KR101643732B1 - 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템 - Google Patents

포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템 Download PDF

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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 긴장재의 긴장력을 정확히 측정하고 메인서버를 통해 복수의 긴장재에 도입되는 긴장력을 관리함으로써, 부재에 균일한 긴장력을 가할 수 있는 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템에 대한 것이다.
본 발명의 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템은 콘크리트 구조물 내에 구비되는 긴장재의 긴장력을 컨트롤하기 위한 것으로, 콘크리트 구조물 일단에서 긴장재에 결합되어 피스톤의 전진에 의해 긴장재에 긴장력을 가하는 유압잭; 상기 유압잭과 유압공급관으로 연결되어 유압잭에 유압을 공급하는 유압펌프; 상기 유압잭에 구비되어 피스톤의 신장길이를 측정하는 디지털 신장길이 측정센서; 상기 디지털 신장길이 측정센서에서 측정된 신장길이 데이터를 수신하여 저장하고 메인서버로 송신하는 데이터로거가 포함된 측정유닛; 상기 유압펌프의 유압공급관에 구비되는 디지털 압력측정센서; 및 상기 데이터로거 또는 메인서버로부터 신장길이 데이터를 수신하여 긴장력을 산출하고, 실시간 신장길이 데이터와 압력 데이터 비에 따라 긴장재의 탄성계수를 보정하여 산출되는 긴장력을 보정하는 제어모듈; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템{System for controlling of prestressing force in post-tension method}
본 발명은 긴장재의 긴장력을 정확히 측정하고 메인서버를 통해 복수의 긴장재에 도입되는 긴장력을 관리함으로써, 부재에 균일한 긴장력을 가할 수 있는 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템에 대한 것이다.
포스트텐션 공법은 콘크리트에 프리스트레스를 주는 방법의 하나로, 콘크리트 경화 후 긴장재를 긴장하여 정착함으로써 부재에 인장 응력을 도입한다.
콘크리트 보나 슬래브 등에는 긴장재가 복수로 배치되는데, 이들 복수의 긴장재에 도입되는 긴장력의 편차를 최소화하여 부재에 균일한 긴장력을 가하는 것이 중요하다. 실제로 설계 긴장력과 실제 긴장력 간 긴장력의 오차 범위는 평균 7% 이내, 최대 13% 이내에서 관리되도록 규정되고 있다.
종래 포스트텐션 공법에서 긴장재의 긴장력은 압력펌프의 압력게이지를 읽는 방법과 유압잭의 피스톤이 이동하는 거리를 측정하는 방법에 의하여 측정되고 있다.
그러나 상기 방법들은 모두 아날로그 방식으로 긴장력 관리에 많은 인력이 필요하다.
또한, 검침원이 압력계나 피스톤의 이동거리를 측정함과 동시에 긴장을 멈추는 버튼을 누르는 수동 방식에 의하여 긴장력을 조절하므로, 긴장력이 매번 다르게 적용되는 등 사용자의 숙련도에 따라 긴장력 측정 및 관리, 시공성, 작업 시간 등에 많은 차이가 발생하여 정확한 긴장을 수행하기 어렵다.
아울러 긴장재의 긴장 후 신장량을 줄자로 재어 오차범위를 확인하고 있으나, 마찰계수나 강연선의 길이 등에 따라 부재별로 신장량이 다르기 때문에 신장량을 측정하여도 적용된 긴장력의 크기를 정확히 알 방법이 없다.
뿐만 아니라 압력게이지나 피스톤의 이동거리를 읽을 때와 신장량을 줄자로 잴 때 모두 현장 근무자의 기록에만 의존하고 있어 기록지의 값만이 데이터베이스의 전부에 불과하다.
이에 따라 결과적으로 정확한 긴장력 측정이 불가능하여 오차 관리라는 것이 무의미하다고 할 수 있다.
KR 10-1144937 B1
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 긴장재의 긴장력을 정확히 측정하고 메인서버를 통해 복수의 긴장재에 도입되는 긴장력을 관리함으로써, 부재에 균일한 긴장력을 가할 수 있는 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 콘크리트 구조물 내에 구비되는 긴장재의 긴장력을 컨트롤하기 위한 것으로, 콘크리트 구조물 일단에서 긴장재에 결합되어 피스톤의 전진에 의해 긴장재에 긴장력을 가하는 유압잭; 상기 유압잭과 유압공급관으로 연결되어 유압잭에 유압을 공급하는 유압펌프; 상기 유압잭에 구비되어 피스톤의 신장길이를 측정하는 디지털 신장길이 측정센서; 상기 디지털 신장길이 측정센서에서 측정된 신장길이 데이터를 수신하여 저장하고 메인서버로 송신하는 데이터로거가 포함된 측정유닛; 상기 유압펌프의 유압공급관에 구비되는 디지털 압력측정센서; 및 상기 데이터로거 또는 메인서버로부터 신장길이 데이터를 수신하여 긴장력을 산출하고, 실시간 신장길이 데이터와 압력 데이터 비에 따라 긴장재의 탄성계수를 보정하여 산출되는 긴장력을 보정하는 제어모듈; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템을 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제어모듈은 디지털 압력측정센서에서 측정된 압력 데이터가 설정된 값에 도달 시 유압펌프를 제어하여 유압잭의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템을 제공한다.
삭제
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 측정유닛에는 수집된 데이터를 모바일 단말기로 송신하는 근거리 무선통신모듈이 구비되고, 상기 모바일 단말기는 수신된 데이터를 메인서버로 송신하는 것을 특징으로 하는 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 콘크리트 구조물 외부로 노출된 긴장재 일측에는 기준점이 마킹되고, 상기 유압잭 일측에는 상기 기준점의 이동 거리를 측정하는 위치감지센서가 구비되어, 상기 제어모듈이 유압잭의 구동 정지 후 위치감지센서에 의해 측정된 기준점 이동 거리에 따라 신장길이를 보정하는 것을 특징으로 하는 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 유압잭의 피스톤 신장길이를 디지털 신장길이 측정센서로 정확하게 측정하고 계수를 곱하여 각 긴장재의 긴장력을 정확히 측정할 수 있다. 따라서 복수의 긴장재에 도입되는 긴장력을 메인서버를 통해 관리함으로써, 부재에 균일한 긴장력을 가할 수 있다.
둘째, 디지털 압력측정센서가 구비되는 경우, 유압펌프에서 유압잭으로 공급되는 유체의 압력을 측정하여 긴장력을 측정할 수 있다. 따라서 유압잭의 피스톤 신장길이 측정을 통한 긴장력 측정에 더하여 긴장력을 이중으로 측정할 수 있으므로, 보다 정확한 긴장력 산출이 가능하다.
셋째, 압력 데이터로 유압펌프를 제어하여 유압잭을 정지시킴으로써, 순식간에 긴장재가 항복하는 것을 방지할 수 있다.
넷째, 측정유닛에 무선통신모듈을 구비하여 모바일 단말기를 통하여 장소에 구애받지 않고 긴장력을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
다섯째, 종래 아날로그 방식의 긴장력 측정 방법에 비하여 디지털화된 시스템을 통하여 긴장재의 긴장력을 실시간으로 측정하고 관리할 수 있으므로, 자동화된 작업 과정을 통해 자재비와 인건비를 대폭 경감시킬 수 있어 경제적이다.
도 1은 본 발명 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 측정유닛의 개념도.
도 3은 디지털 압력측정센서가 구비된 본 발명 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템을 도시하는 도면.
도 4는 모바일 단말기가 구비된 본 발명 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템의 전체적인 개념도.
도 6은 위치감지센서가 구비된 유압잭을 도시하는 도면.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템을 도시하는 도면이고, 도 2는 측정유닛의 개념도이다.
본 발명의 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템은 콘크리트 구조물(1) 내에 구비되는 긴장재(11)의 긴장력을 컨트롤하기 위한 것이다.
즉, 콘크리트 경화 후 강선 등 긴장재(11)를 긴장하여 정착함으로써 부재에 인장 응력을 도입하는 포스트텐션 공법에서, 콘크리트 보나 슬래브 등의 내에 배치되는 복수의 긴장재(11)의 개별 긴장력을 측정하여 부재 내에 균일한 긴장력이 도입될 수 있도록 컨트롤하기 위한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템은 콘크리트 구조물(1) 일단에서 긴장재(11)에 결합되어 피스톤(21)의 전진에 의해 긴장재(11)에 긴장력을 가하는 유압잭(2); 상기 유압잭(2)과 유압공급관(31)으로 연결되어 유압잭(2)에 유압을 공급하는 유압펌프(3); 상기 유압잭(2)에 구비되어 피스톤(21)의 신장길이를 측정하는 디지털 신장길이 측정센서(4); 상기 디지털 신장길이 측정센서(4)에서 측정된 신장길이 데이터를 수신하여 저장하고 메인서버(6)로 송신하는 데이터로거(51)가 포함된 측정유닛(5); 상기 유압펌프(3)의 유압공급관(31)에 구비되는 디지털 압력측정센서(8); 및 상기 데이터로거(51) 또는 메인서버(6)로부터 신장길이 데이터를 수신하여 긴장력을 산출하고, 실시간 신장길이 데이터와 압력 데이터 비에 따라 긴장재(11)의 탄성계수를 보정하여 산출되는 긴장력을 보정하는 제어모듈(7); 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 긴장재(11)의 긴장력은 강선 등 긴장재(11)의 신장길이에 비례한다. 이러한 긴장재(11)의 신장길이는 유압잭(2)의 피스톤(21) 신장길이와 동일하므로, 본 발명에서는 유압잭(2)의 피스톤(21) 신장길이를 디지털 신장길이 측정센서(4)로 정확하게 측정한다.
즉, 유압펌프(3)에서 공급되는 유압에 의하여 유압잭(2)의 피스톤(21)이 전진하면 긴장재(11)에 긴장력이 작용한다. 이때 유압잭(2)의 피스톤(21) 신장길이를 디지털 신장길이 측정센서(4)로 측정한다.
상기 디지털 신장길이 측정센서(4)의 실시예로 변위계를 이용할 수 있다.
상기 메인서버(6)는 신장길이 데이터 등 측정된 데이터를 저장하고 관리하는 것으로, 사무실에서도 메인서버(6)를 통하여 실시간으로 긴장력을 모니터링할 수 있다.
상기 메인서버(6)는 측정유닛(5)에 구비된 데이터로거(51)와 네트워크에 의해 연결되어 상기 데이터로거(51)에 의해 수집된 데이터를 데이터베이스(61)에 저장하고, 데이터를 분류, 계산, 통계, 출력하며 오차율 최대값이나 데이터의 평균값 등을 자동으로 계산하는 등 연산을 수행할 수 있다.
상기 제어모듈(7)은 디지털 신장길이 측정센서(4)에서 측정한 유압잭(2)의 피스톤(21) 신장길이로부터 얻어지는 변형률에 강선 등 긴장재(11)의 탄성계수와 유효면적을 곱하여 긴장력을 산출한다.
상기 제어모듈(7)은 유압펌프(3), 데이터로거(51), 메인서버(6) 또는 후술할 휴대용 모바일 단말기(9) 중 어느 하나에 탑재되거나 별도로 구비될 수 있으며, 도 2에서는 측정유닛(5) 내에 구비되는 제어모듈(7)의 실시예가 도시된다.
도 2에서 상기 스위치박스(53)는 디지털 신장길이 측정센서(4)에서 데이터를 수신하며, 스위치 박스로 유입된 데이터는 데이터로거(51)를 통하여 1차 가공되어서 메인서버(6)나 모바일 단말기(9)로 전송된다.
상기와 같이, 본 발명에서는 유압잭(2)의 피스톤(21) 신장길이를 디지털 신장길이 측정센서(4)로 정확하게 측정하고 계수를 곱하여 긴장재(11)의 긴장력을 정확히 측정할 수 있으며, 복수의 긴장재(11)에 도입되는 긴장력을 메인서버(6)를 통해 통합하여 관리할 수 있다.
도 3은 디지털 압력측정센서가 구비된 본 발명 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템을 도시하는 도면이고, 도 4는 모바일 단말기가 구비된 본 발명 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템을 도시하는 도면이며, 도 5는 본 발명 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템의 전체적인 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유압펌프(3)의 유압공급관(31)에는 디지털 압력측정센서(8)가 구비될 수 있다.
상기 유압펌프(3)의 유압 공급과 유압잭(2)의 피스톤(21) 신장 사이에는 일정한 시간 차가 존재하므로, 긴장재(11)의 신장길이와 동일한 값을 갖는 피스톤(21)의 신장길이를 직접 측정하여 긴장력을 산정하는 것이 가장 정확하다. 그러나 긴장재(11)가 유압잭(2)으로부터 슬립되는 경우, 디지털 압력측정센서(8)에서 측정되는 압력 데이터에 의해 긴장력을 산출하는 것이 더 정확하다.
따라서 앞서 디지털 신장길이 측정센서(4)에서 유압잭(2)의 피스톤(21) 신장길이를 이용하여 긴장력을 산출하는 것에 더하여, 예비적으로 디지털 압력측정센서(8)를 이용하여 유압펌프(3)에서 유압잭(2)으로 공급되는 유체의 압력을 측정하여 긴장력을 측정할 수 있도록 하였다.
상기와 같이 디지털 신장길이 측정센서(4)와 디지털 압력측정센서(8)를 이용하여 긴장재(11)의 긴장력을 이중으로 측정하는 경우, 긴장력의 보다 정확한 산출이 가능하다.
이때, 상기 제어모듈(7)은 디지털 압력측정센서(8)에서 측정된 압력 데이터가 설정된 값에 도달 시 유압펌프(3)를 제어하여 유압잭(2)의 구동을 정지시키도록 구성될 수 있다.
종래 유압잭(2)은 수동으로 조작하므로, 유압잭(2)의 피스톤(21) 정지 시점을 놓쳐 긴장재(11)가 순식간에 항복하는 경우가 있었다.
따라서 도 4에서와 같이 압력 데이터를 이용하여 제어모듈(7)이 유압펌프(3)를 제어하도록 하여 유압잭(2)의 구동을 정지시킬 수 있도록 하였다.
물론, 신장길이 데이터를 모니터링 하여 유압잭(2)을 정지시키는 방법을 고려할 수도 있으나, 전술한 바와 같이 유압펌프(3)의 유압 공급과 유압잭(2)의 피스톤(21) 신장 간에 시간 차이가 존재한다. 따라서 신장길이 데이터에 의해 유압펌프(3)를 컨트롤할 경우, 유압잭(2)의 정지 시점을 놓쳐 긴장재(11)가 항복할 가능성이 있으므로 압력 데이터에 의해 유압펌프(3)를 제어하는 것이 바람직하다.
가장 바람직하게는 긴장재(11)의 긴장력은 주로 신장길이 데이터로 산출하고, 유압펌프(3)의 작동은 주로 압력 데이터에 의해 제어하는 것이 바람직하다.
상기 유압펌프(3)의 유압공급관(31)에 디지털 압력측정센서(8)가 구비되는 경우, 상기 제어모듈(7)은 실시간 신장길이 데이터와 압력 데이터 비에 따라 산출되는 긴장력을 보정하도록 구성될 수 있다.
강선 등 긴장재(11)는 항복 전까지 탄성 거동을 하므로 긴장력이 피스톤(21)의 신장길이에 비례하는 것으로 단정할 수도 있으나, 긴장재(11)는 정확하게 완벽한 탄성 거동을 하는 것이 아니고 탄성 구간 외에서는 일부 비탄성 거동을 보인다. 따라서 정확한 상수를 산출하기 위해 제어모듈(7)에서 신장길이 데이터와 압력 데이터의 비에 따라 탄성계수를 보정한다.
도 4 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 측정유닛(5)에는 수집된 데이터를 모바일 단말기(9)로 송신하는 근거리 무선통신모듈(52)이 구비되고, 상기 모바일 단말기(9)는 수신된 데이터를 메인서버(6)로 송신할 수 있다.
상기 모바일 단말기(9)는 스마트폰 등을 들 수 있으며, 상기 근거리 무선통신모듈(52)은 NFC(Near Field Communication), 블루투스(Bluetooth), 지그비(zigbee), 적외선통신, 초광대역통신(UWB) 등이 가능하다.
도 5는 제어모듈(7)이 모바일 단말기(9)의 애플리케이션 내에 설치되는 경우에 대한 실시예로, 이 경우 제어모듈(7)이 유압펌프(3) 제어하기 위해서는 유압펌프(3)에 모바일 단말기(9)의 신호를 수신할 수 있는 통신모듈이 구비되어야 한다.
스마트폰 등 사용자의 모바일 단말기(9)는 메인서버(6)와 데이터로거(51) 사이에 개입된다.
상기 데이터로거(51)는 근거리 무선통신모듈(52)에 의해 데이터를 송신하므로 별도의 인터넷 환경을 필요로 하지 않는다.
사용자는 현장에서 모바일 단말기(9)로 직접 측정유닛(5)에 수집된 데이터를 확인할 수 있다.
아울러 상기 모바일 단말기(9)가 스마트폰인 경우, 데이터 측정용 애플리케이션 설치하고 제어모듈(7)을 상기 애플리케이션에 탑재할 수 있다.
이때, 상기 메인서버(6)는 수집된 데이터를 PC, 스마트폰 등 관리자 단말기에 인터넷으로 전달할 수 있으므로 현장과 먼 거리에서도 데이터를 확인할 수 있으며, 스마트폰인 경우 데이터 뷰어 애플리케이션을 통해 확인할 수도 있다.
상기 데이터 뷰어 애플리케이션과 데이터 측정용 애플리케이션은 동일한 애플리케이션일 수 있다.
도 6은 위치감지센서가 구비된 유압잭을 도시하는 도면이다.
도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 콘크리트 구조물(1) 외부로 노출된 긴장재(11) 일측에는 기준점(12)이 마킹되고, 상기 유압잭(2) 일측에는 상기 기준점(12)의 이동 거리를 측정하는 위치감지센서(10)가 구비되어, 상기 제어모듈(7)이 유압잭(2)의 구동 정지 후 위치감지센서(10)에 의해 측정된 기준점(12) 이동 거리에 따라 신장길이를 보정할 수 있다.
상기 디지털 신장길이 측정센서(4)나 디지털 압력측정센서(8)에서 측정된 값은 유압잭(2)에 구비된 피스톤(21)의 최대 전진 길이 시점에서 측정된다.
그러나 유압잭(2)의 유압을 해제하면, 긴장력이 일부 해제되면서 긴장재(11)가 다시 일정 길이 복귀하여 웨지가 긴장재(11)에 물려 긴장재(11)가 고정된다.
이에 따라 유압잭(2)의 유압을 해제한 시점부터 웨지가 긴장재(11)를 고정하는 시점까지 긴장력에 차이가 있으므로, 실제 긴장력은 측정된 긴장력보다 다소 적다.
따라서 위치감지센서(10)를 통하여 이 길이를 측정하여 실제 긴장력을 보정하고 정확한 긴장력을 측정하도록 한다.
다시 말하면, 상기 긴장재(11)의 긴장 중에는 긴장재(11)의 일측에 마킹된 기준점(12)이 콘크리트 구조물(1)에서 멀어지는 쪽으로 후퇴하다가, 긴장력을 해제하면 유압잭(2)과 긴장재(11)의 고정이 해제되면서 긴장재(11)가 웨지에 물려 고정될 때까지 역방향으로 전진한다. 상기 위치감지센서(10)는 긴장재(11)의 상기 전진 길이를 측정한다.
1: 콘크리트 구조물 11: 긴장재
12: 기준점 2: 유압잭
21: 피스톤 3: 유압펌프
31: 유압공급관 4: 디지털 신장길이 측정센서
5: 측정유닛 51: 데이터로거
52: 근거리 무선통신모듈 53: 스위치박스
54: 배터리 6: 메인서버
61: 데이터베이스 7: 제어모듈
8: 디지털 압력측정센서 9: 모바일 단말기
10: 위치감지센서

Claims (6)

  1. 콘크리트 구조물(1) 내에 구비되는 긴장재(11)의 긴장력을 컨트롤하기 위한 것으로,
    콘크리트 구조물(1) 일단에서 긴장재(11)에 결합되어 피스톤(21)의 전진에 의해 긴장재(11)에 긴장력을 가하는 유압잭(2);
    상기 유압잭(2)과 유압공급관(31)으로 연결되어 유압잭(2)에 유압을 공급하는 유압펌프(3);
    상기 유압잭(2)에 구비되어 피스톤(21)의 신장길이를 측정하는 디지털 신장길이 측정센서(4);
    상기 디지털 신장길이 측정센서(4)에서 측정된 신장길이 데이터를 수신하여 저장하고 메인서버(6)로 송신하는 데이터로거(51)가 포함된 측정유닛(5);
    상기 유압펌프(3)의 유압공급관(31)에 구비되는 디지털 압력측정센서(8); 및
    상기 데이터로거(51) 또는 메인서버(6)로부터 신장길이 데이터를 수신하여 긴장력을 산출하고, 실시간 신장길이 데이터와 압력 데이터 비에 따라 긴장재(11)의 탄성계수를 보정하여 산출되는 긴장력을 보정하는 제어모듈(7); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제어모듈(7)은 디지털 압력측정센서(8)에서 측정된 압력 데이터가 설정된 값에 도달 시 유압펌프(3)를 제어하여 유압잭(2)의 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 측정유닛(5)에는 수집된 데이터를 모바일 단말기(9)로 송신하는 근거리 무선통신모듈(52)이 구비되고, 상기 모바일 단말기(9)는 수신된 데이터를 메인서버(6)로 송신하는 것을 특징으로 하는 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 콘크리트 구조물(1) 외부로 노출된 긴장재(11) 일측에는 기준점(12)이 마킹되고, 상기 유압잭(2) 일측에는 상기 기준점(12)의 이동 거리를 측정하는 위치감지센서(10)가 구비되어, 상기 제어모듈(7)이 유압잭(2)의 구동 정지 후 위치감지센서(10)에 의해 측정된 기준점(12) 이동 거리에 따라 신장길이를 보정하는 것을 특징으로 하는 포스트텐션 긴장력 컨트롤 시스템.
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