A Damage Measurement of Steel Beam using PZT Sensor

Various monitoring sensors are used to predict and detect structural damage. Smart sensors, such as glass-fiber sensors, PZT, and MEMS, among others, have replaced traditional sensors. They are now being used in many areas. This study aims to predict the damage by measuring the PZT voltage attached on the specimen by the applied impact load. In the experiment to detect damages in beam connection, simple $H-400{\times}200{\times}8{\times}13$ beams were spliced with bolts. The results of FFT between PZT sensor and accelrometer were compared to measure the sensitivity of the PZT sensor. The damage to the beam was presumed by loosening the bolt, and then the damage measurement was accompanied. Secondly, a steel $PL600{\times}65{\times}5.8$ plate beam was fabricated for the purpose of experimenting on damage measurement. Impact loading test on three different locations was carried out. Damage width varied between 6~42mm on both sides by cutting, using a steel saw. The ratio of frequencies before and after the damage was computed to quantify the damage level by using FFT, and the change in mode pattern with the increased damage was investigated to measure the damage.

PZT센서를 이용한 철골보 손상계측

다양한 모니터링 센서는 구조물의 손상측정과 예측에 많이 사용되고 있다. 광섬유센서, 압전소자(PZT) 센서, MEMS(Micro Electro Mechanical System)센서 등의 스마트 센서는 기존 센서를 대체하여 많은 분야에서 사용되고 있다. 본 논문에서는 PZT센서를 실험체에 부착한 후 충격하중을 가하여 PZT센서의 출력 전압의 특성을 이용하여 실험체의 손상을 예측하고자 하였다. PZT센서를 이용한 보 이음부의 손상실험에서는 $H-400{\times}200{\times}8{\times}13$ 철골을 이용하여 단순보를 제작하고 중앙에 볼트 이음을 하였으며, PZT센서의 민감도 측정을 위해 기존 가속도계의 가속도값과 PZT센서의 전압값의 FFT 결과를 비교하였다. 또한 이음부의 볼트풀림을 이용하여 단순보의 손상을 가정하고 손상계측실험도 병행하였다. 철골 플레이트 보의 손상계측 실험에서는 $PL600{\times}65{\times}5.8$로 단순보 실험체를 제작하여 세 곳에 손상을 주어 충격하중 실험을 하였다. 손상의 정도는 쇠톱을 이용하여 보 단면의 양쪽에 6~42 mm로 절단하였다. FFT를 사용하여 손상의 유무에 따른 고유진동수의 비(${\omega}_c/{\omega}$)를 구하여 손상을 파악하였고 모드에 따른 손상의 위치와 정도를 파악하였다.