KR100376324B1 - 교량의 내하력평가를 위한 변위측정방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 교량의 내하력 평가를 위하여 재하하중에 의한 교량상판 특정위치의 변위를 측정하고자 하는 경우에 대상교량에 설치된 수위계를 이용한 시험장치 및 시험방법으로서 다이알게이지와 같이 고정점으로 비계를 사용하는 방법에 비하여 측정에 소요되는 시간 및 경비가 현격히 감소되는 효과를 제공한다.

본 재하하중에 의한 변위측정방법은 교량상부에서 변위를 측정하고자 하는 지점과 교대와 같이 변위가 발생하지 않는 기준점에 바닥이 서로 연통한 수위측정장치를 설치하여 재하하중이 작용한 전후 측정값으로부터 교량의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 것이고 상기 수위측정장치는 수조 내의 수위를 갭센서로 측정하도록 하기 위해 수면위에 부유물과 얇은 철판으로 이루어진 피측정체를 띄우고 수조에 설치된 갭센서로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

교량의 내하력평가를 위한 변위측정방법 및 장치{Method and Apparatus for Measuring Deflections for Load Capacity Evaluation of Bridge}

본 발명은 교량의 내하력 평가를 위한 재하시험 및 신설교량의 초기 안전점검에 관한 것으로 더욱 상세히는 특정 재하하중에 의한 교량의 변위를 단시간에 경제적으로 측정함으로써 현장시험을 신속하고 더욱 정확히 수행하는 방법 및 그 측정장치에 관한 것이다.

본 발명은 교량과 같은 대형구조물이나 산업설비의 노후도 진단을 위하여 재하시험을 수행할 때, 이에 관련되는 현장시험을 경제적이면서도 더욱 정확히 수행할 수 있게 하는 방법에 관한 것으로, 교량노후도 판단의 중요한 요소인 특정 재하하중에 의한 변위를 현장에서 간단히 측정할 수 있는 효과를 제공한다.

교량과 같은 구조물의 안전진단을 위하여 구조물의 재하시험을 수행하고 그 결과를 분석함으로써 구조물의 안전성을 평가한다. 구조계의 응답을 분석할 때 가장 중요한 요소는 변위 및 스펙트럼성분으로 스펙트럼성분은 가속도신호를 주파수 분석함으로써 쉽게 규명할 수 있으나, 응력과 비례 관계를 지니는 변위는 변위계를 직접 사용하여야 측정할 수 있다. 또한 교량의 안전성에 대한 대부분의 공학적 기준(engineering standards)은 변위를 기초로 기술된 경우가 많으므로 교량의 내하력 평가를 위한 현장시험에서 변위측정은 필수적이다. 그러나 변위는 그 특성상 측정이 어려운 것이 현실이며, 현장측정 시 기준점(reference point)을 마련하기 위해서는 교량하부에 비계를 설치하여야하는 어려움이 있을 뿐아니라 변위센서 자체의 주파수특성이 제한되는 등 계측기상의 단점을 지니고 있다.

기존의 시험방법은 도 1과 같이 물이 흐르는 교량의 하부에 비계작업을 하여 기준점을 설치하고 이 위에 다이알게이지와 같은 변위계를 설치하여 재하하중에 의한 교량의 변위를 측정하는 것으로 교량하부에 비계와 같은 기준점을 설치하는데는 많은 경비가 들고 바람이 많이 부는 경우에는 교량하부의 비계가 흔들려 측정결과가 정확하지 못한 단점이 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 교량의 변위측정 시 기준점으로 잡는 비계를 설치하지 않고, 교량 위에서 이동이 간편하고도 정밀하게 측정할 수 있는 장치를 제공하는 것과 동시에 비용과 시간이 절약되는 측정방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1 - 종래 기술에 따른 변위측정방법의 예시도

도 2 - 본 발명에 따른 측정장치를 도시한 도면

도 3 - 본 발명에 따른 변위측정방법의 예시도

도 4 - 변위측정기 감도조정 원리를 도시한 도면

도 5 - 현장시험 예시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 재하하중 2 : 변위계(다이알 게이지)

3 : 비 계 4 : 연통 튜부

5 : 갭센서(gap sensor) 6 : 철 판

7 : 부유물 8 : 초기수면

9 : 하중재하후 수면 10 : 구체예 1의 재하하중 위치

11 : 구체예 2의 재하하중 위치

본 발명에 따른 교량의 내하력평가를 위한 변위측정방법 및 장치를 첨부된 도면을 참조로 실시 예를 통하여 그 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

도 2는 재하하중에 의한 변위를 측정하고자 하는 교량에 대하여 측정장치를 도시한 것이고 도 3은 상기 측정장치를 비계가 필요없이 교량 상부에 설치하여 특정 재하하중에 의한 교량의 변위를 측정하는 방법을 예시한 것이다.

본 발명에 사용되는 측정장치는 도 2와 같이 바닥이 튜브(4)에 의해 서로 연통한 2개의 실린더형 수조 그리고 수위변화를 감지할 수 있는 맴돌이 전류형(eddy current type)의 갭센서로 구성이 되며 그 중 A' 위치에서의 수조를 측정점수조(A)라하고 그 단면적을 A₁cm²라고 하면 상기 측정점수조(A)를 상판 중 변위를 측정하고자 하는 위치에 설치하고 B' 위치의 수조를 기준점수조(B)라하고 그 단면적을 B₁cm²으로 놓고 상기 기준점수조(B)를 재하하중에 의해 수직변위가 발생하지 않는 교대 위에 기준점에 설치한다. 이 때 초기평형을 유지하게 하고 기준점수조(B)에서는 갭센서를 이용하여 센서로부터 수면까지의 거리를 측정하여 초기치로 한다.

도 3과 같이 측정점수조(A)가 설치된 교량의 상판 위치에 하중을 재하하면 A' 위치에서 교량은 아래로 처지게 되며 이에 따라 수조 내부의 유체는 측정점수조(B)에서 기준점수조(A)로 흐른 뒤, 다시 평형을 이루게 된다. 이때 도 4와 같이 측정점수조(B)의 상대수위는 낮아지게 되고 기준점수조 (A)의 상대수위는 높아지게 된다. 또한 내부의 유체는 비압축성으로 체적변화가 없다. 여기에서 교량의 처짐량을 x라 하고, 기준점수조(A)의 상대수위 변화량을 a, 측정점수조(B)의 상대수위 변화량을 b라고 할 때 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.

a + b = x (1)

A₁×a =B₁×b (2)

식(1)과 식(2)으로부터 최종적으로 측정하고자하는 측정점수조(A)가 위치된 곳에서의 교량의 처짐량 x는 (1+B₁/A₁)×b 가 된다.

즉, 기준점수조(B)의 상대수위의 변화량 b를 측정장치에 부착된 갭센서로 측정하면 교량 A' 지점의 변위 x를 구할 수 있다. 또한 수조의 단면적 A₁, B₁를 변경함으로써 측정장치의 감도도 조정할 수 있다. 특히, 두 통의 내부단면적이 같을 경우에는 교량의 처짐량 x는 간격센서 측정량 b의 2 배가 된다.

본 발명에 있어서 상기 시험시 하중을 재하한 뒤, 수위를 측정하는데 두 수조가 평형을 유지해야 하는데 이를 위하여는 일정시간후 측정하여야 한다. 이 평형시간은 튜브와 수조의 단면적 및 내부유체의 점성에 의해 결정되는데 일반적으로 30초 내외이다.

또한 수위측정을 목적으로 사용되는 갭센서는 일반적으로 분해능이 1/1000mm이며 맴돌이 전류형의 갭센서를 사용하기 위하여는 도 2와 같이 수면 위에 피측정체를 띄워야하며 이는 부유물과 부유물 상단에 두께 1∼2mm의 얇은 철판을 부착한 것으로 구성한다.

또한 동절기에 현장시험을 위하여는 물대신 부동액을 사용할 수 있다. 위에 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 교량의 내하력평가를 위한 변위측정 방법의 이해를 돕기 위해 동일 교량에 대하여 기존의 시험방법과 본 발명에 의한 시험방법을 실시/비교하였다. 시험대상 교량은 길이 360 m, 6연속 교량으로서 도 5와 같은 형상을 지니고 있으며 30 ton의 재하하중이 1경간 중앙에 있는 경우(구체예 1)와 2경간 중앙에 있는 경우(구체예 2)에 1경간 중앙에서의 변위를 측정하였다.

본 시험의 측정결과와 소요시간 등을 표.1에 비교하였다.

상기 실시 예에서 볼 수 있는 바와 같이 종래의 방법을 이용하여 재하시험을 할 경우에 교량의 변위를 측정하는데는 분해능이 1/100 mm 이고 교량하부에 기준점을 마련하기 위한 비계작업으로 인하여 많은 비용과 인력 및 시간이 소요되는 반면, 본 발명의 변위측정장치를 이용할 경우에는 단시간에 최소의 경비로써 분해능 1/1000 mm 까지 정확히 현장시험을 할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 교량의 내하력평가를 위한 변위측정방법은 교량하부에 기준점을 설치하는 비계작업이 필요 없기 때문에 측정이 간편하고; 기존 변위계의 측정오차를 최소화하여 변위측정의 정밀도를 크게 향상되는 효과를 제공한다. 또한 종래 교량 재하시험을 수행할 경우에는 장시간 교통을 통제해야 하므로 많은 민원을 초래하고 있으나 본 방법은 단시간내에 시험을 마칠 수 있으며 본 발명에서 제시한 측정장치는 소형, 경량이므로 측정하고자하는 지점에 손쉽게 이동이 가능하므로 제한된 시간에 여러 지점의 변위를 측정할 수 있어 시험결과의 신뢰도를 제고할 수 있는 측정장치이다.

지금까지 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신에 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖은 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 재하하중에 의한 교량의 변위를 측정하는 방법에 있어서, 교량상부에서 변위를 측정하고자 하는 지점과 교대상부의 지점에 바닥이 서로 연통한 측정점수조(A)와 기준점수조(B)를 각각 설치하고 상기 기준점수조(B)의 초기 수위를 갭센서로 측정하는 단계; 교량에 하중을 재하한 후의 상기 기준점 수조의 변화된 수위를 측정하는 단계; 상기 갭센서로부터 측정된 초기수위 및 변화된 수위와 상기 기준점수조(B)와 상기 측정점수조(A)의 단면적비로부터 교량의 측정지점에서의 변위를 구하는 단계;로 구성됨을 특징으로 하는 교량의 재하시험용 변위측정 방법.
2. 재하하중에 의한 교량의 변위를 측정하는 장치에 있어서, 교량상부에서 변위를 측정하고자 하는 지점과 교대상부의 지점에 수조 바닥이 튜브(4)에 의해 서로 연통한 측정점수조(A)와 기준점수조(B)를 각각 설치하고; 상기 기준점수조(B)내의 수면 위에 부유물(7)과 얇은 철판(6)으로 이루어진 피측정체를 띄우는 것과 함께 상기 기준점수조(B)에 설치된 갭센서(5)로 형성된 것을 특징으로 하는 교량의 재하시험용 변위측정장치.