Structures of high-rise buildings are less prone to earthquake damage. This is because the response acceleration of high-rise buildings appears to be small by generally occurring short-period ground motions. However, due to the increased construction volume of high-rise buildings and concerns about large earthquakes, long-period ground motions have begun to be recognized as a risk factor for high-rise buildings. Ground motion observed on each floor of the building is affected by the eigenmode of the building because the ground motion input to the building is amplified in the frequency range corresponding to the building's natural frequency. In addition, long-period components of ground motion are more easily transmitted to the floor or attached components of the building than short-period components. As such, high-rise buildings and non-structural components pose concerns about long-period ground motion. However, the criteria (ASCE 7-22) underestimate the acceleration response of buildings and non-structural components caused by long-period ground motion. Therefore, the characteristics of buildings’ acceleration response amplification ratio and non-structural components were reviewed in this study through shake table tests considering long-period ground motions.

가속도로부터 변위를 계산 방법 중 상대적으로 사용이 간단한 변위재구성기법이 Lee et al.(2010)과 Hong et al.(2010)에 의해 제안되었다. 목표주파수는 변위재구성기법을 사용할 때 사용자가 결정해야 할 중요한 변수 중 하나로 이것을 결정하기 위해선 주파수영역 분석에 대한 경험이 필요하다. 이 논문은 지진하중을 받는 사장교에 한정된 변위재구성기법의 목표주파수 결정 방법을 제시한다. 사장교가 지진에 의해 가진될 경우 목표주파수는 유효한 모드의 고유주파수 중 가장 낮은 주파수로 결정된다. 여기서 유효한 모드라 함은 가속도의 자유도에 유의미한 영향을 주는 모드형상을 가진 모드를 의미한다. 제안된 목표주파수 결정방법의 타당성을 검증하기 위해 포항지진 발생 당시 측정된 3개 실 교량의 주경간 중앙에서 측정된 가속도와 변위 시간이력을 분석했다. 또한 제안된 방법을 포항지진 발생 당시 측정된 실교량의 주탑 상단 가속도에 적용해 계산된 변위를 분석했다.

This study develops an empirical prediction equation of spectral acceleration responses of earthquakes which can induce structural damages. Ground motion records representing hazards of low-to-moderate seismic regions were selected and organized with several influential factors affecting the response spectra. The empirical equation and estimator coefficients for acceleration response spectra were then proposed using a robust nonlinear optimization coupled with a regression analysis. For analytical verification of the prediction equation, response spectra used for low-to-moderate seismic regions were estimated and the predicted results were comparatively evaluated with measured response spectra. As a result, the predicted shapes of response spectra can simulate the graphical shapes of measured data with high accuracy and most of predicted results are distributed inside range of correlation of variation (COV) of 30% from perfectly correlated lines.

This study suggests a prediction model of ground motion spectral shape considering characteristics of earthquake records in Korea. Based on the Graizer and Kalkan’s prediction procedure, a spectral shape model is defined as a continuous function of period in order to improve the complex problems of the conventional models. The approximate spectral shape function is then developed with parameters such as moment magnitude, fault distance, and average shear velocity of independent variables. This paper finally determines estimator coefficients of subfunctions which explain the corelation among the independent variables using the nonlinear optimization. As a result of generating the prediction model of ground motion spectral shape, the ground motion spectral shape well estimates the response spectrum of earthquake recordings in Korea.

모드분해법은 해석의 효율성, 동적특성 추정 등에 매우 유용한 도구로 사용되어 왔다. 그러나 댐퍼와 같은 진동제어시스템이 설치된 비고전감쇠 구조물에 대해서 기존의 모드분리법에 의해서 분리가 잘 이루어지진 않는다. 본 연구에서는 비고전 감쇠를 가지는 구조물의 운동방정식을 상태방정식으로 변환한 후 상태공간에서 모드분해하는 기법을 제안하고 상태공간 모드분해 기법에 의해 분리 된 모드응답의 특성을 다루었다. 제안방법의 검증과 모드응답특성을 분석하기 위하여 비고전감쇠를 가지는 3자유도 구조물에 대한 수치시뮬레이션을 수행하였다. 수치해석 결과, 고전감쇠 구조물에 대한 상태공간 모드행렬의 대각블럭 행렬은 기존의 모드행렬과 같으며, 대각외 블록행렬은 모두 ‘0’의 값을 가지는 것으로 나타났다. 비고전 감쇠 구조물에 대한 상태공간 모드행렬은 대각외 블록의 행렬 도 값을 가지는 것으로 나타났으며, 그 값은 대각블럭 행렬에 비하여 매우 작은 것을 알 수 있었다. 또한 계측응답만을 이용하여 상태 공간에서 모드분리가 가능한 것으로 나타났으며, 동일한 고유진동수를 가지는 모드응답은 상호간 변위-속도관계를 가지도록 분해 가능함을 보였다.

본 연구에서는 진동대와 전단축소 구조물을 이용하여 다양한 동적특성을 갖는 구조물에 대해 가속도응답크기에 따른 고유진동수와 감쇠비의 변화를 파악하였다. 이를 위해 여러 가지의 고유진동수와 감쇠비를 가지는 전단축소 모형건물을 사용하였으며, 상시진동계측과 가속도응답크기를 조절한 백색잡음 가진실험을 수행하여 가속도응답크기에 따른 동적특성의 변화를 분석하였다. 실험결과, 모든 실험체의 모드별 고유진동수는 구조물 가속도응답이 커짐에 따라 지속적으로 감소하는 것을 알 수 있으며, 저차모드에 비해 고차모드에서 가속도응답의 크기가 커짐에 따라 고유진동수가 더 크게 감소함을 알 수 있다. 또한, 감쇠비는 구조물의 가속도응답이 커질수록 점점 증가하다가 증가를 멈추고 일정한 값을 가지는 것을 확인하였으며, 구조물의 고유진동수가 커질수록 감쇠비가 증가하는 구간의 기울기는 줄어드는 경향을 보였다.

응답스펙트럼은 내진설계에 있어서 중요한 기초자료의 하나이다. 응답스펙트럼을 얻기 위하여, 한반도에서 발생하는 지진들의 지진원 특성에 근거하여 다수의 강진동을 Boore(2005)에 의해 개발된 컴퓨터 프로그램 SMSIM을 사용하여 모사하였다. 여러 연구결과들에 대한 충분한 검토를 통하여, 모사에 필요한 입력자료들을 선정하였다. 모사된 강진동으로부터 얻은 응답스펙트럼은 가속도 1.0 g에 대하여 정규화하여 미국 원자력위원회(1973)의 표준응답스펙트럼과 비교하였다. 이 연구에서 얻어진 응답스펙트럼의 스펙트럼 진폭은 대략 10 Hz 이상의 고주파 대역에서 표준 응답스펙트럼 값에 비하여 큰 것으로 나타났다. 또한 응력강하량의 변화에 따른 응답스펙트럼의 변화를 평가하였다. 그 결과 큰 응력강하량에 대한 응답스펙트럼의 스펙트럼 진폭은 저주파 범위내에서 큰 값을 나타냄을 제시하였다.

지진가속도에 의한 부재의 지진거동 특성은 실험적인 방법 또는 등가의 정적실험으로부터 추정되어 온 것이 대부분이다 본 연구에서는 지진가속도에 의한 철근콘크리트 전단벽체의 지진응답 및 파괴거동 특성을 유한요소법을 사용한 해석적인 기법에 의해서 예측하였다 콘크리트 부재에서 균열은 필연적으로 발생하게 되며 이로 인한 부재의 강도 및 강성의 감소 철근의 항복 및 하중의 반복성으로 인한 균열의 개폐등이 수반된다 본 연구에서는 이와 같은 콘크리트와 철근의 비선형 특성을 고려한 이축응력상태에 대한 재료모델과 동적해석 알고리즘을 범용 수치해석기법인 유한요소법을 사용하여 해석프로그램으로 구현하였다 지진가속도를 받는 전단벽을 대상으로 지진응답 및 파괴거동등을 본 연구의 해석적인 방법으로 예측하였으며 그 결과를 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

대형 시스템의 건전성 평가를 위한 동적 재하시험에 있어서 변위를 측정하는 것보다 가속도를 측정하는 것이 수월하나 대부분의 공학적 기준은 응력과 비례관계를 지니는 변화를 기준으로 하고 있다. 본 연구에서는 시스템의 재하시험시 측정된 가속도신호를 이용하여 변위응답을 산정하는데 그 목적을 두고 적분을 위한 신호처리시 발생되는 문제점을 정상상태 및 천이영역에 대하여 규명하였다. 기존의 연구에서 고려하지 못하였던 초기조건의 항을 도입함으로써 시간영역의 적분과 주파수영역의 적분결과가 일치함을 해석적으로 입증하였으며 이동하중을 받는 보의 동적거동에 대하여 제시된 타당성을 검증하였다.

현재 이루어지는 구조물의 안전진단과 성능에 대한 정밀검사는 기술자에 의해 수행되어 측정된 데이터가 경험적 판단에 의해 변화될 수 있는 수준에 머물러 있는 실정으로 본 연구에서는 프리캐스트 콘크리트 구조물을 실제 현장에서 이루어지는 설치방법과 동일하게 설치 후 기존 동적센서와 3축(3측(X, Y, Z축) 가속도 측정 센서 부착하여 손상정도에 따른 가속도 응답과 FFT분석 결과를 비교하여 P.C구조물의 안전진단에 대한 데이터의 불확실성에 대한 개선과 교체시기, 손상예측 등에 대한 기초자료로 활용하기 위함이다.

This study proposes a FE model updating strategy based on data fusion of acceleration and angular velocity. The use of acceleration and angular velocity gives richer information than the sole use of acceleration, allowing the enhanced performance particularly in determining the boundary conditions. A numerical simulation is presented to demonstrate the proposed FE model updating approach using the data fusion.

The purpose of this study is to identify the relation between predominant period of earthquake and acceleration characteristics of domestic high-rise buildings. First, we gathered and classified the real earthquake waves through response spectrum method. Second, we performed seismic response analysis and analyzed the result. The conclusion is as follows. In the case of predominant period range from 1.0 to 4.0 which has relatively less probability, the damage can be concentrated on buildings from 20 to 60 story.

This study proposed immediate estimation method for structural integrity using acceleration responses after earthquake. Generally, structural damage detection searching for changes in the natural frequencies by acceleration data. However structure’s natural frequency is changed without damage because of various environmental factors. So that reason, we suggested structural safety estimation procedure using various indicators from analyzing acceleration data. This method is not exactly evaluated structural damage, but using this method is simple to make a decision.

최근 전 세계적으로 대규모의 지진이 발생하여 인명 및 재산 피해가 증가하자 지진방재에 대한 관심이 고조되고 있다. 지진재해에 대한 국가적인 대책을 마련하기 위해 미국과 일본을 중심으로 한 재난선진국들에서는 지진가속도계측기 활용에 관한 연구를 활발히 진행하고 있다. 우리나라도 2010년 9월 7일, 소방방재청에 의해 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준”을 고시하고 지진가속도계측기 설치를 법제적으로 의무화 하였다. 하지만 대상시설물에서 계측된 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안은 아직 활성화되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 지진가속도계측기의 활용도 제고를 위해 시설물에 설치된 지진가속도계측기 응답신호의 활용방안을 살펴보았다. 특히 공공기관 청사 및 별관과 국립 대학교를 위주로 건축물의 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안을 연구하였다. 우선, 국내·외 건축물의 지진가속도 응답신호를 제공 및 활용하는 사례를 토대로 지진가속도 응답신호를 활용하는 방안을 고찰하였다. 건축물의 지진가속도 응답신호는 상시미진동 측정을 통한 건전성 평가와 유사하게 활용될 수 있다. 지진발생 시 건축물의 안전성을 판단하기 위해서는 계측된 지진가속도 응답신호로부터 건축물의 안전성을 평가할 수 있는 지표 마련과 지진발생 후 손상정도의 파악을 위한 지표의 수준을 설정하는 것이 필요하다. 계측된 지진가속도 응답신호를 분석하여 건축물의 즉각적인 안전성평가가 이뤄질 수 있도록 최대가속도응답, 고유주기, 누적절대속도, 스펙트럼 강도를 안전성 평가지표로 제시하였다. 계측된 지진가속도 신호는 각각의 건축물 안전성 평가지표로 변환하여 분석할 수 있다. 첫째로 지진가속도 응답신호의 최대가속도응답을 파악하여 허용치를 벗어나는 응답의 발생여부를 파악할 수 있다. 각 건축물의 내진설계기준에 따라 적용된 허용하중을 벗어나면 정밀구조안전진단이 요구된다. 둘째로 고유치해석으로 산정된 고유주기의 평상시와 지진발생시의 변화를 분석하여 변동의 폭이 허용치를 벗어나는 것으로 건축물 안전성을 평가할 수 있다. 마지막으로 지진파의 평균속도개념인 누적절대속도(CAV: Cumulative Absolute Velocity)와 지진파의 에너지개념을 갖는 스펙트럼강도(SI: Spectral Intensity)값으로 건축물의 안전성을 평가할 수 있다. 원전기준에 의하면 CAV값이 0.16g·sec을 초과하면 설비를 정지하도록 규정하고 있다. 일본의 경우 건축물 피해 발생여부 판단기준의 SI값을 30kine으로 설정하고 있으며 향후 우리나라 특성에 맞는 평가지표별 안전성평가 수준마련이 요구된다. 이러한 건축물 안전성 평가지표를 통해 지진발생 직후 신속한 건축물 안전성평가가 수행될 수 있는 근거 자료를 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

본 논문에서는 실물 콘크리트 거더 교량의 가속도 응답 신호를 이용하여 구조물의 상태변화를 경보한 후 그 위치 변화를 검색하는 2단계 구조건전성 모니터링 체계를 제시하였다. 먼저, 2경간 연속 콘크리트 거더 교량인 미호천교를 대상교량으로 선정하였으며, 볼링공을 이용한 강제진동 실험으로부터 동특성을 추출하였다. 다음으로, 미호천교의 2단계 구조건전성 모니터링 체계 구축을 위한 손상 발생 경보 및 손상 위치 검색 기법들을 선정하였다. 손상 경보 기법으로는 시간영역 특징을 이용하는 자기회귀모델과 주파수응답함수의 상관계수, 주파수응답비보증지수를 선정하였다. 손상 위치 검색 기법으로는 모드변형에너지기반 손상지수법을 선정하였다. 마지막으로, 덤프트럭을 이용한 정적 재하 실험을 통해 2단계 손상 모니터링 체계의 적합성을 검증하였다.