• Smart Structures and Systems
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• 제13권6호
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• pp.943-957
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• 2014

When subjected to fatigue loading, the main failure mode of partially prestressed concrete (PPC) structure is the fatigue fracture of tensile reinforcement. Therefore, monitoring and evaluation of the steel stresses/strains in the structure are essential issues for structural design and healthy assessment. The current study experimentally investigates the possibility of using fiber Bragg grating (FBG) sensors to measure the steel strains in PPC beams in the process of fatigue loading. Six full-scale post-tensioned PPC beams were exposed to fatigue loading. Within the beams, the FBG and resistance strain gauge (RSG) sensors were independently bonded onto the surface of tensile reinforcements. A good agreement was found between the recorded results from the two different sensors. Moreover, FBG sensors show relatively good resistance to fatigue loading compared with RSG sensors, indicating that FBG sensors possess the capability for long-term health monitoring of the tensile reinforcement in PPC structures. Apart from the above findings, it can also be found that during the fatigue loading, there is stress redistribution between prestressed and non-prestressed reinforcements, and the residual strain emerges in the non-prestressed reinforcement. This phenomenon can bring about an increase of the steel stress in the non-prestressed reinforcement.

• 한국철도학회논문집
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• 제9권4호
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• pp.467-472
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• 2006

This paper deals with the applicability of long-gauge deformation fiber optic sensors (FOS) to prestressed concrete structures. A main motivation is the desire to monitor the deflection of the railway bridges without intervenes of the signal intensity fluctuations. A 25 m long, 1.8 m deep PSC girder was fabricated compositely with 22 cm thick reinforced concrete deck. Two pairs of 3 m long-gauge sensors are attached to the prestressed concrete girder with parallel topology. Using the relationship between curvature and vortical deflection and the quadratic regression of curvatures at the discrete point, it is possible to extrapolate the deflection curve of the girder. The estimated deflection based on the developed method is compared with the results using conventional strain gauges and LVDTS. It has been demonstrated that the proposed instrumentation technique is capable of estimating the vertical deflection and neutral axis position of the prestressed concrete girder up to weak nonlinear region.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2005년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.109-114
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• 2005

Fiber optic sensors hold a great potential for structural monitoring due to their stability and durability. This paper deals with the applicability of long-gage deformation fiber optic sensors to prestressed concrete structures. Two sets of 3 m long-gage sensors are attached to the prestressed concrete girder with parallel topology. Using the quadratic regression of measured deformations over the length of sensors it is possible to extrapolate the deflection of the girder. The static response based on the developed method is compared with the results using conventional strain gages and LVDTs.

• Composites Research
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• 제25권6호
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• pp.211-216
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• 2012

광섬유센서는 구조물에 매립 또는 부착시 전단응력에 의해 편광이 발생하여 피크가 2개로 갈라질 수 있기 때문에 센서는 보호되고 양 끝단을 고정하는 방법으로 패키징을 하여야 하나, 광섬유의 클래딩 부분을 부착하는 방식으로 고정하면, 변형발생시 광케이블을 구성하는 코어와 클래딩 사이에서 미끄러짐 현상이 발생하기 때문에 이를 방지하기위해 센서의 양 끝단에 고정구를 사용하고 광섬유를 부분탈피하여 부착하여 접점을 만들어 줌으로써 외력에 의해 발생하는 변형을 정확하게 측정이 가능하도록 하였다. 그리고 기존 광섬유격자센서가 자체적으로 압축변형의 측정이 곤란한 점을 개선하기위해 미리 긴장(Pre-Strain)상태를 유지하기 위하여 두 개의 접점사이를 볼트와 너트로 조절하여 프리스트레인 가변이 가능하도록 하여 인장/압축변형 측정을 가능하게 한 광섬유격자센서 패키지를 제작하였다. 이러한 광섬유격자센서패키지를 실제구조물에 적용하여 측정하였으며, 이를 통하여 안전을 감시하는 모니터링시스템에 적용할 수 있도록 하였다.

• 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.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권6호
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• pp.715-722
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• 2015

프리스트레스(PS) 긴장재의 긴장력 관리는 거더 성능관리에 있어 매우 중요한 항목이나 현재는 시공시 설계 긴장력의 도입 여부만을 검증한 후 공용시에는 그 관리가 이루어지지 않는 실정이다. 이에 본 연구에서는 PSC 거더의 제작단계에서부터 공용시까지 생애주기 동안의 긴장력 관리가 가능한 PSC 거더를 제안하기 위한 기초 연구로서, 현재의 기술수준으로 사용 가능한 센서들을 이용하여 PS 긴장력을 측정하는 실험 연구를 수행하였다. 소규모 거더를 제작하여 4종류의 센서를 설치하였고, 긴장력을 도입하면서 각 센서들의 적용성과 정확성을 평가하였다. 실험결과에 따르면, 중공로드셀은 편심하중이 작용하는 경우 기준값보다 하중을 높게 평가하는 경향이 있었다. EM 센서는 실용이 가능한 정확도를 보여주었으며, 콘크리트 내부의 긴장재를 따라 어느 위치에서도 설치할 수 있다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제21권6호
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• pp.565-570
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• 2020

Large tonnage pile foundation load test system is designed in this paper by using pre-stressed technique to optimize the design of anchor pile reaction beam system, in which project pile can be successfully taken as anchor pile. The test results show that the cracks and excessive deformations of the prestressed anti-force device designed in this study have not occurred, and the prestressed tendons of the anchor pile ensure that the anchor pile will not be pulled and fractured, and the prestressed tendons can be reused, thus ensuring the safety and reliability of the test. This test method can directly test bearing capacity of long rock-socketed piles, and analysis bearing behaviors from test results of sensors which embedded in the pile. Through test studied, authors summarized the vertical bearing characteristics of long rock-socketed piles and the main problems that should be paid attention to during design and construction, and provided reliable solutions.

• Smart Structures and Systems
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• 제28권6호
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• pp.761-777
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• 2021

This study presents a numerical investigation on the sensitivity of electromechanical (EM) impedance responses to inner damaged concrete of a prestressed anchorage zone. Firstly, the Ottosen yield criterion is selected to simulate the plasticity behavior of the concrete anchorage zone under the compressive loading. Secondly, several overloading cases are selected to analyze inner damage formations in the concrete of the anchorage zone. Using a finite element (FE) model of the anchorage zone, the relationship between applied forces and stresses is analyzed to illustrate inner plasticity regions in concrete induced by the overloading. Thirdly, EM impedance responses of surface-mounted PZT (lead-zirconate-titanate) sensors are numerically acquired before and after concrete damage occurrence in the anchorage zone. The variation of impedance responses is estimated using the RMSD (root-mean-square-deviation) damage metric to quantify the sensitivity of the signals to inner damaged concrete. Lastly, a novel PZT skin, which can measure impedance signatures in predetermined frequency ranges, is designed for the anchorage zone to sensitively monitor the EM impedance signals of the inner damaged concrete. The feasibility of the proposed method is numerically evaluated for a series of damage cases of the anchorage zone. The results reveal that the proposed impedance-based method is promising for monitoring inner damaged concrete in anchorage zones.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.113-122
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• 2010

후 긴장된 PS 강재의 부식과 파단은 프리스트레스 콘크리트 교량의 안전에 매우 심각한 문제를 발생시키고 있다. 따라서 교량의 내하력 평가시 PS 강재의 부식 상태를 조사해야 하며, 부식된 PS 강재가 발견되는 경우, 부식에 의한 강재의 단면적 감소량을 극한강도 평가시 고려해야만 한다. 선행 연구에서는 연속음향감지기법을 그라우팅되고 후 긴장된 PS 강연선의 부식과 파단을 감지할 수 있는 신뢰할 만한 비파괴검사방법으로 평가하였다. 이 연구에서는 긴장재에 도입된 응력 수준이 현행 설계기준에 제시된 수준보다 낮게 도입된 PS 강연선에 대해 부식에 의한 강선 파단을 감지하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 이를 위해 프리스트레스의 크기가 각각 인장강도의 66%와 40%로 도입된 PS 강연선이 포함된 길이 10 m의 PSC 보를 제작하였다. 부식 촉진 장비를 이용하여 긴장재를 인위적으로 부식시켰으며, 7개의 음향센서와 연속음향감지장치를 이용하여 실험부재를 모니터링하였다. 부식 촉진 실험 동안 각 PS 강연선으로부터 2번의 강선 파단음파를 성공적으로 감지하였으며, 또한 오차범위 20 mm 이하로 음원 위치를 표정할 수 있었다. 이상의 실험 결과를 토대로 그라우팅되고 후 긴장된 PSC 보에서 발생되는 PS 강선 파단을 감지하는데 연속음향감지기법을 적용할 수 있다고 판단된다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제9권6호
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• pp.11-15
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• 2009

최근 국내에서는 PSC(Prestressed Concrete) 박스 거더 교량의 교폭을 늘리고 자중을 줄이기 위한 목적으로 박스의 수를 줄이는 대신 콘크리트 충진 FRP(Concrete Filled FRP, CFFRP) 스트럿을 상판 캔틸레버 부분에 설치하는 공법이 시공되고 있다. 이러한 CFFRP 스트럿은 사례가 많지 않은 교량 구조물로서 설계 및 시공에서의 불확실성을 제거하기 위해 교량 시스템에서의 스트럿 거동을 실험적으로 분석할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 대상교량에 대해 현장시험을 실시하여 CFFRP 스트럿의 국부 거동을 분석하고자 한다. 특히 전자기파 간섭에 대해 면역이 우수한 광센서인 FBG(fiber Bragg grating) 센서를 기반으로 시험을 실시하여 잡음이 없는 우수한 응답을 성공적으로 획득하였다. 현장시험에서는 재하트럭의 속도와 횡방향 위치를 매개변수로 시험을 실시하였다. 그 결과 CFFRP 스트럿은 하중재하 위치와 속도에 관계없이 압축상태에 존재하고 있으며, 통과 차량의 횡방향 위치가 CFFRP 스트럿의 거동에 민감한 요소임을 확인하였다.