상시진동계측에 의한 교량의 공용내하력 평가

Abstract

교량의 공용내하력을 평가하기 위하여 일반적으로 재하시험을 수행하지만, 기존 재하시험의 경우 교통차단 및 계측기 설치의 어려움이 발생한다. 이 연구에서는 기존 재하시험의 어려움을 해결하기 위하여 교량의 처짐보다 계측이 용이하고, 차량 통행을 허용할 수 있는 상시진동계측을 이용한 공용내하력 평가방법을 제안하였다. 상시진동계측자료로부터 교량의 동특성을 추출하고, 이로부터 초기 유한요소모델을 개선한 후, 개선된 유한요소모델을 이용하여 처짐을 수치적으로 계산함으로써 기존 재하시험에서 얻을 수 있는 처짐보정계수를 산정할 수 있도록 하였다. 충격보정계수는 가속도 계측자료를 이중적분하여 구한 유사처짐을 이용하여 구하였다. 제안방법을 중부내륙고속국도 상의 삼승교와 호남고속국도 상의 두계천교에 대하여 적용함으로써 제안방법의 적용성을 검증하였다. 이 두 교량의 경우, 상시진동계측에 의하여 공용내하력을 평가한 결과가 기존 재하시험에 의한 공용내하력 평가 결과와 매우 잘 일치함을 알 수 있었고, 따라서 기존 재하시험의 수행이 어려운 고교각 교량이나 해상 교량과 같은 경우 상시진동계측만으로 재하시험을 대체할 수 있음을 보였다.

Load carrying capacity of an existing bridge needs to be properly assessed for the safe operation and efficient maintenance. For the evaluation of load carrying capacity considering the current state of a bridge, static and quasi-static loading tests with weight-controlled heavy trucks have been conventionally utilized, where the deflection of structural members loaded by the controlled loading are measured and analyzed. However, full or partial control on traffic during the tests and difficulties in installing displacement transducers may cause not only inconvenience to the traffic but also increase of the logistics cost and time. To overcome these difficulties, an alternative method is proposed using ambient acceleration data excited by ordinary traffic on a bridge without traffic control. Based on the modal properties extracted from the ambient vibration data, the initial finite element (FE) model of the bridge can be updated to represent the current real state of a bridge. Using the updated FE model, the deflection akin to the real value can be easily obtained without measuring the real deflection. Impact factors are obtained from pseudo-deflection obtained by double-integration of acceleration data with removing the linear components on acceleration data. For validation, the proposed method was applied to evaluate the load carrying capacity of a steel plate girder bridge and a pre-stressed concrete bridge. The results show that the proposed method gives a reasonable load carrying capacities without traffic control and with easy installation of sensors.