Offshore structures are generally exposed to hostile environments such as sea water, floats, and cyclic external loadings caused by waves or winds for its all lifetime. Accordingly, the structural damages at critical areas such as welded joints or part of legs near contacted area to the surface of grounds may cause the failure of an offshore structure. The problem is such a cumulative damage cannot be found easily by general visual inspection method only.
In this thesis, Damage detection for a jacket-type offshore structure using acceleration sensors was performed. The test structure is a 1/20 scaled-down model of “Uldolmok Tidal Current Pilot Power Plant (TCPP)”, which is located in Jindo Strait in Korea. The most probable damage mechanism for the TCPP structure is fatigue failure at joints between diagonal braces and legs. For this study, acceleration signals were measured at 8 nodal points in 2 horizontal directions (2 locations on each of 4 floor levels) and the modal properties of the structure were extracted using the stochastic subspace identification algorithm. Then damage identification was carried out for the floor-level damage indices based on the modal properties. To overcome challenges related to the limited number of sensors, the dynamic model reduction method and the bounded value least square algorithm were employed. To verify the compatibility of the proposed method, a numerical study was performed first. For the test, two damage scenarios were introduced. The first one is loosened bolts of a leg. It is because that the problem is occurred for friction between legs and ground during construction. The second scenario is damage of a secondary bracing of a substructure caused by salts or fatigue. Then the method was experimentally validated on the test structure. It has been found that the proposed method can be used to assess the floor-level damages of the TCPP structure.
자켓구조물을 대상으로 손상탐색을 수행하였다. 대상 구조물은 울돌목에 건설된 1차 시험조류발전소구조물(이하 시험조류발전소구조물)의 1:20 축소모형이며 상용부재를 활용하여 제작되었다. 시험조류발전소구조물에서 발생 가능한 손상 중 첫째로는 대각부재(diagonal brac-ing)가 레그(leg)와 맞닿은 용접부에서의 피로에 의한 구조물 손상을, 둘째로는 구조물 설치과정에서 지면과 파일(Pile)의 마찰로 인한 손상을 실제로도 발생할 가능성이 높은 경우로 보고 축소모형에서는 이를 모사하기 위한 시나리오를 작성, 실험을 수행하였다. 이 논문을 위한 연구에서는 총 8개의 절점에서 각 절점당 2개씩의 자유도(총 4개의 floor level, floor level 하나당 4개의 자유도)를 계측하여 가속도 데이터를 획득하고 그 데이터로부터 고유진동수와 모드형상을 추출하였다. 그렇게 추출한 구조물의 동특성을 이용하여 floor-level의 손상지수를 추출하기 위한 손상탐색이 수행되었다. 제한된 센서 개수로 인한 연구에의 어려운 점을 극복하기 위해 동적 차수축소기법과 최소자승법이 차용되었다. 제안된 방법의 적합성을 보이기 위해 시뮬레이션 결과를 먼저 보이고, 축소모형을 대상으로 한 실험의 결과를 보였다. 축소모형의 실험에서는 실제 현장에 설치된 구조물에서 레그에 발생하는 손상을 모사하기 위해 모형의 지지볼트를 느슨하게 푸는 것으로 손상 경우를 만들었고, 부분구조(substructure)에서의 손상 경우를 위해서는 가장 발생가능성이 높은 레그와 2차부재간의 용접 부위 하나를 골라 단면을 감소시켰다. 실험결과, 두개 이하의 레그 손상경우에 대한 결과와 하나의 레그와 다른 하나의 부분구조에서 발생한 손상 경우에 대해서 손상지수를 도출해 낼 수 있었다. 그리고 나서 추가 실험을 수행하였다. 수심 깊은 곳에 비해 상대적으로 사람의 접근이 용이한 곳에 센서를 추가적으로 설치한다는 가정하에 가속도계의 위치를 각 레그의 최상단에 2개씩의 자유도 (총 6개 절점, 12개의 자유도)를 계측하고 레그의 볼트를 풀어가며 다중 손상의 경우에 대해 손상탐색을 수행하였다. 실험결과, 최대 두 개까지의 동시 레그 손상에 대해 손상 지수를 도출해 낼 수 있었다. 제안된 방법은 시험조류발전소의 손상탐색에도 유효할 것으로 기대할 수 있었다.
