반응 스펙트럼

Response spectrum
일련의 혼합 수직 오실레이터
혼합 수직 오실레이터의 피크 가속도

반응 스펙트럼은 다양한 자연 주파수의 일련의 오실레이터의 피크 또는 정상 상태 반응(변위, 속도 또는 가속도)의 플롯으로, 동일한 베이스 진동이나 충격에 의해 강제로 이동한다. 그 결과 그래프는 자연적인 진동 주파수를 감안하여 어떤 선형 시스템의 반응을 선택하는 데 사용될 수 있다. 그러한 용도 중 하나는 지진에 대한 건물의 최고 반응을 평가하는 데 있다. 강한 지반운동의 과학은 지진 손상과의 상관관계를 위해 지반응답 스펙트럼의 일부 값(지진계의 지표면 운동 기록에서 계산한 값)을 사용할 수 있다.

반응 스펙트럼 계산에 사용된 입력이 정상 상태 주기적인 경우 정상 상태 결과가 기록된다. 댐핑이 존재해야 하며 그렇지 않으면 반응이 무한대일 것이다. 과도 입력(예: 지진 접지 운동)의 경우 피크 응답이 보고된다. 일반적으로 댐핑 수준은 어느 정도 가정되지만 댐핑이 없어도 값을 얻는다.

반응 스펙트럼은 낮은 수준의 댐핑에만 정확하지만 다중 진동 모드(자유도 다도 시스템)를 가진 선형 시스템의 반응을 평가하는 데도 사용할 수 있다. 모드 분석을 수행하여 모드를 식별하며, 해당 모드의 응답은 반응 스펙트럼에서 선택할 수 있다. 그런 다음 이러한 최고 반응을 결합하여 총 반응을 추정한다. 일반적인 조합 방법은 모달 주파수가 가깝지 않은 경우 제곱합(SRSS)의 제곱근이다. 그 결과는 일반적으로 응답 스펙트럼 생성 과정에서 위상 정보가 손실되기 때문에 입력에서 직접 계산되는 것과 다르다.

반응 스펙트럼의 주요 한계는 선형 시스템에만 보편적으로 적용 가능하다는 것이다. 반응 스펙트럼은 비선형 시스템에 대해 생성될 수 있지만, 보다 넓은 구조적 적용으로 비선형 지진 설계 스펙트럼을 개발하려는 시도가 있었지만, 동일한 비선형성을 가진 시스템에만 적용된다. 그 결과는 멀티 모드 응답에 대해 직접 결합할 수 없다.

지진응답스펙트럼

반응 스펙트럼은 지진 시 구조물과 장비의 성능을 분석하는 데 매우 유용한 도구로, 많은 것들이 주로 단순한 오실레이터(단일 자유도 시스템이라고도 함)로 작동하기 때문이다. 따라서 구조물의 고유 주파수를 알아낼 수 있다면 적절한 주파수에 대한 지상 응답 스펙트럼의 값을 읽어 건물의 피크 응답을 추정할 수 있다. 지진 지역의 대부분의 건축 법규에서, 이 값은 구조물이 저항하도록 설계되어야 하는 힘을 계산하기 위한 기초를 형성한다(내진 분석).

앞서 언급했듯이, 지상 반응 스펙트럼은 지구의 자유 표면에서 이루어지는 반응도다. 건물 반응이 지면 움직임의 구성 요소(리소넌스)와 '동작'할 경우 상당한 지진 손상이 발생할 수 있으며, 이는 응답 스펙트럼에서 확인할 수 있다. 이는 1985년 멕시코시티 지진[1] 때 지하 깊숙한 호수 바닥의 진동수가 중층 콘크리트 건물의 고유 진동수와 비슷해 큰 피해를 입힌 것으로 관측됐다. 더 짧고(긴장) 높은(더 유연한) 건물들은 더 적은 피해를 입었다.

1941년 칼텍에서 조지 W. 하우즈너는 가속기에서 반응 스펙트럼 계산을 발표하기 시작했다.[1] 1982년 EERI의 "지진 설계 및 스펙트럼"[2]에 관한 모노그래프에서 뉴마크와 홀은 이용 가능한 지진 기록에 대해 생성된 다양한 응답 스펙트럼을 기반으로 한 "이상화된" 지진 응답 스펙트럼을 개발한 방법을 설명한다. 이후 이것은 구조 설계에 사용하기 위한 설계 응답 스펙트럼으로 추가 개발되었으며, 이 기본 형태(일부 개조된 형태)는 현재 전 세계 지진 지역(일반적으로 구조 "주기", 주파수의 역순)에서 구조 설계의 기초가 되었다. 공칭 수준의 댐핑을 가정한다(임계 댐핑의 5%).

"일반적인" 저층 건물의 경우, 지진에 대한 구조적 대응은 기본 모드("떨어지는" 등)로 특징지어지며, 대부분의 건축 법규는 그 주파수에 기초하여 설계 스펙트럼으로부터 설계력을 계산하는 것을 허용하지만, 보다 복잡한 구조물의 경우 여러 모드에 대한 결과의 조합(계산된 t)을 허용한다.종종 hrough modal 분석)이 필요하다. 극단적인 경우, 구조물이 너무 불규칙하거나 키가 너무 크거나 재난 대응에서 공동체에 중요한 경우, 응답 스펙트럼 접근방식은 더 이상 적절하지 않으며, 지진 성능 분석 기법처럼 비선형 정적 또는 동적 분석과 같이 보다 복잡한 분석이 필요하다.

참고 항목

참조

  1. 1985년 멕시코시티 지진에 관한 보고서 "EQ 사실 & 목록: 대규모 역사적 지진"
  2. ^"지진공학 진화의 역사적 발전"은 로버트 라이더만, CUREE, 1997, p10의 에세이를 삽화했다.
  3. ^ 뉴마크, N. M. 홀, W. J. 1982. "지진 스펙트럼 및 설계," 지진 기준, 구조 설계 및 강운동 기록에 관한 엔지니어링 모노그래프, Vol 3, 캘리포니아 오클랜드 지진공학연구소.
특정
  1. ^ "Earthquake Hazards Program: Michoacan, Mexico 1985 September 19 13:17:47 UTC, Magnitude 8.0". Archived from the original on 6 February 2007.

외부 링크