KR20080016116A - Method for evaluating load carrying capacity of bridge - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 충격보정계수를 산정하는 방법을 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a method for calculating the impact correction coefficient.
도 2a 내지 도 2f는 삼승교의 모드 형상을 도시한 도면.2A to 2F are diagrams showing the mode shape of a three-pass bridge.
본 발명은 교량의 내하력 추정기법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교량을 통행하는 차량들을 통제하지 않고, 차량이 지나갈때 발생하는 상시미동을 측정한 결과를 이용하여 교량의 내하력을 추정할 수 있는 교량의 내하력 추정기법에 관한 것이다.The present invention relates to a load capacity estimating method of a bridge, and more specifically, a bridge capable of estimating the load capacity of a bridge by using the result of measuring the constant motion generated when a vehicle passes without controlling vehicles passing through the bridge. It is related to the load capacity estimation technique of.
교량과 같은 사회기반시설물은 공용중 안전성이 최우선으로 고려되어야 하는 구조물이므로 정확하고 정밀한 설계, 시공과 함께 안전하고 편리한 건전성 확보를 위해 지속적이고 세심한 유지관리가 반드시 필요하다. 우리나라의 경우 1990년대 발생한 일련의 교량 및 건물의 붕괴사고로 인하여 유지관리에 관한 인식이 증대되었으며, 그에 따라 사회기반시설물의 유지관리기술에 대한 연구개발이 시작되었다. 이러한 연구는 교량의 상시계측 및 계측결과를 이용한 성능평가, 댐의 거동분석 및 내진성 검토, 수도개량을 위한 의사결정시스템 등 다양한 시설물에 대하여 연구되고 있다. Since social infrastructure such as bridges is a structure that must be considered as the highest priority in public safety, continuous and careful maintenance is essential to ensure safe and convenient soundness with accurate and precise design and construction. In Korea, due to the collapse of a series of bridges and buildings in the 1990s, awareness of maintenance has increased, and research and development on the maintenance technology of infrastructure has begun. These studies are being conducted on various facilities such as performance evaluation using the phase clock side of the bridge and measurement results, analysis of dam behavior and seismic resistance, and decision making system for water improvement.
통상 안전점검과 정밀안전진단을 포괄적으로 안전진단이라 칭하며, 현재 국내의 교량 안전진단은 시설물의 안전관리에 관한 특별법에 따라 “시설물의 안전점검 및 정밀안전진단 지침”과 “안전점검 및 정밀안전진단 세부지침”에 준하여 주로 수행되고 있다. 기존의 정밀 안전진단은, 외관조사, 비파괴조사 등을 실시하고 재하시험을 수행하여 내하력을 산정한 후, 안전성을 평가하여 보수/보강여부 및 방법을 결정하는 과정순으로 진행된다. 안전점검에 추가적으로 안전성 평가를 포함하는 정밀안전진단은 안전성평가를 위한 내하력을 평가할 시 필요할 경우 재하시험을 실시할 수 있도록 되어있다.Normally, safety inspection and precision safety diagnosis are collectively called safety diagnosis. Currently, bridge safety diagnosis in Korea is based on the special law on the safety management of facilities. It is mainly carried out in accordance with the detailed guidelines. Existing precision safety diagnosis is carried out in order of conducting appearance survey, non-destructive survey, load test, calculating load capacity, evaluating safety, and determining repair / reinforcement and method. Precise safety diagnostics, including safety assessments in addition to safety inspections, allow loading tests, if necessary, when evaluating the load capacity for safety assessments.
일반적으로 교량은 시공 후 시간의 경과에 따라서 여러 가지 하중 및 환경적 요인들로 인하여 손상 및 열화가 진행된다. 이렇게 교량의 내하력은 재료, 구조형식, 교량규모, 설계조건, 교통상태, 관리상태 등에 의해 변화하게 되며 이러한 조건들은 각각의 교량에 있어서 매우 다른 양상을 갖게 된다. 따라서 이러한 조건들을 모두 고려하면서 교량의 내하력을 산정하기 위한 하나의 기준을 마련하는 것은 쉽지 않다.In general, bridges are damaged and degraded due to various loads and environmental factors as time passes after construction. Thus, the load capacity of bridges is changed by material, structural type, bridge size, design condition, traffic condition, and management condition, and these conditions are very different in each bridge. Therefore, considering all these conditions, it is not easy to establish a standard for estimating the load capacity of the bridge.
현재 사용되고 있는 교량의 내하력 평가기법은 공용하중에 대한 내하율을 구하기 위한 허용응력개념이나 강도 또는 하중저항계수 개념에 의한 방법과 신뢰성 이론의 개념에 기초한 방법으로 대별될 수 있다. 재하시험을 실시하는 경우 이러한 두 가지 방법에 의한 내하력 평가 결과를 도출할 수 있는데 강교량의 경우 강도설 계법에 의한 내하력 평가결과를 사용하는 것이 일반적이고, 콘크리트 교량의 경우는 허용응력이론에 의한 내하력 평가결과와 강도설계법에 의한 내하력 평가를 비교하여 보다 보수적인 값을 사용하는 것이 사용하는 것이 일반적이다.The current load capacity evaluation method of bridges can be roughly classified into a method based on the concept of the allowable stress, the strength or the load resistance coefficient, and the concept of the reliability theory. When load tests are conducted, the results of load capacity evaluation can be derived using these two methods. For steel bridges, load capacity evaluation results by strength design method are generally used. In case of concrete bridges, load capacity evaluation is based on allowable stress theory. It is common to use a more conservative value by comparing the results with the load rating evaluation by the strength design method.
허용응력이론에 의해 계산되는 내하력과 강도설계법에 의한 내하력은 공히, 다음의 식으로 구할 수 있는데, 현행 시방서에 의한 기준으로 해석을 하였을 때 설계된 교량이 감당할 수 있는 활화중의 크기를 설계하중으로 나눈 값인 내하율에 설계하중과 몇 개의 보정계수를 곱한 값이다.The load capacity calculated by the allowable stress theory and the strength design method by the strength design method can be obtained by the following equation.The size of the active load that the designed bridge can handle when the analysis is based on the current specification is divided by the design load. It is the value of the load capacity, which is the value, multiplied by the design load and several correction factors.
[식 1][Equation 1]
상기 식 1에서 Pr 은 설계활하중이고, R.F는 내하율, Ks는 응력보정계수이다. In Equation 1, P r is the design live load, RF is the load capacity, K s is the stress correction coefficient.
상기 식 1에서 설계활화중(Px)과 내하율(R.F)의 곱을 기본내하력이라고 하는데, 내하율이 설계된 교량이 해석적으로 감당할 수 있는 활화중의 크기를 설계하중으로 나눈 값이고, 그 값에 설계활화중을 곱한 값이 기본내하력이므로, 기본내하력은 실제 설계된 교량이 지탱할 수 있는 활화중의 크기이다.In Equation 1, the product of the design active load (P x ) and the load capacity (RF) is referred to as the basic load capacity, which is a value obtained by dividing the size of the active load that can be analytically handled by the bridge with the designed load ratio, and the value thereof. Since the product of the design active times the basic load capacity, the basic load capacity is the size of the active load that the actual designed bridge can support.
이 기본내하력에 교량의 현재 상태를 반영할 수 있는 계수인 응력보정계수를 곱하여 내하력을 구하는 것이다.The basic load capacity is multiplied by the stress compensation factor, which is a coefficient that can reflect the current state of the bridge.
상기 응력보정계수는 다음의 식 2에 의해 결정된다.The stress correction coefficient is determined by the following equation.
[식 2][Equation 2]
상기 Kδ는 처짐보정계수이고, Ki는 충격보정계수이다. 상기 처짐보정계수를 구하기 위해서는 δ계산치와 δ실측치를 구해야 하는데, δ계산치는 초기에 설계된 유한요소모델에 특정 하중을 가하여 이를 유한요소 해석하여 구하는 변위이고, δ실측치는 실제 시공된 교량에 동일한 하중을 가하여 실제로 계측된 변위이다.K δ is a deflection correction coefficient, and K i is an impact correction coefficient. In order to obtain the deflection correction coefficient to obtain the δ calculated as δ measured value, δ calculated value is a finite element model is designed in the initial displacement to obtain by this finite element analysis was added to a particular load, δ measured value is the same load on the actual construction bridge The actual measured displacement.
상기 i는 충격계수로서, 교량에 차량하중이 가해졌을 때 발생하는 동적변위와 정적변위의 비율이다. 상기 i코드 시방서에 의해 결정되는 값으로 교량의 길이와 종류에 따라 결정되는 값이고, i실측치는 교량에 실제 차량하중을 가하여 그 차량하중에 의한 동적변위와 정적변위를 모두 계측하여 그 비율을 구한 값이다.I is an impact coefficient, which is a ratio of dynamic displacement and static displacement generated when a vehicle load is applied to the bridge. The value determined by the i- code specification is determined according to the length and type of the bridge. The i measured value is obtained by applying the actual vehicle load to the bridge and measuring both the dynamic displacement and the static displacement caused by the vehicle load. Value.
교량의 내하력을 산정하기 위해서는 상술한 여러가지 계수들을 구하는 것이 필요하고 이를 위해서는 정적 재하시험과 동적주행시험을 함께 실시하여 교량의 여러지점에서의 변위를 측정하여야 한다. 그러나 이러한 정적 재하시험과 동적 재하시험에 의한 변위측정은 여러가지 문제점을 내포하고 있다.In order to calculate the load-bearing capacity of the bridge, it is necessary to obtain the various coefficients described above. To do this, the static load test and the dynamic driving test should be performed together to measure the displacement at various points of the bridge. However, the displacement measurement by the static load test and the dynamic load test has various problems.
우선, 콘크리트 교량의 경우에는 콘크리트의 재료적 특성에 의해 하중의 증가에 따른 선형 거동을 하지 않을 뿐만 아니라, 재하 하중의 크기가 작을 경우에는 지점조건도 설계상의 가정과는 매우 다르다. 따라서, 실제로 정적 재하 시험은 사 용하중이 재하되는 경우에만 사용하중하의 거동에 대한 제한적 정보를 줄 뿐이다. First, in the case of concrete bridges, not only does the linear behavior with the increase of load due to the material properties of the concrete, but also the point condition is very different from the design assumptions when the load is small. Thus, in practice, static load testing only gives limited information about the behavior of the working load when it is loaded.
둘째, 설계상의 사용하중을 재하하는 것은 사실은 꽤 위험한 일이다. 우선 설계차량과 같은 제원의 차량을 재하하는 것은 거의 불가능한 일일 뿐더러, 이제까지 발견되지 않았던 균열을 유발하는 경우도 있다.Second, loading a design load is actually quite dangerous. First of all, it is almost impossible to load a vehicle of the same specification as a design vehicle, and in some cases, it may cause a crack that has not been discovered so far.
셋째, 재하시험을 통해서 얻을 수 있는 것은 구조물에 설치된 센서를 통해 얻어낸 구조물의 변형율과 처짐과 같은 단순한 응답들 뿐이다. 추가적으로 설치된 센서가 있다고 하더라도, 이러한 센서들을 이용하여 구조물의 모든 거동을 표현할 수는 없다. 따라서 지점부의 거동과 같이 측정하기 힘든 구조적 특성을 파악하거나 구조물의 전체적 거동을 이해하기 위해서는 수많은 센서를 설치해야 하며, 이러한 센서 사용의 증가는 시험 비용의 증가, 시험에 드는 시간의 증가와 다양한 대상교량에 대한 비교 검토를 힘들게 하는 큰 요인중 하나가 된다. Third, what can be obtained through the load test is only simple responses such as strain and deflection of the structure obtained through sensors installed in the structure. Even if there are additional sensors installed, they cannot be used to represent all the behavior of the structure. Therefore, in order to identify structural characteristics that are difficult to measure, such as the behavior of branch offices, or to understand the overall behavior of a structure, numerous sensors must be installed. This increase in the use of sensors increases test costs, time spent on tests, and various target bridges. This is one of the big factors that makes comparison review difficult.
넷째, 재하시험을 위하여 설치되는 변형율계나 처짐계와 같은 센서들은 교량의 외부 환경을 고려하였을 때 설치가 어려우며, 케이블 길이에 따른 잡음, 부착 부위의 상태 및 여타 환경적 요인들에 의하여 매우 큰 결과의 편차를 보인다. 특히 요즘 많이 이용되고 있는 변위계의 경우, 기본적으로 움직이지 않는 기준점을 잡고 계측을 해야만 하므로, 하천상의 교량처럼 기준점을 잡기가 어려운 경우나, 고교각 등의 경우와 같이, 계측 위치의 접근이 어려운 경우에는 그 설치가 거의 불가능하며, 기준점에서 발생하는 진동 및 센서 설치위치의 변동으로 인하여 신뢰도 있는 계측 결과를 얻기가 힘들다.Fourth, sensors such as strain gauges and sag meters, which are installed for loading tests, are difficult to install in consideration of the external environment of the bridge, and there are very large results due to noise depending on the cable length, the condition of the attachment site, and other environmental factors. Shows a deviation. Especially in the case of displacement meters, which are widely used these days, it is necessary to measure the reference point which does not move basically. Therefore, it is difficult to set the reference point like a bridge in a river, or when the measurement position is difficult to access, such as a high bridge. The installation is almost impossible, and it is difficult to obtain reliable measurement results due to the vibration occurring at the reference point and the variation of the sensor installation position.
다섯째, 계측과 관련된 문제뿐만 아니라 일반적인 재하시험은 사회적인 단점 역시 내포하고 있는데, 그것은 바로 재하시험을 위하여 교량 상부의 통행을 제한해야 한다는 점이다. 교량 상부 통행의 부분적인 혹은 전적인 제한은 그 교량을 이용하는 차량 및 일반인들에게 큰 불편을 제공하며, 그에 따라서 교통차단이 어려운 교량에 대하여는 재하시험 자체를 실시하기도 어렵게 된다. 부분적인 교통 제한을 통하여 재하시험을 수행한다고 하더라도 교통정체를 유발시킬 수도 있는 문제 때문에 시험에 할애되는 시간이 매우 줄어들게 되며, 이러한 점은 가장 중요한 계측을 신중하게 수행하지 못하게 되는 결과를 낳고 만다.Fifth, not only the measurement related problems but also the general loading test have social disadvantages, which means that the upper part of the bridge must be restricted for the loading test. Partial or total limitations on the bridge's upper traffic present great inconvenience for the vehicle and the general public using the bridge, making it difficult to carry out load tests on bridges that are difficult to block. Even if the load test is carried out through partial traffic restrictions, the time required for the test is greatly reduced because of problems that may cause traffic jams, which results in the inability to perform the most important measurements carefully.
본 발명은 상술한 문제점들을 극복하기 위하여 도출된 것으로서, The present invention is derived to overcome the above problems,
첫째, 계측장치의 설치에 소모되는 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있고, First, it is possible to greatly reduce the time and cost required to install the measuring device,
둘째, 현재 사용 중인 교량의 상면을 통과하는 차량의 통행을 제한할 필요가 없이도 실시가 가능하며,Secondly, it is possible to carry out without having to restrict the traffic of vehicles passing through the upper surface of the bridge currently in use.
셋째, 하천상의 교량이나 고교각 등과 같이 종래의 방법으로는 계측작업 자체가 어려운 교량에도 적용이 가능하면서도, 신뢰도가 우수한 교량의 내하력 산정기법을 제공하는데 그 목적이 있다.Third, the present invention can be applied to bridges that are difficult to measure by the conventional methods such as river bridges and high bridges, but the purpose of the present invention is to provide a load-bearing calculation method of high reliability bridges.
이하에서는 본 발명의 구성에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described.
교량의 공용 내하력 산정 방법을 구하는 변수는 전술한 바와 같이, 설계활하중, 내하율, 응력보정계수인데, 이 중 응력보정계수를 구하기 위해서는 처짐보정계수와 충격보정계수를 구해야 한다. 상기 변수들 중 설계활화중과 내하율은 교량의 설계 당시 제시되는 값이거나 설계시의 유한 요소해석에 의해 구해지는 값이고 실험에 의해 구해야 하는 값은 처짐보정계수와 충격보정계수이므로, 처짐보정계수와 충격보정계수를 구하는 방법이 본 발명의 핵심적인 구성이라고 할 수 있다.As described above, the variables for calculating the common load capacity of the bridge are design live load, load capacity, and stress compensation coefficient. Among these, the deflection correction coefficient and impact compensation coefficient must be obtained to obtain the stress correction coefficient. Among these variables, the design activation and load-bearing rate are the values presented at the time of design of the bridge or the values obtained by finite element analysis at the design, and the values obtained by the experiments are the deflection correction factor and the impact correction factor. And a method for obtaining the impact compensation coefficient can be said to be the core configuration of the present invention.
처짐보정계수를 구하기 위해서는, 교량에 가속도계를 설치하고 그 설치된 가속도계로부터 가속도 신호를 계측하는 단계, 계측된 가속도 신호로부터 교량의 모드계수를 산정하는 단계, 산정된 교량의 모드 계수로부터 교량의 유한요소 해석모델을 개선하는 단계, 개선된 유한요소 해석모델로부터 처짐보정계수를 구하는 단계를 거치게 되고, 충격보정계수를 구하기 위해서는, 상기 측정된 가속도 신호 중 차량이 통행중일 때의 가속도 신호를 추출하는 단계, 추출된 가속도 신호를 이용하여 차량 통행시의 변위를 계산하는 단계, 계산된 변위를 이용하여 충격보정계수를 구하는 단계를 거치게 된다.In order to obtain the deflection correction coefficient, an accelerometer is installed on the bridge and the acceleration signal is measured from the installed accelerometer, the mode coefficient of the bridge is calculated from the measured acceleration signal, and the finite element analysis of the bridge from the calculated mode coefficient of the bridge. Improving the model, and calculating the deflection correction coefficient from the improved finite element analysis model, and to obtain the impact compensation coefficient, extracting the acceleration signal when the vehicle is in the traffic, the extraction of the measured acceleration signal, extraction Computing the vehicle displacement using the acceleration signal obtained, and calculating the impact correction coefficient using the calculated displacement.
가속도 신호는 변위 또는 변형율에 비하여 노이즈에 강한 장점이 있다. 또한, 변위 또는 변형율 게이지를 설치하는 것에 비하여 간단한 설치작업으로 원하는 신호를 얻어낼 수 있는 장점 또한 가지고 있으므로, 본 발명에서는 가속도 신호를 계측하게 된다.Acceleration signals have an advantage over noise compared to displacement or strain. In addition, the present invention also has the advantage that a desired signal can be obtained by a simple installation compared with installing a displacement or strain gauge, so that the acceleration signal is measured in the present invention.
가속도 신호를 계측하려면 가속도계를 설치하는 작업이 필요하므로, 이를 행하게 되는데, 가속도계는 교량을 구성하는 재료의 종류나, 그 형태 등을 고려하여 선정하고 적절하게 설치하게 되며, 교량의 상판에 설치하는 것도 가능하다.In order to measure the acceleration signal, it is necessary to install an accelerometer, and this is done. The accelerometer is selected and properly installed in consideration of the type of material constituting the bridge, its form, and the like. It is possible.
교량에 설치된 가속도계로부터 가속도 신호가 계측되면 그 계측된 자료를 이용하여 실험모드 해석을 통해 교량의 모드계수를 산정하게 된다.When the acceleration signal is measured from the accelerometer installed on the bridge, the mode coefficient of the bridge is calculated through the analysis of the experimental mode using the measured data.
모드계수란 고유주파수와 모드형상을 의미하는 것으로서, 일반적으로 모드계수를 추출하기 위해서는 가속도 신호의 스펙트럼밀도(Power Spectral Density) 함수를 이용하게 되며, 이러한 방법을 파우스펙트럼법이라 한다. 이 방법에서는 스펙트럼밀도 함수에서의 피크가 생기는 주파수를 찾아 이를 고유주파수로 하고, 그 고유주파수에서의 스펙트럼값을 서로 비교하여 모드형상을 구한다. 최근에는 스펙트럼밀도행렬의 특이치 분해를 통하여, 이로부터 고유주파수와 모드형상을 구하는 주파수영역 분해방법(Frequency Domain Decomposition)이 개발되었다. 상술한 파워 스펙트럼법과 주파수영역 분해방법은 시간영역의 가속도 신호를 퓨리에 변환하여 주파수영역에서 해석하는 방법이며, 최근에는 시간 영역에서 모드계수를 산정하는 방법들이 소개되고 있는데, 이브라힘(Ibrahim) 시간영역방법이나 추계론적 부공간 규명법 등이 그것이다. 상술한 주파수 영역 또는 시간 영역에서 모드계수를 추출해 내는 방법들은 이미 공지의 기술들이고, 관련 교과서나 논문 등을 통해서 파악할 수 있는 기술들이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 모드계수를 산정하기 위해서는 전술한 방법 들 중에서 적절한 방법을 선택해서 행하면 된다.The mode coefficient refers to the natural frequency and the shape of the mode. In general, to extract the mode coefficient, a power spectral density function of the acceleration signal is used. In this method, we find the frequency at which the peak in the spectral density function occurs and use it as the natural frequency, and compare the spectral values at the natural frequency with each other to obtain the mode shape. Recently, a frequency domain decomposition method has been developed that obtains natural frequencies and mode shapes from singular value decomposition of spectral density matrices. The above-described power spectral method and frequency domain decomposition method are Fourier transformed signals in time domain and analyzed in frequency domain. Recently, methods for calculating mode coefficients in time domain have been introduced. Or stochastic subspace identification. Since the method of extracting the mode coefficient in the frequency domain or the time domain described above is already known techniques and techniques that can be understood through related textbooks or papers, detailed description thereof will be omitted. In order to calculate the mode coefficient, an appropriate method may be selected from the above-described methods.
모드계수가 산정되면 그 산정된 모드계수를 이용하여 교량의 유한요소 해석모델을 개선하게 된다. 교량의 유한요소 해석 모델의 개선이란 현재상태의 구조물의 고유주파수나 모드계수 등의 진동특성을 구하고, 그 구해진 진동특성을 이용하여 유한요소 해석모델에 사용되는 각종 계수들을 새로이 구하여 현 상태를 잘 반영하고 이를 표현할 수 있는 교량의 유한요소 해석모델을 구하는 것이다.Once the modal modulus is calculated, the finite element analysis model of the bridge is improved by using the modulated modulus. Improvement of the finite element analysis model of the bridge is to obtain vibration characteristics such as natural frequency and mode coefficients of the current structure, and newly obtain various coefficients used in the finite element analysis model using the obtained vibration characteristics to reflect the current state well. The finite element analysis model of the bridge can be obtained.
유한요소 해석모델에 사용되는 계수들에는 유한요소 해석을 위해 나뉘어진 각 요소들의 단면2차 모멘트, 탄성계수, 두께, 단면의 토셔널 모멘트 등 여러가지가 있다. 유한요소 모델에 사용되는 각 요소들의 상기 계수들의 설계치는 구조물의 초기상태의 실제 계수들과는 근사할지 모르지만, 시간이 경과함에 따라 구조물에 작용하는 각종 하중과 기상 및 온도변화와 같은 환경적 요인에 의하여 영향을 받으면서 점점 구조물의 강도는 열화된다. 따라서 이러한 현재의 열화된 상태를 반영하는 유한요소 모델을 구할 수 있다면, 열화가 반영된 현재의 유한요소 모델을 이용하여 특정 하중이 특정 지점에 재하되었을 때의 처짐을 구함으로써, 실제 교량의 특정 지점에 재하 차량 등을 이용하여 하중을 가하는 재하시험을 하지 않고도, 실제 재하시험 결과와 유사한 결과를 얻을 수 있다는 것이 본 발명의 가장 중요한 특성 중의 하나이고, 따라서 이러한 유한요소 모델의 개선은 본 발명에 따른 교량의 내하력 산정에 있어서 가장 중요한 단계 중의 하나이다.The coefficients used in the finite element analysis model include various cross-sectional second moments, modulus of elasticity, thickness, and torsional moments of each element divided for finite element analysis. The design values of the coefficients of the elements used in the finite element model may approximate the actual coefficients of the initial state of the structure, but are affected by environmental factors such as various loads and weather and temperature changes acting on the structure over time. Increasingly, the strength of the structure deteriorates. Therefore, if a finite element model can be obtained that reflects the current deteriorated state, the deflection when a specific load is loaded at a specific point using the current finite element model that reflects the deterioration can be obtained. One of the most important characteristics of the present invention is that it is possible to obtain a result similar to the actual load test result without loading a load by using a loading vehicle. Thus, the improvement of the finite element model is a bridge according to the present invention. Is one of the most important steps in estimating the load capacity.
유한요소 모델이 현재 상태를 반영하도록 개선한다는 것은, 유한요소 모델의 계수들이 특정한 값으로 결정이 되면, 그러한 유한요소 모델 계수들에 의한 동적 특성은 유니크하게 결정된다는 특성을 이용하는 것이다. 따라서, 현재의 구조물의 동적인 특성인 고유주파수와 모드형상을 반영하는 유한요소 모델의 각 계수는 하나로 결정되게 되고, 그러한 특성을 이용하여 현재 상태의 구조물의 특성을 반영한 유한요소 모델을 구할 수 있는 것이다.Improving the finite element model to reflect its current state takes advantage of the property that if the coefficients of the finite element model are determined to be of particular value, the dynamic properties of those finite element model coefficients are uniquely determined. Therefore, each coefficient of the finite element model reflecting the natural frequency and the mode shape, which are the dynamic characteristics of the current structure, is determined as one, and by using such characteristics, a finite element model that reflects the characteristics of the current structure is obtained. will be.
이러한 유한요소모델 개선을 위해서 여러가지 알고리즘을 사용할 수 있다. 이러한 알고리즘들에는 신경망 기법, 유전자 알고리즘, 다운힐 심플렉스 방법 등 있으며, 이러한 알고리즘들은 특정의 해를 구하기 위해 범용적으로 사용될 수 있는 알고리즘으로서 각종 교과서나 논문 등을 통하여 이미 공지되어 있으며, 본 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 그 자세한 내용은 교과서나 논문 등을 통하여 알 수 있으므로, 이곳에서 상세한 설명은 생략하기로 한다.Various algorithms can be used to improve this finite element model. These algorithms include neural networks, genetic algorithms, downhill simplex methods, and these algorithms are widely known algorithms for textbooks and papers. If you have ordinary knowledge in the field, the details can be found through textbooks and thesis, so the detailed description will be omitted here.
상기 방법에 의해 유한요소 모델이 개선되면, 상술한 바와 같이 재하시험을 통하지 않고, 개선된 유한요소 모델의 특정 지점에 특정 하중을 재하하였을 때의 특정 지점의 변위를 이용하여 처점보정계수를 산정하게 된다. When the finite element model is improved by the above method, the point correction coefficient is calculated by using the displacement of a specific point when a specific load is loaded at a specific point of the improved finite element model, as described above. do.
상기 식 2에 나타난 바와 같이, 처짐보정계수 Kδ는 As shown in
와 같은 식으로 구할 수 있는데, δ실측치 대신에 개선모델을 이용한 δ계산치를 이용하여 처짐보정계수를 산정하게 되는 것이다.The deflection correction coefficient is calculated by using the δ calculation using the improved model instead of the δ measurement .
처점보정 계수가 산정되면, 충격보정계수를 산정하게 된다. 우선 충격보정계수를 산정하기 위해서는 교량에서의 동적주행시험을 통하여 충격계수를 얻어야 하며, 충격계수는 아래의 식에서와 같이 교량에 차량하중이 가해졌을 때 발생하는 동적변위와 정적변위의 비율에서 1을 뺀 값이다. When the point correction coefficient is calculated, the impact correction coefficient is calculated. First of all, in order to calculate the impact compensation coefficient, the impact coefficient must be obtained through the dynamic driving test on the bridge, and the impact coefficient is 1 in the ratio of the dynamic displacement and static displacement generated when the vehicle is loaded on the bridge as shown in the following equation. Minus
[식 3][Equation 3]
상기 식 3에서 δstatic은 정적재하시험이나 차량을 매우 느린 속도로 운행시키는 유사정적재하시험을 통해 얻은 정적변위의 최대값을 의미하며,δdynamic은 동적시험을 통해 얻은 동적변위의 최대값이다. 상기 두 값은 도 1에 표시되어 있다. 일반적으로 상기 두 값을 동시에 측정하기는 어려우므로, 동적변위를 계측한 뒤, 저주파통과필터나 오토리그레시브(Auto-regressive)모델을 이용하여 유사정적변위를 얻고, 이를 정적변위로 가정하여 충격보정계수를 산정하게 된다. In Equation 3, δ static refers to the maximum value of the static displacement obtained by the static load test or similar static load test to run the vehicle at a very slow speed, and δ dynamic is the maximum value of the dynamic displacement obtained through the dynamic test. The two values are shown in FIG. In general, it is difficult to measure the two values at the same time. After measuring the dynamic displacement, a pseudo static displacement is obtained by using a low-pass filter or an auto-regressive model, and it is assumed that this is a static displacement. The coefficient is calculated.
본 발명에서는 상술한 동적주행시험을 통해 얻은 정적변위 대신 계측된 교량의 가속도 신호만을 이용하여 충격보정계수를 산정해야 하므로, 가속도 신호를 이중적분하여 변위를 구한 후, 충격계수를 산정한다. 충격계수를 산정하기 위해서는 차량 한대만이 교량을 지나가는 경우의 신호를 추출해야 되는데, 차량의 통행이 많은 시간에는 이러한 가속도 신호를 얻기가 어렵지만, 차량의 통행이 뜸한 야간 시간이나 심야 시간에 계측을 하는 경우에는 차량 한대만이 교량을 지날 때의 가속도 계측결과를 얻는 것이 용이하므로, 이러한 계측결과를 이중적분하고, 이 이중적분된 값을 이용하여 충격계수 및 충격보정계수를 산정하게 된다.In the present invention, since the impact compensation coefficient should be calculated using only the acceleration signal of the measured bridge instead of the static displacement obtained through the dynamic driving test, the impact coefficient is calculated after double integration of the acceleration signal. In order to calculate the impact factor, it is necessary to extract a signal when only one vehicle passes a bridge.However, it is difficult to obtain such an acceleration signal at a time when the traffic is heavy, but when the vehicle is measured at night or midnight time. Since it is easy to obtain the acceleration measurement results when only one vehicle passes the bridge, these measurement results are double integrated, and the impact coefficient and the impact correction coefficient are calculated using the double integrated values.
충격보정계수는 재하시험 요건에 따라 매우 민감한 결과를 보인다. 유사정적재하시험을 하는 차량의 재원이나 차량의 속도 등이 조금씩만 변해도 매우 차이가 많이 나는 결과를 보이기 때문에 신뢰도가 있는 값을 얻기 위해서는 동적주행시험을 여러 번 시행하여 그 결과 중에서 적절한 값을 선택하는 것이 중요하다. 이러한 동적주행시험을 위해서는 교량의 차량 통행을 완전히 제한하고 재하차량 한 대만이 교량위를 지나갈때의 변위측정결과가 필요한데, 이러한 동적주행시험을 여러번 행하기 위해서는 오랜 시간 교량의 차량을 통제해야한다는 문제점이 발생한다. 그러나 본 발명에 따른 충격보정계수의 산정은 몇 시간 정도만 가속도를 측정하고, 그 측정된 결과를 이용하여 여러번의 충격계수를 산정하고, 이 중에서 원하는 값을 선택하여 신뢰도 있는 충격보정계수를 산정할 수 있다는 장점이 있다.The impact correction factor is very sensitive to loading test requirements. Even if the resources of the quasi-static load test or the speed of the vehicle change slightly, the result is very different. Therefore, in order to obtain a reliable value, it is necessary to perform the dynamic driving test several times and select an appropriate value from the results. It is important. This dynamic driving test requires completely restricting the vehicle traffic of the bridge and requires displacement measurement results when one loaded vehicle crosses the bridge level. In order to perform this dynamic driving test several times, it is necessary to control the vehicle of the bridge for a long time. This happens. However, the calculation of the impact correction coefficient according to the present invention measures the acceleration only for a few hours, using the measured results to calculate the multiple impact coefficients, select the desired value from these can be estimated a reliable impact correction coefficient There is an advantage.
상술한 방법에 의해 처짐보정계수와 충격보정계수값이 구해지면 식 1을 이용하여 교량의 내하력을 산정하게 된다.When the deflection correction coefficient and the impact correction coefficient value are obtained by the above-described method, the load capacity of the bridge is calculated using Equation 1.
이하에서는 본 발명을 적용하여 실제 교량의 내하력을 산정한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment in which the load carrying capacity of the actual bridge is calculated by applying the present invention will be described.
본 발명은 한국도로공사에서 시공한 시험도로와 역시 한국도로공사에서 시공한 실제교량에서 각각 시험을 위하여 적용되었다.The present invention was applied for the test on the test road constructed by the Korea Expressway Corporation and the actual bridge also constructed by the Korea Expressway Corporation.
실험에 사용된 교량은 한국도로공사에서 시공한 시험도로에 있는 교량으로서, 시험도로는 중부내륙고속도로 여주 분기점에서 감곡 인터체인지사이의 총연장 7.7Km의 편도 2차선도로이다. 시험도로 구간에는 삼승교, 금당교, 연대교 등 총 세개의 교량이 있다. 상기 시험도로구간의 교량을 대상으로 하여 본 발명에 따라 공용 내하력을 산정하고, 종래의 시험법에 의한 공용 내하력과 비교하여 그 신뢰도를 파악하였다.The bridge used for the experiment is a bridge on the test road constructed by Korea Expressway Corporation. The test road is a one-way two-lane road with a total length of 7.7 km between Gamgok Interchange at Yeoju Junction of Jungbu Inland Expressway. There are three bridges in the test road section: Samseung Bridge, Geumdang Bridge, and Yantai Bridge. The common load capacity was calculated according to the present invention for the bridges of the test road section, and compared with the common load capacity by the conventional test method, the reliability was determined.
본 발명자는 상기 삼승교, 연대교, 금당교 세 개의 교량에 대하여 공용 내하력을 산정하였는데, 우선 삼승교의 실험결과에 대하여 설명하기로 한다.The present inventors calculated the common load capacity for the three bridges, Samseung Bridge, Yantai Bridge, and Geumdang Bridge. First, the experimental results of the Samseung Bridge will be described.
우선 삼승교의 계측은 교량 양 외측의 2개의 거더와 중앙 거더 등 총 3개의 거더에 가속도계를 22개 설치하여 실시되었다. 샘플링 주파수는 100Hz이며, 45Hz의 저주파통과필터를 사용하여 저주파 신호만을 걸러내었으며, 실험은 날짜를 달리하여 5차례에 걸쳐 시행되었다. 그 각각의 계측결과를 바탕으로 상술한 방법에 의해 처짐보정계수와 충격보정계수가 산정되었는데, 본 명세서에서는 이 중 차량에 의한 재하실험에 의해 변위가 계측된 날짜와 동일한 날짜에 실시된 3회차 실험결과에 대해서만 논하기로 한다.First, Samseung Bridge was measured by installing 22 accelerometers in three girders, two girders on the outside of the bridge and two girders. The sampling frequency was 100Hz, and the low frequency filter was filtered using a low pass filter of 45Hz. The experiment was conducted five times with different dates. Based on each measurement result, the deflection correction coefficient and the impact correction coefficient were calculated by the above-described method. In this specification, the third experiment was performed on the same date as the displacement measured by the loading test by the vehicle. Only the results will be discussed.
계측된 가속도 신호로부터 모드계수를 산정하였는데, 본 실시예에서는 추계론적 부공간 규명법을 이용하였다. 표 1에는 다섯 번째 실험에서 계측된 3세트의 가속도 신호를 바탕으로 추계론적 부공간 규명법을 이용하여 구해진 1차부터 6차까지의 고유주파수가 나타나 있고, 도 2a 내지 도 2f에는 삼승교의 1차부터 6차까지의 모드형상이 나타나 있다.The mode coefficient was calculated from the measured acceleration signals. In this embodiment, a stochastic subspace identification method is used. Table 1 shows the first to sixth natural frequencies obtained using stochastic subspace identification based on the three sets of acceleration signals measured in the fifth experiment. Mode shapes up to 6th are shown.
도 2a 내지 도 2f에 도시된 바와 같이, 1차모드는 1차 휨 모드, 2차모드는 1차 비틀림 모드, 3차모드는 2차 휨 모드, 4차모드는 2차 비틀림 모드, 5차모드는 1차 면내 휨 모드, 6차모드는 2차 면내 휨 모드이다.As shown in Figures 2a to 2f, the primary mode is the primary bending mode, the secondary mode is the primary torsion mode, the tertiary mode is the secondary bending mode, the fourth mode is the secondary torsion mode, the fifth mode Is the first in-plane bending mode and the sixth mode is the second in-plane bending mode.
[표 1]삼승교의 각 모드별 고유주파수 [Table 1] Natural frequency of each mode of Samseung Bridge
위와 같이 얻은 삼승교의 고유주파수 및 모드형상을 이용하여 삼승교의 처짐보정계수를 산정하기 위하여 유한요소 모델 개선작업을 실시하였다. 유한요소 모델 개선작업은 1차부터 6차까지의 고유주파수의 차이를 목적함수로 놓고 목적함수의 값을 최소화하는 최적화과정을 다운힐 심플렉스 방법을 이용하여 수행하였다. 개선 변수는 양쪽 지점부의 스프링 계수(2개), 각 거더의 2차 모멘트 및 비틀림 계수(10개), 각 가로보(Floor Beam)의 2차 모멘트 및 비틀림 계수(18개), 콘크리트 슬라브의 탄성계수(1개) 등 총 31개였다. 유한요소 모델의 개선이 완료된 후에는 개선된 삼승교의 유한요소 해석 모델을 이용하여 처짐보정계수를 산정하였다.Finite element model improvement was performed to estimate the deflection correction coefficient of Samseung Bridge by using the natural frequency and mode shape of Samseung Bridge. Finite element model improvement was performed by using the downhill simplex method to optimize the difference of natural frequencies from 1st to 6th order as the objective function and to minimize the value of the objective function. Improvement parameters include spring coefficients at both points (2), secondary and torsional coefficients for each girder (10), secondary moments and torsional coefficients for each floor beam (18), and elastic modulus for concrete slabs. 31 of them, including one. After the improvement of the finite element model, the deflection correction coefficient was calculated by using the improved finite element analysis model of Samseung Bridge.
다음작업은 충격보정계수의 산정이다. 충격계수는 최대하중이 40톤인 트럭 한 대가 최고속도 50km/h로 주행할 때의 가속도 자료만을 이용하였다. 이러한 신호 차량이 흐름이 한적한 시간에는 얼마든지 구현될 수 있는 조건이다. 상기 가속도 신호를 전술한 바와 같이 이중적분하여 유사변위를 구한 뒤, 그 유사변위를 이용하여 산정한 충격보정계수는 1.038에서 1.091까지의 값을 나타내었다. The next task is to calculate the impact compensation factor. The impact factor was used only for acceleration data when a truck with a maximum load of 40 tons was driven at a maximum speed of 50 km / h. Such a signal vehicle is a condition that can be implemented as long as the flow is quiet. As described above, the acceleration signal was double-integrated to obtain a similar displacement, and the impact correction coefficient calculated using the similar displacement represented a value from 1.038 to 1.091.
상기의 방법으로 구한 처짐보정계수와 충격보정계수를 이용하여 본 발명의 최종목적인 삼승교의 내하력을 산정하고, 종래의 방식 즉 재하차량을 이용하여 하중을 재하하고, 변위를 측정함으로써 이루어진 내하력의 값과 비교하였는데, 이는 아래의 표 2에 정리되어 있다.Using the deflection correction coefficient and the impact correction coefficient obtained by the above method, the load capacity of the triangular bridge of the present invention was calculated, the load was carried out using a conventional method, i. Comparison was made, which is summarized in Table 2 below.
[표 2]삼승교에 대하여 종래방법과 본 발명에 의하여 산정된 내하력 비교[Table 2] Comparison of the load capacity calculated by the conventional method and the present invention for Samseung Bridge
상기 표에서 알 수 있듯이, 종래방법에 의해 구해진 삼승교의 내하력은 DB-45.4 내지 DB-45.7인데 비하여, 본 발명에 의해 구해진 삼승교의 내하력은 DB-36.0 내지 DB-37.6이다.As can be seen from the table, the load capacity of the three-pass bridge obtained by the conventional method is DB-45.4 to DB-45.7, while the load capacity of the three-pass bridge obtained by the present invention is DB-36.0 to DB-37.6.
어느 방법에 의해 구해진 내하력이 삼승교의 현재상태를 보다 정확하게 반영하고 있다는 점에 대해서 단정할 수는 없으나, 종래에 일반적으로 사용되고 있는 변위계의 성능의 성능의 신뢰도가 그다지 높지 않다는 점에 착안하여, 보다 정밀한 변위의 계측이 가능한 것으로 인정받고 있는 레이저 변위계를 이용한 변위측정을 통한 내하력 산정결과와 본 발명에 의한 방법을 비교해 보는 것이 바람직하다고 판단되었다. 따라서, 종래의 방법에 의해 교량의 내하력을 산정하되, 레이저 변위계에 의해 변위를 계측한 결과를 바탕으로 교량의 내하력을 산정하였으며, 그 결과는 본 발명에 의해 산정된 내하력과 거의 동일한 값을 보였다. 이로서 본 발명에 의해 구해진 교량의 내하력에 대한 신뢰도를 확인할 수 있다.It cannot be concluded that the load capacity obtained by either method more accurately reflects the current state of the three-passage bridge, but it is possible to focus on the fact that the reliability of the performance of the displacement gauge, which is generally used in the prior art, is not very high. It was judged that it is desirable to compare the results of the present invention with the results of calculating the load capacity through displacement measurement using a laser displacement meter, which has been recognized as being capable of measuring displacement. Therefore, the load capacity of the bridge was calculated by the conventional method, but the load capacity of the bridge was calculated based on the result of displacement measurement by a laser displacement meter, and the result showed almost the same value as the load capacity calculated by the present invention. This makes it possible to confirm the reliability of the load capacity of the bridge obtained by the present invention.
즉, 계측의 특성상 잡음이 많은 변위나 변형율을 계측하여 구한 종래의 방법에 비해, 잡음에 대하여 보다 로버스트(robust)한 계측방법인 가속도를 측정한 본 발명에 의한 방법에 의해 산정된 내하력이 교량의 현재상태를 보다 잘 반영하고 있는 것으로 추정할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 산정된 교량의 내하력이 보다 보수적인 값을 나타내므로 본 발명에 의한 교량의 내하력 산정방법이 충분히 적용가능함을 알 수 있다.That is, the load capacity calculated by the method according to the present invention, which measures acceleration, which is a more robust measurement method for noise, compared to the conventional method obtained by measuring a noise-like displacement or strain due to the characteristics of a measurement bridge It can be assumed that it reflects the current state of. In addition, since the load capacity of the bridge calculated by the present invention shows a more conservative value, it can be seen that the method of calculating the load capacity of the bridge according to the present invention is sufficiently applicable.
이하에서는 또다른 시험 교량인 연대교의 결과에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the results of another test bridge, Yantai Bridge, will be described.
연대교는 강상자형 교량으로서, 4경간 연속 개구제형 강합성 교량이며, 각 경간의 길이는 45m, 총 경간의 길이는 180m이다. 교량의 폭은 12.6m이다. 본 교량에 대하여는 16개의 가속도계를 이용하였으며, 30톤 트럭을 이용하여 14회 정도 연행하는 실험과 2시간 30분 가량의 교량의 상시미동 즉, 교량 상에 아무런 교통의 흐름이 없는 상태의 움직임을 측정하였다. Yantai Bridge is a steel box type bridge. It is a four span continuous open type steel composite bridge. Each span is 45m long and the total span is 180m long. The bridge is 12.6m wide. Sixteen accelerometers were used for this bridge, and 14 experiments were carried out using a 30-ton truck, and the permanent movement of the bridge for about 2 hours and 30 minutes, that is, the movement without any traffic flow on the bridge was measured. It was.
계측된 가속도 신호로부터 모드계수를 산정하였는데, 본 실시예에서도 삼승교에서와 마찬가지로 추계론적 부공간 규명법을 이용하였다. 고유주파수의 산정은 주행시험결과와 상시미동시험결과를 이용하여 각각 산정되었으며, 산정된 각 모드별 고유주파수는 다음 표 3에 정리되어 있다.The mode coefficient was calculated from the measured acceleration signals. In this example, the stochastic subspace identification method was used as in the case of Samseung Bridge. The natural frequency was calculated using the driving test results and the constant fine test results, respectively. The calculated natural frequencies for each mode are summarized in Table 3 below.
[표 3]연대교의 각 모드별 고유주파수 (Hz)[Table 3] Natural frequency (Hz) for each mode of Yantai Bridge
1차 내지 6차 모드의 모드 형상도 아울러 구해졌으며, 그 결과는 생략하기로 한다.Mode shapes of the first to sixth modes were also obtained, and the result will be omitted.
위와 얻은 연대교의 고유주파수 및 모드형상을 이용하여 연대교의 처짐보정계수를 산정하기 위하여 유한요소 모델 개선작업을 실시하였다. 유한요소 모델 개선작업은, 삼승교의 유한요소 모델 개선작업과 마찬가지로, 1차부터 6차까지의 고유주파수의 차이를 목적함수로 놓고 목적함수의 값을 최소화하는 최적화과정을 다운힐 심플렉스 방법을 이용하여 수행하였다. 개선변수는 교량 각 경간에서의 콘크리트 슬라브의 탄성계수(4개)와 각 거더의 2차 모멘트 및 비틀림 계수(4개)로 총 8개 였다. 유한요소 모델의 개선이 완료된 후에는 개선된 연대교의 유한요소 해석 모델을 이용하여 처짐보정계수를 산정하였다.Finite element model improvement was performed to estimate deflection correction coefficient of Yantai Bridge using the natural frequency and mode shape of Yantai Bridge. Finite element model improvement works similarly to Samseung Bridge's finite element model improvement, using the downhill simplex method to optimize the process of minimizing the value of the objective function by setting the difference of natural frequencies from 1st to 6th order as the objective function. It was performed by. The improvement variables were eight in total: the modulus of elasticity of the concrete slabs (4) and the secondary moment and torsional coefficients (4) of each girder at each span of the bridge. After the finite element model was improved, the deflection correction coefficient was calculated using the improved finite element analysis model of the bridge.
처짐보정계수의 산정 후에는, 충격보정계수를 산정하였다.After calculating the deflection correction coefficient, the impact correction coefficient was calculated.
연대교의 경우 본 발명에 의해 산정된 내하력은 DB-40.9 내지 DB-43.4이고, 종래의 방법에 의해 산정된 내하력은 DB-47.3이다. 본 교량의 경우 종래의 방법에 의한 결과와 본 발명에 의한 내하력이 매우 유사함을 알 수 있어, 본 발명의 적용가능성을 확인할 수 있으며, 본 교량 역시 본 발명에 의한 내하력이 종래의 방법에 의한 내하력에 비하여 보수적인 값을 보이는 것을 확인함으로써, 본 발명의 신뢰도를 알 수 있는 결과를 보였다.In the case of Yantai Bridge, the load capacity calculated by the present invention is DB-40.9 to DB-43.4, and the load capacity calculated by the conventional method is DB-47.3. In the case of this bridge, it can be seen that the results of the conventional method and the load capacity according to the present invention are very similar, and thus the applicability of the present invention can be confirmed. By confirming that the conservative value is shown, the result of knowing the reliability of the present invention was shown.
금당교에 대하여도 전술한 삼승교나 연대교와 유사한 결과를 얻었다. 즉, 본 발명에 의해 산정된 내하력의 값이 종래의 방법에 의해 산정된 내하력에 비하여 보수적인 결과를 보였으며, 그 값에 있어서 큰 차이는 보이지 않았다. 이에 의해서도 본 발명에 의해 제안된 방법의 적용가능성과 신뢰도를 확인할 수 있다.The Geumdang Bridge had similar results to the aforementioned Samseung Bridge and Yantai Bridge. That is, the value of the load capacity calculated by the present invention showed a conservative result compared to the load capacity calculated by the conventional method, and no significant difference was found in the value. This also confirms the applicability and reliability of the method proposed by the present invention.
이하에서는 상술한 시험교량이 아닌 실제 사용중인 교량의 내하력을 본 발명에 의한 방법으로 구한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter will be described with respect to the embodiment obtained by the method according to the present invention the load capacity of the actual bridge in use, not the test bridge described above.
본 실시예에서 내하력을 구한 교량은 호남고속도로 상행선의 계룡휴게소 출차로에 위치한 두계천교이다. 상기 교량에 관해서는 종래의 시험방법으로 도로공사에서 2003년 그 내하력을 측정한 결과가 있어서, 상기 교량을 시험교량으로 선택하여, 본 발명에 의해 내하력을 산정한 후, 그 두 값을 비교해 보기로 한다.In the present embodiment, the bridge for calculating the load capacity is the two stream bridge located at the exit of the Gyeryong Rest Area of the upward line of Honam Expressway. Regarding the bridge, the load carrying capacity was measured in 2003 by a road test using a conventional test method. After selecting the bridge as a test bridge, the load carrying capacity was calculated by the present invention, and then the two values were compared. do.
전술한 바와 같이, 기존 재하실험의 가장 큰 단점의 하나인 교량 위를 통행하는 차량의 통행을 제한함으로 인해 발생되는 불편함을 해소하는 방법으로 제시된 본 발명의 효과를 검증하기 위하여, 실제 교량 위를 주행하는 통제되지 않은 일반 차량에 의해 발생되는 하중에 의해 발생되는 가속도 신호를 계측하여 내하력을 산정하였다.As described above, in order to verify the effect of the present invention proposed to solve the inconvenience caused by limiting the traffic of the vehicle passing on the bridge, which is one of the biggest disadvantages of the existing loading experiments, The load carrying capacity was calculated by measuring the acceleration signal generated by the load generated by the uncontrolled ordinary vehicle.
총 25개의 가속도계가 설치되었으며, 이중 24개의 가속도계는 6m 간격으로 교량의 상판에 골고로 분포되는 형태로 배치되었으며, 나머지 한 개의 가속도계는 차량하중에 의해 발생되는 처짐이 가장 클 것으로 예상되는 교량의 가운데 지점에서 가장 가까운 위치에 설치되었다. 가속도의 샘플링 주파수는 100Hz였으모, 저주파통과필터의 주파수는 45Hz이다.A total of 25 accelerometers were installed and 24 accelerometers were arranged in the form of even heights on the top of the bridge at 6m intervals, and the other accelerometer was the center of the bridge that is expected to have the greatest deflection caused by the vehicle load. Installed closest to the point. The sampling frequency of the acceleration was 100 Hz, but the frequency of the low pass filter was 45 Hz.
본 교량에 대해서도 계측된 주파수 결과를 이용하여, 고유주파수와 모드 형상을 산정하였고, 그 산정된 고유주파수와 모드 형상을 이용하여 유한요소 모델개선 작업을 행하여, 처짐보정계수를 산정하고, 충격보정계수는 가속도 신호를 이중적분한 값을 이용하여 산정하였다.Using the measured frequency results for this bridge, natural frequencies and mode shapes were calculated, and finite element model improvement work was performed using the calculated natural frequencies and mode shapes to calculate deflection correction coefficients and impact compensation coefficients. Is calculated using double integration of acceleration signal.
상술한 방법에 의해 구해진 처짐보정계수와 충격보정계수를 이용하여 구해진 내하력은 DB-27.0이며, 이는 2003년에 종래의 재하시험으로 구해진 본 교량의 내하력인 DB-27.9와 거의 유사한 결과이다.The load capacity obtained using the deflection correction factor and the impact compensation factor obtained by the above-described method is DB-27.0, which is almost similar to that of DB-27.9, which was obtained by the conventional load test in 2003.
두계천교의 시험결과로부터 본 발명에 의한 내하력 산정기법이 실제 사용되고 있는 교량에도 적용이 가능할 정도로 신뢰도가 높은 방법임을 다시한번 확인할 수 있다.From the test results of the two bridges, it can be confirmed that the load-bearing calculation method according to the present invention is highly reliable enough to be applied to the actual bridge.
상기에서 본 발명에 대하여 설명하였으며, 본 발명의 기술적 사상에 위배되지 아니하는 범위 내에서 다양한 형태의 교량의 내하력 산정방법의 구현이 가능하다.The present invention has been described above, and various load-bearing load calculation methods can be implemented within a range that does not violate the technical idea of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 비교적 설치가 용이한 곳에 가속도계를 설치하여 그 가속도계로부터 계측된 가속도 신호를 이용하여 교량의 내하력을 산정하게 되므로, 종래의 변위 또는 변형율을 계측하는 경우에 비하여 계측장치의 설치에 소모되는 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있고, 현재 사용 중인 교량을 통과하는 차량의 통행을 제한할 필요가 없이도 실시가 가능하면서도, 신뢰도가 우수한 교량의 내하력 산정기법을 제공할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, since the accelerometer is installed in a relatively easy installation and the load capacity of the bridge is calculated using the acceleration signal measured from the accelerometer, the measuring device is compared with the case of measuring the conventional displacement or strain. It can greatly reduce the time and cost required for the installation of the bridge, and can provide the load-bearing calculation method of the bridge with high reliability, which can be performed without restricting the traffic of the vehicle passing through the bridge currently in use. There is this.
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