KR101028363B1 - 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물에 화재 및 폭발, 지진 등의 미지의 외력이나 노후화로 인한 손상으로 발생할 수 있는 구조물의 붕괴 징후를 스트레인을 통해 감지하여 구조물의 손상 정도 및 손상 위치를 감지할 수 있는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템에 관한 것으로, 구조물의 슬래브 및 보 부재를 지지하는 다수의 기둥에 스트레인 게이지를 설치하고, 상기 스트레인 게이지가 설치된 다수의 기둥을 그룹화하여 각각의 그룹에서 계측한 데이터와 구조 파라미터를 설정하여 설정된 구조 파라미터를 통해 구조모델을 설정하며, 상기 구조모델을 업데이트하여 전송받은 데이터를 비교하여 상기 구조모델의 구조 파라미터에서 제시하는 관리 기준치보다 각각의 그룹에서 계측한 데이터가 초과할 경우 상기 그룹의 스트레인 데이터를 연산처리하여 구조물의 손상 정도와 손상 위치를 디스플레이하고 경보하는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템에 관한 것이다.

스트레인, 구조물, 붕괴 징후, 구조 파라미터, 하중재분배

Description

스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템{System for sensing indication collapse of structure using strain}

본 발명은 구조물에 화재 및 폭발, 지진 등의 미지의 외력이나 노후화로 인한 손상으로 발생할 수 있는 구조물의 붕괴 징후를 스트레인을 통해 감지하여 구조물의 손상 정도 및 손상 위치를 감지할 수 있는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조물의 슬래브 및 보 부재를 지지하는 다수의 기둥에 스트레인 게이지를 설치하고, 상기 스트레인 게이지가 설치된 다수의 기둥을 그룹화하여 각각의 그룹에서 계측한 데이터와 구조 파라미터를 설정하여 설정된 구조 파라미터를 통해 구조모델을 설정하며, 상기 구조모델을 업데이트하여 전송받은 스트레인 데이터를 비교하여 상기 구조모델의 구조 파라미터에서 제시하는 관리 기준치보다 각각의 그룹에서 계측한 데이터가 초과할 경우 상기 그룹의 스트레인 데이터를 연산처리하여 구조물의 손상 정도와 손상 위치를 디스플레이하고 경보하는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 구조물의 붕괴사고는 다수의 인명피해는 물론, 엄청난 경제적 손실을 동반하는 대형 중대재해로 발전할 가능성이 매우 높은 재해이다. 성수대교 및 삼풍백화점 붕괴 등과 같은 대형 구조물의 붕괴가 그 예이며, 이에 의거 구조물의 붕괴로 인한 재해발생을 감소시키고자 공사관계자 대상의 안전교육, 붕괴위험현장 전담관리, 안전작업메뉴얼 제작, 보급 등과 같은 강도 높은 예방대책 수립을 통하여 구조물 붕괴사고 예방에 힘쓰고 있으나, 붕괴에 의한 대형안전사고는 매년 지속적으로 발생하고 있다.

상기와 같은 구조물의 붕괴는 화재 및 폭발 등의 미지의 외력이나 노후화로 인한 손상이 발생함으로써 주요 부재들이 파괴되고, 이로 인하여 연쇄적으로 파괴가 진행되어 붕괴되는 것으로, 구조물의 Critical Index에 손상이 발생할 경우 이러한 손상이 주변의 요소에 하중재분배 등을 야기시켜 구조물이 붕괴에 이르게 되는 것이다.

최근 상기와 같은 구조물의 붕괴를 감지하기 위해 구조물의 변형을 측정할 수 있는 센서를 부착하고 센서로부터 건축구조물의 변형을 측정하여 중앙의 센터로 전달하여 지속적으로 구조물의 붕괴를 감지하는 시스템들이 개발되었다. 그러나 붕괴가 발생하는 대상부재에 센서를 부착할 경우 부재의 파괴시 센서가 함께 손상되어 부재 파괴에 따른 연쇄붕괴의 정보를 획득하기가 힘들며, 화재나 폭발과 같은 미지의 외력이 작용할 경우 역시 센서의 동작성능을 보장하기 힘들다. 따라서 국부 적인 파괴는 검측할 수 있지만 구조물의 전체적인 붕괴를 추정할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 구조물에 화재 및 폭발 지진 등의 미지의 외력이나 노후화로 인한 손상으로 발생할 수 있는 구조물의 붕괴 징후를 스트레인을 통해 감지하여 구조물의 손상 정도 및 손상 위치를 감지할 수 있는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 구조물의 붕괴 징후를 감지하기 위해 구조물의 슬래브 및 보 부재를 지지하는 다수의 기둥에 스트레인 게이지를 설치하여 상기 슬래브 및 보 부재를 지지하는 다수의 기둥을 하나의 그룹으로 형성해 하나의 그룹에 포함된 기둥의 스트레인 데이터를 계측하고, 상기 계측한 데이터를 연산처리하여 다수의 기둥의 손상 상태가 아닌, 상기 기둥이 지지하고 있는 구조물의 슬래브 및 보 부재의 손상을 감지하는 것으로 구조물의 연쇄붕괴 정보를 획득할 수 있고 전체적인 구조물의 붕괴 징후를 감지할 수 있는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해소하기 위해서, 본 발명은,

구조물에 화재 및 폭발, 지진 등 미지의 외력이나 노후화로 인한 손상으로 발생할 수 있는 구조물의 붕괴 징후를 스트레인을 통해 감지하여 구조물의 손상 정도 및 손상 위치를 감지할 수 있는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템에 있어서,

상기 구조물에 화재 및 폭발, 지진 등의 외력이 발생하는 것을 화재 감지 센서 및 가속도 센서 등을 통해 감지하거나 구조물이 노후화되거나 피로상태가 지속되어 하중재분배가 일어날 것에 대하여 감지계측을 실시할 수 있도록 계측 시작 신호를 전송하거나 상기 구조물의 상태에 이상이 발생하였다는 신호를 전송하는 이벤트 트리거;

상기 이벤트 트리거를 통해 구조물에 발생한 외력으로 상기 구조물의 붕괴 징후를 감지하기 위해 상기 구조물의 슬래브 및 보 부재를 지지하는 다수의 기둥에 스트레인 게이지를 설치하여 상기 기둥의 주변 슬래브 및 보 부재의 하중재분배로 인한 스트레인 데이터를 계측하고, 상기 계측한 신호를 신호처리하여 무선으로 전송하는 다수의 데이터 계측부;

상기 데이터 계측부를 통해 각각의 스트레인 데이터를 전송받아 상기 전송받은 데이터와 구조물의 설정된 구조에 따라 하중재분배 조건을 구조 파라미터화 하여 구조 파라미터를 설정하고, 상기 설정된 구조 파리미터를 통해 구조모델을 설정하여 상기 구조모델을 업데이트하여 전송받은 스트레인 데이터와 비교 후 상기 전송받은 스트레인 데이터가 구조 파라미터에서 관리하는 기준치를 초과하였을 경우 상기 스트레인 데이터를 연산처리하여 하중재분배 정도와 하중재분배 정도에 따른 손상 정도를 추정하고, 하중재분배 정도에 따른 구조물의 손상 위치를 디스플레이하는 데이터 분석부; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템을 제공한다.

또한, 상기 데이터 계측부는

이벤트 트리거부를 통해 구조물에 화재 및 폭발, 지진 등의 설계에 반영되지 않은 외력 및 구조물의 노후화와 피로를 통해 하중재분배가 발생하는 것을 화재 감지 센서 및 가속도 센서 등을 통해 감지하여 슬래브 및 보 구조물 주변의 하중재분배로 발생하는 스트레인을 계측하기 위해 구조물의 기둥에 설치하는 스트레인 게이지;

상기 스트레인 게이지를 통해 계측한 데이터를 신호처리하는 신호처리부와 상기 신호처리부를 통해 신호처리한 데이터를 데이터 분석부에 전송하는 무선 통신 모듈을 포함하는 데이터 로거; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 데이터 계측부는 구조물에 형성된 여러개의 기둥에 스트레인 게이지를 각각 설치하여 상기 여러개의 기둥을 하나 이상의 그룹으로 분리 형성해 상기 그룹 데이터를 데이터 로거를 통해 신호처리하여 데이터 분석부에 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 데이터 분석부는

상기 데이터 계측부에서 전송받은 데이터를 저장하는 데이터 저장부;

상기 구조물에 대해 다양한 구조물의 구조 파라미터를 입력하는 사용자 인터 페이스;

상기 사용자 인터페이스를 통해 입력된 구조 파라미터를 설정하는 모델 파라미터 설정부;

상기 모델 파라미터 설정부에서 설정된 구조 파라미터를 통해 구조모델을 설정하고 설정된 구조모델을 업데이트하는 구조모델 업데이트부;

상기 데이터 저장부에서 저장된 데이터와 업데이트된 구조 모델을 비교하는 데이터 처리부;

상기 데이터 처리부를 통해 비교된 데이터에서 상기 저장된 데이터가 설정된 구조 파라미터에서 제시하는 기준치를 초과할 경우 데이터를 연산처리를 통해 하중재분배 정도와 하중재분배 정도에 따른 손상 정도를 추정하고, 하중재분배 정도에 따른 구조물의 손상 위치를 계산하는 연산처리부;

상기 연산처리부를 통해 계산된 구조물의 손상 정보와 손상 위치를 디스플레이하는 디스플레이이부;

상기 연산처리부에서 계산된 손상 정도와 손상 위치를 경보하는 경보 알람부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 데이터 분석부는 그룹화된 데이터 계측부의 데이터를 그룹별로 전송받아 스트레인 게이지가 설치된 기둥들의 상단에 형성된 슬래브 부재 및 보 부재의 손상 정도 및 손상 위치를 감지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 구조물에 화재 및 폭발, 지진 등의 미지의 외력이나 노후화로 인한 손상으로 발생할 수 있는 구조물의 붕괴 징후를 스트레인을 통해 감지하여 구조물의 손상 정도 및 손상 위치를 감지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 구조물의 붕괴를 감지하기 위해 구조물의 슬래브 및 보 부재를 지지하는 다수의 기둥에 스트레인 게이지를 설치하여 상기 슬래브 및 보 부재를 지지하는 다수의 기둥을 하나의 그룹으로 형성해 하나의 그룹에 포함된 기둥의 스트레인 데이터를 계측하고, 상기 계측한 데이터를 연산처리하여 다수의 기둥의 손상 상태가 아닌, 상기 기둥이 지지하고 있는 구조물의 슬래브 및 보 부재의 손상을 감지하여 구조물의 연쇄붕괴 정보를 획득할 수 있고 전체적인 구조물의 붕괴 징후를 감지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 구조물에 회재 및 폭발, 지진 등의 외력이 발생하는 것을 화재 감지 센서 및 가속도 센서 등을 통해 감지하거나 구조물이 노후화되거나 피로상태가 지속되어 하중재분배가 일어나는 것에 대해 이벤트 트리거에서 전송하는 신호에 따라 시스템이 구동되어 상시 계측에 대한 데이터 과부하를 방지할 수 있고, 이에 따른 전력소비를 감소할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템 전체 개략도이고, 도2는 본 발명에 따른 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템의 전체 구성도이며, 도3은 본 발명에 따른 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템의 데이터 계측부 구성도이고, 도4는 본 발명에 따른 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템의 데이터 분석부 구성도이다.

본 발명은 구조물에 화재 및 폭발, 지진 등 미지의 외력이나 노후화로 인한 손상으로 발생할 수 있는 구조물의 붕괴 징후를 스트레인을 통해 감지하여 구조물의 손상 정도 및 손상 위치를 감지할 수 있는 것으로 상기 도1과 도2에 도시된 바와 같이 구조물은 화재 및 폭발, 지진 등 미지의 외력이나 노후화로 인한 손상이 발생하게 되면 구조물의 슬래브 및 보 부재는 하중재분배를 일으키게 되고, 붕괴가 일어나게 된다. 따라서 구조물의 화재 및 폭발, 지진 등 미지의 외력이 발생하면 구조물에 설치된 화재 감지 센서, 가속도 센서 등을 통해 구조물의 이상 상태를 감지하게 되면 상기 감지된 신호를 바탕으로 이벤트 트리거(100)에서 데이터 계측부(200)에 스트레인을 계측하도록 신호를 보낸다. 또한, 이벤트 트리거(100)는 구조물이 노후화되거나 피로상태가 지속되어 하중재분배가 일어날 것이라는 사용자의 판단에 의해 데이터 계측부(200)에 스트레인을 계측하도록 신호를 보낼 수 있다.

상기 데이터 계측부(200)는 도3에 도시된 바와 같이 스트레인 게이지(210)와 데이터 로거(220)로 이루어지며, 상기 이벤트 트리거(100)에서 신호를 전송받게 되면 구조물의 슬래브 및 보 부재를 지지하는 다수의 기둥에 설치된 스트레인 게이지(210)를 통해 기둥의 스트레인을 계측하고, 상기 계측한 스트레인 데이터는 데이터 로거(220)에 전송하여 상기 데이터 로거(220)의 신호처리부(221)를 통해 신호 처리를 하고, 신호 처리된 데이터는 무선 통신 모듈(222)을 통해 데이터 분석부(300)에 전송한다. 이때 다수의 기둥에 설치된 스트레인 게이지(210)는 구조물의 슬래브 및 보 부재의 손상 정도 및 손상 위치를 감지하기 위해 구조물에 따라 3개의 기둥 또는 4개의 기둥 등으로 그룹화하여 상기 그룹으로 형성된 데이터를 데이터 로거(220)에 전송하고 상기 데이터 로거(220)는 그룹 데이터를 데이터 분석부(300)에 전송하게 된다.

상기 데이터 분석부(300)는 도4에 도시된 바와 같이 데이터 계측부(200)에서 그룹의 스트레인 데이터를 전송받아 데이터 저장부(310)를 통해 저장하고, 사용자 인터페이스부(320)를 통해 구조물에 대한 구조 파라미터를 입력하며, 상기 입력된 구조 파라미터는 모델 파라미터 설정부(330)를 통해 설정된다. 상기 모델 파라미터 설정부(330)를 통해 설정된 구조 파라미터는 구조모델 업데이터부(340)를 통해 구조모델을 설정하고 설정된 구조모델을 업데이트하며, 상기 구조모델 업데이터 부(340)에서 업데이트된 구조모델은 데이터 처리부(350)로 전송되어 상기 데이터 저장부(310)에 저장된 스트레인 데이터와 비교한다.

상기 데이터 처리부(350)는 스트레인 데이터와 업데이트된 구조모델을 비교하여 상기 스트레인 데이터가 설정된 구조 파라미터에서 제시하는 기준치를 초과할 경우 상기 스트레인 데이터를 연산처리부(360)에 전송하며, 상기 연산처리부(360)에 전송된 스트레인 데이터는 연산처리부(360)의 연산처리를 통해 하중재분배 정도와 하중재분배 정도에 따른 손상 정도를 추정하고, 손상 정도에 따른 구조물의 손상 위치를 계산하여 그룹으로 형성된 기둥의 상단에 형성된 슬래브 부재 및 보 부재의 붕괴 징후를 감지하며, 상기 감지된 손상 정도와 손상 위치는 디스플레이부(370)를 통해 디스플레이하고, 경보 알람부(380)를 통해 경보한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 구조물에 화재 및 폭발 지진 등의 미지의 외력이나 노후화로 인한 손상으로 발생할 수 있는 구조물의 붕괴 징후를 스트레인을 통해 감지하여 구조물의 손상 정도 및 손상 위치를 감지할 수 있도록 구조물의 슬래브 및 보 부재를 지지하는 다수의 기둥에 스트레인 게이지(210)를 설치하여 상기 슬래브 및 보 부재를 지지하는 다수의 기둥을 하나의 그룹으로 형성해 하나의 그룹에 포함된 기둥의 스트레인 데이터를 계측하고, 상기 계측한 데이터를 연산처리하여 다수의 기둥 손상 상태가 아닌, 상기 기둥이 지지하고 있는 구조물의 슬래브 및 보 부재의 손상을 감지하는 것으로 구조물의 연쇄붕괴 정보를 획득할 수 있고 전체적인 구조물의 붕괴 징후를 감지할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도1은 본 발명에 따른 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템 전체 개략도.

도2는 본 발명에 따른 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템의 전체 구성도.

도3은 본 발명에 따른 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템의 데이터 계측부 구성도.

도4는 본 발명에 따른 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템의 데이터 분석부 구성도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 **

100 : 이벤트 트리거 200 : 데이터 계측부

210 : 스트레인게이지 220 : 데이터 로거

221 : 신호처리부 222 : 무선통신모듈

300 : 데이터 분석부 310 : 데이터 저장부

320 : 사용자 인터페이스부 330 : 모델 파라미터 설정부

340 : 구조모델 업데이트부 350 : 데이터 처리부

360 : 연산처리부 370 : 디스플레이부

380 : 경보 알람부

Claims (5)

1. 구조물에 화재 및 폭발, 지진 등 미지의 외력이나 노후화로 인한 손상으로 발생할 수 있는 구조물의 붕괴 징후를 스트레인을 통해 감지하여 구조물의 손상 정도 및 손상 위치를 감지할 수 있는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템에 있어서,

   상기 구조물에 화재 및 폭발, 지진 등의 외력이 발생하는 것을 화재 감지 센서 및 가속도 센서 등을 통해 감지하거나 구조물이 노후화되거나 피로상태가 지속되어 하중재분배가 일어날 것에 대하여 감지계측을 실시할 수 있도록 계측 시작 신호를 전송하거나 상기 구조물의 상태에 이상이 발생하였다는 신호를 전송하는 이벤트 트리거;

   상기 이벤트 트리거를 통해 구조물에 발생한 외력으로 상기 구조물의 붕괴 징후를 감지하기 위해 상기 구조물의 슬래브 및 보 부재를 지지하는 다수의 기둥에 스트레인 게이지를 설치하여 상기 기둥의 주변 슬래브 및 보의 하중재분배로 인한 스트레인 데이터를 계측하고, 상기 계측한 신호를 신호처리하여 무선으로 전송하는 다수의 데이터 계측부;

   상기 데이터 계측부를 통해 각각의 스트레인 데이터를 전송받아 상기 전송받은 데이터를 저장하는 데이터 저장부와, 상기 구조물에 대해 다양한 구조물의 구조 파라미터를 입력하는 사용자 인터페이스와, 상기 사용자 인터페이스를 통해 입력된 구조 파라미터를 설정하는 모델 파라미터 설정부와, 상기 모델 파라미터 설정부에서 설정된 구조 파라미터를 통해 구조모델을 설정하고 설정된 구조모델을 업데이트하는 구조모델 업데이트부와, 상기 데이터 저장부에서 저장된 데이터와 업데이트 된 구조모델을 비교하는 데이터 처리부와, 상기 데이터 처리부를 통해 비교된 데이터에서 상기 저장된 데이터가 설정된 구조 파라미터에서 제시하는 기준치를 초과할 경우 데이터를 연산처리를 통해 하중 재분배 정도와 하중재분배 정도에 따른 손상 정도를 추정하고, 하중재분배 정도에 따른 구조물의 손상 위치를 계산하는 연산처리부와, 상기 연산처리부를 통해 계산된 구조물의 손상 정보와 손상 위치를 디스플레이하는 디스플레이부와, 상기 연산처리부에서 계산된 손상 정도와 손상 위치를 경보하는 경보 알람부를 포함하는 데이터 분석부; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 데이터 계측부는

   이벤트 트리거부를 통해 구조물에 화재 및 폭발, 지진 등의 설계에 반영되지 않은 외력 및 구조물의 노후화와 피로를 통해 하중재분배가 발생하는 것을 화재 감지 센서 및 가속도 센서 등을 통해 감지하여 슬래브 및 보 구조물 주변의 하중재분배로 발생하는 스트레인을 계측하기 위해 구조물의 기둥에 설치하는 스트레인 게이지;

   상기 스트레인 게이지를 통해 계측한 데이터를 신호처리하는 신호처리부와 상기 신호처리부를 통해 신호처리한 데이터를 데이터 분석부에 전송하는 무선 통신 모듈을 포함하는 데이터 로거; 로 이루어지는 것을 특징으로 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 데이터 계측부는 구조물에 형성된 여러개의 기둥에 스트레인 게이지를 각각 설치하여 상기 여러개의 기둥을 하나 이상의 그룹으로 분리 형성해 상기 그룹 데이터를 데이터 로거를 통해 신호처리하여 데이터 분석부에 전송하는 것을 특징으로 하는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 데이터 분석부는 그룹화된 데이터 계측부의 데이터를 그룹별로 전송받아 스트레인 게이지가 설치된 기둥들의 상단에 형성된 슬래브 부재 및 보 부재의 손상 정도 및 손상 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 스트레인을 이용한 구조물의 붕괴 징후 감지 시스템.

Images