• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제9권3호
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• pp.369-379
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• 2015

Friction in a post-tensioning system has a significant effect on the distribution of the prestressing force of tendons in prestressed concrete structures. However, attempts to derive friction coefficients using conventional electrical resistance strain gauges do not usually lead to reliable results, mainly due to the damage of sensors and lead wires during the insertion of strands into the sheath and during tensioning. In order to overcome these drawbacks of the existing measurement system, the Smart Strand was developed in this study to accurately measure the strain and prestressing force along the strand. In the Smart Strand, the core wire of a 7-wire strand is replaced with carbon fiber reinforced polymer in which the fiber Bragg grating sensors are embedded. As one of the applications of the Smart Strand, friction coefficients were evaluated using a full-scale test of a 20 m long beam. The test variables were the curvature, diameter, and filling ratio of the sheath. The analysis results showed the average wobble and curvature friction coefficients of 0.0038/m and 0.21/radian, respectively, which correspond to the middle of the range specified in ACI 318-08 in the U.S. and Structural Concrete Design Code in Korea. Also, the accuracy of the coefficients was improved by reducing the effective range specified in these codes by 27-34 %. This study shows the wide range of applicability of the developed Smart Strand system.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.287-294
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• 2008

이 연구에서는 교량 상부구조물의 보수 보강에 많이 사용되는 7연 강연선의 공용중 긴장력 관리를 위한 새로운 방법은 제안하였다. 제안된 스마트 강연선은 기존 강연선의 중앙 킹와이어를 강제튜브로 대체하고, 강제튜브의 내부에 FBG 광섬유센서를 설치하여 강연선의 변형률을 측정할 수 있도록 하였다. 내장된 센서를 통하여 이 스마트 강연선의 변형률을 쉽게 측정할 수 있으므로, 공용중 강연선의 긴장력을 모니터링할 수 있다. 본 연구에서 제안된 장력 모니터링 방법의 효용성을 증명하기 위하여 FBG센서 2개가 내장된 길이 7.0m인 스마트 강연선을 제작하고, 이를 길이 6.4m, 높이 0.6m인 RC T형 모형거더에 외장형 텐던으로 적용하였다. 그리고 이 시험거더에 대한 재하-제하시험을 실시하고 로드셀에서 계측된 긴장력과 스마트 강연선을 이용하여 예측한 긴장력을 비교하였다. 비교 결과, 제안된 스마트 강연선은 긴장력이 작용된 강연선의 장력을 정확하게 모니터링 하는데 유용함을 확인할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2008년도 정기 학술대회
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• pp.133-138
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• 2008

This study proposes a novel method for in-service evaluation of force in an external prestressing 7-wire tendon which is employed for retrofitting bridge superstructure. For this propose, a smart strand 7.0m long whose king wire is replaced by a steel tube and the FBG sensor, is developed. Performance of the strand is demonstrated through loading-unloading tests for a RC T-shaped beam 6.4m long. Finally, a couple of test results are presented to discuss effect of temperature change in the FBG sensor.

• Smart Structures and Systems
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• 제30권5호
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• pp.463-477
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• 2022

In this paper, a hybrid vibration-impedance-based damage monitoring approach is experimentally evaluated for prestressed concrete (PSC) structures with local strand breakage. Firstly, the hybrid monitoring scheme is designed to alert damage occurrence from changes in vibration characteristics and to localize strand breakage from changes in impedance signatures. Secondly, a full-scale PSC anchorage is experimented to measure global vibration responses and local impedance responses under a sequence of simulated strand-breakage events. Finally, the measured data are analyzed using the hybrid monitoring framework. The change of structural condition (i.e., damage extent) induced by the local strand breakage is estimated by changes in a few natural frequencies obtained from a few accelerometers in the structure. The damaged strand is locally identified by tomography analysis of impedance features measured via an array of PZT (lead-zirconate-titanate) sensors mounted on the anchorage. Experimental results demonstrate that the strand breakage in the PSC structure can be accurately assessed by using the combined vibration and impedance features.

• 한국방재학회 논문집
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• 제9권5호
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• pp.79-86
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• 2009

최근 도심 구조물의 규모가 급격히 대형화됨에 따라 인접구조물이 존재하는 상태에서 대규모의 기초구조물의 설치를 위한 넓고 깊은 범위의 굴착이 빈번히 시행되고 있어 안전관리의 중요성이 크게 부각되고 있다. 시공 및 사용 중에 토류구조물의 안전성을 확보하기 위해서는 쏘일앵커, 쏘일네일 및 락앵커 등의 지반보강재에 작용하는 프리스트레스 하중(prestress force) 및 변형을 지속적이고 효과적으로 관측할 수 있는 방법이 필요하다. 그러나 현재 현장에서 주로 사용되는 전기저항식 로드셀과 스트레인게이지, 바이브레이팅 타입의 변형율계를 이용한 변형 및 장력의 측정은 센서 자체의 자기열화 특성 때문에 장기적인 모니터링에는 효과적이지 않을뿐더러 시험체 내부에서 다수의 측정점을 측정하기 위해서는 많은 스트레인게이지를 설치하기 위해 리드선의 공간이 크게 필요한 단점이 있다. FBG(Fiber Bragg Grating)센서는 스트레인게이지와 비교해서 매우 작은 직경을 가지며 전자기파에 의한 노이즈가 없고 내구성이 커서 장기적인 모니터링이 필요한 구조물에 매우 유용하게 사용될 수 있다. 본 연구에서는 7연 강연선의 센터 킹케이블에 FBG 센서를 내장한 스마트 텐던을 이용하여 토류구조물의 보강에 활용되고 있는 앵커와 주변 그라우트면의 하중전이 특성에 대한 일련의 실내실험 결과를 기술하였다. 연구결과 스마트 텐던은 기존의 스트레인 게이지 변형율계로는 마땅히 측정할 수 없던 7연 강연선과 그라우트면의 변형률을 매우 효과적으로 측정할 수 있을 뿐 아니라 하나의 선으로 여러 위치의 변형을 효과적으로 측정할 수 있어 지반보강재의 장력모니터링 뿐만 아니라 그라우트로 부착된 부분의 하중전이 특성을 효과적으로 파악할 수 있는 것으로 나타났다.

• Smart Structures and Systems
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• 제7권4호
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• pp.303-317
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• 2011

A specially designed tendon, which is proposed by embedding an FBG sensor into the center king cable of a 7-wire strand tendon, was applied to monitor the prestress force and load transfer of ground anchor. A series of tensile tests and a model pullout test were performed to verify the feasibility of the proposed smart tendon as a measuring sensor of tension force and load transfer along the tendon. The smart tendon has proven to be very effective for monitoring prestress force and load transfer by measuring the strain change of the tendon at the free part and the fixed part of ground anchor, respectively. Two 11.5 m long proto-type ground anchors were made simply by replacing a tendon with the proposed smart tendon and prestress forces of each anchor were monitored during the loading-unloading step using both FBG sensor embedded in the smart tendon and the conventional load cell. By comparing the prestress forces measured by the smart tendon and load cell, it was found that the prestress force monitored from the FBG sensor located at the free part is comparable to that measured from the conventional load cell. Furthermore, the load transfer of prestressing force at the tendon-grout interface was clearly measured from the FBGs distributed along the fixed part. From these pullout tests, the proposed smart tendon is not only expected to be an alternative monitoring tool for measuring prestress force from the introducing stage to the long-term period for health monitoring of the ground anchor but also can be used to improve design practice through determining the economic fixed length by practically measuring the load transfer depth.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권6호
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• pp.707-714
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• 2015

본 논문에서는 프리텐션된 고강도 콘크리트 부재에서의 전달길이를 측정하기 위해 FBG 센서가 기입된 스마트 강연선을 활용하여 실험을 수행하였다. 전달길이 측정을 위해 길이 3m, 단면 $150{\times}150mm$의 고강도 콘크리트 시험체를 총 5개 제작하였으며, 프리텐션 도입 시 콘크리트 압축강도는 58MPa로 측정되었다. 실험 결과 콘크리트 표면에 부착하는 기존의 전기 저항식 게이지보다 FBG 센서로부터 보다 정밀하고 신뢰성있는 강연선의 전달길이를 계측할 수 있는 것으로 나타났다. 계측결과로부터 산정된 강연선 전달길이를 기존의 여러 모델들과 비교하였으며, 이를 통해 고강도 콘크리트 부재에서의 전달길이 산정에 대한 기존 모델들의 적용성을 분석하였다. 본 연구 내용은 향후 강연선의 부착 특성 분석 등의 관련 분야 연구 등에 유용할 것으로 기대된다.

• Smart Structures and Systems
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• 제16권3호
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• pp.415-433
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• 2015

Tendon failures in bonded post-tensioned bridges over the last two decades have motivated ongoing investigations on various aspects of unbonded tendons and their monitoring methods. Recent research shows that change of strain distribution in anchor heads can be useful in detecting wire breakage in unbonded construction. Based on this strain variation, this paper develops a damage detection model that enables an automated tendon monitoring system to identify and locate wire breaks. The first part of this paper presents an experimental program conducted to study the strain variation in anchor heads by generating wire breaks using a mechanical device. The program comprised three sets of tests with fully populated 19-strand anchor head and evaluated the levels of strain variation with number of wire breaks in different strands. The sensitivity of strain variation with wire breaks in circumferential and radial directions of anchor head in addition to the axial direction (parallel to the strand) were investigated and the measured axial strains were found to be the most sensitive. The second part of the paper focuses on formulating the wire breakage detection framework. A finite element model of the anchorage assembly was created to demonstrate the algorithm as well as to investigate the asymmetric strain distribution observed in experimental results. In addition, as almost inevitably encountered during tendon stressing, the effects of differential wedge seating on the proposed model have been analyzed. A sensitivity analysis has been performed at the end to assess the robustness of the model with random measurement errors.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.17-26
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• 2023

강연선의 손상 및 파단위험에 대하여 적극적으로 대처하기 위해서는 기존의 사후 유지관리 체계만으로는 한계가 있으며 시설물의 내구성, 안전성 저하를 정량적으로 평가 및 예측하고 시설물의 자산가치를 고려한 합리적인 유지관리 체계의 구축이 요구된다. 따라서 가설앵커에 큰 결함이 발생하기 전 사전조치가 이루어지도록 하는 선제적 유지관리 방안을 고려해볼 가치가 있다. 이를 위해 본 연구에서는 선제적 과긴장 공법을 고안하여 설계 및 현장시험을 통해 그 효과를 검토하고 신뢰성 기반 최적화 설계를 수행하여 저항계수를 산정하였다. 이때 과긴장 앵커의 흙막이 가시설 지지효과는 강연선 파단전 유효긴장력에 대한 강연선 파단후 잔존긴장력의 비를 이용하여 평가하였으며 저항계수는 각 확률변수에 대한 최적해를 Excel solver를 이용하여 구하고 이를 한계상태식에 적용하여 산정하였다. 연구결과 과긴장률이 125%~130%인 경우 강연선 파단 후에도 높은 흙막이 가시설 지지효과를 보였으며 최적화 설계결과 하중계수(γ)는 1.25, 저항계수 Φ₁, Φ₂, Φ₃은 0.7, 0.5, 0.6을 적용함이 적절한 것으로 나타났다.

• Smart Structures and Systems
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• 제19권3호
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• pp.269-277
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• 2017

Recently, there has been significant interest in structural health monitoring for civil engineering applications. In this research, a specially designed tendon, proposed by embedding FBG sensors into the center king cable of a 7-wire strand tendon, was applied for long-term health monitoring of tensile forces on a ground anchor. To make temperature independent sensors, the effective temperature compensation of FBG sensors must be considered. The temperature sensitivity coefficient ${\beta}^{\prime}$ of the FBG sensors embedded tendon was successfully determined to be $2.0{\times}10^{-5}^{\circ}C^{-1}$ through calibrated tests in both a model rock body and a laboratory heat chamber. Furthermore, the obtained result for ${\beta}^{\prime}$ was formally verified through the ground temperature measurement test, expectedly. As a result, the ground temperature measured by a thermometer showed good agreement compared to that measured by the proposed FBG sensor, which was calibrated considering to the temperature sensitivity coefficient ${\beta}^{\prime}$. Finally, four prototype ground anchors including two tension ground anchors and two compression ground anchors made by replacing a tendon with the proposed smart tendon were installed into an actual slope at the Yeosu site. Tensile forces, after temperature compensation was taken into account using the verified temperature sensitivity coefficient ${\beta}^{\prime}$ and ground temperature obtained from the Korean Meteorological Administration (KMA) have been monitored for over one year, and the results were very consistent to those measured from the load cell, interestingly.