2개의 고층건물(DWD; 25층, DLA; 42층)에 대한 자연진동기록에 대하여 총7개의 주파수 및 시간영역 응답의존 시스템판별법을 적용하여 고유주파수, 모드형태 및 감쇠율 등과 같이 구조물에 고유한 동적성능치를 추출하였다. 추출된 값과 초기 유한요소해석 값과의 일치를 ...
2개의 고층건물(DWD; 25층, DLA; 42층)에 대한 자연진동기록에 대하여 총7개의 주파수 및 시간영역 응답의존 시스템판별법을 적용하여 고유주파수, 모드형태 및 감쇠율 등과 같이 구조물에 고유한 동적성능치를 추출하였다. 추출된 값과 초기 유한요소해석 값과의 일치를 위하여 일련의 수동모델향상기법이 적용되었다. 또한, 수치해석에 근거한 자동모델향상을 위한 여러 고려사항이 제시 되었다. 주요결과는 아래와 같다.
i) PP, FDD, pLSCF 및 SSI, SSI/Ref 등과 같은 응답의존 시스템판별법을 사용하여 고층건물의 동적성능을 신뢰성 있게 추출할 수 있다. 하지만, PP 및 FDD의 경우 실제 Peak를 구별하는데 있어, pLSCF, SSI 및 SSI/Ref의 경우 안정 Pole을 선택하는데 있어, 관련된 모드형태를 반복적으로 도식하여 실제모드인지를 확인하는 절차가 반드시 필요하다. 물론 후자의 경우가 훨씬 더 주관적 요소를 배제하고 있으며, 추가로 MTN 값을 사용하면 보다 정확한 안정 Pole을 신속히 선택할 수 있다.
ii) 대상건물에 대하여 고려한 모든 판별법은 고유진동수 및 감쇠비(PP 제외)를 추출하는데 있어 매우 일치된 결과를 나타냈다. 하지만, 모드형태의 경우 DWD건물은 저차 3개 및 5번째 모드, DLA 건물은 저차 6개의 모드에서 일치된 결과를 나타냈다.
iii) 초기에 실제 Peak 혹은 안정 Pole을 선택하는데 있어 정확도, 어려움 및 노력의 정도는 방법에 따라 상이하다. FDD 및 pLSCF는 요구되는 계산시간 측면에서 효율적이지만, SSI는 가장 정확한 결과를 제공한다. pLSCF는 안정 Pole을 선택하는데 있어 SSI 보다 엄격한 기준을 적용하므로, 장시간 기록된 변동치가 큰 데이터에 대하여 매우 적은 수의 Pole을 제공한다.
iv) 측정기록으로부터 추출한 모달 성능치와 초기 유한요소해석으로부터 산정한 값을 비교하여 보면 두 건물 모두 적어도 저차 3개의 고유진동수에서 2배정도의 차이가 났다. 이는 무엇보다도 설계사무소에서 설정한 유한요소모델이 비구조요소의 무시, 균열단면성능 사용 및 과다한 자중고려 등을 이유로, 실제 조건과는 상당한 차이가 있는데 그 이유가 있다. 하지만, 전자의 둘은 일반적으로 내진설계를 위하여 실무에서 허용하는 사항이다.
v) DLA 및 DWD 건물에 대한 실험 및 해석결과의 일치를 위하여 고유진동수에 보다 중점을 두고 몇몇 수동모델향상을 시도하였다. 비균열 단면성능, 지하구조물의 경계조건, 선요소 단부의 강역지역, 자중감소 및 콘크리트의 동적탄성계수 고려 등의 내용을 포함한다. 그 결과 허용할 정도의 일치를 획득하였으며, 가장 영향이 큰 요소는 비균열 단면성능(DLA), 접합부의 강역지역(DWD) 및 재료의 동적탄성계수(DLA 및 DWD)이다.
vi) 본 연구에서 취급한 초고층건물과 같이 대형구조물에 대하여 민감도해석을 통한 자동모델향상기법을 적용하는 데는 층단위 혹은 여러 개의 층을 함께 취급하는 것이 문제의 규모를 고려할 때 보다 합리적인 접근으로 판단된다. 질량과 강성중심의 불일치로 인한 편심에 대한 정보는 대다수 상용 해석프로그램에서 정확하게 제공하고 있으며, 강성 및 추가고정하중에 의한 자중산정에 보다 불확실성이 존재한다는 사실을 감안할 때, 모델향상을 위하여 매층당 실제로 요구되는 변수는 영계수 혹은 전단탄성계수 및 추가 고정하중에 의한 자중이다.
본 기술개발의 원대한 의의는 대형구조물 사고와 관련된 인명 및 재산을 보호하고, 국가 시설물의 수명연장 및 활용을 극대화하여 궁극적으로는 국민의 삶의 질을 향상시키는데 있다. 따라서 현 단계에서 생산성 향상, 원가절감, 수입기술 대체 등의 파급효과를 정량적으로 자세히 따질 수는 없지만, 본 기술이 충분히 개발될 때의 주요 파급효과 및 활용방안을 다음과 같이 예상할 수 있다.
i) 향후 점증할 것으로 예상되는 대형 구조물에 대한 성능평가를 국내 기술진이 독자적 혹은 주도적으로 수행할 수 있으므로, 현재의 외국기술 의존도를 획기적으로 낮출 수 있다.
ii) 주요건물의 준공검사 시 본 실험에 의한 동적계측 결과를 기록한 CD를 함께 요구하면, 정기적으로 수행하는 정밀 안전진단 시 동일한 실험을 수행하여 이전에 기록된