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요약문
Summary
목차
제1장 서론 22
1.1. 연구 배경 및 필요성 22
1.2. 연구목표 및 내용 26
제2장 광섬유 센서 및 연구 동향 29
2.1. 광섬유 센서 개요 및 계측 방법 29
2.1.1. 광섬유 센서 29
2.1.2. 광섬유 센서의 적합성 33
2.1.2. 광섬유 센서 계측기 34
2.2. 국내 연구 동향 34
2.3. 국외 연구 동향 40
제3장 광섬유 센서 내장 PS 강연선 제작 방법 선정 및 성능 평가 44
3.1. 대상 PS 강연선의 제원 44
3.2. 광섬유 센서 내장 PS 강연선용 심선 45
3.2.1. 광섬유 센서 내장 방법 고안 45
3.2.2. 강재 심선 가공 방안 48
3.2.3. 강재 가공 심선 인장 시험 51
3.2.4. 탄소 심선 제작 방안 53
3.2.5. 탄소 심선 인장성능 시험 56
3.3. 광섬유 센서 내장 PS 강연선 58
3.3.1. 고안 심선 적용 PS 강연선 인장성능 시험 58
3.3.2. 광섬유 센서 내장 PS 강연선 제작 방식 선정 63
3.4. 광섬유 센서 내장 PS 강연선 단기 성능 평가 64
3.4.1. 광섬유 센서 내장 PS 강연선 인장 시험 64
3.4.2. 국부 지압 영향 평가 72
3.4.3. 연신율 평가 시험 74
3.5. 광섬유 센서 내장 PS 강연선 장기 성능 평가 79
3.5.1. 개요 79
3.5.2. 크리프 시험 80
3.5.3. 릴랙세이션 시험 84
제4장 광섬유 센서 내장 PS 강연선 적용 보 실험체의 긴장력 분석 88
4.1. 개요 88
4.2. 실험체 설계 및 제작 88
4.3. 광섬유 센서 온도 보정 실험 및 적용 92
4.4. 유한요소해석 및 결과 분석 99
4.5. 휨성능 실험 및 결과 106
제5장 광섬유 센서 내장 PS 강연선 적용 실물크기 PSC 교량 실험 및 현장 적용 112
5.1. 개요 112
5.2. 개량형 거더교 실물 실험체 제작 및 긴장력 도입 113
5.3. 개량형 거더교 실물 실험체 동적 및 정적 실험 120
5.4. 휨실험 및 긴장력 데이터 분석 128
5.5. PSC 박스거더교 실교량 적용 132
제6장 결론 142
제7장 참고문헌 146
표 1.1. 교량의 분류 23
표 1.2. 긴장재 부식에 따른 PSC 교량의 손상 사례 24
표 2.1. 광섬유의 구조, 재료 및 직경 29
표 2.2. 광섬유 센서 계측기 34
표 3.1. 강재 심선 가공 방법 비교 48
표 3.2. 제작 심선 제원 50
표 3.3. 강재 심선 인장 시험 결과 정리 51
표 3.4. 탄소 심선 인장 시험 정리 57
표 3.5. 개발 강연선 구분 58
표 3.6. 하중 200 kN일 때 센서별 비교 66
표 3.7. 국부 지압 실험 결과 정리 73
표 3.8. 크리프시험 결과 정리 84
표 3.9. 릴랙세이션 시험 결과 87
표 4.1. 긴장력 도입 내용 정리 90
표 4.2. 열팽창계수 적용에 따른 긴장력 변화 96
표 4.3. 유한요소해석 입력치 100
표 4.4. 해석치와 실측치 부합성 분석 105
표 5.1. 광섬유 센서 내장 PS 강연선 적용 내용 114
표 5.2. 정착구별 긴장력 즉시 손실 117
표 5.3. 텐던 ①의 직선구간에서 긴장력 계측값 118
표 5.4. 긴장력 도입 정리 140
그림 1.1. 대한민국 교량 현황 23
그림 2.1. 광섬유 센서 29
그림 2.2. FBG센서 계측 원리 31
그림 2.3. 센서 연결선 상태 비교 33
그림 2.4. 광섬유 센서 교량 적용 35
그림 2.5. 분포형 광섬유 센서 연구 35
그림 2.6. 광섬유 센서 활용 처짐 유추방법 36
그림 2.7. 광섬유 센서 터널 변위 계측 시스템 36
그림 2.8. 광섬유 센서 활용 구조물 손상 탐지 37
그림 2.9. 스마트 강연선 37
그림 2.10. 광섬유 센서 활용 그라운드 앵커 38
그림 2.11. 광섬유 센서 UHPC 적용 38
그림 2.12. 광섬유 센서 활용 마찰계수 산정 39
그림 2.13. 광섬유 센서 활용 긴장력 분포 연구 39
그림 2.14. 광섬유 센서 교량 적용 - 캐나다(1993) 40
그림 2.15. 광섬유 센서 활용 철도 레일 계측 40
그림 2.16. 광섬유 센서 적용 교량 41
그림 2.17. 철근 부착형 광섬유 센서 관련 연구 - Hiba Abdel-Jaber, Carlos Rodrigues 41
그림 2.18. 광섬유 센서 적용 PS 강연선 42
그림 2.19. 광섬유 센서 적용 PS 강연선 42
그림 2.20. 광섬유 센서 적용 PS 강연선 43
그림 2.21. 광섬유 센서 적용 PS 강연선 43
그림 3.1. 일반 PS 강연선 모습 및 제원(SWPCBL, mm) 44
그림 3.2. 대상 PS 강연선 물성치(KS D 7002-2019 발췌) 44
그림 3.3. 기존 연구 개념도 45
그림 3.4. 측선과 심선의 변형 관계 46
그림 3.5. 심선 가공 방안 47
그림 3.6. 워터젯컷팅 공법 적용 49
그림 3.7. 절단 및 가공 심선 49
그림 3.8. 인장강도 시험모습 51
그림 3.9. 강재 심선 인장 파괴 모습 52
그림 3.10. 인장 시험 결과 비교(강재 심선 가공) 52
그림 3.11. 심선 제작 공법 53
그림 3.12. CFRP 공법 적용 심선 54
그림 3.13. 탄소 심선 인장시편 제작 55
그림 3.14. 탄소 심선 인장 시험 모습 56
그림 3.15. 탄소 심선 인장 시험 결과 57
그림 3.16. 탄소 심선 인장 시험 결과 57
그림 3.17. 개발 강연선 조립 모습 59
그림 3.18. 강연선 인장성능 시험 모습 60
그림 3.19. 인장성능 시험 모습 60
그림 3.20. 인장성능 시험 모습 61
그림 3.21. 개발 강연선 파괴 모습 61
그림 3.22. 강연선 단위 인장 시험 결과 62
그림 3.23. 광섬유 센서 내장 PS 강연선 인장성능 시험 64
그림 3.24. 광섬유 센서 내장 PS 강연선 인장 시험 결과 64
그림 3.25. PS 강연선의 심선과 측선의 배치 65
그림 3.26. 강연선 정착구 부분 파괴 모습 67
그림 3.27. 인장 시험 모습 68
그림 3.28. 센서별 변형률 계측값 비교 68
그림 3.29. 변형률비 곡선 69
그림 3.30. 광섬유 센서 스펙트럼과 반치전폭 71
그림 3.31. 광섬유 센서 스펙트럼 분석 71
그림 3.32. 국부 지압 실험 전경 72
그림 3.33. 국부 지압 실험 결과 73
그림 3.34. 모노헤드 정착구 사용 인장 시험 및 결과 75
그림 3.35. 압착그립 정착구 사용 인장 시험 및 결과 75
그림 3.36. 모노헤드 및 압착그립 정착구 사용 파괴모습 76
그림 3.37. 연신율 평가 시험 시편 제작 76
그림 3.38. 연신율 평가 시험 77
그림 3.39. 연신율 평가 시험 단면 확대 77
그림 3.40. 응력-변형률 곡선 78
그림 3.41. 긴장력 장기 계측 79
그림 3.42. 긴장력 손실 계측 79
그림 3.43. 크리프 시험 모습 80
그림 3.44. 크리프 시험 센서 설치 모습 81
그림 3.45. 크리프 시험 결과-상대 슬립 82
그림 3.46. 크리프 시험 결과-변형률 변화 83
그림 3.47. 릴랙세이션 시험 모사도 85
그림 3.48. 릴랙세이션 시험 전경 85
그림 3.49. 릴랙세이션 시험 결과 86
그림 4.1. 장기 성능 실험체 형상 및 제원 89
그림 4.2. 실험제 제작 및 긴장력 도입 90
그림 4.3. 긴장력 장기 변화 91
그림 4.4. 일반적인 온도보상 광섬유 센서 92
그림 4.5. 온도보상 실험체 제작 및 실험 모습 93
그림 4.6. 온도보상 실험 결과 94
그림 4.7. 브레이드트루전 공법 심선 강연선 장기 긴장력 변화 97
그림 4.8. 인발성형 공법 심선 강연선 장기 긴장력 변화 97
그림 4.9. 유한요소해석 모델 99
그림 4.10. 기준별 긴장력 장기 변화 101
그림 4.11. 유한요소 해석 결과 보정 102
그림 4.12. 인발성형 공법 심선 사용 강연선 실험체 긴장력 변화 103
그림 4.13. 브레이드트루전 공법 심선 사용 강연선 실험체 긴장력 변화 104
그림 4.14. 휨실험 모습 107
그림 4.15. 부착 실험체 비교 107
그림 4.16. 비부착 실험체 비교 108
그림 4.17. 비부착 실험체 비교 109
그림 4.18. 인발성형-시간이력 곡선-부착 실험체 109
그림 4.19. 인발성형-시간이력 곡선-비부착 실험체 110
그림 4.20. 브레이드트루전-시간이력 곡선-비부착 실험체 110
그림 5.1. 개량형 거더교 실물 실험체의 형상 113
그림 5.2. 개량형 거더교 실물 실험체 단면 및 강연선 배치 114
그림 5.3. 광섬유 센서 내장 PS 강연선 배치모습 114
그림 5.4. 광섬유 센서 내장 PS 강연선 설치 모습 115
그림 5.5. 긴장력 계측 모습 115
그림 5.6. 단계별 긴장력 도입 116
그림 5.7. 개량형 거더교 실물 실험체 제작 모습 119
그림 5.8. 센서 설치 위치 120
그림 5.9. 동적 가진 실험 준비 모습 120
그림 5.10. 동적 가진 실험 데이터 121
그림 5.11. 고유 진동수 비교 123
그림 5.12. 동적 해석 124
그림 5.13. 실물 교량 제원 및 광섬유 센서 내장 강연선 개요 125
그림 5.14. 실제 공용 교량 시공 125
그림 5.15. 동적 데이터 계측 모습 125
그림 5.16. 고유 진동수 산출 126
그림 5.17. 실제 공용 교량 고유 진동수 산출 127
그림 5.18. 개량형 거더교 휨실험 모습 129
그림 5.19. 변형률 비교 그래프 129
그림 5.20. 텐던 ① 긴장력-시간이력 곡선 130
그림 5.21. 텐던 ② 긴장력-시간이력 곡선 130
그림 5.22. 텐던 ③ 긴장력-시간이력 곡선 131
그림 5.23. 텐던 ④ 긴장력-시간이력 곡선 131
그림 5.24. 대상 교량형상 및 광섬유 센서 내장 PS 강연선 배치 133
그림 5.25. 15.7 mm 광섬유 센서 내장 PS 강연선 인장 성능평가 시험 133
그림 5.26. 광섬유 센서 내장 PS 강연선 제작 및 적용 준비 135
그림 5.27. 긴장력 도입 및 계측 135
그림 5.28. 긴장력 도입 결과 136
그림 5.29. 실교량 긴장력 도입 상태(P50~P51) 137
그림 5.30. 실교량 긴장력 도입 상태(P51~P52) 138
그림 5.31. 실교량 긴장력 도입 상태(P52~P53) 139
그림 5.32. 광섬유 센서 내장 PS 강연선의 설치 상태 모사도 141