대한토목학회논문집 (KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research)

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가속도-임피던스 특성을 이용한 강판형교의 하이브리드 구조건전성 모니터링

Hybrid Structural Health Monitoring of Steel Plate-Girder Bridges using Acceleration-Impedance Features

  • 투고 : 2008.10.06
  • 심사 : 2008.11.28
  • 발행 : 2009.01.31
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초록

본 논문에서는 강판형교의 주된 두 손상유형인 거더의 휨 강성 저하와 지점부의 손상을 검색하기 위해 가속도-임피던스 특성을 이용한 하이브리드 구조건전성 모니터링 기법을 제안하였다. 하이브리드 기법은 1) 전역적인 방법으로 손상의 발생을 경보하고, 2) 구조물의 구조 부재내의 발생된 손상을 분류하며, 3) 구조 부재에 따라 적절한 방법을 이용하여 세부적으로 분류된 손상을 평가하는 크게 3단계로 구성되었다. 첫 번째 단계에서는 가속도 특성 변화를 모니터링하여 전역적인 손상의 발생을 경보한다. 두 번째 단계에서는 임피던스 특성 변화를 모니터링하여 경보된 손상유형을 분류한다. 세 번째 단계에서는 모드변형에너지기반 손상지수법과 RMSD 기법을 이용하여 손상의 위치와 크기를 평가한다. 몇몇의 손상 시나리오에 의해 측정된 하이브리드 가속도-임피던스 신호를 이용한 모형 강판형교 실험을 통해 제안된 하이브리드 기법의 유용성을 평가하였다. 또한, 온도변화 및 지점손상 조건에 대한 실험을 통해 임피던스기반 손상모니터링의 정확도에 미치는 온도유발 영향을 검토하였다.

In this paper, hybrid health monitoring techniques using acceleration-impedance features are newly proposed to detect two damage-type in steel plate-girder bridges, which are girder's stiffness-loss and support perturbation. The hybrid techniques mainly consists of three sequential phases: 1) to alarm the occurrence of damage in global manner, 2) to classify the alarmed damage into subsystems of the structure, and 3) to estimate the classified damage in detail using methods suitable for the subsystems. In the first phase, the global occurrence of damage is alarmed by monitoring changes in acceleration features. In the second phase, the alarmed damage is classified into subsystems by recognizing patterns of impedance features. In the final phase, the location and the extent of damage are estimated by using modal strain energy-based damage index method and root mean square deviation (RMSD) method. The feasibility of the proposed hybrid technique is evaluated on a laboratory-scaled steel plate-girder bridge model for which hybrid acceleration-impedance signatures were measured for several damage scenarios. Also, the effect of temperature on the accuracy of the impedance-based damage monitoring results are experimentally examined from combined scenarios of support damage cases and temperature changes.

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