카메라 이동이 가능한 DIC 기반 2축 응력 계측 기술

Abstract

본 논문에서는 구조물의 2축 고정응력을 계측할 수 있는 영상 기반 시스템을 소개한다. 토목구조물의 주재료인 콘크리트는 타 건설재료 대비 비강도가 낮아 사하중에 의한 높은 고정응력을 받고 있으며, 특히 프리스트레스 콘크리트 구조의 경우 텐던에 의한 추가적인 고정응력까지 받는다. 이에 따라 토목구조물의 고정하중을 계측하는 기술연구가 활발히 이루어지고 있으나, 현재까지 개발된 기술들은 현장 적용성에 한계가 있다. 스트레인게이지를 통한 응력계측의 경우 주어진 탄성계수를 바탕으로 응력을 환산하지만, 게이지 부착 시부터의 응력변화량만 계측이 가능하다는 한계가 있다. 라만스펙트럼을 활용할 경우 응력에 의한 파수의 변화량을 통해 작용 중인 고정응력을 계측할 수 있다는 장점이 있지만, 파수변화는 응력변화보다 온도변화에 더 민감하므로 응력 민감도 향상을 위한 기술개발이 필요한 실정이다. 홀드릴링법의 경우 홀을 뚫어 응력장을 이완시킨 뒤, 이완되는 변위장으로 고정응력을 계산하는 기술로써 최근 고성능 카메라를 활용한 변위장 계측기술을 통해 현장 적용이 가능한 기술로 각광받는다. 하지만 기존 기술들은 카메라가 이동할 경우 추가적인 변위장으로 인식되어 응력계측 오차를 유발한다. 본 논문에서는 카메라 이동이 가능한 디지털 이미지 코릴레이션(DIC) 기반 2축 응력 계측 기술을 소개한다. 홀드릴링으로 이완되는 변위장 패턴은 카메라 이동에 의해서 생기는 패턴과 다르며 서로 구분이 가능하다. 호모그래피를 통해 카메라 이동에 의한 변위장 패턴을 추출하여 제거한 뒤, 홀드릴링에 의한 변위장만으로 2축 응력을 계산한다. 따라서 카메라 모션에 상관없이 2축 응력을 계산할 수 있게 되며, 카메라 고정이 불필요하므로 현장 적용이 가능하다. 본 발표에서는 응력계측 시스템, 수치검증 및 실내 시편실험 검증을 다룬다.