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.

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.

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.

구조물의 성능을 개선하기 위하여 다양한 진동제어장치가 사용되고 있다. 대부분의 제진장치는 구조물의 감쇠비를 증가시킴으로써 성능개선효과를 유도하기 때문에 증가된 감쇠비는 제진장치에 의한 구조물의 성능을 평가하는 중요한 지표가 될 수 있다. 본 연구에서는 강풍 등으로 제진장치가 운영 중인 상태에서 구조물의 응답만을 이용하여 각 모드에 증가된 등가감쇠비를 추정하는 프로세스를 개발하고 이를 성능개선효과를 평가하는데 활용하고자한다. 제진장치가 설치된 구조물은 비고전 감쇠시스템이므로 상태공간 모드분해법을 이용하여 계측응답으로부터 모드 응답을 구하고, 분해된 모드응답에 가상 동적 진동기를 적용하여 각 모드에 증가된 감 쇠비를 구하였다. 제안된 제진장치 설치 구조물 감쇠비 추정법을 검증하기 위하여 수동형 제진장치로 카고메 점탄성 댐퍼를, 능동형 제진장치로 능동질량감쇠기를 구조물에 적용하여 각 제진장치에 의한 감쇠비를 추정한 결과 매우 정교하게 예측 가능함을 알 수 있었다.

본 연구는 가상 질량 동조기(VMT)를 이용하여 구조물의 응답으로부터 구조물의 감쇠비를 구하는 기법을 다룬다. 백색잡음 뿐만아니라, 특정 진동수 가진, 충격하중 가진 등 다양한 하중종류 및 특성에 의하여 발생한 구조물의 계측응답에 대하여 VMT를 적 용하였을 때 구조물의 감쇠비를 추정하는 기법에 대해서 다루고, VMT의 동적특성이 구조물 감쇠비 추정에 미치는 영향을 수치적으로 분석하였다. 수치해석결과에 의하면, VMT에 의하여 구조물 감쇠비 추정이 충분한 신뢰성을 가지고 예측되는 것을 확인 할 수 있었다. 충격하중을 받는 응답을 이용하는 경우 VMT에 의하여 가장 안정적으로 구조물 감쇠비 추정이 가능한 것을 알 수 있었으며, 백색잡음, 협소대역 하중에 대해서도 VMT의 지정 감쇠비를 너무 작게 산정하지 않으면 감쇠비 추정이 가능한 것으로 나타났다. 정현파의 경우에는 가진 진동수의 VMT 비율을 이용하여 감쇠비 추정이 가능한데 고유진동수와 인접할수록 정밀도가 높아지는 것을 알 수 있었다.

The damping ratios of the modes as well as the natural frequencis and the mode shapes are required to characterize the modal behavior of structure. The mode shapes and the natural frequencies are determined from analytical methods or measurements accurately. But there is little analytical basis for estimating the damping ratios although they are the most important to determine the amplitude of the vibration. Especially for the cable-stayed bridges the aerodynamic damping ratios determine the amplitude of the response to wind loads. This paper is an attempt to estimate the aerodynamic damping ratios based on measured data and quasi-static theory.