고속도로 케이블교량 계측 통합시스템 구축방안 개발

서정욱 ( Seo Jung-wook ),길흥배 ( Gil Heung-bae ),노한성 ( Roh Han-sung ),안호현 ( An Ho-hyun ) 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.24 No.2

한국도로공사에서 관리중인 고속도로 케이블교량은 현재 서해대교, 낙동강대교 등 2개소이며, 2022년말에 고덕대교, 배방대교가 준공되어 총 4개소가 되며, 2025년말에는 총 6개소로 지속 증가될 예정이다. 이에 따라 효율적인 유지관리 체계구축을 위한 계측기반의 케이블교량 통합유지관리의 필요성이 지속적으로 제기되고 있으며, 국내외의 특수교량 통합관리 사례 및 체계를 참고하여 장래 고속도로 케이블교량 통합관리에 필요한 운영기술 및 조직, 계측데이터 신뢰도 및 품질개선, 스마트 유지관리 기술의 도입에 대한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 고속도로 케이블교량의 유지관리 여건을 고려하여 교량계측시스템, 지진가속도 계측시스템, 유지관리에 필요한 이종시스템 정보의 최적의 통합방안을 개발하였다. 공용중인 케이블교량의 계측시스템에서 발생하는 계측데이터를 조사, 분석하여 향후 전체교량의 계측 통합시스템 구축을 위한 응용프로그램의 요구사항 명세서를 구성하였고, 공용교량 계측데이터를 통합관리하기 위한 시작품(prototype)을 개발 중이다. 향후 시범운영을 통해 시스템을 보완하고 운영방안을 마련하여 2022년까지 고속도로 케이블교량 통합계측시스템을 구축하여 운영할 계획이다.

케이블지지 교량의 케이블 점검 로봇 성능 평가

김재환,서동우,정규산,박기태 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.24 No.1

케이블지지 교량 건설의 증가로 인하여 이러한 시설물의 안전 점검에 대한 관심도 점차 증가하고 있다. 케이블지지 교량에서는 주 부재인 케이블의 성능 평가가 필수적으로 이루어져야 함에 불구하고, 기존의 점검 방식으로는 다양한 제한적인 요인 때문에 적절한 점검이 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 케이블 점검 로봇 제작이 필요하고, 본 연구에서는 기존의 개발된 케이블 점검 로봇의 성능을 향상시켜서 로봇의 운용 효율성을 높이는데 주목적을 두었다. 성능 보완 요소로는 대 구경 케이블(>200mm)에도 적용할 수 있도록 로봇의 가용범위를 조절할 수 있도록 하였으며, 주행능력도 향상시켜 점검의 효율성을 향상시켰다. 케이블의 내부 손상을 점검하기 위해 전자기센서를 탑재하였고, 실내 실험을 통해 다양한 케이블 손상 유형에 따른 손상 검출 시험을 실시하였다. 추가로 현재 공용중인 교량에서 현장 성능평가를 실시하였다. 그 결과로 본 연구에서 개발된 케이블 점검 로봇은 주행속도에서는 ~0.2m/s로 기존의 점검 로봇에 비해 향상 된 주행 능력을 보였으며, 케이블 내부 손상 점검 실험에서는 케이블 손상 부분을 검출을 할 수 있었다. 마지막으로, 케이블 점검 로봇의 현장 검증 실험에서는 실내 실험과 같은 성능을 보이는 것을 확인하였다. Safety inspection of cable-supported bridge has increasingly attention as many cable-supported bridges are currently constructed/operated. Whilst cables as a main component in cable-supported bridge should be inspected regularly, traditional method (visual inspection) has limitation to check the condition of cables properly due to restricted factors. It is evidently necessary to develop cable-inspection robot to overcome this concern. In this respect, the main aim in this study is to manufacture the improved robot compared with the existing robot. The improved functions of the robot in this study were that the robot can be operated in large cable diameter (greater than 200 mm) and climbing ability of the robot increases. In addition, electro-magnetic sensor as a non-destructive method in the robot was added to detect damaged cables and performance of the sensor was evaluated in indoor and field experiments. Consequently, the robot was able to move on the cable with ~0.2m/s and to detect damaged cables using the sensor. It was also confirmed that performance of the robot in field test is similar to that in indoor test.

열전달 해석을 통한 케이블교량 화재 시 케이블의 온도변화 분석

정철헌,최현성,이정휘 한국전산구조공학회 2019 한국전산구조공학회논문집 Vol.32 No.5

Recently, there have been frequent occurrences of bridge fires. Fires in cable-supported bridges can damage and brake cables due to high temperatures. In this study, fire scenarios that can occur on cable-supported bridges were set up. In addition, based on the results of vehicle fire tests, a fire intensity model was proposed and cable heat transfer analyses were performed on a target bridge. The analyses results demonstrated that temperature rises were identified on cables with a smaller cross-sectional area. Furthermore, vehicles other than tankers did not exceed the fire resistance criteria. When the tanker fire occurred on a bridge shoulder, the minimum diameter cable exceeded the fire resistance criteria; the height of the cable exceeding the fire resistance criteria was approximately 14 m from the surface. Therefore, the necessity of countermeasures and reinforcements of fire resistance was established. The results of this study confirmed that indirect evaluation of the temperature changes of bridge cables under fire is possible, and it was deemed necessary to further study the heat transfer analysis considering wind effects and the serviceability of the bridge when the cable temperature rises due to fire. 교량에서의 화재는 최근까지도 빈번하게 발생되고 있으며, 특히 케이블교량에서 화재가 발생될 시 케이블에 높은 온도상승으로 인해 케이블에 손상 및 파단이 발생될 수 있다. 본 연구에서는 케이블교량에서 발생될 수 있는 화재 시나리오를 설정하였다. 또한 실물차량 화재실험 결과를 토대로 화재강도모델을 제안하여 대상교량 케이블의 열전달 해석을 수행하였다. 해석 결과 단면적이 작은 케이블에서 더 높은 온도상승이 발생되며, 유조차를 제외한 차종의 경우 내화 성능 기준을 초과하지 않는 결과를 나타내었다. 유조차 화재의 경우 갓길에서 발생될 때 최소 단면적 케이블에서 내화 성능 기준을 초과하는 결과를 보이며, 기준을 초과하는 케이블의 높이는 약 14m로 나타나 이에 따른 대책 및 내화 보강의 필요성을 확인하였다. 본 연구결과를 통해 케이블교량에서 화재가 발생될 때 케이블의 온도변화에 대한 간접적인 평가가 가능한 것을 확인하였으며, 향후 화재 발생 시 바람에 영향을 고려한 열전달 해석과 케이블의 온도상승 시 교량의 사용성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

엑스트라도즈교 케이블 장력 평가방법 개선 연구

최동호,박완순 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.4

Estimating the exact tension force of cables is very important to the construction and maintenance of the cable bridges. The cable tension changes continually from the first installation to the final construction stage. Moreover, in service status, this changes con- tinuously as the vehicle loads change. Recently, many extradosed bridges are constructed and these bridges have the heavy and thick cables. But the existing formulas do not give the reliable estimations for these bridges because these formulas do not consider the tension force induced by self-weight (gravity effect). In this study, the gravity effect on the extradosed bridge cables is investigated and an improved estimation method considering the gravity effect is proposed. The relationship among the gravity effect, the natural frequency and the slenderness ratio is also clearly explained. The field test results show that the new method has the acceptable reliability compared with the existing methods for the extradosed bridge cables. 케이블 장력을 정확히 평가하는 것은 케이블 교량의 건설과 유지관리에 매우 중요 작업이다. 케이블 장력은 케이블을 처음 설치할 때부터 교량을 완공할 때 까지 계속해서 변화되며, 공용중에는 차량하중의 변동에 따라 지속적으로 변화된다. 최근 다수의 엑스트라도즈 교량이 건설되고 있으며 이들 교량 케이블은 두껍고 무겁다는 특징을 가지고 있다. 기존 장력추정 공식들은 자중에 의해 유발되는 장력을 고려하지 않기 때문에 엑스트라도즈교 케이블에 대해 기존 공식들을 적용할 경우 장력 추정값의 신뢰성이 떨어진다. 본 연구에서는 엑스트라도즈교 케이블에서 케이블 자중이 장력에 미치는 영향을 분석하였으며, 자중효과를 반영할 수 있는 새로운 장력 평가 방법이 제안되었다. 그리고, 케이블 자중, 고유주파수, 세장비의 상관관계에 대해서도 명확히 설명되었다. 현장실험 결과 새로운 방법은 기존 방법들과 비교하여 엑스트라도즈교 케이블 장력평가에 있어 보다 높은 신뢰성을 제공하는 것이 확인되었다.

드론을 활용한 케이블지지교량 안전점검 사각지대 해소 기술

이성진(Sungjin Lee),주봉철(Bongchul Joo),김정호(Jungho Kim) 한국방재안전학회 2022 한국방재안전학회 논문집 Vol.15 No.4

케이블로 상부구조가 지지되는 특수교량의 경우 특수한 장비와 인력이 없이는 접근이 어려운 사각지대가 다수 존재하고 있어, 안전점검에 많은 애로사항이 발생하고 있는 것이 현실이다. 본 연구에서는 사장교와 현수교 등 케이블지지교량의 안전점검 사각지대를 검토하고, 드론을 활용하여 사각지대를 해소할 수 있는 방안을 연구하는 것이 목적이다. 이를 위해 해상에 위치한 사장교를 드론을 활용하여 케이블과 보강형 그리고 주탑을 점검하였다. 본 연구를 통해 드론을 활용하여 점검자의 접근이 어려운 특수교량의 외부 안전점검이 가능함을 확인하였다. 특히 특수교량의 점검사각지대인 주탑 외부 상태 및 손상 확인을 위한 드론 점검은 매우 효과적인 안전점검 방법이다. In the case of special bridges whose superstructure is supported by cables, there are many blind spots that are difficult to access without special equipment and personnel. As a result, there are difficulties in the safety inspection of special bridges. The purpose of this study is to review the inspection blind spots of cable-supported bridges such as cable-stayed bridges and suspension bridges, and to study ways to eliminate blind spots using drones. To this end, the cables, stiffened girder, and pylons of the cable-stayed bridge located in the sea were inspected using drones. Through this study, it was confirmed that external safety inspection of special bridges that are difficult for inspectors to access is possible using drones. In particular, drone inspection to check the external condition and damage of the pylon, which is a blind spot for inspection of special bridges, is a very effective safety inspection method.

포터블 기반 스마트 구조 응답 모니터링 시스템 개발 및 현장 적용성 평가

박상기(Sangki Park),서동우(Dong-Woo Seo),박기태(Ki-Tae Park),김호진(Hojin Kim),Thanh Bui-Tien(Thanh Bui-Tien ),Lan Nguyen-Ngoc(Lan Nguyen-Ngoc ) 한국방재안전학회 2023 한국방재안전학회 논문집 Vol.16 No.4

케이블 교량의 거동은 동적 응답에 의해 지배적이며 상대적으로 복잡하므로 교량의 상태를 평가하기 위한 장단기 현장 계측이 요구되는 경우가 빈번하다. 영구적인 SHMS(Structural Health Monitoring System)가 설치되지 않은 경우 성능평가를 위해 이동식 모니터링 시스템이 필요하다. 이 경우 교량의 위치와 형태에 따라 전력, 통신 등의 제한된 여건으로 인해 이동식 모니터링 시스템 운영에 어려움이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 국내는 물론 동남아 지역 교량의 장 ‧ 단기 모니터링에 효과적으로 활용될 수 있는 포터블 기반의 스마트 구조응답 모니터링 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 현장에서 자체 전원 공급 시스템을 이용하여 장시간 운용이 가능한 다채널 휴대용 데이터 수집 및 분석 장비이며, 실시간 데이터를 이용하여 케이블 교량의 동적 특성을 자동으로 분석할 수 있는 알고리즘을 탑재하고 있다. 개발된 시스템의 현장 적용성을 평가하기 위해 한국과 베트남의 케이블 교량에서 현장 실증을 수행하였으며, 이를 통해 개발된 시스템의 현장 운영의 신뢰성과 효율성을 확인하였고, 추가적으로 케이블 교량 모니터링 분야에서의 해외 시장 적용 가능성을 확인하였다. Because the behavior of cable bridges is dominated by dynamic response and is relatively complex, short- and long-term field monitoring are often required to evaluate the bridge condition. If a permanent SHMS (Structural Health Monitoring System) is not installed, a portable monitoring system is needed for the checking of bridge condition. In this case, it can be difficult to operate the portable monitoring system due to limited conditions such as power and communication according to the location and type of the bridge. In this study, the portable-based smart structural response monitoring system is developed that can be effectively used for short- and long-term monitoring of cable bridges in Korea and Southeast Asia. The developed system is a multi-channel portable data acquisition and analyzer that can be operated for a long time in the field using its own power supply system, and is included with the automated analysis algorithm for the dynamic characteristics of cable bridges using real-time data. In order to evaluate the field applicability of the developed system, field demonstration was conducted on cable bridges in Korea and Vietnam. Through the demonstration, the reliability and efficiency of field operation of the developed system were confirmed, and additionally, the possibility of application to overseas markets was confirmed in cable bridge monitoring field.

영상처리기법을 이용한 장대교량 케이블의 장력 측정

김성완,정진환,김성도 한국구조물진단유지관리공학회 2018 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.22 No.2

In a long-span bridge, the cables are important elements that support the load of the bridge. Accordingly, the cable tension is a very important variable in evaluating the health and safety of the bridge. The most popular methods of estimating the cable tensions are the direct method, which directly measures the cable stresses using load cells, hydraulic jacking devices, etc., and the vibration method, which inverses the tensions using the cable shapes and the measured dynamic characteristics. Studies on the use of the electromagnetic (EM) sensor, which detects the magnetic field variations caused by the change in the stress of the steel in the cable, are increasing. In this study, the lift-off test, the EM sensor, and the vibration method (Vision-based System and Accelerometer) were used to measure cable tension, and their results were compared and analyzed. 케이블지지교량에서 케이블은 하중을 지지하는 주요 부재로, 케이블 장력은 교량의 건전성과 안전도 평가에 있어서 매우 중요한 변수이다. 케이블의 장력을 추정하는 기법으로, 로드셀 및 유압잭 등을 이용하여 케이블의 응력을 직접 측정하는 직접법과 케이블의 형상조건과 계측된 동특성을 활용하여 장력을 역산하는 진동법이 가장 많이 활용되고 있다. 최근 들어 케이블 내부 강재의 응력변화로 인하여 유발되는 자기장 변화를 탐지하는 EM 센서의 연구 및 활용이 증가하고 있다. 본 연구에서는 리프트오프 테스트, EM 센서 및 진동법(Vision-based System, Accelerometer)을 적용하여 장력을 측정하고 그 결과를 비교 분석하였다.

고속도로 케이블교량 유지관리 계획

서정욱 ( Seo Jung-wook ),김태건 ( Kim-tae-gun ),오용권 ( Oh Yong-kweon ),조주기 ( Cho Ju-gi ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.2

한국도로공사에서 관리중인 케이블교량은 현재 서해대교 등 사장교 2개와 엑스트라도즈교 3개가 있다. 내년부터 현충사대교, 고덕대교 등의 장대교량이 순차적으로 준공되어 2025년말에는 총 12개의 교량이 공용될 예정이다. 관리대상 교량이 증가함에 따라 전문화된 관리역량을 확보하고 효율적인 관리를 위해 케이블교량 유지관리체계 개선계획을 마련하여 추진중이다. 교량 건전도 관리를 위한 계측시스템은 통합운영체계로 구축중이며, 초기치 관리 강화 및 안전점검 시행 기준을 개선하였다. 이들 교량은 전담관리조직을 운영할 계획이며 초장대교량 국가R&D 연구성과 등 첨단기술 적용을 확대해 나갈 계획이다.

고속도로 케이블교량 유지관리 계획

서정욱 ( Seo Jung-wook ),김태건 ( Kim-tae-gun ),오용권 ( Oh Yong-kweon ),조주기 ( Cho Ju-gi ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.2

한국도로공사에서 관리중인 케이블교량은 현재 서해대교 등 사장교 2개와 엑스트라도즈교 3개가 있다. 내년부터 현충사대교, 고덕대교 등의 장대교량이 순차적으로 준공되어 2025년말에는 총 12개의 교량이 공용될 예정이다. 관리대상 교량이 증가함에 따라 전문화된 관리역량을 확보하고 효율적인 관리를 위해 케이블교량 유지관리체계 개선계획을 마련하여 추진중이다. 교량 건전도 관리를 위한 계측시스템은 통합운영체계로 구축중이며, 초기치 관리 강화 및 안전점검 시행 기준을 개선하였다. 이들 교량은 전담관리조직을 운영할 계획이며 초장대교량 국가R&D 연구성과 등 첨단기술 적용을 확대해 나갈 계획이다.

고속도로 케이블교량 유지관리 계획

서정욱 ( Seo Jung-wook ),김태건 ( Kim-tae-gun ),오용권 ( Oh Yong-kweon ),조주기 ( Cho Ju-gi ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.2

한국도로공사에서 관리중인 케이블교량은 현재 서해대교 등 사장교 2개와 엑스트라도즈교 3개가 있다. 내년부터 현충사대교, 고덕대교 등의 장대교량이 순차적으로 준공되어 2025년말에는 총 12개의 교량이 공용될 예정이다. 관리대상 교량이 증가함에 따라 전문화된 관리역량을 확보하고 효율적인 관리를 위해 케이블교량 유지관리체계 개선계획을 마련하여 추진중이다. 교량 건전도 관리를 위한 계측시스템은 통합운영체계로 구축중이며, 초기치 관리 강화 및 안전점검 시행 기준을 개선하였다. 이들 교량은 전담관리조직을 운영할 계획이며 초장대교량 국가R&D 연구성과 등 첨단기술 적용을 확대해 나갈 계획이다.