계측 공정 작업기간 단축 ··· 데이터 분석 경쟁력 뛰어나
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▲야로대교 유지관리 계측시 경사계, 데이터로거 및 부대설비 설치 사진.
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회전각 계측과 신호처리를 통한 교량 정·동적 처짐 측정 시스템이 최근 국토교통부로부터 건설신기술 1024호로 지정 받았다.
이 신기술은 데이터의 정밀도를 확보하기 위해 20Hz 이상의 샘플링 주파수를 갖는 고해상도 경사계를 사용하고, 회전각 오차 제거를 위해 두 경사계 사이의 회전각을 3차스플라인 곡선으로 보간했다.
회전각 신호를 변위로 변환하기 위해 1회 수치 적분하며, 정·동적 변위로 분리하기 위해 특정 주파수 대역을 선정하고 필터링 함으로써 교량의 정적처짐과 동적처짐 및 충격계수를 구하는 시스템이다.
이 신기술은 교량의 차량에 의한 처짐 측정을 위해 교량 거더 내부나 교량 상면에 경사계를 부착, 설치해 회전각을 계측하고 신호처리를 통해서 정적 변위와 동적 변위를 측정하는 기술이다.
동적 변위는 차량 이동에 따른 충격 효과가 포함된 변위로써 충격계수 산정이 가능하고 나아가 내하력 평가에 사용된다.
처짐 측정이 곤란한 외부 조건을 갖는 경우, 센서 부착 외 지점의 변위를 알고자 하는 경우 및 상시 변위의 이력 상황을 파악하려는 경우에 사용된다.
공사기간 단축
신기술과 기존기술의 공사기간은 크게 교량의 연직변위 계측을 위한 센서 설치 시간, 계측데이터 수집 및 분석 시간, 센서 해체 시간으로 나눌 수 있다.
센서의 설치 및 해체 시간의 경우 작업자의 숙련도 및 작업을 위한 고소작업차의 유무 등에 따라 달라질 수 있지만 명확한 비교분석을 위해 작업의 숙련도 및 장비의 사용은 모두 동일한 조건으로 간주한다.
신기술은 기존기술 대비 고소작업차나 굴절차의 설치가 필요하지 않다. 이것은 경사계와 데이터로거를 교량의 내부나 교량 상면에 설치할 수 있는 기술이기 때문이다.
또한 LVDT와 같이 접촉식 변위계를 설치하기 위해 필수적인 고정 지지구조물 설치가 필요하지 않다. 따라서, 고소작업차나 굴절차의 설치·해체 공기와 LVDT 지지구조물 설치·해체 공정이 발생하지 않아 계측 공정에 소요되는 작업기간이 단축된다. 아울러, 차량통제 및 해제에 따른 공기가 발생하지 않아 기존기술보다 작업기간이 더욱 단축되는 효과가 있다.
시장 확대 가능성
교량의 정밀안전점검, 정밀안전진단 및 성능평가에 사용되는 연직변위 측정기술은 직접 측정방식의 LVDT를 이용한 계측방법이 주로 사용되고 있다.
그러나 LVDT를 이용한 계측기술은 교량의 하부 조건에 따라 적용성이 달라지고 교각이 높은 교량에는 측정오차가 크고 고정 지지구조물을 설치해야 하는 작업의 난이도도 있기 때문에 적용하기 곤란한 문제가 있다.
특히 하부공간이 도로, 철도, 하천, 바다와 같이 고정 지지구조물을 설치할 수 없는 교량은 경간이 가장 길어서 반드시 재하시험과 내하력평가를 수행해야 하는 경우에도 측정의 곤란함 때문에 시험 경간 선정에서 배제하는 아이러니한 현상도 발생되고 있다.
하부공간이 자연환경 등 때문에 LVDT 계열의 처짐계를 설치할 수 없는 경우는 드물기는 하지만 광학식 처짐계나 GNSS 시스템을 이용하여 처짐을 측정하기도 한다. 이런 경우는 사용되는 측정 측정장비가 고가이며 임시로 설치하고 해체하기가 곤란하여 적용이 일반적이지 않다. 이 때문에 GNSS 시스템과 광학식 처짐계는 유지관리계측 시스템에 설치돼 장기적으로 운용되고 있는데 이 경우도 상당한 고가의 장비로 설치에 부담이 되는 실정이다.
신기술은 고해상도 경사계를 교량 상면이나 박스거더 내부에 부착하여 회전각을 계측하고 이를 분석해 처짐을 측정해 낸다. 고정 지지구조물 설치가 필요치 않고 접근이 용이한 부위에 센서 부착이 가능하며 상용 제품들로 구성돼 경제적이며 밀림현상이 없는 정확한 기술이다.
따라서 기존기술 대비 계측기 설치의 편의성과 계측의 정확성, 경제성과 보급성, 데이터 분석의 용이성에서 경쟁력이 가장 우수하다. (기술개발 : ㈜스펙엔지니어링와이엔피 백양엔지니어링㈜ ㈜청운구조안전연구원)
