동적재하시험

정의

동적재하시험은 구조물에 동적 하중을 가해 응답을 측정하는 시험이다.

가속도·변위·변형률 응답으로 고유진동수, 감쇠비, 모드 형상을 구한다.

정적재하시험보다 시간과 비용이 적게 들어 안전진단 정밀 단계에서 쓰인다.

원리

구조물을 질량 m, 강성 k, 감쇠 c로 이루어진 진동계로 본다.

자유진동의 고유진동수는 강성과 질량으로 결정된다.

강성이 낮아지면 고유진동수도 낮아지므로, 측정값이 초기값보다 낮으면 강성 저하를 의심한다.

이 관계가 손상 탐지와 내하력 추정의 근거가 된다.

절차

절차는 측정 계획에서 시작해 모드 해석까지 여섯 단계로 이어진다.

센서를 설치하고 작동을 확인한 뒤, 차량 주행이나 중량추 낙하로 가진한다.

가속도·변위·변형률을 같은 시각 기준으로 기록하고 FFT로 주파수 성분을 구한다.

해석 모델의 강성과 질량을 측정값에 맞게 보정하고, 필요하면 측정 계획을 다시 세운다.

예시 계산

가상의 예로 단경간 강합성 교량의 1차 고유진동수를 측정한다고 하자.

손상 전 기준은 4.5 Hz이고, 측정값은 4.0 Hz다.

측정값이 기준보다 낮으므로 강성 저하를 먼저 의심한다.

단, 질량과 온도 영향을 보정하기 전에는 손상으로 단정하지 않는다.

가진 방식 비교

동적재하시험은 가진 방식에 따라 충격 가진식, 상시·차량 통과 계측식, 가진기 가진식으로 나뉜다.

충격 가진식은 교통을 단시간 통제하며 고유진동수와 감쇠를 추정하는 데 쓴다.

상시 계측식은 교통하중 등 실제 하중을 반영하지만 입력 하중을 알 수 없다.

가진기 가진식은 가진 조건의 재현성이 높으나 장비 무게와 비용이 크다.

헷갈리는 점

자주 틀리는 실수는 동적재하시험을 정재하시험과 같은 목적으로만 설명하는 것이다.

정재하시험은 변위로 내하력을 직접 확인하고, 동적 시험은 강성 변화를 추정한다.

고유진동수 변화는 온도·습도나 비구조 요소 영향일 수도 있어 구분이 어렵다.

그래서 동적 결과는 단독 판정이 아니라 정적시험·해석 결과와 함께 판단한다.

정리

정리하면 동적재하시험은 구조물의 동적 응답으로 강성과 손상을 추정하는 시험이다.

핵심 결과는 고유진동수, 감쇠비, 모드 형상이며 고유진동수 저하는 강성 저하의 단서가 된다.

결과는 내하력 평가와 안전진단에 연결하되, 정적시험·해석과 함께 판단한다.