건축공학과-콘크리트 유지관리 1

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본문내용

되는 실정이다.
그림 8.3은 일반적인 광섬유 케이블을 콘크리트구조물에 부착하여 균열의 위치를 탐사 하는 개략도이다. 콘크리트 표면과 광섬유 케이블은 에폭시를 통해 거동의 일체를 확보 하고 있으므로 콘크리트가 외력에 의하여 균열이 발생하면 광섬유 케이블이 같이 파손되어 그 손상된 위치를 파악할 수 있다.
그림 8.4는 이러한 균열탐사 기술의 적용 가능한 예들 보이고 있다. 콘크리트 교량의 경우에는 인장 균열이 유발될 가능성이 있는 경간 중앙 하부플랜지에, 지점부는 상부 플랜지에 광섬유 케이블을 미리 부착하여 사용할 수 있다. 따라서 해당 구조물 유지관리자는 균열의 발생 위치를 손쉽게 파악하여 적절한 조치를 수립할 수 있다.
그림 8.3 콘크리트구조물 균열탐사 개략도
그림 8.4 콘크리트교량 구조물의 균열 탐사 개략도
교량의 수직 쳐짐 측정기술
과거 구조물 안전진단시 구조물의 성능평가 항목으로는 주로 응력을 측정하여 평가자료로
사용하였다. 그러나 대형 구조물의 어느 특정한 부위의 국부적인 응력을 측정하여 해당 구조물의 전체적인 성능을 평가하는 과정에는 상당한 오차가 포함될 수 있다.
현재는 전체적인 구조물의 성능을 나타내는 인자로서 처짐, 진동수 등을 측정하여 구조물의 성능 변화를 파악하려는 것이 구조물 안전도 평가의 흐름이다. 그러나 대부분의 경우 교량 구조물은 하전이나 해상을 가로질러 건설되므로 접촉식 변위계를 이용하는 방법은 비계를 설치해야 하는 방법상의 어려움이 있고, 측량을 이용하는 방법은 주기적으로 수행되는 유지관리 업무의 특성상 객관성을 유지하기가 곤란하다.
또한 건물의 경우에도 마찬가지로 각 층의 슬래브 처짐을 접촉식 변위계나 측량을 이용하기에 어려움이 있다. 따라서 광섬유센서 기술을 이용하여 위와 같은 문제점을 극복할 수 있는 기법이 개발 되고 있다， 광섬유 격자센서의 다중점 측정을 이용하여 구조물의 처짐을 추정하는 기법 이다. 보나 슬래브의 종방향을 따라 광섬유 격자센서를 연속적으로 부착하여 현장계측을 통해 각 측정점에서 변형률을 계측한다. 이를 회귀분석하여 변형률 함수를 얻은 후, 대상 구조물의 경계조건을 적용하고, 변형률 또는 곡률과 처짐곡선의 관계식을 이용하여 실제 의 처짐을 추정한다. 아래의 그림 8.5는 간략한 예를 통해 그 원리를 보이고 있다.
그림 8.5 보의 수직 처짐 추정 기법
광섬유센서 기술의 전망
해외에서의 광섬유센서 기술은 구조물에 적용하는 단계로 발전하고 있으나 국내에서는 기술도입 단계로서 아직은 인식의 정도가 높지 않다. 그러나 앞서 언급한 바와 같이 광섬유센서의 장점과 계측기반 기술(센서개발)의 성장 가능성을 볼 때 토목 건축 구조물로의 활용도는 더욱 증가할 것으로 예측되며, 기존의 전기저항식 계측기술을 보완 또는 더 나아가 상당부분을 대체 가능할 것으로 예상된다.
2) 계측 데이터 분석기술
현재까지 국내의 주요 구조물에 설치된 계측 시스템의 개념은 계측센서가 설치된 위치에서의 계측 신호 추아를 분석하여 대 구조물의 상태를 파악하는 신호 기반 모니터링으로서 계측된 신호를 분석하여 구조물의 상태를 평가한다. 이 과정에서 필요한 구조적인 지식을 갖춘 전문가가 반드시 필요하며, 전체적인 구조물의 모니터링을 위해서는 손상을 발생 초기에 발견할 수 있을 만큼 많은 수의 계측센서를 설치해야만 분석 효과를 얻을 수 있다.
이러한 기존의 개념은 분석해야 할 신호의 양이 방대하여 분석 전문가에게 너무 많은 부담을 주며, 계측센서의 수량이 많기 때문에 이를 처리할 대용량의 주전산기가 필요하고, 계측 신호를 분류, 기록, 저장하는 작업에 많은 노력이 소요된다. 실제로 신호 처리 용량의 한계와 비용 및 분석 요원 운영상의 문제로 대부분의 경우에는 필요한 만큼의 센서를 설치하지 못하고, 중요한 것으로 판단되는 일부 구조 부위만을 모니터링 대상으로 삼아 계측을 실시하는 것이 일반적이다.
그러나 건물, 교량 등 대형 구조물의 경우에는 기계 및 항공기와 같이 취약 부위가 특정한 곳에 집중되어 있지 않고, 대상 구조물 전체에 분포하거나 산재해 있는 경우가 대 부분이기 때문에 선호 기반 모니터링에 의한 계측진단은 대상 구조물의 상태평가 및 손상감지에 상당히 미흡하다고 말할 수 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 최근에는 계측분석의 전문화 및 자동화를 위한 전문가 시스템과 구조적인 지식의 사전 데이터베이스를 통하여 적은 수의 계측센서에서 얻어진 계측신호를 전체 대상 구조물의 상태파악에 이용하는 지식 기반 모니터링의 필요성이 대두되고 있다.
지식 기반 모니터링이란 한마디로 요약하면 연속체로 이루어진 구조물의 특성상 어떤 부위의 손상이나 구조적인 변화는 계측센서가 설치되어 있는 다른 부위의 신호 특성에 영향을 미치는 성질을 이용하여 한정된 수량의 계측을 통해 얻어진 계측 선호로 구조물 의 상태를 파악하는 방법이다. 여기서 말하는 구조물의 상태란 구조물의 건전성을 알려주는 지표로서 균열이나 변형 등 직접적인 구조 손상에 해당될 수 있으며, 내하성능, 노후도 등 구조물의 전반적인 성능변화를 나타낼 수 있다. 지식 기반 모니터링에 의한 계측관리가 이루어지기 위해서는 초기 실험을 통한 계측 초기치의 정확한 조정이 필요하며, 계측 및 신호분석을 위한 시스템의 정밀도가 요구된다.
8.3.4 소 결
이상에서 언급한 구조물의 계측 모니터링기술에 관한 문제점과 향후 발전 방향에 대하여 요약하면 다음과 같다.
현재 사용되고 있는 계측 시스템의 문제점을 개선하기 위한 대안으로서 광섬유센서 기술을 들 수 있다. 광섬유센서 기술은 전기적인 노이즈를 배제할 수 있으며, 많은 수의 센서를 설치함으로써 분석기술의 향상을 유도할 수 있다. 특히 콘크리트구조불의 경우에는 국부적인 손상감지가 가능하기 때문에 구조물의 건전성 모니터링을 위한 활용 가능성이 향후 매우 높은 것으로 예상된다.
기존의 신호 기반 모니터링의 한계들 극복하기 위하여 새륨게 부각되고 있는 구조물의 계측분석기술로서 지식 기반 모니터링기술이 대두되고 있다. 이 기술은 기존의 계측 시스템의 한계 내에서 분석기술의 새로운 개념을 도입하여 보다 효과적으로 구조물의 상태파악과 손상감지를 얻을 수 있다.

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건축공학,   콘크리트,   유지관리,   건축기사