본 연구는 최근 지자체를 중심으로 경쟁적으로 건설되고 있는 장대 보도교를 대상으로 바닥판에 설치된 그레이팅의 배치 형태에 따른 풍응답특성을 파악하여 내풍설계의 기초자료를 확보함을 목표로 한다. 변장비 1:12.5의 플레이트거더단면을 대상으로 그레이팅의 배치방법과 설치면적을 달리한 10종류의 단면을 선정하여 연직-비틀림 2자유도 탄성지지상태에서 동적 풍응답실험을 수행하였다. 바닥판 중앙에 그레이팅을 둔 경우 전체 폐쇄단면과 비교할 때, (-)영각에서는 플러터 한계풍속이 증가하였으나 (+)영 각에서는 감소하는 것으로 나타났으나 바닥판 가장자리에 개구부를 둔 단면의 경우는 조사풍속영역에서 전반적으로 안정적인 내풍성을 가지고 있는 것으로 확인되었다. 실험 결과를 종합하면, 단면 중앙에 개구부를 설치하는 경우 유해진동의 발생이 예측되므로 적절한 내풍대책이 강구되어야 될 것으로 판단되며 개구부를 바닥판 가장자리에 두는 것이 내풍안정성확보에 유리한 배치임을 확인할 수 있었다.

트윈 빌딩의 풍응답은 풍하중의 공력 특성과 트윈 빌딩 구조 시스템의 동적 특성에 영향을 받는다. 본 논문에서는 트윈 빌딩의 두 빌딩의 간격이 다른 두 경우에 대해서 풍응답에 영향을 주는 풍압의 특성을 풍동 실험과 적합 직교 분해 기법을 이용해 파악하고, 3차원 구조 시스템 모델링을 통해 동특성을 파악하였다. 그리고 이중 모달 변환 기법을 이용해서 각 풍압의 특성과 구조물의 동특성이 풍응답에 미치는 영향을 파악하였다. 적합 직교 분해 기법을 통해서 채널링과 와류 효과에 대해서 파악할 수 있었다. 풍 직각 뱡향의 풍하중은 두 빌딩의 간격에 영향을 많이 받았으며, 풍 방향의 풍하중은 간격에 영향을 적게 받았다. 마찬가지로, 이중 모달 변환 기법에서 교차 참여 계수는 풍 직각 방향에서는 두 빌딩의 간격에 따라 크게 달라진 반면, 풍 방향은 영향이 적었다. 이에 따라 두 빌딩의 간격 이 풍 방향의 풍응답 보다 풍 직각 뱡향의 풍응답에 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있었다.

본 논문에서는 FSI해석을 이용하여 비정형 초고층 빌딩의 풍응답 특성을 연구하였다. 해석모델은 Twist모델이며, 뒤틀림 각도와 풍가속도의 상관관계에 대해 연구 중점을 두었다. 먼저 단방향 해석을 수행하여 100년 재현주기 풍속에 대한 최대 횡 변위를 구하고, 제한조건을 만족하는 탄성계수를 산출한다. 그리고 양방향 해석을 수행, 시간이력해석을 통해 산출된 탄성계수와 임의의 밀도를 가지는 풍가속도를 예측하게 된다. 정방형 모델은 높이 400m, 변장비 1:1, 세장비 8로 설정, 뒤틀림 모델은 0도에서 90도까지 15도 간격으로, 90도에서 360도까지 90도 간격으로 비틀어 회전시켰다. 형상에 따른 풍가속도 예측결과, 정방형 모델이 뒤틀림 모델보다 크게 산출되어 풍진동 영향에 더 민감한 것을 검증하였다.

본 연구에서는 하부박스형상을 변화시킨 단일 박스거더단면에 대하여 변장비 1:51:10의 범위에서 풍동실험을 통하여 동적응답특성을 고찰하였다. 거더의 단면형상변화는 직사각형 1종류와 사다리꼴 단면 2종류를 선정하였다. 실험결과를 정리하면, 와류진동의 경우, 변장비 1:5에서는 전반적으로 직사각형거더에 비하여 사다리꼴 거더단면의 연직 및 비틀림 최대진폭이 감소하는 경향을 알 수 있으며 1:7.5의 경우는 미소하나마 직사각형단면의 와류진동응답이 사다리꼴 단면에 비하여 안정적인 응답을 보였다. 갤로핑은 변장비 1:5단면중에서 사다리꼴 단면(B050-1단면)의 (+)영각 범위에서만 발생하였고 그 이외의 모든 단면에서는 발생하지 않았다. 비틀림 플러터는 1:5 및 1:10단면 의 (+)영각범위에서 발생하였고 단면형상변화에 따른 한계풍속의 변화는 두드러지지 않았다. 또, 변장비 증가에 따라 와류진동의 발생은 (+)영각범위로 제한되고 최대진폭도 감소하는 추세를 보였으며 발산진동의 한계풍속도 증가하는 경향을 보였다. 하부박스거더의 형상변화에 따른 응답변화는 변장비가 증가할수록 그 차이가 작아지는 경향을 보였다.

본 연구에서는 변장비 B/D=5인 박스거더의 기본단면을 대상으로 브래킷부의 길이변화에 따른 동적 풍응답 특성을 풍동실험을 통하여 고찰하였다. 박스거더의 단면형식은 단일박스, 2박스 및 3박스 단면의 3종류로 하였으며 - 5°~+5°의 영각범위에서 응답측정을 수행하였다. 풍동실험 결과로서 연직와류진동은 (+) 또는 (-)방향으로 영각이 증가 할수록 최대진폭이 증가하였으며 비틀림 와류진동의 경우는 브래킷의 길이 및 하부박스의 개수의 변화에 따라 다양한 응답변화를 보였다. 플러터 한계풍속은 전반적으로 영각이 (+)방향으로 증가함에 따라 감소하는 경향이 나타났으며, 브래킷길이가 증가할수록 다소의 차이는 있지만 한계풍속이 감소하였다.

본 연구에서는 변장비 1:5.5의 PSC 박스거더단면을 대상으로 적용사례가 많은 페어링 3종류와 1종류의 플랩에 의한 제진효과를 풍동실험을 통하여 고찰하였다. 직각삼각형 페어링을 기본단면에 부착한 경우(A1, A2) (+)영각 에서 비틀림 와류진동응답이 증가하였고 비틀림 플러터에 대하여 등변 직각삼각형 페어링(A1)은 두드려진 개선효과는 없었으나, 부등변 직각삼각형(A2)의 경우는 한계풍속이 증가하였다. 정삼각형 페어링의 경우는 플러터 한계풍속이 감소하고 와류진동응답이 증가하는 역효과가 나타났으며, 기본단면의 내풍대책으로서는 적합하지 않은 것으로 사료된다. 난간 상부에 플랩을 설치한 경우 모든 영각범위에서 와류진동진폭이 감소하였으며 비틀림 플러터의 한계풍속도 증가하는 것으로부터 한정진동 뿐만 아니라 발산진동에 대해서도 매우 효과적인 제진대책이라 판단된다.

본 연구에서는 변장비 1:5인 플레이트거더 단면에 대하여 주거더의 위치 및 개수를 달리한 총 7종류의 단면을 대상으로 풍동실험을 통하여 비틀림 응답특성을 파악하였다. 본 연구에서 얻어진 결과로서 2-거더 단면의 경우 진폭이 큰 2회의 와류진동이 발생하는 등 동적 안정성에 문제가 있었으나, 하부 거더의 개수를 1개 또는 2개를 추가한 경우, 플러터 한계풍속이 증가되었고 와류진동의 최대진폭이 감소하고 발생영역이 축소되는 등 거더의 추가가 내풍안정성 향상에 효과가 있음을 알 수 있었다. 또, 브래킷부를 두는 경우, 와류진동의 안정성이 향상되는 것을 확인하였으며 브래킷 길이가 증가할수록 (-)영각에서의 발산진동에 대한 한계풍속이 증가됨을 알 수 있었다.

풍향풍속계와 구조 모니터링 시스템을 설치하여 강풍과 거물의 동적 특성을 계측하였다. 계측건물은 속초의 산기슭에 위치하고 있다. 감쇠율과 고유진동수의 진폭 의존성을 분석하였다. 감쇠율의 진폭의존성은 9%로서, 가속도진폭이 증가함에 따라서 감쇠율이 명료하게 증가하는 경향을 보였다. 계측데이터에서 얻은 동적 특성의 경향은 사용성 평가시 건물의 동적 특성을 평가하는데 유용하게 사용되리라 기대된다.