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확률론적 방법에 의한 교량계측시스템의 관리기준치 설정에 관한 연구
Study for Determination of Management Thresholds of Bridge Structural Health Monitoring System based on Probabilistic Method 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.20 no.3, 2016년, pp.103 - 110  

김행배 (금오공과대학교 토목공학과) ,  송재호 (금오공과대학교 토목공학과)

초록
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최근 건설되는 특수교량에는 상시적인 유지관리 체계로서 계측시스템이 활발히 도입되고 있는 상황이다. 일반적으로 계측시스템을 이용한 교량 유지관리 시에는 관리기준치를 설정하여 교량의 상태를 평가하게 되지만, 관리기준치 설정 기준과 방법이 없어 설계허용값에 근거하여 단순하게 설정되고 있는 실정이다. 기존의 방법으로 설정된 관리기준치를 적용할 경우 관리기준치 범위 내에서 발생된 이벤트, 이상거동 및 점진적으로 발생하는 손상 등과 같은 교량의 상태변화를 파악하기에는 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 절대치 관리에 있어 관리기준치 설정의 문제점을 고찰하여 실무에 효과적으로 적용가능한 개선된 관리기준치 설정 및 운영방법을 도출하였다. 개선된 관리기준치 설정을 위해 검벨분포를 사용한 확률론적 접근방법을 도입하여 재현빈도 50년, 100년의 기댓값에 대한 교량의 주의, 경고치를 산정하였다. 본 연구에서의 관리기준치는 설계허용치 범위 내에서 발생하는 이상거동을 감지할 수 있도록 계측데이터와 계측데이터의 구간변화량에 대한 관리기준치를 각각 설정되었으며, 제안된 방법으로 산정된 관리기준치는 실측 데이터에 대입하여 비정상적인 데이터의 발생여부를 적절하게 파악할 수 있다는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, structural health monitoring system(SHMS) has been appled cable bridges as the effective maintenance tool and the management threshold is considered to assess the status of the bridge in SHMS. The threshold is generally determined by the allowable limit based on design specification becaus...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 Table 2와 같이 초기 관리기준치 설정에 있어서 기존의 설정방법을 보완한 수정된 관리기준치 설정방법을 제안하였다. Table 2에서 가속도의 경우에는 차량하중에 대한 진동기준이 없기 때문에 차량운행으로 발생된 기존 계측데이터를 바탕으로 관리기준치를 산정하며, 경고치를 기존 데이터의 2배로 설정하였다.
  • 그러나, 실제 교량의 유지관리 시에는 사용재료 및 구조부재의 저항능력과 관련된 안전성 뿐 아니라 안정성(stability)과 이상거동(abnormal behavior) 등을 복합적으로 고려하여 상태를 평가해야 하며, 기존의 절대치 관리방법에서 설계기준에서 제시된 허용치를 기반으로 설정된 관리기준치는 기준치 범위 내에서 발생된 교량의 이벤트, 이상거동 및 점진적으로 발생하는 손상 등과 같은 상태변화를 능동적으로 파악하기에는 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 절대치 관리에 있어 관리기준치 설정의 문제점을 고찰하여 실무에 효과적으로 적용가능한 개선된 관리기준치 설정 및 운영방법을 도출 하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 확률론적 접근방법을 도입하였으며 계측데이터의 크기와 함께 구간변화율에 대한 관리기준치를 추가로 설정하여 교량의 상태를 평가하고 유지관리 계측시스템을 운영하는 방법을 제안하였다.
  • 일반적으로 교량에 구축되는 계측시스템은 구축시점에 따라 시공 중 계측시스템과 공용 중 계측시스템으로 구분할 수 있다. 시공 중에 구축되는 시공 중 계측시스템은 시공단계에 따른 구조물의 응답을 연속적으로 측정하여 시공과정에서 발생할 수 있는 안전사고를 예방하고, 설계에 준하여 시공이 적절하게 이루어지는가에 대한 참고자료를 제공하는 목적으로 구축된다. 이러한 시공 중 계측시스템은 시공 완료 후 목적에 따라 철거되기도 하고 공용 중 계측시스템으로 이관되기도 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
교량에 구축되는 계측시스템은 어떻게 구분할 수 있는가? 일반적으로 교량에 구축되는 계측시스템은 구축시점에 따라 시공 중 계측시스템과 공용 중 계측시스템으로 구분할 수 있다. 시공 중에 구축되는 시공 중 계측시스템은 시공단계에 따른 구조물의 응답을 연속적으로 측정하여 시공과정에서 발생할 수 있는 안전사고를 예방하고, 설계에 준하여 시공이 적절하게 이루어지는가에 대한 참고자료를 제공하는 목적으로 구축된다.
계측시스템을 이용한 교량 유지관리 시 교량의 상태를 판단하는 일반적인 방법은? 최근 건설되는 특수교량에는 상시적인 유지관리 체계로서 계측시스템이 활발히 도입되고 있는 상황이다. 일반적으로 계측시스템을 이용한 교량 유지관리 시에는 관리기준치를 설정하여 교량의 상태를 평가하게 되지만, 관리기준치 설정 기준과 방법이 없어 설계허용값에 근거하여 단순하게 설정되고 있는 실정이다. 기존의 방법으로 설정된 관리기준치를 적용할 경우 관리기준치 범위 내에서 발생된 이벤트, 이상거동 및 점진적으로 발생하는 손상 등과 같은 교량의 상태변화를 파악하기에는 한계가 있다.
국내에서 교량에 구축된 계측센서의 관리기준치를 어떻게 설정하는가? 한편, 국내의 각종 시방서 및 설계기준에서는 교량에 구축된 계측센서의 관리기준치를 산정하는 기준과 방법에 대해 제시하고 있지 않다. 따라서 현재까지는 계측시스템의 관리 기준치를 교량의 설계 및 해석자료를 바탕으로 계측센서가 설치된 부재의 허용치에 기초한 주의치 및 경고치가 설정되는 것이 일반적이다. 이와 같은 방식으로 개별 센서별로 설정된 가 관리기준치는 안전성(safety)을 포함한 교량의 상태를 파악하기 위한 기준으로 활용되며, 획득된 계측데이터가 관리기준치로 설정된 특정값을 초과하는가를 검토하는 절대치 관리방법으로 교량 유지관리 계측시스템이 운영된다.
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참고문헌 (6)

  1. Heo, J. H., Lee, D. J., Shin, H. and Nam, W. (2008), A Study on Uncertainty of Risk of Failure Based on Gumbel Distribution, Journal of Korea Water Resource Association, 39(8), 659-668. 

  2. Kong, B. S. (2008), Analysis of New Health Monitoring System for Long Span Bridge over the Sea, Journal of Ocean Engineering and Technology, 22(5), 142-147. 

  3. KRTA (2012), Korea Bridge Design Specification, Korea Road and Traffic Association, Seoul, 5-49. 

  4. Suh, D. H. and Park, C. B. (2013), A Novel Method of Basic Probability Assignment Calculation with Signal Variation Rate, Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, 8(3), 465-470. 

  5. Svoboda, V., Petrasek, P. (2005), Bridge Structure State Monitoring, Conditioning Monitoring and Diagnostic Engineering Management, Cranfield, 18, 579-588. 

  6. Wang, Q., Huang, F. and Gao, Y. (2007), Threshold Value Classification of Bridge Health Monitoring, Proceedings of International Conference on Health Monitoring of Structure Material and Environment, Southeast University Press, 1, 337-341. 

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