진동대 가진 골조 실험체에 대한 스테레오 화상정보 기반 3차원 변위 계측 및 동특성 평가

초록

본 연구에서는 구조물의 동특성 평가를 위한 스테레오 화상정보 기반 비접촉식 변위 계측 시스템을 제안하고, 이를 실험적으로 검증하였다. 4층 규모의 골조 실험체에 대해 5종의 지진파를 각각 세 가지 최대지반가속도(PGA) 수준(0.1g, 0.3g, 0.5g)으로 단축 진동대 가진 실험을 수행하였다. 고해상도 듀얼 카메라로 구성된 스테레오 화상정보 계측 시스템은 재투영 오차 최소화 및 실험체 기반 좌표계 정합을 포함한단계별 최적화 절차를 통해 정밀하게 캘리브레이션하였다. 화상정보 기반으로 도출된 변위를 Wire LVDT 및 가속도계 계측 결과와 정량적으로 비교하였으며, 모든 실험 조건에서 최대 변위 오차는 ±2 mm 이내, 평균 제곱근 오차(RMSE)는 1.06 mm로 나타났다. 스테레오 화상정보로부터 산정된 주파수응답함수(FRF)를 통해 고유진동수 및 모드형상을 도출하였으며, 가속도계 계측 결과와 높은 상관성을 보였고 대부분의 모드에서 형상 유사도(MAC)가 0.9 이상을 기록하였다. 또한 Half-power bandwidth 기법을 이용하여 감쇠비를 추정하고 Rayleigh 감쇠모델과 비교하였다. 결과적으로 본 3차원 스테레오 화상정보 계측 시스템은 중대형 구조물의 실험적 모달 해석에 충분한 정밀도와 해상도를 제공함이입증되었으며, 구조건전성 모니터링에 적용 가능성을 확인하였다.

키워드