KR101195955B1 - 수평 및 수직이동에 따른 회전 경사각 측정을 이용한 구조물의 대변위 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변위측정 대상 구조물의 변위에 의해 부재가 회전하면서 발생하는 경사도를 측정함으로써, 1m 이상의 대변위도 정확하게 측정할 수 있는 대변위 측정장치에 관한 것이다.
본 발명에서는, 고정부재(20)와; 상기 고정부재(20)에 연결되어 회전가능한 회전부재(10)와; 변위측정 대상 구조물에 부착되며 수직방향으로 길게 슬라이딩부(41)가 형성되어 있는 구조물 부착부재(40)와; 일단은 상기 회전부재(10)에 대해 회전가능하게 연결되고 타단은 상기 구조물 부착부재(40)에 대해 회전가능하고 상기 슬라이딩부(41)를 따라 수직하게 이동할 수 있게 연결되는 이동부재(30)와; 상기 회전부재(10)의 기울어진 정도를 측정하는 경사계(70)를 포함하여 구성되며; 변위측정 대상 구조물에 변위가 발생하게 되면, 상기 이동부재(30)의 타단에 형성된 제3슬라이딩부(42)가 상기 슬라이딩부(41)를 따라 수직 이동함과 동시에 상기 이동부재(30)는 변위측정 대상 구조물과 함께 직선으로 이동하게 되고, 상기 이동부재(30)의 일단과 결합되어 있던 회전부재(10)가 이동부재(30)의 이동방향으로 회전하면서 기울어지게 되며, 상기 경사계(70)에 의해 회전부재(10)의 경사도를 측정하여 변위측정 대상 구조물의 변위를 측정하게 되는 것을 특징으로 하는 대변위 측정장치가 제공된다.

Description

수평 및 수직이동에 따른 회전 경사각 측정을 이용한 구조물의 대변위 측정장치{Measuring Apparatus of Large Displacement Using Inclinometer}

본 발명은 수평 및 수직이동에 따른 회전 경사각 측정을 이용한 구조물의 대변위 측정장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 변위측정 대상 구조물의 변위에 의해 부재가 회전하면서 발생하는 경사도를 측정함으로써, 1m 이상의 대변위도 정확하게 측정할 수 있는 대변위 측정장치에 관한 것이다.

교량에서 교각이나 교대 위에 설치되는 상부구조물은, 수평하중이나 온도변화에 의해 수평방향으로 변위가 발생하게 된다. 최근에는 교량 지간의 장대화가 이루어지고 특수한 형태의 교량 시공이 증가하는 추세에 있는데, 이러한 장대 교량 등의 경우, 양측 지간의 상부구조물이 놓이는 교각 위 또는 교량 단부의 교대 위에서 온도변화 등에 의해서 발생하는 상부구조물의 수평변위는 1 m 이상이 되고 있다.

종래에 거더의 수직변위 등을 측정하는 변위계는 본체 내에 탄성스프링을 내장하고 있고, 탄성스프링에 의해 측정봉이 외부로 진출되어 측정봉의 단부가 구조물에 접촉한 상태에서, 구조물의 변위에 의해 측정봉이 외부로 더 진출하거나 또는 측정봉이 본체 내로 밀려들어오는 길이를 측정함으로써 구조물의 변위를 측정하는 방식을 가지고 있었다. 그러나 이러한 종래의 스프링을 이용한 변위계로는 1 m 이상의 대변위를 정밀하게 측정하는 것이 실질적으로 불가능하다.

이에 대한 대안으로서, 교대 등에 와이어의 일단을 고정하고 변위가 일어나는 상부구조물에는 와이어의 타단을 연결하여 상부구조물의 변위에 의해 와이어가 신축되면 그 신축량을 측정하는 와이어 방식의 변위계가 제시되었다. 이러한 와이어 방식의 변위계로 1 m 이상의 대변위를 측정할 수는 있으나, 와이어의 길이가 길어짐에 따라 바람 등에 의해 와이어 자체가 영향을 많이 받게 되어 정확한 대변위의 측정이 어렵고, 와이어를 신장하는 방향으로의 변위는 측정할 수 있으나 와이어를 수축시키는 방향으로의 변위는 측정할 수 없다는 단점이 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 장대교량의 교각 위에 배치되는 양측 상부구조물 사이, 또는 교대와 상부구조물 사이 등에서 발생하는 대변형도 바람과 같은 외부 환경에 구애받지 않고 정확하게 측정할 수 있는 대변위 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 변위측정 기준점에 고정 설치되는 고정부재와; 변위측정 기준점에 고정 설치되는 고정부재와; 제1힌지부에 의해 하단이 상기 고정부재에 연결되어 하나의 가상 회전기준면에서 회전가능하며 길게 연장되어 있는 회전부재와; 변위측정 대상 구조물에 부착되며 수직방향으로 길게 슬라이딩부가 형성되어 있는 구조물 부착부재와; 상기 회전부재의 회전기준면 또는 그와 나란한 면에 배치되며, 일단은 제2힌지부에 의해 상기 회전부재에 대해 회전가능하게 연결되고 타단은 제3힌지부에 의해 상기 구조물 부착부재에 대해 회전가능하고 상기 구조물 부착부재의 슬라이딩부를 따라 수직하게 이동할 수 있게 연결되는 이동부재와; 상기 회전부재에 구비되어 상기 회전부재가 회전기준면에서 회전하여 기울어진 정도를 측정하는 경사계를 포함하여 구성되며; 변위측정 대상 구조물에 변위가 발생하게 되면, 상기 이동부재의 타단에 형성된 제3힌지부가 상기 슬라이딩부를 따라 수직 이동함과 동시에 상기 이동부재는 변위측정 대상 구조물과 함께 직선으로 이동하게 되고, 상기 이동부재의 일단과 결합되어 있던 회전부재가 이동부재의 이동방향으로 회전하면서 기울어지게 되며, 상기 경사계에 의해 회전부재의 경사도를 측정하여 변위측정 대상 구조물의 변위를 측정하게 되는 것을 특징으로 하는 대변위 측정장치가 제공된다.

이러한 본 발명에 있어서, 상기 슬라이딩부는 장공으로 이루어지고; 제3힌지부를 이루는 힌지핀이 상기 장공에 끼워진 상태에서 이동하게 구성될 수도 있고, 상기 고정부재 또는 상기 구조물 부착부재는 원하는 위치에 설치하고 측정이 완료된 후에는 제거할 수 있게 탈부착이 가능한 상태로 고정 설치되도록, 자성을 띄게 되는 마그네틱 부재로 이루어질 수도 있다.

본 발명에 의하면, 거더 등과 같은 변위측정 대상 구조물에 1 m 또는 이상의 큰 변위가 발생하더라도, 그 변위 크기에 구애받지 않고 정확하게 변위를 측정할 수 있게 된다. 따라서 장대교량이 특수교량 또는 기타 다양한 구조물에서 발생하는 1 m 이상의 큰 변위를 정확하게 측정할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서 경사계로서 공지의 전자식 경사계를 이용하고, 경사계에 송신장치를 연결하여 송신장치를 통해서 측정된 경사도가 관리자에게 송신되도록 구성하게 되면 원격지에서도 관리자가 지속적으로 대변위를 측정할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 본 발명에 따른 대변위 측정장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 대변위 측정장치가, 교량의 교대와 교량 상부구조물의 거더 사이에 배치된 상태를 보여주는 개략적인 측면 설치도이다.
도 3은 도 2에서 거더가 교대의 전면으로부터 멀어지는 방향으로 수평 변위되었을 때, 본 발명의 대변위 측정장치가 변형된 상태를 보여주는 개략적인 측면 설치도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 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.

본 발명에 따른 대변위 측정장치는, 구조물에 변위가 발생하는 경우, 그 변위 발생 방향으로 직선 왕복 운동이 일어나게 하고, 이러한 직선 왕복 운동으로 인하여 회전변위가 발생하도록 함으로써, 회전변위를 측정하여 구조물의 변위를 측정하게 되는 구조를 가지고 있다.

도 1에는 본 발명에 따른 대변위 측정장치(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 변위 측정장치(1)는, 변위측정 기준점에 고정 설치되는 고정부재(20)와, 제1힌지부(11)에 의해 하단이 상기 고정부재(20)에 연결되어 하나의 가상 회전기준면에서 회전가능하며 길게 연장되어 있는 회전부재(10)와, 변위측정 대상 구조물에 부착되며 수직방향으로 길게 슬라이딩부(41)가 형성되어 있는 구조물 부착부재(40)와, 상기 회전부재(10)의 회전기준면 또는 그와 나란한 면에서 변위측정 대상 구조물의 변위 발생 방향과 나란하게 배치되며 일단은 제2힌지부(13)에 의해 상기 회전부재(10)에 대해 회전가능하게 연결되고 타단은 상기 구조물 부착부재(40)에 대해 회전가능하고 상기 구조물 부착부재(40)의 슬라이딩부(41)를 따라 수직하게 이동할 수 있게 연결되는 이동부재(30)와, 상기 회전부재(10)에 구비되어 상기 회전부재(10)가 회전기준면에서 회전하여 기울어진 정도를 측정하는 경사계(70)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 본 발명의 대변위 측정장치(1)에서, 고정부재(20)는 변위측정 기준점에 고정 설치되는데, 원하는 위치에 설치하고 측정이 완료된 후에는 제거할 수 있도록 탈부착이 가능한 상태로 고정 설치되도록 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 필요에 따라 자성을 띄게 되는 마그네틱을 이용하여 고정부재(20)를 제작할 수 있는 것이다. 그러나 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다.

상기 고정부재(20)에는 회전부재(10)의 하단이 제1힌지부(11)를 통해 회전가능하게 연결되는데, 상기 회전부재(10)는 하나의 2차원의 가상 평면 즉, 회전기준면에서만 회전가능하다. 상기 회전부재(10)는 긴 막대 부재로 이루어질 수 있으며, 상부에는 상기 이동부재(30)의 일단이 제2힌지부(13)에 의해 회전가능하게 연결된다.

상기 구조물 부착부재(40)는 변위측정 대상 구조물에 부착되는 부재인데, 변위측정 대상 구조물의 원하는 위치에 설치하고 측정이 완료된 후에는 제거할 수 있도록 탈부착이 가능한 상태로 고정 설치되도록 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 필요에 따라 자성을 띄게 되는 마그네틱을 이용하여 상기 구조물 부착부재(40)를 제작할 수 있는 것이다. 그러나 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 변위측정 대상 구조물에 별도의 고정구를 설치하고 상기 구조물 부착부재(40)와 상기 고정구를 볼트 등을 이용하여 견고하게 연결할 수도 있는 것이다.

한편, 상기 구조물 부착부재(40)는 수직하게 긴 부재로 제작될 수 있으며, 그 길이 방향으로 수직방향으로 길게 슬라이딩부(41)가 형성되어 있어 있다.

상기 구조물 부착부재(40)에는 제3힌지부(42)에 의해 이동부재(30)의 타단이 회전 및 수직이동이 가능하게 연결된다. 상기 이동부재(30)는 막대부재로 구성될 수 있는데, 예를 들어, 상기 슬라이딩부(41)를 장공으로 만들고, 상기 슬라이딩부(41)에 힌지핀(420)을 끼워서 장공을 따라 이동할 수 있게 하고, 상기 힌지핀(420)에 상기 이동부재(20)의 타단을 회전가능하게 연결하는 형태로 구성할 수 있다. 그러나 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다.

상기 이동부재(30)는 상기 회전부재(10)의 회전기준면 또는 그와 나란한 가상의 면에 위치하여 그 일단은 회전부재(10)에 결합되는데, 제2힌지부(13)에 의해 회전부재(10)에 대해 회전가능하게 결합된다.

후술하는 것처럼, 상기 이동부재(30)는, 변위측정 대상 구조물의 위치가 변화될 때, 변위측정 대상 구조물과 함께 이동하게 되고, 그에 따라 회전부재(10)는 제1힌지부(11)에 의해 회전기준면을 따라 회전하여 기울어지게 된다. 이러한 회전부재(10)의 기울어진 정도 즉, 경사도를 측정하기 위하여 경사계(70)가 구비된다. 도면에 도시된 것처럼, 상기 경사계(70)는 회전부재(10)에 일체로 구비될 수 있는데, 상기 경사계(70)에 의해 측정된 회전부재(10)의 경사도 즉, 수직선으로부터 회전부재(10)가 경사진 각도를 측정하게 되면, 경사계(70)와 연결되어 있는 송신장치(도면에서는 도시를 생략함)를 통해 측정된 경사도가 관리자에게 송신되도록 구성될 수도 있다. 즉, 공지의 전자식 경사계(70)를 이용하여 측정된 기울어진 정도에 대한 데이터를 원격지에 전달할 수 있도록 구성할 수 있는 것이다. 물론 종래의 단순한 아날로그 방식의 경사계(70)를 이용할 수도 있다.

도 2에는 도 1에 도시된 대변위 측정장치(1)가, 교량의 교대(100)와 교량 상부구조물의 거더(200) 사이에 배치된 상태를 보여주는 개략적인 측면 설치도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2에서 거더(200)가 교대(100)의 전면으로부터 멀어지는 방향으로 수평 변위되었을 때, 본 발명의 대변위 측정장치(1)가 변형된 상태를 보여주는 개략적인 측면 설치도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 것처럼, 교량의 교대(100)에 놓인 교량 상부구조물의 거더(200) 수평 변위 즉, 거더(200)와 교대(100)의 전면 사이 간격의 변화를 측정하기 위하여 본 발명의 대변위 측정장치(1)를 사용하는 경우, 회전부재(10)는 그 하단에 힌지 연결된 고정부재(20)에 의해 교대(100)의 상면에 설치되며, 이동부재(30)는 그 일단이 상기 회전부재(10)에 회전 가능하게 연결되고 타단은 제3힌지부(42)에 의해 구조물 부착부재(40)의 슬라이딩부(41)에 회전 가능하고 수직한 방향으로 이동가능하게 결합된 상태이며, 상기 구조물 부착부재(40)는 거더(200)에 결합 설치된 상태가 된다.

도 3에서 점선으로 그려진 것은 거더(200)에 변위가 발생하기 전의 상태이고 도 3에서 실선으로 그려진 것은 거더(200)에 변위가 발생한 상태를 도시한 것인데, 거더(200)에 수평 변위가 발생하여 거더(200)가 교대(100)의 전면으로부터 멀어지게 되면, 이동부재(30)의 타단에 형성된 제3힌지부(42)는 회전과 동시에 구조물 부착부재(40)의 슬라이딩부(41)에서 수직하게 이동하게 되며, 그에 따라 이동부재(30)는 거더(200)와 함께 이동하게 된다. 그 결과, 이동부재(30)의 일단과 그 상부가 제2힌지부(13)에 의해 회전가능하게 연결되어 있던 회전부재(10)는, 이동부재(30)가 이동하는 방향으로 기울어지게 된다. 회전부재(10)에 구비된 경사계(70)는 회전부재(10)의 기울기 즉, 수평선과 회전부재(10) 사이의 각도(도 3의 각도 A) 또는 변위 발생전 회전부재(10)가 서있던 수직위치로부터 기울어진 상태의 회전부재(10)까지의 각도(도 3의 각도 B)를 측정하게 된다. 회전부재(10)에서 이동부재(30)의 일단이 결합되어 있는 위치까지의 길이(도 2의 도면부호 H)는 대변위 측정장치(1)를 설치할 당시부터 기지의 값으로 알고 있으므로, 이와 같이 경사계(70)를 통해서 회전부재(10)의 기울기 또는 경사도를 측정하게 되면, 삼각함수를 이용하여 이동부재(30)의 이동거리 즉, 거더(200)의 변위를 측정할 수 있게 된다.

물론 거더(200)가 교대(100)의 전면 방향으로 다가오는 형태로 변위가 발생하는 경우도, 위에서 설명한 것과 마찬가지로 회전부재(10)의 경사도를 측정함으로써, 이동부재(30)의 이동거리를 측정하게 되고, 그에 따라 거더(200)의 변위를 측정할 수 있게 된다.

위와 같은 본 발명의 구성에서는 거더(200)의 변위 측정 범위는 구조물 부착부재(40)의 슬라이딩부(41)의 길이에 의해 결정된다. 즉, 슬라이딩부(41)의 길이를 충분히 길게 하게 되면 거더(200)에 1 m 또는 이상의 큰 변위가 발생하더라도, 그 변위 크기에 구애받지 않고 정확하게 변위를 측정할 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 대변위 측정장치(1)에 의하면, 장대교량이나 특수교량 또는 기타 다양한 구조물에서 발생하는 1 m 이상의 큰 변위도 정확하게 측정할 수 있게 되는 것이다.

특히, 경사계(70)로서 공지의 전자식 경사계를 이용하고, 경사계(70)에 송신장치를 연결하여 송신장치를 통해서 측정된 경사도가 관리자에게 송신되도록 구성하게 되면 원격지에서도 관리자가 지속적으로 대변위를 측정할 수 있다. 상기 송신장치는 무선으로 관리자에게 신호를 보내는 무선송신장치로 구성되는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3에서 부재번호 50과 60은 각각 거더(200)와 교대(100) 사이에 설치되는 버퍼(50)와 신축이음장치(60)이며, 부재번호 80은 거더(200)의 하면에 배치되는 교량받침(80)이다. 상기 버퍼(50)는 거더(200)에 과도한 변위가 발생하여 신축이음장치(60)에 손상이 발생하는 것을 방지하는 일종의 댐퍼 기능의 장치인데, 반드시 필요한 것은 아니며, 필요에 따라 선택적으로 설치하는 부재이다.

10: 회전부재, 20: 고정부재, 30: 이동부재, 40: 구조물 부착부재, 70: 경사계

Claims (3)

1. 변위측정 기준점에 고정 설치되는 고정부재(20)와;
   제1힌지부(11)에 의해 하단이 상기 고정부재(20)에 연결되어 하나의 가상 회전기준면에서 회전가능하며 길게 연장되어 있는 회전부재(10)와;
   수직하게 연장된 부재로 이루어지고 수직방향으로 길게 슬라이딩부(41)가 형성되어 있으며, 상기 슬라이딩부(41)와 나란한 수직측면이 변위측정 대상 구조물에 부착되는 구조물 부착부재(40)와;
   상기 회전부재(10)의 회전기준면 또는 그와 나란한 면에 배치되며, 일단은 제2힌지부(13)에 의해 상기 회전부재(10)에 대해 회전가능하게 연결되고 타단은 제3힌지부(42)에 의해 상기 구조물 부착부재(40)에 대해 회전가능하고 상기 구조물 부착부재(40)의 슬라이딩부(41)를 따라 수직하게 이동할 수 있게 연결되어 변위측정 대상 구조물의 변위 발생방향과 나란하게 길게 연장된 상태로 배치되어 있는 막대형상의 이동부재(30)와;
   상기 회전부재(10)에 구비되어 있고, 상기 회전부재(10)가 회전기준면에서 회전하여 기울어지면 상기 회전부재(10)의 기울어진 정도를 측정하는 경사계(70)를 포함하여 구성되며;
   변위측정 대상 구조물에 변위가 발생하게 되면, 상기 이동부재(30)의 타단에 형성된 제3힌지부(42)가 상기 슬라이딩부(41)를 따라 이동함과 동시에, 상기 이동부재(30)는 변위측정 대상 구조물의 변위 발생전의 상태와 동일한 방향으로 길게 연장되어 배치된 상태에서 회전되지 않은 채로 상기 변위측정 대상 구조물과 함께 직선으로 이동하게 되고, 상기 이동부재(30)의 일단과 결합되어 있던 회전부재(10)가 이동부재(30)의 이동방향으로 회전하면서 기울어지게 되며, 상기 경사계(70)에 의해 회전부재(10)의 경사도를 측정하여 변위측정 대상 구조물의 변위를 측정하게 되는 것을 특징으로 하는 대변위 측정장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 슬라이딩부(41)는 장공으로 이루어지고;
   제3힌지부(42)를 이루는 힌지핀(420)이 상기 장공에 끼워진 상태에서 이동하게 되는 것을 특징으로 하는 대변위 측정장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 구조물 부착부재(40) 또는 상기 고정부재(20)는, 원하는 위치에 설치하고 측정이 완료된 후에는 제거할 수 있게 탈부착이 가능한 상태로 고정 설치되도록, 자성을 띄게 되는 마그네틱 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 대변위 측정장치.

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