KR101152733B1 - 스크류재하시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반의 교란을 최소화 할 수 있는 원위치시험의 한 종류이고 부피와 중량을 감소시켜 이동성이 뛰어나 육상이나 해상에서 사용가능한 스크류재하시험장치에 관한 것으로, 몸체를 이루는 테이블과, 상기 테이블의 일측에 설치되는 레일과, 상기 레일을 타고 평행운동이 가능한 슬라이더와, 상기 슬라이더에 설치되는 모터와, 일단부가 상기 테이블 상에 고정되고 타단부에 연장되는 제1스크류피스톤이 상기 모터의 출력축과 일체로 형성된 제1실린더를 가지는 압력공급부; 및 몸체를 이루는 지지빔과, 상기 지지빔의 상측에 설치되는 설치빔과, 상기 설치빔에 수직으로 연결되는 회전축과, 일단부가 상기 회전축에 고정되고 유압전달호스로 상기 제1실린더와 연결되는 제2실린더와, 상기 제2실린더로부터 삽출되는 제2피스톤에 회전가능하도록 고정되고 단부에 재하판이 형성된 재하축을 가지는 하중재하부를 포함한다.

스크류재하시험장치

Description

스크류재하시험장치{Screw Plate Loading Test Device}

본 발명은 스크류재하시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부피와 중량을 감소시켜 이동성이 뛰어나 육상이나 해상에서 사용가능한, 그리고 지반의 교란을 최소화 할 수 있는 원위치시험법인 스크류재하시험장치에 관한 것이다.

댐, 터널, 도로, 교량 등의 모든 토목구조물의 시공은 지반 위나 지반 내에서 이루어진다. 지반조사의 목적은 이들 토목구조물의 설계와 시공에 필요한 정확한 지반 정보를 획득하는데 있다. 지반은 어느 정도 물리적 특성을 조절할 수 있는 철, 콘크리트, 목재 등의 다른 토목 재료들과 그 성질이 판이하게 다르다. 토목구조물 시공 중 지반과 관련이 되는 많은 위험요소가 존재하는데 이와 같은 지반의 특성을 제대로 이해하지 못 하고 시공을 하는 경우 상당한 위험이 따를 수 있다. 또한, 기초의 붕괴, 시공지연, 공사비용의 초과 등이 지반의 성질을 잘 파악하지 못하거나 부적절한 지반조사의 결과로 인해 기인되는 경우가 상당히 많다

따라서, 지반조사에 대한 관심 및 중요성은 나날이 증가하고 있는 추세에 있 다. 일반적으로, 지반의 특성 및 토질 정수를 산출하기 위한 여러 종류의 현장역학시험과 실내시험이 실시되어지고 있는데 현장역학시험을 선호하고 있는 추세이다. 그 이유는 샘플링으로 인한 시료의 교란은 일반적으로 흙의 특성을 알기 위한 실내시험에서 오차를 발생시킬 수 있다고 알려져 있기 때문이다. 하지만 현장역학시험 또한 시험 장치 설치나 시험 중에 있어서 지반의 교란이 가장 큰 문제점으로 거론되고 있다.

또한, 최근 들어 국내의 지반조사 기술도 괄목할 만한 성장을 하고 있으며 상당한 수준에 도달하였다. 그러나 아직도 지반조사의 중요도에 대한 인식부족, 조사수량의 부족 및 누락에 따른 분석의 미 실시로 인해 지반에 대한 충분한 정보 없이 제한된 시험 데이터나 문헌에 있는 기존의 자료를 그대로 적용하는 경우가 많다. 또한, 지반조건에 따른 조사방법의 적정성을 고려하지 않고 획일적인 방법으로 조사방법을 정하는 경우도 많이 있다.

지반조사 비용도 과거에 비해서 많이 증가는 되었으나 아직도 조사에 대한 충분한 비용이 책정되고 있지 않다. 현재, 국내지반조사에 첨단장비들이 많이 사용되고 있지만 대부분이 외국에서 비싼 외화를 주고 수입된 장비를 사용하고 있다. 따라서 유지 관리 측면에서 상당한 어려움이 있는 것도 사실이다.

따라서, 지반의 교란을 최소화 하며 지반의 정확한 거동 분석이 가능한 시공성과 경제성을 겸비한 현장시험장비의 개발이 요구된다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 부피와 중량을 감소시켜 이동성이 뛰어나 육상이나 상에서 사용가능한, 그리고 지반의 교란을 최소화 할 수 있는 원위치시험법인 스크류재하시험장치를 제공하는데 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 몸체를 이루는 테이블과, 상기 테이블의 일측에 설치되어 스크류를 회전시키는 모터와, 상기 스크류에 평행하게 설치되는 레일과, 상기 스크류와 연결되어 상기 레일을 타고 평행운동이 가능한 슬라이더와, 일단부가 상기 테이블 상에 고정되고 타단부에 연장되는 제1피스톤이 상기 슬라이더에 장착되는 제1실린더를 가지는 압력공급부; 및 몸체를 이루는 지지빔과, 상기 지지빔의 상측에 설치되는 설치빔과, 상기 설치빔에 수직으로 연결되는 회전축과, 일단부가 상기 회전축에 고정되고 유압전달호스로 상기 제1실린더와 연결되는 제2실린더와, 상기 제2실린더로부터 삽출되는 제2피스톤에 회전가능하도록 고정되고 단부에 재하판이 형성된 재하축을 가지는 하중재하부를 포함하는 스크류재하시험장치이다.

상기 유압전달호스에는 압력게이지가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 레일에는 눈금이 형성되고, 상기 슬라이더에는 상기 눈금에 대응하는 기준점이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 설치빔은 상기 지지빔의 상부에 설치되어 상기 설치빔의 높이를 조절할 수 있는 리프트암의 상단부에 고정되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 재하축은 상단부에 일체로 형성된 연결피봇에 의해 상기 제2피스톤에 회전가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 테이블은 이동바퀴가 설치된 이동프레임 상에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 재하판은 상기 재하축의 하단으로부터 상측으로 이격되어 형성되며, 1회전의 나선형 오거로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 스크류재하시험 장치는 부피와 중량을 감소시켜, 이동성이 뛰어나 육상이나 해상에서 사용가능하고, 그리고 지반의 교란을 최소화 할 수 있으며, 따라서 보다 빠른 시간 내에 광범위한 연약지반 조사와 정확한 지반의 거동 특성 및 공사비 절감 및 을 기대할 수 있다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스크류재하시험장치의 개략적인 사시도이다.

상기 스크류재하시험장치는 크게 압력공급부(10)와 하중재하부(38)를 포함하여 구성된다.

상기 압력공급부(10)와 상기 하중재하부(38)는 유압전달호스(36)에 의해 연결된다.

상기 압력공급부(10)는 유압을 발생함과 동시에 측정기능을 가지고 있으며, 몸체를 이루는 테이블(12)과, 상기 테이블(12)의 일측에 설치되어 스크류(20)를 회전시키는 모터(18)와, 상기 스크류(20)에 평행하게 설치되는 레일(22)과, 상기 스크류(20)와 연결되어 상기 레일(22)을 타고 평행운동이 가능한 슬라이더(24)와, 일단부가 상기 테이블(12) 상에 고정되고 타단부에 연장되는 제1피스톤(32)이 상기 슬라이더(24)에 장착되는 제1실린더(30)를 포함하여 이루어진다.

상기 테이블(12)은 정확한 측정을 위해 평면과 수평이 되도록 설치되는 것이 바람직하며, 중량을 줄이고 이동을 용이하게 하기 위해 하부에는 이동바퀴(16)가 설치된 이동프레임(14) 상에 배치된다.

상기 모터(18)는 상기 제1실린더(30)를 충분히 가압할 수 있는 토크를 가져야 하며, 상기 모터(18)의 출력축에 일체로 고정된 상기 스크류(20)의 단부는 스크류 지지부(19)에 의해 회전가능하게 지지된다.

상기 스크류(20)는 이송피더의 역할을 하며, 상기 모터(18)의 회전력을 직선 방향의 압압력으로 변환시키는 역할을 한다.

상기 스크류(20)의 나사는 상기 슬라이더(24)의 수평운동을 용이하게 하기 위해 사각나사로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 스크류(20)의 단부를 지지하는 상기 스크류 지지부(19)는 베어링을 포함하여 상기 스크류(20)의 안정적인 회전을 보장할 수 있도록 한다.

상기 스크류(20)의 양측으로 상기 스크류(20)에 평행하게 레일(22)이 설치된다. 상기 레일(22)은 상기 피스톤(32)의 이동범위보다 길게 형성되어야 한다.

특히, 상기 레일(22)의 측면을 상기 테이블(12)의 상면에 대하여 수직하게 형성하고, 여기에 눈금을 각인함으로써, 상기 슬라이더(24)의 수평변위를 쉽게 측정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 슬라이더(24)는 상기 스크류(20)와 결합하기 위한 암나사 또는 새들이 하부에 형성되며, 양측으로 상기 레일(22)과 미끄럼접촉할 수 있는 미끄럼다리가 형성된다.

상기 슬라이더(24)의 상면에는 상기 제1피스톤(32)의 단부가 설치될 수 있는 제1실린더 이동지지부(26)가 형성된다.

그리고, 상기 스크류(20)의 길이방향으로 상기 스크류(20)의 상측에 제1실린더(30)가 설치된다. 상기 제1실린더(30)의 일단부는 상기 테이블(12)에 형성된 제1실린더 고정지지부(28)에 고정되고, 상기 제1실린더(30)에 대해 삽출운동(揷出運動)을 하는 제1피스톤(32)의 단부는 상기 제1실린더 이동지지부(26)에 고정된다.

따라서, 상기 슬라이더(24)의 수평이동에 따라, 상기 제1피스톤(32)은 함께 수평이동하여, 상기 제1실린더(30)를 가압하거나, 가압해지할 수 있다.

상기 제1실린더(30)의 일단부에는 유압전달호스(36)가 연결되어서, 상기 제1실린더(30) 내에 충진된 유압유가 이동할 수 있도록 한다.

상기 유압전달호스(36)에는 압력게이지(34)를 설치하여, 현재 가해지는 압력의 크기를 측정할 수 있도록 한다.

상기 하중재하부(38)는 몸체를 지지하는 지지빔(40)과, 상기 지지빔(40)의 상측에 설치되어 설치빔(44)의 높이를 조절하는 리프트암(42)과, 설치빔(44)에 수직으로 연결된 회전축(45)과, 일단부가 상기 회전축(45)에 고정되고 상기 유압전달호스(36)로 상기 제1실린더(30)와 연결되는 제2실린더(46)와, 상기 제2실린더(46)로부터 삽출되는 제2피스톤(48)에 고정되는 재하축(50)을 포함한다.

또한, 예를 들어 현장시험과 같이, 실외에서 측정하고자 하는 대상지반에 설치되는 경우, 상기 하중재하부(38)는 기존의 시추기에 제2실린더(46)가 연결되어 상기 지지빔(40), 리프트암(42), 설치빔(44)의 역할을 하게 된다.

상기 지지빔(40)은 본 발명의 실시예와 같이, 실내시험인 경우, 대상지반의 표본을 상부가 뚫린 상자(토조) 상부에 설치되서, 상기 제2실린더(46)를 지지하는 역할을 한다.

상기 지지빔(40)은 가볍고 이동이 용이하며 강도가 높은 알루미늄합금 등으로 제작하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 지지빔(40)의 상부에는 리프트암(42)이 설치된다. 상기 리프트암(42) 대신 길이가 변하지 않는 지지암을 설치하는 것도 가능하다. 다만, 지반과 재하축(50)의 거리가 일정하지 않으므로 리프트암(42)을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 리프트암(42)은 도 1에 도시된 바와 같이 길이조절이 용이하고, 특정한 위치에 고정가능하며, 큰 하중을 견딜 수 있는 스크류잭 형태의 기구를 사용할 수 있다.

또한, 예를 들어 현장시험과 같이, 실외에서 측정하고자 하는 대상지반에 설치되는 경우, 제2실린더(46)에 로드를 수직으로 연결하여 길이를 조절 하게 되어 상기 리프트암(42) 역할을 대신하게 된다.

상기 리프트암(42)의 상측으로 설치빔(44)이 일체로 고정되며, 상기 설치빔(44)에 상기 제2실린더(46)가 제2피스톤(48) 하방을 향하도록 설치된다.

상기 제2피스톤(48)의 하단부에는 재하축(50)이 일체로 설치된다.

상기 재하축(50)은 상기 제2피스톤(48)에 일체로 고정되어서, 상기 제2피스톤(48)의 상하운동에 따라 함께 상하로 이동하게 된다.

상기 재하축(50)은 상기 제2피스톤(48)과의 연결을 위해 상단부에 연결피봇(54)이 설치되고, 하단부에 지반과의 접촉을 위한 재하판(52)이 형성된다.

상기 연결피봇(54)은 상기 재하축(50)의 연직방향 회전이 자유롭게 이루어지도록 상기 재하축(50)과 일체인 저널과 상기 저널을 감싸면서 상기 제2피스톤(48) 결합을 위한 나사선이 형성되는 형태로 이루어진다.

상기 재하판(52)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 재하축(50)의 하단으로부터 상측으로 이격되어 형성되며, 1회전의 나선형 오거로 이루어진다.

또한, 지반의 교란을 최소화하기 위해 상기 재하판(52)과 재하축(50)의 비율이 적정 비율에 의해 제작되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 스크류재하시험장치는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이하, 상기 스크류재하시험장치의 작동방법 및 작동원리에 대해 설명한다.

먼저, 재하하중을 측정하기 위한 장소에 상기 하중재하부(38)를 설치하거나, 상기 하중재하부(38)의 지지빔(40)을 시험용 지반에 설치한다. 그리고, 상기 하중재하부(38)의 주위에 상기 압력공급부(10)를 배치한다.

그리고, 상기 하중재하부(38)의 제2실린더(46)와 상기 압력공급부(10)의 제1실린더(30)를 유압전달호스(36)로 연결한다. 이 때, 상기 유압전달호스(36)에는 압력게이지(34)가 설치된다.

그리고, 상기 하중재하부(38)의 리프트암(42)을 이용하여, 상기 재하축(50)의 재하판(52)의 지반의 표면에 닿도록 한다. 이 상태에서, 상기 회전축(45)을 회전시켜 재하판(52)을 지반에 고정한다.

그리고, 상기 모터(18)를 작동시켜 상기 스크류(20)를 회전시키면, 상기 슬라이더(24)가 상기 스크류(20)를 타고 이송하게 되고, 이와 동시에 상기 슬라이더(24)에 일체로 고정된 상기 제1피스톤(32)이 상기 제1실린더(30) 내로 삽입되게 된다.

따라서, 상기 제1실린더(30) 내의 압력은 상승하게 되고, 상기 제1실린더(30) 내의 유압유가 상기 유압전달호스(36)를 타고, 상기 제2실린더(46)로 전달 되게 되고, 상기 제2실린더(46)는 상기 제2피스톤(48)을 밀어서, 상기 재하축(50)을 하방으로 압박하게 된다.

그러므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 압력공급부(10)의 제1실린더(30)에서 발생한 유압은 하중재하부(38)의 제2실린더(48)의 제2피스톤(48)을 이동시키게 되고, 이때 밀어내려고 하는 유압과 밀리지 않으려고 하는 지층 사이의 힘을 측정하는 것으로, 재하하중을 측정할 수 있다.

즉, 발생된 하중은 상기 유압전달호스(36)에 설치된 압력게이지(34)에 의해 측정되는 압력과, 상기 제1실린더(30)의 단위면적의 곱으로 나타낼 수 있다. 또, 발생된 변위는 상기 제1피스톤(32)변위와 상기 제1실린더(30)의 단면적의 곱은, 상기 제2피스톤(48)의 변위와 상기 제2실린더(46)의 단면적의 곱과 같으므로, 이로부터 계산할 수 있다.

여기서, 상기 제1피스톤(32)의 변위는 상기 슬라이더(24)에 각인된 기준점으로 상기 레일(22)에 각인된 눈금을 읽는 것에 의해 파악할 수 있다.

또는, 상기 제1피스톤(32)의 변위는 상기 모터(18)의 회전수와 상기 스크류(20)의 리드길이의 곱으로 파악할 수 있다. 이 경우에는 상기 모터(18)의 회전수를 체크할 수 있는 카운터가 상기 모터(18)에 설치되어야 한다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스크류재하시험장치의 개략적인 정면도이다.

도 2는 도 1의 스크류재하시험장치의 재하축 및 재하판의 정면도이다.

도 3은 도 1의 스크류재하시험장치의 작동원리를 설명한 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 압력공급부 12: 테이블

14: 이동프레임 16: 이동바퀴

18: 모터 19: 스크류 지지부

20: 스크류 22: 레일

24: 슬라이더 26: 제1실린더 이동지지부

28: 제1실린더 고정지지부 30: 제1실린더

32: 제1피스톤 34: 압력게이지

36: 유압전달호스 38: 하중재하부

40: 지지빔 42: 리프트암

44: 설치빔 45: 회전축

46: 제2실린더 48: 제2피스톤

50: 재하축 52: 재하판

54: 연결피봇

Claims (7)

1. 몸체를 이루는 테이블과, 상기 테이블의 일측에 설치되어 스크류를 회전시키는 모터와, 상기 스크류에 평행하게 설치되는 레일과, 상기 스크류와 연결되어 상기 레일을 타고 평행운동이 가능한 슬라이더와, 일단부가 상기 테이블 상에 고정되고 타단부에 연장되는 제1피스톤이 상기 슬라이더에 장착되는 제1실린더를 가지는 압력공급부; 및

   몸체를 이루는 지지빔과, 상기 지지빔의 상측에 설치되는 설치빔과, 상기 설치빔에 수직으로 연결되는 회전축과, 일단부가 상기 회전축에 고정되고 유압전달호스로 상기 제1실린더와 연결되는 제2실린더와, 상기 제2실린더로부터 삽출되는 제2피스톤에 회전가능하도록 고정되고 단부에 재하판이 형성된 재하축을 가지는 하중재하부를 포함하는 스크류재하시험장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유압전달호스에는 압력게이지가 설치되는 것을 특징으로 하는 스크류재하시험장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 레일에는 눈금이 형성되고, 상기 슬라이더에는 상기 눈금에 대응하는 기준점이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크류재하시험장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 설치빔은 상기 지지빔의 상부에 설치되어 상기 설치빔의 높이를 조절할 수 있는 리프트암의 상단부에 고정되는 것을 특징으로 하는 스크류재하시험장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 재하축은 상단부에 일체로 형성된 연결피봇에 의해 상기 제2피스톤에 회전가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 스크류재하시험장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 테이블은 이동바퀴가 설치된 이동프레임 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크류재하시험장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 재하판은 상기 재하축의 하단으로부터 상측으로 이격되어 형성되며, 1회전의 나선형 오거로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크류재하시험장치.

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