KR102464879B1 - 모달시험기법을 이용한 콘크리트침목의 건전성 평가시스템 및 그 방법 - Google Patents

모달시험기법을 이용한 콘크리트침목의 건전성 평가시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 현장 적용이 용이하고 휴대가 간편한 비파괴시험의 일종인 임팩트해머 시험을 수행하여 손상정도에 따른 콘크리트침목의 동적특성 변화를 산출하고, 수치해석 및 외관조사 결과와 상호 비교 분석하여 보다 정량적인 콘크리트침목의 건정성을 평가할 수 있는 콘크리트침목의 건전성 평가시스템에 관한 것으로, 운행선의 궤도구조에 부설된 콘크리트침목에 대한 임팩트해머 시험에서 발생하는 가진하중 대비 동적응답을 측정하기 위한 동적응답 측정부; 상기 측정된 동적응답에 기초하여, 상기 콘크리트침목의 주파수 응답함수와 이에 따른 고유진동수를 산출하는 동적특성 산출부; 상기 콘크리트침목의 현장부설 조건을 반영하여 해석모델을 구현하고, 상기 해석모델에 대한 모달 분석을 수행하는 수치해석부; 및 상기 모달 분석결과와 상기 산출된 고유진동수를 비교하고, 비교결과에 따라 상기 콘크리트침목의 건전성을 평가하는 건전성 평가부;를 포함할 수 있다.

Description

모달시험기법을 이용한 콘크리트침목의 건전성 평가시스템 및 그 방법{A SYSTEM AND METHOD FOR INTEGRITY EVALUATION OF CONCRETE SLEEPERS USING MODAL TESTING TECHNIQUE}
본 발명은 철도궤도에 사용되는 콘크리트침목의 건전성 평가시스템에 관한 것으로, 특히 모달시험기법을 이용하여 침목의 구조적 건전성을 보다 정량적으로 평가할 수 있는 콘크리트침목의 건전성 평가시스템에 관한 것이다.
철도 운행선에 부설된 콘크리트침목은 재료불량, 제작결함, 시공불량, 환경적 요인 및 열차의 반복하중과 주행특성 등 다양한 내·외부적 요인에 따라 균열이나 파손 등의 손상이 발생하며, 손상된 구조물은 진동응답, 모드형상, 감쇠비, 고유진동수 등의 재료 및 구조적 특성에 변화가 발생한다.
최근 제정된 궤도시설의 성능평가에 관한 세부지침에 따르면, 평가구분에 따른 침목에 대한 조사방법은 크게 외관조사와 반발경도시험 2가지의 방법으로 구분하고 있다.
주요 조사 방법인 콘크리트침목 외관조사의 경우, 침목의 손상 정도를 점검자의 주관적인 판단에 맡기는 정성적인 평가가 될 수 밖에 없으며, 특히, 침목은 궤도구조의 특성상 자갈이나 콘크리트에 매립되어 있어 외관조사만으로는 측부 또는 내부에 발생된 균열을 파악하기 어렵다.
또한, 선택적으로 실시하는 반발경도시험은 콘크리트 표면을 타격하여 기록된 반발경도값으로 콘크리트의 압축강도를 추정하는 기법으로써, 이는 타격하는 표면상태 및 시험자의 숙련도에 따라 측정값이 달라질 수 있고, 콘크리트의 재료적 강도는 파악 가능하나 구조적 성능인 강성을 평가할 수 없기 때문에 침목의 구조적인 건전성을 평가하는데 있어서 정확도가 떨어지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 현장 적용이 용이하고 휴대가 간편한 비파괴시험의 일종인 임팩트해머 시험을 수행하여 손상정도에 따른 콘크리트침목의 동적특성 변화를 산출하고, 수치해석 및 외관조사 결과와 상호 비교 분석하여 보다 정량적인 콘크리트침목의 건전성을 평가할 수 있는 콘크리트침목의 건전성 평가시스템을 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 콘크리트침목의 건전성 평가시스템은, 운행선의 궤도구조에 부설된 콘크리트침목에 대한 임팩트해머 시험에서 발생하는 가진하중 대비 동적응답을 측정하기 위한 동적응답 측정부; 상기 측정된 동적응답에 기초하여, 상기 콘크리트침목의 주파수 응답함수와 이에 따른 고유진동수를 산출하는 동적특성 산출부; 상기 콘크리트침목의 현장부설 조건을 반영하여 해석모델을 구현하고, 상기 해석모델에 대한 모달 분석을 수행하는 수치해석부; 및 상기 모달 분석결과와 상기 산출된 고유진동수를 비교하고, 비교결과에 따라 상기 콘크리트침목의 건전성을 평가하는 건전성 평가부;를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 동적응답 측정부는 임팩트해머와 가속도계를 포함하여 구성되며, 상기 가속도계는 상기 콘크리트침목의 상면에 부착되어 상기 임팩트해머의 타격시 발생하는 진동 가속도를 측정할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 모달 분석결과에 따른 휨모드에 의한 고유진동수와 건전한 상태의 콘크리트침목을 대상으로 산출된 고유진동수를 비교하여 상기 해석모델에 대한 적정성을 검증하는 해석모델 검증부를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 건전성 평가부는 미리 산출되어 저장된 건전성 평가기준을 추가적으로 고려하여 콘크리트침목의 건전성을 평가할 수 있다.
실시 예에 따라, 콘크리트침목의 건전성 평가시스템은 복수의 콘크리트침목에서 측정된 동적응답에 기초하여, 각각의 콘크리트침목에 대한 동적질량, 동적강성 및 감쇠비를 포함한 동적특성을 추정하는 동적특성 추정부; 상기 복수의 콘크리트침목의 외관상 손상 상태를 나타내는 외관조사망도에 기초하여 침목별 손상도를 판단하는 침목손상도 판단부; 상기 추정된 동적특성과 상기 침목별 손상도를 비교하여, 침목 손상에 따른 동적특성 변화에 대한 상관관계를 분석하는 상관관계 분석부; 상기 분석된 상관관계에 기초하여, 침목의 건전성 평가를 위한 기준을 산출하는 건전성평가기준 산출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트침목의 건전성 평가시스템에 의하면, 임팩트해머 시험에 의한 현장 측정결과와 현장 설치조건을 반영한 해석모델의 모달 분석결과를 대비하여 손상도를 판단함으로써, 보다 정량적인 침목의 건전성을 평가할 수 있는 효과가 있다.
또한, 점검 현장에서 비교적 쉽게 설치할 수 있으며, 측정 및 휴대가 용이한 임팩트해머 시험을 적용함으로써, 제한된 야간 작업시간 동안 효율적인 점검이 가능한 장점이 있다.
또한, 임팩트해머 시험에 따른 동적특성에 기초하여 손상도를 판단함으로써, 육안으로 식별이 곤란한 초기 균열이나 침목 내부의 손상에 대한 평가가 가능하기 때문에 침목의 교체나 보수 시기를 정확히 예측할 수 있으며 침목 손상에 따른 대형 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 콘크리트침목의 건전성 평가시스템의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동적응답 측정부의 설치전경을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 운행선에 부설되어 있는 방진상 궤도구조에서 건전한 상태의 침목과 손상이 발생한 침목을 대상으로 임팩트해머 시험을 하여 동적특성을 산출한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 방진상 궤도구조의 레일체결장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 수치해석 모델링에 적용되는 궤도구조의 스프링요소를 모델링한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 현장부설 조건을 반영하여 구현한 해석모델을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수치 해석모델에 대한 모달 분석결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 현장측정과 수치해석의 비교 분석을 통해 침목의 건전성을 평가한 결과를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 콘크리트침목의 건전성 평가시스템에서 건전성 평가기준 산출을 위한 추가 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 손상이 발생한 20개의 콘크리트침목을 선별하여 동적특성을 비교한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 도 10의 콘크리트 침목에 대한 외관조사망도의 작성 예를 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 다른 침목별 동적특성 추정결과와 외관조사에 따른 손상도 판단결과를 비교 분석하기 위한 도면이다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 콘크리트침목의 건전성 평가시스템의 주요 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 동적응답 측정부의 설치전경을 나타내는 사진이다.
도 1을 참조하면, 콘크리트침목의 건전성 평가시스템(이하, ‘건전성 평가시스템’이라 함)(10)은 동적응답 측정부(100), 동적특성 산출부(200), 수치해석부(300), 해석모델 검증부(350) 및 침목건전성 평가부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
동적응답 측정부(100)는 콘크리트침목에 대한 임팩트해머 시험에서 발생하는 가진하중 대비 동적응답을 측정하기 위한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 임팩트해머(Impact Hammer)(110)와 가속도계(Accelerometer)(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 콘크리트침목은 포스트텐숀 공법(post-tensioning method)에 의한 프리스트레스트 콘크리트 침목(prestressed concrete sleeper)을 대상으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 프리텐션 공법(pre-tensioning method)에 의한 콘크리트침목이나 그 밖에 철근콘크리트 침목(reinforced concrete sleeper) 등 다양한 침목을 대상으로 할 수 있다.
임팩트해머(110)는 콘크리트침목를 타격하여 순간적인 힘을 침목에 가함으로써 가진하중을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 콘크리트침목에는 진동이 발생하게 되며, 가속도계(120)는 콘크리트침목의 시간에 따른 동적응답, 예컨대 진동 가속도를 측정할 수 있다.
가속도계(120)는 콘크리트침목의 표면, 예컨대 상면에서 적어도 하나의 지점에 부착될 수 있으며, 측정된 가속도 및 가진하중에 관한 데이터는 데이터 수집장치를 통해 동적특성 산출부(200)로 제공될 수 있다.
동적특성 산출부(200)는 동적응답 측정부(100)에서 측정된 가진하중 대비 동적응답에 기초하여, 도 3에 도시된 바와 같이 시간에 따른 과도응답과 주파수 영역에서의 응답함수를 산출할 수 있다.
특히, 주파수 응답함수(FRF, Frequency response function)는 콘크리트침목이 갖는 고유진동수(natural frequency)를 산출하는데 이용될 수 있으며, 이때 각각의 콘크리트침목은 손상 정도에 따라 서로 다른 고유진동수를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 운행선에 부설되어 있는 방진상 궤도구조에서 건전한 상태의 침목과 손상이 발생한 침목을 대상으로 임팩트해머 시험을 하여 동적특성을 산출한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, (a)는 건전한 상태의 콘크리트침목을 대상으로 산출한 동적특성으로써, 1차 모드의 고유진동수는 122.96Hz 로 산출되었으며, 2차 모드의 고유진동수는 332.50Hz 로 산출되었다.
또한, (b) 내지 (d)는 손상이 발생한 3개의 콘크리트침목을 대상으로 하였으며, 각각 1차 모드의 고유진동수는 침목의 손상수준에 따라 (b)는 91.09Hz, (c)는 85.47Hz, (d)는 53.59Hz 로 산출되었다.
수치해석부(300)는 콘크리트침목의 현장부설 조건을 반영하여 해석모델을 구현하고, 구현된 해석모델을 바탕으로 모달 분석(modal analysis)을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 방진상 궤도구조의 레일체결장치를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 수치해석 모델링에 적용되는 궤도구조의 스프링요소를 모델링한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 현장부설 조건을 반영하여 구현한 해석모델을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수치 해석모델에 대한 모달 분석결과를 나타내는 도면이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 수치해석 모델링에 적용되는 궤도구조 스프링요소로써 레일 직하부에 삽입되는 레일패드(k1, 50kN/mm), 침목 하부에 삽입되는 침목방진패드(k2, 10kN/mm) 및 방진상자(k3, 200kN/mm)를 적용하였으며, 또한 현장부설 조건에 반영하여 레일 종류, 침목의 종류와 크기를 결정하였다. 이에 따른 해석모델에 대한 제원은 아래의 [표 1]과 같다.
구 분 제 원
레일종류 60kgK
침목종류 Post-tensioning Sleeper
침목크기 212×240×2,300mm
강봉 긴장력 66.1kN/본
레일패드 스프링강성 50kN/mm
침목방진패드 스프링강성 10kN/mm
침목하부 지지조건(스프링강성) 침목상자 지지조건(2,000kN/mm)
이와 같은 해석조건을 적용하여 도 6의 해석모델을 구현하였으며, 수치해석에서 적용하는 하중은 현장의 임팩트해머 시험의 하중과 동일하게 700N으로 하여 침목의 Bending Mode shape 에 관한 모달 분석을 수행하였다.
모달 분석결과는, 도 7에 도시된 바와 같이, 1차 모드는 149Hz, 2차 모드는 332Hz, 3차 모드는 635Hz, 4차 모드는 893Hz, 5차 모드는 1212Hz, 6차 모드는 1526Hz에서 발생하는 것으로 분석되었다.
건전성 평가부(400)는 수치해석부(300)에서 수행된 모달 분석결과와 동적특성 산출부(200)에서 산출한 콘크리트침목의 고유진동수를 비교하고, 침목의 손상에 따른 감쇠비 및 질량의 변화가 뚜렷하지 않을 것이므로 질량과 강성의 조합으로 산출되는 고유진동수의 비교결과에 따라 침목의 구조적 건전성을 강성저하 수준으로서 평가할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 현장측정과 수치해석의 비교 분석을 통해 침목의 건전성을 평가한 결과를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 모달 분석결과에 따른 1차 모드의 고유진동수는 125.30Hz 이며, 이를 기준값으로 하여 각 콘크리트침목에서 측정 및 산출된 고유진동수와 비교함으로써, 침목의 구조적 건전성을 평가할 수 있다.
예컨대, 제1콘크리트침목에서 산출된 고유진동수는 122.96Hz 이며, 이는 휨 모드에서 모달 분석결과 대비 1.87%의 오차를 보이고 있으며 건전성 수준은 양호한 것으로 평가될 수 있다. 또한, 제2콘크리트침목은 91.09Hz 의 고유진동수를, 제3콘크리트침목은 85.47Hz의 고유진동수를, 제4콘크리트침목은 53.59Hz의 고유진동수를 가지고 있으며, 이는 모달 분석결과에 따른 기준값 대비 각각 27.30%, 31.79% 및 57.23%의 차이를 보이고 있으며, 이러한 차이가 클수록 침목의 건전성은 낮게 평가될 수 있다. 즉, 콘크리트침목에서 측정된 고유진동수와 모달 분석결과에 따른 고유진동수의 차이는 질량의 차이가 미소하므로 강성의 차이로 분석될 수 있으므로 침목의 손상율을 결정하는 주된 요소로 사용될 수 있다.
한편, 침목의 건전성 평가에 앞서 수치해석부(300)의 모달 분석에 대한 적정성을 검증할 필요가 있으며, 이를 위해 건전성 평가시스템(10)은 해석모델 검증부(350)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 해석모델 검증부(350)는 현장의 임팩트해머 시험시 선별된 건전한 상태의 침목에 대한 고유진동수와 모달 분석결과에 따른 고유진동수를 비교하고, 비교 결과에 따른 오차가 미리 설정된 범위 내에 있는지를 판단함으로써 해석 모델의 적정성을 검증할 수 있다.
예컨대, 앞선 실시 예에서 건전한 상태의 제1콘크리트침목의 고유진동수 대비 모달 분석에 따른 1차 모드의 고유진동수의 오차는 1.87%로써, 해석모델에 대한 적정성은 입증된 것으로 볼 수 있다.
또한, 건전성 평가부(400)는 미리 산출되어 데이터베이스(500)에 저장된 건전성 평가기준을 추가적으로 고려하여, 콘크리트침목의 손상 수준에 따른 건전성 평가에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 콘크리트침목의 건전성 평가시스템에서 건전성 평가기준 산출을 위한 추가 구성을 나타내는 블록도이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 손상이 발생한 20개의 콘크리트침목을 선별하여 동적특성을 비교한 그래프이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 도 10의 콘크리트 침목에 대한 외관조사망도의 작성 예를 보여주는 도면이고, 도 12는 본 발명의 실시 예에 다른 침목별 동적특성 추정결과와 외관조사에 따른 손상도 판단결과를 비교 분석하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 콘크리트 침목의 건전성 평가시스템(10)는 동적특성 추정부(210), 외관조사망도 작성부(510), 침목손상도 판단부(520), 상관관계 분석부(530), 및 건전성 평가기준 산출부(540)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 건전성 평가기준 산출을 위하여 설치현장에서 손상이 발생한 복수의 콘크리트침목을 20개를 선별하였으며, 이를 측정대상 콘크리트침목으로 하여 임팩트해머 시험에 따른 동적특성 분석과 외관조사를 수행하였다.
동적응답 측정부(100)와 동적특성 산출부(200)는 도 1에 도시된 구성과 실질적으로 동일한 것이며, 선별된 측정대상 콘크리트침목에 대한 가진하중 대비 동적응답을 측정하고, 이를 통해 시간에 따른 과도응답과 주파수 영역에서의 응답함수를 산출할 수 있다.
동적특성 추정부(210)는 동정특성 산출부(200)에서 산출된 과도응답 및 주파수 응답에 기초하여, 각 콘크리트침목에 대한 동적질량, 동적강성 및 감쇠비 등의 동적특성을 추정할 수 있다.
구조물에 작용하는 가진하중과 동적응답의 관계는 구조물의 동적특성을 파악하는데 매우 중요하다. 주파수 영역에서 가진하중과 동적응답의 관계는 아래의 [표 2]와 같이 정리될 수 있다.
응답 임피던스=가진하중/동적응답
(Inverse FRF = F/R)		 진동수 응답함수=동적응답/가진하중
(Standard FRF = R/F)
가속도 동적 질량
(Dynamic mass)
Figure 112021146878450-pat00001
 액셀러런스
(Accelerance)
Figure 112021146878450-pat00002
속도 임피던스
(Impedance)
Figure 112021146878450-pat00003
 모빌리티
(Mobility)
Figure 112021146878450-pat00004
변위 동적 강성,
(Dynamic stiffness)
Figure 112021146878450-pat00005
 컴플라이언스
(Compliance)
Figure 112021146878450-pat00006
또한, 주파수 응답함수(FRF)를 이용하여 구조물의 질량(m) 및 강성(k) 값을 추정할 수 있으며, 이들의 관계는 아래의 [표 3]과 같다.
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 질량(m) 강성(k)
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동적질량 추정부(211)는 [표 3]의 수식에 따라 주파수 응답함수를 이용하여 침목별 손상정도에 따른 동적질량을 추정할 수 있다. 실시 예에 따른 측정대상 콘크리트침목에 대한 추정결과는 도 10의 (a)와 같이 100N/m/s2 부근에서 산출되어 침목의 손상에 따른 동적질량의 영향은 미소한 것으로 분석되었다.
동적강성 추정부(212)는 [표 3]의 수식에 따라 주파수 응답함수를 이용하여 침목별 손상정도에 따른 동적강성을 추정할 수 있다. 실시 예에 따른 측정대상 콘크리트침목에 대한 추정결과는 도 10의 (b)와 같이 1.22~6.18(107N/m)에서 산출되어 침목의 손상에 따른 동적강성의 영향은 뚜렷한 것으로 분석되었다.
감쇠비 추정부(213)은 침목별 측정된 시간에 따른 가속도의 진폭 변화를 이용하여 콘크리트침목의 자유진동 영역에서 진폭이 감쇠되는 비율인 감쇠비를 추정할 수 있다. 실시 예에 따른 침목별 감쇠비 추정결과는 도 10의 (c)와 같으며, 콘크리트침목의 재료감쇠 수준인 3%에서 ±0.5% 범위 부근에서 감쇠비가 산출되어 침목별 손상에 따른 감쇠비의 영향은 작은 것으로 분석되었다.
외관조사망도 작성부(510)는 선별된 복수의 콘크리트침목에 대한 육안조사를 통해 위치별 손상정도를 파악할 수 있는 외관조사망도를 작성할 수 있도록 하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있다.
예컨대, 도 11에 도시된 바와 같이, 외관조사망도 작성부(510)를 통해 작성자는 콘크리트침목의 상면, 정면, 후면 및 좌우측면에서 균열이나 파손 등을 표시할 수 있게 된다.
침목손상도 판단부(520)는 표시되어 저장된 외관조사망도를 분석하여 균열의 개수나 크기 및 파손 범위 등을 고려하여 해당 침목에 대한 손상도를 판단할 수 있다.
예컨대, 도 10의 #3번 침목의 경우 체결구 주변 및 침목 측면에서 균열이 발생하였으며, #5번 침목은 침목의 축방향으로 관통균열이 발생하였다. #10번 침목의 경우 침목 상면에서는 길이방향의 관통균열 및 침목 전반에 걸쳐 균열이 발생하였으며, #18번 침목의 경우에는 균열 및 침목의 일부분이 파손되었다.
이러한 균열 및 파손 상태를 고려하여, 침목손상도 판단부(520)는 미리 설정된 건전성 등급에 따라 각각의 침목을 분류할 수 있다. 예컨대, 침목의 상태가 비교적 양호한 #3번 침목은 상 등급으로, 균열 정도가 보통의 손상을 보이는 #5번 침목은 중 등급으로, 손상 정도가 심한 #10번 또는 #18번 침목은 하 등급으로 분류할 수 있다.
상관관계 분석부(530)는 선별된 측정대상 콘크리트침목에 대한 동적특성 추정결과와 외관조사망도 분석에 따른 손상도 판단결과를 비교하여, 침목별 손상에 따른 동적특성 변화에 관한 상관관계를 분석할 수 있다.
예컨대, 상관관계 분석부(530)는 외관조사에 따른 침목의 건전성 등급과 측정을 통해 추정된 침목의 강성을 침목별로 매칭하여 분석함으로써, 침목 손상도와 침목의 강성 사이의 상관관계를 도출할 수 있다.
상관관계 분석부(530)는 도출된 상관관계를 벗어나는 침목에 대하여 침목의 내부 손상도를 반영하여 침목의 손상도를 재평가할 수 있다.
예컨대, 도 12에 도시된 바와 같이, 외관조사에 따른 손상도 판단에서 #5번 침목이 #3번 침목에 비하여 더 큰 손상도를 보임으로써 보다 낮은 건전성 등급으로 분류되었으나, 본 발명을 적용한 침목의 건전성 추정결과에서는 그와 반대로 #3번 침목이 더 낮은 고유진동수를 갖는 것으로 추정되어 구조적 건전성이 상대적으로 더 낮게 평가되었다. 즉, 이는 외관조사에서 발견되지 않은 #3번 침목의 내부 및 측면 손상에서 기인된 것이며, 상관관계 분석부(530) 이러한 추가 손상을 반영하여 각 침목의 건전성 등급을 수정하고, 도출된 상관관계를 재산출 할 수 있다.
건전성평가기준 산출부(540)는 침목의 건전성 등급 및 동적특성과의 상관관계에 기초하여, 침목의 건정성 평가를 위한 평가지표를 산출할 수 있다.
이상에서, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 동적응답 측정부
200 : 동적특성 산출부
300 : 수치해석부
400 : 침목건전성 평가부

Claims (5)

  1. 운행선의 궤도구조에 부설된 콘크리트침목에 대한 임팩트해머 시험에서 발생하는 가진하중 대비 동적응답을 측정하기 위한 동적응답 측정부;
    상기 측정된 동적응답에 기초하여, 상기 콘크리트침목의 주파수 응답함수와 이에 따른 고유진동수를 산출하는 동적특성 산출부;
    상기 콘크리트침목의 현장부설 조건을 반영하여 해석모델을 구현하고, 상기 해석모델에 대한 모달 분석을 수행하는 수치해석부; 및
    상기 모달 분석결과와 상기 산출된 고유진동수를 비교하고, 상기 비교결과와 미리 산출되어 저장된 건전성 평가기준에 따라 상기 콘크리트침목의 건전성을 평가하는 건전성 평가부;를 포함하며,
    복수의 콘크리트침목에서 측정된 동적응답에 기초하여, 각각의 콘크리트침목에 대한 동적질량, 동적강성 및 감쇠비를 포함한 동적특성을 추정하는 동적특성 추정부;
    상기 복수의 콘크리트침목의 외관상 손상 상태를 나타내는 외관조사망도에 기초하여 침목별 손상도를 판단하는 침목손상도 판단부;
    상기 추정된 동적특성과 상기 침목별 손상도를 비교하여, 침목 손상에 따른 동적특성 변화에 대한 상관관계를 분석하는 상관관계 분석부;
    상기 분석된 상관관계에 기초하여, 상기 건전성 평가기준을 산출하는 건전성평가기준 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트침목의 건전성 평가시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동적응답 측정부는 임팩트해머와 가속도계를 포함하여 구성되며,
    상기 가속도계는 상기 콘크리트침목의 상면에 부착되어 상기 임팩트해머의 타격시 발생하는 진동 가속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 콘크리트침목의 건전성 평가시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모달 분석결과에 따른 휨모드에 의한 고유진동수와 건전한 상태의 콘크리트침목을 대상으로 산출된 고유진동수를 비교하여 상기 해석모델에 대한 적정성을 검증하는 해석모델 검증부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트침목의 건전성 평가시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102590539B1 (ko) * 2023-02-06 2023-10-17 주식회사 이솔구조건축사사무소 구조부재의 물성치 추정을 위한 비파괴 시험 방법

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JP2015036661A (ja) * 2013-08-15 2015-02-23 中日本ハイウェイ・エンジニアリング名古屋株式会社 防護柵支柱の健全度評価方法及び健全度評価装置
JP2015179026A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 公益財団法人鉄道総合技術研究所 Ｐｃまくらぎ劣化判定システム、ｐｃまくらぎ劣化判定方法およびプログラム

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