This study presents a damage detection method for shear-building structure based on the change of diagonal terms of a modal flexibility matrix. Numerical simulation and experimental validation were conducted on a 5-story shear-building structure. The proposed damage detection method showed accurate and suitable results.

The collapse of a large infrastructure cause serious losses. Therefore, there has been an increasing demand in using Structural Health Monitoring techniques for the building structures so that their maintenance cost and time can be reduced. In this study, a structural health monitoring methodology using dynamic responses is proposed for damage area estimation of a prototype building structure during shaking table testing in different positions of structural damage.

구조물의 손상 추정은 동적응답신호로부터 고유주기와 모드형상을 구한 후 이를 역해석하여 손상위치와 손상정도를 파악함으로써 이루어 진다. 건축구조물의 경우 토목구조물에 비하여 구조형식이 복잡하고 비구조요소 및 노이즈 등의 영향으로 인하여 구조물 판별에 어려움이 있다. 동적응답신호를 이용한 건물의 손상추정에 관한 최근의 연구들은 손상추정을 위하여 민감도 또는 추정치 등 간접적 지표를 사용하고 있으나, 좀 더 합리적이고 명확한 손상추정을 위하여 운동방정식으로부터 직접 유도된 변수를 손상지수로 활용할 필요가 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 전단형 건물의 운동방정식으로부터 직접 유도된 층강성 감소비를 손상지수로 하는 손상추정 방법을 제안하였다. 제안된 손상지수는 손상 전 모드형상과 손상 전 후 고유진동수 차이를 알면 구할 수 있다. 제안된 손상 추정방법을 수치해석예제에 적용한 결과 손상이 발생한 층에서 층강성 변화율이 (-)부호를 나타내었으며, 크기가 다른 층에 비하여 15배 정도 크게 나타나 전단형 건물의 손상 추정지수로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

The purpose of this study is to provide the damage detection method using wavelet transformation. The damage location index through the mode shape of damaged structure is formulated theoretically and applied to numerical analysis model of MATLAB. The shacking table test on reduced 3 story shear building is performed and the dynamic response signal is wavelet transformed. The result of damage detection using wavelet transformed signal is compared to that of non wavelet transformed signal to verify the applicability of the wavelet transformation in damage detection.

The purpose of this study is to present the damage detection method on shear building structures by mode shape. The damage location index using 1st mode shape is observed theoretically to find out damage location. The damage detection method is applied to numerical analysis model such as MATLAB and MIDAS GENw for the verification. Finally the shacking table test on 3 story shear building is performed for the examination of the damage detection method.

The purpose of this study is to provide the damage detection method on shear building structures by the damage index directly induced from dynamic equation. The provided damage index could be estimated from measured mode shape of undamaged structure and frequency difference between undamaged and damaged structure. The damage detection method is applied to numerical analysis model such as MATLAB and MIDAS GENw for the verification. The damage index at damaged story represents (-) sign and 15 times than other undamaged stories.

In this study, a new damage detection method using an inclinometer which can directly measure rotational displacement is developed and its effectiveness investigated. In order to verify the attractive features of the proposed method such as an increase in sensitivity and the data loss minimization, numerical analyses were performed by the uniform load surface curvature (ULSC) method, which is the damage detection method based on the modal flexibility matrix. For numerical analysis, 2 m simply supported beam, which has 20 elements and 21 nodes is considered. From the results of the eigenvalue analysis, the damage locations were perfectly detected in each damage case. It shows that the damage detection using rotational displacement is theoretically possible. From the result of numerical simulations, the damage locations were detected exactly. When compared with the detection method based on vertical displacements obtained from accelerometers, it is shown that using the rotational displacement is much more sensitive than using the vertical displacement. Overall, when compared with the accelerometer data, the damage detection performed by an inclinometer was more sensitive.

본 논문에서는, 자이로스코프를 이용한 각속도 계측과 가속도계를 통한 가속도 계측을 통해, 기존 의 가속도 계측만을 통한 교량구조물의 건전성평가의 단점을 극복하고자 한다. 교량의 경우, 지점 부근에서는 각속도 변화가 큰 반면, 중앙경간으로 갈수록 그 값은 작아지고, 가속도 변화가 크게 발생한다. 이러한 교량의 거동 특성을 통해 가속도 계측을 통한 건전성 평가에서 간과할 수 있는 지점 부근의 손상을 지점 부근에서 계측된 각속도를 이용해 보상하는 방법이다. 즉, 가속도 계측치를 이용하여 구조물의 모드유연도 행렬을 구성하고, 이를 이용하여 일차적인 손상진단을 수행한다. 추가 적으로 지점부근의 각속도 계측을 이용해 얻어진 회전 모드유연도 행렬을 이용하여 지점부근에서의 손상진단을 수행한다. 제안된 방법의 검증을 위해서 단순보를 이용한 수치해석을 수행했다. 중앙 부근의 손상과 지점 부근의 손상을 모사하였으며, 제안된 방법의 우수성 검증을 위해 가속도 계측만 을 통한 결과와 이종 데이터 계측을 통한 결과에 대한 비교연구를 수행했다.

본 연구에서는, 모드유연도 행렬 기반 변위를 이용한 고층빌딩의 손상진단 알고리즘을 제안한다. 손상에 의해 유발되는 손상유발 층간 변위의 관계식을 통해 고층빌딩의 손상진단을 위한 손상지수를 제안하였으며, 다중손상의 손상추정을 위한 베이스라인 변경기법을 제안했다. 제안된 방법은 수치모 델이 필요하지 않으며, 계측된 신호처리만을 통해 고층빌딩의 손상추정이 가능하다는 점, 그리고 다중손상에 대한 손상추정이 가능하다는 장점을 지닌다. 제안된 방법의 성능검증을 위해 10층 빌딩모 델에 대한 일련의 수치해석을 수행했다.

본 논문에서는, 모드유연도 행렬 기반의 손상추정 방법으로 제안된 normalized uniform load surface curvature (NULSC) 방법을 수치 해석 및 실험을 통해 검증하고자 한다. 기존의 모드유연도 행렬 기반 의 손상 추정 방법의 경우 구조물 응답의 크기가 작은 지점부 부근이나 모멘트 변화가 작은 지점에서 손상 추정에 어려움이 있다. 제안된 손상추정 방법은 기존의 손상 추정 방법인 ULS curvature 방법에 정규화 기법을 도입하여 손상 추정이 어려웠던 구조물의 지점부나 모멘트 변화가 작은 지점의 손상 추정이 가능하다. 제안된 손상 추정 방법은 단순보를 이용한 수치해석을 검증되었다. 단순보 모형을 이용하여 실내실험을 통해 제안된 방법을 검증하였다. 단순보의 단면 변화를 통해 단일 손상과 다중 손상을 모사했고 제안된 방법이 기존의 방법에 대해 손상을 민감하게 추정 하는 것을 확인 할 수 있었다.

손상된 구조물의 동적응답신호를 역해석함으로써 손상위치와 정도를 파악할 수 있다. 일반적으로 손상 전 후 고유진동수의 변화로부터 강성의 감소량을 구하고, 모드형상의 변화로부터 손상위치를 파악할 수 있다. 토목구조물의 경우 동적 응답신호로부터 손상을 검출코자 하는 연구가 상당히 진행되었으며 실용화 되었다. 그러나 건축구조물의 경우 몇 가지 문제로 인하여 이에 대한 연구가 활발히 진행되지 못하고 있다. 본 연구에서는 모드형상을 이용한 전단형 건물의 손상위치 추적방안을 제시 하고자 한다. 전단형 건물의 손상 전 후 1차 모드강성의 차이를 이용한 손상위치 추적지수를 이론적으로 고찰하였으며, 이를 Matlab 또는 MIDAS GENw와 같은 수치해석모델에 적용함으로써 손상위치추적기법의 타당성을 검증하였다. 또한 소형 진동대 실험을 수행하고 실측된 동적응답신호를 이용하여 손상위치를 추적함으로써 실구조물에 대한 적용성을 검토하였다. 진동대 실험결과 층강성이 25% 감소할 때 1차 모드 진동수는 12%증가 하였으며, 손상위치 지수는 손상 층에서 마이너스 값을 나타내었다.

The purpose of this study is to present the damage detection method on shear building structures by mode shape. The damage location index using 1st mode shape is observed theoretically to find out damage location. The damage detection method is applied to numerical analysis model such as MATLAB and MIDAS GENw for the verification. Finally the shacking table test on 3 story shear building is performed for the examination of the damage detection method.

The purpose of this study is to present the damage detection method on shear building structures by wavelet transformation. The damage location index using 1st mode shape is observed theoretically to find out damage location. The damage detection method is applied to numerical analysis model such as MATLAB for the verification. The shacking table test on 3 story shear building is performed for the examination of the damage detection method. Wavelet transformation and directly fast fourier transformation are performed for the data, and damage index is compared. Finally the applicability of the wavelet transformation for damage detection is examined.

본 연구에서는 풍력발전기 타워의 효과적인 상태 모니터링을 위하여 타워의 고유진동수 및 모드형상을 이용한 손상추정기법을 제안하였다. 풍력발전기에 대한 동력학 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 타워의 거동을 시뮬레이션하고 결과를 이용하여 타워의 모드특성을 추정하였다. 다양한 손상에 의한 타워의 고유진동수와 모드형상의 변화를 모드특성 추정 프로그램을 이용하여 해석적으로 구하여 훈련패턴을 생성하고 이를 이용하여 신경망을 훈련시켰다. 복수 손상 경우를 포함한 10가지 손상경우에 대한 모드특성을 훈련된 신경망에 입력하여 손상을 추정하였으며, 모든 손상 경우에 대하여 비교적 정확하게 손상위치와 손상정도를 판정할 수 있었다. 단, 미소 손상의 경우 손상정도가 약간 과소평가되는 경향을 보였으나 손상위치는 합리적으로 추정됨을 알 수 있었다. 향후, 미소 손상 추정결과의 정확성을 개선하고, 실험을 통하여 제안된 기법을 검증할 계획이다.

강구조물은 주로 도장에 의해 방식처리 되고 있지만, 장기간 사용함에 따라 강재표면에 부식손상이 발생하게 된다. 이러한 부식손상은 단면감소와 이로 인한 좌굴내하력을 저하시킬 우려가 있다. 현재 다양한 등단면형상과 지지조건에 대한 좌굴강도 추정식 및 설계식이 제안되어 있으나, 부식손상으로 인한 불규칙한 변단면 강부재의 축압축 좌굴강도 평가법은 아직 확립되어 있지 않다. 본 연구에서는 부식 손상된 가시설 강부재에서 절취한 강재시편의 축압축 좌굴실험을 실시하여, 부식강재의 좌굴강도 평가에 대한 기초적 연구를 수행하였다. 본 실험에서는 먼저 가시설 주형보의 웨브로부터 시편 지지길이를 200, 300, 400, 500, 600mm로 달리한 5종류 시편을 각각 2개씩 총 10개의 강재시편을 절취하고, 화학적 방법에 의해 녹을 제거하였다. 그리고 3차원 광학 스캐너를 이용하여 1×1mm 간격으로 표면형상을 측정하여, 각 시편의 잔존두께를 산출하였다. 그리고 10개의 부식 손상된 시편과 부식 손상되지 않은 무부식 시편 12개를 양단 완전고정지지 조건하에서 축압축 좌굴실험을 실시하여, 부식두께감소량 및 시편의 표면형상과 축압축 좌굴강도와의 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 부식 손상정도에 상관없는 무부식 등단면 강재와 동일하게 좌굴강도를 평가할 수 있는 불규칙 변단면 부식강재의 폭방향평균 최소두께 또는 평균잔존두께와 표준편차의 차로 계산되는 유효두께를 적용하여 축압축 좌굴강도을 추정할 수 있음을 제안하였다. 또한 이러한 결과를 실무에도 적용할 수 있도록 실용적인 부식강재의 잔존두께 측정간격도 제시하였다.