KR101008666B1 - 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상에 돌출된 구조물의 상부에 수평 또는 경사방향으로 하중을 가하여, 하중별 심도별 기초체 및 지반의 지지거동을 분석 할 수 있는 시험장치를 개발하여 지상에 돌출되어 있는 구조물의 모멘트에 대한 정량적인 값을 구할 수 있게 함으로써 설계 적정성 및 사용 중 안전성을 확보할 수 있는 기초 모멘트 시험 장치에 관한 것이다.

모멘트시험, 송전철탑, 수평재하시험

Description

강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치 {Device For Moment Test}

본 발명은 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상에 돌출된 구조물의 상부에 수평 또는 경사방향으로 하중을 가하여, 하중별 심도별 기초체 및 지반의 지지거동을 분석 할 수 있는 시험장치를 개발하여 지상에 돌출되어 있는 구조물의 모멘트에 대한 정량적인 값을 구할 수 있게 함으로써 설계 적정성 및 사용 중 안전성을 확보할 수 있는 기초 모멘트 시험 장치에 관한 것이다.

전력수요의 증가에 따라 고압송전선로의 건설이 꾸준히 증가되고 있으나, 송전철탑의 기초 및 구조물 설계 시 대부분을 차지하는 사각철탑(Lattice Tower)기초 형태는 기초가 차지하는 면적이 크고 대형화 되어 공사비 증가 및 과다한 산림훼손, 복구비용 증가 등으로 인한 문제점을 안고 있다. 이 에 현재에는 대안으로 기초가 1각(Singple Pier)으로 철탑부지 면적을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 공사비 절감, 산림훼손 최소화, 및 복구비용 감소가 가능하고 미관까지 수려한 강관 주 철탑기초가 친환경적인 철탑기초로써 최근 적용이 급증하고 있다.

도 1은 사각철탑의 외부 작용력에 대한 그림으로서 기초체에 수평력, 압축력 인발력이 작용되는 상태를 나타낸 것으로 대부분의 구조물이 이러한 하중에 의한 조합을 갖고 있으며, 각각의 하중에 대한 시험 방법을 채택하고 있다.

도 2는 기초체에 작용하는 하중을 나타낸 것으로 모멘트와 수평력이 주작용력이 되는 하중 조합을 나타내고 있다.

일반적인 구조물이나 사각 기초를 갖는 송전철탑은 도1과 같이 연직 압축력 및 연직 인발력, 수평력이 주 작용력으로 구성되어 있다. 따라서 그 지반의 안정성을 확인하기위한 시험 방법으로 압축재하시험 및 인발재하시험, 수평재하시험 방법이 적용되고 있다.

이는 미재료시험학회(ASTM) 등에서 시험규격을 정하여 시행하고 있으며, 국내규격으로 말뚝 연직 압축시험에 대하여 한국산업규격(KS)에 제정되어 운용되고 있다.

그러나, 지상에 기초체가 돌출되어 있는 강관주, 기초 기둥 일체형 교각 등의 구조물에 대한 작용력은 연직 압축력 및 연직수평력 또는 연직인발력이 아닌 모멘트 작용력(도2)이 주작용력이 되고 있으므로 이에 대한 최적화된 설계방법을 산정해야하는 문제점도 가지고 있는데, 이와 같은 강관철탑기초의 설계 최적화를 위해서는 전도모멘트를 정량적으로 검토할 수 있는 시험방법이 필수적이나 미국재료시험학회(ASTM) 및 한국산업규격(KS) 등과 같은 공인시험규격들은 일반적인 독립기초의 주요 하중인자인 연직과 수평력에 대한 시험규격만을 제시하고 있어, 전도모 멘트 시험방법에 대한 표준화된 시험범은 아직 정립되어 있지 않은 실정이다.

이에 구조물 상부에 외부 하중을 도입하여 구조물에 작용하는 모멘트에 따른 지반의 지지거동을 분석할 수 있도록 모멘트 시험을 하는 장치 및 방법이 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 일반적인 구조물의 기초 시험에서 연직력, 수평력 및 인발력이 주 작용력이 되는데 비하여, 지상에 돌출된 구조물은 모멘트가 주작용력이 되므로 이를 외부 하중으로 도입하여 구조물에 작용하는 힘에 따라서 지반의 지지거동을 분석할 수 있는 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치는 일단이 지상에 돌출된 구조물 상부와 연결되고, 타단이 가력수단과 연결된 인장수단과 상기 인장수단을 통해 구조물에 독립적으로 모멘트를 작용하는 수평력(하중)을 제공하는 가력수단과 상기 구조물의 말뚝 내부에 설치되어 심도별 부위별 변형율을 측정하는 변형율계와 전체 시스템을 제어하고, 상기 변형율계로부터 측정된 수평력(하중)으로 부터 심도별 모멘트를 분석하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 돌출된 구조물 상부와 인장수단이 결합되는 부분에 가력하중을 측정할 수 있는 하중계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 하중계는 상기 가력수단으로부터 가력시 가력하중 측정, 하중크기 제어, 하중증가 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구조물의 말뚝 내부에 설치되는 심도별 수평거동을 측정하는 자동경사계와 심도별 부위별로 작용하는 토압을 측정하는 토압계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제어부는 상기 가력수단의 수평력(하중)의 가력 인가를 제어하는 가력수단 제어모듈과 상기 변형률계, 자동경사계, 토압계로부터 측정된 값으로부터 모멘트 및 지반 거동을 분석하는 분석모듈과 구조물의 설계시 모멘트, 수평변위, 토압 값을 저장하는 DB모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분석 모듈은 상기 가력 수단에 의한 모멘트 작용시 상기 변형율계로부터 측정된 인장부분과 압축부분의 심도별 변형율로부터 심도별 응력을 환산하고 심도별 모멘트로 환산하여 구조체 설계시에 산정된 값과 비교 검토하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 분석모듈은 모멘트 작용시 상기 자동경사계로부터 측정된 수평변위와 구조체의 설계 검토시 구조 계산된 수평변위와 비교 검토하고, 상기 토압계로부터 측정된 각 심도별 각 부위별 토압 데이터를 실제토압으로 이용하여 각 모멘트 단계에서의 측압 검토 및 지반반력 계수를 검토하여 지반 거동을 파악하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인장수단은 강봉, 강선 및 강연선 중 선택된 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 가력수단은 유압 실린더 또는 윈치로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인장수단은 상기 지상에 돌출된 구조물 상부에 2방향 이상으로 가력장치와 연결되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 인장수단과 구조물 상부의 결합부에 구조물 상부에 인장력을 제공하기 위해 상기 구조물을 관통하여 고정된 가력판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 지상에 돌출된 구조물의 기초체와 지반의 작용 모멘트에 따라 지지거동을 파악할 수 있으며, 이에 따라 지상에 돌출되어 있는 구조물의 모멘트에 대한 설계적정성 및 사용 중 안전성을 확보할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3a는 본 발명의 개요도로서 기초체 내부에 변형율계 및 토압계, 자동경사계를 설치하고 구조물 상부에서 가력하는 구조를 도시한 장치 구성도이고, 도 3b는 도 3a의 블럭도이고, 도 4 내지 도 6은 시험 개략도이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 시험장치를 나타내는 개략도이고, 도 10 및 도 11은 철근 콘크리트 기초체의 구조를 도시한 것이고, 도 12는 시험체 지상 노출 부분의 변위 측정 배열을 도시한 것이다.

도 3 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치는 일단이 지상에 돌출된 구조물(10) 상부와 연결되고, 타단이 가력수단(330)과 연결된 인장수단(320)과 상기 인장수단을 통해 구조물에 독립적으로 모멘트를 작용하는 수평력(하중)을 제공하는 가력수단(330)과 상기 구조물(10)의 말뚝 내부에 설치되어 심도별 부위별 변형율을 측정하는 변형율계(110)와 전체 시스템을 제어하고, 상기 변형율계(110)로부터 측정된 수평력(하중)으로 부터 심도별 모멘트를 분석하는 제어부(20)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 구조물의 말뚝 내부에 설치되는 심도별 수평거동을 측정하는 자동경사계(120)와 심도별 부위별로 작용하는 토압을 측정하는 토압계(130)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 제어부(20)는 상기 가력수단의 수평력(하중)의 가력 인가를 제어하는 가력수단 제어모듈(210)과 상기 변형률계, 자동경사계, 토압계로부터 측정된 값으로부터 모멘트 및 지반 거동을 분석하는 분석모듈(220)과 구조물의 설계시 모멘트, 수평변위, 토압 값을 저장하는 DB모듈(230)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 모멘트 시험장치의 작용에 대해 살펴보면, 제어부의 분석모듈(220)은 말뚝 기초체 내부에 변형율계를 대칭으로 가력부분 및 반대편에 심도별로 설치하여 모멘트 작용시 인장부분과 압축부분의 심도별 변형율을 측정하여, 이를 심도별 응력으로 환산하고, 다시 심도별 모멘트로 환산하여, 기초체 설계시에 상정되어 DB모듈(230)에 저장된 값과 비교 검토한다.

또한, 기초체 내부에 경사계관을 설치하여, 자동경사계를 설치하고 모멘트 시험을 진행하여 얻어진 각 심도별 경사각에서, 각심도별 수평변위를 산정하여, DB 모듈(230)에 저장된 설계 검토시 구조 계산된 수평변위와 비교 검토한다.

그리고, 모멘트 시험 결과 얻어진 기초체 시공시 설치한 각 심도별 각 부위별 토압계의 데이터를 실제 토압으로 이용하여, 각 모멘트 단계에서의 측압 검토 및 지반반력계수 등을 검토한다. 이상의 측정된 데이터를 종합 분석하여, 지반 거동을 파악한다.

도 3에 표시된 가력수단(Fulling system, 330)는 유압 실린더 또는 윈치 등을 사용하며, 그 행정거리는 지반파괴나 구조물 파괴 시까지 충분히 시험할 수 있도록 구성하며, 가력장치와 구조물 상부를 강봉(Tension bar등)이나 강선 또는 강연선 등의 인장수단(320)을 이용하여 연결하고 그 사이에 가력하중을 측정할 수 있는 하중계(Load cell, 310)를 설치한다. 하중계의 역할은 가력시 하중파악 및 하중 크기 제어, 하중증가 속도의 제어 용도이다. 가력장치는 가력방법에 따라 달리 적용될 수 있으며, 수평가력 시는 성토, 절개, 재하대의 조성 등으로 구성할 수 있다.

또한, 도 3은 1방향의 모멘트 시험을 도시한 것이고, 2방향의 하중을 도시할 경우에는 대칭이나 실제 힘이 작용되는 방향으로 배열하여 복수의 가력하중으로 시험을 진행할 수 있다. 구조물 상부의 가력판(Fulling Plate)은 강관의 경우는 강관을 관통하여 고정하는 방식을 적용하며, 철근콘크리트 같이 내부가 채워진 구조물일 경우 제작시에 가력부분을 고려하여 제작하거나 별도의 천공작업을 통하여 가력부분을 만들어 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 사각철탑의 외부 작용력에 대한 그림으로서 기초체에 수평력, 압축력 인발력이 작용되는 상태를 나타낸 것이다.

도 2는 기초체에 작용하는 하중을 나타낸 것으로 모멘트가 주작용력이 되는 하중 조합을 나타낸 것이다.

도 3a는 본 발명의 개요도로서 기초체 내부에 변형율계 및 토압계, 자동경사계를 설치하고 구조물 상부에서 가력하는 구조를 도시한 장치 구성도이고, 도 3b는 도 3a의 블럭도이고, 도 4 내지 도 6은 시험 개략도이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 시험장치를 나타내는 개략도이고, 도 10 및 도 11은 철근 콘크리트 기초체의 구조를 도시한 것이고, 도 12는 시험체 지상 노출 부분의 변위 측정 배열을 도시한 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 구조물 110 : 변형률계

120 : 자동경사계 130 : 토압계

20 : 제어부 210 : 가력수단 제어모듈

220 : 분석모듈 230 : DB 모듈

310 : 하중계 320 : 인장수단

330 : 가력수단

Claims (11)

1. 일단이 지상에 돌출된 구조물 상부와 연결되고, 타단이 가력수단과 연결된 인장수단과;

   상기 인장수단을 통해 구조물에 독립적으로 모멘트를 작용하는 수평력(하중)을 제공하는 가력수단과;

   상기 구조물의 말뚝 내부에 설치되어,

   심도별 부위별 변형율을 측정하는 변형율계와 심도별 수평거동을 측정하는 자동경사계와 심도별 부위별로 작용하는 토압을 측정하는 토압계; 및

   전체 시스템을 제어하고, 상기 변형율계로부터 측정된 수평력(하중)으로 부터 심도별 모멘트를 분석하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 돌출된 구조물 상부와 인장수단이 결합되는 부분에 가력하중을 측정할 수 있는 하중계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 하중계는

   상기 가력수단으로부터 가력시 가력하중 측정, 하중크기 제어, 하중증가 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부는

   상기 가력수단의 수평력(하중)의 가력 인가를 제어하는 가력수단 제어모듈과

   상기 변형율계, 자동경사계, 토압계로부터 측정된 값으로부터 모멘트 및 지반 거동을 분석하는 분석모듈과;

   구조물의 설계시 모멘트, 수평변위, 토압 값을 저장하는 DB모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 분석 모듈은

   상기 가력 수단에 의한 모멘트 작용시 상기 변형율계로부터 측정된 인장부분과 압축부분의 심도별 변형율로부터 심도별 응력을 환산하고 심도별 모멘트로 환산하여 구조체 설계시에 산정된 값과 비교 검토하는 것을 특징으로 하는 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 분석모듈은

   모멘트 작용시 상기 자동경사계로부터 측정된 수평변위와 구조체의 설계 검토시 구조 계산된 수평변위와 비교 검토하고,

   상기 토압계로부터 측정된 각 심도별 각 부위별 토압 데이터를 실제토압으로 이용하여 각 모멘트 단계에서의 측압 검토 및 지반반력 계수를 검토하여 지반 거동을 파악하는 것을 특징으로 하는 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 인장수단은

   강봉, 강선 및 강연선 중 선택된 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 가력수단은

   유압 실린더 또는 윈치로 구성되는 것을 특징으로 하는 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 인장수단은

    상기 지상에 돌출된 구조물 상부에 2방향 이상으로 가력장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 인장수단과 구조물 상부의 결합부에

    구조물 상부에 인장력을 제공하기 위해 상기 구조물을 관통하여 고정된 가력판을 포함하는 것을 특징으로 하는 강관주 송전철탑 기초 모멘트 시험 장치.

Images