Vibration-based Structural Health Monitoring of Full-Scale Cable-Stayed Bridges Using Wireless Smart Sensors

Abstract

본 연구에서는 사장교의 구조건전성 모니터링을 위한 스마트 센서 시스템을 설계하고 그 적용성을 실물 장대 사장교를 대상으로 평가하였다. 본 연구는 세 단계로 구성되었다. 첫 번째로, 사장교의 주탑-케이블-덱 시스템의 상호 진동응답을 분석하였다. 두 번째로, 장대 사장교의 구조건전성 모니터링을 위한 Imote2 기반 스마트 센서 시스템을 설계하였다. 세 번째로, 실물 장대 사장교의 현장실험을 통해 스마트 센서 시스템의 적용성을 평가하였다. 대상 교량은 부산에 새로 건설된 화명대교이며, 대상 교량에 맞게 모니터링 시스템을 설계하고 센서 배치계획을 구성하였다. 일기 변화 조건에 대한 스마트 센서 시스템의 장기 모니터링 성능을 평가하였다. 교량의 진동응답을 계측하고 수치 모드해석결과와 비교하여 대상 교량의 진동모드특성을 식별하였다. 마지막으로, 진동응답신호를 이용하여 케이블 장력을 모니터링하였으며 그 정확도를 평가하였다. In this paper, the applicability of a smart sensor system for structural health monitoring (SHM) is evaluated on a full-scale cable-stayed bridge. Firstly, vibration responses of pylon-cable-deck system in cable-stayed bridge are described. Secondly, an Imote2-based smart sensor system is designed for the vibration-based SHM. Finally, the practicality of the smart sensor system is evaluated on a real cable-stayed bridge, Hwamyung Bridge in Korea. The field-test bridge is briefly described and the field sensor deployment is outlined. The long-term monitoring performance of the sensor system is examined under various weather conditions. The experimental modal parameters of the target bridge are identified by numerical modal analyses. The accuracy of cable force monitoring by the sensor system is evaluated for the target bridge.