표제지
목차
3세부 1세세부 : 철도시설물 안전관리 네트워크 시범구축 85
제1장 연구개발과제의 개요 85
1절 연구개발의 필요성 85
1. 연구개발 개요 85
2. 연구개발의 중요성 86
2절 연구개발 목표 88
1. 최종 목표 88
2. 연차별 목표 90
제2장 국내·외 기술개발 현황 95
1절 국내 기술 및 산업 동향 95
1. 국내 기술 동향 95
2. 국내 산업 동향 96
3. 국내 시장 현황 및 예측 97
4. 국내 주요 관련 업체 99
5. 국내연구 인프라 수준 100
6. 국내 기술개발 수준 101
2절 국외 기술 및 산업 동향 102
1. 국외 기술 동향 102
2. 국외 산업 동향 105
3. 세계시장을 선도하는 주요 업체 106
4. 해외 시장예측 및 발전전망 107
3절 기술동향 분석 결론 108
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 109
1절 첨단센서를 이용한 철도사면 안전관리기술 개발 109
1. 철도사면용 센서응용기술 개발 109
2. 철도사면의 안정성 평가기법 및 관리기준 189
3. 철도사면 안전관리 네트워크 TEST BED 시범 구축 239
2절 철도터널 안전관리 네트워크 시범 구축 및 안전관리기준 제안 330
1. 철도터널용 센서응용기술 개발 330
2. 철도터널 테스트베드 구축 358
3. 철도터널 안전관리기준의 설정 388
3절 지하철 안전관리 네트워크 시범 구축 기술 개발 419
1. 지하철 RC구조물의 유지관리시스템 419
2. 피로하중에 대한 지하철 RC구조물의 이론적 방법 430
3. 피로하중에 대한 지하철 RC구조물의 실험적 방법 432
4. 지하철 감시시스템용 광섬유센서/고정방식/설치기법 개발 및 시범구축 435
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 460
1절 당해연도 연구목표의 달성도 460
1. 연구개발 수행 진도율 460
2절 연구성과의 기여도 463
1. 기술적 측면 463
2. 사회/경제적 측면 465
제5장 연구개발결과의 관리와 활용계획 466
제6장 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 468
1절 해외 과학 기술조사 출장결과 468
1. 출장목적 및 필요성 468
2. 출장자 현황 469
3. 출장일정: 2010년06월20일(출발) - 06월24일(도착) 469
4. 주요일정 470
5. 주요 일정 471
6. 기대효과, 활용가능성 479
7. 입수자료 479
2절 국외 관련기술 및 산업 동향 480
1. 국외환경 480
2. 국외 기술 및 산업 동향 481
3. 해외 시장예측 및 발전 전망 487
4. 시사점 및 결론 487
5. 면담자 List 489
제7장 연구관련 기타사항 491
1절 연구시설·장비현황 491
제8장 국내외 다른 연구개발결과와의 연계가능성 검토결과 516
1절 연구결과의 기업 활용방안 516
1. 참여기업의 현황분석 516
2. 참여기업별 연계방안 및 추진전략 517
2절 정부 정책과의 연계 방안 517
3절 관련 후속연구개발의 전망 519
제9장 참고문헌 520
자체평가의견서 525
3세부 2세세부 : 철도교의 실시간 모니터링 네트워크 시스템 구축 531
제1장 서론 531
1절 연구개발의 필요성 531
1. 연구개발 개요 531
2. 연구개발의 중요성 531
2절 연구개발 목표 532
1. 최종목표 532
2. 각차년도 목표 532
제2장 국내·외 기술개발 현황 533
1절 국내 기술 동향 533
2절 국외 기술 동향 534
3절 기술동향 분석 결론 534
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 536
1절 연구개발 추진전략 536
2절 연구수행 내용 및 결과 537
1. 1차년도 537
2. 2차년도 538
3. 3차년도 539
4. 4차년도 539
3절 연구개발 주요내용 540
A-1. 철도교 모니터링 시스템에 대한 현황분석 540
1. 국외 540
2. 국내 542
A-2. 스마트 센서의 성능 및 적용성 조사 544
1. 광섬유 센서의 적용성 평가 및 활용 분석 544
2. PZT센서를 활용한 구조물의 국부적 손상 모니터링 적용성 평가 558
A-3. 철도교 모니터링 네트워크 구축을 위한 대상 교량 선정 및 계획 수립 564
1. 대상 교량의 선정 564
2. 철도교 모니터링 시스템 구축을 위한 문제점 분석 568
3. 스마트 센서 및 자동화된 모니터링을 위한 시범 구축 571
A-4. 대상 교량의 모니터링 시스템 계획 수립 579
1. 한강 C선 580
2. 반월고가교 582
3. 원동천교 584
A-5. 스마트 센서 기술 개발 586
1. 무선 가속도 기반 스마트 센서 노드 개발 586
2. 무선 임피던스 기반 스마트 센서 노드 개발 588
3. 가속도 및 임피던스를 이용한 강연선 구조의 이상상태 모니터링 602
A-6. 구조물의 이상상태 감시 기법 개발 604
1. 실험 개요 604
2. 손상 평가 605
A-7. 대상 교량의 모니터링 시스템 계획 수립 614
1. 원동천교 614
2. 한강철교 C선 628
A-8. 모니터링 시스템의 시범 운용(반월고가교) 639
1. 개요 639
2. HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) 이동통신기술 643
3. HSDPA를 활용한 모니터링 시스템 개요 646
A-9. 스마트 센서 기술 개발 650
1. 저가형 가속도 기반 무선센서노드 개발 650
2. 무선 액티브 센서노드 개발 683
A-10. 대상 교량에 대한 모니터링 시스템 계획 689
1. 원동천교 689
2. 한강철교 697
A-11. 1개소의 철도교 모니터링 시스템 구축 701
1. 개요 701
2. 과업수행 절차 및 센서 설치 계획 702
3. 관리기준치 설정 704
A-12. 스마트 센서 및 건전성 평가 알고리즘 개발 717
1. 저가형 Multi-Scale 무선센서노드 개발 및 가속도 기반 건전성 평가 알고리즘 개발 717
2. 무선 임피던스 노드 및 임피던스 기반 건전성 평가 알고리즘 개발 729
3. 광섬유 센서를 활용한 장기 계측 변형률 기반 건전성 평가 알고리즘 개발 742
A-13. 2개소의 철도교 모니터링 시스템 구축 747
1. 한강철교의 모니터링 시스템 구축 747
2. 원동천교의 모니터링 시스템 구축 769
A-14. 철도교 모니터링을 위한 웹기반 통합 네트워크 781
1. 철도교량의 단위 시스템 구성 781
2. 모니터링을 위한 웹기반 통합 네트워크 시스템 786
3. 통합 운영 시스템에서의 평가 및 모의 훈련 수행 787
4. 대상 교량의 안전관리기준치 제안 788
5. 철도교량 안전관리지침(안) 제시 792
제4장 연구개발목표 달성도 및 관련분야의 기여도 799
1절 연구개발 수행 진도율 799
1. 1차년도 799
2. 2차년도 799
3. 3차년도 800
4. 4차년도 800
2절 연구개발 목표의 달성도 801
1. 1차년도 801
2. 2차년도 802
3. 3차년도 803
4. 4차년도 803
3절 관련분야 기여도 804
제5장 연구개발결과의 활용계획 805
1절 활용계획 805
1. 기술적 측면 805
2. 사회·경제적 측면 805
제6장 참고문헌 806
3세부 1세세부 : 철도시설물 안전관리 네트워크 시범구축 58
표 1.1. 시설물의 안전에 관한 특별법 기준 1, 2종 시설물 현황 87
표 2.1. 국내 사회기반시설의 시장규모 전망 (LG경제연구소, 2002) 99
표 2.2. 광섬유관련 국내 주요 업체 99
표 2.3. 국내연구 인프라 수준 100
표 2.4. 국내기술개발 수준 101
표 2.5. 국가별 안전관리 기술의 주요 특징 102
표 2.6. 관련분야 주요 선도업체 106
표 2.7. 유비쿼터스 관련 시장 규모 예측 107
표 3.1.1. 자체검증 실험조건 114
표 3.1.2. Enviro Smart SDI-12 사양 145
표 3.1.3. 데이터 로거 사양 146
표 3.1.4. 시험 종류 및 방법 147
표 3.1.5. 표준사 및 토사사면시료의 물성실험 결과 147
표 3.1.6. 각 시료별 보정식 150
표 3.1.7. TS-4000 FBG 인터로게이터 164
표 3.1.9. 하중 재하장치 사양 185
표 3.1.10. 진폭변화 188
표 3.1.11. 재해발생 강우량의 평균값, 최대 및 최소 강우량 194
표 3.1.12. 과거 4년간 재해발생 현황 및 강우정보 196
표 3.1.13. 철도사면의 안전관리기준 개념 219
표 3.1.14. 변형량 관리기준 예(일본 노동안전위생총압연구소, 2010) 221
표 3.1.15. 철도의 지표면 변위에 기초를 둔 관리기준치 설정 예(제등, 2008) 222
표 3.1.16. 기존 관리기준 평균값 226
표 3.1.17. 변형속도 관리기준 226
표 3.1.18. 토질 물성 227
표 3.1.19. 강도정수 227
표 3.1.20. 강우침투에 대한 안정해석 규정 233
표 3.1.21. 대상 사면의 정보 234
표 3.1.22. 안전율과 파괴확률 236
표 3.1.23. 피해 손실(복구비용 포함) 237
표 3.1.24. 철도사면의 수입손실 238
표 3.1.26. 철도사면 TEST BED 시범 구축 대상현장 243
표 3.1.27. 사면 Test-Bed 설치 계측 245
표 3.1.28. 사면 Test-Bed 설치 센서 및 계측기기 사양표 247
표 3.1.29. 사면 Test-Bed 계측데이터 관리기준치 250
표 3.1.30. 계측기기와 센서사양 257
표 3.1.31. 계측시스템의 안전관리기준 261
표 3.1.32. 계측기기와 센서사양 264
표 3.1.33. 계측시스템의 안전관리기준 268
표 3.1.40. 데이터 수집장치의 비용 320
표 3.2.1. 균열검지를 위하여 적용한 광섬유 제원 333
표 3.2.2. 광섬유격자센서 내장 FRP스트립 시스템의 검증시험 개요 343
표 3.2.3. 철도터널 테스트베드의 선정기준 359
표 3.2.4. 일반철도 터널 테스트베드 후보지 359
표 3.2.5. 고속철도 터널 테스트베드 후보지 360
표 3.2.6. 철도터널 테스트베드 산정을 위한 조사 결과 및 선정 여부 360
표 3.2.7. 호남선 괴곡터널 개요 361
표 3.2.8. 호남선 괴곡터널의 주요 계측 항목 366
표 3.2.9. 레이저빔 거리측정기의 성능 367
표 3.2.10. 계측기 종류 및 사양 368
표 3.2.11. 호남선 괴곡터널의 안전관리 계측데이터 분석시스템의 특성 370
표 3.2.12. 밀양터널 주요 사항 371
표 3.2.13. 경부선 밀양터널의 상태조사 결과 374
표 3.2.14. 경부선 밀양터널 계측기 설치 항목 375
표 3.2.15. 경부선 밀양터널 적용 계측기 사양 377
표 3.2.16. 경부고속선 복안터널 설치 계측기 종류 383
표 3.2.17. 계측항목별 관리항목 389
표 3.2.18. 서울지하철 3,4호선 계획단계의 관리기준 390
표 3.3.19. 천단침하관리기준치(터널반경 5m) 390
표 3.3.20. 일본비도건설관리기준 391
표 3.2.21. 프랑스 공업성 관리기준 392
표 3.2.22. NATM 및 개착식 터널 내공변위 (이준석 등, 2001) 393
표 3.2.23. 터널 천단 경사 (이준석 등, 2001) 393
표 3.2.24. 균열변위 (이준석 등, 2001) 393
표 3.2.25. 구조물의 성능평가 및 열차통제방안 (이준석 등, 2001) 394
표 3.2.26. 서울 지하철 2기 1단계(5,7,8호선) 도심지터널 유지관리계측 안전관리기준 396
표 3.2.27. 단계별 도심지터널 유지관리계측 안전관리기준 (우종태, 2006) 397
표 3.3.1. 지하콘크리트 구조물의 유지관리를 위한 상태등급의 정의 423
표 3.3.2. 철근부식과 상태등급 425
표 3.3.3. 알카리골재반응과 상태등급 425
표 3.3.4. 동결융해와 상태등급 426
표 3.3.5. 황산화와 상태등급 426
표 3.3.6. 중성화와 상태등급 427
표 3.3.7. 콘크리트표면의 전기저항 법 427
표 3.3.8. 콘크리트 구조물의 비파괴시험장비와 상태등급 428
표 3.3.9. 제작된 시편 432
표 3.3.10. 계측기 종류 및 수량 438
표 3.3.11. 센서 및 계측기기 사양 439
표 3.3.12. 센서 및 계측기기 사양 454
3세부 2세세부 : 철도교의 실시간 모니터링 네트워크 시스템 구축 61
표 1. 철도교의 안전관리계측설비 시험구축 543
표 2. 설치된 FBG 센서의 중심파장 547
표 3. 고유주파수 비교 548
표 4. MAC 비교 548
표 5. 구조물의 손상 단계 551
표 6. 삼승교의 제원 555
표 7. 노선별 후보대상 철도교량 565
표 8. 구조형식별 후보대상 철도교량 565
표 9. 종별 후보대상 철도교량 565
표 10. 상태별 후보대상 철도교량 565
표 11. 대상 교량 선정 566
표 12. 모니터링 시스템 구축을 위한 후보 철도교량 567
표 13. 시스템 구축 계획 수립 580
표 14. 한강 C선의 제원 580
표 15. 개발 무선 임피던스 노드 제원 588
표 16. 파이프라인의 손상 경우 612
표 17. 원동역을 통과하는 시간대별 열차종류(운행일자 : 2008년 1월 6일) 617
표 18. 재료의 물성치 621
표 19. 실시간 모니터링 시스템 구축을 위해 선정된 손상유형 623
표 20. 구조해석시 사용된 고정하중(C선 트러스교) 630
표 21. 고정하중에 대한 해석결과 632
표 22. 활하중에 의한 해석결과 633
표 23. 부재별 좌굴안전성 검토 결과 635
표 24. 응답비 산정 637
표 25. 부재별 공용내하력 산정 638
표 26. 반월고가 현황 639
표 27. 반월고가 계측기 수량 640
표 28. 이동통신 기술의 변화 645
표 29. 무선통신 기술 간의 비교 645
표 30. 통신 회선의 대역폭에 따른 원격 데스크탑 환경(http://www.realvnc.com) 648
표 31. 무선센서노드를 이용한 구조건전성모니터링에 있어 해결되어야할 문제점 651
표 32. Anti-Aliasing 필터를 위해 선정된 파라미터 653
표 33. ICP형 가속도계와 2개의 MEMS형 가속도계의 상세 명서(Specification) 655
표 34. 각 센서에 대해 인위적으로 도입된 지연시간 660
표 35. 모형 강판형교의 손상시나리오 672
표 36. 3가지 모드해석기법의 결과비교 678
표 37. Impedance Node의 사양 685
표 38. 손상 시나리오 687
표 39. 각 기법으로부터 추출된 가속도 신호 유형 별 고유진동수 691
표 40. 재료의 물성치 696
표 41. 유한요소모델로부터 추출된 고유진동수 696
표 42. 반월고가 현황 701
표 43. 과업수행 절차 703
표 44. 활하중에 의한 응력 707
표 45. 활하중에 의한 처짐 707
표 46. 진동가속도 707
표 47. 슈 이동량 708
표 48. 활하중에 의한 응력 708
표 49. 활하중에 의한 처짐 709
표 50. 진동가속도 709
표 51. 슈 이동량 709
표 52. 반월고가 제원 710
표 53. 반월고가 및 응력 검토단면의 단면특성 711
표 54. 반월고가의 정적구조해석 결과 712
표 55. 반월고가의 정적구조해석결과 712
표 56. 반월고가의 시간이력해석조건 712
표 57. 반월고가의 주행속도별 최대응답 713
표 58. 반월고가교의 계측관리기준 714
표 59. 해석에 의한 응력 714
표 60. 구조계산서상의 응력해석 결과 714
표 61. 제1경간 중앙부의 응력에 대한 계측관리기준 715
표 62. 내측 지점부의 응력에 대한 계측관리기준 715
표 63. 진동가속도에 대한 계측관리기준 716
표 64. 고유진동수에 대한 계측관리기준 717
표 65. ICP형 가속도계와 2개의 MEMS형 가속도계의 상세 명세(Specification) 720
표 66. 모형 강판형교의 손상시나리오 725
표 67. 무선 임피던스 센서노드의 상세 732
표 68. 멀티 손상 탐색을 위한 손상 시나리오 739
표 69. 한강철교 C선 현황 748
표 70. 계측 항목 별 센서 수량 751
표 71. 각 센서 및 계측기 사양 751
표 72. Imote2와 SHM-A sensor board 상세 762
표 73. PM-PP085W 특성 766
표 74. 테스트 결과 767
표 75. FDD 기 법 및 SSI 기법을 통해 추출된 고유진동수 773
표 76. 재료의 물성치 774
표 77. 원동천교의 모델개선과정을 통한 개선된 고유진동수 778
표 78. 설치 센서 수량 780
표 79. 철도교량의 관리 기준치 설정 788
표 80. 각 센서 시스템 별 추세 관리를 통한 신호 처리 분석 방법 790
3세부 1세세부 : 철도시설물 안전관리 네트워크 시범구축 64
그림 2.1. 유지관리, 보수·보강 및 개수의 시점 (LG경제연구소, 2002) 96
그림 2.2. 주요국 건설시장 대비 유지관리 비중 (현대건설, 2000) 97
그림 2.3. 주거시설물 노후도 (통계청, 2006) 97
그림 2.4. 일본의 중앙방재회 기구 및 역할 103
그림 2.5. 프랑스의 비상대응 체계 104
그림 2.6. 각국의 1인당 GDP와 리모델링 비중 관계 (한국건설산업연구원, 2001) 105
그림 3.1.1. 강우량 측정기의 구성 110
그림 3.1.2. 기존 강우량계 개략도 110
그림 3.1.3. FBG 강우량계 개략도 111
그림 3.1.4. FBG 강우량계의 동작원리 111
그림 3.1.5. 초기 제작모델 112
그림 3.1.6. FBG 강우량계 완성품 112
그림 3.1.7. 실험 결과 113
그림 3.1.8. 시험 단계 115
그림 3.1.9. 철도 레일의 변형 감시 시스템의 구성 117
그림 3.1.10. 철도레일의 변형 감시시스템 117
그림 3.1.11. 내부 구성도 118
그림 3.1.12. 대변형 모니터링 센서(FBG type) 119
그림 3.1.13. 대변형 모니터링 센서(SG type) 119
그림 3.1.14. 현장 적용 사례 120
그림 3.1.15. calibration device 121
그림 3.1.16. calibration device에 설치된 대변형 모니터링 센서(FBG 형식) 121
그림 3.1.17. 대변형 모니터링 센서(TW 형식) 122
그림 3.1.18. 실내검증 결과(변위에 대한 파장차) 122
그림 3.1.19. 레일 온도-스트레스 모니터링 개략도 123
그림 3.1.20. Sensor base plate 124
그림 3.1.21. 레일 온도-스트레스 모니터링 센서 124
그림 3.1.22. 1차 시작품 125
그림 3.1.23. 2차 시작품 125
그림 3.1.24. 2차 시작품 spot welding test 126
그림 3.1.25. 3차 시작품 126
그림 3.1.26. 설치 개략도 127
그림 3.1.27. 시작품 센서부착 위치 128
그림 3.1.28. 스마트파이프 시작품 128
그림 3.1.29. 낙석우려개소 전경 129
그림 3.1.30. 개념도 130
그림 3.1.30. 설계도 132
그림 3.1.31. 변위검지용 고정장치 132
그림 3.1.32. 코드 구조별 특징 133
그림 3.1.33. 파단면의 검출 화면 134
그림 3.1.34. 접속손실 발생 예(0.492dB) 134
그림 3.1.35. OTDR 광손실 실험 전경(직경 30mm의 예) 134
그림 3.1.36. 원관 직경변화에 따른 광손실 135
그림 3.1.37. 변위에 따른 광손실 136
그림 3.1.38. A형 케이블 테스트 모습 137
그림 3.1.39. 끊어진 A형 광케이블 137
그림 3.1.40. B형 케이블 테스트 모습 137
그림 3.1.41. 늘어난 B형 광케이블 137
그림 3.1.42. 적용현장 예(중앙선 우보-화본) 138
그림 3.1.43. 고속철도 지장물 검지장치 시스템 구성도 139
그림 3.1.44. 지장물 검지장치 시공사진 139
그림 3.1.45. 범용 낙석검지장치 개념도 141
그림 3.1.46. 낙석검지장치 설계도 141
그림 3.1.47. 범용 낙석검지장치 사진 141
그림 3.1.48. 낙석발생 모의시행(OTDR 예) 142
그림 3.1.49. 낙석발생 검지 화면 142
그림 3.1.50. 동축케이블을 이용한 전송선의 경계 모식도 143
그림 3.1.51. FDR 측정장치 구성 모식도 144
그림 3.1.52. SDI-12 146
그림 3.1.53. 함수비 측정부(센서) 146
그림 3.1.54. 센서 장착 완료 모습 146
그림 3.1.55. 데이터 로거 사진 146
그림 3.1.56. 시료 준비(표준사) 148
그림 3.1.57. 시료 투입 148
그림 3.1.58. 센서 설치 148
그림 3.1.59. 함수비 실측용 샘플러 삽입 148
그림 3.1.60. 함수비 실측용 시료 채취-1 148
그림 3.1.61. 함수비 실측용 시료 채취-2 148
그림 3.1.62. 실험결과와 각 센서별 결과값 비교 149
그림 3.1.63. 현장시험 전경 150
그림 3.1.64. 실외 시험결과 및 원인 151
그림 3.1.65. 센서설치 현장 예 152
그림 3.1.66. 고정구와의 용접 고정 156
그림 3.1.67. FBG 인터로게이터(TS-4000) 157
그림 3.1.68. FBG 광데이터로거(sm125) 165
그림 3.1.69. 광인터로게이터 표시화면 174
그림 3.1.70. 변위제어에 의한 하중재하(스트레인게이지 변형량 선형성 검증실험) 174
그림 3.1.71. 변위제어에 의한 하중재하(광섬유센서의 선형성 검증실험) 174
그림 3.1.72. 반복적인 하중재하에 따른 복원성(스트레인게이지) 175
그림 3.1.73. 반복적인 하중재하에 따른 복원성(광센서) 176
그림 3.1.74. 동적 FBG 센서 현장 분석 및 모뎀 통신 177
그림 3.1.75. FBG 센서 데이터 수집 프로그램 178
그림 3.1.76. 온도 보정 및 물리량 환산 180
그림 3.1.77. T-Login 자동접속 화면 180
그림 3.1.78. HSDPA 자동 접속 프로그램 181
그림 3.1.79. 중앙 서버 계측데이터 저장 프로그램 183
그림 3.1.80. 종합궤도 노반 시험장비 184
그림 3.1.81. 하중 재하 장치 185
그림 3.1.82. 하중재하용 지그설치 185
그림 3.1.83. 하중의 재하순서 186
그림 3.1.84. 레일에 설치한 레일온도 변형률 센서 187
그림 3.1.84. 반복재하에 따른 변형률의 변화 188
그림 3.1.85. 반복재하에 따른 온도변화 188
그림 3.1.86. 현행 강우시 열차운전규제기준 189
그림 3.1.87. 경보발령 총괄 현황(2004~2007) 190
그림 3.1.88. 주의운전 경보발령 현황(2004~2007) 191
그림 3.1.89. 열차서행 경보발령 현황(2004~2007) 192
그림 3.1.90. 열차정지 경보발령 현황(2004~2007) 192
그림 3.1.91. 노선별 재해발생 건수 194
그림 3.1.92. 년도별 재해발생건수 194
그림 3.1.93. 2007년도 재해발생시 강우량 195
그림 3.1.94. 철도사면의 안전관리 시스템 구성도 197
그림 3.1.95. 사면의 안전관리 시스템 설계 예 198
그림 3.1.96. 경보이력과 재해발생이력 비교 199
그림 3.1.97. 각종 시스템의 구성 및 경보 발령 모식도 200
그림 3.1.98. 강우시 열차안전 확보방안 202
그림 3.1.99. 강우침투를 고려한 사면안정해석 204
그림 3.1.100. 불확실성의 구성요소(Phoon, 2004) 209
그림 3.1.101. 파괴확률과 신뢰지수 210
그림 3.1.102. 파괴확률의 변화속도의 분포 213
그림 3.1.103. 안전율과 파괴확률의 관계 214
그림 3.1.104. 안전율 변화에 따른 파괴확률 및 파괴확률 변화속도 변화 215
그림 3.1.105. 강우시 평균안전율과 파괴확률의 관계 216
그림 3.1.106. 안전관리기준의 개념도 219
그림 3.1.107. 지반조건변화에 따른 안전관리기준설정 220
그림 3.1.108. 산사태 규모와 이동량의 관계 223
그림 3.1.109. Creep 파괴시의 Creep 곡선 예 224
그림 3.1.110. 기존 관리기준 분포-주의단계 225
그림 3.1.111. 기존 관리기준 분포-경계단계 225
그림 3.1.112. 기존 관리기준 분포-열차정지단계 225
그림 3.1.113. 철도성토사면 개념 : 해석모델 사면 227
그림 3.1.114. 철도 성토사면으로의 강우침투 시뮬레이션 228
그림 3.1.115. 강우침투해석 결과(침투깊이에 따른 압력수두 분포) 228
그림 3.1.116. 강우지속시간에 따른 안전율변화 229
그림 3.1.117. 열차속도에 따른 안전율변화 229
그림 3.1.118. 강우지속시간에 대한 신뢰지수변화 230
그림 3.1.119. 열차속도에 따른 신뢰지수변화 230
그림 3.1.120. 강우지속시간에 대한 파괴확률 230
그림 3.1.121. 강우지속시간에 따른 파괴확률 변화속도 230
그림 3.1.122. 열차속도에 따른 철도사면의 안전관리기준 231
그림 3.1.123. 철도사면 안정해석 결과 예 235
그림 3.1.124. 사면 Test-Bed 설치도면 246
그림 3.1.125. TTW 센서 설치 전경 248
그림 3.1.126. 지중경사계 매설 248
그림 3.1.127. 간극수압계 설치를 위한 천공 249
그림 3.1.128. 우량계 설치 화면 249
그림 3.1.129. 현장전경 252
그림 3.1.130. 주변전경(도로-철도-암반사면) 252
그림 3.1.131. 설치계획도(사진) 252
그림 3.1.132. 경부고속선 화신5T-황학T 사면 전경 256
그림 3.1.133. 계측시스템 설치계획 258
그림 3.1.134. 지표면 변위계 259
그림 3.1.135. 지표면 변위계 하단 와이어 전경 259
그림 3.1.136. 함수비 센서 설치 전경 259
그림 3.1.137. 우량계 259
그림 3.1.138. 전원공급장치(태양전지) 260
그림 3.1.139. 현장제어시스템 260
그림 3.1.140. 계측시스템 구축완료 전경 260
그림 3.1.141. 정선선 민둥산-별어곡 사면 전경 262
그림 3.1.142. 계곡을 따른 전석유입 262
그림 3.1.143. 높이 약 60m의 대규모 암괴 262
그림 3.1.144. 낙석 시뮬레이션 해석 263
그림 3.1.145. ARC fence 설치계획도 265
그림 3.1.146. 철도사면 낙석검지시스템 설계(안) 265
그림 3.1.147. ARC fence 설치 전경-1 266
그림 3.1.148. ARC fence 설치 전경-2 266
그림 3.1.149. ARC fence 설치 266
그림 3.1.150. 증산-별어곡 사면 TTW 센서 설치 전경 267
그림 3.1.151. 증산-별어곡 사면 단락형 OTDR 센서 설치 전경 267
그림 3.1.152. 증산-별어곡 사면 현장 제어 시스템 설치 전경 267
그림 3.1.153. 증산-별어곡 사면 경광등 설치 전경 267
그림 3.1.154. 증산-별어곡 사면 우량계 설치 전경 268
그림 3.1.155. 대상사면 위치 및 현황도 270
그림 3.1.156. 계측시스템 설계 평면도 270
그림 3.1.157. 계측시스템 설계 입면도 271
그림 3.1.158. 도계사면 구조물 경사계 센서 설치 전경 273
그림 3.1.159. 도계사면 TTW 센서 설치 전경 273
그림 3.1.160. 도계사면 계측기 설치 후 전경 273
그림 3.1.161. 도계사면 지하수위계 설치 전경 274
그림 3.1.162. 도계사면 간극수압계 센서 설치 전경 274
그림 3.1.163. 도계사면 다단식 경사계 센서 설치 전경 274
그림 3.1.164. 도계사면 지표침하계 설치 전경 275
그림 3.1.165. 도계사면 현장제어 시스템 박스 내부 275
그림 3.1.166. 도계사면 경광등 설치 전경 276
그림 3.1.167. 도계현장 강우설량계 설치 전경 276
그림 3.1.168. 철도시설물 안전관리 네트워크 운영시스템 277
그림 3.1.169. 사면 Test-Bed 웹페이지 277
그림 3.1.170. 철도시설물 단위시스템 초기화면 281
그림 3.1.171. 국토해양부 관제용 모니터링 초기화면 281
그림 3.1.172. Google 3D 연계 282
그림 3.1.173. 철도시설물 단위시스템(철도사면) 283
그림 3.1.174. 통합 운영시스템 화면(철도사면) 283
그림 3.1.175. 계측데이터 일람 284
그림 3.1.176. 관리기준 조정 및 변경 284
그림 3.1.177. 경보전달대상 설정 285
그림 3.1.178. 센서작동 현황 285
그림 3.1.179. 국토 해양부 경보 전파 설정창 286
그림 3.1.180. 영상과 함께 경보 문자메시지 전달 286
그림 3.1.181. 사면 Test-Bed 계측기기 구성 화면 287
그림 3.1.182. 지표면 변위 측정 287
그림 3.1.183. 경사계 PE 1 지중변위 측정 288
그림 3.1.184. 경사계 PE 2 지중변위 측정 288
그림 3.1.185. 15분강우량 289
그림 3.1.186. 30분강우량 289
그림 3.1.187. 시간강우량 290
그림 3.1.188. 일일강우량 290
그림 3.1.189. 철도시설물 안전관리 네트워크 운영 시스템 매뉴얼 목차 298
그림 3.1.190. C사의 C 제품 318
그림 3.1.191. FBG Sensing Instruments 319
그림 3.1.192. FBG 데이터 취득장치의 확장연결 방법 320
그림 3.2.1. 광섬유의 구조 332
그림 3.2.2. OTDR 시스템 334
그림 3.2.3. 광섬유의 물리적 변화에 따른 광세기 변화 334
그림 3.2.4. 균열발생기를 이용한 광섬유 나선의 파단 시험 335
그림 3.2.5. OTDR을 이용한 광섬유 파단 위치 검지 336
그림 3.2.6. 기존 전기식 센서와 FBG 광섬유센서의 비교 339
그림 3.2.7. 전자기파에 노출된 센서의 응답특성 339
그림 3.2.8. 기존 FBG 내공변위 측정방식 340
그림 3.2.9. FBG long strain sensor를 이용한 방법 341
그림 3.2.11. 광섬유격자센서 내장 FRP 스트립의 인장 재하시험 343
그림 3.2.12. 인장 재하시험 결과로 나타난 하중-파장 응답 특성 344
그림 3.2.13. 캔틸레버와 매스의 일반적인 가속도계 구조 346
그림 3.2.14. 큰 매스 적용시 응답특성(캔틸레버+매스 구조) 346
그림 3.2.15. 중간 매스 적용시 응답특성(캔틸레버+매스 구조) 347
그림 3.2.16. 캔틸레버와 매스 구조의 FBG 가속도계 검증 347
그림 3.2.17. 이격거리에 따른 센서 민감도 향상방안 349
그림 3.2.18. tunable mass 구조 FBG 가속도계의 1차 시작품 검증 결과 350
그림 3.2.19. 터널 라이닝에서 측정한 진동 측정 데이터 351
그림 3.2.20. tunable mass 구조 FBG 가속도계의 2차 시작품 검증 결과 352
그림 3.2.21. Piezo 가속도계와 3차 FBG 가속도계 시작품 353
그림 3.2.22. tunable mass 구조 FBG 가속도계의 3차 시작품 검증 결과 354
그림 3.2.23. FBG 가속도계의 주파수 응답 검증 광경 355
그림 3.2.24. 시간이력 측정 결과(FBG 가속도계와 piezo 가속도계) 356
그림 3.2.25. 주파수 분석 결과(FBG 가속도계와 piezo 가속도계) 357
그림 3.2.26. 호남선 괴곡터널 전경 362
그림 3.2.27. 괴곡터널 측벽부 균열 및 박락 363
그림 3.2.28. 괴곡터널 천단부 박락 및 균열 363
그림 3.2.29. 호남선 괴곡터널의 계측기 배치도 365
그림 3.2.30. 괴곡터널에 설치된 레이저빔 내공변위계 366
그림 3.2.31. 레이저빔 거리측정기의 내공변위 측정 원리 367
그림 3.2.32. 호남선 괴곡터널의 안전관리 계측데이터 분석 프로그램 369
그림 3.2.33. 밀양터널 주요 단면 및 전경 372
그림 3.3.34. 경부선 밀양터널 취약구간 분포 374
그림 3.2.35. 경부선 밀양터널 계측기 설치 위치 376
그림 3.2.36. 경부선 밀양터널 균열 조사 결과 예 378
그림 3.2.37. 경부선 밀양터널 균열계 설치 전경 378
그림 3.2.38. 균열검지용 광섬유의 터널 벽면 부착 방법 379
그림 3.2.39. 경부선 밀양터널 광섬유 균열검지 시스템 설치 380
그림 3.2.40. 경부선 밀양터널의 계측자료 분석 프로그램 381
그림 3.2.41. 철도터널 3차 테스트베드 위치 및 지질현황 (이창섭 & 이효민, 2009) 382
그림 3.2.42. 경부고속선 복안터널 계측기 설치 단면 384
그림 3.2.43. 경부고속선 복안터널 계측기 설치도 385
그림 3.2.44. 광섬유격자센서 내장 FRP스트립 설치 전경 386
그림 3.2.45. 경부고속선 복안터널 FBG 가속도계 설치 전경 386
그림 3.2.46. 경부고속선 복안터널 계측함 설치 전경 387
그림 3.2.47. 경부고속선 복안터널 모니터링 프로그램 388
그림 3.2.48. 괴곡터널 균열계1의 계측결과 399
그림 3.2.49. 괴곡터널 균열계2의 계측결과 399
그림 3.2.50. 괴곡터널 균열계3의 계측결과 400
그림 3.2.51. 괴곡터널 균열계3의계측결과 400
그림 3.2.52. 괴곡터널 균열계5의 계측결과 401
그림 3.2.53. 괴곡터널 균열계5의 계측결과 401
그림 3.2.54. 밀양터널 균열계1의 계측결과 402
그림 3.2.55. 밀양터널 균열계2의 계측결과 402
그림 3.2.56. 밀양터널 균열계3의 계측결과 403
그림 3.2.57. 밀양터널 균열계5의 계측결과 403
그림 3.2.58. 밀양터널 균열계6의 계측결과 404
그림 3.2.59. 밀양터널 균열계7의 계측결과 404
그림 3.2.60. 밀양터널 균열계8의 계측결과 405
그림 3.2.61. 밀양터널 균열계9의 계측결과 405
그림 3.2.62. 밀양터널 균열계10의 계측결과 406
그림 3.2.63. 밀양터널 균열계11의 계측결과 406
그림 3.2.64. 밀양터널 균열계12의 계측결과 407
그림 3.2.65. 괴곡터널 천단거리 계측결과 (24개월) 408
그림 3.2.66. 괴곡터널 천단거리 계측결과 (12개월) 408
그림 3.2.67. 복안터널 최대가속도 측정결과 409
그림 3.3.1. 광섬유의 구조 422
그림 3.3.2. 철근부식이 있는 구조부재의 상태등급예시 424
그림 3.3.3. 비파괴시험의 이용전략 예시 424
그림 3.3.4. 균열단면에서의 철근응력 및 콘크리트응력의 변화 430
그림 3.3.5. 사용반복하중대한 부착응력-슬립의 관계 430
그림 3.3.6. 피로실험 계측 및 Test set up 432
그림 3.3.7. Test set up 433
그림 3.3.8. 사용피로하중의 진폭변화 433
그림 3.3.9. 반복횟수에 대한 균열폭, 처짐발전 434
그림 3.3.10. 반복횟수에 대한 강성 변화 및 균열발전의 이론 및 실험치 비교 434
그림 3.3.11. 반월고가교 슬래브 균열 436
그림 3.3.12. 반월고가교 철근노출 436
그림 3.3.13. 반월고가교 계측 설치도 437
그림 3.3.14. 균열주입 보수·보강 439
그림 3.3.15. 균열계 센서 설치 439
그림 3.3.16. 독일교량의 변위-시간-온도 계측그래프 440
그림 3.3.17. 고잔역교량의 실시간 변위-시간-온도 계측그래프 441
그림 3.3.18. 고잔역 시설물의 안전관리 네트워크 Test Bed 운영 시스템 441
그림 3.3.19. 균열계, 변형률계 및 처짐계 설치 442
그림 3.3.19-1. 처짐계 데이터 및 그래프 443
그림 3.3.20. 변형률계 데이터 및 그래프 444
그림 3.3.20. 모멘트-곡률곡선의 강성변화 445
그림 3.3.21. 피로하중에 대한 콘크리트구조물의 잔존수명예측 흐름도 446
그림 3.3.22. 지하철 콘크리트 구조물에 대한 휨강성의 몬테칼로 모의시험 447
그림 3.3.23. 슬래브 궤도의 반복횟수에 대한 균열폭 발전 448
그림 3.3.24. 2년의 공용하중에 대한 전체균열폭 448
그림 3.3.25. 콘크리트슬래브궤도의 철근변형률에 대한 균열폭 449
그림 3.3.26. 슬래브궤도 및 BOX 구조물의 환기구의 균열부 450
그림 3.3.27. 설치단면도 450
그림 3.3.27. 콘크리트궤도 계측설치도 451
그림 3.3.28. 슬래브궤도 및 BOX 구조물의 환기구의 균열부의 균열계, 변형률계 및 가속도계 설치 451
그림 3.3.29-1. 콘크리트 궤도의 변형률 데이터 및 그래프 452
그림 3.3.29-2. 지하철 환기구의 변형률 데이터 및 그래프 453
그림 3.3.30. 균열이론식과 균열 실험경험식 비교 455
그림 3.3.31. 반복횟수에 대한 동적 강성의 변화 456
그림 3.3.32. 다양한 사용반복하중에서 반복횟수에 대한 처짐 발전 456
그림 3.3.33. 피로하중에 대한 콘크리트구조물의 잔존수명예측 457
그림 3.3.34. 지하철 콘크리트 구조물에 대한 휨강성의 몬테칼로 모의시험 458
그림 5.1. 현재기술 대비 향후 활용방안 467
그림 6.1. 히스토리 존 전경 471
그림 6.2. 1290형식 기관차 472
그림 6.3. 9850형식 기관차 472
그림 6.4. ED40형식 기관차 473
그림 6.5. EF58형식 전기 기관차 473
그림 6.6. 특급형 전동차 473
그림 6.7. 21형식 토카이도 신칸센 473
그림 6.8. KOKI 50000형식 컨테이너 전용 차량 474
그림 6.9. JR동일본 연구센터 실험동 474
그림 6.10. JR동일본 연구센터 연구동 474
그림 6.11. 철도방재교류회 참석자 476
그림 6.12. 철도방재교류 회의 476
그림 6.13. JR동일본 중앙통제센터 477
그림 6.14. KANEKO 주식회사 방문 및 회의 477
그림 6.15. RTRI 이사장과의 면담 478
그림 6.16. RTRI 전경 478
그림 6.17. 대형 강우 실험장치 479
그림 6.18. 철도차량 주행 시험 장치 479
3세부 2세세부 : 철도교의 실시간 모니터링 네트워크 시스템 구축 75
그림 1. Moesa Railway Bridge 541
그림 2. New Arsta 철도교 단면 542
그림 3. FBG센서를 활용한 멀티플렉싱(multiplexing) 546
그림 4. 구조체 및 센서 547
그림 5. singular value의 주파수 별 분포 548
그림 6. 모드형상비교 548
그림 7. 모드 연성도 기법을 활용한 손상 검색 결과 552
그림 8. 변형률 에너지 기법을 활용한 손상 검색 결과 553
그림 9. 삼승교 도면 555
그림 10. 삼승교 전경 및 설치 센서 사진 555
그림 11. 교통 하중의 변형률 556
그림 12. 센서 측정 신호 비교 557
그림 13. 사회기반시설물의 주요 부재 SHM용 능동형 센서 시스템 559
그림 14. PZT와 구조물 사이의 1-D 압전모델 560
그림 15. 압전센서를 이용한 철강 트러스 부재 균열탐색 562
그림 16. 무선 임피던스 기반 SHM 시스템을 위한 액티브 센싱 노드 563
그림 17. 초소형 임피던스 측정장치(AD5933) 및 마이크로 프로세서가 장착된 칩 564
그림 18. 철도교량의 안전성 및 승차감 평가기준의 일례 569
그림 19. 철도교량에서 주요 계측항목 570
그림 20. 실험대상 교량의 전경도, 평면도, 종평면도(붉은색 박스안이 모니터링 시스템 구축위치) 573
그림 21. 각 센서의 설치 위치 574
그림 22. 가속도 센서 574
그림 23. 광섬유 FBG 센서 575
그림 24. PZT 센서 576
그림 25. 온도 센서 576
그림 26. 금당교 모니터링 시스템의 형태 578
그림 27. 금당교 교대 내부 578
그림 28. 한강 C선의 위치 및 전경 580
그림 29. 한강C선 모니터링 시스템 개략도 582
그림 30. 한강 C선 센서 설치 예상도 582
그림 31. 반월고가 전경 583
그림 32. 원동천교의 전경 584
그림 33. 원동천교의 모니터링 시스템 개략도 585
그림 34. 칠성천교의 센서 설치 예상도 585
그림 35. 강판형교의 Hybrid 건전성 평가 체계 구상도 586
그림 36. 손상경보 알고리즘을 내장한 가속도 기반 스마트 센서 노드 587
그림 37. 가속도 기반 스마트 센서 노드와 상용 계측 장비 사이의 성능평가 587
그림 38. 가속도 기반 스마트 센서 노드를 이용한 손상경보 587
그림 39. 멀티채널 무선 임피던스 노드 Block Diagram 589
그림 40. 개발된 임피던스 무선 노드 프로토 타입 589
그림 41. 소프트웨어 Block Diagram 590
그림 42. 구성 센서 네트워크 591
그림 43. 볼트풀림 손상추정을 위한 실험체 및 개발 무선 임피던스 노드 591
그림 44. 건전상태의 Real Impedance 592
그림 45. 손상 상태의 Real Impedance 592
그림 46. RMSD값 비교 592
그림 47. RMSD값을 이용한 손상 추정 알고리즘 593
그림 48. 여러 볼트가 풀린 상황의 Real Impedance 593
그림 49. 여러 볼트가 풀린 상황의 RMSD값 594
그림 50. 잘린 손상 추정을 위한 실험 셋팅 594
그림 51. 건전 상태의 Real Impedance 595
그림 52. 손상 상태의 Real Impedance 595
그림 53. RMSD값 비교 595
그림 54. 컷 손상 수 증가에 따른 Real Impedance 신호의 변화 596
그림 55. 컷 손상 수 증가에 따른 RMSD 값의 변화 596
그림 56. Imaginary Admittance를 이용한 센서 건전성 감시 기법 597
그림 57. 센서 깨짐 상태(Fracture Defect)에 따른 Imaginary Admittance 변화를 보기 위한 실험 구성 598
그림 58. 센서 부착 상태(Bonding Defect)에 따른 Imaginary Admittance 변화를 보기 위한 실험 구성 598
그림 59. 센서 깨짐 상태(Fracture Defect)에 따른 Imaginary Admittance의 변화 599
그림 60. 센서 부착 상태(Bonding Defect)에 따른 Imaginary Admittance의 변화 599
그림 61. 온도변화에 따른 Imaginary Admittance의 변화 확인을 위한 실험 구성 600
그림 62. 온도 변화에 따른 건전 PZT 센서의 Imaginary Admittance 기울기 변화 600
그림 63. 온도보정된 건전한 PZT 센서의 Imaginary Admittance 기울기 분포 601
그림 64. 센서 건전성 판단을 위한 Criteria 601
그림 65. 깨진 상태에 따른 온도 보정된 Imaginary Admittance 기울기 602
그림 66. 부착 상태에 따른 온도 보정된 Imaginary Admittance 기울기 602
그림 67. 강연선 구조의 가속도/임피던스 기반 모니터링 실험 구성 603
그림 68. 강연선 구조의 가속도 기반 이상상태 모니터링 결과 603
그림 69. 강연선 구조의 임피던스 기반 이상상태 모니터링 결과 603
그림 70. 파이프라인 시스템 604
그림 71. 파이프라인의 재원 및 압전센서 배치도 605
그림 72. 균열에 의한 손상의 경우 각 센서의 임피던스 및 상관계수 값 606
그림 73. 볼트 풀림에 의한 손상의 경우 각 센서의 임피던스 및 상관계수 값 607
그림 74. 확률적 인공 신경망 기법에 의한 패턴 인식 608
그림 75. Parazen의 밀도함수 예측 609
그림 76. 확률적 인공 신경망(PNN)의 구조 611
그림 77. Patten Layer의 구조 611
그림 78. 파이프라인의 손상 평가를 위한 센서 배치도 613
그림 79. 학습 데이터에 근거한 PNN을 이용한 손상 평가 613
그림 80. 실험 데이터에 근거한 PNN을 이용한 손상 평가 613
그림 81. PNN 분포 614
그림 82. 각각의 손상에 따른 감지 민감도 614
그림 83. 원동천교량 전경 615
그림 84. 대상교량인 원동천교의 구조 형상 616
그림 85. 현장 답사를 통해 설계된 원동천교량의 설계도면 620
그림 86. SAP2000을 이용하여 추출된 원동천교량의 고유진동수 및 모드형상 622
그림 87. 원동천교 모니터링 네트워크 구축을 위한 예비실험 계획도 625
그림 88. 원동천교 예비 실험 Setup 625
그림 89. 하행선 운행 열차 별 Ace. 2 위치에서의 가속도 신호 및 파워스펙트럼 밀도함수 626
그림 90. 상행선 운행 열차 별 Ace. 2 위치에서의 가속도 신호 및 파워스펙트럼 밀도함수 626
그림 91. 상행(무궁화)-하행(KTX) 운행시 Ace. 2 위치에서의 가속도 신호 및 파워스펙트럼 밀도함수 627
그림 92. 하행선 상시진동하의 Ace. 2 위치에서의 가속도 신호 및 파워스펙트럼 밀도함수 627
그림 93. 하행선 KTX 운행하의 추출된 고유진동수 및 모드형상 627
그림 94. 한강철도교 C선 종, 평면도 628
그림 95. 구조해석 모델 및 경계조건(C선 트러스교) 629
그림 96. 1차 고정하중에 의한 해석결과 631
그림 97. 활하중에 의한 해석결과 634
그림 98. 가로보 부식결함 위치 636
그림 99. 트러스교 시험차량 하중 배치도 637
그림 100. 반월고가 전경 639
그림 101. 반월고가 센서 설치 위치 641
그림 102. 반월고가교의 네트워크 시스템 642
그림 103. 각종 이동통신 기술의 특징 (http://www.itu.int) 646
그림 104. 제안된 모니터링 시스템의 구성 647
그림 105. 계측제어서버 접속화면 650
그림 106. 신호처리서버 접속화면 650
그림 107. 무선센서노드의 구성 651
그림 108. 무선센서노드의 설계 개략도 652
그림 109. 일반적으로 많이 이용되는 3가지 low-pass 필터의 특성 653
그림 110. 100Hz의 cutoff 주파수를 가지는 Butterworth 필터의 필터 차수별 응답특성 654
그림 111. 설계된 Anti-Aliasing 필터의 성능 검증 654
그림 112. Anti - Aliasing을 위해 설계된 8차 Butterworth low-pass 필터 654
그림 113. 세 가지 가속도센서의 시간, 주파수 영역 응답 특성 655
그림 114. 가속도 기반 무선센서노드의 Prototype 656
그림 115. 한 방향의 강체운동을 하는 것으로 가정된 구조물의 수치실험 구성 659
그림 116. 5Hz 진동수에 대한 모드형상 추출 결과 660
그림 117. 10Hz 진동수에 대한 모드형상 추출 결과 660
그림 118. 20Hz 진동수에 대한 모드형상 추출 결과 660
그림 119. 50Hz 진동수에 대한 모드형상 추출 결과 661
그림 120. 100Hz 진동수에 대한 모드형상 추출 결과 661
그림 121. 실험을 위해 사용된 철근콘크리트 거더 662
그림 122. 철근 콘크리트 거더에 대한 실험 구성 662
그림 123. 철근콘크리트 거더에 부착된 무선센서노드 및 상용 센서 662
그림 124. 상용의 동적계측시스템 663
그림 125. 무선센서노드와 상용 동적계측시스템으로부터 취득된 가속도 응답 및 주파수 응답 663
그림 126. 무선센서노드와 상용 동적계측시스템으로부터 추출된 모드형상 비교 663
그림 127. 모형 강판형교의 형상 671
그림 128. 가속도 응답신호 계측을 위한 실험 구성 672
그림 129. 모형 강판형교의 손상시나리오 672
그림 130. Sensor 2로부터 취득된 가속도 신호를 이용하여 계산된 AR Coefficient 673
그림 131. Sensor 2에서 계측된 가속도 신호를 이용한 자기스펙트럼밀도(ASD) 674
그림 132. 비손상 상태에서의 주파수응답비(CSD(2,3)/ASD(2,2)) 674
그림 133. 주파수영역분해법을 이용하여 추출된 모드특성 675
그림 134. 시간영역분해법을 이용해 추출된 모드특성치 676
그림 135. 추계론적 부공간 규명법을 이용해 추출된 모드특성치 677
그림 136. AR 모델을 이용한 지점부의 볼트풀림에 대한 모니터링 결과 678
그림 137. AR 모델을 이용한 거더부의 휨강성저하에 대한 모니터링 결과 678
그림 138. 지점부의 볼트풀림에 대한 파워스펙트럼밀도의 상관계수 변화 679
그림 139. 거더부의 휨강성저하에 대한 파워스펙트럼밀도의 상관계수 변화 679
그림 140. 지점부의 볼트풀림에 대한 주파수응답비보증지수 변화 680
그림 141. 거더부의 휨강성저하에 대한 주파수응답비보증지수 변화 680
그림 142. 지점부의 볼트풀림에 대한 고유진동수 변화 680
그림 143. 거더부의 휨강성 저하에 대한 고유진동수 변화 681
그림 144. 지점부의 볼트풀림에 대한 MAC 변화 681
그림 145. 거더부의 휨강성저하에 대한 MAC 변화 682
그림 146. FBDD 기법을 이용한 거더부의 휨강성 저하에 대한 손상위치 추정결과 682
그림 147. MBDD 기법 적용을 위한 손상유형별 모드형상 및 모드변형에너지 683
그림 148. MBDD 기법을 이용한 거더부의 휨강성저하에 대한 손상위치 추정결과 683
그림 149. Impedance Node의 구성 685
그림 150. 센서노드 각 부의 명칭 686
그림 151. 컨트롤 데이터 입력창 686
그림 152. 볼트 조임부로 연결되어 있는 단순 강판 구조물 687
그림 153. 획득된 임피던스 신호 688
그림 154. RMSD 지수를 사용한 손상 진단 688
그림 155. 최대 상관계수 689
그림 156. 원동천교 가속도 응답 계측 실험구성 690
그림 157. 상·하행선을 운행하는 KTX 열차에 의해 계측된 가속도 응답신호 691
그림 158. 하행선 KTX 운행 시 강제진동하의 가속도 응답을 이용해 추출된 모드특성치 692
그림 159. 하행선 KTX 통과 후 자유진동에 대한 가속도 응답을 이용해 추출된 모드특성치 692
그림 160. 상행선 KTX 운행 시 강제진동하의 가속도 응답을 이용해 추출된 모드특성치 692
그림 161. 하행선 KTX 운행 시 강제진동하의 가속도 응답을 이용해 추출된 모드특성치 693
그림 162. 하행선 KTX 통과 후 자유진동에 대한 가속도 응답을 이용해 추출된 모드특성치 693
그림 163. 상행선 KTX 운행 시 강제진동하의 가속도 응답을 이용해 추출된 모드특성치 694
그림 164. 하행선 KTX 운행 시 강제잔동하의 가속도 응답을 이용해 추출된 모드특성치 694
그림 165. 하행선 KTX 통과 후 자유진동에 대한 가속도 응답을 이용해 추출된 모드특성치 695
그림 166. 상행선 KTX 운행 시 강제진동하의 가속도 응답을 이용해 추출된 모드특성치 695
그림 167. SAP2000을 이용하여 설계된 원동천교의 유한요소모델 696
그림 168. SAP2000을 이용하여 추출된 원동천교의 고유진동수 및 모드형상 697
그림 169. 한국도로공사 시험도로 (중부내륙고속도로 내 7.7 km 구간) TB 교량개요 698
그림 170. 실험 사진 699
그림 171. 획득한 임피던스 신호 및 RMSD 값(＃0-10:손상이 없는 경우, ＃11~20 : 질량을 추가하였을 경우) 699
그림 172. 각 주파수 구간에서 획득한 최대 CC 값(＃0-10:손상이 없는 경우, ＃11~20 : 질량을 추가하였을 경우) 700
그림 173. 반월고가교 전경 701
그림 174. 센서 설치 계획 704
그림 175. 반월고가의 제원 710
그림 176. 설계활하중(KTX)의 제원(제워) 710
그림 177. 반월고가교의 수치해석모델 711
그림 178. 현장계측에 의한 반월고가교의 고유진동수 717
그림 179. 기존 개발된 무선 가속도 및 임피던스 센서노드(Park 등, 2010) 719
그림 180. 가속도-임피던스 통합형 다기능 무선센서노드의 구성 및 Prototype의 설계 719
그림 181. 세 가지 가속도센서의 시간, 주파수 영역 응답 특성 721
그림 182. AD5933의 Functional Diagram 721
그림 183. 대상 트러스 모형, 손상위치 및 센서의 설치 722
그림 184. 다기능 무선센서로부터 취득된 가속도응답의 변화 723
그림 185. 다기능 무선센서로부터 취득된 가속도응답의 변화 723
그림 186. 모형 강판형교의 형상 724
그림 187. 가속도 응답신호 계측을 위한 실험 구성 725
그림 188. Sensor 1의 지점부 볼트풀림에 대한 파워스펙트럼밀도의 상관계수 변화 726
그림 189. Sensor 2의 지점부 볼트풀림에 대한 파워스펙트럼밀도의 상관계수 변화 726
그림 190. Sensor 1의 거더부 휨강성변화에 대한 파워스펙트럼밀도의 상관계수 변화 726
그림 191. Sensor 2의 거더부 휨강성변화에 대한 파워스펙트럼밀도의 상관계수 변화 727
그림 192. PZT 1의 지점부 볼트풀림에 대한 임피던스 신호의 상관계수 변화 728
그림 193. PZT 2의 지점부 볼트풀림에 대한 임피던스 신호의 상관계수 변화 728
그림 194. PZT 1의 거더부 휨강성 저하에 대한 임피던스 신호의 상관계수 변화 728
그림 195. PZT 2의 거더부 휨강성 저하에 대한 임피던스 선호의 상관계수 변화 729
그림 196. 무선 임피던스 센서노드 731
그림 197. 임베디드 소프트웨어의 데이터 흐름도 733
그림 198. 인공신경망의 구성 735
그림 199. 인공신경망을 활용한 손상에 가장 민감한 주파수 영역의 자동 설정 기법 738
그림 200. 폐교량에서의 실험 Setup 및 손상 위치 739
그림 201. 폐교량에서 각 손상경우에 따라 획득된 임피던스 신호의 예 740
그림 202. 분할된 주파수 영역에서 손상 경우에 따라 획득된 CC 값 740
그림 203. 분할된 주파수 영역에서 손상 경우에 따라 획득된 CC 값 741
그림 204. 손상 경우 4 패턴이 제외되었을 때의 인공신경망 검증 741
그림 205. PCA를 통한 데이터들 간의 상관관계 분석 743
그림 206. 실험 구조물 및 센서 설치도 746
그림 207. 외부 하중 크기 변화 746
그림 208. 외부 온도 변화 746
그림 209. 계측 데이터 및 손상 발생 위치 window₁,₂ 746
그림 210. 손상 검색 알고리즘 적용 결과 747
그림 211. 한강철교 C선 전경 748
그림 212. 시스템 구축 구간 조감도 749
그림 213. 시스템 구축 대상 구간 750
그림 214. 센서 설치도(ⓐ : 가속도 센서, ⓢ : 광섬유 센서, ⓟ : 온도보상 광섬유 센서) 754
그림 215. 가속도 센서 설치 안 755
그림 216. 광섬유센서 설치 안 755
그림 217. 한강철도교 C선에서 관찰된 손상 유형 756
그림 220. 한강철도교 C선 모니터링을 위한 압전센서 및 임피던스 센서노드 설치 위치 757
그림 221. 센서노드 설치위치 및 센서보호 케이스 758
그림 222. 통신경로 759
그림 223. Multihop 통신 759
그림 224. 무선 가속도 센서노드의 구성 760
그림 225. SHM-A 센서 보드 761
그림 226. Gateway node 763
그림 227. Leaf Node 763
그림 228. 센서 설치 계획 764
그림 229. 무선 센서 노드 내부 765
그림 230. 센서 설치 계획 765
그림 231. 센서 네트워크 766
그림 232. 활용 안테나 766
그림 233. 무선 range test 767
그림 234. 최종 한강철교의 모니터링 시스템 769
그림 235. 현장 측정을 통해 설계된 원동천교의 상세 도면 770
그림 236. 원동천교 가속도 응답 계측 실험구성 771
그림 237. 상행성 및 하행선을 통과하는 열차에 따른 원동천교의 가속도 응답 특성 772
그림 238. FDD 기법과 SSI 기법의 고유진동수 및 모드형상 추출을 위한 과정 772
그림 239. FDD 기법으로부터 추출된 모드형상 773
그림 240. SAP2000을 통해 설계된 원동천교의 유한요소모델 774
그림 241. SAP2000을 이용하여 추출된 원동천교의 고유진동수 및 모드형상 774
그림 242. 고유민감도기반 구조식별 기법 모식도 777
그림 243. 원동천교의 기본모델 구축을 위한 구조파라메터 선정 778
그림 244. 원동천교의 기본모델 구축을 위한 구조파라메터의 민감도 해석 779
그림 245. 원동천교의 모델개선과정을 통한 고유진동수 수렴과정 779
그림 246. 원동천교 시스템 구축 계획 780
그림 247. 원동천교의 구조건전성모니터링 시스템 개략도 781
그림 248. 웹 기반 모니터링 시스템 786
그림 249. 가속도 센서의 이상 신호 생성: 충격 하중 및 과도 진동 변위 발생 787
그림 250. 대상 철도 교량의 계측 관리 기준치 789
그림 251. 관리 기준치를 바탕으로 모니터링 되고 있는 웹기반 통합 운영 시스템 789
그림 252. MAC 지수를 통한 대상 교량의 추세 변화 790
그림 253. FBG 변형률 데이터의 PCA 분석을 통한 외부 환경영향 배제 알고리즘 791
그림 254. Correlation coefficient를 통해 분석한 임피던스 변화 792