본 논문에서는 구조물의 부분 변위값으로 전체 구조물의 변위 형상을 예측할 수 있는 인공지능 학습기법을 개발하였으며, 개발된 기술의 성능을 실험을 통해 평가하였다. 3차원 공간에서 변위 형상 및 노드 위치 좌표의 특성을 학습에 반영할 수 있는 Image-to-Image 변위 형상 학습과 위치 특징을 결합한 변위 상관 학습 방법을 제시하였다. 개발된 인공지능 학습방법의 성능을 평가하기 위해 목업 구 조 실험을 진행하였고, 3D 스캔으로 측정한 변위값과 인공지능으로 예측한 결과를 비교하였다. 비교 결과 인공지능 예측 결과는 3D 스캔 측정 결과에 비해 5.6~5.9%의 오차율을 보여 적정 성능을 보였다.

Displacement response of structure is valuable information for monitoring an structure integrity. However, measuring the displacement response is difficult than other structure responses, such as acceleration, strain, and angle. So, previous researches have focused on displacement estimation technique using measured acceleration. The displacement estimation methods also have weakness that filtering noise of measured data is so complicate. The estimated displacement might be diverged because of the measuring noise. Because of these reasons, this study focused on rotation angle. This study developed a algorithm for estimating displacement and structure deformed shape using rotation angle.

There has been an increasing demand for introducing a base isolation system to secure the seismic safety of a nuclear power plant. However, the design criteria and the safety assessment methodology of a base isolated nuclear facility are still being developed. A performance based design concept for the base isolation system needs to be added to the general seismic design procedures. For the base isolation system, the displacement responses of isolators excited by the extended design basis earthquake are important as well as the design displacement. The possible displacement response by the extended design basis earthquake should be limited less than the failure displacement of the isolator. The failure of isolators were investigated by an experimental test to define the ultimate strain level of rubber bearings. The uncertainty analysis, considering the variations of the mechanical properties of isolators and input ground motions, was performed to estimate the probabilistic distribution of the isolator displacement. The relationship of the displacement response by each ground motion level was compared in view of a period elongation and a reduction of damping. Finally, several examples of isolator parameters are calculated and the considerations for an acceptable isolation design is discussed.

본 연구에서는 2006년도의 교량 유지관리 빅데이터를 이용하여 선행연구에서 개발된 차종별 교통량 데이터와 연직 변위 데이터의 상관관계를 바탕으로 광안대교의 차종별 교통량 데이터를 이용한 연직 변위 추정 모델에 대하여 10여년이 경과한 현재적 적용성을 각각의 업데이트 방법으로 개발된 모델의 변위 추정 성능을 비교 분석하였다. 개발된 모델의 현재적 적용성은 추정된 변위는 실측 변위와 유사한 것으로 분석되었으며, 구조화 회귀 분석에 기반한 모델과 주성분 분석에 기반한 모델의 변위 추정 성능은 상호간에 큰 차이가 없다는 것을 알 수 있었다. 결론적으로 본 연구에서 개발한 차종별 교통량 데이터를 이용한 연직 변위 추정 모델은 광안대교의 교통하중에 따른 거동 분석 등에 유효하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

To verify the displacement estimation method which is based on the relation between displacement and strain, static and dynamic field test are performed on the real bridge structures. Static and dynamic displacements estimated by using strain signal are well agreed with measured one by LVDT. This study demonstrates that the displacement estimation method using strain signal can be effectively applied to the displacement measurement of bridge structures, which are crossing the river/road/railway or have high clearance.

본 연구에서는 기존의 가속도 등을 이용하여 변위를 추정하는 방법의 문제점을 개선시키기 위해 단순지지 거더교의 실측 변형률로 부터 변위를 추정할 수 있는 간단한 방법을 제안하였다. 제안된 변위 추정 방법의 기본 개념은 변위와 변형률의 관계로부터 유도되었으며, 해 석적 방법을 부가적으로 도입하여 일반화시켰다. 실교량과 유사한 동적 거동특성을 갖는 단순지지 강판에 대한 정․동적 실내실험을 수행하였 으며, 실험을 통해 실험체 중앙점의 변위 및 변형률을 측정하였다. 실험체에 대한 실측 변형률을 이용하여 추정된 변위는 실측 변위와 잘 일치 하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 변위 추정 방법은 변위계 설치를 위한 고정된 기준점 확보가 곤란한 실교량(단순지지 거더교)의 변 위 측정에 적합하다고 판단된다.

The purpose of this study is model development of displacement estimation of simple beam receiving the concentrated load using terrestrial LiDAR. Using the terrestrial LiDAR it is possible to supplement touch sensor’s disadvantages which have the limit to the displacement measurement. The data which is obtained by terrestrial LiDAR goes through coordinate transformation and dividing elements. And then, applying the Cubic Smoothing Spline Interpolation(CSSI) we will find the optimal value for displacement estimation. Also, based on the assumed displacement it is possible to estimate the stress distribution shape of the experiment model.

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.

While displacement is valuable information regarding the behavior of structures, measuring displacement from large civil structures is often challenging and costly. This study develops an indirect displacement estimation method based on the multimetric data (i.e., acceleration and strain) that can estimate static as well as dynamic displacements. The approach is numerically validated on a simple-beam model with moving force

수중 방파제 피복작업은 사석의 유실을 방지하기 위해 방파제 겉면에 2-3ton의 돌을 쌓는 작업으로 현재 잠수부에 의해 수작업으로 시공을 하고 있다. 수중에서의 사야문제와 작업의 특성상 잠수부의 육감에 의해 공사가 시행되며 작업 과정에서 산업재해가 빈번히 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 수중 방파제 피복작업을 위한 수중항만공사 로봇을 개발하였다. 로봇의 유압 실린더 제어를 위해 위치 센서가 필요한데 기존 센서는 구동축에 부착되어 방수가 어렵고 건설현장에서 사용하기에는 내구성이 좋지 못하다. 하지만 압력센서는 유압라인상의 임의의 위치에 부착이 가능하므로 방수박스 내부에 설치할 수 있어 방수가 용이하고 내구성을 높일 수 있다. 따라서 본 논문에서는 압력센서를 이용하여 수중항만공사 로봇의 유압 실린더 변위를 간접적으로 측정하는 관측기를 설명한다.

Common feature of displacement-based sensing is that the high-frequency resolution is limited, and often relatively low sampling rates are used. Another problem is that integration of accelerometer data that causes low-frequency noise amplification, and potentially more problematic differentiation of displacement measurements which amplify high-frequency noise. A multi-rate Kalman filtering approach is proposed to solve these problems. This method yields highly accurate motion data.

Common feature of displacement-based sensing is that the high-frequency resolution is limited, and often relatively low sampling rates are used. Another problem is that integration of accelerometer data that causes low-frequency noise amplification, and potentially more problematic differentiation of displacement measurements which amplify high-frequency noise. A multi-rate Kalman filtering approach is proposed to solve these problems. This method yields highly accurate motion data.

이 연구에서는 변형률계를 사용하여 변위를 추정하는 이론식을 제안 및 검증하고 하중 작용점과 크기를 추정하여 강재보의 건전도 평가 시스템을 개발하고자 하였다. 실험결과 160kN(항복하중의 56%)가력시 최대처짐 점에서 변형률계를 사용하여 얻는 처짐과 변위계의 측정처짐과의 오차율이 2%이내로 나타났으며 하중작용점 및 크기의 추정도 오차율1% 이내로 나타났다. 이를 통해 변형률계로 강재보의 변위 및 하중을 계측 할 수 있으며 나아가 변위계와 하중계의 생략으로 경제적인 센서설계를 할 수 있다. Lab VIEW로 구현된 건전도 평가 프로그램은 측정된 데이터가 일정 범위(강도 한계상태, 사용성 한계상태, 항복변형률)를 넘어설 때 단계별 경고를 발생하였고 변형률계 만으로 사용성한계상태와 강도한계상태를 동시에 모니터링 할 수 있었다.

노후화 된 구조물이 증가하고 장대교량, 초고층 빌딩과 같이 고성능, 고부가가치의 구조물이 증가함에 따라 이에 대한 구조물의 유지관리의 중요성이 점차 증가하고 있다. 구조물의 유지관리를 위해 구조물의 가속도, 변위, 변형률, 응력 등의 거동을 계측하기 위한 다양한 계측 기술이 적용되고 있다. 여러 거동 데이터 중 구조 건전도 평가를 위한 변위 계측에 대한 중요성은 많은 연구자들에 의해 강조되고 있지만, 구조물의 변위를 계측하는 것은 다른 거동 데이터의 계측에 비해 현재 많은 비용이 소모되고 있으며, 계측 또한 용이하지 않다. 이와 같은 이유로 실제 구조물에서는 변위 계측 개소에 제약이 있기 때문에 계측된 변위만을 이용한 구조물의 형상 관리에는 한계가 있다. 이런 한계를 극복하고자 본 연구에서는 운영 중인 구조물에서의 최소 계측 개소의 변위를 이용하여 변위 계측 지점 외 변위를 추정함으로써 구조물의 전체 형상을 추정하는 알고리즘을 개발하였다. 개발된 알고리즘을 이용하여 많은 연구자들이 구조물 형상 추정을 위해 사용한 보간법과 형상 추정 정밀도 비교 연구를 통해 보간법보다 적은 계측 개소의 변위 데이터로 정밀한 형상을 안정적으로 추정하였다. 또한 2경간 연속교, 2경간 트러스교 수치해석 모델을 대상으로 대표 휨모드 형상을 선정하여 변위 계측 개소와 알고리즘의 기저형상 함수에 따른 형상 추정 정밀도 분석 연구를 수행하였다.

FBG센서로 변형율을 계측하고 추정 가능한 일부 저차모드를 중첩하여 교량의 동적변위를 추정하는 알고리즘을 제안하였다. 모드별 진동형상은 단순보의 이론식에서 유도하였고, 일반화좌표는 FBG센서에서 계측한 변형율에서 유도하였다. 일반 교량의 저차모드에서 발생하는 휨 및 비틀림모드는 각 거더별 혹은 구간별로 분리하여 단순보의 이론적 휨모드로 고려함으로써 다양한 형식의 교량에 적용할 수 있도록 하였다. 알고리즘의 적용에 고려해야 할 진동모드의 개수 및 변형율 센서의 개수를 결정하는 기준은 이론적으로 제시되었다. 제안된 방법의 효용성을 다양한 형식의 교량에 대한 수치예제, 모형교량에 대한 실내실험 및 자기부상열차용 PC Box 거더교에 대한 현장실험을 통해 검증하였다. 수치예제에서는 교량 진동형상의 오차 및 변형률 측정오차가 동적변위 추정 결과에 미치는 영향을 분석하였다.