[논문]교량 케이블 적용 강연선 모니터링을 위한 음향방출 기법 검토

김가영; 서동우

doi:10.11112/jksmi.2018.22.4.121

초록
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본 연구에서는 음향 방출 기법을 사용하여 강연선(7-wire strand)의 손상을 감지하기 위한 기초 실험을 수행하였다. 강연선은 주로 교량에 추가적인 인장력을 제공하기 위해 널리 사용되는 건설 자재이다. 프리스트레스 교량 또는 사장교가 대표적인 경우이다. 그러나 교량 노화가 급격히 진행되면서 강연선 부식 문제가 대두되고 있다. 이러한 이유로 케이블 점검을 위한 다양한 비파괴 방법이 연구되고 있고 현장 적용이 시도되고 있다. 비파괴 방법 ??중 하나인 음향 방출 기법은 케이블 손상 및 파단을 감지하는 효과적인 기술로 알려져 있다. 본 연구에서는 음향 방출 기법의 교량에 대한 적용 가능성을 평가하기 위해 강연선의 손상에 따른 음향 방출 신호 특성을 인장 실험을 분석 하고, 현장 적용을 위한 최적 센서 주파수 타입을 선정하였다. 결과적으로, 음향 방출 기법을 활용하여 향후 교량 케이블의 부식 파단 및 파단 징후를 감지 할 수 있다고 여겨진다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the assessment of 7-wire strand monitoring using acoustic emission technique for bridges. 7-wire strand is widely used construction materials to provide additional tensile force to bridges. PSC (PreStressed Concrete) bridge and cable-stayed bridge are representatives for such cas...

This paper presents the assessment of 7-wire strand monitoring using acoustic emission technique for bridges. 7-wire strand is widely used construction materials to provide additional tensile force to bridges. PSC (PreStressed Concrete) bridge and cable-stayed bridge are representatives for such cases. However, as the bridge aging progresses recently, corrosion problems of strand are emerging. For this reason, various NDT (Non-Destructive Test) methods for cable inspection are being studied and applied to the field. One of the NDT methods, acoustic emission technique, is known as an effective technique to detect cable damage and breakage. In this study, to evaluate the applicability of acoustic emission technique to bridges, acoustic emission signals according to damage of the strand were acquired and analyzed by tensile test. Moreover, The optimal AE sensor type was selected for field application. As a result, it is considered that the acoustic emission technique will be able to detect corrosion breakage and signs of rupture.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

현재 해외에서는 PSC 교량 및 특수교(사장교, 현수교 등) 케이블 등에 적용 가능한 가장 유효한 방법으로 평가되고 있다. 따라서 본 연구에서는 음향방출 기법을 이용하여 교량 케이블 안전관리를 위한 적용 가능성을 실험적으로 검토하였다.

제안 방법

본 연구에서는 최적의 AE센서 선정을 위하여 공진형 센서 3 가지 종류(30, 60, 1500 kHz)와 광대역 형 1개를 적용하여 강연 선의 인장 실험을 수행하였고, 적용된 AE 센서의 주파수 특성 및 데이터 수집 장비의 상세 내용은 Table 2~3과 같다.
실내 인장실험은 한국건설기술연구원 구조실험동의 100 ton UTM (Universal Testing Machine)을 사용하여 수행하였다. 실험 세팅은 쐐기가 포함된 상부 모노콘과 하부 모노콘 사이의 거리가 1,208mm, 상부 이동 지지대와 하부 고정 지지대 사이가 1,000mm로 세팅하였다.

대상 데이터

AE센서에 의한 케이블 점검 방법의 성능 검증을 위해 실제 교량에 주로 사용되는 직경 15.2mm 강연선을 정상, 부식, 기계적 손상 상태로 구분하여 시편을 제작하였다.
각 시편은 KS D 7002 규격에 따른 동일제강 제품을 사용하였으며, 부식 강연선의 단면 결손량은 약 0.2%~1.3%로 상대적으로 부식의 진전이 적은 시편을 대상으로 실험을 수행하였다.

성능/효과

교량에 사용되는 강연선 시편을 정상, 부식, 기계적 손상으로 구분하여 인장실험을 수행한 결과 하중의 증가에 따른 AE Activity가 시편에 따른 특성을 가지면서 구분이 됨을 확인하였다.
신호 분석 결과 상·하부 부근에 설치한 AE 센서에서 파단 이전 전초 신호가 발생되고 신호 Level은 약 0.2[V] 정도(하중 변화 상승 구간), 파단시점에는 Background 신호 대비 약 10 배 이상의 1.1~1.6[V]의 큰 신호 Level이 확인되었다.

후속연구

AE 주파수 특성을 볼 때 인장 실험 결과 기준으로 광대역 및 60kHz의 공진형 센서를 선정하는 것이 좋을 것으로 판단하였다. 따라서 본 연구에서 강연선 모니터링에 가장 적합한 것으로 선정된 60 kHz의 공진형 센서를 활용하여 강연선이 주로 적용되는 사장교 또는 PSC 교량에 적용하여 AE센서를 활용한 교량 케이블 모니터링 가능성을 평가할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	케이블 손상 및 파단을 감지하는 효과적인 기술은 무엇인가?	이러한 이유로 케이블 점검을 위한 다양한 비파괴 방법이 연구되고 있고 현장 적용이 시도되고 있다. 비파괴 방법 ??중 하나인 음향 방출 기법은 케이블 손상 및 파단을 감지하는 효과적인 기술로 알려져 있다. 본 연구에서는 음향 방출 기법의 교량에 대한 적용 가능성을 평가하기 위해 강연선의 손상에 따른 음향 방출 신호 특성을 인장 실험을 분석 하고, 현장 적용을 위한 최적 센서 주파수 타입을 선정하였다.
	강연선의 용도는?	본 연구에서는 음향 방출 기법을 사용하여 강연선(7-wire strand)의 손상을 감지하기 위한 기초 실험을 수행하였다. 강연선은 주로 교량에 추가적인 인장력을 제공하기 위해 널리 사용되는 건설 자재이다. 프리스트레스 교량 또는 사장교가 대표적인 경우이다.
	시설물의 안전 확보를 위한 비파괴검사 방법중 음향방출 기법의 원리는?	비파괴검사 방법의 일종인 음향방출(Acoustic Emission:AE) 기법은 인위적인 충격을 가하거나 강재의 파단에 의해 발생하는 음파를 AE센서로 감지하고, 발생 위치에서 측정위치로의 도달시간을 이용하여 음원의 위치를 파악할 수 있는 방법이다(FHWA, 2013; Colony et al., 2016).

참고문헌 (6)

Colony, C., Rogers, D., Nims, D. and Bradley, J. (2016), Investigation, Proposed Rehabilitation and Application of a Corrosion Sensor to the Anthony Wayne Bridge Suspension Cables, International Cable Supported Bridge Operator's Conference, Halifax, Canada,
DaSilva, M., Javidi, S., Yakel, A. and Azizinami, A. (2009) Nondestructive method to detect corrosion of steel element in concrete, The Nebraska Department of Roads, USA.
Fallis, G. and Peeler, M. (2009), Non destructive detection of fractures in prestressed and post-tensioned cables," PTI Journal.
Federal Highway Administration (2013), Corrosion monitoring research of New York City bridge, FHWA Publication No.: FHWA-HRT-14-024, December.
Korea Concrete Institute (2006), Development of acoustic emission techniques for preventing sudden collapse of prestressed concrete bridges, Final report, 14-43.
Korea Infrastructure Safety and Technology Corporation (2016), Cable inspection and damage cases of cable supporting bridges.

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