• 대한토목학회논문집
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• 제28권2A호
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• pp.215-222
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• 2008

본 논문은 현수교 이중 행어 시스템에 대한 진동기반 SI 장력추정기법의 실험적 검증을 소개한다. 현수교 이중 행어 시스템을 모사한 실험 모델을 제작되었으며, 세가지 경우의 클램프 위치에 대한 세가지 경우의 행어장력에 대해서 총 9회의 진동실험이 반복 수행되었다. 각각의 계측된 가속도 응답 데이터에 대해서, 모달분석을 통한 고유진동수와 모드 형상이 추출되었다. 추출된 일련의 동특성치들에 대하여 기존의 장력추정 이론인 현이론과 선형회기법을 적용하여 장력을 추정하였다. 또한 진동기반 SI 장력추정기법을 적용하여 장력을 추정하였는데, 추정된 장력은 수치모델과 계측모델의 동적 특성치들이 동일하게 될 때, 수치모델의 케이블 장력을 인식함으로써 추정되었다. 추정결과, 클램프의 위치에 따라서 기존의 이론을 이용한 추정장력의 오차는 최대 53.1%까지 보이는 반면, 진동기반 SI기법을 이용한 추정장력기법의 장력추정 오차는 모든 경우에 대하여 3% 이내 이다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2009년도 정기 학술대회
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• pp.14-17
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• 2009

본 연구에서는 장대교량에서 케이블의 장력을 간편하게, 그리고 자동적으로 추정할 수 있는 저비용 무선장력계측시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 크게 비용이 저렴하고 설치 및 관리가 용이한 무선 기반 하드웨어와 케이블에서 계측된 가속도 데이터로부터 장력을 자동으로 추정하여 주는 내장 (Embedded) 자동화 소프트웨어로 구성된다. 저비용 무선 기반 하드웨어는 연산능력을 가진 무선계측유닛과, 계측 신호개선을 위한 신호처리보드, 그리고 상용 MEMS 가속도계로 구성되었으며, 내장 자동화 소프트웨어는 계측된 신호의 주파수 분석을 위한 FFT 모듈, 케이블의 푸리에 스펙트럼으로부터 고유진동수를 자동으로 추출하기 위한 자동 피크 추출(Peak-picking) 알고리즘 모듈, 그리고 추출된 고유진동수를 활용하여 케이블의 장력을 추정하는 진동법 모듈로 구성되었다. 개발된 시스템의 검증을 위하여, 사장교의 케이블 축소모델을 제작하고 케이블 모델에 다양한 장력과 새그를 주어 진동실험을 수행하였다. 실험 결과, 개발된 시스템은 케이블 모델의 주파수응답스펙트럼으로부터 고유진동수를 정확하게 추정하였으며, 장력과 새그의 크기에 상관없이 매우 정확한 장력을 추정하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.48-51
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• 2011

사장교에서 케이블은 하중을 지지하는 주요 부재로, 케이블 장력은 사장교의 건전성과 안전도 평가에 있어서 매우 중요한 변수이다. 케이블 장력을 추정하기 위한 대표적인 방법으로는 로드셀을 이용한 직접법과 진동 계측 자료를 이용한 간접법 등이 있으며, 최근에는 자기장-응력 관계를 이용한 EM(Elasto-Magnetic) 센서 측정법이 개발되어 케이블 장력 추정에 적용되었다. 본 논문에서는 세 가지 장력 추정 기법을 실제 시공중인 사장교에 적용하여, 그 성능을 상호 비교하였다. 본 연구는 한국의 KAIST와 미국 Northeastern 대학교의 공동연구로 수행되었다. 대상 교량은 부산 화명동과 김해 초정리를 연결하기 위해 현재 건설중인 화명대교이다. 화명대교의 교량 형식은 2주탑 콘크리트 사장교 (주탑 경간장 270m, 총 사장교 구간장 500m)이며, 사장재로는 MS (Multi-Strand) 형 케이블이 사용되었다. 실험 당시 화명대교는 중앙경간의 폐합 후 선형관리를 위한 장력조정작업을 수행하였으며, 케이블 재긴장시의 정확한 장력관리를 위하여 로드셀을 이용한 Lift-off test방법으로 케이블의 장력을 측정하였다. 이와 동시에 두 개의 케이블을 대상으로 진동 가속도 센서와 EM 센서를 설치하고 장력 계측을 수행하였으며, 재긴장 단계별 장력 변화치를 지속적으로 계측하였다. 계측된 결과를 바탕으로 케이블 장력 추정 기법의 정확성 및 실교량에서의 활용성을 비교하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.295-311
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• 2021

본 연구에서는 사장교 케이블에 대한 장력계측장치의 현장적용성에 대한 실험을 수행하였다. 사장교 케이블의 장력을 추정하기 위해서 진동법을 이용하였으며 대상교량에 대해서 케이블의 가진을 통해서 모드특성을 분석하였고 케이블의 장력을 추정하기 위한 계측장치로는 GTDL360, NI Module, 9 Axes Motion Sensor등을 적용하였고 5개의 대상교량에 대해서 상기 계측장치들을 이용하여 케이블의 모드특성을 분석하여 케이블장력측정실험의 적정성을 평가하고 케이블의 장력을 추정하였다. 또한 5개의 대상교량에 대해서 수치해석을 실시하여 케이블의 고유진동수 및 케이블장력을 해석하였다. 현장 계측결과에 의한 케이블의 추정장력과 수치해석에 의한 케이블의 추정장력을 비교하여 현장계측방법의 적정성을 판단하였으며 분석결과 현장 계측에 의한 케이블의 계측장력과 해석에 의한 추정장력은 오차범위내에 있어서 상기 계측장치들을 현장에 적용하여도 무방할 것으로 판단된다. 현장실증교량의 가속도 기반의 케이블 추정장력과 수치해석에 의한 해석장력과의 값을 비교분석한 결과 값이 허용범위 내로 가속도 기반의 케이블 추정장력값은 적정한 것으로 판단된다. 또한, 현장적용성 분석결과 센서의 설치위치 및 기상조건의 제한 등 계측장치의 한계점이 존재하므로 추후 케이블 스마트 장력계측시스템에 관한 지속적인 후속연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.165-173
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• 2009

현수교 행어케이블은 일부가 클램프로 구속되어 있어 단일 케이블 모델을 기반으로 한 기존의 장력추정 방법들은 휨감성의 영향이 큰 짧은 케이블 일수록 오차가 커지게 된다. 따라서 최근에 유한요소모델 기반의 역해석 기법 및 시스템인식 기법을 이용한 장력추정 방법이 제안되었다. 본 논문은 광안대교 행어케이블을 대상으로 역해석 기법 및 시스템인식 기법을 이용한 장력추정 방법의 적용성을 비교 검토 하였다. 장력추정결과 유한요소모델을 기반으로 한 역해석 기법 및 시스템인식 기법은 기존의 현이론 및 선형회귀법에 의한 장력추정 방법에 비해 고유진동수 오차를 기준으로 보다 높은 신뢰성을 가지고 장력을 추정하였다. 하지만 모델기반의 장력추정 방법은 유한요소모델의 정확도에 따라 그 오차가 다르게 나타날 수 있다. 특히, 짧은 케이블 일수록 경계조건의 영향을 많이 받기 때문에 가능하다면 실험을 통해 경계조건을 명확히 파악하는 것이 중요하다. 시스템인식 기법을 이용한 장력추정 방법은 다양한 경계조건을 용이하게 고려할 수 있으며, 또한 입력되는 계측 고유진동수의 개수에 민감하지 않기 때문에 그 효용성이 높다고 할 수 있다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.1-10
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• 2007

현수교 행어케이블의 장력은 현수교의 상태점검에 있어 중요한 요소이다. 현재 케이블의 장력 추정에는 여러 이론식에 의한 간접적인 방법들이 사용되고 있으며, 케이블의 가속도신호로부터 고유진동수를 측정한 후 고유진동수와 장력과의 관계로부터 케이블의 장력을 추정하는 진동법이 대표적이다. 하지만 운동방정식을 기반으로 하는 진동법은 휨강성의 영향이 큰 짧은 케이블의 장력추정에는 적합하지 않다. 본 논문에서는 10m 미만의 짧은 케이블에 대해서도 전기 가능한 새로운 장력 추정 방법으로 단변분탐색법과, 최적화 기법을 이용한 역해석 기법을 제시하였다. 이론에 대한 검증을 위해 국내에 사용 중인 광안대교 행어케이블을 대상으로, 역해석과 진동법에 의한 추정장력들과 설계장력을 상호 비교하였고, 이를 통해 역해석기법이 길이에 상관없이 장력추정에 유용하다는 결론을 얻었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권5호
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• pp.120-129
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• 2023

행어케이블의 장력은 현수교의 건전성과 안전성을 확인할 수 있는 주요 응답 중 하나이다. 일반적으로 공용 중인 현수교에서 행어케이블의 장력을 추정하기 위해 진동법이 주로 사용되고 있다. 진동법은 행어케이블에서 고유진동수들을 측정하고 행어케이블의 형상 조건을 이용하여 간접적으로 장력을 추정하는 방법이다. 이 연구에서는 영상계측시스템을 이용하여 팔영대교의 행어케이블에 대하여 장력을 추정하였다. 영상계측시스템은 측정의 편의성과 경제성을 고려하여 디지털 캠코더와 삼각대를 사용하였다. 영상계측시스템을 이용하여 측정된 행어케이블의 응답은 변위 기반이므로 진동법을 적용하기 위한 고차모드의 고유진동수는 측정하기 어려울 수 있다. 이 연구에서는 저차모드의 고유 진동수를 이용하여 장력을 추정할 수 있는 역해석 기법을 적용하였다. 역해석 기법은 현장에서 측정된 행어케이블의 고유진동수들과 유한요소해석을 이용하여 산정된 고유진동수들의 오차를 목적함수로 정의하여 최적화를 수행하였다. 최적화 방법은 목적함수의 편미분이 필요 없는 직접탐색법을 적용하였다. 역해석 기법을 이용하여 산정된 장력과 진동법을 이용하여 추정된 장력을 비교 분석하여 역해석 기법에 대한 신뢰도와 정확도를 확인하였다. 그 결과 역해석 기법을 적용하면 저차모드의 고유진동수를 이용하여도 신뢰성 있는 장력의 추정이 가능하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2009년도 춘계 학술대회 제21권1호
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• pp.77-78
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• 2009

본 연구에서는 대공간 건축구조물로서 2002년 건축된 6개의 월드컵경기장을 대상으로 케이블을 모델링하고 실험을 통하여 기존 제안 이론식들의 적용성 여부를 검증하였다. 실험결과, 휨강성의 크기에 따라 약 10${\sim}$60% 이상의 오차로 장력의 추정이 가능한 것으로 나타났다. 단, 도입장력의 크기에 따라 장력추정 결과의 신뢰도가 달라질 수도 있는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.414-419
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• 2020

본 연구에서는 사장교의 케이블 가속도계로부터 확보한 방대한 계측데이터의 활용을 확대하고자 인공지능 기반의 케이블 장력 추정 모델을 개발하였다. 케이블 장력 추정 모델은 진동법에 따른 장력 추정 과정에서 고유진동수를 판정할 수 있는 알고리즘을 핵심으로 하며 학습데이터 구성에 적합하고 판정 결과에 대한 성능이 확보될 수 있도록 입력층, 은닉층, 출력층으로 구성되는 인공신경망(Artificial Neural Network)을 적용하였다. 인공신경망의 학습데이터는 케이블 가속도 계측데이터를 진동수로 변환 후 구성하였으며 고유진동수를 중심으로 일정한 패턴을 갖는 특성을 활용하여 기계학습을 진행하였다. 학습데이터 구성 시 다수 패턴의 고유진동수를 대표할 수 있도록 다양한 크기의 진폭을 갖는 진동수를 사용하고 일정 수준으로 진동수를 누적하여 사용할 경우 고유진동수에 대한 판정 성능이 개선됨을 확인하였다. 장력 추정 모델의 성능을 판단하기 위해 계측분석 기술자에 의해 추정한 장력의 관리기준과 비교하였다. 케이블 가속도계로부터 확보한 139개의 진동수를 입력값으로 사용하여 검증을 수행한 결과 실제 정답과 유사하게 고유진동수를 판정하였고 고유진동수에 의해 케이블의 장력을 추정한 결과는 96.4%의 수준으로 관리기준에 부합하는 결과를 보여주고 있다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제6권2호
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• pp.63-71
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• 2003

해양 부유폐기물의 주요 발생원은 홍수시 육상으로부터 발생되어 해양으로 유입되는 부유쓰레기에 기인하며, 부유쓰레기가 해상으로 유입되는 것을 효과적으로 수거하는데 사용하는 것이 차단막이다. 강한 흐름이 존재하는 강이나 하천에 차단막을 설치할 때 흐름에 의한 차단막에 작용하는 항력과 장력은 흐름의 속도와 방향, 설치된 차단막의 형상, 수면아래의 차단 부의 형상에 따라 변한다. 본 논문에서는 기존 차단막에서 활용되고 있는 대표적인 형태를 대상으로 1/5, 1/10, 1/20 모델을 제작하여 개구비(gap ratio)에 따른 유속별 장력을 계측함으로서 높은 유속에 노출된 부유물 차단막에 대한 설계장력 추정법을 정립하고자 하였다. 또한 기존 이론에 의한 장력 추정법과의 상관관계를 검토하여 기존에 사용되어 오던 장력계수보다 더 큰 값을 사용하는 것이 타당함을 밝혔다.