[논문]라만 형광 분광법을 이용한 PSC 박스교 인장케이블 응력측정방법 연구

김종우; 김남규

doi:10.11112/jksmi.2019.23.2.130

라만 형광 분광법을 이용한 PSC 박스교 인장케이블 응력측정방법 연구
Non-contact Stress Measurement in Steel Member of PSC Box Bridge Using Raman Spectroscopy 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.23 no.2, 2019년, pp.130 - 134

김종우 ((주)유디엔에스) , 김남규 (세종대학교 건설환경공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 레이저기반 응력측정을 위한 비접촉식 로드셀을 개발을 위하여, 실내실험을 통하여 기술을 검증하고, 실규모 실험을 통하여 문제점을 파악하였으며, 최종적으로 현장적용에 적합한 응력측정용 비접촉식 로드셀 프로토타입을 개발하였다. 이를 위하여, 중심공 압축타입의 로드셀 제작에 사용되는 로드셀 몸체 표면에 용사코팅기술을 이용하여 알루미나를 도포하고, 레이저를 기반으로한 압분광법을 이용하여, 비접촉식으로 응력을 계측하였다. 이때, 인가되는 응력과 스펙트럼 이동간의 관계가 선형임을 확인하였다. 해당 기술의 현장 적용성 확인을 위하여, 실규모 프리스트레스 콘크리트 시편을 제작하고, 레이저를 조사하여 인가된 응력을 확인하는 과정에서, 반복적인 상황 하에서 레이저 조사 위치가 동일해야 함을 확인하였다. 이를 보완하기 위하여 프로브를 고정할 수 있는 케이싱이 포함된 로드셀 프로토타입을 제작하였고, 실내일축압축시험을 통하여 압축력과 스펙트럼 이동간의 선형성을 확인하였다. 따라서, 본 연구를 통하여 개발된 비접촉식 로드셀을 이용하여, 압축력을 효과적으로 측정할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a laser-based non-contact load cell is newly developed for measuring forces in prestressed concrete tendons. First, alumina particles have been sprayed onto an empty load cell which has no strain gauges on it, and the layer has been used as a passive stress sensor. Then, the spectral shifts in fluorescence spectroscopy have been measured using a laser-based spectroscopic system under various force levels, and it has been found that the relation of applied force and spectral shift is linear in a lab-scale test. To validate the field applicability of the customized load cell, a full-scale prestressed concrete specimen has been constructed in a yard. During the field test, it was, however, found that the coating surface has irregular stress distribution. Therefore, the location of a probe has to be fixed onto the customized load cell for using the coating layer as a passive stress sensor. So, a prototype customized load cell has been manufactured, which consists of a probe mount on its casing. Then, by performing lab-scale uniaxial compression tests with the prototype load cell, a linear relation between compression stress and spectrum shift at a specific point where laser light had been illuminated has been detected. Thus, it has a high possibility to use the prototype load cell as a force sensor of prestressed concrete tendons.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1 Piezospectroscopic Effect
그림 Fig. 2 Center-hole Load Cell w/o Strain Gauges
그림 Fig. 3 Thermal Spraying Coating Process
그림 Fig. 4 Customized Center-hole Load Cell
그림 Fig. 5 Schematic Drawing of Piezospectroscopic System
그림 Fig. 6 Laser-spot for Stress Measurement
그림 Fig. 7 Force vs. Wavenumber Shift
그림 Fig. 8 Full-scale PSC Specimen
그림 Fig. 9 Post Tension Jack Machine
그림 Fig. 10 Field Test Setup
그림 Fig. 11 Force vs. Wavenumber Shift
그림 Fig. 12 Concept of Laser-based Load Cell with Probe Holder
그림 Fig. 13 Prototype of Laser-based Load Cell for PSC tendon
그림 Fig. 14 Force vs. Wavenumber Shift

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 레이저를 기반으로 한 새로운 비파괴·비접 촉식 응력측정기술을 제안하고, 해당 기술을 이용한 로드셀을 개발하였으며, 이에 대한 활용 가능성을 실험적으로 검증하였다.
본 연구에서는, 레이저를 기반으로한 새로운 비접촉식 로드셀을 개발하고, 이에 대한 현장적용 가능성을 실험적으로 검증하였다. 비접촉식 로드셀 개발을 위하여 중심공 압축 타입의 로드셀 제작에 사용되는 로드셀 몸체에 용사코팅기술을 이용하여 알루미나를 도포하고, 이를 하중센서로 사용하였다.

제안 방법

따라서, 본 연구에서는 라만 형광분광법을 이용한 인장케이블 응력측정방법을1)실내실험을 통하여 검증하고, 2) 실규모 실험을 통하여 문제점을 파악하였으며, 3) 최종적으로 현장적용에 적합한 응력측정용 로드셀 프로토타입을 개발하였다.
9의 post tension jack machine을 이용하여, 강선에 긴장력을 인가하였다. 그리고 Fig. 10과 같이 실내실험과 동일한 532nm 레이저를 비접촉식 로드셀에 조사하여, 각 하중단계에서의 스펙트럼 이동량을 측정하였다.
실내 압축하중시험을 수행하여 각 하중단계에서의 스펙트럼 이동(Shift)값을 확인하였고, 그 관계가 선형임을 확인하였다. 다만, 현장적용실험을 통하여, 반복적인 상황 하에서 레이저 조사 위치가 동일해야 하는 것을 확인하였고, 이를 보완하기 위하여 프로브를 고정할 수 있는 케이싱이 포함된 로드셀 프로토타입을 제작하였다. 해당 로드셀 프로토타입에 대한 일축압축시험을 통하여, 프로브가 고정된 위치에서 압축 력과 스펙트럼 이동이 선형관계에 있음을 확인하였다.
알루미나 코팅을 응력센서로 사용하기 위해서는, 반복적인 상황에서 레이저 조사 위치가 동일해아 한다는 것을 실내·외시험을 통하여 확인하였다. 따라서, 본 연구에서는 프로브 위치를 고정할 수 있도록 케이싱을 제작하고, 케이싱이 제작된 비접촉식 로드셀에 대한 압축시험을 다시 수행하였다. 아래 Fig.
레이저기반 압분광법을 이용하여 현재 인가되는 하중을 측정하기 위해서는 응력변화와 스펙트럼 이동량이 선형적인 관계를 가져야 한다. 따라서, 이를 실험적으로 검증하기 위하여, 알루미나가 코팅된 비접촉식 로드셀에 대하여, 일축압축시험을 수행하고, 각 하중단계에서의 스펙트럼을 수집하여 이를 분석하였다. Fig.
본 연구에서는, 레이저를 기반으로한 새로운 비접촉식 로드셀을 개발하고, 이에 대한 현장적용 가능성을 실험적으로 검증하였다. 비접촉식 로드셀 개발을 위하여 중심공 압축 타입의 로드셀 제작에 사용되는 로드셀 몸체에 용사코팅기술을 이용하여 알루미나를 도포하고, 이를 하중센서로 사용하였다. 실내 압축하중시험을 수행하여 각 하중단계에서의 스펙트럼 이동(Shift)값을 확인하였고, 그 관계가 선형임을 확인하였다.
비접촉식 로드셀에 인가된 압축력과, 스펙트럼 이동간의 선형성을 확인하기 위하여, 10 tonf의 증분량으로 최대 40 tonf 의 압축력을 비접촉식 로드셀에 인가하고, 각 하중단계에서의 스펙트럼을 수집하였다. Fig.
3. 현장적용 실험

실내실험을 통하여, 비접촉식 로드셀에 인가된 압축력과 스펙트럼 이동이 선형적인 관계임을 확인하였고, 이에 대한 현장 적용성 검토를 위하여, Fig. 8과 같이 전장 25m인 실규모 프리스트레스콘크리트 박스교(PSC Box Bridge)시험체를 제작하고, Fig. 9의 post tension jack machine을 이용하여, 강선에 긴장력을 인가하였다. 그리고 Fig.
3)방법이 사용되었다. 알루미나 코팅과 모재와의 접착력을 높이기 위하여, 용사코팅을 수행하기 전에 모재 표면을 연마하고, 약 0.05~0.1mm의 본딩 코팅을 수행하 였다.
알루미나 코팅을 응력센서로 사용하기 위해서는, 반복적인 상황에서 레이저 조사 위치가 동일해아 한다는 것을 실내·외시험을 통하여 확인하였다.

대상 데이터

라만 형광분광법을 이용하여 하중을 측정하기 위해서는, 하중을 측정하고자 하는 대상물 표면에 압분광현상을 갖는 라만특성물질을 도포해야한다. 본 연구에서는 Fig. 2와 같이 중심공 압축 타입의 로드셀 제작에 사용되는 로드셀 몸체에 알루미나(Al₂O₃)를 코팅하고, 이를 하중 측정용 센서로 사용하였다. 코팅방법으로는 비교적 제작환경에 대한 제약이 적은 용사코팅(Fig.

이론/모형

2와 같이 중심공 압축 타입의 로드셀 제작에 사용되는 로드셀 몸체에 알루미나(Al₂O₃)를 코팅하고, 이를 하중 측정용 센서로 사용하였다. 코팅방법으로는 비교적 제작환경에 대한 제약이 적은 용사코팅(Fig. 3)방법이 사용되었다. 알루미나 코팅과 모재와의 접착력을 높이기 위하여, 용사코팅을 수행하기 전에 모재 표면을 연마하고, 약 0.

성능/효과

7는 비접촉식 로드셀에 인가된 압축력과 각 하중단계 에서의 스펙트럼 이동량을 보인다. 5 tonf의 증분량으로, 최대 70 tonf의 압축력이 시편에 인가되었으며, 70 tonf의 압축력이 비접촉식 로드셀에 인가된 경우의 스펙트럼 이동량은 약 0.7 cm-1이었다. 또한, 압축력과 스펙트럼 이동의 관계가 선형적임을 해당 실험을 통하여 확인하였다.
비접촉식 로드셀 개발을 위하여 중심공 압축 타입의 로드셀 제작에 사용되는 로드셀 몸체에 용사코팅기술을 이용하여 알루미나를 도포하고, 이를 하중센서로 사용하였다. 실내 압축하중시험을 수행하여 각 하중단계에서의 스펙트럼 이동(Shift)값을 확인하였고, 그 관계가 선형임을 확인하였다. 다만, 현장적용실험을 통하여, 반복적인 상황 하에서 레이저 조사 위치가 동일해야 하는 것을 확인하였고, 이를 보완하기 위하여 프로브를 고정할 수 있는 케이싱이 포함된 로드셀 프로토타입을 제작하였다.
14는 케이싱에 고정된 프로 브를 이용하여 수집된 스펙트럼 이동량을 인가된 압축력에 대하여 나타낸 것이다. 최대 40 tonf의 압축력을 비접촉식 로드셀에 인가한 경우, 압축력과 스펙트럼 이동은 선형적인 관계가 있음을 이로부터 확인하였고, 최대 이동량은 약 0.74 cm^-1 이었다.
다만, 현장적용실험을 통하여, 반복적인 상황 하에서 레이저 조사 위치가 동일해야 하는 것을 확인하였고, 이를 보완하기 위하여 프로브를 고정할 수 있는 케이싱이 포함된 로드셀 프로토타입을 제작하였다. 해당 로드셀 프로토타입에 대한 일축압축시험을 통하여, 프로브가 고정된 위치에서 압축 력과 스펙트럼 이동이 선형관계에 있음을 확인하였다. 따라서, 본 연구를 통하여 개발된 비접촉식 로드셀을 이용하여, 프리스트레스 콘크리트 텐던의 압축력을 효과적으로 측정할 수 있을 것으로 기대된다.

후속연구

해당 로드셀 프로토타입에 대한 일축압축시험을 통하여, 프로브가 고정된 위치에서 압축 력과 스펙트럼 이동이 선형관계에 있음을 확인하였다. 따라서, 본 연구를 통하여 개발된 비접촉식 로드셀을 이용하여, 프리스트레스 콘크리트 텐던의 압축력을 효과적으로 측정할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	케이싱이 포함된 로드셀 프로토타입을 제작한 이유는 무엇인가?	실내 압축하중시험을 수행하여 각 하중단계에서의 스펙트럼 이동(Shift)값을 확인하였고, 그 관계가 선형임을 확인하 였다. 다만, 현장적용실험을 통하여, 반복적인 상황 하에서 레이저 조사 위치가 동일해야 하는 것을 확인하였고, 이를 보완 하기 위하여 프로브를 고정할 수 있는 케이싱이 포함된 로드셀 프로토타입을 제작하였다. 해당 로드셀 프로토타입에 대한 일축압축시험을 통하여, 프로브가 고정된 위치에서 압축 력과 스펙트럼 이동이 선형관계에 있음을 확인하였다.
	압분광법은 무엇인가?	본 레이저 기반 응력 측정방법의 핵심기술은 압분광법으로, Fig. 1과 같이 대상물이 하중을 받았을 때 수집된 스펙트럼이 하중이 없는 상태에서 수집된 스펙트럼으로부터 이동(Shift)되는 현상을 기반으로 응력을 측정하는 방법을 말한다. 여기서, 응력-스펙트럼 이동은 선형적인 관계를 갖는다 (Ma and Clarke, 1993).
	레이저 기반 응력 측정방법은 주로 어디에 쓰이는 기술인가?	여기서, 응력-스펙트럼 이동은 선형적인 관계를 갖는다 (Ma and Clarke, 1993). 해당 기술은 차열피막의 잔류응력을 측정(Grabner, 1978; Lipkin et al., 1996)하는데 주로 사용되는 기술이며, 최근에 토목구조물의 응력측정에도 적용이 시도되고 있다(Kim and Yun, 2018).

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증