본 연구에서는 구조물의 응답 데이터를 기반으로 고유진동수, 감쇠비 등 동특성과 풍하중 모델의 파라미터를 동시에 추정할 수 있는 스펙트럼 백색화 기반 식별 기법을 제안하고, 이를 실제 40층 고층 구조물에 적용하여 실용성과 정확도를 평가하였다. 기존 연 구에서는 본 기법을 수치 시뮬레이션 및 풍동 실험에 적용하여 그 타당성을 입증한 바 있으나, 실계측 응답 데이터를 활용한 실구조물 적용에 대해서는 검증이 이루어지지 않았다. 본 연구는 이를 확장하여, 장기간 계측된 고층 건축물의 진동 응답을 분석하고, 각 주요 모드에 대해 백색화 처리를 수행함으로써 구조물 전달함수 및 풍하중 전달함수의 파라미터를 최적화 기반으로 동시 추정하였다. 특히 백색 잡음의 누적 파워 스펙트럼 길이를 목적함수로 설정함으로써, 기존 커브 피팅 기반 기법 대비 감쇠비 추정의 정확도와 안정성을 향상시켰다. 분석 결과는 전통적인 모달 식별 기법(예: SSI)과의 비교를 통해 제안 기법의 유효성을 입증하였으며, 풍하중 모델 파라미 터까지 포함하는 통합적 구조 해석 프레임워크로서의 가능성을 제시하였다. 본 연구는 향후 구조물의 풍응답 예측, 하중 생성 모델 구 축, 구조 건전도모니터링(SHM) 및 디지털 트윈 기반 해석 등 다양한 실무 응용에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

구조물에 작용하는 바람하중을 정량적으로 예측하는 것을 거의 불가능하다. 그러나 그 하중이 백색잡음으로부터 재생될 수 있다는 가정은 동적해석을 위한 수치시뮬레이션에 매우 유용할 뿐만 아니라 역해석과정에서 바람하중에 대한 유일 해를 추정할 수 있 는 가능성을 높일 수 있는 추가적인 구속조건을 제공한다는 측면에서 매우 유리하다. 그러한 가정에 의하여, 구조물 응답에 영향을 미 치는 동적특성과 하중특성(하중모델)을 차례로 제거하고 나면 순수한 백색잡음만 남게 되므로 이러한 백색화과정을 통하여 구조물의 동적 특성과 하중특성을 동시에 추정할 수 있는 방안을 모색할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 스펙트럼 백색화과정을 통하여 구조물 의 모달 파라미터와 모달하중(하중모델을 구성하는 파라미터)을 동시에 추정하는 새로운 역해석 기법을 제안한다. 백색화과정을 모달 응답에 적용하여 모달 파라미터과 하중모델 파라미터를 구하는 과정을 유도하였으며, 제안된 동시 추정기법을 단자유도 모형, 공탄성 모델에 대한 풍동실험에 적용하여 모달파라미터 특히 감쇠비추정의 신뢰성을 검증하였으며, 그 결과 신뢰도가 높은 모달 파라미터, 하 중모델 파라미터 추정이 가능함을 알 수 있었다.

공력천칭기법 또는 풍압적분법에서 얻은 공력모멘트의 파워스펙트럼밀도는 종종 톱니 형상을 나타내며 의도 하지 않은 잡음원의 영향을 받을 수 있다. 이런 잡음은 고층건물의 실제 동적풍응답을 왜곡하여 부정확한 평가를 초래 할 수 있다. 따라서 고층건물의 바람으로 인한 응답을 정확하게 예측하기 위한 동적해석을 수행하기 전에 잡음을 걸러 내고 모달풍하중 스펙트럼을 평활화하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 잡음 및 스펙트럼 자료의 변동성을 최소화하 여 모달풍하중 스펙트럼의 정확성과 신뢰성을 높이기 위해 SSA(Singular Spectrum Analysis)를 활용한다. 모달풍하중 스펙트럼에 특화되고 수정된 SSA을 간략히 서술하고 쌍둥이 고층건물에 대해 구현해 보았다. 결과는 SSA가 효과적으 로 잡음을 줄이고 평활성을 향상하여 더 정밀하고 일관된 모달풍하중 스펙트럼을 활용할 수 있다. 이 방법은 다양한 풍 공학 분야에서 실험 및 해석의 성능을 향상하는데 유용할 것으로 판단된다.

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.

본 연구에서는 국내에 새롭게 도입하고자 하는 인터모달 자동화물운송 시스템을 구현하기 위한 터미널 플랫폼 시설의 온도하중에 따른 적정 신축이음 간격을 살펴보았다. 터미널 플랫폼의 적정 신축이음 간격 검토는 미국 F.C.C.(federal construction council)에서 제안한 식을 이용하여 지역별 온도변화에 따른 최대 신축이음 간격을 설정하고, 구조해석 프로그램을 통해서 산출된 최대 변위값과 건축구조 수평변위 제한값을 비교하였다. 적정 신축이음 간격은 온도변화로 인한 구조물 최대 변위량이 수평변위 제한값 이하가 되는 슬래브 길이로 선정하였으며, F.C.C 제안식을 통하여 산정한 지역별 최대 신축 이음 간격을 적용하여 구조물 최대 발생 변위를 살펴본 결과, 건축구조 수평변위 제한값 이내에서 발생될 수 있는 최대변위 값을 확인할 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.