초록 ▼

건물, 교량, 댐, 해양 구조물, 원자력 발전소 등과 같은 대형 구조물과 시설물들은 설계 및 시공과정에서의 결함 또는 설계 당시에 고려하지 못하였던 각종운영하중, 외부 물체에 의한 충격, 지진, 풍하중, 파랑하중, 부식 등의 요인으로 인하여 구조손상이 발생되며, 이들로 부터 구조물의 안전을 확보하는 문제는 경제, 사회적으로 지대한관심의 현안이 되었다. 이들 대형 구조물들의 정확한 안전진단을 위해서는 적절한 실험계측을 통한 구조거동의 모니터링, 구조손상을 역학적으로 분석하는 기술 및 구조시스템의 구조손상을 모델화하는 해석

건물, 교량, 댐, 해양 구조물, 원자력 발전소 등과 같은 대형 구조물과 시설물들은 설계 및 시공과정에서의 결함 또는 설계 당시에 고려하지 못하였던 각종운영하중, 외부 물체에 의한 충격, 지진, 풍하중, 파랑하중, 부식 등의 요인으로 인하여 구조손상이 발생되며, 이들로 부터 구조물의 안전을 확보하는 문제는 경제, 사회적으로 지대한관심의 현안이 되었다. 이들 대형 구조물들의 정확한 안전진단을 위해서는 적절한 실험계측을 통한 구조거동의 모니터링, 구조손상을 역학적으로 분석하는 기술 및 구조시스템의 구조손상을 모델화하는 해석기술을 통한 진단기술이 요구된다.본 연구에서는 손상발생전 구조물 초기상태의 진동특성치가 측정되지 않은 구조물, 다수의 복합거동이 발생하는 구조물의 구조손상을 소수의 진동모드 특성치로 부터 구한 진동모드 민감도를 사용하여 추정하는 손상발견 알고리즘이 개발되었다. 먼저 진동모드 민감도이론에 기초하여 소수의 진동모드 민감도의 변화로 부터 구조특성치의 변화를 측정하고 이를 통해 구조손상발생 여부를 예측하는 방법이 유도되었다. 다음으로 SystemIdentification 이론에 기초하여 진동모드 민감도의 변화를 구조특성치의 변화로 함수화하여이를 이용하여 반복적 과정을 통해 구조특성치 최적치를 얻음으로서 구조물의 기본모델과구조물 초기상태의 진동거동을 추정하는 이론적 체계가 설계되었다.제시된 구조손상 추정법과 기본모델 추정법의 적합성이 실측 진동측정치가 기록되어 있는 실험구조물을 대상으로 수치적으로 검토되었다. 실험구조물은 (1) 구조물 초기상태의 진동특성치가 측정되지 않았고, (2) 구조물 손상발생후의 2개의 기초 진동모드의 특성치들이측정되었으며, (3) 11개의 부 구조계(subsystems)과 211개의 복합거동 부재들로 구성된 삼차원 트러스 구조이다. 첫 번째로, 제시된 기본모델 추정방법을 사용하여, 실험구조물의 11개의 부 구조계를 3개의 요소그룹으로 통합하고 진동민감도를 이용하는 구조특성치의 최적화 과정을 통하여 실험구조물의 기본모델을 추정하였으며, 추정된 기본모델이 실험구조물과그 진동거동에 있어서 매우 동일하다는 것이 검증되었다. 두 번째로, 실험구조물의 기본모델에 20개의 손상시나리오(damage scenarios)를 시뮤레이션하여 제시된 구조손상위치 추정방법의 적용성을 검토하였다. 손상발견모델을 설정하여 진동특성치를 이에 입력하여 손상지수를 계산하고, 그리고 통계적 패턴인식방법으로 기존의 모델(Pattern A)과 개선된 모델(Pattern B)을 사용하여 손상위치를 예측하였다. Hypotheses Test를 사용하여 손상예측결과를 비교,분석한 결과 개선된 패턴인식방법(Pattern B)이 상대적으로 좋은 손상추정의 정확도를 보였으며, Complex한 트러스형 구조물의 손상추정에 사용하기에 적합한 모델임이 입증되었다.

Abstract ▼

As a result of collisions with foreign objects, fatigue loadings,hostile environments, etc., critical structural systems such as buildings, bridges, dams,offshore structures, and nuclear power plants continuously accumulate damage in theirservice environments. An accurate and reliable damag

As a result of collisions with foreign objects, fatigue loadings,hostile environments, etc., critical structural systems such as buildings, bridges, dams,offshore structures, and nuclear power plants continuously accumulate damage in theirservice environments. An accurate and reliable damage detection capability for suchstructures is essential since damage that is not detected and not repaired may lead tocatastrophic structural failure. Therefore, outstanding needs remain to identify structuraldamage such as defects or cracks via analyzing deviations in structural behaviors andmonitoring changes in vibrational modal responses.This research paper presents a practical methodology to detect structural damage(1) in structures for which modal parameters are available for only a few modes ofvibration, (2) in structures for which baseline modal parameters are not available, and(3) in structures with many complex members. This objective was achieved in threesteps. In the first step, we formulated an algorithm to localize damage via identifyingchanges in modal sensitivities and classifying locations of damage by statistical patternrecognition detector. In the second step, we designed a scheme of baseline modalmodeling based on system identification theory and modal sensitivity theory.In the final step, we demonstrated the feasibility of the proposed methodology usinga numerical example of an existing 3-D truss structure with 11 subsystems and 211members of complex behaviors and for which only 2 modes of vibration were measuredfor post-damaged state. As the first result of the examination, a baseline modal modelof the test structure was identified from structural identification procedure of 5iterations. The identified modal parameters were identical to those of the test structure.As the second result of the examination, a series of 20 damage scenarios were testedfor two damage detection models, one with an existing pattern recognition (PR) detector(Pattern A) and the other with an updated PR-detector (Pattern B). The accuracy ofdamage prediction results was assessed using techniques of Hypotheses Test and wasrevealed that Pattern B was better than Pattern A in localization of simulated damage in3-D truss structures.

목차 Contents

• 1. 서론...7
• 2. 구조물 손상발견 알고리즘...10
• 3. 손상발견 알고리즘의 수치검증...17
• 4. 요약 및 결론...27
• 6. 인용문헌...28
• 연구수행관련 논문발표목록서...30
• 자체평가서...31
• 연구참여인력목록서...32
• 연구비 집행내역서...33
• 주요기자재 구입목록...34