KR101757590B1

KR101757590B1 - System and method for defects diagnosis of construction strengthening material

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Publication number: KR101757590B1
Application number: KR1020160062181A
Authority: KR
Inventors: 권민호
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2017-07-13

Abstract

본 발명은 토목이나 건축 구조물에 사용되는 보강재의 결함을 진단하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보강재를 설치한 후 결함이 발생하는 경우, 보강재에 함유된 물질의 전기전도성을 이용하여 보강재가 설치된 위치별 결함 상태 및 정도를 실시간으로 간편하게 진단하고 감시할 수 있는 구조물 보강재의 결함 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and a method for diagnosing faults in reinforcing materials used in civil engineering and building structures. More particularly, the present invention relates to a system and method for diagnosing faults in reinforcing materials used in civil engineering and building structures, The present invention relates to a fault diagnosis system and method for a structure stiffener which can easily diagnose and monitor the state and degree of a fault in each installed position in real time.

Description

FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a defect diagnosis system and method for a structural stiffener,

토목이나 건축 현장에서는 시공된 구조물의 건전성을 유지하기 위하여, 지속적인 점검과 진단이 필요하고, 이를 위해 막대한 시간과 인력이 투입되고 있다.In civil engineering and construction sites, continuous maintenance and diagnosis are necessary to maintain the integrity of the constructed structures.

이에 대응하여, 비용, 시간 및 인력의 투입을 감소시키고, 구조물의 결함을 효과적으로 진단하고 보강하기 위한 다양한 소재와 기법들이 고안되고 있다.In response, a variety of materials and techniques have been devised to reduce cost, time, and labor input, and to effectively diagnose and reinforce structural defects.

소재적인 관점에서, 종래 보강재로 주로 사용되던 철근을 대체하여, 최근에는 강도가 높고 내구성이 우수한 복합소재인 FRP(섬유강화플라스틱; Fiber Reinforced Plastic) 보강재의 사용이 더욱 증가하고 있다.From the viewpoint of materials, FRP (Fiber Reinforced Plastic) reinforcing material, which is a composite material having high strength and excellent durability, has been increasingly used instead of reinforcing bars which have been conventionally used as reinforcing materials.

이들 FRP 보강재로는, 복수의 탄소섬유들이 결합재인 열경화성 수지(resin)에 둘러싸인 구조인 CFRP(carbon FRP), 유리섬유를 결합시킨 GFRP(glass FRP) 또는 양자를 동시에 사용하는 CFGFRP 등이 있다.These FRP reinforcements include CFRP (carbon FRP), GFRP (glass FRP) combined with glass fiber, or CFGFRP using both at the same time, which is a structure surrounded by a thermosetting resin as a binder of a plurality of carbon fibers.

그러나 FRP 보강재는 설치된 직후의 우수한 안정성 및 내구성에도 불구하고, 시간이 경과함에 따라 내외부적, 환경적 요인으로 인해 결함의 발생을 피할 수 없으므로, 결함이 더 진행되어 보강재 및 구조물이 파단(fracture)에 이르기 전에 이를 신속하고, 정확하게 진단하여 보강할 필요가 있다.However, despite the excellent stability and durability of the FRP reinforcement immediately after installation, defects can not be avoided due to internal and external factors and environmental factors over time, so that defects are further developed and the stiffener and the structure are subjected to fracture It is necessary to diagnose and reinforce it promptly and accurately.

즉, FRP 보강재에 발생된 결함을 시간에 따라 탐지할 수 있다면, 보강재 및 구조물에 대해 적시에 점검 및 보완이 가능하고, 수명을 연장시킬 수 있으므로 구조물의 건전성을 확보할 수 있다.That is, if defects generated in the FRP stiffener can be detected over time, the stiffener and the structure can be checked and supplemented in a timely manner, and the life of the FRP can be prolonged.

이와 같이, FRP 보강재의 결함을 진단하는 방법으로는, 초음파 이용법, 적외선 열조영술, 임피던스 스펙트럼 이용법, 마이크로파 이용법 등 다양한 기법이 개발되어 왔다.As such, various techniques such as ultrasonic wave method, infrared thermography, impedance spectrum method, and microwave method have been developed as methods for diagnosing defects of FRP reinforcement.

그러나 상기와 같은 방법들은 정밀한 진단은 가능하지만, 초음파, 적외선, 마이크로파 발생장치 등 고가의 고성능 장치가 필요하여 비용이 증가되는 문제점이 있고, 측정 결과에 대한 분석 기법이 복잡하여 숙련된 기술자가 필요하므로 광범위한 작업 현장에서 간편하게 이용하기는 어려운 실정이다.However, the above-mentioned methods can diagnose precisely, but expensive high-performance devices such as ultrasonic wave, infrared ray, and microwave generator are required, resulting in an increase in cost, and an analysis technique for measurement results is complicated and skilled technicians are required It is difficult to use easily in a wide range of work sites.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, [선행기술문헌 1]에는, 광섬유 센서에 의한 구조물의 변형을 실시간으로 측정하는 방법이 개시되어 있으나, 이는 구조물 표면의 변형률을 측정하는 방법이므로 구조물 내부의 결함은 검출이 어렵고, 광섬유 센서가 충격에 약하여 고장이 빈번한 문제점이 있다.In order to solve such a problem, [Prior Art Document 1] discloses a method of real-time measurement of deformation of a structure by an optical fiber sensor. However, since this method measures strain on the surface of a structure, And the optical fiber sensor is vulnerable to impact, resulting in a frequent failure.

상기 [선행기술문헌 1]의 문제점을 해결하기 위하여, [선행기술문헌 2]에는 전기저항 측정법을 이용하여 탄소나노튜브(CNT)의 손상 여부를 파악하는 기술이 개시되어 있으나, 이는 특정 실험 조건하에서의 탄소 소재 자체의 손상 여부를 평가한 것으로, 현장에서 구조물의 보강재에 직접 적용하거나 실시간으로 진단하는 기술에 대해서는 개시되어 있지 않은 바, 보강재의 결함을 실시간으로, 간편하게 진단하기 위한 방법으로는 여전히 미흡한 실정이다. In order to solve the problems of the prior art document 1, the prior art document 2 discloses a technique of detecting damage of carbon nanotubes (CNTs) using an electrical resistance measurement method. However, It is impossible to directly apply the technique to the reinforcing material of the structure in the field or diagnose it in real time. As a result, it is still not enough to easily diagnose defects of the reinforcing material in real time. to be.

[선행기술문헌 1] 한국등록특허 324,118 (2002. 1. 29 등록)[Prior Art Document 1] Korean Registered Patent No. 324,118 (registered on January 29, 2002)

[선행기술문헌 2] 한국복합재료학회지 (Composites Research, Vol. 26, No. 3, 201-206 (2013))[Prior Art Document 2] Journal of the Korean Society for Composite Materials (Composites Research, Vol. 26, No. 3, 201-206 (2013))

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 구조물의 보강재에 발생되는 결함을 실시간으로 진단하여 구조물의 건전성에 대한 상시 감시 및 원격 관리 체계의 실현이 가능한 구조물 보강재의 결함 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a system and method for monitoring the integrity of a structure and realizing a remote management system by diagnosing defects occurring in a stiffener of a structure in real time And to provide a fault diagnosis system and method for a structural stiffener.

또한, 본 발명의 다른 목적은 구조물의 건전성을 진단하기 위하여 전기저항 측정법을 이용하되, 구조물 보강재가 설치된 위치별 결함 상태와 정도를 시간에 따라 파악할 수 있는 구조물 보강재의 결함 진단 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fault diagnosis system and method of a structural stiffener that can determine the state and degree of defects in each location in which a structural stiffener is installed, using electrical resistance measurement to diagnose the integrity of the structure will be.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 구조물 보강재의 결함 진단 시스템 및 방법은 토목이나 건축 구조물을 포함하는 일정한 외형을 갖는 인공 구조물의 강도를 보충하기 위하여 상기 구조물에 설치되는 보강재, 상기 보강재의 전기저항을 측정하는 측정모듈 및 상기 측정모듈의 측정 결과를 이용하여 상기 보강재의 결함 상태를 진단하는 판단모듈을 포함하되, 상기 판단모듈은 상기 측정모듈로부터 전기저항 데이터, 측정시간 및 위치식별정보를 수신하여 상기 보강재의 결함 상태를 판단하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, a fault diagnosis system and method of a structural stiffener according to the present invention includes a stiffener installed on the structure for supplementing the strength of an artificial structure having a certain outer shape including civil engineering and building structures, And a determination module for diagnosing a defective state of the stiffener using the measurement result of the measurement module, wherein the determination module determines the electrical resistance data, the measurement time, and the position identification information And determines a defective state of the stiffener.

또한, 상기 보강재는 상기 구조물을 둘러싸는 판형의 전도성 FRP 소재이고, 상기 측정모듈과의 전기적 연결을 위해, 양단부에 체결공이 형성된 제1전극 및 제2전극이 구비되며, 피보강재와의 체결을 위해, 상기 전극의 말단부에 요철형의 체결돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the reinforcing material is a plate-shaped conductive FRP material surrounding the structure. In order to electrically connect to the measurement module, a first electrode and a second electrode having fastening holes at both ends thereof are provided. And a concave-convex fastening protrusion is formed at the distal end of the electrode.

또한, 상기 측정모듈은 전력을 공급하는 급전부, 상기 급전부로부터 전력을 공급받아 상기 보강재의 전기저항을 측정하는 측정부 및 상기 측정된 데이터를 송신하는 통신부를 포함하되, 상기 측정부는 상기 보강재 양단의 제1전극 및 제2전극에 형성된 체결공을 통해 상기 보강재와 전기적으로 밀착 체결되는 것을 특징으로 한다.The measuring module may include a feeding part for supplying electric power, a measuring part for receiving electric power from the feeding part to measure electric resistance of the reinforcing material, and a communication part for transmitting the measured data, The first electrode and the second electrode of the first electrode and the second electrode, respectively.

또한, 상기 판단모듈은 상기 보강재의 결함 상태에 따라, 상기 보강재의 감시 빈도를 재설정하고 상기 측정모듈의 고장 여부를 파악하기 위한 피드백 신호를 송신함으로써 상기 측정모듈을 원격 제어하는 것을 특징으로 한다.The determination module may remotely control the measurement module by resetting the monitoring frequency of the stiffener according to the defective state of the stiffener and sending a feedback signal to determine whether the measurement module is faulty.

또한, 상기 측정모듈은 상기 구조물에 복수 개로 설치될 수 있고, 상기 복수 개의 측정모듈 중 어느 하나는 호스트(host)로, 나머지는 슬레이브(slave)로 설정하되, 상기 슬레이브는 근거리 통신에 의해 상기 호스트와만 데이터를 송수신하고, 상기 호스트는 원거리 통신에 의해 상기 판단모듈과도 송수신하는 것을 특징으로 한다.In addition, the measurement module may be installed in a plurality of structures in the structure, and one of the plurality of measurement modules is set as a host and the rest is set as a slave, And the host transmits / receives data to / from the determination module through a long distance communication.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 구조물 보강재의 결함 진단 시스템 및 방법은, 실시간으로 측정되는 전기저항 데이터를 통해, 구조물에 결함이 발생된 시점과 위치를 정확히 파악할 수 있는 바, 토목이나 건축 구조물의 건전성 내지 안전성 여부에 대한 상시 감시 및 원격 관리 체계를 실현할 수 있는 장점이 있다.As described above, the defect diagnosis system and method of the structure stiffener according to the present invention can accurately grasp the time and position at which defects are generated in the structure through the electrical resistance data measured in real time. There is an advantage in that it is possible to realize a constant monitoring and remote management system for health or safety.

또한, 본 발명에 따른 구조물 보강재의 결함 진단 시스템 및 방법을 이용하면, 종래 현장 점검이나 고가의 장비를 통해 구조물과 보강재의 결함 상태를 파악함에 따른 시간과 인력의 낭비 및 비용의 증가를 최소화할 수 있는 장점이 있다.Further, by using the system and method for diagnosing defects of a structural stiffener according to the present invention, it is possible to minimize the increase of waste of time and manpower and cost due to the inspection of defects of structures and stiffeners through conventional field inspection or expensive equipment There is an advantage.

또한, 본 발명에 따른 구조물 보강재의 결함 진단 시스템은 전기저항 등의 전기적 물성을 측정하고 데이터를 송신하는 간단한 회로기판 형태로 구성될 수 있는 바, 종래의 고가 장비에 비해 구조물의 진단 비용을 현저히 감소시킬 수 있고, 데이터의 해석이 간단하여 광범위한 구조물 보강 현장에서 사용될 수 있는 장점이 있다.In addition, the defect diagnosis system of the structure stiffener according to the present invention can be configured in a simple circuit board form for measuring electrical properties such as electrical resistance and transmitting data, thereby significantly reducing the diagnosis cost of the structure as compared with the conventional expensive equipment And can be used in a wide range of structural reinforcement sites.

도1a는 전기전도성을 가진 봉형 CFGFRP 보강재의 모식도, 도1b는 봉형 GFRP와 봉형 CFRP의 모식도, 도1c는 판형 GFRP 보강재와 판형 CFGFRP 보강재의 모식도,
도2a와 도2b는 본 발명에 따른 구조물 보강재의 결함을 진단하기 위한 전기적 물성 측정도,
도3은 FRP 보강재의 변형(strain)과 전기저항 변화율의 상관관계 그래프,
도4는 본 발명에 따른 결함 진단 시스템의 구성도,
도5a는 본 발명에 따른 측정모듈을 부착한 보강재가 설치된 구조물의 개략도, 도5b는 본 발명에 따른 보강재의 개략도, 도5c는 도5a의 A-A’ 부분의 단면도, 도5d는 도5c에서 본 발명에 따른 보강재의 체결부 구조도,
도6은 본 발명에 따른 측정모듈을 부착한 보강재가 설치된 교각의 모식도,
도7은 본 발명에 따른 결함 진단 시스템을 이용하여 보강재가 설치된 위치별로 측정된 전기적 물성 그래프의 예시도이다.1B is a schematic view of a rod-like GFRP and rod-shaped CFRP, FIG. 1C is a schematic diagram of a plate-like GFRP reinforcement and a plate-like CFGFRP reinforcement, FIG.
FIGS. 2A and 2B are electrical property measurement diagrams for diagnosing defects of a structural reinforcement according to the present invention. FIG.
3 is a graph showing a correlation between the strain of the FRP stiffener and the rate of change in electrical resistance,
4 is a configuration diagram of a defect diagnosis system according to the present invention;
5A is a schematic view of a stiffener according to the present invention, FIG. 5C is a sectional view taken along the line AA 'in FIG. 5A, and FIG. And Fig.
6 is a schematic view of a pier provided with a stiffener with a measurement module according to the present invention,
FIG. 7 is an exemplary diagram of an electrical property graph measured for each location of a stiffener using a defect diagnosis system according to the present invention.

이하에서는, 본 발명에 따른 구조물 보강재의 결함 진단 시스템 및 방법을 도면을 이용하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a fault diagnosis system and method of a structural stiffener according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도1a는 전기전도성을 가진 봉형 CFGFRP 보강재의 모식도, 도1b는 봉형 GFRP와 봉형 CFRP의 모식도, 도1c는 판형 GFRP 보강재와 판형 CFGFRP 보강재의 모식도이다.FIG. 1B is a schematic view of a rod-shaped GFRP and a rod-shaped CFRP, and FIG. 1C is a schematic diagram of a plate-like GFRP reinforcement and a plate-like CFGFRP reinforcement.

상기 FRP 보강재는 구조물의 형태나 용도에 따라 봉형(rod, 10, 11, 12)이나 판형(plate, 20, 30)을 사용할 수 있고, 구성 성분별로는 열가소성 수지(13)에 유리섬유(14)를 결합시킨 GFRP(11, 20), 탄소섬유(15)를 결합시킨 CFRP(12) 또는 양자를 모두 결합시킨 하이브리드형 CFGFRP(10, 30) 등이 있다.The FRP reinforcement may be a rod, a rod, a plate, or a plate, depending on the shape and use of the structure. The FRP reinforcement may be formed of glass fibers 14 to the thermoplastic resin 13 CFRP (12) bound with carbon fiber (15), or hybrid CFGFRP (10, 30) in which both GFRP (11,20) and carbon fiber (15) are combined.

이 중, 탄소섬유(15)를 함유하는 FRP(CFRP, CFGFRP)는 전기전도성을 가지므로, 전기적 측정 방법을 이용하면 FRP 보강재의 결함 상태를 파악하는 것이 가능하다.Among them, FRP (CFRP, CFGFRP) containing carbon fiber 15 has electric conductivity, so that it is possible to grasp the defective state of FRP reinforcement using an electrical measurement method.

다만, 탄소섬유(15)만을 함유하는 CFRP의 경우 강도와 탄성은 우수하나 취성(brittle) 특성을 가지기 때문에, 파단(fracture)이 시작된 이후 완전 파단에 이르기까지의 시간적 여유가 적은 단점이 있는 바, 최근에는 이를 보완하기 위하여 탄소섬유(15)와 유리섬유(14)를 함께 결합시킨 CFGFRP(10, 30)를 주로 이용하는 추세이다.However, since CFRP containing only carbon fiber 15 has excellent strength and elasticity but has a brittle characteristic, there is a disadvantage in that there is little time to complete fracture after the fracture is started. As a result, In recent years, CFGFRP (10, 30), in which carbon fiber (15) and glass fiber (14)

따라서 본 발명에서는 판형의 CFGFRP 보강재(30 및 후술하는 320, 이하, 보강재)를 사용하는 경우를 일예로 설명한다.Therefore, in the present invention, a case in which a plate-like CFGFRP reinforcement 30 (to be described later and 320 described below, hereinafter referred to as a reinforcement) is used will be described as an example.

물질의 전기저항(R)은 다음 [수식 1]과 같이, 물질의 종류, 면적 및 길이에 의존한다.The electrical resistance (R) of a material depends on the type, area and length of the material, as shown in [Equation 1].

[수식 1]

[Equation 1]

또한, 전기저항 변화율은 다음 [수식 2]에 의해 계산될 수 있다.Further, the rate of change in electric resistance can be calculated by the following equation (2).

[수식 2]

[Equation 2]

전기전도성을 가진 소재에 결함이 발생되는 경우, 변형이나 손상의 발생 정도에 따라 소재의 면적 또는 길이가 변화되므로, 결함이 증가할수록 전기저항의 변화에 따라 전기저항 변화율(ΔR/R₀)도 증가하게 된다.When defects occur in a material having electrical conductivity, the area or length of the material changes depending on the degree of deformation or damage. Therefore, as the defects increase, the rate of change in electrical resistance (ΔR / R ₀ ) also increases .

따라서 소재의 전기저항을 측정하여 상기 [수식 1]과 [수식 2]를 이용하면, 전기전도성을 가진 소재에 발생되는 결함의 유무나 정도를 판단할 수 있으며, 소재를 특정 구간별로 나누어 측정하거나 구조물의 설치 위치별로 전기저항 변화율을 비교하면 결함이 발생한 보강재의 부위 또는 보강재가 설치된 구조물의 위치를 확인할 수 있다.Therefore, by measuring the electric resistance of the material and using the above-mentioned [Expression 1] and [Expression 2], it is possible to judge the presence or absence of defects occurring in the electrically conductive material, It is possible to confirm the position of the structure where the defective stiffener or the stiffener is installed.

도2는 구조물 보강재의 결함을 진단하기 위한 전기적 물성 측정도로서, 도2a는 상기 보강재(30)를 설치한 당시의 초기 상태, 도2b는 결함이 발생된 나중 상태를 나타낸 것이다.FIG. 2 is an electrical property measurement chart for diagnosing a defect of a structural reinforcement. FIG. 2 (a) shows an initial state at the time of installing the stiffener 30, and FIG. 2 (b) shows a state where a defect is generated.

상기한 바와 같이, 내부에 함유된 탄소섬유의 전기전도성을 이용하여 전기적 물성을 측정하면 상기 보강재(30)의 결함을 진단할 수 있다.As described above, it is possible to diagnose defects of the reinforcing member 30 by measuring the electrical properties using the electrical conductivity of the carbon fibers contained therein.

상기 전기적 물성은 전기저항, 전류, 전압 등이 될 수 있으나, 본 발명의 경우 전기저항을 측정하는 것을 일예로 설명한다.The electrical properties may be electrical resistance, current, voltage, etc. However, in the present invention, the measurement of electrical resistance will be described as an example.

즉, 멀티미터(multimeter)와 같은 전기적 물성 측정기(100)를 이용하여 상기 보강재(30)의 양단에 전류를 인가하여 전기저항을 측정하면, 상기 보강재(30)를 설치한 당시의 초기전기저항(R₀) 값과, 시간의 경과나 외력 등에 의해 결함이 발생한 상태인 나중전기저항(R) 값에는 차이가 발생하게 된다.That is, when electric current is applied to both ends of the stiffener 30 by using the electrical property measuring device 100 such as a multimeter, the electrical resistance is measured, and the initial electrical resistance at the time of installing the stiffener 30 R ₀ ) value, and a later electric resistance value R which is a state in which a defect occurs due to an elapse of time or an external force.

이는, 상기 보강재(30)에 결함 즉, 뒤틀림 등의 변형(16)이나 찢어짐 등의 손상(17)이 발생하면, 이를 구성하는 탄소섬유(15)에도 변형이나 손상이 발생되어 면적이나 길이 등이 변화됨에 따라 전기저항 값도 달라지기 때문이다.This is because when the damages 17 such as defects 16, tearing or the like occur in the reinforcing member 30, deformation or damage is also caused to the carbon fibers 15 constituting the reinforcing member 30, This is because the electric resistance value changes with the change.

즉, 상기 보강재(30) 내부의 탄소섬유(15)는 전기전도성 재료이고 한계신장률이 유리섬유(14)보다 작기 때문에, 상기 보강재(30)에 서서히 인장력을 가하면 신장에 따라 탄소섬유(15)에 결함이 발생하기 시작한다.That is, since the carbon fiber 15 in the reinforcing member 30 is an electrically conductive material and the critical elongation is smaller than that of the glass fiber 14, when the tensile force is gradually applied to the reinforcing member 30, Defects begin to occur.

이 과정에서 탄소섬유단의 전기저항을 측정하면 변형 정도에 따라 전기저항 값이 증가되고, 인장력을 더욱 증가시키면 상기 보강재(30)는 파단되지 않지만, 내부의 탄소섬유(15)는 완전히 파단되어 전기저항이 큰 값으로 증가하게 된다.If the tensile force is further increased, the reinforcing material 30 is not broken, but the carbon fibers 15 inside the carbon fiber 15 are completely broken, The resistance increases to a large value.

따라서 상술한 보강재(30)의 전기전도성을 이용하여 전기저항을 측정하되, 도3에서 보는 바와 같이 사전 평가를 통해 상기 보강재(30)의 변형(strain)과 전기저항 변화율(ΔR/R₀)의 상관관계를 미리 파악해두면, 상기 보강재(30)의 결함 발생 여부 및 정도를 진단할 수 있다.Therefore, the deformation (strain) and electric resistance change rate (ΔR / R ₀₎ of the reinforcing member 30 through the pre-evaluation as using the electrical conductivity of the above-mentioned reinforcing material (30) a measurement of electrical resistance, shown in Figure 3 If the correlation is grasped in advance, it is possible to diagnose whether or not a defect has occurred in the stiffener 30.

도4는 본 발명에 따른 결함 진단 시스템의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a defect diagnosis system according to the present invention.

상기 결함 진단 시스템(200)은 급전부(211), 측정부(212) 및 통신부(213)를 포함하는 측정모듈(210)과 판단모듈(215)로 구성된다.The defect diagnosis system 200 includes a measurement module 210 including a feeder 211, a measurement unit 212 and a communication unit 213 and a determination module 215.

상기 급전부(211)는 상기 측정부(212)와 통신부(213)에 전원을 공급하는데, 전원은 별도의 전원 발생기를 구비할 수도 있으나, 장치의 소형화 및 경량화를 위해 전지(battery)나 소형의 태양전지를 이용하는 것이 바람직하다.The power feeder 211 supplies power to the measuring unit 212 and the communication unit 213. The power source may include a separate power generator. However, in order to reduce the size and weight of the apparatus, It is preferable to use a solar cell.

상기 급전부(211)로부터 전원을 공급받은 상기 측정부(212)는 도선(214)을 이용하여 상기 보강재(30)의 양단에 전류를 인가하고 전기저항 값을 측정한다.The measuring unit 212 receiving power from the power feeder 211 applies a current to both ends of the stiffener 30 by using a wire 214 and measures an electric resistance value.

이 때, 측정된 전기저항 데이터는 상기 통신부(213)에 전달되고, 상기 통신부(213)는 상기 측정모듈(210)과 통신이 가능한 판단모듈(215)에 수집된 데이터를 실시간으로 송신한다.At this time, the measured electrical resistance data is transmitted to the communication unit 213, and the communication unit 213 transmits the collected data to the determination module 215 capable of communicating with the measurement module 210 in real time.

다만, 상기 판단모듈(215)은 상기 측정모듈(210)과 이격되어 통신이 가능하도록 구성될 수 있으나, 별도의 관리 또는 제어 공간에 한정되는 것이 아니라, 구조물의 결함을 진단하고자 하는 감시자의 모니터링 장치(PC, 스마트폰 등)가 될 수도 있다.The determination module 215 may be configured to communicate with the measurement module 210 in a spaced apart manner. However, the determination module 215 is not limited to a separate management or control space, (PC, smartphone, etc.).

상기 데이터를 수신한 판단모듈(215)은 상기 [수식 2]를 이용하여 전기저항 변화율(ΔR/R₀)을 계산하고, 이를 통해 상기 보강재(30)의 결함 상태를 판단할 수 있다.Upon receiving the data, the determination module 215 may calculate the rate of change in electric resistance (ΔR / R ₀ ) using Equation (2) and determine the defect state of the stiffener 30.

또한, 상기 보강재(30)는 자체의 변형이나 손상뿐만 아니라 구조물의 결함과 일체로 거동하기 때문에, 상기 판단모듈(215)은 상기 데이터 분석 결과를 통해 구조물 자체의 변형이나 손상도 직접 판단할 수 있다.Also, since the stiffener 30 behaves integrally with not only deformation or damage of the structure but also defects of the structure, the determination module 215 can directly determine deformation or damage of the structure itself through the data analysis result .

따라서 상술한 방법에 의해 상기 구조물의 결함 상태 및 정도를 확인할 수 있고, 상기 측정모듈(210)로부터 데이터가 지속적으로 송신됨에 따라 실시간 모니터링이 가능한 장점이 있다.Therefore, it is possible to confirm the defect state and the degree of the structure by the above-described method, and real-time monitoring can be performed as the data is continuously transmitted from the measurement module 210.

더불어, 상기 판단모듈(215)은 수신된 데이터의 분석에 의한 결함 상태 판단 결과를 토대로, 특정 보강재(30)에 대한 집중적인 감시가 필요한 경우 측정 시간이나 주기 등을 변경하거나, 상기 측정모듈(210)의 고장 여부 등을 파악하기 위한 피드백(feedback) 신호를 상기 통신부(213)에 송신하여 상기 측정모듈(210)을 제어할 수 있다.In addition, the determination module 215 may change the measurement time or the period, if the intensive monitoring of the specific stiffener 30 is required, based on the result of the defect state determination by analysis of the received data, And transmits the feedback signal to the communication unit 213 to control the measurement module 210.

이하에서는, 상기 측정모듈(210)이 부착된 보강재를 구조물에 설치하여, 구조물의 위치별 결함 상태를 진단하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method for diagnosing a defect state for each position of a structure by installing a stiffener attached with the measurement module 210 on the structure will be described in more detail.

도5a는 본 발명에 따른 측정모듈(210)을 부착한 보강재(320)가 설치된 구조물(300)의 개략도, 도5b는 본 발명에 따른 보강재(320)의 개략도, 도5c는 도5a의 A-A’ 부분의 단면도, 도5d는 도5c에서 본 발명에 따른 보강재(320)의 체결부(400) 구조도이다.5A is a schematic view of a structure 300 in which a stiffener 320 with a measurement module 210 according to the present invention is installed. FIG. 5B is a schematic view of a stiffener 320 according to the present invention. FIG. 5D is a structural view of the fastening part 400 of the stiffener 320 according to the present invention in FIG. 5C.

먼저, 도5a는 원통형의 피보강재(310)에 상기 보강재(320)를 감아서 설치한 구조물(300)을 나타낸 것으로써, 상기 보강재(320)에는 본 발명에 따른 측정모듈(210)이 부착되어 있다. 5A shows a structure 300 in which a stiffener 320 is wound around a cylindrical stiffener 310. A measurement module 210 according to the present invention is attached to the stiffener 320 have.

상기 보강재(320)는 도5b와 같은 판형의 CFGFRP를 사용하되, 양 끝단에는 제1전극(321) 및 제2전극(322)이 구비된다.The reinforcing material 320 uses a plate-shaped CFGFRP as shown in FIG. 5B, and the first electrode 321 and the second electrode 322 are provided at both ends.

상기 제1전극(321)과 제2전극(322)은 상기 측정모듈(210)이 상기 보강재(320)의 전기저항을 측정할 때 사용되는 전극으로, 상기 보강재(320) 내부에 함유된 탄소섬유단과 전기적으로 연결되며, 구리(Cu) 등 전기전도성이 우수한 물질을 사용함으로써 측정 오차를 감소시킬 수 있다.The first electrode 321 and the second electrode 322 are electrodes used when the measurement module 210 measures the electrical resistance of the stiffener 320 and the carbon fibers contained in the stiffener 320 And the measurement error can be reduced by using a material having high electrical conductivity such as copper (Cu).

또한, 상기 제1전극(321) 및 제2전극(322)의 중심부에는, 상기 측정모듈(210)과 상기 보강재(320)의 전기적 접촉을 강화하여 전기저항 측정 시 오차를 더욱 감소시키기 위하여 후술하는 전도성 체결부재(411, 412)를 연결할 수 있는 체결공(323, 324)이 구비되어 있다.The first electrode 321 and the second electrode 322 may be formed in the center of the first electrode 321 and the second electrode 322 in order to further increase the electrical contact between the measurement module 210 and the stiffener 320, There are provided fastening holes 323 and 324 for connecting the conductive fastening members 411 and 412.

도5c는 도5a에서의 구조물(300)에 대한 A-A’ 부위의 단면도로써, 체결부(400) 및 상기 측정모듈(210)의 부착 상태를 보여주고 있다.5C is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of the structure 300 in FIG. 5A, showing the attachment state of the coupling part 400 and the measurement module 210.

도5d에서 보는 바와 같이, 상기 체결부(400)에는 상기 보강재(320)의 양단에 구비된 제1전극(321) 및 제2전극(322)의 말단에 요철형의 체결돌기(325)를 형성하여, 상기 보강재(320)와 상기 피보강재(310) 간의 체결 성능을 향상시킬 수 있다.5D, concave / convex fastening protrusions 325 are formed at the ends of the first electrode 321 and the second electrode 322 provided at both ends of the stiffener 320, So that the fastening performance between the reinforcing member 320 and the reinforcing member 310 can be improved.

더불어, 상기 체결공(323, 324)에는 상기 측정모듈(210)과 전기적으로 연결된 전도성 체결부재(411, 412)를 관통시켜, 상기 측정모듈(210)과 상기 보강재(320)를 밀착체결(일예로, 볼트체결)함으로써, 전기적 접촉 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.The measurement module 210 and the stiffener 320 are tightly coupled to each other by passing conductive coupling members 411 and 412 electrically connected to the measurement module 210 through the coupling holes 323 and 324, , It is possible to further improve the electrical contact performance.

이와 동시에, 상기 밀착체결에 의해 상기 보강재(320)의 요철형 체결돌기(325) 간의 체결도 강화되므로, 상기 보강재(320)와 상기 피보강재(310)간의 체결 성능도 더욱 향상시킬 수 있다.At the same time, the fastening between the stiffener 320 and the reinforced material 310 is further enhanced because the fastening between the stiffener 320 and the stiffener 320 is reinforced by the tightening.

한편, 본 발명의 경우 상기 도5d에는 요철형으로 양단부가 삽입되는 체결돌기(325)를 형성하고 접착제 등을 사용하여 밀착시키는 것을 일예로 도시하였으나, 상기 체결돌기는 상기 피보강재(310)의 크기, 형상 또는 재질 등에 따라 고리형, 벨트형 등 다양한 변형이 가능하다.5D, the fastening protrusions 325 for receiving both ends of the concave-convex shape are formed and closely contacted by using an adhesive or the like. However, the fastening protrusions may be formed in a size , Shape, or material, it is possible to make various modifications such as an annular shape and a belt shape.

상술한 바와 같은 방식을 통해, 상기 보강재(320)와 상기 측정모듈(210)의 전기적 접촉 성능을 강화시킴으로써, 전기저항의 측정오차를 최소화할 수 있으므로 보다 정확하고 안정성이 우수한 측정 결과를 도출할 수 있는 장점이 있다.The measurement error of the electrical resistance can be minimized by enhancing the electrical contact performance between the stiffener 320 and the measurement module 210 through the above-described method, so that a more accurate and stable measurement result can be obtained There is an advantage.

도6은 본 발명에 따른 측정모듈(210)을 부착한 보강재(320)가 설치된 교각의 모식도로서, 교량(500)을 지지하는 피보강재(310)인 교각에 본 발명에 따른 측정모듈(210)이 부착된 상기 보강재(320)를 설치한 것이다.6 is a schematic view of a pier provided with a stiffener 320 with a measurement module 210 according to the present invention. The measurement module 210 according to the present invention is installed at a pier, which is a reinforced material 310 supporting the bridge 500, And the reinforcing member 320 is attached.

이 때, 상기 보강재(320)는 상기 교량(500)과 같은 구조물에 복수 개 설치될 수 있는 바, 개별 측정모듈(210)이 상기 교각의 어느 위치에 설치되었는지를 상기 판단모듈(215)에서 인식할 수 있도록 상기 측정모듈(210)별로 위치식별정보(ID; identification)가 설정된다.A plurality of the stiffeners 320 may be installed in the same structure as the bridge 500. The determination module 215 may recognize where the individual measurement module 210 is installed at the bridge pier (ID) is set for each of the measurement modules 210 so that the measurement module 210 can perform the measurement.

이에 따라, 상기 측정모듈(210)에서 측정된 데이터를 상기 판단모듈(215)로 송신할 때, 상기 측정모듈별 ID를 ID1, ID2, ID3 … 와 같이 위치식별정보와 함께 송신함으로써, 상기 판단모듈(215)은 상기 보강재(320)가 설치된 위치를 파악할 수 있다.Accordingly, when transmitting the measurement data from the measurement module 210 to the determination module 215, the IDs of the measurement modules are ID1, ID2, ID3, ... Together with the location identification information, the determination module 215 can determine the location where the reinforcing member 320 is installed.

이러한 방식을 통해, 도7에서와 같이 상기 결함 진단 시스템(200)의 판단모듈(215)은 상기 보강재(320)에 부착된 상기 측정모듈(210)로부터 데이터를 수신받아 상기 보강재(320)의 위치별, 시간별 전기저항 변화율 그래프를 도출할 수 있다.7, the determination module 215 of the defect diagnosis system 200 receives data from the measurement module 210 attached to the stiffener 320 and determines the position of the stiffener 320 It is possible to derive a graph of the rate of change of electrical resistance with respect to time and time.

따라서 상기 판단모듈(215)은 상기 그래프를 통해, 상기 피보강재(310)의 건전도가 사전에 설정된 안전 수준, 점검 수준 또는 경고 수준 등에 도달했는지 여부를 시각화하여 판단할 수 있다.Accordingly, the determination module 215 may visually determine whether the soundness of the subject matter of the lug 310 has reached a predetermined safety level, an inspection level, an alarm level, or the like through the graph.

또한, 일예로 도7의 ID2 및 ID4와 같이, 판단모듈(215)은 전기저항 변화율 추이가 사전에 설정된 특정 수준 이상의 값을 나타내는 경우, 상기 감시자 등에게 경고(alarm) 신호를 송출할 수도 있다.For example, as in the case of ID2 and ID4 in FIG. 7, the determination module 215 may send an alarm signal to the observer if the transition of the rate of change of electric resistance shows a value of a predetermined level or more.

더불어, 상기 결함 진단 시스템(200)은 상기 수신된 데이터을 분석하여 상기 보강재(320) 각각의 결함 상태를 체크하고, 결함 발생 이력을 기록한다.In addition, the defect diagnosis system 200 analyzes the received data to check the defect status of each of the stiffeners 320, and records the defect occurrence history.

이를 통해, 결함 발생이 예상되거나 집중 관리가 필요한 특정 보강재(320)에 대해서는 해당 ID를 가진 측정모듈(210)에 피드백(feedback) 신호를 송신함으로써, 측정 시간 또는 주기를 변경하여 상기 보강재(320)에 대한 감시 빈도를 재설정하고, 상기 측정모듈(210)의 고장 여부를 파악하는 등 상기 측정모듈(210)에 대한 선별적 관리가 가능하다.A feedback signal is transmitted to a measurement module 210 having a corresponding ID for a certain stiffener 320 that is expected to have a defect or to be centrally managed, It is possible to selectively manage the measurement module 210 by resetting the monitoring frequency for the measurement module 210 and determining whether the measurement module 210 is faulty.

한편, 도6에서와 같이 상기 측정모듈(210)이 복수 개로 설치되는 경우, 그 중 어느 하나는 호스트(host, 예를 들어 ID1)로, 나머지는 슬레이브(slave, 예를 들어 ID2 ∼ ID6)로 설정될 수도 있다.6, when a plurality of the measurement modules 210 are installed, one of them is a host (for example, ID1) and the other is a slave (for example, ID2 to ID6) May be set.

이에 따라, 상기 슬레이브는 블루투스(bluetooth) 등의 근거리 통신에 의해 상기 호스트와만 데이터를 송수신하고, 상기 호스트는 무선랜(WLAN) 등의 원거리 통신에 의해 상기 판단모듈과도 송수신함으로써, 상기 다수의 슬레이브에 대한 전력 소비를 최소화할 수 있고, 회로기판의 구성을 단순화시킬 수 있으며, 비용도 절감시킬 수 있다. Accordingly, the slave transmits / receives data to / from the host only through a short distance communication such as Bluetooth, and the host also communicates with the determination module by a long distance communication such as a wireless local area network (WLAN) The power consumption for the slave can be minimized, the configuration of the circuit board can be simplified, and the cost can be reduced.

결과적으로, 본 발명에 따른 구조물 보강재의 결함 진단 시스템 및 방법을 이용하면, 실시간으로 측정되는 전기저항 변화율 데이터를 통해, 결함이 발생된 구조물에 대한 보완 점검이 필요한 시점과 위치를 정확히 파악할 수 있는 바, 토목이나 건축 구조물의 건전성에 대한 상시 감시 및 원격 관리 체계를 구현할 수 있다.As a result, by using the fault diagnosis system and method of the structural stiffener according to the present invention, it is possible to precisely grasp the point and the position where the complementary inspection of the defective structure is required through the electrical resistance change rate data measured in real time , It is possible to implement a constant monitoring and remote management system for the soundness of civil engineering and building structures.

또한, 본 발명에 따른 결함 진단 시스템 및 방법을 이용하면, 종래 현장 점검이나 고가의 장비를 이용하여 구조물의 결함 상태를 파악하는 등에 따른 비용, 시간 및 인력의 낭비를 최소화할 수 있다.Further, by using the fault diagnosis system and method according to the present invention, it is possible to minimize waste of cost, time, and manpower due to the conventional on-site inspection or use of expensive equipment to grasp the defect state of the structure.

또한, 본 발명에 따른 측정모듈은 전기저항을 측정하고 데이터를 송신하는 간단한 회로기판 형태로 구성될 수 있는 바, 종래의 고가 장비에 비해 구조물의 진단 비용을 현저히 감소시킬 수 있고, 데이터의 해석이 간단하여 광범위한 구조물 보강 현장에서 손쉽게 사용될 수 있다.Further, since the measurement module according to the present invention can be configured in a simple circuit board form for measuring the electrical resistance and transmitting data, the diagnosis cost of the structure can be significantly reduced compared with the conventional expensive equipment, It is simple and easy to use in a wide range of structural reinforcement sites.

한편, 본 발명의 경우 상술한 바와 같이 FRP를 소재로 한 보강재를 일예로 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아니고 토목이나 건축 구조물의 보강재로서 전기전도성을 가진 모든 소재에 적용될 수 있다.In the meantime, the present invention has been described with reference to a reinforcing material made of FRP as described above. However, the present invention is not limited thereto and can be applied to all materials having electrical conductivity as reinforcing materials for civil engineering and building structures.

또한, 이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 아래 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용하여 통상의 기술자에 의한 다양한 변형 및 개량도 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And improvements are also within the scope of the present invention.

10: 봉형 CFGFRP 보강재 11: 봉형 GFRP(Glass-FRP)
12: 봉형 CFRP(Carbon-FRP) 13: 열가소성 수지(resin)
14: 유리섬유 15: 탄소섬유
16: 변형된 보강재 17: 손상된 보강재
20: 판형 GFRP 보강재 30, 320: 판형 CFGFRP 보강재
100: 전기적 물성 측정기 101, 214: 도선
200: 결함 진단 시스템 210: 측정모듈
211: 급전부 212: 측정부
213: 통신부 215: 판단모듈
300: 구조물 310: 피보강재
321: 제1전극 322: 제2전극
323, 324: 체결공 325: 체결 돌기
400: 체결부 411, 412: 체결부재10: rod type CFGFRP stiffener 11: rod type GFRP (Glass-FRP)
12: rod type CFRP (Carbon-FRP) 13: thermoplastic resin
14: glass fiber 15: carbon fiber
16: Modified stiffener 17: Damaged stiffener
20: plate type GFRP stiffener 30, 320: plate type CFGFRP stiffener
100: electrical property measuring instrument 101, 214: conductor
200: defect diagnosis system 210: measurement module
211: feeding part 212: measuring part
213: communication unit 215: determination module
300: Structure 310:
321: first electrode 322: second electrode
323, 324: fastening hole 325: fastening projection
400: fastening part 411, 412: fastening part

Claims

A first electrode and a second electrode which are installed to surround the structure to supplement the strength of the artificial structure having a certain outer shape including a civil engineering or building structure and have fastening holes formed at both ends thereof, A reinforcing material made of a conductive FRP material of a plate shape having a concave-convex type fastening protrusion at the distal end of the electrode;
A measuring unit electrically connected to the first electrode and the second electrode through the fixing hole to measure the electrical resistance of the stiffener, a feeding unit for supplying power to the measuring unit, A measurement module including a communication unit that transmits data measured by the measurement module; And
Wherein the monitoring module is spaced apart from the measurement module and receives electrical resistance data and measurement time from the measurement module to determine a defective state of the stiffener and reestablishes the monitoring frequency of the stiffener according to the defective state of the stiffener, And a determination module for remotely controlling the measurement module by transmitting a feedback signal for identifying a failure,
When a plurality of measurement modules are installed in the structure and one of the plurality of measurement modules is set as a host and the other is set as a slave, the slave transmits data to the host through short- And the host transmits and receives data to and from the determination module via the telecommunication,
And the measurement module sets the position identification information for each measurement module so that the determination module can recognize the installation position of the stiffener, and the measurement module transmits the position identification information to the determination module. .

delete

A first step of measuring an electrical resistance of a stiffener surrounding and enclosing the structure to compensate for the strength of an artificial structure having a predetermined outer shape including civil engineering and building structures;
A second step of determining a defect state of the stiffener using the measurement result of the first step; And
A third step of re-setting the monitoring frequency of the reinforcing member and determining whether the measuring module is faulty by a control signal in order to feedback-control the first step according to the defect state of the structure determined in the second step; Including,
Wherein the first step includes a measurement unit that is tightly coupled to the reinforcing member and is electrically connected to the first electrode and the second electrode through a fastening hole to measure an electrical resistance of the stiffener, a power feed unit to supply power to the measurement unit, And a communication unit that transmits data measured by the measurement unit,
Wherein the second step is performed by a determination module that analyzes and visualizes the electrical resistance data and the measurement time received from the measurement module,
Wherein the third step is performed by a control signal of the determination module transmitted to the measurement module according to the determined defect state of the structure,
When a plurality of measurement modules are installed in the structure and one of the plurality of measurement modules is set as a host and the other is set as a slave, the slave transmits data to the host through short- And the host transmits and receives data to and from the determination module via the telecommunication,
Wherein the location identification information is set for each measurement module so that the determination module can recognize the installation position of the stiffener, and the measurement module transmits the location identification information to the determination module. .

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