PS 긴장재 긴장력 계측을 위한 PSC 거더 내부 매립용 EM 센서

박주영,김준경,장오기,이환우,박승희,Park, Jooyoung,Kim, Junkyeong,Zhang, Aoqi,Lee, Hwanwoo,Park, Seunghee 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.6

In this paper, an embedded EM sensor was researched to estimate prestressing force of PS tendon in PSC girder. Recent methodologies for managing prestressing force loss were staying on verifying a applying prestressing force under construction, namely the loss management can not be controlled after construction. To estimate the tensile force of PS tendon during lifetime of PSC girder, this research proposed a bobbin-type embedded EM sensor that can be embedded in PSC girder is designed and fabricated considering the shape properties of anchorage zone and sheath. To verify the proposed sensor, a small PSC girder test was performed. The embedded EM sensor was connected to a sheath and anchor block, and the concrete was poured. After curing, the change of the permeability of PS tendon under tensile forces of 200, 710, 1070, 1300kN was measured using embedded EM sensor. The permeability of PS tendon had decreased according to the increment of applied tensile force. Also it is confirmed that the change of permeability due to applied tensile force could resolve the applied tensile force values. As a result, proposed embedded EM sensor could be embed into the PSC girder and it could be used to estimate the tensile force variation during lifetime of PSC girder. 본 논문에서는 PSC 거더 내부 긴장재의 Prestress 변화를 계측하고, 그 손실을 관리하기 위하여 PSC 거더 내부에 매립이 가능한 매립형 EM 센서를 연구 및 제작하였다. 현재까지의 PSC 내부 긴장재의 긴장력 손실관리는 시공 시 설계 긴장력 도입 여부 검증에 머물러 있으며, 시공 후에는 관리가 제대로 이루어지고 있지 않다. 이에 본 논문에서는 강자성체에 자기장이 작용하면 비투자율인 강자성체 고유의 특성이 변화한다는 탄성-자기 이론을 기초로, PSC 거더의 정착구와 쉬스관 외관의 특성을 반영하여 PSC 거더 내부에 매립이 가능한 매립형 EM 센서를 설계하여 제작하였다. 제작 후에는 그 성능을 검증하기 위하여 소형 PSC 거더 모형에 제작된 매립형 EM 센서를 설치한 후 콘크리트를 타설하였다. 양생이 종료된 후 7가닥의 PS 텐던을 삽입한 후 텐던에 200, 710, 1070, 1300kN의 긴장력을 도입하면서 매립형 EM센서를 통해 비투자율의 변화를 계측하였다. 계측 결과 도입한 긴장력이 커질수록 PS 텐던의 비투자율이 낮아지는 변화가 있음을 확인하였으며, 도입 긴장력에 따른 투자율이 도입 긴장력을 충분히 추정할 수 있음을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 제안한 매립형 EM 센서는 PSC 교량 내부로 매립이 가능함을 확인하였으며 매립형 EM 센서를 통한 비투자율 변화 계측을 통하여 PS 텐던의 긴장력 변화를 추정할 수 있음을 확인하였다.

EM센서를 활용한 PSC 텐던 긴장력 손실 관리

김준경,박주영,장오기,이환우,박승희,Kim, Junkyeong,Park, Jooyoung,Zhang, Aoqi,Lee, Hwanwoo,Park, Seunghee 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.4

In this paper, an EM sensing based prestressing force estimation method is proposed, in which it can estimate tensile force of PS tendon for PSC girder. The PSC girder has more improved performance than the general concrete girder by introducing the prestressing to the concrete. Thus the PSC girder bridge is widely constructed due to its high performance and low cost. However, the prestressing force has not been managed nevertheless it is major factor for the maintenance of the PSC girder bridge. The prestressing force was just measured during construction using jacking device and after that, it can not be managed. For this reason, this paper proposes a tensile force estimation method of PS tendon based on EM sensor. The permeability of ferroelectric material is changed according to the induced stress to the material, in which it can be measured using EM sensor. To measure the permeability of PS tendon, the EM sensor was fabricated and verified by performing the MTS test. The test was performed using 7-wire steel tendon under the 0, 40, 80, 120, 160, 200 KN of tensile force. The permeability of PS tendon was gradually decreased according to the increasement of tensile force. The regression method was used to find the relation between permeability and stress. As a result, the permeability has linear relation with the tensile force of PS tendon and the pre-stressing force can be estimated by the derived estimation equation. 본 논문에서는 PSC 거더의 Prestress를 관리하기 위하여 EM 센서를 활용한 PSC 텐던 긴장력 손실 관리 기법을 소개한다. PSC 거더는 콘크리트 거더에 Prestress를 도입함으로써 기존 콘크리트 거더보다 높은 성능을 가지며 보다 저비용의 거더 설계가 가능해 짐으로 현재 많은 교량에 사용되고 있는 거더이다. 그러나 PS 텐던의 긴장력 관리는 거더 성능 관리에 있어 매우 중요한 항목이나 현재는 시공시 설계 긴장력의 도입 여부만을 검증한 후 공용시에는 그 관리가 이루어지지 않는 실정이다. 이에 본 연구에서는 강자성 재료가 인장력에 따라 비투자율이 변화하는 특성을 이용하여 EM 센서를 이용해 PS 텐던의 투자율을 계측하여 PS 텐던의 긴장력을 계측하는 기법을 제안하였다. PSC 거더 내부에서 PS 텐던의 투자율을 계측하기 위하여 EM 센서 시작품을 제작하였으며 MTS 실험을 통해 PS 텐던으로 주로 사용되는 7연선 1가닥의 0, 40, 80, 120, 160, 200kN의 긴장력에 따른 투자율 변화를 계측하였다. 계측 결과 각 긴장력 단계마다 EM 센서를 통해 계측된 B-H Loop가 정량적으로 변화하는 것을 확인하였으며 계측된 투자율과 긴장력을 회귀분석한 결과 투자율과 긴장력은 선형 관계를 나타내었다. 이를 활용하여 EM 센서를 이용하여 PS 텐던의 긴장력 관리가 가능함을 검증하였다.

EM센서를 활용한 FCM 가설용 강봉의 긴장력의 장기 모니터링 기법

김원규 ( Kim Won-kyu ),김준경 ( Kim Junkyeong ),조민건 ( Cho Mingeon ),박승희 ( Park Seunghee ) 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.24 No.2

본 논문에서는 FCM 교량 시공 시 사용되는 FCM 가설용 강봉의 긴장력을 모니터링하기 위하여 매립형 EM 센서를 이용한 긴장력 계측 기법을 소개한다. FCM 가설용 강봉은 FCM 교량 시공 시 세그먼트 타설에 의해 발생 가능한 불균형 모멘트를 지지하는 구조체로써 초기 긴장력 도입을 실시한 후 긴장력 관리가 실시되지 않고 있었다. 본 연구에서는 이를 해결하기 위하여 매립형 EM 센서를 이용한 긴장력 모니터링 기법을 개발하였다. 매립형 EM 센서는 콘크리트 내부에 매립된 강자성체의 긴장력을 계측할 수 있는 센서로, FCM 교량의 시공 시 강봉 외부의 쉬스관과 결합하여 설치가 가능하다. 기법의 검증을 위해 실제 FCM 교량 시공 현장에 매립형 EM 센서를 설치하여 FCM 가설 기간 동안 강봉의 긴장력을 모니터링 하였다. 또한 기온 변화로 인한 오차를 보정하기 위하여 온도 보상 기법을 적용하여 제안된 기법의 신뢰성을 높였다.

EM센서를 이용한 1860MPa 및 2200MPa 고강도 강연선 도입장력 측정모델에 관한 실험

박원태,천경식,송수용 한국복합신소재구조학회 2016 복합신소재구조학회논문집 Vol.7 No.3

Measuring the exact cable tension force is important to cable supported bridge under construction and on service. This study was planned to propose EM(electro-magnetic) sensor-based method for measuring the tension force of MS(multi-strand) cable in cable-stayed and extradosed bridge. The tension force in each strand is the same due to MS cable construction using Iso-tensioning system. Therefore, In this prosed method, EM sensor was installed directly at a strand and the measurement model was established for estimating the tension force of strand via EM sensor by experiments. The measurement model was derived from the relation of tension force and magnetic permeability. Also, the magnetic permeability is shown to be different according to the magnetization characteristic of 1860MPa and 2200MPa high-strength strand. The difference is increased as tension force increases. Additional experiment was conducted to verify the measurement model. As a result, the distribution of strand tension calculated upon the EM sensor is similar to those of tension measured by load cell. This proposed approach can be an effective tool for monitoring and measuring the cable force of MS cable.

노후 PSC 구조물의 잔여 긴장 응력 진단을 위한 외부 자화 EM 기법 검증

박순전,박세환,최재훈,전교영,김준경 한국전산구조공학회 2023 한국전산구조공학회논문집 Vol.36 No.4

This study entailed an investigation of a tensile stress measurement method for prestressed concrete (PSC) tendons by utilizing external magnetization. The target of this study are PS structures that have been constructed and in use. An optimal external magnetization based elasto-magnetic (EM) sensor was designed using finite element analysis considering various factors, such as coil arrangement and size, that could influence the PS tendons inside the PSC girder. The residual tensile stress resulting from the external magnetization of the girder was then determined. Further, theoretical verification was performed using the numerical and material data used in the finite element analysis for sensor design. The calculated values of strength of magnetization at the target location were matched with the finite element analysis results. Thus, the designed sensor and the feasibility of magnetizing the tendons inside the PSC I-girder using an EM sensor were validated. 본 연구는 현재 가설되어 가용 중인 프리스트레스트 구조물에 대해서 긴장 응력을 계측하는 방법에 관한 연구를 위해 외부 자화를 이용한 PSC 텐던의 긴장 응력 계측에 관한 연구를 진행하였다. 이에 유한요소해석을 이용하여 PSC 거더에 외부 자화 시 잔존 긴장 응력을 검출하기 위해 PSC 거더 내부의 PS 텐던까지 영향을 줄 수 있는 코일 배치 및 크기 등을 고려하여 최적의 센서를 설계하였다. 또한, 유한요소해석을 이용하여 설계한 센서와 동일한 수치 및 재질 데이터를 이용해 이론적 검증을 진행하였으며 타겟 위치에서 자화의 세기를 계산하였을 때, 유한요소해석 결과와 동일한 결과를 얻어낼 수 있었다. 이를 통해 설계한 센서의 검증 및 비 접촉 외부 자화 EM 센서를 활용하여 PSC I형 거더 내부 텐던의 자화가 가능함을 확인하였다.

매립형 EM센서를 이용한 PS강봉의 장기 긴장력 추정 기법

김원규 ( Kim Won-kyu ),이승수 ( Lee Seungsoo ),박승희 ( Park Seunghee ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.1

본 논문에서는 FCM 교량의 시공 시 사용되는 PS강봉의 잔존 긴장력을 계측하기 위해 매립형 EM센서를 이용한 긴장력 추정 기법을 소개한다. FCM 교량의 시공은 교각 주두부에 PS강봉을 매립하여 양쪽 세그먼트 시공에 따른 불균형 모멘트 발생에 저항하며 진행되므로 매립된 PS강봉은 교량의 시공 중 발생할 수 있는 사고를 예방하는 가장 중요한 요소 중 하나이지만 긴장력의 관리가 제대로 이루어지지 않고 있었다. 따라서 본 연구에서는 그러한 문제를 해결하기 위해 매립형 EM센서를 이용한 자기이력곡선 계측을 통해 긴장력 추정 기법을 개발하였다. 또한, 온도 변화에 따른 오차 보정을 위해 온도 보상 기법을 적용하여 본 연구의 신뢰성을 높였다. 기법의 검증을 위해 실제 FCM 교량 시공 현장에 매립형 EM센서를 설치하여 1년간 현장 실험을 진행하였으며, 최대 오차율 4% 이내의 결과를 얻을 수 있었다.

EM센서를 이용한 1860MPa 및 2200MPa 고강도 강연선 도입장력 측정모델에 관한 실험

박원태 ( Park Weon Tae ),천경식 ( Chun Kyoung Sik ),송수용 ( Song Su Yong ) 한국복합신소재구조학회 2016 복합신소재구조학회논문집 Vol.7 No.4

Measuring the exact cable tension force is important to cable supported bridge under construction and on service. This study was planned to propose EM(electro-magnetic) sensor-based method for measuring the tension force of MS(multi-strand) cable in cable-stayed and extradosed bridge. The tension force in each strand is the same due to MS cable construction using Iso-tensioning system. Therefore, In this prosed method, EM sensor was installed directly at a strand and the measurement model was established for estimating the tension force of strand via EM sensor by experiments. The measurement model was derived from the relation of tension force and magnetic permeability. Also, the magnetic permeability is shown to be different according to the magnetization characteristic of 1860MPa and 2200MPa high-strength strand. The difference is increased as tension force increases. Additional experiment was conducted to verify the measurement model. As a result, the distribution of strand tension calculated upon the EM sensor is similar to those of tension measured by load cell. This proposed approach can be an effective tool for monitoring and measuring the cable force of MS cable.

PS 텐던 강종별 긴장력 변화에 따른 자기이력 모니터링

김준경,박승희,이환우,Kim, Junkyeong,Park, Seunghee,Lee, Hwanwoo 한국전산구조공학회 2018 한국전산구조공학회논문집 Vol.31 No.2

본 논문에서는 PSC 거더의 긴장력을 계측하기 위한 EM 센싱 기법을 다양한 PS 텐던에 적용하기 위하여 PS 강종별 긴장력 변화에 따른 자기이력 모니터링 결과를 소개한다. PSC 교량의 성능평가에 있어 PS 텐던의 긴장력은 매우 중요한 인자이나 현재는 시공시 설계 긴장력의 도입 여부만을 검증하고 그 이후에는 긴장력 관리가 이루어지지 않는 실정이다. 이를 계측하기 위하여 EM 센서를 이용하여 긴장력을 계측하는 기법에 대한 연구가 이루어지고 있으나 PSC 거더에 사용되는 모든 PS 텐던에 대한 연구는 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 PSC 교량에 주로 사용되는 B, C, D종 PS 텐던에 대해 EM 센싱 기법을 적용하기 위하여 각 강종별 긴장력에 따른 자기 이력 변화를 모니터링하였다. 이를 위해 B종 12.7mm, C종 15.2mm, D종 15.2mm PS 텐던 시편에 50, 100, 150, 180kN의 긴장력을 도입하고 각 긴장력 단계마다 자기 이력 곡선을 EM 센서를 통하여 계측하였다. 계측 결과 각 긴장력 단계마다 그 투자율이 정량적으로 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 B, C 종의 경우 단면적이 달라 선형회귀분석식의 상수는 상이하지만 유사한 기울기를 가지고 변화하고 D종의 경우 다른 강종과 다른 기울기를 가지고 변화하는 것을 확인하였다. This paper introduces a magnetic hysteresis monitoring result to apply an EM sensing technique for estimating tensile force of PSC girder to various class of PS tendon. The tensile force of PS tendon is a very important factor in the performance evaluation of PSC bridges. However, in this time, the tensile force was just measured only during construction and it does not monitored after construction. To measure the tensile force of PS tendons, the EM sensing based NDT method was developed but the proposed method cannot be applied to various class of PS tendons. Thus this study performed the magnetic hysteresis measurement according to the tensile force for class B, C and D PS tendons through experimental study. The specific tensile forces(50, 100, 150, 180kN) were induced to the each specimens and the magnetic hysteresis curve was measured at each point. The permeability of specimens were gradually decreased according to increase of tensile force. Especially, the slopes of permeability variation of class B and C were similar while that of class D was different.

EM센서를 이용한 인공지능 기반 FCM 가설 강봉 긴장력의 장기 모니터링 기법

박주영(Park, Joo Young),전교영(Jeon, Kyo Young),김길수(Kim, Kil Soo),안휘순(Ahn, Hwi Soon),정광열(Jung, kwang Yeal),박승희(Park, Seung Hee) 대한토목학회 2022 대한토목학회 학술대회 Vol.2022 No.10

Elasto-Magnetic(EM) 센서를 이용한 그라운드앵커 긴장재의 부식량 추정 기법

고동영(Ko, Dong Young),박주영(Park, Joo Young),김태헌(Kim, Tae Heon),김주원(Kim, Ju-Won),박승희(Park, Seung Hee) 대한토목학회 2022 대한토목학회 학술대회 Vol.2022 No.10