본 논문에서는 구조건전성모니터링(SHM)시스템이 설치된 케이블교량을 대상으로 장기적인 동적거동 특성을 분석하였다. 3차원 유한요소모델을 사용한 모드해석을 통해 모드변수를 추출하였다. 이를 교량에서 측정된 상시진동신호에 대해 주파수영역에서 분석한 고유진동수와 비교하여 정확한 기저모델이 구축되었음을 알 수 있었다. 지난 5년간의 고유진동수와 온도를 통계분석하여 고유진동수가 온도에 선형 반비례하고 있음을 확인하였고, 이러한 온도효과에 대한 평가를 수행하였다. 또한 상시진동신호를 시간영역에서 TDD기법을 적용하여 모드형상을 추출하였으며, 모드해석 결과와의 비교를 통해 케이블교량에 적용이 가능함을 검증하였다.

본 논문에서는 교량 모니터링 시스템의 일부분으로 서해대교에 설치된 교량 하중측정 시스템(BWIM system)으로부터 획득한 신호를 분석하여 통행차량의 정보를 추출하기 위한 알고리즘의 개발과정과 이를 위해 수행한 현장 차량주행시험에 대하여 기술하였다. 개발된 BWIM 시스템은 포장층에 매설하는 축감지기가 없는 형태로, 바닥판과 가로보에 설치된 변형률계로부터 측정한 시간이력 변형률신호만을 이용하였다. 이들 측정신호로부터 추출하고자 하는 차량의 정보는 통과차로, 통과속도, 차 축수 및 총 중량이며, 이들 정보의 추출을 위해 패턴인식기법의 일종인 인공신경망(Aritificial Neural Network, ANN) 기법을 사용하였다. 현장 차량주행시험을 통하여 기지차량 및 미지차량 통행시의 BWIM 응답 데이터를 측정하였으며, 이들 실측데이터를 사용하여 인공신경망의 학습 및 성능검증을 수행하였다. 개발된 기법을 사용하여 추출되는 차량의 정보들은 현재의 교량상태 및 피로수명 평가시 활용될 수 있을 것이며, 향후 설계트럭 하중모델의 개정시 기초자료로도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이 논문에서는 에너지 소산장치가 장착된 사장교의 지진 취약도 해석 방법을 제시하고 에너지 소산장치의 장착 및 주탑-보강형 연결 조건에 따른 지진 취약도 변화를 살펴본다. 입력지반운동, 에너지 소산장치 특성값 및 사장교 강성 모형에 확률 변수를 도입하여 불확실성을 고려하고 에너지 소산장치의 비선형 이력거동을고려하여 시간이력 해석을 수행한다. 해석결과의 회귀분석을 통한 최대 응답과 입력지반운동 세기(intensity) 사이의 관계식으로부터 취약도 해석을 위한 소요 역량(demand)을 수립한다. 역량(capacity)에 해당하는 한계상태는 주탑 하부의 전단력, 보강형의 교축방향 변위, 케이블 장력의 변동량 그리고 강주탑의 좌굴이 고려된다. 해석 예제로서 강주탑 사장교인 제 2 진도대교 모형에 대하여 취약도 해석을 수행하였다. 취약도 해석결과 에너지 소산장치의 사용을 통하여 구속 또는 비구속 연결조건시 높은 손상확률을 보이던 한계상태에 대하여 그 손상확률을 크게 줄일 수 있음을 확인하였다.

사장교의 효과적 지진응답제어를 위하여 MR 감쇠기를 이용한 준능동 퍼지 제어기법을 제시하였다. 제시하는 방법은 MR 감쇠기의 응답정보만을 이용한 퍼지추론 과정을 통하여 준능동 제어를 수행하는 방법으로서, 능동제어이론에 기반한 기존 준능동 제어기법과 달리, 별도의 능동제어기를 설계할 필요가 없는 간단한 구조로서 구성될 수 있다. 제시한 제어기법의 제어성능을 평가하기 위해 사장교 벤치마크 문제에 적용하였으며 기존 준능동 제어기법들과의 성능비교를 통하여 그 효율성을 평가하였다. 제어성능을 비교한 결과, 제시하는 준능동 퍼지 제어기법은 주탑의 전단력 및 휨모멘트, 데크의 수평변위, 그리고 케이블 장력 등의 상충하는 지진응답들을 동시에 효과적으로 제어함으로써 지진응답제어에 매우 효율적인 제어전략이 될 수 있음을 보였다.

구조물에 포함되어 있는 불확실성에 의한 영향은 논리적으로 구조물의 안전도 해석에 활용할 수 있는 신뢰성 평가방법에 의해 안전성 검토를 수행하는 것이 합리적일 것이다. 따라서 본 연구에서는 지진하중을 받는 사장교 구조물을 대상으로 확률유한요소법을 기존의 신뢰성이론에 적합하도록 정식화하여 구조물의 동적응답해석 및 신뢰성해석을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 프로그램을 작성하였다. 이를 바탕으로 하여 확률변수에 따른 변위, 부재력 및 케이블긴장력 등에 대한 평균, 표준편차 및 변동계수 등을 검토함으로써 동적응답특성을 정량적으로 분석하였다. 또한 신뢰성지수 및 파괴확률을 검토하여 사장교 구조물의 안전성을 평가하였다.

사장교의 지진응답 제어를 위한 퍼지관리제어기법에 대하여 연구하였다. 제시하는 방법은 복합제어방법의 하나로서, 여러 개의 최적제어기로 이루어진 하부제어기와 퍼지관리자로 구성되는 계층적인 구조를 가진다. 하위제어기들은 사장교의 주요 지진응답들을 저감시키도록 각각 독립적으로 설계되며, 퍼지관리자는 설계된 하위제어기들의 참여율을 조절함으로써 향상된 제진성능을 확보한다. 이는 하위제어기의 정적 제어이득을 퍼지추론과정에 기반하여 실시간으로 변화하는 동적 제어이득으로 변화함으로써 이루어진다. 제안하는 방법으리 적용성을 평가하기 위하여 Dyke 등이 제안한 사장교의 벤치마크 제어문제를 설계 예로 고려하였으며, 사장교 지진응답제어를 위한 제어변수로는 주탑하부의 전단력과 휨모멘트, 주탑상부의 수평변위 및 테크 주탑간 상대변위, 그리고 케이블의 장력을 선정하였다. 벤치마크 사장교에 대하여 제안한 퍼지관리제어기 및 최적제어이론에 기반한 LQG 제어기의 제어성능 비교로부터 제시하는 기법의 효율성을 검증하였다

본 연구에서는 수동, 능동, 반능동 및 복합 시스템과 같은 다양한 제어시스템의 효율성을 미국토목학회에서 제시한 지진하중을 받는 첫번째 벤치 마크 사장교을 이용해 조사하였다. 이 벤치마크 문제는 2003년 완공 예정으로 미국 Mississippi주에 건설중인 Bill Emerson Memorial교를 대상 구조물로 고려하였다. Bill Emerson Memorial 교는 New Madrid 지진구역에 위치하고 Wississippi 강을 횡단하는 주요 교량이라는 점 때문에 설계 단계에서부터 내진설계가 고려되었다. 사장교의 상세한 설계도면에 기초해 교량의 복잡한 거동을 나타낼 수 있는 3차원 선형모델과 각 제어시스템의 성능을 평가하기 위한 18개의 평가기준이 개발되었다. 본 연구에서는 네 종류의 수동제어 시스템, 한 종류의 능동제어 시스템, 두 종류의 반능동제어 시스템 밑 세 종류의 복합제어 시스템이 고려되었다. 수치해석 결과 모든 제어시스템은 지진하중을 받는 벤치마크 사장교의 응답을 감소시켰다. 그러나, 수동제어 시스템의 경우에는 뛰어난 제어성능을 얻기 위해서 다른 제어시스템에 비해 커다란 제어력을 필요로했다. 강인성에 관한 수지해석 결과에 따르면, 수동, 반능동 및 복합제어 시스템이 구조물 강성의 불확실성에 대해 강인함을 보였다. 따라서, 반능동 및 복합제어 시스템이 토목구조물과 같은 대형구조물의 실제 적용에 보다 적절하다.

본 논문에서는 지진하중을 받는 사장교의 진동제어 기법 개발을 위해 제공된 벤치마크 사장교에 복합제어 기법을 적용하였다. 이 벤치마크 문제는 2003년 완공 예정으로 미국 Missouri 주에 건설중인 Cape Girardeau 교를 대상 구조물로 고려하였다. Cape Girardeau 교는 New Madrid 지진구역에 위치하고 Mississippi 강을 횡단하는 주요 교량이라는 점 때문에 설계 단계에서부터 내진 문제를 중요하게 고려하였다. 벤치마크 문제에는 사장교의 상세한 설계도면에 기초해 교량의 복잡한 거동을 나타낼 수 있는 3자원 선형모델과 각 제어기법의 성능을 평가하기 위한 18개의 평가기준이 제시되어 있다. 본 연구에서 적용한 복합제어 기법은 지진하중으로 인해 구조물에 발생되는 하중을 줄이기 위한 수동제어 기법과 상판변위와 같은 구조물의 응답을 추가적으로 제어하기 위한 능동제어 기법이 결합된 제어 방법이다. 수동제어 장지로는 납고무받침을 사용하였고 Bouc-Wen 모델을 사용하여 비선형 거동을 고려 할 수 있도륵 모델링 하였다. 능동제어 장치로는 이상적인 hydraulic actuators 가 사용되었으며 제어 알고리듬은 H_2/LQG 를 적용하였다. 수치해석 결과 제안방법의 성능은 수동제어 방법에 비해 매우 효과적이며, 능동제어 방법에 비해서는 약간 좋은 제어성능을 나타내었다. 복합제어 방법은 수동제어 부분 때문에 능동제어 방법에 비해 보다 신뢰할 수 있는 제어 방법이다. 따라서 제안된 제어방법은 지진하중을 받는 사장교의 제어를 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

본 논문에서는 미국토목학회(ASCE)의 사장교에 대한 첫번째 벤치마크 문제를 이용하여 제어-구조물 상호작용을 고려한 새로운 반능동제어 기법을 제안하였다. 이 벤치마크 문제에서는 2003년 완공 예정으로 미국 Missouri주에 건설 중인 Cape Girardeau 교를 대상 구조물로 고려하였다. Cape Girardeau 교는 New Madrid 지진구역에 위치하고, Mississippi 강을 횡단하는 주요 교량이라는 점 때문에 설계단계에서부터 내진 문제를 중요하게 고려하였다. 본 연구에서는 MR 유체 감쇠기를 제어 장치로 제안하였고, clipped-optimal 알고리듬을 제어 알고리듬으로 사용하였다. 또한, 대용량 MR 유체 감쇠기 실험 결과를 이용하여, Bingham 모델, Bouc-Wen 모델, 수정된 Bouc-HWen 모델과 같이 수치해석에 이용할 수 있는 다양한 동적 모델을 개발하였다. MR 유체 감쇠기는 제어가능한 에너지 소산장치이며 구조물에 에너지를 가하지 않기 때문에 제안된 제어기법은 한정입출력 안정성이 보장된다. 수치해석을 통해, MR 유체 감쇠기를 이용한 반능동제어 기법이 사장교의 응답 감소에 효과적인 방법임을 증명하였다

케이블지지 교량 건설의 증가로 인하여 이러한 시설물의 안전 점검에 대한 관심도 점차 증가하고 있다. 케이블지지 교량에서는 주 부재인 케이블의 성능 평가가 필수적으로 이루어져야 함에 불구하고, 기존의 점검 방식으로는 다양한 제한적인 요인 때문에 적절한 점검이 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 케이블 점검 로봇 제작이 필요하고, 본 연구에서는 기존의 개발된 케이블 점검 로봇의 성능을 향상시켜서 로봇의 운용 효율성을 높이는데 주목적을 두었다. 성능 보완 요소로는 대 구경 케이블(>200mm)에도 적용할 수 있도록 로봇의 가용범위를 조절할 수 있도록 하였으며, 주행능력도 향상시켜 점검의 효율성을 향상시켰다. 케이블의 내부 손상을 점검하기 위해 전자기센서를 탑재하였고, 실내 실험을 통해 다양한 케이블 손상 유형에 따른 손상 검출 시험을 실시하였다. 추가로 현재 공용중인 교량에서 현장 성능평가를 실시하였다. 그 결과로 본 연구에서 개발된 케이블 점검 로봇은 주행속도에서는 ~0.2m/s로 기존의 점검 로봇에 비해 향상 된 주행 능력을 보였으며, 케이블 내부 손상 점검 실험에서는 케이블 손상 부분을 검출을 할 수 있었다. 마지막으로, 케이블 점검 로봇의 현장 검증 실험에서는 실내 실험과 같은 성능을 보이는 것을 확인하였다.

공용 중인 교량의 건전성을 파악하고 유지관리에 활용하기 위해 서해대교 사장교 구간에는 구조건전성모니터링(structural health monitoring) 시스템이 설치되어 있다. 이를 통해 바람, 지진과 같은 작용하중(applied loads)과 함께 진동, 형상변화, 신축, 부재력, 응력(변형률)과 같은 구조응답(structural response)을 모니터링하고 있다. 2000년 준공 이후 현재까지 장기간 축적된 구조응답 데이터를 기반으로 분석 및 평가를 수행한 결과, 상시 거동뿐만 아니라 다양한 재난상황 시에도 교량 구조계의 거동은 건전한 상태임을 확인할 수 있었다.

최근 들어 장대교량의 건설에 현수교, 사장교 등과 같은 케이블이 주 요소인 교량 형식이 급증하고 있다. 이와 같은 구조물에서 케이블이 미치는 영향은 매우 크며, 구조해석을 위해서 케이블에 대한 연구 및 케이블의 모드 특성에 따른 구조계의 변화를 연구해 볼 필요가 있다. 특히, 케이블은 거더에 가해지는 하중효과를 주탑으로 전달하는 캠버조절과 직결되고 전체 구조에서 중요한 부재로서, 가설시 가해지는 초기 장력과 시간이 경과후 장력을 비교하므로서 교량의 노후상태와 이상유무를 파악하는 데 기여하고자 본 연구를 수행하였다. 따라서 본 연구에서는 충격해머를 통한 모드 해석으로부터 케이블의 질량과 케이블의 길이변화에 따른 모드의 특성을 파악할 수 있었고, 공용중에 있는 케이블에서는 위상각의 변화가 비례관계임을 확인하였다. 또한 저차모드에서 지배모드가 결정되는 특성을 MAC분석을 통하여 알 수 있었다.

In this research, the measurement of vibration for stay-cable installed in cable stayed bridge was carried out by using wireless accelerometer. The vibration measurement data can be used for the evaluation of safety and serviceability of cable stayed bridge. The acquired data was analyzed for the evaluation of maximum vibration, tension force and fatigue. To verify the reliability of data, the additional measurements with total station and video camera. The data from three different measurement methods showed similarity within 15 % gap.

This paper discusses the loads on bridges based on long-term measurements. Applied Loads such as winds, earthquakes, temperature variations and traffic effects have been monitored on an existing bridge from the completion of the structure to now. It is confirmed that the monitoring results are within the design values.

The purpose of this study is to investigate the causes of corrosion of steel plate deck longitudinal U-ribs and to investigate the reinforcement method. It was confirmed that the corrosion of the longitudinal U-ribs occurred due to penetration water of the bolt hole of the shear key used in construction. The longitudinal U-ribs which were corroded were stiffened by attaching reinforcing plates, and finishing treatment was performed to prevent the surface water from flowing into the inside.