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제안 방법
- 레일의 좌측과 우측에 열차하중을 가할 수 있도록 레일의 중간부에 지그를 설치하였고, 하중을 제어 할 수 있는 수직하중 시험기 2대를 왼쪽과 오른쪽 레일 위에 위치시켰다. 143kN의 하중을 부과하는 동안 레일의 변형을 실시간으로 모니터링 하였다. 3cm 간격으로 측정되었고, 이 때 공간해상도는 3.
- 부착된 광섬유는 개발된 브릴루앙 상관 영역 측정법을 이용한 분포형 광섬유 센서 측정 시스템에 연결하였다. 4개의 수직하중 시험기를 이용하여 하중 사이클을 재하하면서 교량에 변형을 가하였고, 이때의 위치에 따른 길이방향 변형율 분포를 모니터링하여 변형 형상을 유추하였다. 측정 간격은 20cm, 측정 길이는 39m 이었다.
- KS 60 레일의 저부 끝단에서 47.5mm 떨어진 외측 표면에 레일의 길이방향으로 2.8m 길이에, 직경 250μm의 광섬유를 표면에 부착하였고, 부착된 광섬유는 분포형 광섬유 센서 시스템에 연결하였다.
- 8m 길이에, 직경 250μm의 광섬유를 표면에 부착하였고, 부착된 광섬유는 분포형 광섬유 센서 시스템에 연결하였다. 레일의 좌측과 우측에 열차하중을 가할 수 있도록 레일의 중간부에 지그를 설치하였고, 하중을 제어 할 수 있는 수직하중 시험기 2대를 왼쪽과 오른쪽 레일 위에 위치시켰다. 143kN의 하중을 부과하는 동안 레일의 변형을 실시간으로 모니터링 하였다.
- 측정용 광섬유의 임의의 위치에 가해지는 변형의 위치와 크기를 취득하기 위하여 광섬유 브릴루앙 상관영역 측정(BOCDA) 방식을 이용한 광섬유 센서 시스템을 개발하였다[3]. 본 시스템은 광섬유 내에서 발생하는 브릴루앙 산란을 위치 선택적으로 발생시켜 측정하는 방식을 사용하여, 측정 물리량의 변화값과 정확한 위치를 빠른 측정 속도를 가지고 식별해 낼 수 있다. 본 시스템에서는 광통신용으로 사용되는 단일모드 광섬유를 센서화를 위한 별도의 조치 없이 그대로 사용하므로, 적은 비용으로 수 km를 초과하는 장거리 구간에 대해서도 감시를 수행할 수 있다.
- 지반을 보강하기 위하여 30cm 간격으로 토사를 채우면서 토목섬유를 삽입하여 보강하고 높이 3m의 노반을 견고하게 구축한 후, 전면부의 토목섬유에 900μm 코팅된 단일모드 광섬유를 높이 방향으로 부착하고, 콘크리트를 타설하여 옹벽을 제작하였다.
- 측정용 광섬유의 임의의 위치에 가해지는 변형의 위치와 크기를 취득하기 위하여 광섬유 브릴루앙 상관영역 측정(BOCDA) 방식을 이용한 광섬유 센서 시스템을 개발하였다[3]. 본 시스템은 광섬유 내에서 발생하는 브릴루앙 산란을 위치 선택적으로 발생시켜 측정하는 방식을 사용하여, 측정 물리량의 변화값과 정확한 위치를 빠른 측정 속도를 가지고 식별해 낼 수 있다.
- 옹벽에 삽입된 광섬유는 개발된 분포형 광섬유 센서 시스템에 연결하였다. 콘크리트 경화 후 옹벽에 삽입된 광섬유의 생존 검사가 수행되었고, 이 광섬유를 이용하여 옹벽의 초기 변형율 분포를 측정하였다. 삽입된 광섬유는 옹벽의 붕괴시까지 변형을 모니터링 하는데 사용될 수 있다.
대상 데이터
- 최근 수직하중 재하시 강합성교의 변형율 분포를 분포형 광섬유 센서 시스템을 이용하여 실시간으로 측정하는 연구가 수행된 바가 있다[4]. 길이 40m, 폭 1m, 높이 2.245m의 I형 거더 위에 폭 2.5m, 두께 0.3m 의 콘크리트 상판을 제작하여 39m 거리의 두 받침대에 위에 설치하였고, 교량 상판 위에 4개의 수직하중 시험기를 위치시켰다. I형 거더의 하부 플렌지 외측 끝단에서 25mm 떨어진 외측 표면에 에폭시를 이용하여 광섬유를 부착하였다.
- 4개의 수직하중 시험기를 이용하여 하중 사이클을 재하하면서 교량에 변형을 가하였고, 이때의 위치에 따른 길이방향 변형율 분포를 모니터링하여 변형 형상을 유추하였다. 측정 간격은 20cm, 측정 길이는 39m 이었다.
이론/모형
- I형 거더의 하부 플렌지 외측 끝단에서 25mm 떨어진 외측 표면에 에폭시를 이용하여 광섬유를 부착하였다. 부착된 광섬유는 개발된 브릴루앙 상관 영역 측정법을 이용한 분포형 광섬유 센서 측정 시스템에 연결하였다. 4개의 수직하중 시험기를 이용하여 하중 사이클을 재하하면서 교량에 변형을 가하였고, 이때의 위치에 따른 길이방향 변형율 분포를 모니터링하여 변형 형상을 유추하였다.
- 개발된 시스템의 구성도와 시작품 사진을 그림 1에 나타내었다. 시스템을 구성하고 있는 부품들의 제어 및 신호 분석을 위한 프로그램은 National Instrument사의 LabView를 이용하여 작성되었다. 신호처리 소프트웨어는 광섬유 센서 시스템에 광원을 공급하게 하고, 되돌아온 광파로부터 브릴루앙 이득 스펙트럼을 분리한 후 이를 변형률로 환산하게 한다.
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