KR100955783B1 - 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법 - Google Patents

응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100955783B1
KR100955783B1 KR1020080042516A KR20080042516A KR100955783B1 KR 100955783 B1 KR100955783 B1 KR 100955783B1 KR 1020080042516 A KR1020080042516 A KR 1020080042516A KR 20080042516 A KR20080042516 A KR 20080042516A KR 100955783 B1 KR100955783 B1 KR 100955783B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stress wave
concrete structure
stress
transducer
wave
Prior art date
Application number
KR1020080042516A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090116525A (ko
Inventor
곽효경
김재홍
Original Assignee
한국과학기술원
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 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020080042516A priority Critical patent/KR100955783B1/ko
Publication of KR20090116525A publication Critical patent/KR20090116525A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100955783B1 publication Critical patent/KR100955783B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/12—Analysing solids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4463—Signal correction, e.g. distance amplitude correction [DAC], distance gain size [DGS], noise filtering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/08—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0232—Glass, ceramics, concrete or stone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법에 관한 것으로서, 트랜스듀서를 이용하여 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시키는 단계; 트랜스듀서를 이용하여 콘크리트 구조물에서 발생하는 응력파를 측정하는 단계; 측정된 응력파를 이용하여 주파수 영역에서 해석하는 단계; 응력파의 전달속도 및 전달에너지 산정을 위해 트랜스듀서의 부착에 따른 오차를 제거하는 단계; 및 응력파의 전달속도 및 전달에너지를 통해 콘크리트 구조물을 평가하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법은 응력파의 전달속도와 에너지를 이용하여 콘크리트 구조물의 강성과 손상 여부를 검사할 수 있다.
비파괴검사, 응력파, 콘크리트, 에너지

Description

응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법{NONDESTRUCTIVE TESTING METHOD OF CONCRETE STRUCTURES USING STRESS WAVE TECHNIQUES}
본 발명은 비파괴검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 응력파의 전달속도와 에너지를 이용하여 콘크리트 구조물에 대한 강성과 손상 여부를 평가할 수 있는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트는 다른 재료에 비하여 내구성 및 내열성이 우수하고 임의의 형상을 지닌 구조물을 현장에서 용이하게 시공할 수 있으므로, 일반 건축물은 물론 교량, 댐과 같은 산업용 구조물 및 원자력발전 설비, 군사시설과 같은 특수 구조물에도 널리 사용되고 있다.
그러나 콘크리트 구조물은 다른 구조물에 비하여 자체 하중이 크고 균열이 생기기 쉬워서 붕괴의 우려성을 내포하고 있다.
콘크리트의 균열은 여러 가지 원인에 의하여 콘크리트의 경화를 전후로 하여 나타나는데, 균열이 표면에서 관측할 수 있을 때면 이미 콘크리트의 내부조직에는 미세 균열로 인하여 조직이 상당히 손상되어 있다.
콘크리트 내에 균열이 생기면 이 콘크리트의 강도는 기대치에 미치지 못할 뿐만 아니라, 주위의 온습도의 변화, 소금물과 같은 화학성분의 침투로 균열이 점차 성장하고 부식되어 콘크리트의 안전도에 큰 문제를 일으키게 된다.
한편, 콘크리트의 강도는 시간이 지남에 따라 변하고 이 변화는 주위의 기후조건, 사용 환경, 콘크리트의 배합조건 등에 따라 달라진다. 특히 화재, 지진 등의 외부 충격을 받았을 경우 콘크리트의 강도는 현격히 떨어지게 되고 이러한 경우는 안전도 진단을 통하여 재사용 여부를 결정해야 한다.
따라서 콘크리트의 강도를 측정하는 방법이 고안되었고, 그중에서 가장 신빙성이 있는 강도측정방법은 구조물로부터 채취된 코어에 대한 압축강도시험법이다.
상기 압축강도시험법은 구조물에 손상을 주므로 대개의 경우는 타설시 제작된 공시체에 대한 압축강도시험으로 수행되며, 기존의 구조물에 대해서는 가능한 한 적은 개수의 코어를 채취한다.
콘크리트 구조물에서 코어를 채취하기 어려운 경우, 콘크리트 구조물에 대한 검사를 하기가 어려운 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 응력파의 전달속도와 응력파의 에너지 전달 특성을 이용하여 콘크리트 구조물에 대한 검사를 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 트랜스듀서를 이용하여 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시키는 단계; 상기 트랜스듀서를 이용하여 상기 콘크리트 구조물에서 발생하는 상기 응력파를 측정하는 단계; 측정된 상기 응력파를 이용하여 주파수 영역에서 해석하는 단계; 상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지 산정을 위해 상기 트랜스듀서의 부착에 따른 오차를 제거하는 단계; 및 상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지를 통해 상기 콘크리트 구조물을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법을 제공한다.
상기 응력파를 측정하는 단계는 초음파 투과 탐상법을 사용하며, 상기 트랜스듀서는 상기 콘크리트 구조물의 양측면에 각각 부착되어 서로 마주보는 것을 특 징으로 한다.
상기 응력파를 측정하는 단계는 초음파 반사 탐상법을 사용하며, 상기 트랜스듀서는 상기 콘크리트 구조물의 일측면에 이격되어 각각 부착되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 응력파 발생기를 사용하여 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시키는 단계; 센서를 이용하여 상기 콘크리트 구조물에서 발생하는 상기 응력파를 측정하는 단계; 측정된 상기 응력파를 이용하여 주파수 영역에서 해석하는 단계; 상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지 산정을 위해 상기 센서의 부착에 따른 오차를 제거하는 단계; 및 상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지를 통해 상기 콘크리트 구조물을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법을 제공한다.
상기 응력파를 측정하는 단계는 표면파 탐상법을 사용하며, 상기 센서는 상기 콘크리트 구조물의 일측면에 이격되어 각각 부착되는 것을 특징으로 한다.
상기 주파수를 해석하는 단계는 푸리에변환이나 웨이블렛변환을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 평가단계는 회귀분석식을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법은 응력파의 전달속도 및 에너지를 이용하여 콘크리트의 손상 여부를 검사하는 효과가 있다.
특히, 본 발명에 따른 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법은 센서부착에 따른 오차를 제거함으로써, 콘크리트의 균열에 대한 검사 정확성을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법의 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법을 도시한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 콘크리트 구조물의 비파괴검사를 위해, 먼저 검사하고자 하는 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시킨다(S10). 이때, 응력파 발생기나 트랜스듀서가 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시킨다. 이러한 응력파 발생기나 트랜스듀서는 콘크리트 구조물에 충격을 줄 수 있는 망치나 장난감 총 등이 될 수 있다. 한 편, 이러한 응력파 발생기나 트랜스듀서는 매질인 콘크리트 구조물에 초음파를 통과시키는 장치가 될 수 있다.
상기 응력파는 표면파와 체적파로 분류할 수 있고, 표면파는 러브파와 레일리파를 포함하며, 체적파에는 종파와 횡파가 있다.
상기 콘크리트 구조물에 응력파가 발생되면, 콘크리트 구조물에 장착된 센서나 트랜스듀서는 응력파를 측정한다(S20).
그리고 센서나 트랜스듀서와 연계된 분석기는 측정된 응력파를 이용하여 주파수 영역에서 해석한다(S30). 이때, 주파수 영역에서 해석을 하기 위해 푸리에 변환(Fourier transform)이나 웨이블렛 변환(Wavelet transform) 등을 이용한다. 이러한 변환 방법은 공지된 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 주파수 영역에서의 해석을 통해 응력파의 전달속도 및 전달에너지가 도출된다. 그러나 센서나 트랜스듀서가 콘크리트 구조물에 마운팅되거나 커플링됨으로 인해, 응력파의 전달속도나 전달에너지의 값에 오차가 발생한다.
따라서 분석기는 주파수를 해석하여 도출된 값에서 센서나 트랜스듀서 부착으로 인한 오차를 제거(S40)한 다음, 검사대상인 콘크리트 구조물에 대한 평가를 한다(S50).
이때, 콘크리트 구조물에 대한 평가는 회귀분석식을 이용하며, 그 외 다양한 데이터베이스를 이용할 수 있다.
여기서, 응력파의 전달속도는 콘크리트의 구조물의 강성에 대한 평가를 가능하게 하고, 응력파의 전달에너지는 콘크리트 구조물의 공극, 균열과 같은 손상에 대한 평가를 가능하게 한다.
먼저, 응력파의 전달속도를 통한 콘크리트 구조물의 평가 방식은 다음과 같다.
무한한 크기의 매질 내에서의 응력파의 속도는 매질의 밀도와 탄성계수에 의해 결정되는데, 종파의 속도(
Figure 112008032644876-pat00001
)와 횡파의 속도(
Figure 112008032644876-pat00002
)는 각각 식(1)과 식(2)과 같다.
식(1)
Figure 112008032644876-pat00003
식(2)
Figure 112008032644876-pat00004
여기서,
Figure 112008032644876-pat00005
는 매질의 밀도,
Figure 112008032644876-pat00006
는 탄성계수,
Figure 112008032644876-pat00007
는 포아송비 이다.
또한, 반무한체의 표면에서 전달되는 레일리파의 속도(
Figure 112008032644876-pat00008
)는 다음의 식(3)과 같다.
식(3)
Figure 112008032644876-pat00009
따라서 응력파의 속도를 측정하면 검사대상물의 탄성계수와 포아송비를 구할 수 있다.
그리고 응력파의 전달에너지를 통한 콘크리트 구조물의 평가 방식은 다음과 같다.
응력파의 전달 에너지는 콘크리트 부재의 감쇠(attenuation)에 따라 결정된다. 전달 에너지를 감소시키는 요인은, 구형발산(geometric spreading), 고유감쇠(intrinsic attenuation), 손상으로 인한 산란(scattering by damage)으로 구분 할 수 있다.
이와 같은 응력파의 에너지 투과함수는 콘크리트 구조물에 균열 등의 손상이 확대됨에 따라 감소하므로, 투과함수를 측정함으로써 손상정도를 평가할 수 있다. 그러나 투과함수 중 순수하게 손상으로 인한 감쇠량을 산정하기 위해 식 (4)과 같이 손상이 없을 때의 투과함수로 정규화(normalization)시키는 과정이 추가적으로 필요하다.
식(4)
Figure 112008032644876-pat00010
여기서,
Figure 112008032644876-pat00011
는 응력파를 이용하여 측정된 주파수 응답함수로써,
Figure 112008032644876-pat00012
는 주파수 응답함수의 진폭, 여기서는 전달된 에너지량인 투과함수를 의미한다.
따라서 전달율
Figure 112008032644876-pat00013
는 측정된 투과함수와 손상이 없을 때 전달된 에너지량인
Figure 112008032644876-pat00014
의 비율이다.
참고로, 표면파의 에너지 전달율은 콘크리트 균열과 같이 표면에서부터 발생한 균열(surface-breaking crack)이 깊어짐에 따라 감소한다.
즉, 표면파의 에너지 전달율은 균열이 없을 때에는 1.0의 값을 갖고, 매질을 관통하는 균열이 존재할 때에는 0의 값을 갖게 된다.
이와 같은 원리를 이용하여 응력파의 투과계수를 측정함으로써 검사대상물의 균열 깊이를 추정할 수 있다
따라서, 자기보정 주파수 응답함수 기법(self-compensated frequency response function technique)을 통해 측정한 주파수 응답함수의 진폭은 응력파로 전달되는 에너지를 의미하며, 주파수 및 손상에 큰 영향을 받는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 투과 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 반사 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면파 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2를 참조하면, 초음파 투과 탐상법은 콘크리트 구조물(20)의 일측면과 타측면에 각각 트랜스듀서(21)를 장착한다. 이러한 트랜스듀서(21)는 콘크리트 구조물(20)을 매질로 하여 서로 마주보도록 콘크리트 구조물(20)에 장착된다.
상기 트랜스듀서(21)는 콘크리트 구조물(20)에 응력파를 발생시키고, 이러한 응력파를 측정하며, 분석기(22)에 측정정보를 전달한다.
따라서, 콘크리트 구조물(20)의 일측면에 장착된 트랜스듀서(21)에서 응력파를 발생시키면, 응력파는 매질인 콘크리트 구조물(20)을 통과하여 콘크리트 구조물(20)의 타측면으로 이동하고, 콘크리트 구조물(20)의 타측면에 장착된 트랜스듀서(21)가 응력파를 측정한다.
마찬가지로, 콘크리트 구조물(20)의 타측면에 장착된 트랜스듀서(21)에서 응력파를 발생시키면, 응력파는 매질인 콘크리트 구조물(20)을 통과하여 콘크리트 구조물(20)의 일측면으로 이동하고, 콘크리트 구조물(20)의 일측면에 장착된 트랜스듀서(21)가 응력파를 측정한다.
도 3을 참조하면, 초음파 반사 탐상법은 콘크리트 구조물(30)의 일측면에 한 쌍의 트랜스듀서(31)가 장착된다. 이러한 트랜스듀서(31)는 서로 일정거리 떨어져 위치된다.
상기 트랜스듀서(31)는 콘크리트 구조물(30)에 응력파를 발생시키고, 이러한 응력파를 측정하며, 분석기(32)에 측정정보를 전달한다.
따라서, 콘크리트 구조물(30)의 일측면에 장착된 한 쌍의 트랜스듀서(31) 중 어느 하나에서 응력파를 발생시키면, 응력파는 매질인 콘크리트 구조물(30)에서 반사되고, 상기 트랜스듀서(31) 중 다른 하나는 반사된 응력파를 측정한다.
마찬가지로, 콘크리트 구조물(30)의 일측면에 장착된 한 쌍의 트랜스듀서(31) 중 다른 하나에서 응력파를 발생시키면, 응력파는 매질인 콘크리트 구조물(30)에서 반사되고, 상기 트랜스듀서(31) 중 어느 하나는 반사된 응력파를 측정한다.
도 4를 참조하면, 표면파 탐상법은 콘크리트 구조물(40)의 일측면에 한 쌍의 센서(41)가 이격되도록 장착하고, 각 센서(41)는 분석기(42)에 측정정보를 전달한다. 그리고 응력파 발생기(43)는 콘크리트 구조물(40)의 양측단에서 응력파를 발생시킨다.
상기 응력파 발생기(43)가 한 쌍의 센서(41) 중 어느 하나에 근접되어 응력파를 발생시키면 상기 센서(41) 중 다른 하나의 센서(41)가 응력파를 측정한다.
마찬가지로, 응력파 발생기(43)가 한 쌍의 센서(41) 중 다른 하나에 근접되어 응력파를 발생시키면 상기 센서(41) 중 어느 하나의 센서(41)가 응력파를 측정한다.
이때, 도 2와 도 3에서 트랜스듀서(21,31)는 고주파인 종파 또는 횡파를 생성하고, 도 4에서 응력파 발생기(43)는 저주파인 표면파를 생성한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 한 쌍 중 어느 하나의 트랜스듀서(21,31) 또는 센서(41)에서 측정된 a(t)라는 응력파 파형은 매질인 콘크리트 구조물(20,30,40)을 거쳐, 다른 하나의 트랜스듀서(21,31) 또는 센서(41)에서 b(t)로 측정된다. 그리고 반대 방향으로도 c(t) 파형은 콘크리트 구조물(20,30,40)을 거쳐 d(t)로 측정된다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 파형을 분석한 도면이다. 도 5a와 도 5b는 시간영역에서 응력파 파형을 나타낸 것으로서, 검정색 실선과 붉은색 실선은 각각 두 센서에서 측정된 파형이다. 양방향으로 응력파를 측정하므로, 도 5a에서는 a(t) 파형(검정색)이 매질을 거쳐 b(t) 파형(붉은색)으로 변하고, 도 5b에서는 반대로 c(t) 파형(붉은색)이 d(t) 파형(검정색)으로 변화된다.
이와 같은 파형을 푸리에 변환(Fourier transform), 웨이블렛 변환(wavelet transform) 등을 이용하여 주파수 영역(주파수축)으로 변환이 필요하다.
주파수 영역에서 응력파는 주파수에 따른 진폭(amplitude)과 위상(phase)으로 표현된다. 일반적으로 주파수 영역 신호는 허수로 표현하며, 그에 따른 측정된 응력파 파형은 각각 A(f), B(f)와 C(f), D(f)로 표시한다.
한편, 잡음(noise)이 없는 이상적인 신호의 경우 매질을 통한 에너지 전달율은 간단히, B(f)/A(f) 또는 D(f)/C(f)로 계산할 수 있다.
그러나 실제 측정에서는 센서의 마운팅 또는 커플링에서 기인한 변동으로 인해 에너지 값이 왜곡되는데, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지의 함수관계를 도식화한 도면이다.
도 6을 참조하면, H(f)는 콘크리트 구조물의 주파수 응답함수를 나타내며, X(f)와 Y(f)는 양쪽 센서에서 측정되는 응력파를 의미한다. 또한 U(f)와 V(f)는 센서의 자체 특성 및 마운팅/커플링 특성에 따른 응답함수이고, M(f)과 N(f)은 양쪽 센서에서 측정시 발생하는 잡음이다.
따라서 자기보정 주파수 응답함수 기법(self-compensated frequency response function technique)을 통해, 다음과 같은 수식으로 표현된 실제 측정된 파형으로부터 주파수 응답함수를 구할 수 있다.
먼저, 정방향(forward)일 경우 식(5)과 식(6)과 같다.
식(5)
Figure 112008032644876-pat00015
식(6)
Figure 112008032644876-pat00016
그리고 역방향(backward)일 경우 식(7)과 식(8)과 같다.
식(7)
Figure 112008032644876-pat00017
식(8)
Figure 112008032644876-pat00018
한편, 각 방향에서 주파수 응답함수는 식(9)과 식(10)으로 표시된다.
식(9)
Figure 112008032644876-pat00019
식(10)
Figure 112008032644876-pat00020
이와 같은 식을 바탕으로 잡음을 제거하기 위해서는, 각 방향에서 여러 번 신호를 측정하여 합산하는데, 식(11)과 식(12)을 적용한다.
식(11)
Figure 112008032644876-pat00021
식(12)
Figure 112008032644876-pat00022
마지막으로, 양방향의 함수를 더하면 식(13)과 같은 최종적인 콘크리트 구조물의 주파수 응답함수를 구할 수 있다.
식(13)
Figure 112008032644876-pat00023
한편, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 응답함수의 진폭을 도시한 도면이고, 도 8은 도 7을 보정한 도면이다.
도 7을 참조하면, 각 센서가 콘크리트 구조물에 부착된 강도 및 방식(마운팅/커플링)에 따라 주파수 응답함수의 진폭이 상이하게 나타난다.
도 8은, 도 7의 정방향 및 역방향 그래프를 서로 보정하여 최종적인 에너지 전달율을 구할 수 있다. 여기서, 구형발산을 제외한 전달율이 1인 경우 콘크리트 구조물에 손상이 존재하지 않는 것이고, 1 이하에서는 손상이 있음을 알 수 있다.
이와 같은 응력파의 에너지 전달율은 콘크리트의 균열 등과 같은 손상에 특히 민감하게 반응하는 것이므로, 콘크리트의 과대한 공극, 균열 등과 같은 손상에 대한 평가가 가능하다. 또한, 응력파의 전달속도는 콘크리트의 강성(stiffness)에 대한 평가가 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 투과 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 반사 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면파 탐상법을 사용하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 파형을 분석한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지의 함수관계를 도식화한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 응답함수의 진폭을 도시한 그래프이다.
도 8은 도 7을 보정한 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20,30,40 : 콘크리트 구조물 21,31 : 트랜스듀서
22,32,42 : 분석기 41 : 센서
43 : 응력파 발생기

Claims (10)

  1. 트랜스듀서를 이용하여 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시키는 단계;
    상기 트랜스듀서를 이용하여 상기 콘크리트 구조물에서 발생하는 상기 응력파를 측정하는 단계;
    측정된 상기 응력파를 이용하여 주파수 영역에서 해석하는 단계;
    상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지 산정을 위해, 자기보정 주파수 응답함수 기법을 이용하여 상기 트랜스듀서의 부착에 따른 오차를 제거하는 단계; 및
    상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지를 통해 상기 콘크리트 구조물을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응력파를 측정하는 단계는 초음파 투과 탐상법을 사용하는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 상기 콘크리트 구조물의 양측면에 각각 부착되어 서로 마주보는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 응력파를 측정하는 단계는 초음파 반사 탐상법을 사용하는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 트랜스듀서는 상기 콘크리트 구조물의 일측면에 이격되어 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법.
  6. 응력파 발생기를 사용하여 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시키는 단계;
    센서를 이용하여 상기 콘크리트 구조물에서 발생하는 상기 응력파를 측정하는 단계;
    측정된 상기 응력파를 이용하여 주파수 영역에서 해석하는 단계;
    상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지 산정을 위해, 자기보정 주파수 응답함수 기법을 이용하여 상기 센서의 부착에 따른 오차를 제거하는 단계; 및
    상기 응력파의 전달속도 및 전달에너지를 통해 상기 콘크리트 구조물을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 응력파를 측정하는 단계는 표면파 탐상법을 사용하는 것을 특징으로 하 는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 센서는 상기 콘크리트 구조물의 일측면에 이격되어 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법.
  9. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 주파수를 해석하는 단계는 푸리에변환이나 웨이블렛변환을 사용하는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법.
  10. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 평가단계는 회귀분석식을 사용하는 것을 특징으로 하는 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법.
KR1020080042516A 2008-05-07 2008-05-07 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법 KR100955783B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080042516A KR100955783B1 (ko) 2008-05-07 2008-05-07 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080042516A KR100955783B1 (ko) 2008-05-07 2008-05-07 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090116525A KR20090116525A (ko) 2009-11-11
KR100955783B1 true KR100955783B1 (ko) 2010-05-06

Family

ID=41601287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080042516A KR100955783B1 (ko) 2008-05-07 2008-05-07 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100955783B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101650172B1 (ko) * 2015-05-13 2016-08-23 한양대학교 산학협력단 종파 및 횡파의 속도 측정 장치 및 방법
KR20210062909A (ko) 2019-11-22 2021-06-01 한국건설기술연구원 비접촉 초음파를 활용한 아스팔트-콘크리트 교면 박리손상 평가 시스템 및 그 방법
KR102281290B1 (ko) 2020-11-03 2021-07-23 주식회사 토탈페이브시스템 콘크리트 포장의 열화부 측정방법
KR102570369B1 (ko) 2022-12-02 2023-08-25 주식회사 에이치비씨 터널 뒷채움 검사장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101115459B1 (ko) * 2009-11-20 2012-02-24 한국과학기술원 콘크리트 구조물의 감쇠량 측정을 위한 비파괴검사 장치
KR20240122006A (ko) 2023-02-03 2024-08-12 주식회사 이솔구조건축사사무소 수평 이동형 모바일 비파괴 진단 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62288510A (ja) 1986-06-09 1987-12-15 Nippon Kokan Kk <Nkk> 位置合せ装置
KR20020035527A (ko) * 2002-04-11 2002-05-11 백수곤 구조체 건전성 평가방법 및 장치
JP3725515B2 (ja) * 2000-08-23 2005-12-14 三菱電機株式会社 非破壊検査装置
KR100553570B1 (ko) * 1999-10-27 2006-02-22 주식회사 케이티 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62288510A (ja) 1986-06-09 1987-12-15 Nippon Kokan Kk <Nkk> 位置合せ装置
KR100553570B1 (ko) * 1999-10-27 2006-02-22 주식회사 케이티 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법
JP3725515B2 (ja) * 2000-08-23 2005-12-14 三菱電機株式会社 非破壊検査装置
KR20020035527A (ko) * 2002-04-11 2002-05-11 백수곤 구조체 건전성 평가방법 및 장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101650172B1 (ko) * 2015-05-13 2016-08-23 한양대학교 산학협력단 종파 및 횡파의 속도 측정 장치 및 방법
KR20210062909A (ko) 2019-11-22 2021-06-01 한국건설기술연구원 비접촉 초음파를 활용한 아스팔트-콘크리트 교면 박리손상 평가 시스템 및 그 방법
KR102281290B1 (ko) 2020-11-03 2021-07-23 주식회사 토탈페이브시스템 콘크리트 포장의 열화부 측정방법
KR102570369B1 (ko) 2022-12-02 2023-08-25 주식회사 에이치비씨 터널 뒷채움 검사장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090116525A (ko) 2009-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Influence factors analysis and accuracy improvement for stress measurement using ultrasonic longitudinal critically refracted (LCR) wave
Quek et al. Detecting anomalies in beams and plate based on the Hilbert–Huang transform of real signals
Krause et al. Elastic wave modes for the assessment of structural timber: ultrasonic echo for building elements and guided waves for pole and pile structures
KR100955783B1 (ko) 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법
CN104142195A (zh) 基于超声波法的钢结构构件内部初始应力检测装置和方法
Bandara et al. Damage detection of in service timber poles using Hilbert-Huang transform
Rezaei et al. Health monitoring of pipeline girth weld using empirical mode decomposition
Xu et al. Damage detection of ballastless railway tracks by the impact-echo method
Gomez et al. Calculus of the defect severity with EMATs by analysing the attenuation curves of the guided waves
Payan et al. Ultrasonic methods
Kim et al. Assessment of degradation index in freeze-thaw damaged concrete using multi-channel contactless ultrasound
He et al. Comparison of the L cr wave TOF and shear‐wave spectrum methods for the uniaxial absolute stress evaluation of steel members
KR101027069B1 (ko) 숏크리트 접착상태 평가 방법
Chai et al. Characterization of Deep Surface-Opening Cracks in Concrete: Feasibility of Impact-Generated Rayleigh-Waves.
Sun et al. Damage identification in thick steel beam based on guided ultrasonic waves
RU2345344C1 (ru) Способ контроля и диагностики состояния трубопровода и устройство для его осуществления
Wiciak et al. Nondestructive evaluation of damage in GFRP bars using ultrasonic guided waves
KR101191364B1 (ko) 비선형 평가 시스템 및 장치
Wiciak et al. Wave propagation in glass fibre-reinforced polymer (GFRP) bars subjected to progressive damage—Experimental and numerical results
Rashidyan et al. Study of the effect of sensor location on sonic echo/impulse response testing in timber piles
Hlavač Detection of crack in a concrete element by impact-echo method
Noshahri et al. Comparison of sensors for contactless detection of void behind concrete using stress waves
Luo et al. Improvement of Low Strain Pile Integrity Test
Dhabi Air Coupled Impact Echo Testing of Buried Concrete Pipes
Chakraborty et al. Damage Detection in Multiple RC Structures Based on Embedded Ultrasonic Sensors and Wavelet Transform. Buildings 2021, 11, 56

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130425

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee