This paper presents the development of a tension force estimation technique based on the acoustoelastic effect of ultrasonic bulk waves for a cylindrical rod in the suspension bridge anchor system under varying temperature conditions. Three Macro Fiber Composites (MFC) are installed on the surface of a mock-up scale rod specimen for generation and sensing of ultrasonic bulk waves. The ultrasonic responses are obtained under various tension force levels and temperature conditions, and the relationship between the time lag of the ultrasonic response and the tension force is established. Subsequently, the temperature effect of the tension force estimation is theoretically investigated and compensated for field application. The performance of the developed technique is examined through the tension force estimation under varying temperature conditions. The uniqueness of the developed technique includes (1) tension force estimation of the mock-up specimen of the real bridge using the acoustoelastic effect, (2) theoretical derivation of the relationship between the applied tension force and the time lag of ultrasonic bulk waves considering the elastic modulus and density variation, (3) theoretical study considering the temperature effect of the acoustoelastic effect and (4) compensation of the temperature effect on the tension force estimation without temperature measurement of the rod specimen.
본 논문에서는 변화하는 온도 조건에서 음향탄성 효과를 이용한 현수교 앵커리지의 원통형 부재의 장력 추정 기술을 개발하였다. 초음파 생성 및 계측을 위하여 3개의 Macro Fiber Composite (MFC)를 구조물에 부착하였고, 다양한 장력과 온도 조건에서 초음파를 계측하였다. 계측된 초음파를 이용하여 초음파 시간 지연과 장력 사이의 관계식을 도출하였으며, 현장 적용성을 높이기 위하여 장력 추정에 대한 온도 영향을 조사하고 보정하였다. 개발된 기술은 (1) 실제 현수교 앵커리지 원통형 부재와 동일한 크기의 시편을 이용한 장력 추정, (2) 탄성계수와 밀도 변화를 고려한 초음파 시간 지연과 장력 사이의 관계식 유도, (3) 음향탄성 효과의 온도 영향 조사, (4) 구조물의 온도 측정 없이 온도 보정이라는 장점을 가지고 있다.
