수치모델링을 이용한 기초 손상 심도 추정 장치의 적용성 연구

Study of the Feasibility of a Damage-locating Device for Concrete Foundation Piles using Numerical Simulation

지진피해를 본 건물을 재사용하기 위해서는 구조물 손상 평가가 필요하지만, 구조물의 기초 부분은 접근이 제한적이기 때문에 노출된 피해 정도가 명확하지 않으면 손상 규모를 파악하기 어렵다. 이 때문에 구조물 사용 중 기초에 손상이 발생하였을 때 이를 감지하고 정량적 정보를 제공할 수 있는 모니터링 장치가 요구된다. 본 연구에서는 고층 건축물 기초로 많이 사용되는 현장타설 말뚝기초 내부에 설치되어 손상 발생 시 손상 심도를 추정할 수 있는 장치를 제안하였다. 그리고 유한차분해석 프로그램인 FLAC3D를 이용해 추정 장치를 모델링하고 손상 신호 전파 과정을 모사함으로써 제안된 장치 구조의 적합성, 손상 위치 추정에 적용된 신호처리 알고리즘의 적용성을 확인하였다. 장치를 구성하는 재료의 감쇠 특성과 신호대잡음비(S/N비), 장치 길이 등 주요 인자가 추정 성능에 미치는 영향을 정량적으로 비교한 결과, 센서의 S/N비가 크고 감쇠율이 1% 이하인 추정 장치를 사용한다면 장치 길이의 10% 내외 수준의 오차 범위에서 손상 위치 추정이 가능함을 확인하였다. 끝으로 해석 결과로부터 손상 심도 추정 장치 설계 시 고려해야 할 사항을 도출하였다.

To reuse or rehabilitate buildings damaged by earthquakes, evaluating their current state is necessary. However, because access to building foundations is usually limited, evaluating the conditions of mat foundations or piles is difficult unless building damages are clearly observed from the outside. For this reason, developing a device that can detect and quantitatively analyze foundation damage within a building is required. In this study, we propose a device to estimate the depth of pile damage by installing the device in a cast-in-place pile. Through numerical model analysis of the propagation process of the signal generated when the installed device is cracked, we investigate the feasibility of the structure of the device and the signal processing algorithm applied to the damage location. Results show that the damage location could be estimated within an error range of approximately 10% of the device length if a device having a large sensor S/N ratio as well as a damping ratio of 1% or less was installed. The factors to be considered in designing the device were derived from the simulation results.