유지보수용 그라운드 앵커의 잔류응력 추정을 위한 적외선 열화상 적용

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 36(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

그라운드 앵커의 무결성을 특성화하는 것은 토양 구조 유지 관리에 대한 유용성을 조사하는 데 필수적입니다. 그러나 이러한 목적으로 일반적으로 사용되는 리프트 오프 테스트는 설치된 모든 그라운드 앵커를 덮는 데 적용하기에는 한계가 있습니다. 본 연구의 목적은 기존 기술과 관련된 단점을 우회하는 비접촉 기술로서 적외선 열화상 측정을 사용하여 그라운드 앵커의 잔류 응력을 측정할 수 있는 가능성을 평가하는 것입니다. 테스트된 재료의 정확한 방사율을 결정하기 위해 예비 실험이 수행됩니다. 적외선 열화상 측정의 대표적인 기술로 수동(Passive) 방식과 능동(Active) 방식이 모두 적용됩니다. 대규모 실험에서는 100kPa 간격으로 0~400kPa 범위에서 응력이 증가하는 설치된 4개의 스트랜드의 적외선 이미지를 수동 측정 방법에 사용했습니다. 능동 방법의 경우 UTM 기계를 사용하여 가열된 앵커 헤드에 이와 동일한 응력 범위가 적용됩니다. Passive 방식의 결과는 Load 및 Unload 단계에 따라 온도가 증가 및 감소하는 것을 보여줍니다. 냉각 속도 지수 값은 능동 방법 결과를 통해 추론되었으며 10분과 15분에서 안정적인 동작이 관찰되었습니다. Passive 방식과 Active 방식 모두 로딩 단계에 따라 온도 변화가 큰 픽셀의 개수도 달라졌습니다. 이 연구는 적외선 열화상 측정이 비접촉 기술의 일종으로 그라운드 앵커의 잔류 응력을 평가하는 데 적합한 대체 방법임을 보여줍니다.

그라운드 앵커는 경사면 건설 시 토양 구조를 안정화하기 위한 높은 하중 용량을 제공하며, 노후화 앵커의 성능을 평가하기 위해 정기적인 검사가 필요합니다1,2. 리프트 오프 테스트는 일반적으로 앵커의 잔류 응력을 평가하는 데 사용되며 유압 잭을 사용하여 앵커 헤드를 잡아당기는 방식이지만 이 방법은 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요되기 때문에 적용에 한계가 있습니다5. 동일 현장에 시공된 모든 앵커를 조사하는 것은 불가능하므로 잔류응력은 샘플링 테스트를 통해 소수의 앵커에서만 평가하는 것이 일반적입니다. 충분한 수의 앵커의 성능을 평가하기 위해 비파괴 기술이 제안되었습니다. Zima와 Rucka6는 유도파에 의해 생성된 에너지 전달을 기반으로 지면 앵커의 서로 다른 고정 길이에서 응력 특성을 검사하려고 시도했습니다. 여기서 에너지 전달은 힘줄과 주변 앵커 본체 사이의 기하학적 매개변수에 의해 발생합니다. Tamrakar 등7은 초음파를 사용하여 지면 앵커의 잔류 응력을 추론했으며, 베어링 플레이트 표면의 파형과 최대 진폭을 모두 결정했습니다. 인장응력과 측정값 사이의 일반화된 관계는 실험실 및 현장 실험을 통해 제시되었습니다. 지하 콘크리트에 매설된 앵커 로드의 특성 분석을 위해 주파수 영역 반사 측정법도 선택되었으며, 이 방법은 유지 관리를 위해 노후된 위치에 대한 정보도 제공합니다8. 제안된 방법은 앵커 헤드에 센서를 접촉시키는 것과 관련하여 번거롭습니다. 따라서 비접촉 형태의 유지보수 방법 개발이 필요하다. 본 연구에서는 지면 앵커의 응력 수준을 추정하기 위한 유지 관리 기술로서 적외선 열화상 측정의 적용을 평가합니다.

적외선 열화상 측정(IRT)은 처음에는 군사 목적으로 사용되었으며9,10 최근 엔지니어링 분야에서 물체의 특성과 결함을 확인하는 데 사용되었습니다. 물체에서 발생하는 열은 복사, 대류, 전도에 따라 달라지며, 이 중 복사는 열에너지 확산에 가장 큰 영향을 미친다19,20,21. 열에너지는 0.7~1000μm 범위의 파장에서 −273°C(0K) 이상의 온도 조건을 갖는 모든 물체에서 방출됩니다. IRT는 주어진 조건에서 물체에서 방출되는 열에너지를 측정하는 데 사용되며 열화상 기술은 실험 및 분석을 위해 능동형, 하이브리드 및 수동형 방법으로 구분됩니다22. 능동 방식은 가열 또는 냉각 상태에서 인공 열원을 통해 물체의 온도를 측정하는 방식이고, 수동 방식은 별도의 열원을 사용하지 않고 물체의 온도 분포를 파악하는 방식이다. 따라서 능동법은 정량적 분석법으로서 측정값의 상대적인 비교를 통해 대상물의 특성을 이해할 수 있다. 수동적 방법에서는 온도에 해당하는 이상상태를 사전에 인지한 후 정성분석을 수행한다23,24,25. 본 논문에서는 지반 앵커의 성능을 평가하기 위한 유용한 방법을 도출하고 능동 및 수동 방법을 모두 고려합니다.