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문제 정의
- 최근 고속철도교와 연육교 등의 다수의 교량 건설 사업이 꾸준히 증가되고 있으며 이러한 대형 교량의 경우 추기 건설비용에 엄청난 규모의 사회적비용을 요구할 뿐만 아니라, 초기건설비용의 수배에 달하는 유지관리비용을 요구하기 때문에 효율적인 철도교의 유지관리를 통한 사회 비용의 절감을 위하여, 철도교의 상시모니터링 시스템에 대한 연구 및 기술개발의 필요성은 날로 부각되고 있다. 이와 같은 배경에서 본 연구에서는 최종적으로 국가 주요 사회기반시설인 철도교량에 대하여 붕괴사고를 미연에 방지하고, 정밀안전진단이 필요한 최적의 시점을 제공함으로써 국가차원의 효율적인 교량 유지관리가 가능하도록 첨단센서를 이용한 철도교량의 최적 실시간 감시시스템을 개발, 철도교량 안전 확보를 위한 데이터 추출대상 확보, 철도교량용 첨단센서 기술개발, 철도교량 최적 실시간 감시시스템 개발 등을 수행하고 이를 통해 철도교량의 안전관리 네트워크를 구축하고자 한다. 또한 이를 위하여 최근 들어 전 세계적으로 내구성과 장기적인 안전성 그리고 작업성 등을 고려하여 개발되고 있는 광섬유 센서 및 압전센서 등의 스마트 센서와 계측된 데이터를 분석, 구조물의 상태를 판정하는 신호처리기법 등을 활용하여 철도 교량시설물의 모니터링 시스템을 구축하고자 한다.
- 본 연구는 위의 국가 주요시설물 안전관리 네트워크 시스템 구축을 위한 단위 시설물 중 하나인 철도교량에 대한 실시간 모니터링 시스템 구축을 그 목표로 하고 있다. 관련 국책연구소인 철도기술연구원와 연계하여 철도교량의 구조적 특성 및 환경적 변화를 고려하여 가장 필요한 감시 항목을 도출하고 그 항목들을 가장 효율적으로 계측 및 분석할 수 있는 센서 및 운영시스템을 도입하여 상시적으로 구조물의 상태 및 건전성 평가를 수행하는 것이 본 연구의 목표라 할 수 있다.
- 본 연구는 위의 국가 주요시설물 안전관리 네트워크 시스템 구축을 위한 단위 시설물 중 하나인 철도교량에 대한 실시간 모니터링 시스템 구축을 그 목표로 하고 있다. 관련 국책연구소인 철도기술연구원와 연계하여 철도교량의 구조적 특성 및 환경적 변화를 고려하여 가장 필요한 감시 항목을 도출하고 그 항목들을 가장 효율적으로 계측 및 분석할 수 있는 센서 및 운영시스템을 도입하여 상시적으로 구조물의 상태 및 건전성 평가를 수행하는 것이 본 연구의 목표라 할 수 있다.(그림 2 참조)
- 본 연구에서는 위의 3개소 철도교량 중 우선적으로 한강철교에 대해 실시간 모니터링 시스템을 구축하였다. 한강철교의 경우 지하철을 제외한 모든 열차가 서울역으로 진입하기 위해 통과하는, 국내 철도교량 중 가장 대표적인 교량이다.
- 총 46개의 센서를 설치하였으며, 크게 무선 가속도 센서, 광섬유 변형률 센서, 광섬유 온도 센서, 무선 임피던스 노드의 네 가지 종류의 센서를 설치하였다. 우선 가속도계의 경우 구조물의 동적 거동 및 이를 통한 구조물의 진동 특성 분석을 수행하고자 하였다. 이를 위해 전체 모니터링 구간에 걸쳐 총 16개의 가속도 센서를 등분포하게 설치하였다.
- 마지막으로 무선 임피던스 노드 센서는 구조물의 국부적 손상이 발생할 수 있는 볼트접합부에 총 10개의 센서를 설치하였다. 가속도 센서와 임피던스 노드의 경우 기존 센서들과 같은 전력 및 신호전달 용 케이블의 사용 없이 무선 기반으로 계측하고자 하였다. 특히 임피던스 노드의 경우 기존의 교량 모니터링을 위해 사용되던 센서와는 다르게 새로운 종류의 센서인 압전 센서를 사용하여 구조물의 건전성을 평가하고자 하였으며 이와 관련된 구조물 건전성 평가 기법 및 무선 센싱 기법에 대한 자세한 내용은 참고문헌을 통해 확인할 수 있다.
- kr)를 확인할 수 있다. 이를 통해 언제 어디서든 상용 인터넷망이 구축되어 있는 곳에서는 실시간으로 로컬 서버의 상황 및 웹을 통해 표출되는 구조물의 상황을 확인할 수 있으며, 나머지 2개소의 대상교량과도 연동하여 통합적인 철도교의 모니터링 시스템을 구축하고자 한다.
- 본 연구에서는 국토해양부에서 시행 중인 국가핵심과제인 국가 주요 시설물 안전관리 네트워크 구축 사업의 일환으로서 진행 중인 철도교량의 실시간 모니터링 시스템의 개요 및 현재 진행 상황에 대해 간략히 정리하였다. 본 연구를 통해 최종적으로 철도교량에 대한 붕괴사고를 미연에 방지하고, 정밀안전진단이 필요한 최적의 시점을 제공함으로써 국가차원의 효율적인 교량 유지관리가 가능할 것으로 기대된다.
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