KR101027515B1 - 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템 - Google Patents
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Abstract
광섬유 브래그 격자 센서(FBG sensor) 또는 전기저항식 변형률 게이지를 사용하여 복수의 가동 받침의 이동량을 교량 상부에서 일괄적으로 측정함으로써, 온도의 영향 등에 의한 교량의 가동 여부를 신속하게 파악할 수 있고, 경간별 또는 받침별 이상 거동을 신속하면서도 정확하게 측정할 수 있는 교량용 가동 받침(Movable support)의 이동량 계측 시스템이 제공된다.
교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템은, 교대 또는 교각에 형성된 복수의 가동 받침(Movable Support); 복수의 가동 받침 각각에 설치되어 가동 받침의 이동량을 각각 검출하는 복수의 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서; 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 각각 가동 받침에 각각 설치하는 복수의 치구장치(Jig); 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 하나의 라인으로 연결하며, 복수의 광섬유 브래그 격자 센서로부터 전달된 가동 받침의 이동량 데이터를 전달하는 광섬유 케이블; 및 교량 상부 위치에 설치되며, 광섬유 브래그 격자 센서가 연결된 광섬유 케이블의 최종 부위인 광커넥터를 수납하는 단자함을 포함하되, 복수의 가동 받침의 가동 받침별 이동량은 교량 상부에서 일괄적으로 측정될 수 있다.
가동 받침, 교량, 광섬유 브래그 격자 센서, FBG, 변형률 게이지, 일괄 계측
Description
본 발명은 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 광섬유 브래그 격자 센서(FBG sensor) 또는 전기저항식 변형률 게이지를 사용하여 교량용 가동 받침(Movable Support)의 이동량을 계측할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 교량의 구조를 예시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 교량(Bridge: 10)은 차량 등의 하중을 직접 지지하는 상부 구조물과 이러한 상부 구조물을 떠받치는 교대(Bridge Abutment: 11) 또는 교각(Bridge Pier: 12) 등의 하부 구조물로 구성되며, 이때, 상부 구조물은 상판(Upper Plate: 13), 난간(Guide Rail: 14) 및 교명주(Bridge Name Post: 15) 등으로 구성될 수 있다.
교대(11) 또는 교각(12)과 상부 구조물의 사이에서 상부 구조물에 작용하는 하중을 수용하고, 계절의 온도 변화나 바람, 지진 등의 충격에 의한 상대 변위 및 수평으로 작용하는 전단 변위를 수용하여 교량(10)의 내구 수명을 연장하기 위해 적어도 하나 이상의 교량 받침(Shoe: 20)이 설치된다.
도 2는 종래 기술에 따른 교량 받침을 예시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 교량 받침(20)은 내부에 복수개의 강판(27)이 일정 간격으로 복층을 설치되고, 그 강판(27)과 강판(27)의 사이에는 탄성고무(25)가 삽입 설치되며, 상기 복수개의 강판(27)의 외측에는 탄성재질로 되어 있는 고무덮개(26)가 형성될 수 있다.
상기 교량 받침(20)은 상단면 및 하단면에 한 쌍의 고정 브라켓(21, 22)으로 교량의 상부 구조물과 하부 구조물에 고정 결합된다.
또한, 상기 고정 브라켓(21, 22)은 연직 방향으로 브라켓봉(23)이 다수 개 형성되어 상부 구조물의 내부나 하부 구조물의 교각이나 교대의 내부에 삽입 고정될 수 있다. 도 2의 교량 받침(20)은 단지 예시를 위한 것으로, 그 특성 및 용도에 따라 다양한 형태의 교량 받침이 있다.
이러한 교량 받침(20)은 고정 받침 및 가동 받침으로 구성된다.
고정 받침이란 일종의 힌지로서, 수직 반력과 수평 반력은 전달하지만 회전에 대해 자유롭기 때문에 휨 모멘트는 전달하지 않는다. 이때, 회전 메커니즘에는 롤링에 의한 것(선 받침, 피봇받침), 미끄러짐에 의한 것(핀 받침, 스페리컬 받침), 탄성 변형에 의한 것(탄성 받침, 포트받침)이 있다.
가동 받침은 수직 반력만을 전달하며, 수평 및 회전에 대해 자유로이 움직인다. 수평 이동의 메커니즘으로는 롤링에 의한 것(롤러 받침), 미끄러짐에 의한 것(평면 받침, 선 받침, 고력황동 받침, 포트 받침), 전단 탄성 변형에 의한 것(탄 성 받침) 등이 있다. 이 경우에도 수평 이동시에 마찰에 의해 약간의 수평 저항력이 발생하게 되는데, 이때, 마찰 계수는 설계에서 고려하는 중요한 인자중의 하나이다.
교량 받침(20)이 교량의 고정단에 설치되는 고정 받침인인 경우, 수평방향 이동량이 없어 전단 변형을 일으키지 않지만, 교량의 일방향 가동단이나 양방향 가동단에 설치되는 가동 받침인 경우, 수평 이동량에 따라 전단 변형 및 회전 변형을 일으키면서 신축과 회전을 수용하도록 할 필요가 있다.
이를 위하여 교량 받침(20)은 탄성받침, 포트받침(pot bearing), 스페리컬 받침(spherical bearing) 등 다양한 형태가 개발되어 교량의 특성과 용도에 따라 적용되고 있다.
구체적으로, 교량 받침(20)은 기본적으로 상부 구조물에 작용하는 모든 하중들을 하부 구조물에 전달하고, 상부 구조물과 하부 구조물 사이에 발생하는 신축과 회전 등을 수용할 수 있어야 한다.
만약, 교량 받침이 교량 및 교량 받침의 설계시에 고려치 못한 설계요인이나 교량 받침의 노후화 등에 의하여 제 기능을 수행하지 못할 경우, 교량 전체에 심각한 구조적인 손상을 초래할 수 있다.
교량 받침(20)은 종방향과 횡방향으로 신축과 회전 변위를 수용할 수 있어야 하는데, 이러한 가동 받침의 설계시에 고려하는 교량 받침의 이동량은, 상부 구조의 온도 변화에 의한 신축량, 콘크리트의 크리프 및 건조수축, 프리스트레스(Pre-Stress)에 의한 탄성 변형량, 상부구조에 작용하는 활하중에 의한 지점의 이동량, 그리고 설치 및 부가 여유량 등을 포함한다.
또한, 지진에 의한 받침의 이동량 및 낙교 방지에 대한 검토도 하여야 한다. 근래에는 교량의 영구 변위량을 교량 받침(20)의 설치 시에 프리 셋팅량을 도입함으로써, 받침이 상시에 과대 변위를 받지 않도록 하기도 한다.
즉, 교량용 가동 받침(20)의 이동량은 교량 상부 구조의 낙교, 온도 변화에 의한 교량 거동 분석 등에 매우 중요한 계측 항목이며, 교량 관리자는 주기적으로 교량 하부로 접근하여 교량 받침의 이동량을 측정하고 있다.
그러나 교량 받침(20)이 노후화, 시공오차, 설계오차 등으로 배치된 받침의 일부가 초기 설치시의 고려하였던 거동을 하지 않을 수 있고, 이에 따라 교량 받침(20)의 허용 가동량을 초과한 과대 이동량을 유발시킬 수 있으며, 궁극적으로 교량 받침(20)의 이탈이나 추가 하중의 유발 등을 포함한 부가적인 교량 받침의 손상을 가져올 수 있다.
한편, 국도상 교량의 경우, 교량 받침이 설치되어 있는 지점 수는, 예를 들면, 2008년 2월 현재 약 11,512개소(제주지역 제외)이며, 이 중에 받침이 없거나, 고정 받침으로 판단되는 경우를 약 10%로 가정하면, 이동량을 계측하여야 하는 전체 교량 받침의 수는 약 10,000여개소로 예측된다.
도 3a는 종래 기술에 따른 교량 받침을 나타내며, 도 3b는 이동량 계측 센서와 치구장치를 나타내는 도면이다.
도 3a는 교량의 상판(13)을 지지하는 교량 받침(20)이 교각(12) 상부에 설치된 것을 나타내며, 도 3b는 이러한 교량 받침(20)의 이동량을 계측하기 위해 설치 된 종래 기술에 따른 전기저항식 센서 및 치구장치(30)를 나타내고 있다.
그러나 종래 기술에 따른 대부분의 가동 받침 이동량 측정 방법은 매번 교량 관리자가 교량 하부로 접근해야 하는 번거로움이 있으며, 교각수가 많은 경우 교량 받침 이동량 계측에 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 또한, 교량 하부로 관리자가 접근하더라도 측정용 줄자가 파손되어 있거나, 측정용 잣대가 파손되는 등 실질적으로 측정이 불가한 경우가 대부분이다.
또한, 계측 방식을 이용한 가동 받침 이동량 측정 방법이 일부 적용되고 있기는 하지만, 적용된 기존 전기저항식 센서 및 치구장치(30) 자체의 내구성에 문제가 있고, 전자기파의 영향을 많이 받아 효율적인 측정이 이루어지지 않고 있는 것이 현실이다.
또한, 기존 전기저항식 센서를 활용하는 경우, 케이블 작업이 매우 복잡하고, 전자기파에 의한 노이즈의 영향이 많이 발생할 수 있어, 내구성이 우수하고, 전자기파의 영향이 없는 광섬유 센서를 활용한 가동 받침 이동량 측정 센서의 개발이 필요하다.
구체적으로, 기존 센서를 이용한 방법은 하나의 센서마다 하나의 케이블 연결이 필요하기 때문에, 케이블 배선이 번거롭고, 또한, 케이블 길이가 길어질 경우, 측정 응답의 신뢰성이 저하되는 문제가 발생한다. 교량 받침(20)이 설치된 각 위치의 교각(12) 상단까지의 케이블 배선은 별문제 없이 가능하지만, 광섬유 센서와 같이, 각 교각이 아니라, 교대(11)에서 일괄 관리를 할 경우, 기존의 전기저항식 센서 시스템의 경우에는 케이블 배치 자체에 과다한 비용이 소요될 뿐만 아니 라, 측정 응답의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광섬유 브래그 격자 센서(FBG sensor) 또는 전기저항식 변형률 게이지를 사용하여 복수의 가동 받침의 이동량을 교량 상부에서 일괄적으로 측정할 수 있는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 교량 상부에서 동시에 일괄적인 교량용 가동 받침의 이동량을 측정함으로써, 온도의 영향 등에 의한 교량의 가동 여부를 신속하게 파악이 가능하고, 경간별 또는 받침별 이상 거동을 신속하면서도 정확하게 측정할 수 있는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템은, 교대(Bridge Abutment) 또는 교각(Bridge Bent)에 형성된 복수의 가동 받침(Movable Support); 상기 복수의 가동 받침 각각에 설치되어 상기 가동 받침의 이동량을 각각 검출하는 복수의 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서; 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 각각 상기 가동 받침에 각각 설치하는 복수의 치구장치(Jig); 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 하나의 라인으로 연결하며, 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서로부터 전달된 상기 가동 받침의 이동량 데이터를 전달하는 광섬유 케이블; 및 교량 상부 위치에 설치되며, 상기 광섬유 브래그 격자 센서가 연결된 상기 광섬유 케이블의 최종 부위인 광커넥터를 수납하는 단자함을 포함하되, 상기 복수의 가동 받침의 가동 받침별 이동량은 상기 교량 상부에서 일괄적으로 측정되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단자함이 설치되는 교량 상부 위치는 교량 상부의 교명주 또는 시종점 주변, 교대 또는 교각인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단자함의 광커넥터는 휴대용 인터로게이터와 연결되어 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서로부터 구해진 이동량 데이터를 전달하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단자함은 무선통신부를 추가로 포함하며, 상기 무선통신부는 이동량 백업 차량과 무선 통신하여 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서로부터 구해진 이동량 데이터를 전달하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 치구장치는, 상기 가동 받침 또는 교대/교각 상단에 부착되는 고강성판; 상기 가동 받침에 의해 지지되고 있는 거더에 고정되는 지지대; 및 상기 FBG 센서가 부착되고, 상기 지지대와 결합하여 사전에 휨이 가해지는 수축 또는 신장시 탄성력을 갖는 탄성 강판을 포함할 수 있다. 상기 지지대의 위치는 경간장이 길어질수록, 상기 거더의 높은 위치에 고정되는 것을 특징으로 한다. 상기 치구장치는 보호용 하우징 또는 캡에 의해 보호되는 것을 특징으로 한다. 상기 치구장치는, 온도 변화시 인장-압축량이 동일하게 발생되도록 상기 탄성 강판의 앞-뒤 또는 좌-우측에 온도 측정용 양면 FBG 센서를 부착하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 치구장치는 상기 가동 받침에 의해 지지되는 거더 및 상기 가 동 받침에 Bare FBG가 장착된 스프링이 거치되며, 상기 Bare FBG 스프링의 수축 및 팽창에 따른 스프링의 거동으로부터 상기 거더의 이동량이 측정되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 Bare FBG 스프링은 Bare FBG를 스프링에 부착한 상태로 제작되며, 상기 스프링은 미리 계산된 팽창량을 고려하여 사전에 소정의 인장이 가해진 상태로 거치되고, 상기 Bare FBG로부터 측정되는 값과 수축 팽창량의 상관 관계를 구함으로써 수축 또는 팽창량이 구해지는 것을 특징으로 한다. 상기 치구장치는 온도 보정을 위한 온도 측정용 FBG 센서가 추가로 설치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 치구장치는, 상기 교대 또는 교각 상단이나 가동 받침에 위치하는 지지대; 상기 가동 받침에 의해 지지되는 거더에 부착되는 고정단; 상기 고정단에 연결되며, 사전에 휨이 가해지는 수축 또는 신장시 탄성력을 갖는 탄성막대; 및 상기 고정단과 상기 탄성막대를 연결하는 볼트를 포함할 수 있다. 상기 고정단 및 상기 탄성막대는 상기 볼트를 이용하여 교축 직각 방향으로 이동하며, 상기 지지대의 위치에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 한다. 상기 지지대는 상부에서 보면 사다리꼴 형상과 같이 기울어져 있는 단면을 가지며, 상기 가동 받침의 이동량이 크게 발생하더라도 상기 탄성막대가 큰 변형이 발생하지 않게 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 치구장치는, 교각 또는 교대에 고정 설치되는 FBG 와이어식 변위계; 거더에 설치되는 고정대; 및 상기 거더에 설치된 고정대와 FBG 와이어식 변위계를 연결하여 상대적인 가동단 변위를 측정할 수 있는 연결 와이어를 포함할 수 있다. 상기 FBG 와이어식 변위계는, FBG 광섬유 센서가 양쪽으로 부착된 캔 틸레버; 상기 캔틸레버를 고정하기 위한 캔틸레버 고정대; 및 상기 연결 와이어에 의해 전달된 변위량을 스프링 강성에 의해 이완시켜 상기 FBG 광섬유 센서가 부착된 캔틸레버에 전달하는 스프링을 포함할 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템은, 교대 또는 교각에 형성된 복수의 가동 받침; 상기 복수의 가동 받침 각각에 설치되어 상기 가동 받침의 이동량을 각각 검출하는 전기저항식 변형률 게이지; 상기 전기저항식 변형률 게이지를 각각 상기 가동 받침에 각각 설치하는 복수의 치구장치; 및 교량 상부 위치에 설치되며, 상기 전기저항식 변형률 게이지가 연결된 최종 부위인 전기저항식 무선 측정부를 포함하되, 상기 복수의 가동 받침의 가동 받침별 이동량은 상기 교량 상부에서 일괄적으로 측정되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 치구장치는, 탄성강판 좌우측 또는 상하부에 전기저항식 변형률 게이지를 부착하여 가동단 이동량을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 교량 상부에서 동시에 일괄적인 교량용 가동 받침의 이동량을 측정함으로써, 온도의 영향 등에 의한 교량의 가동 여부를 신속하게 파악할 수 있고, 경간별 또는 받침별 이상 거동을 신속하면서도 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 모든 교량에 비치되는 경우, 계절 변화에 따른 온도에 의한 교량 거동의 비교 분석이 가능하므로, 전체 교량 대비 개별 교량의 전반적인 이상 상태 유무를 용이하게 파악할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단자함이 광커넥터를 수납함으로써, 해당 센서에 전원이 필요하지 않고, 필요시 단자함을 통해 계측할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하부구조 경사 측정, 세굴량 측정, PSC 강선 긴장력 손실량 측정 등 광섬유센서를 기반으로 하는 여러 가지 응용 센서를 하나로 연결함으로써 상시적인 계측이 필요 없는 경우, 관리자가 주기적인 측정 및 확인이 필요한 계측 항목을 한 번에 획득할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 실시예로서, 교량 상부에서 동시에 일괄적으로 교량용 가동 받침의 이동량을 측정함으로써, 온도의 영향 등에 의한 교량의 가동 여부를 신속하게 파악이 가능하고, 경간별 또는 받침별 이상 거동을 신속하면서도 정확하게 측정할 수 있는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템이 제공된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템(100)은, 교대(110), 교각(120), 가동 받침(Movable Support: 130), 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서(140), 광섬유 케이블(150), 교명주(160) 및 단자함(170)을 포함할 수 있고, 이때, 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서(140)는 소정의 치구장치에 의해 가동 받침(130)에 설치될 수 있다.
복수의 가동 받침(130)은 교대(110) 또는 교각(120)에 형성되고, 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서(140)는 상기 복수의 가동 받침 각각에 설치되어 상기 가동 받침의 이동량을 각각 검출한다. 이때, 이때, FBG 센서(140)의 측정값은 파장값으로 도출되므로, 이동량과 파장값의 상관 관계식을 도출함으로써 최종적으로 측정된 파장값으로부터 이동량을 추정할 수 있다. 이때, FBG 센서(140)는 고유의 중심파장을 가지고 있으며, 온도 또는 외부 물리량 변화에 따라서 변형률이 유발되면, 중심 파장의 시프트가 발생된다. 이러한 FBG 센서(140)를 설치할 때, 고유의 중심 파장만 알면 상대적으로 변화된 중심파장의 변화량만 알면 되기 때문에, FBG 센서(140)는 절대 변위량 측정이 가능하다.
복수의 치구장치(Jig)는 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서(140)를 각각 상기 가동 받침(130)에 각각 설치하는 역할을 하며, 상기 치구장치의 여러 가지 실시예는 도 11a 내지 도 14b를 참조하여 후술하기로 한다.
광섬유 케이블(150)은 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서(140)를 하나의 라인으로 연결하며, 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서(140)로부터 전달된 상기 가동 받침(130)의 이동량 데이터를 전달한다. 구체적으로, 다중 코어 광케이블을 이용하게 되면, 하나의 다발을 교량 시점부 교대(110)에서 종점부 교대(110)까지 거치하여, 각 교각별(120)로 여러 개의 가동 받침(130)을 측정할 수 있는 FBG 센서(140)를 한 개의 광케이블(150)로 연결할 수 있기 때문에, 결국, 다중코어 광케이블 하나로 교량 전체의 가동 받침(130)의 이동량을 동시에 측정할 수 있다. 즉, 한 개의 광센서 다발을 뿌릴 수 있기 때문에 해당 교량 전체의 가동 받침(130)의 이동량을 동시에 계측할 수 있다.
단자함(170)은 교량 상부 위치에 설치되며, 상기 광섬유 브래그 격자 센서(140)가 연결된 상기 광섬유 케이블(150)의 최종 부위인 광커넥터를 수납한다. 이때, 효율적인 유지관리 업무 진행을 위해서 하부 받침으로의 접근이 필요 없이 교량 상부에서 측정할 수 있도록, 상기 단자함(170)이 설치되는 교량 상부 위치는 교량 상부의 교명주(160) 또는 시종점 주변, 교대(110) 또는 교각(120)일 수 있고, 상기 단자함(170)의 광커넥터는 휴대용 인터로게이터와 연결되어 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서로부터 구해진 이동량 데이터를 전달한다.
또한, 상기 단자함(170)은 무선통신부를 추가로 포함하며, 상기 무선통신부는 이동량 백업 차량과 무선 통신하여 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서(140)로부터 구해진 이동량 데이터를 전달할 수도 있다.
또한, 상기 단자함(170)이 광커넥터를 수납함으로써, 해당 센서에 전원이 필요하지 않고, 필요시 단자함을 통해 계측할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템(100)은 상기 복수의 가동 받침(130)의 가동 받침별 이동량을 상기 교량 상부에서 일괄적으로 측정할 수 있다. 즉, 교량의 모든 하부 구조의 가동 받침(130)을 하나의 라인으로 연결하여 한 번에 모든 교대(110) 또는 교각(120)의 가동 받침(130)의 이동량을 동시에 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템이 휴대용 인터로게이터에 연결되는 것을 예시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템에서, 상기 단자함(170)의 광커넥터는 휴대용 인터로게이터(200)와 연결되어 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서(140)로부터 구해진 이동량 데이터를 전달할 수 있다. 교량 상부에 설치된 단자함(170)에는 광케이블(150) 커넥터가 위치하게 되며, 휴대용 FBG 인터로게이터(200)를 이용하여 정기적으로 가동 받침(130)의 이동량을 측정할 수 있다. 상기 인터로게이터(200)는 도 10을 참조하여 후술하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템이 가동단 이동량 백업 차량과 무선 통신하는 것을 예시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템에서, 상기 단자함(170)은 무선통신부를 추가로 포함하며, 상기 무선통신부는 이동량 백업 차량(300)과 무선 통신하여 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서(140)로부터 구해진 이동량 데이터를 전달할 수 있다. 즉, 교량 내부에 데이터 저장용 소형 서버를 설치하고, 무선통신 기능을 부여하면, 해당 관리자가 무선 송수신 기능이 설치된 차량(300)을 이용하여 해당 교량을 통과할 때, 관리자의 하차 없이 해당 교량의 가동 받침(130)의 이동량 데이터를 획득할 수 있다. 여기서, 상 기 무선통신부는 가동 받침(130)의 이동량 데이터를 무선으로 전달할 수 있는 통상적인 수단이므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 광섬유 센서는 광섬유를 통과하는 빛의 진폭, 위상, 혹은 편광 등을 이용하여 측정하고자 하는 물리량의 변화를 감지함으로써 구조물의 거동을 관측할 수 있다. 광섬유 격자(fiber Bragg Grating: FBG)를 이용한 센서는 새로운 광섬유 센서로 최근 각광받고 있다. 이러한 FBG 센서는 광섬유 코어에 주기적인 굴절률 변조를 주어 특정 파장의 빛을 반사시키는데, 삽입 손실이 적고, 파장 선택도가 높은 특성을 보인다.
도 7 및 도 8은 각각 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서의 구조 및 원리를 예시하는 도면들이다.
도 7은 FBG의 원리를 도시한 것으로, 클래딩(Cladding: 141) 및 코어(Core: 142)로 이루어진 광섬유 센서(140)에 광원을 입사시킬 경우, 브래그 조건에 의한 특정한 파장 성분은 광섬유 브래그 격자(143)에서 반사되고, 나머지 파장 성분은 그대로 통과한다.
구체적으로, 광섬유 내에서 빛의 전파 원리는 굴절률이 높은 물질에서 낮은 물질로 빛이 진행될 때, 그 경계면에서 일정한 각도내의 빛이 모두 반사되는 전반사의 원리이며, 광섬유 코어(142)로 입사된 빛은 굴절률이 높은 코어층과 굴절률이 낮은 클래딩(141)층의 경계면에서 반사되어 광섬유 코어(142) 부분을 따라 전파되게 된다. 이러한 광섬유의 주성분은 실리카 유리로 이루어져 있으며, 그 구조는 굴절률이 약간 높도록 게르마늄을 첨가한 광섬유 코어(142) 부분과 중심을 보호하 는 클래딩(141) 부분으로 구성되어 있다. 브래그 격자(143)는 게르마늄이 첨가된 광섬유 코어부분이 자외선 영역의 빛에 노출되면, 굴절률이 10-5 정도 증가하게 되는 현상을 이용하여 주기적인 굴절률 변화를 갖는 격자를 광섬유에 새긴 것이다.
이때, 브래그 격자(143)에서 반사되는 브래그 파장은 유효 굴절률과 격자 간격의 함수로서, 브래그 격자(143)에 단거리 변형률 등의 외부 물리량을 가할 경우, 이들 값에 의하여 브래그 파장이 달라진다. 이 브래그 파장의 변화를 정밀하게 측정함으로써, 광섬유 격자에 가해진 미지의 물리량이 구해질 수 있다.
FBG 센서(140)는 측정량이 브래그 반사파장의 변화량이므로 측정이 간편하며, 브래그 격자(143)의 반사 파장의 선폭이 좁기 때문에 분해능이 높은 센서를 구성할 수 있다. 또한, 브래그 반사 파장이 서로 다른 광섬유들은 서로 영향을 받지 않으므로 하나의 광섬유를 이용한 다중점 측정이 가능하다.
도 8을 참조하면, FBG 센서(140)는 한 가닥의 광섬유에 여러 개의 격자가 사용되는데, 이 경우, 각 격자(143)의 반사 파장을 모두 다르게 함으로써, 반사된 광원의 스펙트럼으로부터 특정 격자(143)가 겪는 물리량을 쉽게 구분할 수 있다. 이러한 방법을 파장 분할 방식이라 한다.
브래그 파장( λ B )은 λ B = 2nΛ 에 의해 구해질 수 있는데, 여기서, n은 광섬유 코어의 유효 굴절률(effective refractive index)이며, Λ는 격자(83)와 격자(143) 사이의 간격(grating period)이다.
브래그 격자(143)에서 반사되는 브래그 파장은 유효 굴절률과 격자 간격의 함수이며, FBG 센서(140)에 외부 물리량을 인가할 경우, 브래그 파장이 달라지므로, 브래그 파장의 변화를 측정한다면 FBG에 인가되는 물리량을 구할 수 있다.
FBG 센서(140)의 경우, 측정된 변형률 정보가 경로차 대신 파장(wave length)의 변화로 나타난다는 것이다. 가해진 물리량에 대한 브래그 파장의 변화율은 선형적이며 따라서 파장의 변화량을 정밀히 측정하면 가해진 물리량에 대한 정보를 역으로 계산해낼 수 있다. 또한, 변형률이 파장의 변위로 측정되기 때문에 간섭계 광섬유 시스템에서 흔히 발생하는 광원, 광분할기, 그리고 광 결합기에 의한 광 세기의 요동 현상에 무관하고 변형의 절대량 측정이 가능하다. 또한, FBG 센서(140)는 조금씩 파장을 달리한 광섬유 격자를 이용하여 다중점(multi-point) 센서로의 확장이 용이하며, 이를 이용하면 교량 및 건축물의 사전감시 시스템을 구성할 수 있다. 이러한 FBG 센서(140)는 현재 실제 교량이나 터널 등과 같은 토목구조물의 감시 시스템으로 사용되고 있다.
FBG 센서(140)의 가장 큰 응용 중의 하나는 구조물의 상태를 진단하는 것이다. 예를 들면, 교량, 댐, 건축물 등의 제작시에 콘크리트 내에 FBG 센서를 포설하고, 구조물 내부의 인장 분포나 구부림 정도를 감지하여 구조물의 안전 상태를 진단할 수 있다.
한편, 도 9는 센서 보호용 튜브를 구비한 FBG 센서를 예시하는 도면이다.
도 9를 참조하면, FBG 센서를 보호하기 위해 센서 보호용 튜브(144)가 사용될 수 있는데, 예를 들면, 강재(Steel) 재질의 튜브가 상기 FBG 센서를 보호하도록 사용될 수 있다. 즉, 외부에 노출되는 FBG 센서(140) 또는 광케이블(150)은 소정 의 코팅용 튜브 또는 보호용 코팅을 이용하여 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 또한, 상기 FBG 센서의 끝단에는 광커넥터(145)가 전술한 단자함까지 연장되도록 형성될 수 있고, 후속적으로, 상기 광커넥터(145)는 인터로게이터(200)와 체결될 수 있다.
도 10은 광섬유 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 먼저, FBG 센서(140)에 일정한 펄스광이 계측수단, 예를 들면, 인터로게이터(200)를 구성하는 펄스광 출력부(210) 및 레이저다이오드(220)에 의하여 입사될 수 있다.
먼저, 가동 받침(130)의 이동에 따라 입사된 펄스광(C)의 감소 및 증가에 의한 전기적인 신호값을 측정하고, 측정된 신호값을 통해 가동 받침(130)의 이동량을 추정할 수 있다.
이러한 추정은 광섬유에 연결된 펄스발생수단(210), 레이저다이오드(220), 커플링수단(230), 광 검출부(240), 이러한 전기적인 신호를 증폭하는 증폭기(250), AD 컨버터(260), 신호처리부(270) 함께 설계자에 의하여 다양하게 고안될 수 있는 분석프로그램 및 데이터를 포함하는 분석수단(280) 및 디스플레이부에 의하여 대비되어 분석될 수 있고, 결국, 가동 받침(130)의 이동량을 측정할 수 있다.
한편, 도로교설계기준에 의하면, 강교의 선팽창 계수는 1.2× 10- 5 이며, 최대 온도변화폭은 최대 약 -20℃~50℃로 되어 있다. 따라서 강교의 경간장을 L이라고 할 때, 최대 수축량은 0.00024L이며, 최대 신장량은 0.0006L이 된다. 이에 대 해 경간장별 최대 수축량 및 최대 신장량을 나타내면 다음의 표 1과 같다. 2006년 말 현재 우리나라 교량 중에서 강교량으로 분류되는 교량의 가장 큰 최대 경간장은 약 180m로서, 아래 경간장 수준의 수축량 및 신장량을 커버하면 될 것으로 판단된다.
한편, 도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 FBG 센서를 설치하기 위한 제1 치구장치를 예시하는 정면도 및 측면도이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제1 치구장치는, 고강성판(420), 줄자(430), 탄성 강판(440) 및 지지대(450)를 포함할 수 있다.
고강성판(420)은 가동 받침(130) 또는 교대/교각 상단에 용접, 에폭시 등 통상적인 부착 방식을 이용하여 부착된다. 고강성판(420)과 교량 받침(130)을 연결하는 제1 치구장치는 트러스 구조 또는 직선 구조 등 크게 구애받지 않는다. 또한, 가동 받침(130)에 부착하는 것이 어려운 경우, 교대 또는 교각 표면에 앵커 또는 에폭시 등을 이용하여 설치할 수도 있다.
지지대(450)는 거더(410)에 고정되어 있는 상태이며, 경간장의 규모에 따라 H는 높아지거나 낮아지게 된다. 즉, 경간장이 길어질수록, 지지대(450)의 위치는 거더(410)에서 더 높아지게 된다. 이때, 지지대(450)와 고정단(420)의 위치는 서로 바뀌어도 상관없다.
FBG 센서(140)는 탄성력이 우수한 강판에 부착되어, 수축 또는 신장시 탄성력이 우수한 탄성 강판(440)의 휨 변형을 측정함으로써, 수축량과 신장량을 측정할 수 있다. 상기 탄성력이 우수한 탄성 강판(440)은 지지대(450)를 이용하여 사전에 휨을 가함으로써(H 수축만큼) 수축량을 측정할 수 있도록 하여야 한다. 이때, H 수축 또는 H 신장의 크기는 선팽창계수, 도로교설계기준에 규정된 최대온도 변화량, 그리고 지간장의 크기에 따라 사전에 계산되어야 한다.
또한, 줄자(430)도 함께 배치하도록 하여 교량 관리자가 하부 구조로 내려갈 일이 있을 때, 계측 결과의 신뢰성을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 치구장치는, 보호용 하우징 또는 캡을 제작하여 별도의 외부의 영향을 최소화하도록 하여야 한다. 즉, 제1 치구장치는 별도의 보호용 하우징 또는 캡에 의해 보호할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 온도 보상을 위해 양면에 설치되는 FBG 센서를 예시하는 도면들이다.
도 12a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제1 치구장치는 온도보상에 대한 부분이 추가될 수 있다. 구체적으로, 벤딩부재의 앞-뒤 또는 좌-우측 동시에 FBG 센서(140a, 140b)를 부착하여 온도 변화시 인장-압축량은 동일하게 발생되고, 벤딩에 의해서만 압축 또는 인장으로 크기는 같고, 부호가 반대인 변형률이 발생되기 때문에, 온도 변화에 따라서 동일하게 발생되는 인장-압축량을 이용하여, 장기적인 온도변화에 따른 응답을 보정하여 온도에 상관없이 지점의 이동량을 정량적으로 측정할 수 있다.
또한, 전술한 FBG 광섬유 센서와 동일한 센서 패키징으로서, 도 12b에 도시된 바와 같이, 탄성강판 좌우측 또는 상하부에 전기저항식 변형률 게이지(190a, 190b)를 부착함으로써, 전술한 FBG 광섬유 센서와 실질적으로 동일한 원리에 의해 전기저항식 변형률 게이지(190a, 190b)를 이용하여 가동단 이동량 측정센서를 제작할 수도 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 FBG 센서를 설치하기 위한 제2 치구장치를 예시하는 정면도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 FBG 센서를 설치하기 위한 제2 치구장치는, 거더(410)와 가동 받침(130)에 소정의 Bare FBG가 장착된 스프링(510)을 거치하고, 상기 Bare FBG 스프링(510)의 수축 및 팽창에 따른 스프링의 거동으로부터 거더(410)의 이동량을 측정하는 방식이다. 이때, Bare FBG(511)를 스프링(512)에 부착한 상태로 제작함으로써 스프링(512)과 Bare FBG(511)이 일체화되어야 한다. 여기서, Bare FBG 센서(511) 패키지는 FBG 센서 중에서 단거리 변형 센서(Short Gauge)나 온도 센서로 사용될 수 있는 피복이 없는(Bare) 센서를 말한다.
또한, Bare FBG 스프링(510)에 설치된 스프링(512)은 계산된 팽창량을 고려하여 사전에 소정의 인장이 가해진 상태로 거치되어야 한다. 이러한 Bare FBG 스프링(510)의 거동량으로부터 이동량을 측정하는 방식은 사전에 스프링(512)에 인장을 가하고, Bare FBG(511)로부터 측정되는 값과 수축 팽창량의 상관 관계를 구함으로써 최종적으로 수축 또는 팽창량을 구할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제2 치구장치는, 온도 보정을 위하여 별도의 온도 측정용 FBG 센서를 설치함으로써, 온도에 대해서만 반응하도록 함으로서, 온도에 대한 보정을 실시할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 FBG 센서를 설치하기 위한 제3 치구장치를 예시하는 정면도 및 측면도이다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제3 치구장치는, 전술한 고정단(610), 탄성막대(620), 볼트(630) 및 지지대(640)를 포함할 수 있다.
이러한 제3 치구장치의 경우, 지지대(640)가 교대 또는 교각 상단이나 가동 받침(130)에 위치한다. 거더(410)에 부착된 고정단(610)과 탄성막대(620)는 볼트(630)를 이용하여 교축 직각 방향으로 이동이 자유롭기 때문에 부착된 지지대(640)의 위치에 맞춰서 세팅이 가능하다. 여기서, 탄성막대(620)는 상기 고정단(610)에 연결되며, 사전에 휨이 가해지는 수축 또는 신장시 탄성력을 갖는다.
또한, 교대 또는 교각의 가동 받침(130)에 위치한 지지대(640)는 위에서 봤을 때, 사다리꼴 형상과 같이 기울어져 있는 단면을 지님으로써, 가동 받침(130)의 이동량이 크게 발생하더라도 전술한 제1 치구장치에 비하여 탄성막대(620)에 큰 변형이 발생하지 않도록 할 수 있다는 장점이 있으며, 가동 받침(130)의 수축 팽창을 사전에 고려하기 위하여 탄성막대(620)에 초기에 사전 휨을 약간 가할 수 있다.
이때, 계측 결과를 활용한 가동 받침(130)의 이동량 산정시의 계수는 실험을 통하여 도출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제3 치구장치의 FBG 센서(140)의 부착 형상은 전술한 제1 치구장치의 경우와 동일하다.
한편, 도 15a 및 도 15b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 FBG 센서를 설치하기 위한 제4 치구장치를 예시하는 정면도 및 측면도이다.
도 15a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 FBG 센서를 설치하기 위한 제4 치구장치는, FBG 와이어식 변위계(710), 고정대(720), 및 연결 와이어(730)를 포함하며, 상기 FBG 와이어식 변위계(710)는 캔틸레버(711), 캔틸레버 고정대(712) 및 스프링(713)을 포함할 수 있다.
FBG 와이어식 변위계(710)는 교각 또는 교대에 고정 설치되며, 고정대(720)는 거더에 설치되고, 상기 연결 와이어(730)는 상기 거더에 설치된 고정대(720)와 FBG 와이어식 변위계(710)를 연결하여 상대적인 가동단 변위를 측정할 수 있다.
또한, 상기 FBG 와이어식 변위계(710)의 캔틸레버(711)는 FBG 광섬유 센서가 양쪽으로 부착되며, 캔틸레버 고정대(712)는 상기 캔틸레버(711)를 고정한다. 또한, 스프링(713)은 상기 연결 와이어(730)에 의하여 전달된 변위량을 스프링 강성에 의하여 이완시켜 광섬유 센서가 부착된 캔틸레버(711)에 전달한다.
도 15b는 광섬유 센서가 설치되어 있는 캔틸레버(711)를 교축 직각 방향에서 바라본 형상과 교축 방향에서 바라본 형상을 나타내고 있다. 이 방식은 사각 탄성 강판에서 발생할 수 있는 비틀림에 의한 영향을 최소화할 수 있도록 삼각형 형태의 단면 형상을 갖는다.
한편, 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기저항식 무선 측정부가 설치된 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템(100')은, 전기저항식 무선 측정부(800)가 교대 또는 교각(110, 120)마다 설치하여 이동량 백업 차량에 의해 필요시 또는 이동시마다 데이터를 측정할 수 있다.
즉, 상기 광섬유 센서 기반의 가동단 이동량 측정 센서 대신에, 전술한 도 12b의 원리를 이용하여 전기저항식 변형률 게이지(190)를 사용함으로써 전술한 제1, 제3, 제4 치구장치를 구현할 수 있다. 다시 말하면, 도 12b에 도시된 바와 같이, 탄성강판 좌우측 또는 상하부에 전기저항식 변형률 게이지를 부착함으로써, 가동단 이동량을 측정할 수 있다. 또한, 도 16에 도시된 도면부호 130 및 180은 전술한 도 4와 동일하며, 도면부호 151은 전술한 도 4의 광섬유 케이블 대신에 사용되는 전선을 나타낸다.
즉, 전기저항식 변형률 게이지(190)는 1라인씩 별도로 모두 연결하여 사용하는 센서로서, 그 특성상 직렬로 서로 연결하여 데이터 링 값에 연결할 경우, 서로 간섭이 발생하므로, 1라인에 하나의 전기저항식 변형률 게이지(190)를 각각 연결하게 된다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템(100)의 제1, 제3, 제4 치구장치에서, 광섬유센서 기반의 가동단 이동량 측정 센서 대신에 전기저항식 변형률 게이지(190)를 사용하는 점을 제외하면, 그 구성 및 동작이 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 일반적인 교량의 구조를 예시하는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 교량의 교량 받침을 예시하는 도면이다.
도 3a는 종래 기술에 따른 교량 받침을 나타내며, 도 3b는 이동량 계측 센서와 치구장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템이 휴대용 인터로게이터에 연결되는 것을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템이 가동단 이동량 백업 차량과 무선 통신하는 것을 예시하는 도면이다.
도 7 및 도 8은 각각 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서의 구조 및 원리를 예시하는 도면들이다.
도 9는 센서 보호용 튜브를 구비한 FBG 센서를 예시하는 도면이다.
도 10은 광섬유 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 FBG 센서를 설치하기 위한 제1 치구장치를 예시하는 정면도 및 측면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 온도 보상을 위해 양면에 설치되는 FBG 센서를 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 FBG 센서를 설치하기 위한 제2 치구장치를 예시하는 정면도이다.
도 14a 및 도 14b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 FBG 센서를 설치하기 위한 제3 치구장치를 예시하는 정면도 및 측면도이다.
도 15a 및 도 15b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 FBG 센서를 설치하기 위한 제4 치구장치를 예시하는 정면도 및 측면도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기저항식 무선 측정부가 설치된 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
< 도면부호의 간단한 설명 >
100: 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템
110: 교대(Bridge Abutment) 120: 교각(Bridge Bent)
130: 가동 받침(Movable Support) 140: 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서
141: 클래딩(Cladding) 142: 코어(Core)
143: 브래그 격자(Bragg Grating) 144: 센서 보호용 튜브
145: 광커넥터 150: 광케이블
160: 교명주 170: 단자함
180: 교량 상판 190: 전기저항식 변형률 게이지
200: 인터로게이터(Interrogator) 300: 이동량 백업 차량
410: 거더(Girder) 420: 고강성판
430: 줄자 440: 탄성 강판
450: 지지대 510: Bare FBG 스프링
511: Bare FBG 512: 스프링
610: 고정단 620: 탄성 막대
630: 볼트 640: 지지대
710: FBG 와이어식 변위계 720: 고정대
730: 연결 와이어 711: 캔틸레버
712: 캔틸레버 고정대 713: 스프링
800: 전기저항식 무선 측정부
Claims (19)
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- 교대 또는 교각에 형성된 복수의 가동 받침;상기 복수의 가동 받침 각각에 설치되어 상기 가동 받침의 이동량을 각각 검출하는 복수의 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서;상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 각각 상기 가동 받침에 각각 설치하는 복수의 치구장치(Jig); 및상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 하나의 라인으로 연결하며, 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서로부터 전달된 상기 가동 받침의 이동량 데이터를 전달하는 광섬유 케이블;교량 상부 위치에 설치되며, 상기 광섬유 브래그 격자 센서가 연결된 상기 광섬유 케이블의 최종 부위인 광커넥터를 수납하는 단자함을 포함하되, 상기 복수의 가동 받침의 가동 받침별 이동량은 상기 교량 상부에서 일괄적으로 측정되는 것을 특징으로 하고,상기 치구장치는,상기 가동 받침 또는 교대/교각 상단에 부착되는 고강성판;상기 가동 받침에 의해 지지되고 있는 거더에 고정되는 지지대; 및상기 FBG 센서가 부착되고, 상기 지지대와 결합하여 사전에 휨이 가해지는 수축 또는 신장시 탄성력을 갖는 탄성 강판을 포함하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
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- 제5항에 있어서,상기 치구장치는 보호용 하우징 또는 캡에 의해 보호되는 것을 특징으로 하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
- 제5항에 있어서,상기 치구장치는, 온도 변화시 인장-압축량이 동일하게 발생되도록 상기 탄성 강판의 앞-뒤 또는 좌-우측에 온도 측정용 양면 FBG 센서를 부착하는 것을 특징으로 하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
- 교대 또는 교각에 형성된 복수의 가동 받침;상기 복수의 가동 받침 각각에 설치되어 상기 가동 받침의 이동량을 각각 검출하는 복수의 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서;상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 각각 상기 가동 받침에 각각 설치하는 복수의 치구장치(Jig); 및상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 하나의 라인으로 연결하며, 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서로부터 전달된 상기 가동 받침의 이동량 데이터를 전달하는 광섬유 케이블;교량 상부 위치에 설치되며, 상기 광섬유 브래그 격자 센서가 연결된 상기 광섬유 케이블의 최종 부위인 광커넥터를 수납하는 단자함을 포함하되, 상기 복수의 가동 받침의 가동 받침별 이동량은 상기 교량 상부에서 일괄적으로 측정되는 것을 특징으로 하고,상기 치구장치는 상기 가동 받침에 의해 지지되는 거더 및 상기 가동 받침에 Bare FBG가 장착된 스프링이 거치되며, 상기 Bare FBG 스프링의 수축 및 팽창에 따른 스프링의 거동으로부터 상기 거더의 이동량이 측정되는 것을 특징으로 하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
- 제9항에 있어서,상기 Bare FBG 스프링은 Bare FBG를 스프링에 부착한 상태로 제작되는 것을 특징으로 하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
- 제10항에 있어서,상기 스프링은 미리 계산된 팽창량을 고려하여 사전에 소정의 인장이 가해진 상태로 거치되고, 상기 Bare FBG로부터 측정되는 값과 수축 팽창량의 상관 관계를 구함으로써 수축 또는 팽창량이 구해지는 것을 특징으로 하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
- 제9항에 있어서,상기 치구장치는 온도 보정을 위한 온도 측정용 FBG 센서가 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
- 교대 또는 교각에 형성된 복수의 가동 받침;상기 복수의 가동 받침 각각에 설치되어 상기 가동 받침의 이동량을 각각 검출하는 복수의 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서;상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 각각 상기 가동 받침에 각각 설치하는 복수의 치구장치(Jig); 및상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 하나의 라인으로 연결하며, 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서로부터 전달된 상기 가동 받침의 이동량 데이터를 전달하는 광섬유 케이블;교량 상부 위치에 설치되며, 상기 광섬유 브래그 격자 센서가 연결된 상기 광섬유 케이블의 최종 부위인 광커넥터를 수납하는 단자함을 포함하되, 상기 복수의 가동 받침의 가동 받침별 이동량은 상기 교량 상부에서 일괄적으로 측정되는 것을 특징으로 하고,상기 치구장치는상기 교대 또는 교각 상단이나 가동 받침에 위치하는 지지대;상기 가동 받침에 의해 지지되는 거더에 부착되는 고정단;상기 고정단에 연결되며, 사전에 휨이 가해지는 수축 또는 신장시 탄성력을 갖는 탄성막대; 및상기 고정단과 상기 탄성막대를 연결하는 볼트를 포함하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
- 제13항에 있어서,상기 고정단 및 상기 탄성막대는 상기 볼트를 이용하여 교축 직각 방향으로 이동하며, 상기 지지대의 위치에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
- 제13항에 있어서,상기 지지대는 상부에서 보면 사다리꼴 형상과 같이 기울어져 있는 단면을 가지며, 상기 가동 받침의 이동량이 크게 발생하더라도 상기 탄성막대가 큰 변형이 발생하지 않게 하는 것을 특징으로 하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
- 교대 또는 교각에 형성된 복수의 가동 받침;상기 복수의 가동 받침 각각에 설치되어 상기 가동 받침의 이동량을 각각 검출하는 복수의 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서;상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 각각 상기 가동 받침에 각각 설치하는 복수의 치구장치(Jig); 및상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서를 하나의 라인으로 연결하며, 상기 복수의 광섬유 브래그 격자 센서로부터 전달된 상기 가동 받침의 이동량 데이터를 전달하는 광섬유 케이블;교량 상부 위치에 설치되며, 상기 광섬유 브래그 격자 센서가 연결된 상기 광섬유 케이블의 최종 부위인 광커넥터를 수납하는 단자함을 포함하되, 상기 복수의 가동 받침의 가동 받침별 이동량은 상기 교량 상부에서 일괄적으로 측정되는 것을 특징으로 하고,상기 치구장치는,상기 교각 또는 교대에 고정 설치되는 FBG 와이어식 변위계;거더에 설치되는 고정대; 및상기 거더에 설치된 고정대와 FBG 와이어식 변위계를 연결하여 상대적인 가동단 변위를 측정할 수 있는 연결 와이어를 포함하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
- 제16항에 있어서,상기 FBG 와이어식 변위계는,FBG 광섬유 센서가 양쪽으로 부착된 캔틸레버;상기 캔틸레버를 고정하기 위한 캔틸레버 고정대; 및상기 연결 와이어에 의해 전달된 변위량을 스프링 강성에 의해 이완시켜 상기 FBG 광섬유 센서가 부착된 캔틸레버에 전달하는 스프링을 포함하는 교량용 가동 받침의 이동량 계측 시스템.
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