1 개요

중국 교통업의 빠른 발전은 도로 교량 건설에 좋은 기회를 제공했다. 서로 다른 구조의 장거리 현수교, 사장교, 아치 다리 및 연속 리지드 프레임 브릿지가 연이어 건설되었습니다. 현재, 복무중인 다리의 총수는 이미 80 여만 개에 달하여, 우리나라 교량 기술이 세계 선진 대열에 진입했다는 것을 상징한다. 하지만 교량이 처한 환경은 상대적으로 열악하여 많은 사람과 자연재해의 영향을 받아 교량 관리의 부족과 제한된 인력과 물력이 교량 노화와 손상을 더욱 심각하게 만들었다. 교통요구를 충족시키기 위해 기존 교량, 안전 서비스 사회를 최대한 활용하기 위해서는 교량, 특히 오랫동안 수리를 하지 않은 교량을 평가하고, 교량의 작동 상태를 이해하고, 운반 능력을 예측할 필요가 있다.

여기에는 교량 품질 검사, 구조 계산, 필요한 경우 부하 테스트 (교량 검사 평가라고 함) 가 포함됩니다. 교량의 각종 병해를 이해하고, 주요 부위의 응력 (변형), 변형, 변위 또는 침하와 같은 중요한 데이터를 얻고, 계산, 분석 및 연구를 통해 교량 구조의 병해 원인, 실제 적재능력, 남은 수명을 파악해 교량 수리의 근거를 마련하는 것이다. 일반적으로 교량 구조의 검사 프로젝트는 교량 상면계 검사, 철근 콘크리트 및 프리스트레스 콘크리트 보 또는 강철 빔 검사, 석조 및 철근 콘크리트 아치 및 아치 건물 검사, 교량 지지 검사, 교량 하부 구조 검사, 교량 수문 및 구조 조정 검사, 구조 균열 검사 등입니다. 교량 구조 검사는 교량 구조의 관련 규범, 설계 기준 또는 준공 자료에 근거하며, 검사 결과에 따라 교량 구조의 주요 제어 단면 및 약한 부위를 검사하여 교량 구조의 운반 능력과 적용 조건을 평가할 수 있습니다. 교량 부하 실험은 교량 구조에 대한 직접 부하 실험을 하는 과학 실험이다. 교량 탐지 및 구조 계산 결론을 바탕으로 교량 부하 실험을 수행하고, 실측 데이터를 얻고, 교량 운반 능력을 분석하고 평가합니다.

2 대각선 케이블 힘 감지

사장교의 구조는 주로 세 부분으로 이루어져 있는데, 사장교의 주 대들보에 있는 항재와 활하중은 케이블을 통해 교각이나 지대치로 전달된다. 케이블 힘 테스트에는 케이블 힘 감지, 앵커 영역 감지, 케이블 타워 탑 변위 감지, 주 빔 입면 측정, 일반적인 부분의 일상적인 변경 추적 관찰 등이 포함됩니다. 대각선 케이블 힘의 탐지는 유연성 있는 구성요소를 포함하는 이러한 구조의 특징 중 하나입니다. 소력을 정확하게 측정함으로써 전체 교량 구조의 힘 상태를 전면적으로 파악할 수 있다. 사장교의 다리 형성 후 케이블 힘의 검출 방법은 주파수법, 자기선속법, 광섬유 래스터법이다. 광섬유 래스터 방법에 사용되는 센서는 자외선으로 광섬유의 측면을 비추거나 다른 방법으로 기록하여 이 범위 내의 굴절률이 광섬유 축을 따라 주기적으로 변하도록 한 다음 주기적으로 변하는 래스터 반사 파장의 이동을 통해 외부 물리량의 변화를 감지합니다. 이 측정 기술은 작은 크기, 선형성, 반복성, 전자기 간섭 및 부식 방지 능력, 절대 측정 및 응답 속도가 빠른 것이 특징입니다. 이상적인 고정밀 구조 건강 모니터링 기술입니다. 그러나 현재 이 방법은 아직 광범위하게 응용되고 보급되지 않아 가격이 너무 높다.

자속 방법은 케이블 힘을 무손실 측정하고 스테이 케이블의 부식 정도를 모니터링하는 방법입니다. 이 방법의 사용은 자속 링을 센서로 경사진 케이블 위에 미리 두고 자속의 변화를 측정하여 소력과 자속의 관계에 따라 소력을 계산하는 것이다. (윌리엄 셰익스피어, 자속, 자기권, 자기권, 자기권, 자기권, 자기권, 자기권, 자기권) 자기선속법에 사용된 센서 재료는 전자적인 것으로, 2 층 코일로 구성되어 있어 케이블의 기계적 물리적 특성에 영향을 주지 않고 온도 이외의 간섭 요인에 거의 영향을 받지 않으므로 다른 감지 방법보다 정확도가 높습니다. 단점은 임베디드 센서가 없는 케이블 측정에는 적용되지 않는다는 것입니다. 또한 센서와 테스트 장비는 매우 비쌉니다. 장거리 케이블로 고정 된 교량의 스테이 케이블은 일반적으로 수백 개 또는 수백 개가 있습니다. 각 케이블에 자속 센서가 장착되어 있으면 비용이 너무 많이 든다. 현재 두 개의 반고리로 구성된 새로운 자기속 센서가 있다. 케이블 힘을 감지할 때 언제 어디서나 스테이케이블 바깥쪽에 버클링을 할 수 있어 검사 비용을 크게 낮출 수 있다. 반고리 합성 자기속 센서는 감도가 낮고 불안정하며 아직 개발 단계에 있어 실제 엔지니어링 가치가 없다.

케이블 힘 감지는 가속도 센서를 통해 인공 또는 환경 인센티브에 따라 케이블의 임의 진동 신호를 선택하여 실시간 시간 영역 다이어그램을 얻는 주파수 방법을 사용합니다. 그런 다음 FFT 를 통해 시간 영역 다이어그램을 스테이 케이블의 스펙트럼 다이어그램으로 변환하여 스테이 케이블의 각 단계의 고유 주파수를 결정합니다. 소력과 고유 진동수의 대응 관계에 따라 실측 소력을 얻었다. 주파수법은 고감도의 픽업 기술과 케이블 힘과 주파수의 정확한 관계에 따라 정확도가 달라지는 케이블 힘을 간접적으로 측정하는 방법입니다. 테스트 시 가속도 센서는 단순히 스테이 케이블에 고정되어 단일 또는 다중 케이블의 힘을 동시에 감지할 수 있습니다. 센서를 내장할 필요가 없기 때문에 건설중인 다리뿐만 아니라 교량 완공 감지 및 장기 모니터링, 특히 다른 센서를 미리 내장하지 않은 낡은 다리 감지에 거의 유일한 선택이다. 임베디드 가속도 센서가 없어 재사용할 수 있고, 비용이 저렴하며, 정확도가 뛰어나, 오늘날 가장 널리 사용되는 케이블 힘 감지 수단이다. 진동 주파수법으로 힘을 구하면 스테이케이블의 안전을 보장할 수 있다. 케이블로 고정 된 교량의 실제 케이블 힘은 스테이 케이블의 극한 강도의 약 40% 에 불과하기 때문에 스테이 케이블이 부식되지 않는 한 앵커 영역이 느슨하거나 손상되지 않는 한 스테이 케이블은 일반적으로 문제가되지 않습니다. 그러나 스테이 케이블의 작동 상태를 완전히 이해하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 기존 연구는 강성, 수직도, 고도, 바람, 비와 눈 등의 요인이 자진주파수에 영향을 미친다고 지적했다. 케이블의 힘을 정확히 파악하기 위해서는 이러한 요소들을 없애는 것도 고려해야 한다.

3 번 소탑 상부 변위 감지

사장교 교량 상판의 교통 부하, 주 대들보 자중 및 각종 시설의 무게는 소타로 전달되는 라소가 부담한다. 사장교의 교탑은 뿌리와 기초의 강성 고결 외에 다른 제약이 없다. 소타의 자중 모든 소력은 소탑의 하중이다. 소력의 작용은 케이블의 축을 따라, 그 수평 분력은 탑을 수평으로 움직이는 것이다. 일반적으로 소탑의 균형은 탑의 축 대칭 양쪽의 소력을 이용하여 유지된다. 건축 재료의 불균일성과 시공 과정의 오차로 인해 교량 타워 양쪽의 케이블 힘에 대한 완전한 대칭을 보장하기가 어려워 교량 타워 오프셋이 발생합니다. 따라서 탑 꼭대기의 위치는 탑의 몸에 간격띄우기가 있는지 확인하는 중요한 조치이다. 특히 소탑의 가느다란 비율을 감안하면 소타는 일정한 강성을 가지고 있지만 여전히 가느다란 부재다. 구조 해석에 따르면 소탑은 캔틸레버 구성요소로 간주될 수 있으며, 소탑의 변위가 가장 두드러진다.

소타의 수평 변위에 대한 소력 변화의 영향은 과소평가할 수 없다. 게다가, 철탑이든 콘크리트탑이든 온도의 영향을 많이 받는다. 우리나라의 대부분의 온도 (예: 겨울여름 차이, 낮과 밤의 차이, 낮의 음양의 차이) 는 소탑에 온도 효과를 낼 수 있다. 바람, 비, 눈의 영향을 더 고려해 보면, 소탑의 꼭대기는 사실상 끊임없이 흔들리고 있다. 토탈 스테이션, GPS 등의 기존 측정 기기를 사용하여 소탑 상단의 변위를 감지하는 것은 문제가 되지 않습니다. 그러나 이러한 복합적인 요소들을 배제하기 위해 최선을 다해야 실측 소탑 변위가 소탑의 실제 힘 상태이다.

기존 연구에 따르면 실제 검사에서 일반적인 기간 동안 탑 꼭대기를 지속적으로 추적하고 온도, 바람, 풍향 등의 환경 데이터를 모니터링할 수 있습니다. 가능하다면, 해당 스테이 케이블의 케이블 힘을 검출 한 다음 탑 꼭대기 변위와 이러한 요소 사이의 관계를 요약하고 마지막으로 소타 탑 변위의 실제 검출 값을 제공하는 것이 가장 좋습니다.

4 구조 실행 중 시뮬레이션 계산

교량 구조 시뮬레이션 기술의 응용이 점점 더 넓어지면서 교량 공학 설계, 시공 모니터링 및 검사에서 없어서는 안 될 중요한 부분이 되었다. 사장교 시뮬레이션 계산은 교량 구조의 진실성을 완전히 정확하게 반영하는 유한 요소 시뮬레이션 모델을 구축하고, 사장교의 구조적 특성과 기계적 특성을 기준으로 일부 실제 작업을 대체하여 일부 실제 엔지니어링 작업량을 줄이는 계산 분석입니다.

사장교 시뮬레이션 모형을 설정하는 동안 계산 모드 및 계산 이론의 선택은 하중 내력 구성요소의 공간 위치, 치수, 재질 특성, 연결 양식 및 하중 효과를 정확하게 시뮬레이션할 수 있어야 합니다. 그런 다음 전체 다리의 구조적 효과에 대한 대규모 분석 계산을 수행하여 보다 상세하고 정확하며 신뢰할 수 있는 분석 결과를 얻었습니다. 모델링 과정에서 셀의 합리적인 선택과 구분 및 경계 조건의 정확한 시뮬레이션은 교량의 실제 상태를 진정으로 반영하는 열쇠입니다. 유한 요소 시뮬레이션 모델을 기반으로 한 구조 이론 계산 결과와 사장교의 실제 검사 결과를 비교 분석한 결과, 상호 검증, 기존 오류 파악, 향후 수정 및 보다 정확한 모델링을 위한 근거 제공, 향후 검사 작업에 대한 지침을 제공하여 일부 사장교 검사 작업 대신 사용할 수 있습니다.

구조적 작동 중 사장교의 시뮬레이션 계산은 올바른 모델링뿐만 아니라 사장교의 동력 요소도 고려해야 합니다. 사장교의 정상적인 사용에서는 하중 및 환경 요인의 영향으로 인해 주 대들보의 고도와 소탑의 위치가 고정되지 않습니다. 따라서 시뮬레이션 계산에서 유한 요소 해석에서 각 셀 노드의 좌표는 실제 작업 상태에 따라 조정되어야 합니다. 또한 시간이 지남에 따라 재질이 노화되어 손상되고 분석에서도 재질 성능 저하를 고려해야 합니다. 이러한 이유로 시뮬레이션 계산을 실제 테스트와 결합해야 사장교의 힘 상태를 사실적으로 정확하게 반영할 수 있습니다.

표 1 은 1997 부터 2002 년까지의 5 차 고도 측정 결과입니다. 역학 모델링에 따르면 이 5 개 기간 동안 계산된 유한 요소 데이터에서 실제 감지 값에 따라 노드 17 의 좌표를 대체해야 합니다. 이것이 교량의 실제 구조 치수입니다.

또한 모델링 중에 고려해야 할 동력 매개변수는 소타 (특히 탑 꼭대기 좌표), 소력 등입니다. 이러한 요소들을 종합해야만 시뮬레이션 분석에서 얻은 결론이 실용적이고 의미가 있음을 보장할 수 있다.

5 연구 전망

사장교의 실제 힘 상태를 탐지함으로써 교량 사용 및 유지 보수의 안전성과 신뢰성을 위한 과학적 근거, 축적 및 필요한 기술 데이터를 제공할 수 있습니다. 또한 사장교 건강 기록 데이터베이스를 구축하여 교량 구조의 설계 계산 이론을 더욱 보완하고 발전시킬 수 있습니다.

과학기술이 발달하면서 각종 교량의 설계와 시공, 건축 재료의 성능이 끊임없이 향상되고 있지만 안전은 여전히 무시할 수 없는 문제이다. 예를 들어, 스테이케이블의 수명은 사장교 안전의 열쇠 중 하나입니다. 사람들은 스테이 케이블의 부식을 방지하는 방법, 앵커리지 구역의 구조적 손상 및 피로 방지 성능에 대해 가장 우려하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 스테이 케이블의 부식 방지 조치가 지속적으로 개선되고 앵커리지 구역 구조의 설계 및 시공 방법도 개선되었지만 교량 구조는 오랜 기간 동안 여전히 비바람을 겪을 것입니다. 따라서 케이블 테스트를 통해서만 스테이 케이블의 안전성이 가장 신뢰할 수 있음을 알 수 있습니다. 마찬가지로, 전체 구조에 대한 탐지는 앞으로 교량의 안전을 보장하는 중요한 조치로 남아 있다.

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