구조물의 고유진동수와 공진 (출처 : 핵심구조상식)

구조물의 고유진동수와 공진 (출처 : 핵심구조상식)

 

2017년에 발간된 핵심구조상식에서 복기하는 내용이라 최신기준과 맞지 않는 내용이 있을 수 있습니다. 참고하여 봐주시면 감사하겠습니다.

아래내용은 책에 있는 내용입니다.

<구조물의 고유진동수와 공진>

진동의 종류, 고유진동수, 공진 등 진동의 기본 개념에 대하여 알아봄.


1. 진동의 종류

1) 자유진동 (Free Vibration)

   :  정지해 있는 물체에 순간적으로 힘을 가하여 변형을 일으킨 후 이 힘을 제거하면 물체는 고유한 주기(고유진동수)를 가지고 진동하게 되는 데 이것을 자유진동이라 함.

2) 강제진동 (Forced Vibration)

   :  물체에 주기적으로 힘(외력)을 주었을 때 나타나는 진동으로 이때 물체는 외력이 일으키는 진동수에 따라 진동함.


2. 고유진동수 (Natural Frequency)

    1) 물체의 형상, 재질, 구속조건 등에 따라 다른 값을 가지는 물체의 고유한 특성으로 자유진동 시 나타나는 진동수를 의미함.

    2) 건물과 같이 큰 구조물의 경우, 각 부분별로 무수히 많은 고유진동수가 존재하며 물체를 진동시켰을 때 가장 쉽게 변형할 수 있는 모양인 가장 낮은 고유진동수 값을 1차 고유진동수 또는 기본 고유진동수라 부름.

    3) 표기단위는 Hz로 단위 시간당 진동한 사이클의 수를 나타내며, 주기(T)의 역수임.

고유진동수 산정식

3. 공진 (Resonance) 

    1) 강제 진동수가 물체의 고유진동수에 근접할 경우, 강제 진동의 크기가 크게 증가하는 현상

   2) 공진의 예

     (1) 그네를 흔드는 진동수가 그네의 고유진동수와 유사하게 되면 그네의 진동폭이 커짐

     (2) 다리의 고유진동수에 행인들의 보행 진동수가 근접하여 공진발생

밀레니엄 브릿지

    - 밀레니엄 브릿지는 320m에 달하는 현수교로 개통당일 (2000. 6.10) 수백명의 인파가 밀려들어 오면서 이들의 발구름 때문에 다리가 흔들리기 시작했다. 영국 당국은 개통 나흘만에 다리를 폐쇄했다가 보수를 거쳐 2002년에 재개통하였다.


   (3) 중간층 높이의 건물 고유진동수와 지진파의 진동수가 일치하여 공진 발생


   - 1985년 멕시코에서 발생한 리히터 규모 8.1의 강진에 붕괴된 대부분의 건물은 15~20층의 중간층 건물로, 이 높이의 건물이 가진 고유진둥수가 지진파의 진동수와 일치하여 다른 건물들보다 심하게 흔들려 큰 피해가 발생하였다.