KR101105369B1

KR101105369B1 - 광섬유 변형률 센서를 이용한 교량 바닥판의 상대처짐량 측정장치 및 상대처짐 측정방법

Info

Publication number: KR101105369B1
Application number: KR1020090119463A
Authority: KR
Inventors: 박성용; 조근희; 김성태
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2012-01-16
Also published as: KR20110062674A

Abstract

본 발명은 교축방향으로 설치되는 주형과 그 상부에 설치된 바닥판으로 이루어진 교량에서 바닥판의 상대적인 처짐량 즉, 주형에 대한 바닥판의 상대처짐량을, 광섬유 변형률 센서를 이용하여 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 교량 바닥판의 상대처짐량 측정장치 및 상대처짐 측정방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 교축방향으로 연장되어 있고 횡방향으로 간격을 두고 배치되는 주형(100)과 상기 주형(100) 위에 설치되는 바닥판(200)으로 이루어진 교량에서 상기 바닥판(200)의 상대처짐량을 측정하기 위한 측정장치로서, 나란한 2개의 주형(100) 사이에 횡방향으로 가로질러 배치되는 받침대(500)와; 각각 바닥판(200)의 하면과 상기 받침대(500)의 상면에 결합되며 서로 수직한 위치에 존재하게 되는 한 쌍의 결합부재(2)와; 광섬유(4)의 변형에 의해 유발되는 빛의 변화를 측정하여 변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서(3)가 구비되어 있으며 긴장된 상태로 양단이 각각 상기 결합부재(2)에 고정되어 수직하게 배치되는 광섬유(4)를 포함하여 구성되어; 바닥판(200)에 처짐이 발생하여 광섬유(4)의 긴장 상태가 변함으로써 유발되는 변형을 측정하여 바닥판(200)의 상대처짐량을 측정하게 되는 것을 특징으로 하는 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치, 및 측정방법이 제공된다.

Description

광섬유 변형률 센서를 이용한 교량 바닥판의 상대처짐량 측정장치 및 상대처짐 측정방법{Apparatus and Method for Measuring Deflection of Bridge Plate using Fiber Bragg Grating Sensor}

본 발명은 광섬유 변형률 센서를 이용한 교량 바닥판의 상대처짐량 측정장치 및 상대처짐 측정방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 교축방향으로 설치되는 주형과 그 상부에 설치된 바닥판으로 이루어진 교량에서 바닥판의 상대적인 처짐량 즉, 주형에 대한 바닥판의 상대처짐량을, 광섬유 변형률 센서를 이용하여 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 교량 바닥판의 상대처짐량 측정장치 및 상대처짐 측정방법에 관한 것이다.

도 1에는 교축 방향으로 배치되는 주형(100) 위에 바닥판(200)이 설치되어 있는 교량을 하부에서 올려다본 상태의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 선 A-A 방향의 단면도 즉, 교축방향의 단면도로서, 종래 기술에 따라 바닥판(200)의 상대적인 처짐량을 측정하는 상태를 보여주는 단면도가 도시되어 있 다.

교축 방향으로 배치되는 주형(100) 위에 바닥판(200)이 설치되어 있는 교량에서, 처짐이 발행하지 않는 고정점을 기준으로 바닥판(200)의 처짐량을 구한 절대처짐량을 측정하는 것도 중요하지만, 주형(100)에 대한 바닥판(200)의 상대적인 처짐량(상대처짐량)을 정확하게 측정하는 것도 매우 중요하다. 왜냐하면 바닥판(200)의 하중 저항 능력이나 단면 강성 등은 바닥판(200)과 주형(거더)(100)의 처짐량이 합해진 절대처짐량 보다는 바닥판(200)만의 처짐량, 즉 주형(100)에 대한 바닥판(200)의 상대처짐량에 더 깊은 관계가 있기 때문이다.

이러한 바닥판의 상대처짐량을 측정하기 위해서, 종래에는 주형만의 절대처짐량과 바닥판의 절대처짐량을 측정하여 이의 차이를 통해 바닥판의 상대처짐량을 구하거나 도 2에 도시된 것처럼, 이웃하는 2개의 주형(100) 사이에 횡방향(교축직각 방향)으로 받침대(500)를 걸쳐지게 설치하고, 받침대(500) 위에 고정대(400)를 설치하고 바닥판(200)의 하부에는 LVDT 장치(300)를 설치하여 바닥판(200)의 상대처짐량을 LVDT 장치(300)에 의해 측정하였다.

그런데 주형(100)에 대한 바닥판(200)의 상대처짐량은 1mm 미만의 미세한 변위인 경우가 대부분이기 때문에 측정 정밀도가 매우 높은 변위계가 요구되고, 더 나아가 LVDT 장치(300)를 설치할 때 기울어짐 등이 발생하게 되면, LVDT 장치(300)의 측정값에는 바닥판(200)의 상대처짐량 이상의 큰 측정오차가 발생하게 되므로, LVDT 장치(300)에 의한 측정값의 신뢰도가 매우 낮다는 단점이 있다.

이와 같이 LVDT 장치(300)를 이용하여 교량의 바닥판(200)에 발생하는 상대 처짐량을 정밀하게, 그리고 정확하게 측정하는 데는 한계가 있으며, 따라서 이러한 한계를 극복할 수 있는 기술의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 단점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 주형과 바닥판으로 이루어진 교량에서 바닥판의 상대처짐량을 정확하고 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 교축방향으로 연장되어 있고 횡방향으로 간격을 두고 배치되는 주형과 상기 주형 위에 설치되는 바닥판으로 이루어진 교량에서 상기 바닥판의 상대처짐량을 측정하기 위한 측정장치로서, 나란한 2개의 주형 사이에 횡방향으로 가로질러 배치되는 받침대와; 각각 바닥판의 하면과 상기 받침대의 상면에 결합되며 서로 수직한 위치에 존재하게 되는 한 쌍의 결합부재와; 광섬유의 변형에 의해 유발되는 빛의 변화를 측정하여 변형률을 측정하는 변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서가 구비되어 있으며 긴장된 상태로 양단이 각각 상기 결합부재에 고정되어 수직하게 배치되는 광섬유를 포함하여 구성되어; 바닥판에 처짐이 발생하여 광섬유의 긴장 상태가 변함으로써 유발되는 변형을 측정하여 바닥판의 상대처짐량을 측정하게 되는 것을 특징으로 하는 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치와, 이러한 측정장치를 이용하여 바닥판의 상대처짐량을 측정하는 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 측정정밀도가 매우 높은 광섬유 변형율 센서를 바닥판의 상대처짐량 측정에 적합한 방식으로 이용할 수 있도록 측정장치를 구현함으로써, LVDT 장치를 이용한 종래의 측정기술에 비하여 더 정밀하고 정확하게 바닥판의 미소한 상대처짐량을 측정할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 3에는 도 2에 대응되는 단면도로서, 본 발명의 일실시예에 따른 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치(1)를 이용하여 바닥판(300)의 상대처짐량을 측정하는 상태를 보여주는 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치(1)는, 각각 교량 바닥판(200)의 하면과 양측 주형(100) 사이에 횡방향으로 가로질러 배치되는 받침대(500)에 결합되는 한 쌍의 결합부재(2)와, 변형률을 측정하는 광섬 유 변형률 센서(3)가 구비되어 있으며 긴장된 상태로 양단이 각각 상기 결합부재(2)에 고정되는 광섬유(4)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 한 쌍의 결합부재(2) 각각에는 광섬유(4)의 단부가 각각 고정되는 고정대(21)가 구비되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼 상기 고정대(21)는 광섬유(4)가 감겨서 고정될 수 있도록 돌출된 부재로 이루어질 수 있다.

광섬유(4)에는 광섬유 변형율 센서(3)가 구비되어 있는데, 상기 광섬유 변형율 센서(3)는, 광섬유(4)의 변형에 의해 유발되는 빛의 변화를 측정하여 변형률을 측정하는 센서이며, 이러한 광섬유 변형률 센서(3)의 일예로는, 광섬유에 격자(grating)를 형성하고 광섬유에 유발된 변형에 의해 발생하게 되는 격자에서의 굴절 변화를 측정하여 변형률을 정확하게 측정하는 공지의 격자 광섬유 변형률 센서(Fiber Bragg Grating 광섬유 센서/ "FBG 센서"라고도 부름)가 있다.

위와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치(1)를 이용하여 교량 바닥판(200)의 상대처짐량을 측정하는 방법에 대해 설명한다.

도 3에 도시된 것처럼, 교축방향으로 길게 배치되어 있되 횡방향으로는 간격을 두고 위치하는 2개의 주형(100) 사이에 받침대(500)를 횡방향으로 가로질러 배치한다. 도면에 도시된 것처럼 주형(100)의 하부 플랜지에 받침대(500)의 양단이 놓이도록 할 수 있다. 이 때, 받침대(500)의 위치가 고정되도록 볼트 등의 부재가 주형(100)의 하부 플랜지와 받침대(500)를 동시에 관통하여 체결되도록 할 수 있다.

한 쌍의 결합부재(2)를 각각 교량 바닥판(200)의 하면과, 그에 수직하게 대응되는 위치의 받침대(500) 상면에 견고하게 결합하여 고정한다. 받침대(500)가 강재로 이루어진 경우에는, 그에 결합되는 결합부재(2)를 자석 부재로 형성하여 간편하게 부착할 수 있다. 바닥판(200)의 하면에 대해서는 에폭시 등의 접착제를 이용하여 결합부재(2)를 견고하게 부착할 수 있다.

이와 같이 한 쌍의 결합부재(2)가 각각 교량 바닥판(200)의 하면과 받침대(500)의 상면에 수직한 위치에 결합된 상태에서, 광섬유 변형율 센서(3)가 구비되어 있는 광섬유(4)를 당겨서 인장방향의 프리스트레인(pre-strain)을 가한 상태로 그 양단이 상기 결합부재(2) 각각에 고정되도록 한다. 도면에 예시된 것처럼, 돌출된 부재 형태로 이루어져 결합부재(2)에 구비된 고정대(21)에 광섬유(4)의 일단을 감아서 고정한 후, 광섬유(4)의 타단을 당겨서 인장시킨 상태에서 그 단부를 다른 결합부재(2)의 고정대(21)에 감아서 고정하는 방식을 이용할 수 있다. 광섬유(4)의 양쪽 최종 단부에는, 광섬유(4)로부터의 신호를 데이터측정장치(미도시)로 전송하기 위한 커넥터(12)가 구비될 수 있다.

이와 같은 방식으로 본 발명에 따른 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치(1)가 교량 바닥판(200)의 하면에 설치된 상태에서, 교량 바닥판(200) 상부에 작용하는 하중이 작용하게 되면 주형(100)과 바닥판(200)에 처짐이 발생한다. 앞서 언급한 것처럼, 주형(100) 사이에서 바닥판(200)에 처짐이 발생하게 되면, 그에 따라 광섬유(4)의 긴장 상태 즉, 프리스트레인 상태가 변하게 되는데, 이러한 광섬유의 변형에 의해 유발되는 빛의 변화를 상기 광섬유 변형율 센서(3)가 측정함으로써, 바닥 판(200)의 처짐량 즉, 바닥판(200)의 상대처짐량을 정확하게 측정하게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는, 측정정밀도가 매우 높은 광섬유 변형율 센서(3)를 바닥판(200)의 상대처짐량 측정에 적합한 방식으로 이용할 수 있도록 측정장치를 구현함으로써, LVDT 장치(300)를 이용한 종래의 측정기술에 비하여 더 정밀하고 정확하게 바닥판(200)의 미소한 상대처짐량을 측정할 수 있게 된다.

도 4에는 본 발명의 또다른 실시예에 대한 도 3에 대응되는 단면도가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 실시예에 의한 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치(1)에는 광섬유 변형율 센서(3)와 광섬유(4)의 보호를 위한 보호관(6)이 더 구비되어 있다. 즉, 수직하게 배치되는 광섬유(4)가 내부에 위치하도록, 한 쌍의 결합부재(2)에 걸쳐 보호관(6)이 설치되는 것이다. 보호관(6)의 양단에 결합부재(2)가 끼워진 상태에서, 필요에 따라서는 고정핀을 보호관(6)에 관통시켜 결합부재(2)에 고정되도록 함으로써, 보호관(6)의 단부가 결합부재(2)에 결합되도록 할 수 있다. 또한 주형(100)의 높이가 변화하여 광섬유(4)의 길이가 달라지는 경우를 대비하여 상기 보호관(6)은 그 길이의 변화가 가능하도록 주름관 형태로 제작되는 것이 바람직하다. 이와 같이 보호관(6)을 더 구비함으로써, 조류의 충돌이나 기타 예기치 못한 외력에 의해 광섬유 변형율 센서(3) 또는 광섬유(4)가 손상되는 것을 사전에 방지할 수 있게 된다.

한편, 도 4에 도시된 것처럼, 광섬유(4)는 고정대(21)를 양쪽으로 감아서 한 쌍으로 설치될 수도 있다. 하나의 광섬유 변형율 센서(3)는 프리스트레인을 가한 상태로 고정하여 물리적인 변형과 온도에 반응하도록 하고, 다른 하나는 느슨하게 설치하여 온도에 대해서만 반응하도록 하여, 광섬유 변형율 센서의 온도보정에 의한 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하는 구성도 가능하다.

도 1은 교축 방향으로 배치되는 주형 위에 바닥판이 설치되어 있는 교량을 하부에서 올려다본 상태의 개략적인 사시도이다.

도 2는 도 1의 선 A-A 방향의 단면도로서, 종래 기술에 따라 바닥판의 상대적인 처짐량을 측정하는 상태를 보여주는 단면도이다.

도 3은 도 2에 대응되는 단면도로서, 본 발명의 일실시예에 따른 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치를 이용하여 바닥판의 상대처짐량을 측정하는 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 4는 도 3에 대응되는 단면도로서, 광섬유 변형율 센서와 광섬유의 보호를 위한 보호관(6)이 더 구비되어 있는 본 발명의 또다른 실시예에 대한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 결합부재

3 : 광섬유 센서

4 : 광섬유

Claims

교축방향으로 연장되어 있고 횡방향으로 간격을 두고 배치되는 주형(100)과 상기 주형(100) 위에 설치되는 바닥판(200)으로 이루어진 교량에서 상기 바닥판(200)의 상대처짐량을 측정하기 위한 측정장치로서,

나란한 2개의 주형(100) 사이에 횡방향으로 가로질러 배치되는 받침대(500)와;

각각 바닥판(200)의 하면과 상기 받침대(500)의 상면에 결합되며 서로 수직한 위치에 존재하게 되는 한 쌍의 결합부재(2)와;

광섬유(4)의 변형에 의해 유발되는 빛의 변화를 측정하여 변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서(3)가 구비되어 있으며 긴장된 상태로 양단이 각각 상기 결합부재(2)에 고정되어 수직하게 배치되는 광섬유(4)를 포함하여 구성되어;

바닥판(200)에 처짐이 발생하여 광섬유(4)의 긴장 상태가 변함으로써 유발되는 변형을 측정하여 바닥판(200)의 상대처짐량을 측정하게 되는 것을 특징으로 하는 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 광섬유(4)를 보호하기 위하여, 상기 광섬유(4)가 내부에 위치하도록 상기 한 쌍의 결합부재(2)에 걸쳐 보호관(6)이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치.
제2항에 있어서,

상기 보호관(6)은 길이의 신축이 가능한 주름관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한 쌍의 결합부재(2) 각각에는 광섬유(4)의 단부가 각각 고정되는 고정대(21)가 구비되어 있는데,

상기 고정대(21)는 돌출된 부재로 이루어지고;

광섬유(4)는 상기 고정대(21)에 감겨서 고정되는 것을 특징으로 하는 교량 바닥판 상대처짐량 측정장치.
교축방향으로 연장되어 있고 횡방향으로 간격을 두고 배치되는 주형(100)과 상기 주형(100) 위에 설치되는 바닥판(200)으로 이루어진 교량에서 상기 바닥판(200)의 상대처짐량을 측정하는 방법으로서,

나란한 2개의 주형(100) 사이에 횡방향으로 가로질러 받침대(500)를 설치하고;

한 쌍의 결합부재(2)를 서로 수직한 위치에 존재하도록 각각 바닥판(200)의 하면과 상기 받침대(500)의 상면에 결합하여 설치하고;

광섬유(4)의 변형에 의해 유발되는 빛의 변화를 측정하여 변형률을 측정하는 변형률을 측정하는 광섬유 변형률 센서(3)가 구비되어 있는 광섬유(4)를 긴장시킨 상태로 그 양단을 각각 상기 결합부재(2)에 고정하여 수직하게 배치하여;

바닥판(200)에 처짐이 발생하여 광섬유(4)의 긴장 상태가 변함으로써 유발되는 변형을 측정하여 바닥판(200)의 상대처짐량을 측정하게 되는 것을 특징으로 하는 교량 바닥판 상대처짐량 측정방법.