목차
제1장 개론
1.1 개념 ... 3
1.1.1 진동의 의미 ... 3
1.1.2 자유진동과 강제진동 ... 4
1.1.3 정적 하중과 동적 하중 ... 5
1.1.4 선형 시스템과 비선형 시스템 ... 6
1.1.5 감쇠 ... 7
1.1.6 자유도와 이상화 ... 8
1.1.7 정적 해석과 동적 해석 ... 10
[부록] 동적 시스템 해석을 위한 MATLAB 기본 활용 ... 13
1.2 운동방정식 ... 24
1.2.1 뉴턴의 운동방정식(Newton's equation of motion) ... 24
1.2.2 달랑베르의 원리(d'Alembert's principle) ... 26
1.2.3 가상일의 원리(Principle of virtual work) ... 27
1.2.4 해밀턴의 원리(Hamilton's principle) ... 28
1.2.5 라그랑주의 방정식(Lagrange's equation of motion) ... 30
[부록] 뉴턴(Newton), 달랑베르(d'Alembert), 해밀턴(Hamilton), 라그랑주(Lagrange) ... 32
1.3 구조물의 운동 ... 38
1.3.1 조화 운동 ... 38
1.3.2 주기 운동 ... 40
[부록A] 복소평면(complex plane) ... 44
[부록B] 푸리에 변환(Fourier transform) ... 47
[부록C] MATLAB을 사용한 FFT: 예제 A ... 50
[부록D] 푸리에(Fourier), 오일러(Euler), 아르강(Argand) ... 52
1.4 관련 용어 ... 55
1.4.1 진폭의 정량화 ... 55
1.4.2 동적 응답 ... 57
1.4.3 진동수 대역(frequency band, 주파수 대역) ... 58
1.4.4 필터(filter) ... 61
[부록A] MATLAB의 주요 필터와 예제: fieqs, fieqz, filter ... 63
[부록B] MATLAB을 사용한 옥타브 대역 분석: 예제 A ... 69
제2장 동적 효과와 평가
2.1 파동 전파 ... 73
2.1.1 파동의 종류 ... 73
2.1.2 파동방정식(wave equation) ... 77
[부록] 레일리(Rayleigh), 나비에(Navier), 헬름홀츠(Helmholtz) ... 82
2.2 환경소음 및 환경진동 ... 85
2.2.1 인체에 미치는 영향 ... 85
2.2.1.1 데시벨(dB) ... 85
2.2.1.2 진동과 인체 ... 89
2.2.2 관련 용어 및 동적 특성 ... 93
2.2.3 환경기준 ... 96
2.2.3.1 소음환경기준 ... 96
2.2.3.2 소음ㆍ진동규제법 ... 97
2.2.3.3 소음ㆍ진동공정시험방법 ... 102
2.3 지진 하중 ... 103
2.3.1 지진 현상 ... 103
2.3.2 지진 원인 ... 104
2.3.3 관련 용어 ... 106
2.4 풍하중 ... 115
2.4.1 풍공학 ... 115
2.4.2 바람의 종류 ... 116
2.4.2.1 생성 ... 116
2.4.2.2 구분 ... 117
2.4.2.3 강풍의 종류 ... 120
2.4.2.4 공기력의 종류 ... 121
2.4.3 구조물의 거동 ... 122
2.4.3.1 와류진동 ... 123
2.4.3.2 플러터 ... 124
2.4.3.3 버페팅 ... 126
2.4.3.4 풍우진동 ... 127
2.4.4 내풍 ... 128
2.4.4.1 내풍설계 ... 128
2.4.4.2 풍동실험 ... 129
2.4.4.3 내풍대책 ... 132
[부록] 바람에 의한 구조물의 붕괴: Tay교, Tacoma Narrows교 ... 135
제3장 단자유도계
3.1 자유진동 ... 139
3.1.1 비감쇠 자유진동 ... 139
3.1.2 감쇠 자유진동 ... 140
3.1.2.1 임계감쇠, 저감쇠, 과감쇠 ... 140
3.1.2.2 감쇠비 추정 ... 143
3.1.2.3 기타 감쇠 ... 150
[부록A] 미분방정식 ... 156
[부록B] 쿨롱(Coulomb) ... 161
3.2 조화하중에 의한 진동 ... 162
3.2.1 조화하중에 의한 동적응답 ... 162
3.2.2 동적증폭계수 ... 163
3.2.3 모터 ... 168
3.2.4 진동기초 ... 173
3.2.4.1 장비 진동 ... 173
3.2.4.2 기초 진동 ... 177
3.3 일반하중에 의한 진동 ... 184
3.3.1 충격 하중 ... 184
3.3.2 일반 하중 ... 187
[부록A] 라플라스 변환(Laplace transform) ... 190
[부록B] 라플라스(Laplace), 뒤아멜(Duhamel), 디랙(Dirac) ... 192
3.4 수치해석 기법 ... 195
3.4.1 뒤아멜 적분 방법(Duhamel's integral method) ... 195
3.4.2 윌슨 방법(Wilson method) ... 196
3.4.3 뉴마크 방법(Newmark method) ... 199
[부록A] MATLAB을 사용한 뉴마크 방법: 예제 A ... 207
[부록B] MATLAB을 사용한 진동수영역 방법: 예제 B ... 209
[부록C] 비선형 진동 응답 특성 ... 211
제4장 다자유도계
4.1 자유진동 ... 215
4.1.1 자유도의 선택 ... 215
4.1.2 운동방정식 ... 216
4.1.3 비감쇠 자유진동 ... 218
4.1.4 모드의 직교성과 정규화 ... 226
4.1.5 감쇠 자유진동 ... 230
4.1.5.1 비례감쇠(고전적 감쇠) ... 230
4.1.5.2 비비례감쇠(비고전적 감쇠) ... 232
[부록A] 행렬 ... 238
[부록B] MATLAB을 사용한 고유치 해석 ... 240
4.2 동적 해석 ... 242
4.2.1 모드 중첩법 ... 242
4.2.2 직접 적분법 ... 251
제5장 지진 해석
5.1 시간이력해석 ... 255
5.1.1 운동방정식 ... 255
5.1.1.1 단자유도계 ... 255
5.1.1.2 다자유도계 ... 258
5.1.2 시간이력해석 ... 258
5.1.2.1 모드 중첩법 ... 258
5.1.2.2 직접 적분법 ... 267
[부록A] MATLAB을 사용한 모드 중첩법: 예제 A ... 271
[부록B] MATLAB을 사용한 직접 적분법: 예제 B ... 272
[부록C] 지진: 엘센트로(El Centro), 태프트(Taft), 멕시코(Mexico) ... 273
5.2 응답스펙트럼해석 ... 276
5.2.1 응답스펙트럼 ... 276
5.2.1.1 정의 ... 276
5.2.1.2 설계응답스펙트럼 ... 282
5.2.1.3 층 응답스펙트럼 ... 283
5.2.2 응답스펙트럼해석 ... 283
5.2.2.1 모드별 응답 ... 283
5.2.2.2 모드별 응답의 조합 ... 284
5.2.2.3 다른 방향지진에 대한 응답의 조합 ... 286
[부록A] MATLAB을 사용한 응답스펙트럼 작성: 예제 A ... 293
[부록B] 응답스펙트럼과 PSD함수 ... 294
5.3 다지지점 지진입력 ... 295
5.3.1 운동방정식 ... 295
5.3.2 지진해석 ... 298
[부록A] MATLAB을 사용한 다지지점 지진입력: 예제 A ... 304
제6장 내진설계
6.1 개념 ... 307
6.1.1 내진성능목표 ... 307
6.1.2 설계지반운동 ... 308
6.1.3 지반의 분류 ... 311
6.2 지진 ... 313
6.2.1 인공지진(artificial earthquake) ... 313
6.2.1.1 응답스펙트럼을 만족하는 시간이력 ... 313
6.2.1.2 PSD 함수를 만족하는 시간이력 ... 316
6.2.1.3 기타 조건 ... 317
6.2.2 자유장 해석(free field analysis) ... 318
6.2.2.1 통제 운동(control motion) ... 318
6.2.2.2 1차원 파동전파 ... 320
6.2.2.3 등가선형 해석(equivalent linear analysis) ... 328
[부록A] MATLAB을 사용한 1차원 파동전파: 예제 A ... 330
[부록B] 파동수(wave number) ... 331
6.3 지반-구조물 상호작용 ... 333
6.3.1 개념 ... 333
6.3.2 지반-구조물 모델링 ... 337
6.3.2.1 직접법과 부분구조법 ... 337
6.3.2.2 진동수영역 방법과 시간영역 방법 ... 339
6.3.2.3 원역 지반 ... 341
6.3.2.4 기초의 등가 강성 ... 347
6.3.2.5 기초의 임피던스 해석 ... 350
6.4 근사 지진해석 ... 352
6.4.1 진도법 ... 352
6.4.2 응답변위법 ... 354
6.4.3 부가질량법(동적유체질량법) ... 363
6.5 내진성능 평가 ... 371
6.5.1 성능기반 설계(Performance-based design) ... 371
6.5.2 Pushover 해석 ... 372
6.5.3 역량스펙트럼법(능력스펙트럼법, capacity spectrum method, CSM) ... 374
6.5.3.1 단계 1: 역량스펙트럼(능력스펙트럼) ... 375
6.5.3.2 단계 2: 요구스펙트럼(소요스펙트럼) ... 378
6.5.3.3 단계 3: 내진성능평가 ... 379
6.6 확률론적 지진위험도 평가 ... 383
6.6.1 지진취약도 ... 384
6.6.2 지진위험도 ... 385
[부록] 극한분포 ... 394
제7장 면진, 제진
7.1 면진 ... 399
7.1.1 개념 ... 399
7.1.2 이론 ... 404
7.1.3 면진 시스템 ... 412
7.2 제진 ... 417
7.2.1 개념 ... 417
7.2.2 수동 제어 ... 417
7.2.2.1 동조 질량 감쇠기(TMD) ... 417
7.2.2.2 동조 액체 감쇠기(TLD) ... 422
7.2.2.3 점탄성 감쇠기(viscoelastic damper) ... 424
7.2.3 능동 제어 ... 425
7.2.3.1 개념 ... 425
7.2.3.2 최적 제어 알고리즘 ... 428
7.2.3.3 기타 제어 알고리즘 ... 435
[부록A] 상태공간방정식 ... 441
[부록B] MATLAB을 사용한 지진시 구조물의 능동제어: 예제 A ... 444
참고문헌 ... 447
색인 ... 451
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