KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research (대한토목학회논문집)

Korean Society of Civil Engeneers (대한토목학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Hybrid Damage Monitoring Scheme of PSC Girder Bridges using Acceleration and Impedance Signature

가속도 및 임피던스 신호를 이용한 PSC 거더교의 하이브리드 손상 모니터링 체계

  • Received : 2007.11.19
  • Accepted : 2007.12.28
  • Published : 2008.01.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this paper, a hybrid damage monitoring scheme for prestressed concrete (PSC) girder bridges by using sequential acceleration and impedance signatures is newly proposed. Damage types of interest include prestress-loss in tendon and flexural stiffness-loss in a concrete girder. The hybrid scheme mainly consists of three sequential phases: damage alarming, damage classification, and damage estimation. In the first phase, the global occurrence of damage is alarmed by monitoring changes in acceleration features. In the second phase, the type of damage is classified into either prestress-loss or flexural stiffness-loss by recognizing patterns of impedance features. In the third phase, the location and the extent of damage are estimated by using two different ways: a mode shape-based damage detection to detect flexural stiffness-loss and a natural frequency-based prestress prediction to identify prestress-loss. The feasibility of the proposed scheme is evaluated on a laboratory-scaled PSC girder model for which hybrid vibration-impedance signatures were measured for several damage scenarios of prestress-loss and flexural stiffness-loss.

본 논문에서는 가속도 및 임피던스 신호를 이용하여 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 거더교에 적합한 하이브리드 손상 모니터링 체계를 제안하였다. PSC 거더교의 주된 손상유형으로 텐던의 긴장력 감소와 콘크리트 거더의 휨 강성 저하를 고려하였다. 제안된 하이브리드 체계는 손상경보, 손상분류 및 손상평가와 같이 크게 3단계로 구성하였다. 첫 번째 단계에서는 가속도 특성 변화를 모니터링하여 전역적인 손상의 발생을 경보한다. 두 번째 단계에서는 임피던스 특성 변화를 모니터링하여 손상유형이 긴장력 감소인지 휨 강성 저하인지를 분류한다. 세 번째 단계에서는 손상유형에 적합한 손상평가기법을 이용하여 손상의 위치와 크기를 평가한다. 손상유형이 휨 강성 저하인 경우에서는 모드형상기반 손상검색 기법을 적용하였고, 손상유형이 긴장력 감소인 경우에서는 고유진동수기반 긴장력 추정 기법을 적용하였다. 모형 PSC 거더 실험을 통해 제안된 하이브리드 손상모니터링 체계의 유용성을 평가하였다.

Keywords

References

  1. 김정태(1999) 소수의 고유진동수를 사용하는 비파괴 균열발견모 델의 유도 및 검증, 한국전산구조공학회지, 한국전산구조공학 회, 제12권, 제2호, pp. 140-159
  2. 김정태, 류연선, 조현만(2002) 고유진동수 이용 손상추정법과 모 드형상 이용 손상추정법에 의한 PSC 보의 비파괴 손상검색, 한국전산구조공학회지, 한국전산구조공학회, 제15권, 제1호, pp. 43-58
  3. 김정태, 박재형(2005) PSC 보의 동적 모드정보를 통한 긴장력 감소 식별, 한국전산구조공학회지, 한국전산구공학회, 제18권, 제3호, pp. 39-45
  4. 윤정방, 이종재, 구기영(2003) 교량 건전성 모니터링 및 손상추 정기술, 한국전산구조공학회지, 한국전산구조공학회, 제16권, 제1호, pp. 7-14
  5. 윤정방, 이형진(1997) System Identification 기법을 이용한 교량 의 안전진단방법, 대한토목학회지, 대한토목학회, 제45권, 제2 호, pp. 74-82
  6. Aalami, B.O. (2000) Structural modeling of posttentioned members, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 126, No. 2, pp. 157-162 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2000)126:2(157)
  7. Bhalla S. and Soh, C.K. (2003) Structural impedance based damage diagnosis by piezo-transducers, Earthquake Engng Struct. Dyn. Vol. 32, No. 12, pp. 1897-1916 https://doi.org/10.1002/eqe.307
  8. Brinker, R., Zhang, L., and Andersen, P. (2001) Modal identification of output-only systems using frequency domain decomposition, Smart Materials and Structures, Vol. 10, pp. 441-445 https://doi.org/10.1088/0964-1726/10/3/303
  9. Kim, J.T., Ryu, Y.S., Cho, H.M., and Stubbs, N. (2003a) Damage identification in beam-type structures: frequency-based method vs mode-shape-based method, Engineering Structures, Vol. 25, No. 1, pp. 57-67 https://doi.org/10.1016/S0141-0296(02)00118-9
  10. Kim, J.T., Yun, C.B., Ryu, Y.S., and Cho, H.M. (2003b) Identification of prestress-loss in PSC beams using modal information, Structural Engineering and Mechanics, Vol. 17, No. 3-4, pp. 467-482
  11. Liang, C., Sun, F.P., and Rogers C.A. (1997) An impedance method for dynamic analysis of active material system, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 8, No. 4, pp. 323-334 https://doi.org/10.1177/1045389X9700800405
  12. Miyamoto, A., Tei, K., Nakamura, H., and Bull, J.W. (2000) Behavior of prestressed beam strengthed with external tendons, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 126, No. 9, pp. 1033-1044 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2000)126:9(1033)
  13. Park. G., Farrar, C.R., Rutterford, A.C., and Robertson. A.N. (2006) Piezoelectric active sensor self-diagnostics using electrical admittance measurements, Journal of Vibration and Acoustics, Vol. 128, No. 4, pp. 469-476 https://doi.org/10.1115/1.2202157
  14. Rytter, A. (1993) Vibration based inspection of civil engineering, Ph.D. Dissertation, University of Alborg, Denmark
  15. Saiidi, M., Douglas, B., and Feng, S. (1994) Prestress force effect on vibration freuency of concrete bridge, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 120, No. 7, pp. 2233-2241 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1994)120:7(2233)
  16. Sohn, H., Farrar, C.R., Hemez, F.M., Shucnk, D.D., Strnemates, D.W., and Nadler, B.R. (2003) A Review of Structural Health Monitoring Literature 1996-2001, LA-13976-MS, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos
  17. Yi, J.H. and Yun, C.B. (2004) Comparative study on modal identification methods using output-only information, Structural Engineering and Mechanics, Vol. 17, No. 3-4, pp. 445-446 https://doi.org/10.12989/sem.2004.17.3_4.445
  18. Zhou, S.W. and Rogers C.A. (1995) Heat generation, temperature, and thermal stress of structurally integrated piezo-actuators, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 6, No. 3, pp. 372-379 https://doi.org/10.1177/1045389X9500600308