KR101886309B1 - 교량 변위 계측 시스템 - Google Patents

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KR101886309B1
KR101886309B1 KR1020180004535A KR20180004535A KR101886309B1 KR 101886309 B1 KR101886309 B1 KR 101886309B1 KR 1020180004535 A KR1020180004535 A KR 1020180004535A KR 20180004535 A KR20180004535 A KR 20180004535A KR 101886309 B1 KR101886309 B1 KR 101886309B1
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Abstract

본 발명은, 콘크리트층 위에 적층되는 아스팔트층을 구비하고, 상호 이격 배치되는 제1교각과 제2교각 사이에 얹혀져 지지되는 제1교량 상판, 상기 제2교각과 상기 제2교각과 상호 이격 배치되는 제3교각 사이에 얹혀져 상기 제1교량 상판에 연달아 배치되는 제2교량 상판, 상기 제1교량 상판과 상기 제2교량 상판에 설치되는 지지부, 및 상기 지지부의 비틀림을 산출하기 위해 구조물의 일방향 변위를 측정하는 변위 측정 센서부를 포함하는 교량 변위 계측 시스템을 개시한다.

Description

교량 변위 계측 시스템{BRIDGE DISPLACEMENT MEASUREMENT SYSTEM}
본 발명은 교량 변위 계측 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 교량 변위 계측 시스템에 있어서, 교량 상판 간의 비틀림 정도를 산출하기 위한 교량의 일방향 상대변위를 측정하고 산출하는 시스템에 관한 것이다.
교량은, 다수 개의 교각을 세우고, 교각과 교각 사이에 거더(girder)와 철근 콘크리트 슬래브 또는 박스형 거더(box girder) 등으로 형성된 교량 상판을 얹힌 후, 상기 교량 상판의 상부에 아스팔트를 도포시켜, 노선상의 하천, 계곡, 강 등과 같은 장애물에 가로질러 놓은 토목 구조물이다.
복수 개의 교량 상판은 교각을 따라 연달아 배치되기 때문에, 각각의 교량 상판 간에는 일정 간격의 틈새가 형성된다. 따라서 각각의 교량 상판의 거동은 독립적으로 발생한다.
구체적으로, 각각의 교량 상판에는, 계절에 따라 발생하는 온도변화에 의해 일정량 그 길이가 늘어나고, 줄어드는 현상이 발생할 수 있고, 교량을 통과하는 차량 하중에 따라 발생하는 불균등한 하중 분배에 의해 도로 진행 방향을 기준으로 좌측 또는 우측으로 기울어짐이 발생하고, 이에 따라 연달아 배치되는 교량 상판들 간의 비틀림이 발생할 수 있다.
참고로, 각각의 교량 상판의 단부에 조인트부를 설치하여 교량 상판들이 서로 맞물리게 연결될 수 있으나, 이는 교량 상판들이 일체로 거동하는 구조 시스템을 의미하지 않는다.
특히, 교량 상판 간에 비틀림이 심하게 발생하는 경우, 상기 비틀림에 따른 교량 구조 시스템에 불균형이 초래되어 교량 붕괴 등과 같은 안전 사고가 발생할 수 있다. 따라서 이를 모니터링하고 이상 징후를 초기에 발견하는 것이 매우 중요하다.
아울러, 비틀림에 의해 전단력이 교량 상판들 사이에 설치된 조인트부에 발생하여 상기 조인트부가 변형 또는 손상될 수 있다는 문제가 있다.
따라서, 교량의 손상을 방지하기 위해 교량 상판들간의 비틀림이 어느 정도 발생하였는지를 측정하는 것이 매우 중요하다. 하지만, 종래 기술에는 교량 상판의 특정 지점의 처짐(deflection) 또는 일방향 변위(one-direction displacement)를 측정하는 접촉식 장치가 개시되어 있음은 별론하고, 교량 상판들 간의 비틀림을 측정하는 접촉식 장치가 개시된 바 없다. 아울러, 교량 상판들 간의 비틀림을 모니터링하고 이상 증후 발견 시 교량 관리자에게 경고하는 시스템이 구축되지 않고 있다.
본 발명의 첫 번째 목적은 단순한 구조로 이루어지면서도 교량 상판들 간에 발생하는 비틀림을 측정하기 위한 접촉 방식 교량 변위 계측 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 교량 상판들 간의 비틀림을 모니터링하고, 이상 증후 발견 시 교량 관리자에게 경고하는 교량 변위 계측 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 첫 번째 목적을 달성하기 위한 일 예로, 콘크리트층 위에 적층되는 아스팔트층을 구비하고, 상호 이격 배치되는 제1교각과 제2교각 사이에 얹혀져 지지되는 제1교량 상판; 상기 제2교각과 상기 제2교각과 상호 이격 배치되는 제3교각 사이에 얹혀져 상기 제1교량 상판에 연달아 배치되는 제2교량 상판; 상기 제1교량 상판과 상기 제2교량 상판에 설치되는 지지부; 및 상기 지지부의 비틀림을 산출하기 위해 구조물의 일방향 변위를 측정하는 변위 측정 센서부를 포함하는 교량 변위 계측 시스템에 있어서, 상기 지지부는, 상기 제1 교량 상판의 하부에 고정 설치되고, 상기 복수의 변위 측정 센서 각각의 일측과 연결되는 제1지지프레임; 및 상기 제2교량 상판의 하부에 상기 제1지지프레임을 마주보도록 고정 설치되고, 상기 복수의 변위 측정 센서 각각의 타측과 연결되는 제2지지프레임을 포함하고, 상기 변위 측정 센서부는, 상기 제1지지프레임과 상기 제2지지프레임 사이에 배치되어 상기 제1지지프레임과 상기 제2지지프레임을 연결하는 제1변위 측정 센서; 상기 제1변위 측정 센서로부터 수평방향으로 이격 배치되어 상기 제1지지프레임과 제2지지프레임을 연결하는 제2변위 측정 센서; 및 상기 제1변위 측정 센서로부터 수직방향으로 이격 배치되어 상기 제1지지프레임과 제2지지프레임을 연결하는 제3변위 측정 센서를 포함하며, 상기 제1교량 상판과 상기 제2교량 상판의 상대적 비틀림은, 상기 제1변위 측정 센서, 상기 제2변위 측정 센서 및 상기 제3변위 측정 센서 각각으로부터 측정되는 상기 제1지지프레임과 상기 제2지지프레임 간의 일방향 변위값을 전달받은 연산부에 의해 산출됨에 의해 이루어진다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1변위 측정 센서, 상기 제2변위 측정 센서 및 상기 제3변위 측정 센서는, 상기 제1교량 상판과 상기 제2교량 상판의 배치 방향을 따라 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1지지프레임 및 제2지지프레임에는 변위 측정 센서부와 연결되는 힌지연결부가 각각 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 힌지연결부는, 일측에 상기 복수의 변위 측정 센서 각각의 일단이 삽입되는 홈을 구비하는 볼베어링; 상기 홈이 노출되도록 상기 볼베어링의 적어도 일부를 감싸는 하우징; 및 상기 제1지지프레임 또는 상기 제2지지프레임으로부터 돌출되어 상기 하우징의 일측과 결합하는 장착 돌출부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 제1지지프레임 및 상기 제2지지프레임은, 상부로부터 수평방향으로 각각 연장되는 연장부 및 상기 연장부를 상기 제1교량 상판 또는 상기 제2교량 상판에 고정시키는 체결부를 각각 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 지지부는, 내측을 향하는 일면에 형성되는 표시부; 및 상기 표시부가 형성되는 반대면에 설치되고, 상기 표시부를 주기적으로 촬영하는 영상부를 포함할 수 있다.
상술한 해결수단을 통해 얻게 되는 본 발명의 효과는 다음과 같다.
첫째, 연속되는 교량 상판에 각각 연결되는 지지부의 양측이 변위 측정 센서부에 의해 연결되어, 지지부가 일체 거동하는 단순한 구조를 통해, 변위 측정 센서부는 복수의 지점에서 제1지지프레임과 제2지지프레임간의 상대적 변위를 측정하여 교량 상판들 간에 발생하는 비틀림을 쉽게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조가 단순하기 때문에 제작 비용이 크게 절감될 수 있으며, 설치 또는 해체 작업이 용이할 수 있다.
아울러, 본 발명은 교량 상판 하부에 설치가 되고 나면, 상기 3축 변위를 측정하기 위한 별도의 인력이 필요하지 않기 때문에, 교량 상판의 비틀림을 모니터링하는 시스템을 구축하기가 용이하다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 교량 변위 계측 시스템을 나타낸 개념도.
도 2는 도 1의 도시된 교량 변위 계측 시스템을 확대하여 보인 확대도이다.
도 3은 도 2의 주요 구성들을 상세하게 보인 상세도.
도 4는 도 2의 주요 구성들 간의 결합 관계를 분리하여 보인 개념도.
도 5는 지지부가 제1변위 측정 센서, 제2변위 측정 센서 및 제3변위 측정 센서에 의해, 일체 거동하여 비틀린 모습을 보이는 도면으로서, 도 5의 (a)는 사시도, 도 5의 (b)는 평면도 및 도 5의 (c)는 측면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 변형예와 관련된 교량 변위 계측 시스템을 보인 개념도.
이하, 본 발명에 관련된 교량 변위 계측 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 교량 변위 계측 시스템(100)을 나타낸 개념도이다. 도 2는 도 1의 도시된 교량 변위 계측 시스템(100)을 확대하여 보인 확대도이다.
교량은 상호 이격 배치되는 교각들(20) 사이에 복수 개의 교량 상판(10)이 연달아 배치됨으로써 이루어진다.
교량 상판(10)은 철근 콘크리트 구조물 또는 강재로 제작될 수 있다. 그리고 교량 상판의 상면에는 아스팔트 층이 구비되어 사람 또는 차량이 통행할 수 있도록 이루어질 수 있다.
본 도면에서는, 순차적으로 이격 배치되는 제1교각(21), 제2교각(22) 및 제3교각(23) 사이에 제1교량 상판(11) 및 제2교량 상판(12)이 순서대로 배치된 모습을 보이고 있으며, 제1교량 상판(11)과 제2교량 상판(12) 사이에는 일정 간격의 틈새(g)가 형성되며, 상기 틈새(g)를 가로질러 제1교량 상판(11)과 제2교량 상판(12)의 하부 사이에 교량 변위 계측 시스템(100)이 설치된 것을 보이고 있다.
이하에서는 교량 변위 계측 시스템(100)의 주요 구성들에 대해 설명한다.
교량 변위 계측 시스템(100)은 지지부(110), 변위 측정 센서부(120) 및 연산부(미도시)를 포함할 수 있다.
지지부(110)는 연속되는 서로 다른 교량 상판(11, 12)의 하부에 걸쳐 설치되고, 후술할 변위 측정 센서부(120)가 배치되는 공간 및 변위 측정 센서부(120)가 고정되는 면을 포함한다.
지지부(110)는 열과 같은 외부 환경에 변형이 잘 되지 않는 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어 지지부(110)는 고강도 강재 또는 콘크리트 등을 사용하여 제작될 수 있다.
지지부(110)는 교량 상판(10)에 결합될 수 있게 독립적으로 제작될 수도 있고, 교량 상판과 함께 일체로 제작될 수 있다. 본 도면에서는, 지지부(110)는 교량 상판과 따로 제작되어 교량 상판(11, 12)의 하부에 설치된 것을 보이고 있다.
구체적으로, 지지부(110)는 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)을 포함할 수 있다.
제1지지프레임(111)은 플레이트로 형성될 수 있고, 지지부(110)의 일측을 형성할 수 있다.
제1지지프레임(111)은 제1교량 상판(11)과 결합하고, 후술할 변위 측정 센서부(120)의 일측과 결합하여 변위 측정 센서부(120)를 지지하도록 구성된다. 구체적으로 제1지지프레임(111)은 제1교량 상판(11)의 단부의 하부에 배치되어 제1교량 상판(11)에 고정되도록 이루어진다.
제2지지프레임(112)은 제1지지프레임(111)과 마찬가지로 플레이트로 형성될 수 있고,, 지지부(110)의 타측을 형성할 수 있다.
제2지지프레임(112)은 제2교량 상판(12)과 결합하고, 변위 측정 센서부(120)의 타측과 결합하여 변위 측정 센서부(120)를 지지하도록 구성된다. 구체적으로, 제2지지프레임(112)은 제1지지프레임(111)을 마주보도록 이격 배치된 상태에서, 제2교량 상판(12)의 하부에 고정된다. 이에 따라 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112) 사이에 일정 공간(113)이 형성된다.
한편, 상기 공간(113)에는 후술할 변위 측정 센서부(120)가 배치된다. 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다.
본 도면에서는 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)은 각각 직각삼각형으로 형성되고, 제1 교량 상판(11) 및 제2교량 상판(12)의 상부에서 하부 방향으로 세워진 형태로 마주보게 배치된 것을 보이고 있다. 또한, 지지부(110)의 내측면에는 후술할 변위 측정 센서부(120)가 결합되고, 지지부(110)의 상부는 제1 교량 상판(11) 및 제2교량 상판(12)의 하부에 맞닿아 결합하고 있는 것을 보이고 있다.
상기 구조에 따르면, 지지부(110)는 제1교량 상판(11) 또는 제2교량 상판(12)의 거동을 제1지지프레임(111) 및 제2지지프레임(112)에 반영할 수 있다. 즉, 지지부(110)의 변위값을 사용하여 지지부(110)가 설치된 교량 상판들의 변위, 비틀림 등의 변위 정보를 획득할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)은 다양한 형태로 제작될 수 있다.
변위 측정 센서부(120)는 복수 개의 변위 측정 센서(121, 122, 123)로 구성될 수 있다. 여기서, 각각의 변위 측정 센서(121, 122, 123)(121, 122, 123)는 일 방향으로 연장 형성되어 구조물의 양측에 부착되고, 부착된 지점 간의 직선 변위를 측정할 수 있도록 구성된다. 구체적으로 변위 측정 센서는 검출 센서 종류에 따라 포텐쇼미터(potentionmeter), LVDT(Linear Variable Differential Transformer) 및 정전용량형 등으로 구성될 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 변위 측정 센서는 회전 변위를 검출하도록 구성될 수 있음은 물론이다.
변위 측정 센서부(120)는 교량 상판 간의 발생하는 공간 상의 비틀림을 측정하기 위하여 최소 3개의 변위 측정 센서(121, 122, 123)를 필요로 한다. 본 도면에서는 변위 측정 센서부(120)의 제1변위 측정 센서(121), 제2변위 측정 센서(122) 및 제3변위 측정 센서(123)가 한 세트로 구성된 것을 보인다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 변위 측정 센서가 3개를 초과하여 서로 다른 지점에 설치될 수 있음은 물론이다. 이 경우 다양한 지점에서의 변위값을 확보할 수 있기 때문에, 오차를 줄일 수 있으며 보다 정밀한 계측할 수 있다는 이점이 있다.
변위 측정 센서부(120)는 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)을 연결하고, 길이 방향으로 지지부(110)의 변위를 측정하도록 구성되며, 각각의 변위 측정 센서(121, 122, 123)들(121, 122, 123)은 서로 다른 위치에 평행하게 설치될 수 있다. 변위 측정 센서부(120)의 배치 관계 및 변위 측정 센서부(120)와 지지부(110)의 결합 관계에 대해서는 뒤에서 상세히 살펴본다.
한편, 연산부(미도시)는 각각의 변위 측정 센서(121, 122, 123)가 측정한 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112) 간의 일 방향 변위값을 전달받아, 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112) 간의 비틀림을 산출하도록 구성된다. 상기 비틀림 산출과 관련한 사항은 변위 측정 센서부(120) 간의 배치 위치와 관계가 있으므로 뒤에서 상세히 살펴본다.
이하에서는 교량 변위 계측 시스템(100)의 주요 구성들 간의 결합 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 2의 주요 구성들을 상세하게 보인 상세도이다. 도 4는 도 2의 주요 구성들의 일부를 분리하여 나타낸 개념도이다. 도 5의 (a) 내지 (C)에서는 지지부(110)가 제1변위 측정 센서(121), 제2변위 측정 센서(122) 및 제3변위 측정 센서(123)에 의해, 일체 거동하여 비틀린 모습을 보이는 사시도, 평면도 및 측면도이다.
본 도면을 참조하여 변위 측정 센서부(120)가 지지부(110)에 장착되는 구조를 구체적으로 살펴본다.
지지부(110)의 내측면에는 지지부(110)의 비틀림에 대응하여 변위 측정 센서부(120)가 회동할 수 있도록, 복수 개의 힌지연결부(130)가 각각 형성된다. 구체적으로, 제1지지프레임(111)에는 복수 개의 제1힌지연결부(130)가 형성되고, 제2지지프레임(112)에는 제1힌지연결부(130)와 마주보도록 제2힌지연결부(130)가 형성될 수 있다.
힌지연결부(130)는 볼베어링(131), 하우징(132) 및 장착 돌출부(133)를 포함한다.
볼베어링(131)은 각각의 변위 측정 센서(121, 122, 123)의 일단과 연결되도록 구성된다. 구체적으로 볼베어링(131)에는 일 변위 측정 센서가 삽입되는 방향으로 홈이 형성되어, 변위 측정 센서의 일단이 상기 홈(131a)에 끼워져 결합한다. 이에 따라 일 변위 측정 센서는 지지부(110)의 일면 상에서 힘이 가해지는 방향으로 회전할 수 있도록 구성된다.
하우징(132)은 볼베어링(131)의 적어도 일부를 감싸도록 형성하고, 후술할 장착 돌출부(133)에 의해 지지부(110)에 고정 결합된다.
하우징(132)은 제1하우징(132a), 제2하우징(132b) 및 조절부재(132c)를 포함한다.
제1하우징(132a)은 볼베어링(131)의 적어도 일부를 덮어 볼베어링(131)의 일측을 수용하도록 구성된다. 구체적으로, 제1하우징(132a)은 내부에 수용공간이 형성된 반구 형상으로 형성되고, 상기 수용공간에는 볼베어링(131)의 적어도 일부가 수용된다.
제2하우징(132b)은 링으로 형성되어 볼베어링(131)의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고, 제1하우징(132a)의 일측과 결합하여 볼베어링(131)이 하우징(132)으로부터 이탈되는 것을 막도록 구성된다.
조절 부재(132c)는 링으로 형성되어 볼베어링(131)을 감싸고, 볼베어링(131)의 홈(131a)을 외부로 노출 시키도록 구성된다. 구체적으로 조절 부재(132c)는 제2하우징(132b)의 일측과 결합하고, 조절 부재(132c)가 볼베어링(131)을 감싸는 정도에 따라, 변위 측정 센서의 최대 회전할 수 있는 범위가 정해진다.
장착 돌출부(133)는 하우징(132)과 제1지지프레임(111) 또는 제2지지프레임(112) 사이에 배치되어, 하우징(132)에 제1지지프레임(111) 또는 제2지지프레임(112)을 각각 연결하도록 구성된다. 구체적으로 장착 돌출부(133)의 일측은 볼베어링(131)에 형성된 홈(131a)의 반대 방향의 제1하우징(132)의 일측과 결합하고, 장착 돌출부(133)의 타측은 제1지지프레임(111) 또는 제2지지프레임(112)에 고정되도록 구성된다.
한편, 상술했듯이, 변위 측정 센서부(120)는 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)을 연결하고, 길이 방향으로 지지부(110)의 변위를 측정하도록 구성된다.
본 도면에 따르면, 변위 측정 센서부(120)는 제1변위 측정 센서(121), 제2변위 측정 센서(122) 및 제3변위 측정 센서(123)로 구성되고, 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)의 사이 공간에 배치되며, 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)을 연결하여 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)을 일체 거동시키도록 구성된 것을 보인다.
제1변위 측정 센서(121)는 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112) 사이에 배치되고, 단부가 서로 마주보는 힌지연결부(130)에 각각 연결되어 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)을 연결하고, 길이 방향으로 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112) 간의 일방향 변위를 측정할 수 있다.
제2변위 측정 센서(122)는 제1변위 측정 센서(121)와 마찬가지로 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)을 연결하되 제1변위 측정 센서(121)로부터 수평 방향으로 이격 배치하여 연결하고, 길이 방향으로 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112) 간의 일방향 변위를 측정할 수 있다.
제3변위 측정 센서(123)는 제1변위 측정 센서(121)와 마찬가지로 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)을 연결하되 제1변위 측정 장치로부터 수직 방향으로 이격 배치하여 연결하고, 길이 방향으로 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112) 간의 일방향 변위를 측정할 수 있다.
도 5의 (a) 내지 (c)에서는 본 발명의 일 실시예로, 지지부(110)가 제1변위 측정 센서(121), 제2변위 측정 센서(122) 및 제3변위 측정 센서(123)에 의해, 일체 거동하여 비틀린 모습을 보이고 있다.
상기 구성에 따르면, 변위 측정 센서부(120)는 교량 상판의 상대적 비틀림에 의한 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)을 연결하여 일체 거동시키고, 길이 방향으로 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112) 간에 발생하는 미소 변위를 각각 측정할 수 있다.
한편, 연산부는 변위 측정 센서부(120)로부터 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112) 간의 일 방향 변위값을 전달받아, 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112) 간의 비틀림을 산출하도록 구성된다.
연산부는 제1변위 측정 센서(121)와 제2변위 측정 센서(122)의 변위 데이터를 이용하여 지지부(110)의 수평 방향 변위(?x)를 산출할 수 있고, 제1 변위 측정 센서(121)와 제3 변위 측정 센서(123)의 데이터를 이용하여 지지부(110)의 수직 방향의 변위(?y)가 산출할 수 있다. 아울러, 제1변위 측정 센서(121), 제2변위 측정 센서(122) 또는 제3변위 측정 센서(123)의 데이터를 이용하여 지지부(110)의 신축변위(?z)를 산출할 수 있다. 이를 통해, 연산부는 변위 측정 센서들로부터 수집되는 변위들로부터 지지부(110)의 공간 상의 변위를 산출할 수 있다. 즉 지지부(110)의 상대적 비틀림 값을 산출해낼 수 있다. 여기서 공간 상의 변위는 6 자유도(축 방향으로 선형 변위 및 회전 변위)을 의미한다.
따라서, 본 발명은 단순한 구조로도 제1교량 상판(11)과 제2교량 상판(12) 간의 3축 변위를 쉽게 측정하고, 비틀림을 산출할 수 있다는 이점이 있다. 또한 본 발명의 구조가 단순하기 때문에 제작 비용이 크게 절감될 수 있으며, 설치 또는 해체 작업이 용이하다는 이점이 있다.
아울러, 본 발명은 교량 상판 하부에 설치가 되고 나면, 상기 3축 변위를 측정하기 위한 별도의 인력이 필요하지 않기 때문에, 교량 상판의 비틀림을 모니터링하는 시스템을 구축하기가 용이하다는 이점이 있다.
한편, 제1지지프레임(111)과 제2지지프레임(112)은 제1교량 상판(11)과 제2교량 상판(12)에 각각 고정되기 위해 연장부(114) 및 체결부(115)를 더 포함할 수 있다.
연장부(114)는 제1지지프레임(111) 및 제2지지프레임(112)의 상부로부터 교량 상판(11, 12)을 따라 연장 형성될 수 있다. 또는, 연장부(114)가 교량 상판(11, 12)에 삽입되어 고정되도록 구성될 수도 있다. 본 도면에서는 지지부(110)는 교량 상판의 하부에 맞닿도록 교량 상판(11, 12)를 따라 연장부(114)를 구비하고 있는 것을 보인다.
체결부(115)는 각각 연장 형성된 연장부(114)가 교량 상판들(10)의 하부에 결합될 수 있도록 구성된다. 본 도면을 참고하면, 체결부(115)는 연장부(114)에 형성된 홀(114a)에 앵커를 삽입하여 지지부(110)를 교량 상판(11, 12)의 하부에 체결하도록 이루어질 수 있다.
다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 지지부(110)를 교량 상판에 결합시키기 위해 다양한 체결 수단이 동원될 수 있다. 예를 들어, 볼트 및 너트 결합 또는, 연장부(114)를 덮도록 시멘트를 도포하여 지지부(110)를 교량 상판에 결합시킬 수 있음은 물론이다.
한편 도 6은 본 발명의 변형예로서, 교량 변위 계측 시스템(200)을 구성하는 지지부(210)에 영상부(240)와 표시부(215)가 더 포함되는 변형예를 보인 개념도이다.
앞선 실시예인 교량 변위 계측 시스템(100)과 같이, 본 변형예에서, 교량 변위 계측 시스템(200)은 제1지지프레임(211), 제2지지프레임(212), 변위 측정 센서부(220), 힌지연결부(230) 및 연산부(미도시) 등을 포함할 수 있다. 이에 대한 설명은 앞선 실시예에서 설명한 바와 같다.
교량 변위 계측 시스템(100)은 영상부(240), 표시부(215) 및 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
지지부(110)는 영상부(240) 및 표시부(215)를 더 포함할 수 있다.
표시부(215)는 지지부(210)의 내측을 향하는 일측면에 형성될 수 있다. 구체적으로, 표시부(215)는 상기 일측면에 형광 표시되거나 돌출 형성될 수 있다. 본 도면에서는 표시부(215)는 제2지지프레임(212)의 내측면에 형성되고, 상기 내측면의 도심에 십자 표시로 표시된 것을 보이고 있다.
도면에 도시되지 않았으나, 상기 표시부(215)는, 상기 영상부(240)에 의하여 촬영되는 이미지의 중심점을 이용하여 교량의 상대적 비틀림을 측정하도록 이루어지는 것으로, 행렬 형태의 좌표들로 이루어질 수 있다. 상기 표시부(215)는 상호 교차하는 제1축과 제2축으로 이루어진 그래프로 이루어질 수도 있다.
영상부(240)는 표시부(215)와 마주보는 지지부(210)의 일측면에 설치되고, 표시부(215)를 촬영하도록 구성된다. 본 도면에서는 영상부(240)는 상기 일측면의 도심에 설치되고, 제2지지프레임(212)의 일측면을 촬영할 수 있도록 제2지지프레임(212)을 향해 배치된 것을 보인다. 일 실시예로 영상부(240)는 광원을 포함하는 카메라로 구성될 수 있다.
영상부(240)는 표시부(215)가 촬영된 이미지를 제어부(미도시)에 전송하도록 구성된다.
제어부(미도시)는 영상부(240)로부터 촬영된 영상으로부터 표시부(215)의 2차원 좌표값을 추출하여 촬영 시간에 따른 표시부(215)의 절대 좌표값을 획득할 수 있도록 구성된다. 이를 위해, 제어부에는 영상부(240)와 표시부(215)가 처음 설치된 지점의 절대 좌표값 및 그 때의 영상부(240)와 표시부(215) 간의 거리값이 기준값(reference value)으로 입력될 수 있다.
제어부는 영상부(240)에 의해 획득한 표시부(215)의 좌표값을 연산부에 전송할 수 있다.
한편, 연산부는 상기 제어부로부터 상기 표시부(215)의 좌표값을 전달받아 영상부(240)와 표시부(215) 간의 변위를 계산하여 공간 상의 변위를 계산하도록 구성된다.
연산부는 영상부(240)로부터 추출된 표시부(215)의 좌표값을 이용하여 표시부(215)의 초기 좌표값으로부터 현재 표시부(215)까지의 거리를 계산하여, 교량 상판이 변형된 후의 표시부(215)의 절대적 변위를 추정할 수 있도록 구성된다. 여기서 초기 좌표값은 교량 상판에 변위가 발생하기 전의 표시부(215)의 좌표값을 의미하며, 구체적으로 처음으로 영상부(240)에 의해 촬영된 표시부(215)의 좌표값을 의미한다.
연산부는 변위 측정 센서부(220)로부터 전달받은 변위값에 표시부(215)의 변위값을 매핑시켜, 표시부(215)를 기준으로 교량 상판들 간의 변위를 산출할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 구성에 따르면, 교량 엔지니어는 설계 도면 상에서 교량의 상판이 표시부(215)를 기준으로부터 얼마나 벗어났고 비틀렸는지 정확하게 알 수 있다는 이점이 있다.
구체적으로, 상기 영상부(240)가 촬영한 영상을 이용하여 상기 제1교량 상판과 상기 제2교량 상판의 상대적 비틀림 중 2차원 상의 움직임을 측정할 수 있다. 상호 직교하는 x축, y축 및 z축을 기준으로, x축과 y축 상의 움직임을 상기 영상을 이용하여 측정할 수 있다. 나아가, 상기 제1변위 측정 센서, 상기 제2변위 측정 센서 및 상기 제3변위 측정 센서 각각으로부터 측정되는 변위값들에 의하여, x축, y축 및 z축에 해당하는 3차원 상의 움직임을 측정할 수 있다.
아울러, 영상부(240) 및 표시부(215)를 통해, 본 발명은 시간에 따른 교량의 이미지를 주기적으로 모니터링 할 수 있고, 교량 상판이 어느 정도 비틀렸는지 직관적으로 판단할 수 있는 시각 정보를 모니터링 요원에게 제공할 수 있다는 이점이 있다.
한편, 교량 변위 계측 시스템(100)은 유선 및/또는 무선으로 통신을 수행할 수 있는 통신부(13) 및 메모리(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 연산부는 상기 상대적 비틀림을 정기적 또는 비정기적으로 측정할 수 있으며, 측정된 데이터를 상기 메모리에 저장할 수 있다. 나아가, 측정된 데이터를 기설정된 단말기 또는 서버로 전송할 수 있다.
상기 제어부는 상기 상대적 비틀림이 소정 범위를 벗어나는 경우, 상기 소정 범위를 벗어났음을 알리는 알림 정보를 상기 단말기 또는 상기 서버로 전송할 수 있다. 관리자는 상기 교량 변위 계측 시스템(100)으로부터 전달되는 알림 정보에 응답하여 해당 교량에서 발생한 문제에 즉각적으로 대응할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상가의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (4)

  1. 콘크리트층 위에 적층되는 아스팔트층을 구비하고, 상호 이격 배치되는 제1교각과 제2교각 사이에 얹혀져 지지되는 제1교량 상판; 상기 제2교각과 상기 제2교각과 상호 이격 배치되는 제3교각 사이에 얹혀져 상기 제1교량 상판에 연달아 배치되는 제2교량 상판; 상기 제1교량 상판과 상기 제2교량 상판에 설치되는 지지부; 및 상기 지지부의 비틀림을 산출하기 위해 구조물의 일방향 변위를 측정하는 복수의 변위 측정 센서들로 이루어진 변위 측정 센서부를 포함하는 교량 변위 계측 시스템에 있어서,
    상기 제1교량 상판의 제1면과 상기 제2교량 상판의 제2면은 마주보며,
    상기 지지부는,
    일 면이 상기 제1면과 평행하도록 상기 제1 교량 상판의 하부에 고정 설치되고, 상기 복수의 변위 측정 센서들 각각의 일측과 연결되는 제1지지프레임; 및
    일 면이 상기 제2면과 평행하도록 상기 제2교량 상판의 하부에 고정 설치되고, 상기 복수의 변위 측정 센서들 각각의 타측과 연결되는 제2지지프레임을 포함하고,
    상기 변위 측정 센서부는,
    상기 제1지지프레임과 상기 제2지지프레임 사이에 배치되어 상기 제1지지프레임과 상기 제2지지프레임을 연결하는 제1변위 측정 센서;
    상기 제1변위 측정 센서로부터 수평방향으로 이격 배치되어 상기 제1지지프레임과 제2지지프레임을 연결하는 제2변위 측정 센서; 및
    상기 제1변위 측정 센서로부터 수직방향으로 이격 배치되어 상기 제1지지프레임과 제2지지프레임을 연결하는 제3변위 측정 센서를 포함하며,
    상기 제1변위 측정 센서는 상기 제1면과 평행한 상기 제1지지프레임의 일 면 상의 제1지점 및 상기 제2면과 평행한 상기 제2지지프레임의 일 면 상의 제2지점에 연결되고,
    상기 제2변위 측정 센서는 상기 제1면과 평행한 상기 제1지지프레임의 일 면 상의 제3지점 및 상기 제2면과 평행한 상기 제2지지프레임의 일 면 상의 제4지점에 연결되고,
    상기 제3변위 측정 센서는 상기 제1면과 평행한 상기 제1지지프레임의 일 면 상의 제5지점 및 상기 제2면과 평행한 상기 제2지지프레임의 일 면 상의 제6지점에 연결되고,
    상기 제1지점, 상기 제3지점 및 상기 제5지점은 상기 제1지지프레임의 일 면 상에서 제1 직각 삼각형의 꼭지점을 형성하도록 이루어지며,
    상기 제2지점, 상기 제4지점 및 상기 제6지점은 상기 제2지지프레임의 일 면 상에서 상기 제1 직각 삼각형과 동일한 크기를 가지는 제2 직각 삼각형의 꼭지점을 형성하도록 이루어지며,
    상기 제1교량 상판과 상기 제2교량 상판의 상대적 비틀림은,
    상기 제1변위 측정 센서, 상기 제2변위 측정 센서 및 상기 제3변위 측정 센서 각각으로부터 측정되는 상기 제1지지프레임과 상기 제2지지프레임 간의 일방향 변위값을 전달받은 연산부에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 교량 변위 계측 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1지지프레임 및 제2지지프레임에는 변위 측정 센서부와 연결되는 힌지연결부가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 교량 변위 계측 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 힌지연결부는,
    일측에 상기 복수의 변위 측정 센서들 각각의 일단이 삽입되는 홈을 구비하는 볼베어링;
    상기 홈이 노출되도록 상기 볼베어링의 적어도 일부를 감싸는 하우징; 및
    상기 제1지지프레임 또는 상기 제2지지프레임으로부터 돌출되어 상기 하우징의 일측과 결합하는 장착 돌출부를 포함하는 교량 변위 계측 시스템.
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