KR101699856B1 - Damage Detection method of Pile and Tower Structures Using Acceleration and Angular Velocity of Top - Google Patents

Abstract

말뚝 및 타워형 구조물의 최상단가속도와 각속도만을 이용한 손상 추정 방법이 개시된다. 본 발명의 말뚝 및 타워형 구조물의 최상단가속도와 각속도만을 이용한 손상 추정 방법은 탐지 대상이 되는 말뚝 및 타워형 구조물에 대하여 가속도 및 각속도 센서를 부착하여 구조물의 가속도 및 각속도를 측정하는 가속도 측정 단계, 상기 측정된 가속도 및 각속도를 통해 변위와 기울기의 1차 모드에서의 주파수 상에서 신호 크기의 비율을 통하여 변위-기울기 모드형상 비율을 계산하는 변위-기울기 모드형상 비율 계산 단계, 상기 구조물의 손상 전 및 손상 후의 상기 변위-기울기 모드형상 비율을 이용하여 구조물의 손상지수를 산출하는 손상지수 산출 단계, 상기 손상지수의 크기 및 부호를 통해 손상 유무 및 위치를 판단하는 손상 유무 및 위치 판단 단계를 포함 포함한다.A method for estimating damage using only top acceleration and angular velocity of a pile and tower structure is disclosed. The method of estimating damage using only the top acceleration and the angular velocity of a pile and a tower structure of the present invention includes an acceleration measuring step of measuring an acceleration and an angular velocity of a structure by attaching an acceleration and an angular velocity sensor to a pile and a tower structure to be detected, A displacement-slope mode shape ratio calculation step of calculating a displacement-slope mode shape ratio through a ratio of a signal size on a frequency in a primary mode of displacement and slope through acceleration and an angular velocity, A damage index calculation step of calculating a damage index of the structure by using the slope mode shape ratio, and the presence / absence of damage and the location determination step of determining the presence / absence of damage and the location of the damage index.

Description

말뚝 및 타워형 구조물의 최 상단 가속도와 각속도를 이용한 손상 추정 방법{Damage Detection method of Pile and Tower Structures Using Acceleration and Angular Velocity of Top}[0002] Damage Detection Methods of Pile and Tower Structures Using Acceleration and Angular Velocity of Top Pile and Tower Structures [

본 발명은 풍력발전기, 전신주, 송전탑, 타워크레인, 전파타워 등의 말뚝 및 타워형 구조물의 신속한 결함 추정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조물의 최상부의 하나의 가속도와 하나의 각속도만을 계측하여 구조물의 결함 정도 및 위치를 추정할 수 있는 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 유무 및 손상 위치 추정 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for quickly estimating defects of piles and tower structures such as wind turbines, electric poles, transmission towers, tower cranes, and radio wave towers, and more particularly, The present invention relates to a method for estimating the damage position of a pile and a tower structure capable of estimating the degree and location of a defect.

말뚝 및 타워형 구조물은 완공 후 지속적인 풍 하중에 노출되며 이로 인해 반복적인 피로 누적으로 인한 구조적 결함이 발생하게 된다. 관리가 되지 않을 경우, 붕괴에 이를 수도 있으며 많은 인명 및 재산 피해를 초래한다. 종래의 구조물 손상 추정 방법들은 구조물의 계측된 진동을 이용하여 고유진동수, 모드 형상을 통해 손상 판단 및 위치추정을 실시하였다. 고유진동수 기반 손상 추정 기법은 구조물에 설치된 동적 계측 센서를 통해 구조물의 고유진동수를 계산하여 이를 손상 판단을 위해 기본적인 지표로 활용하였다. 손상 전 후의 고유진동수 비교를 통해 손상을 판단하는 방법으로 하나의 센서로 빠른 판단이 가능하나, 온도 등 외부하중으로 인해 고유진동수가 변하므로 손상 추정의 정확도가 높지 않다. 온도에 따른 손상지수 보정을 위해 1년 이상 장기계측 데이터를 필요로 하므로, 즉각적인 손상 판단이 요구되는 건설 현장에서는 사용이 불가능하다는 단점이 있다. 또한 단일 센서 사용으로 인해 손상 위치 파악이 불가능하다는 단점이 있다.Piles and tower structures are exposed to continuous wind loads after completion, resulting in structural defects due to repeated fatigue accumulation. Failure to do so could lead to collapse, resulting in loss of life and property. In the conventional structures damage estimation methods, the damages are determined and the location is estimated through the natural frequency and the mode shape using the measured vibration of the structure. The natural frequency-based damage estimation method uses the dynamic measurement sensor installed on the structure to calculate the natural frequency of the structure and use it as a basic index for damage assessment. Comparing the natural frequencies before and after damage, it is possible to make a quick judgment by using one sensor. However, the accuracy of the damage estimation is not high because the natural frequency changes due to the external load such as temperature. It requires long-term measurement data for more than one year to compensate for temperature-dependent damage index, which is disadvantageous in that it can not be used in a construction site where immediate damage judgment is required. In addition, there is a disadvantage in that it is impossible to identify the damage location by using a single sensor.

이에 반해 모드 형상 기반의 손상 추정 방법은 고유진동수 기반 방법에 비해 온도의 변화에 둔감하다는 장점이 있다. 모드형상 측정을 위해서는 구조물 전체에 분포된 다수의 센서로부터의 계측 데이터가 필요하다. 많은 수의 센서 설치를 필요로 하므로, 센서 설치로 인한 가격 면에서 많은 제약이 따르며, 또한 센서유지관리에 많은 인력 및 비용이 소요된다. 모드형상은 손상의 위치를 제시할 수 있는 장점이 있지만, 계측 시 센서 잡음으로 인해 정확한 형상을 계측하기가 어려우며 이로 인해 잘못된 손상 정보를 제공하는 경우가 많다.
On the other hand, the mode shape based damage estimation method is advantageous in that it is insensitive to the temperature change as compared with the natural frequency based method. Mode shape measurements require measurement data from multiple sensors distributed throughout the structure. Since a large number of sensors are required to be installed, there are many restrictions on the price due to the installation of the sensor, and the maintenance and management of the sensor requires much manpower and cost. The mode shape has the advantage of indicating the position of the damage, but it is difficult to measure the accurate shape due to the sensor noise during the measurement, thereby often providing false damage information.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 두 가지다. 첫 번째로는 저가의 장비와 최소한의 센서를 사용하면서 말뚝 및 타워형 구조물의 손상을 추정하는 방법을 제공하는 것이며, 두 번째로는 외부의 온도에 의하여 변하는 구조물의 손상지수를 안정적으로 구하기 위하여 온도변화에 매우 둔감한 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 유무 및 손상의 대략적인 발생 위치를 추정하는 방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the present invention has two problems. The first is to provide a method for estimating the damage of pile and tower structures using low cost equipment and a minimum number of sensors, and second, to provide a method for estimating the damage index of a structure varying by external temperature, And a method for estimating the location of the damage and the approximate location of damage of the pile and the tower structure.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 따른 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 추정 방법은 가속도 및 각속도 측정 단계, 변위-기울기 모드형상 비율 계산 단계, 손상지수 산출 단계, 손상 유무 및 위치 판단 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the method for estimating damage of a pile and a tower structure according to the present invention includes steps of measuring an acceleration and an angular velocity, calculating a shape ratio of a displacement-slope mode, calculating a damage index,

상기 가속도 측정 단계에서는 구조물에 가속도와 각속도 센서를 부착하여 상기 구조물의 가속도를 측정한다.In the acceleration measurement step, the acceleration and the angular velocity sensor are attached to the structure to measure the acceleration of the structure.

상기 변위-기울기 모드형상 비율 계산 단계에서는 상기 측정된 가속도 및 각속도를 통해 변위와 기울기의 1차 모드에서의 주파수 상에서 신호 크기의 비율을 통하여 변위-기울기 모드형상 비율을 계산한다.In the displacement-slope mode aspect ratio calculation step, the displacement-slope mode aspect ratio is calculated through the ratio of the signal magnitudes on the frequency in the primary mode of the displacement and the slope through the measured acceleration and angular velocity.

상기 손상지수 산출 단계에서는 상기 구조물의 손상 전 및 손상 후의 상기 변위-기울기 모드형상 비율을 이용하여 구조물의 손상지수를 산출한다.In the damage index calculation step, the damage index of the structure is calculated using the displacement-slope mode shape ratio before and after damage of the structure.

그리고, 손상 유무 및 위치 판단 단계에서는 상기 손상지수의 크기 및 부호를 통해 손상 유무 및 위치를 판단한다.In addition, in the damage presence and location determination step, the presence and the location of damage are determined through the magnitude and the sign of the damage index.

그리고, 주기적으로 상기 가속도 측정 단계 내지 상기 손상 유무 및 위치 판단 단계를 반복하여 말뚝 및 타워형 구조물의 손상을 주기적으로 관찰할 수 있다. Periodically, the damage of the pile and the tower structure can be periodically observed by repeating the acceleration measurement step, the presence of damage, and the position determination step.

상기 가속도 및 각속도 센서는 상기 구조물의 최 상단에 부착된다.The acceleration and angular velocity sensors are attached to the uppermost end of the structure.

상기 변형률-기울기 모드형상 비율은 아래와 같은 식으로 정의할 수 있다.The strain-gradient mode shape ratio can be defined as follows.

그리고, 손상 지수는 아래와 같은 식으로 정의할 수 있다.The damage index can be defined as follows.

여기서, NDF는 손상지수,

는 손상된 구조물의 변위-기울기 모드형상 비율,

는 손상 전 구조물의 변위-기울기 모드형상 비율의 평균을 의미한다. 손상지수의 부호가 음수인 경우에는 지반의 침식 및 구조물 하부의 손상을 나타내며, 양수인 경우에는 구조물 상부의 손상을 의미한다.
Here, NDF is the damage index,

Is the displacement-slope mode aspect ratio of the damaged structure,

Is the average of the displacement-slope mode aspect ratio of the pre-damage structure. If the sign of the damage index is negative, it indicates erosion of the ground and damage to the lower part of the structure. In the case of a positive number, it means damage to the upper part of the structure.

상기와 같이 구성된 본 발명의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.The effects of the present invention will be described below.

본 발명의 일 실시예에 따른 구조물의 손상 추정 방법에 의하면 구조물의 변위와 경사 각도의 1차 모드를 이용하여 변위-기울기 모드형상 비율을 산출하고, 상기 모드형상 비율을 통해 손상지수를 구함으로써 간단한 방법으로 신속하게 구조물의 손상을 추정할 수 있다.According to the method for estimating the damage of a structure according to an embodiment of the present invention, the displacement-slope mode shape ratio is calculated using the first mode of the displacement and the tilt angle of the structure, and the damage index is determined through the mode shape ratio In this way, damage to the structure can be estimated quickly.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 추정 방법을 적용하기 위한 손상을 입은 일반적인 말뚝 및 타워형 구조물을 나타내는 도면;
도 2는 도 1의 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 발생시, 손상 등가 모델을 나타내는 도면
도 3은 손상크기와 손상지수의 관계를 온도 변화로 인해 변하는 서로 다른 두 가지 재료적 물성치 (EI) 에 대해 나타낸 도면; 및
도 4는 구조물에 발생하는 손상의 위치와 이에 따른 손상 지수의 부호 변화를 나타내는 도면이다.The foregoing summary, as well as the detailed description of the preferred embodiments of the present application set forth below, may be better understood when read in conjunction with the appended drawings. For the purpose of illustrating the invention, there are shown preferred embodiments in the figures. It should be understood, however, that this application is not limited to the precise arrangements and instrumentalities shown.
FIG. 1 illustrates a damaged pile and a tower structure for applying a damage estimation method of a pile and a tower structure according to an embodiment of the present invention; FIG.
Fig. 2 is a diagram showing a damaged equivalent model when the pile and tower structure of Fig. 1 are damaged; Fig.
Figure 3 shows the relationship between damage size and damage index for two different material properties (EI) that vary due to temperature changes; And
Fig. 4 is a diagram showing the position of a damage occurring in the structure and the sign change of the damage index. Fig.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the appended drawings illustrate the present invention in order to more easily explain the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto. You will know.

그리고, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래기술의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.In describing the embodiments of the present invention, it is to be noted that elements having the same function are denoted by the same names and numerals, but are substantially not identical to elements of the prior art.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Also, the terms used in the present application are used only to describe certain embodiments and are not intended to limit the present invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 추정 방법을 적용하기 위한 단순화된 풍력 터빈 모델을 나타내는 도면이다.1 illustrates a simplified wind turbine model for applying a damage estimation method for a pile and a tower structure according to an embodiment of the present invention.

말뚝 및 타워형 구조물(100)이란 지상으로부터 수직으로 높은 높이를 가지는 구조물(100)로, 이하 도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 말뚝 및 타워형 구조물(100)이 지반 위에 위치한 것으로 예로 들어 설명하기로 한다.The pile and tower structure 100 is a structure 100 having a height vertically from the ground. As shown in FIG. 1, the pile and the tower structure 100 are disposed on the ground in the present embodiment. .

본 발명의 일 실시예에 따른 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 추정 방법은 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 추정 방법은 가속도 및 각속도 측정 단계, 변위-기울기 모드형상 비율 계산 단계, 손상지수 산출 단계, 손상 유무 및 위치 판단 단계를 포함한다.The method of estimating damage of a pile and a tower structure according to an embodiment of the present invention is characterized in that the method of estimating damage of a pile and a tower structure includes steps of measuring acceleration and angular velocity, calculating a shape ratio of a displacement-slope mode, calculating a damage index, And a judgment step.

가속도 및 각속도 측정 단계에서는 구조물(100)에 가속도 센서(200) 및 각속도 센서(300)를 부착하여 구조물(100)의 가속도 및 각속도를 측정한다. 여기서, 가속도 센서 (200) 및 각속도 센서(300)는 구조물(100)의 최 상단에 부착될 수 있다.In the acceleration and angular velocity measuring step, the acceleration sensor 200 and the angular velocity sensor 300 are attached to the structure 100 to measure the acceleration and angular velocity of the structure 100. Here, the acceleration sensor 200 and the angular velocity sensor 300 may be attached to the uppermost end of the structure 100.

조화하중을 받는 경우, 가속도와 각속도의 측정치는 1차 모드만을 가정하는 경우 모드형상을 매개로 다음과 같이 <수학식 1>과 <수학식 2>로 표현될 수 있다.In the case of receiving a harmonic load, the measurement values of the acceleration and the angular velocity can be expressed by Equation (1) and Equation (2) through the mode shape as follows, assuming only the first mode.

여기서

은 구조물의 첫 번째 고유 진동수를 의미한다.here

Is the first natural frequency of the structure.

변위-기울기 모드형상 비율 계산 단계에서는 가속도 센서(200) 및 각속도 센서(300)에서 측정된 구조물(100)의 가속도 및 각속도, 즉 <수학식 1>과 <수학식 2>를 이용하여 변위와 기울기의 1차 모드에서의 주파수 상에서 신호 크기를 비교하여 구조물(100) 최 상단의 변위-기울기 모드형상 비율을 계산한다. 변위-기울기 모드형상 비율은 다음의 <수학식 3>과 같이 산출할 수 있다. In the displacement-slope mode shape ratio calculation step, displacement and tilt are calculated using the acceleration and angular velocity of the structure 100 measured by the acceleration sensor 200 and the angular velocity sensor 300, that is, Equation 1 and Equation 2, And compares the signal magnitude on the frequency in the primary mode of the structure 100 to calculate the top-to-top displacement-tilt mode aspect ratio of the structure 100. The shape ratio of the displacement-tilt mode can be calculated by the following Equation (3).

여기서,

는 변위-기울기 모드형상 비율,

는 구조물 최 상단의 변위 모드형상,

는 구조물 최 상단의 기울기 모드형상을 의미한다.

와

은 각각 가속도와 각속도의 파워스팩트럼의 크기,

은 구조물의 첫번째 고유진동수를 나타낸다.here,

Is the displacement-slope mode aspect ratio,

Is the displacement mode shape at the top of the structure,

Means the uppermost tilt mode shape of the structure.

Wow

The magnitude of the power spectrum of the acceleration and the angular velocity,

Represents the first natural frequency of the structure.

그리고, 손상지수 산출 단계에서는 구조물(100)의 손상 전 및 손상 후의 변위-기울기 모드형상 비율을 이용하여 손상지수 NDF(Normalized Damage Factor)를 산출한다.In the damage index calculation step, the damage index NDF (Normalized Damage Factor) is calculated using the displacement-slope mode shape ratio of the structure 100 before and after the damage.

손상지수 (NDF) 는 아래와 같은 <수학식 4>로 정의할 수 있다.The damage index (NDF) can be defined by Equation (4) below.

여기서, NDF는 손상지수,

는 손상된 구조물(100)의 변위-기울기 모드형상 비율,

는 손상 전 구조물(100)의 변위-기울기 모드형상 비율의 평균을 의미한다.Here, NDF is the damage index,

Is the displacement-slope mode aspect ratio of the damaged structure 100,

Refers to the average of the displacement-slope mode aspect ratio of the non-destructive structure 100.

손상 유무 및 위치 판단 단계에서는 손상지수의 크기 및 부호를 통해 구조물(100)의 손상 유무 및 위치를 판단한다.In the damage determination step and the position determination step, damage and position of the structure 100 are determined through the magnitude and the sign of the damage index.

손상지수의 부호가 음수인 경우는 지반의 침식 및 구조물(100) 하부의 손상을 나타내며, 양수인 경우는 구조물(100) 상부의 손상을 의미한다.A negative sign of the damage index indicates the erosion of the ground and the damage to the lower portion of the structure 100, and the positive value indicates damage to the upper portion of the structure 100.

그리고, 주기적으로 상기의 가속도 측정 단계 내지 상기 손상 유무 및 위치 판단 단계를 반복하여 말뚝 및 타워형 구조물(100)의 손상을 주기적으로 관찰함으로써 구조물의 유지 및 보수에 활용할 수 있다.Periodically, the acceleration measurement, the damage and the position determination step are repeated to periodically observe the damage of the pile and tower structure 100, thereby utilizing the structure for maintenance and repair.

도 2는 도 1의 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 발생시, 손상 등가 모델을 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a view showing a damage equivalent model when the pile and the tower structure of FIG. 1 are damaged. FIG.

상기와 같이 제안된 방법의 수치적 검증을 위해 온도변화를 받는 말뚝 및 타워형 구조물로서 도 2 와 같은 단순화 시킨 모형을 대상으로 수치해석을 실시하였다. 수치모델은 외팔보 모델을 기본으로 하여 도 2 와 같이 길이 L, 단위질량 m, 강성 EI를 갖는 오일러-베르누이 보로 모델링 하였다. 외부 온도변화에 대한 구조물의 변화를 모사하기 위하여 두 가지 재료적 물성치(EI)를 고려하였다. 또한 구조물의 손상을 모사하기 위하여 보의 깊이를 h, 손상의 크기를 a로 나타내었다. 손상으로 인한 모델링은 힌지와 스프링으로 도2와 같이 모델링 하였으며 스프링 계수 K_T는 <수학식 5> 를 이용하여 표현하였다.For the numerical verification of the proposed method, numerical analysis was performed on the simplified model as shown in Fig. 2 as the pile and tower structure under temperature change. The numerical model is based on a cantilever model and is modeled as an Euler-Bernoulli beam with length L, unit mass m, and stiffness EI as shown in Fig. Two material properties (EI) were considered to simulate the change of the structure to external temperature changes. In order to simulate the damage of the structure, the beam depth is denoted by h and the damage size is denoted by a. Modeling due to damage was modeled as shown in Fig. 2 with hinges and springs. The spring coefficient K _T was expressed using Equation (5).

여기서, h는 보의 깊이, v는 쁘아송비, r은 a/h를 의미한다.Where h is the beam depth, v is the Poisson's ratio, and r is a / h.

수치해석결과, 변위와 기울기 모드형상의 최상부에서의 비율은 <수학식 7>과 같다.As a result of the numerical analysis, the ratio at the top of the displacement and tilt mode shapes is shown in Equation (7).

<수학식 7>에서,In Equation (7)

이고,

은 구조물의 첫번째 고유진동수를 나타낸다.ego,

Represents the first natural frequency of the structure.

도 3은 손상크기와 손상지수의 관계를 온도 변화로 인해 변하는 서로 다른 두 가지 재료적 물성치 (EI) 에 대해 나타낸 도면이다.Figure 3 is a plot of the relationship between damage size and damage index for two different material properties (EI) that vary due to temperature changes.

구조물의 손상 시나리오는 두 가지가 있다. 첫 번째는 구조물의 하부에 손상의 크기 (즉, a/h) 를 증가시키며 2가지의 다양한 재료적 물성치에 대해 수치해석을 수행하였으며 결과는 도 3과 같다. 손상 정도를 나타내는 a/h는 0.1부터 0.9까지 총 15가지의 손상 단계로 나누었다. 또한 도 3은 각각 다른 온도를 모사하기 위하여 구조물의 온도에 영향을 받는 재료 물성치를 다르게 하였다. 비교 결과, 온도로 인해 구조물의 성질이 벼하더라도 제시한 손상지수(NDF)는 변함이 없음을 확인할 수 있다.There are two types of damage scenarios. The first one increases the damage size (ie, a / h) at the bottom of the structure, and numerical analysis is performed on the two different material properties. The results are shown in FIG. The a / h indicating the degree of damage was divided into 15 damage stages from 0.1 to 0.9. FIG. 3 also shows different material properties that are influenced by the temperature of the structure in order to simulate different temperatures. As a result of comparison, it can be seen that the proposed damage index (NDF) does not change even if the nature of the structure is light due to the temperature.

두 번째는 구조물의 손상위치에 따른 손상 지수의 변화를 나타내었다.The second shows the change of damage index according to damage position of the structure.

도 4는 구조물에 발생하는 손상의 위치와 이에 따른 손상 지수의 부호 변화를 나타내는 도면이다.Fig. 4 is a diagram showing the position of a damage occurring in the structure and the sign change of the damage index. Fig.

도 4에 도시된 바와 같이, 손상이 전체 구조물의 1/3 이하에 위치하는 경우 음수의 부호를 나타내었으며, 상부에 위치하는 경우는 양수를 나타내었다. 구조물의 손상 중 대다수를 차지하는 하부 강성 저하에 대해 상부 손상과 다른 별도의 손상 지수를 제시함으로써 유지보수를 위한 즉각적인 조치가 가능하다. As shown in FIG. 4, when the damage is located at 1/3 or less of the whole structure, a negative sign is indicated, and when the damage is located at the upper portion, a positive number is shown. Immediate measures for maintenance are possible by presenting a separate damage index that is different from the upper damage for the lower stiffness degradation, which accounts for the majority of structural damage.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It is obvious to them. Therefore, the above-described embodiments are to be considered as illustrative rather than restrictive, and the present invention is not limited to the above description, but may be modified within the scope of the appended claims and equivalents thereof.

100: 구조물
200: 가속도 센서
300: 각속도 센서100: Structure
200: Acceleration sensor
300: Angular velocity sensor

Claims (6)

구조물에 가속도 및 각속도 센서를 부착하여 상기 구조물의 가속도 및 각속도를 측정하는 가속도 측정 단계;
상기 측정된 가속도 및 각속도를 통해 변위와 기울기의 1차 모드에서의 주파수 상에서 신호 크기의 비율을 통하여 변위-기울기 모드형상 비율을 계산하는 변위-기울기 모드형상 비율 계산 단계;
상기 구조물의 손상 전 및 손상 후의 상기 변위-기울기 모드형상 비율을 이용하여 구조물의 손상지수를 산출하는 손상지수 산출 단계; 및
상기 손상지수의 크기 및 부호를 통해 손상 유무 및 위치를 판단하는 손상 유무 및 위치 판단 단계;를 포함하며,
상기 손상지수는,

이고,
상기 손상 유무 및 위치 판단 단계에서,
상기 손상지수의 부호가 음수인 경우에는 지반의 침식 및 상기 구조물의 하부에 손상이 발생한 것으로 판단하고, 상기 손상지수의 부호가 양수인 경우에는 상기 구조물의 상부에 손상이 발생한 것으로 판단하는 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 추정 방법.An acceleration measuring step of measuring an acceleration and an angular velocity of the structure by attaching an acceleration and an angular velocity sensor to the structure;
A displacement-slope mode shape ratio calculation step of calculating a displacement-slope mode shape ratio through a ratio of signal magnitudes on a frequency in a primary mode of displacement and slope through the measured acceleration and angular velocity;
A damage index calculation step of calculating a damage index of the structure using the displacement-slope mode shape ratio before and after the damage of the structure; And
And determining whether there is damage and location of the damage through a magnitude and a sign of the damage index,
The damage index,

ego,
In the step of determining whether the damage is present or not,
A pile and a tower structure which are judged to be damaged when the sign of the damage index is negative and that the damage of the bottom of the structure is occurred when the sign of the damage index is negative, Of the damage. 제 1항에 있어서,
주기적으로 상기 가속도 측정 단계 내지 상기 손상 유무 및 위치 판단 단계를 반복하는 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 추정 방법.The method according to claim 1,
And periodically repeating the acceleration measurement step, the damage determination step, and the position determination step. 제 1항에 있어서,
상기 가속도 센서 및 상기 각속도 센서는 상기 구조물의 최 상단에 부착되는 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 추정 방법.The method according to claim 1,
Wherein the acceleration sensor and the angular velocity sensor are attached to the uppermost end of the structure. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 변위-기울기 모드형상 비율은,

인 말뚝 및 타워형 구조물의 손상 추정 방법.The method according to claim 1,
The displacement-

Damage Estimation of Pile and Tower Structures. 삭제delete

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