공항 활주로의 균열 및 파손은 항공기의 이착륙 시 발생하는 충격과 기체의 엔진에서 발생하는 열, 그리 고 외부환경조건 등과 같은 다양한 요인으로 인해 발생하게 된다. 활주로 포장 파손이 결과적으로 기체에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 적절한 유지보수가 신속히 이루어져야 한다. 포틀랜드 시멘트 콘크리트의 경우 우수한 강도와 내구성능, 구조적 특성, 그리고 경제성과 같은 장점을 지니고 있기 때문에 유지보수 재료로 활발히 사용되고 있으나, 낮은 인장강도와 접착강도로 인해 보수재료 자체에 균열이 발생하거나 기 존 포장과 새로 타설된 재료의 계면 사이에서 조기 균열이 발생하여 추가적인 유지보수를 진행해야하는 상 황이 발생할 수 있다. 이러한 기존 시멘트 콘크리트의 단점을 개선하고자 새로운 포장 재료에 대한 연구가 많은 학자들에 의해 진행되어왔으며, 대표적인 재료로는 시멘트 수화물이 아닌 에폭시와 같은 고분자 재료 가 결합재를 대신하는 폴리머 콘크리트(Polymer concrete)가 있다. 폴리머 콘크리트의 경우 우수한 내약 품성과 기계적 물성, 그리고 빠른 경화시간을 가지기 때문에 신속한 시공이 요구되는 활주로 유지보수 분 야에 적합하나, 기존 포장 재료와 상이한 열팽창계수로 인해 환경하중이 반복되는 동안 보수재료보다 강도 가 낮은 기존 포장 부분에서 파손이 발생할 수 있으므로 이를 미리 예측할 수 있는 모니터링 시스템의 구 축이 필요하다. 또한, 다양한 하중조건과 외부 온도조건에 노출되는 보수부의 특성상 구조물의 파손과 내 구성능의 저하를 효과적으로 모니터링 할 수 있는 기술의 필요성이 이전부터 제시되어왔다.

광섬유의 클래딩 부분을 별도의 고정구에 직접 부착하는 방식으로 고정하여, 변형발생 시 광케이블을 구성하는 재료들 사이에서 발생하는 미끄러짐(Slip)현상을 방지하고, 외력에 의해 발생하는 변형을 정확하게 측정이 가능하도록 함과 기존 광섬유격자센서가 자체적으로 압축변형의 측정이 곤란한 점을 개선하기 위해 미리 긴장(Pre-Strain)상태를 유지하기 위하여 두 개의 접점사이를 볼트와 너트로 조절하여 프리스트레인 가변이 가능하도록 하여 인장/압축변형 측정을 가능하게 한 광섬유격자센서 패키지를 사용하는 지하구조물 변위 모니터링시스템이 본 연구에 의해 개발되었다. 이러한 광섬유격자센서 패키지는 콘크리트 라이닝구조물에 콘크리트의 불균일성을 극복하고 대표성을 가지기 위해 1미터 게이지 길이를 갖도록 하여 모니터링시스템에 적용되었으며, 대구 지하철 지하구조물에 현재 운영 중인 이 시스템은 한국전력 공동구 설치공사가 진행되면서 구조물에 미치는 영향을 판단하기 위한 모니터링시스템으로 적용되었다.

본 연구는 광섬유 브래그 격자 센서를 이용한 텐서그리티 구조물의 실시간 모니터링 결과를 보고한다. 기존의 간접적인 계측방식에서 탈피하여 케이블에 직접적으로 센서를 부착하여 케이블의 변형율을 측정하였다. 우선, 텐서그리티 구조모형을 시험체를 제작하고, 시험체에 광섬유 브래그 격자 센서를 부착하여 외력을 가하였다. 그 결과 하중의 증가에 따라 광섬유 브래그 격자센서는 케이블의 변형을 정밀히 측정할 수 있었으며, 계측의 안정성 측면에서 탁월함을 알 수 있었다. 또한 텐서그리티 구조물과 같이 케이블로 구성된 구조물의 변형측정 및 상시모니터링에는 광섬유 브래그 격자 센서가 유용함을 확인하였다.

최근 건설기술이 발달함에 따라 점차적으로 더욱 높은 정확성과 신뢰성을 바탕으로 구조물의 상태를 파악 또는 예측 할 수 있는 기술적인 체제가 요구되고 있는 시점에서, 광섬유센서는 내구성과 높은 분해능, 전자기파 노이즈 저항성, 절대값의 측정, 다중화 등의 가지고 있는 여러 장점 때문에 미국 등 선진국의 경우 교량, 터널 그리고 건물 등에 변위와 변형률 측정에 많은 설치가 진행되어 왔고, 광섬유 센서를 이용한 시스템이 구조물의 안정성과 잔존수명을 판단하는 기준으로 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 본 논문에서는 이러한 광섬유센서 중에서 일반적으로 가장 많이 사용하고 있는 광섬유격자 센서의 응용의 폭을 확대하기 위하여 여러 가지 응용분야에 적용하고자 하였으며, 특히 전단응력이 많이 걸려 foil형 스트레인 게이지를 사용하기 어려운 보 기둥 접합부에 적용하여 광섬유격자 센서가 일반적으로 사용되는 전자식 변위 센서들과 정밀도가 대단히 차이가 나고 있음을 보여주고 있고, 복합재료와 콘크리트 접합 구조물에 적용하여 흔히 발생하는 결함인 delamination을 측정하는데 광섬유격자 센서가 유효적절함을 보여주고 있으며, 원자력발전소 격납구조물과 같은 대형구조물에 적용하여 변위를 측정함에 있어서 광섬유격자 센서가 시공도 용이하고 데이터도 양호함을 보여 주고 있어, 기존의 어떤 구조물도 광섬유센서를 적용하여 쉽게 광섬유 스마트구조물화 할 수 있음을 보여준다.