선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 Multi-strand 방식의 케이블을 갖는 사장교에 적합한 FBG 센서 및 센서 고정용 지그를 개발하고 이를 현재 건설중인 제2돌산대교의 사장교 케이블에 적용하여 단기 및 장기 장력을 실시간으로 모니터링하였으며, 그 결과를 분석하였다.
- 제2돌산대교 현장 실험은 CM13번 케이블의 긴장 작업 시 케이블의 긴장력을 측정하는 것 외에도 CM13번 케이블 가설이 완료된 이후 장기적으로 케이블의 긴장력을 모니터링하는 것을 목적으로 하고 있다. 제2돌산대교 현장 실험과 관련된 주요 현장 공정은 표 4와 같고, FBG 센서는 돌기가 있는 것과 없는 것을 각각 사용하여 CM13번 케이블의 마스터 케이블에 그림 5와 같이 상하부로 설치하였다.
- 및 양생 작업이 진행되었다. 본 연구에서는 CM 13번 마스터 스트랜드에 설치되어 있는 FBG센서와 로드셀을 가설 이후에 1시간 주기로 지속적인 모니터링을 실시하였으며 로드셀의 결과와 FBG 센서의 결과를 비교하여 개발된 시스템의 정밀도 및 활용성을 검토하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 Multi-strand의 장력 측정을 위해 광섬유 센서를 Multi-strand 케이블의 보강형측에 부착하고 전용 데이터 로거를 사용하여 데이터를 수집하였으며, 광섬유 센서의 정확도를 비교하기 위해 전기저항식 로드셀을 주탑 측 앵커리지에 설치하였다.
- 본 과업에서 사용된 계측센서의 형식은 크게 광섬유센서와 전기저항식 로드셀로 구분할 수 있으며, 광섬유 센서의 경우에는 Strain meter 타입으로 선정하였으며, 선정된 Strain meter 타입의 광섬유센서는 기존 진동현식 타입의 강선변형률 계와 유사한 형식으로 강선에 체결할 수 있는 지그를 이용한 방식으로 특수 제작한 형식이다.
- 케이블 정착구에 설치되는 로드셀의 경우에는 전기저항식 타입의 로드셀을 사용하였으며, 실제 교량의 케이블 정착 구에 설치할 수 있도록 제원과 용량을 특수 주문 제작하여 사용하였다. 이상에서 본 과업에 사용된 계측센서의 사양은 표 2와 같다.
- 본 연구에서 개발한 케이블 장력 측정용 FBG센서는 다음 그림 1과 같이 계측신호를 전달하는 광케이블, 광케이블과 센서 연결부를 보호하는 부츠, 광섬유센서가 고정되는 고정하우징, 광섬유센서를 보호하는 보호튜브, 센서와 지그를 연결하는 지그 체결용 볼트 및 광섬유센서의 파장을 설정할 수 있는 파장 셋팅 나사로 구성된다.
- 본 연구에서는 실내 지그 검증 테스트를 통해 검증된 표 3과 같은 돌기가 있는 지그와 없는 지그를 각각 사용하여 제2 돌산대교의 케이블 장력을 모니터링하는 현장실험을 수행하였다. 제2돌산대교 현장 실험은 PY2에서 주경간 방향으로 가설되는 CM13번 좌측 케이블을 대상으로 수행되었으며, 좌측 CM13번 케이블의 마스터 케이블에는 전기저항식 로드셀을 설치하여 FBG 센서에서 측정된 장력 값과 비교하였다.
- 제2돌산대교 현장 실험은 PY2에서 주경간 방향으로 가설되는 CM13번 좌측 케이블을 대상으로 수행되었으며, 좌측 CM13번 케이블의 마스터 케이블에는 전기저항식 로드셀을 설치하여 FBG 센서에서 측정된 장력 값과 비교하였다. 현장실험은 2010년 9월 29일~2010년 9월 30 일에 걸쳐서 수행되었으며, FBG 센서 설치 전경은 그림 4 와 같다.
- 제2돌산대교 현장 실험과 관련된 주요 현장 공정은 표 4와 같고, FBG 센서는 돌기가 있는 것과 없는 것을 각각 사용하여 CM13번 케이블의 마스터 케이블에 그림 5와 같이 상하부로 설치하였다. 주탑 방향으로 설치된 것을 상부에 설치된 센서로 설정하였으며, 상부에 돌기가 있는 지그를 사용하였으며, 하부에는 돌기가 없는 지그를 사용하여 각각 설치하였다.
- 과.업에서 FBG센서 및 케이블의 온도변형량 자체의 영향을 각각 평가하기 위하여 온도영향을 단계별로 소거하여 분석하였으며, 주요 공정별로 측정된 결과는 그림 6과 같다.
- 본 연구에서는 Multi-strand 방식의 케이블 사장교에 적합한 FBG 센서 및 센서 고정용 지그를 개발하고 콘크리트 사장교인 제2돌산대교의 케이블에 적용하여 단기 및 장기장력을 실시간으로 모니터링하였으며, 그 결과를 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 광섬유센서 의 데 이 터를 취득하는 광데 이 터 로거는 Micron optics社의 SM125 모델을 사용하였으며, 로드셀의 데이터를 취득하는 데이터로거는 Campbell Scientific社의 CR1000 을 사용하였다. 본 연구에서 사용된 계측기기 사양은 표 1 과 같다.
- 현장적용 실험에 앞서 공인시험기관(계명대학교 첨단건설재료실험센터)에서 2010년 9월 08일에 실내실험을 통해 최적의 지그형태를 도출하였고, 로드셀과 FBG 센서와의 장력측정 결과 비교 검증 시험을 수행후 저〕2돌산대교 현장에 적용하였다. 실내실험에서 사용된 지그는 표 3과 같다.
- 제2돌산대교 현장 실험은 PY2에서 주경간 방향으로 가설되는 CM13번 좌측 케이블을 대상으로 수행되었으며, 좌측 CM13번 케이블의 마스터 케이블에는 전기저항식 로드셀을 설치하여 FBG 센서에서 측정된 장력 값과 비교하였다. 현장실험은 2010년 9월 29일~2010년 9월 30 일에 걸쳐서 수행되었으며, FBG 센서 설치 전경은 그림 4 와 같다.
- 한편, 저|2돌산대교의 CM13번 케이블의 마스터 케이블의 재료물성치는 케이블 공급회사인 고려제강(주)에서 제출한 Mill sheet상의 탄성계수 및 단면적을 사용하였으며 탄성계수는 193, 2(X)MPa이며, 단면적은 153.1福이다. 돌기가 없는지 그는 고유파장인 1, 560대역, 돌기가 있는 지그는 1, 570대역으로 설정하였으며, 각각 변형률 환산계수는 800과 793 이다.
성능/효과
- 그림 6에서와 같이 콘크리트 1차 타설 완료 후 로드 셀의 계측데이터를 분석한 결과, 일변화 경향은 약 3~5kN의 장력값 변화가 나타나 1차 타설 전보다 다소 일변화 폭이 증가한 것으로 나타났다. 1차 케이블 장력조정 시점에서 로드 셀로 측정한 장력값의 증가량은 약 33kN으로 나타났으며, 이 값은 장력 증가 이론값인 3L19kN의 103%에 해당하는 값으로 로드셀은 장력 증가량을 비교적 정확히 계측하고 있는 것을 알 수 있다.
- 것으로 나타났다. 1차 케이블 장력조정 시점에서 로드 셀로 측정한 장력값의 증가량은 약 33kN으로 나타났으며, 이 값은 장력 증가 이론값인 3L19kN의 103%에 해당하는 값으로 로드셀은 장력 증가량을 비교적 정확히 계측하고 있는 것을 알 수 있다. 콘크리트 1차 타설 완료 후 FBG 센서의 데이터를 분석한 결과, 일변화 경향은 약 3~6kN의 장력값 변화로 나타났으며, 1차 케이블 장력조정 시점이 10 월 11일 8시경이며 이후 안정화 시점을 10월 11일 18시경이라고 가정했을때, 돌기가 있는 지그를 사용한 경우 39.
- 1차 케이블 장력조정 시점에서 로드 셀로 측정한 장력값의 증가량은 약 33kN으로 나타났으며, 이 값은 장력 증가 이론값인 3L19kN의 103%에 해당하는 값으로 로드셀은 장력 증가량을 비교적 정확히 계측하고 있는 것을 알 수 있다. 콘크리트 1차 타설 완료 후 FBG 센서의 데이터를 분석한 결과, 일변화 경향은 약 3~6kN의 장력값 변화로 나타났으며, 1차 케이블 장력조정 시점이 10 월 11일 8시경이며 이후 안정화 시점을 10월 11일 18시경이라고 가정했을때, 돌기가 있는 지그를 사용한 경우 39.61kN, 돌기가 없는 지그를 사용한 경우 55.02kN의 장력증가가 발생하였다. 이 결과를 로드셀 데이터와 비교하면, 돌기가 있는 지그가 돌기가 없는 지그에 비해 보다 정확하게 장력증가분을 나타내는 것으로 나타났다.
- 02kN의 장력증가가 발생하였다. 이 결과를 로드셀 데이터와 비교하면, 돌기가 있는 지그가 돌기가 없는 지그에 비해 보다 정확하게 장력증가분을 나타내는 것으로 나타났다.
- 2) 장기 데이터 분석을 위하여 센서자체의 온도변형과 케이블의 온도변형을 소거한 온도보정을 통해 로드셀과 유사한 결과를 산출할 수 있음을 확인하였다.
- 3) 현장 공정에 근거하여 약 한달간의 데이터를 분석한 결과 돌기가 있는 지그가 더 정확하게 긴장력 변화를 계측 가능함을 확인하였다.
- 제2돌산대교의 경우 케이블 장력 조정은 각 케이블별로 적게는 3회에서 많게는 5회까지 수행되었으며 장력 조정시마다 많은 Lift-off test를 수행하였고 많은 인력 손실이 발생하였다. 본 연구에서 개발된 시스템을 적용하여 시뮬레이션 할 경우 장력 측정을 위해 필요 한약 60일의 공기단축이 가능하며 비용으로 계산할 경우 약 2억여원의 비용절감이 가능한 것으로 나타났다.
- 1) 케이블 설치시 장력을 모니터링 한 결과 돌기 있는 지그 및 돌기 없는 지그로 설치된 FBG 센서는 로드셀 결과와 비교시 4%~7% 범위의 오차를 보였으며, 정확한 결과를 나타내었다. 또한 돌기있는 지그가 돌기없는 지그에 비해 좀 더 큰 장력 결과를 나타내었으며, 돌기있는 지그에 있어 장력이 계속 증가할 경우 소선과 HDPE 코팅 계면에 발생하는 slip 현상을 완화시킬 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
- 본 연구에서 개발한 케이블 장력 측정용 FBG센서를 사용하여 케이블 장력을 측정하기 위해서는 FBG센서와 함께 설치용 지그, 보조 지그 및 지그 고정판 등의 추가적인 기구가 요구된다. 그림 2와 같이 개발된 센서 시스템은 FBG 센서, 지그 및 지그 고정판으로 구성되며, 지그는 강선과 센서의 체결을 위해 사용되는 기구이며, 보조 지그는 추가적으로 센서 지그 바깥부분에 보조 지그를 설치함으로써 FBG센서에서 발생할 수 있는 슬립을 보조 지그 범위 내로 한정하는 기능과 함께 인접 케이블이 설치된 FBG센서에 직접적으로 닿지 않게 하는 기능을 하게 된다.
- 표 5와 표 6을 비교해보면 표 5의 결과가 표 6의 결과에 비해 장력이 약간 크게 측정 되는 것으로 나타났다. 그 이유는 돌기 있는 지그가 장력이 커짐에 따라 소선과 HDPE 튜브 계면에 발생하는 slip의 영향을 감소시키며 장력이 커짐에 따라 돌기 있는 지그가 좀 더 좋은 성능을 발휘할 것으로 판단된다.
- 또한 돌기있는 지그가 돌기없는 지그에 비해 좀 더 큰 장력 결과를 나타내었으며, 돌기있는 지그에 있어 장력이 계속 증가할 경우 소선과 HDPE 코팅 계면에 발생하는 slip 현상을 완화시킬 수 있을 것으로 판단된다.
- 본 연구의 FBG 센서 및 센서 지그를 활용한 모니터링기법은 시공중 및 공용중 케이블 장력 측정에 매우 유용한 방법으로 실용화 될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 시 공중케이블 장력 측정이 많은 경우 공사기간을 크게 단축할 수 있을 것으로 판단된다.
- 추후 Multi-strand 케이블의 모든 케이블 장력측정을 위한 실시간 모니터링 시스템 구축 및 무선랜 환경을 동시에 구축하여 스마트 폰 및 PDA에서 장력을 실시간으로 확인할 수 있도록 할 계획이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.