에서 적용할 필요가 있다.

바람에 의한 구조물의 진동은 관심대상이 되는 지배모드의 감쇠비에 매우 민감하다. 감쇠비의 발현 메커니즘의 불확실성 등 에 의해 감쇠비의 추정은 여전히 도전과제이며 보다 정확한 감쇠비 추정을 위한 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 스펙트럼 밀도 적분함수라는 새로운 개념을 이용하여 구조물의 감쇠비를 추정하는 기법을 다룬다. 모드 응답스펙트럼에 포함된 외부하중 스펙트럼을 적분에 의한 평균화효과에 의해 평탄화 한 후 이론적 적분함수와 비교하여 감쇠비를 구하는 원리이다. 감쇠비 추출 가능성 탐색을 위 해 이론적 스펙트럼 밀도 적분함수의 특성을 분석하였으며, 비고전감쇠 시스템이 가지는 혼성 모드응답에 적용할 수 있는 감쇠비 추 정법로 확장하였다. 본 연구에서 제안된 감쇠비 추정법을 검증하기 위한 수치해석과 계측응답에 대한 적용이 이루어졌으며, 검증결과 제안된 감쇠비 추정법이 안정적이며, 신뢰도가 높은 감쇠비 추정이 가능함을 알 수 있었다.

부공력감쇠는 풍직각방향의 와류공진을 예측하는데 있어서 매우 중요한 요소이다. 부공력감쇠는 진동유발하중 또는 피드백 하중을 구성하는 주요인자로 와류진동이 급격히 발현되는 현상을 설명하는 도구이기도 하다. 본 연구에서는 공력감쇠의 수학적 모델 을 제시하고 와류유발하중모델과 함께 와류진동을 예측하는 프러세스를 제안한다. 직사각형단면에 대한 공기력진동실험을 수행하여, 계측된 가속도로부터 공력감쇠와 와류유발하중을 추정하고 이에 기반하여 공력감쇠모델과 와류유발하중모델을 구축하는 과정을 다룬 다. 최종적으로 공력감쇠모델과 와류유발하중 모델에 대한 재해석을 통하여 가속도응답을 구하고 계측된 가속도와 비교하여 모델의 진동예측성능을 평가한다. 본 연구에서 제안된 와류하중모델의 진동예측성능을 평가한 결과 안정적이며, 신뢰도가 높은 와류진동예측 이 가능함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 구조물의 진동제어를 위하여 사용되는 가장 대표적인 수동형 제진장치로 알려진 동조질량 감쇠기(Tuned Mass Damper, TMD)의 동적특성을 운영 중에 추정하는 기법에 대해서 다룬다. 동적특성 추정법은 무향칼만필터에 기반하고 있으며, 구조물과 TMD의 계측 가속도를 이용한다. TMD 파라미터 중에 마찰계수를 추정 파라미터로 포함하는 경우와 그렇지 않은 경우로 구분하여 마찰계수가 TMD의 동적특성에 미치는 영향을 평가하였다. 추정된 TMD 파라미터와 TMD에 의해서 분화된 두 개의 인접모드의 동적 특성을 이용하여 제어 대상 모드의 동적특성을 추정하여 제진장치에 의한 제어성능을 평가하였다. 본 연구에서 제안된 TMD 파라미터 추정법을 실 구조물 계측응답에 적용한 결과 안정적인 파라미터 추정이 이루어지는 것을 확인할 수 있었으며 제어성능 평가가 가능함을 검증하였다.

안전한 구조부재의 위치파악, 정밀한 시공을 위하여 인양, 안착시스템의 위치추정은 매우 중요한 요소이다. 크레인 인양시스템, 침매터널 이동시스템은 운용 중에 돌풍, 파랑과 같은 외란에 노출되어 불필요한 진동이 유발되고, 인양 길이 등이 시간에 따라 변하는 시변 시스템으로 구조부재나 질량체의 설계위치이동에 방해 요인이 되고 있다. 본 연구에서는 베이지안 필터가 가지는 비가우시안 잡음, 시스템 비선형성에 대한 확장성을 이용하여 정교하게 위치를 추정하는 기법을 다룬다. 이를 위하여 베이지안 프러세스로부터 필터의 유도과정을 살펴보고 유도된 확장 칼만필터를 이용하여 시변 진자시스템의 위치 추정 성능을 평가하여 보았다. 시변 진자시스 템에 대한 수치 시뮬레이션결과 외란에 의한 진동, 시스템의 비선형성, 시변성에 대해 안정적으로 위치를 추정하는 것을 알 수 있었다.

풍공학분야에 특화된 학술지인 한국풍공학회지에서 발간된 논문에 대해 토픽모델링 기법 중 잠재의미분석(LSA)와 잠재디리 크레할당(LDA)을 적용하여 연구주제 추출의 적합성을 비교 평가하였다. 토픽간의 유사도를 평가하기 위해 문서토픽행렬을 이용한 상 관분석법을 제안하였으며, 이를 적용하여 문서단어행렬의 특성벡터로부터 토픽을 추출하는 LSA 대비 단어의 결합확률을 이용하는 LDA가 토픽 구성단어를 2배 이상 사용하여 보다 독립적인 토픽을 추출하였다는 평가결과를 얻었다. 학술지의 연구주제를 종합하면 ‘building’, ‘bridge’를 ‘연구대상’으로 ‘wind speed’, ‘wind load’, ‘vibration control’을 ‘연구목적’으로 ‘wind tunnel test’, ‘numerical method’의 ‘연구방법’을 사용하였다. 향후 토픽모델링은 연구주제를 ‘연구대상’, ‘연구목적’, ‘연구방법’의 구조적인 결합으로 정의하여 단어의 사용특성을 반영하는 방식으로 개선되어야 할 것으로 사료된다.

풍방향 공력감쇠는 항상 정감쇠 형태로 나타나기 때문에 구조물 진동을 더욱 안정화하는 경향이 있다. 준정상 가정에 의하여 공력감쇠를 예측할 수 있는 이론적 모델은 풍방향 공력감쇠의 발현특성을 모사하고, 발현에 영향을 미치는 영향인자를 설명하고 있다. 본 연구에서는 공탄성 실험을 통해 얻어진 계측응답으로부터 추정된 풍방향 감쇠를 이론적 풍방향감쇠와 비교하여 준정상 가정으 로부터 구해진 이론적 모델의 정합성을 평가하였다. 풍방향 감쇠는 최신 개발된 시스템 식별기술인 가상동적가진기에 의한 방법을 이 용하여 구한다. 본 연구결과로부터 풍방향 공력감쇠는 준정상가정에 의한 이론적 모델과의 차이를 보이며, 이것은 주로 높이별, 평균 풍속에 따른 난류강도의 크기에 의하여 영향을 받는 것으로 나타났다.

구조물의 진동에 의해 유발되는 사용성, 안정성 저하를 방지하고, 성능을 개선하기 위하여 많은 진동제어시스템이 사용되어 왔다. 제어기 설계가 H2-norm, H∞-norm 으로 분리되어 독립적으로 이루어지다가 LMI 기법에 의하여 보다 효율적인 제어기 설계가 가능하게 되었다. 본 연구에서는 관심지점의 구조물 응답을 특정한 값 이하로 보장한 상태에서 제진장치 구동에 필요한 변수를 최소 화하는 제어알고리듬을 개발하여 능동형뿐만 아니라 수동형제진장치에도 적용하는 방안을 제시하였다. 관심지점의 구조물 응답의 제한은 요구 등가감쇠비와 H∞-norm을 연계하여 구속조건으로 설정하고 목적함수는 제진장치의 이송거리 또는 댐퍼 용량은 H2-norm으 로 표현하는 혼합제어를 구성하였다. 본 연구에서 제안된 혼합제어 기법을 능동질량감쇠기와 등가치환 점탄성 댐퍼가 설치된 구조물에 적용하여 수치적으로 검증하였다. 수치해석결과, 혼합제어문제를 LMI표준형으로 전환하면 능동형, 수동형 제진장치 설계를 보다 용이하게 적용 가능함을 알 수 있었다.

바람하중을 받는 고층건물의 진동을 저감하기 위한 다양한 진동제어장치가 적용되어왔다. 제어의 주된 목적은 구조물의 응답을 저감하는 것이지만 효율적인 제어력의 산정 또한 중요한 설계요구사항중의 하나이다. 능동형제진장치를 중심으로 제어력 산정은 크게 시스템의 H2, H∞-norm을 분리하여 독립적으로 결정되어 왔다. 보다 효율적인 제어력 산정을 위해서 두 가지 norm을 혼합한 제어알고리듬이 개발되었고 이를 LMI 표준형으로 변환하여 보다 용이하게 최적 해를 제공하게 되었다. 본 연구에서는 제어 후 구조물의 요구 등가감쇠비를 H∞-norm을 이용하여 구속하고 제어력만을 별도로 H2-norm을 이용한 제어알고리듬을 개발하여 능동형뿐만 아니라 수동형제진장치에도 적용하는 방안을 제시하였다. 본 연구에서 제안된 혼합제어 기법을 능동질량감쇠기와 카고메 트러스 댐퍼가 설치된 구조물에 적용하여 수치적으로 검증하였으며, 수치해석 결과로부터 능동형뿐만 아니라 수동형제진장치설계를 LMI표준형으로 전환하는 기법을 적용하면 제어이득뿐만 아니라 감쇠용량도 효율적으로 산정 가능함을 알 수 있었다.

지난 50여 년간의 연구를 통해서 와류진동의 발생메커니즘과 폭 넓은 이해를 위한 수학적 모델이 제시된바 있으나 대부분 실 험적 고찰과 경험적 모델에 기반한 현상학적인 접근이 주로 이루어졌다. 와류진동과 그에 수반된 독특한 현상, 유체의 흐름과 구조물의 상호작용에 내포되어 있는 복합성과 난해성은 지금도 많은 연구자들의 관심을 불러일으키고 있으며, 와류진동에 대한 원초적인 발생원인 규명에 대한 새로운 도전이 지속적으로 제기되고 있다. 본 연구에서는 하중식별법에 의해 와류하중을 직접 추출하고 스펙트럼 형상분석을 통하여 와류하중을 구성하는 요소하중을 도출하는 과정을 보였다. 와류진동을 구성하는 요소하중은 구조물의 속도가 공력 감쇠에 의하여 피드백되는 하중, 와의 발생에 의한 하중(스트로할 성분에 의한 순수와류하중), 풍직각방향 버펫팅 하중으로 구분됨을 알 수 있었다. 각 요소 하중이 구조물 응답에 미치는 영향을 분석하여 본 연구에서 제시된 와류하중 모델도출법의 정합성을 보임으로서, 모델 구축방법의 타당성을 제시하였다. 이들 요소하중에 대한 정량적인 수학적 모델의 정립을 위해서는 피드백하중의 공력감쇠예측, 순수와류하중 스펙트럼의 정량적인 분포와 그 크기 예측, 버펫팅 하중의 스펙트럼 성상 예측이 이루어져야 한다. 이를 위해 풍동실험, 실계측과 같은 현상학적인 접근방법과 유체 흐름의 정형화된 수학적 모델인 나비에-스톡스 방정식과 연계된 CFD 해석을 병행하여 와류하중을 구성하는 요소하중들에 대한 정량화된 수학적 모델의 정립이 요구된다.

공력감쇠는 와류에 의한 풍직각방향의 응답을 평가하는데 매우 유용한 인자로 인식되어 왔다. 그러나 기존의 공력감쇠 산정 방식은 구조물 응답에 기반한 시스템 식별기술을 적용하는 것으로 와류하중속에 포함되어 있는 공력감쇠의 역할과 특성을 파악하는 데 한계를 가지고 있었다. 본 연구에서는 하중식별기술을 적용하여 와류하중을 직접적으로 구함으로써 와류하중을 구성하는 요소와 유발요인을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 대기 경계층에서 원형 실린더 모델에 대한 공탄성 실험을 수행하여 풍직각방향 와류하중 을 추정하였으며 그로부터 공력감쇠의 특성을 분석하였다. 분석결과, 와류하중은 구조물 모달속도가 공력감쇠에 의해 풍하중으로 전 환되는 모달속도하중과 변동풍속에 의해 형성되는 순수 와류하중으로 구성되는 것으로 나타났다. 공력감쇠는 최상층 평균풍속에 의한 와류방출진동수가 구조물의 고유진동수에 근접하면서 부감쇠를 가지며 그 결과 총 감쇠가 작아져 응답증폭현상을 유발하는 것으로 파악되었다. 본 연구결과에 기초하면, 난류상태에서 와류하중 특성이 반영된 와류하중모델 구축이 가능할 것으로 사료되며, 구조물 풍직 각방향 진동을 보다 효과적으로 파악하는데 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

경량한 세장 구조물의 내풍안정성을 향상시키기 위하여 다양한 제진장치가 사용되어 왔다. 제진장치에 의하여 구조물에 부가되는 감쇠는 기존의 질량, 강성에 비례하는 고전감쇠와 달리 비고전 특성을 가진다. 비고전 감쇠는 복소의 모달 특성을 보유하기 때문에 해석과 평가과정에서 모드의 거동을 파악하기 어렵다. 이러한 이유 때문에 복소 모달 변수를 실수로 변경하기 위한 방법이 요구 되며, 변경된 실수 모달 특성이 가지는 물리적 의미를 고찰할 필요가 있다. 본 연구에서는 상태공간에서 비고전 감쇠시스템의 복소 모달 변수를 실수 모달 변수로 변경하는 과정을 소개하고 그 모달변수가 가지는 특성을 분석함으로써 비고전 감쇠를 가지는 구조물의 해석 및 평가가 보다 명쾌한 물리적 의미를 가지고 이루어질 수 있도록 하였다. 또한 비고전 감쇠구조물의 계측응답만으로 실수의 모달 특성을 추정할 수 있는 상태공간 기반 모드분해 기법에 대해서 다루고 그 특성을 비교 검증하였다. 본 연구에서 제시된 기법을 카고메 트러스 댐퍼가 설치된 비고전 감쇠 구조물에 적용하여 수치적으로 검증하였으며, 수치해석 결과로부터 복소 모드형상이 실수공간으로의 변환이 가능하며, 그 실수 모드형상이 계측응답만으로도 추정 가능함을 알 수 있었다.

Recently, PPP (Public-Private-Partnership) Projects, which private companies invest in, plan, design, construct and operate, have become more popular around the world. The construction industry environment is becoming increasingly competitive. The PPP project is composed of various organizations, so it is very difficult to carry out the project successfully. In this environment, the construction companies are trying hard to secure a competitive advantage. In this study, we tried to identify the role of project manager’s leadership and project citizenship behavior as a precedent for creating performance in PPP (Private-Public-Partnership) project. We examine the impact of PM’s transformational leadership and transactional leadership on project citizen behavior and examine the impact of project citizen action on project management performance and completion performance. For this study, we conducted a questionnaire survey on PPP project participants. As a result, the following results were obtained. First, transformational leadership and transactional leadership had a significant influence on project citizenship behavior. Second, project citizen behavior had a significant impact on both project management performance and project completion performance. The idealized influence of transformational leadership and the Active management by exception of transactional leadership were found to be very important in shaping PPP team’s project citizenship behavior. Therefore, this study has academic implications in studying the effects of PM leadership and project citizenship behavior on the performance of PPP project. And it is expected that it will help selection and training of PM to secure a competitive advantage for construction companies that implement PPP projects practically.

구조물의 내풍성능을 개선하기 위하여 지난 수 십 년간 진동제어장치가 사용되어 왔다. 진동제어장치는 구조물의 등가감쇠비를 증가시킴으로써 진동에 대한 저항성을 증가시키는 효율적인 방안이지만, 설치와 운영에 많은 비용이 요구되고 있다. 진동제어장치와 등등한 감쇠효과를 가지면서 영구적으로 구조물 자체의 감쇠비를 증가시키기 위한 고감쇠 물질에 대한 연구가 증가하고 있다. 본 연구에서는 굵은 골재에 폴리우레탄이 코팅된 고감쇠 콘크리트 재료의 감쇠성능을 평가하기 위한 실험과 분석이 이루어졌다. 고감쇠 물질로 제조된 단순보에 대한 자유진동실험을 수행하여 각 모드별 특성을 파악하였으며 특히 감쇠비를 추정하여 감쇠물질에 의한 감쇠증가량을 정량적으로 평가하였다. 비교평가를 위하여 기존 콘크리트 재료로 제조된 보에 대한 실험 또한 병행하여 수행되었다. 모드 분석에 의한 감쇠비 추정결과 고감쇠 보는 각 모드별 약 10%의 감쇠비를 가지는 것으로 나타났으며, 이는 일반 보의 감쇠비 1%에 비 하여 매우 높은 감쇠증가량을 보이고 있다. 이러한 결과로부터 폴리우레탄 코팅 고감쇠 재료를 이용하여 구조물의 감쇠성능확보가 가능할 것으로 판단된다.

본 연구의 목적은 마찰력의 크기에 따른 동조질량감쇠기(Tuned mass damper, 이하 TMD)의 성능변화를 조사하고, 이에 기초 하여 TMD의 최적 설계 파라미터를 결정하는 것이다. 일반적인 TMD 설계는 레일의 마찰력을 최소화하는 것을 전제로, 진동수비와 감 쇠비의 최적값이 제시되어 있다. 본 연구에서는 선형점성, 마찰력, 그리고 점성과 마찰을 동시에 가지는 TMD에 대하여 조화하중과 랜덤하중을 사용한 수치해석을 통해 최적진동수비와 최적감쇠비의 변화를 조사하였다. 마찰력의 경우에도 점성감쇠와 같이 특정 크기까지는 제어효율이 증가하나, 특정 값 이상에서는 TMD 성능이 급격히 저하되는 특성을 가진다. 점성감쇠와 마찰력이 동시에 존재하는 경우, 마찰력이 증가함에 따라 최적감쇠비가 감소하였으며, 마찰력의 크기를 반드시 고려하여 최적감쇠비를 결정해야한다. 풍하중을 받는 76층 벤치마크 구조물에 설치된 TMD에 대한 설계를 통해 제안된 최적 파라미터가 제어성능을 향상시키는 데 있어 유효함을 확인하였다.

계측응답에 대한 모드분해법은 대부분 물리공간에서 정의되고, 모드형상을 이용하여 일반화모드응답을 구하는데 적용된다. 구조물이 가지는 비고전 감쇠에 대한 기존 모드분해법의 한계를 극복하고 단조성을 가지는 모드형상의 분해가능성을 높이기 위하여 상태공간 모드분해법이 최근 시도되고 있다. 본 연구에서는 물리공간에서 정의되었던 모드분해법을 상태공간 모드분해법으로 확장하는 새로운 기법을 제시하고, 이들이 가지는 모드분해 특성과 분해성능을 고찰하였다. 또한 기존 물리공간에서 정의되었던 FDD, BSS 모드분해법을 상태공간 모드분해법으로 확장하는 기법을 제시하였다. 상태공간에서의 모드 확장성을 위하여 구조물의 계측 가속도를 상태변수로 변환하고 이들로 구성된 상태공간을 구성하는 방법도 고찰하였다. 상태공간으로의 확장성과 분해성능을 수치해석을 통하여 검증하였으며, 그 결과 상태공간 모드분해법이 물리공간 모드분해법에 비하여 분해성능이 우수하며, 이론적으로 정의된 상태공간 모드형상과 유사하게 모드형상을 제공하는 것으로 나타났다.