KR102174774B1 - 열화상을 이용한 교량받침부의 앵커볼트 매립깊이 측정방법 및 측정장치 - Google Patents

열화상을 이용한 교량받침부의 앵커볼트 매립깊이 측정방법 및 측정장치 Download PDF

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김영진
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    • G01J5/48—Thermography; Techniques using wholly visual means

Abstract

본 발명은 교량받침이 설치되는 교각 상부의 교량받침부와 같은 콘크리트 부재 내에 매립되어 있는 앵커볼트를 가열기(heater)로 가열하고, 앵커볼트에 가해진 열이 앵커볼트를 따라 전도되어 앵커볼트가 매립되어 있는 콘크리트에 생성되는 열 분포상태를 열화상 카메라로 촬영한 후, 열화상을 분석하여 콘크리트 부재의 상면에서부터 앵커볼트의 매립단부까지의 거리 즉, 앵커볼트의 매립깊이를 정량적으로 신뢰성있게 측정하는 적외선 열화상을 이용한 교량받침부의 앵커볼트 매립깊이 측정방법 및 측정장치에 관한 것이다.

Description

열화상을 이용한 교량받침부의 앵커볼트 매립깊이 측정방법 및 측정장치{Apparatus and Method for Measuring Buried Depth of Anchor Bolt in Concrete of Bridge}
본 발명은 적외선 열화상을 이용한 교량받침부의 앵커볼트 매립깊이 측정방법 및 측정장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 교량받침이 설치되는 교각 상부의 교량받침부와 같은 콘크리트 부재 내에 매립되어 있는 앵커볼트를 가열기(heater)로 가열하고, 앵커볼트에 가해진 열이 앵커볼트를 따라 전도되어 앵커볼트가 매립되어 있는 콘크리트에 생성되는 열 분포상태를 열화상 카메라로 촬영한 후, 열화상을 분석하여 콘크리트 부재의 상면에서부터 앵커볼트의 매립단부까지의 거리 즉, 앵커볼트의 매립깊이를 정량적으로 신뢰성있게 측정하는 방법과 장치에 관한 것이다.
교량에서 교각 상부의 교량받침부에 설치되는 교량받침은 상부구조와 하부구조를 연결하여 상부 하중을 하부로 전달하고 평상 시 상부구조의 움직임을 수용하여 교량을 안전하게 하는 역할을 수행한다. 그중에서 지진격리받침은 지진 발생시 교량에 대한 지진력을 감소시켜 지진으로부터 교량을 안전하게 보호할 뿐만 아니라 기후 및 온도변화에 따른 교량의 신축변위 발생을 수용하고, 동시에 차량에 의한 하중과 풍하중을 지지하는 역할을 수행하는 등 교량을 구성하는 중요한 연결 장치이다. 일반적으로 교량받침은 교각의 상부에서 콘크리트로 만들어진 하부구조물인 교량받침부 위에 놓이고, 앵커볼트를 이용하여 앵커볼트가 교량받침의 하판을 관통하여 교량받침부에 매립되어 고정되는 방식으로 설치된다. 따라서 교량받침의 설치에 있어서 앵커볼트의 역할은 매우 중요한데 교량받침이 견고하게 교량받침부에 고정되어 제 기능을 발휘하기 위해서는 앵커볼트가 필요한 깊이로 교량받침부에 매립되어야 한다. 그런데 실제 시공에 있어서는 앵커볼트의 매립깊이(교량받침부의 상면에서부터 앵커볼트의 매립단부까지의 거리)가 설계와 부합되지 않는 경우가 종종 발생한다.
특히, 노후된 교량받침을 교체할 경우, 교량받침부를 일부 파쇄한 후, 철근 등을 보강하고, 앵커볼트가 체결될 매립너트부재를 배치하고 콘크리트를 타설하여 교량받침부를 재설치해야 하는데, 주변 철근 배근으로 인하여 매립너트부재를 설치할 공간 확보가 어려울 경우, 매립너트부재의 길이를 임의로 줄이는 경우도 발생한다. 이러한 경우에는 앵커볼트의 매립깊이가 짧아지게 되어 신설하는 교량받침이 견고하게 고정 설치되지 못하는 상황이 초래될 수 있다. 종래에는 단지 육안조사를 통해서 교량받침부 및 교량받침의 상태를 점검하는데 그치고 있을 뿐이며, 앵커볼트의 매립깊이를 비파괴 방식으로 검사할 수 있는 방법이 없었다. 따라서 지금까지의 종래 기술로는, 교량받침부에 앵커볼트가 이미 설치된 상태에서 앵커볼트의 매립깊이를 정확히 파악하기 어렵다. 대한민국 등록특허 제10-0393387호에는 매립된 계면의 깊이를 비파괴방식으로 측정하는 종래 기술이 개시되어 있으나, 이러한 종래 기술은 앵커볼트의 매립깊이에 이용하기에 적절하지 않다.
대한민국 등록특허공보 제10-0393387호(2003. 08. 02. 공고).
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 예를 들면 교량받침부에 교량받침을 고정하기 위한 앵커볼트가 매립되어 있는 것과 같이, 콘크리트 부재에 앵커볼트(강재를 대표하는 용어)가 매립되어 있는 구조체에서 앵커볼트와 콘크리트는 열전도율에서 서로 차이를 보이는 점을 이용하여 외부에 노출된 앵커볼트에 열을 가하고 그 열이 콘크리트 속의 앵커볼트 끝단까지 전달된 상태에서 열(적외선) 분포를 열화상 카메라로 촬영하고, 촬영된 열화상 분포를 분석하여 실제 매립된 앵커볼트 깊이 즉, 앵커볼트의 매립깊이를 정확하게 계산하여 파악하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 콘크리트 부재에 일부가 매립되어 있는 상태의 매립깊이 측정대상 앵커볼트를 가열기로 가열하는 앵커볼트 가열 단계; 열화상 카메라를 이용하여 콘크리트 부재에서 앵커볼트가 매립된 부분에 대한 열화상을 취득하는 열화상 취득단계; 앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계를 설정하는 단계; 설정된 앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계를 이용하여 연산제어장치를 통해서 앵커볼트의 예상 매립깊이에서의 콘크리트 부재의 예상 표면온도를 산출하는 단계; 취득된 열화상에서 산출된 콘크리트 부재의 예상 표면온도에 해당하는 지점에 해당하는 앵커볼트의 매립단부 위치를 파악하는 단계; 및 콘크리트 부재의 표면에서부터 앵커볼트의 매립단부 위치까지의 거리를 앵커볼트의 실제 매립깊이로서 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커볼트의 매립깊이 측정방법이 제공된다.
또한 본 발명에서는 콘크리트 부재에 일부가 매립되어 있는 상태의 매립깊이 측정대상 앵커볼트를 가열하기 위한 가열기; 콘크리트 부재에서 앵커볼트가 매립된 부분에 대한 열화상을 취득하는 열화상 카메라; 및 앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계가 소프트웨어 형식으로 탑재된 연산모듈을 내장한 연산제어장치를 포함하여 구성되어; 상기한 본 발명의 방법에 의해 앵커볼트 매립깊이를 측정하는 것을 특징으로 하는 앵커볼트의 매립깊이 측정장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 교량받침부에서 교량받침을 관통하여 콘크리트 부분에 매립되어 있는 앵커볼트와 같이, 콘크리트 부재에 앵커볼트가 매립되어 있는 상태에서 비파괴 방식으로 앵커볼트의 매립깊이를 신뢰성있게 측정할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
특히, 본 발명에서는 적외선 열화상을 이용하므로, x-ray 방사능 등의 인체 위해요소에 대한 우려 없이, 앵커볼트의 매립깊이를 측정할 수 있다.
이러한 본 발명은 교량받침부의 앵커볼트에 대해 매우 유용하게 사용될 수 있는 바, 본 발명에 의하면 교량의 유지 관리를 더욱 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커볼트 매립깊이 측정장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 앵커볼트 매립깊이 측정방법에 대한 개략적인 흐름도이다.
도 3은 콘크리트 부재에 앵커볼트가 매립되어 있는 실물을 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 4는 도 3의 실물에 대해 취득한 열화상을 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 5는 도 3의 콘크리트 부재에서 앵커볼트가 매립되어 있는 부분만을 발췌하여 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 6은 도 5의 부분에 대한 열화상을 보여주는 도면 대용 사진이다.
도 7은 본 발명에 따라 취득된 열화상에서 앵커볼트의 매립깊이를 파악하는 것을 보여주는 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 본 발명은 다양한 기술분야에서 사용될 수 있는 것이지만 특별히 콘크리트로 만들어진 교량 하부구조물인 교량받침부에 기계적인 장치인 교량받침을 고정하기 위한 앵커볼트의 매립깊이를 측정하는데 매우 유용하게 사용된다. 이러한 이유에서 본 명세서에서는 편의상 콘크리트 부재에 매립된 깊이("매립깊이")를 측정하는 강재를 "앵커볼트"라는 용어로 대표하여 지칭하였지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 교량받침부에 대해서만 적용되는 것이 아니라, 콘크리트 부재에 강재의 일부가 매립되어 있는 상태에서 강재의 매립깊이를 측정해야 할 필요가 있는 다양한 경우를 포괄한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 앵커볼트 매립깊이 측정장치의 개략도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 앵커볼트 매립깊이 측정장치는, 콘크리트 부재(20)에 매립된 앵커볼트(10)를 가열하여 열을 가하는 가열기(1)와, 가열된 대상물의 열을 감지하여 열화상을 취득하게 되는 열화상 카메라(2)와, 취득된 열화상을 이용하여 앵커볼트(10)의 매립깊이를 산출하는 연산제어장치(3)를 포함하여 구성된다.
도 2에는 본 발명에 따라 콘크리트 부재에 매립된 앵커볼트의 매립깊이를 측정하는 과정을 보여주는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 앵커볼트 매립깊이 측정방법에는, 앵커볼트(10)의 가열 단계(S1), 열화상 카메라를 이용하여 콘크리트 부재에서 앵커볼트가 매립된 부분에 대한 열화상을 취득하는 단계(S2); 앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계를 설정하는 단계(S3); 설계된 앵커볼트의 매립깊이에서의 콘크리트 부재의 예상 표면온도를 산출하는 단계(S4); 취득된 열화상에서, 산출된 콘크리트 부재의 예상 표면온도에 해당하는 지점에 해당하는 앵커볼트의 매립단부 위치를 파악하는 단계(S5); 및 콘크리트 부재의 표면에서부터 앵커볼트의 매립단부 위치까지의 거리를 앵커볼트의 실제 매립깊이로서 측정하는 단계(S6)가 포함된다.
우선, 콘크리트 부재(20)에 매립되어 있는 앵커볼트(10)에서, 외부로 노출된 부분에 가열기(1)를 연결하여 가열한다(단계 S1/ 앵커볼트 가열단계). 사전에 정해진 시간 동안 그리고 앵커볼트(10)의 외부 노출 부분이 사전에 정해놓은 온도가 될 때까지 앵커볼트(10)를 가열한 후, 열화상 카메라(2)를 이용하여 콘크리트 부재(20)에서 앵커볼트(10)가 매립되어 있는 부분을 촬영하여 해당 콘크리트 부재의 열분포를 알 수 있는 열화상을 취득한다(단계 S2/ 열화상 취득단계). 도 3은 콘크리트 부재(20)에 앵커볼트(10)가 매립되어 있는 실물을 보여주는 도면 대용 사진이고, 도 4는 도 3의 실물에 대해 취득한 열화상을 보여주는 도면 대용 사진이다. 도 5는 도 3의 콘크리트 부재(20)에서 앵커볼트(10)가 매립되어 있는 부분만을 발췌하여 보여주는 도면 대용 사진이고, 도 6은 도 5의 부분에 대한 열화상을 보여주는 도면 대용 사진이다.
본 발명에서는 앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계를 도출하고, 이를 앵커볼트(10)의 매립깊이 측정에 이용한다. 즉, 위와 같은 단계 S1 및 S2에 후속하여 또는 이와 병행하거나 이에 선행하여 앵커볼트 매립깊이와 콘크리트 부재 표면온도의 수학적 관계 도출단계를 수행하는 것이다(단계 S3).
다음에서는 앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계를 도출하는 단계 S3의 구체적인 과정을 설명한다.
우선, 콘크리트 부재의 "추정" 표면온도
Figure 112019117478776-pat00001
를 구하는 추세식 함수
Figure 112019117478776-pat00002
를 가정한다. 상기 추세식 함수
Figure 112019117478776-pat00003
는 아래의 수학식 1의 형태로 가정할 수 있다.
Figure 112019117478776-pat00004
위 수학식 1에서
Figure 112019117478776-pat00005
은 앵커볼트의 매립깊이(단위 mm)이고,
Figure 112019117478776-pat00006
는 앵커볼트의 콘크리트 피복두께(단위 mm)이며,
Figure 112019117478776-pat00007
은 앵커볼트의 가열온도 즉, 앵커볼트를 가열하였을 때 앵커볼트의 외부 노출부분의 온도이다(단위 ℃). 그리고
Figure 112019117478776-pat00008
는 앵커볼트의 가열시간(단위 min)인데, t≥60min이다. 상기한
Figure 112019117478776-pat00009
,
Figure 112019117478776-pat00010
,
Figure 112019117478776-pat00011
,
Figure 112019117478776-pat00012
및
Figure 112019117478776-pat00013
은 계수이다. 상기한 기호는 후술하는 수학식에서도 동일한 의미로 사용된다.
다양한 앵커볼트 매립깊이
Figure 112019117478776-pat00014
값, 콘크리트 피복두께
Figure 112019117478776-pat00015
값, 앵커볼트의 가열온도
Figure 112019117478776-pat00016
, 및 앵커볼트의 가열시간
Figure 112019117478776-pat00017
을 가질 경우에 대해 콘크리트 부재의 표면온도
Figure 112019117478776-pat00018
를 측정하여, 그 결과를 통해서 계수
Figure 112019117478776-pat00019
,
Figure 112019117478776-pat00020
,
Figure 112019117478776-pat00021
,
Figure 112019117478776-pat00022
및
Figure 112019117478776-pat00023
의 값을 도출함으로써, 위 수학식 1를 완성할 수 있다. 앵커볼트 매립깊이
Figure 112019117478776-pat00024
값과 콘크리트 피복두께
Figure 112019117478776-pat00025
값을 다양한 경우의 수로 변화시켜가면서 앵커볼트의 일부가 콘크리트에 매립되어 있도록 실제 시편을 제작한 후, 각각의 시편에 대해 앵커볼트의 가열온도
Figure 112019117478776-pat00026
와 앵커볼트의 가열시간
Figure 112019117478776-pat00027
역시 다양하게 변화시켜가면서 콘크리트 부재의 실제 표면온도를 측정할 수 있다. 신뢰성있게 계수
Figure 112019117478776-pat00028
,
Figure 112019117478776-pat00029
,
Figure 112019117478776-pat00030
,
Figure 112019117478776-pat00031
및
Figure 112019117478776-pat00032
의 값을 산출하여 추세식 함수
Figure 112019117478776-pat00033
를 도출하기 위해서는 많은 경우의 수 즉, 앵커볼트 매립깊이
Figure 112019117478776-pat00034
값, 콘크리트 피복두께
Figure 112019117478776-pat00035
값, 앵커볼트의 가열온도
Figure 112019117478776-pat00036
, 및 앵커볼트의 가열시간
Figure 112019117478776-pat00037
을 달리하여 콘크리트 부재의 실제 표면온도를 측정할 필요가 있는데, 많은 경우의 수에 맞추어 실제 시편을 제작하는 것은 한계가 있다. 따라서 실제 시편을 제작하는 것을 대신하여 공지의 유한요소법에 근거한 열해석 모델을 이용하여 다양하면서도 많은 경우의 수에 대한 콘크리트 부재의 표면온도
Figure 112019117478776-pat00038
의 값 취득하고 이를 이용하여 공지의 열해석을 수행함으로써 계수
Figure 112019117478776-pat00039
,
Figure 112019117478776-pat00040
,
Figure 112019117478776-pat00041
,
Figure 112019117478776-pat00042
및
Figure 112019117478776-pat00043
의 값을 산출하여 수학식 1을 도출하는 것이 바람직하다. 물론 공지의 유한요소법에 근거한 열해석 모델을 이용하는 것과 실제 시편을 이용하는 것을 병행할 수도 있다.
계수
Figure 112019117478776-pat00044
,
Figure 112019117478776-pat00045
,
Figure 112019117478776-pat00046
,
Figure 112019117478776-pat00047
및
Figure 112019117478776-pat00048
의 값을 산출하는 과정을 좀 더 상세히 살펴보면, 실제 시편에 대한 측정 또는 공지의 유한요소법에 근거한 열해석 방법에 의해 콘크리트 부재의 표면온도
Figure 112019117478776-pat00049
를 취득하게 되면, 취득된 콘크리트 부재의 표면온도
Figure 112019117478776-pat00050
와 콘크리트 부재의 "추정" 표면온도
Figure 112019117478776-pat00051
간의 오차를 최소화시키는 수학식 2의 오차함수
Figure 112019117478776-pat00052
의 연산을 수행하여 계수
Figure 112019117478776-pat00053
,
Figure 112019117478776-pat00054
,
Figure 112019117478776-pat00055
,
Figure 112019117478776-pat00056
및
Figure 112019117478776-pat00057
를 각각 산출하게 되고, 이를 통해서 수학식 1의 추세식 함수
Figure 112019117478776-pat00058
를 도출한다. 추세식 함수
Figure 112019117478776-pat00059
가 도출되면, 추세식 함수의 도출과정에서는 콘크리트 부재의 "추정" 표면온도
Figure 112019117478776-pat00060
라고 지칭하였던 것을 콘크리트 부재의 표면온도
Figure 112019117478776-pat00061
로 기재할 수 있으며, 따라서 수학식 1은 아래의 수학식 3의 형태가 된다.
Figure 112019117478776-pat00062
Figure 112019117478776-pat00063
위에서 서술한 과정에 의해 앵커볼트 매립깊이
Figure 112019117478776-pat00064
와 콘크리트 부재의 표면온도
Figure 112019117478776-pat00065
의 수학적 관계 즉, 수학식 3으로 표현되는 수학적 관계를 미리 설정해두는 것이다(단계 S3). 이와 같은 수학적 관계의 사전 설정 과정은 관리자에 의해 이루어질 수 있다. 이와 같은 앵커볼트 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계 도출단계(단계 S3)는 앞서 설명한 단계 S1 및 단계 S2와 별도로 진행될 수 있다. 그리고 이러한 수학적 관계는 소프트웨어 형식으로 연산모듈에 탑재되어 연산제어장치(3)에 내장되어 존재할 수 있다.
다음으로는 단계 S3에서 도출해놓은 앵커볼트 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계를 이용하여, 앵커볼트(10)의 매립단부 즉, 콘크리트 부재(20)에 매립되어 있는 앵커볼트(10)의 끝단부에 해당하는 위치에서의 콘크리트 부재의 예상 표면온도를 산출한다(단계 S4/ 콘크리트 부재의 예상 표면온도 산출단계). 측정대상이 되는 앵커볼트(10)에 대해서는 매립깊이를 예상할 수 있다. 교량받침부의 경우 앵커볼트를 설치하기 위한 설계가 존재하는 바, 설계를 통해서 측정대상이 되는 앵커볼트(10)의 예상 매립깊이를 파악할 수 있는 것이다.
단계 S4에서는 이와 같이 앵커볼트(10)의 예상 매립깊이를 이용하여, 앵커볼트(10)를 가열하였을 때 앵커볼트(10)의 예상 매립단부 위치에서 콘크리트 부재의 표면온도 즉, 콘크리트 부재의 예상 표면온도를 미리 산출하게 된다. 단계 S4의 콘크리트 부재의 예상 표면온도 산출 작업은 연산제어장치(3)에서 진행되는데, 미리 도출해놓은 <앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계>를 이용하게 된다. 구체적으로 단계 S4에서는, 미리 파악해둔 측정대상이 되는 앵커볼트(10)의 콘크리트 피복두께, 앵커볼트(10)의 가열시간, 앵커볼트(10)의 가열온도, 그리고 앵커볼트(10)의 예상 매립깊이를, 위와 같은 관리자의 사전 작업에 의해 미리 도출해놓은 <앵커볼트 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계>에 대입하여 수학적 연산을 수행함으로써, 앵커볼트(10)의 예상 매립단부 위치에서의 <콘크리트 부재의 "예상" 표면온도>를 산출하게 된다.
단계 S4에서 이용하는 앵커볼트 매립깊이와 콘크리트 부재의 실제 표면온도의 수학적 관계는 앞서 설명한 수학식 3으로 표현될 수 있는데, 관리자는 앵커볼트(10)의 가열한 온도와 가열 시간을 측정하고, 설계도를 이용하거나 또는 실측을 통해서 콘크리트의 피복두께를 파악하며, 설계도 등을 통해서 앵커볼트의 예상 매립깊이를 파악하여, 각각의 측정값 및 파악하여 취득한 값을 입력장치 등을 통해서 연산제어장치(3)에 제공하게 된다. 연산제어장치(3)에서는 관리자로부터 제공받은 앵커볼트(10)의 가열한 온도와 가열 시간, 그리고 콘크리트 피복두께를 각각 사전에 설정되어 있던 수학식 3의
Figure 112019117478776-pat00066
,
Figure 112019117478776-pat00067
및
Figure 112019117478776-pat00068
의 입력값으로 이용하고, 관리자가 제공한 앵커볼트의 예상 매립깊이를 수학식 3의
Figure 112019117478776-pat00069
의 입력값으로 이용하여 연산을 수행함으로써
Figure 112019117478776-pat00070
즉, 앵커볼트(10)의 예상 매립단부 위치에서의 콘크리트 부재의 표면온도를 산출한다.
이와 같이 단계 S4를 통해서 앵커볼트(10)의 예상 매립단부 위치에서의 콘크리트 부재 예상 표면온도가 산출되면, 단계 S2를 통해서 취득된 열화상에서, 산출된 콘크리트 부재의 예상 표면온도에 해당하는 지점을 파악함으로써 이를 앵커볼트의 실제 매립단부 위치로 간주하게 된다(단계 S5/ 열화상에서의 앵커볼트 매립단부 위치 파악단계). 즉, 취득된 열화상에서, 단계 S4에서 산출된 온도(앵커볼트의 예상 매립단부 위치에서의 콘크리트 부재 예상 표면온도)에 대응되는 온도를 가지는 지점을 파악하여 해당 지점을 앵커볼트의 실제 매립단부 위치로 삼는 것이다. 따라서 후속하는 단계 S6에서는 콘크리트 부재(20)의 표면에서부터 앵커볼트의 실제 매립단부 위치까지의 거리를 측정하여 이를 앵커볼트의 매립깊이로 삼게 된다.
도 7에는 취득된 열화상에서 앵커볼트의 매립깊이를 파악하는 것을 보여주는 개념도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼 예를 들어 단계 S4를 통해서 앵커볼트(10)의 예상 매립단부 위치에서의 콘크리트 부재 예상 표면온도
Figure 112019117478776-pat00071
가 34℃로 산출된 경우, 열화상에서 해당 온도에 대응되는 위치를 파악하고 그 지점까지의 거리 250mm를 앵커볼트의 매립깊이로 파악하게 되는 것이며, 만일 콘크리트 부재 예상 표면온도
Figure 112019117478776-pat00072
가 33℃로 산출된 경우에는 270mm를, 그리고 콘크리트 부재 예상 표면온도
Figure 112019117478776-pat00073
가 29℃로 산출된 경우에는 330mm를 각각 앵커볼트의 매립깊이로 파악하게 되는 것이다. 도 7 및 이와 관련된 설명에서 제시된 상기의 수치는 설명을 위한 예시일 뿐이다.
위에서 설명한 본 발명에 의하면, 교량받침부에서 교량받침을 관통하여 콘크리트 부분에 매립되어 있는 앵커볼트와 같이, 콘크리트 부재에 앵커볼트가 매립되어 있는 상태에서 비파괴 방식으로 앵커볼트의 매립깊이를 신뢰성 있게 측정할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. 특히, 본 발명에서는 적외선 열화상을 이용하므로, x-ray 방사능 등의 인체 위해요소에 대한 우려 없이, 앵커볼트의 매립깊이를 측정할 수 있다. 이러한 본 발명은 교량받침부의 앵커볼트에 대해 매우 유용하게 사용될 수 있는 바, 본 발명에 의하면 교량의 유지 관리를 더욱 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
1: 가열기
2: 열화상 카메라
3: 연산제어장치
10: 앵커볼트
20: 콘크리트 부재

Claims (5)

  1. 콘크리트 부재에 일부가 매립되어 있는 상태의 매립깊이 측정대상 앵커볼트를 가열기로 가열하는 앵커볼트 가열 단계;
    열화상 카메라를 이용하여 콘크리트 부재에서 앵커볼트가 매립된 부분에 대한 열화상을 취득하는 열화상 취득단계;
    앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계를 설정하는 단계;
    설정된 앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계를 이용하여 연산제어장치를 통해서 앵커볼트의 예상 매립깊이에서의 콘크리트 부재의 예상 표면온도를 산출하는 단계;
    취득된 열화상에서 산출된 콘크리트 부재의 예상 표면온도에 해당하는 지점에 해당하는 앵커볼트의 매립단부 위치를 파악하는 단계; 및
    콘크리트 부재의 표면에서부터 앵커볼트의 매립단부 위치까지의 거리를 앵커볼트의 실제 매립깊이로서 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커볼트의 매립깊이 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    앵커볼트의 예상 매립깊이에서의 콘크리트 부재의 예상 표면온도를 산출하는 단계에서는,
    앵커볼트의 가열온도, 앵커볼트의 가열시간, 앵커볼트의 콘크리트 피복두께 및 앵커볼트의 예상 매립깊이를 이용하여, 설정되어 있는 앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계에 따른 연산을 수행하여 앵커볼트의 예상 매립단부 위치에서의 콘크리트 부재의 표면온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 앵커볼트의 매립깊이 측정방법.
  3. 제2항에 있어서,
    설정된 앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계는 수학식 3인 것을 특징으로 하는 앵커볼트의 매립깊이 측정방법.
    (수학식 3)
    Figure 112019117478776-pat00074

    (수학식 3에서
    Figure 112019117478776-pat00075
    는 콘크리트의 표면온도이고,
    Figure 112019117478776-pat00076
    는 앵커볼트의 매립깊이이며,
    Figure 112019117478776-pat00077
    는 앵커볼트가 매립되어 있는 콘크리트의 피복두께이고,
    Figure 112019117478776-pat00078
    는 앵커의 가열온도이며,
    Figure 112019117478776-pat00079
    는 가열시간이고,
    Figure 112019117478776-pat00080
    ,
    Figure 112019117478776-pat00081
    ,
    Figure 112019117478776-pat00082
    ,
    Figure 112019117478776-pat00083
    및
    Figure 112019117478776-pat00084
    는 각각 계수이다.)
  4. 제3항에 있어서,
    수학식 3으로 표현되는 앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계를 설정하는 과정은,
    콘크리트 부재의 "추정" 표면온도
    Figure 112019117478776-pat00085
    를 구하는 수학식 1의 추세식 함수
    Figure 112019117478776-pat00086
    를 가정하는 단계;
    실제 시편에 대한 측정 또는 유한요소법에 근거한 열해석 방법에 의해 콘크리트 부재의 표면온도
    Figure 112019117478776-pat00087
    를 취득하는 단계;
    취득된 콘크리트 부재의 표면온도
    Figure 112019117478776-pat00088
    와 콘크리트 부재의 "추정" 표면온도
    Figure 112019117478776-pat00089
    간의 오차를 최소화시키는 수학식 2의 오차함수
    Figure 112019117478776-pat00090
    의 연산을 수행하여 계수
    Figure 112019117478776-pat00091
    ,
    Figure 112019117478776-pat00092
    ,
    Figure 112019117478776-pat00093
    ,
    Figure 112019117478776-pat00094
    및
    Figure 112019117478776-pat00095
    를 각각 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커볼트의 매립깊이 측정방법.
    (수학식 1)
    Figure 112019117478776-pat00096

    (수학식 2)
    Figure 112019117478776-pat00097

    (수학식 1 및 수학식 2에서
    Figure 112019117478776-pat00098
    은 콘크리트 부재의 "추정" 표면온도이고,
    Figure 112019117478776-pat00099
    는 앵커볼트의 매립깊이이며,
    Figure 112019117478776-pat00100
    는 앵커볼트가 매립되어 있는 콘크리트의 피복두께이고,
    Figure 112019117478776-pat00101
    는 앵커의 가열온도이며,
    Figure 112019117478776-pat00102
    는 가열시간이고,
    Figure 112019117478776-pat00103
    ,
    Figure 112019117478776-pat00104
    ,
    Figure 112019117478776-pat00105
    ,
    Figure 112019117478776-pat00106
    및
    Figure 112019117478776-pat00107
    는 각각 계수이다.)
  5. 콘크리트 부재에 일부가 매립되어 있는 상태의 매립깊이 측정대상 앵커볼트를 가열하기 위한 가열기;
    콘크리트 부재에서 앵커볼트가 매립된 부분에 대한 열화상을 취득하는 열화상 카메라; 및
    앵커볼트의 매립깊이와 콘크리트 부재의 표면온도의 수학적 관계가 소프트웨어 형식으로 탑재된 연산모듈을 내장한 연산제어장치를 포함하여 구성되어;
    청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 앵커볼트 매립깊이를 측정하는 것을 특징으로 하는 앵커볼트의 매립깊이 측정장치.
KR1020190146740A 2019-11-15 2019-11-15 열화상을 이용한 교량받침부의 앵커볼트 매립깊이 측정방법 및 측정장치 KR102174774B1 (ko)

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