KR100870485B1 - 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레진을 포함하는 접착수단을 이용하여, 신축성 구조부재 표면의 전장 또는 일부에 걸쳐, 롤 형태로 감아져 취급이 용이한 광섬유가 형성된 부착시트를 일체화시켜, 신축성 구조부재의 변형에 따른 광섬유센서의 광량 변화량을 계측수단을 이용하여 검측함으로서 신축성 구조부재의 내력변화를 상시 확인할 수 있는 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재에 관한 것이다.

광섬유센서, 계측

Description

광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재{EXPANDABLE REINFORCING MEMBER USING OPTICAL FIBER CABLE SENSOR}

도 1a는 종래 광섬유의 작용상태도를 도시한 것이며,

도 1b는 종래 광섬유의 측정범위에 따른 종류를 도시한 것이며,

도 1c는 종래 광섬유센서의 원리를 도시한 것이며,

도 1d는 종래 광섬유센서를 이용한 계측수단의 예를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 광섬유센서의 작용개념도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 광섬유가 부착된 부착시트를 도시한 것이다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 광섬유가 부착된 부착시트 설치방법의 일예를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 부착시트 설치방법의 본 발명의 광섬유가 부착된 부착시트 설치방법의 다른 예를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 본 발명의 광섬유센서의 다른 설치예를 개략 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:광섬유 센서 110:광섬유

120:계측수단 200:신축성 구조부재

300:부착시트 설치장치 310:하우징부

320:내측지지부 330:접착수단공급부

340:접착수단 350:접착수단수용부

360:부착시트 공급수단 370:지지대

380:이동용 롤러부 400:롤링장치

본 발명은 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 별도의 보호가 필요 없으면서도 센서링된 측정값(계측수단에 의한 계측값)에 신뢰성이 증진된 신축성 구조부재의 긴장정도 등을 상시 계측할 수 있는 철근, PC 강연선 등을 포함하는 신축성 구조부재에 관한 것이다.

종래의 계측시스템에 사용되는 센서로서 광섬유센서가 많이 이용된다. 이러한 광섬유센서(광섬유 및 계측수단)를 구성하는 광섬유는 도 1a와 같이 입사된 광이 전반사가 이루어지도록 굴절률이 서로 다른 코어(Fiber Core,10), 클래딩(Cladding,20) 및 이러한 코어 및 클래딩을 보호하기 위한 폴리머코팅(30) 및 재킷(40)으로 구성됨이 통상적이다.

이러한 광섬유를 이용한 광섬유 센서는 측정범위에 따라 도 1b와 같이 일점, 분호 및 다중형 방식으로 분류될 수 있다.

즉, 일점형 광섬유센서(50)는 광섬유센서가 장착된 부위의 변형률, 온도 및 압력 등의 변화량을 측정하기 위한 것으로서 간단하지만 복수개의 부위를 대상하는 경우에 여러 부위에 광섬유센서를 장착시킬 필요가 있어 용도에 다소 제한이 있을 수 있다.

상기 분포형 광섬유센서(60)로서는 ODTR(Optical Time Domain Reflectometry)이 대표적이다. 이는 단일 광섬유를 이용하여 구조물의 전체적인 거동을 측정하는 데 유용하다는 장점이 있다.

상기 다중형 광섬유센서(70)는 하나의 광섬유센서에 2개 이상의 일점형 광섬유센서가 설치되어 있는 형태로서 FBG센서(Fiber Bragg Gratting Sensor, 브래그 격자 광섬유센서)가 이에 해당된다.

이때, 상기 ODTR은 그 측정방식에 있어서, 광섬유를 통해 검출되는 손실광량을 검출부에서 직접 검출하기 때문에 제작이 쉽고, 견고하며, 신호처리가 단순하다는 장점이 있으며, 광원, 광섬유, 광 검출기(Photodetector)로 구성되는 것이 일반적이다.

이러한 ODTR의 측정 원리를 살펴보면, 도 1c와 같이 펄스광을 광섬유 내부에 입사시킬 때, 외부자극으로 인하여 광섬유에 인장 또는 굽힘이 발생하게 될 경우 그 정도에 따라 광량 손실이 증가하며, 균열 등으로 광섬유가 절단된 경우에는 그 절단면에서 반사광이 나타난다. 즉, 입사된 펄스광이 후방 산란(Back Scattering)되어 되돌아 올 때 그 펄스광의 손실 량을 측정하여 외부 물리량의 변화(변형률, 압력 등)를 관측할 수 있게 된다.

이와 같은 광 손실량으로부터 변형률을 얻기 위해서는 실 구조물의 광케이블 설치조건에 의하여 도출된 변형률과 광손실 증가와의 상관관계를 나타내는 데이터를 사전에 입수하여 이러한 데이터를 통해 변형률을 검출하게 되는데, 이러한 변형률 계측수단은 통상의 DAQ(Data Acquisition) System을 이용할 수 있을 것이며, 시스템 설계자에 따라 다양한 구성이 가능하다.(통상적인 DAQ(Data Acquisition) System의 구성은 센서에 연결된 시그널 컨디셔닝 장치(센서링 된 신호를 계측기가 측정할 수 있도록 바꿔 주는 장치로서 일종의 절연 증폭시스템), 분석하드웨어 및 소프트웨어가 장착된 켬퓨터로 구성될 수 있다.)

위와 같이 ODTR 및 통상의 계측수단을 이용하여 여러 물리량을 측정하기 위한 종래방법이 다수 소개되어 있는바, 일예를 살펴보면 다음과 같다.

즉, 본 발명과 관련하여 산사태의 발생위치를 검출하기 위한 ODTR 계측시스템(80) 및 방법이 국내에 공개된 바 있다.(공개특허 10-2005-74053)

이는 도 1d와 같이, 펄스발생수단(81), 레이저다이오드(82), 출력된 펄스광을 광섬유에 커플링 시키고, 후방으로 산란된 펄스광을 출력하는 커플링수단(83), 상기 커플링수단으로부터 펄스광의 광 파워를 측정하고, 이를 전기적인 신호로 변환하는 광 검출기(84), 이러한 전기적인 신호를 증폭하는 증폭기(85), 증폭된 전기신호를 일정한 샘플링속도에 의하여 디지털신호로 변환하는 AD 컨버터(86), 이러한 디지털 신호를 저장하고 분석하여 생성된 데이터를 디스플레이에 출력하고, 상기 분석데이터에 따라 펄스 폭과 펄스 주기를 조절하는 제어신호와 샘플링 속도를 조절하기 위한 설정신호를 출력하는 신호처리부(87) 및 디스플레이부(88)로 구성된 계측시스템을 이용하되, 광섬유(89)는 보호관등으로 보호하면서 산사태가 발생할 우려가 있는 곳에 설치하여 결국 산사태 발생을 예측할 수 있도록 하고 있음을 알 수 있다.

또한 본 발명과 관련하여 PSC 콘크리트구조물에 있어 도입된 긴장력(프리스트레스)의 손실량 등을 측정하기 위한 방법으로서 종래 진동법에 의한 방법, 노출시험에 의한 방법 등이 소개되어 있는바,

상기 진동법에 의한 방법은 실내실험에 적합할 뿐, 공용중인 구조물에 적용하기에는 노이즈 등 선결해야 할 문제점이 많다는 점이 지적되었고,

상기 노출시험법은 PC 강연선 등을 노출시켜 긴장력을 측정해야 한다는 점에서 콘크리트 일부를 파쇄 해야 한다는 문제점이 지적되었다.

또한 이러한 방법들은 이미 제작된 콘크리트 구조물에 있어 센서 등을 구조물 표면에 임의로 설치하고, 도입된 긴장력 또는 손실된 긴장력을 측정하기 때문에 신뢰성에 있어 매우 불확실할 수밖에 없었고, 이러한 불확실성에 의하여 자칫 잘못된 측정결과에 의하여 재 긴장을 실시하는 경우 자칫 구조물에 치명적인 하중 불균형이 발생할 수 있다는 점이 지적되었다.

또한 콘크리트 구조물에 설치된 철근 등의 표면에 홈을 형성시키고, 그 홈에 광섬유 센서 등을 매입시키는 방법도 소개된 바 있으나, 이는 제작방법에 있어 다소 복잡할 수 있고, 특히 철근에 홈을 형성시키는 것은 철근자체의 구조적성능에 영향을 끼칠 수 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 긴장재의 긴장 이전에 미리 광섬유센서를 긴장재를 포함하는 신축성 구조부재의 표면에 직접 일체화시켜 제작하되 간단한 부착장치를 이용하여 제작효율을 높일 수 있으며, 긴장방법(포스트 텐션 또는 프리텐션)에 구애받지 않고, 긴장력이 도입된 시점부터 바로 긴장력 변화측정이 상시 가능하도록 한 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재는

첫째, 콘크리트에 매입되는 철근을 포함하는 콘크리트 보강재 또는 PC 강연선, FRP 부재를 포함하는 긴장재와 같은 신축성 구조부재(200)에 센서를 장착시키고, 상기 센서에 의한 측정값과 신축성 구조부재의 응력 또는 프리스트레스의 변화량과의 관계에 의하여 응력 또는 프리스트레스의 변화량을 측정함에 있어서,

상기 센서로서 신축성 구조부재의 길이변화에 대응하여 길이변화가 함께 발생하도록 긴장력이 도입되기 이전에 신축성 구조부재 표면에 직접 일체화시킨 광섬유센서(100)가 이용되도록 하였다.

즉, 철근 또는 PC 강연선(텐던, 긴장재, 인장재, PC 강연선 등을 포함한다.)과 같은 신축성 구조부재를 콘크리트에 의하여 매립되기 이전에, 부착시트에 광섬유센서를 먼저 부착시킨 후, 레진을 포함하는 접착수단으로 신축성 구조부재와의 일체화될 수 있도록 하였다.

예컨대, 철근의 인장 또는 압축에 의한 프리스트레스 변화에 직접적으로 작용할 수 있도록, 철근 자체에 광섬유 센서를 미리 부착시킨 부착시트(130)를 레진과 같은 접착제를 이용하여 일체화시켜 설치된 광섬유센서의 광량변화량을 자연스럽게 유도하고, 긴장력 도입방법(포스트텐션 및 프리텐션)과 관계없이 보다 신뢰성 있는 측정값 도출이 가능하도록 하였고,

상기 부착시트(130)는 롤(Roll) 형태로 형성되어 그 취급이 용이하도록 하였으며, 부착시트 설치장치(300) 및 부착시트 공급수단(360)에 의하여 용이하게 신축성구조부재(200)에 부착될 수 있도록 하였다.

이로서, PSC 콘크리트 부재의 프리스트레스도입에 따른 변화와 관련된 측정값을 모니터링 하도록 하고, 이러한 모니터링 된 측정값은 통상의 계측수단에 의하여 분석에 활용될 수 있도록 하여 PSC 콘크리트 부재의 유지관리 등이 매우 용이하도록 할 수 있게 된다.

이렇게 센서링된 측정값의 모니터링 방법에 있어서는 광섬유센서에 의한 측정값이 광섬유센서의 변형에 따른 광량변화량으로 설정되어 광검출부 및 디스플레이부를 포함하는 모니터링 장치를 포함하는 계측수단에 의하여 상기 광량변화량이 검출될 수 있도록 하였다.

광섬유센서에 의하여 센서링된 측정값은 다양한 방법으로 측정, 분석될 수 있으며, 이는 시스템 설계에 따라 통상의 계측시스템 및 분석프로그램을 이용할 수 있을 것이다.

이에 본 발명에서는 이러한 구체적인 계측수단 자체를 한정하지는 않지만, 미리 광섬유센서가 신축성 구조부재에 미리 일체화되도록 하였기 때문에 이러한 광섬유센서에 의한 측정값을 모니터링하는 최소한의 기술적 구성을 제시하고자 하며, 이는 상기 광섬유 센서에 의한 측정값이 광섬유센서의 길이변화에 따른 광량변화량으로 설정되어 광검출부 및 디스플레이부를 포함하는 계측수단에 의하여 가능하게 된다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 광섬유센서(100:110,120)의 작용개념도를 개략 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 광섬유(110)가 부착된 부착시트(130), 보호시트(140)가 철근인 신축성 구조부재(200)에 부착되는 상태를 사시도로 도시한 것이다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 광섬유가 형성된 부착시트 설치방법(고정형 부착시트설치장치)의 일예를 사시도, 측면도 및 정면도로 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 광섬유가 형성된 부착시트 설치방법의 다른 일예(이동형 부착시트설치장치)를 사시도로 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 광섬유의 다른 설치예를 개략 도시한 것이다.

먼저, 본 발명은 광섬유센서를 센서로서 이용하게 된다.

상기 광섬유센서(100)는 ODTR(Optical Time Domain Reflectometry) 또는 FBG 센서(Fiber Bragg Gratting Sensor, 브래그 격자 광섬유센서)를 이용한 예를 기준으로 설명한다.

상기 광섬유센서(100)는 예컨대 종래 계측시스템과 같이 펄스발생수단(121), 레이저다이오드(122), 출력된 펄스광을 광섬유에 커플링 시키고, 후방으로 산란된 펄스광을 출력하는 커플링수단(123), 상기 커플링수단으로부터 펄스광의 광 파워를 측정하고, 이를 전기적인 신호로 변환하는 광 검출기(84), 이러한 전기적인 신호를 증폭하는 증폭기(125), 증폭된 전기신호를 일정한 샘플링속도에 의하여 디지털신호로 변환하는 AD 컨버터(126), 이러한 디지털 신호를 저장하고 분석하여 생성된 데이터를 디스플레이에 출력하고, 상기 분석데이터에 따라 펄스 폭과 펄스 주기를 조절하는 제어신호와 샘플링 속도를 조절하기 위한 설정신호를 출력하는 신호처리부(127), 디스플레이트부(128)로 구성된 계측수단(120)을 이용하되, 광섬유(110)를 포함하는 것으로 한다.

도 2를 기준으로 먼저 상기 광섬유(110) 자체는 신축성 구조부재(200)에 일체화 되도록 설치된다.

이때 상기 신축성 구조부재(200)는 콘크리트 구조물에 미리 매입되어 배근/배치되는 철근 또는 PC 강연선을 포함하는 긴장재를 의미하며, 작용하중 또는 긴장력 도입에 따라 그 물리적 특성에 의하여 인장 또는 수축되게 된다.

즉, 철근의 경우에는 작용하중에 의하여 철근은 인장되고 이러한 인장에 의하여 철근은 길이변화가 발생하게 되며, 탄성범위이내에서는 작용하중이 제거되는 경우 다시 원 상태로 복원되면서 압축응력이 발생하여 수축되어 결국 상기 철근은 신축될 수 있음을 알 수 있다.

또한 긴장재의 경우에도 유압잭과 같은 긴장수단에 의하여 긴장력이 가해질 때 역시 길이변화가 발생하게 되며, 이러한 긴장력은 시간요인에 의하여 도입된 긴장력이 손실되는 경우가 발생함으로서 수축되어 역시 이러한 긴장재도 신축될 수 있음을 알 수 있다.

신축성 구조부재(200)로서 철근의 경우를 기준으로 설명하면, 철근의 표면에 미리 도 3과 같이 광섬유(110)가 일체화되도록 한다.

이러한 광섬유(110)는 바람직하게는 철근 전체 길이에 걸쳐 고정되도록 한다. 또한 철근에 1개의 광섬유센서가 설치되도록 할 수도 있지만, 종방향으로 복수개의 광섬유센서가 설치될 수 도 있다.

즉, 신축성 구조부재(200)에 고정된 광섬유(110)는 신축성 구조부재(200)의 신축에 따라 함께 길이변화가 발생하게 되며, 이러한 길이변화는 광섬유(110)의 단면적이 일시적으로 변경될 수 있는 요인을 제공하게 된다.

이를 도 2를 기준으로 살펴보면, 신축성 구조부재(200)에 긴장력이 도입되기 이전에 광섬유(110)가 먼저 부착되어 설치된다. 이에 광섬유(110)에는 일정한 펄스광이 계측수단(120)을 구성하는 펄스광 출력부(121) 및 레이저다이오드(122)에 의하여 입사 될 수 있게 된다.

이때, 상기 신축성 구조부재(200)에 긴장력이 도입되면, 신축성 구조부재(200)는 그 길이가 늘어나게 된다. 이때 광섬유(110)가 신축성 구조부재(200)에 고정되어 있으므로 역시 함께 길이가 늘어나게 되며 이는 광섬유의 단면적을 줄이 게 되어 입사된 펄스광(입사된 펄스광)을 감소시키게 된다.

또한 긴장력이 신축성 구조부재(200)에 도입된 상태에서, 시간이 경과하게 되면 자연스럽게 도입된 긴장력이 손실되는 현상이 발생하는 데(시간 경과에 따른 프리스트레스 손실이라 한다.), 이러한 긴장력 손실에 의하여 신축성 구조부재(200)는 다소 그 길이가 줄어들게 되며, 이에 따라 광섬유도 단면적이 다소 늘어나게 되어 입사된 펄스광을 증가시키게 된다.

본 발명은 위와 같이 신축성 구조부재(200)가 신축에 따라 입사된 펄스광의 감소 및 증가에 의한 전기적인 신호값을 측정하고, 측정된 신호값을 통해 신축성 구조부재(200)에 도입된 긴장력의 변화량을 추정하고자 하는 것이다.

이러한 추정은 광섬유에 연결된 펄스발생수단(121), 레이저다이오드(122), 커플링수단(123), 광 검출부(124), 이러한 전기적인 신호를 증폭하는 증폭기(125), AD 컨버터(126), 신호처리부(127) 함께 설계자에 의하여 다양하게 고안될 수 있는 분석프로그램 및 데이터를 포함하는 분석수단(128) 및 디스플레이부(129)에 의하여 대비되어 분석될 수 있을 것이다.

결국, 본 발명의 광섬유센서(100)는 신축성 구조부재(200)에 긴장력이 도입되기 이전에 미리 고정 설치되기 때문에, 신축성 구조부재(200)의 신축(변형)에 대하여 가장 신뢰성 있는 측정값을 도출시킬 수 있게 되고, 신축성 구조부재(200)가 프리텐션 또는 포스트텐션 방법과 같은 긴장방식에 따라 상관없이 일관된 신축성 구조부재(200)의 긴장력 손실 등을 측정할 수 있게 되며, 신축성 구조부재(200)에 미리 설치되어 콘크리트에 매립되도록 설치되기 때문에 상시 원하는 때 필요한 긴 장력 손실 등을 측정할 수 있게 된다.

만약 신축성 구조부재(200)가 철근이라면 이러한 철근의 신장에 따른 철근의 항복 등을 측정할 수 있게 될 것이며,

신축성 구조부재(200)가 FRP 스트립, 판재라면 역시 FRP 스트립, 판재의 신장에 따른 긴장력 손실 등을 당연히 측정할 수 있을 것이다.

도 3에 의하면, 특히 본 발명의 광섬유(110)가 철근인 신축성 구조부재(200)에 일체화되는 상태를 도시한 것인데,

광섬유(110)는 먼저 부착시트(130)에 미리 부착되도록 한다.

상기 부착시트(130)는 일정한 내구성을 요구하고, 롤 형태로 감아져 형성될 수 있어 취급이 간편한 탄소섬유시트, 유리섬유시트를 이용할 수 있다.

이러한 부착시트(130)에 광섬유(110)가 일체화되도록 부착하게 되며, 이는 접착성 테이프를 이용해도 좋고 다른 수단에 의한 부착도 가능하다.

또한 광섬유(110)를 보호하기 위하여 광섬유(110)를 코팅시킬 수 있으며, 이러한 코팅 이외의 방법으로 보호시트(140)를 이용할 수도 있다.

이때, 철근인 신축성구조부재(200)의 경우 마디(210)와 리브(220)가 표면에 형성되어 있으므로, 일종의 요철부가 형성되어 있는 등, 부착시트(130)와 신축성구조부재(200)의 일체화를 방해하는 요인이 된다.

이에 본 발명에서는 상기 일체화를 보다 확실하게 확보하기 위하여 도 레진과 같은 접착수단(340)을 이용하게 된다.

즉, 광섬유(110)가 일체화된 부착시트(130)를 보호시트(140)와 함께 신축성 구조부재(200)의 표면에 의한 일체화를 방해요인을 접착수단(340)을 이용하여 배제시키게 된다.

<신축성 구조부재(200)에 대한 부착시트(130)의 설치예 1:고정형 부착시트설치장치>

상기 설치예 1은 신축성 구조부재(200)인 철근인 신축성 구조부재(200) 표면에 광섬유(110)가 일체화되고 보호시트(140)에 의하여 보호된 부착시트(130)를 접착수단(340)을 이용하여 용이하게 부착시킬 수 있는 예라 할 수 있다.

이를 위해 본 발명은 부착시트 설치장치(300)를 이용하되, 상기 부착시트 설치장치(300)는 공장의 바닥면에 일시적으로 고정되도록 한다.

상기 부착시트 설치장치(300)는 도 4a, 도 4b 및 도 4c와 같이,

신축성 구조부재(200)가 내측에 형성되도록 설치되며, 일체형 또는 분리형으로 형성된 하우징부(310);

신축성 구조부재(200)가 지지되도록 하우징부 하면 내측에 형성된 내측지지부(320);

상기 하우징부(310) 상면을 관통하여 하방으로 레진을 포함하는 접착수단(340)을 신축성 구조부재의 표면에 공급되도록 형성된 접착수단공급부(330); 및

상기 접착수단공급부(330)에 의하여 공급되는 접착수단을 신축성 구조부재의 표면에 수용되도록 하우징부 내측 표면에 형성된 접착수단수용부(350);을 포함하며,

부착시트(330)를 부착시트 설치장치(300)에 공급하기 위한 부착시트 공급수 단(360);과 신축성 구조부재(200)를 이동시키기 위한 롤링장치(400)가 이용된다.

상기 하우징부(310)는 사각관 형태로 제작된 몸체부 역할을 하는 것으로서 재질은 강판, 플라스틱 등으로 제작할 수 있으며, 철근인 신축성 구조부재(200)가 관통될 수 있는 정도의 직경을 가지도록 하며, 그 크기 등은 제작, 운반, 설치 및 신축성 구조부재에 따라 다양한 변경될 수 있을 것이다.

이러하 하우징부(310)는 추후 설치, 이동, 운반 및 교체 등이 용이하도록 개략 절반 정도로 분할 조립되도록 제작하는 것이 바람직하며, 상부 하우징부(311) 및 하부 하우징부(312)에 분리되어 후술되는 철근 삽입설치가 용이하도록 함이 바람직하다.

이에 본 발명의 하우징부(310)는 일체형으로 제작되거나, 상부 및 하부 하우징부(311,312)로 구분된 상부 및 하부 분리형 하우징부로 구분될 수 있으며, 3개 이상으로 구분시킬 수도 있다.

상기 내측지지부(320)는 하우징부(310)를 관통하는 철근인 신축성 구조부재(200)가 내측 하면에 지지될 수 있도록 하는 지지부역할을 하게 되며, 신축성 구조부재(200)의 형상에 따라 다양한 크기 및 표면형태로 구성될 수 있다. 이로서 철근인 신축성 구조부재(200)는 하우징부(310) 내측에 위치가 고정될 수 있도록 하면서, 철근인 신축성 구조부재(200)가 전방 또는 후방으로 이동할 때 슬라이딩부 역할도 하게 된다.

상기 접착수단공급부(330)는 광섬유(110)가 형성된 부착시트(130)를 철근인 신축성 구조부재(200)에 일체화시킬 수 있는 레진과 같은 접착수단(340)을 하우징 부(310)를 통해 공급하기 위한 것으로서,

바람직하게는 도 4b와 같이, 하우징부(310) 상부면에 홈을 형성시켜, 상기 홈에 레진과 같은 접착수단(340)을 공급할 수 있는 공급실린더(331)를 장착시킨 후, 상기 공급실린더(331)로부터 철근인 신축성 구조부재(200) 표면에 주입될 수 있는 주입관(332)으로 구성되도록 한다.

이로서, 공급실린더(331) 및 주입관(332)에 의하여 레진과 같은 접착수단(340)이 일정한 공급 속도 및 방향을 가지고 철근인 신축성 구조부재(200) 표면에 공급될 수 있게 된다.

상기 접착수단수용부(350)는 공급실린더(331) 및 주입관(332)에 의하여 공급되는 레진과 같은 접착수단(340)이 철근인 신축성 구조부재(200) 표면에 공급되는 위치를 세팅하기 위한 것으로서 레진과 같은 접착수단(340)이 불필요하게 많이 공급되도록 하지 않도록 하고, 부착시트(130)도 접착수단수용부(350)에 의하여 그 부착 위치가 정확하게 세팅될 수 있도록 하게 된다.

이에 바람직하게는 ㄴ 자 형태의 부재를 이용하여 하우징부(310)의 내측면 개략 중앙부위에 고정되어 설치될 수 있도록 한다. 이러한 접착수단수용부(350)는 하우징부 내측면에 하우징부 길이방향 전체에 걸쳐 장착되도록 할 수도 있고, 하우징부 내측면에 특정위치에만 고정된 상태로 장착시켜도 상관은 없다.

상기 부착시트 공급수단(360)은 도 4c와 같이 부착시트(130)를 부착시트 설치장치(300)에 공급하기 위한 것으로서, 구체적으로는 부착시트(130)를 하우징부 내측면에 장착된 접착수단수용부(350)로 공급하기 위한 것이다.

이에 바람직하게는 하우징부(310) 내측면에 설치된 접착수단수용부(350) 주위에 적어도 1개의 롤러(351)를 설치하고, 상기 롤러와 맞닿은 부착시트(130)가 하우징부(310) 내측에 원활하게 공급될 수 있도록 하게 되며,

부착시트(130)는 미리 광섬유(110)가 부착된 상태에서 보호시트(140)와 함께 상기 부착시트 공급수단(360)에 의하여 접착수단수용부(350)로 공급되고, 접착수단공급부(330)를 통해 역시 접착수단수용부(350)로 공급되는 접착수단(340)에 의하여 최종 철근인 신축성 구조부재(200) 표면에 상기 부착시트(130)가 일체화 될 수 있도록 한다.

이때, 부착시트(130)를 신축성 구조부재(200) 표면에 신속하게 일체화시키기 위하여 접착수단(340)에 경화제를 더 첨가시킬 수 있다.

나아가 부착시트(130)를 철근인 신축성 구조부재(200) 표면에 보다 효과적으로 일체화시키기 위하여 통상의 롤링장치(400)를 이용하여 철근인 신축성 구조부재(200)를 전방, 또는 후방으로 이동할 수 있도록 하게 되며 이러한 롤링장치(400)도 고정형 또는 운반 및 설치, 작동이 용이하도록 이동형 롤링장치(롤링장치를 영구 고정되지 않도록 설치 등이 용이하도록 한 것임)로서 구성시킬 수 있다. 또한 부착시트 설치장치(300)는 바닥에 고정(고정형)되도록 할 수 있고, 이러한 부착시트 공급수단(360)은 부착시트(130)가 롤 형태로 감아져 형성된 상태에서 공장에 운반되어 바닥에 설치되고 부착시트(130)가 연속적으로 풀어지면서 부착시트 설치장치(300)에 공급되도록 하게 된다. 이에 부착시트(130)의 취급이 매우 용이해진다는 장점이 발휘되게 된다.

위와 같이 부착시트(130)에 의하여 철근인 신축성구조부재(200)와 일체화된 광섬유(110)에는 도 2와 같이 계측수단(120)이 연결되어 원하는 센서링된 측정값을 계측할 수 있게 된다. 또한 철근이 아닌 PC 강연선의 경우에는 그 긴장, 정착을 위하여 정착장치가 반드시 설치되는데, 이러한 정착장치(400)는 PC 강연선의 단부에 설치되는 것이 일반적이다.

통상 PC 강연선에 도입된 긴장력의 손실(프리스트레스 손실)은 상기 정착장치로부터 PC 강연선의 단부가 이완됨으로서 발생하는 경우가 대부분이므로 본 발명에서는 도 6과 같이 상기 정착장치(400)에 형성된 정착홀에 광섬유(110)가 연장 설치되도록 하고, 이러한 정착장치에 연장된 광섬유(110)에 상기 계측수단(120)이 연결되도록 함이 바람직하다.

이러한 정착장치는 긴장방법에 따라 구조물 내부에 함께 매립될 수도 있고, 외부로 일부 노출될 수도 있는데, 만약 매립된 경우에는 연장된 광섬유에 계측수단(120)을 연결하면 되고, 외부로 노출된 경우에는 정착장치에 직접 계측수단(120)을 설치해도 된다.

이러한 계측수단(120)은 구조물 설치 시, 공용중이라도 얼마든지 계측자가 접근할 수 있으므로 구조물 유지관리 등에 있어 매우 효율적이라는 장점이 발생하게 된다.

<신축성 구조부재(200)에 대한 부착시트(130)의 설치예 2:이동형 부착시트설치장치>

실시예 1과 비교하여, 상기 실시예 2는 공장이 아닌 현장에서 본 발명의 상 기 부착시트 설치장치(300)를 이용함에 차이가 있다. 이에 부착시트 설치장치(300) 자체를 이동하기 위하여 그 저면에 이동용 롤러부(380)가 설치되도록 하게 되며, 부착시트(130)를 미리 신축성 구조부재(200)에 표면이 임시로 부착되도록 한 상태에서 접착수단(340)으로 신축성 구조부재(200)와 일체화 되도록 하게 된다.

즉, 도 5와 같이 부착시트 설치장치(300)는 도 4a, 도 4b 및 도 4c와 같이

신축성 구조부재(200)가 내측에 형성되도록 설치되며, 일체형 또는 분리형으로 형성된 하우징부(310);

신축성 구조부재(200)가 지지되도록 하우징부 하면 내측에 형성된 내측지지부(320);

상기 하우징부(310) 상면을 관통하여 하방으로 레진을 포함하는 접착수단(340)을 신축성 구조부재의 표면에 공급되도록 형성된 접착수단공급부(330); 및

상기 접착수단공급부(330)에 의하여 공급되는 접착수단을 신축성 구조부재의 표면에 수용되도록 하우징부 내측 표면에 형성된 접착수단수용부(350);을 포함하게 된다.

즉, 도 5와 같이 먼저 철근인 신축성 구조부재(200)를 현장 지반으로부터 이격되어 지지대(370)에 거치되도록 한 상태에서, 미리 광섬유(110)가 부착된 부착시트(130)를 밴드 등을 이용하여 철근인 신축성 구조부재(200)에 임시로 부착시켜 놓는다. 또한 신축성 구조부재(200)가 지지대(370)에 밀착 고정되도록 신축성 구조부재(200)를 감싸는 밴드형 고정장치(230)가 더 추가되도록 할 수 있다.

다음으로는 상기 부착시트 설치장치(300)가 철근인 신축성 구조부재(200)를 관통하도록 한 후, 부착시트(130)가 철근인 신축성 구조부재(200)에 접착수단(340)에 의하여 일체화 되도록 하게 된다.

이에 실시예 1과 비교하여 철근인 신축성 구조부재(200)를 전방, 또는 후방으로 이동할 수 있도록 설치된 롤링장치(400)를 사용하지 않고, 대신 부착시트 설치장치(300) 저면에 설치된 이동용 롤러부(380)를 이용하여 작업자가 직접 부착시트 설치장치(300)를 이동하도록 하고, 부착시트 공급수단(360)은 따로 설치하지 않는다.

본 발명에 있어 신축성 구조부재(200)의 예로서 철근만을 소개하였으나, PC 강연선과 같은 경우에도 그 표면은 통상 울퉁불퉁한 요철부를 형성하므로 역시 본 발명의 부착시트 설치장치(300)를 이용하여 광섬유(110)를 일체화 시킬 수 있으며, 역시 FRP 재질의 긴장재 역시 본 발명의 부착시트 설치장치(300)를 이용하여 광섬유(110)를 일체화시킬 수 있다.

본 발명에 의한 신축성 구조부재에 긴장력 등이 도입되기 이전에 미리 직접 광섬유를 부착시트를 이용하여 신축성 구조부재에 일체화시키고, 상기 광섬유에 의한 긴장력 손실 등을 측정하는 경우, 매우 신뢰성 있는 결과를 상시 검출할 수 있으므로 보다 효율적인 구조부재의 품질관리 및 유지관리가 가능하게 된다.

이때, 부착시트는 롤 형태로 감아져 형성되어 그 취급이 매우 간편하게 되고, 부착시트 설치장치는 일체형 또는 분리형으로 제작되도록 하여 신축성 구조부재 및 부착시트 설치작업이 매우 용이하게 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 콘크리트에 매입되는 철근을 포함하는 콘크리트 보강재 또는 PC 강연선, FRP 부재를 포함하는 긴장재와 같이 작용하중에 의한 압축 및 인장응력에 의하여 변형이 발생하는 신축성 구조부재에 광섬유 센서를 장착시키되, 상기 광섬유센서는

   광섬유가 미리 부착된 부착시트를 레진을 포함하는 접착수단을 이용하여 신축성 구조부재에 일체화시키고, 상기 광섬유센서에 의한 측정값이 광섬유센서의 변형에 따른 광량 변화량으로 설정되어 계측수단에 의하여 광량 변화량에 의한 신축성 구조부재의 내력변화를 상시 확인할 수 있도록 하되,

   상기 부착시트를 신축성 구조부재에 일체화는 부착시트 설치장치를 이용하되, 상기 부착시트 설치장치는

   일체형 또는 분리형으로 제작되며 신축성 구조부재가 내측에 형성되도록 설치된 하우징부;

   신축성 구조부재가 지지되도록 하우징부 하면 내측에 형성된 내측지지부;

   상기 하우징부 상면을 관통하여 하방으로 레진을 포함하는 접착수단을 신축성 구조부재의 외주면에 공급되도록 형성된 접착수단공급부; 및

   상기 접착수단공급부에 의하여 공급되는 접착수단을 신축성 구조부재의 표면에 수용되도록 하우징부 내측 표면에 형성된 접착수단수용부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재.
3. 제 2항에 있어서, 상기 부착시트 설치장치는 신축성 구조부재를 제작하는 제작장에 고정 설치하되, 신축성 구조부재를 제작장에 별도 설치한 이동 또는 고정형 롤링장치를 이용하여 이동시키면서, 부착시트 공급수단에 의하여 접착수단수용부와 신축성 구조부재 사이에 부착시트가 공급되도록 함으로서 부착시트가 신축성 구조부재에 표면에 부착되도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재.
4. 제 2항에 있어서, 상기 부착시트 설치장치는 신축성 구조부재를 설치하는 현장에서 설치하되, 신축성 구조부재 표면에 미리 부착시트를 임시로 부착시킨 상태에서, 이동용 롤러부가 저면에 형성된 부착시트 설치장치를 이동시켜 가면서 접착수단수용부를 통하여 접착수단이 공급되도록 함으로서 부착시트를 신축성 구조부재에 표면에 부착되도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재.
5. 제 3항에 있어서, 상기 부착시트는 부착시트 공급수단에 광섬유가 미리 부착된 부착시트가 롤 형태로 감겨져 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재.
6. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신축성 구조부재로서 긴장재가 설치되는 경우, 광섬유센서를 긴장재용 정착장치에도 더 연장되도록 설치하고, 연장 설치된 광섬유 센서에 광검출부 및 디스플레이부를 포함하는 계측수단이 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재.
7. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부착시트는 신축성 구조부재 전장에 걸쳐 설치되거나 일부 길이에만 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재.
8. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부착시트에 부착된 광섬유센서를 보호하기 위하여 부착성 테이프를 포함하는 보호시트가 광섬유센서에 더 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재.
9. 제 4항에 있어서, 상기 신축성 구조부재는 지지대에 거치되도록 한 상태에서, 신축성 구조부재가 지지대에 밀착 고정되도록 신축성 구조부재를 감싸는 밴드형 고정 장치가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 신축성 구조부재.

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