In this study, a structural identification method is developed for bridges using genetic algorithms, and it is applied to the finite element model updating and damage estimation of a plate girder bridge.
Structural identification has increasingly become an important research topic in conjunction with damage assessment and safety evaluation of existing structures. The proposed method using genetic algorithms uses only the payoff information, not derivatives or other auxiliary knowledge as in the conventional methods. Moreover, the present method may give the better estimate, which is not related to the local minimum of the error criteria function.
In this study, the averaged normalized frequency response function modulus is used for estimating the natural frequencies from the acceleration data measured at many different locations. The numerical simulation study on a grid structure indicates that the proposed method using genetic algorithms can identify the damage locations and severities very well. The grouping approach used to reduce the number of the unknowns in each identification process is founded to be very effective. The results of the experimental study on a plate girder bridge indicate that the present method can provide a better finite element model than the initial model constructed from the design drawings and the locations of the damaged members with relatively large inflicted damages can be reasonably identified.
본 논문에서는 유전자 알고리즘을 이용한 교량의 구조계 규명기법이 개발되었고, 제안된 기법의 검증을 위해서 예제 구조물에 대한 손상 추정을 수행한 후, 판형교의 유한요소 기저모델 개선에 적용하였다.
구조규명기법은 기존 구조물의 손상 추정 및 건전도 평가와 맞물려 최근 들어 활발히 연구되고 있는 분야이다. 기존의 민감도방법을 이용한 구조규명기법에서는 미분값 등의 추가적인 정보를 필요로 하는데 반하여, 유전자 알고리즘을 이용한 제안된 방법은 오직 목적함수의 값, 즉 적합도 정보만을 이용한다. 또한, 기존의 방법이 계산과정 상에서 발생하는 발산 및 불안정성과 국지해에 빠지는 단점을 가지는 반면에, 본 방법은 전역해를 탐색할 수 있는 가능성을 보여준다.
먼저 본 연구에서는 많은 응답지점을 가지는 가속도 시계열로부터 구조물의 고유진동수를 추정하기위해서 AN FRF modulus가 사용되었고, 모드형상을 추정하는 데는 가속도에 대한 주파수응답함수 허수부의 비를 이용하였다. 제안된 방법의 검증을 위하여 2차원 격자구조물에 대한 손상 추정 모의 실험을 수행하였고, 그 과정에서 손상위치와 손상정도를 성공적으로 찾아내었다. 그리고, 매 규명과정 중에서 고려되는 미지수의 개수를 줄이기 위해서 그룹방법이 사용되었다. 그룹방법은 크게 그룹접근과 요소접근으로 나뉘어, 각 단계를 진행시킴에 따라 미지수를 효율적으로 감소시킬 수 있었다. 판형교에 대한 실험결과를 바탕으로 수행한 유한요소 기저모델 개선과정은 제안된 방법이 설계도에 기초한 유한요소모델보다 더 실제 거동에 가까운 유한요소모델을 제공함을 보여준다. 또한, 상대적으로 손상이 큰 부재를 합리적으로 규명해 내었다.
