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자유 진동 실험을 통한 VRS-RTK 기법을 이용한 골조 구조물의 모니터링 적용성 검토
Verification on the Application of Monitoring for Frame Structures Using the VRS-RTK Method through the Free Vibration Test 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.18 no.1, 2014년, pp.174 - 182  

최세운 (연세대학교 건축구조헬스케어연구단) ,  박효선 (연세대학교 건축공학과) ,  김법렬 ,  이홍민 (삼성엔지니어링) ,  김유석 (연세대학교 건축구조헬스케어연구단)

초록
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건물의 풍진동을 모니터링 하기 위해, 두 개 (이동국기준국)의 global positioning system (GPS)에 기반한 종래의 real-time kinematic (RTK) 기법이 널리 적용되고 있다. 그러나 이는 기준국을 위한 공간을 확보하거나 유지 관리하는데 어려움을 겪을 수 있다. 한편, 최근에 하나의 이동국 만을 이용하여 구조물의 움직임을 계측할 수 있는 새로운 virtual reference station (VRS)-RTK 기법이 개발되었으며, 측량 분야에서 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 골조 구조물의 횡방향 구조 응답을 모니터링하기 위한 VRS-RTK 기법의 적용성을 평가하기 위해 단층 골조 모형 (1차 고유진동수 : 1 Hz)과 3층 골조 모형 (1차 고유진동수 : 0.85 Hz)의 자유진동 실험을 수행하였다. GPS에 의해 계측된 변위 및 가속도 응답의 신뢰성을 평가하기 위해, 레이져 변위계와 가속도계가 설치되었으며, 이들로부터 얻은 계측값을 GPS의 계측값과 비교하였다. 또한, 건물의 지속적인 모니터링을 위한 적절한 계측 샘플링 수를 파악하기 위해, 변위 응답에서의 오차가 각기 다른 GPS 샘플링 수 (5, 10, 20 Hz)에서 평가되었다. 실험 결과, GPS으로부터 얻은 변위 및 가속도 응답은 레이져 변위계와 가속계로부터 얻은 응답과 좋은 유사 관계를 가지는 것을 확인하였다. 그리고, GPS 샘플링 수가 증가할수록 변위 오차는 감소하였으며, 3층 실험체에 대해서는 20 Hz의 GPS 샘플링 수로 구조물의 전 모드 성분 (1, 2, 3차 모드)을 검출할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To monitor the wind-induced responses of buildings, conventional real-time kinematic (RTK) methods based on two global positioning system (GPS) receivers (e.g., a reference and a rover) are widely applied. However, these methods can encounter problems such as difficulty in securing and maintaining a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 한편, 계측 샘플링 수를 작게 하면 구조물의 동적 특성을 부정확하게 평가할 수 있다. 따라서 건물의 지속적인 모니터링을 위해서는 적절한 계측주기 설정이 요구되며, 이를 위해 본 연구에서는 GPS 계측 샘플링 (5, 10, 20 Hz)에 따른 계측 정밀도에 대한 평가를 수행하였다.
  • 본 연구에서는 VRS-RTK 기법을 이용한 골조 구조물의 횡방향 구조응답 모니터링에 대한 적용 가능성을 평가하기 위해 1층 및 3층 프레임 모형의 자유진동 실험을 수행하였다. 이들 자유 진동 실험을 통해서, GPS 계측 변위 및 가속도 응답을 기존의 계측기기인 레이져 변위계와 가속도계로부터 계측된 결과와 비교함으로써 본 계측 시스템의 계측신뢰성을 검토하였다.
  • 본 연구에서는 기존에 제시된 VRS-RTK 기법의 골조 구조물에 대한 횡방향 구조응답 모니터링을 위한 적용 가능성 평가를 위해서, 1층 골조 모형 (1 Hz)과 3층 골조 모형 (0.85 Hz)의 자유진동 실험을 수행하였다. 실험을 통해 얻은 GPS 변위 및 가속도값을 기존의 계측기기인 레이져 변위계와 가속도계를 통해 얻은 계측값과 비교하여 이들 계측 데이터의 신뢰성에 대한 평가를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
구조물의 절대 변위 측정은 왜 중요한가? 그러나, 이와 같은 변위 데이터는 상대 위치의 정보를 제공할 수 있지만, 구조물의 절대 위치에 대한 예측은 할 수 없다는 단점이 있다. 구조물의 절대 변위는 부등침하, 기울어짐 등을 평가하기 위한 기본 정보를 제공하기 때문에 절대 위치의 계측은 중요하다고 할 수 있다 (Kijewski-Correa, 2005). 또한, 고층건물의 풍진동 응답은 정적 성분 (static component)과 동적 성분 (dynamic fluctuating component)으로 이루어지는데, 가속도계로 정적 성분을 계측하는 것은 어려움이 있다(Tamura et al.
GPS를 통한 계측의 장점은? 이는 정적 및 동적 변위를 직접 계측할 수 있으며, 이를 통해 구조물의 상대 및 절대 위치와 가속도를 구할 수 있다. GPS는 지구상 어디에서나 24시간 이용할 수 있으며, 실시간으로 자동 계측이 가능하기 때문에 장기간 동안 지속적인 모니터링이 필요한 고층건물 및 사회기반시설물에 활발히 적용되고 있다 (Park et al., 2008; Tamura et al.
가속도계를 통한 구조물 사용성 모니터링의 문제점은? 가속도계는 각종 하중에 대한 구조물의 가속도응답을 직접 계측할 뿐 아니라 가속도의 이중적분을 통해 구조물의 변위를 평가할 수 있다. 그러나, 이와 같은 변위 데이터는 상대 위치의 정보를 제공할 수 있지만, 구조물의 절대 위치에 대한 예측은 할 수 없다는 단점이 있다. 구조물의 절대 변위는 부등침하, 기울어짐 등을 평가하기 위한 기본 정보를 제공하기 때문에 절대 위치의 계측은 중요하다고 할 수 있다 (Kijewski-Correa, 2005).
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참고문헌 (24)

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  22. Tamura, Y., Matsui, M., Pagnini, L. C., Ishibashi, R., and Yoshida, A. (2002), Measurement of wind-induced response of buildings using RTK-GPS, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 90(12-15), 1783-1793. 

  23. Yi, T. H., Li, H. N., and Gu, M. (2013), Recent research and application of GPS-based monitoring technology for high-rise structures, Structural Control and Health Monitoring, 20(5), 649-670. 

  24. Celebi, M., and Sanli, A. (2002), GPS in pioneering dynamic monitoring of long-period structures, Earthquake Spectra, 18(1), 47-61. 

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