KR100942991B1 - 축 및 전단하중계측이 가능한 스페리칼 교좌장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축 및 전단하중계측이 가능한 스페리칼 교좌장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 앵커볼트에 의하여 교각 상면에 결합고정되는 하판과; 상기 하판에 장착되는 하중을 감지할 수 있는 하중 셀과; 하부면에는 상기 하중셀의 상부 돌출부에 삽입되고 상부면에는 반구형의 홈이 형성된 중간판과; 상기 중간판의 상부면에 형성된 반구형의 홈에 장착되되 장착된 하부면은 반구형의 베어링으로 형성된 반구형 베어링과; 상기 반구형의 베어링의 상부면과 결합되는 상판으로 이루어지고, 상기 하중 셀은 4개의 요홈이 형성되며, 각각의 요홈에는 2개의 변형률 게이지가 부착된 측정 부를 포함하고 있으며, 1개는 요홈의 중심축에 설치하고, 다른 1개는 요홈의 중심축으로부터 일정한 거리로 이격되어 설치되어 형성된 것을 특징으로 하는 하중측정시스템 특징으로 하며, 반구형의 베어링을 상판과 하판사이에 삽입하여 X축 및 Y축에 의한 하중에 따라 자유로이 움직이며, 이와 연계하여 교각의 하판위에 설치되되 2축 하중셀을 채택하여 수직방향인 Y축을 포함하여 수평방향인 X축의 하중을 측정할 수 있는 하중센서부를 채택하여, 교량에 작용되는 수평 및 수직방향의 하중을 측정할 수 있으며, 이를 실시간으로 계측하여 교량등의 구조물의 변화를 항상 확인할 수 있으며, 계측장치의 유지보수가 계측장치의 교체만으로 쉽게 되므로 비용면에서 매우 저렴하게 되는 장점을 또한 포함하고 있다.

교량, 축 하중, 전단 하중, 교좌 받침, 측정

Description

축 및 전단하중계측이 가능한 스페리칼 교좌장치{Spherical bearing shoe with axial and shear load measuring capability}

본 발명은 교량의 상판을 지지하는 교각의 상부에 설치되어 상판의 하중과 변형을 받아주는 교좌장치에 교량 상판에 작용되는 하중을 측정할 수 있는 장치를 설치하여 상시 측정이 가능하도록 한 하중 계측용 교좌장치에 관한 것이다.

일반적으로 교량등의 구조물은 준공 후 5년이 경과하면 구조물 안전진단을 실시하여 교량 구조물의 안정성 평가를 한 후에 문제점이 없을 경우 관할 감독청으로 관리업무를 이관하게 되므로 이를 위하여 교량 구조물의 안전성을 평가 해야 하고 중공 후 일정기간이 지난 교량에 대해서는 대형사고를 미리 예방하는 차원에서 교량관리를 필요로 하게 되어 정기적 또는 수시로 교량의 안정성 평가가 필요하였다.

구조물의 안전성을 평가하는데 적용되는 기본 개념은 구조물에 부가되는 하중에 대한 변위, 변형률, 가속도등의 응답을 측정하고 그 결과를 구조해석등의 분석결가와 비교하여 측정된 구조 거동이 정상적인지 아닌지의 여부를 판단하는 것이다.

따라서, 정량적인 거동평가가 이루어지기 위해서는 계측이 이루어지는 순간에 대상 구조에 부가된 하중의 크기에 대한 정보가 필수적이다.

그러나 종래에는 교량 구조물을 안전성을 확인하기 위하여 별도의 계측장비를 교량상판 중간지점에 설치하고 시험차량을 운행하여 교량에 작용하는 하중과 각종 변위를 측정하고 그 데이터를 분석하여 교량의 상태를 측정하였다. 그러나 측정하는 시점에서의 구조물 특성만을 알 수 있을뿐 , 구조물에 지속적이 변화사항을 점검할 수 없고 이를 측정하기 위하여 별도의 측정장치를 설치하여야 하고 시험차량을 운행함으로써, 차량 통행제한등으로 인력과 많은 비용이 들고 계측하고 분석하는데 많은 시간이 소요되었다. 또한, 상기 계측이 불가능하므로 측정하는데 시점의 자료만으로 구조물의 내구수명을 판단하기가 어려운 문제점이 있었다.

또한, 현재 설치 운영중인 상시감시시스템은 거동계측에만 초점이 맞추어져 이러한 거동을 유발하는 하중에 대한 측정이 이루어지지 않은 상태에서 운영되고 있다.

즉, 계측의 결과만이 있을 뿐 그러한 결과를 유발하는 원인 및 하중에 대한 정보가 없으므로 거동에 대한 평가 자체가 불가능하며 따라서 계측을 통해 얻어진 값들이 위험에 대한 절대치를 초과하는지의 여부만으로 안전성을 판단할 수밖에 없는 것이다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 상시 감시시스템으로부터 얻어진 계측장치를 보다 효율적으로 활용하고 안전성 판정에 있어서, 보다 정량적인 평가를 위해서는 기존의 계측시스템과 연계하여 구조물에 부가된 하중을 직접적으로 측정할 수 있는 하중측정시스템이 필요하며, 이를 위하여 본 발명은 교량의 상부구조와 하부구조를 연결하는 받침부에 하중센서를 설치하여 상부구조의 하중을 측정하는 하중측정장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 교량의 상판을 지지하는 교각에 앵커볼트에 의해 결합고정되는 하판과; 상기 하판의 상부에 장착되는 하중센서부와; 하부면에는 상기 하중센서부의 상부면에 장착되고 상부면에는 홈이 형성된 중간판과; 상기 중간판의 상부면에 형성된 홈에 장착되는 베어링과; 상기 베어링의 상부면과 결합되는 상판;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 반구형의 베어링을 상판과 하판 사이 에 삽입하여 X축 및 Y축에 의한 하중에 따라 자유로이 움직이며, 이와 연계하여 교각의 하판위에 설치되되 2축 하중셀을 채택하여 수직방향인 Y축을 포함하여 수평방향인 X축의 하중을 측정할 수 있는 하중센서부를 채택하여, 교량에 작용되는 수평 및 수직방향의 하중을 측정할 수 있으며, 이를 실시간으로 계측하여 교량등의 구조물의 변화를 항상 확인할수 있으며, 계측장치의 유지보수가 계측장치의 교체만으로 쉽게 되므로 비용면에서 매우 저렴하게 되는 장점이 있다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사 전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 도 1 또는 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축 및 전단하중계측이 가능한 스페리칼 교좌장치를 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 축 및 전단하중계측이 가능한 스페리칼 교좌장치는 교각받침에 하중센서를 삽입하여 상부로부터 전달되는 하중을 측정하는 방식을 채택하였다.

도 1은 본 발명에 따른 축 및 전단하중계측이 가능한 스페리칼 교좌장치를 도시한 개략도로서, 본 발명은 교각에 앵커볼트(5)에 의해 고정되는 하판(2)과; 상기 하판(2)의 상부에 장착되는 하중센서부(4)와; 하부면에는 상기 하중센서부(4)의 상부면에 장착되고 상부면에는 반구형의 홈(6)이 형성된 중간판(7)과; 상기 중간판(7)의 상부면에 형성된 반구형의 홈(6)에 장착되되 장착된 하부면은 반구형으로 형성된 베어링(3)과; 상기 반구형의 베어링(3)의 상부면과 결합되는 상판(1)으로 이루어지는 장치를 제공하고자 하는 것이다.

교량의 받침부에 가해지는 하중은 지면에 Y축인 수직방향의 하중이 주하중이 며, 온도변화 및 거동 특성에 따라 X축인 수평방향의 하중이 존재하게 되며, 본 발명에서는 하부면이 반구형인 반구형 베어링(3)을 제공하여 반구형 받침에서의 미끄러짐은 상판(1)과 반구형 베어링(3) 사이에서 발생하며, 회전은 반구형 베어링(3)과 하판(2)사이에서 발생하게 된다.

따라서, 교량의 하부구조에 전달되는 하중은 하판(2)에 전달되는 하중과 같으므로 하중측정을 위한 하중센서는 하판(2)에 삽입하는 것이 적합한 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 하판(2)의 상부면에 하중센서부(4)를 삽입하여 위치하여 본 발명을 형성하는 것이다.

그러므로, 본 발명에서는 하부면이 반구형으로 형성되어 교량의 수직 하중인 Y축하중을 포함하여 수평 하중인 X축하중에 의하여서도 일정한 거리만큼 변위할 수 있도록 형성된 반구형 베어링(3)을 상판(1)과 하판(2)의 중간위치에 삽입한 것을 특징으로 하며, 상기 반구형 베어링(3)은 하중의 크기와 위치에 따라 어느 방향으로도 자유로이 움직일 수 있는 반구형의 하부면을 포함하고 있는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 하중센서부를 나타낸 개략도로서, 하중센서부(4)는 중심부에 4개의 요홈(8)이 형성되며, 각각의 요홈(8)의 상부면과 하부면에는 각각 2개의 변형률 게이지(응력감지센서, Strain Gauge, 게이지의 응력에 대한 저항값의 변화를 원리로 한 측정기.)가 장착되고 있으며, 1개는 요홈(8)의 중심축에 설치하고, 다른 1개는 요홈(8)의 중심축으로부터 일정한 거리로 이격되어 설치되어 형성된 2축의 하중셀을 포함하고 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 축 및 전단하중계측이 가능한 스페리칼 교좌장치를 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 하중센서부를 나타낸 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1 : 상판 2 : 하판

3 : 베어링 4 : 하중센서부

5 : 앵커볼트 6: 홈

7: 중간판 8: 요홈

9 : 변형률 게이지

Claims (5)

1. 교량의 상판을 지지하는 교각에 앵커볼트(5)에 의해 결합고정되는 하판(2)과;

   상기 하판(2)의 상부에 장착되며, 상, 하부면 각각에 상호간 대향되는 4개의 요홈(8)이 형성되어 있는 하중센서부(4)와;

   하부면에는 상기 하중센서부(4)의 상부면에 장착되고 상부면에는 홈(6)이 형성된 중간판(7)과;

   상기 중간판(7)의 상부면에 형성된 홈(6)에 장착되는 베어링(3)과;

   상기 베어링(3)의 상부면과 결합되는 상판(1);

   으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축 및 전단하중계측이 가능한 스페리칼 교좌장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 베어링(3)은 반구형 형태를 가지도록 하여, 상기 반구형 형태의 홈(6)에 대응장착시킴으로써, 교량의 수직하중인 Y축 하중 및 수평하중인 X축 하중에 의하여서도 일정한 거리만큼 변위할 수 있도록 하여, 하중의 크기와 위치에 따라 어느방향으로도 자유롭게 움직일 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 축 및 전단하중계측이 가능한 스페리칼 교좌장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하중센서부(4)는 각각의 요홈(8)의 상부면과 하부면에 복수개의 변형률 게이지(9)를 장착하여 하중을 측정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 축 및 전단하중계측이 가능한 스페리칼 교좌장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 복수개의 변형률 게이지(9)는 요홈(8)에 장착되되, 복수개 중 하나는 요홈(8)의 중심축에 설치하고, 다른 한개는 요홈(8)의 중심축으로부터 일정거리 이격시켜 설치하는 것을 특징으로 하는 축 및 전단하중계측이 가능한 스페리칼 교좌장치.
5. 삭제

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