| 연구개발개요 |
1. 연구 필요성 ○ 노후화된 콘크리트 교량의 증가로 인한 효율적인 교량 유지관리 기술이 필요해짐 - 국내 콘크리트 교량은 26,398개소로 전체 교량의 82%를 차지하고 있을 정도로 비중이 큼 - 공용연수가 30년 이상인 노후 콘크리트 교량 수는 현재 3,543개소에서 10년뒤 1,878개소로 3배 이상 급등할 것으로 예정됨 - 노후화된 콘크리트 교량의 급격한 증가에 효과적으로 대응하기 위한 체계적인 유지관리 기술이 필요한 실정임 ○ 콘크리트 교량용 고정하중 응력계측 필요성이 증대되었지만, 현재 실교량에 적용가능한 고정하중 응력계측 기술이 없는 실정임 - 콘크리트 교량에서 고정하중에 의해 발생하는 철근과 콘크리트의 응력은 내하력을 평가하기 위한 중요한 요소임. - RC슬래브 교량의 경우 총 설계하중에서 고정하중에 의해 발생되는 주철근 응력이 허용응력의 50~70%를 차지하여 고정하중이 상대적으로 더 중요한 요인이 됨 - 최근 급증하고 있는 프리스트레스트 콘크리트 교량의 경우 콘크리트의 압축력 실측이 필수적이나, 기술의 부재로 압축력을 가하는 텐던의 장력의 추정하여 교량의 상태를 간접적으로 평가하고 있음 - 노후교량은 현재 상태에서 요구되는 내하력을 유지하고 있는가의 여부가 매우 중요한 평가 요소이나, 이론적 구조계산은 균열, 부식, 구성 재료의 내구성 저하 및 크리프 변형 등 실질적인 상태 반영의 부재로 정확한 평가가 어려움 - 하지만 콘크리트 교량용으로 개발된 고정하중 응력계측 기술은 1)큰 손상을 요구하고, 2) 1축 주응력만 계측하며, 3) 변형률계를 부착해야하는 단점으로 인해 실교량에 적용이 어려움 ○ 최근 고정하중 응력계측에 활용될 DIC 기술의 발달에 따라 초정밀 변위장 계측이 가능해짐 - DIC (Digital image correlation) 기술이란 이미지 상관관계를 이용하여 구조물 표면의 변형 전후의 움직임을 이용하여 변위 및 변형률을 측정할 수 있는 기술임 - 현재는 나노 스케일의 미소한 변형 계측부터 대형 구조물의 변형 계측까지 다양한 분야에서 DIC가 활용되고 있으며, 고가의 카메라를 활용할 경우 최적 조건 하에서 0.01mm 수준의 변형률까지 계측이 가능함2. 기존 연구의 한계점 ○ 현재 이용가능한 콘크리트 교량용 고정하중 응력계측 기술이 없는 실정임 - 현재 지름 50mm-200mm 정도의 크기로 콘크리트 손상을 가한 후 고정하중 응력을 계측하는 기술이 개발되었으나, 실제 교량에 사용할 경우 구조적 손상을 야기할 수 있어 적용이 어려운 실정임 - 콘크리트에 손상이 가해진 후 이완되는 응력을 계측하기 위해 변형률계를 주로 이용하나, 손상을 가하는 중 변형률계가 손상될 위험이 있어 정확한 고정하중 응력의 계측이 어려움 - 최신 연구 동향은 1축 고정하중 응력을 계측하는 기술이기 때문에 2축 주응력을 계측해야 하는 실제 교량에의 적용은 어려운 실정임 - 또한 카메라의 움직임으로 인해 변위장 계측에 오차가 발생함 - 따라서 실제 콘크리트 교량에 적용할 수 있는 고정하중 응력계측기술의 개발이 필요함3. 개발하고자 하는 시스템 ○ 제안하는 기술 : 응력이완법과 DIC 기반 변위장 계측 기법을 활용하여, 공용중인 콘크리트 교량의 고정하중 응력을 계측하는 기술을 개발하고자 함 ○ 제안 기술의 필요성 및 기존 연구와의 차별성 - 기존의 응력계측 기술은 부착된 변형률계의 손상을 최소화하기 위해 지름 50mm 이상의 손상을 가하여 이완되는 응력을 계측하였으나, 본 기술은 변형률계를 사용하지 않아 콘크리트의 손상 크기를 20mm 이하로 줄일 수 있음 - 변형률계를 부착하지 않고 초정밀 DIC 기술로 변위장을 계측하게 되므로, 변형률계 손상에 따른 계측 결과의 정확도가 떨어지지 않음 - 기존 기술은 1축 응력만 계측하는 한계가 있으나, 본 기술은 초정밀 DIC를 이용하여 전 영역 변위장을 계측하여 정밀한 2축 주응력 계산이 가능함 - 본 기술에서 개발되는 시스템은 주변진동에 의한 카메라 떨림의 영향을 고려하여 변위장을 계측하기에 현장에서 사용이 용이함 - 따라서 본 기술은 공용중인 콘크리트 교량에서 카메라 떨림의 영향을 최소화한 채 작은 손상만으로 고정하중 응력을 정밀하게 계측할 수 있음
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