In this study, a MFL (Magnetic Flux Leakage) image based 3D inspection system which is incorporated into a cable climbing robot was investigated for Steel Cable NDT of Cable-stayed Bridge and Suspension Bridge. Firstly, a MFL sensor head prototype composed of two permanent magnets and eight hall sensors was designed and fabricated. A steel cable specimen with several types of damage was inflicted and scanned by the MFL sensor head to measure the magnetic flux density of the specimen. The measured MFL signals were used to interpret the healthy condition of the steel cable. For improving the resolution and quantification of the damage level, digital signal processing techniques were performed. Finally, the measured MFL signals were visualized by using 3D imaging method.

Vortex shedding occurred at relatively low mean wind velocities between 13m/s and 16m/s in the 2nd Jindo grand bridge. To control the vortex shedding Multiple Tuned Mass Damper(MTMD) was installed in the mid span. The control effects of MTMD was verified by assessing the damping ratio before and after installing MTMD. This paper present the evaluation of damping ratio of a cable- stayed bridge based on measuring data through unified remote monitoring system.

In this paper, we propose a cable climbing robot which can climb up and down the cables in the bridges. The robot mechanism consists of three parts: a wheel based driving mechanism, adhesion mechanism, and safe landing mechanism. The wheel based driving mechanism is driven by tooth clutches and motors. The adhesion mechanism plays the role of maintaining adhesion force by a combination of pantograph, ball screw, and springs even when the power is lost. The safe landing mechanism is developed for guaranteeing the safety of the robot during operations on cables. It can make the robot fall down with reduced speed by dissipating the gravitational forces. The robot mechanism is designed and manufactured for validating its effectiveness.

본 연구는 케이블 파단이 콘크리트사장교의 동적거동에 미치는 영향을 강합성사장교에 대한 것과 비교하여 검토하는데 그 목적이 있다. 이를 위해, 강합성사장교를 대상으로 시간이력함수를 이용한 케이블 파단을 모사하는 적합한 해석기법을 검토하고, 동적확대계수를 평가하였다. 콘크리트사장교에서 계산된 동적확대계수를 설계기준을 기반으로 강합성사장교에 대한 것과 비교 검토하였다. 그 결과, 동적확대계수에 대한 현행 설계기준이 전반적으로 신뢰할 수 있는 것으로 판단되며 콘크리트사장교의 경우 동적확대계수 값이 강합성사장교에 비해 상대적으로 상승되는 경향을 보이나 설계기준을 만족한다.

In this paper, the applicability of structural health monitoring (SHM) system is evaluated on a full-scale concrete cable-stayed bridge, Hwamyung Bridge in Korea. Firstly, Imote2-platformed wireless sensor node for structural health monitoring is designed to monitor the cable forces by the vibration-impedance-based SHM. Secondly, the experimental setup is presented by filed verification test on Hwamyung Bridge. Finally, the long-term monitoring performance of the wireless sensor system is examined under various weather conditions. Also, the accuracy of cable force monitoring by the wireless sensor system is evaluated for the target bridge.

최근 들어 인천대교 등 다수의 사장교가 공용 또는 시공 중에 있으며 이러한 시점에서 국내 사장교의 기술력을 살펴본다면 시공기술은 눈에 띄게 발전하였지만 설계기술은 아직 국외 의존도가 매우 높은 실정이다. 사장교 핵심설계요소들 중 케이블 정착구조는 강력한 케이블 장력의 작용으로 국부적인 응력집중현상이 발생하므로 안전성 확보를 위해서는 반드시 국부상세해석에 의한 설계가 요구된다. 하지만 명확한 설계기준이나 이론적 설계 없이 유한요소해석에만 의존하여 설계하는 실정이며 정착구조의 이론적 기본메커니즘을 이해하지 못한 채 유한요소해석 결과에만 의존, 엔지니어의 판단력이 흐려지는 부작용을 가져오고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 케이블 정착구조 가이드 파이프앵커 형식 중 정착강관의 기존 이론적인 설계절차를 나타내고 추가적으로 고려해야 할 사항들을 국내외 설계기준에 따라 정리하고 보완 설계절차를 제시하였다.

초장대 교량의 경우에는 내풍안전성의 확보가 중요한 설계 이슈로서 이에 대한 검토를 위해 분석하고자하는 대상교량은 최근에 설계한 교량의 형식은 2주탑 복합사장교로서, 경간 및 횡단의 구성은 길이 총910m, 주경간 510m, 교량폭은 12.5m로 psc box 및 강상판의 상구구조의 형식을 갖는 교량이다. 대상교량에는 콘크리트 및 강/케이블로 구성된 단위부재들이 설계되어 있어, 장경간 교량에서 적용되어지는 주요단위부재들의 성능 및 요구조건을 기초적으로 분석하고 평가하기에 적정한 것으로 판단하여 대상교량으로 선정하였다.

최근 건설 기술의 발달과 더불어 긴 지간을 갖는 사장교나 현수교의 건설이 증가되어 왔다. 긴 지간을 이용하는 이런 형태의 교량들은 해안이나 산간벽지의 교량을 건설하는데 적합하다. 그러나, 이러한 교량들의 케이블이나 상판들은 차량 충돌에 기인된 화재로 인하여 가끔 손상을 받아왔다. 화재에 노출된 케이블은 대형 참사를 야기시킬 수 있고, 구조요소로서의 중요한 역할을 할 수 없게 된다. 본 논문의 목적은 교량위의 차량 화재로 인한 사장교 케이블 안전성을 예측하고 평가하는데 있으며, 교량의 3차원 모델링에 있어서는 상용소프트웨어인 Solid-Works를 사용하였고, 사장교 케이블의 열전달해석과 유동해석에는 Cosmos-FloWorks를 이용하였다. 간편 해석을 위해, 방호책과 열원사이의 거리, 풍속, 케이블을 싸고 있는 파이프 끝단 높이는 고정 상태로 악조건으로 하고, 시간과 함께 변동되는 열원에 의한 케이블의 열전달해석과 유동해석을 하였다.

시공 기술의 향상과 건설재료의 성능 발달에 따라, 현수교 및 사장교와 같은 특수 교량의 장대화가 빠르게 진행되고 있다. 이와 같은 초장대 교량은 한 나라의 토목기술을 대변하는 것으로, 전 세계적인 기술 경쟁 체계가 구축되고 있다. 교량이 장대화됨에 따라 바람이 교량에 미치는 영향이 지배적인 인자가 된다. 바람이 교량에 미치는 영향을 평가하고 내풍 성능을 향상시키는 것이 기술 경쟁에 있어서 필수적인 요소가 되었다. 본 연구에서는 교량의 정적, 동적 내풍 성능을 향상시켜 내풍 안정성을 확보하기 위한 방법의 일환으로, 교량 단면의 비 구조요소인 페어링 부분에 차폐율의 개념을 적용시켰다. 차폐율이란 페어링 부분에 공기가 통과할 수 있는 공간을 확보하여, 단면의 상하 압력차를 줄여주고 공기흐름을 원활하게 유도하는 것으로, 공극면적 대비 전체면적으로 정의하도록 했다. 본 연구에서는 우선 교폭 29m, 형고 4m의 사장교 교량 단면을 가정하였고, 이 단면에 0%, 25%, 50%의 차폐율을 적용시켜 비교하였다. 각각의 단면을 2차원 부분 모형으로 제작하여 정·동적 풍동 실험을 수행, 내풍 안정성을 평가했다. 실험은 등류와 난류(난류 강도 10%) 상태에 대해 측정했고, 정상상태에서 60초간 데이터를 취득했다.

현수교는 주케이블이 목표하는 형상을 이루어 기하학적 강성을 갖도록 앵커, 새들과 같은 장치를 적용하고 있다. 지금까지의 연구에서는 두 장치를 모두 고정절점으로 단순화하여 해석하는 것이 일반적이었다. 그러나 새들의 경우 주케이블의 슬라이딩 현상이 발생할 수 있으며 이로 인하여 구조물의 응답이 달라진다. 특히 현수교의 시공단계 초기에 셋백로프를 철거하거나 셋백을 수행하지 않는 경우 새들 전후 주케이블의 장력 차이가 커지므로 슬라이딩이 발생하기 쉽다. 따라서 본 연구는 유한요소법을 이용한 케이블의 슬라이딩 해석방법을 제시하고 슬라이딩을 고려한 현수교의 시공단계별 해석을 수행하여 슬라이딩을 고려하지 않은 해석결과와 차이를 분석하였다. 슬라이딩을 고려한 해석을 통해 얻어진 결과는 구조물에 불리한 응답을 나타낼 수 있으므로 주케이블과 새들 사이의 슬라이딩을 고려한 해석은 필수적이다. 또한 본 연구의 슬라이딩 해석방법 및 해석결과는 이후 현수교의 설계와 시공시의 참고자료로 활용될 수 있다.

주케이블과 행어로프로 구성된 케이블 시스템은 현수교에서 가장 중요한 부재로서 외부의 하중을 장력을 통해 전달하여 구조물의 안전성을 확보하는 비선형 요소의 부재이다. 장기간 공용된 교량의 케이블 시스템은 유지관리 활동에 따른 보수 및 보강의 영향을 받아 장력의 증가 혹은 변형이 발생하나 정확한 거동파악이 쉽지 않다. 국내 건설된 사장교에서의 케이블은 상시 모니터링 시스템이 개발되어 관리되고 있으나, 현수교의 주케이블에 대해서는 여전히 관리방법 개발이 필요하다. 이를 위해서 본 논문은 약 35년 공용되어온 남해대교에 대해서, 사용년수 증가에 따른 영향과 과거에 수행되었던 보수 및 보강공사가 케이블 시스템에 어떠한 영향을 주었는지를 파악하기 위해 그 동안 조사되었던 케이블의 손상, 행어로프의 장력 측정 결과 및 주 케이블의 형상측량 결과를 통하여 장기적인 거동을 분석하고 주케이블의 장력 변화를 분석하였다.

본 연구에서는 사장교의 케이블 장력을 장기적인 관점에서 보다 효과적으로 분석하고 모니터링할 수 있는 케이블 장력 모니터링 시스템을 개발하는 연구를 수행하였다. 제안된 모니터링 시스템에는 실시간 동적 데이터에서 일정 대상시간 동안의 가속도 데이터를 선정하고, 이를 고속 푸리에 변환 알고리즘에 적용하여 주파수 분석한 결과를 평균하여 일반화시키는 신호해석이론이 적용되었다. 제안된 케이블 장력의 모니터링 시스템의 적용성을 평가하기 위하여 실제 공용중인 사장교에 대한 현장재하시험을 실시하였다. 현장계측을 통한 수동으로 계산된 장력과 모니터링 시스템의 강제저장 기능을 통해 저장된 데이터를 수계산하여 반자동으로 계산된 장력을 비교한 결과, 장력차이가 1% 이내로 발생하였고, 제안된 모니터링 시스템에서 자동으로 계산된 장력을 비교한 결과에서는 약 5% 범위의 무시할만한 차이로 나타나 본 연구에서 제안된 사장교 케이블 장력 모니터링 시스템의 신뢰도를 검증하였다.

본 연구는 사장교의 조망결정요소별 최적 조망점을 선정하기 위하여 교량의 3D Simulation을 제작하고 실험조건에 따라 선호도를 측정하는 방식으로 진행되었다. 이를 통해 교량의 조망결정요소에 따른 경관평가 기준을 제시하였으며, 최적 조망조건을 제시하였다. 본 연구의 주요결과를 요약하면 다음과 같다. 조망조건별 변화인식범위선정을 통해 시점이동에 의해 사장교의 변화를 인식할 수 있는 최소범위를 측정하였다. 그 결과 수평각은 5°, 시선입사각은 4°, 시점높이는 교량전체 높이의 10%로 변화시켰을 경우 사장교의 변화를 인식하는 것으로 나타났다. 사장교와 가장 잘 어울리는 주변경관을 선정하기 위한 선호도 분석결과 도시경관유형이 가장 높은 선호도를 보이는 것으로 나타났다. 조망결정요소별 최적의 조망조건 선정결과 수평각에 경우 55°일 때 가장 높은 선호도를 보였으며, 시선입사각에 경우 20°일 때 가장 높은 선호도를 보였으며, 시점높이의 경우 8/10H일 때 가장 높은 선호도를 보였다. 교량의 조망조건에 따른 경관미의 고려는 교량경관계획 시 필수적인 요소임에도 불구하고 아직까지는 교량의 조망에 따른 경관미보다 형태미에 치우친 교량경관계획이 이루어지고 있는 실정이다. 따라서 본연구의 수행을 통하여 교량경관계획 시 조망의 중요성을 재평가하고, 조망조건에 따른 교량평가의 기준을 제시함으로써 향후 체계적인 교량경관계획의 기초자료를 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

본 논문에서는 최근 유지관리분야에서 중요한 분야로 대두되고 있는 대형구조물의 모니터링에 대한 연구 및 고찰을 바탕으로 대형 구조물의 계측데이터를 이용한 확률적 안전도분석에 대한 평가 모형을 제안하였다. 사장교의 계측 데이터를 이용하여 활하중에 대한 모델을 산정하고, 요소신뢰성 및 체계신뢰성 기법을 통하여 사장교의 실질적인 확률적 안전도를 평가하였다. 사장교의 체계신뢰성은 케이블, 보강형, 주탑의 조합파괴를 포함하는 주파괴경로를 찾아낼 수 있는 부분 ETA(Event Tree Analysis) 모델을 이용하여 산정하였으며 이는 기존 안전도 분석방법과 비교하였을 때 구조물의 여용성을 충분히 반영하는 데 상당히 합리적이며 실제적인 결과를 보여주는 실용적인 방법으로 판단된다.

최근 국내에서 장대교량의 건설이 증가함에 따라 그에 대한 내진설계의 중요성도 증대되고 있다. 이와같은 여건을 반영하여 새로 개정된 케이블 강교량 설계지침(안)의 내진설계편에서 지진파의 파동전달효과와 지반특성효과를 일부 반영하였다. 본 연구에서는 국내 설계규정에 따라 사장교(주경간500m)의 다양한(균등입력, 파동전달효과, 파동전달효과+지반특성효과) 지진응답해석을 수행하여 설계적용시 문제점에 대하여 검토해 본 결과 장대교의 파동전달효과는 지지점간 거리가 짧은 경우에도 지반이 연약한 경우 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 한편 지반의 종류에 상관없이 파동전달효과와 함께 지점별로 지반특성을 고려한 해석이 그렇지 않은 해석결과보다 큰 값이 산출되었다. 따라서 장대교의 지진응답해석시 파동전달효과 및 지반특성효과의 적용에 대한 세심한 고려가 필요한 것으로 판단된다.