[논문 리뷰] Dynamic Behaviour of the first instrumented building in France: The Grenoble Town Hall

Clotaire Michel, Philippe Guéguen|ArXiv.org|2007. 09. 25.

Structural Health Monitoring Techniques참고 문헌 7인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 프랑스 최초의 인스트루멘티드 건물인 그레노블 시청의 연속 가속도 데이터와 환경 진동 시험을 통해 동적 거동을 제시한다. 1.15 Hz, 1.22 Hz, 1.44 Hz의 첫 세 번째 진동 모드를 식별하고, ML=4.6 지진 데이터를 활용해 모드 모델을 검증함으로써, 저진폭 조건에서의 환경 진동이 모드 식별에 신뢰할 수 있음을 입증한다.

ABSTRACT

The French Accelerometric Network (RAP) launched in November 2004 a marked operation for the seismic behaviour assessment of a typical French building. The main goal of this project is to collect accelerometric data in the building and use them to calibrate models or alternative tools used for the seismic behaviour assessment. The final goal of this project is to help the vulnerability assessment of cities in moderate seismic hazard countries. The French Accelerometric Network (RAP) chose to install a permanent network of 6 accelerometers recording continuously the vibrations of the Grenoble City Hall at the basement and at the top. The 13-story building is a RC shear walls building, typical of the RC structures designed at the end of the 60's in France. All the data collected in the building are available on the online access database of the RAP. In addition to the permanent network, an ambient vibration experiment has been performed in 36 points of the whole building. Using the Frequency Domain Decomposition method, these data allowed estimating precisely the different modes of vibration of the structure for low amplitudes. Only the first bending modes in each direction (1.15 and 1.22 Hz) and the first torsion mode (1.44 Hz) are excited. We compared the frequencies obtained using ambient vibration to those for a moderate earthquake recorded by the permanent network. Thanks to the continuous recording, a statistical approach of the torsion mode pointed out the position of the centre of rotation of the building. A modal model extracted from ambient vibrations is proposed and validated thanks to the earthquake recordings collected in the building during the ML=4.6, September 8th 2005 Vallorcine (Haute-Savoie, France) earthquake.

연구 동기 및 목표

• 중간 지진 위험 지역에 위치한 1960년대 철근 콘크리트 전단벽 구조의 일반적인 건물의 지진 거동을 평가하기 위해.
• 지속적인 가속도 데이터를 활용해 기초 및 상단부에 설치된 6개 센서로 구성된 영구 네트워크를 통해 구조 모델을 校정하기 위해.
• 실제 중간 규모 지진(ML=4.6) 동안의 데이터를 활용해 환경 진동 시험으로 유도된 모드 파rameters를 검증하기 위해.
• 저지역에서 중간 지구 위험 지역에 위치한 도시 지역의 취약성 평가 방법론을 향상시키기 위해.
• 지속적인 모니터링 동안 비틀림 모드 거동을 통계 분석하여 건물의 중심 회전점을 도출하기 위해.

제안 방법

• 13층짜리 철근 콘크리트 전단벽 건물의 기초 및 상단부에 6개의 가속도계로 구성된 영구 네트워크를 설치하여 연속 진동 기록을 수행한다.
• 구조물 전반에 걸쳐 36개 지점에서 환경 진동 시험을 실시하여 저진폭 동적 반응을 캡처한다.
• 주파수 도메인 분해(FDD) 방법을 적용하여 환경 진동 데이터에서 모드 주파수 및 형태를 추출한다.
• 2005년 9월 8일 발생한 중간 규모 지진(ML=4.6) 동안 기록된 주파수와 환경 진동에서 유도된 주파수를 비교한다.
• 지속적인 비틀림 모드 데이터의 통계 분석을 통해 건물의 중심 회전점을 추정한다.
• 바로르시느 지진 동안의 강진동 기록을 대비로 환경 진동으로 유도된 모드 모델을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 그레노블 시청은 환경 진동에 의해 영향을 받을 때 주요 진동 모드는 무엇인가?
• RQ2 환경 진동을 통해 식별된 모드 주파수는 중간 규모 지진 동안 관측된 주파수와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 지속적인 비틀림 모드 모니터링을 통해 건물의 중심 회전점을 신뢰성 있게 추정할 수 있는가?
• RQ4 환경 진동 데이터는 기존 건물의 동적 모델을 검증하고 校정하는 데 어느 정도 활용될 수 있는가?
• RQ5 중간 지진 지역에 위치한 1960년대 철근 콘크리트 전단벽 건물의 동적 거동은 이론적 기대와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 환경 진동 데이터를 활용해 주요 두 방향의 첫 번째 굽힘 모드를 각각 1.15 Hz 및 1.22 Hz로 식별하였다.
• 첫 번째 비틀림 모드는 1.44 Hz에서 발견되었으며, 환경 진동과 지진 유도 진동 모두에서 뚜렷한 진동이 관측되었다.
• 환경 진동에서 유도된 모드 주파수는 ML=4.6 바르시느 지진 동안 기록된 주파수와 강한 일치를 보였다.
• 비틀림 모드의 통계 분석을 통해 안정된 중심 회전점이 확인되어 건물의 대칭적 동적 반응을 확인하였다.
• 환경 진동에서 유도된 모드 모델은 2005년 지진의 강진동 기록을 대비로 성공적으로 검증되었다.
• 본 연구는 환경 진동 시험과 연속 모니터링을 조합함으로써 기존 건물의 지진 평가에 신뢰할 수 있는 데이터를 제공함을 확인한다.