KR101950366B1 - 안전 진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안전 진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안전 진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치는, 안전 진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치에 있어서, 상기 구조물에는 하방으로 향하는 수직 하중이 작용하고, 상기 구조물에는 위에서 아래 쪽으로 향하는 수직형 균열을 포함하고, 상기 수직형 균열의 좌측면에는 수평방향으로 형성된 눈금을 포함하는 측정자;와, 상기 측정자의 하측으로는 상기 측정자에 평행하게 형성된 제1홈;과, 상기 측정자에는 기준이 되는 영점을 포함하고, 상기 영점을 기준으로 좌측으로 형성된 상기 제1 홈 상에서 좌우측 방향으로 이동가능한 제1 지지구; 및 상기 영점을 기준으로 우측으로 형성된 상기 제1 홈 상에서 좌우측 방향으로 이동가능한 제2 지지구;를 포함하는 좌측 프레임이 부착되고 상기 수직형 균열의 우측면에는 상기 측정자의 눈금 상에 위치되어 상기 수직형 균열의 횡방향으로의 폭의 변화에 따라 이동되는 지시침과 상기 지시침을 고정시키고, 지지하는 지시계; 및 상기 지시침과 지시계를 포함하는 우측프레임이 부착되고, 상기 지시침이 수직형 균열의 횡폭의 변화에 따라 상기 지시침이 상기 지시침의 좌측에 형성된 제1 지지구를 좌측으로 이동시켜 고정되거나 상기 지시침의 우측에 형성된 제2 지지구를 우측으로 이동시켜서 고정시켜서 상기 수직형 균열의 최대 신장폭과 최소 축소 폭을 알려주는 기능을 수행할 수 있는 것일 수 있다.

Description

안전 진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치 및 방법{MEASURING DEVICE OF CRACK WIDTH FOR SAFETY DIAGNOSIS AND MEASURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 안전 진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 교량 받침은 교량에 있어서, 상부구조물인 상판이 하부구조물인 교각 또는 교대에 안착되도록 사용되는 연결장치로서, 상판에 작용하는 하중을 하부구조물에 전달 지지하고, 상부구조물의 신축과 회전을 허용하여 상부구조물의 신축과 회전을 허용하여 상부 구조물의 파손을 방지하기 위하여 설치되며, 이에는 포트 받침(port bearing) 타입 및 탄성 받침 타입 등 여러가지 형태가 개발되어 적용되고 있다.

이러한 교량 받침은 반복/지속/충격 등의 하중과 온도 변화에 의한 온도 하중 작용으로 인한 손상 이외에 교량이 외부 대기에 노출되어 설치되는 관계로 대기중의 유해화학물질 및 눈/비/안개 등으로 결과되는 부식으로 인한 손상을 받게 된다.

한편 교량 받침에 대해 발생하는 손해에 대해 각 원인 별 작용 정도의 크기를 알고 있을 때 적절한 구조 해석을 통해 손상 정도를 예측할 수 있으며, 이 예측된 결과에 기초하여 적절한 유지관리 조치를 취함으로써 교량의 계획된 수명을 유지하거나 혹은 연장할 수 있으며, 또한 적절한 보수 시점을 결정함으로써 교량에 대한 건전성 향상이 가능하게 된다.

이러한 목적으로 최근에는 교량 받침의 근본적 기능에 만족하지 않고 교량 받침에 부가적인 장치를 추가하여 교량의 유지관리에 이용하려는 노력이 진행되고 있으나, 종래의 교량에 있어서는 이러한 교량 받침에 전달되는 하중에 따른 크랙의 진전 정도를 정확하게 감지할 수 없으므로 교량의 유지관리를 위한 적절한 시기를 놓치게 되어 관리비용이 증가되는 문제점이 있었다.

또한 일반적으로 교량에는 상부 구조에서 받는 힘을 하부구조로 전달하기 위해 상기 상부구조와 하부구조의 경계에 지지장치인 받침을 설치하는 데, 이러한 받침은 기능적으로 보아서 교량을 고정하는 지점(고정점)에 설치하는 고정받침과 하부구조에 대한 상부구조의 이동을 원할하게 하는 지점(가동점)에 설치하는 가동받침으로 대별되며, 가동받침은 좌우로만 가동하는 일방향 받침과 좌, 우 ,종, 횡으로 가동하는 양방향 받침이 있다.

이들 가운데 가동받침은 상판 구조물인 강재나 콘크리트의 온도 변화, 건조 수축, 크리프 등에 의한 교량의 이동을 원할하게; 하는 것이 필요하며, 그 종류로는 금속받침, 고무 받침 등이 있다.

특히 이러한 받침의 아래에 형성되는 교각의 경우에는 여러 종류의 크랙(Crack)이 발생할 수 있는데, 이러한 크랙은 계절이나 온도 변화에 따라 신축된다고 알려져 있다.

이러한 크랙 중에서 교각에 형성되는 크랙의 경우에는, 상부의 하중에 의해 눌리는 수평방향의 크랙보다는 수직 방향의 크랙이 횡방향으로 전진하는 것에 의해서 교각이 붕괴되거나 교각에 설치되어 있는 상판을 지지하지 못하는 경우가 발생한다고 할 수 있다.

하자민 아직까지 이러한 온도 변화에 따른 크랙의 횡 방향의 전진 또는 깊이 방향으로의 전진에 대하여 적극적으로 조사하고 이에 대한 대응책을 마련하기 위한 노력은 충분히 진전되어 있다고 보기 어려운 것이 현실이다.

(0001) 등록특허 제10-1125982호(하중 및 온도 계측 기능을 내장한 하이브리드 받침)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 콘크리트로 구성되어 있는 교량의 교각과 같은 구조물에서 계절 변화에 따라 여름에는 교량의 위로 지나가는 차량의 증가에 따라 상기 교량의 교각에 형성되어 있는 수직 방향의 크랙이 횡방향으로 신장할 수 있는 데 교각의 온도 변화를 측정하고, 상기 온도 변화로부터 상기 수직 방향의 크랙의 횡방향 변위 폭을 실시간으로 측정하여 교량의 안전성을 높이고, 교량에 형성되어 있는 교각의 보수 시점을 결정할 수 있는 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치를 제공하는 데 본 발명의 목적이 있다.

또한 겨울철의 경우에는 여름과 다르게 낮보다는 밤에 온도 변화가 더 심하고 더 차가와 진다고 볼 수 있는 데 이러한 기온의 저하가 발생하는 경우에는 상기 수직 방향의 크랙이 온도 변화에 맞추어 수축한다고 볼 수 있다. 하지만 교량과 같은 구조물의 경우에는 밤과 같은 시간대에 빛이 없다는 특성에 맞추어 육안으로 크랙이 얼마나 수축되었는 지 실제로 교량이 설치되어 있는 현장에 출동하더라도 파악하기 어렵다는 문제점이 있다.

이에 대한 대응수단으로서, 본 발명에서는 블루투스 온도계 등을 통해서 교량의 하부에 형성되어 있는 온도에 대한 측정이 가능하고 이와 같이 측정된 온도 데이터를 실시간으로 주변에 있는 컴퓨터를 통해서 유무선 방식으로 전송하여 교량의 위험 상황 또는 보수가 필요한 시점에 대한 정보를 온도 변화에 따른 수직방향의 크랙의 변동 폭에 맞추어 수리 시점 등을 결정하는 방법으로 조치를 취할 수 있는 안전진단을위한 구조물 균열 변위 측정방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일 실시예의 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치는, 안전 진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치에 있어서, 상기 구조물에는 하방으로 향하는 수직 하중이 작용하고, 상기 구조물에는 위에서 아래 쪽으로 향하는 수직형 균열을 포함하고, 상기 수직형 균열의 좌측면에는 수평방향으로 형성된 눈금을 포함하는 측정자;와, 상기 측정자의 하측으로는 상기 측정자에 평행하게 형성된 제1홈;과, 상기 측정자에는 기준이 되는 영점을 포함하고, 상기 영점을 기준으로 좌측으로 형성된 상기 제1 홈 상에서 좌우측 방향으로 이동가능한 제1 지지구; 및 상기 영점을 기준으로 우측으로 형성된 상기 제1 홈 상에서 좌우측 방향으로 이동가능한 제2 지지구;를 포함하는 좌측 프레임이 부착되고 상기 수직형 균열의 우측면에는 상기 측정자의 눈금 상에 위치되어 상기 수직형 균열의 횡방향으로의 폭의 변화에 따라 이동되는 지시침과 상기 지시침을 고정시키고, 지지하는 지시계; 및 상기 지시침과 지시계를 포함하는 우측프레임이 부착되고, 상기 지시침이 수직형 균열의 횡폭의 변화에 따라 상기 지시침이 상기 지시침의 좌측에 형성된 제1 지지구를 좌측으로 이동시켜 고정되거나 상기 지시침의 우측에 형성된 제2 지지구를 우측으로 이동시켜서 고정시켜서 상기 수직형 균열의 최대 신장폭과 최소 축소 폭을 알려주는 기능을 수행할 수 있는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시에에 있어서, 상기 좌측 프레임 또는 우측 프레임에는,

블루투스 온도계가 부착되어 있어서, 상기 수직형 크랙이 형성된 지점의 온도에 따른 수직형 균열의 변동폭을 파악할 수 있는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 좌측 프레임 또는 우측 프레임에는, 블루투스 온도계가 부착되어 있어서, 상기 수직형 크랙이 형성된 지점의 온도에 따른 수직형 균열의 변동폭을 파악할 수 있는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 균열 변위 측정장치는, 균열의 깊이를 측정할 수 있는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 균열 변위 측정장치는, Tc-To법 또는 BS법으로 균열의 깊이에 대한 측정이 가능한 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 균열 변위 측정장치는, 상기 좌측 프레임 또는 우측 프레임에는, 블루투스 온도계가 부착되어 있어서, 상기 수직형 크랙이 형성된 지점의 온도에 따른 수직형 균열의 깊이의 변동폭을 파악할 수 있는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정방법에 있어서, 구조물의 표면 상에 측정자를 포함하는 좌측 프레임을 부착하는 단계(s10);와, 구조물의 표면 상에 지시침과 지시계를 포함하는 우측 프레임을 부착하는 단계(s20);와, 시간의 경과에 따라 상기 지시침이 상기 좌측자의 제1 홈에 형성된 제1지지구 또는 제2 지지구를 좌측 또는 우측으로 이동시키는 단계(s30); 및

상기 제1 지지구의 이동된 위치로부터 균열의 최소 변위폭을 확인하고, 상기 제2 지지구의 이동된 위치로부터 균열의 최대 변위폭을 확인하는 단계(s40)를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 좌측 프레임 또는 우측 프레임에는, 블루투스 온도계가 부착되어 있어서, 상기 수직형 크랙이 형성된 지점의 온도에 따른 수직형 균열의 변동폭을 파악할 수 있는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정방법에 있어서, 유연성을 가지는 가이드판을 구조물에 형성된 균열이 상기 가이드판의 투명창을 통해서 보일 수 있도록 가이드판을 부착하는 단계(s110);와, 상기 가이드판에 부착된 초음파 측정장치를 통해서 개구부의 간격을 입력하는 단계(s120);와, 초음파 측정장치에서 수신된 시간을 입력하는 단계(s130); 및 상기 개구부의 간격 데이터와 수신된 시간 데이터로부터 균열의 깊이를 계산하는 단계(s140);를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가이드판의 투명창에 안전진단을 위한 균열 변위 측정장치를 결합시키는 단계(s105)를 더 포함하고, 상기 균열 변위 측정장치를 통해서 균열의 횡방향 변위를 측정하는 단계(s108)를 더 포함하는 것일 수 있다.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 종래의 균열 변위측정이 어려웠던 문제점에 대하여 균열의 폭을 측정할 수 있는 지점을 크랙의 좌우측면에 대하여 좌측면에는 측정을 할 수 있는 수단을 설치하고, 우측면에는 균열의 폭의 변화를 반영하여 이동된 곳을 지시할 수 있는 지시침과 지시계를 고정시키는 방법으로, 상기 균열이 폭이 넓어지거나 좁아졌을 때, 이것에 대한 최대의 변위폭을 결정하기위해서 제1 지지구와 제2 지지구를 설치하는 방법으로 균열의 최대 지점과 최소 지점에 대한 판단이 용이하게 구성함으로서 균열이 위험 수준에 도달하기 전에 사전조치를 제공할 수 있는 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치를 제공할 수 있다.

이와 같이 균열에 대한 파악과 그에 상응하는 조치를 취하는 것은 장차 발생할 수 있는 안전사고에 대한 예방의 조치로서 의미가 있으며, 특히 균열의 경우에는 세라믹스와 같은 콘크리트 구조물의 경우에는 연성파괴(ductile fracture)가 아니라, 취성파괴(Brittle fracture)가 발생하는 성질에 비추어 위험 수준에 도달하였을 때 그 주변에 있는 사람들을 대피시키고 구조물의 붕괴를 대비하여야 한다는 측면에서 볼 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단용 구조물 균열 변위 측정장치에 의하면, 안전 사고시 충분한 대피가 가능하고 에측행동을 취할 수 있는 시간적 여유를 얻을 수 있는 장점을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물에 수직형 크랙이 형성된 상태에서 좌측 프레임과 우측 프레임을 설치한 것을 보여주는 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물에 크랙이 발생한 상태에 좌측 프레임과 우측 프레임을 설치한 것을 보여주는 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 구조물 변동폭 변위 측정장치가 균열의 폭이 증가함에 따라 변화되는 모습을 모식적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 구조물 변동폭 변위 측정장치가 균열의 폭이 감소함에 따라 변화되는 모습을 모식적으로 보여주는 도면
도 5는 본 발명의 따른 실시예 2에 따른 콘크리트 교각과 같은 구조물에서 크랙의 균열에 대한 깊이를 측정할 수 있는 제1 가이드판을 보여주는 정면도
도 6은 본 발명의 일 실시예인 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치에서 적용될 수 있는 균열의 깊이를 측정할 수 있는 BS법을 표시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예인 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치에서 적용될 수 있는 균열의 깊이를 측정할 수 있는 To-Tc법을 표시한 도면
도 8은 본 발명의 일 실시예인 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치에서 균열의 폭과 깊이를 측정할 수 있는 기능을 결합한 것을 모식적으로 보여주는 도면
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 균열 깊이 측정을 위한 초음파 측정장치와 균열폭 측정장치가 결합된 것을 보여주는 도면.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 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 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 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 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

(실시예1)

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물에 크랙이 형성된 상태에서 좌측 프레임과 우측 프레임을 설치한 것을 보여주는 정면도이다.

도 1의 구조물(100)은 쉽게 설명하면 교량의 상판에 대하여 하측면에 설치된 교각이라고 할 수 있다. 따라서, 수직으로 하중이 작용하는 상태라고 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 구조물을 직사각기둥 형상으로 가정하여 설명하고 있지만, 설사 원기둥 형상이라고 하더라도 동일한 원리가 적용될 수 있다.

따라서 균열(150, CRACK)이 형성된 면은 평면 형상일 수 있다. 물론 크랙에는 다양한 형태로 존재할 수 있다. 하지만 본원 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치에서 크랙(150)은 수직 방향으로 형성된 크랙이 대상이 된다.

즉 교량과 같은 구조물(100)의 경우에는 연직 하중이 가장 크게 작용한다고 할 수 있는 데, 이에 따라 연직 방향의 형상을 가지고 있는 크랙(150)의 폭이 확장되는 경우, 공극(Void)를 형성하는 중심 부위에서는, 압축 응력(compressive stress)가 크게 작용하게 되고, 경우에 따라서는 교각이 붕괴되어 무너지는 상황도 펼쳐질 수가 있는 것이다. 따라서 본 발명에서는 균열의 횡폭과 깊이에 대하여 관심을 가지고 있고 이러한 균열의 횡폭과 깊이가 변하는 상황에 따라서 교량 받침(교각)과 같은 구조물이라고 하더라도, 적절한 구조 해석을 통해 손상 정도를 예측하고, 이렇게 예측된 결과에 맞추어 적절한 유지 관리 조치를 취함으로써, 교량과 같은 구조물의 계획된 수명을 유지하거나 혹은 연장할 수 있으며, 또한 적절한 보수 시점을 결정함으로써 교량에 대한 건전성을 향상시킬 수 있는 것이 본 발명의 특징이 된다고 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치(100)는 좌측 프레임과 우측 프레임을 포함할 수 있다.

상기 좌측 프레임은 수직형 균열(150)의 좌측면에 형성될 수 있다.

상기 좌측 프레임에는 수평방향으로 형성된 눈금을 포함하는 측정자(112)를 포함할 수 있다. 이와 같은 측정자(112)는 소정의 간격을 가진 눈금이 형성되어 있어서, 상기 수직형 균열(150)의 신장 또는 수축에 따라 길이 측정이 가능하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성을 위해서 본 발명의 일 실시예에서는, 눈금 상에 영(0)점(114)이 포함되고, 상기 수직형 균열(150)에 따라 이동될 수 있는 상기 측정자(112)에 평행한 제1홈(116)을 포함할 수 있다.

또한 상기 제1홈(116)에는 좌우쪽 방향으로 이동가능한 제1 지지구(132)와 제2 지지구(134)를 포함할 수 있다. 상기 제1 지지구(132)와 상기 제2 지지구(134) 사이에는 지시침(132)이 배치되어 있어서, 상기 수직형 크랙(150)의 우측면에 형성된 우측 프레임에 고정된 상태일 수 있다.

즉 도 1에 도시된 바와 같은 수직형 균열(150)의 폭이 신장한다면, 수직형 균열(150)의 좌측면에 부착되어 있는 좌측 프레임은 수직형 균열(150)의 우측면에 형성되어 있는 우측 프레임으로부터의 거리가 증가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치에서는, 이와 같이 균열(150)이 형성된 벽면에 대하여(주로 교량 상에 형성되어 있는 교량 받침이 대상이 될 수 있지만 이에 국한되는 것은 아니고 콘크리트 구조물과 같이 연성파괴가 아니고 취성파괴가 발생하는 지점에 대한 적용이 가능할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물에 수직형 크랙이 형성된 상태에서 좌측 프레임과 우측 프레임을 설치한 것을 보여주는 측면도이다.

도 2를 참조하면, 좌측 프레임은 상측에 배치되어 있고 우측 프레임은 하측에 배치되어 있는 상태라는 것을 확인할 수 있다. 이때 좌측 프레임과 우측 프레임은 각각 균열(150)이 형성된 지점에 대하여 각각 좌측면과 우측면에 형성된 상태라고 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따를 때 본 발명의 안전진단을 위한 구조물의 변위 폭을 측정하기 위해서는 크랙(150)의 진전에 따라 직접 이를 반영할 수 있는 수단이 필요하다고 할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 장치의 구성을 위해서 크랙을 사이에 두고, 측정자(112)와 상기 측정자(112) 상에 형성된 눈금을 지칭할 수 있는 지시침(122)이 서로 다른 평면(예를 들면 측정자(112)는 좌측면, 지시침(122)은 우측면과 같이 분리가 되어 있어야 정밀한 측정이 가능할 수 있다.

본원 발명의 일 실시예에 따른 안전 진단을 위한 구조물 균열 측정장치의 작동을 겨울철과 여름철로 나누어 설명하면 다음과 같다.

(작동)

1. 여름철(온도가 상대적으로 높은 시기)

일단 여름철에는 구조물의 온도가 상승할 수 잇다. 이와 같은 온도의 상승은 상기 균열(150)의 폭을 증대시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 구조물 변동폭 변위 측정장치가 균열의 폭이 증가함에 따라 변화되는 모습을 모식적으로 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 먼저 우측면에 고정 자인 우측 프레임에 형성된 지시침(122)은 초기에 영점 조절이 이루어진 상태일 수 있다.

여름철이 되어서 온도가 30℃이상으로 상승하면 이에 맞추어 균열(150)의 폭도 이에 맞추어 증가하도록 구성되어 있다. 만일 최고 온도가 되는 시기에 대한 판단이 가능할 수 있으면, 이로부터 균열이 최고온도가 되는 시점에서 발생할 수 있다.

통상적으로 교량의 받침을 구성하는 하부판에는 압력 센서와 온도 센서가 같이 구비되어 있다.

이러한 교량의 받침은 교량의 수명을 결정하는 중요한 인자로서 고려되고 있다. 이러한 교량의 받침에 의해 지탱되는 상판에 있어서 하중이나 온도 같은 경우에는 중요한 요소이나 종래의 기술에서는 이러한 요소들에 대하여 고려하지 못하고 보수 시공을 수행하여 왔던 것이 현실이다.

본원 발명과 같이 시공 상의 하자로 말미암아 균열(150)을 포함하고 있는 구조물(100)의 경우에도 하중에 대한 구조물의 파손이나 개조없이 측정할 수 있다면 좀더 정밀하고 완전한 건물 또는 구조물의 관리가 될 수 있음은 자명하다.

하지만 본원 발명과 같이 일정 크기 이상의 균열(150)이 형성되어 있고, 외부에서 작용하는 하중이 일정하다고 가정하면 온도에 대한 체크가 크랙(150)의 진전 또는 건물 또는 구조물(100)의 붕괴와 같은 현상에 대한 효과적인 대응을 하기 위해서는 필수적으로 제어 되어야 하는 요소인자라고 할 수 있다.

본원 발명에서는 이러한 구조물(100)의 건전성을 향상시키기위한 요소로 온도 측정을 사후적으로 수행하는 것이 가능할 수 있다.

이에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

크랙도 대체로 공기층으로 형성되어 있기 때문에 여름철과 같은 고온 상태가 되면, 공기의 팽창이 발생하게 되고, 이와 같은 공기의 팽창은 크랙(150)의 진전을 유도할 수 있다. 안전 진단을 위한 구조물(100) 균열 변위 측정장치에서는 이와 같은 사실을 이용하여 실시간으로 크랙(Crack, 150)의 진전에 대한 판단이 가능할 수 있다. 즉 소형 카메라 등을 설치하는 방법으로 제1 지지구(132) 또는 제2 지지구(134)의 움직임에 대한 관찰이 가능할 수 있다. 특히 여름철과 같은 고온의 환경 하에서는 영점(114)이 설치되어 있는 점을 기준으로 하여 구조물(100)의 표면에 설치되어 있는 지시침(122)을 오른쪽에 배치되어 있는 제 2 지지구(134)를 오른쪽으로 밀게 되고, 설사 균열(150)이 수축되어 지시침(122)이 원위치로 돌아오는 현상(크랙(150)의 가로폭이 줄어드는 현상이 발생하더라도 상기 제2 지지구(134)는 수평방향으로 배치된 제1 홈(116) 상에 고정된 상태를 이루고 있기 때문에 시간의 경과 후라도 확인이 가능할 수 있다.

물론 이때 균열(150)의 폭의 증가가 온도변화와 어떤 관련이 있는 지 알아보기 위해서는 상기 구조물(100)의 표면에 블루투스 온도계 등을 설치하는 방법을 통해 온도 변화에 따른 균열(150)의 폭의 변화 양상을 파악할 수 있다. 블루투스 온도계는 후술하겠지만 블루투스 이외의 여러가지 다른 통신방식이나 온도 측정방식이 적용된 온도측정기가 사용될 수도 있다.

균열(crack)의 경우에는 콘크리트와 같은 세라믹스에서 일정 강도 이상이 되면 크랙 진전(crack propagation)이 발생하면서 파괴되는 특성을 갖기 때문에 단순히 크랙(150)의 폭 또는 깊이를 단순히 판단하는 것만으로는 완전한 구조 해석이 된다고 할 수 없지만 구조물의 안전진단을 위한 지침이 될 수 있음은 자명하다고 할 수 있다.

따라서 블루투스 온도계 등을 통해서 구조물(100)의 크랙(150)을 포함하는 면에 대하여 크랙(100)의 폭과 깊이에 대한 사전 조사를 통해서 본 발명에서 이루고자 하는 구조물(100)의 안전진단을 위한 초석이 될 수 있음은 자명하다고 할 것이다. 상기 온도계의 형식은 꼭 무선 방식어야 할 필요는 없으며, 유선방식으로 열전대(thermocouple)를 설치하고 이에 대한 측정 신호를 받는 방식으로 구조물(100)에 대한 온도 측정을 통해서 온도변화에 따른 크랙(150)의 변화 양상에 대한 성향 판단에 대한 기초 자료로 활용할 수 있고, 이러한 결과를 바탕으로 해서 특정 지점(주로 교량의 교각 부분이 이 부분에 해당한다고 볼 수 있을 것이다.)에 대한 크랙(150)의 온도변화에 따른 진전 양상을 파악해서 콘크리트 구조물에 대한 구조 해석의 자료로 활용할 수 있고 이를 바탕으로 해서 교각의 유지보수 지침 등과 같은 곳에 적용하여 교각의 건전성을 향상시킬 수 있다.

또한 이러한 온도계로서 수은 온도계를 사용할 수 있다.

수은 온도계는 수은이 내장되어 있는 온도계로서 온도 변화를 측정할 때, 수은주에 색상 페인트를 묻혀서 최저점과 최고점의 변화양상에 대한 파악이 가능하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 수은 온도계를 사용하면 본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 균열 변위 측정장치에서 특정 구조물(100)에서 발생하는 온도변화량에 대하여 장시간이 경과한 경우에도 온도변화의 폭에 대한 증거로 사용할 수 있다.

2. 겨울철(온도가 상대적으로 낮은 시기)

겨울철에는 위 1에서 기재한 것과 반대되는 현상이 발생할 수 있다.

즉 공기 수축이 일어나면서 상술한 구조물(100)의 좌측면에 설치된 좌측 프레임과 구조물(100)의 우측면에 설치된 우측 프레임이 가까워 진다고 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 구조물 변동폭 변위 측정장치가 균열의 폭이 감소함에 따라 변화되는 모습을 모식적으로 보여주는 도면이다.

즉 겨울철이 되어서 균열(150)의 폭이 줄어들게 되면, 영점(114)에 위치하고 있던 지시침(122)은 왼쪽으로 이동될 수 있다. 이와 같은 균열(150)의 폭에 대한 변동이 적은 경우에는 상기 지시침(122)이 제1 지지구(132)를 밀어서 수축의 폭을 판단할 수 없을 만큼 미미할 수 있다. 하지만, 수축의 폭이 커서 지시침(122)이 제1 지지구(132)를 왼쪽으로 밀게 되면 상기 여름철에 온도가 올라가서 지시침(122)이 제2 지지구(134)를 밀어서 이동시켰던 것과 마찬가지로, 상기 균열(150)의 최소 폭에 대한 측정이 가능할 수 있다.

상기한 방식과 같은 조작에 의할 때 상기 제1, 2지지구(132, 134)는 최대 변동폭을 반영하여 이동되고 나면 설사 날씨가 따듯해져서 균열(150)의 폭이 줄어 들어 지시침(122)이 원위치로 되돌아 오는 현상이 발생하더라도 평평한 상태로 배치되어 있는 제1 홈(116)에 배치되어 있는 제1 지지구(132)는 원위치로 복귀하는 특성을 갖지 않기 때문에 겨울철 동안에 발생하는 상기 균열(150)에 대한 최소 변위 폭에 대한 판단이 가능할 수 있다.

이러한 것에 대하여 온도의 변화에 대한 균열의 변동폭에 대한 정량적인 데이터를 얻고자 한다면 카메라 등을 설치하여 실시간으로 제1 지지구(132)의 이동양상을 블루투스 온도계를 통해서 측정된 결과로부터 상관 관계를 구해서 상기 크랙(150)을 포함하는 구조물에 대한 구조해석이 가능함은 전술한 바와 같다.

(실시예 2)

이와 같은 균열의 온도 변화에 대한 특징은 가로 폭 뿐만 아니라, 깊이(depth)면에서도 중요할 수 있다.

도 5는 본 발명의 따른 실시예 2에 따른 콘크리트 교각과 같은 구조물에서 크랙의 균열에 대한 깊이를 측정할 수 있는 제1 가이드판을 보여주는 정면도이다.

도 5를 참조하면, 크랙(150)의 깊이를 측정하는 방법으로는 초음파(ultrasonic waver)를 사용하는 방법을 사용할 수 있다.

상기 제1 가이드판(400)은 콘크리트 재질로 형성되어 있는 구조물(100)에 대한 접착성을 향상시키기 위해서 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.

이와 같은 제1 가이드판(400)에는 개구부(420)와 상기 콘크리트 재질의 구조물(100)의 표면에 형성된 크랙(150)을 투사할 수 있는 투명창(430)을 형성할 수 있다. 상기 투명창(430)에는 크랙(150)이 보이도록 배치될 수 있다.

이와 같은 투명창(430)에는 눈금을 포함하고 있어서, 위치 조정이 가능할 수 있다. 이와 같이 초음파를 사용해서 구조물(100)에 형성된 크랙(150)의 깊이를 측정하는 방법으로는 Tc-To 법과 BS법이 사용될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 초음파 측정장치(440)는 투명창(430)의 좌측 또는 우측에 개구부(420)를 통해서 초음파를 크랙(150) 쪽으로 투사할 수 있다.

초음파 측정장치(440)는 가이드판(430)에 형성된 개구부(420)의 간격을 입력하고, 입력된 간격과 각각의 초음파 측정장치(440)에서 측정된 초음파 수신시간이 수학식에 적용되어 크랙(150)의 깊이를 계산할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예인 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치에서 적용될 수 있는 균열의 깊이를 측정할 수 있는 BS법을 표시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 경화된 콘크리트는 건전부와 균열 부에서 측정되는 초음파 전달시간이 차이가 있어 전달 속도가 차이가 난다는 사실을 이용하여 균열의 깊이를 측정할 수 있다.

이와 같이 균열깊이를 측정하는 방법에는 3가지인 T법과, Tc-To법 및 BS(British Standard) 법이 있다.

BS법은 BSI 1881 part No 203에 규정되어 있는 방법으로 발-수신자를 균열 개구부에서 a1=15㎝, a2=30㎝로 배치하였을 때의 전파시간 T1, T2를 이용하여 균열깊이 d는 도 6에 도시된 방법에 의하여 측정이 가능할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예인 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치에서 적용될 수 있는 균열의 깊이를 측정할 수 있는 To-Tc법을 표시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 또 하나의 방법인 Tc-To법은 수신자와 발신자를 균열의 중심으로 등간격으로 배치한 경우의 전파시간 Tc와 균열이 없는 부근 2X에서의 전파시간 Ts로부터 균열 깊이 h를 추정하는 방법으로 균열면이 콘크리트의 표면과 직각으로 발생되어 있으며, 균열 주위의 콘크리트는 어느 정도 균질한 것이라고 가정하여 유도한 것이다. 다만 균열에서 발-수신자까지의 거리는 진동자 단까지의 거리가 된다.

이와 같은 실시예 2에 따를 때, 계절의 변화에 따라 수직형 균열(150)의 폭 뿐만 아니라, 깊이까지 측정할 수 있는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예인 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치에서 균열의 폭과 깊이를 측정할 수 있는 기능을 결합한 것을 모식적으로 보여주는 도면이다.

이와 같이 균열 폭과 균열 깊이를 측정할 수 있는 제2 가이드판(401)은 제2 개구부(421), 및 테두리부(도면번호 미부여)를 포함하는 안전진단을 위한 구조물 균열폭 측정장치(200)를 투명창(431)을 통해서 결합한 것을 보여주는 도면이다.

이와 같이 균열폭에 대한 측정은 제2 가이드판(401)의 투명창(431)에 균열폭 측정장치(200)를 결합하는 것을 통해서도 가능하지만, 이후 상술할 제2 가이드판(401)에 슬라이딩 방식으로 결합시킬 수도 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 균열 깊이 측정을 위한 초음파 측정장치와 균열폭 측정장치가 결합된 것을 보여주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 초음파 측정장치(441)가 투명창(431)을 중심으로 가이드판이 좌우로 분리되는 형태로 구현되어 균열폭 측정장치(200)의 좌측 프레임(110)의 양 끝단에 초음파 측정장치의 제2 가이드판(401A, B)과 결합할 수 있는 가이드부(405)가 추가적으로 더 구성될 수도 있다. 이 때, 상기 가이드부(405)와 제2 가이드판(401)은 서로 슬라이딩 방식으로 결착될 수 있다.

이 때 결합하는 방식은 상술한 슬라이딩 결합방식이나 그루브와 돌기 구조를 각각 가이드판과 가이드부에 구현하여 결합하는 방식이 사용될 수도 있다.

이러한 방식을 통해, 초음파 측정장치를 쉽게 균열폭 측정장치(200)에 결착할 수 있게 되고, 초음파 측정장치(441)보다 상대적으로 오랜 측정시간이 필요한 균열폭 측정장치(200)의 위치를 변경하지 않으면서도 효과적으로 균열의 깊이를 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 슬라이딩 방식의 결합 또는 그루브와 돌기 구조의 결합이 가능하도록 슬라이딩 부재또는 그루브/돌기 부재가 형성된 가이드부(405) 구성에는 상술했던 온도측정기(예를 들어 블루투스 온도계)가 결착될 수도 있다. 이러한 방식을 통해 균열폭 측정장치(200)에 온도측정기나 초음파 측정장치를 좀더 쉽고 견고하게 결합력이 유지되는 방식으로 결착시킬 수 있다.

도 8, 9와 상술한 실시예을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 균열 변위 측정장치(401)에서는 초음파 측정장치(441)를 통해서 고온 변화와 저온 변화에 따른 균열의 확장 깊이와 수축 깊이를 동시에 측정할 수 있다.

결과적으로 균열변위 측정장치(401)를 그대로 두고, 이에 초음파 측정장치(441)의 가이드판들을 균열변위 측정장치(401)에 결합된 형태로 균열의 깊이를 측정할 수 있으므로, 균열의 깊이를 측정하기 위해 균열 변위 측정장치(401)를 해체한 뒤, 초음파 측정장치(441)를 설치하던 종래의 측정방식을 효과적으로 개선할 수 있다.

또한 균열폭의 변화에 대해서는, 제1 지지구(132) 또는 제2 지지구(134)를 통해서 체크하는 과정을 통해서 측정이 가능하여 구조물(100)에 대한 구조 해석을 위한 기초자료로 활용할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정방법에 대하여 설명한다.

먼저 구조물(100) 상에 균열(150)이 형성된 지점에 대하여 좌측면에는 좌측 프레임(110)을 부착할 수 있다(s10). 상기와 같은 작업 후에는 온도변화에 따른 균열폭의 측정을 하기위해서 별도의 벽면이라고 할 수 있는 우측면에 지시침(122)와 지시계(124)를 포함하는 우측 프레임(120)을 부착할 수 있다.

이와 같은 좌측 프레임(110)과 우측 프레임(120)은 탈부착이 가능한 구성일 수 있다. 이와 같은 탈부착이 가능한 구성을 활용하여 균열의 좌우 횡폭과 균열의 깊이에 대한 측정을 통해서 균열(150)의 전파 양상을 확인할 수 있다.

구체적으로 균열의 폭이 크지 않고 소형인 경우에는, 좌측 프레임(110)과 우측 프레임(120)을 소형화/경량화하여 좌측/우측 프레임(110, 120)이 일종의 점착 적층 시트 형태로 구현되도록 할 수 있다.

이러한 경우, 좌측 프레임(110)과 우측 프레임(120)에 결착되는 다른 구성들(지시침, 지시계 등) 또한 소형/경량의 소재로 제작하여 점착 적층 시트 형태로 제작된 좌측/우측 프레임에 큰 하중을 가하지 않으면서도 균열 변위 측정을 효과적으로 실시하도록 할 수 있다.

상술한 점착적층 시트의 경우, 구조물에 결합하는 부분을 기준으로 이형층, 점착층, 구조층으로 점착적층 시트가 형성되도록 할 수 있다. 특히 구조층은 상술한 바와 같이 균열 변위 측정장치의 다른 구성들의 하중을 지지하면서도 강성 등이 제공될 수 있는 실리콘 등의 재질이 바람직하다.

이러한 점착 적층 시트의 구현을 통해, 측정장치를 설치하는 설치자는 해상에 설치된 교각의 하부 등과 같은 열악한 환경에서도 시트의 이형층을 제거하고, 구조물에 점착층을 결착시킴으로써 쉽게 측정장치를 설치할 수 있는 효과가 있다.

이때 균열(150))의 좌우 폭의 증가를 확인하기위해서는 시간(6개월 또는 1년이 그 예시가 될 수 있다.)의 경과가 필요할 수 있다.

에를 들면 여름이라면 지시침(122)이 우측으로 이동하여서 제1 홈(116)에 형성되어 있는 제2 지지구(134)를 우측으로 이동시켜서 균열의 횡폭의 변화를 파악할 수 있다. 또한 만일 겨울이라면 제1 홈(116)에 형성되어 있는 제1 지지구(132)를 좌측으로 이동시켜서 균열의 최대 수축폭에 대한 판단이 가능할 수 있다(s30).

이와 같은 과정을 통해서 일정 시간이 경과한 후에는 균열(150)의 횡폭의 변화에 대한 판단이 가능할 수 있다.

이와 동시에 균열(150)이 형성되어 있는 지점에 대한 온도를 측정하여서 균열(150)의 폭의 변동 상황을 실시간으로 파악할 수 있음은 전술한 바와 같다.

또한 본 발명의 다른 실시예에서는 균열(150)의 깊이에 대한 측정이 가능할 수 있다. 균열(150)의 변화양상을 폭을 통해서만 판단한다면 그로부터 판단되는 구조해석은 일면적일 수 밖에 없는 단점을 갖게 된다.

하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 안전진단을 위한 구조물 균열 변위 측정방법에서는 균열(150)에 대한 깊이의 변화를 판단할 수 있도록 초음파 측정기(440)를 포함할 수 있다.

초음파 측정기(440)로 균열(150)의 깊이를 측정하는 방법은 전술한 바와 같이 BS법이나 Tc-To법을 통해서 균열(150)의 깊이 변화에 따른 시간별 또는 온도별 데이터를 확보하는 것이 가능할 수 있다.

이의 과정은, 유연성을 가지는 가이드판(400, 401)을 구조물(100)에 형성된 균열(150)이 상기 가이드판(400, 401)의 투명창(430)을 통해서 보일 수 있도록 가이드판(400, 401)을 부착할 수 있다(s110). 상기 가이드판(400, 401)에 부착된 초음파 측정장치(440)를 통해서 개구부(420)의 간격을 입력할 수 있다(s120). 초음파 측정장치에서 수신된 시간을 입력하고(s130), 상기 개구부의 간격 데이터와 수신된 시간 데이터로부터 균열의 깊이를 계산할 수 있게 된다(s140).

이로부터 균열(150)의 깊이를 계산하는 과정은 BS법인가 Tc-To법인가에 따라 달라진다고 함은 전술한 바와 같다.본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100: 구조물 110: 좌측 프레임
120: 우측 프레임 112: 측정자
114: 0점 116: 제1홈
132: 제1 지지구 134; 제2 지지구
122: 지시침 124: 지시계
150: 균열(CRACK)
200: 안전진단을 위한 구조물 균열폭 측정장치
440: 초음파 측정장치

Claims (5)

1. 안전 진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치에 있어서,
   상기 구조물에는 하방으로 향하는 수직 하중이 작용하고,
   상기 구조물에는 위에서 아래 쪽으로 향하는 수직형 균열을 포함하고,
   상기 수직형 균열의 좌측면에는
   수평방향으로 형성된 눈금을 포함하는 측정자;
   상기 측정자의 하측으로는 상기 측정자에 평행하게 형성된 제1홈;
   상기 측정자에는 기준이 되는 영점을 포함하고,
   상기 영점을 기준으로 좌측으로 형성된 상기 제1 홈 상에서 좌우측 방향으로 이동가능한 제1 지지구; 및
   상기 영점을 기준으로 우측으로 형성된 상기 제1 홈 상에서 좌우측 방향으로 이동가능한 제2 지지구;를 포함하는 좌측 프레임이 부착되고
   상기 수직형 균열의 우측면에는
   상기 측정자의 눈금 상에 위치되어 상기 수직형 균열의 횡방향으로의 폭의 변화에 따라 이동되는 지시침;
   상기 지시침을 고정시키고, 지지하는 지시계; 및
   상기 지시침과 지시계를 포함하는 우측프레임이 부착되고,
   상기 지시침이 수직형 균열의 횡폭의 변화에 따라 상기 지시침이 상기 지시침의 좌측에 형성된 제1 지지구를 좌측으로 이동시켜 고정되거나 상기 지시침의 우측에 형성된 제2 지지구를 우측으로 이동시켜서 고정시켜서 상기 수직형 균열의 최대 신장폭과 최소 축소 폭을 알려주는 기능을 수행할 수 있고,
   상기 좌측 프레임 또는 우측 프레임에는, 온도측정기가 부착되어 있어서,
   상기 수직형 균열이 형성된 지점의 온도에 따른 변동폭을 파악할 수 있으며,
   상기 균열 변위 측정장치는, 균열의 깊이를 측정할 수 있는 구성을 더 포함할 수 있으며,
   상기 균열의 깊이를 측정할 수 있는 구성은 Tc-To법 또는 BS법으로 균열의 깊이에 대한 측정이 가능하며,
   상기 균열 변위 측정장치의 좌측프레임과 우측프레임에는 절곡된 판의 형태를 가지는 가이드부가 더 형성되어, 상기 균열의 깊이를 측정할 수 있는 구성에 형성된 가이드판에 상기 가이드부의 절곡된 판을 수용할 수 있도록 슬라이딩 방식으로 결착되는 것을 특징으로 하는,
   안전 진단을 위한 구조물 균열 변위 측정장치.
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