• 한국지반신소재학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.19-27
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• 2024

댐과 터널 그리고 사면 같은 지반구조물의 정기적인 계측 및 모니터링은 안전성 유지를 위해 필요하다. 국내에서는 드론과 가속도계와 같은 장비를 활용하여 지반구조물에 대한 점검 및 모니터링을 수행한다. 하지만, 드론은 구조물 및 지반 내부의 변화를 파악에 어려움이 있고, 가속도계는 일반적으로 내진 설계나 변형량 측정에만 활용되고 있다. 이에 본 논문은 가속도계를 활용하여 지반 내부 정보를 실시간 또는 정기적으로 계측하기 위해 SASW 시험 활용을 제안하였다. 제안된 방법은 SASW 시험의 해석 기법의 일부분만 활용하여 지반구조물의 강도 및 상태 변화를 추적한다. 이를 위해, SASW를 활용하여 사면, 댐 및 터널과 같은 지반구조물의 안전성을 평가한 사례들을 분석하여 기술의 적합성을 확인하였다. 또한, 현장 적용성을 높이기 위해, 복잡한 해석을 요구하는 전단 속도 프로파일을 도출하는 2차 해석보다는 분산곡선을 도출하는 1차 해석만을 활용하는 방안을 모색하였다. 본 연구에서 제안된 기술을 통해 가속도계를 활용하여 지반구조물의 지속적인 모니터링 및 유지보수가 가능할 것으로 기대된다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.606-609
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• 2011

본 연구에서는 실제 케이슨 방파제 구조물의 진동기반 안정성 평가를 위한 기초연구로서, 현장실험을 통해 케이슨 방파제 구조물의 진동응답을 분석하였다. 이를 위해 첫째, 대상구조물로서 부산항 오륙도 케이슨 방파제를 선정하였다. 둘째, 파랑에 의한 상시진동 가속도응답을 계측하였다. 마지막으로, 계측된 가속도신호로부터 파워스펙트럼밀도함수, 고유진동수 및 모드강성도 분석을 통해 케이슨 방파제의 진동특성을 분석하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.141-145
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• 2018

본 논문에서는 이단계 칼만필터를 활용한 구조물의 3 자유도 동적변위 계측 시스템을 소개한다. 개발 시스템은 센서 모듈, 베이스 모듈, 컴퓨테이션 모듈로 구성되어 있다. 센서 모듈은 100Hz 샘플주파수의 고정밀 가속도를 계측하는 포스피드백 가속도계와 10Hz의 샘플주파수의 저정밀도의 속도, 변위를 계측하는 저가의 RTK-GNSS로 구성되어 있다. 계측된 데이터는 LAN 케이블을 통하여 컴퓨테이션 모듈로 전송되고, 컴퓨테이션 모듈에서 이단계 칼만필터를 활용하여 100Hz 샘플주파수의 고정밀 변위를 실시간으로 산정한다. 개발 시스템의 변위 계측 정밀도를 검증하기 위해 미국, 캘리포니아에 위치한 San Francisco-Oaklmand Bay bridge 에서 현장 실험을 수행하였으며, 실험 결과 1.68mm RMS 오차를 보임을 확인하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.74-74
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• 2011

본 연구에서는 중앙경간 54m, 교폭 4m의 사장교형식의 보도교로 측경간은 계단으로 이루어진 1경간 케이블교량을 대상으로 보행하중에 의한 수직진동을 제어하기 위해 제진장치(TMD)를 적용하기로 하고 실물 TMD의 설계 및 제작 그리고 설치 및 제어성능실험을 수행하였다. 우선 사장교형식의 교량. 그리고 1경간 교량이라는 점에서 상대적으로 감쇠율이 낮을 것으로 예측되었고 또한 54m의 경간장이 보행자가 가진 주파수에 근접한 고유진동수를 나타낼 것으로 사료되어 Eurocode 2 part 2(EC5-2)의 규준에 따라 1인 및 다수 보행하중에 의한 보도교의 발생가속도를 산출하였다. 이 경우 최대가속도는 다수의 보행자가 연속적으로 진행할 때 발생하였으며, 수직방향의 가속도가 사용성기준을 초과하는 것으로 나타났다. 또한 구조해석프로그램에 의한 고유치 해석결과, 보행하중의 주파수대역내에 진동모드가 존재하는 것으로 나타났다. 따라서 본 교량의 설계단계에 있어서 보행진동을 제어하기 위하여 유지관리가 용이한 수동형의 동조질량감쇠장치(Tuned Mass Damper)를 적용하기로 하였으며 TMD의 설계에서는 TMD의 제어목표를 만족시킬 수 있는 TMD의 가동질량(moving mass)을 우선적으로 결정하였고, 이로부터 Den Hartog의 제안식에 따라 TMD의 고유진동수비, 유효감쇠비를 산정하였다. 산정된 변수들을 이용하여 설계된 TMD는 현장설치 및 튜닝의 편의성을 고려하여 수평 외팔보형식으로 설계, 제작되었으며 제작된 TMD의 경우 회전축에 대해 질량, 스프링, 댐퍼의 중심거리를 조정함으로써 TMD의 진동수, 강성, 감쇠력을 상대적으로 매우 용이하게 조절할 수 있으며, 조정범위 또한 광범위하여 일반 TMD에 비해 현장설치시 대상구조물에 동조시키기가 용이하며, 작동시 마찰감쇠가 거의 없다는 장점이 있다. 현장설치전에 제작된 TMD를 대상으로 자유진동 시험을 통하여 질량의 중심거리, 스프링 크기 그리고 댐퍼의 설치유무를 각각 변화시키며 TMD의 자유진동 데이터를 취득하였다. 각각의 시험에서 얻어진 데이터로부터 스펙트럼해석을 통하여 고유진동수를 구하였고, 자유진동 파형으로 부터 감쇠비를 구하였다. TMD는 일반적으로 제어모드의 변형형상이 가장 큰 곳에 설치되었을 때 최대의 제진효과를 발휘할 수 있다. 그러나 현장여건상 설치가 불가능하거나 미관을 해치는 경우에는 가능한 범위 내에서 TMD 제어효율이 가장 크게 발휘할 수 있는 곳을 선택하여야 한다. 본 보도교의 경우, 중앙경간 중심부에서 가장 큰 모드변형형상을 나타내지만, 보도교의 상판 연결부 등에 따른 TMD 시공문제로 인하여 TMD 설치위치는 교량 중앙에서 양 방향으로 1.25m 떨어진 곳에 대칭으로 총 2기를 설치하기로 하였다. 일반적으로 TMD의 모든 설계변수는 구조물의 설계단계에서 수행된 구조해석결과에 근거하여 설정하므로 완공된 구조물, 즉 실제보도교의 동적특성을 계측하여 정확하게 진동수를 튜닝하여야 한다. 구조해석에 의한 보도교의 수직방향(TMD 작동방향) 고유진동수는 1.5225 Hz이며, 감쇠비는 규준에 의하여 0.6 %로 가정하였다. 그러나 이 값들은 구조해석모델 및 재료적 특성과 시공상의 오차에 의하여 실제와 다를 수 있으므로 현장계측에 의한 확인이 요구된다. 또한 TMD의 제진효율이 설계시의 목표대로 확보되었는지도 확인해야 하므로 현장튜닝 및 성능시험을 실시하였다. 보도교의 가진은 사전에 실시한 상시 미진동계측결과를 토대로 2Hz를 목표로 하여 인력가진실험을 수행하였고, 탁월진동 주파수는 1.9896Hz로 나타나 구조해석결과와 오차가 있음을 알 수 있다. 가진실험결과를 토대로 TMD의 진동수를 최적진동수비로 튜닝하고 인력가진 실험을 다시 실시하여 TMD의 진동제어성능을 검토하였다. TMD 튜닝 전, 후의 보도교 감쇠비를 비교한 결과, TMD를 설치함으로써 약 4.218%의 감쇠비 증가가 있음을 알 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권9호
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• pp.4136-4141
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• 2013

전자기 진동 가진기를 적용한 전기 집진기의 효과적인 탈진 여부를 판단할 수 있는 기준은 집진기내 집진판들의 진동 가속도이다. 이러한 진동 가속도는 외부로부터의 가진 주파수와 시스템의 고유주파수의 일치로 인하여 공진이 일어날 때 간헐적으로 최대치를 보이며 효율적인 탈진성능을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 한대의 전자기 진동 가진기를 이용하는 단일 객체를 대상으로 한 관점에서 더 나아가, 실제 현장에서 복수의 전기집진탈진기가 설치됨을 고려하여 진동 탈진기의 설치방식에 따라 시스템을 모델링 하였다. 이러한 직렬 및 병렬회로로 연결된 가진기를 적용한 시스템을 대상으로 진동 가속도 계측 실험을 수행하여 직렬 및 병렬식 연결에 따른 진동 가속도의 차이를 비교함으로써 가진기의 배열 방식과 그에 따른 기대 탈진 성능 및 소비전력의 유효성을 검증하였다. 최종적으로 직렬 배열형 모듈이 증가할수록 선형적으로 필요전류량이 증가할 것으로 예상하였으나 급격한 감소나 (6.9% ~ 37.6%) 증가를 (5% ~ 45%) 보여주었다. 단독의 가진기가 사용된 병렬 배열보다, 2대의 가진기가 사용되고 그 전기회로의 연결이 병렬일 때 동일한 전류가 인가되었음에도 약 11.64% 의 가속도 감소 현상을 보였다. 2대의 가진기를 사용하고 입력전류의 값을 소비 전력의 관점에서 동일하게 보정하였을 경우 약 16.80 % 의 가속도 증가 현상을 확인하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권6호
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• pp.29-36
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• 2006

이 논문에서는 진동형상의 민감도로 유도한 피셔정보행렬(Fisher Information Matrix)를 이용하는 가속도계의 최적위치 결정 기법 MS-EIDV(modal sensitivity-effective independence distribution vector)을 제안하고, 이를 사용하여 구조물의 동적 거동을 잘 반영하여 가속도계의 최적위치를 결정할 수 있는 합리적인 기준을 제시한다. 실험을 위한 가속도계의 최적위치는 구조물의 변수가 기지값이어야 결정되지만 구조물의 변수값은 실험결과를 사용한 SI(system identification)기법과 같은 역해석을 통해 구해지기 때문에, 본 논문에서는 구조변수의 오차를 감안하여 미지의 구조물의 현 상태를 통계적으로 반영하는 방법을 제시하였다. 제안된 방법들의 검증을 위해 주파수영역 SI기법을 적용하였으며, 구조변수 추정 결과를 통해 현장에서 계측하고자하는 진동형상의 수에 따른 최소 필요 가속도계의 개수를 제시하였다. 수치예제에서는 진동형상만을 이용한 최적위치 결정법인 EIDV기법과 제안된 MS-EIDV기법에 의해 추정된 구조 변수 결과를 비교하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제13권1호통권53호
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• pp.88-96
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• 2009

본 연구에서는 FBG 센서 및 PDA를 이용하여 새로운 안전관리 시스템인 무선 계측 시스템을 개발하기 위해 FBG 센서를 이용하여 광섬유 변위(FBG-LVDT) 센서, 광섬유 변형률(FBG-STRAIN) 센서, 광섬유 온도(FBG-TEMP) 센서 그리고 광섬유 가속도(FBG-ACC) 센서를 특별 제작하였다. 또한, 신호처리 시스템에는 적용된 FBG 센서들의 무선송신 시스템이 가능하도록 신호처리 시스템을 구성하였으며, PDA를 이용하여 원격 거리에서도 display가 가능할 수 있도록 프로그램을 개발하였다. 개발된 FBG 센서들과 무선계측 모니터링 시스템의 현장 적용성, 정확성 및 활용 가능성을 검증하고자 현장 교량에서 정적, 동적 재하시험을 실시하였다. 또한, FBG-LVDT 센서, FBG-ACC 센서에 의하여 측정된 동적 데이터들은 Meister의 진동등감각 곡선에 적용시킴으로서 교량의 진동에 대한 사용성 평가를 실시하였고 교량의 진동 사용성을 고려하여 진동 제한 기준을 제시하여 대상 교량의 진동 평가를 위한 방법을 마련하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.349-359
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• 2016

공용 중인 교량의 버페팅 응답을 해석적으로 평가하기 위해서는 교량 현장의 난류강도, 난류 스펙트럼, 조도계수, 거스트 계수 등 풍하중에 대한 분석이 우선되어야 하고, 해석 결과는 정적 공기력 계수, 플러터계수, 구조 감쇠비, 공기역학적 감쇠비, 고유 진동수 등 여러 변수에 의해 영향을 받는다. 본 논문에서 대상으로 한 교량은 32년째 공용 중에 있는 교량으로써 교량 주변의 지형조건은 설계 및 시공 당시에 비해 많은 변화가 발생하였으며 최근 기후 변화로 인한 풍 환경 역시 큰 변화가 있다. 이러한 이유로 대상교량에서 실측한 풍속 데이터를 분석하여 난류강도, 난류길이, 지표조도계수, 풍속 스펙트럼 등 교량 현장의 풍하중을 평가하였다. 교량 주변의 풍환경 평가 결과, 대상 교량은 해상교량임에도 불구하고 지표조도구분 II의 특성을 나타내고 있었다. 또한 실측한 구조물의 가속도, 변위 응답 데이터를 통해 대상교량의 감쇠비, 정적 공기력 계수, 고유진동수를 평가하여 계측기반 버페팅 해석 변수를 산정하였다. 계측데이터 기반의 해석 변수와 케이블강교량설계지침에 제시된 해석 변수를 적용하여 총 4가지 경우에 대한 버페팅 해석을 수행하였으며, 그 결과 10분 평균 풍속 25m/s이하에서 측정된 버페팅 응답과 계측 기반 해석 변수를 적용한 해석 응답이 가장 잘 일치함을 확인하였고, 계측 풍속과 Gumbel 확률분포를 이용하여 추정한 200년 재현기대 풍속인 45m/s에서의 버페팅 응답을 제시하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제13권1호통권53호
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• pp.205-213
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• 2009

본 연구에서는 사장교의 케이블 장력을 장기적인 관점에서 보다 효과적으로 분석하고 모니터링할 수 있는 케이블 장력 모니터링 시스템을 개발하는 연구를 수행하였다. 제안된 모니터링 시스템에는 실시간 동적 데이터에서 일정 대상시간 동안의 가속도 데이터를 선정하고, 이를 고속 푸리에 변환 알고리즘에 적용하여 주파수 분석한 결과를 평균하여 일반화시키는 신호해석이론이 적용되었다. 제안된 케이블 장력의 모니터링 시스템의 적용성을 평가하기 위하여 실제 공용중인 사장교에 대한 현장재하시험을 실시하였다. 현장계측을 통한 수동으로 계산된 장력과 모니터링 시스템의 강제저장 기능을 통해 저장된 데이터를 수계산하여 반자동으로 계산된 장력을 비교한 결과, 장력차이가 1% 이내로 발생하였고, 제안된 모니터링 시스템에서 자동으로 계산된 장력을 비교한 결과에서는 약 5% 범위의 무시할만한 차이로 나타나 본 연구에서 제안된 사장교 케이블 장력 모니터링 시스템의 신뢰도를 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제40권3호
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• pp.41-54
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• 2024

건설된 지반구조물을 안전하게 유지하기 위해 정기적인 모니터링은 매우 중요하다. 현재 유지관리를 위해 센서를 기반으로 하는 가속도, 변위계, 이미지를 기반으로 하는 레이저 혹은 드론 영상 촬영 등 지반구조물에 영향을 최소화할 수 있는 비파괴방식이 활용되고 있다. 해당 기술들은 표면의 변화를 관찰할 수 있지만, 내부 물성값 변화 파악에는 어려움이 있다. 지반구조물의 내부 물성값 변화를 모니터링하기 위해 현장 지반조사법이 도입될 수 있으며, 이를 위해 활용될 수 있는 비파괴시험에는 지오폰을 활용한 Spectral-Anlysis-of-Surface-Wave(SASW) 시험이 있다. SASW 시험은 비파괴시험이지만, 데이터 해석에 드는 시간과 분석에 어려움으로 인해 잦은 관찰을 요구하는 유지관리 모니터링의 용도로 활용이 어렵다. 하지만, 전단파 속도를 도출하는 복잡한 SASW 최종 해석이 아닌 분산곡선을 도출하는 1단계 해석만으로도 모니터링에 적용할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 SASW 시험을 모니터링에 활용하기 위해 분산곡선 도출에 필요한 위상각차 데이터에 관한 기초 연구를 수행하였다. 위상각차 구간별 신뢰도에 대해 검토하여 데이터 모니터링에 활용이 가능한 범위에 관하여 확인하였다. 이를 위해 단일 층으로 구성된 균질한 지반 현장에서 지오폰을 활용하여 계측한 위상각차 데이터들을 활용하였다. 본 연구를 통해 활용할 수 있는 위상각차 데이터 구간을 파악해 모니터링의 활용성을 높일 것으로 기대된다.