Many bridges have been constructed using precast components since they offer faster production, lower cost, and more efficient construction compared to conventional in-situ construction. For coupled behavior of precast bridge deck slabs and precast girders, shear pockets on the deck slabs and shear connectors on the girders need to be properly connected. However, precast girders can be easily deformed once they are placed in-situ because of their heavy weights, creeping, tensioning, temperature, etc. Once the girders are deformed, shear pockets and shear connectors may no longer match properly and this mismatch negatively affects the structure performance and safety. To ensure the performance and structural safety of precast bridges, quality assessment of precast girders should be conducted and mismatched shear connectors must be properly replaced or repaired before the installation of precast bridge deck slabs on the precast girders. However, there is neither any method nor study to inspect quality of precast girders and identify mismatched shear connectors after the manufacture of precast girders. In addition, no study has been investigated for reducing the mismatched shear connectors by finding optimal placements of precast bridge deck slabs. Therefore, this study proposes following techniques which can automatically (1) inspect quality of precast girders using 3D laser scanning, (2) estimate the optimal placements of precast bridge deck slabs with respect to precast bridges, and (3) identify mismatches between shear connectors and shear pockets. The proposed technique firstly performs a scan on precast girders using a 3D laser scanner. Then, unnecessary noise data are removed and the coordinate of the scan data is transformed with respect to shape of the precast girder. Afterwards, shear connectors and girder planes are identified from the scan data. Next, quality of the shear connectors and girder planes are assessed and locations of the shear connectors on the precast girders are estimated. Finally, precast bridge deck slabs are optimally placed on the precast girders to minimize the mismatches. To validate the effectiveness of the proposed technique, experiments were conducted on small-scale test specimens and on a real precast girder. The experimental results demonstrated that the proposed technique can accurately assess the quality of precast girders and efficiently estimate the optimal placements of precast bridge deck slabs with respect to precast girders.
교량 건설에 있어 프리캐스트 공법은 기존의 다른 공법들과는 달리 공사비 절감, 공기 단축, 및 안전성 향상 등의 장점으로 인해 가장 널리 이용되고 있다. 프리캐스트 교량은 거더의 전단 연결재와 바닥판의 전단 포켓의 견고한 전단 연결을 통해 교량의 품질 및 안전성이 확보된다. 하지만, 프리캐스트 거더의 경우 온도와 자중 및 여러 요소에 의해 변형이 쉽게 일어나며, 이러한 거더의 변형은 전단 연결재와 전단 포켓과의 부정합을 야기하고 거더와 바닥판의 전단 연결에 문제를 발생시킨다. 따라서, 프리캐스트 교량의 성능 및 구조적 안전성을 확보하기 위해서는 거더의 변형된 형상을 계측할 수 있는 품질 평가가 이루어져야 하며, 전단 포켓과 부정합이 발생하는 전단 연결재를 찾아 교체 및 수리가 사전에 이루어져야 한다. 하지만, 현재까지 변형된 거더의 품질평가에 관한 연구는 미비하고 대부분 전문가들에 의한 수동 검사가 이루어지고 있다. 또한, 거더 위에 바닥판을 시공하기 전에 전단 포켓과 부정합되는 전단 연결재를 찾아내거나 부정합을 최소로 할 수 있는 제작된 거더의 형상에 따른 바닥판의 최적 위치를 추정하는 방법 및 연구가 필요하다. 따라서, 본 학위논문에서는 3차원 레이저 스캐닝을 활용하여 (1) 프리캐스트 거더의 전단 연결재 품질 및 솟음 값을 검사하고, (2) 거더의 변형된 형상을 계측하여 전단 포켓과 전단 연결재의 부정합을 최소로 하는 바닥판의 최적 위치를 추정하고, (3) 바닥판의 최적 위치 추정 후 여전히 부정합이 발생하는 전단 연결재를 교량 시공 전에 추정하는 기술을 제안한다. 제안된 기술은 우선, 3차원 레이저 스캐닝를 통해 거더의 형상 계측 데이터를 획득한다. 획득한 데이터에서 필요 없는 노이즈를 제거하고 거더의 형상에 맞게 좌표를 변환시키는 전처리 과정을 진행한다. 다음으로, 전처리 과정을 거친 형상 계측 데이터로부터 전단 연결재 및 거더 표면 데이터를 추출하고, 추출된 데이터를 통해 전단 연결재의 품질평가 및 거더의 솟음 값 검사를 진행한다. 마지막으로, 바닥판의 전단 포켓과 거더의 전단 연결재의 부정합을 최소로 하는 바닥판의 최적 위치를 추정한다. 제안된 기술은 프리캐스트 거더의 축소 모델과 실제 프리캐스트 거더를 이용하여 성능이 검증되었다.
