KR101757238B1 - 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치 - Google Patents

강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량 상부구조물 하부 측정위치에 별도의 가설구조물 없이 강봉을 이용하여 높은 위치에 있는 교량 상부구조물의 변위거동을 측정하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 높은 위치의 측정부 설치를 교량의 상부구조물에 설치하기 전에 단순작업을 통하여 용이하도록 하고, 봉의 단부에 위치한 측정부가 움직이지 않도록 흔들림이 심한 위치에 제어부를 설치하여 연결된 봉의 수직도 유지와 변위계 센서 밑면(Toe) 부분이 일정 위치에 있도록 함으로써, 교량 상부구조물의 변위측정의 신뢰성을 높이고 변위계측을 위한 설치작업을 단순화하여 현장작업 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Description

강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치{Displacement behavior apparatus for bridge upper structure using steel bar}
본 발명은 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량 상부구조물 하부 측정위치에 별도의 가설구조물 없이 수평변위 제어가 가능한 강봉을 이용하여 높은 위치에 있는 교량 상부구조물의 변위거동을 측정하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 교량은 교각구조물을 설치하고, 그 상부에 교좌장치를 설치하여 교량 상부구조물을 거치하는 방식으로 교량을 시공하고 있다.
그러나, 현재 공용중인 교량 상판의 처짐 등을 확인할 수 있는 거동측정 장치가 설치되어 있지 않아 교량 상부구조물의 이상 유무를 파악할 수 없어 교량 상부구조물의 이상 거동 또는 처짐이나 교좌장치의 변형 또는 교각시설물의 침하가 발생되었을 경우에 교각마다 조사자가 올라가서 직접 점검하거나, 교각 사이의 교량 상부구조물은 도로에서 차량의 통행을 차단하거나 편측 통행을 유도하면서 작업자가 올라갈 수 있는 작업대를 설치하여 직접 점검하여야 하는바, 그 작업의 안전성 및 효율성 확보에 큰 문제점이 있었다.
또한, 이러한 교량 상부구조물의 안전진단 방법은 교량 하부의 도로나 인도에서 작업자가 올라갈 수 있는 작업대를 놓고서 행해지는 작업으로, 교량이 하천, 계곡 또는 해상에 위치한 경우는 교량 하부에 별도의 작업대를 제작하여 설치하는 경우 상대적인 비용이 많이 발생되고 교량 위치에 따라 설치작업이 번잡하고 불편할 뿐만 아니라 작업 여건이 매우 위험하여 안전상의 문제가 발생될 수도 있고, 경우에 따라 이러한 작업이 불가능한 경우도 있었다.
특히, 하기의 종래 특허문헌 1에서는 교량 상부구조물의 변위 측정시에 지상에 삼각대를 설치하고 봉을 수직으로 설치하여 봉 상단부에서 변위측정이 이루어지거나 상부구조 하부에 착탈하여 봉을 연결하는 장치는 높이가 있는 상부구조물에 적용할 경우 봉의 자중(무게)으로 인한 중심축 이탈, 길이가 긴 봉(장주)의 좌굴(휨), 교량 상부구조물 하부에 부는 바람(풍하중)으로 인한 수평변위 발생 등으로 변위 센서의 지점이 고정되지 않음으로 측정값의 신뢰성을 담보할 수 없는 문제점이 있었다.
KR 10-0865875 B1
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 교량 상부구조물 하부 측정위치에 별도의 가설구조물 없이 높은 위치에 있는 교량 상부구조물의 변위거동을 측정할 수 있도록 수평변위 제어장치가 포함된 강봉을 이용하여 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치의 일 측면에 따르면, 교량 상부구조물의 하부면에 부착 고정되는 부착부; 교량 상부구조물의 변위거동 측정을 위하여 상기 부착부에 연결된 상태에서 중력방향으로 여러 개의 강봉을 지면까지 연장함으로써 상부구조물의 수직거동에 따라 연동되는 변위거동측정용 강봉; 상기 상부구조물과 지면과의 사이가 높을 경우 여러 개의 강봉들을 설치함에 따라 바람 또는 진동 등에 의해 최대 수평변위가 발생하는 위치에 변위 제어부가 설치되며, 변위 제어부는 강봉과 삼각형상의 상부판과 삼각형상의 상부 플레이트 중앙부 홀을 강결(용접 등)로 연결하고 수직 및 수평력을 도입할 수 있는 삼각형상의 하부 플레이트와 세 개의 탄성체로 구성된다. 하나의 강봉이 삼각형상의 상부판과 두 개의 삼각형상의 플레이트 중앙부위에 위치한 홀을 수직으로 관통하고 삼각형상의 상부판과 삼각형상의 상부 플레이트의 홀은 강봉과 강결되고 삼각 형상의 상부판과 상부플레이트 모서리부 사이에 위치한 강봉은 용접으로 고정되어 상부구조물 변위와 연동된다. 삼각 형상의 하부 플레이트는 강봉이 수직으로 관통되어 상부구조물의 변위와 분리 거동되고 삼각 형상의 상부 플레이트의 각 모서리부와 삼각 형상의 하부 플레이트의 각 모서리부가 각각 탄성체에 의해 연결되며, 삼각 형상의 상부 플레이트의 각 변 중앙부에 형성된 홀과 상기 삼각 형상의 하부 플레이트 각 변 중앙부에 형성된 홀을 통해 일직선상으로 각각 가이드 봉이 관통되어 상기 삼각 형상의 하부 플레이트 상부면에 상부 너트에 의해 각각 고정되는 구조의 제어부; 상기 삼각 형상의 하부 플레이트의 하부면 각 모서리부에 연결되어 각각 수직 방향 외측으로 경사지게 연장되어 지면에 고정되며, 상기 삼각 형상의 하부 플레이트의 하부면 각 모서리 부분에 연결된 스텐 피아노선에 장력을 도입하여 각 지점에서 동일한 크기의 하향 수직력과 상기 변위거동측정용 강봉과의 직각방향인 수평력이 도입되어 3방향 힘의 평형으로 횡방향 변위를 제어하는 장력도입부; 및 상기 변위거동측정용 강봉의 하단부에 변위계가 설치되고 상기 변위계의 하단부에 위치한 변위계 센서가 지면에 접한 상태에서 교량 상부구조물의 수직거동에 연동되어 교량 상부구조물의 변위거동 측정정보를 감지하여 상기 변위계로 전송하는 변위거동 측정부를 포함한다.
또한, 상기 부착부는, 개구부가 하측 방향을 향하는 상태로 배치되는 'ㄷ'자형 철구조물; 교량 상부구조물의 하부면에 부착되어 상기 'ㄷ'자형 철구조물의 상부면 중앙부를 관통하여 너트에 의해 상기 'ㄷ'자형 철구조물에 체결 고정되는 앙카볼트; 및 일측단부는 원형링 힌지 구조를 갖고 타측단부는 수나사산이 형성되어 상기 원형링 힌지 구조가 상기 'ㄷ'자형 철구조물의 마주보는 양측 중앙부를 관통하여 고정되는 경첩볼트 걸림 볼트에 걸리고, 타측단부에 형성된 수나사산은 하부에 연결되는 상기 변위거동측정용 강봉의 상단부에 형성된 암나사산에 체결되어 고정되는 경첩볼트를 포함한다.
또한, 상기 장력도입부는 상기 삼각 형상의 하부 플레이트의 각 모서리 부분에 설치된 볼트를 고정시키는 너트가 하부플레이트 상면에 위치하고 나사산이 형성된 볼트 머리부가 아래를 향하도록 설치되고, 상기 삼각 형상의 하부 플레이트의 각 모서리 부분에 상부면 위로 돌출된 각 볼트의 나사산에 각각 너트가 체결되며, 상기 삼각 형상의 하부 플레이트의 각 모서리 부분에 고정된 각 볼트의 머리부에는 각각 장력도입 인장고리가 용접에 의해 고정되고, 상기 장력도입 인장고리와 각각 연결되어 앵커에 의해 지면에 고정되는 스텐 피아노선에 장력을 도입하기 위하여 브릿지와 장력측정기와 턴버클이 순차적으로 연결되며, 상기 장력측정기는 상기 턴버클에 의해 조절되는 스텐 피아노선의 장력을 측정한다.
또한, 상기 변위거동 측정부의 변위계는 상부구조 변위거동을 고려한 일정 간격을 두고 변위계 고정틀을 이용하여 변위거동측정용 강봉의 하단부에 결합되어 고정된다.
본 발명에 의하면, 높은 위치의 측정부 설치를 교량의 상부구조물에 설치하기 전에 단순작업을 통하여 용이하도록 하고, 봉의 단부에 위치한 측정부가 움직이지 않도록 흔들림이 심한 위치에 제어부를 설치하여 연결된 봉의 수직도 유지와 변위계 센서 밑면(Toe) 부분이 일정 위치에 있도록 함으로써, 교량 상부구조물의 변위측정의 신뢰성을 높이고 변위계측을 위한 설치작업을 단순화하여 현장작업 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부착부의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 변위거동측정용 강봉의 수직력 도입과 수평방향 변위를 제어하는 제어부의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동측정장치에 수직 및 수평에 대한 장력도입부의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치의 변위거동 측정부의 구성을 나타내는 도면.
도 5는 높은 교각에 설치된 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치의 교량 종단면도.
도 6은 높은 교각에 병렬로 설치된 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치를 나타내는 교량 횡단면도.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부착부의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 변위거동측정용 강봉의 수직력 도입과 수평방향 변위를 제어하는 제어부의 구성을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동측정장치에 수직 및 수평에 대한 장력도입부의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치의 변위거동 측정부의 구성을 나타내는 도면이며, 도 5는 높은 교각에 설치된 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치의 교량 종단면도이고, 도 6은 높은 교각에 병렬로 설치된 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치를 나타내는 횡단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치는 위쪽에 삼각 형상의 상부판(301)이 배치된다. 여기서, 상부판(301)의 중앙부에는 일측단부에 수나사산이 형성되고 타측단부에 암나사산이 형성된 1미터 길이의 개별 강봉 여러개가 다단으로 암,수나사산 결합되는 변위거동측정용 강봉(322)이 수직으로 관통되는 상부판 홀(301a)이 형성된다. 상부판 홀(301a)을 통해 수직 방향으로 관통하는 변위거동측정용 강봉(322)이 용접에 의해 상부판 홀(301a)에 고정된다.
특히, 본 발명의 변위거동측정용 강봉(322)이 교량 상부구조물 하부면에 결합되는 구조를 살펴보면, 먼저 콘크리트 교량인 경우에는 'ㄷ'자형 철구조물(330)의 상단 중앙부에 형성된 홀에는 앙카볼트(331)가 관통되어 너트(332)에 의해 체결되어 교량 상부구조물 상부면에 부착되고, 강교인 경우에는 'ㄷ'자형 철구조물(330)을 강교 하부플레이트에 클램프로 고정시킬 수 있다.
'ㄷ'자형 철구조물(330)의 마주보는 양측 내측면 중앙부에 형성된 홀에는 상단부가 원형링 힌지 구조를 갖는 경첩볼트(hanger bolt)(334)가 경첩볼트 걸림 볼트(333)에 걸린 상태로 경첩볼트 걸림 볼트(333)가 관통되어 너트에 의해 체결 고정될 수 있다.
원형링 힌지 구조를 갖는 경첩볼트(hanger bolt)(334)의 하측단부 외측면부에는 수나사산이 형성되어 이러한 수나사산이 변위거동측정용 강봉(322)의 상단부 내측면부에 형성된 암나사산에 체결되어 고정될 수 있다.
이와 같이 교량 상부구조물 하부면에 부착되는 본 발명의 부착부는 경첩볼트(hanger bolt)(334)의 원형링이 교량 상부구조물의 경사 방향으로 회전을 하여 힌지 역할을 하게 됨으로써 경사가 있는 상부구조물의 경우에도 변위거동측정용 강봉(322)이 항상 지면과 수직 상태를 유지할 수 있게 된다. 이러한 구성에 의해 교량 상부구조물의 변위거동을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
상기 삼각 형상의 상부판(301)의 각 모서리 부분의 하부면에는 각각 다수개의 강봉(302)이 수직 방향 외측으로 경사지게 배치된다.
상기 삼각 형상의 상부판(301)의 하부에는 삼각 형상의 상부 플레이트(307)가 소정 간격을 두고 수평하게 배치되며, 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 각 모서리의 상부면에 상기 다수개의 강봉(302)의 각 하단부가 고정된다.
상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 각 모서리 부분에 형성된 홀에 나사산이 형성된 볼트(305a,305b,305c)가 볼트의 머리부가 아래를 향하도록 아래에서 위로 관통되어 각각 삽입되고, 이와 같이 삽입되어 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 각 모서리 부분에 상부면 위로 돌출된 각 볼트(305a,305b,305c)의 나사산에 각각 너트(306a,306b,306c)가 체결되어 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 각 모서리 부분에 배치되는 각 볼트(305a,305b,305c)가 고정될 수 있다.
상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 각 모서리 부분에 고정된 각 볼트(305a,305b,305c)의 머리부에는 각각 상부 인장고리(308a,308b,308c)가 용접에 의해 고정된다.
상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 각 모서리 부분에 고정된 각 볼트(305a,305b,305c)의 머리부에 각각 고정된 상부 인장고리(308a,308b,308c)에는 각각 스프링(309a,309b,309c)의 일단부가 연결되어 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 하부 방향으로 삼각형상을 이루도록 배치된다.
상기 스프링(309a,309b,309c)의 타단부 측에는 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)와 마주보는 방향으로 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)와 동일한 크기와 형상을 갖는 삼각 형상의 하부 플레이트(321)가 배치된다.
상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분에 형성된 홀에 나사산이 형성된 볼트(319a,319b,319c)가 볼트의 머리부가 위를 향하도록 위에서 아래로 관통되어 각각 삽입되고, 이와 같이 삽입되어 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분에 하부면 아래로 돌출된 각 볼트(319a,319b,319c)의 나사산에 각각 너트(320a,320b,320c)가 체결되어 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분에 배치되는 각 볼트(319a,319b,319c)가 고정될 수 있다.
상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분에 고정된 각 볼트(319a,319b,319c)의 머리부에는 각각 하부 인장고리(318a,318b,318c)가 용접에 의해 고정된다.
상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분에 고정된 각 볼트(319a,319b,319c)의 머리부에 각각 고정된 하부 인장고리(318a,318b,318c)에는 상기 스프링(309a,309b,309c)의 타단부가 각각 연결된다.
소정 간격을 두고 서로 마주보도록 배치된 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)와 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 사이에는 교량 상부구조물의 변위거동 측정시 수평을 유지할 수 있도록 스프링(309a,309b,309c)의 수평방향 이동방지와 뒤틀림에 저항하는 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c)이 배치된다.
하기에서는 이러한 본 발명의 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c)이 배치 구조에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c)에는 각각 상부에 상부 나사산(303a,303b,303c)이 형성되고, 하부에는 하부 나사산(314a,314b,314c)이 형성된다. 특히, 상기 상부 나사산(303a,303b,303c)보다 상대적으로 더 길게 나사산이 형성된다.
이와 같은 구조를 갖는 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c)은 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 각 변의 중앙부 3개 지점에 형성된 홀을 각각 관통하여 아래 수직 방향으로 일직선상으로 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 변의 중앙부 3개 지점에 형성된 홀을 각각 관통하여 배치된다.
즉, 가이드 봉(310a,310b,310c)의 하단부는 하부 플레이트(321)를 관통하여 교량 상부의 움직임에 따라 함께 거동되고, 하부 플레이트(321)에 설치된 홀에 의해 상,하 움직임에 저해가 되지 않도록 곡선 형태의 원형링(316a,316b,316c)이 설치된다.
상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 각 변의 중앙부 3개 지점에 형성된 홀을 각각 관통하는 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c) 각각의 상부는 소정 길이만큼 상부 나사산(303a,303b,303c)이 형성된 부분으로서, 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 상부면으로 동일한 길이만큼 돌출 형성되고, 상기 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c) 각각의 상부에 소정 길이만큼 형성된 상부 나사산(303a,303b,303c)에는 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 상부면 위에서 상부 너트(304a,304b,304c)가 각각 체결되어 상기 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c)의 상부가 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)에 고정될 수 있다.
한편, 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 변의 중앙부 3개 지점에 형성된 홀을 각각 관통하는 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c) 각각의 하부는 소정 길이만큼 하부 나사산(314a,314b,314c)이 형성된다. 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 하부면으로 동일한 길이만큼 돌출 형성되고, 상기 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c) 각각의 하부에 소정 길이만큼 형성된 하부 나사산(314a,314b,314c)에는 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 상부면 위에서 나비 모양의 하부 너트(315a,315b,315c)가 각각 체결되어 상기 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c)의 하부가 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)에 임시로 고정될 수 있다.
즉, 본 발명의 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치를 교량 상부구조물의 하부에 설치하기 전에 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)와 삼각 형상의 하부 플레이트(307)의 각 모서리 부분에 연결된 스프링(309a,309b,309c)의 장력이 조절된 상태에서 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 변 중앙부를 관통하는 상기 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c)이 고정되도록 나비 모양의 하부 너트(315a,315b,315c)를 각각 체결할 수 있다.
상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)의 중앙부에는 상부판(301)의 중앙부에 형성된 상부판 홀(301a)을 관통하여 수직 방향으로 연장되는 변위거동측정용 강봉(322)이 수직으로 관통되는 상부 플레이트 홀(307a)이 형성된다. 상부 플레이트 홀(307a)을 통해 수직 방향으로 관통하는 변위거동측정용 강봉(322)이 용접에 의해 상부 플레이트 홀(307a)에 고정된다.
상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 중앙부에는 상부 플레이트(307)의 중앙부에 형성된 상부 플레이트 홀(307a)을 관통하여 수직 방향으로 연장되는 변위거동측정용 강봉(322)이 수직으로 관통되어 수직 방향으로 거동될 수 있는 하부 플레이트 홀(321a)이 형성된다.
특히, 본 발명의 상부판(301)의 상부판 홀(301a)과 상부 플레이트(307)의 상부 플레이트 홀(307a) 및 하부 플레이트(321)의 하부 플레이트 홀(321a)을 관통하여 수직 방향으로 연장되는 변위거동측정용 강봉(322)은 바람직하게는 1미터 길이의 개별 강봉 여러개를 결합하여 소정 길이만큼 연장되도록 할 수 있다. 이때, 개별 강봉은 각각 일측단부에 수나사산이 형성되고 타측단부에 암나사산이 형성되어 개별 강봉 연결시 수나나산과 암나사산의 결합에 의해 체결된다.
전술한 본 발명의 상부판(301)과 상부 플레이트(307)와 하부 플레이트(321)와 스프링(309a,309b,309c) 및 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c)으로 구성되는 제어부(300)는 1미터 강봉에 위치할 수 있다. 이러한 구성을 갖는 제어부(300)는 바람직하게는 변위가 가장 크게 발생되는 중앙부에 설치될 수 있으며, 도 5에서와 같이 변위거동측정용 강봉(322)의 길이에 따라 변위거동측정용 강봉(322)의 소정 위치에 2개 이상 설치될 수 있다. 또한, 도 6에서와 같이 병렬 구조로 제어부(300)가 다수개 설치될 수 있음은 물론이다.
즉, 전술한 본 발명의 제어부(300)는 교량 하부에서 횡방향으로 불어오는 바람에 의해 수직 방향으로 연장되는 변위거동측정용 강봉(322)에 가해지는 횡방향 하중에 저항할 수 있도록 하기 위해 변위거동측정용 강봉의 소정 위치에 2개 이상 설치될 수 있다. 예를 들어, 1미터 길이의 강봉이 다단으로 연결되어 변위거동측정용 강봉(322)의 길이가 30미터인 경우 바람직하게는 변위거동측정용 강봉(322)의 상위점에서 하측 방향으로 1/3 지점과 2/3 지점에 제어부(300)가 설치될 수 있다.
또한, 변위거동측정용 강봉(322)의 길이에 따라 1개 또는 2개 이상으로 변위거동측정용 강봉(322)의 소정 위치에 설치되는 제어부(300)의 구성에서 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 하부면 3군데 모서리 부분에는 각각 장력도입장치가 연결되어 지면에 고정됨으로써 3개 지점에서 하향의 수직력과 변위거동측정용 강봉(322)과 직각 방향의 수평력이 동일하게 발생되어 힘의 평형을 이뤄 횡방향 변위를 제어할 수 있게 된다.
변위거동측정용 강봉(322)의 하단부에는 교량 상부 구조물의 수직 거동 변위를 측정하기 위한 변위계(312)가 연결되어 설치된다. 구체적으로 변위거동측정용 강봉(322)의 하단부에는 변위거동측정용 강봉(322)과 소정 간격을 두고 수평한 상태로 소정 길이를 갖는 변위계(312)가 배치되어지고, 이러한 변위계(312)를 변위거동측정용 강봉(322)에 고정시키 위한 다수개의 변위계 고정틀(311)에 의해 변위계(312)가 변위거동측정용 강봉(322)에 결합되어 고정되어진다.
또한, 변위계(312)의 하부에는 평평한 지면에 접한 상태에서 교량 상부구조물의 변위거동에 따라 상,하로 움직임을 갖는 센서부(313)가 일체로 구성되어 있다. 이러한 센서부(313)는 평평한 지면에 접한 상태에서 교량 상부구조물의 변위거동에 따른 변위거동측정용 강봉(322)의 상,하 수직 방향 움직임에 연동되어 교량 상부구조물의 변위거동을 감지하여 감지된 변위거동 정보를 변위계(312)로 전송한다.
상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분에 설치된 볼트(319a,319b,319c)를 고정시키는 너트(320a,320b,320c)의 각 일측부에 형성된 홀에 나사산이 형성된 볼트(327a,327b,327c)가 볼트의 머리부가 아래를 향하도록 아래에서 위로 관통되어 각각 삽입되고, 이와 같이 삽입되어 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(307)의 각 모서리 부분에 상부면 위로 돌출된 각 볼트(327a,327b,327c)의 나사산에 각각 너트(328a,328b,328c)가 체결되어 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(307)의 각 모서리 부분에 배치되는 각 볼트(327a,327b,327c)가 고정될 수 있다.
상기 삼각 형상의 하부 플레이트(307)의 각 모서리 부분에 고정된 각 볼트(327a,327b,327c)의 머리부에는 각각 장력도입 인장고리(329a,329b,329c)가 용접에 의해 고정된다.
상기 삼각 형상의 하부 플레이트(307)의 각 모서리 부분에 고정된 각 볼트(327a,327b,327c)의 머리부에 각각 고정된 장력도입 인장고리(329a,329b,329c)에는 각각 장력도입장치가 연결되어 평평한 지면에 고정될 수 있도록 한다. 다수개의 장력도입장치는 강봉을 이용하여 교량 상부구조물의 변위를 측정할 수 있도록 장력을 도입하기 위한 장치로서 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분의 하부면에서 각각 수직 방향 외측으로 경사지게 배치되어 평평한 지면에 고정된다.
장력도입장치는 장력도입 인장고리(329a,329b,329c)에 각각 연결되는 스텐 피아노선에 설치되는 브릿지(323)와, 브릿지(323)의 하부로 연장되는 스텐 피아노선에 연결되어 스텐 피아노선의 장력을 조절하기 위한 장력측정기(324)와, 장력측정기(324)의 하측 방향으로 연결되는 턴버클(325)을 평평한 지면에 고정시키는 앵커부를 포함한다. 여기서, 스텐 피아노선은 신축률이 작고 높은 인장강도가 있는 재질로써 높은 위치의 교량 상부구조물에서 발생되는 바람에도 흔들림이 적고, 지면의 앵커부와 하부 플레이트(321)의 사이를 연결하는 역할을 한다.
이러한 장력도입장치의 구성에서, 턴버클(325)은 본 발명의 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치가 교량의 상부구조물 하부면에 설치되어 평평한 지면에 고정된 상태에서, 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분에서 스텐 피아노선의 장력을 조절한다. 이때, 턴버클(325)에 의한 스텐 피아노선의 장력 조절시에 하향 수직력과 수평력이 도입될 수 있다.
장력측정기(324)는 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분에서 턴버클(325)에 의해 조절되는 스텐 피아노선의 장력을 측정한다. 이때 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분에 연결된 스텐 피아노선의 장력은 모두 동일하게 기준 장력에 도달시까지 턴버클(325)에 의해 조절될 수 있다. 즉, 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분에 연결된 스텐 피아노선의 장력이 모두 동일하게 기준 장력에 도달하게 되면 하부 플레이트(321)가 수평 상태를 유지할 수 있게 된다.
하기에서는 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치의 작용 및 작동 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 상부구조물 높이를 고려하여 변위거동측정용 강봉을 준비한다. 예를 들어, 상부구조물의 높이가 10m인 경우에는 1m의 변위거동측정용 강봉 10개를 준비하도록 한다.
본 발명의 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치를 교량 상부구조물의 하부에 설치하기 전 상태에서 변위거동측정용 강봉을 연결하기 전에 인력 또는 장치를 이용하여 10-20mm의 늘음을 확보하여 상기 삼각 형상의 상부 플레이트(307)와 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 모서리 부분에 연결된 제어부의 스프링(309a,309b,309c)에 인장력이 도입될 수 있도록 한다. 이는 장력도입의 용이성 확보를 위한 것으로, 변위거동측정용 강봉을 설치한 후에 제어부의 스프링(309a,309b,309c)에 인장력을 도입할 경우 무리한 힘으로 변위거동측정용 강봉의 변형을 유발하게 됨으로써 변위거동측정용 강봉 연결부에 변형유발로 수직도 확보가 곤란할 수 있다.
이와 같이 제어부의 스프링(309a,309b,309c)에 인장력이 도입된 상태에서 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 변 중앙부를 관통하는 상기 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c)이 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)에 고정되도록 나비 모양의 하부 너트(315a,315b,315c)를 각각 체결함으로써 제어부의 스프링(309a,309b,309c)에 인장력이 도입된 상태를 유지할 수 있게 된다.
이어서, 제어부의 스프링(309a,309b,309c)에 인장력이 도입된 상태의 본 발명의 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치를 교량 상부구조물의 하부에 설치하고, 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 하부면 각 모서리 부분에 연결된 장력도입장치를 평평한 지면에 고정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치가 교량 상부구조물의 하부면에 설치되어 지면에 고정된 상태에서, 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 하부면 각 모서리 부분에 연결되는 장력도입장치의 턴버클(325)을 이용하여 스텐 피아노선의 장력을 동일하게 조절하여 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)와 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 상부면에 상기 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c)을 고정시키는 나비 모양의 하부 너트(315a,315b,315c) 상호간에 동일한 높이의 간격이 유지될 수 있도록 한다.
이러한 상태에서 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 각 변의 중앙부 3개 지점에 형성된 홀을 각각 관통하는 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c)의 하부 나사산에 각각 체결되는 제어부의 3개의 나비 모양의 너트(315a,315b,315c)를 풀어서 3개의 가이드 봉(310a,310b,310c) 나사산이 시작되는 부분까지 올라가 위치하도록 함으로써 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 하부면 각 모서리 부분에 연결되는 스텐 피아노선에 1차적으로 장력이 도입될 수 있도록 한다.
이어서, 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 하부면 각 모서리 부분에 연결된 스텐 피아노선의 장력을 턴버클(325)을 이용하여 조절할 수 있으며, 턴버클(325)에 의한 스텐 피아노선의 장력 조절시에 하향 수직력과 수평력이 도입되어 상기 삼각 형상의 하부 플레이트(321)의 하부면 각 모서리 부분에 연결된 3개의 스텐 피아노선의 장력이 평형을 유지할 수 있게 된다.
즉, 하부 플레이트(321)의 하부면 각 모서리 부분에 연결된 스텐 피아노선의 장력을 장력측정기(324)에 의해 측정하여 하부 플레이트(321)의 하부면 각 모서리 부분에 연결된 3개의 스텐 피아노선의 장력이 모두 동일하게 기준 장력에 도달시까지 턴버클(325)을 이용하여 조임 또는 풀어서 조절할 수 있다. 즉, 하부 플레이트(321)의 하부면 각 모서리 부분에 연결된 3개의 스텐 피아노선의 장력이 모두 동일하게 기준 장력에 도달하게 되면 하부 플레이트(321)가 수평 상태를 유지할 수 있게 된다.
이와 같은 상태에서 본 발명의 변위거동측정용 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정이 시작될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 교량 상부구조물의 변위거동에 따라 변위거동측정용 강봉의 하단부에 설치된 변위계(312)의 하부에 일체로 결합되는 센서부(313)는 평평한 지면에 접한 상태에서 교량 상부구조물의 변위거동에 따른 변위거동측정용 강봉의 상,하 수직 방향 움직임에 연동되어 교량 상부구조물의 변위거동을 감지하여 감지된 변위거동 정보를 변위계(312)로 전송할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
120 : 상부구조물
301 : 상부판
307,321 : 상,하부 플레이트
309a,309b,309c : 스프링
310a,310b,310c : 가이드 봉
322 : 변위거동측정용 강봉
323 : 브릿지
324 : 장력측정기
325 : 턴버클

Claims (4)

  1. 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치로서,
    교량 상부구조물의 하부면에 부착 고정되는 부착부;
    교량 상부구조물의 변위거동 측정을 위하여 상기 부착부에 연결된 상태에서 중력방향으로 여러 개의 강봉을 지면까지 연장함으로써 상부구조물의 수직거동에 따라 연동되는 변위거동측정용 강봉;
    상기 상부구조물과 지면과의 사이가 높을 경우 여러 개의 강봉들을 설치함에 따라 바람 또는 진동 등에 의해 최대 수평변위가 발생하는 위치에 변위 제어부가 설치되며, 상기 변위 제어부는 강봉과 삼각형상의 상부판과 삼각형상의 상부 플레이트 중앙부 홀을 강결(용접 등)로 연결하고 수직 및 수평력을 도입할 수 있는 삼각형상의 하부 플레이트와 세 개의 탄성체로 구성되고,
    하나의 강봉이 삼각형상의 상부판과 두 개의 삼각형상의 플레이트 중앙부위에 위치한 홀을 수직으로 관통하고 삼각형상의 상부판과 삼각형상의 상부 플레이트의 홀은 강봉과 강결되고 삼각 형상의 상부판과 상부플레이트 모서리부 사이에 위치한 강봉은 용접으로 고정되어 상부구조물 변위와 연동되며, 삼각 형상의 하부 플레이트는 강봉이 수직으로 관통되어 상부구조물의 변위와 분리 거동되고 삼각 형상의 상부 플레이트의 각 모서리부와 삼각 형상의 하부 플레이트의 각 모서리부가 각각 탄성체에 의해 연결되며, 삼각 형상의 상부 플레이트의 각 변 중앙부에 형성된 홀과 상기 삼각 형상의 하부 플레이트 각 변 중앙부에 형성된 홀을 통해 일직선상으로 각각 가이드 봉이 관통되어 상기 삼각 형상의 하부 플레이트 상부면에 상부 너트에 의해 각각 고정되는 구조의 제어부;
    상기 삼각 형상의 하부 플레이트의 하부면 각 모서리부에 연결되어 각각 수직 방향 외측으로 경사지게 연장되어 지면에 고정되며, 상기 삼각 형상의 하부 플레이트의 하부면 각 모서리 부분에 연결된 스텐 피아노선에 장력을 도입하여 각 지점에서 동일한 크기의 하향 수직력과 상기 변위거동측정용 강봉과의 직각방향인 수평력이 도입되어 3방향 힘의 평형으로 횡방향 변위를 제어하는 장력도입부; 및
    상기 변위거동측정용 강봉의 하단부에 변위계가 설치되고 상기 변위계의 하단부에 위치한 변위계 센서가 지면에 접한 상태에서 교량 상부구조물의 수직거동에 연동되어 교량 상부구조물의 변위거동 측정정보를 감지하여 상기 변위계로 전송하는 변위거동 측정부를 포함하는 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 부착부는,
    개구부가 하측 방향을 향하는 상태로 배치되는 'ㄷ'자형 철구조물;
    교량 상부구조물의 하부면에 부착되어 상기 'ㄷ'자형 철구조물의 상부면 중앙부를 관통하여 너트에 의해 상기 'ㄷ'자형 철구조물에 체결 고정되는 앙카볼트; 및
    일측단부는 원형링 힌지 구조를 갖고 타측단부는 수나사산이 형성되어 상기 원형링 힌지 구조가 상기 'ㄷ'자형 철구조물의 마주보는 양측 중앙부를 관통하여 고정되는 경첩볼트 걸림 볼트에 걸리고, 타측단부에 형성된 수나사산은 하부에 연결되는 상기 변위거동측정용 강봉의 상단부에 형성된 암나사산에 체결되어 고정되는 경첩볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 장력도입부는,
    상기 삼각 형상의 하부 플레이트의 각 모서리 부분에 설치된 볼트를 고정시키는 너트가 하부플레이트 상면에 위치하고 나사산이 형성된 볼트 머리부가 아래를 향하도록 설치되고, 상기 삼각 형상의 하부 플레이트의 각 모서리 부분에 상부면 위로 돌출된 각 볼트의 나사산에 각각 너트가 체결되며, 상기 삼각 형상의 하부 플레이트의 각 모서리 부분에 고정된 각 볼트의 머리부에는 각각 장력도입 인장고리가 용접에 의해 고정되고, 상기 장력도입 인장고리와 각각 연결되어 앵커에 의해 지면에 고정되는 스텐 피아노선에 장력을 도입하기 위하여 브릿지와 장력측정기와 턴버클이 순차적으로 연결되며, 상기 장력측정기는 상기 턴버클에 의해 조절되는 스텐 피아노선의 장력을 측정하는 것을 특징으로 하는 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 변위거동 측정부의 변위계는 상부구조 변위거동을 고려한 일정 간격을 두고 변위계 고정틀을 이용하여 변위거동측정용 강봉의 하단부에 결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 강봉을 이용한 교량 상부구조물의 변위거동 측정장치.
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