구조물 변위 계측을 위한 GNSS 활용 연구

국문 초록 (Abstract)

고층 빌딩, 초장대 교량과 같은 대형 구조물의 건설이 증가하고 있다. 이들 대형 구조물은 기존의 소규모 구조물보다 다양한 거동해석 기술이 필요하고 발생 변위 허용량이 cm단위 이상으로 대변위 발생이 가능하기 때문에 구조물 건전도 평가를 위한 지속적인 모니터링이 중요하다. 구조물의 건전도 모니터링을 위해서 다양한 계측 장비를 이용하고 있으며, 다양한 계측 장비 중 변위 계측을 위해서는 GNSS(Golbal Navigation Satellite System)를 이용한 계측이 주로 이루어지고 있다. GNSS의 경우 장비의 설치 및 유지관리가 매우 편리하다는 장점이 있으며, 계측 변위가 절대 좌표계로 측정 되므로 장비 재부팅시에도 동일한 기준 좌표를 사용하므로 기준점 초기화의 과정이 필요 없다는 장점이 있다. 하지만 GNSS의 경우 위성 신호를 관측하기 때문에 위성 전파방해에 따라 계측 오차가 발생하며 현재의 구조물의 변위 모니터링에 사용하는 GNSS기술은 최대 50Hz의 샘플링레이트와 변위 계측 정밀도가 최대 수평 10mm±1ppm, 수직 20mm±1ppm이므로 적용 가능한 구조물에 한계가 있다.
본 연구에서는 GNSS를 이용한 구조물 거동 계측 검증을 위해서 허용 발생 변위가 최대 15cm 이상이고 이동하중을 재하 할 수 있는 소규모 실험체를 제작하였다. 계측된 GNSS 관측 데이터의 신뢰도 및 기준국, 로버 거리에 따른 측정 영향성 분석을 통해 계측 신호의 이상 유무를 분석하였다. 이후 다양한 계측 변위 조건을 위해서 이동하중 속도, 하중 크기를 변화시켜 GNSS변위와 LVDT변위를 비교하여 GNSS 변위 계측 정밀도 분석 연구를 수행하였다. 또한 실험모델의 계측 변위와 FEM해석 결과의 변위를 비교함으로써 GNSS로 계측된 변위를 이용한 해석 모델 적용에 대한 연구를 수행하였다. GNSS 변위를 검증한 결과 FEM 해석 결과와 잘 일치하는 것으로 분석되었으며, 대변위가 발생할수록 GNSS의 계측 정밀도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 이를 통해 구조물 건전도 평가를 위한 GNSS 활용을 검증하였다.