Abstract
This study investigates an existing steel plate girder railroad bridge after superstructure rehabilitation to monitor static and dynamic responses using Fiber Bragg Grating (FBG) sensors. This paper also presents an experimental technique to estimate the vertical deflection of the bridge using FBG sensors. Seven FBG sensors are multiplexed in a single optical fiber and installed in parallel pairs along the length of the bridge, with one set at the top flange and the other at the bottom flange. In addition to FBG sensors, a conventional electric strain gauge and anLVDT are installed at the mid-span of the bridge for comparison. A test train consisting of one locomotive is placed at the center of the bridge to produce the maximum static effect. The train is also made to pass over the bridge at different speeds ranging from 10 km/h to 90 km/h to monitor the dynamic response of the bridge. This study demonstrates that the measured strains using the FBG sensor compared well with the readings from the electric strain gauge. The results show that the proposed instrumentation technique is capable of estimating the vertical deflection of the bridge for various loading conditions, which is crucial in structural health monitoring. Several dynamic characteristics of the bridge were also identified.
본 연구는 광섬유 브래그 격자 (fiber Bragg grating, FBG) 센서를 이용하여 보강이 실시된 철도판형교의 수직처짐을 산정하고 이를 통해 교량의 정적 및 동적 거동을 모니터링 하는데 목적이 있다. 7개의 센서로 다중화(multiplexing)된 FBG 센서 2쌍을 지간 12.9 m인 철도 판형교의 상부와 하부 플랜지의 표면에 부착하였다. 이렇게 수평 배치된 FBG 센서로부터 직접 곡률을 측정하고 기하학적인 처짐-곡률관계와 회귀분석을 통해 교량의 처짐을 유추하였다. FBG 센서의 정확도를 검증하기 위해 교량의 중앙 지점에 기존의 전기식 변형률 센서와 처짐계를 설치하였다. 교량의 거동을 측정하기 위해 열차 재하실험과 증속실험을 실시하였다. 증속실험은 열차의 속도를 10 km/h 에서 90 km/h까지 10 km/h 씩 증가시키며 교량의 동적 거동을 분석하였다. 측정 변형률을 비교한 결과 FBG 센서와 전기식 센서가 최대오차 7%이내의 우수한 상관관계를 보였으며, 본 연구에서 제안된 실험법으로 유추된 최대처짐을 처짐계를 이용한 결과와 비교하였을 때 5% 이내의 오차를 보였다. 따라서 철도판형교의 안전성 평가를 위한 처짐 모니터링 시 FBG 센서의 적용성이 우수하다고 판단된다.
