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상시 진동 계측을 기반으로 한 PSC 교량의 모드계수 및 탄성계수 추정기법 적용

Adaptation of Modal Parameter and Elastic Modulus Estimation Method for PSC Bridge Based on Ambient Vibration

한국소음진동공학회 2007년도 추계학술대회논문집, 2007 Nov. 15, 2007년, pp.574 - 577  

이성진 (삼성물산(주) 건설부문) ,  김상범 (삼성물산(주) 건설부문 기술연구소) ,  최규용 (삼성물산(주) 건설부문 기술연구소) ,  이태영 (삼성물산(주) 건설부문 토목사업본부 인천대교현장)

초록
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본 논문에서는 실 시공 중인 PSC 교량에 대하여 풍하중에 의한 상시 진동 계측 자료을 기반으로, 교량의 동특성(고유진동수, 모드형상)을 추정하였으며, 이를 바탕으로 대상 교량의 탄성계수를 추정하여 정적 계측을 통한 탄성계수 결과와 비교하였다. 본 논문에서 사용한 동특성 추정 기법은, 대표적인 주파수 영역 해석 방법인 Frequency Domain Decomposition(FDD) 방법과 시간영역 해석 방법인 Stochastic Subspace Identification(SSI) 방법을 이용하였다. 탄성계수 추정은 유한요소모델과 계측 결과를 이용하여 두 개의 결과 차이가 수렴하도록 하는 반복 계산을 통해 탄성계수를 추정하였다. 우선, 탄성계수 추정 기법의 검증을 위해, 수치 해석을 통하여 그 기법을 검증하였으며, 해석 결과 정확한 탄성계수값을 추정하였으며, 이를 통해 본 논문에서 적용한 탄성계수 추정법에 대한 신뢰도를 확인하였다. 이를 바탕으로 사용된 추정 기법을 실 교량에 적용하기 위해 실제 상시 진동 계측 값을 바탕으로 실교량의 동특성 및 탄성계수를 추정하였다. FDD 및 SSI 기법을 통한 모드 해석 결과, 두 기법 모두 유사한 결과를 나타내어 FDD 및 SSI 두 방법에 대한 결과의 신뢰도를 확인 할 수 있었다. 추정 탄성계수 값은 거더 단면내 설치한 응력계 및 변형률계를 통한 계측 결과값의 범위 내에 있음을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 적용한 교량의 상시 진동 데이터를 바탕으로 한동특성 및 탄성계수 추정법이 구조물의 대략적인 탄성계수 및 이에 따른 구조물의 전체적인 건전도를 파악하는데 도움이 되리라 생각된다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 실제 시공된 콘크리트 교량의 상시 진동을 계측하여 교량의 동특성 및 교량의 전체적인 탄성계수를 추정하였다. 수치 해석 결과, 본 논문에서 적용한 동특성 및 탄성계수 추정법에 대한 적용 가능성을 확인하였으며, 이를 실제 교량에 적용하였다.
  • 본 논문에서는 실 시공 중인 교량에 대하여 상시 진동 PSC 계측 자료를 바탕으로 교량의 동특성을 추정하였으며, 이를 이용하여 대상 교량의 탄성계수를 추정하여 교량 단면내 설치한 응력계 및 변형률계를 이용한 탄성계수 추정 결과와 비교하였다. 이를 통해 상시 진동 계측을 통한 실교량의 모드계수 및 탄성계수 추정기법의 적용 가능성을 확인하였다. 동특성 추정에 사용된 기법은, Frequency Domain Decomposition(FDD) 방법(Otte 등, 1990)과 Stochastic Subspace Identification(SSI) 방법(Overschee 등, 1996)이며, 탄성계수 추정은 유한요소모델과 계측 결과를 이용하여 두 개의 결과 차이가 수렴하도록 하는 반복 계산을 통해 탄성계수를 추정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
진동시험은 어떻게 나눌 수 있는가? 진동시험은 기지의 입력하중을 이용한 강제가진 실험과 구조물에 상시 작용하는 하중(풍하중, 차량하중 등)을 이용하는 상시진동 실험으로 나눌 수 있다. 일반적으로 강제가진 실험은 많은 비용이 소요되며 구조물 전체를 가진할 방법이 드물다는 단점이 있고, 상시진동 실험은 강제가진 실험에 비해 동특성 추정의 정확도가 떨어지며, 외부 하중의 특성을 고려 할 수 없는 단점이 있으나, 구조물에 인위적인 가진을 할 필요가 없고, 장시간 계측을 할 경우 미지 하중에 대한 영향을 줄일 수 있어 경제적인 방법이다.
강제가진 실험의 단점은 무엇인가? 진동시험은 기지의 입력하중을 이용한 강제가진 실험과 구조물에 상시 작용하는 하중(풍하중, 차량하중 등)을 이용하는 상시진동 실험으로 나눌 수 있다. 일반적으로 강제가진 실험은 많은 비용이 소요되며 구조물 전체를 가진할 방법이 드물다는 단점이 있고, 상시진동 실험은 강제가진 실험에 비해 동특성 추정의 정확도가 떨어지며, 외부 하중의 특성을 고려 할 수 없는 단점이 있으나, 구조물에 인위적인 가진을 할 필요가 없고, 장시간 계측을 할 경우 미지 하중에 대한 영향을 줄일 수 있어 경제적인 방법이다.
상시 작용하는 하중(풍하중, 차량하중 등)을 이용하는 상시진동 실험이 경제적인 방법인 이유는? 진동시험은 기지의 입력하중을 이용한 강제가진 실험과 구조물에 상시 작용하는 하중(풍하중, 차량하중 등)을 이용하는 상시진동 실험으로 나눌 수 있다. 일반적으로 강제가진 실험은 많은 비용이 소요되며 구조물 전체를 가진할 방법이 드물다는 단점이 있고, 상시진동 실험은 강제가진 실험에 비해 동특성 추정의 정확도가 떨어지며, 외부 하중의 특성을 고려 할 수 없는 단점이 있으나, 구조물에 인위적인 가진을 할 필요가 없고, 장시간 계측을 할 경우 미지 하중에 대한 영향을 줄일 수 있어 경제적인 방법이다.
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