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2009-10-28 [RE]풍하중을 형상화 하는 식에 관하여

작성자 : 홍성일

(2022-09-30)

조회수 : 1082

먼저 결론적으로 말씀드리면 풍하중은 지진하중처럼 만들어 낼 수 없습니다.
왜냐하면 지진하중과 달리 풍하중은 구조물의 형상에 크게 의존하기 때문입니다.
지진하중은 가속도의 지진파만 얻어진다면 질량행렬에 가속도벡터를 곱하여 지진하중을 계산할 수 있으나,
풍하중은 바람의 풍속시간이력데이터를 얻는다 해도 그것으로부터 풍하중을 만들어 낼 수 없습니다.
예를 들어 원형단면을 가진 실린더와 직사각형단면을 가진 실린더에 동일한 풍속의 바람이 작용하더라도 두 구조물이 받는 풍하중은 확연하게 다릅니다.
이것은 구조물을 지나가는 기류의 패턴이 확연히 다르기 때문입니다.

또한 구조물 표면의 거칠기에 따라서도 풍하중이 달라 지고, 풍향, 구조물 주변의 지형과 인접 구조물과의 이격거리와 위치에 따라 풍하중이 크게 바뀌게 됩니다.
그리고 구조물의 규모 그리고 풍속의 세기에 따라서 레이놀즈수가 달라지게 되는데, 레이놀즈 수에 따라 구조물 주변을 지나가는 기류의 패턴이 많이 바뀌게 됩니다.
잘 알시다시피, 풍직각방향의 진동이 풍방향진동보다 더 심하게 발생합니다.

특히 풍진동을 유발시키는 가장 큰 요인인 vortex-shedding, galloping 은 구조물에서 떨어지는 박리기류의 패턴과 후류의 웨이크,
그리고 구조물의 형상, 레이놀즈 수 등에 따라 크게 변하기 때문에 동적 풍하중을 정식화하는 데에는 현실적으로 불가능한 점들이 많습니다.
따라서 구조물의 동적해석을 위한 풍하중의 취득은 풍동실험을 통해 얻는 방법외에는 딱히 방법이 없는 실정입니다.

풍력실험을 수행하여 계측된 밑면전단력과 전도모멘트으로부터 풍력스펙트럼을 산출하고 그것으로부터 구조물의 동적응답을 진동수영역에서
모드중첩법으로 구할 수 있습니다.

또는 풍압실험을 수행하여 풍압데이터를 실시간으로 계측하고 그것을 면적에 대해 적분함으로써 동적 풍하중을 산출할 수 있습니다.

한편, 컴퓨터 시뮬레이션(CFD)을 통해 근사적인 풍하중을 산출할 수도 있습니다만 현재 개발되어있는 난류모델의 정확성이 매우 낮아서 정성적인 평가외에는 적용하기가
매우 조심스럽다고 할 수 있습니다.

< 참고서적 >
참고서적에도 특별히 동적 풍하중 산정식은 나와있지 않습니다.
* Wind Loadings of Structures, John D. Holmes, Spon Press, pp.183-209
* Wind Effects on Structures -Fundamentals and applications to design-, Emil Simiu & Robert H.Scanlan, John Wiley & Sons, Inc., pp.195-272


================== 원본글 내용 ==================

 

 

 

안녕하세요.
교수님의 구조동역학 책으로 보면서 공부하고 있습니다.
저는 해양구조물에 작용하는 풍하중 파하중 파트를 연구하고있습니다.
파하중은 교수님 책에 나오는 모리슨 방정식을 이용해서 식을 세워서 모드해석을 할 생각입니다.
풍하중에 대해서는 이론적인 설명과 배경은 잘 나와있지만 풍하중을 형상화 하는 식이 책에는 없는데,
보통 풍하중을 고려할때 어떤 식을 어떻게 적용하는 지 궁금합니다.
좋은하루보내요^^