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무선센서 계측 및 전산모델 개선기반 교량 내하력 산정 자동화 시스템
Smart Bridge Rating System using Wireless Sensors and Finite Model Updating 원문보기

전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, v.29 no.2, 2016년, pp.8 - 11  

이중재 (세종대학교 건설환경공학과) ,  박영수 (세종대학교 건설환경공학과)

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문제 정의

  • 본 기사에서는 한국도로공사와 세종대학교에서 개발한 무선센서 진동계측기반 실교량 동특성 추출과 추출된 동특성을 기초로 유한요소모델의 개선을 통해 교량의 내하력을 산정하는 자동화시스템을 소개한다.
  • 교량과 같은 사회기반시설물은 공용중 안전성이 최우선으로 고려되어야 하는 구조물이므로 정확하고 정밀한 설계·시공과 함께 안전하고 편리한 건전성 확보를 위해 지속적이고 세심한 유지관리가 반드시 필요하다. 본고에서는 고속도로 상의 노후 교량에 대하여는 구조적 안전성과 건전성을 확보하기 위해 공용 내하력 평가를 수행, 교량의 물리적 정보를 측정하고 진동 데이터를 처리할 수 있는 스마트 내하력 산정 시스템을 소개하였다. 이는 무선멀티 스케일 센서, 내하력 평가 자동화 프로그램, GUI기반의 통합 시스템 개발, 개발된 소프트웨어와 하드웨어로 구성되며, 실제 고속도로 상의 10개의 교량에 대해 상시진동을 계측을 실시하였으며, 측정한 데이터의 동특성을 추정하였으며, 추정된 동특성을 바탕으로 초기 유한요소모델을 유전자알고리즘 방법을 이용하여 모델을 개선하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스마트 내하력 평가기법의 진행 과정은? 스마트 내하력 평가기법은 기존의 재하시험의 단점인 계측 장비의 설치 및 계측 데이터양의 제한과 재하시험 시 통행 제한으로 인한 사회적 비용의 발생을 극복하기 위하여 개발되었다. 스마트 내하력 평가기법은 그림 2와 같이, ① 주변의 상시진동원(바람 및 주위 교량 및 도로에서 오는 진동)을 통한 교량 상부의 상시진동 무선센서 계측, ② 실험모드 해석기법(FDD나 SSI)을 통한 상시진동 가속도의 해석으로 교량의 해석모드(교량의 고유주파수 및 모드형상) 추출, ③ 추출한 해석모드를 기반으로 하여 최적화 기법을 이용한 해석 모델의 개선, ④ 개선된 모델에서의 하중 재하 시뮬레이션을 통한 처짐보정계수 산정으로 진행된다.
스마트 내하력 평가기법이란 무엇인가? 한국도로공사에서는 스마트 내하력 평가기법을 개발하여 유한요소모델 개선기법을 이용한 교량의 내하력 평가를 다양한 교량에 적용하고 있다. 스마트 내하력 평가기법은 교량의 동적데이터를 무선센서기반의 상시진동시험으로 계측하여 동특성을 추정하고 유한요소모델을 개선하여 내하력을 산정하는 방법이다. 스마트 내하력 평가기법은 기존의 재하시험의 단점인 계측 장비의 설치 및 계측 데이터양의 제한과 재하시험 시 통행 제한으로 인한 사회적 비용의 발생을 극복하기 위하여 개발되었다.
스마트 내하력 산정 시스템의 구성은? 본고에서는 고속도로 상의 노후 교량에 대하여는 구조적 안전성과 건전성을 확보하기 위해 공용 내하력 평가를 수행, 교량의 물리적 정보를 측정하고 진동 데이터를 처리할 수 있는 스마트 내하력 산정 시스템을 소개하였다. 이는 무선멀티 스케일 센서, 내하력 평가 자동화 프로그램, GUI기반의 통합 시스템 개발, 개발된 소프트웨어와 하드웨어로 구성되며, 실제 고속도로 상의 10개의 교량에 대해 상시진동을 계측을 실시하였으며, 측정한 데이터의 동특성을 추정하였으며, 추정된 동특성을 바탕으로 초기 유한요소모델을 유전자알고리즘 방법을 이용하여 모델을 개선하였다. 개선된 모델의 차량재하시뮬레이션을 통해 얻은 변위를 이용하여 처짐 보정계수를 산정하였다.
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참고문헌 (3)

  1. A summary review of wireless sensors and sensor networks for structural health monitoring, JP Lynch, KJ Loh - Shock and Vibration Digest, 38(2), 91-128, 2006 

    상세보기 crossref

  2. Modal identification of output-only systems using frequency domain decomposition. Rune Brincker, Lingmi Zhang, and Palle Andersen., Smart Materials and Structures, 10(3):441-445, 2001. 

    상세보기 crossref

  3. Reference-based stochastic subspace identification for output-only modal analysis. Bart Peeters and Guido De Roeck., Mechanical Systems and Signal Processing, 13(6):855-878, 1999. 

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