KR100211156B1 - 구조물 부재각 변화를 측정하기 위한 자동 변각계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 자동 변각계는 부재의 각도변화 전달장치(60), 감지장치(30), 그리고 감지된 정보를 표시하는 표시장치(30)로 구성된다.

각도변화 절단장치(60)와 감지 장치(50)에 의해 파악된 정보는 전기 인출선(4)에 의해 표시장치(50)로 전달되어 표시장치(50)에 각 구조 부위의 상황이 표시되므로 감시원이 상주하지 않아도 구조 부재의 위험상태를 사전에 파악하여 미리 대책을 강구할 수 있는 방안을 제공한다.

Description

구조물 부재각 변화를 측정하기 위한 자동 변각계

제1도는 본 발명의 실시예를 개략 보인 구성도이다.

제2도는 제1도의 실시예의 부분 상세 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 구조부재 30 : 감지장치

31 : 전기 접점 33 : 기판

34 : 고정판 40,41,42,43 : 전기 인출선

50 : 표시장치 51 : 전원장치

52,53 : 표시전구 60 : 각도변화 전달장치

61 : 결합점 63 : 연결 봉 결합 장치

64 : 연결 봉(connecting Arm) 65 : 연결점

66 : 축(피스톤) 67 : 실린더

68 : 전기 접점 69 : 지시바늘

70 : 고정장치 71 : 밑판

72 : 볼트구멍(slot) 81 : 부재각

[발명의 분야]

본 발명은 구조부재의 접합각도 변화를 측정하는 계측 계기에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 지하철이나 건축물의 지하실 등 본공사를 하기 위한 가설 흙막이 부재, 교량, 건축물의 구조부재(슬래브,보, 벽체 및 기둥 등)가 하중을 받으면 구조물 부재각의 변화를 일으키는데 이 하중이 허용치를 넘으면 구조 부재간의 접합각도 변화가 허용범위를 넘고 이에 따라 구조물이 기능을 발휘할 수 없고 끝내 파괴되는 과정을 겪는데 허용범위를 넘을 경우, 유지 관리자에게 위험신호를 보내고, 또한 인접 구조부재의 길이 변화하거나 기초가 침하하는 등 외부 하중에 의해 구조물의 부재각 변화가 생길 때에도 미리 감지하여 하중을 경감시키거나 위험한 경우 미리 거주자들을 대패시키는 등 사전 구조물 부재각 변화 측정장치에 관한 것이다.

더욱이 구조물의 부재각 변화에 관한 정보를 굳이 유지 관리자가 직접 점검하지 않더라도 구조물의 절점에서 부재각의 변화량을 스스로 감지하여 감시실에 알려주도록 자동화한 장치에 관한 것이다.

[발명의 배경]

구조물의 주요 구성요소 중 슬래브, 보, 기둥, 벽체 등 구조부재들은 하중을 받거나, 기초가 침하하거나, 부재의 길이가 변화하여 원래 설계하고 시공한 상태대로 형상을 유지하지 못하고 절점의 부재각이 변화를 일으키는데, 이들 구조부재각 변화량이 허용 한계값을 넘으면 사용상 지장을 초래하고(사용성), 부재각의 변화량이 계속 증가하면 드디어 파괴 또는 붕괴되는(안전성)상태로 이어지게 된다.

그러므로 구조물 부재각의 변화는 정해진 범위 안에 있도록 설계, 시공하는 것이 당연하지만 건물을 시공하거나 사용할 때에는 설계자, 시공자, 사용자 중 어느 누가 잘못하여 구조물의 안전성에 문제가 있다면, 구조물을 사용하거나 이를 관리하는 자가 지속적으로 구조부재의 균열, 진동, 물 고임, 마감재 탈락 등 구조물의 거동으로 일어나는 현상을 감시하여 위험요소를 인식한 뒤에나 부재각의 변화를 측정하기 시작하고 이 이후부터 구조물의 거동을 정밀 감시하게 되므로 사전에 보강하거나 위험을 예측할 때 대비할 수 있는 기회를 놓치게 된다.

지금까지 구조부재에서 부재각의 변화를 측정하기 위해서는 정기적으로 육안으로 관찰하거나, 다림추, 수준의, 레벨, 데오도라이트, tiltmeter 또는 clinometer등을 이용하여 측정하고, 그 값을 전회 측정값과 비교하여 부재각 변화가 진행되는지 여부를 확인하는 순서를 밟아 왔다.

그러나 구조물의 부재각 변화를 확인하기 위하여 감시원을 상주시키거나 정기적으로 측정 위치를 찾아가 변화량을 점검해야 하지만 매 번 변화량을 파악하여 안정성 여부를 판단하기는 곤란한 데다가 측정 부위가 사람이 접근 하기 어려운 곳에 있거나 기후가 나쁘거나 밤에는 측정조차 할 수 없는 경우도 발생한다. 또한 감시원을 상주시키거나 정기적으로 방문하여 측정하는데 비용도 많이 든다.

특히 최근에 발생한 성수대교 붕괴사고, 삼풍백화점 붕괴사고 등 대형 구조물의 안전성이 대두됨에 따라 시설물 안전관리에 관한 특별법(1995.1.5 법률 제4922호)이 제정되고 이에 따라 시설물의 관리자로 규정된 관리주체는 시설물의 기능 및 안전을 유지하기 위하여 안전점검 및 정밀 안전 지침에 따라 해당 시설물에 대한 안전점검을 실시하여야 하는데(즉 구조안전진단이 법제화된 것이다), 이를 충족시키기 위한 계측관리 비용이 계측장비가 비싸고, 위와 같이 감시자가 상주하여 직접 감시해야 하기 때문에 대단히 비싸다. 이로 인해 시설물 관리주체가 부담해야 할 비용이 만만치 않기 때문에 편법으로 흐를 가능성을 배제할 수 없다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 구조부재에 자동 부재각 변화량 측정계기를 사전에 설치해 두고 구조물의 부재각 변화가 허용 값을 넘을 경우 곧바로 감시실에 자동 전송하는 무인 자동 계측장치의 개발이 절실히 요구되고 있다.

이에 본 발명자는 사전에 구조물의 거동이 안정 허용범위를 넘는 경우 자동으로 위험신호를 보낼 수 있는 자동 부재각 측정기인 자동 변각계를 개발하게 되었다.

[발명의 목적]

본 발명의 자동 변각계는 대상 시설물의 구조부재에 설치하여 자동으로 구조물 부재각을 측정하여 감시실이나 통제실에 전송하는 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 무인으로 구조물 부재각을 측정하여 사람이 직접 위험한 부위에 접근하지 않더라도 구조물의 안전상태를 점검할 수 있도록 하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적을 구조물 부재각의 변화가 허용 안전치를 초과할 경우 즉시 예방 조치를 취할 수 있는 정보를 빨리 파악할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 시설물 관리자에게 더욱 경제적인 구조물 부재각 측정장치를 제공하는 것이다.

[발명의 요약]

본 발명의 자동 변각계는 부재의 각도변화 전달장치(60), 감지장치(30), 그리고 감지된 정보를 표시하는 표시장치(50)로 구성되고, 각도변화 전달장치(60)와 감지 장치(30)에 의해 파악된 정보는 전기 인출선(40)에 의해 표시장치(50)로 전달된다.

각도변화 전달장치(60)는 연결 봉(Connecting Arm, 64)과 연결 봉 결합장치(63)로 이루어지고 연결 봉은 결합장치애 의해 결합되어 고정장치(70)에 의해 결합점(61)에서 구조부재(10)와 회전절점으로 결합된다.

기판(33)에 설치된 축(66)의 외면에는 상기 축(66)을 따라 미끄럼 운동을 하도록 실린더(67)가 설치되고 이 실린더에는 전기접점(68) 2개가 실린더 양끝 쪽에 설치되며 실린더 중앙의 한 쪽에는 지시 바늘(69)이, 반대 쪽에는 연결봉(65)와 회전단으로 고정할 수 있도록 연결점(65)이 형성된다. 전기 접점은 서로 도체로 연결되고 도체에는 전기 인출선(41)이 연결되어 표시장치(50)로 연결된다.

구조 부재(10)가 하중을 받으면 구조부재가 회전하면서 A점의 주재각이 바뀐다. 회전에 의한 부재각 변화는 연결봉(64)를 통하여 연결점(65)에 회전절점으로 연결된 실린더에 전달되고, 실린더가 변위를 받아 움직인다. 실린더가 움직이면 실린더 양 끝에 연결된 전기 접점(68)이 축(66)을 따라 움직이고 움직인 거리가 일정 간격에 이르면 전기접점(68)과 전기접점(31)이 서로 닿아 회로가 닫히고 전기 인출선(40)을 통하여 연결된 표시장치(50)의 표시전구(52,53)에 불이 들어오게 하여 구조부재각이 변화하는 상황을 자동으로 감시할 수 있다.

[발명의 구체적인 사례에 의한 상세한 설명]

제1도 및 제2도에서와 같이, 본 발명의 자동 변각계는 부재의 각도변화 전달장치(60), 감지장치(30), 그리고 감지된 정보를 표시하는 표시장치(50)로 구성된다. 그리고 각도변화 전달장치(60)와 감지장치(30)에 의해 파악된 정보는 전기 인출선(40)에 의해 표시장치(50)로 전달된다.

제2도에서 보는 바와 같이, 각도변화 전달장치(60)는 연결 봉(Connecting Arm, 64)과 연결 봉 결합장치(63)로 이루어지고 연결 봉 (64)은 결합장치에 의해 결합되어 고정장치(70)에 의해 결합점(61)에서 구조부재(10)와 회전절점으로 결합된다. 한편 연결 봉(64)은 연결봉 결합장치(63)과 서로 결합될 때 연결 봉의 길이를 조절하여 연결봉 결합장치(63)에 나사 등으로 고정할 수 있다(도면에는 나타나지 않음).

한편 기판(33)에 설치된 축(66)의 외면에는 상기 축(66)을 따라 미끄럼 운동을 하도록 실린더(67)이 설치된다. 상기 실린더에는 전기접점(68) 2개가 실린더 양 끝 쪽에 설치되어 있으며 실린더 중앙의 한 쪽에는 지시 바늘이, 반대쪽에는 연결봉(65)와 회전단으로 고정할 수 있도록 연결점(65)이 형성된다. 상기 전기 접점(68)은 서로 도체로 연결되고 도체에는 전기 인출선(41)이 연결되어 표시장치(50)로 연결된다.

그리고 감지장치(30)와 축(66)은 기판(33)에 설치되며, 상기 기판(33)은 고정판(34)에 용접,볼트,리벳 등으로 고정되며, 고정판(34)은 도면에는 나타나지 않았지만 볼트구멍이 수평방향으로 길게 뚫여 있어 수평방향으로 위치를 쉽사리 조절할 수 있다. 이 볼트구멍 사이로 세트앵커볼트(35)가 관통하여 고정판(34)를 구조체에 고정시킨다.

제2도에서와 같이, 연결 봉(64)와 축(66)에 설치된 실린더는 연결점(65)에서 서로 회전할 수 있도록 핀 종류로 결합한다. 연결점(65)와 결합점(61)이 각각 회전절점이기 때문에 부재각이 변화할 때 연결 봉의 작용 방향이 최초의 방향이 완벽하게 일치하지 않드라도 위치조정이 되면서 실린더를 움직이게 된다.

제2도에서와 같이, 연결 봉 결합장치(63)이 설치되는 고정장치(70)는 밑판(71)에 볼트구멍(72)을 수직방향으로 길게 뚫는다. 밑판(71)은 금속제 판이거나 플라스틱 판일 수 있다. 볼트구멍(72)은 길게 뚫여 있으므로 연결봉(64)이 결합될 때 축(66)과 방향이 일치하지 않을 경우에 쉽게 방향을 일치시킬 수 있다.

제2도에서와 같이, 감지장치(30)에는 축(66)의 양 쪽에 전기접점(31)을 2개 설치한다. 전기접점(31) 2개와 전기접점(68) 사이는 구조 전문가가 구조 계산에 의해 결정한 거리만큼 간격을 준다. 2개의 전기접점(31) 사이에는 기준점을 포함하여 눈금을 표시한다. 이에 따라 경보가 표시장치로 보내지기 전이라도 구조부재(10)의 거동을 점검할 수 있다. 기판은 반드시 철판으로 제작될 필요는 없으며 플라스틱이나 간단하게 응용하기 위하여 목재 판도 무방하다. 그리고 눈금도 굳이 미리 기판에 새겨 있을 필요는 없으며 간편하게 이용하고자 할 때에는 기판을 먼저 설치하고 전기접점(31)을 설치하고 기준점을 포함한 눈금을 맨 나중에 그리거나 인쇄된 것을 부착해도 된다.

표시장치(50)로 신호를 전달하는 전기 인출선(40)은 모두 3가닥으로 한가닥(41)은 실린더(67) 끝의 전기 접점(68)으로 연결되고, 나머지 두 가닥(42,43)은 감지장치(30)의 전기접점(31)에 각각 연결된다. 인출선(41)은 전원장치(51)에 연결되고 전원장치에서 인출된 전선은 표시전구(52,53)에 각각 연결 되고 표시전구(52)의 다른 쪽에는 인출선(42)이, 또 다른 표시전구(53)의 다른 쪽에는 인출선(43)이 연결되어 회로를 구성한다.

이제 제1도부터 제2도에 따라 본 발명의 작동 과정을 설명한다. 우선 구조물이 하중 등 외력을 받으면 구조부재(10)에 변형을 일으키고 부재각이 변화한다. 하중을 받으면 A점의 주재각은 처음 각도를 유지하지 못하고 변화하고 변화량은 삼각형ABC 각 변 가운데서 선분BC가 변한다. 한편 선분AB나 선분AC는 A점을 기준으로 회전하기 때문에 엄밀하게는 원호를 그리지만 부재각 변화량이 미소하므로 선분BC를 따라 움직이는 것으로 가정하여야 좋다. 그리고 원호를 그리는 운동인데 비해 본 발명에서는 직선을 따라 변형을 표시하여야 하므로 연결 봉(64)의 방향이 약간 바뀌어야 한다. 이 바뀌는 부분의 조정은 연결점(65)과 결합점(61)이 회전할 수 있는 절점으로 연결되어 있으므로 자연스럽게 이루어진다.

부재각의 변화는 삼각형 ABC에서 변화전후의 선분BC의 길이를 알면 삼각형에 관한 기하학으로 풀수 있다.

처음 지시바늘(69)은 초기 상태인 눈금의 기준선에 맞추고 각 전기 인출선(40)이 제대로 접속되어 있는지 확인한다.

구조 부재(10)가 하중을 받으면 A점을 중심으로 회전을 시작한다. 회전에 의한 변위는 연결봉(64)를 통하여 연결점(65)에 회전단 연결된 실린더에 전달되고, 실린더가 변위를 받아 움직인다. 실린더가 움직이면 실린더 양 끝에 연결된 전기 접점(68)이 축(66)을 따라 움직이고 움직인 거리가 처음 구조계산에 의하여 설정한 간격에 이르면 전기접점(68)과 전기접점(31)이 서로 닿아 회로가 닫히고 전기 인출선(40)을 통하여 연결된 표시장치(50)의 표시전구(52,53)에 불이 들어 온다. 이때 표시전구의 색깔은 서로 달리하여 하중의 방향과 변위 방향을 구분할 수 있다.

또한 실린더(67)끝의 접점(68)과 감지장치 쪽 전기접점(31) 사이에 저항값을 알 수 있는 저항을 넣고 이를 길이의 변화에 따라 읽을 수 있는 계기를 부착한다면 변위 값을 숫자로도 읽을 수 있다. 이 경우 각 측정점마다 변위값을 통합하여 분석할 수 있는 방법도 제공할 수 있다. 그리고 비록 위험 신호인 표시전구(52,53)에 불이 들어오지 않았을 경우 현재 부재각의 변화추이를 숫자로 변환하여 기록한다면 구조물의 상황을 한 눈에 파악할 수 있다.

본 발명의 자동 변위계는 미새한 구조물의 변위를 읽어야 하므로 본 발명의 변각계를 보호하기 위하여 보호막을 설치할 수 있다. 보호막은 변각계 전체를 하우징으로 보호할 수 있지만 가장 예민한 부분인 감지장치(30)와 각도 변화 전달장치(60)부분만 투며한 재료로 보호 하우징을 설치해야 무방하다.

Claims (6)

1. 부재의 각도변화 전달장치(60)와 감지장치(30)와 표시장치(50)로 구성되며, 상기 각도변화 전달장치(60)는 연결 봉(Connecting Arm, 64)과 기판(33)에 설치된 축(66)과 상기 축(66)에 설치된 실린더(67)로 구성되고, 상기 연결봉(64)의 한쪽은 연결 봉 결합장치(63)에 의해 고정장치(70)과 연결되고 다른 쪽은 상기 실린더(67)에 연결되고, 상기 실린더(67)의 양 끝에는 전기 접점(68)이 설치되고; 상기 감지장치(30)에는 상기 축(66)의 양 쪽에 2개의 전기접점(31)을 설치하고; 그리고 상기 표시장치(50)는 전원장치(51)와 상기 전원장치(51)와 연결된 2개의 표시전구(52,53)와 상기 표시전구(52,53)와 상기 각도변화 전달장치(60) 및 상기 감지장치(30)의 전기접점(31)들을 연결한 전기 인출선(40)으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동 변각계.
2. 제1항에 있어서, 상기 각도변화 전달장치(60)의 상기 실린더(67)에 지시바늘(69)을 더 설치하고, 상기 감지장치(30)의 상기 전기접점(31) 사이에 눈금을 더 표시한 것을 특징으로 하는 자동 변각계.
3. 제1항에 있어서, 상기 각도변화 전달장치(60)와 상기 고정장치(70)는 결합점(61)에서 회전절점으로 연결되고, 상기 각도변화 전달장치(60)의 연결 봉(64)와 상기 실린더(67)는 연결점(65)에서 회전절점으로 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변각계.
4. 제1항에 있어서, 상기 고정장치(70)의 밑판(71)에는 수직방향으로 길게 낸 볼트구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 자동 변각계.
5. 제1항에 있어서, 상기 표시장치(50)의 상기 표시전구(52,53)는 서로 다른 색깔인 것을 특징으로 하는 자동 변각계.
6. 제1항에 있어서, 상기 각도변화 전달장치(60)의 실린더(67)의 양 끝에 달린 전기 접점(68)와 상기 감지장치(30)의 전기접점 사이를 저항으로 연결하고, 상기 표시장치(50)는 상기 저항 값을 읽어 변위를 숫자로 나타내는 것을 특징으로 하는 자동 변각계.

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