본 연구에서는 사장 케이블의 진동을 저감시키기 위한 자기유변유체 (MR) 감쇠기-기반 스마트 감쇠 시스템의 성능을 수치적으로 검증하였다. 스마트 감쇠 시스템을 위한 다양한 제어 알고리즘, 즉 Lyapunov stability-based control, maximum energy dissipation, clipped-optimal control, homogeneous friction 알고리즘의 제어 성능을 MR 감쇠기를 수동 형태로 활용한 제어 시스템 (즉, passiveoff 및 passive-on 형태)의 성능과 비교하였다. 수치모의실험 결과를 통해 제안된 스마트 감쇠 시스템이 풍하중을 받는 사장 케이블의 응답을 현저하게 저감시키는 것을 확인하였다.

사장케이블은 감쇠비가 매우 작기 때문에 풍하중과 활하중에 의한 진동에 매우 민감하다. 이에 따라 사장교의 안정성과 사용성에 있어서 케이블의 진동제어가 중요한 문제로 대두되어왔다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로 공기역학적 방법이 소극적으로 사용되어 왔으나, 최근 감쇠기를 설치함으로써 케이블의 진동을 효과적으로 제어할 수 있다는 연구 결과들이 발표되었다. 특히 스마트 감쇠 장치는 수동 감쇠기보다 우수한 효과를 발휘하면서 능동 제어 장치의 단점을 보완하여 케이블의 진동제어에 매우 효율적이다. 본 논문에서는 실험을 통하여 이러한 스마트 감쇠 장치를 케이블에 설치하였을 때의 감쇠 성능을 비교 분석하였다. 44.7 m 규모의 사장 케이블에 스마트 감쇠 시스템을 구축하고, 그 성능을 평가 하였다. 스마트 감쇠 시스템은 계측기를 통하여 케이블의 거동을 인식하고 제어 알고리즘에 따라 반능동 MR 감쇠기를 제어하여 케이블의 진동을 억제하게 된다. 실험 결과에 따르면, 스마트 감쇠 시스템에 의 한 케이블 제진 성능이 수동 제어 시스템의 감쇠 성능에 비해 조금 우수하였다.

사장교에서 케이블은 교량 전체에 있어서 매우 중요한 요소이다. 차량, 바람 혹은 풍우에 의한 케이블의 진동은 교량의 안전성과 사용성을 감소시키는 주요 원인이 되어왔으며 이러한 문제를 해결하는 효과적인 방법중의 하나는 케이블 댐퍼를 설치하는 것이다. 이 케이블 댐퍼를 최적으로 설계하기 위해서는 케이블의 동특성을 정확하게 평가해야 하며 케이블 동특성치를 얻기 위해서는 정확한 가진이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 케이블 가진시스템을 개발하고 성능을 평가하기 위해 케이블 가진시스템의 운동방정식을 유도하였으며, 케이블 가진기를 케이블 모형에 설치하여 정현진동실험과 공진진동실험을 수행하여 케이블의 동특성을 효과적으로 구하였다.

A damage case of parallel strand cable anchorage was introduced, in which 7 strands were slipped from each wedge at the anchorage of the cable stayed bridge in service. Also, a cable damage detection scheme was proposed on the basis of tension force measurement and model updating method by least square estimation to minimize tension variation. The proposed scheme has been verified from analytical simulations and the actual damage case. The damaged cable leading to tension variation more than noise level of cable force measurement was successfully detected with 7~8 strands damage indication of 2% error in the actual strand slippage case.

In this study, the damping ratio was estimated using the developed automatic calculation software based on the field measurement data of vibration of stay cable in cable-stayed bridge. For the field measurement, two accelerometers were used for obtaining of dynamic behavior of 1st, 2nd and 3rd mode. The damping ratio after installation of the damper was calculated as higher than the requirement values, also it was confirmed that the damping effect was improved with the range of 19~92%.

In this study, the method of measuring cable tension using the vision-based system was proposed, and a portable digital camcorder was used as a sensor for the measurement of the cable tension positioned at remote distances, considering the user convenience and the cost-efficiency. The vibration method (accelerometer, vision-based system) was used to measure the cable tensions, and the result was compared and analyzed.

In this study, a vision-based monitoring system was applied to measure the dynamic characteristics of the stay cable. The image was acquired during the day to measure the dynamic characteristics of the stay cable and the image filter processing algorithm was applied to reduce the analytical noise of the image.

To monitor static and dynamic responses of bridges, an image-based monitoring system using networking Pan-Tilt-Zoom IP (Internet Protocol) cameras has been developed. Verification testing is carried out during the human-excited vibration test of the stay cables in a cable-stayed bridge. As well as identifying the natural frequencies of the stay cable, the reasonable damping ratios are successfully extracted from the acquired images.

Acceleration measurement is widely employed, because acceleration sensors generally have low noise and cost effective. To determine cable tension, FFT analysis of measured acceleration data is widely used. This study proposes a stay cable measurement system using acceleration data to determine the cable tension and vibration amplitude. A small light-weight wireless sensor is also proposed to increase the applicability.

사장교 케이블의 손상은 사장교 전체의 안전에 가장 큰 영향을 주는 요인이 되므로 케이블의 손상에 대한 유지관리를 필수적으로 해야한다. 이러한 유지관리의 대표적인 방법으로 케이블의 고유진동수변화을 추적하는 방법이 있다. 지금까지 케이블의 고유진동수는 진동법에 의해 횡방향 진동으로 추정하여 왔으며 시스템인식기법은 반복법에 의한 민감도방정식으로 축방향강성을 추정하나 새그의 영향으로 종방향운동에 대한 고유진동수의 분포에 대한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 종방향운동에 의한 고유진동수를 이용하여 손상을 추정함으로써, 종방향운동의 신뢰성을 향상시키는 새로운 방법을 제안하였다. 이 방법의 적용결과를 근사해인 유한요소해석결과와 비교하여 유사한 결과를 얻음으로써 제안된 방법의 신뢰성을 검증하였다. 따라서, 케이블손상과 고유진동수와의 관계를 분석한 결과는 손상률이 증가할수록 고유진동수는 낮게 나타났다. 따라서 케이블의 실측 고유진동수를 알 때 케이블손상과 고유진동수와의 관계식을 통해 케이블의 손상정도를 추정할 수 있으므로 케이블의 효율적인 유지관리가 가능하게 된다.

본 연구는 교량의 상시계측자료인 고유진동수 및 고유모드를 기준으로 계측기반모델을 구성하고, 구조해석을 수행하여 교량 공용상태에서 사장케이블 장력평가를 수행하였다. 케이블 설치 위치에 따라 하중유형별 케이블 장력이 다르다는 것을 알 수 있다. 고정하중과 활하중에 의한 케이블 계측장력은 케이블 설치위치에 따라 차이가 크지 않으나 설계하중을 적용한 해석결과보다 큰 값을 나타낸다. 계측기반모델에 대한 케이블장력분포는, 설계모델에 대한 장력보다 크지만, 계측장력과 유사한 분포를 나타낸다. 그러므로 장기거동을 고려하여 사장교 케이블설계는 계측기반모델의 해석결과를 반영할 필요가 있다. 이를 위하여 많은 계측자료를 이용한 장기거동 분석연구가 요구된다.

The main purpose of this study is to develop the advanced structural health monitoring techniques of cable-supported bridges. The research and development about two main topics has been performed as follows: The vision-based cable monitoring technology using cable moving robot and The long-term displacement monitoring technology of bridge structures using Global Navigation Satellite System (GNSS). Therefore, the 100-m-length cable vibration test facility, was selected as the test bed.

사장교 케이블은 초기 큰 인장력으로 축강성이 매우 크지만, 횡방향 휨강성은 약하다. 풍하중이나 교통하중은 케이블을 심각하게 진동시켜 사장교의 사용성에 부정적 영향을 끼친다. 그러므로 장대교량에 감쇠장치를 설치하는 진동 저감 계획이 절실히 요구된다. 마찰댐퍼는 교통하중이나 풍하중과 같은 동적하중이 작용하는 케이블 진동에서 진폭과 지속시간을 대폭 감소시킬 수 있는 효과적인 장치임을 알 수 있다. 케이블 진동은 댐퍼제작방법과 설치위치 및 형상에 따라 효율이 달라질 수 있다. 그럼에도 불구하고 본 실험연구의 마찰댐퍼 설치전 후 제진성능효과 분석결과는 향후 사장케이블의 진동을 저감시키는 기본 자료로 활용할 수 있다.