KR102185259B1 - 철판 피복 콘크리트 합성부재의 비파괴 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철판 피복 콘크리트 합성부재의 비파괴 검사방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비파괴 검사를 통해 합성부재에서 콘크리트와 철판의 부착 유무, 콘크리트 공극의 유무, 콘크리트 공극의 크기 및 깊이를 추정할 수 있는 비파괴 검사방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 철판 피복 콘크리트 합성부재의 비파괴 검사방법은, 합성부재의 철판 표면에 센서를 부착하고 임팩트 햄머로 충격을 가진하는 제1단계; 센서로 진동신호를 취득하고 취득한 진동신호를 분석하여 공진주파수와 감쇠비를 구하는 제2단계; 공진주파수로 철판과 콘크리트의 부착여부와 공극의 크기를 추정하고, 감쇠비로 공극의 깊이를 추정하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 한다.

Description

철판 피복 콘크리트 합성부재의 비파괴 검사방법{Non-detective Testing Method of Concrete Member Covered Steel Plate}

본 발명은 철판 피복 콘크리트 합성부재의 비파괴 검사방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비파괴 검사를 통해 합성부재에서 콘크리트와 철판의 부착 유무, 콘크리트 공극의 유무, 콘크리트 공극의 크기 및 깊이를 추정할 수 있는 비파괴 검사방법에 관한 것이다.

비파괴 검사는 피검사물을 파괴하지 않고 내부의 성질, 결함을 찾아내는 것으로서, 비파괴검사 방법으로는 육안검사, 방사선투과 검사, 자기검사, 초음파 검사, 누설 시험 등이 있다.

콘크리트 구조물의 비파괴 검사방법으로 등록특허 제10-0553570호가 있다. 제10-0553570호는 표면파 기법(SASW, Spectral Analysis of Surface Wave Method)을 이용하여 콘크리트 부재의 표면파 속도를 구한 후 충격반향 기법(Impact-Echo Method)에 적용하여 보다 효율적이고 정확하게 콘크리트 구조물의 결함, 두께 등을 평가할 수 있는 방법이다. 그러나 이 방법은 표면파 속도 측정을 위해 충격가진 지점과 센서와 충분한 거리가 떨어져 있어야 하고, 특히 매질이 단단하여 표면파 속도가 빠를 경우에는 더욱 멀리 떨어진 거리가 필요하다. 이에 따라 충격가진 지점과 센서와의 거리가 충분하지 못할 경우 오차가 커지게 되고 이로 인해 정밀도가 떨어질 수 있다.

한편 원자로 격납건물(RCB·Reactor Containment Building)은 철판(함석판, CLP)을 거푸집으로 사용하면서 철판이 피복된 콘크리트 합성부재로 시공되는데, 이 경우 철판 거푸집은 탈형하지 않기 때문에 콘크리트 타설 후 잘 채워져 있는지 육안으로 확인하기가 어렵다. 초음파나 전자파, 표면파 등을 이용하면 콘크리트 내부의 공동을 확인할 수 있지만, 철판이 콘크리트 표면에 있는 경우에는 이를 이용한 기술은 적용이 불가능하다. 따라서 주로 망치를 이용하여 철판을 두드림으로써 소리로 확인곤 했지만, 이 또한 내부의 상태를 정확히 진단하는 것이 어렵다. 특히 철판과 콘크리트는 떨어지기 쉽기 때문에 콘크리트가 잘 시공되어 있더라도 떨어지면 공동으로 판단될 소지가 많기 때문에 철판을 뜯어보기 전에는 정확한 진단이 어려운 실정이다.

KR 10-0553570 B1 KR 10-1328515 B1

본 발명은 철판 피복 콘크리트 합성부재의 새로운 비파괴 검사방법을 제안하고자 개발된 것으로서, 철판 피복 콘크리트 합성부재에서 콘크리트와 철판의 부착 유무, 콘크리트 공극의 유무, 콘크리트 공극의 크기 및 깊이를 추정할 수 있는 비파괴 검사방법을 제공하는데 기술적 과제가 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 철판 피복 콘크리트 합성부재의 비파괴 검사방법에서, 합성부재의 철판 표면에 센서를 부착하고 임팩트 햄머로 충격을 가진하는 제1단계; 센서로 진동신호를 취득하고 취득한 진동신호를 분석하여 공진주파수와 감쇠비를 구하는 제2단계; 공진주파수로 철판과 콘크리트의 부착여부와 공극의 크기를 추정하고, 감쇠비로 공극의 깊이를 추정하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철판 피복 콘크리트 합성부재의 비파괴 검사방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 철판 피복 콘크리트 합성부재에서 콘크리트와 철판의 부착 유무, 콘크리트 공극의 유무, 콘크리트 공극의 크기 및 깊이를 비파괴적으로 추정할 수 있다. 이로써 철판을 절단하지 않고 공극상태 판단이 가능하므로 무분별한 철판 절개의 빈도를 크게 줄일 수 있다. 이에 따라 본 발명은 원자로 RCB 공사현장에 유리하게 적용할 수 있다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 시험예에서 사용한 시험체의 설계도면과 시험체에의 센서 부착위치 표시도면이다.
도 3은 본 발명의 시험예에서 진동시험을 위해 사용한 장비를 보여준다.
도 4는 도 2 및 도 3의 시험체에서 공극지점 A에서의 진동 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 2 및 도 3의 시험체에서 공극지점 B에서의 진동 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 2 및 도 3의 시험체에서 공극지점 C에서의 진동 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 2 및 도 3의 시험체에서 공극지점 A에서의 감쇠비 분석결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 철판 피복 콘크리트 합성부재의 비파괴 검사방법에서, 합성부재의 철판 표면에 센서를 부착하고 임팩트 햄머로 충격을 가진하는 제1단계; 센서로 진동신호를 취득하고 취득한 진동신호를 분석하여 공진주파수와 감쇠비를 구하는 제2단계; 공진주파수로 철판과 콘크리트의 부착여부와 공극의 크기를 추정하고, 감쇠비로 공극의 깊이를 추정하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서 제3단계는 공진주파수가 하나의 주파수 피크로 구해지면 해당 센서 위치를 공극 지점으로 추정할 수 있고, 공진주파수가 다수의 주파수 피크로 구해지면 해당 센서 위치를 철판과 콘크리트의 비부착 지점으로 추정할 수 있다. 이와 같은 비파괴 검사방법은 Mock-up 시험체 진동 시험을 통한 분석을 통해 공극의 유무, 크기 및 깊이 추정이 가능함을 확인하고 그 결과로서 제안하게 되었다.

이하 시험예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 아래의 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.

[시험예] Mock-up 시험체를 이용한 공극 검사

1. 시험방법

도 1 및 도 2와 같이 설계된 Mock-up 시험체를 제작하고 도 3의 장비를 이용하여 진동시험을 실시하였다. 도 2의 시험체는 실제 RCB 외벽과 유사한 크기 및 조건으로 설계되었으며, 보는 바와 같이 300mm×300mm 크기의 공극 세개(공극깊이 2mm, 20mm, 150mm 각각 1개)와 100mm×100mm 크기의 공극 두개(공극깊이 2mm, 20mm 각각 1개), 총 5가지 형태의 공극이 형성되도록 제작되었다. 도 3과 같이 공극 주변부의 철판 표면에 센서를 부착한 후 임팩트 햄머를 이용한 충격 하중 가진하고, 센서로부터 진동 신호를 취득하고 취득된 신호의 주파수 분석을 통한 고유진동수 판별하고 감쇠비를 계산하였다.

진동시험에서 센서는 미국 P사의 가속도계 센서로 10V/g의 높은 Sensitivity를 갖는 구조물 진동 전용 센서를 이용하였고, 임팩트 햄머는 미국 P사의 구조물 동강성 측정용 햄머로 햄머 끝단에 하중측정 센서 부착하여 이용하였으며, 측정분석장비는 독일 S사의 진동 측정 분석장비를 이용하였다.

2. 시험결과

(1) 진동 주파수 분석

진동시험 분석결과의 하나로 주파수를 분석하였으며, 그 결과 도 4 내지 도 6과 같이 나타냈다. 도 4는 공극지점 A의 진동시험 분석결과를 보여주는데, 보는 바와 같이 하나의 주된 주파수를 나타냈다. 이는 공극의 영향으로 CLP만의 고유진동수가 나타남에 따른 것으로 파악된다. 또한 공극의 크기가 300mm의 경우(A1, A2, A3)는 400Hz 내외, 공극의 크기가 100mm의 경우(A4, A5) 2000Hz 내외의 주파수 특성을 나타냈다. 따라서 공극의 크기에 따른 구조적 특성으로 주파수 값을 이용해 공극의 유무 및 크기를 추정할 수 있겠다.

도 5는 공극지점 상단의 진동시험 분석결과를 보여준다. 타격시 공극 지점과 유사한 소음이 발생했는데, 이는 CLP가 콘크리트와 완벽히 밀착되지 않아 발생하는 것으로 추측된다. 도 5에서 보는 바와 같이 진동시험 분석결과 도 4와 달리 다수의 주파수 특성을 나타냈고 크기 또한 상대적으로 작게 나타냈다. CLP가 완전한 밀착도 아니지만, 완전한 공극도 아닌 상황으로 인해 다수의 주파수 피크를 갖는 것으로 판단되며, 이와 같은 주파수 특성을 이용해 완전한 공극과 그렇지 않은 부분을 구분 가능할 것으로 판단된다.

도 6은 공극이 아닌 지점의 진동시험 분석결과를 보여준다. 공극지점과 비교를 위한 일종의 기준값을 위해 시험을 수행하였는데, 도 4 및 도 5와 달리 매우 높은 고유진동수(7000Hz 이상)를 나타내고, 매우 작은 수준의 진동 크기를 나타냈다. 이는 CLP와 콘크리트의 일체화로 인해 매우 높은 강성을 갖기 때문인 것으로 판단된다.

(2)감쇠비 분석

주파수 분석을 통해 감쇠비를 계산하였으며, 그 결과 아래 [표 1] 및 도 7과 같이 나타냈다.

구분	감쇠비(%)	비율
A1	1.76	1.0 (A1 기준 )
A2	1.14	0.65 (A1 기준 )
A3	0.54	0.31 (A1 기준 )
A4	2.60
A5	2.09

위의 [표 1]에서 보는 바와 같이 A1~A3의 감쇠비 값을 보면 공극의 깊이가 클수록 감쇠비 값이 작아지는 것을 알 수 있다. 또한 A1~A3와 A4,A5의 감쇠비 값을 비교해보면 공극의 크기가 다른 경우 감쇠비 값의 차이는 있으나, 공극의 깊이가 클수록 감쇠비 값이 작아지는 경향은 동일하게 나타냈다. A4와 A5의 감쇠비 값이 큰 것은 강성이 큰 구조물에서 크게 나타나는 일반적인 특성으로 판단된다(공극의 크기가 작으면 CLP만의 강성은 상대적으로 큰 경우에 해당함).

도 7은 A1~A3(공극 300mm)의 감쇠비 값의 비율을 공극의 깊이에 따라 나타낸 그래프인데, 보는 바와 같이 공극의 깊이를 로그로 나타낼 때 감쇠비 비율이 선형의 경향을 나타냈다. 이로부터 공극에 해당하는 CLP의 감쇠비 값을 이용해 공극의 깊이 추정이 가능할 것으로 판단된다. 다만 정확한 깊이 추정을 위해서는 사전에 다양한 공극의 크기 및 깊이별 감쇠비 값을 측정한 기초자료가 필요하겠다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 철판 피복 콘크리트 합성부재의 비파괴 검사방법에서,
   합성부재의 철판 표면에 가속도계 센서를 부착하고 임팩트 햄머로 충격을 가진하는 제1단계;
   가속도계 센서로부터 진동신호로 주파수를 취득하고 취득한 주파수를 분석하여 공진주파수와 감쇠비를 구하는 제2단계;
   공진주파수로 철판과 콘크리트의 부착여부와 공극의 크기를 추정하고, 감쇠비로 공극의 깊이를 추정하는 제3단계;를 포함하여 이루어지되,
   상기 제3단계는,
   공진주파수가 하나의 주파수 피크로 구해지면 해당 센서 위치를 공극 지점으로 추정하고, 공진주파수가 다수의 주파수 피크로 구해지면 해당 센서 위치를 철판과 콘크리트의 비부착 지점으로 추정하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 철판 피복 콘크리트 합성부재의 비파괴 검사방법.

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