가속도 응답 신호를 이용한 PSC 거더교의 손상 모니터링 체계에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 가속도 응답신호를 이용한 PSC 거더교의 손상 모니터링 체계에 대한 고찰해 보았다.먼저,모니터링 대상으로는 PSC 거더교의 가장 대표적인 손상유형으로 콘크리트의 휨 균열과 PC 텐던의 긴장력 감소를 선정하였다.다음으로,두 손상유형을 모니터링하기 위해 가속도 응답신호를 이용한 8가지 모니터링 기법들(가속도 시간이력,주파수 응답함수,파워 스펙트럼밀도함수,고유 진동수 시간이력,고유치 변화율,곡률변화,고유진동수 기반 손상검색,모드형상 기반 손상검색)을 살펴보았다.다음으로,PSC 거더교의 손상 모니터링 체계를 제안하였다.제안된 체계는 선 손상경보 단계와 후 손상검색 단계로 나누었으며,각 단계별로 (1)실시간(on-line)손상경보의 구현이 가능하고,(2)손상의 위치와 크기를 간단하고,빠르고 정확하게 검색할 수 있는 모니터링 기법을 선정하였다.먼저 선 손상경보 단계에서는 가속도 시간이력과 파워 스펙트럼밀도함수가 선택되었으며,후 손상검색 단계에서는 모드형상기반 손상검색 기법을 선정하였다.제안된 모니터링 체계의 현장 적용성을 평가하기 위하여 먼저 손상 유형에 대한 현장 실험 가능성 여부를 분석하였으며,이에 따라 휨 균열의 경우 현장 실험을 실시하여 제안된 손상 모니터링 체계의 적용성을 평가하였으며,긴장력 감소의 경우는 실험실 모형실험을 통하여 적용성을 평가하였다.적용성 평가 결과 및 결론은 아래와 같다. (1)선 손상경보단계에서 가속도 시간이력 기법과 파워스펙트럼밀도함수 기법은 모두 휨 균열을 모사한 재하트럭의 재하에 따른 변화를 나타내었으나,파워스펙트럼밀도함수 기법이 가속도 시간이력 기법에 비해 손상에 보다 민감한 것으로나타났다. (2)후 손상검색단계에서 모드형상기반 손상검색기법은 3차 모드만을 이용하였을 경우 보다 손상위치를 정확하게 검색하였으나,1,2,3차 모든 모드를 이용하였을 경우에는 약간의 위치 오차가 발생하였다.이는 실험적 오차나 모드해석 기법(FDD)의 한계 등의 문제로 판단되어진다. (3)현장 실험을 통해 검증되지 못한 긴장력 감소예측모델 기법을 모형실험을 통해 살펴본 결과 실제 측정된 긴장력과 긴장력 추정모델에 의한 긴장력 감소량의 오차가 있기는 하지만 비교적 유사한 결과를 보였다.

The objective of this study is to develop damage monitoring system of PSC girder bridges using acceleration response signal. The damage monitoring system has advantage that performs on-line damage alarming and detects off-line damage location. In order to achieve this objective, the following approaches are used. Firstly, the damage cases of PSC girder bridges are summarized. Two damage cases selected to the best generally situation during life-cycle of PSC girder bridge. Secondly, the damage monitoring technique selected. Selection of the monitoring technique considered among techniques using acceleration signal. Thirdly, The damage monitoring system designs using selected damage monitoring technique. Finally, the compatibility of damage monitoring system verified by real PSC girder bridge test and laboratory-scaled test. From the results, the proposed damage monitoring system can identify that efficient monitoring system for PSC girder bridges.