사면 내에 설치된 억지말뚝의 보강효과를 평가하고, 사면의 가상 파괴면을 예측하기 위하여 지속적인 계측관리를 통한 사면의 거동을 감지할 필요가 있다. 본 연구는 계측기를 통한 계측자료가 사면과 억지말뚝의 안정성 및 보강효과를 평가할 수 있는 자료로 활용될 수 있도록 하기 위한 것으로, 현장에 설치된 억지말뚝에 광섬유 센서(FBG 센서), V/W 및 경사계를 설치하여, 사면 내 억지말뚝의 거동분석을 하였다. 또한 각 계측기의 데이터를 비교 분석함으로써, 광섬유 센서와 같은 스마트 계측기술을 실제 토목 구조물에 활용할 수 있는 방안을 현장시험을 통해 검증하고자 한다. 이를 위해 각 계측기에서 구하여진, 연구 대상사면의 거동과 억지말뚝의 보강효과 및 변형률 분포의 상관관계를 비교 분석하였다. 그 결과, FBG 센서와 V/W 센서 및 경사계의 계측결과가 잘 일치하며, 억지말뚝에 의한 사면의 보강효과가 충분함을 알 수 있었다.
사면 내에 설치된 억지말뚝의 보강효과를 평가하고, 사면의 가상 파괴면을 예측하기 위하여 지속적인 계측관리를 통한 사면의 거동을 감지할 필요가 있다. 본 연구는 계측기를 통한 계측자료가 사면과 억지말뚝의 안정성 및 보강효과를 평가할 수 있는 자료로 활용될 수 있도록 하기 위한 것으로, 현장에 설치된 억지말뚝에 광섬유 센서(FBG 센서), V/W 및 경사계를 설치하여, 사면 내 억지말뚝의 거동분석을 하였다. 또한 각 계측기의 데이터를 비교 분석함으로써, 광섬유 센서와 같은 스마트 계측기술을 실제 토목 구조물에 활용할 수 있는 방안을 현장시험을 통해 검증하고자 한다. 이를 위해 각 계측기에서 구하여진, 연구 대상사면의 거동과 억지말뚝의 보강효과 및 변형률 분포의 상관관계를 비교 분석하였다. 그 결과, FBG 센서와 V/W 센서 및 경사계의 계측결과가 잘 일치하며, 억지말뚝에 의한 사면의 보강효과가 충분함을 알 수 있었다.
Several sensor systems are used to estimate the reinforcing effect of stabilizing pile in slopes, and to find a failure surface in slopes effectively. FBG(Fiber Brags Crating) sensor, V/W(Vibrating Wire) sensor and inclinometer have shown a great potentiality to serve real time health monitoring of ...
Several sensor systems are used to estimate the reinforcing effect of stabilizing pile in slopes, and to find a failure surface in slopes effectively. FBG(Fiber Brags Crating) sensor, V/W(Vibrating Wire) sensor and inclinometer have shown a great potentiality to serve real time health monitoring of the reinforcing structures. Field tests and test results have shown great solutions for sensor systems of Smart Structures. The purpose of this research is to seek for the relationships among the slope movement and the reinforcing effect of stabilizing pile, and the strain distribution of stabilizing pile in a active zone by analyzing the data from the in-situ measurement so that the possible failure surface should be well defined based on the relationships. The field test results have shown that the data by FBG sensor are well coincided with those of V/W sensor and inclinometer, and the reinforcing effect of the stabilizing pile is good enough.
Several sensor systems are used to estimate the reinforcing effect of stabilizing pile in slopes, and to find a failure surface in slopes effectively. FBG(Fiber Brags Crating) sensor, V/W(Vibrating Wire) sensor and inclinometer have shown a great potentiality to serve real time health monitoring of the reinforcing structures. Field tests and test results have shown great solutions for sensor systems of Smart Structures. The purpose of this research is to seek for the relationships among the slope movement and the reinforcing effect of stabilizing pile, and the strain distribution of stabilizing pile in a active zone by analyzing the data from the in-situ measurement so that the possible failure surface should be well defined based on the relationships. The field test results have shown that the data by FBG sensor are well coincided with those of V/W sensor and inclinometer, and the reinforcing effect of the stabilizing pile is good enough.
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문제 정의
공학적으로 분석하여야 하며, 위험하다고 판단되는 사면에 대해서는 적절한 대책을 강구함과 동시에 지속적인 계측관리를 통하여 사면의 거동을 감지할 필요가 있다. 본 연구는 무선 계측 모니터링 시스템과 광섬유 센서의 계측을 통하여, 계측자료가 사면과 억지 말뚝의 안정성, 경제성을 평가할 수 있는 자료로 활용될 수 있도록 하기 위한 것으로, 경부고속도로 구미 ~동대구간 8차로 확장공사 제4공구 연화재사면, 신동재사면 내 억지 말뚝에 광섬유센서를 적용하여 보았다.
또한 여기서 획득한 계측치를 비교 분석함으로써 억지 말뚝의 거동해석 및 광섬유 센서와 같은 스마트 계측기술을 실제 토목 구조물에 활용할 수 있는 방안을 실제 현장시험을 통해 검증함을 목적으로 하고 있다.
제안 방법
지반의 수평변위 및 위치와 방향에 대한 자료 수집을 통해 사면의 거동을 파악하기 위하여 경사계를 설치하였다. 대상사면에 설치된 진동현식 경사계는 센서 자체가 가진 고정밀성과 정확도 외에 수 .
본 연구계측에서는 광섬유 센서를 각각의 억지 말뚝에 부착 시 각기 다른 여러 가지 방법을 사용하였다. 억지 말뚝에 광섬유를 부착하기 위하여 사용된 epoxy로는 모두 3종류가 있으며, 센서의 부착 방법 역시 센싱 부분 부착과 센싱 되지 않은 부분 부착 및 복합체를 사용하여 부착하는 방법, 그리고 부재에 홈을 새기는 방법 등 다양하게 부착하였다.
신동재사면의 경우에도 제 1소단에 C, D의 억지말뚝 C, D에는 V/W(진동식 변형률계)만을 각각 4개씩 부착하여 삽입을 하였으며, 2소단 억지말뚝 A, B에는 V/W 가 부착된 플랜지의 반대방향에 광섬유센서를 각각 6개의 파장대로 나누어 설치하였고, B억지말뚝에 또 다른 광섬유 센서 6개를 도로방향의 플랜지에 한 세트 더 설치를 하였다(그림 13~ 14).
도포하였다. B억지말뚝에 도로방향 플랜지 표면에 2mm의 홈을 파고 Epoxy3 으로 센싱 주위에 부착한 다음 실리콘으로 도포하였다.
본 연구에서는 대상사면에 접근이 어려운 점과 경제성 등 여러 가지 여건을 고려하여 자동 경사계 시스템을 사용하였다. 센서가 고가이고 경제성 등의 제약으로 인하여 설치수량이 적게 설치되었고, 센서 사이의 간격이 커서 센서지점의 변위는 정확히 측정되나 각 센서간 간격은 측정하는데 애로사항이 많았다.
경부고속도로 현장 사면의 억지말뚝에 설치된 광섬유 계측기, V/W 및 경사계를 통해 얻은 계측자료를 이용해 사면과 억지말뚝의 안정성을 평가하고 동일 심도에 설치된 억지말뚝 설계의 타당성을 검토하였다. 또한 광섬유 센서와 V/W의 계측자료와 많은 시험을 통해서 광섬유 센서의 특성을 많이 확인할 수 있었다.
대상 데이터
억지말뚝에 걸리는 응력의 증감량을 광섬유 센서와 비교하기 위하여, 본 연구에 사용된 V/W는 진동현식 (Model GK-4000) 타입으로 측정범위는 ±1500 匹까지 측정 가능하고 측정 정밀도는 0.1 监이며, 사용온도 범위는 -20 ~80 °C 로서 stainless 재질로 되어 있다.
본 연구 대상사면은 이웃한 연화재 및 신동재 사면으로, 경부고속도로 서울기점 부산방면으로 약 280km 지점에 위치한 대절토 사면이다.
성능/효과
본 연구의 계측에 사용된, 광섬유 브래그 격자 센서 (Fiber Bragg Grating sensor, FBG sensor) 시스템은 변형율과 온도 등의 변화를 반사 파장의 변이 측정을 통해 간단히 측정할 수 있고, 통신상에 이용되던 파장분할 다중화(Wavelength-Division Multiplexing, WDM) 기법을 사용함으로써 동시에 다점 측정 기술을 쉽게 구현할 수 있다. 또한, 변형의 절대량 측정이 가능하고, 출력신호가 빛의 파장에만 관계하므로 광강도의 변화에 무관하여 시스템 구성이 용이하며, 출력신호가 변형에 대하여 선형적이며 센서가 광섬유 자체의 강도를 거의 유지하므로 강도 특성이 우수하다는 장점이 있다.
또한, 변형의 절대량 측정이 가능하고, 출력신호가 빛의 파장에만 관계하므로 광강도의 변화에 무관하여 시스템 구성이 용이하며, 출력신호가 변형에 대하여 선형적이며 센서가 광섬유 자체의 강도를 거의 유지하므로 강도 특성이 우수하다는 장점이 있다.
수동 측정에 비해서 정확도 측면에서 조금 떨어지며, 하루에 10만대 이상 차량 통행이 많은 경부고속도로 사면인 점을 고려하면 수동 경사계 시스템을 구축하는 것이 더 좋은 신뢰성있는 데이터를 얻을 수 있지 않았나 사료되고, 차량 통행에 따른 진동에 의해서 측정오차가 어느 정도 생기는 경향을 보였다.
(1) 장기적인 계측에 의한 연구 대상 사면 내 억지 말뚝의 거동 및 보강 효과를 분석한 결과, 억지말뚝에 작용하는 응력의 분포는 절개사면 공사초기 즉 계측기가 설치된 시점부터 단 기간 증가하는 경향을 보인 후 계속 일정한 값을 유지하고 있다. 이것으로 사면 내에 복열로 설치된 말뚝들이 토압을 잘 받아주고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
계속 일정한 값을 유지하고 있다. 이것으로 사면 내에 복열로 설치된 말뚝들이 토압을 잘 받아주고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
(2) 억지말뚝에 설치된 광섬유 계측기, V/W 및 경사계를 이용하여 사면의 활동면을 추정 할 수 있었다. (3) 장기간에 걸친 연구 대상 사면 내 억지말뚝의 거동을 해석한 결과, 광섬유 계측기에 의한 계측 결과와 V/W 및 경사계의 계측결과가 거의 일치하였으며, 광섬유 계측시스템은 현장 적용성이 뛰어나며, 정밀한 계측결과를 필요로 하는 토목구조물에 매우 유용한 것으로 사료된다.
있었다. (3) 장기간에 걸친 연구 대상 사면 내 억지말뚝의 거동을 해석한 결과, 광섬유 계측기에 의한 계측 결과와 V/W 및 경사계의 계측결과가 거의 일치하였으며, 광섬유 계측시스템은 현장 적용성이 뛰어나며, 정밀한 계측결과를 필요로 하는 토목구조물에 매우 유용한 것으로 사료된다.
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