현수교 중앙 경간의 수직 처짐에 대한 온도 영향 분석

초록

최근 몇몇 대형 구조물이 붕괴하여 커다란 손실을 낳자, 구조물의 현재 상태를 파악하고자 System Identification(SI)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 지금까지의 연구는 온도나 습도, 풍속 등의 환경적 요인에 의해 구조물의 거동이 크게 달라질 수 있다는 점을 간과하고 있었다. 하지만 구조물의 초기 손상으로 인한 구조물의 응답 변화는 환경적 영향에 의한 응답 변화에 비해 크지 않다. 따라서 손상 감지 시스템이 제대로 적용되기 위해서는 환경적 요인에 의한 응답의 변화를 반드시 고려해야 한다. 이 논문은 구조물의 응답에 미치는 환경적 요인의 영향에 대해 알아보기 위해, 가장 지배적 요소인 온도를 선택하여 현재 개통 중인 영종대교의 데이터를 통해 그 영향을 분석하였다. 분석의 방법으로는 외부 인자(Exogeneous Input)와 함께 자기 회귀 가능한 결과(Auto-Regressive Output)를 다루는 Dynamic Model 중 온도와 처짐을 선형으로 이어줄 수 있는 ARX model을 선정하였다(식(1)). 분석 대상으로는 영종대교 주탑 및 케이블 온도와 중앙 경간의 수직 처짐 사이의 상관관계를 선정하였다. 본 논문을 통해 실측된 데이터들의 전처리 과정과, ARX 모델을 데이터에 다양하게 적용시킨 결과를 제시하였다. 그 결과 모델 구축에 사용된 데이터뿐만 아니라 적용성을 검토한 그룹에 대해서도 시뮬레이션 결과가 실측치를 잘 모사하고 있다. 따라서 온도의 영향을 고려하는 데 있어서 ARX 모델의 적용성은 우수하다고 할 수 있다. 또한 이전에 제시된 논문에서 전형적인 3경간 연속 프리캐스트 콘크리트 박스 거더교에서는 한 곳에서 측정된 온도를 사용하여 구성한 ARX 모델로도 구조물의 변화를 예측할 수 있다고 하였다. 그러나 영종대교와 같은 현수교에서는 주케이블이나 행어 등 그 구조 자체가 콘크리트 박스 거더교 보다 훨씬 복잡하고 다양하므로 이러한 결론이 잘 적용되지 않는 것으로 나타났다."