R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C152254-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | PSC 구조물 내부 텐던 손상검출을 위한 음향방출 기반 안전 진단 및 실시간 모니터링 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2019-04-19 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 김동현 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
12명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 311,000,000 원 기업 : 77,750,000 원 계 : 388,750,000 원 |
총연구비 | 정부 : 600,000,000 원 기업 : 174,084,000 원 계 : 774,084,000 원 |
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| 연구기관명 | (주)렉터슨 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 국내에서 1960년대 PSC 구조물(교량) 도입이후 현재 전체 교량 중 38%가 PSC 교량으로 건설됨. 특히 1970년대 ‘압축건설’로 30년 이상된 노후 PSC 구조물이 급증하고 있는 실정임. ○ 전체 시설물 중에서 31년 이상된 시설물은 2020년 이후 빠르게 증가할 것으로 전망됨(한국시설안전공단, 2017). ○ 2016년 서울시 내부순환도로 상 정릉천 고가교의 외부 텐던(External Tendon)이 부식으로 파단되는 사고가 발생하였으며, 이 사고로 종암로 일대 내부순환도로 1달간 폐쇄, 극심한 정체, 시민 불안감/불편/막대한 경제적 손실 발생. ○ 정릉천 고가교와 같은 PSC 박스 거더교(PSC Box Girder Bridge)는 텐던(Tendon)에 의해 지탱되고 있으며, PSC 구조물의 핵심요소는 구조물에 압축력을 제공하는 텐던으로서 구조물의 사용수명 동안 내구성 확보가 필수임. ○ 텐던이 부식 등의 손상에 의해 긴장력이 감소되면 구조물의 성능이 크게 저하되고, 그대로 방치될 경우 전면적인 붕괴사고로 이어질 가능성이 높음. ○ 따라서 텐던의 손상(긴장력 감소)을 감시하는 효율적인 기술이 개발되면 구조물의 붕괴를 사전에 예방할 수 있고, 구조물의 건전성 및 유지관리 효율성을 크게 향상시킬 수 있음. ○ 텐던의 부식을 최소화하기 위한 방안으로 그라우트 품질 및 공극 최소화 방안에 대해서 연구가 필요하고, 시공 중뿐 아니라 사용 중에도 PSC 교량의 긴장력을 효과적으로 측정할 수 있는 방안이 마련되어야 하고, 이를 이용하여 PSC 교량의 안전도 및 건전도를 실시간으로 파악할 수 있는 기술이 마련되어야 함. ○ 이를 통해 PSC 구조물의 유지관리 최소화 및 장수명화를 달성할 수 있음. ○ PSC 박스 거더는 크게 외부 텐던(External Tendon)과 내부 텐던(Internal Tendon)으로 나뉘며 외부텐던의 경우 기존의 비파괴검사를 이용한 결함 탐지가 가능하나 내부 텐던의 경우 현존하는 검사 방법으로 실제 현장 대응이 어려운 실정임. ○ 국내에서 PSC 시설물의 내부 텐던 파단 및 손상 검출을 위한 다양한 비파괴 검사 방법(EM센서, 초음파, GPR 등)을 활용한 연구 과제가 수행되었으나 기술적 한계 등으로 인하여 현장에서 활용되지 못하는 상황임. ○ 하지만 비파괴 검사 방법 중 음향방출(AE, Acoustic Emission) 기술을 이용한 유사 구조물에 대한 적용사례 및 실적을 기반으로 국내 도입이 시도되고 있음. ○ 현재 AE 기법 적용 인프라시설물 진단 분야 원천기술은 국외 기업에서 보유하고 있으며 중·장기적 유지관리 관점에서 볼 때 장비(H/W) 및 분석기술(S/W)의 국산화가 필요한 실정임. [최종목표] PSC 구조물의 안전성 평가를 위한 음향방출 기반 내부 텐던 검사 및 진단 기술 개발 ○ 음향방출 기반 PSC 거더교 내부 텐던 검사 및 진단 기술 개발 ○ 음향방출 기반 PSC 거더교 내부 텐던 검사 장비 개발 ○ 음향방출 기반 PSC 거더교 내부 텐던 실시간 모니터링 시스템 구축 <1차년도> - 주관연구기관((주)렉터슨) : 음향방출 기반 PSC 거더교 내부 텐던 검사 장비 설계 <2차년도> - 주관연구기관((주)렉터슨) : 음향방출 기반 PSC 거더교 내부 텐던 검사 시스템 개발 - 공동연구기관(한국건설기술연구원) : 음향방출 활용 검사 장비 성능 검증 <3차년도> - 주관연구기관((주)렉터슨) : 테스트베드 구축 및 현장 실험 - 공동연구기관(한국건설기술연구원) : 개발 기술의 현장 적용성 평가 및 보완 [연구내용 및 범위] <1차년도> ○ PSC 거더교 내부 텐던 실험 환경 구축 - 실내에서 실험이 가능한 소형 PSC 실험체를 제작 및 불량 사례 재현. - 음향방출 모니터링이 가능하도록 센서와 계측장비를 구성. ○ PSC 실험체에서 탄성파 신호를 유도하기 위한 외부 신호 가진 장비 구축. ○ PSC 거더교 내부 텐던 진단을 위한 음향방출기술 정립 및 검사 장비 설계 - 실험 결과 비교 분석을 통한 탄성파 신호를 유도 방안 수립 - 음향방출기반 내부 텐던 검사 방안 정립 및 진단 알고리즘 개발 - PSC 거더교 내부 텐던 검사 장비 설계 <2차년도> - 주관연구기관((주)렉터슨) : ○ 음향방출 기반 PSC 거더교 내부 텐던 검사 장비 개발 - 음향방출기반 내부 텐던 진단 알고리즘 적용 - PSC 거더교 내부 텐던 검사 장비 개발 - PSC 거더교 내부 텐던 검사 장비에 대한 자체 검사 수행 ○ 음향방출 기반 PSC 거더교 내부 텐던 상시 모니터링 시스템 설계 및 구축 - 노후 교량 또는 이상의심 교량에 대한 집중관리를 위한 음향방출 기반 모니터링 시스템 구축 - 상시 모니터링을 위한 센서 설치 위치 선정 및 설치 방안 수립 - 상시 모니터링을 위한 현장 전원 수급 대책 및 데이터 관리 방안 수립 ○ PSC 거더교 불량 사례에 대한 음향방출진단 DB 구축 - PSC 거더교 불량 사례별 신호 수집을 위한 데이터베이스 설계 및 구현 - PSC 거더교 불량 사례별 음향방출신호 특징 추출 및 분석 - 음향방출신호 특징에 따른 이상상태 정의 및 PSC 거더교 불량사례와의 비교검증 - 공동연구기관(한국건설기술연구원) : ○ 음향방출기술 활용 검사 장비 성능 검증 - 음향방출기술 활용 검사 장비 성능 검증을 위한 텐던 손상 실험체 제작 - 음향방출기술 활용 검사 장비를 이용한 블라인드 테스트 수행 및 성능 평가 <3차년도> - 주관연구기관((주)렉터슨) : ○ 테스트베드 교량 시범 적용를 통한 상시 모니터링 및 진단 수행 - 최소 3개월 이상의 모니터링 수행을 통한 시스템 검증 - 음향방출 모니터링 시스템 개선 사항 및 현장 요구도 수렴 ○ 테스트베드 교량 내부 텐던 검사 및 진단 수행 ○ PSC 거더교 상태진단 기준 수립 - PSC 거더교 내부 텐던 검사 장비를 이용한 검사 절차 기준 확립 - 음향방출 기반 모니터링 시스템의 현장 도입을 위한 Reference 모델 제안 - 공동연구기관(한국건설기술연구원) : ○ PSC 거더교 내부 텐던 진단 기술 신뢰성 평가 - 음향방출기반 PSC 거더교 내부 텐던 진단 알고리즘 타당성 확인 및 신뢰성 평가 ○ 테스트베드 교량 현장 적용성 평가 및 보완 ○ PSC 구조물 안전진단 관련 정책 반영 추진 |
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| 색인어 | 한글 | PSC 구조물 | 내부텐던 | 손상검출 | 음향방출 | 안전진단 |
| 영문 | PSC structure | Internal tendon | Damage detection | Acoustic emission | Safety diagnosis | |
| 최종보고서 | [서식1] 최종보고서_최종.pdf | |||||