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[국내논문] 진동 측정법을 이용한 PC교량 외부텐던의 장력 추정
Tension Estimation of External Tendons in PC Bridges Using Vibration Measurement Method 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.18 no.3, 2014년, pp.84 - 92  

박성우 (한국시설안전공단) ,  정하태 (한국시설안전공단) ,  정수형 (한국시설안전공단)

초록
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본 연구에서는 PC교량의 외부텐던의 장력을 평가하기 위하여 신속하고 경제적으로 적용할 수 있는 텐던의 진동을 이용한 고유진동수 측정 방법의 적용성을 검토하였다. 길이별로 다양한 여러 종류의 외부텐던 덕트 표면에 가속도 센서를 부착하고 고유진동수를 측정하였다. 센서의 방향과 위치변경 등 여러 종류의 다양한 진동시험을 실시한 결과 고유진동수의 차이는 1% 이내로서 충분한 정확성을 확보하고 있음을 보였다. 측정된 고유진동수로부터 장력을 추정하기 위해서는 현의공식, 다중모드법, 저차 모드의 실용적 공식을 활용한 방법 (Zui et al., 1996), 양단고정 경계조건에 의한 휨강성을 고려한 현의공식 (Sag$\ddot{u}\grave{e}$s et al., 2006) 등의 장력 추정법을 적용하였고 그 결과값을 비교하였다. 휨강성을 반영하지 못한 현의 공식이나, 다중모드법은 길이가 짧은 텐던에 대해 장력을 과대평가하는 결과가 도출되어 텐던의 장력평가에 적절하지 않음을 알 수 있었다. 텐던의 장력 추정에 적절한 방법은 양단고정 경계조건과 휨강성을 고려한 단단한 현의 공식에 의한 방법임을 알 수 있었으며, 이 방법을 실제 공용중인 PC 교량의 외부텐던에 적용한 결과 방향전환블록에 의한 마찰력으로 긴장단과 고정단에 텐던의 장력 차이가 발생한다는 것을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, vibrational tendon tension measurement methods are applied to estimate tension of external tendons used in segmental post-tensioned bridges. The acceleration of various length type of tendons is measured and natural frequencies are obtained using FFT (Fast Fourier Transform). The obta...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 논문에서는 신속하고 경제적이며 안전진단 현장에서의 적용성이 뛰어난 가속도 센서를 이용한 장력추정법의 적용 가능성을 확인하고 기존의 연구에서 적용된 다양한 장력 추정방법을 현장에 적용하고 분석하여 장력 추정방법 중 현장에 적용 가능한 유용한 방법을 비교 평가하고자 한다. 이 때 기존의 PC 텐선 장력 추정 연구 중 일부 (Jang et al.
  • 본 논문에서는 가속도 센서 부착시험에 신뢰성을 확인하기 위하여 실제 공용중인 교량의 외부텐던에 가속도 센서를 부착하고 부착방향, 부착 위치 등 다양한 변수에 따라 진동을 분석하였다.

가설 설정

  • PC 텐던은 내부가 그라우팅되어 있고 외부는 PE관으로 둘러싸여 있다. 가속도 센서는 PE관 외부에 부착되므로 PC강선과 그라우팅 및 PE관이 일체화 거동을 한다고 가정하였다. 시공 중에 충분히 세밀한 그라우팅을 실시하였고 각 재료간의 계면이 분리되지 않았다면 PE관, 그라우팅 및 강선이 일체화 거동을 한다고 볼 수 있으며 이를 확인하기 위하여 다양한 부착조건에 대한 실험을 실시하여 일정한 고유진동수가 얻어지는지 여부에 대한 분석을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PC 텐던의 장력을 파악하는 것은 어떤 도구로 활용될까? PC 텐던의 장력을 파악하는 것은 시간 경과에 따른 PC 텐던의 거동을 파악할 수 있고 장력 손실을 평가하면서 강연선 일부의 파단 등을 파악할 수 있으므로 PC 텐던의 진단에 매우 유용한 도구로 활용될 수 있다. 대표적인 텐던의 장력 평가 방법으로는 가속도센서를 활용하여 텐던의 진동을 측정하고 고유진동수를 분석하여 장력을 추정하는 방법, EM (elasto-magnetic)센서를 활용하여 평가하는 방법 및 유도초음파를 이용하여 평가하는 방법 등이 있다.
텐던의 장력 평가 방법에서 내부 텐던의 경우 특징은? 내부 텐던의 경우 덕트 외부가 콘크리트로 둘러싸여 있어 간접적인 방법으로도 내부텐던의 상태 파악하기 어려운 측면이 있으며 전체구조계의 가속도 응답으로부터 긴장재의 장력을 평가하는 연구 등이 진행 중이나 현장에 적용하기에는 아직까지 많은 연구가 필요한 상태이다 (Lee et al., 2009).
PSC교량의 한계는? 일반적인 PSC교량은 PC 텐던의 안전성이 핵심적인 사항이나 현재까지는 정밀안전진단 시의 현실적인 적용성의 한계로 인하여 긴장재의 장력 및 부식 여부를 직접적으로 파악하지 못하는 경우가 대부분이었다. 그러나, 교량이 노후화 되면서 PC 텐던의 장력이나 부식여부를 파악하는 것이 중요한 문제로 대두되면서 PC 강선의 상태를 파악할 수 있는 진단기술의 도입이 시급한 실정이다.
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참고문헌 (13)

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  3. Cho, S., Shin, S. W., Jung, H. J., Yun, C. B., Wang, M. L. (2013), Comparative Field Study of Cable Tension Measurement for a Cable-Stayed Bridge, Journal of Bridge Engineering, 18(8), 748-757. 

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  5. Jang, H. T., Noh, M. H., Park, K. S., Park, T. (2009), Evaluation on the Lost Prestressing Force of an External Tendon Using the Combination of FEM and HGA: II. Experimental Verification and Field Application, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 13(5), 121-132 (in Korean). 

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  9. Park, H. W., Ahn, B. Y., Lee, S. S., Park, J. H. (2009), A Study on Temperature Properties Analysis for Tension Measurement of Steel Cables Using Magnetic Sensor, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 13(2), 181-188 (in Korean). 

  10. Park, S. B., Hong, S. S., Yoo, S. W. (2007), Development of Evaluation Method of External Tendon Force by Using the Deriving Ultrasonic Pulse, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 11(6), 181-192 (in Korean). 

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  13. Zui, H., Shinke, T., Namita, Y. (1996), Practical Formulas for Estimation of Cable Tension Vibration Method, Journal of Structural Engineering, 18(8), 651-656. 

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