KR101954826B1 - 비계 부재 최종강도 시험방법 - Google Patents

비계 부재 최종강도 시험방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비계 부재 최종강도 시험방법에 관한 것으로, 본 발명의 제1 실시예는 서로 이격되어 마주보도록 배치된 한 쌍의 메인프레임에 지지대를 고정하고 복수의 개구부가 형성된 비계발판을 상기 지지대의 상부에 배치한 후 상기 비계발판의 상부에 점진적으로 증가하는 수직하중을 가하는 3점 굽힘 시험을 반복 실시하여 상기 수직하중에 따른 비계발판의 변형정도를 각각 측정하는 시험단계, 컴퓨터프로그램을 이용하여 상기 비계발판의 형상을 모형화하고 상기 시험단계에서 가해지는 상기 수직하중 조건을 반영하여 상기 모형화된 비계발판의 하중에 따른 변형정도를 해석하는 해석단계, 상기 시험단계에서 측정된 비계발판의 하중에 따른 변형정도와 상기 해석단계에서 해석된 비계발판의 하중에 따른 변형정도를 시각화하고 상기 비계발판의 물성정보를 생성하는 표시단계 및 상기 표시단계에서 생성된 물성정보로부터 상기 비계발판의 최종강도와 안전율을 산출하는 산출단계를 포함하고, 상기 시험단계에서 상기 비계발판의 상부에 가해지는 수직하중은 상기 비계발판의 너비를 따라 가해지는 등분포하중을 가한다.
상기와 같은 방법으로 구성된 본 발명의 일 실시예에 따르면 체계적이고 신뢰성 있는 시험을 통하여 비계 부재의 최종강도와 안전율이 산출되고 지간을 변경하면서 반복시험 하기 용이하다.

Description

비계 부재 최종강도 시험방법{METHOD FOR ULTIMATE STRENGTH TEST OF SCAFFOLD UNIT}
본 발명은 비계 부재 최종강도 시험방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비계에 설치되는 부재 중 비계발판과 난간파이프의 3점 굽힘시험을 통하여 최종강도와 안전율을 평가하는 비계 부재 최종강도 시험방법에 관한 것이다.
일반적으로 조선해양산업은 거대한 철 구조물을 생산하는 작업의 특성상 고소작업이 많고 작업장의 이동이 필연적이다. 조선소 야드 내에서 발생하는 안전사고 자재의 추락과 낙하에 의한 산업재해가 높은 비중을 차지하고 있고, 이에 관한 엄격한 기준이 요구되고 있다.
조선소 야드에서 고소작업을 안전하고 능률적으로 진행하기 위하여 비계를 설치하여 사용하고 있는데, 비계란 고소작업을 위하여 작업장에 임시로 설치된 가설물로 재료 운반이나 작업자의 통로 및 작업을 위한 작업발판과 그 지지구조물을 말한다. 비계의 설치 및 해체는 작업자의 안전에 큰 영향을 미치므로 관련 안정 규정을 만족하여야 한다.
조선해양용 비계는 구조물과 함께 이동되므로 설치 및 해체 등 구조물 변경이 빈번하게 발생된다. 이에 반하여 건설용 비계의 경우 작업장이 고정되어 공사가 마무리 될 때까지 비계의 설치 및 해체작업이 거의 일어나지 않는 것이 일반적이다. 또한, 조선해양 구조물은 주로 강판으로 이루어지는 반면 건설용 구조물은 콘크리트로 이루어지는 점에 차이가 있고, 조선해양용 비계는 구조물에 용접이나 클램프를 이용하여 직접적으로 설치한다.
상기 구조물을 이루는 재료의 차이가 비계의 설치공법의 차이로 나타나는데, 강재를 이용하는 조선해양 구조물의 현장에서는 조립단계부터 진수 이후 안벽에서까지 비계를 사용한다. 이에 따라 조선해양용 비계는 건설용과 비교할 때 설치 공법이 다양한 동시에 그 기준이 까다롭다.
현재 국내 각 조선소에서는 다양한 유형의 조선해양용 비계를 설치 및 사용하고 있으나 국내 비계의 경우 대부분 건설용 비계 규정에 기반을 두고 있어 조선해양 산업의 특성을 반영하지 못하고 있다. 또한, 국내의 건설용 비계 규정은 인지도 높은 해외 표준에 비해 체계적이지 못한 실정이다. 우리나라 국가 표준인 KS(Korea Industrial Standard)에서는 조선해양 분야에 대하여 규정하고 있으나 조선해양용 비계와 관련된 표준은 없으며 해당 국가 표준을 규정하는데도 어려움이 따른다.
종래 국내 조선해양플랜트의 비계는 BS EN(영국 유럽 표준)을 만족하는 비계를 사용하고 있으나, 상기한 기준을 만족하는 비계의 수입에 막대한 외화가 소모되고 상기 표준을 충족하는 비계 역시 건설 산업을 근간으로 한 표준이므로 국내 조선해양플랜트의 특성과 부합되지 않은 부분이 많다.
상기한 문제점에서 조선해양산업용 비계의 국가표준개발 및 적용을 위하여 조선해양용 비계의 구조적 안정성과 강도를 시험하기 위한 국내 시험방법의 연구 및 개발이 요구된다.
(문헌 0001) 대한민국등록특허 제10-1816698호
(문헌 0002) 가설공사표준시방서 : 국토교통부2016
위와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은 조선해양용 비계 부재의 최종강도 시험방법을 제공하고 상기 시험방법으로부터 비계 부재의 최종강도와 안전율을 판단하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 비계발판 최종강도 시험방법은 서로 이격되어 마주보도록 배치된 한 쌍의 메인프레임에 지지대를 고정하고 복수의 개구부가 형성된 비계발판을 지지대의 상부에 배치한 후 비계발판의 상부에 점진적으로 증가하는 수직하중을 가하는 3점 굽힘 시험을 반복 실시하여 수직하중에 따른 비계발판의 변형정도를 각각 측정하는 시험단계, 컴퓨터프로그램을 이용하여 비계발판의 형상을 모형화하고 시험단계에서 가해지는 수직하중 조건을 반영하여 모형화된 비계발판의 탄소성 변형의 경계점과 하중에 따른 변형정도를 해석하는 해석단계, 시험단계에서 측정된 비계발판의 하중에 따른 변형정도와 해석단계에서 해석된 비계발판의 하중에 따른 변형정도를 시각화하고 비계발판의 물성정보를 생성하는 표시단계 및 표시단계에서 생성된 물성정보로부터 비계발판의 최종강도와 안전율을 산출하는 산출단계를 포함하고, 시험단계에서 비계발판의 상부에 가해지는 수직하중은 비계발판의 너비를 따라 가해지는 등분포하중일 수 있다.
또한, 시험단계는, 메인프레임 상단에 고정된 지지대의 위치를 조절하여 상기 비계발판의 지간을 변경하면서 3점 굽힘 시험을 반복 실시할 수 있다.
또한, 시험단계는, 비계발판의 변형정도가 기 설정된 속도로 조절되도록 비계발판의 변형정도의 측정값에 따라 수직하중을 제어하면서 비계발판의 상부에 수직하중을 가할 수 있다.
또한, 해석단계는, 시험단계의 비계발판 지간과 같은 지간을 갖는 조건 하에서 반복 해석할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 비계 난간파이프 최종강도 시험방법은 서로 이격되어 마주보도록 배치된 한 쌍의 메인프레임에 지지대를 고정하고 비계의 난간에 설치되는 난간파이프를 지지대의 상부에 배치한 후 난간파이프의 상부에 점진적으로 증가하는 수직하중을 가하는 3점 굽힘 시험을 반복 실시하여 수직하중에 따른 난간파이프의 변형정도를 각각 측정하는 시험단계, 컴퓨터프로그램을 이용하여 난간파이프의 형상을 모형화하고 시험단계에서 가해지는 수직하중 조건을 반영하여 모형화된 난간파이프의 탄소성 변형의 경계점과 하중에 따른 변형정도를 해석하는 해석단계, 시험단계에서 측정된 난간파이프의 하중에 따른 변형정도와 해석단계에서 해석된 난간파이프의 하중에 따른 변형정도를 시각화하고 난간파이프의 물성정보를 생성하는 표시단계 및 표시단계에서 생성된 물성정보로부터 난간파이프의 최종강도와 안전율을 산출하는 산출단계를 포함하고, 시험단계는, 메인프레임 상단에 고정된 지지대의 위치를 조절하여 난간파이프의 지간을 변경하면서 3점 굽힘 시험을 반복 실시한다.
또한, 시험단계는, 난간파이프의 변형정도가 기 설정된 속도로 조절되도록 난간파이프의 변형정도의 측정값에 따라 수직하중을 제어하면서 난간파이프의 상부에 수직하중을 가할 수 있다.
또한, 해석단계는, 시험단계의 난간파이프 지간과 같은 지간을 갖는 조건 하에서 반복 해석할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 비계 부재의 최종강도 시험을 체계적이고 손쉽게 할 수 있다.
또한, 시험단계과 해석단계로부터 도출된 비계 부재의 변형정도를 비교하면서 시각화시키는 동시에 비계 부재의 물성정보를 생성하므로 신뢰성을 담보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시험방법을 사용하여 시험하는 경우 시험 조건을 달리하여 반복 시험하기 용이하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 비계 부재 최종강도 시험방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시험단계를 나타낸 동작상태도이다.
도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시험단계에서 비계발판의 시험 후 상태를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 해석단계에서 비계발판의 모형화를 나타낸 상태도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 해석단계에서 해석과정을 나타낸 상태도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시단계에서 비계발판의 지간이 2.4M 인 경우 하중에 따른 비계발판의 변형정도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시단계에서 비계발판의 지간이 3.4M 인 경우 하중에 따른 비계발판의 변형정도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시험단계를 나타낸 동작상태도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 해석단계에서 난간파이프의 모형화를 나타낸 상태도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 해석단계에서 해석과정을 나타낸 상태도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시단계에서 난간파이프의 지간이 0.7M 인 경우 하중에 따른 난간파이프의 변형정도를 나타낸 그래프이다.
도 12은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시단계에서 난간파이프의 지간이 1.5M 인 경우 하중에 따른 난간파이프의 변형정도를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시단계에서 난간파이프의 지간이 2.4M 인 경우 하중에 따른 난간파이프의 변형정도를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시험단계에서 사용되는 메인프레임과 지지대의 결합상태를 나타낸 결합상태도이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 비계 부재 최종강도 시험방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비계발판(S) 최종강도 시험방법은 서로 이격되어 마주보도록 배치된 한 쌍의 메인프레임(100)에 지지대(200)를 고정하고 복수의 개구부가 형성된 비계발판(S)을 상기 지지대(200)의 상부에 배치한 후 상기 비계발판(S)의 상부에 점진적으로 증가하는 수직하중을 가하는 3점 굽힘 시험을 반복 실시하여 상기 수직하중에 따른 비계발판(S)의 변형정도를 각각 측정하는 시험단계(S100), 컴퓨터프로그램을 이용하여 상기 비계발판(S)의 형상을 모형화하고 상기 시험단계(S100)에서 가해지는 상기 수직하중 조건을 반영하여 상기 모형화된 비계발판(S)의 탄소성 변형의 경계점, 하중에 따른 변형정도를 해석하는 해석단계(S200), 상기 시험단계(S100)에서 측정된 비계발판(S)의 하중에 따른 변형정도와 상기 해석단계(S200)에서 해석된 비계발판(S)의 하중에 따른 변형정도를 시각화하고 상기 비계발판(S)의 물성정보를 생성하는 표시단계(S300) 및 상기 표시단계(S300)에서 생성된 물성정보로부터 상기 비계발판(S)의 최종강도와 안전율을 산출하는 산출단계(S400)를 포함하고, 상기 시험단계(S100)에서 상기 비계발판(S)의 상부에 가해지는 수직하중은 상기 비계발판(S)의 너비를 따라 가해지는 등분포하중일 수 있다.
본 발명의 시험대상인 비계발판(S)은 복수의 개구부가 관통되도록 형성될 수 있다. 상기 비계발판(S)은 좌우방향으로 연장 형성되며 전후방향 너비는 좌우방향의 길이보다 짧은 형상을 갖는다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시험단계(S100)를 나타낸 동작상태도이고, 도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시험단계(S100)에서 비계발판(S)의 시험 후 상태를 나타낸 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에서는 상기 비계발판(S)에 3점 굽힘시험을 수행하고 상기 비계발판(S)을 모형화하여 유한요소해석법을 통해 해석하며 상기 시험과 해석에서 도출된 정보를 시각화하여 상기 비계발판(S)의 최종강도와 안전율을 산출한다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시험단계(S100)에서 사용되는 메인프레임(100)과 지지대(200)의 결합상태를 나타낸 결합상태도이다. 도 14의 메인프레임(100)과 지지대(200)는 본 발명의 제1 실시예에 사용될 수 있다.
도 14를 참고하면, 본 발명의 시험단계(S100)에서 사용되는 메인프레임(100)과 지지대(200)를 먼저 설명하면, 상기 메인프레임(100)은 한 쌍으로 구성되고 서로 마주보도록 이격 배치된다. 상기 메인프레임(100)은 바닥면과 고정되는 하부플레이트(110)와, 상기 하부플레이트(110)의 일측에 구비되며 수직방향으로 연장 형성된 벽체(120) 및 상기 벽체(120)의 일측에 결합되는 보조플레이트(130)를 포함하고, 상기 벽체(120)와 상기 하부플레이트(110) 사이에는 리브(140)가 결합될 수 있다. 또한, 상기 벽체(120)에는 수직 방향으로 연장 형성된 가이드레일(121)이 구비될 수 있다. 상기 보조플레이트(130)는 상기 가이드레일(121)과 결합되어 상기 가이드레일(121)의 수직 방향을 따라 이동한다. 본 발명의 일 실시예에서 보조플레이트(130)의 상단면에는 지지대(200)가 결합될 수 있다. 또한, 상기 지지대(200)의 상부에는 상기 비계발판(S)이 위치된다. 상기 지지대(200)가 결합된 보조플레이트(130)가 상기 가이드레일(121)의 수직 방향을 따라 이동하면서 상기 비계발판(S)의 위치를 조절하므로 상기 비계발판(S)의 3점 굽힘시험을 반복 실시하는데 더욱 편리하다.
상기 보조플레이트(130)의 상면에는 상기 가이드레일(121)과 수직방향으로 연장 형성된 거리조절레일(131)이 구비될 수 있다. 상기 거리조절레일(131)에 상기 지지대(200)가 결합되며 상기 지지대(200)가 거리조절레일(131)을 따라 이동되는 구조를 갖는다. 상기 한 쌍의 메인프레임(100)에 각각 결합된 지지대(200)의 서로 이격되는 거리가 조절됨에 따라 상기 비계발판(S)의 3점 굽힘시험 시 지간을 조절하면서 반복 시험할 수 있다.
상기 가이드레일(121)과 상기 보조플레이트(130)의 결합위치에는 상기 보조플레이트(130)의 높이가 고정되도록 고정핀이 구비될 수 있으며 상기 거리조절레일(131)과 상기 지지대(200)의 결합위치에는 상기 지지대(200)의 거리를 고정하도록 고정핀이 구비될 수 있다. 상기 고정핀은 본 발명의 목적 범위 내에서 다양한 수단으로 변경될 수 있다.
상기 지지대(200)는 원통형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 한 쌍의 메인프레임(100)에 각각 결합된 지지대(200) 중 하나 이상은 원통형상을 갖는다. 상기 지지대(200)의 상부에 상기 비계발판(S)이 위치되었을 때 상기 비계발판(S)의 상부에 가해지는 하중에 의해 상기 비계발판(S)의 상부에는 압축력이 작용되고 하부에는 인장력이 작용하는데, 상기 원통형상을 갖는 지지대(200)는 상기 비계발판(S)의 하부에 작용되는 인장력에 의해 비계발판(S)이 변형될 때 수평방향 이동을 구속하지 않는다. 상기 비계발판(S)의 수평방향 움직임이 구속되는 경우 상기 비계발판(S)의 하중에 따른 변형정도에 영향을 주게 되는 점을 감안한 것이다.
상기 원통형상의 지지대(200)는 반드시 원통형상을 가질 필요는 없고 상기 비계발판(S)의 수평방향 움직임을 구속하지 않는 다른 형상, 구성, 구조로 변경실시될 수 있다.
본 발명의 시험단계(S100)는 상기 한 쌍의 메인프레임(100)의 보조프레임에 상기 지지대(200)를 결합하고 상기 지지대(200)의 상부에 상기 비계발판(S)을 위치시킨 후 상기 비계발판(S)의 상부에서 수직하중을 가하는 단계이다. 상기 수직하중은 상기 비계발판(S)의 좌우방향 중심에 가해지는 것이 바람직하다. 상기 수직하중은 점진적으로 증가할 수 있다.
상기 시험단계(S100)에서 가해지는 수직하중은 등분포하중일 수 있다. 이 경우 상기 비계발판(S)의 전후방향 너비를 따라 등분포하중이 가해진다. 상기 등분포하중은 집중하중과 비교할 때 상기 비계발판(S)의 전후방향 변형을 억제하여 면단위의 해석을 선단위의 해석으로 대체하기 위함이다. 본 발명에서 상기와 같이 등분포하중을 가하는 시험단계(S100)는 하중에 따른 상기 비계발판(S)의 변형정도를 계산하기 용이하다.
상기 시험단계(S100)에서는 상기 수직하중에 따른 상기 비계발판(S)의 변형정도를 측정한다. 상기 비계발판(S)의 변형정도를 측정하기 위하여 다양한 수단이 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 변형정도를 측정하기 위한 수단으로 LVDT(The linear variable differential transformer)가 이용될 수 있다. 상기 LVDT는 선형 거리 차이를 측정하는 전기적 변환기를 말한다. 상기 LVDT의 위치, 구성 및 구조는 다양할 수 있다. 예를들어, 상기 LVDT는 상기 한 쌍의 메인프레임(100) 사이에 구비되어 상기 비계발판(S)의 좌우방향 중심의 하부에 위치될 수 있다.
상기 시험단계(S100)는 상기 비계발판(S)의 변형정도가 기 설정된 속도로 조절되도록 상기 비계발판(S)의 변형정도의 측정값에 따라 상기 수직하중을 제어하면서 상기 비계발판(S)의 상부에 상기 수직하중을 가할 수 있다.
상기 수직하중을 제어하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서 제어부(300)(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 제어부(300)는 상기 비계발판(S)의 변형정도에 대한 정보를 수신받아 상기 수직하중을 제어하는데 상기 제어부(300)는 상기 LVDT와 연결될 수 있으며 상기 비계발판(S)의 상부에 구비되며 상기 비계발판(S)에 수직하중을 가하는 하중작용기와 연결될 수 있다. 상기 하중작용기는 다양한 구성 또는 구조를 가질 수 있다.
상기 제어부(300)에 의해 상기 비계발판(S)의 변형정도는 10mm/min 의 속도를 갖도록 제어될 수 있다. 예를들어, 상기 LVDT에서 상기 비계발판(S)의 변형정도에 관한 정보를 상기 제어부(300)로 송신하고 상기 제어부(300)에서 상기 하중작용기에서 가해지는 하중을 제어하는 구조를 갖는다. 상기 제어부(300)를 통하여 상기 비계발판(S)의 변형정도가 조절되면서 하중이 가해지므로 상기 비계발판(S)의 변형정도를 보다 정밀히 측정할 수 있으며 상기 비계발판(S)에 가해지는 하중과 상기 비계발판(S)의 변형정도에 대한 상관관계를 보다 명확히 파악할 수 있다.
상기 제어부(300)는 컴퓨터프로그램일 수 있고, 별도의 장치일 수 있다. 예를들어 상기 제어부(300)는 National Instruments 사에서 제작된 Data Acquisition System을 사용할 수 있다.
상기 시험단계(S100)는 상기 비계발판(S)의 지간을 변경하면서 3점 굽힘 시험을 반복 실시할 수 있다. 이 경우 상기 거리조절레일(131)을 따라 상기 지지대(200)를 이동시키거나 상기 한 쌍의 메인프레임(100)이 이격되는 거리를 조절하여 상기 비계발판(S)의 지간을 변경한다. 상기 비계발판(S)의 지간을 변경하면서 3점 굽힘시험을 수행하므로 체계적이고 폭넓은 데이터의 수집이 가능하다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 해석단계(S200)에서 비계발판(S)의 모형화를 나타낸 상태도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 해석단계(S200)에서 해석과정을 나타낸 상태도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 해석단계(S200)는 상기 시험단계(S100)의 조건을 반영하여 상기 비계발판(S)을 모형화하고 가상의 하중을 가하여 상기 모형화된 비계발판의 변형정도를 해석한다. 상기 시험단계(S100)의 조건은 상기 비계발판(S)의 형상, 지간, 변형속도, 수직하중, 형성 소재 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 해석단계(S200)의 비계발판 모형화의 설정은 표1에 나타낸 바와 같다.
표1. 해석단계(S200)에서 설정된 비계발판의 모형화 설정 값.
Material Elastic Modulus Poisson's Ratio Yield Stress Ultimate Stress
SGC58,HGI 206000 0.3 560 570
또한, 본 발명의 해석단계(S200)에서 사용된 유한요소해석법의 상세 설정은 표2 및 표3에 나타낸 바와 같다.
표2. 해석단계(S200)의 유한요소해석법 상세설정(비계발판 지간 2.4M).
Element Type Quad 4, Tri 3
Element 21183, 1253
Solution Type Implicit Nonlinear
Increment 1009
Iteration Method Full Newton - Raphson
표3. 해석단계(S200)의 유한요소해석법 상세설정(비계발판 지간 3.4M).
Element Type Quad 4, Tri 3
Element 24097, 648
Solution Type Implicit Nonlinear
Increment 1009
Iteration Method Full Newton - Raphson
상기 표1에 나타낸 조건이 부과된 상기 모형화된 비계발판은 상기 표2 및 표3에 나타낸 설정 값에 의해 유한요소해석이 수행된다.
여기서 상기 표2는 상기 비계발판(S)의 지간이 2.4M인 경우이고 표3은 상기 비계발판(S)의 지간이 3.4M인 경우이다. 상기 비계발판(S)의 지간은 상기 시험단계(S100)에서 시험되는 비계발판(S)의 지간과 같은 값을 갖도록 반영한 값이다.
상기 해석단계(S200)에서 해석된 모형화된 비계발판의 하중에 따른 변형정도는 상기 시험단계(S100)에서 측정된 비계발판(S)의 하중에 따른 변형정도와 대응된다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시단계(S300)에서 비계발판(S)의 지간이 2.4M 인 경우 하중에 따른 비계발판(S)의 변형정도를 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시단계(S300)에서 비계발판(S)의 지간이 3.4M 인 경우 하중에 따른 비계발판(S)의 변형정도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 표시단계(S300)는 상기 시험단계(S100)에서 측정된 비계발판(S)의 강도 등의 물성정보와 상기 해석단계(S200)에서 해석된 모형화된 비계발판(S)의 강도 등의 물성정보를 취합하여 시각화하고 상기 비계발판(S)의 물성정보를 생성한다. 상기 표시단계(S300)에서 생성된 물성정보는 상기 비계발판(S)의 강도, 최종강도, 탄소성 변형의 경계점 등을 포함할 수 있다.
상기 표시단계(S300)의 시각화는 상기 시험단계(S100)와 상기 해석단계(S200)의 정보를 비교분석하기 위하여 하나의 이미지 상에 상기 시험단계(S100)와 상기 해석단계(S200)의 정보를 입력하는 것을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 시각화는 상기 비계발판(S)에 가해지는 하중과 상기 비계발판(S)의 변형정도를 나타내는 그래프일 수 있다.
상기 그래프는 일 실시예에서 x축을 상기 비계발판(S)의 변형정도로 설정하고 y축을 상기 비계발판(S)에 가해지는 하중으로 설정하여 하중에 따른 비계발판(S)의 변형정보를 비교분석할 수 있도록 한다.
본 발명의 산출단계(S400)는 상기 표시단계(S300)에서 생성된 물성정보와 시각화 자료를 통하여 상기 비계발판(S)의 강도와 안전율을 산출하는데, 상기 표시단계(S300)에서 상기 그래프를 생성한 경우 상기 그래프를 비교분석 함으로써 상기 비계발판(S)의 탄성변형 지점과 소성변형 지점을 구분하고 이에 따른 상기 비계발판(S)의 최종강도를 분석한다. 상기 최종강도를 상기 탄성변형과 소성변형의 경계점에서 가해지는 하중으로 나눈 값을 안전율로 산출할 수 있다. 또한 상기 그래프에서 상기 비계발판(S)의 변형정도에 대한 곡선의 곡률이 급격히 변하는 지점의 하중을 최종강도로 설정할 수 있다. 상기 비계발판(S)의 최종강도는 상기 비계발판(S)에 파단이 일어나는 시작하는 지점의 하중을 의미한다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 비계발판(S) 최종강도 시험방법은 다수의 비계발판(S)을 지간을 달리하며 반복시험하여 시험데이터를 구축하고 상기 시험단계(S100)와 해석단계(S200)를 비교분석하여 상기 비계발판(S)의 최종강도와 허용하중, 안전율 등을 산출하므로 체계적인 시험과 신뢰성이 보장된다.
상기 산출단계(S400)는 컴퓨터프로그램이나 별도의 장치를 이용할 수 있다. 예를들어, 상기 산출단계(S400)에서는 상기 그래프의 곡선의 곡률을 분석하고 상기 곡선에서 곡률이 0인 지점을 탄성변형지점으로 하여 상기 탄성변형지점의 하중을 허용하중으로 산출하고 상기 곡률이 급격히 변하는 지점을 파단지점으로 하여 상기 파단지점의 하중을 최종강도로 산출하고 상기 최종강도를 상기 허용하중으로 나눈 값을 안전율로 산출하는 컴퓨터프로그램을 이용할 수 있다.
제2 실시예
도 1을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 비계 난간파이프(P) 최종강도 시험방법은 서로 이격되어 마주보도록 배치된 한 쌍의 메인프레임(100)에 지지대(200)를 고정하고 비계의 난간에 설치되는 난간파이프(P)를 상기 지지대(200)의 상부에 배치한 후 상기 난간파이프(P)의 상부에 점진적으로 증가하는 수직하중을 가하는 3점 굽힘 시험을 반복 실시하여 상기 수직하중에 따른 상기 난간파이프(P)의 변형정도를 각각 측정하는 시험단계(S100), 컴퓨터프로그램을 이용하여 상기 난간파이프(P)의 형상을 모형화하고 상기 시험단계(S100)에서 가해지는 상기 수직하중 조건을 반영하여 모형화된 난간파이프의 탄소성 변형의 경계점, 하중에 따른 변형정도를 해석하는 해석단계(S200), 상기 시험단계(S100)에서 측정된 난간파이프(P)의 하중에 따른 변형정도와 상기 해석단계(S200)에서 해석된 난간파이프(P)의 하중에 따른 변형정도를 시각화하고 상기 난간파이프(P)의 물성정보를 생성하는 표시단계(S300) 및 상기 표시단계(S300)에서 생성된 물성정보로부터 상기 난간파이프(P)의 최종강도와 안전율을 산출하는 산출단계(S400)를 포함하고 상기 시험단계(S100)는, 상기 메인프레임(100) 상단에 고정된 지지대(200)의 위치를 조절하여 상기 난간파이프(P)의 지간을 변경하면서 3점 굽힘 시험을 반복 실시한다.
본 발명의 시험대상인 난간파이프(P)는 비계의 난간 등에 설치되는 강관 형상으로 길이방향으로 연장 형성된다. 상기 난간파이프(P)의 단면은 원형일 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시험단계(S100)를 나타낸 동작상태도이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에서는 상기 난간파이프(P)에 3점 굽힘시험을 수행하고 상기 난간파이프(P)를 모형화하여 유한요소해석법을 통해 해석하며 상기 시험과 해석에서 도출된 정보를 시각화하여 상기 난간파이프(P)의 최종강도와 안전율을 산출한다.
본 발명의 제2 실시예에서 사용되는 메인프레임(100)과 지지대(200)는 상기 제1 실시예에서 상술한 바와 같다.
본 발명의 시험단계(S100)는 상기 한 쌍의 메인프레임(100)의 보조프레임에 상기 지지대(200)를 결합하고 상기 지지대(200)의 상부에 상기 난간파이프(P)을 위치시킨 후 상기 난간파이프(P)의 상부에서 수직하중을 가하는 단계이다. 상기 수직하중은 상기 난간파이프(P)의 좌우방향 중심에 가해지는 것이 바람직하다. 상기 수직하중은 점진적으로 증가할 수 있다.
상기 시험단계(S100)에서는 상기 수직하중에 따른 상기 난간파이프(P)의 변형정도를 측정한다. 상기 난간파이프(P)의 변형정도를 측정하기 위하여 다양한 수단이 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 변형정도를 측정하기 위한 수단으로 상기 LVDT가 이용될 수 있다. 상기 LVDT는 상기 한 쌍의 메인프레임(100) 사이에 구비되어 상기 난간파이프(P)의 좌우방향 중심의 하부에 위치될 수 있다.
상기 시험단계(S100)는 상기 난간파이프(P)의 변형정도가 기 설정된 속도로 조절되도록 상기 난간파이프(P)의 변형정도의 측정값에 따라 상기 수직하중을 제어하면서 상기 난간파이프(P)의 상부에 상기 수직하중을 가할 수 있다.
상기 수직하중을 제어하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서 제어부(300)가 구비될 수 있다. 상기 제어부(300)는 상기 제1 실시예의 제어부(300)와 동일한 구조와 기능을 수행할 수 있다.
상기 제어부(300)에 의해 상기 난간파이프(P)의 변형정도는 10mm/min 의 속도를 갖도록 제어될 수 있다. 예를들어, 상기 LVDT에서 상기 난간파이프(P)의 변형정도에 관한 정보를 상기 제어부(300)로 송신하고 상기 제어부(300)에서 상기 하중작용기에서 가해지는 하중을 제어하는 구조를 갖는다.
상기 시험단계(S100)는 상기 난간파이프(P)의 지간을 변경하면서 3점 굽힘 시험을 반복 실시할 수 있다. 이 경우 상기 메인프레임(100)에 고정된 지지대(200)의 위치를 조절하거나 상기 한 쌍의 메인프레임(100)의 이격되는 거리를 조절하여 상기 난간파이프(P)의 지간을 변경시킨다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 해석단계(S200)에서 난간파이프(P)의 모형화를 나타낸 상태도이고, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 해석단계(S200)에서 해석과정을 나타낸 상태도이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 본 발명의 해석단계(S200)는 상기 시험단계(S100)의 조건을 반영하여 상기 난간파이프(P)를 모형화하고 가상의 하중을 가하여 상기 모형화된 난간파이프의 변형정도를 해석한다. 상기 시험단계(S100)의 조건은 상기 난간파이프(P)의 형상, 지간, 변형속도, 수직하중, 형성 소재 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 해석단계(S200)의 난간파이프 모형화의 설정은 표4에 나타낸 바와 같다.
표4. 해석단계(S200)에서 설정된 난간파이프의 모형화 설정 값.
Material Elastic Modulus Poisson's Ratio Yield Stress Ultimate Stress
STK400 206000 0.3 235 400
또한, 본 발명의 해석단계(S200)에서 사용된 유한요소해석법의 상세 설정은 표5 내지 표7에 나타낸 바와 같다.
표5. 해석단계(S200)의 유한요소해석법 상세설정(난간파이프 지간 0.7M).
Element Type Quad 4, Tri 3
Element 3856, 336
Solution Type Implicit Nonlinear
Increment 1004
Iteration Method Full Newton - Raphson
표6. 해석단계(S200)의 유한요소해석법 상세설정(난간파이프 지간 1.5M).
Element Type Quad 4, Tri 3
Element 3472, 336
Solution Type Implicit Nonlinear
Increment 1004
Iteration Method Full Newton - Raphson
표7. 해석단계(S200)의 유한요소해석법 상세설정(난간파이프 지간 2.4M).
Element Type Quad 4, Tri 3
Element 3536, 144
Solution Type Implicit Nonlinear
Increment 1009
Iteration Method Full Newton - Raphson
상기 표4에 나타낸 조건이 부과된 상기 모형화된 난간파이프는 상기 표5 내지 표7에 나타낸 설정 값에 의해 유한요소해석이 수행된다.
여기서 상기 표5는 상기 난간파이프(P)의 지간이 0.7M인 경우이고 표6은 상기 난간파이프(P)의 지간이 1.5M인 경우이고 표7은 상기 난간파이프(P)의 지간이 2.4M인 경우이다. 상기 난간파이프(P)의 지간은 상기 시험단계(S100)에서 시험되는 난간파이프(P)의 지간과 같은 값을 갖도록 반영한 값이다.
상기 해석단계(S200)에서 해석된 모형화된 난간파이프의 하중에 따른 변형정도는 상기 시험단계(S100)에서 측정된 난간파이프(P)의 하중에 따른 변형정도와 대응된다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시단계(S300)에서 난간파이프(P)의 지간이 0.7M 인 경우 하중에 따른 난간파이프(P)의 변형정도를 나타낸 그래프이고, 도 12은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시단계(S300)에서 난간파이프(P)의 지간이 1.5M 인 경우 하중에 따른 난간파이프(P)의 변형정도를 나타낸 그래프이고, 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시단계(S300)에서 난간파이프(P)의 지간이 2.4M 인 경우 하중에 따른 난간파이프(P)의 변형정도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 표시단계(S300)는 상기 시험단계(S100)에서 측정된 난간파이프(P)의 강도 등의 물성정보와 상기 해석단계(S200)에서 해석된 모형화된 난간파이프(P)의 강도 등의 물성정보를 취합하여 시각화하고 상기 난간파이프(P)의 물성정보를 생성한다. 상기 표시단계(S300)에서 생성된 물성정보는 상기 난간파이프(P)의 강도, 최종강도, 탄소성 변형의 경계점 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 시각화는 상기 난간파이프(P)에 가해지는 하중과 상기 난간파이프(P)의 변형정도를 나타내는 그래프일 수 있다.
상기 그래프는 일 실시예에서 x축을 상기 난간파이프(P)의 변형정도로 설정하고 y축을 상기 난간파이프(P)에 가해지는 하중으로 설정하여 하중에 따른 난간파이프(P)의 변형정보를 비교분석할 수 있도록 한다.
본 발명의 산출단계(S400)는 상기 표시단계(S300)에서 생성된 물성정보와 시각화 자료를 통하여 상기 난간파이프(P)의 강도와 안전율을 산출하는데, 상기 표시단계(S300)에서 상기 그래프를 생성한 경우 상기 그래프를 비교분석 함으로써 상기 난간파이프(P)의 탄성변형 지점과 소성변형 지점을 구분하고 이에 따른 상기 난간파이프(P)의 최종강도를 분석한다. 상기 최종강도를 상기 탄성변형과 소성변형의 경계점에서 가해지는 하중으로 나눈 값을 안전율로 산출할 수 있다. 또한 상기 그래프에서 상기 난간파이프(P)의 변형정도에 대한 곡선의 곡률이 급격히 변하는 지점의 하중을 최종강도로 설정할 수 있다. 상기 난간파이프(P)의 최종강도는 상기 난간파이프(P)에 파단이 일어나기 시작하는 지점의 하중을 의미한다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 난간파이프(P) 최종강도 시험방법은 다수의 난간파이프(P)를 지간을 달리하며 반복시험하여 시험데이터를 구축하고 상기 시험단계(S100)와 해석단계(S200)를 비교분석하여 상기 난간파이프(P)의 최종강도와 허용하중, 안전율 등을 산출하므로 체계적인 시험과 신뢰성이 보장된다.
상기 산출단계(S400)는 상기 제1 실시예의 산출단계(S400)와 동일한 기능을 수행하는 단계일 수 있다.
상기와 같은 방법으로 구성되는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따르면 체계적이고 신뢰성 있는 시험을 바탕으로 비계 부재의 최종강도와 안전율을 산출하고, 지간을 변경하면서 반복시험이 용이하다.
100 : 메인프레임 110 : 하부플레이트
120 : 벽체 121 : 가이드레일
130 : 보조플레이트 131 : 거리조절레일
140 : 리브
200 : 지지대
300 : 제어부
S : 비계발판
P : 난간파이프
S100 : 시험단계 S200 : 해석단계
S300 : 표시단계 S400 : 산출단계

Claims (7)

  1. 서로 이격되어 마주보도록 배치된 한 쌍의 메인프레임에 지지대를 고정하고 복수의 개구부가 형성된 비계발판을 상기 지지대의 상부에 배치한 후 상기 비계발판의 상부에 점진적으로 증가하는 수직하중을 가하는 3점 굽힘 시험을 반복 실시하여 상기 수직하중에 따른 비계발판의 변형정도를 각각 측정하는 시험단계;
    컴퓨터프로그램을 이용하여 상기 비계발판의 형상을 모형화하고 상기 시험단계에서 가해지는 상기 수직하중 조건을 반영하여 상기 모형화된 비계발판의 하중에 따른 변형정도를 해석하는 해석단계;
    상기 시험단계에서 측정된 비계발판의 하중에 따른 변형정도와 상기 해석단계에서 해석된 비계발판의 하중에 따른 변형정도를 시각화하고 상기 비계발판의 물성정보를 생성하는 표시단계; 및
    상기 표시단계에서 생성된 물성정보로부터 상기 비계발판의 최종강도와 안전율을 산출하는 산출단계;를 포함하고,
    상기 시험단계에서 이용되는 메인프레임은,
    하부플레이트, 상기 하부플레이트의 일측에 구비되며 수직방향으로 연장 형성된 벽체, 상기 벽체에 구비된 가이드레일, 상기 가이드레일에 결합되어 가이드레일을 따라 이동 가능한 보조플레이트 및 상기 보조플레이트 상면에 구비된 거리조절레일을 포함하고,
    상기 시험단계에서 이용되는 지지대는 상기 거리조절레일에 결합되어 상기 거리조절레일을 따라 이동 가능하고,
    상기 시험단계는,
    상기 보조플레이트 또는 상기 지지대를 이동시켜 상기 비계발판의 위치를 조절한 상태로 등분포하중을 가하는 것을 특징으로 하는 비계발판 최종강도 시험방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시험단계는,
    상기 메인프레임에 고정된 지지대의 위치를 조절하여 상기 비계발판의 지간을 변경하면서 3점 굽힘 시험을 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 비계발판 최종강도 시험방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 시험단계는,
    상기 비계발판의 변형정도가 기 설정된 속도로 조절되도록 상기 비계발판의 변형정도의 측정값에 따라 상기 수직하중을 제어하면서 상기 비계발판의 상부에 상기 수직하중을 가하는 것을 특징으로 하는 비계발판 최종강도 시험방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 해석단계는,
    상기 시험단계의 비계발판 지간과 같은 지간을 갖는 조건 하에서 반복 해석하는 것을 특징으로 하는 비계발판 최종강도 시험방법.
  5. 서로 이격되어 마주보도록 배치된 한 쌍의 메인프레임에 지지대를 고정하고 비계의 난간에 설치되는 난간파이프를 상기 지지대의 상부에 배치한 후 상기 난간파이프의 상부에 점진적으로 증가하는 수직하중을 가하는 3점 굽힘 시험을 반복 실시하여 상기 수직하중에 따른 상기 난간파이프의 변형정도를 각각 측정하는 시험단계;
    컴퓨터프로그램을 이용하여 상기 난간파이프의 형상을 모형화하고 상기 시험단계에서 가해지는 상기 수직하중 조건을 반영하여 모형화된 난간파이프의 하중에 따른 변형정도를 해석하는 해석단계;
    상기 시험단계에서 측정된 난간파이프의 하중에 따른 변형정도와 상기 해석단계에서 해석된 난간파이프의 하중에 따른 변형정도를 시각화하고 상기 난간파이프의 물성정보를 생성하는 표시단계; 및
    상기 표시단계에서 생성된 물성정보로부터 상기 난간파이프의 최종강도와 안전율을 산출하는 산출단계;를 포함하고
    상기 시험단계에서 이용되는 메인프레임은,
    하부플레이트, 상기 하부플레이트의 일측에 구비되며 수직방향으로 연장 형성된 벽체, 상기 벽체에 구비된 가이드레일, 상기 가이드레일에 결합되어 가이드레일을 따라 이동 가능한 보조플레이트 및 상기 보조플레이트 상면에 구비된 거리조절레일을 포함하고,
    상기 시험단계에서 이용되는 지지대는 상기 거리조절레일에 결합되어 상기 거리조절레일을 따라 이동 가능하고,
    상기 시험단계는,
    상기 보조플레이트 또는 상기 지지대를 이동시켜 상기 난간파이프의 위치를 조절하면서 3점 굽힘 시험을 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 비계 난간파이프 최종강도 시험방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 시험단계는,
    상기 난간파이프의 변형정도가 기 설정된 속도로 조절되도록 상기 난간파이프의 변형정도의 측정값에 따라 상기 수직하중을 제어하면서 상기 난간파이프의 상부에 상기 수직하중을 가하는 것을 특징으로 하는 비계 난간파이프 최종강도 시험방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 해석단계는,
    상기 시험단계의 난간파이프 지간과 같은 지간을 갖는 조건 하에서 반복 해석하는 것을 특징으로 하는 비계 난간파이프 최종강도 시험방법.
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