Journal of Structure Research and Practice ISSN:3022-4241(Print) 3022-7267(Online) 한국교량및구조공학회 논문집

SHM 기반 모니터링은 센서를 기반으로 시설물의 구조를 분석하기 위해 사용된다. 시설물 모니터링 분야의 전문적인 IT기술과 토목안전관리 기술의 융합이 필요하고, 실제 현장관리와 조치 등에 상당한 노력이 필요하여 AI와 IoT를 결합하여 시설물 관리용 서비스로 제공되고 있는 최신 기술의 동향을 연구하여 검토하고 사례를 제시하였다. 현재 대규모 국가 기간 시설물을 제외하고는 모니터링 사각지대에 놓여있다. 또한, 막대한 비용으로 구축된 모니터링 시스템의 활용도가 떨어지거나, 새로운 기술에 대한 도입이 원활하지 않은 상황이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 유지관리 분야의 필요 서비스를 고객이 직접 선택해 구독할 수 있게 하는 시스템을 제공하는 동향에 대해 제시하였다. ① 최신 AI와 IT 기술이 적용된 HW와 SW를 제시하고, ② 전문적인 안전관리 알고리즘을 통한 관리 뿐 아니라 ③ 현장 문제 분석, 설치 및 유지보수까지 포함하는 서비스를 수행하는 사례를 제시하였다. 이를 통해서 시스템 구축 및 유지관리 시간을 자동으로 하고 지속적인 업그레이드 및 신뢰성 있는 안전관리가 가능한 기술동향을 제시하였다.

드론 기술을 활용한 교량 점검 방법은 인력에 의해 수행되는 기존 교량 점검을 무인화·자동화할 수 있는 유용한 수단이다. 그러나, 거더 사이의 협소한 공간 및 드론 추락의 위험 등으로 인해, 오버패스(Overpass) 교량 하부 점검에 적용하는데 한계가 있다. 본 논문에서는 이와 같은 점검 공백 영역 중 하나인 오버패스 교량 하부 점검에 적합한 ‘와이어 기반 교량 하면 점검 시스템’을 제안하고, 핵심 구성 기술 중 하나인 ‘와이어 기반 로봇 위치 제어시스템’을 설계·제작 및 초기 성능을 검토하였다. 그 결과, 교량 길이 방향 위치 추정 정밀도 0.03~0.04 m/m를 가지며, 실 규모 교량 적용 시 연직 방향 예상 처짐 약 10.70 mm(교량 폭 20 m일 경우)가 발생하는 것을 확인하였다. 다만, 본 기술을 현장에 적용하기 위해서는 로보캠 시스템과의 통합 연계 검증 등이 필수적이다.

본 연구에서는 Walker equation을 이용하여 다양한 하중 조건에 적용 가능한 잔여 수명 추정 기술을 개발하였다. 먼저 24개의 알루미늄 평판 시편을 이용해 피로 실험을 수행하여 하중 사이클에 따른 피로 균열 길이를 측정하였고, 측정된 피로 균열 길이 데이터로부터 시편의 Walker equation parameters를 추정하였다. 다음으로 추정된 Walker equation parameters를 이용하여 시편에 가해진 다양한 ∆σ와 σmean을 가지는 하중을 하나의 ∆σ와 σmean을 가지는 등가 하중으로 변환하였다. 그리고 Walker equation 기반으로 추가 등가 하중에 따른 피로 균열 길이와 시편의 피로 수명을 추정하였다. 마지막으로 변환된 등가 하중과 계산된 피로 수명을 이용해서 시편의 잔여 수명을 추정하였다. 개발된 잔여 수명 추정 기술의 성능은 노치가 있는 알루미늄 평판 시편을 이용해 다양한 하중 조건에서 성공적으로 검증되었다.

2020년 PSC-I형교인 청담1교 내부텐던의 심각한 부식이 발견되어 서울시설공단에서 관리하고 있는 PSC 일반거더교량 20개에 대해 내부텐던 상태조사를 시행하였다. 이 논문에서는 PSC일반거더교 내부텐던 상태조사 추진 경위, 측면, 파취, 정착구 조사 방법 및 절차를 설명하였으며 PSC-Slab교의 조사 방법도 제시하였다. 그리고, 2021년부터 2023년까지 3년간 수행한 PSC 일반거더교량에 대한 조사 결과를 주요 결함 상태를 보였으며 결함 분석을 통해 시공품질관리가 가장 중요한 결함인자임을 제시하였다. 또한, 내부텐던의 효율적인 유지관리를 위해 지속적인 조사 필요성과 비파괴조사기술 향상의 필요성을 제시하였으며, 결함부에 대한 보수방법을 제시하였다.

이 연구에서는 매우 적은 양의 인장철근을 배치한 네 가지 크기의 보 12개를 제작하고 재하실험을 통하여 파괴거동을 관찰하였으며, 실험결과를 바탕으로 설계기준의 최소 철근량 규정의 안전성을 분석하였다. 실험결과 너무 적은 양의 인장철근이 배치된 부재는 균열휨모멘트 이상의 휨강도를 발휘하지 못함을 확인하였다. 이 실험연구의 경우 휨부재에 대한 KDS 14 20 20 설계기준의 최소 철근 규정이 실험결과에 비하여 보수적인 결과를 제공하였지만, 실제 구조물에 대해서도 충분히 보수적인지는 추가의 검토가 필요할 것이다. ACI 318-19 설계기준의 최소 철근 규정은 KDS 14 20 20 설계기준보다 더 보수적인 결과를 제공하였다. KDS 24 14 21 콘크리트교 설계기준의 최소 철근 규정은 매우 낮은 안전율을 나타내었다. 따라서 이 연구에서는 안전율을 확보하기 위하여 KDS 24 14 21 설계기준의 최소 철근 규정의 수정안을 제시하였다.