공액보 방법 및 최적화기법을 이용한 교량 손상평가기법

초록

교량구조물이 적절한 기준에 따라 설계?시공된 경우에도, 열화와 손상은 발생할 수 있다. 이러한 손상은 반복하중, 환경적 위해요인, 과하중, 바람, 지진 등 여러 가지 요인에 의하여 발생한다. 사회간접자본인 교량과 같은 토목구조물에서 이러한 열화와 손상은 소중한 인명 피해 및 거대한 사회경제적 충격을 유발할 우려가 있다. 따라서, 교량구조물에 대한 적절하고 정밀한 점검 및 손상규명은 매우 중요하다. 교량의 성능조사 방법에는 육안조사, 비파괴검사법(NDE), 하중재하시험 및 손상추정기법(System Identification, SI) 등이 있으며, 구조물의 진동특성 등을 이용하여 손상의 위치와 정도를 규명하는 SI기법은 1970년대 말에 토목분야에 도입되었다.(Aktan,외, 1997) 또한, 최근 계측기술의 발달과 비용의 감소로 SI기법에 대한 관심이 더욱 고조되었으며, 교량 Health monitoring과 관련하여 교량의 건전성평가기법에 대한 새로운 접근방법이 요구되고 있다. SI 기법은 동적 특성의 변화를 주로 이용하고 있으며, 특히 주파수영역에서 모드특성을 이용하여 손상을 추정하는 알고리즘에 대한 개발이 주로 이루어져 왔다.(Doebling외, 1996) Cawley(1979)이후, Fabrizio (2000) 등은 고유진동수를 이용한 손상도 추정기법을 개발하였으나, 고유진동수의 변화는 손상에 대해 민감하지 않은 단점이 있다. Stubb(1996) 등은 비교적 손상에 대한 민감도가 높은 것으로 알려진 모드형상을 이용한 손상추정기법을 제시하였다. 또한, Yun(1980), Wang(1995), Choi(2001) 등은 시간영역의 손상추정기법에 대한 연구를 수행하였다. 본 논문에서는 공액보 이론에 기초하여 손상과 강성과의 관계식을 정립하고, 최적화 기법을 도입한 손상 추정 기법을 제시하였다. 또한, 손상의 정도 뿐 만 아니라 손상 폭의 효과를 고려하기 위하여 손상 폭을 다양하게 변화시켜 수치예제 및 실험예제에 적용하고, 제시된 기법을 이용하여 손상을 추정함으로써 개발기법의 적용성과 한계에 대하여 검토하였다."