표제지
목차
Abstract 17
Ⅰ. 서론 20
1.1. 연구 배경 20
1.2. 연구의 필요성 25
1.2.1. 차세대 PSC 거더용 신기술 개발의 필요성 25
1.2.2. 연구 동향 27
1.3. 연구의 목표 및 내용 29
Ⅱ. 광섬유 센서 일반 사항 33
2.1. 개요 33
2.2. 광섬유 센서의 종류 35
2.2.1. 측정 범위에 따른 분류 35
2.2.2. 측정 방식에 따른 분류 36
2.3. 광섬유 센서의 비교 52
(1) 민감도(sensitivity) 52
(2) 신호 처리(signal processing complexity) 53
(3) 선형성(linearity) 53
(4) 다중화 가능성(multiplexing capability) 53
(5) 비용(cost) 53
Ⅲ. 쉬스관 일체형 센서 모듈 개발 57
3.1. 개요 57
3.2. 센서 모듈 사례 조사 59
(1) 광섬유 계측 센서 59
(2) 국내 논문에 발표된 센서 모듈 62
3.3. 센서 모듈 제작 이력 65
3.3.1. 노출형 센서 모듈 65
3.3.2. 매립형 센서 모듈 69
3.3.3. 쉬스관 일체형 센서 모듈 75
3.4. 쉬스관 일체형 센서 모듈의 제작 78
3.4.1. 센서 모듈이 갖추어야 할 성능 78
3.4.2. 센서 모듈 제작을 위한 세부 검토 사항 80
3.4.3. 쉬스관 일체형 센서 모듈 89
Ⅳ. 노출 상태 성능 확인 94
4.1. 센서 모듈 성능 확인 개요 94
4.2. 전동 변위 스테이지를 이용한 확인 실험 97
4.2.1. 개요 97
4.2.2. 실험 장비 97
4.2.3. 실험 방법 101
4.2.4. 실험 결과 103
4.3. 만능 재료 시험기를 이용한 확인 실험 114
4.3.1. 개요 114
4.3.2. 실험 장비 114
4.3.3. 실험 방법 117
4.3.4. 실험 결과 118
4.4. 실험 결과 분석 122
Ⅴ. 매립 상태 성능 확인 124
5.1. 실험 개요 124
5.2. 실험 장비 125
5.3. 실험 방법 126
5.3.1. 시험체 제작 126
5.3.2. 매립 상태 실험 방법 130
5.4. 실험 결과 134
Ⅵ. PSC 보 시험체를 이용한 센서 모듈 성능 확인 142
6.1. 실험 개요 142
6.2. PSC 보 시험체 설계 및 제작 144
6.2.1. 시험체 설계 144
6.2.2. 시험체 제작 148
6.2.3. 계측 센서 설치 152
6.3. 긴장력 도입에 대한 센서의 응답 특성 확인 실험 159
6.3.1. 실험 개요 159
6.3.2. 실험 장비 160
6.3.3. 실험 방법 165
6.3.4. 실험 결과 및 분석 167
6.4. 휨에 대한 센서의 응답 특성 확인 실험 179
6.4.1. 실험 개요 179
6.4.2. 실험 장비 180
6.4.3. 실험 방법 182
6.4.4. 실험 결과 및 분석 186
6.5. 센서 모듈 실험 검증 202
6.5.1. 전력량과 변형률 간 상관 분석 202
6.5.2. 전력량과 변형률 간 회귀 분석 204
6.5.3. 회귀식 도출 208
6.5.4. 회귀식 검증 209
Ⅶ. 결론 212
참고문헌 216
〈Table 1-1〉 Results of PSC bridge damage cases 22
〈Table 1-2〉 Regulations for the type and cycle of inspection(시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법) 22
〈Table 2-1〉 Fiber optic structure, material, diameter 34
〈Table 2-2〉 Evaluation of fiber strain sensor 52
〈Table 3-1〉 Commercial fiber strain sensor 61
〈Table 3-2〉 Specification of exposure type sensor module(V.1.2) 67
〈Table 4-1〉 Implementation plan for sensor module performance test 96
〈Table 4-2〉 Specification of a power electric movable stage 99
〈Table 4-3〉 Specification of optical equipments 100
〈Table 4-4〉 Experiment setting 102
〈Table 4-5〉 Results of power measurement 113
〈Table 4-6〉 Specification of low capacity UTM 116
〈Table 4-7〉 Experiment setting for using low capacity UTM 118
〈Table 4-8〉 Results of power measurement using UTM 121
〈Table 4-9〉 Correlation coefficient and error rate of the results 123
〈Table 5-1〉 Specification of MTS 125
〈Table 5-2〉 Composition of concrete 126
〈Table 5-3〉 Results of compressive strength of concrete speciment 129
〈Table 5-4〉 Experiment progress plan 133
〈Table 5-5〉 Results of power measurement for embedded condition 140
〈Table 6-1〉 Specification of tendon parts 144
〈Table 6-2〉 Mechanical properties of strand 145
〈Table 6-3〉 Results of compressive strength of concrete specimen 150
〈Table 6-4〉 Location and purpose of sensor type 152
〈Table 6-5〉 Specification of strain gauge 155
〈Table 6-6〉 Specification of LVDT 158
〈Table 6-7〉 Specifications of jacking machine and hydraulic gauge 163
〈Table 6-8〉 Specification of optical equipments 164
〈Table 6-9〉 Tensioning plan using multi jacking machine 167
〈Table 6-10〉 Tensioning plan using mono jacking machine 167
〈Table 6-11〉 Results of power measurement(specimen 4) 173
〈Table 6-12〉 Plan of step loading test 184
〈Table 6-13〉 Plan of cyclic loading test 185
〈Table 6-14〉 Results of power measurement(specimen 4) 194
〈Table 6-15〉 Data for verification 202
〈Table 6-16〉 Results of correlations 204
〈Table 6-17〉 Model summary(dependent variable) 205
〈Table 6-18〉 Coefficients(dependent variables) 208
〈Table 6-19〉 ANOVA 208
〈Table 6-20〉 Paired t-test observed data and calculated data 209
〈Table 6-21〉 Paired samples test 211
〈Fig. 1-1〉 Statistics of PSC bridges 21
〈Fig. 1-2〉 Comparison of stress by prestress 23
〈Fig. 1-3〉 Degradation process of RC and PSC structures 24
〈Fig. 1-4〉 Next generation smart PSC girders 25
〈Fig. 1-5〉 Cost effectiveness of proactive management 26
〈Fig. 1-6〉 Hetero-core optical fiber sensor 28
〈Fig. 1-7〉 Research plan 30
〈Fig. 1-8〉 Flow chart of study 32
〈Fig. 2-1〉 Schematic diagram of fiber optic 33
〈Fig. 2-2〉 Total reflection of light 33
〈Fig. 2-3〉 Structure of an optical fiber 34
〈Fig. 2-4〉 Fiber optic sensor by measurement range 36
〈Fig. 2-5〉 Mechanism of pure bending loss 39
〈Fig. 2-6〉 Principles of OTDR(optical time domain reflectometry) 40
〈Fig. 2-7〉 Micro-bend type optical fiber 40
〈Fig. 2-8〉 Hetero-core optical fiber sensor 41
〈Fig. 2-9〉 Schematic diagram of mach zenhder sensor 42
〈Fig. 2-10〉 Schematic diagram of mechelson sensor 43
〈Fig. 2-11〉 Schematic diagram of SOFO system 44
〈Fig. 2-12〉 Schematic diagram of fabry-perot sensor 45
〈Fig. 2-13〉 Signal transmission type of fabry-perot sensor 46
〈Fig. 2-14〉 Schematic diagram of IFP sensor 47
〈Fig. 2-15〉 Schematic diagram of EFP sensor 48
〈Fig. 2-16〉 Structure of a FBG 50
〈Fig. 3-1〉 SOFO long-gage sensor 59
〈Fig. 3-2〉 EFO strain sensor 60
〈Fig. 3-3〉 Structure of the binary switch module 64
〈Fig. 3-4〉 Drawing of the exposure type sensor module(V.1.2) 68
〈Fig. 3-5〉 Drawing of the embedded type sensor module(V.2.2) 72
〈Fig. 3-6〉 Schematic diagram of a elastic ring 86
〈Fig. 3-7〉 Sheath-combined sensor module installation overview 89
〈Fig. 3-8〉 Overview of the sheath-combined sensor module 1 90
〈Fig. 3-9〉 Overview of the sheath-combined sensor module 2 91
〈Fig. 3-10〉 Drawings of the sensor module(V.2.2) 92
〈Fig. 4-1〉 Schematic diagram of experimental equipment 98
〈Fig. 4-2〉 Displacement planning of experiments 102
〈Fig. 4-3〉 Results of power measurement with PEMS(ALS 1) 104
〈Fig. 4-4〉 Results of power measurement with PEMS(ALS 2) 105
〈Fig. 4-5〉 Results of power measurement with PEMS(ALS 3) 106
〈Fig. 4-6〉 Results of power measurement with PEMS(ACS 4) 107
〈Fig. 4-7〉 Results of power measurement with PEMS(ACS 5) 108
〈Fig. 4-8〉 Results of power measurement with PEMS(ACS 6) 109
〈Fig. 4-9〉 Results of power measurement with PEMS(ACS 7) 110
〈Fig. 4-10〉 Results of power measurement with PEMS(ACS 8) 111
〈Fig. 4-11〉 Results of power measurement with PEMS(ACS 9) 112
〈Fig. 4-12〉 Results of power measurement with MTS 115
〈Fig. 4-13〉 Low capacity UTM 115
〈Fig. 4-14〉 Schematic diagram of experimental equipment 116
〈Fig. 4-15〉 Results of power measurement with UTM (ALS 1, 2, 3, displacement section 0~0.9mm) 119
〈Fig. 4-16〉 Results of power measurement with UTM (ALS 7, 8, 9, displacement section 0~0.9mm) 120
〈Fig. 5-1〉 Schematic diagram of experimental equipment 125
〈Fig. 5-2〉 Pattern of compressive strength graph of concrete 131
〈Fig. 5-3〉 Details of the test specimen 131
〈Fig. 5-4〉 Displacement planning of embedded experiments 133
〈Fig. 5-5〉 Results of power measurement(specimen 2) 135
〈Fig. 5-6〉 Results of power measurement(specimen 3) 136
〈Fig. 5-7〉 Results of power measurement(specimen 4) 137
〈Fig. 5-8〉 Results of power measurement(specimen 5) 138
〈Fig. 5-9〉 Results of power measurement(specimen 6) 139
〈Fig. 6-1〉 Drawing of PSC beam(general drawing) 146
〈Fig. 6-2〉 Drawing of PSC beam(reinforcement drawing) 147
〈Fig. 6-3〉 Instrument installation plan drawing 153
〈Fig. 6-4〉 Schematic diagram of experimental equipment 161
〈Fig. 6-5〉 Optical equipments 163
〈Fig. 6-6〉 Measurement results for tension(specimen 1) 169
〈Fig. 6-7〉 Measurement results for tension(specimen 2) 170
〈Fig. 6-8〉 Measurement results for tension(specimen 3) 171
〈Fig. 6-9〉 Strain results for tension(specimen 1) 172
〈Fig. 6-10〉 Schematic diagram of specimen 4 173
〈Fig. 6-11〉 Measurement results for tension(specimen 4, ACS 7) 175
〈Fig. 6-12〉 Measurement results for tension(specimen 4, ACS 8) 176
〈Fig. 6-13〉 Measurement results for tension(specimen 4, ACS 9) 177
〈Fig. 6-14〉 Strain results for tension(specimen 4) 178
〈Fig. 6-15〉 Schematic diagram of experimental equipment 181
〈Fig. 6-16〉 Planning of a step loading test 184
〈Fig. 6-17〉 Planning of a cyclic loading test 185
〈Fig. 6-18〉 Measurement results for step loading(specimen 1) 188
〈Fig. 6-19〉 Measurement results for cyclic loading(specimen 1) 189
〈Fig. 6-20〉 Measurement results for step loading(specimen 2) 190
〈Fig. 6-21〉 Measurement results for cyclic loading(specimen 2) 191
〈Fig. 6-22〉 Measurement results for step loading(specimen 3) 192
〈Fig. 6-23〉 Measurement results for cyclic loading(specimen 3) 193
〈Fig. 6-24〉 Schematic diagram of specimen 4 194
〈Fig. 6-25〉 Measurement results for step loading(specimen 4, ACS 7) 196
〈Fig. 6-26〉 Measurement results for cyclic loading(specimen 4, ACS 7) 197
〈Fig. 6-27〉 Measurement results for step loading(specimen 4, ACS 8) 198
〈Fig. 6-28〉 Measurement results for cyclic loading(specimen 4, ACS 8) 199
〈Fig. 6-29〉 Measurement results for step loading(specimen 4, ACS 9) 200
〈Fig. 6-30〉 Measurement results for cyclic loading(specimen 4, ACS 9) 201
〈Fig. 6-31〉 Histogram of regression standardized residual 206
〈Fig. 6-32〉 Normal P-P plot regression standardized residual 206
〈Fig. 6-33〉 Scatter diagram of regression standardized residual 207
〈Fig. 6-34〉 Verification results by regression equation 210
〈Photo 3-1〉 Photograph of embedded sensor module(V.2.2) 57
〈Photo 3-2〉 Michelson strain sensor module 62
〈Photo 3-3〉 Installation pictures of FBG 63
〈Photo 3-4〉 EM sensor 64
〈Photo 3-5〉 Sensor module in previous study 66
〈Photo 3-6〉 Exposure type sensor module in previous study 67
〈Photo 3-7〉 Embedded type sensor module(V.2.1) 70
〈Photo 3-8〉 Embedded type sensor module(V.2.2) 71
〈Photo 3-9〉 Sheath-combined type sensor module(V.2.1) 76
〈Photo 3-10〉 Sheath-combined type sensor module(V.2.2) 77
〈Photo 3-11〉 Sensor module made of acrylic 81
〈Photo 3-12〉 Sensor module made of aluminum 82
〈Photo 3-13〉 Sensor module made of poly acetal 82
〈Photo 3-14〉 Fixing system of optical fiber 83
〈Photo 3-15〉 Fixing system of guide grooving 84
〈Photo 3-16〉 Photograph of elastic ring 87
〈Photo 3-17〉 Installation picture of the sensor module(V.2.2) 88
〈Photo 4-1〉 Power electric movable stage(PEMS) 98
〈Photo 4-2〉 Photographs of optical equipment 100
〈Photo 4-3〉 Photograph of experiments using PEMS 101
〈Photo 4-4〉 Photographs of experiments using low capacity UTM 117
〈Photo 5-1〉 Production of the first test specimen (date:2022.1.12.) 127
〈Photo 5-2〉 Production of the second test specimen (date:2022.5.23.) 127
〈Photo 5-3〉 Photograph of humidity chamber and specimen 128
〈Photo 5-4〉 Photograph of compression strength measurement 129
〈Photo 5-5〉 Photograph of embedded experiment 130
〈Photo 6-1〉 Manufacturing of PSC beam 148
〈Photo 6-2〉 Bubble generation of concrete 149
〈Photo 6-3〉 Sensor terminal box 151
〈Photo 6-4〉 Photograph of sheath combined sensor module 154
〈Photo 6-5〉 Steel strain gauge installation 156
〈Photo 6-6〉 Concrete strain gauge installation 157
〈Photo 6-7〉 LVDT installation 158
〈Photo 6-8〉 Jacking machine and hydraulic pump gauge 162
〈Photo 6-9〉 Tension application experiments 165
〈Photo 6-10〉 Sequence of tension application experiments 166
〈Photo 6-11〉 Bending experiments 180
〈Photo 6-12〉 Specimen placement work 182
〈Photo 6-13〉 Equipment combination of bending experiments 183
(Eq. 2.1) [제목없음] 38
(Eq. 2.2) [제목없음] 38
(Eq. 2.3) [제목없음] 38
(Eq. 2.4) [제목없음] 47
(Eq. 2.5) [제목없음] 48
(Eq. 2.6) [제목없음] 50
(Eq. 2.7) [제목없음] 51
(Eq. 6.1) [제목없음] 202
(Eq. 6.2) [제목없음] 208