KAIST : 구조물, 안전진단 기술

인천대교 등의 건설로 한국 건설업체의 해외 공사 수주 비율이 높아질 것으로 기대됨.

토목산업은 그 규모가 거대하고 많은 비용이 소비되며, 그 부가가치 또한 큰 사업임.

 

구조물을 건설하는 것도 중요하지만, 이에 못지않게 관리 또한 중요한 사안이다.

특히 사회기반시설은 인간의 생활과 직접적인 연관성이 있어, 구조물 붕괴에 따른 피해는 상상을 초월함.

ex)미국 뉴올리언스 제방 붕괴: 침수로 인한 사망자 발생 및 2000억 달러의 재산피해.

건축 및 토목 구조물 뿐 아니라 항공기, 철도, 선박 등의 기체 결함으로 인한 사고의 예방이 필요함.

 

구조물 안전진단기술로 구조물의 손상을 감지하여 이에 미리 대처하고 그 영향을 줄임으로

구조물 붕괴로 인한 대규모 경제적 및 인명피해를 최소화 할 수 있을것이다.

 

 

기존 스마트 기술을 이용한 구조물 안전진단 기법

손상이 없을 때 획득된 기저자료 + 새롭게 측정된 자료 비교 >> 구조물의 손상을 감지

>구조물에 가해지는 다양한 환경 변화 및 사용 상태의 변화에 대한 영향을 고려하지 않음.

>구조물의 손상을 진단하는 시점에서 구조물 주변의 온도, 습도 등의 환경변화로 인해

 측정된 신호가 초기 측정된 기저저료와 비교해 변화가 생긴다.

>구조물에 손상이 없는데 있다고 할 수도, 손상이 있는데 없다고 할 수도 있다.

 

단점을 극복한 구조물 안전진단 기법

기저자료에 의존하지 않고 특정 시점에서 얻은 자료로만 구조물의 손상유무를 판단 할 수 있는

즉시적 손상 감지 기법이 제언됨.

>램파가 구조물의 손상 부위를 만날 경우에 발생하는 변위모드를 시간 영역에서 추출함.

>각 유도파들의 반사, 회절, 굴절로 인해 복잡한 구조물에 적용하는데 어려움이 있음.

 이를 극복하기 위해 획득된 자료를 주파수 영역으로 변환시켜 모드변위를 감지하는 기법이 있다.

 이는 기존의 무기저 기법을 에너지 관점에서 해석하므로 손상의 위치, 숫자 등에 구애받지 않고

  국지적 구조물의 손상을 감지할 수 있다.

 

거대한 구조물의 손상을 더욱 정밀하게 모니터링 하기 위해서는 더 많은 수의 센서가 필요함.

센서의 수가 증가됨에 따라 에너지 공급과 측정 데이터의 전송을 위한 전선 수가 증가하게 됨.

또한 이 전선의 유지관리비용이 늘어남.

>전선을 경량화 하거나 전선의 수를 줄일 수 있는 노력이 필요함: 광섬유 센서를 이용.

 신호감쇠량이 적아 깨끗한 신호를 멀리 보낼 수 있고, 구조물에의 무게나 부피의 영향이 작다.

 

센서를 작동하려면 센서를 위한 전선 뿐 아니라 동작시킬 수 있는 에너지도 공급해야 함.

>레이저를 이용하여 센서에 에너지를 공급할 뿐 아니라 센서가 측정한 신호를 전송할 수 있다.

>레이저 장비를 탑재한 무인 헬기 등을 이용하여 사람이 접근하기 힘든 위치의 센서를 작동시킨다.

>정밀 측정이 필요한 분야에는 적용이 힘들다: 레이져 스케닝 장비 주목.

 

Application

>항공분야의 적용

>원전시설부야의 적용: 원전구조물은 그 특성상 고온과 방사능과같은 극한의 상황에 노출됨.

                                하지만 부착형 센서를 사용함으로서 고온에서 센서가 제대로 작동하기 힘들다.

                                이를 레이저를 활용한 구조물 진단이 적용될 수 있다.

>토목분야의 적용: 교량은 구조물 자체의 노후화 뿐 아니라 주변 환경에 의한 부식, 반복사용하중으로 손상됨.

                          기저자료없이 현재상황에서 획득된 자료만을 이용하여 구조물의 손상유무를 판단 가능.

                          손상검색기법, 데이터정규화기법.

 

출처 : 스마트기술을이용한구조물과안전진단기술. KAIST 건설환경공학과 손훈교수님.