초록 ▼

교량상을 지나가는 이동하중을 교량의 동적거동 계측자료를 사용하여 추정하는 역해석 알고리듬을 개발하고 이를 실내실험 및 현장실험을 통하여 검증한다. 교량의 동적거동의 계측을 위한 가속도 및 광섬유센서 동적계측시스템을 개발하며 계측데이터의 분석 및 Wavelet 기법을 사용한 신호처리기법을 정립한다.
연구는 이론개발과 실내 및 현장실험을 통한 검증으로 나누어 수행하였다. 이론적개발은 (1) 이동하중 식별 역해석 알고리듬의 개발, (2) 웨이블릿 변환을 이용한 가속도 신호기법 체계 확립, (3) 광섬유센서를 활용한 동적계측시스템을

교량상을 지나가는 이동하중을 교량의 동적거동 계측자료를 사용하여 추정하는 역해석 알고리듬을 개발하고 이를 실내실험 및 현장실험을 통하여 검증한다. 교량의 동적거동의 계측을 위한 가속도 및 광섬유센서 동적계측시스템을 개발하며 계측데이터의 분석 및 Wavelet 기법을 사용한 신호처리기법을 정립한다.
연구는 이론개발과 실내 및 현장실험을 통한 검증으로 나누어 수행하였다. 이론적개발은 (1) 이동하중 식별 역해석 알고리듬의 개발, (2) 웨이블릿 변환을 이용한 가속도 신호기법 체계 확립, (3) 광섬유센서를 활용한 동적계측시스템을 구축하는 것으로 구분하여 진행하였다. 이론개발 부분은 참가하는 공동연구원이 개별적인 연구를 수행하였으며 다양한 실험은 공동으로 수행하여 개별적으로 개발한 알고리듬 및 시스템의 적용성 및 효율성을 검증하였다. 교량을 고속으로 이동하는 차량의 차축하중을 교량의 동적거동 계측데이터를 사용하여 역추정하는 알고리듬은 제안되었던 것을 포함하여 서로 다른 개념의 두 가지 알고리듬를 개발하였다. 하나는 가속도데이터와 strain 데이터를 변환한 동적변위데이터를 사용하는 알고리듬으로 제안서에서 제안되었던 것이며, 다른 하나는 기존의 모멘트영향선을 사용하던 방법을 개선하여 다축에서의 모멘트영향선을 사용하며 확률밀도 함수를 사용하여 통계적으로 다축의 이동하중을 식별하는 알고리듬을 개발하였다. 웨이블릿 변환을 통한 신호처리를 하는 과정에서 발생할 수 있는 오차의 원인과 영향을 분석하였다. 웨이블릿 변환의 특성을 고찰하고, 이를 통한 신호에서의 잡음을 제거하기 위한 연구를 수행하였으며, 수정된 웨이블릭 변환을 제안하고 그 적용성을 검증하였다. 교량모형에 대한 주행하중시험을 통해 교량모형 추정기법을 검증하였다.광섬유센서를 사용한 고속이동하중으로 인한 교량의 거동을 계측하는 동적계측시스템을 구축하기 위하여 광섬유 브래그 격자 센서를 개발하고 계측시스템 구축방안을 제시하였다. 제작된 광섬유를 실험을 통해 검증하였으며 그 내용을 분석하였다.
두 가지의 이동하중 추정 알고리듬과 프로그램이 개발되었으며, 이들의 적용성을 실험을 통하여 검증하였다. 제안서에 제안되었던 가속도데이터를 사용하는 알고리듬은 제한된 요구값들이 만족되는 경우 우수한 결과를 보여주고 있으며, 추가로 개발된 다축모멘트영향선과 확률밀도함수를 사용하는 기법은 특별한 제한없이 단경간 교량에 대하여는 용이하게 사용할 수 있도록 개발되었다. 웨이블릿 변환을 통한 교량모형 추정기법이 개발되었으며, 손상진단에 적용하여 기법의 적용성을 성공적으로 검증하였다. 모형실험에서 초기추정치의 오차가 다소 컸지만 단위손상에 대한 손상추정결과 신뢰할 수준으로 추정할 수 있음을 검증하였다. FBG센서시스템을 제작하였으며 수행한 실험들의 동적거동 계측에 적용하였다.

Abstract ▼

Inverse algorithms for estimating moving loads on a bridge by measuring dynamic responses are developed and examined through laboratory and field tests. To measure bridge dynamic responses, a DAQ system with accelerometers and fiber-optics is devised and signal processing techniques are established

Inverse algorithms for estimating moving loads on a bridge by measuring dynamic responses are developed and examined through laboratory and field tests. To measure bridge dynamic responses, a DAQ system with accelerometers and fiber-optics is devised and signal processing techniques are established with Wavelet transform for analyzing measured data.
The research has been carried out in two folds: theoretical development and verification through experiments. Theoretical development includes (1) inverse algorithms for estimating moving loads, (2) data processing through Wavelet transform, and (3) DAQ system by using fiber-optic sensors. Each theoretical topic was carried out by each research team and various experimental tasks were performed through joint works. Two different inverse algorithms for estimating moving loads were proposed through the research. One was suggested in the proposal by using measured dynamic accelerations together with strains. The other was suggested by modifying an available algorithm with moment influence lines. Muti-axis moment influence lines were used instead and probability density function was used to estimate multiple moving loads statistically. Causes and influences of errors occurred during data processing through Wavelet transform were analyzed. The characteristic properties of Wavelet tranform were investigated. A research to reduce noise in the signal was carried out and suggested a modified Wavelet transform technique. Its applicability was examined with experimental study on the model bridge. To construct dynamic DAQ system using fiber-optic sensors for estimating moving loads, a FBG sensor was developed and the way of constructing its DAQ system was proposed. The developed sensor was examined through experiments and the results were analyzed.
Two different algorithms for estimating moving loads were developed. Its applicability was verified through experiments. The method suggested in the initial proposal showed reliable results as far as the limited requirements were satisfied. The other one using muti-axis moment influence lines with probability density function showed also reliable results for a single span bridge and could be used easily without serious limitations. Structural identification method using Wavelet transform was developed and examined in detecting damage in a bridge. Initial errors were not negligible when using the model bridge but damage assessment results were reliable. A FBG sensor system were manufactured and applied to measure dynamic responses of the performed experiments.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 연구방법 및 이론 ...12
• 3. 결과 및 고찰 ...33
• 4. 결론 ...66
• 5. 인용문헌 ...68