고객이 직면한 과제
전 세계 인구가 증가함에 따라 토목 기술자들은 특별한 난관에 부딪혔습니다. 도시가 커짐에 따라 더 높은 건물, 더 큰 대중교통 시스템, 더 긴 다리를 필요로 하며 이 모든 시설은 지진 및 기타 재해를 견딜 수 있도록 설계되어야 합니다. 중국에서 가장 오래되고 가장 유명한 대학인 통지 대학은 엔지니어가 설계를 개선할 수 있도록 새로운 테스트 방법을 사용하여 이 분야를 선도하고 있습니다.
통지 대학 토목 학부에는 교량 엔지니어링과와 토목 재난 감소 국립 핵심 연구소가 있습니다. Chengyu Yang 박사는 이곳에 위치한 교량의 내진 설계 연구 부서의 주요 교수로 교량, 건물, 터널 및 기타 여러 구조물에 미치는 파괴적인 지진의 영향을 줄이는 데 도움이 되는 테스트를 수행합니다.
"저희의 가장 큰 과제 중 하나는 긴 경간 교량 모델에 대한 쉐이크 테이블 테스트를 수행하는 것입니다." Yang 박사의 말입니다. "테이블이 하나만 있다면 6x6m 크기라도 다리 모델이 1:100 또는 1:200 스케일로 축소됩니다."
문제는 모델이 작을수록 결과가 덜 유용하다는 것입니다. 모델이 작으면 실제 교량 구조와 동일한 방식으로 반응하지 않으므로 테스트 데이터를 실물 크기 구조로 외삽하기가 더 어렵습니다. 그리고 테스트 대상이 62km에 달하는 장쑤성의 타이저우 대교라면 이런 문제는 특히 해결하기가 어렵습니다.
MTS 솔루션
타이저우 대교의 복제품을 포함하여 대규모 모델에 대한 내진 테스트를 완료하기 위해 Yang 박사 팀은 MTS와 협력하여 여러 구성으로 배열할 수 있고 최대 200톤의 모델 중량을 지원하는 유일한 쉐이킹 테이블 솔루션을 의뢰했습니다. 통지 대학의 다중 기능 쉐이크 테이블(MFST) 실험실에 있는 이 솔루션은 세계에서 가장 큰 다중 테이블 내진 테스트 시설 내에 4개의 테이블을 통합합니다.
쉐이킹 테이블은 유압 액추에이터를 사용하여 지진 또는 기타 지진 관련 사건이 발생할 때 구조물이 겪는 힘과 동작을 복제합니다. 통지 대학의 MFST 실험실은 두 개의 인접한 트렌치 내에서 여러 구성으로 배열할 수 있는 2개의 70톤 쉐이크 테이블과 2개의 30톤 쉐이크 테이블을 갖추고 있습니다. 70m 길이의 트렌치는 4개의 테이블을 모두 수용할 수 있고 30m 길이의 트렌치는 2개의 테이블을 수용할 수 있습니다. 4개의 테이블을 모두 2m 간격으로 배치하고 고정할 수 있으므로 실험실에서 두 트렌치에 걸친 시편을 포함하여 더 길고 큰 시편을 수용할 수 있습니다.
가장 중요한 것은 테이블 네 개의 움직임을 모두 동기화하여 마치 하나의 매우 큰 플랫폼인 것처럼 지진파를 복제하거나 테이블을 독립적으로 운영할 수 있다는 것입니다. 이 솔루션은 고속 실시간 공유 메모리 응용 프로그램을 사용하여 모든 테이블이 다른 모든 테이블의 데이터를 '볼'수 있도록 합니다. 모든 데이터는 모든 것을 동기화 상태로 유지하기 위해 명령과 피드백을 해석하는 마스터 컨트롤러에 통합됩니다. 실험실에서는 이를 통해 전체 테스트 환경을 보다 광범위하게 제어할 수 있습니다.
Yang 박사는 "이런 방식으로 사용할 수 있는 쉐이크 테이블 기술을 갖춘 세계의 다른 실험실은 없습니다."라고 합니다. "저희는 크기 때문에 퉁지의 나머지 시설이 있는 상하이 시내에 MFST 연구소를 짓지 못했습니다. 저희는 새로운 캠퍼스에 그것을 지어야 했습니다. 실험실 건물은 길이 100m, 폭 88m입니다."
이 솔루션은 MTS가 지난 30년 동안 개발한 전통적인 쉐이킹 테이블 기술을 활용하지만 Yang 박사 팀의 사양을 충족하도록 맞춤화되었습니다. MTS와 통지의 엔지니어가 협력하여 전례 없는 크기, 용량 및 유연성 조합을 갖춘 솔루션을 개발했습니다.
고객 혜택
통지 MFST 실험실이 타이저우 대교의 축척 모델에 내진 테스트를 수행했을 때 쉐이킹 테이블 솔루션의 크기와 구성 가능성이 뚜렷한 이점을 제공했습니다.
"이제 저희는 3m 길이의 모델 대신 1:40 비율의 65m 모델을 사용합니다." Yang 박사의 말입니다. "저희는 모델을 설계하고 테이블을 구성해 테스트에 적합하도록 구성할 수 있습니다. 연구원들에게 매우 편리한 방법입니다. 그들은 차선책에 안주하는 대신 가장 원하는 데이터를 얻을 수 있습니다."
Yang 박사 팀은 더 큰 모델을 테스트함으로써 실제 조건에 훨씬 더 가까운 테스트 환경을 만들어 연구자들이 실제 시스템 응답을 더 잘 예측할 수 있도록 도와줍니다. 보다 현실적인 테스트를 통해 가상 모델을 확인하고 더 정확하게 만들 수 있으므로 대형 구조의 설계가 개선됩니다. MTS의 솔루션은 또한 MFST 연구소가 새로운 종류의 테스트를 추구할 수 있는 기회를 제공합니다.
Yang 박사는 "중국 본토, 홍콩, 마카오를 연결하는 터널 테스트를 막 마쳤습니다."라고 합니다. "전에는 4x4m 크기의 토양 상자에 하나의 터널 단면 모델을 넣었습니다. 지금은 40m 길이의 상자로 동일한 테스트를 수행할 수 있습니다. 이를 통해 비 균일 여기를 사용하여 세그먼트 연결을 평가할 수 있습니다. 이는 지진파가 대형 구조물의 다른 부분에 다르게 적용되기 때문에 매우 중요합니다. 이것은 독특한 연구입니다."
이 솔루션은 통지와 MTS 사이의 30년 관계를 보여주는 또 하나의 예일 뿐이며 프로젝트가 진행될수록 관계가 더욱 돈독해집니다.
"MTS의 모든 직원은 영업에서 엔지니어 및 기술자에 이르기까지 열심히 일하며 전문적입니다." Yang 박사의 말입니다. "이번 여름에 테스트에 대한 질문이 있어 일요일 오후에 이메일을 보냈습니다. 미국이라면 토요일 한밤중이었을 것입니다. 당장 답장을 받을 거라고는 생각하지 못했습니다. 다음날 아침에 전 미국과 중국의 MTS에서 여러 다른 사람들로부터 답변을 받았습니다. 이는 MTS가 저희의 요구에 얼마나 빠르게 반응하는지 보여주는 예입니다."
