R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C152100-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 인공지능을 활용한 지반-구조물 상호작용 기반 노후구조물 내진성능평가 기법 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2019-04-19 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 정종원 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
17명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 310,000,000 원 기업 : 103,334,000 원 계 : 413,334,000 원 |
총연구비 | 정부 : 599,000,000 원 기업 : 200,001,000 원 계 : 799,001,000 원 |
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| 연구기관명 | 충북대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 지반-구조물 상호작용 기반 구조물 노후도 평가기법 개발 - 지반 계측 및 영상기반 구조물 모니터링 기술 개발 - 소형 진동대 실내실험 모니터링을 통한 지반-구조물 상호작용 분석 - 지반-구조물 상호작용을 고려한 수치해석 모델 개발 - 실내실험 결과 및 수치해석 모델을 활용한 구조물 노후도 평가기법 개발 - 현장(광안대교) 기실험 데이터를 활용한 노후도 평가기법의 검증 - 대형 진동대 및 현장실험을 통한 노후도 평가기법 제품화 ○ 인공지능을 활용한 내진 성능 평가기법 개발 - 데이터 수집을 위한 IoT 디바이스 제작 및 플랫폼 구축 - 소형 진동대를 활용한 내진성능 영향요인 데이터 수집 - 내진성능 평가를 위한 인공지능 기반 알고리즘 개발 및 고도화 - 구조물 노후도를 고려한 인공지능 기반 내진 성능 평가 기법 개발 - 대형 진동대 및 현장 실험을 통한 내진성능 평가기법의 제품화 [최종목표] 인공지능을 활용한 지반-구조물 상호작용 기반 노후구조물 내진성능평가 기법 개발 ○ 지반-구조물 상호작용 기반 구조물 노후도 평가기법 개발 - 구조물 노후도 평가를 위한 구조물 및 지반 모니터링 기술 개발 - 실내시험 및 수치해석을 통한 구조물 노후도 평가기법 개발 - 대형 모형실험 및 현장실험을 통한 노후도 평가 기법의 제품화 ○ 인공지능을 활용한 내진 성능 평가기법 개발 - 실내시험 및 수치해석을 통한 데이터 수집 - 구조물 노후도를 고려한 인공지능 기반 내진 성능 평가기법 개발 - 대형 모형실험을 통한 내진성능 평가기법의 제품화 [연구내용 및 범위] 1차년도 ○ 구조물 모니터링 기법 개발 - Optical Flow기반 추적기술을 응용하여 구조물 변위 측정기술 개발 - 장기측정 또는 드론을 사용 시 생기는 카메라 움직임을 보정하여 정확도 향상 ○ 지반 모니터링 기법 개발 - 무선 함몰형 센서를 응용하여 지반의 거동 측정기술 개발 - 센서에 발생하는 노이즈 제거 등을 통하여 정확도 향상 - 장/단주기파의 영향에 따른 지반의 변위 및 토압 변화 측정기술 개발 ○ 지반-구조물 상호작용 수치해석 모델 개발 - 지반-구조물 동석상호작용 해석적 해와 수치모형을 비교·분석하고, 최적 모형 후보군 도출 - 강진 시 지반의 비선형성을 고려하기 위한 모형을 분석하여, 비선형 거동 고려 방안 결정 - 국내 장주기, 단주기 지진파의 특성과 지반조건을 고려한, 노후 구조물 거동의 해석에 적합한 지반-구조물 상호작용 모형 제시 ○ 내진성능 평가 기법 자료 수집 - 국내외 노후화 및 내진성능 평가 방법 및 사례 조사 및 분석 - 광안대교(부산지역) 거동 측정 데이터 수집 및 분석 (실험 자료 일부 사전 수집 완료) 2차년도 ○ 소형 진동대 실험을 활용한 지반-구조물 동적상호작용 분석 - 진동대 실험을 위해 구조물 형상, 지반 조건, 입력파 등과 같은 다양한 조건들을 문헌조사, 전문가 자문 등을 토대로 결정. 1-G 진동대 실험에 사용될 구조물과 기초 모형을 제작하고, 모형지반 조성용 모래 등의 재료에 대한 동특성 실내시험 (공진주 실험) 등을 수행 - 지역의 중요도와 지반 조건, 지진파 특성을 고려하여 지진 지반응답평가 해석 시나리오를 설정하고, 이를 바탕으로 1차원 지진지반응답 해석을 수행. - 시설물의 특성과 지반, 지진파를 고려하여 지반-구조물 동적상호작용을 평가. 공동연구기관에 보유한 지반-구조물 동적상호작용 소프트웨어(Kausel and Roesset, 1975)를 활용. - 지진지반응답 해석과 지반-구조물 동적상호작용 해석에는 실내시험으로부터 산정한 동적물성치와 현장 지반조사로 부터 결정한 지질주상도를 바탕으로 함. ○ 지반-구조물 동적상호작용 기반 구조물 노후화 평가 기술 개발 - 구조물 변위 정보로부터 고유진동수, 모드형상 등의 구조물의 동적 물성치(Modal Parameter) 추출 - 기존의 지반-구조물 동적상호작용 수치모형을 노후화가 진행된 모형으로 업데이트 및 업데이트된 수치모형을 기반으로 구조물 노후도 평가기술 개발 - 대형 진동대 (받침대 크기:5m×5m) 실험을 위해 구조물 형상, 지반 조건, 입력파 등과 같은 다양한 조건들을 문헌조사, 전문가 자문 등을 토대로 결정. 1-G 진동대 실험에 사용될 구조물과 기초 모형을 제작 및 실험 수행. ○ 대형 진동대 실험 및 현장 데이터를 활용한 노후화 평가 기법 검증 - 부산대와 공동으로 Baseline 및 노후 구조물의 대형 진동대 (받침대 크기:5m×5m) 실험 수행 및수치해석 결과와 비교분석을 통해 수치해석 보정 - 광안대교 기실험 데이터(탄성파 실험 등)를 활용한 노후화 평가 결과와 본 연구의 결과의 비교 분석을 통해 노후화 평가기법 검증 3차년도 ○ 인공지능 기반 내진 성능 평가 모델 개발 - 소형 진동대 실험을 통해 지반 조건에 따른 구조물의 스펙트럼 이미지 정보 수집 및 분석 - 소형 진동대를 활용한 내진성능 영향요인 데이터 수집 및 분석 (진도, 지진파형, 구조물 형상 등) - 내진성능 평가를 위한 인공지능 기반 알고리즘 개발 및 고도화 - 구조물 노후도를 고려한 인공지능 기반 내진성능 평가기법 개발 ○ 내진성능 평가 기법 검증을 위한 대형 진동대 실험 수행 - 현장실증 노후 구조물을 선정하고, 지진 진동 하에서 시설물의 동적 거동을 계측하여 내진성능 평가 기법의 결과와 비교 분석 - 계측된 시설물의 동적거동을 바탕으로 내진성능 평가 기법 모델 업데이트 - 업데이트된 수치 모델을 활용하여 구조물 노후도 평가 수행 (광안대교를 포함한 교량 우선수행) ○ 대형 모형 실험 및 현장실증을 통한 내진성능 평가 기법 실증 - 한국내 지반과 지진파를 고려한 대형 진동대 실내 시험을 수행하고, 이를 바탕으로 인공지능 기반 내진성능 평가모델을 검증 - 광안대교 현장 실험 데이터를 활용하여 내진 성능 평가 기법의 제품화 - 노후도 및 내진성능 평가 기법의 소프트웨어의 제품화 및 사용 매뉴얼 작성 |
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| 색인어 | 한글 | 내진성능평가 | 노후도평가 | 모니터링 | 인공지능 | 지반-구조물 상호작용 |
| 영문 | Seismic Performance Evaluation | Structural Deterioration Assessment | Structural Health Monitoring | Artificial Intelligence | Soil-Structure Interaction | |
| 최종보고서 | 2. 최종보고서(안).pdf | |||||