KR101676597B1 - 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로 본 발명에 따른 프리-스트레스 구조물은 내부에 삽입된 PS 텐던의 긴장력을 측정하기 위한 EM 센서를 정착구와 쉬스관 사이, 또는 쉬스관과 쉬스관 사이에 연결시켜 생애 전반에 걸쳐 PS 텐던의 상태를 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법{Pre-Stressed Structure For Monitoring A Stress Status and Construction Method therefor}

본 발명은 프리-스트레스가 부여된 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 시공시에 부여된 긴장력을 계속 모니터링할 수 있는 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

거더는 교량의 상부구조에서 차량의 하중을 직접 받는 바닥판 아래에 위치하여 상부하중을 지지하고 교대나 교각의 하부구조에 하중을 전달하는 역할을 한다.

이러한 거더는 압축력은 크지만 인장력이 작아 휨응력에 약한 콘크리트를 사용할 경우 제 역할을 하지 못하고 균열이 발생하는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해 콘크리트에 발생하는 인장응력을 상쇄하기 위한 압축응력을 미리 도입하는 PSC(Pre-Stressed Concrete)거더가 사용된다.

PSC 거더와 같이 인장응력을 상쇄하기 위한 압축응력을 미리 도입하는 프리-스트레스 구조물은 주어진 하중에 의해 부재에 작용하는 응력의 크기와 분포를 계산하고 내부 PS 텐던을 미리 긴장시켜 부재에 작용하는 응력을 상쇄할 수 있도록 한다.

그러나 공용 연한과 하중이력, 콘크리트 크리프와 건조수축, PS 텐던의 릴렉세이션, 정착부의 손상, 온도 변화, 또는 PS 텐던 자체의 국부 손상 등의 여러 가지 요인으로 인해 설계 긴장력과 실제 긴장력 사이에 차이가 발생하며, 이로 인해 구조물의 처짐이나 균열이 증가하여 구조물의 성능 저하 또는 심각한 안전도 저하가 야기된다.

따라서 프리-스트레스 구조물 내부에 삽입된 PS 텐던의 변화를 모니터링해야 할 필요가 있다.

특허 제10-1144937호 역시 이러한 필요성에 의해 개발된 발명으로서 PSC거더의 일측에 노출된 PS 텐던을 타격하고 타측에서 타격에 의해 가해지는 힘과 그에 의한 종진동 주파수를 측정하여 긴장력을 평가하는 방법이다.

그러나 실제 교량 시공 등에 사용된 PSC 거더는 분리할 수 없고, PSC 거더 일측으로 노출된 PS 텐던 역시 실제 교량 시공 과정에서 콘크리트 등으로 마감되어 외부로 노출되지 않으므로 상기 방법을 실제로 사용할 수 없는 문제점이 있다.

또한 사장교나 현수교 케이블과 같이 외부로 노출된 케이블의 장력만이 계측 가능한 종래 EM 센서 역시 PSC 거더의 PS 텐던이 외부로 노출되지 않기 때문에 사용할 수 없는 문제점이 있다.

한국특허 제10-1144937호 "종진동 특성을 이용한 부착식 텐던의 긴장력 평가장치 및 평가방법"

본 발명의 목적은 프리-스트레스 구조물 내부에 삽입된 PS 텐던의 상태 변화를 모니터링 할 수 있는 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 생애 전반에 걸쳐 PS 텐던의 상태 변화 관리가 가능한 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 프리-스트레스 구조물 내부의 쉬스관 및 정착구에 영향을 받지 않고 PS 텐던의 상태 변화를 모니터링 할 수 있는 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 PS 텐던의 상태 변화를 측정하기에 가장 적합한 위치에 EM센서를 구비한 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 내부에 설치된 EN센서에 의해 프리-스트레스 구조물의 시공 과정에 방해를 주지 않는 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 설치 후 프리-스트레스 구조물에 미치는 외력에 의해 EM센서의 기능이 손상되지 않는 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들은, 본 발명에 따른 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법에 의해 모두 달성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물은 긴장력을 갖도록 프리스트레스가 도입된 PS텐던이 일측으로부터 타측까지 관통하도록 삽입되어 매립되어 있고, 상기 PS텐던의 긴장력을 측정하기 위한 EM 센서가 내부에 매립되어 있는 프리-스트레스 구조물로서, 상기 EM 센서는 상기 PS 텐던이 관통하는 중공이 길이방향으로 형성되어 있는 몸체부; 상기 몸체부에 감겨 있으며, 상기 PS 텐던을 자화시키기 위한 전압을 인가하는 전압인가용 코일; 및 상기 몸체부에 감겨 있으며, 상기 전압에 의해 자화된 상기 PS 텐던에 의한 유도전압을 계측하는 계측용 코일을 포함하여 이루어지고, 상기 몸체부의 일측과 타측은 상기 PS 텐던의 단부가 고정되는 정착구 또는 상기 PS 텐던이 관통하는 쉬스관의 일측에 연결되어 있고, 상기 전압인가용 코일과 계측용 코일을 상기 쉬스관 및 정착구와 중첩되지 않는 상기 몸체부의 중앙 영역에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 몸체부는 상기 중앙 영역 보다 상기 일측 및 타측의 외경이 큰 보빈 형상일 수 있다.

상기 중앙 영역은 제1 외경을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 영역의 양쪽으로 제1 외경보다 큰 제2 외경을 갖는 제2 영역으로 이루어지며, 상기 몸체부는 상기 제1 영역을 덮는 절연 커버 및 상기 중앙 영역을 덮는 외부 커버를 구비하고, 상기 계측용 코일은 상기 절연 커버 내부의 상기 제1 영역에 감겨 있고, 상기 전압인가용 코일은 상기 외부 커버 내부의 상기 제2 영역 및 상기 절연 커버 외부에 감겨있을 수 있다.

상기 몸체부의 일측 및 타측 중 적어도 하나의 내주면에는 상기 쉬스관 외주면에 형성된 나사산과 나사 결합될 수 있는 나사산이 형성되어 있을 수 있다.

상기 몸체부는 일측의 외주면이 상기 중앙영역으로부터 멀어질수록 작은 외경을 갖도록 형성되고, 상기 일측의 외주면으로부터 외부로 돌출하는 돌출부가 형성되어 있으며, 상기 정착구는 상기 몸체부의 일측이 삽입되는 중공, 상기 중공 내부에 상기 돌출부에 대응하는 오목부를 갖는 정착부재가 구비되어 있으며, 상기 EM 센서는 상기 몸체부의 일측이 상기 정착구 중공 내부로 삽입된 후 상기 돌출부와 상기 오목부가 체결됨으로써 상기 정착구와 결합되어 있을 수 있다.

상기 정착부재에는 일정 간격을 두고 복수 개의 관통공이 형성되어 있고, 상기 정착구로 삽입된 상기 PS텐던은 상기 관통공에 의해 일정한 간격을 두고 정렬되어 있을 수 있다.

상기 몸체부에는 상기 전압인가용 코일 및 계측용 코일의 단부를 몸체부 외주면으로 인출하기 위한 관통홀이 형성되어 있으며, 상기 관통홀을 통해 인출된 상기 전압인가용 코일 및 계측용 코일의 단부를 상기 프리-스트레스 구조물의 일측에 구비된 단자함까지 전기적으로 연결하는 케이블을 감싸는 유연성을 갖는 보호관을 더 포함할 수 있다.

또한 EM센서로부터 계측된 TF를 자기 이력 곡선(B-H Loop)으로 변환하고, 이를 해석하여 투자력 및 영의 계수를 포함하는 자기 특성을 추출한 후 회귀분석 및 패턴인식 기법을 이용하여 부식에 의한 PS텐던의 단면적 손실을 산출하여 상기 PS텐던의 부식률을 추정하는 분석부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프리-스트레스 구조물 시공방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리-스트레스 구조물을 시공하기 위한 방법으로서, 프리-스트레스 구조물 및 단자함을 형성하기 위한 거푸집을 설치하는 단계; EM 센서의 일측과 타측에 쉬스관 또는 정착구를 연결함으로써 제1 정착구, 쉬스관, 제2 정착구를 일렬로 연결한 후 상기 거푸집의 일측에 제1 정착구, 상기 거푸집의 타측에 제2 정착구를 위치시키고, 상기 EM 센서와 상기 단자함을 전기적으로 연결하는 케이블을 설치하는 단계; 상기 거푸집 내부에 콘크리트를 타설하여 양생한 후 거푸집을 해체하는 단계; 및 상기 제1 정착구, 쉬스관, EM센서 및 제2 정착구를 관통하도록 PS 텐던을 삽입하고 긴장한 후 상기 제1 정착구 및 제2 정착구에 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 케이블이 상기 콘크리트에 맞닿지 않도록 상기 케이블을 감싸는 유연성을 갖는 보호관을 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 EM센서는 상기 제1 정착구 또는 상기 제2 정착구와 인접한 영역 및 상기 프리-스트레스 구조물의 중앙 영역 중 적어도 한 영역에 설치할 수 있다.

본 발명은 프리-스트레스 구조물 내부에 삽입된 PS 텐던의 부식률, 긴장력 변화 등의 상태 변화를 프리-스트레스 구조물 생애 전반에 걸쳐 모니터링 할 수 있는 EM 센서를 정착구 및 쉬스관에 영향을 받지 않고 정확한 계측이 가능한 형태로 내부에 구비함으로써 생애 전반에 걸쳐 PS 텐던의 상태 변화 관리가 가능한 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 효과를 갖는다.

도 1과 도 2는 종래 PSC 거더를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EM 센서가 매립설치된 PSC 거더를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 EM 센서의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 EM 센서의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 EM 센서의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 EM 센서가 정착구와 쉬스관 사이를 연결하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 EM 센서가 쉬스관과 쉬스관 사이를 연결하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 EM 센서가 정착구와 쉬스관 사이를 연결하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 시공방법에 따라 PSC 거더를 시공하는 각 단계를 보여주는 도면이다.
도 15는 고정부재에 의해 정착구와 본 발명의 일 실시예에 따른 EM 센서가 결합된 모습을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.

또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

또한 이하에서 프리-스트레스 구조물인 PSC 거더를 예를 들어 본 발명에 따른 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법을 설명하나 본 발명은 프리-스트레스을 부여하여 시공되는 모든 구조물에 적용될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

우선, 도 1과 도 2에 일반적인 PSC 거더가 도시되어 있다.

일반적으로 PSC 거더(1)는 거푸집을 이용하여 그 내부에 쉬스관(2)을 설치한 상태에서 콘크리트를 타설하여 양생시킨 다음, 거푸집을 해체하고 쉬스관 내부에 PS 텐던(3)을 삽입하고 이를 긴장한 후 PSC 거더 단부에 PS 텐던을 정착함으로써 프리스트레스(Prestress)가 PSC 거더에 도입되도록 한다.

PS 텐던(3)은 쉬스관을 통해 PSC 거더의 일측으로부터 타측까지 관통되며, 긴장(Pre-Stressed)된 후 PS 텐던의 양쪽 단부는 PSC 거더의 일측과 타측에 위치한 PSC 거더 정착구(4)에 각각 고정된다.

이렇게 고정된 PS 텐던은 처음에는 PSC 거더에 작용하는 응력의 크기와 분포에 따라 계산된 설계 긴장력을 갖도록 설치되지만 시간이 지남에 따라 그 긴장력이 달라지게되며, 부식이 발생할 수도 있다. 그러나 PSC 거더(1)가 설치된 이후에는 내부에 설치된 PS 텐던의 상태를 모니터링할 수 있는 방법이 없다.

이에 본 발명에서는 PS 텐던의 상태를 센싱할 수 있는 EM 센서(100)를 PSC 거더 내부에 매립하여 설치함으로써 PSC 거더가 설치된 이후에도 PS 텐던의 상태를 모니터링 할 수 있도록 하고자 한다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 PSC 거더(1000)가 도 3에 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PSC 거더(1000)는 도 3에 도시된 바와 같이 PS텐던(3)의 상태 측정이 가능한 EM센서(100)가 내부에 매립되어 설치됨으로써 PSC 거더 전 생애에 걸쳐 PS 텐던의 긴장력 관리가 가능하다.

PSC 거더 내부에 매립된 PS 텐던(3)은 양쪽 끝단 부분에 특히 응력이 집중되며, 가운데 부분에서 마찰손실이 발생하기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이 PSC 거더의 양쪽 끝단 부분 및 가운데 부분에 EM센서(100)를 설치하는 것이 바람직하다. 하지만 반드시 이 부분에만 설치되도록 한정되지 않고 반드시 세 부분 모두에 설치되도록 한정되지도 않으며 당업자가 필요에 따라 그 설치 위치를 정하여 설치하면 된다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 PSC 거더(1000)에 사용되는 EM 센서(100)는 PS 텐던(3)을 둘러싼 쉬스관(2)과 PSC 거더 정착구(4) 사이에서 이들을 연결하도록 위치되거나 쉬스관(2)과 쉬스관(2) 사이에서 이들을 연결하도록 위치됨으로써 강자성체인 쉬스관과 PSC 거더 정착구에 의해 EM 센서의 측정 데이터가 영향을 받지 않도록 할 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 PSC 거더에 사용되는 EM센서(100)의 단면도가 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다. 이러한 도면을 참고로 EM센서(100)를 보다 상세히 설명하기로 한다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 앞선 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 앞선 실시예와 다른 구성에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PSC 거더에 사용되는 EM 센서(100)는 PS 텐던의 긴장력을 측정하기 위해 PSC 거더에 매립되는 EM 센서로서 도 4에 도시된 바와 같이 몸체부(10), 전압인가용 코일(20), 계측용 코일(30)을 포함하여 이루어진다.

몸체부(10)에는 PS 텐던이 관통하는 중공(11)이 길이방향으로 형성되어 있으며, 몸체부의 일측(S1)과 타측(S2)은 각각 PS 텐던의 단부가 고정되는 PSC 거더 정착구(4) 또는 PS 텐던이 관통하는 쉬스관(2)의 일측에 연결된다.

전압인가용 코일(20)과 계측용 코일(30)은 몸체부에 감겨져 있다. 특히 전압인가용 코일(20)과 계측용 코일(30)은 쉬스관과 PSC 거더 정착구에 의해 측정값이 영향을 받지 않도록 쉬스관과 PSC 거더 정착구와 중첩되지 않는 몸체부의 중앙 영역(S3)에 위치하는 것이 바람직하다.

위와 같은 전압인가용 코일(20)을 통해 외부로부터 전압이 인가되면, 이에 의해 몸체부를 관통하는 PS 텐던(3)이 자화되며, 자화된 PS 텐던에 의한 TF(Total Flux)가 계측용 코일(30)에 의해 계측된다.

이와 같이 계측된 TF를 컴퓨팅 시스템과 같은 분석부(미도시)가 자기 이력 곡선(B-H Loop)으로 변환하고 이를 해석하여 투자력(Permeability) 및 영의 계수 등과 같은 자기 특성을 추출한 후 회귀분석 및 패턴인식 기법을 이용하면 부식에 의한 PS 텐던의 단면적 손실을 산출하여 PS 텐던의 부식률을 추정할 수 있다.

또한 초기 긴장력 상태의 투자율과의 상대투자율 변화를 계측하여 PS 텐던의 긴장력 손실량을 추정할 수 있다.

측정된 TF값을 이용하여 PS 텐던의 장력 및/또는 부식률을 계산하는 구체적인 방법은 본 발명의 주요 내용이 아니므로 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략하기로 한다.

다시 도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 EM 센서의 몸체부(10)는 몸체부의 일측(S1) 및 타측(S2)의 외경(d2)이 중앙 영역(S3)의 외경(d3) 보다 큰 보빈형상으로 바람직하게 형성된다. 이러한 보빈형 몸체부(10)는 전압인가용 코일(20)과 계측용 코일(30)이 쉬스관과 PSC 거더 정착구에 의해 영향을 받지 않는 중앙 영역(S3)에만 위치할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한 몸체부(10)의 일측(S1) 및 타측(S2)의 내경(d1) 및/또는 외경(d2)은 일측(S1)과 타측(S2)에서 각각 PSC 거더 정착구(4) 또는 쉬스관(2)에 연결될 수 있는 크기로 형성된다.

보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 EM센서(100-1)는 일측(S1)이 PSC 거더 정착구(4)에 연결되고 타측(S2)이 쉬스관(2)에 연결될 수 있다(실시예 1). 또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 EM센서(100)는 일측과 타측이 각각 쉬스관에 연결될 수 있다(실시예 2).

도 5에 실시예 1에 따른 예시적인 EM센서(100-1)가 도시되어 있다. 본 발명의 실시예 1에 따른 EM센서는 몸체부(10)의 일측(S1)이 PSC 거더 정착구(4)와 연결될 수 있도록 하기 위해 몸체부 일측(S1)의 내경(d1)이 PSC 거더 정착구의 외경과 대응되거나 몸체부 일측(S1)의 외경(d2)이 PSC 거더 정착구의 내경과 대응되는 크기를 갖도록 형성한다. 이와 같이 형성될 경우 몸체부의 일측이 PSC 거더 정착구의 중공 내부에 삽입 또는 맞닿거나 PSC 거더 정착구가 몸체부의 일측에 삽입 또는 맞닿는 형태로 몸체부의 일측과 PSC 거더 정착구가 연결될 수 있다.

위와 같은 연결 중에서 몸체부 일측(S1)의 외경(d2)이 PSC 거더 정착구 내경에 대응하는 크기로 형성되어 몸체부 일측이 PSC 거더 정착구 내부에 끼워질 수 있도록 연결하는 것이 보다 바람직하다. 반대의 경우 설치 과정에서 PSC 거더 정착구가 몸체부의 중앙영역(S3)까지 밀려 들어갈 수 있으며, 이 경우 전압인가용 코일(20) 및 계측용 코일(30)과 PS 텐던(3) 사이에 강자성체인 PSC 거더 정착구(4)가 위치하여 계측값에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

또한 보다 바람직하게는 도 5에 도시된 바와 같이 몸체부 일측(S1)의 외경이 중앙영역(S3)으로부터 멀어질수록 작아지도록 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 형성될 경우 내경의 크기가 다른 다양한 PSC 거더 정착구들에 맞춰 본 발명에 따른 EM 센서의 크기를 변경할 필요 없이 본 발명의 일 실시예에 따른 EM센서와 PSC 거더 정착구를 연결할 수 있다.

몸체부(10)의 타측(S2) 역시 쉬스관(2)과 연결될 수 있도록 하기 위해 몸체부 타측(S2)의 내경(d1)이 쉬스관의 외경과 대응되거나 몸체부 타측(S2)의 외경(d2)이 쉬스관의 내경과 대응되는 크기를 갖도록 형성한다. 이와 같이 형성될 경우 몸체부의 타측이 쉬스관에 삽입되거나 쉬스관이 몸체부의 타측에 삽입되는 형태로 몸체부의 타측과 쉬스관이 연결될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 전압인가용 코일(20) 및 계측용 코일(30)과 PS 텐던(3) 사이에 강자성체인 쉬스관(2)이 위치하지 않도록 위와 같은 연결 중에서 몸체부 타측(S2)의 외경(d2)이 쉬스관 내경에 대응하는 크기로 형성되어 몸체부 타측이 쉬스관 내부에 끼워질 수 있도록 연결하는 것이 바람직할 수 있다.

하지만 일반적으로 쉬스관의 외주면에는 나사산이 형성되어 있으므로 도 5에 도시된 바와 같이 몸체부 타측(S2)의 내주면에 쉬스관 외주면에 형성된 나사산에 대응되는 나사산(12)을 형성하여 서로 돌려 끼움 즉, 나사 결합될 수 있도록 하는 것이 보다 바람직하다. 이렇게 구성될 경우 시공과정에서 본 발명의 일 실시예에 따른 EM 센서와 쉬스관이 분리되거나 쉬스관이 밀려들어와 전압인가용 코일(20) 및 계측용 코일(30)과 PS 텐던(3) 사이에 강자성체인 쉬스관(2)이 위치되는 것을 방지할 수 있다.

비록 도 4에는 몸체부 일측(S1)과 타측(S2)의 내경 및 외경이 동일하게 도시되어 있으나 이에 한정되지 않고 쉬스관(2)과 PSC 거더 정착구와의 연결에 용이하도록 몸체부 일측(S1)과 타측(S2)의 내경 및 외경이 서로 다르게 구성될 수도 있음을 당업자들은 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

또한 비록 도 5에는 나사산(12)이 몸체부 타측(S2)의 내주면에 형성된 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되지 않고 몸체부 타측의 외주면에 쉬스관 내주면에 형성된 나사산에 대응되는 나사산을 형성하여 서로 나사 결합될 수 있도록 구성될 수도 있음을 당업자들은 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

실시예 2에 따른 예시적인 EM센서(100-2)가 도 6에 도시되어 있다. 본 발명의 실시예 2에 따른 EM센서는 몸체부(10)의 일측(S1)과 타측(S2)이 모두 별개의 쉬스관에 연결된다.

이러한 실시예 2에 따른 EM센서(100-2)의 일측(S1) 및 타측(S2)의 내경 및 외경에 대한 설명은 상기 실시예 1의 타측(S2)에 대한 설명과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한 비록 도 6의 일측(S1)이 도 5의 일측(S1)과 같이 경사진 외주면으로 도시되어 있지만 이러한 형상에 한정되지 않고 타측(S2)과 같이 경사지지 않은 형태로 형성하여도 무방하다.

다시 도 4를 참조하면, 전압인가용 코일(20)과 계측용 코일(30)은 자화된 PS 텐던의 TF를 보다 잘 계측하기 위해 계측용 코일(30)이 전압인가용 코일(20) 보다 PS 텐던에 더 가까이 위치하도록 설치하는 것이 바람직하다.

이를 위해 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 몸체부(10)의 중앙 영역(S3)이 제1 외경(d4)을 갖는 제1 영역(S31)과 제1 외경 보다 큰 제2 외경(d5)을 갖는 제2 영역(S32)을 갖도록 형성할 수 있다. 즉, 중앙 영역에 계측용 코일(30)이 설치될 수 있는 홈을 형성하는 것이다.

이와 같이 몸체부(10)를 형성할 경우 홈인 제1 영역(S31) 몸체부에 계측용 코일(30)을 감고 계측용 코일의 외측과 제2 영역(S32) 몸체부에 전압인가용 코일(20)을 감아 전압인가용 코일보다 계측용 코일이 PS 텐던(3)에 가까이 위치하도록 할 수 있다.

이때 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 제1 영역에 위치한 계측용 코일(30)을 덮는 절연 커버(40)를 위치시켜 계측용 코일과 전압인가용 코일이 서로 절연되도록 할 수 있다.

또한 중앙 영역(S3)을 덮는 외부 커버(50)를 위치시켜 계측용 코일 및/또는 전압인가용 코일이 외부로 노출되지 않도록 할 수 있다.

PS 텐던의 긴장력을 측정하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 EM 센서(100)는 PSC 거더(1000) 내부에 매립되지만 전압인가용 코일(20)에 신호를 인가하기 위해, 그리고 계측용 코일(30)로부터 계측된 신호를 수신하기 위해 전압인가용 코일과 계측용 코일의 단부는 PSC 거더 외부로 노출되어야 한다.

이를 위해 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 전압인가용 코일(20)과 계측용 코일(30)의 단부를 외부로 인출하기 위한 관통홀(60)을 몸체부(10)에 형성하는 것이 바람직하다.

이때 관통홀(60)을 통해 코일이 몸체부(10)의 중공(11)쪽으로 빠져나오도록 개방된 경우 중공(11) 내부로 PS 텐던이 삽입되는 과정에서 코일이 손상될 수 있으므로 관통홀(60)은 도 5에 도시된 바와 같이 몸체부(10) 바깥면으로 개방되어 코일이 몸체부 외주면으로 빠져나오도록 형성하는 것이 보다 바람직하다.

도 7은 제1 실시예에 따른 EM센서(100-1)가 정착구(4)와 쉬스관(2) 사이에 설치된 모습을 보여주는 참고도이며, 이러한 EM센서(100-1)는 도 3에 도시된 EM 센서(100)의 위치 중 PSC거더의 양쪽 끝 영역에 설치될 수 있다.

도 8은 제2 실시예에 따른 EM 센서(100-2)가 쉬스관(2)과 쉬스관(2) 사이에 설치된 모습을 보여주는 참고도이며, 이러한 EM센서(100-2)는 도 3에 도시된 EM 센서(100)의 위치 중 중앙 영역에 설치될 수 있을 뿐만 아니라 도 9에 도시된 바와 같은 형태로 PSC거더의 양쪽 끝 영역에도 설치될 수 있다.

도 10 내지 도 14를 참고로 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물 시공방법에 대해 설명한다.

우선, 도 10에 도시된 바와 같이 프리-스트레스 구조물, 예를 들어 PSC 거더(1000)를 위한 거푸집(300)을 설치하고, 그 일측에 케이블 단자함(200)을 설치한다. 케이블 단자함(200)은 EM센서(100)에 신호를 공급하거나 EM센서로부터의 신호를 수신하기 위한 단자가 설치되는 곳이다. 케이블 단자함(200)의 단자에 컴퓨팅 시스템과 같은 분석부(미도시)가 접속하여 EM센서로부터 수신된 신호를 분석하여 PS 텐던의 부식률 및/또는 PS 텐던의 긴장력 손실량을 추정할 수 있다.

다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이 거푸집 일측으로부터 타측까지 연결되도록 쉬스관(2)을 설치한다. 이때 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같은 형태로 본 발명에 따른 EM센서(100)가 쉬스관에 연결되어 함께 거푸집 내부로 삽입 설치될 수 있다. 또한 그 양쪽 끝단에 도 7 또는 도 9에 도시된 형태로 정착구(4)가 연결될 수 있다.

또한 EM센서(100)로부터 연장되는 케이블(70)을 케이블 단자함(200)의 단자와 연결시켜 PSC 거더를 완성된 이후에도 내부에 매립된 EM센서로 신호를 공급하고 EM센서로부터의 신호를 수신하여 PS 텐던의 상태를 모니터링 할 수 있게 된다. 이때 케이블은 EM센서의 전압인가용 코일(20)과 계측용 코일(30) 자체이거나 전압인가용 코일(20)과 계측용 코일(30)에 연결된 신호선일 수 있다.

다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이 거푸집(300) 내부에 콘크리트를 타설하여 양생한 후 거푸집을 해체한다.

이때 EM센서(100)와 단자함(200) 사이에 위치하는 케이블(70)은 추후 PSC 거더에 균열이 생길 경우 균열지점에서 케이블이 끊어지는 파손이 발생될 수 있다. 따라서 보호관(미도시)이 콘크리트에 매입된 케이블을 감싸도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 케이블(70)이 PSC 거더에 발생하는 균열에 의해 부서지지 않도록 고무호스 등으로 형성하여 유연성을 갖는 보호관 내부에 위치하도록 하여 콘크리트에 직접 닿지 않도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 13에 도시된 바와 같이 쉬스관 내부로 PS 텐던(3)을 삽입하고, 이를 긴장한 후 정착구(4)에 고정시켜 프리스트레스(Prestress)가 PSC 거더에 도입되도록 한 후 도 14에 도시된 바와 같이 쉬스관 내부로 그라우팅액을 주입하여 PSC 거더를 완성한다.

이때 도 7에 도시된 바와 같이 제1 실시예에 따른 EM센서(100-1)와 정착구(4)가 연결된 경우, EM센서의 일측(S1)과 정착구(4) 내주면 사이에 빈 공간(P)이 있어 PS 텐던을 삽입하는 과정에서 PS텐던이 빈 공간 부분에 걸릴 수 있으며, PS 텐던을 삽입하는 기계에 의한 압력에 의해 정착구(4)와 EM센서의 일측이 분리될 수 있다.

이에 도 15에 도시된 바와 같이 정착구(4) 내부에 고정되어 정착구 내부로 삽입되는 EM센서의 일측을 정착구 내부에 고정시켜주는 고정부재(400)가 정착구(4) 내부에 구비되어 있는 것이 바람직하다.

보다 상세히 설명하면, 도 15에 도시된 바와 같이 제1 실시예에 따른 EM센서(100-1)의 몸체부 일측(S1)은 고정부재(400)의 일측(P1)에 삽입되어 고정된다. 이를 위해 몸체부 일측(S1)의 외주면에는 외주면보다 바깥쪽으로 돌출된 돌출부(13)가 형성될 수 있고, 고정부재의 일측(P1) 내경에는 돌출부(13)가 삽입되어 걸릴 수 있도록 오목부(410)가 형성될 수 있다.

또한 PS텐던(3)이 고정부재(400)를 통과하여 삽입될 수 있고, 삽입되는 복수 개의 PS텐던이 적절한 위치에 위치할 수 있도록 도 16에 도시된 바와 같이 고정부재의 타측(P2)으로부터 일측(P1)까지 관통하는 복수 개의 관통공(420)이 일정한 간격을 두고 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 고정부재(400)가 정착구(4) 내부에 고정되어 있고, 정착구(4)에 삽입되는 EM센서(100-1)의 일측이 고정부재(400)에 걸려 고정됨으로써 PS텐던이 삽입되는 과정에서 정착구와 EM센서가 서로 분리되는 것이 방지될 수 있고, 고정부재에 형성된 관통공(420)에 의해 내부로 삽입되는 복수 개의 PS텐던이 일정한 간격을 두고 제 위치에 정렬될 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물 및 그 시공방법에 대해 구체적인 실시예를 참조로 한정되게 설명하였다. 그러나 본 발명의 권리범위는 이러한 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 발명의 사상 및 그 영역을 이탈하지 않으면서 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

10: 몸체부 11: 중공
20: 전압인가용 코일 30: 계측용 코일
40: 절연 커버 50: 외부 커버
60: 관통홀 70: 케이블
100: EM센서 200: 단자함
300: 거푸집 400: 고정부재

Claims (11)

1. 긴장력을 갖도록 프리스트레스가 도입된 PS텐던이 일측으로부터 타측까지 관통하도록 삽입되어 매립되어 있고, 상기 PS텐던의 긴장력을 측정하기 위한 EM 센서가 내부에 매립되어 있는 프리-스트레스 구조물로서,
   상기 EM 센서는
   상기 PS 텐던이 관통하는 중공이 길이방향으로 형성되어 있는 몸체부;
   상기 몸체부에 감겨 있으며, 상기 PS 텐던을 자화시키기 위한 전압을 인가하는 전압인가용 코일; 및
   상기 몸체부에 감겨 있으며, 상기 전압에 의해 자화된 상기 PS 텐던에 의한 유도전압을 계측하는 계측용 코일;
   을 포함하여 이루어지고,
   상기 몸체부의 일측과 타측은 상기 PS 텐던의 단부가 고정되는 정착구 또는 상기 PS 텐던이 관통하는 쉬스관의 일측에 연결되어 있고, 상기 전압인가용 코일과 계측용 코일을 상기 쉬스관 및 정착구와 중첩되지 않는 상기 몸체부의 중앙 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부는 상기 중앙 영역 보다 상기 일측 및 타측의 외경이 큰 보빈 형상인 것을 특징으로 하는 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 중앙 영역은 제1 외경을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 영역의 양쪽으로 제1 외경보다 큰 제2 외경을 갖는 제2 영역으로 이루어지며,
   상기 몸체부는 상기 제1 영역을 덮는 절연 커버 및 상기 중앙 영역을 덮는 외부 커버를 구비하고,
   상기 계측용 코일은 상기 절연 커버 내부의 상기 제1 영역에 감겨 있고, 상기 전압인가용 코일은 상기 외부 커버 내부의 상기 제2 영역 및 상기 절연 커버 외부에 감겨있는 것을 특징으로 하는 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부의 일측 및 타측 중 적어도 하나의 내주면에는 상기 쉬스관 외주면에 형성된 나사산과 나사 결합될 수 있는 나사산이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부는 일측의 외주면이 상기 중앙영역으로부터 멀어질수록 작은 외경을 갖도록 형성되어 상기 몸체부의 일측이 상기 정착구의 내부로 삽입되거나 정착구 단면에 맞닿은 상태로 상기 정착구와 결합되는 것을 특징으로 하는 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 몸체부는 상기 일측의 외주면으로부터 외부로 돌출하는 돌출부가 형성되어 있고,
   상기 정착구에는 정착구의 중공 내부에 정착부재가 구비되어 있으며,
   상기 정착부재에는 상기 몸체부의 일측이 삽입되도록 상기 정착부재의 일측에 마련된 삽입공, 상기 돌출부가 고정되도록 상기 삽입공 내부에 마련된 상기 돌출부에 대응하는 오목부, 상기 PS 텐던이 일정 간격을 두고 정렬되도록 상기 정착부재의 타측으로부터 상기 삽입공을 연결하는 복수 개의 관통공이 일정 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 몸체부에는 상기 전압인가용 코일 및 계측용 코일의 단부를 몸체부 외주면으로 인출하기 위한 관통홀이 형성되어 있으며,
   상기 관통홀을 통해 인출된 상기 전압인가용 코일 및 계측용 코일의 단부를 상기 프리-스트레스 구조물의 일측에 구비된 단자함까지 전기적으로 연결하는 케이블을 감싸는 유연성을 갖는 보호관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 EM센서로부터 계측된 TF를 자기 이력 곡선(B-H Loop)으로 변환하고, 이를 해석하여 투자력 및 영의 계수를 포함하는 자기 특성을 추출한 후 회귀분석 및 패턴인식 기법을 이용하여 부식에 의한 상기 PS텐던의 단면적 손실을 산출하여 상기 PS텐던의 부식률을 추정하는 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물.
   
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 프리-스트레스 구조물을 시공하는 방법으로서,
   프리-스트레스 구조물 및 단자함을 형성하기 위한 거푸집을 설치하는 단계;
   EM 센서의 일측과 타측에 쉬스관 또는 정착구를 연결함으로써 제1 정착구, 쉬스관, 제2 정착구를 일렬로 연결한 후 상기 거푸집의 일측에 제1 정착구, 상기 거푸집의 타측에 제2 정착구를 위치시키고, 상기 EM 센서와 상기 단자함을 전기적으로 연결하는 케이블을 설치하는 단계;
   상기 거푸집 내부에 콘크리트를 타설하여 양생한 후 거푸집을 해체하는 단계; 및
   상기 제1 정착구, 쉬스관, EM센서 및 제2 정착구를 관통하도록 PS 텐던을 삽입하고 긴장한 후 상기 제1 정착구 및 제2 정착구에 고정시키는 단계;
   를 포함하는 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물 시공방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 케이블이 상기 콘크리트에 맞닿지 않도록 상기 케이블을 감싸는 유연성을 갖는 보호관을 설치하는 단계를 더 포함하는 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물 시공방법.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 EM센서는 상기 제1 정착구 또는 상기 제2 정착구와 인접한 영역 및 상기 일측과 타측의 가운데 영역 중 적어도 한 영역에 설치하는 것을 특징으로 하는 상태 모니터링이 가능한 프리-스트레스 구조물 시공방법.
    

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