본 논문에서는 PSC 거더의 긴장력을 계측하기 위한 EM 센싱 기법을 다양한 PS 텐던에 적용하기 위하여 PS 강종별 긴장력 변화에 따른 자기이력 모니터링 결과를 소개한다. PSC 교량의 성능평가에 있어 PS 텐던의 긴장력은 매우 중요한 인자이나 현재는 시공시 설계 긴장력의 도입 여부만을 검증하고 그 이후에는 긴장력 관리가 이루어지지 않는 실정이다. 이를 계측하기 위하여 EM 센서를 이용하여 긴장력을 계측하는 기법에 대한 연구가 이루어지고 있으나 PSC 거더에 사용되는 모든 PS 텐던에 대한 연구는 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 PSC 교량에 주로 사용되는 B, C, D종 PS 텐던에 대해 EM 센싱 기법을 적용하기 위하여 각 강종별 긴장력에 따른 자기 이력 변화를 모니터링하였다. 이를 위해 B종 12.7mm, C종 15.2mm, D종 15.2mm PS 텐던 시편에 50, 100, 150, 180kN의 긴장력을 도입하고 각 긴장력 단계마다 자기 이력 곡선을 EM 센서를 통하여 계측하였다. 계측 결과 각 긴장력 단계마다 그 투자율이 정량적으로 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 B, C 종의 경우 단면적이 달라 선형회귀분석식의 상수는 상이하지만 유사한 기울기를 가지고 변화하고 D종의 경우 다른 강종과 다른 기울기를 가지고 변화하는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 PSC 거더의 긴장력을 계측하기 위한 EM 센싱 기법을 다양한 PS 텐던에 적용하기 위하여 PS 강종별 긴장력 변화에 따른 자기이력 모니터링 결과를 소개한다. PSC 교량의 성능평가에 있어 PS 텐던의 긴장력은 매우 중요한 인자이나 현재는 시공시 설계 긴장력의 도입 여부만을 검증하고 그 이후에는 긴장력 관리가 이루어지지 않는 실정이다. 이를 계측하기 위하여 EM 센서를 이용하여 긴장력을 계측하는 기법에 대한 연구가 이루어지고 있으나 PSC 거더에 사용되는 모든 PS 텐던에 대한 연구는 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 PSC 교량에 주로 사용되는 B, C, D종 PS 텐던에 대해 EM 센싱 기법을 적용하기 위하여 각 강종별 긴장력에 따른 자기 이력 변화를 모니터링하였다. 이를 위해 B종 12.7mm, C종 15.2mm, D종 15.2mm PS 텐던 시편에 50, 100, 150, 180kN의 긴장력을 도입하고 각 긴장력 단계마다 자기 이력 곡선을 EM 센서를 통하여 계측하였다. 계측 결과 각 긴장력 단계마다 그 투자율이 정량적으로 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 B, C 종의 경우 단면적이 달라 선형회귀분석식의 상수는 상이하지만 유사한 기울기를 가지고 변화하고 D종의 경우 다른 강종과 다른 기울기를 가지고 변화하는 것을 확인하였다.
This paper introduces a magnetic hysteresis monitoring result to apply an EM sensing technique for estimating tensile force of PSC girder to various class of PS tendon. The tensile force of PS tendon is a very important factor in the performance evaluation of PSC bridges. However, in this time, the ...
This paper introduces a magnetic hysteresis monitoring result to apply an EM sensing technique for estimating tensile force of PSC girder to various class of PS tendon. The tensile force of PS tendon is a very important factor in the performance evaluation of PSC bridges. However, in this time, the tensile force was just measured only during construction and it does not monitored after construction. To measure the tensile force of PS tendons, the EM sensing based NDT method was developed but the proposed method cannot be applied to various class of PS tendons. Thus this study performed the magnetic hysteresis measurement according to the tensile force for class B, C and D PS tendons through experimental study. The specific tensile forces(50, 100, 150, 180kN) were induced to the each specimens and the magnetic hysteresis curve was measured at each point. The permeability of specimens were gradually decreased according to increase of tensile force. Especially, the slopes of permeability variation of class B and C were similar while that of class D was different.
This paper introduces a magnetic hysteresis monitoring result to apply an EM sensing technique for estimating tensile force of PSC girder to various class of PS tendon. The tensile force of PS tendon is a very important factor in the performance evaluation of PSC bridges. However, in this time, the tensile force was just measured only during construction and it does not monitored after construction. To measure the tensile force of PS tendons, the EM sensing based NDT method was developed but the proposed method cannot be applied to various class of PS tendons. Thus this study performed the magnetic hysteresis measurement according to the tensile force for class B, C and D PS tendons through experimental study. The specific tensile forces(50, 100, 150, 180kN) were induced to the each specimens and the magnetic hysteresis curve was measured at each point. The permeability of specimens were gradually decreased according to increase of tensile force. Especially, the slopes of permeability variation of class B and C were similar while that of class D was different.
따라서 본 연구에서는 EM 센서의 현장 적용성을 향상시키기 위하여 PS 텐던의 강종별 긴장력에 따른 자기이력변화를 모니터링해 보고자 한다. 이를 위해 한국산업표준 KS D 7002 규격에 준수한 PS텐던 12종 중 PSC거더에 주로 쓰이는 7연선 B종 SWPC7BN 12.
본 논문은 PSC 교량의 긴장력 관리를 위하여 각 강종별 긴장력에 따른 자기이력변화를 모니터링하는 기법에 대한 연구를 진행하였다. EM 센서는 응력에 의해 강자성체의 자기이력이 변화하는 탄성-자기(elasto-magnetic) 이론을 이용하여 강자 성체에 작용되는 응력을 추정할 수 있다.
제안 방법
각 강종별 긴장력에 따른 자기이력곡선의 변화를 계측하기 위하여 PSC 교량에 적용이 가능한 EM 센서를 제작하고 제작된 EM 센서를 이용하여 B종 12.7mm, C종 15.2mm, D종 15.2mm 긴장재에 대한 실험을 실시하였다. 기준 긴장력을 확인할 수 있는 MTS를 이용하여 상용화된 B, C, D종 PS 긴장재에 50, 100, 150, 180kN 의 긴장력을 도입하면서 EM 센서를 이용하여 각 긴장력 단계의 자기이력곡선을 계측하였다.
또한 같은 직경을 가진 C종과 D종의 경우에도 동일한 긴장력에서 종별로 나타내는 투자율 값이 다른 것을 확인할 수 있다. 계측된 긴장력과 투자율의 관계를 확인하기 위하여 Fig. 9와 같이 긴장력과 투자율의 관계를 회귀분석을 실시하였다. 각각의 강종별 선형회귀분석식은 다음과 같이 나타났다.
EM 센서는 응력에 의해 강자성체의 자기이력이 변화하는 탄성-자기(elasto-magnetic) 이론을 이용하여 강자 성체에 작용되는 응력을 추정할 수 있다. 이를 실제 현장에 적용하기 위하여 본 연구에서는 PSC 교량에 사용되는 다양한 종류의 긴장재에 대하여 EM 센서를 적용하기 위한 기초연구로써 각 강종별 긴장력에 따른 자기이력변화에 대한 연구를 실시하였다.
대상 데이터
2mm 세가지 종류의 텐던을 각각 3개의 시편을 이용하여 계측을 실시하였다. 각 텐던별로 50, 100, 150, 180kN의 긴장력을 도입하면서 긴장력에 따른 신호 변화를 관찰하였다.
따라서 본 연구에서는 EM 센서의 현장 적용성을 향상시키기 위하여 PS 텐던의 강종별 긴장력에 따른 자기이력변화를 모니터링해 보고자 한다. 이를 위해 한국산업표준 KS D 7002 규격에 준수한 PS텐던 12종 중 PSC거더에 주로 쓰이는 7연선 B종 SWPC7BN 12.7mm, 7연선 C종 SWPC7CL 15.2mm, 7연선 D종 SWPC7DL 15.2mm를 대상으로 PS 텐던 강종별 긴장력 변화에 따른 자기이력을 모니터링하였다.
데이터처리
EM센서 시작품의 검증을 위하여 실험실 단계에서 1개의 텐던에 긴장력을 변화하면서 강종별 자기이력곡선을 계측하였다.
3t 에나멜동선을 이용하여 100회 권선되었다. 제작된 EM 센서 시작품을 이용하여 긴장력 계측 성능 평가 및 적용성 검증 실험을 실시하였다.
성능/효과
긴장력 단계에 따른 자기이력곡선의 변화를 분석한 결과 모든 강종에서 긴장력이 증가함에 따라 자기이력곡선의 기울기인 투자율이 감소하는 경향을 나타내는 것을 확인하였으며 긴장재의 단면적이 증가함에 따라 자화되는 면적이 증가하여 투자율의 절대값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 각 강종별 긴장력에 따른 투자율의 변화를 회귀분석한 결과 B종과 C종의 강연선은 단면적이 달라 선형회귀분석식의 상수값은 상이하지만 같은 기울기를 가지고 변화하는 것을 확인할 수 있었으며 D종의 경우 다른 강종과는 다른 경향으로 긴장력에 따라 그 자기이력이 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 PSC 거더의 긴장력을 계측하기 위해서는 사용되는 긴장재의 강종 및 단면적을 확인하고 해당되는 기준식을 이용하여 긴장력 추정이 가능함을 확인하였다.
긴장력 단계에 따른 자기이력곡선의 변화를 분석한 결과 모든 강종에서 긴장력이 증가함에 따라 자기이력곡선의 기울기인 투자율이 감소하는 경향을 나타내는 것을 확인하였으며 긴장재의 단면적이 증가함에 따라 자화되는 면적이 증가하여 투자율의 절대값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 각 강종별 긴장력에 따른 투자율의 변화를 회귀분석한 결과 B종과 C종의 강연선은 단면적이 달라 선형회귀분석식의 상수값은 상이하지만 같은 기울기를 가지고 변화하는 것을 확인할 수 있었으며 D종의 경우 다른 강종과는 다른 경향으로 긴장력에 따라 그 자기이력이 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
따라서 PSC 거더의 긴장력을 계측하기 위해서는 사용되는 긴장재의 강종 및 단면적을 확인하고 해당되는 기준식을 이용하여 긴장력 추정이 가능함을 확인하였다. 이를 바탕으로 실제 PSC 교량에 적용이 가능한 긴장력 추정 기법 개발이 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
PSC(prestressed concrete) 거더란 무엇인가?
현재까지 많은 교량에 사용되고 있는 PSC(prestressed concrete) 거더는 콘크리트 거더에 초기 응력을 도입함으로써 기존의 콘크리트 거더 보다 뛰어난 성능을 가지며 저비용으로 설계 및 제작이 가능한 거더이다(Rens et al., 1997).
PSC 내부 텐던의 긴장력 손실 관리가 매우 중요한 항목으로 부상한 배경은?
, 1997). 하지만, 1985년의 Ynys-y-Gwas Bridge, 1992년의 Malle Bridge의 급작스런 붕괴 이후 PSC 교량에 대한 전반적인 검사가 이루어졌고 검사 결과를 통해 PSC 교량이 노후하면서 물과 염소 이온의 침투로 인한 거더 내부 텐던이 부식이 됨에 따라 초기도입 응력이 저하되어 PSC 거더의 성능이 저하됨이 확인되었다(Youn and Kim, 2006). 따라서 거더 성능 관리에 있어서 PSC 내부 텐던의 긴장력 손실 관리가 매우 중요한 항목임을 알 수 있다.
본 논문으로 확인한 긴장력 단계에 따른 자기이력곡선의 변화는?
긴장력 단계에 따른 자기이력곡선의 변화를 분석한 결과 모든 강종에서 긴장력이 증가함에 따라 자기이력곡선의 기울기인 투자율이 감소하는 경향을 나타내는 것을 확인하였으며 긴장재의 단면적이 증가함에 따라 자화되는 면적이 증가하여 투자율의 절대값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 각 강종별 긴장력에 따른 투자율의 변화를 회귀분석한 결과 B종과 C종의 강연선은 단면적이 달라 선형회귀분석식의 상수값은 상이하지만 같은 기울기를 가지고 변화하는 것을 확인할 수 있었으며 D종의 경우 다른 강종과는 다른 경향으로 긴장력에 따라 그 자기이력이 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
참고문헌 (12)
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