KR100345351B1 - 콘크리트 구조물의 표면에 발생한 경사진 균열의 길이와각도를 동시에 측정하는 방법 - Google Patents

콘크리트 구조물의 표면에 발생한 경사진 균열의 길이와각도를 동시에 측정하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100345351B1
KR100345351B1 KR1020000045080A KR20000045080A KR100345351B1 KR 100345351 B1 KR100345351 B1 KR 100345351B1 KR 1020000045080 A KR1020000045080 A KR 1020000045080A KR 20000045080 A KR20000045080 A KR 20000045080A KR 100345351 B1 KR100345351 B1 KR 100345351B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crack
concrete structure
ultrasonic
sensor
impact
Prior art date
Application number
KR1020000045080A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20020011664A (ko
Inventor
이승석
김병극
문한규
Original Assignee
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to KR1020000045080A priority Critical patent/KR100345351B1/ko
Publication of KR20020011664A publication Critical patent/KR20020011664A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100345351B1 publication Critical patent/KR100345351B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/045—Analysing solids by imparting shocks to the workpiece and detecting the vibrations or the acoustic waves caused by the shocks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4472—Mathematical theories or simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0232—Glass, ceramics, concrete or stone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/102—Number of transducers one emitter, one receiver

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명에 의하면 콘크리트 구조물의 표면에 일정한 각도를 두고 경사지게 발생한 균열의 길이와 경사각도를 비파괴적으로 동시에 측정할 수 있는 새로운 방법이 제공된다.
본 발명의 방법은, 초음파 송신 탐촉자와 초음파 수신 탐촉자를 콘크리트 구조물의 표면에서의 경사균열의 중심위치에 대하여 서로 반대쪽에 배열한 다음에 초음파 송신 탐촉자에서 발생한 초음파가 균열의 꼭지점을 통과하여 초음파 수신 탐촉자에 도달하는 전파시간을 측정함으로써 행하여지는 초음파법과, 탄성파 수신용 제1센서 및 제2 센서를 콘크리트 구조물의 표면에서의 경사균열의 중심위치에 대하여 서로 반대쪽에 배열한 다음에 제1 센서와 제2 센서의 사이에 지점에 충격을 가하였을 때에 발생한 탄성파가 균열의 꼭지점을 통과하여 제1센서 및 제2센서에 도달하는 전달시간을 각각 측정함으로써 행하여지는 충격탄성파법으로 구분된다.

Description

콘크리트 구조물의 표면에 발생한 경사진 균열의 길이와 각도를 동시에 측정하는 방법 {A Method of Determining Angle and Length of Inclined Surface Opening Cracks in Concrete}
본 발명은 콘크리트 구조물의 표면에 존재하는 균열(surface opening cracks)의 길이와 각도를 동시에 측정하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파법(ultrasonic method)과 충격탄성파법(impact-echo method)을 이용하여 콘크리트 구조물의 표면에 존재하는 균열의 길이와 각도를 비파괴시험법으로 동시에 측정하는 방법에 관한 것이다.
예컨대 노후 건물과 같은 콘크리트 구조물의 표면에 균열이 발생하였을 경우, 그 균열의 깊이를 측정해 내는 것은 건축물의 안전을 위하여 매우 중요하다. 균열이 표면근처에만 존재할 때에는 간단한 보수공사에 의해 균열이 더 이상 진행하는 것을 방지할 수 있지만, 구조물의 내벽까지 깊게 균열이 발생한 때에는 건축물의 안전을 위하여 건물을 파괴하지 않으면 아니된다. 따라서, 콘크리트 구조물에서의 균열의 깊이를 측정할 때에는 언제나 비파괴적 방법으로 행하여질 수 밖에 없다.
종래에도 콘크리트 구조물의 표면균열의 깊이를 비파괴적으로 측정하기 위하여 초음파법과 충격파법이 이용되어 왔으나, 종래의 방법에 의하면 수직균열의 깊이를 측정할 수는 있지만 콘크리트 구조물의 표면과 일정한 각도를 두고 기울어진 균열의 길이와 각도를 동시에 측정하는 것은 가능하지 아니하였다. 도 1과 도 2를 참조하면서 종래의 측정방법을 간단히 설명하기로 한다.
종래의 초음파법에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이 초음파 송신 탐촉자 (1)와 초음파 수신 탐촉자(2)를 균열부(3)로부터 등거리(X)에 있도록 균열부(3)의 좌우로 배치한 다음(도면중의 A, B 위치), 송신 탐촉자(1)로부터 발생된 초음파가 균열부(3)의 꼭지점(4)을 통과하여 수신 탐촉자(2)에 도달할 때까지의 전달시간t를 측정한다. 이 전달시간t는 송신 탐촉자(1)로부터의 초음파가 최단거리를 거쳐서 수신 탐촉자(2)에 도달할 때까지의 시간이다. 이때, 초음파의 속도를V P 라고 하면, 균열부(3)의 깊이(D)는 다음과 같이 구하여 진다.
만약 초음파의 속도V P 를 알 수 없을 때에는, 초음파 송신 탐촉자(1)와 초음파 수신 탐촉자(2)를 균열부(3)의 좌우로 균열부(3)로부터 등거리(X)에 배치하여(도면중의 A, B 위치), 송신 탐촉자(1)로부터 발생된 초음파가 수신 탐촉자(2)에 도달할 때까지의 전달시간t 1을 측정한다. 그 다음, 송신 탐촉자(1)는 그 자리에 그대로 두고 수신 탐촉자(2)를 다시 X 만큼 외측으로 이동시켜서(도면중의 C 위치), 송신 탐촉자(1)로부터 발생된 초음파가 수신 탐촉자(2)에 도달할 때까지의 전달시간t 2를 재차 측정한다. 이 경우, 균열부(3)의 깊이(D)는 다음 식에 의하여 계산될 수 있다.
그러나, 전술한 바와 같이, 종래의 초음파법에 의하면 콘크리트 구조물의 표면과 일정한 각도로 기울어져 있는 경사균열의 경우에는 이러한 방법으로 깊이나 경사각도를 측정할 수가 없는 문제점이 있었다.
도 2에는 종래의 충격탄성파법에 의하여 수직균열의 깊이를 측정하는 방법이 개략적으로 도시되어 있는데, 충격탄성파법에 있어서는 센서 하나와 강구와 같은 충격파원 하나에 의한 공진 모드를 측정하거나 또는 두 개의 센서에서 한번의 충격파원으로부터의 전파 속도를 측정함으로써 수직 균열의 깊이를 측정하는 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이 하나의 센서와 하나의 충격파원을 이용할 경우에는, 균열부(3)의 일측에 센서(5)를 배열하고 균열부(3)의 반대쪽에서 충격(I)를 가한다(도면중의 A, C 위치). 균열부(3)의 중심으로부터 센서(5)까지의 표면거리를 H2, 균열부(3)의 중심으로부터 충격지점(I)까지의 표면거리를 H1이라고 하자.
충격지점(I)에서 시작된 회절된 종파가 수직균열의 꼭지점(B)을 거쳐서센서(5)에 도달하기까지의 시간차(Δt)는 종파가 거리 AB+BC 를 움직이는데 소요된 시간이므로, 거리 AB+BC 는 충격에 의한 탄성파의 속도(C P )와 전술한 시간차(Δt)의 곱이다. 따라서, 균열의 깊이(D)는 아래와 같은 세 개의 방정식에 의해서 계산될 수 있다.
만약 H1=H2=H 라고 하면 AB=BC 로 되므로, 상술한 3개의 식은 다음과 같이 간단히 정리된다.
그러나, 이와같은 충격탄성파법에 있어서도 종래의 초음파법에서와 마찬가지로 수직균열의 깊이를 결정할 수는 있으나 일정각도로 기울어진 균열의 깊이를 측정하는 것은 불가능하다는 단점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 사정에 바탕을 두고 완성된 것으로서, 콘크리트 구조물의 표면에 일정한 각도를 두고 경사지게 발생한 균열의 길이와 경사각도를 초음파법과 충격탄성파법을 사용하여 비파괴적으로 동시에 측정할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초음파법에 있어서는, 콘크리트구조물의 표면에서의 경사균열의 중심위치에 대하여 서로 대칭이 되도록 초음파 송신 탐촉자와 초음파 수신 탐촉자를 균열의 좌우로 배열하고, 초음파 송신 탐촉자에서 발생한 초음파가 초음파 수신 탐촉자에 제일 먼저 도달하는 제1 전파시간을 측정하고, 초음파 송신 탐촉자와 균열의 중심위치와의 거리가 원래의 2배가 되도록 초음파 송신 탐촉자를 균열의 중심위치와 반대쪽으로 수평이동시키고, 이 때에 초음파 송신 탐촉자에서 발생한 초음파가 초음파 수신 탐촉자에 제일 먼저 도달하는 제2 전파시간을 측정한다. 그리고, 제1 전파시간, 제2 전파시간, 초음파 수신 탐촉자와 균열의 중심위치 사이의 거리, 초음파 송신 탐촉자에서 발생하였던 초음파의 전파속도를 상수로 하고 균열의 깊이와 경사각을 미지수로 하는 방정식을 풀어주면, 콘크리트 구조물의 표면에 존재하는 균열의 길이와 경사각을 비파괴적으로 동시에 측정할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 충격탄성파법에 의하면, 콘크리트 구조물의 표면에서의 경사균열의 중심위치의 한 쪽에 균열의 중심위치로부터 소정의 거리를 두고 탄성파 수신용 제1센서를 배치하고, 콘크리트 구조물의 표면에서의 균열의 중심위치의 다른 쪽에 제1 충격원을 설정하고, 콘크리트 구조물의 표면에서 제1 충격원의 외측으로 제2 충격원을 설정하고, 콘크리트 구조물의 표면에서 제2 충격원의 외측으로 탄성파 수신용 제2센서를 배치한다. 이 때, 균열의 중심위치로부터 제1 충격원 사이의 거리, 제1 충격원과 제2 충격원 사이의 거리, 제2 충격원과 탄성파 수신용 제2센서 사이의 거리는 전술한 균열의 중심위치와 탄성파 수신용 제1센서 사이의 거리와 각각 동일하게 하여준다. 그 후, 제1 충격원에서 콘크리트 구조물의 표면에 충격을 가하여 발생시킨 탄성파가 탄성파 수신용 제1센서에 수신되는 제1 전달시간을 측정하고, 제1 충격원에서 콘크리트 구조물의 표면에 충격을 가하여 발생시킨 탄성파가 탄성파 수신용 제2센서에 수신되는 제2 전달시간을 측정하고, 제2 충격원에서 콘크리트 구조물의 표면에 충격을 가하여 발생시킨 탄성파가 탄성파 수신용 제1센서에 수신되는 제3 전달시간을 측정하고, 제2 충격원에서 콘크리트 구조물의 표면에 충격을 가하여 발생시킨 탄성파가 탄성파 수신용 제2센서에 수신되는 제4 전달시간을 측정한다. 제1 전달시간, 제2 전달시간, 제3 전달시간, 제4 전달시간, 탄성파 수신용 제1센서와 균열의 중심위치 사이의 거리, 제1 및 제2 충격원에서 발생하였던 탄성파의 전달속도를 상수로 하고, 균열의 깊이와 경사각을 미지수로 하는 방정식을 풀어주면, 마찬가지로 콘크리트 구조물의 표면에 존재하는 균열의 길이와 경사각을 비파괴적으로 동시에 측정할 수 있는 것이다.
도 1은 콘크리트 구조물의 표면에 수직하게 발생한 균열의 깊이를 종래의 초음파법에 의하여 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 설명도.
도 2는 콘크리트 구조물의 표면에 수직하게 발생한 균열의 깊이를 종래의 충격탄성파법에 의하여 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 설명도.
도 3은 본 발명의 초음파법에 의하여, 콘크리트 구조물의 표면에 경사지게 발생한 균열의 길이와 경사각을 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 설명도.
도 4는 본 발명의 탄성충격파법에 의하여, 콘크리트 구조물의 표면에 경사지게 발생한 균열의 길이와 경사각을 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 설명도.
도 5는 본 발명의 방법을 실험하기 위하여 만들어진 인공균열을 갖는 콘크리트 시험편의 개략적인 구조도.
도 6 및 도 7은 콘크리트 구조물의 표면에 발생한 수직균열의 깊이를 본 발명의 방법에 의하여 측정한 결과를 나타내는 그래프도.
도 6 및 도 7은 콘크리트 구조물의 표면에 발생한 수직균열의 깊이와 두께를 본 발명의 방법에 의하여 측정한 결과를 나타내는 그래프도.
도 8은 콘크리트 구조물의 표면에 발생한 경사균열의 길이와 경사각을 본 발명의 방법에 의하여 측정한 결과를 나타내는 그래프도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 초음파 송신 탐촉자 2 : 초음파 수신 탐촉자
3 : 균열부 4 : 균열의 꼭지점
5 : 센서 6 : 경사균열의 중심위치
7 : 탄성파 수신용 제1센서 8 : 탄성파 수신용 제2센서
I1: 제 1충격원 I2: 제 2충격원
이하, 본 발명의 구성을 첨부도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.
도 3에는 초음파법을 이용하여 콘크리트 내의 경사진 표면 균열의 길이(r)와 경사각(θ)을 측정하는 본 발명의 방법이 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 경사진 균열(3)의 중심(6)으로부터 동일거리(x)에 각각 초음파 송신 탐촉자(1)와 초음파 수신 탐촉자(2)를 배치한다. 이 경우, 측정하려고 하는 미지수가 균열의 길이(r) 및 경사각(θ)의 2개이기 때문에, 초음파의 속도를 안다고 하더라도 최소한 2번의 독립적인 실험을 행하지 않으면 안 된다.
우선, 초음파 송신 탐촉자(1)에서 발생된 초음파가 경사진 균열(3)의 꼭지점(C)을 통과하여 초음파 수신 탐촉자(2)에 도달할 때까지의 시간t α를 측정한다. 초음파 송신 탐촉자(1)에서 발생된 초음파는 여러 방향으로 퍼져 나가지만, 수신 탐촉자(2)에 최초로 수신되는 초음파는 최단거리(즉, 송신 탐촉자 → 균열의 꼭지점 → 수신 탐촉자)를 이동하여 온 초음파이다. 따라서, 송신 탐촉자(1)에서 발생된 초음파가 수신 탐촉자(2)에 최초로 도달할 때까지의 시간을t α로 정한다.
다음, 초음파 수신 탐촉자(2)를 외측으로 이동하여 균열의 중심(6)으로부터의 거리가 원래의 2배가 되도록 한다. 이때의 초음파 수신 탐촉자를 참조부호(2')로 표시하면, 초음파 송신 탐촉자(1)와 균열의 중심(6) 간의 거리는x, 초음파 수신 탐촉자(2')와 균열의 중심(6) 간의 거리는 2x로 된다. 이와 같은 상태에서 초음파 송신 탐촉자(1)에서 초음파를 발생시키고, 그 초음파가 최초로 초음파 수신 탐촉자(2')에 도달할 때까지의 시간t β를 측정한다.
초음파의 전파속도를v라고 하고, 송신 탐촉자(1)와 균열의 꼭지점(C) 사이의 거리를l 1, 수신 탐촉자(2)와 균열의 꼭지점(C) 사이의 거리를l 2, 수신 탐촉자(2')와 균열의 꼭지점(C) 사이의 거리를l 3라고 하면, 다음의 수학식 1 및 수학식 2를 얻을 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 경사 균열의 길이를r, 경사각을 θ 라고 하면, 콘크리트 표면에 있어서의 균열의 중심(6), 초음파 송신 탐촉자(1), 균열의 꼭지점(C)이 이루는 삼각형에 있어서 다음의 수학식 3이 성립한다.
마찬가지로, 균열의 중심(6), 초음파 수신 탐촉자(2), 균열의 꼭지점(C)이 이루는 삼각형에 있어서는 다음의 수학식 4가, 그리고 균열의 중심(6), 초음파 수신 탐촉자(2'), 균열의 꼭지점(C)이 이루는 삼각형에 있어서는 다음의 수학식 5가 각각 성립한다.
수학식 3과 수학식 4로부터 다음과 같은 수학식 6이 도출된다.
수학식 3과 수학식 5로부터는 다음의 수학식 7이 구하여 진다.
그리고 수학식 1과 수학식 2에서v t β= Lβ,v t α= Lα로 각각 치환하면
l 2= Lα-l 1 ,그리고l 3= Lβ-l 1으로 되므로, 이것을 각각 수학식 6과 수학식 7에 대입하면 다음과 같은 수학식 8과 수학식 9를 구할 수 있다.
수학식 8과 수학식 9의 두 식에서l 1 2을 제거하고l 1에 대해서 풀면, 다음과 같은 수학식 10이 도출된다.
수학식 1과 수학식 10으로부터 다음의 수학식 11을 얻을 수 있다.
이와 같이 수학식 10에서 계산된 초음파 송신 탐촉자(1)로부터 균열의 꼭지점(C)까지의 거리(l 1) 및 수학식 11에서 계산된 초음파 수신 탐촉자(2)로부터 균열의 꼭지점(C)까지의 거리(l 2)를 전술한 수학식 6에 대입하면 균열의 크기(r)가 다음과 같이 구하여 진다.
또한 수학식 10에서 계산된l 1의 값 및 수학식 12에서 계산된r의 값을 수학식 3에 대입하면 경사각 θ를 다음의 수학식 13에서 구할 수가 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면 콘크리트 구조물의 표면에 경사지게 존재하는 균열의 길이와 경사각도를 초음파법에 의하여 비파괴적으로 용이하게 측정할 수 있는 것이다.
다음으로는, 충격탄성파법을 이용한 본 발명의 방법에 관하여 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이 경사진 표면 균열의 중심(6)의 일측에 일정거리(x) 만큼 떨어진 곳에 제1 충격원(I1)의 지점(A)를 선정하고, 표면 균열의 중심(4)을 기준으로 하여 제1 충격원(I1)과 대칭이 되는 지점(E)에 탄성파 수신용 제1센서(7)를 배치한다. 따라서 충격원(I1)의 지점(A)에서 콘크리트의 표면을 타격하면, 콘크리트의 내부에는 탄성종파가 발생되고 그 탄성종파가 경사진 균열의 꼭지점(C)를 거쳐 진행되어 탄성파 수신용 제1센서(7)에서 수신되는 것을 측정할 수 있다.
충격탄성파법에서도 초음파법과 마찬가지로, 구하고자 하는 미지수가 균열의 길이(r)와 경사각(θ)의 2가지이기 때문에 각각 독립된 실험을 2번 실시하여야 한다.
그래서, 제1 충격원(I1)의 지점(A)의 외측으로 다시 일정거리(x) 만큼 수평이동한 지점(B)을 제2 충격원(I2)으로 하고, 제2 충격원(I2)의 지점(B)에서 콘크리트의 표면을 타격하였을 때에 발생한 탄성종파가 균열의 꼭지점(C)를 거쳐 제1센서(7)에서 수신되는 것을 역시 측정한다.
상술한 실험에 의해서 제1 충격원(I1)으로부터 발생된 탄성종파가 균열의 꼭지점(C)을 통과하여 제1센서(7)에 도달할 때까지의 전달시간(즉, 선분 ACE를 진행하는 시간 tα)과 제2 충격원(I2)으로부터 발생된 탄성종파가 균열의 꼭지점(C)을 통과하여 제1센서(7)에 도달할 때까지의 전달시간(즉, 선분 BCE를 진행하는 시간 tβ)이 결정된다.
그러나, 제1 충격원(I1)과 제2 충격원(I2)에서의 타격순간의 시간 t0를 정확히 아는 것이 곤란하기 때문에, 상술한 탄성종파 전달시간 tα와 tβ가 즉시 측정되거나 결정될 수 없으므로, 본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이 제2 충격원(I2)의 외측으로 제1 충격원(I1)의 반대방향으로 일정거리(x) 만큼 수평 이동한 지점(D)에 탄성파 수신용 제2센서(8)를 설치한다.
따라서 탄성종파의 전달시간 tα는, 탄성종파가 제1센서(7)와 제2센서(8)에 도달한 시간의 차(Δt I)에 탄성종파가 콘크리트의 표면을 따라 제1 충격원(I1)으로부터 제2센서(8) 사이의 거리(즉, 2x)를 통과하는데 걸리는 시간을 더해주면 구할 수 있다.
이와 마찬가지로, 탄성종파의 전달시간 tβ는 탄성종파가 제1센서(7)와 제2센서(8)에 도달한 시간의 차(Δt II)에 탄성종파가 콘크리트의 표면을 따라 제2 충격원(I2)으로부터 제2센서(8) 사이의 거리(즉,x)를 통과하는데 걸리는 시간을 더해주면 구하여 진다.
이것을 수식으로 표현하면 다음과 같이 된다 (여기서,C P 는탄성파의 전파속도이다).
제2 충격원(I2)에서 균열의 꼭지점(C)까지의 길이를l 1, 제1 충격원(I1)에서 균열의 꼭지점(C)까지의 길이를l 2, 균열의 꼭지점(C)에서 제1센서(7)까지의 길이를l 3라고 하면, 다음과 같은 수학식 16과 수학식 17이 성립한다.
수학식 16과 수학식 17을 가지고 초음파법과 유사하게 균열의 길이(r)와 경사각(θ)을 계산할 수 있다. 우선, 상술한 초음파법의 수학식 3 이하의 과정과 동일하게 계산하면, 제2 충격원(I2)에서 균열의 꼭지점(C)까지의 길이l 1및 제1 충격원(I1)에서 균열의 꼭지점(C)까지의 길이l 2가 다음 식과 같이 된다.
수학식 14 와 수학식 15 (즉,)를 수학식 18과 수학식 19에 각각 대입하면, 균열의 길이(r)와 경사각(θ)이 다음의 수학식 20과 수학식 21과 같이 계산될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 경사진 균열의 길이와 각도를 초음파법과 유사한 원리에 의하여 충격 탄성파법으로 동시에 측정하는 방법이 제공되는 것이다.
<실시예 1>
콘크리트 구조물의 표면 균열을 초음파법과 충격탄성파법으로 시험하기 위하여 인공균열을 삽입한 콘크리트 구조물을 설계하고 제작하였다.
도 5는 깊이, 두께, 경사각도가 다르게 설계된 인공 균열을 지닌 콘크리트 블럭을 도시한 것으로서, 도면의 A, B. C 부분에는 두께 10mm의 스티로폼으로 인공 균열을 제작하였으며, D 부분에서는 균열의 두께에 의한 영향을 살피기 위하여 두께 0.5mm의 비닐과 두께가 각각 1mm, 2mm인 아크릴 판 (깊이는 모두 200mm)으로 인공균열을 제작하였다.
A 부분에서의 균열의 깊이는 각각 50mm, 100mm, 200mm, 300mm 가 되도록 설계하였고, B 부분에서는 깊이를 200mm로 일정하게 하고 결함이 시작하는 깊이를 10mm, 20mm, 50mm, 100mm 로 달리 하였다. C 부분에서는 균열의 크기는 200mm로 모두 같지만 균열의 경사각도가 각각 5°, 15°, 45°, 75°가 되도록 설계하였다. 균열의 폭은 450mm로 모두 동일하게 제작하였다.
우선, 속도가 3737 m/s 인 탄성종파를 사용하여 수직균열의 깊이를 측정하였을 때의 결과는 도 6과 도 7에 나타나 있다.
도 6와 도 7은 수직균열에 대하여 탄성종파의 전달시간을 측정하고 제안된 수식들을 이용하여 균열의 깊이를 측정한 결과를 초음파법에 의해 측정된 결과와 비교하여 나타낸 것이다.
도 6은 두께가 10mm 인 스티로폼을 사용하여 균열의 깊이가 각각 50mm, 100mm, 200mm, 300mm 가 되도록 제작된 인공균열에 대한 측정결과이다. 충격탄성파법을 적용하였을 때, 균열의 깊이는 최대편차가 10mm (50mm 균열에 대해 최대 20%) 이내로 상당히 정확하게 측정되었다. 초음파법에서의 최대 오차는 12%이었다.
도 7은 두께 0.5mm의 비닐과 두께가 각각 1mm, 2mm인 아크릴 판을 사용하여 깊이가 200mm로 일정하게 제작된 인공결함에 대하여 시험한 결과를 나타낸 것으로서, 측정치는 균열의 두께에 의한 영향이 거의 없었다. 도시된 바와 같이, 두께가 0.5mm인 비닐로 된 균열까지 약 17%의 오차범위 안에서 균열이 잘 검출되고 깊이가 결정됨을 알 수 있다. 초음파법에 의한 측정오차는 최대 12%이었다.
<실시예 2>
실시예 1에서 제작된 것과 동일한 인공균열을 갖는 콘크리트 구조물에 있어서 경사된 균열에 대하여 실험을 진행하였다.
도 8은 균열의 크기가 200mm로 같고 경사각도가 각각 수직면에 대해 5°, 15°, 45°, 75°가 되도록 콘크리트 블록에 삽입된 두께 10mm의 스티로폼 재료의 경사진 표면 결함에 대해 시험한 결과를 초음파법에 의한 결과와 비교하여 나타낸 것이다.
계산은 본 발명에서 제안한 수식들을 이용하였다. 충격 탄성파법을 적용한 경우 결함의 길이에 대한 최대 측정오차는 약 23%이었으며, 측정각도에 대한 최대 측정오차는 21°이었다. 초음파법에 의하였을 경우는 길이에 대한 최대측정오차가 약 14%, 각도에 대한 최대측정오차가 12°이었다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 콘크리트 구조물의 표면에 일정한 각도로 존재하는 균열의 길이와 경사각을 비파괴적으로 동시에 측정할 수 있으므로, 본 발명의 방법을 실제의 현장에서 활용하면 콘크리트 구조물에 대한 안전진단의 신뢰도가 크게 향상될 수 있다.

Claims (2)

  1. 콘크리트 구조물의 표면과 일정한 각도를 갖고 상기 콘크리트 구조물의 내부를 향하여 경사지게 뻗어나가는 균열의 길이와 경사각을 측정하는 방법에 있어서,
    상기 콘크리트 구조물의 표면에서의 상기 균열의 중심위치에 대하여 서로 대칭이 되도록 초음파 송신 탐촉자와 초음파 수신 탐촉자를 상기 균열의 좌우로 배열하고,
    상기 초음파 송신 탐촉자에서 발생한 초음파가 상기 초음파 수신 탐촉자에 제일 먼저 도달하는 제1 전파시간을 측정하고,
    상기 초음파 송신 탐촉자와 상기 균열의 중심위치와의 거리가 원래의 2배가 되도록 상기 초음파 송신 탐촉자를 상기 균열의 중심위치와 반대쪽으로 수평이동시키고,
    상기 초음파 송신 탐촉자에서 발생한 초음파가 상기 초음파 수신 탐촉자에 제일 먼저 도달하는 제2 전파시간을 측정하고,
    상기 제1 전파시간과, 상기 제2 전파시간과, 상기 초음파 수신 탐촉자와 상기 균열의 중심위치 사이의 거리와, 상기 초음파 송신 탐촉자에서 발생하였던 상기 초음파의 전파속도를 상수로 하고, 상기 균열의 깊이와 상기 균열의 경사각을 미지수로 하는 방정식을 푸는
    것으로 구성되는, 콘크리트 구조물의 표면에 존재하는 균열의 길이와 경사각을 비파괴적으로 동시에 측정하는 방법.
  2. 콘크리트 구조물의 표면과 일정한 각도를 갖고 상기 콘크리트 구조물의 내부를 향하여 경사지게 뻗어나가는 균열의 길이와 경사각을 측정하는 방법에 있어서,
    상기 콘크리트 구조물의 표면에서의 상기 균열의 중심위치의 한 쪽에 상기 균열의 중심위치로부터 소정의 거리를 두고 탄성파 수신용 제1센서를 배치하고,
    상기 콘크리트 구조물의 표면에서의 상기 균열의 중심위치의 다른 쪽에 제1 충격원을 설정하고,
    상기 콘크리트 구조물의 표면에서 상기 제1 충격원의 외측으로 제2 충격원을 설정하고,
    상기 콘크리트 구조물의 표면에서 상기 제2 충격원의 외측으로 탄성파 수신용 제2센서를 배치하되, 상기 균열의 중심위치로부터 상기 제1 충격원 사이의 거리, 상기 제1충격원과 상기 제2 충격원 사이의 거리, 상기 제2 충격원과 상기 탄성파 수신용 제2센서 사이의 거리는 상기 균열의 중심위치와 상기 탄성파 수신용 제1센서 사이의 거리와 각각 동일하게 하고,
    상기 제1 충격원에서 상기 콘크리트 구조물의 표면에 충격을 가하여 발생시킨 탄성파가 상기 탄성파 수신용 제1센서에 수신되는 제1 전달시간을 측정하고,
    상기 제1 충격원에서 상기 콘크리트 구조물의 표면에 충격을 가하여 발생시킨 탄성파가 상기 탄성파 수신용 제2센서에 수신되는 제2 전달시간을 측정하고,
    상기 제2 충격원에서 상기 콘크리트 구조물의 표면에 충격을 가하여 발생시킨 탄성파가 상기 탄성파 수신용 제1센서에 수신되는 제3 전달시간을 측정하고,
    상기 제2 충격원에서 상기 콘크리트 구조물의 표면에 충격을 가하여 발생시킨 탄성파가 상기 탄성파 수신용 제2센서에 수신되는 제4 전달시간을 측정하고,
    상기 제1 전달시간과, 상기 제2 전달시간과, 상기 제3 전달시간과, 상기 제4 전달시간과, 상기 탄성파 수신용 제1센서와 상기 균열의 중심위치 사이의 거리와, 상기 제1 및 제2 충격원에서 발생하였던 상기 탄성파의 전달속도를 상수로 하고, 상기 균열의 깊이와 상기 균열의 경사각을 미지수로 하는 방정식을 푸는
    것으로 구성되는, 콘크리트 구조물의 표면에 존재하는 균열의 길이와 경사각을 비파괴적으로 동시에 측정하는 방법.
KR1020000045080A 2000-08-03 2000-08-03 콘크리트 구조물의 표면에 발생한 경사진 균열의 길이와각도를 동시에 측정하는 방법 KR100345351B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000045080A KR100345351B1 (ko) 2000-08-03 2000-08-03 콘크리트 구조물의 표면에 발생한 경사진 균열의 길이와각도를 동시에 측정하는 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000045080A KR100345351B1 (ko) 2000-08-03 2000-08-03 콘크리트 구조물의 표면에 발생한 경사진 균열의 길이와각도를 동시에 측정하는 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020011664A KR20020011664A (ko) 2002-02-09
KR100345351B1 true KR100345351B1 (ko) 2002-07-26

Family

ID=19681617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020000045080A KR100345351B1 (ko) 2000-08-03 2000-08-03 콘크리트 구조물의 표면에 발생한 경사진 균열의 길이와각도를 동시에 측정하는 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100345351B1 (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100840024B1 (ko) * 2007-06-26 2008-06-20 한국원자력연구원 초음파를 이용한 균열면의 거칠기 계수 측정방법
KR100914375B1 (ko) 2007-06-26 2009-08-28 한국원자력연구원 초음파를 이용한 균열 간극의 크기 산출방법
WO2012002611A1 (ko) * 2010-06-28 2012-01-05 주식회사 대동계측 크랙 측정기
KR101972765B1 (ko) 2019-01-08 2019-04-29 주식회사 다산컨설턴트 구조물 안전진단용 초음파 접촉매질 도포장치
KR102069119B1 (ko) 2019-09-04 2020-01-23 주식회사 수성엔지니어링 구조물 안전진단용 초음파 접촉매질 도포장치
KR20200105327A (ko) 2019-02-28 2020-09-07 에스큐엔지니어링(주) 초음파를 이용한 콘크리트 구조물의 균열 깊이 측정용 탐촉자
KR102157303B1 (ko) 2020-04-14 2020-09-17 주식회사 천우 구조물 안전진단용 초음파 접촉매질 도포장치
KR102158237B1 (ko) 2020-06-03 2020-09-21 주식회사 하나이엔씨 구조물 안전진단용 초음파 접촉매질 도포장치

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100454361B1 (ko) * 2002-06-04 2004-11-03 에스큐엔지니어링(주) 콘크리트 균열 깊이 측정용 간이 초음파 장치
CN109798824B (zh) * 2019-01-11 2024-02-06 湖南城市学院 一种带裂缝的混凝土空洞三维检测方法及系统
CN110208384A (zh) * 2019-07-01 2019-09-06 河海大学常州校区 一种工件表面开口斜缺陷高度和倾斜角的测量方法
CN110722553A (zh) * 2019-08-24 2020-01-24 湖南桥康智能科技有限公司 一种桥梁箱体自动检测系统
CN111948289B (zh) * 2020-08-24 2023-07-21 四川升拓检测技术股份有限公司 基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法、装置及系统
RU2754438C1 (ru) * 2020-12-07 2021-09-02 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Способ определения параметров поверхностных трещин, глубин и углов наклона, в металлах и сплавах

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100840024B1 (ko) * 2007-06-26 2008-06-20 한국원자력연구원 초음파를 이용한 균열면의 거칠기 계수 측정방법
KR100914375B1 (ko) 2007-06-26 2009-08-28 한국원자력연구원 초음파를 이용한 균열 간극의 크기 산출방법
WO2012002611A1 (ko) * 2010-06-28 2012-01-05 주식회사 대동계측 크랙 측정기
KR101972765B1 (ko) 2019-01-08 2019-04-29 주식회사 다산컨설턴트 구조물 안전진단용 초음파 접촉매질 도포장치
KR20200105327A (ko) 2019-02-28 2020-09-07 에스큐엔지니어링(주) 초음파를 이용한 콘크리트 구조물의 균열 깊이 측정용 탐촉자
KR102069119B1 (ko) 2019-09-04 2020-01-23 주식회사 수성엔지니어링 구조물 안전진단용 초음파 접촉매질 도포장치
KR102157303B1 (ko) 2020-04-14 2020-09-17 주식회사 천우 구조물 안전진단용 초음파 접촉매질 도포장치
KR102158237B1 (ko) 2020-06-03 2020-09-21 주식회사 하나이엔씨 구조물 안전진단용 초음파 접촉매질 도포장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020011664A (ko) 2002-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100345351B1 (ko) 콘크리트 구조물의 표면에 발생한 경사진 균열의 길이와각도를 동시에 측정하는 방법
Wolf et al. Detection of crack propagation in concrete with embedded ultrasonic sensors
JP4938050B2 (ja) 超音波診断評価装置
JPH0352908B2 (ko)
JP5403976B2 (ja) コンクリート構造物品質検査方法
KR101163554B1 (ko) 위상배열 초음파 탐상용 검증용 시험편
EP3489674B1 (en) Ultrasonic inspection of a structure with a ramp
JP2006234701A (ja) 超音波探傷装置及び超音波探傷装置方法
JP2009244076A (ja) 電磁波レーダを用いた媒質中の異性物の変質状態の検知方法及び検知システム
Kumar et al. Detection of concrete damage using ultrasonic pulse velocity method
JPH0854378A (ja) コンクリート表面ひび割れの評価方法
JP2000002692A (ja) コンクリート構造物中或いはコンクリート構造物背後の欠陥探査方法
RU2188412C2 (ru) Ультразвуковое устройство для использования при определении напряженного состояния металла стенок технологических каналов ядерных реакторов типа рбмк
JPH09264735A (ja) 耐火物の厚み測定方法及び装置
JP3715177B2 (ja) 円管の評価方法
Kakavas-Papaniaros et al. Prediction of mechanical properties of thick concrete members or masonries utilizing ultrasonics
JP7440008B2 (ja) 鉄筋コンクリート構造物の非破壊検査法
RU2488108C2 (ru) Способ ультразвукового контроля стыковых, нахлесточных и тавровых сварных соединений тонкостенных труб малого диаметра
Suhariyanto et al. The effect of tranducer distance on the concrete crack depth measurement using PUNDIT
RU2760487C1 (ru) Ультразвуковой способ измерения высоты вертикально ориентированных плоскостных дефектов в стеклокерамических материалах элементов конструкций летательных аппаратов
JPH0194205A (ja) 超音波の伝搬距離の測定方法
JPS59122944A (ja) 探触子および超音波探傷方法
JP2005345217A (ja) 超音波探傷方法および装置
Mihara et al. Relations between crack opening behavior and crack tip diffraction of longitudinal wave
Algernon et al. NDT validation facility at the Florida Department of Transportation

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20060707

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee