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.

TLD(Tuned Liquid Damper)나 TLCD(Tuned Liquid Column Damper)와 같이 액체를 질량체로 사용하는 부가 질량형 감쇠기의 경우 동특성추정을 위하여 실제 크기의 진동제어기를 공장에서 제작하여 실험하는 것이 불가능하다. 또한 TMD(Tuned Mass Damper)의 질량체를 콘크리트로 사용하는 콘크리트 TMD의 경우에도 공장실험에서 콘크리트를 타설할 수 없기 때문에 완성된 TMD의 정확한 동적특성을 파악하는 것이 어렵다. 따라서 본 논문에서는 공장 가조립을 통한 실험을 실시하여 동적특성을 추정하기 어려운 경우에 대하여 현장실험을 통한 동특성추정 기법에 관하여 소개하고자 한다. 이를 위해 건물과 진동제어기의 연계된 운동방정식(Coupled equation of motion)으로부터 비연계 운동방정식(Decoupled equation of motion)을 유도한다. 유도된 비연계 운동방정식을 기반으로 건물의 응답과 진동제어기의 응답을 각각 시스템 식별을 위한 입력과 출력으로 하여 일반적인 시스템기법을 이용하여 동특성을 추정할 수 있도록 한다.

본 논문에서는 상시진동계측 결과를 활용하여 교랑의 이동하중해석을 수행하기 위한 구조재해석 기법을 제시하였다. 구조재해석을 위해 필요한 실구조물의 고유진동수와 모우드 형상은 직접퓨리에 분석을 통해 구하고, 감쇠비는 Random Decrement기법을 이용하는 방법을 사용하였다. 또한, 계측 모우드 형상을 구조재해석에 필요한 자유도로 보간하기 위한 보간법을 제시하였다. 더불어, 제시된 구조재해석기법을 이동질량 모형에 기초한 주행하중 해석에 적용하여 이를 직접 해석한 결과와 비교하였다 해석결과는 상시진동 계측의 결과만을 이용하여 수행된 구조재해석 결과도 교량의 실제 응답을 잘 표현할 수 있음을 보여주고 있다.

대상으로 하는 시스템의 입출력신호에 근거하여, 시스템의 수학적 모델을 결정하는 것을 총칭하여 시스템식별이라 한다. 본 논문에서는 지진응답 관측치를 입출력신호로 하여 조건부대치를 최적치로 판단하는 비선형근사필터법을 사용한 건축구조물의 지진응답추정 및 파라미터식별에 관하여 논한다. 비선형근사필터법에 의한 건축구조물식별의 유효성의 적용성을 판단하기 위해, 진동대를 사용하여 강구조시험체의 진동실험을 행하고 결과적으로 얻어진 시험체의 수학적 모델에 대한 지진응답 수치해석결과와 진동실험에서의 관측기록을 비교하여 본 식별법의 타당성을 보인다.

본 논문에서는 동특성추정법 (system identification) 을 이용한 교량구조의 손상정도를 평가하는 방법이 제 시되었다. 손상된 구조물의 비선형 동적거동은 휩모우멘트와 곡률반경의 시간이력 관계로써 표시하였으며， 구조물의 성질을 나타내는 특성계수는 실측자료를 이용한 동특성추정법을 사용하여 추정하였다. 또한， 구조 물의 성질의 다양성과 응답의 불확실성을 고려하여 손상은 확률변수로 나타내었으며， 예제해석으로는 곡선교 의 손상도추정이 수행되었다.

구조설계에 작용되는 하중과 이로 인한 동적거동의 측정기록을 바탕으로 하여 구조계의 미지계수 행렬을 추정하는 방법에 대하여 연구하였다. 이를 위하여 통상 미분방정식으로 주어지는 운동방정식을 ARMAX 모형식으로 변환시켜 ARMAX 식의 계수행렬을 추정한 후, 이로부터 운동방정식의 계수행렬을 구하였다. ARMAX 계수의 추정은 최소자승법, Instrumental Variable방법, Maximum Likelihood방법 및 Limited Information Maximum Likelihood방법을 사용하여 수행하였으며, 지진 하중을 받는 3층 건물 모형을 예제로 하여 각 방법의 효율성을 비교분석하였다.

기존구조물의 안전성검토와 관련하여 구조물의 강성에 대한 현재상태를 추정하는 방법에 대하여 연구하였다. 구조계의 동특성계수들을 입력지진기록과 이에 의한 거동응답의 측정기록을 바탕으로 추정하였는데, 이때에 Extened Kalman Filtering기법을 사용하였다. 이를 위하여 상태방정식을 통상의 시간영역에서 구성하는 방법과 주파수영역에서 구성하는 방법을 제시하였다. 이 기법들의 검증은 시뮬레이션기법에 의한 방법과 함께 Shaking Table에 설치된 소형구조모형을 이용한 실험적 방법으로 수행되었다.

In this paper, a research was performed to estimate dynamic characteristics of bridges using wireless sensors. First, the developed wireless sensors were compared with wired sensors through laboratory tests. Field tests were carried out on a steel box girder bridge. Dynamic characteristics of the test bridge were identified from the measured data by wireless sensors. As a result, it was proven that the wireless sensor system could be effectively applied to the measurement of large civil-infra structures.