영상신호를 이용한 현수교 행어케이블의 장력 추정
Tension Estimation for Hanger Cables on a Suspension Bridge Using Image Signals
0
조회
0
다운로드
1
인용
0
참고문헌
키워드
초록
최근 재료 및 시공 기술의 지속적인 발전으로 인하여 장대교량의 건설이 증가하고 있다. 특히 케이블을 이용한 장대교량에서는 시공 중, 그리고 공용상태에서 케이블의 장력을 측정하여 교량의 안전성을 지속적으로 감시하는 것이 중요하다. 케이블 장력을 측정하기 위한 다양한 방법이 있으며, 그중에서도 케이블의 형상조건과 고유진동수를 이용하여 장력을 산정하는 진동법은 로드셀 등을 이용하여 케이블의 응력을 측정하는 직접법에 비해 경제적이며 편리하므로 현재 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 영상신호를 이용하여 케이블의 응답을 측정하기 위해 영상처리기법을 적용하였으며 사용의 편의성과 경제성을 고려하여 상업용 디지털 캠코더를 사용하였다. 모드별 고유진동수들을 변수로 하여 원거리에 위치한 행어케이블의 장력을 추정할 수 있는 역해석 방법의 타당성을 검증하기 위하여 공용중인 현수교에서 상시진동실험을 수행하였다. 그리고 각 행어케이블의 해석모델을 통해서 계산된 모드별 고유진동수와 계측된 모드별 고유진동수의 차이를 이용하여 역해석하여 추정된 장력을 진동법에 의해 산정된 장력과 비교하였다.
Abstract
In suspension bridges, hanger cables are the main load-supporting members. The tension of the hanger cables of a suspension bridge is a very important parameter for assessing the integrity and safety of the bridge. In general, indirect methods are used to measure the tension of the hanger cables of a suspension bridge in traffic use. A representative indirect method is the vibration method, which extracts modal frequencies from the cables’ responses and then measures the cable tension using the cables’ geometric conditions and the modal frequencies. In this study, the image processing technique is applied to facilitate the estimation of the dynamic responses of the cables using the image signal, for which a portable digital camcorder was used due to its convenience and cost-efficiency. Ambient vibration tests were conducted on a suspension bridge in traffic use to verify the validity of the back analysis method, which can estimate the tension of remote hanger cables using the modal frequencies as a parameter. In addition, the tension estimated through back analysis method, which was conducted to minimize the difference between the modal frequencies calculated using finite element analysis of the hanger cables and the measured modal frequencies, was compared with that measured using the vibration method.
참고문헌 (20)
- Bruck, H. A., "Digital image correlation using Newton-Raphson method of partial differential correction", Experimental Mechanics, 29(3), pp.261~267 (1989)
- Cho, S., "Comparative field study of cable tension measurement for a cable-stayed bridge", Journal of Bridge Engineering, 18(8), pp.748~757 (2013)
- Chu, C. K., "Tension measurements for XINBEI cable-stayed bridge with ambient vibrations and an EM tension sensor", Disaster Advances, 6(9), pp.63~68 (2013)
- Haji Agha Mohammad Zarbaf, S. E., "Vibration-based cable condition assessment: a novel application of neural networks", Engineering Structures, 177, pp.291~305 (2018)
- 김병화, "진동기반의 SI 기법을 이용한 현수교 행어의 장력 추정 : Ⅱ. 현장적용", 대한토목학회 논문집A, 27(2A), pp.173~179 (2007), 대한토목학회
- Kim, C. H., "Application of laser vibrometer to the measurement and control of cable tensile forces in cable-stayed bridges", International Journal of Distributed Sensor Networks, 10, pp.810682~ (2012)
- Kim, M. K., "Back Analysis of the Measured Displacements by the Coupled Method of Finite Elements -Boundary Elements in Tunnel", Journal of Korean Society for Rock Mechanics, 5(3), pp.205~213 (1995)
- 김남식, "역해석기법을 이용한 행어케이블의 장력 추정", 한국지진공학회논문집, 11(3), pp.1~10 (2007), 한국지진공학회
- 김기중, "사장교 케이블의 장력 추정을 위한 인공신경망 모델 개발", 한국산학기술학회논문지, 21(3), pp.414~419 (2020), 한국산학기술학회[DOI]
- Kim, K. S., "Principle of digital image correlation", Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, 32(5), pp.597~602 (2012)
- Kim, S. W., "Stay cable tension estimation using a vision-based monitoring system under various weather conditions", Journal of Civil Structural Health Monitoring, 7(3), pp.343~357 (2017)
- Kim, S. W., "Vision-based monitoring system for evaluating cable tensile forces on a cable-stayed bridge", Structural Health Monitoring, 12(5-6), pp.509~517 (2013)
- Kim, S. W., "Dynamic characteristics of suspension bridge hanger cables using digital image processing", NDT & E International, 59, pp.509~517 (2013)
- 이형진, "최소화된 계측 및 신호 처리 시스템을 이용한 상시진동 케이블의 효율적인 장력 추정에 관한 연구", 한국산학기술학회논문지, 19(11), pp.594~603 (2018), 한국산학기술학회[DOI]
- Pan, B., "Two-dimensional digital image correlation for in-plane displacement and strain measurement: a review", Measurement Science and Technology, 20(6), pp.1~17 (2009)
- Park, D. Y., "Monitoring of cable force on cable-stayed bridge of multi-Strand type using FBG Sensors", The Computational Structural Engineering Institute of Korea, 24(2), pp.72~78 (2011)
- 장한택, "진동기반의 SI 기법을 이용한 현수교 행어의 장력 추정 : Ⅲ. 실험적 검증", 대한토목학회 논문집A, 28(2A), pp.215~222 (2008), 대한토목학회
- Shimada, T., "Estimating method of cable tension from natural frequency of high mode", Proceeding of Japan Society of Civil Engineers, 501(1-29), pp.163~171 (1994)
- Sim, S. H., "A wireless smart sensor network for automated monitoring of cable tension", Smart Materials and Structures, 23(2), pp.025006~ (2014)
- Yang, K. T., "Indirect estimation of cable tension using dynamic characteristics", Journal of Korean Society of Mechanical Technology, 6(2), pp.15~23 (2004)