System identification 기법을 이용한 RC beam의 손상탐지에 관한 실험적 연구 = Research on damage assessment of RC beams using system identification

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 system identification 기법을 이용하여 RC 보의 손상 정도와 손상의 크기를 이산균열에 대하여 방안을 제시 하였다. 우선 단일 균열에 대한 손상의 정도와 위치를 추정하기 위해서 정적,동적으로 모의해석을 수행하였다. 정적인 방법에 의한 손상탐지는 대상 기준 구조물을 설정하고 특정요소에 대하여 인위적인 손상(강성의 감소)을 설정한 후 유한요소 프로그램을 통하여 하중에 따른 변위를 측정한다. 여기에서 얻은 변위를 SI프로그램의 입력데이터로 사용하여 손상탐지 해석을 수행한다. 동적해석에 대한 부분은 유한요소 해석을 통하여 대상 기준 구조물의 고유진동수와 모드형상을 측정한다. 정적해석과 마찬가지로 이들 데이터를 SI프로그램의 입력데이터로 사용하여 손상탐지 해석을 수행한다. 단일 균열에 대한 손상지수(Damage Index)와 손상정도(Damage Severity)는 손상탐지 프로그램을 통하여 현 구조물의 상태에 대한 손상여부와 위치 및 손상정도에 대한 판단이 가능하다.
그러나 실내실험을 통하여 하중 재하에 따라서 RC보에 발생되는 이산 균열에 대하여서는 이들 프로그램만을 통하여 손상에 대한 규명을 하기에는 손상지수의 수치에 대한 일관성을 발견하기가 어렵다.
이에 따라서 이산 균열이 발생되는 경우 최초 초기 재하 시험을 통하여 기준모델을 설정하고 육안 관찰을 통하여 균열의 유무를 관찰한다. 균열이 발생하였다면 균열의 범위와 깊이에 따라서 손상의 범위를 설정한다. 이때의 설정 기준은 하중이 재하 되어도 균열이 발생하지 않는 초기 1단계와 균열의 최초 발생하는 단계인 2단계, 균열의 폭이 하중의 크기에 따라서 일정한 선형성을 띠는 3단계와 철근이 항복하기 시작해서 완전히 항복하는 4단계로 구분하였다. 또한 각각의 균열단계마다 각 절점에서 변위를 측정하고 이들 변위를 입력 데이터로 사용하여 손상의 정도(damage severity)와 손상의 위치(damage index)를 평가한다. 그렇지만 이산균열에 대해서는 위의 손상지수 수치들이 정확히 일치하지 않으므로 이에 대한 보완이 요구된다. 이를 위해서 실제 손상된 실험체의 균열 크기와 균열 폭을 수치해석의 결과와 조합하여 이산균열이 발생되는 구조물에 대하여 손상에 대한 종합적 평가 및 상태를 진단 하였다.
이에 사용되는 값으로는 국부적 손상(DL)과 전체적 손상(DG)으로서 구분하였다. 또한 DL 과DG를 이용 함으로서 현재의 구조물의 상태에 대한 평가를 정의할 수 있으며 현구조물에 대한 추후 발생될 손상에 대해서도 예측이 가능하다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 12
• 1.1 연구의 배경 및 목적 12
• 1.2 연구 내용 13
• 2.1 손상평가의 종류 및 방법 15
• 2.1.1 전통적인 SI 기법 17
• 2.1.2 신경망 기법(Neural Networks) 18
• 2.1.3 유전자 알고리즘(GAs, Genetic Algorithms) 20
• 2.2 SI기법에 대한 정의 22
• 2.3 기존의 연구 25
• 제 3 장 손상평가 알고리즘 26
• 3.1 손상요소 추정법 27
• 3.1.1 정적 응답 이용법 27
• 3.1.2 동적 응답 이용법 29
• 3.2 손상위치 파악 30
• 3.2.1 변수 그룹의 개선기법 30
• 3.2.2 Squared Model Error(SME)에 의한 종료의 기준 31
• 3.2.3 손상위치 파악 알고리즘 32
• 3.3 손상탐지와 평가 33
• 3.3.1 측정 데이터 섭동법 33
• 3.3.2 손상지수 35
• 제 4 장 모의해석 결과를 이용한 손상평가 36
• 4.1 개 요 36
• 4.2 모의해석 기준모델 36
• 4.2.1 제 원 36
• 4.2.2 모의해석 모델링 36
• 4.3 정적 모의해석 38
• 4.3.1 정적 실험계획 38
• 4.3.2 정적 모델링 해석결과 38
• 4.3.3. 모의 해석에 대한 정적 수치해석 42
• 4.4 동적 모의 해석 44
• 4.4.1 동적해석 모델링 44
• 4.4.2 동적 모의 해석 45
• 4.4.3. 모의해석에 대한 동적 수치해석 49
• 제 5 장 철근 콘크리트 보의 손상평가 51
• 5.1 개요 51
• 5.2 실험체 제원 52
• 5.3 정적실험 54
• 5.3.1 실험체 제원 및 장비 54
• 5.3.2 실험체 종류 및 실험방법 55
• 5.3.3 정적실험 결과 55
• 5.3.4 손상도 평가 60
• 5.4. 종합 평가 및 상태 제안 70
• 5.4.1 SI와 균열 단계에 의한 손상의 평가 70
• 제 6 장 결론 및 추후 연구과제 76
• 6.1 결 론 76
• 6.2 추후 연구과제 77
• 참고문헌 78
• ABSTRACT 88
• APPENDIX 90