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KR101558085B1 - 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 - Google Patents

하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 Download PDF

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Publication number
KR101558085B1
KR101558085B1 KR1020140045402A KR20140045402A KR101558085B1 KR 101558085 B1 KR101558085 B1 KR 101558085B1 KR 1020140045402 A KR1020140045402 A KR 1020140045402A KR 20140045402 A KR20140045402 A KR 20140045402A KR 101558085 B1 KR101558085 B1 KR 101558085B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bridge
input
load
finite element
output relationship
Prior art date
Application number
KR1020140045402A
Other languages
English (en)
Inventor
이종재
박영수
김세훈
Original Assignee
세종대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세종대학교산학협력단 filed Critical 세종대학교산학협력단
Priority to KR1020140045402A priority Critical patent/KR101558085B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101558085B1 publication Critical patent/KR101558085B1/ko

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가방법은, 교량에 가해지는 하중의 입력 정보를 계측하는 단계; 상기 하중에 대한 상기 교량의 응답을 계측하는 단계; 상기 하중 및 응답을 이용하여 상기 교량의 입출력관계를 규명하는 단계; 상기 교량의 입출력관계를 이용하여 상기 교량의 해석을 위한 유한요소모델을 개선하는 단계; 개선된 상기 유한요소모델이 목표값을 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 및 개선된 상기 유한요소모델을 이용하여 상기 교량을 평가하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기와 같이 구성함으로써, 기지의 하중을 동적재하 하는데 있어 재하 위치정보를 활용하여 다중 입력- 출력구조로 해석을 수행할 수 있고, 많은 데이터 포인트를 이용하여 정적으로 유한요소모델의 개선을 수행할 수 있으며, 기존방법에 비하여 데이터 포인트가 많고, 정적해석을 이용하여 유한요소모델을 개선할 수 있기 때문에 계산 소요 시간을 줄일 수 있다.

Description

하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 방법 및 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체{Method for evaluating bridge using input-output relationship of load and record media recorded program for implement thereof}
본 발명은 교량의 안전성 평가에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량의 하중정보와 교량의 응답을 계측하여 교량의 입출력관계에 기반한 교량의 내하력 및 부재별 안전성을 평가하는 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가방법 및 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 관한 것이다.
교량의 건전도 및 안전상태를 진단하기 위하여 교량 내하력 산정이 실시되는데, 교량의 내하력을 평가하기 위해 수행하는 종래 재하실험은 많은 문제점을 내포하고 있다.
일반적으로 현재 수행되고 있는 재하실험은 교량에 설치된 센서를 통해 교량의 변형률과 처짐과 같은 단순한 응답들을 획득하여 실시되는데, 이러한 응답들을 이용하여 교량의 모든 거동을 표현하기에는 한계가 있다. 따라서, 지점부의 거동과 같이 측정하기 힘든 구조적 특성을 파악하거나 구조물의 전체적 거동을 파악하기 위해서는 수많은 센서를 설치해야 하며 이는 실험에 많은 비용과 시간이 소요될 뿐만 아니라 현실적으로 어려운 문제가 있다.
또한, 기존의 교량 안전성 평가기법은 교량을 통행하는 차량의 통행을 차단해야 하므로 사회적 비용이 소요되고, 처짐 및 변형률 계측이 어려워 소수의 계측 값만을 사용하므로 상태평가결과의 신뢰성을 높이는데 한계가 있다.
한편, 상시 진동 계측 및 유한요소모델개선을 통한 기존의 내하력 평가기법은 통행교통 차단을 요구하지 않으므로 유리하지만, 구조계 질량, 경계조건 모델링에서의 에러가 추정값의 에러를 유발시킬 가능성이 있으며, 입력하중 정보를 사용하지 않으므로 교량의 상태를 직접적으로 평가하기 어려운 단점이 있다.
뿐만 아니라, 기존의 유한요소모델개선은 교량의 동특성을 추정하여 최적화 시 동적해석을 수행하므로 많은 해석시간이 필요하다는 한계가 있다.
따라서, 본 출원인은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명을 제안하게 되었으며, 종래기술과 관련된 참고문헌으로는 대한민국등록특허 제10-1201244호의 "광섬유센서 기반의 교량 내하력 평가 시스템 및 방법"이 있다.
본 발명은 입력 하중의 위치 및 크기 등에 관한 정보를 사용하는 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가방법 및 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공한다.
본 발명은 정적해석을 수행하여 모델을 개선함으로써 해석시간을 줄일 수 있는 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가방법 및 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가방법은, 교량에 가해지는 하중의 입력 정보를 계측하는 단계; 상기 하중에 대한 상기 교량의 응답을 계측하는 단계; 상기 하중 및 응답을 이용하여 상기 교량의 입출력관계를 규명하는 단계; 상기 교량의 입출력관계를 이용하여 상기 교량의 해석을 위한 유한요소모델을 개선하는 단계; 개선된 상기 유한요소모델이 목표값을 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 및 개선된 상기 유한요소모델을 이용하여 상기 교량을 평가하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 기지의 하중을 동적재하 하는데 있어 재하 위치정보를 활용하여 다중 입력-출력구조로 해석을 수행할 수 있고, 많은 데이터 포인트를 이용하여 정적으로 유한요소모델의 개선을 수행할 수 있으며, 기존방법에 비하여 데이터 포인트가 많고, 정적해석을 이용하여 유한요소모델을 개선할 수 있기 때문에 계산 소요 시간을 줄일 수 있다.
상기 교량에 가해지는 하중의 입력 정보를 계측하는 단계에서는, 상기 교량 위를 이동하는 적어도 하나의 재하차량의 위치 및 크기를 계측하고, 상기 재하차량의 위치 및 크기는 상기 재하차량에 구비된 GPS 송수신기 및 상기 교량에서 이격된 위치에 배치된 토탈스테이션을 이용하여 계측될 수 있다.
상기 하중에 대한 상기 교량의 응답을 계측하는 단계에서는 상기 재하차량에 의한 상기 교량의 처짐변위 및 회전변위를 계측하고, 상기 처짐변위는 상기 교량에서 이격된 위치에 배치된 신장측정기(extensometer)를 사용하여 상기 교량의 수직 처짐량을 계측하여 얻어지며, 상기 회전변위는 상기 교량에 설치된 영상기반 변위 계측유닛에 의해 계측될 수 있다.
상기 토탈스테이션과 상기 신장측정기는 동기화된 상태로 계측할 수 있다.
상기 하중 및 응답을 이용하여 상기 교량의 입출력관계를 규명하는 단계에서는, 상기 하중의 입력 정보와 상기 교량의 응답을 포함하는 교량의 입출력 데이터를 구조계 규명 알고리즘에 적용하여 상기 교량의 입출력관계를 규명할 수 있다.
상기 하중 및 응답을 이용하여 상기 교량의 입출력관계를 규명하는 단계에서는, 상기 재하차량의 위치에 대한 하중 정보에 따른 상기 교량의 응답을 분석하여 상기 교량의 입출력관계를 규명할 수 있다.
상기 교량의 입출력관계를 이용하여 상기 교량의 해석을 위한 유한요소모델을 개선하는 단계에서는, 상기 교량의 입출력관계에 따라 구조계 거동을 하는 상기 유한요소모델을 최적화 알고리즘을 이용하여 개선할 수 있다.
상기 교량의 입출력관계를 이용하여 상기 교량의 해석을 위한 유한요소모델을 개선하는 단계에서는, 정적 해석을 이용하여 상기 유한요소모델을 개선할 수 있다.
본 발명은 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가방법은 해석시간이 짧은 정적해석을 수행하여 모델개선을 시행하므로 모델개선에 필요한 시간을 현저히 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가방법은 하중에 대한 정보를 이용하기 때문에 교량의 거동에 근접한 유한요소모델을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가방법은 입력하중의 정보를 사용함으로써 교량의 직접적인 상태 평가가 가능하고 평가결과에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 평가 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 평가 시스템을 사용한 교량 평가 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 도 2에 따른 교량 평가 방법 중 유한요소모델을 개선하는 과정을 보여 주는 도면이다.
도 4는 도 2에 따른 교량 평가 방법을 사용하여 교량의 입출력관계 기반 모델 개선 수행결과를 보여주는 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 평가 시스템을 도시한 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 평가 시스템을 사용한 교량 평가 방법을 도시한 순서도, 도 3은 도 2에 따른 교량 평가 방법 중 유한요소모델을 개선하는 과정을 보여 주는 도면, 도 4는 도 2에 따른 교량 평가 방법을 사용하여 교량의 입출력관계 기반 모델 개선 수행결과를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 시스템(100)은 교량(101)을 이동하면서 교량(101)에 하중을 가하는 재하차량(120), 교량(101)에 설치되어 교량의 회전 변위를 계측하는 영상기반 변위 계측유닛(110,130), 재하차량(120)의 정확한 위치를 파악하고 계측하는 토탈스테이션(150, Total station), 재하차량(120)이 가한 입력 하중에 의해 교량(101)이 처지는 정도 즉, 처짐량을 계측하는 신장측정기(140, Extensometer)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 교량 평가 시스템(100)은 재하차량(120)의 위치 및 크기(즉, 하중의 크기)를 정확히 알고 있는 상태에서 교량(101)의 안전성 또는 성능을 평가할 수 있다.
재하차량(120)의 하중 크기는 재하차량(120)이 교량으로 진행하기 전에 재하차량(120)의 무게를 측정함으로써 알 수 있다. 또한, 재하차량(120)의 위치 즉, 재하 하중의 위치는 토탈스테이션(150) 및 재하차량(120)에 설치된 GPS 송수신기(121)를 이용하여 계측될 수 있다.
본 발명에 따른 교량 평가 시스템(100)은 적어도 하나의 재하차량(120)을 포함할 수 있다. 만약 재하차량(120)이 복수개이고 복수개인 재하차량(120)의 위치 및 하중의 크기를 계측하고 이에 따른 하중 정보를 이용하여 교량(101)을 평가할 수도 있다.
재하차량(120)에 설치된 GPS 송수신기(121)는 재하차량(120)의 위치를 정확히 계측할 수 있다. 보다 자세히 말하면, 재하차량(120)의 위치를 수 센티미터 수준으로 파악할 수 있다. 재하차량(120)의 위치를 정확히 파악하기 위해 차량(120)에 설치된 GPS 송수신기(121)는 RTK-GPS(Real Time Kinematic GPS)로서, 일반 GPS 보다 높은 정밀도를 가진다.
재하차량(120)의 위치(즉, 하중의 재하 위치)는 토탈스테이션(150)으로 계측할 수 있다. 토탈스테이션(150)은 교량(101)과 이격되어 배치된 상태로 재하차량(120)의 위치를 계측할 수 있는데, 광(光)을 이용하여 계측하기 때문에 광파기라고도 한다.
교량(101) 상에서 재하차량(120)이 이동하게 되면 하중의 재하 위치에서 교량(101)은 수직으로 처지게 되는데, 이러한 수직 처짐량(δ)은 신장측정기(140)를 이용하여 계측할 수 있다. 신장측정기(140)도 교량(101)과 이격된 위치에 배치되어 수직 처짐량(δ)을 계측하게 된다.
한편, 교량(101)은 재하차량(120)의 재하 하중에 의해서 회전 변위가 발생하게 되는데, 회전변위(θ)는 교량(101)의 처짐으로 인해 발생하는 처짐 각도를 의미한다. 회전변위(θ)는 교량(101)에 설치된 영상기반 변위 계측유닛(110,130)을 사용하여 계측될 수 있다. 영상기반 변위 계측유닛은 교량(101)의 일단에 설치된 카메라(110)와 수직 처짐이 발생하는 위치에 설치된 타겟모듈(130)을 포함하여 구성될 수 있다. 영상기반 변위 계측유닛은 교량(101)에 처짐이 발생하는 위치를 타겟모듈(130)로 계측하고 이 때 교량(101) 일단의 처짐각도를 카메라(110)를 이용하여 촬영함으로써 회전변위를 계측할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 교량 평가 시스템(100)은 재하차량(120)에 설치된 RTK-GPS(121)를 이용하여 차량의 위치를 ㎝ 수준으로 파악할 수 있고, 토탈스테이션(150)을 이용하여 하중의 재하 위치를 파악할 수 있다. 또한, 교량(101)의 응답은 영상기반 변위 계측 유닛(110,130)과 신장측정기(140) 및 GPS(121)를 이용하여 계측할 수 있다. 이때 토탈스테이션(150)과 GPS(121)를 이용함으로써 기존의 계측 방법들보다 더 많은 지점에서 계측이 가능하며, 각 계측 지점에서 하중정보(하중의 크기/위치)와 교량의 응답(변위/회전변위)을 계측할 수 있다.
본 발명에 따른 교량 평가 시스템(100)은 교량(101)에 하중을 가하는 재하차량(120)의 위치와 크기 즉, 하중 입력 정보를 정확하게 알 수 있고, 하중 입력 정보(즉, 입력)를 알고 있는 상태에서 재하차량(120)에 의해 발생하는 교량(101)의 변위 및 회전변위 즉, 교량의 응답(즉, 출력)을 정확하게 계측할 수 있다. 이 때, 계측되는 교량(101)의 응답인 변위 및 회전변위는 모두 정적응답이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 평가 시스템(100)은 계측을 통하여 수집된 하중정보와 교량(101)의 응답 즉, 교량의 입출력데이터를 이용하여 교량(101)의 구조계를 규명하고 규명된 구조계의 거동을 하는 개선된 유한요소모델을 구축함으로써 교량(101)을 보다 정확하게 평가하고 분석할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 평가 시스템(100)을 사용하여 교량을 분석하는 방법에 대해서 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가방법은, 교량(101)에 가해지는 하중의 입력 정보를 계측하는 단계(1100); 상기 하중에 대한 상기 교량(101)의 응답을 계측하는 단계(1200); 상기 하중 및 응답을 이용하여 상기 교량(101)의 입출력관계를 규명하는 단계(1300); 상기 교량(101)의 입출력관계를 이용하여 상기 교량(101)의 해석을 위한 유한요소모델을 개선하는 단계(1400); 개선된 상기 유한요소모델이 목표값을 만족하는지 여부를 판단하는 단계(1500); 및 개선된 상기 유한요소모델을 이용하여 상기 교량(101)을 평가하는 단계(1600);를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 기지(奇智)의 하중을 동적재하 하는데 있어 재하(載荷) 위치정보를 활용하여 다중 입력- 출력구조로 해석을 수행할 수 있고, 많은 데이터 포인트를 이용하여 정적으로 유한요소모델의 개선을 수행할 수 있으며, 기존방법에 비하여 데이터 포인트가 많고, 정적해석을 이용하여 유한요소모델을 개선할 수 있기 때문에 계산 소요 시간을 줄일 수 있다.
상기 교량(101)에 가해지는 하중의 입력 정보를 계측하는 단계(1100)에서는, 상기 교량(101) 위를 이동하는 적어도 하나의 재하차량(120)의 위치 및 크기를 계측하고, 상기 재하차량(120)의 위치 및 크기는 상기 재하차량(120)에 구비된 GPS 송수신기(121) 및 상기 교량(101)에서 이격된 위치에 배치된 토탈스테이션(150)을 이용하여 계측될 수 있다.
상기 교량(101)에 가해지는 하중의 입력 정보를 계측하는 단계(1100)에서는 토탈솔루션(150)과 GPS 송수신기(121)를 이용하여 재하차량(120)의 위치를 정확히 감지할 수 있다. 또한, 재하되는 하중의 크기는 재하차량(120)의 무게를 측정함으로써 알 수 있다.
본 발명에 따른 교량 평가 방법은 교량(101)에 입력으로 가해지는 하중의 위치 및 크기에 대한 정확한 정보를 계측하고 이를 이용하여 교량 해석 모델을 개선할 수 있다.
한편, 상기 하중에 대한 상기 교량(101)의 응답을 계측하는 단계(1200)에서는 상기 재하차량(120)에 의한 상기 교량(101)의 처짐변위(δ) 및 회전변위(θ)를 계측하고, 상기 처짐변위(δ)는 상기 교량(101)에서부터 이격된 위치에 배치된 신장측정기(extensometer, 140)를 사용하여 상기 교량(101)의 수직 처짐량을 계측하여 얻어지며, 상기 회전변위(θ)는 상기 교량(101)에 설치된 영상기반 변위 계측유닛(110,130)에 의해 계측될 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 영상기반 변위 계측유닛(110,130)은 교량(101)의 일단에 설치된 카메라(110)와 수직 처짐이 발생하는 위치에 설치된 타겟모듈(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 재하차량(120)의 위치를 계측하는 토탈스테이션(150)과 교량(101)의 처짐량을 계측하는 신장측정기(140)는 동기화된 상태로 계측할 수 있다. 예를 들면, 토탈스테이션(150)이 재하차량(120)의 위치를 계측하는 경우, 신장측정기(140)는 재하차량(120)이 위치하는 교량(101)에서의 처짐량을 계측하도록 동기화할 수 있다. 이와 같이, 동기화함으로써 재하 위치에 따른 교량(101)의 처짐변위를 정확히 계측할 수 있다.
본 발명에 따른 교량 평가 방법은 교량(101)에 가해지는 재하 하중의 위치 및 크기에 대한 정보 즉, 입력 정보와, 재하 하중에 의한 교량(101)의 응답 즉, 출력 정보를 정확하게 획득할 수 있다. 이와 같이 얻어진 교량의 입출력데이터를 이용하여 교량(101)의 해석을 위한 모델을 개선할 수 있다. 모델 개선은 유한요소모델을 개선하는 것이며, 초기에 작성된 유한요소모델을 개선하여 실제 교량(101)의 거동에 가까운 해석모델을 얻을 수 있다.
상기 하중 및 응답을 이용하여 상기 교량(101)의 입출력관계를 규명하는 단계(1300)에서는, 상기 하중의 입력 정보와 상기 교량의 응답을 포함하는 교량의 입출력 데이터를 구조계 규명 알고리즘에 적용하여 상기 교량의 입출력관계를 규명할 수 있다. 하중의 위치 및 크기를 포함하는 입력정보와 하중에 대한 교량(101)의 처짐변위 및 회전변위를 포함하는 출력정보와 같은 교량(101)의 입출력데이터를 구조계 규명 알고리즘(system identification algorithm)에 사용하여 교량(101)의 입출력관계를 규명할 수 있다. 교량의 입출력데이터를 구조계 규명 알고리즘에 사용하게 되면 교량의 구조계가 정확히 규명될 수 있고, 교량(101)의 입출력관계를 규명해 낼 수 있다.
다시 설명하면, 상기 하중 및 응답을 이용하여 상기 교량(101)의 입출력관계를 규명하는 단계(1300)에서는, 상기 재하차량(120)의 위치에 대한 하중 정보에 따른 상기 교량(101)의 응답을 분석하여 상기 교량(101)의 입출력관계를 규명할 수 있다.
교량(101)의 입출력관계를 규명한 이후에는 이를 이용하여 교량(101)을 해석하기 위한 해석모델을 개선할 수 있다. 상기 교량(101)의 입출력관계를 이용하여 상기 교량(101)의 해석을 위한 유한요소모델을 개선하는 단계(1400)에서는, 상기 교량(101)의 입출력관계에 따라 구조계 거동을 하는 상기 유한요소모델을 최적화 알고리즘을 이용하여 개선할 수 있다. 단계 1400에서는 규명된 교량(101)의 입출력관계를 이용하여 초기 해석모델을 개선할 수 있다. 여기서, 초기 해석모델은 교량(101)의 거동을 해석하기 위해 도출된 초기 유한요소해석모델을 의미하며, 초기 유한요소해석 모델에 규명된 입출력관계를 적용하여 개선된 모델을 얻을 수 있다.
유한요소모델의 개선과정은 도 3와 같이 진행될 수 있다. 유한요소모델 개선은 도 3과 같이 실험을 통하여 계측된 교량의 입출력데이터(도 3의 왼쪽 부분)와 유한요소해석 프로그램의 해석 결과(도 3의 오른쪽 부분)의 최적화를 통하여 수행될 수 있다.
도 3의 왼쪽 부분은 교량(101)에 하중을 가하고 그에 따른 응답을 얻는 일련의 과정을 나타내고, 오른쪽 부분은 초기 유한요소해석모델을 얻는 과정을 나타낸다. 우선 왼쪽 부분을 참조하면, 재하차량(120)의 위치, 하중의 크기에 따라 교량(101)의 응답을 얻고 교량(101)의 응답을 기하학적으로 해석한다. 해석 결과를 이용하여 교량의 입출력관계를 규명한다. 오른쪽 부분은 초기 유한요소해석모델을 얻고 이에 유한요소해석 프로그램을 적용하여 유한요소해석 결과를 얻는다. 그 다음에는 교량의 입출력관계를 이용하여 유한요소해석 모델을 개선하여 최적화된 유한요소해석 모델을 얻게 된다. 이러한 과정을 통해, 최적화 알고리즘을 이용하여 규명된 구조계의 거동을 하는 개선된 유한요소모델을 구축할 수 있다.
한편, 상기 교량(101)의 입출력관계를 이용하여 상기 교량(101)의 해석을 위한 유한요소모델을 개선하는 단계(1400)에서는, 정적 해석을 이용하여 상기 유한요소모델을 개선할 수 있다. 기존의 유한요소모델개선은 교량의 동특성(예를 들면, 교량의 상시진동에 대한 응답특성)을 추정하여 유한요소모델의 최적화 시 동적해석을 수행하므로 많은 해석시간이 필요하다는 단점이 있다. 이에 반하여, 본 발명에 따른 교량 평가 방법은 해석시간이 짧은 정적해석을 수행하여 모델개선을 시행하므로 모델개선에 필요한 시간을 현저히 줄일 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 교량 평가 방법은 하중에 대한 교량의 정적응답을 분석하고 그 결과를 이용하여 모델을 개선하기 때문에 정적해석을 수행하여 모델을 개선한다고 볼 수 있다. 입력 하중에 대한 교량의 변위 및 회전변위는 정적 응답이라고 할 수 있으나, 교량에 가해지는 상시진동(즉, 별도의 재하 하중을 가하지 않고 교량을 통상적으로 운행하는 차량 등에 의해 발생하는 진동)에 대한 응답은 동적 응답이다.
개선된 유한요소모델은 그 결과가 목표값을 만족하는지 여부에 따라 교량(101)을 평가하는 단계(1600)가 수행되거나, 유한요소모델을 개선하는 단계(1400)가 다시 수행될 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 교량 평가 방법을 이용한 교량의 입출력관계에 기반한 모델 개선 수행 결과를 보여주는 표이며, 그 결과는 목표 성능인 Fitness Value > 95%를 만족함을 알 수 있다. 도 4에서 맨 아래에 기재된 값(converged)이 모두 5% 이내임을 알 수 있다. 따라서, 도 4에 기재된 7가지 경우의 개선 모델은 모두 적합한 수준을 가지므로 교량의 평가에 사용될 수 있음을 의미한다.
이렇게 얻어진 개선된 유한요소모델을 이용하여 교량의 안전성 평가를 수행하게 된다(1600).
한편, 본 발명은 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 방법에 의하면, 입력하중의 정보를 사용함으로써 교량의 직접적인 상태 평가가 가능하며, 평가결과의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 정적해석을 통하여 모델개선을 수행하므로 기존의 동적해석을 이용하는 방법보다 모델개선에 필요한 시간이 현저히 감소될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 교량 평가 시스템
101: 교량 110: 카메라
120: 재하차량 121: GPS 송수신기
130: 타겟모듈 140: 신장측정기
150: 토탈스테이션

Claims (9)

  1. 교량에 가해지는 하중의 입력 정보를 계측하는 단계;
    상기 하중에 대한 상기 교량의 응답을 계측하는 단계;
    상기 하중 및 응답을 이용하여 상기 교량의 입출력관계를 규명하는 단계;
    상기 교량의 입출력관계를 이용하여 상기 교량의 해석을 위한 유한요소모델을 개선하는 단계;
    개선된 상기 유한요소모델이 목표값을 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    개선된 상기 유한요소모델을 이용하여 상기 교량을 평가하는 단계를 포함하고,
    상기 교량에 가해지는 하중의 입력 정보를 계측하는 단계에서는,
    상기 교량 위를 이동하는 적어도 하나의 재하차량의 위치 및 크기를 계측하고,
    상기 재하차량의 위치 및 크기는 상기 재하차량에 구비된 GPS 송수신기 및 상기 교량에서 이격된 위치에 배치된 토탈스테이션을 이용하여 계측되는 것을 특징으로 하는 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하중에 대한 상기 교량의 응답을 계측하는 단계에서는 상기 재하차량에 의한 상기 교량의 처짐변위 및 회전변위를 계측하고,
    상기 처짐변위는 상기 교량에서 이격된 위치에 배치된 신장측정기를 사용하여 상기 교량의 수직 처짐량을 계측하여 얻어지며,
    상기 회전변위는 상기 교량에 설치된 영상기반 변위 계측유닛에 의해 계측되는 것을 특징으로 하는 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 토탈스테이션과 상기 신장측정기는 동기화된 상태로 계측하는 것을 특징으로 하는 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하중 및 응답을 이용하여 상기 교량의 입출력관계를 규명하는 단계에서는,
    상기 하중의 입력 정보와 상기 교량의 응답을 포함하는 교량의 입출력 데이터를 구조계 규명 알고리즘에 적용하여 상기 교량의 입출력관계를 규명하는 것을 특징으로 하는 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하중 및 응답을 이용하여 상기 교량의 입출력관계를 규명하는 단계에서는,
    상기 재하차량의 위치에 대한 하중 정보에 따른 상기 교량의 응답을 분석하여 상기 교량의 입출력관계를 규명하는 것을 특징으로 하는 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 교량의 입출력관계를 이용하여 상기 교량의 해석을 위한 유한요소모델을 개선하는 단계에서는,
    상기 교량의 입출력관계에 따라 구조계 거동을 하는 상기 유한요소모델을 최적화 알고리즘을 이용하여 개선하는 것을 특징으로 하는 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 교량의 입출력관계를 이용하여 상기 교량의 해석을 위한 유한요소모델을 개선하는 단계에서는,
    정적 해석을 이용하여 상기 유한요소모델을 개선하는 것을 특징으로 하는 하중의 입출력관계를 이용한 교량 평가 방법.
  9. 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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