KR100679705B1 - 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 말뚝의 휨정도를 측정하여 수직분력을 알 수 있도록 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 콘크리트 말뚝(20)내에 삽입되어 수직방향으로부터의 기울기를 측정하는 기울기 센서(30); 기울기센서(30)를 콘크리트 말뚝(20)의 철근(25)에 고정하는 고정장치(27); 콘크리트 말뚝(20)의 외부에 구비되어 배선(44)을 통해 기울기센서(42)로부터 전송되는 센서신호를 표시하는 표시부(50)가 제공된다.

강관말뚝, 하중, 기울기, 센서, 배선, 분력, 경사, 철근, 콘크리트, 무게추

Description

기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치 및 방법{Inclination measurement device of a concrete column using a inclination sensor and method thereof}

도 1a는 종래의 강관말뚝이 설치되고 콘크리트가 타설되기 전의 상태를 나타내는 개략적인 단면도,

도 1b는 도 1a에서 콘크리트가 타설되고, 강관말뚝이 제거된 상태를 나타내는 개략적인 단면도,

도 2a는 강관말뚝내에 본 발명에 따른 경사측정장치가 설치된 상태의 구성도,

도 2b는 도 2a의 상태에서 강관말뚝내에 콘크리트를 타설하고, 강관말뚝을 제거한 상태의 개략적인 구성도,

도 3은 도 2a에 도시된 경사측정장치에서 철근이 휘기 전상태(최초 상태)를 개략적으로 나타내는 구성도,

도 4는 도 2b에 도시된 경사측정장치에서 콘크리트 말뚝이 휜 상태(최종 상태)를 개략적으로 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 강관말뚝,

15 : 철근,

17 : 콘크리트 말뚝,

19 : 지반,

20 : 강관말뚝,

25 : 철근,

27 : 고정장치(가는 철사),

29 : 콘크리트 말뚝,

30 : 기울기 센서,

32 : 측정부,

34 : 무게추,

36 : X축센서,

38 : Y축센서,

40 : 림,

42 : 신호처리부,

44 : 배선,

50 : 표시부,

52 : X축 표시게이지,

54 : Y축 표시게이지,

60 : 기울어진 축,

62 : 수직축,

θ: 강관말뚝의 휜 각도.

본 발명은 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트 말뚝의 휨정도를 측정하여 수직분력을 알 수 있도록 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1a는 종래의 강관말뚝이 설치되고 콘크리트가 타설되기 전의 상태를 나타내는 개략적인 단면도이고, 도 1b는 도 1a에서 콘크리트가 타설되고, 강관말뚝이 제거된 상태를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 강관말뚝(10)은 지반(19)속에 수직으로 시공되고, 내부가 굴착된 후, 철근(15)이 배근된다. 그 다음 도 1b와 같이 내부에 콘크리트가 채워지고, 강관말뚝(10)이 제거된 후 양생되어 콘크리트 말뚝(17)이 완성된다.

이론상 이와 같은 콘크리트 말뚝(17)은 수직으로 시공되고, 양생된다. 따라서, 콘크리트 말뚝(17)의 크기(예를 들어, 자중과 내경)와 철근(15), 콘크리트의 단위중량 등을 통해 콘크리트 말뚝(17)의 총중량이 그대로 수직방향의 하중이 된다.

그러나, 실제로는 자체 하중으로 인하여 콘크리트 말뚝(17)의 일부분에 휨이 발생한다. 이러한 휨 현상은 수직하중을 수직방향하중과 수평방향 하중으로 분산시 킨다. 따라서 이와 같은 휨의 발생여부와 휨의 정도를 정확히 알아야 하지만 실제로 지상에서 육안으로 확인하는 것은 매우 어렵다.

특히 콘크리트가 양생되는 과정에서 하중으로 인해 휨현상이 진행되기도 하지만 콘크리트 말뚝(17)의 내부가 콘크리트와 철근(15)으로 막혀있기 때문에 지상에서 휨정도의 측정은 매우 곤란한 실정이다.

따라서, 이러한 문제점을 감안하여 콘크리트 말뚝(17)의 변형 여부를 측정해내기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 강관말뚝내에 콘크리트 양생 전후의 콘크리트 말뚝의 휨정도를 측정함으로서 정확한 수직분력을 알 수 있도록 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은, 콘크리트 양생에 따른 콘크리트 말뚝의 휨정도를 지상에서 손쉽게 측정할 수 있도록 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은,

콘크리트 말뚝(29)내에 삽입되어 수직방향으로부터의 기울기를 측정하는 기울기 센서(30);

기울기센서(30)를 콘크리트 말뚝(29)의 철근(25)에 고정하는 고정장치(27);

콘크리트 말뚝(29)의 외부에 구비되어 배선(44)을 통해 기울기센서(42)로 전 력을 공급하고, 기울기센서(42)로부터 전송되는 센서신호를 표시하는 표시부(50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치에 의해 달성될 수 있다.

그리고, 기울기 센서(30)는 수평방향중 소정의 X축방향의 기울기를 검출하는 X축센서(36); 및

수평방향내에서 X축센서(36)와 직교하는 Y축센서(38);

기울기 센서(30)의 중심영역에 설치되어 볼조인트 형식으로 회전 가능하고, X, Y축센서(36, 38)와 신호적으로 접하는 측정부(32);

측정부(32)의 하단에 연결되어 중력방향을 향하는 무게추(34); 및

입력측이 X, Y축센서(36, 38)와 연결되고, 출력측이 표시부(50)와 연결된 신호처리부(42)로 구성될 수 있다.

또한, 내경이 X, Y축 센서(36, 38)에 연결되고, 외경이 고정장치(27)와 연결되는 림(40)을 더 포함하는 것이 가능하다.

뿐만 아니라, 측정부(32)는 볼 형상이고, 볼의 외면에는 명부와 암부가 교대로 칠해져 있으며, X, Y축센서(36, 38)는 명부와 암부로부터 반사되는 빛을 감지할 수 있는 것이 적당하다.

그리고, 표시부(50)는 X축센서(36)의 신호를 표시하는 X축표시게이지(52); 및 Y축센서(38)의 신호를 표시하는 Y축표시게이지(54)로 구성될 수 있다.

또한, 림(40)의 안쪽영역으로 다수의 철근(25)이 배근되는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 또 다른 카테로리로서, 강관말뚝(20)의 내부에 설치되는 철근(25)에 고정장치(27)를 이용하여 기울기 센서(30)을 부착하는 단계S10);

강관말뚝(20)과 상기 강관말뚝(20)내의 철근(25) 및 기울기 센서(30)가 설치된 상태에서 기울기센서(30)의 측정값을 초기값으로 판독하는 단계(S20);

강관말뚝(20)의 내부를 콘크리트로 채우고, 강관말뚝(20)을 제거하여 콘크리트를 양생하는 단계(S30);

양생된 콘크리트 말뚝(29)의 기울기센서(30)를 다시 측정하여 측정값을 최종값으로 판단하는 단계(S40);

측정된 초기값과 최종값에 기초하여 콘크리트 말뚝(29)의 휨 경사를 산출하는 단계(S50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정방법에 의해서도 달성될 수 있다.

그리고, 산출단계(S50)는 X축센서의 초기값과 최종값을 감산하고, Y축센서의 초기값과 최종값을 감산하는 단계를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

아울러, 휨 경사 및 콘크리트 말뚝(29)의 크기 데이터에 기초하여 콘크리트 말뚝(29)의 수직방향 분력을 산출하는 단계(S60)를 더 포함하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 2a는 강관말뚝내에 본 발명에 따른 경사측정장치가 설치된 상태의 구성도이고, 도 2b는 도 2a의 상태에서 강관말뚝내에 콘크리트를 타설하고, 강관말뚝을 제거한 상태의 개략적인 구성도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 강관말뚝(20)의 내부에는 기울기 센서(30), 고정장치(27), 철근(25)이 구비된다.

기울기 센서(30)는 강관말뚝(20) 내부의 소정깊이에 수평방향으로 설치된다. 이러한 기울기 센서(30)는 수평방향으로 림(40), X축 센서(36), Y축 센서(38), 측정부(32)와 무게추(34)로 이루어진다. 림(40)은 링 형상이며, 기울기 센서(30)를 지지하는 기능을 하고, 내부에 필요한 배선이나 신호처리부(42) 등이 구비된다.

X축 센서(36)는 수평면 상에서 콘크리트 말뚝(29)이 X축 방향으로 어느 정도의 각도로 기울어지는가를 측정하는 각도센서이다. Y축 센서(38)는 수평면 상에서 X축과 수직하게 위치하며, 콘크리트 말뚝(29)이 Y축 방향으로 어느 정도의 각도로 기울어지는가를 측정하는 각도센서이다.

측정부(32)는 내부에 볼 소켓 연결에 의해 자유롭게 회전하는 볼이 들어 있고, 이러한 측정부(32)의 대표적인 사례로는 2축 자이로스코프가 될 수 있다.

무게추(34)는 측정부(32)의 하단에 매달려 있으며, 기울기 센서(30)의 기울임에 따라 항상 연직방향을 향하도록 되어 있다. 무게추(34)의 하부가 뾰족한 것은 정확한 수평 설치를 가능하게 하고, 콘크리트 몰탈이 아래서부터 차오르더라도 콘 크리트에 의해서는 움직이지 않도록 하기 위함이다.

철근(25)은 기울기 센서(30)의 림(40) 내부에도 배근되고, 외부에도 배근된다.

고정장치(27)는 기울기 센서(30)를 철근(25)에 단단히 고정하기 위한 장치이다. 이러한 고정장치(27)는 용접 플럭스가 될 수도 있고, 철사가 될 수도 있다. 그러나, 기울기 센서(30)가 수직방향의 철근(25)에 대해 수평방향으로 유지될 수 있다면 어떠한 고정방식이라도 적용이 가능하다.

도 3은 도 2에 도시된 경사측정장치에서 철근(25)이 휘기 전상태(최초 상태)를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기울어진 축(62)과 수직축(60)이 일치하고, 무게추(34)가 이들을 향하고 있다. 그리고, X, Y축센서(36, 38)로부터 출력된 신호는 신호처리부(42)를 거쳐 표시부(50)로 전달된다.

측정부(32)는 볼형상이고, 표면에 미세한 암부와 명부가 교호적으로 표시되어 있다. 그리고, X, Y축센서(36, 38)는 발광 다이오드를 통해 반사되는 빛의 감도를 측정하여 암부의 갯수와 명부의 갯수를 카운트하도록 구성된다. 이와 같은 카운트값을 통해 기울어진 각도를 알 수 있다.

신호처리부(42)는 기울기 센서(30) 내부에 내장되며, X, Y축센서(36, 38)로부터 출력되는 각도값을 수신하고, 버퍼(미도시)에 저장하며, 전송하기 위해 증폭하는 기능을 한다. 이러한 신호처리부(42)의 전원은 내장된 배터리로 동작될 수도 있으며, 외부의 배선(44)을 통해 전달받을 수도 있다. 또한, 신호처리부(42)는 기울기센서(30)내에 내장될 수도 있고, 무선으로 데이터를 전송할 수도 있으며, 또 다른 변형예로서 표시부(50) 내에 내장될 수도 있다.

표시부(50)는 측정된 X, Y축센서(36, 38)값을 이용하여 이를 아날로그 방식(예를 들어, 눈금 게이지) 또는 디지털 방식(예를 들어, 세븐 세그먼트 다이오드 표시방식) 으로 표시한다. 또한, 표시된 값을 시간에 따라 그래프로 그리거나 데이터로 저장할 수도 있다.

도 4는 도 2에 도시된 경사측정장치에서 콘크리트 말뚝(29)이 휜 상태(최종 상태)를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기울어진 축(60)과 수직축(62)이 "θ"만큼 벌어지게 된다. 도 4에서 수직으로 표현되었지만 실제로 기울어진 축은 축(60)이고, 항상 연직방향을 향하는 것은 수직축(62)이다. 이와 같은 상황에서 X축 센서(36)로는 "ΔX"값이 출력되고, Y축센서(36)로는 "ΔY"값이 출력된다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치의 측정방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

우선, 강관말뚝(20)을 지반(19)에 박은 다음 내부를 굴착하여 빈공간을 형성한다. 그 다음, 이와 별도로 배근될 철근(25)을 준비하고, 철근(25)에 기울기센서(30)를 부착한다. 기울기센서(30)가 수평방향으로 고정될 수 있도록 고정장치(27)로는 가는 철사를 사용한다.

그 다음, 기울기센서(30)가 부착된 철근(25)을 강관말뚝(20)의 내부에 고정한다(S10).

그 다음, 강관말뚝(20)과 강관말뚝내의 철근(25) 및 기울기 센서(30)가 설치 된 상태에서 기울기센서(30)의 측정값을 초기값으로 판독한다(S20). 이는 강관말뚝(20)이 초기 상태에서 얼마만큼 기울어진 각도로 설치되었는가를 알기 위함이다.

그 다음, 강관말뚝(20)의 내부를 콘크리트로 채우고, 강관말뚝(20)을 제거한다. 그리고, 콘크리트가 완전히 양생되어 콘크리트 말뚝(29)이 될 때까지 기다린다(S30). 즉, 기울기 센서(30)를 콘크리트가 둘러싸서 양생된다. 이러한 기울기 센서(30)는 콘크리트 말뚝(20)과 함께 영구적으로 내장되게 된다.

그 다음, 콘크리트 양생이 완료되면, 기울기센서(30)를 다시 측정하여 측정값을 최종값으로 판단한다(S40). 이는 콘크리트의 투입과정과 양생과정에서 콘크리트 말뚝(20)이 하중의 변화로 인해 얼마만큼 변형하는지를 알기 위함이다.

그 다음, 초기값과 최종값에 기초하여 콘크리트 말뚝(20)의 휨 경사를 산출한다(S50). 이러한 산출단계(50)는 X축센서의 초기값과 최종값을 감산하고, Y축센서의 초기값과 최종값을 감산함으로 이루어질 수 있다.

이렇게 산출된 휨 경사 및 콘크리트 말뚝(20)의 크기 데이터에 기초하여 콘크리트 말뚝(20)의 수직방향 분력을 산출한다(S60). 콘크리트 말뚝(20)의 크기를 알면 하중을 알 수 있고, 이러한 하중은 휨 경사로 인해 수직방향과 수평방향으로 나누어지게 된다. 따라서, 수직하중이 얼마만큼 변화하는지를 파악할 수 있다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 콘크리트 양생 전후의 콘크리트 말뚝의 휨정도를 측정함으로서 정확한 수직분력을 알 수 있다. 이로서, 정확한 강도계산과 설계가 가능해진다.

그리고, 콘크리트 양생에 따른 콘크리트 말뚝의 휨정도를 지상에서 손쉽게 측정할 수 있다. 따라서, 각종 인건비 뿐만 아니라 부가 장비 등이 불필요하다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

Claims (9)

1. 콘크리트 말뚝(20)내에 삽입되어 수직방향으로부터의 기울기를 측정하는 기울기 센서(30);

   상기 기울기센서(30)를 상기 콘크리트 말뚝(20)의 철근(25)에 고정하는 고정장치(27);

   상기 콘크리트 말뚝(20)의 외부에 구비되어 상기 기울기센서(42)로부터 전송되는 센서신호를 표시하는 표시부(50)로 구성되어 있으며,

   상기 기울기 센서(30)는 수평방향중 소정의 X축방향의 기울기를 검출하는 X축센서(36) 및 상기 수평방향내에서 상기 X축센서(36)와 직교하는 Y축센서(38);

   상기 기울기 센서(30)의 중심영역에 설치되어 볼조인트 형식으로 회전 가능하고, 상기 X, Y축센서(36, 38)와 신호적으로 접하는 측정부(32);

   상기 측정부(32)의 하단에 연결되어 중력방향을 향하는 무게추(34); 및

   입력측이 상기 X, Y축센서(36, 38)와 연결되고, 출력측이 상기 표시부(50)와 연결된 신호처리부(42)로 구성되는 것을 특징으로 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 내경이 상기 X, Y축 센서(36, 38)에 연결되고, 외경이 상기 고정장치(27)와 연결되는 림(40)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 측정부(32)는 볼 형상이고, 볼의 외면에는 명부와 암부가 교대로 칠해져 있으며, 상기 X, Y축센서(36, 38)는 상기 명부와 암부로부터 반사되는 빛을 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 표시부(50)는 X축센서(36)의 신호를 표시하는 X축표시게이지(52); 및 Y축센서(38)의 신호를 표시하는 Y축표시게이지(54)로 구성되는 것을 특징으로 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 림(40)의 안쪽영역으로 다수의 철근(25) 배근되는 것을 특징으로 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정장치.
7. 강관말뚝(20)의 내부에 설치되는 철근(25)에 고정장치(27)를 이용하여 기울기 센서(30)을 부착하는 단계S10);

   강관말뚝(20)과 상기 강관말뚝(20)내의 철근(25) 및 기울기 센서(30)가 설치된 상태에서 기울기센서(30)의 측정값을 초기값으로 판독하는 단계(S20);

   강관말뚝(20)의 내부를 콘크리트로 채우고, 강관말뚝(20)을 제거하여 콘크리트를 양생하는 단계(S30);

   양생된 콘크리트 말뚝(29)의 기울기센서(30)를 다시 측정하여 측정값을 최종값으로 판단하는 단계(S40);

   측정된 초기값과 최종값에 기초하여 콘크리트 말뚝(29)의 휨 경사를 산출하는 단계(S50)로 구성되는 것을 특징으로 하는 기울기센서를 이용한 강관말뚝의 경사측정방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 산출단계(50)는 X축센서의 초기값과 최종값을 감산하고, Y축센서의 초기값과 최종값을 감산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 휨 경사 및 상기 강관말뚝(20)의 크기 데이터에 기초하여 상기 콘크리트 말뚝의 수직방향 분력을 산출하는 단계(S60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기울기센서를 이용한 콘크리트 말뚝의 경사측정방법.

Images