KR101937614B1 - 강도 검사 장치 및 이를 이용한 교량 바닥판 실험체 검사 방법 - Google Patents

강도 검사 장치 및 이를 이용한 교량 바닥판 실험체 검사 방법 Download PDF

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배재현
박성용
조근희
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사단법인 한국도로협회
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Abstract

본 발명은 실험체 강도 검사 장치 및 강도 검사 방법을 개시한다. 상기 강도 검사 장치는 강도 검사가 이루어지는 교량 바닥판 실험체, 교량 바닥판 실험체를 지지하는 실험체 지지부, 교량 바닥판 실험체 하측과 실험체 지지부 상측 사이에 위치하는 힌지부, 교량 바닥판 실험체 가장자리에 형성되고, 실험체 지지 상면과 접하는 하면에서 상면까지의 두께가 교량 바닥판 실험체의 두께보다 두껍게 형성된 확장부, 확장부와 실험체 지지부를 고정시키는 구속부를 포함한다. 또한, 교량 바닥판 실험체 강도 검사 방법은 실험체 지지부 및 힌지부 상측에 교량 바닥판 실험체를 안착시키는 단계, 실험체 지지부와 교량 바닥판 실험체를 고정하는 구속부를 설치하는 단계, 교량 바닥판 실험체의 피로도를 측정하는 단계, 구속부를 실험체 지지부와 교량 바닥판 실험체에서 분리하는 단계, 교량 바닥판 실험체의 파괴도를 측정하는 단계를 포함한다.

Description

강도 검사 장치 및 이를 이용한 교량 바닥판 실험체 검사 방법{STRENGTH TEST DEVICE AND STRENGTH TEST METHOD FOR TESTING BRIDGE DECK SAMPLE USING THE SAME}
본 발명은 강도 검사 장치 및 교량 바닥판 실험체 검사 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 교량 바닥판 강도 검사를 위해 교량 바닥판과 동일한 소재로 구성된 교량 바닥판 실험체의 강도를 검사하는 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.
교량 등의 토목 구조물을 이루는 바닥판은 콘크리트를 타설하여 형성된다. 이러한 바닥판은 토목 구조물이 소정의 하중을 견디도록 구성된다. 이를 위해 교량 바닥판을 이용하여 토목 구조물을 형성하기 전에 교량 바닥판의 피로도 및 파괴도를 검사하는 과정을 거친다.
종래의 피로도 및 파괴도 검사 과정을 살펴보면, 우선 교량 바닥판과 동일한 소재로 이루어진 교량 바닥판 실험체를 교량 바닥판 실험체를 지지하는 지지부 상에 안착시킨다.
이후, 교량 바닥판 실험체와 지지부를 관통하도록 원기둥 형상의 구속부를 설치한다. 구속부는 교량 바닥판 실험체와 지지부를 완전히 고정시키는 구성이다.
상기 구속부를 설치한 뒤, 교량 바닥판 실험체 상측에서 교량 바닥판 실험체로 반복적으로 피로하중을 가한다. 반복적인 피로하중은 교량 바닥판이 실제 환경에서 사용되는 동안 평균적으로 받게되는 피로에 대응되는 피로가 누적되도록 짧은 시간안에 교량 바닥판 실험체에 반복적으로 인가된다. .
교량 바닥판 실험체에 일정 피로하중을 가한 뒤, 교량 바닥판 실험체와 지지부에서 구속부를 제거한다. 이후, 교량 바닥판 실험체에 정적하중을 인가하여 교량 바닥판 실험체가 파괴되는 거동을 살펴보는 파괴도 검사가 수행된다.
한편, 상기 교량 바닥판 실험체의 파괴도 검사 시, 교량 바닥판 실험체와 지지부 사이에 힌지를 위치시킨다. 힌지는 교량 바닥판 실험체의 파괴도 검사 시, 파괴 하중이 온전히 교량 바닥판 실험체로 집중될 수 있도록 최소한의 구속력으로 교량 바닥판 실험체를 지지하는 구성이다.
한편, 힌지를 교량 바닥판 실험체와 지지부 사이에 위치시키기 위해서는, 교량 바닥판 실험체를 일정 높이 움직인 후에 교량 바닥판 실험체와 지지부 사이에 힌지를 위치시켜야 한다. 이로 인해 실험 과정의 번거로움 발생과 실험 시간 증가 등의 문제점이 있었다.
또한, 교량 바닥판 실험체와 지지부 사이에 힌지를 위치시키는 과정에서 교량 바닥판 실험체에 외력이 작용될 수밖에 없으며 이로 인해 교량 바닥판 실험체에 스트레스나 외부 간섭이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
이에, 교량 바닥판 실험체의 강도 검사의 번거로움을 최소화하며, 실험이 이루어지는 교량 바닥판 실험체에 스트레스 및 외부 간섭의 발생을 방지하여 교량 바닥판 실험체의 실험 조건이 변경되는 것을 방지할 수 있는 강도 검사 장치 및 방법의 기술 개발이 요구되고 있다.
한편, 전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
모델링된 교량시편을 이용한 교량 안전성 시험장치(특허출원번호 제 10-2017-0024437호)
본 발명의 일 실시예는 토목 구조물을 이루는 교량 바닥판의 피로도 및 파괴도를 측정할 수 있는 강도 검사 장치 및 교량 바닥판 실험체 강도 검사 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 토목 구조물을 이루는 교량 바닥판의 피로도 및 파괴도 측정 시, 실험의 번거로움을 최소화하여 교량 바닥판 실험체 실험 효율을 증가시킨 강도 검사 장치 및 교량 바닥판 실험체 강도 검사 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 피로도 및 파괴도를 실시하는 교량 바닥판 실험체에 스트레스 발생을 줄여 보다 정밀하게 교량 바닥판의 피로도 및 파괴도를 측정할 수 있는 강도 검사 장치 및 교량 바닥판 실험체 강도 검사 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 교량 바닥판 강도 검사를 위해 상기 교랑 바닥판과 동일한 소재로 구성된 교량 바닥판의 실험체 강도 검사 장치가 제공된다. 강도 검사 장치는 상기 교량 바닥판 실험체의 가장자리를 지지하고, 소정 간격 이격되어 마주하는 복수의 실험체 지지부, 상기 실험체 지지부 상측과 상기 교량 바닥판 실험체 하측 사이에 위치하여 상기 교량 바닥판 실험체 하측과 접하는 힌지부, 상기 교량 바닥판 실험체의 가장자리에 형성되고, 상기 실험체 지지부 상면과 접하는 하면에서 상면까지의 두께가 상기 교량 바닥판 실험체의 두께보다 두껍게 형성된 확장부 및 상기 실험체 지지부 상에 안착된 상기 확장부와 상기 실험체 지지부를 고정시키는 구속부를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 확장부는 상기 교량 바닥판 실험체와 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 확장부는 상기 실험체 지지부 상면과 접하는 제1 면을 포함하고, 상기 교량 바닥판 실험체는 상기 힌지부와 접하는 제2 면을 포함하며, 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이에 경사면이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 실험체 지지부의 모서리로부터 상기 힌지부 중심까지의 거리(x) 및 상기 실험체 지지부의 모서리로부터 상기 교량 바닥판 실험체 하면까지의 수직 거리(h)는 하기 [수학식 1]의 조건을 만족하고, 상기 힌지부의 높이는 상기 실험체 지지부의 모서리로부터 상기 교량 바닥판 실험체의 하면까지의 수직 거리(h) 보다 크게 구성된다.
[수학식 1]
Figure 112018066051337-pat00001
(단,
Figure 112018066051337-pat00002
는 상기 교량 바닥판 실험체의 중심에서부터 상기 힌지부와 상기 교량 바닥판 실험체가 접하는 접선 사이의 수평 거리이고,
Figure 112018066051337-pat00003
는 상기 교량 바닥판 실험체의 최대 처짐과 안전율의 곱으로 정의되는 설정 계수를 의미함).
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 교량 바닥판 실험체는 80 MPa 이상의 압축강도를 갖는 SUPER Concrete (슈퍼 콘크리트)로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 확장부에는 상기 구속부가 삽입되는 제1 설치공이 형성되고, 상기 실험체 지지부에는 상기 제1 설치공과 마주하는 위치에 제2 설치공이 형성되며, 상기 제1 설치공은 상기 실험체 지지부와 접하는 상기 교량 바닥판 실험체의 가장자리를 따라 길게 형성된 장공 형상일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 힌지부는, 상기 교량 바닥판 실험체 하면과 접하며 상기 교량 바닥판 실험체의 가장자리와 나란한 방향으로 형성된 원기둥 형상의 힌지바와, 상기 실험체 지지부 상에 위치하고, 상기 힌지바의 하면을 감싸도록 형성된 힌지바 안착부를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 힌지부는, 상기 힌지바 안착부 하면에 상기 힌지부를 이동시키기 위한 힌지부측 이동부를 포함하고, 상기 힌지부측 이동부의 일 측면에는 상기 힌지바 안착부의 이동을 제한하는 고정턱이 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 힌지부는 상기 실험체 지지부와 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 실험체 지지부를 이동시키기 위한 지지부측 이동부를 더 포함하고, 상기 실험체 지지부는 상기 지지부측 이동부를 통해 이동되어 상호 간격이 조정될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 구속부는 상기 교량 바닥판 실험체와 상기 실험체 지지부를 압착 고정시키는 클램프일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 구속부와 상기 교량 바닥판 실험체 상측 사이에는 상기 교량 바닥판 실험체를 구속하는 보조 구속부가 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 강도 검사 장치가 설치되는 바닥면에는 상기 실험체 지지부 및 상기 교량 바닥판을 관통한 상기 구속부가 삽입되는 구속부 삽입공이 형성될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 교량 바닥판과 동일한 소재로 구성된 교량 바닥판 실험체의 강도 검사 방법이 제공된다. 교량 바닥판 실험체의 강도 검사 방법은 실험체 지지부 및 힌지부 상측에 상기 교량 바닥판 실험체를 안착시키는 단계로서, 상기 교량 바닥판 실험체는 확장부를 통해 상기 실험체 지지부 상에 안착되고, 상기 실험체 지지부 상면과 접하는 상기 확장부의 하면에서 상기 확장부의 상면까지의 두께는 상기 교량 바닥판 실험체의 두께보다 두꺼운, 상기 교량 바닥판 실험체를 안착시키는 단계, 상기 실험체 지지부와 상기 교량 바닥판 실험체를 고정시키는 구속부를 설치하는 단계, 상기 교량 바닥판 실험체 상측 중심에 피로하중 제공 장치를 위치시켜 상기 교량 바닥판 실험체에 피로하중을 가함으로써, 상기 교량 바닥판 실험체의 피로도를 측정하는 단계, 상기 구속부를 상기 실험체 지지부와 상기 교량 바닥판 실험체에서 분리하는 단계 및 상기 교량 바닥판 실험체의 상측에 정적하중 제공장치를 위치시켜 상기 교량 바닥판 실험체에 적정하중을 가함으로써, 상기 교량 바닥판 실험체의 파괴도를 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 구속부를 상기 실험체 지지부와 상기 교량 바닥판 실험체에서 분리하는 단계 이후에, 상기 교량 바닥판 실험체와 상기 실험체 지지부를 미리 설정된 구속 강도로 상기 교량 바닥판 실험체와 상기 실험체 지지부를 구속하는 보조 구속부를 설치하는 단계를 더 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예는 토목 구조물을 이루는 교량 바닥판의 강도를 측정할 수 있는 강도 검사 장치 및 교량 바닥판 실험체 강도 검사 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 교량 바닥판 실험체를 이용하여 교량 바닥판의 강도를 검사할 때, 교량 바닥판 실험체의 움직임을 최소화하여 검사 과정의 번거로움을 최소화할 수 있다.
더욱이, 교량 바닥판 실험체의 강도를 검사할 때, 교량 바닥판 실험체의 움직임을 최소화함으로, 교량 바닥판 실험체로 스트레스 및 간섭의 발생을 방지할 수 있다. 이로 인해, 실험 조건의 변경 없이 교량 바닥판 실험체의 강도 검사가 이루어질 수 있으므로 교량 바닥판 실험체의 강도 검사가 정확하게 이루어지는 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 다른 강도 검사 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 강도 검사 장치를 이용하여 강도 검사가 이루어지는 교량 바닥판 실험체를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 강도 검사 장치에 설치된 교량 바닥판 실험체의 측면도이다.
도 4는 도 1의 강도 검사 장치의 힌지부 구조를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 바닥판 실험체 강도 검사 방법 과정을 도시한 순서도이다.
도 6은 도 5의 교량 바닥판 실험체 강도 검사 방법에 따라 교량 바닥판 실험체의 피로도 및 파괴도를 검사하는 과정을 설명하기 위한 측면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 1의 강도 검사 장치의 제1 변형 실시예를 도시한 측면도이다.
도 8은 도 1의 강도 검사 장치의 제2 변형 실시예를 도시한 측면도이다.
도 9는 도 1의 강도 검사 장치의 제3 변형 실시예를 도시한 측면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 매개체를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 다른 강도 검사 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 강도 검사 장치를 이용하여 강도 검사가 이루어지는 교량 바닥판 실험체를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 1의 강도 검사 장치에 설치된 교량 바닥판 실험체의 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강도 검사 장치는 토목 구조물을 이루는 바닥판의 강도를 검사하기 위한 장치이다. 구체적으로 강도 검사 장치는 교량 바닥판의 피로도 및 파괴도를 검사를 수행하기 위한 장치이다. 여기서 피로도 검사란 교량 바닥판 실험체에 피로하중을 소정 횟수 반복하여 인가함으로써 교량 바닥판 실험체에 피로를 누적시키고, 피로도에 따른 교량 바닥판 실험체의 균열 발생 정도, 휨 발생정도, 전단력 또는 인장력에 의한 변형정도를 측정하는 검사를 말한다. 또한, 파괴도 검사란 교량 바닥판 실험체에 정적하중을 인가하여 교량 바닥판 실험체가 파괴되기까지의 파괴 매커니즘, 실험체의 인성, 강도, 기계적 성질 등을 평가하는 검사를 말한다.
상기의 피로도 검사 및 파괴도 검사를 실제 교량 구조물에 사용되는 교량바닥판에 대해서 직접 수행하기는 불가능하므로, 실제 교량 구조물에 사용되는 교량 바닥판과 동일한 특성을 갖는 교량 바닥판 실험체를 별도로 제작하고, 교량 바닥판 실험체를 강도 검사 장치에 설치하여 강도를 검사하게 된다. 교량 바닥판 실험체는 실제 교량 바닥판과 동일한 특성을 갖도록 동일한 소재 및 동일한 크기로 제작되거나, 동일한 소재를 사용하여 실제 교량 바닥판의 축소된 크기로 제작될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 강도 검사 장치는, 실험체 지지부(120), 힌지부(180), 확장부(130) 및 구속부(160)를 포함한다.
상기 실험체 지지부(120)는, 상측에 교량 바닥판 실험체(140)의 가장자리가 안착되어 교량 바닥판 실험체(140)를 지지한다. 또한, 실험체 지지부(120)는 한 쌍의 실험체 지지부(120a, 120b)로 구성되고, 한 쌍의 실험체 지지부(120a, 120b)는 소정 간격 이격되어 마주하도록 배치된다. 이로 인해 교량 바닥판 실험체(140)의 모서리는 실험체 지지부(120) 상에 안착되며, 교량 바닥판 실험체(140)의 중심면은 실험이 이루어지는 실험 공간 바닥면에서 떠 있는 구조가 된다.
상기 힌지부(180)는 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도 검사 시, 교량 바닥판 실험체(140)로 가해지는 파괴 하중이 교량 바닥판 실험체(140)로 전달되도록 한다. 이를 위해, 힌지부(180)는 교량 바닥판 실험체(140)를 구속하는 구속력이 최소가 되도록 교량 바닥판 실험체(140)의 하면을 지지한다. 상세하게, 힌지부(180)는 실험체 지지부(120) 상측과 교량 바닥판 실험체(140) 하측 사이에 위치한다. 특히 힌지부(180)는 교량 바닥판 실험체(140) 하측과 접하도록 위치하고 있다.
상기 확장부(130)는 교량 바닥판 실험체(140) 가장자리에 형성된 부분이다. 이때, 실험체 지지부(120) 상면과 접하는 확장부(130)의 하면에서 확장부(130)의 상면까지의 두께는 교량 바닥판 실험체(140) 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
한편, 확장부(130)는 교량 바닥판 실험체(140) 가장자리에 부착되어 구성되기도 하지만 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이, 확장부(130)는 교량 바닥판 실험체(140)와 일체로 형성된다.
도 3을 참고하면 확장부(130)는 실험체 지지부(120) 상면과 접하는 제1 면(132)을 포함하고, 교량 바닥판 실험체(140)는 힌지부(180)와 접하는 제2 면(134)을 포함하며, 제1 면(132)과 제2 면(134) 사이에는 경사면(136)이 형성될 수 있다.
즉, 실험체 지지부(120) 상에는 확장부(130)가 안착되고, 교량 바닥판 실험체(140) 하면은 실험체 지지부(120)와 이격되어 교량 바닥판 실험체(140) 하면과 실험체 지지부(120)는 직접 접하지 않는다.
상기 구속부(160)는 실험체 지지부(120) 상에 안착된 확장부(130)와 실험체 지지부(120)를 고정한다. 예시적으로 구속부(160)는 원기둥의 바(bar) 형상으로 형성될 수 있으며, 확장부(130)가 형성된 교량 바닥판 실험체(140)가 실험체 지지부(120) 상에 안착되면 구속부(160)는 확장부(130)에서부터 실험체 지지부(120)를 관통하게 설치된다.
확장부(130)에는 구속부(160)가 삽입되는 제1 설치공(150)이 형성되고, 실험체 지지부(120)에는 제1 설치공(150)과 마주하는 위치에 제2 설치공이 형성된다.
또한, 강도 검사가 이루어지는 실험 공간의 바닥면에는 확장부(130)에서 실험체 지지부(120)를 관통하여 설치된 구속부(160)의 단부가 삽입되는 구속부 삽입공이 형성된다. 즉, 구속부(160)가 확장부(130)와 실험체 지지부(120)를 관통하면 구속부(160)의 단부가 실험 공간의 바닥면에 형성된 구속부 삽입공에 삽입된다. 이로 인해 구속부(160)의 일 단이 구속부 삽입공에서 구속되며 고정될 수 있다.
상기 제1 설치공(150)은 실험체 지지부(120)와 접하는 교량 바닥부 실험체(140)의 가장자리를 따라 길게 형성된 장공 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1 설치공(150)이 장공으로 형성됨에 따라, 교량 바닥부 실험체(140)가 실험체 지지부(120) 상측에 안착되는 위치가 일부 변경되어도 구속부(160)가 제1 설치공(150)에서부터 제2 설치공을 따라 용이하게 설치될 수 있다.
상기 구속부(160)를 확장부(130)와 실험체 지지부(120)를 관통하여 설치하면 구속부(160)에 고정부를 설치한다. 상기 고정부는 확장부(130) 상면과 접하게 설치될 수 있다. 상기 고정부는 제1 설치공(150)에 삽입된 고정부(160)가 이동되거나 빠지지 않도록 유압 등을 사용하여 고정부(160)를 단단히 고정시킨다.
다시 도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 강도 검사 장치는 피로하중 제공장치(30) 및 정적하중 제공장치를 더 포함한다.
상기 피로하중 제공장치(30)는 교량 바닥판 실험체(140)가 실험체 지지부(120) 상에 안착되고, 구속부(160)가 확장부(130)와 실험체 지지부(120)를 관통하여 설치되면 교량 바닥판 실험체(140)의 상측에서 교량 바닥판 실험체(140)로 피로하중을 번갈아 소정 횟수 반복하여 인가함으로써 교량 바닥판 실험체에 피로를 누적시키는 장치이다. 피로하중 제공장치(30)에 의해 제공되는 피로하중의 세기 및 반복 횟수는 교량 바닥판이 실제로 사용되는 환경에 부합하도록 결정될 수 있다. 구체적으로, 피로하중 제공장치(30)는 교량 바닥판이 실제 교량 구조물에 사용되는 경우, 교량 바닥판이 공용되는 기간동안 받게될 것으로 예상되는 하중의 평균 횟수에 대응되는 횟수만큼의 피로하중을 교량 바닥판 실험체(140)에 인가할 수 있다. 예를 들어, 교량 바닥판이 50년동안 사용되고, 50년간 교량 바닥판에 평균 200만회의 하중이 인가된다면, 피로하중 제공장치(30)는 200만회에 대응되는 횟수로 교량 바닥판 실험체(140)에 피로하중을 인가할 수 있다.
교량 바닥판 실험체(140)의 피로도 검사는 피로하중 제공장치(30)를 사용하여 교량 바닥판 실험체(140)에 반복적인 피로하중을 인가하면서 교량 바닥판 실험체(140)에 발생되는 균열 정도, 휨 정도, 변형정도 등을 센서를 사용해 측정하는 방식으로 수행된다.
상기 정적하중 제공장치는 피로도 검사가 완료된 후, 피로가 누적된 교량 바닥판 실험체(140)에 대한 파괴도를 검사하기 위해 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴를 유발시키는 정적하중을 인가하는 장치이다. 파괴도 검사는 교량 바닥판 실험체(140)가 파괴될 때의 여러 물리량들을 측정하는 검사이므로, 정적하중 제공장치를 통해 인가되는 정적하중은 교량 바닥판 실험체(140)를 파괴될 때까지 서서히 증가될 수 있다.
상기의 강도 검사 장치에 의해 강도 검사가 수행되는 교량 바닥판 실험체(140)는 고강도 콘크리트로 형성된다. 구체적으로, 교량 바닥판 실험체(140)는 80 MPa 이상의 압축강도를 갖는 SUPER Concrete (슈퍼 콘크리트)로 형성된다. 예를 들어, 교량 바닥판 실험체(140)는 굵은 골재 SUPER Concrete (SC80, SC100, SC120), 강섬유 보강 SUPER Concrete (SC120f, SC150f, SC180f) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 SUPER Concrete의 종류는 교량 바닥판 제작 시 사용되는 재료의 배합에 따라 결정될 수 있다.
도 4는 도 1의 강도 검사 장치의 힌지부 구조를 도시한 사시도이다.
도 4를 참고하면, 힌지부(180)는 힌지바(182)와, 힌지바 안착부(184)를 포함한다.
상기 힌지바(182)는 교량 바닥판 실험체(140) 하면과 접하고, 교량 바닥판 실험체(140)의 가장자리와 나란한 방향으로 형성된 원기둥 형상으로 형성된다. 또한, 힌지바 안착부(184)는 실험체 지지부(120) 상에 위치하고, 힌지바(182) 하면을 감싸도록 형성된다. 상기 구조로 힌지바(182)가 회전하여도 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120) 사이에서 이탈되는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 힌지부(180)는 실험체 지지부(120) 상측에 거치된 예를 들어 설명하기로 한다. 그러나 다르게는 힌지부(180)와 실험체 지지부(120)가 일체로 형성되어 구성될 수도 있다.
한편, 실험체 지지부(120)에 설치되는 힌지부(180)의 설치 위치는 후술하는 방법으로 결정될 수 있다. 상세하게 도 3을 참고하면, 실험체 지지부(120)의 모서리로부터 힌지부(180) 중심까지의 거리(x) 및 실험체 지지부(120) 모서리로부터 교량 바닥판 실험체(140) 하면까지의 수직거리(h)는 하기 [수학식 1]의 조건을 만족한다.
[수학식 1]
Figure 112018066051337-pat00004
여기서,
Figure 112018066051337-pat00005
는 교량 바닥판 실험체(140)의 중심에서부터 힌지부(180)와 교량 바닥판 실험체(140)가 접하는 접선 사이의 수평 거리이고,
Figure 112018066051337-pat00006
는 상기 교량 바닥판 실험체의 최대 처짐과 안전율의 곱으로 정의되는 설정 계수를 의미할 수 있다.
이때, 힌지부(180)의 높이(h')는 실험체 지지부(120)의 모서리로부터 교량 바닥판 실험체(140)의 하면까지의 수직거리(h)보다 크게 형성될 수 있다. 즉, h' >h 를 만족시킨다.
한편, 상기 수학식 1을 통해 힌지부(180) 중심에서부터 실험체 지지부(120) 모서리까지의 거리(h) 는,
Figure 112018066051337-pat00007
과 같이 산출될 수 있다.
또한 여기서, 설정 계수(δ)는 교량 바닥판 실험체(140)의 재료에 따라 결정된다. 구체적으로, 설정 계수(δ)는 교량 바닥판 실험체(140)의 최대처침과 안전율의 곱으로 정의된다.
예를 들어 교량 바닥판 실험체(140)의 재료가 굵은 골재 SUPER Concrete (SC80, SC100, SC120) 인 경우, 설정 계수(δ)는 60mm 으로 결정된다. 이때, 상기 60mm 은, 40mm(실험 최대처짐) × 1.5(안전율)로 결정된 것이다. 한편, 상기 설정 계수가(δ)는 60mm 인 경우 교량 바닥판 실험체(140)의 길이는 2.35m 이하인 경우에 한정한다.
이와 다르게, 교량 바닥판 실험체(140)의 재료가 강섬유 보강 SUPER Concrete (SC120f, SC150f, SC180f) 인 경우, 설정 계수(δ)는 210mm 으로 결정된다. 이때, 210mm 은 140mm(실험 최대처짐) × 1.5(안전율)로 결정된 것이다. 한편, 상기 설정계수(δ)가 210mm 인 경우 교량 바닥판 실험체(140)의 길이는 4.0m 이하인 경우에 한정한다.
상기의 공식으로 힌지부(180)의 위치가 결정되면, 교량 바닥판 실험체(140)의 피로도 검사 및 파괴도 검사에서 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120)의 간섭이 최소화될 수 있다. 이에 대한 세부적인 설명은 후술하기로 한다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 바닥판 실험체 강도 검사 방법 과정을 도시한 순서도이고, 도 6은 도 5의 교량 바닥판 실험체 강도 검사 방법에 따라 교량 바닥판 실험체의 피로도 및 파괴도를 검사하는 과정을 설명하기 위한 측면도이다.
도 5 및 도 6의 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 강도 검사 방법의 구성들 중 도 1 내지 도 4에서 설명한 구성들과 동일한 경우, 동일한 도면부호를 사용하며, 도 1 내지 도 4를 함께 참조한다. 또한, 동일한 구성들에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 토목 구조물을 구성하는 교량 바닥판과 동일한 소재로 구성된 교량 바닥판 실험체의 강도 검사 방법에 관한 것으로, 실험체 지지부(120) 및 힌지부(180) 상측에 교량 바닥판 실험체(140)를 안착시키는 단계(S110)와, 실험체 지지부(120)와 교량 바닥판 실험체(140)를 고정시키는 구속부(160)를 설치하는 단계(S120)와, 교량 바닥판 실험체(140) 상측 중심에 피로하중 제공장치(30)를 위치시켜 교량 바닥판 실험체(140)에 피로하중을 가하여 교량 바닥판 실험체(140)의 피로도를 측정하는 단계(S130)와, 구속부(160)를 실험체 지지부(120)와 교량 바닥판 실험체(140)에서 분리하는 단계(S140)와, 교량 바닥판 실험체(140)의 상측에 정적하중 제공장치를 위치시켜 교량 바닥판 실험체(140)에 정적하중을 가하여 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도를 측정하는 단계(S150)로 구성된다.
상기 실험체 지지부(120) 및 힌지부(180) 상측에 교량 바닥판 실험체(140)를 안착시키는 단계(S110)에서, 확장부(130)를 통해 실험체 지지부(120) 상에 안착된다. 이 경우, 확장부(130)의 실험체 지지부(120) 상면과 접하는 하면에서 상면까지의 두께는 교량 바닥판 실험체(140)의 두께보다 두껍게 형성된다. 이에, 교량 바닥판 실험체(140)의 하면은 실험체 지지부(120)의 상면으로부터 이격될 수 있다. 즉, 실험체 지지부(120) 상면에 확장부(130)의 하면과 접하도록 교량 바닥판 실험체(140)가 위치한다.
이후, 실험체 지지부(120)와 교량 바닥판 실험체(140)를 고정시키도록 구속부(160)를 설치한다. 이때 구속부(160)는 확장부(130)와 실험체 지지부(120)를 관통하여 설치될 수 있다.
상기 구속부(160)를 설치한 뒤, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 교량 바닥판 실험체(140)의 상측 중심에 피로하중 제공장치(30)를 위치시켜 교량 바닥판 실험체(140)에 피로하중을 가한다. 피로하중에 의해, 교량 바닥판 실험체(140)내에는 피로가 누적된다. 도 6의 (a)에서 피로하중 제공장치(30)의 구체적은 모습은 도시되어 있지 않으며, 피로하중 제공장치(30)가 피로하중을 인가되는 영역이 개략적으로 표시되어 있다.
한편, 피로하중 제공장치(30)를 통해 교량 바닥판 실험체(140)에 피로하중이 제공되는 동안, 미리 설치된 측정 센서들을 통해 교량 바닥판 실험체(140)에 누적되는 피로도가 측정된다. 예를 들어, 측정 센서들은 피로가 누적됨에 따른 균열의 정도, 교량 바닥판 실험체(140)의 처짐 또는 변형의 정도 등을 측정할 수 있다.
교량 바닥판에서 하중은 주로 차량의 바퀴에 의해 이루어지고, 교량을 지나는 차량들에 의해 교량 바닥판에 하중이 반복적으로 인가되므로, 교량 바닥판에서 피로는 특정 부분에 집중될 수 있다. 교량 바닥판의 실제 사용 환경과 유사하도록 피로도 검사는 교량 바닥판 실험체(140)의 특정 부분에 반복적인 하중을 인가하는 방식으로 진행된다. 반복적인 하중이 인가되는 동안 교량 바닥판 실험체(140)가 움직이지 않아야 하므로, 교량 바닥판 실험체(140)는 움직이지 않도록 단단하게 구속될 필요가 있다. 구속부(160)는 교량 바닥판 실험체(140)와 일체로 형성된 확장부(130)를 관통하여 실험체 지지부(120)에 고정되므로, 교량 바닥판 실험체(140)는 실험체 지지부(120) 상에 단단하게 구속되며, 교량 바닥판 실험체(140)의 이동은 구속부(160)에 의해 제한된다.
이후, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 구속부(160)를 실험체 지지부(120)와 교량 바닥부 실험체(140)에서 분리한다. 상기 구속부(160)가 분리되면 교량 바닥판 실험체(140) 상측에 정적하중 제공장치(70)를 위치시켜 교량 바닥판 실험체(140)에 적정하중을 가하여 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도를 측정한다.
파괴도 검사는 교량 바닥판 실험체(140)에 정적하중을 인가하여 교량 바닥판 실험체(140)가 파괴되기까지 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴 매커니즘, 인성, 강도, 기계적 성질 등을 측정하는 검사이므로, 정적하중이 완전하게 교량 바닥판 실험체(140)에 집중될 필요가 있다. 따라서, 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120)를 결속시키는 구속부(160)는 파괴도 검사 이전에 분리되며, 교량 바닥판 실험체(140)는 힌지부(180)에 의해 실험체 지지부(120) 상에 안착된다.
한편, 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도를 측정하기 위해 미리 파괴도를 측정하기 위한 센서들이 설치될 수 있다. 이 경우, 센서들은 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴가 발생되는 매커니즘을 촬영 또는 측정하며, 교량 바닥판 실험체(140)의 인성, 강도, 기계적 성질 등을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 교량 바닥판 실험체(140)의 강도 검사 방법에 따르면, 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도를 검사할 때 힌지부(180)를 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120) 사이에 위치시키는 과정 없이 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도를 검사할 수 있다.
즉 종래에는 교량 바닥판 실험체(140)의 피로도 측정 후, 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120) 사이에 힌지부를 설치한 뒤, 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도를 측정했다.
이에 반해 본 실시예에서는 확장부(130)에 의해 교량 바닥판 실험체(140)가 실험체 지지부(120) 상에 위치할 수 있다. 따라서 별도로 힌지부(180)를 설치하는 과정 없이 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도 검사가 이루어질 수 있다. 상기 과정으로 교량 바닥판 실험체(140)의 움직임 발생을 방지하여 교량 바닥판 실험체(140)에 스트레스나 간섭이 인가되는 문제 발생을 최소화할 수 있게 된다.
이로 인하여 보다 정밀한 파괴 검사가 가능해질 수 있으며, 교량 바닥판 실험체(140)의 강도 검사 신뢰성이 향상될 수 있다.
이에 대해 보다 상세히 설명하면, 일반적인 교량 바닥판 실험체 검사방법은 피로도 검사 후 교량 바닥판 실험체와 실험체 지지부 사이에 힌지부를 배치시키는 과정이 수행된다.
즉, 교량 바닥판 실험체의 피로도 검사는 교량 바닥판 실험체가 움직이지 않도록 완전하게 고정시킨 상태에서 교량 바닥판 실험체의 특정 부분에 반복된 하중을 인가하는 방식으로 수행된다. 만약, 힌지부가 교량 바닥판 실험체와 실험체 지지부 사이에 배치된다면, 교량 바닥판 실험체와 실험체 지지부는 단단하게 고정될 수 없으므로, 피로도 검사 과정에서 힌지부는 제거되며, 교량 바닥판 실험체와 실험체 지지부는 구속부에 의해 완전하게 구속된다.
한편, 교량 바닥판 실험체의 파괴도 검사는 교량 바닥판 실험체를 최소한으로 구속시킨 상태에서 정적하중이 오로지 교량 바닥판 실험체에 집중되도록 수행된다. 만약, 교량 바닥판 실험체를 실험체 지지부에 안착시킨 상태에서 파괴도 검사가 수행된다면, 실험체 지지부의 평평한 상면과 교량 바닥판 실험체의 하면이 밀착된 상태에서 정적하중이 인가되므로, 정적하중은 교량 바닥판 실험체에 집중되지 못하고, 교량 바닥판 실험체를 지지하는 실험체 지지부로 분산될 수 있다. 따라서, 정적하중이 실험체 지지부로 분산되지 않고 교량 바닥판 실험체에 집중되도록 교량 바닥판 실험체와 실험체 지지부 사이에는 힌지부가 배치된다. 힌지부는 앞서 언급한 바와 같이, 원기둥 형상으로 구성되므로, 파괴도 검사에서 교량 바닥판 실험체를 최소한의 구속력으로 지지하며, 모든 정적하중이 교량 바닥판 실험체에 집중되도록 한다.
그러나, 파괴도 검사 전에 교량 바닥판 실험체와 실험체 지지부 사이에 힌지부를 배치하는 과정에서 교량 바닥판 실험체의 움직임이 수반될 수밖에 없으며, 교량 바닥판 실험체가 움직이는 과정에서 교량 바닥판 실험체에 스트레스나 외부 간섭이 인가될 수 있다. 이러한 스트레스나 외부 간섭은 교량 바닥판 실험체에 균열 등을 유발할 수 있으며, 파괴도 검사의 신뢰성을 떨어트린다.
이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 바닥판 실험체의 검사 장치 및 방법에 따르면, 교량 바닥판 실험체(140)의 가장자리에 형성되고, 실험체 지지부(120) 상면과 접하는 하면에서 상면까지의 두께가 교량 바닥판 실험체(140)의 두께보다 두껍게 형성된 확장부(130)를 통해 교량 바닥판 실험체(140)는 실험체 지지부(120) 상에 안착되고, 힌지부(180)는 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120) 사이에 배치된다.
이에, 교량 바닥판 실험체(140)의 피로도 검사 시 힌지부(180)는 제거되지 않을 수 있다. 즉, 실험체 지지부(120) 상면과 접하는 확장부(130)의 하면에서 확장부(130)의 상면까지의 두께는 교량 바닥판 실험체(140)의 두께보다 두꺼우므로, 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120) 사이에는 이격 공간이 발생되며, 힌지부(180)는 상기 이격 공간내에 삽입될 수 있다. 피로도 검사 시 구속부(160)는 확장부(130)를 관통하여 실험체 지지부(120)와 결속되므로, 힌지부(180)를 제거하지 않고도 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120)는 완전하게 구속될 수 있다.
또한, 힌지부(180)가 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120) 사이에 배치된 상태로 피로도 검사가 수행되므로, 피로도 검사가 완료된 후 파괴도 검사 수행 시 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120) 사이에 힌지부(180)를 배치할 필요가 없어진다. 이에, 힌지부(180)를 설치하기 위해 교량 바닥판 실험체(140)를 움직여야 하는 번거로움이 최소화될 수 있고, 교량 바닥판 실험체(140)를 움직임으로 인해 발생되는 스트레스 또는 외부 간섭이 최소화되므로, 파괴도 검사의 신뢰성도 향상될 수 있다.
한편, 앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 힌지부(180)의 위치는 상기 [수학식 1]에 의해 결정될 수 있으므로, 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도 검사시 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120) 사이의 간섭이 최소화될 수 있다. 구체적으로, 파괴도 검사시 교량 바닥판 실험체(140)에는 강력한 정적하중이 인가되며, 교량 바닥판 실험체(140)에는 변형 또는 휨이 발생될 수 있다. 힌지부(180)의 높이(h')가 너무 낮거나 힌지부(180)가 실험체 지지부(120)의 모서리에 너무 근접하게 위치하는 경우, 정적하중에 의해 휨 또는 변형이 발생된 교량 바닥판 실험체(140)가 실험체 지지부(120)의 모서리에 접촉되는 문제가 발생될 수 있다. 이 경우, 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도 검사의 실험조건에 간섭이 발생되며, 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도 검사의 신뢰성이 저하될 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 바닥판 실험체(140)의 강도 검사 장치는 실험체 지지부(120)의 모서리로부터 교량 바닥판 실험체(140) 하면까지의 수직거리(h)가 상기 [수학식 1]에 의해 결정되고, 힌지부(180)의 높이(h')는 실험체 지지부(120)의 모서리로부터 교량 바닥판 실험체(140) 하면까지의 수직거리(h)보다 크게 구성되므로, 교량 바닥판 실험체(140)에 휨이나 변형이 발생되더라도 교량 바닥판 실험체(140)가 실험체 지지부(120)의 모서리와 접촉되는 문제가 최소화될 수 있다. 이에, 파괴도 검사의 실험조건에 간섭이 발생되지 않을 수 있으며, 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도 검사의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
한편, 도 7a 및 도 7b는 도 1의 강도 검사 장치의 제1 변형 실시예를 도시한 측면도들이다. 본 발명의 제1 변형 실시예에 따른 검사 장치에서 힌지부의 구성 및 실험체 지지부의 구성을 제외한 다른 구성들은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 구성들과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 7a를 참고하면, 본 발명의 일 실시예의 힌지부(180)는 힌지부측 이동부(186)를 포함한다. 힌지부측 이동부(186)는 힌지바 안착부(184) 하면에 힌지부(180)를 이동시키기 위한 구성이다. 상세하게 힌지부측 이동부(186)는 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 바퀴 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 힌지부측 이동부(186)는 교량 바닥판 실험체(140)가 실험체 지지부(120) 상에서 위치 이동이 필요할 때 보다 쉽게 교량 바닥판 실험체(140)가 이동할 수 있게 한다.
한편, 힌지부측 이동부(186)의 일 측면에는 힌지바 안착부(184)의 이동을 제한하는 고정턱(188)이 설치될 수 있다. 상기 고정턱(188)은 힌지부측 이동부(186)를 따라 이동하는 힌지바 안착부(184)의 이동을 제한할 수 있으며, 힌지부(180)의 위치를 특정 범위로 한정시킬 수 있게 된다.
다시 도 7a를 참고하면, 실험체 지지부(120)는 지지부측 이동부(126)를 포함한다. 상기 지지부측 이동부(126)는 실험 공간의 바닥면과 접하는 실험체 지지부(120) 하면에 형성된다. 보다 자세하게, 지지부측 이동부(126)는 바퀴로 구성될 수 있으며, 상기 지지부측 이동부(126)에 의해 실험체 지지부(120)가 이동되면서 마주하는 한 쌍의 실험체 지지부(120a ,120b)의 간격이 쉽게 조절될 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 변형 실시예에서 힌지부(180) 및 실험체 지지부(120)에 바퀴로 구성된 힌지부측 이동부(186)와 지지부측 이동부(126)가 설치된 예를 설명하였으나, 도 7b에 도시된 바와 같이, 힌지부측 이동부(1186)와 지지부측 이동부(1126)가 레일(rail) 형상으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 힌지부(180) 및 실험체 지지부(120)는 레일을 따라 위치가 이동되며, 교량 바닥판 실험체(140)의 크기에 따라 한쌍의 실험체 지지부(120a, 120b) 사이의 간격을 용이하게 조절할 수 있으며, 힌지부(180)의 배치 위치도 용이하게 조절될 수 있다.
도 8은 도 1의 강도 검사 장치의 제2 변형 실시예를 도시한 측면도이다. 본 발명의 제2 변형 실시예에 따른 검사 장치에서 센서 지지부를 제외한 다른 구성들은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 구성들과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 8을 참고하면, 마주하는 실험체 지지부(120) 사이에는 센서 지지부(170)가 설치된다. 측정 센서(190)는 센서 지지부(170) 상에 위치된다. 상기 측정센서(190)는 교량 바닥판 실험체(140) 강도 검사 시, 교량 바닥판 실험체(140)의 다양한 물리량을 측정하는 구성이다. 예를 들어, 측정 센서(190)는 교량 바닥판 실험체(140)의 피로도 검사 또는 파괴도 검사 시 교량 바닥판 실험체(140)의 처짐을 측정하도록 구성될 수 있다.
한편, 센서 지지부(170)가 없는 경우, 측정 센서(190)들은 실험 공간의 바닥면에 배치된다. 만약, 교량 바닥판 실험체(140)가 실험 공간의 바닥면에 대해서 이동되는 경우, 피로도 또는 파괴도를 측정하기 위한 측정센서(190)들의 위치도 변경되어야 한다. 그러나, 본 발명의 제2 변형 실시예에 따라 실험체 지지부(120) 사이에 센서 지지부(170)가 배치되는 경우, 측정 센서(190)들은 센서 지지부(170) 상에 위치되므로, 교량 바닥판 실험체(140)가 실험 공간 바닥면에 대해서 이동되더라도 측정 센서(190)의 위치를 같이 이동시킬 필요가 없으며, 교량 바닥판 실험체(140)의 강도 검사가 보다 용이해질 수 있다.
도 9는 도 1의 강도 검사 장치의 제3 변형 실시예를 도시한 측면도이다. 본 발명의 제3 변형 실시예에 따른 검사 장치에서 구속부를 제외한 다른 구성들은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 장치의 구성들과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 9를 참고하면, 실험체 지지부(120)와 교량 바닥판 실험체(140)를 구속하는 구속부(1160)는 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120)를 압착 고정시키는 클램프로 구성된다.
예시적으로, 구속부(1160)는 제1 구속면(1162), 제2 구속면(1164) 및 제3 구속면(1166)을 포함한다. 상기 제1 구속면(1162)은 확장부(130) 상면 상으로 연장된 구성이다. 상기 제2 구속면(1164)은 제1 구속면(1162)의 일 단에서 확장부(130) 및 실험체 지지부(120) 측면으로 연장된 구성이다. 제3 구속면(1166)은 제2 구속면(1164)의 일 단에서 실험체 지지부(120) 측면에 삽입되는 구성이다. 상기 구성으로 구속부(1160)는 ㄷ-자 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같이 구속부(1160)를 ㄷ-자 형상의 클램프로 구성함에 따라 구속부(1160)의 체결 및 해제가 용이해질 수 있게 된다.
한편, 구속부(1160)와 교량 바닥판 실험체(140) 상측 사이에는 교량 바닥판 실험체(140)를 구속하는 보조 구속부(1170)가 설치된다. 바람직하게 보조 구속부(1170)는 제1 구속면(1162)과 교량 바닥판 실험체(140) 상면 사이에 설치될 수 있다.
상기 보조 구속부(1170)는 토목 구조물에 설치된 교량 바닥판이 파괴될 때, 교량 바닥판이 교량 구조물에 구속되어 있는 조건과 동일한 조건으로 교량 바닥판 실험체(140)를 강도 검사 장치에 구속시키는 구성이다.
즉, 앞서 언급한 바와 같이, 피로도 검사가 완료되고, 파괴도 검사시 구속부(1160)는 교량 바닥판 실험체(140)를 최소한으로 구속시키기 위해 제거된다. 그러나, 실제로 교량의 파괴는 교량 바닥판이 교량의 기둥과 같은 구조물에 설치된 상태에서 진행된다. 따라서, 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도 검사는 교량 바닥판이 실제로 파괴되는 환경과 동일한 조건에서 수행될 때 그 신뢰성이 더욱 향상된다. 보조 구속부(1170)는 파괴도 검사 시 교량 바닥판이 실제로 파괴되는 환경과 동일한 조건으로 교량 바닥판 실험체(140)를 구속하도록 파괴도 검사 시 추가적으로 결속된다. 이 경우, 보조 구속부(1170)는 교량 바닥판 실험체(140)를 적절한 구속력으로 구속시키도록 스프링, 클램프, 유압댐퍼 등 다양한 부재로 구성될 수 있다. 보조 구속부(1170)를 사용한 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도 검사를 보다 상세하게 설명하기 위해 도 5, 도 6 및 도 9를 다시 참조한다.
도 5, 도 6 및 도 9를 참조하면 앞서 설명한 바와 같이, 보조 구속부(1170)는 파괴도 검사 시 교량 바닥판 실험체(140)와 추가로 구속된다.
즉, 교량 바닥판 실험체(140)의 피로도 검사 후 교량 바닥판 실험체(140)와 실험체 지지부(120)에서 구속부(1160)를 분리시킨다. 이후, 교량 바닥판 실험체(140) 상측에 보조 구속부(1170)를 설치하고, 보조 구속부(1170)가 설치된 상태에서 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도 검사가 이루어진다.
상기 보조 구속부(1170)에 의해 교량 바닥판이 실제로 파괴되는 환경과 동일한 조건에서 교량 바닥판 실험체(140)의 파괴도 검사가 이루어지게 되므로 교량 바닥판 실험체(140)의 검사 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
120: 실험체 지지부
130: 확장부
140: 교량 바닥판 실험체
160: 구속부
180: 힌지부

Claims (15)

  1. 교량 바닥판 강도 검사를 위해 상기 교량 바닥판과 동일한 소재로 구성된 교량 바닥판의 실험체의 강도 검사 장치로서,
    상기 교량 바닥판 실험체의 가장자리를 지지하고, 소정 간격 이격되어 마주하는 복수의 실험체 지지부;
    상기 실험체 지지부 상측과 상기 교량 바닥판 실험체 하측 사이에 위치하여 상기 교량 바닥판 실험체 하측과 접하는 힌지부;
    상기 교량 바닥판 실험체의 가장자리에 형성되고, 상기 실험체 지지부 상면과 접하는 하면에서 상면까지의 두께가 상기 교량 바닥판 실험체의 두께보다 두껍게 형성된 확장부; 및
    상기 실험체 지지부 상에 안착된 상기 확장부와 상기 실험체 지지부를 고정시키는 구속부; 를 포함하고,
    상기 구속부는 상기 교량 바닥판 실험체와 상기 실험체 지지부를 압착 고정하는 클램프이고,
    상기 구속부와 상기 교량 바닥판 실험체 상측 사이에는 상기 교량 바닥판 실험체를 구속하는 보조 구속부가 설치된, 강도 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 확장부는 상기 교량 바닥판 실험체와 일체로 형성된, 강도 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 확장부는 상기 실험체 지지부 상면과 접하는 제1 면을 포함하고,
    상기 교량 바닥판 실험체는 상기 힌지부와 접하는 제2 면을 포함하며,
    상기 제1 면과 상기 제2 면 사이에 경사면이 형성된, 강도 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실험체 지지부의 모서리로부터 상기 힌지부 중심까지의 거리(x) 및 상기 실험체 지지부의 모서리로부터 상기 교량 바닥판 실험체 하면까지의 수직 거리(h)는 하기 [수학식 1]의 조건을 만족하고, 상기 힌지부의 높이는 상기 실험체 지지부의 모서리로부터 상기 교량 바닥판 실험체의 하면까지의 수직 거리(h) 보다 큰, 강도 검사 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112018066051337-pat00008

    (단,
    Figure 112018066051337-pat00009
    는 상기 교량 바닥판 실험체의 중심에서부터 상기 힌지부와 상기 교량 바닥판 실험체가 접하는 접선 사이의 수평 거리이고,
    Figure 112018066051337-pat00010
    는 상기 교량 바닥판 실험체의 최대 처짐과 안전율의 곱으로 정의되는 설정 계수를 의미함).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 교량 바닥판 실험체는 80 MPa 이상의 압축강도를 갖는 SUPER Concrete (슈퍼 콘크리트)로 형성된, 강도 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 확장부에는 상기 구속부가 삽입되는 제1 설치공이 형성되고,
    상기 실험체 지지부에는 상기 제1 설치공과 마주하는 위치에 제2 설치공이 형성되며,
    상기 제1 설치공은 상기 실험체 지지부와 접하는 상기 교량 바닥판 실험체의 가장자리를 따라 길게 형성된 장공 형상인, 강도 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 힌지부는,
    상기 교량 바닥판 실험체 하면과 접하며 상기 교량 바닥판 실험체의 가장자리와 나란한 방향으로 형성된 원기둥 형상의 힌지바와,
    상기 실험체 지지부 상에 위치하고, 상기 힌지바의 하면을 감싸도록 형성된 힌지바 안착부를 포함하는, 강도 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 힌지부는,
    상기 힌지바 안착부 하면에 상기 힌지부를 이동시키기 위한 힌지부측 이동부를 포함하고,
    상기 힌지부측 이동부의 일 측면에는 상기 힌지바 안착부의 이동을 제한하는 고정턱이 설치된, 강도 검사 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 힌지부는 상기 실험체 지지부와 일체인, 강도 검사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 실험체 지지부를 이동시키기 위한 지지부측 이동부를 더 포함하고,
    상기 실험체 지지부는 상기 지지부측 이동부를 통해 이동되어 상호 간격이 조정되는, 강도 검사 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 강도 검사 장치가 설치되는 바닥면에는 상기 실험체 지지부 및 상기 교량 바닥판을 관통한 상기 구속부가 삽입되는 구속부 삽입공이 형성된, 강도 검사 장치.
  14. 교량 바닥판과 동일한 소재로 구성된 교량 바닥판 실험체의 강도 검사 방법으로서,
    실험체 지지부 및 힌지부 상측에 상기 교량 바닥판 실험체를 안착시키는 단계로서, 상기 교량 바닥판 실험체는 확장부를 통해 상기 실험체 지지부 상에 안착되고, 상기 실험체 지지부 상면과 접하는 상기 확장부의 하면에서 상기 확장부의 상면까지의 두께는 상기 교량 바닥판 실험체의 두께보다 두꺼운, 상기 교량 바닥판 실험체를 안착시키는 단계;
    상기 실험체 지지부와 상기 교량 바닥판 실험체를 고정시키는 구속부를 설치하는 단계;
    상기 교량 바닥판 실험체 상측 중심에 피로하중 제공 장치를 위치시켜 상기 교량 바닥판 실험체에 피로하중을 가함으로써, 상기 교량 바닥판 실험체의 피로도를 측정하는 단계;
    상기 구속부를 상기 실험체 지지부와 상기 교량 바닥판 실험체에서 분리하는 단계;
    상기 교량 바닥판 실험체의 상측에 정적하중 제공장치를 위치시켜 상기 교량 바닥판 실험체에 적정하중을 가함으로써, 상기 교량 바닥판 실험체의 파괴도를 측정하는 단계; 및
    상기 구속부를 상기 실험체 지지부와 상기 교량 바닥판 실험체에서 분리하는 단계 이후에,
    상기 교량 바닥판 실험체와 상기 실험체 지지부를 미리 설정된 구속 강도로 상기 교량 바닥판 실험체와 상기 실험체 지지부를 구속하는 보조 구속부를 설치하는 단계를 더 포함하는, 교량 바닥판 실험체 강도 검사 방법.
  15. 삭제
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