KR102192009B1 - Prediction-evaluation system for high pressure transfer concrete characteristic - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상대적으로 고가의 장비를 사용하지 않고 고압 상태로 유동하는 콘크리트의 물성변화 및 유동성을 예측 파악하고, 이에 따라 콘크리트 압송유동특성 변화를 보다 신뢰성 있게 수행할 수 있도록 하는 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 고압으로 압송되는 콘크리트의 유동특성을 예측 평가하기 위한 방법으로서, 펌핑 압력과 콘크리트에 작용하는 압력의 동(動) 특성 관계를 기초하여 지배방정식으로부터 마찰계수를 추정하기 위한 마찰계수 추정식을 통해 추정 파라미터 값을 생성하는 추정 파라미터 생성 단계; 및 상기 생성된 추정 파라미터 값을 지배방정식에 대입하여 속도의 시간 이력을 생성하여 각각의 속도에서의 마찰계수를 구하여 타설 콘크리트의 유속을 추정하는 유속 추정 단계;를 포함하는 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법이 제공된다.The present invention predicts the change in physical properties and fluidity of concrete flowing in a high-pressure state without using relatively expensive equipment, and accordingly, the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete to more reliably perform the change of the concrete pressure-feeding flow characteristics. It is about predictive evaluation method. According to the present invention, as a method for predicting and evaluating the flow characteristics of concrete being pumped at high pressure, a friction coefficient for estimating the friction coefficient from the governing equation based on the relationship between the pumping pressure and the pressure acting on the concrete. An estimation parameter generation step of generating an estimation parameter value through an estimation equation; And a flow velocity estimation step of estimating the flow velocity of poured concrete by generating a time history of the velocity by substituting the generated estimated parameter value into the governing equation to obtain a friction coefficient at each velocity. An evaluation method is provided.
Description
본 발명은 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고가의 장비를 사용하지 않고 고압 상태로 유동하는 콘크리트의 물성변화 및 유동성을 예측 파악하고, 이에 따라 콘크리트 압송유동특성 변화를 보다 신뢰성 있게 수행할 수 있도록 하는 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete, and more particularly, to predict and grasp the change in physical properties and fluidity of the concrete flowing under high pressure without using expensive equipment, and thereby change the concrete pressure-feeding flow characteristics. The present invention relates to a method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete that enables more reliable performance.
초고층 건물이나 장대 교량, 장거리 터널 등 콘크리트의 장거리 이송이 필요한 대규모 건설 현장에서 콘크리트를 타설하기 위해서는 펌프를 구비한 콘크리트 펌핑 장치를 이용하여 호퍼 내의 콘크리트를 목표 지점까지 압송하는 방식으로 콘크리트를 타설하게 되는데, 이때 호퍼의 배출관으로부터 타설 장소까지는 수개의 붐을 연결하여 콘크리트를 필요한 높이 또는 수평 거리까지 압송하게 된다.In order to pour concrete in large-scale construction sites that require long-distance transport of concrete, such as high-rise buildings, long bridges, and long-distance tunnels, concrete is poured by using a concrete pumping device equipped with a pump to pump the concrete in the hopper to the target point. , At this time, several booms are connected from the discharge pipe of the hopper to the place where it is placed, and the concrete is transported to the required height or horizontal distance.
그러나 이처럼 고압의 펌프 압송으로 콘크리트를 타설할 경우에는 고층 또는 거리가 멀어질수록 관로 내에 상당한 압력이 가해지게 되며, 이에 따라 관로를 따라 압송되는 내부 콘크리트 역시 내부 압력에 의해 그 물리적 특성이 크게 변화하게 된다.However, in the case of pouring concrete with high-pressure pump pressure, a considerable pressure is applied in the pipeline as the height or distance increases, and accordingly, the internal concrete that is pumped along the pipeline also changes its physical properties significantly by the internal pressure. do.
펌프 압송에 따른 콘크리트의 물리적 특성 변화에 대한 기존 연구결과로는 압송후 콘크리트의 유동성이 현저하게 저하되는 현상 외에도 콘크리트의 공기량 역시 다소 저하되는 것으로 나타났으며, 경화 후 콘크리트 압축강도는 약간 증가한 것으로 나타났으나 이는 콘크리트의 유동성 저하에 따른 결과로 콘크리트의 품질 향상과는 거리가 멀다는 연구발표가 보고된 바 있다.Existing research results on the change in the physical properties of concrete due to pump pressure showed that in addition to the phenomenon that the fluidity of concrete decreased significantly after being pumped, the amount of air in the concrete also decreased slightly, and the compressive strength of the concrete increased slightly after hardening. However, a research report has been reported that this is far from improving the quality of concrete as a result of lowering the flowability of concrete.
콘크리트는 시멘트 종류, 광물성 혼화재, 화학 혼화제, 골재 등 구성하고 있는 재료가 다양하고 그 사용량에 따라 성능이 달라진다. 따라서 동일한 펌핑 조건에서도 콘크리트의 구성재료에 따라 펌핑 후 유동특성 변화의 양상이 매우 다르다.Concrete is composed of various materials such as cement type, mineral admixture, chemical admixture, aggregate, etc., and its performance varies according to its usage. Therefore, even under the same pumping conditions, the change in flow characteristics after pumping is very different depending on the constituent materials of concrete.
이와 같이 펌프 압송시의 압력에 의한 콘크리트의 물리적 특성 변화는, 추후 예견되는 콘크리트의 성능저하로 인한 문제점뿐만 아니라 콘크리트 타설 작업에서의 시공성 측면에서도 많은 문제점을 야기하게 된다. 이와 관련하여 상기에서 언급된 펌프 압송에 따른 콘크리트의 유동성 저하문제는 현장 타설시 관로 폐색 문제를 야기하게 되어 이미 콘크리트 펌프 압송공법 채용시 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다.As described above, the change in the physical properties of concrete due to the pressure during pumping causes many problems not only due to the deterioration of the concrete performance expected in the future, but also in terms of constructability in the concrete pouring operation. In this regard, the problem of lowering the fluidity of concrete due to the pump pressure mentioned above causes a problem of clogging the pipes when placing on-site, and is already pointed out as the biggest problem when employing the concrete pump pressure method.
따라서 최근 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 펌프 압송시 발생될 수 있는 콘크리트의 물리적 특성 변화를 미리 예측하여 이를 현장에 반영할 수 있도록 하는 연구 움직임이 활발히 진행되고 있다.Therefore, recently, in order to solve the above problems, a research movement to predict changes in physical properties of concrete that may occur when pumping is carried out in advance and reflect them on the site is being actively conducted.
그러나 상기의 연구들은 모두 실제 건설현장에서 펌핑 전과 펌핑 후의 콘크리트를 일부 받아 그 물리적 특성을 시험하는 방법에 의해 진행된 것으로, 이 같은 방법에 의해 도출된 결과를 추후에 다른 건설 현장에서의 예측평가 자료로 활용하기에는 무리가 있었다.However, all of the above studies were conducted by a method of receiving some of the concrete before and after pumping at the actual construction site and testing its physical properties.The results obtained by this method were later used as predictive evaluation data at other construction sites. There was too much to use.
이는 콘크리트 배합 및 압송거리 등이 제각기 다른 건설현장 여건을 고려해 볼 때, 상기와 같이 특정 건설현장에서 얻은 한정된 연구결과 데이터를 가지고 콘크리트 배합 및 압송거리 등이 다른 새로운 건설현장에 적용하여 그 콘크리트 물리적 특성변화를 사전에 미리 예측하고 이를 콘크리트 배합설계에까지 반영하기에는 데이터 수집의 한계로 인해 오차의 편차가 클 수밖에 없었기 때문이다.Considering the conditions of construction sites with different concrete mixes and conveyance distances, it is applied to new construction sites with different concrete mixes and conveyance distances with limited research result data obtained at a specific construction site as described above. This is because the deviation of the error was large due to the limitation of data collection in order to predict the change in advance and reflect it to the concrete mix design.
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 고가의 장비를 사용하지 않고 고압 상태로 유동하는 콘크리트의 물성변화 및 유동성을 예측 파악하고, 이에 따라 콘크리트 압송유동특성 변화를 보다 신뢰성 있게 수행할 수 있도록 하는 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention for solving the above-described conventional problem is to predict and grasp the change in physical properties and fluidity of concrete flowing in a high pressure state without using expensive equipment, and accordingly, perform more reliably change in concrete pressure-feeding flow characteristics. The purpose of this is to provide a method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 고압으로 압송되는 콘크리트의 유동특성을 예측 평가하기 위한 방법으로서, 펌핑 압력과 콘크리트에 작용하는 압력의 동(動) 특성 관계를 기초하여 지배방정식으로부터 마찰계수를 추정하기 위한 마찰계수 추정식을 통해 추정 파라미터 값을 생성하는 추정 파라미터 생성 단계; 및 상기 생성된 추정 파라미터 값을 지배방정식에 대입하여 속도의 시간 이력을 생성하여 각각의 속도에서의 마찰계수를 구하여 타설 콘크리트의 유속을 추정하는 유속 추정 단계;를 포함하는 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the objects and other features of the present invention, as a method for predicting and evaluating the flow characteristics of concrete that is pumped at high pressure, the dynamics of the pumping pressure and the pressure acting on the concrete An estimation parameter generation step of generating an estimated parameter value through a friction coefficient estimation equation for estimating a friction coefficient from a governing equation based on a characteristic relationship; And a flow velocity estimation step of estimating the flow velocity of poured concrete by generating a time history of the velocity by substituting the generated estimated parameter value into the governing equation to obtain a friction coefficient at each velocity. An evaluation method is provided.
본 발명에 있어서, 상기 추정 파라미터 생성 단계는 펌프 압력인 입력 압력과 배관 선단부에서의 압력인 출력 압력을 검출하는 압력 검출 단계; 검출된 각각의 압력을 디지털 값으로 변환 수집하여 시간 단위와 함께 저장하는 데이터베이스화 단계; 배관을 통해 압송되는 콘크리트에 대한 마찰계수를 추정하기 위한 지배방정식을 모델링하는 지배방정식 모델링 단계; 입력 압력이 인가된 힘과, 배관 내 콘크리트의 운동에 의한 관성 및 마찰로 인한 저항 관계를 설정하여, 상기 지배방정식 모델링 단계에서 모델링된 지배방정식으로부터 지배방정식의 전달함수를 모델링하고, 파라미터 추정을 위하여 모델링된 전달함수를 상태방정식화 하는 상태방정식 생성 단계; 생성된 상태방정식으로부터 파라미터를 추정하는 파라미터 추정 단계; 및 추정된 파라미터 값을 상기 지배방정식에 대입하여 마찰계수를 추정하는 마찰계수 추정 단계;를 포함할 수 있다.In the present invention, the step of generating the estimated parameter comprises: a pressure detection step of detecting an input pressure that is a pump pressure and an output pressure that is a pressure at the tip of the pipe; A database conversion step of converting and collecting each detected pressure into a digital value and storing it together with a time unit; A governing equation modeling step of modeling a governing equation for estimating a coefficient of friction for the concrete conveyed through the pipe; Modeling the transfer function of the governing equation from the governing equation modeled in the governing equation modeling step by setting the relationship between the force applied with the input pressure and the inertia caused by the motion of concrete in the pipe and the resistance due to friction, and for parameter estimation Generating a state equation for converting the modeled transfer function into a state equation; A parameter estimation step of estimating a parameter from the generated state equation; And a friction coefficient estimating step of estimating a friction coefficient by substituting the estimated parameter value into the governing equation.
본 발명에 있어서, 상기 지배방정식 모델링 단계는, 콘크리트에 전달되는 힘의 방정식을 정의하고, 배관에 작용하는 힘은 상기 F와 배관 내 콘크리트의 운동에 의한 관성력과 마찰로 인하여 저항하는 점성력만을 고려하고, 콘크리트의 유동을 비압축성 유동으로 가정하여 소정의 식으로 설정한 다음, 콘크리트의 빙햄(Bingham) 특성을 고려하여 위의 식으로부터 점성항으로 정리하여 지배방정식으로 설정하고, 지배방정식을 라플라스 트랜스폼하되, 변환시 각 변수의 초기치는 0으로 가정하여 소정의 식을 얻은 다음, 얻어진 식을 입력의 라플라스 변환폼 F(s)와 출력의 라플라스 변환폼 V(s)로 정리하여 전달함수 식을 얻음으로써 지배방정식을 모델링할 수 있다.In the present invention, in the modeling of the governing equation, the equation of the force transmitted to the concrete is defined, and the force acting on the pipe considers only the inertial force due to the motion of the F and the concrete in the pipe, and the viscous force that resists friction. , Assuming the flow of concrete as an incompressible flow, set it as a predetermined equation, and set the governing equation as a viscous term from the above equation in consideration of the Bingham characteristics of concrete, and transform the governing equation into Laplace. , When converting, the initial value of each variable is assumed to be 0, and a predetermined equation is obtained, and then the obtained equation is summarized as the input Laplace transform form F(s) and the output Laplace transform form V(s) to obtain the transfer function equation. Equations can be modeled.
본 발명에 있어서, 상기 상태방정식 생성 단계는, 상기 전달함수를 상태방정식으로 만들기 위한 인자 E(s)를 도입하여 소정의 식을 얻고, 그 식에 대한 상태선도를 생성한 다음, 상기 상태선도를 바탕으로 상태방정식을 얻는 것으로 이루어질 수 있다.In the present invention, in the step of generating the state equation, a factor E(s) for making the transfer function into a state equation is introduced to obtain a predetermined equation, a state diagram for the equation is generated, and then the state diagram is generated. It can consist of obtaining a state equation based on it.
본 발명에 있어서, 상기 파라미터 추정 단계는 소정의 파라미터 추정 구성도를 이용하고, 목적함수의 최소값을 만족하기 위해서 Parameter Adaptation Algorithm(PAA)을 사용하여 매개변수의 추정치를 검출한 후, 기준 모델(Reference model)이 실제 시스템의 전달함수에 근사하도록 하며, 소정 항목을 실제 시스템의 매개변수로 대입하여 이루어질 수 있다.In the present invention, the parameter estimating step uses a predetermined parameter estimation configuration diagram, and after detecting an estimate of the parameter using a Parameter Adaptation Algorithm (PAA) to satisfy the minimum value of the objective function, a reference model (Reference model) approximates the transfer function of the actual system, and can be achieved by substituting certain items as parameters of the actual system.
본 발명에 있어서, 상기 마찰계수 추정 단계는 상기 파라미터 추정 단계를 통해 추정된 파라미터 값을 상기 지배방정식에 대입하여 일반해를 구하는 것으로 이루어지고, 상기 유속 추정 단계는 구해진 일반해에 근거하여 속도의 시간이력 데이터를 생성하고, 생성된 속도이력 데이터를 바탕으로 각각의 속도에서의 마찰 계수를 구하여 마찰계수의 시간 이력데이터를 생성시키는 것으로 이루어질 수 있다.In the present invention, the friction coefficient estimating step consists of obtaining a general solution by substituting the parameter value estimated through the parameter estimating step into the governing equation, and the flow velocity estimating step is the time of the velocity based on the obtained general solution. It may consist of generating history data, obtaining a friction coefficient at each speed based on the generated speed history data, and generating time history data of the friction coefficient.
본 발명에 있어서, 상기 속도의 시간이력 데이터 및 마찰계수의 시간 이력데이터는 그래프화 되어 표출되도록 이루어질 수 있다.In the present invention, the time history data of the speed and the time history data of the friction coefficient may be graphed and displayed.
상기한 본 발명에 따른 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법에 의하면, 타설 콘크리트의 압송특성을 예측하고 평가하는데 상대적으로 고가의 장비를 사용하지 않아 경제성을 확보할 수 있는 효과가 있다.According to the method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete according to the present invention, relatively expensive equipment is not used in predicting and evaluating the pressure-feeding characteristics of poured concrete, thereby securing economic feasibility.
또한, 본 발명은 고압 상태로 유동하는 콘크리트의 물성변화 및 유동성을 예측 파악하고, 이에 근거하여 콘크리트 압송유동특성 변화를 보다 신뢰성 있게 수행할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of predicting and grasping the change in physical properties and fluidity of the concrete flowing in a high pressure state, and performing the change in the concrete pressure-feeding flow characteristics more reliably based on this.
또한, 본 발명은 콘크리트 압송유동특성 변화를 사전에 미리 예측하여 콘크리트 배합 및 압송거리 등이 다른 새로운 건설현장에 맞게 적용할 수 있고, 이를 콘크리트 배합설계에까지 반영할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can be applied to a new construction site with different concrete mixing and compression distance by predicting changes in concrete pressure-feeding flow characteristics in advance, and reflecting this to concrete mixing design.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명에 따른 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 2는 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법의 추정 파리미터 생성 과정에서 이용되는 소정 식을 나타내는 다이어그램이다.
도 3은 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법의 추정 파리미터 생성 과정에서 이용되는 파리미터 추정 구성의 개념도이다.
도 4는 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법에서 추정 결과에 따른 파라미터 추정치를 그래프화하여 나타내는 도면이다.
도 5는 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법에서 마찰계수의 시간 이력데이터를 그래프화하여 나타내는 도면이다.1 is a flowchart schematically showing a method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete according to the present invention.
2 is a diagram showing a predetermined equation used in the process of generating an estimated parameter of a method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete.
3 is a conceptual diagram of a parameter estimation configuration used in the process of generating an estimation parameter of a method for predicting and evaluating pressure-feeding flow characteristics of poured concrete.
4 is a graph showing parameter estimates according to estimation results in a method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete.
5 is a graph showing the time history data of the friction coefficient in the method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다. Additional objects, features, and advantages of the present invention may be more clearly understood from the following detailed description and accompanying drawings.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Prior to the detailed description of the present invention, the present invention is capable of various modifications and various embodiments, and the examples described below and shown in the drawings are intended to limit the present invention to specific embodiments. It should be understood as including all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "... unit", "... unit", and "... module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware and It can be implemented as a combination of software.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 아래 본 발명의 설명에 있어서, 평가 대상으로서 콘크리트를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 모르타르, 페이스트, 석탄회(플라이애쉬, 바텀애쉬) 등 점성이 있는 슬러리류에 적용할 수 있다.Hereinafter, a method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the present invention below, concrete is described as an example of the evaluation object, but the present invention is not limited thereto and can be applied to viscous slurries such as mortar, paste, and coal ash (fly ash, bottom ash). have.
먼저, 본 발명에 따른 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법에 대하여 상세히 설명한다. 아래 설명에서 기재된 "...부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소정의 연산 프로그램을 실행하기 위하여 프로그래밍 된 소프트웨어 및/또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있는 것으로, 예를 들면 소정 프로그램이 실행되는 퍼스널 컴퓨터와 데이터를 저장하기 위한 데이터베이스를 포함할 수 있다.First, a method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete according to the present invention will be described in detail. In the following description, the term "... unit" refers to a unit that processes at least one function or operation, which is a combination of hardware or software programmed to execute a predetermined operation program and/or hardware and software. As to be implemented, for example, it may include a personal computer running a predetermined program and a database for storing data.
본 발명에 대한 설명에 앞서, 본 발명에 따른 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법이 도출되는데 기술적 배경을 설명한다.Prior to the description of the present invention, a method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete according to the present invention is derived, and the technical background will be described.
현장에서 고유동 및 고강도 콘크리트 타설시 펌프카의 토출량 관리 및 압력 관리를 진행하는데, 고압으로 콘크리트를 압송하게 되므로 압송에 따른 콘크리트의 물성변화 및 유동성을 파악하는 것은 현장에서 콘크리트 타설을 위해 매우 중요한 인자가 된다. 이를 확인하고자 압송실험을 수행하지만 현장과 같은 조건에서 압송실험을 수행하지 못하는 한계로 인하여 대부분 수평테스트를 통하여 실제 현장과 같은 조건을 부여하게 된다. 이때 가장 중요한 인자로 작용하는 것이 콘크리트의 배관 유동시 마찰계수이다.When placing high-flow and high-strength concrete at the site, the pump car discharge volume management and pressure management are carried out.Because the concrete is pumped at high pressure, understanding the change in properties and fluidity of the concrete according to the pressure is a very important factor for concrete pouring at the site. do. In order to confirm this, the pressure-feeding test is performed, but due to the limitation of not performing the pressure-feeding test under the same conditions as the field, most of the horizontal tests are given the same conditions as the actual field. At this time, the most important factor is the coefficient of friction during the flow of concrete pipes.
콘크리트 마찰계수 산정을 위해서는 직접적인 압송 실험을 통해 마찰 유동을 일으키고, Fanning 방정식에 압력 강하량과 토출량을 대입하여 마찰계수를 산정하는 것이 일반적인 방법이다. 이때 사용되는 Fanning 방정식은 다음과 같다.In order to calculate the friction coefficient of concrete, it is a common method to generate frictional flow through a direct pressure feeding experiment and to calculate the friction coefficient by substituting the pressure drop and discharge amount in the fanning equation. The fanning equation used at this time is as follows.
여기서 마찰계수 
그러나 현실적으로 배관 유동에 영향을 주지 않고, 유속을 측정하기란 매우 어려운 문제이며, 실질적으로 고가의 장비를 사용할 수밖에 없다. 고가의 장비를 사용한다 하더라도 이 유속을 압력강하량과 같이 대입하여 마찰계수를 구하는 데에는 많은 어려움이 있다. 이로 인하여 유속의 불확실성이 커지게 되면서 압력강하량을 계측한 데이터를 통해 마찰계수를 산정하는 데에는 펌프 압력의 변동, 콘크리트펌프 충진율(Filling Rate)의 변화, 배관 압력이 정상상태 응답에 도달하지 못하는 경우, 토출량 계측 오류, 곡관부의 영향으로 인해 한계를 갖게 된다.However, in reality, it is a very difficult problem to measure the flow velocity without affecting the pipe flow, and practically expensive equipment is inevitable. Even if expensive equipment is used, it is difficult to obtain the coefficient of friction by substituting this flow rate with the pressure drop. This increases the uncertainty of the flow rate, and in order to calculate the friction coefficient from the measured data of the pressure drop, the change in pump pressure, the change in the concrete pump filling rate, and the pipe pressure do not reach the steady state response. There is a limit due to the discharge volume measurement error and the influence of the curved pipe.
본 발명은 이러한 기술적 배경에 고려하여 마찰계수를 산정하는데 있어 유속을 정확하게 계측함으로써 압송에 따른 콘크리트의 물성변화 및 유동성(압송유동특성)을 신뢰성 있게 예측 파악할 수 있도록 한 것이다.The present invention is to accurately measure the flow velocity in calculating the friction coefficient in consideration of this technical background, so that the change in physical properties and fluidity (pressure flow characteristics) of concrete can be predicted and grasped reliably.
이하, 본 발명에 따른 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법을 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.Hereinafter, a method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1. 1 is a flowchart schematically showing a method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete according to the present invention.
본 발명에 따른 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법은, 펌프카의 토출량 관리 및 압력 관리를 수행하기 위하여 펌프카 등에 의해 고압으로 압송되는 콘크리트의 물성변화와 유동성(이하, "압송유동특성"이라 함)을 예측 평가하기 위한 방법으로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 펌핑 압력과 콘크리트에 작용하는 압력의 동(動) 특성 관계를 기초하여 지배방정식으로부터 마찰계수를 추정하기 위한 마찰계수 추정식을 통해 추정 파라미터 값을 생성하는 추정 파라미터 생성 단계(S100); 상기 추정 파라미터 생성 단계(S100)에서 생성된 추정 파라미터 값을 지배방정식에 대입하여 속도의 시간이력을 생성하여 각각의 속도에서의 마찰계수를 구하여 타설 콘크리트의 유속을 추정하는 유속 추정 단계(S200);를 포함한다.The method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete according to the present invention is a change in physical properties and fluidity of concrete that is pumped at high pressure by a pump car or the like (hereinafter referred to as "pressure-feeding flow characteristics") in order to manage the discharge volume and manage the pressure of the pump car. As a method for predicting and evaluating, as shown in FIG. 1, it is estimated through a friction coefficient estimation equation for estimating the friction coefficient from the governing equation based on the relationship between the pumping pressure and the pressure acting on concrete. An estimated parameter generation step of generating a parameter value (S100); A flow velocity estimation step of estimating a flow velocity of poured concrete by generating a time history of velocity by substituting the estimated parameter value generated in the estimation parameter generation step (S100) into a governing equation to obtain a friction coefficient at each velocity (S200); Includes.
먼저, 상기 추정 파라미터 생성 단계(S100)에 대하여 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 2는 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법의 추정 파리미터 생성 과정에서 이용되는 소정 식을 나타내는 다이어그램이고, 도 3은 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법의 추정 파리미터 생성 과정에서 이용되는 파리미터 추정 구성의 개념도이다. 도 4는 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법에서 추정 결과에 따른 파라미터 추정치를 그래프화하여 나타내는 도면이고, 도 5는 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법에서 마찰계수의 시간 이력데이터를 그래프화하여 나타내는 도면이다.First, the estimation parameter generation step (S100) will be described with reference to FIGS. 2 to 5. 2 is a diagram showing a predetermined equation used in the process of generating an estimation parameter of the method of predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete, and FIG. 3 is a configuration of parameter estimation used in the process of generating the estimated parameter of the method of predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete. It is a conceptual diagram of. 4 is a graph showing the parameter estimates according to the estimation results in the method of predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete, and FIG. 5 is a graph showing the time history data of the friction coefficient in the method of predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete. It is a drawing showing.
상기 추정 파라미터 생성 단계(S100)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 펌프 압력(입력 압력)과 배관 선단부에서의 압력(출력 압력)을 검출하는 압력 검출 단계(S210); 상기 압력 검출 단계(S210)에서 검출된 각각의 압력을 디지털 값으로 변환하여 수집하여 시간 단위와 함께 기억하는 데이터베이스화 단계(S220); 배관을 통해 압송되는 콘크리트에 대한 마찰계수를 추정하기 위한 지배방정식을 모델링하는 지배방정식 모델링 단계(S230); 펌프카에서 콘크리트를 압송하기 위한 입력 압력이 인가된 힘(F)과 배관 내 콘크리트의 운동에 의한 관성과 마찰로 인한 저항 관계를 설정하여, 상기 지배방정식 모델링 단계(S230)에서 모델링된 지배방정식으로부터 지배방정식의 전달함수를 모델링화하고, 파라미터 추정을 위하여 모델링된 전달함수를 상태방정식화 하는 상태방정식 생성 단계(S240); 상기 생성된 상태방정식으로부터 파라미터를 추정하는 파라미터 추정 단계(S250); 상기 파라미터 추정 단계(S240)를 통해 추정된 파라미터 값을 상기 지배방정식에 대입하여 마찰계수를 추정하는 마찰계수 추정 단계(S260)를 포함한다.The estimated parameter generation step (S100) may include a pressure detection step (S210) of detecting a pump pressure (input pressure) and a pressure (output pressure) at the tip of the pipe, as shown in FIG. 1; A database conversion step (S220) of converting and collecting each pressure detected in the pressure detection step (S210) into digital values and storing them together with a time unit; A governing equation modeling step (S230) of modeling a governing equation for estimating a coefficient of friction for the concrete being pumped through the pipe; By setting the relationship between the applied force (F) to which the input pressure to pressurize the concrete from the pump car and the inertia caused by the motion of the concrete in the pipe and the resistance due to friction, the governing equation modeled in the modeling step (S230) is governed by the governing equation. A state equation generation step (S240) of modeling the transfer function of the equation and converting the modeled transfer function into a state equation for parameter estimation; A parameter estimating step (S250) of estimating a parameter from the generated state equation; And a friction coefficient estimating step (S260) of estimating a friction coefficient by substituting the parameter value estimated through the parameter estimating step (S240) into the governing equation.
상기 압력 검출 단계(S210)는 입력 압력으로서 펌프의 유압 압력(펌프 압력계)이며, 출력 압력으로서는 배관 선단부에 설치되는 압력 센서로부터 검출되는 검출 압력일 수 있다. 이러한 압력은 지배방정식을 모델링하는데 적용되는 압력값을 생성하게 된다.The pressure detection step S210 may be a hydraulic pressure (pump pressure gauge) of the pump as an input pressure, and the output pressure may be a detection pressure detected from a pressure sensor installed at the tip of the pipe. These pressures generate pressure values that are applied to model the governing equation.
상기 압력 검출 단계(S210)에서 검출된 각각의 압력은 데이터베이스화 단계(S220)를 통해 디지털 값으로 변환되어 해당 디지털값은 시간 단위와 함께 기억되어 저장되게 된다.Each pressure detected in the pressure detection step S210 is converted to a digital value through the database conversion step S220, and the corresponding digital value is stored and stored together with a time unit.
상기 지배방정식 모델링 단계(230)에 대하여 상세히 설명한다.The governing equation modeling step 230 will be described in detail.
먼저, 펌프카와 콘크리트에 작용하는 압력의 동특성 관계를 통해 이를 운동량으로 환산하면 운동량 보존 법칙 식을 적용할 수 있다. 콘크리트 펌프카를 통해 콘크리트에 전달되는 힘의 방정식은 아래와 같은 식 (1)로 정의된다.First, the momentum conservation law equation can be applied by converting this into momentum through the dynamic relationship between the pressure acting on the pump car and concrete. The equation of the force transmitted to concrete through the concrete pump car is defined by the following equation (1).
(여기에서, F: 펌프카 실린더의 축력, m: 콘크리트 질량, c: 감쇠계수, k: 스프링상수, 
또한, 배관에 작용하는 힘은 펌프카에서 콘크리트를 압송하기 위한 압력이 인가된 F와 배관 내 콘크리트의 운동에 의한 관성력과 마찰로 인하여 저항하는 점성력만이 존재한다고 모델링 할 수 있어 베르누이 방정식을 사용하기 위한 기본가정에서 굳지 않은 콘크리트 유동을 비압축성 유동으로 가정하고, 이에 따라 탄성력의 영향이 없으므로 스프링상수 k는 0이 되며, 다음의 식 (2)로 표현된다.In addition, the force acting on the pipe can be modeled as only F to which pressure is applied to pressurize the concrete from the pump car, and the inertia force due to the motion of the concrete in the pipe and the viscous force that resists friction is present. In the basic assumption, the unsolidified concrete flow is assumed to be an incompressible flow, and accordingly there is no effect of elastic force, so the spring constant k becomes 0, and is expressed by the following equation (2).
여기에서, 콘크리트의 빙햄(Bingham) 특성을 고려하여 위의 식 (2)에서 점성항을 아래의 식 (3)으로 표현할 수 있으며, 이러한 식 (3)은 지배방정식이 된다.Here, the viscosity term in Equation (2) above can be expressed as Equation (3) below in consideration of the Bingham characteristics of concrete, and this Equation (3) becomes the governing equation.
LTI(Liner Time Invariant) 시스템으로 가정된 시스템의 지배방정식 식 (3)을 라플라스 트랜스폼하여 식 (4)를 얻을 수 있다. 이때 변환시 각 변수의 초기치는 0으로 가정한다. 이후 식 (4)를 입력의 라플라스 변환폼 F(s)와 출력의 라플라스 변환폼V(s)로 정리하면 전달함수 G(s)는 식 (5)와 같이 표현된다.Equation (4) can be obtained by Laplace transforming the governing equation (3) of a system assumed as a LTI (Liner Time Invariant) system. At this time, the initial value of each variable is assumed to be 0 during conversion. The transfer function G(s) can be expressed as Equation (5) if Equation (4) is then summarized as the Laplace transform form F(s) of the input and the Laplace transform form V(s) of the output.
이와 같이 가정된 미분방정식은 1계 비제차 미분방정식의 형태로서 Green's formula를 이용하여 일반 해를 구하면 식 (6)과 같다.The differential equation assumed as described above is in the form of a first-order non-differential differential equation, and if a general solution is obtained using Green's formula, it is as shown in Equation (6).
상기 전달함수로부터 그 전달함수의 상태 파라미터를 추정하기 위하여서는 파라미터 추정을 위한 상태방정식 모델로 변환하여 시계열 데이터 분석을 수행하여야 한다.In order to estimate the state parameter of the transfer function from the transfer function, time series data analysis must be performed by converting it into a state equation model for parameter estimation.
상태방정식 생성 단계(S240)는 다음과 같다.The state equation generation step (S240) is as follows.
먼저, 위에서 얻은 전달함수는 주파수 영역의 함수로 원하는 시간 영역에서의 과도응답에 대한 파라미터 추정을 위해서 상태방정식으로 전달 함수식을 변환하여야 하는데, 이를 위해 전달함수를 상태방정식으로 만들기 위한 인자 E(s)를 도입하여 식 (5)을 다음의 식 (7)과 같이 표현할 수 있다.First, the transfer function obtained above is a function of the frequency domain, and the transfer function equation needs to be converted into a state equation for estimating the parameter for the transient response in the desired time domain. For this purpose, the factor E(s) to make the transfer function into a state equation Equation (5) can be expressed as the following equation (7) by introducing
상기 식 (7)을 상태선도로 표현하기 위한 다이어그램으로 표현하면 도 3과 같다.If the equation (7) is expressed as a diagram for expressing a state diagram, it is as shown in FIG. 3.
계속해서, 도 2의 상태선도를 바탕으로 다음의 식 (8)과 같은 상태방정식으로 표현할 수 있다.Subsequently, based on the state diagram of FIG. 2, it can be expressed by a state equation such as the following equation (8).
다음으로, 상기 생성된 상태방정식으로부터 파라미터를 추정하는 파라미터 추정 단계(S250)는, 도 3의 기본적인 파라미터 추정 구성도를 이용하고, 목적함수의 최소값을 만족하기 위해서 모델링값을 실시간으로 업데이트하는 알고리즘인 Parameter Adaptation Algorithm(PAA)을 사용하여 매개변수의 추정치를 검출한다.Next, the parameter estimation step (S250) of estimating the parameter from the generated state equation is an algorithm that uses the basic parameter estimation configuration diagram of FIG. 3 and updates the modeling value in real time to satisfy the minimum value of the objective function. Parameter Adaptation Algorithm (PAA) is used to detect estimates of parameters.
상기 식 (8)의 상태방정식에서 f(t)는 계측된 입구 압력의 시간이력항이고, 
상기 Parameter Adaptation algorithm(PAA)는 Non-linear least squares method를 사용하였고 알고리즘은 Trust-Region Reflective 알고리즘을 사용할 수 있다.The Parameter Adaptation algorithm (PAA) uses a non-linear least squares method, and the algorithm may use a Trust-Region Reflective algorithm.
도 4에서 (a)는 계측된 파형에 대한 추정결과로 계측값에 대한 추정된 압력파형을 나타내고, (b)는 상태방정식의 파라미터 추정 결과를 나타내는 것으로, 최종값이 상태 추정식의 파라미터의 수렴곡선이다. 도 4의 (c)는 측정치와 추정값의 잔차를 나타내고 있는 것으로, 잔차는 0.1% 이하이다.In Fig. 4, (a) shows the estimated pressure waveform for the measured value as the estimation result for the measured waveform, and (b) shows the parameter estimation result of the state equation, and the final value is the convergence of the parameters of the state estimation equation. It is a curve. 4(c) shows the residual between the measured value and the estimated value, and the residual is 0.1% or less.
다음으로, 상기 마찰계수 추정 단계(S260)는, 상기 파라미터 추정 단계(S240)를 통해 추정된 파라미터 값을 지배방정식에 대입하여 일반해를 구하는 것으로 이루어진다.Next, the friction coefficient estimating step (S260) consists of obtaining a general solution by substituting the parameter value estimated through the parameter estimating step (S240) into a governing equation.
그런 다음, 상기 유속 추정 단계(S200)는 마찰계수 추정 단계에서 구해진 일반해에 근거하여 속도의 시간이력 데이터를 생성하고, 생성된 속도이력 데이터를 바탕으로 각각의 속도에서의 마찰 계수를 구하여 마찰계수의 시간 이력데이터를 생성시키는 것으로 이루어진다.Then, in the flow rate estimation step (S200), time history data of the speed is generated based on the general solution obtained in the friction coefficient estimation step, and the friction coefficient at each speed is calculated based on the generated speed history data. It consists of generating time history data.
상기 속도의 시간이력 데이터 및 마찰계수의 시간 이력데이터는 도 5와 같이 그래프화되어 표출되도록 이루어지는 것이 바람직하다.It is preferable that the time history data of the speed and the time history data of the friction coefficient are graphed and expressed as shown in FIG. 5.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법에 의하면, 타설 콘크리트의 압송특성을 예측하고 평가하는데 상대적으로 고가의 장비를 사용하지 않아 경제성을 확보할 수 있고, 고압 상태로 유동하는 콘크리트의 물성변화 및 유동성을 보다 신뢰성 있게 수행할 수 있는 이점이 있다.According to the method for predicting and evaluating the pressure-feeding flow characteristics of poured concrete according to the present invention as described above, it is possible to secure economical efficiency because relatively expensive equipment is not used to predict and evaluate the pressure-feeding characteristics of poured concrete, and flow at high pressure. There is an advantage of being able to perform more reliably the physical properties change and fluidity of the concrete.
또한, 본 발명에 의하면, 콘크리트 압송유동특성 변화를 사전에 미리 예측하여 콘크리트 배합 및 압송거리 등이 다른 새로운 건설현장에 맞게 적용할 수 있고, 이를 콘크리트 배합설계에까지 반영할 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage that it can be applied to a new construction site with different concrete mixes and pressure feed distances by predicting the change in concrete pressure feeding flow characteristics in advance, and reflecting this to the concrete mix design.
상기한 상세한 설명은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above detailed description is merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, it is obvious that the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical idea of the present disclosure, but to explain the technical idea, and thus the scope of the technical idea of the present disclosure is not limited by these embodiments. Modification examples and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
S100: 추정 파라미터 생성 단계
S200: 콘크리트 유속 추정 단계
S210: 압력 검출 단계
S220: 데이터베이스화 단계
S230: 지배방정식 모델링 단계
S240: 상태방정식 생성 단계
S250: 파라미터 추정 단계
S260: 마찰계수 추정 단계S100: Step of generating estimation parameters
S200: Concrete flow rate estimation step
S210: pressure detection step
S220: Databaseization step
S230: Modeling the governing equation
S240: Step of generating state equation
S250: Parameter estimation step
S260: friction coefficient estimation step
Claims (9)
펌핑 압력과 콘크리트에 작용하는 압력의 동(動) 특성 관계를 기초하여 지배방정식으로부터 마찰계수를 추정하기 위한 마찰계수 추정식을 통해 추정 파라미터 값을 생성하는 추정 파라미터 생성 단계; 및
상기 생성된 추정 파라미터 값을 지배방정식에 대입하여 속도의 시간 이력을 생성하여 각각의 속도에서의 마찰계수를 구하여 타설 콘크리트의 유속을 추정하는 유속 추정 단계;를 포함하고,
상기 추정 파라미터 생성 단계는, 펌프 압력인 입력 압력과 배관 선단부에서의 압력인 출력 압력을 검출하는 압력 검출 단계와, 검출된 각각의 압력을 디지털 값으로 변환 수집하여 시간 단위와 함께 저장하는 데이터베이스화 단계와, 배관을 통해 압송되는 콘크리트에 대한 마찰계수를 추정하기 위한 지배방정식을 모델링하는 지배방정식 모델링 단계와, 입력 압력이 인가된 힘과, 배관 내 콘크리트의 운동에 의한 관성 및 마찰로 인한 저항 관계를 설정하여, 상기 지배방정식 모델링 단계에서 모델링된 지배방정식으로부터 지배방정식의 전달함수를 모델링하고, 파라미터 추정을 위하여 모델링된 전달함수를 상태방정식화 하는 상태방정식 생성 단계와, 생성된 상태방정식으로부터 파라미터를 추정하는 파라미터 추정 단계, 및 추정된 파라미터 값을 상기 지배방정식에 대입하여 마찰계수를 추정하는 마찰계수 추정 단계;를 포함하고,
상기 지배방정식 모델링 단계는,
콘크리트에 전달되는 힘의 방정식을 아래의 식 (1)로 정의하고,
(여기에서, F: 펌프카 실린더의 축력, m: 콘크리트 질량, c: 감쇠계수, k: 스프링상수,
배관에 작용하는 힘은 상기 F와 배관 내 콘크리트의 운동에 의한 관성력과 마찰로 인하여 저항하는 점성력만을 고려하고, 콘크리트의 유동을 비압축성 유동으로 가정하여 다음의 식 (2)로 하고,
콘크리트의 빙햄(Bingham) 특성을 고려하여 점성항을 아래 식 (3)으로 정리하여 지배방정식으로 설정하고,
상기 지배방정식 식 (3)을 라플라스 트랜스폼하고, 변환시 각 변수의 초기치는 0으로 가정하여 아래의 식 (4)를 얻은 다음,
상기 식 (4)를 입력의 라플라스 변환폼 F(s)와 출력의 라플라스 변환폼 V(s)로 정리하여 아래 식 (5)의 전달함수 G(s)를 얻어 지배방정식을 모델링하는
타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법.
As a method for predicting and evaluating the flow characteristics of concrete that is pumped under high pressure performed by a computing system,
An estimated parameter generation step of generating an estimated parameter value through a friction coefficient estimation equation for estimating a friction coefficient from a governing equation based on a relationship between the pumping pressure and the pressure acting on the concrete; And
A flow velocity estimation step of estimating the flow velocity of poured concrete by generating a time history of the velocity by substituting the generated estimated parameter value into the governing equation to obtain a friction coefficient at each velocity; and
The estimated parameter generation step includes a pressure detection step of detecting an input pressure, which is a pump pressure, and an output pressure, which is a pressure at a pipe tip, and a database conversion step of converting and collecting the detected pressures into digital values and storing them together with a time unit. Wow, the governing equation modeling step of modeling the governing equation for estimating the coefficient of friction for the concrete conveyed through the pipe, and the relationship between the force applied to the input pressure, the inertia due to the motion of the concrete in the pipe, and the resistance due to friction. By setting, the transfer function of the governing equation is modeled from the governing equation modeled in the governing equation modeling step, the state equation generation step of converting the modeled transfer function into a state equation for parameter estimation, and the parameter estimation from the generated state equation. Including a parameter estimating step, and a friction coefficient estimating step of estimating a friction coefficient by substituting the estimated parameter value into the governing equation,
The governing equation modeling step,
The equation of the force transmitted to the concrete is defined by the following equation (1),
(Where, F: axial force of the pump car cylinder, m: concrete mass, c: damping factor, k: spring constant,
The force acting on the pipe considers only the inertia force caused by the motion of F and the concrete in the pipe, and the viscous force that resists friction, and assumes the flow of concrete as an incompressible flow, and is the following equation (2),
Considering the Bingham characteristics of concrete, the viscosity term is summarized in Equation (3) below and set as the governing equation,
Laplace transform the governing equation (3) above, and assume that the initial value of each variable at the time of transformation is 0 to obtain the following equation (4),
The above equation (4) is summarized as the input Laplace transform form F(s) and the output Laplace transform form V(s) to obtain the transfer function G(s) of the following equation (5) to model the governing equation.
A method of predicting and evaluating the pressure flow characteristics of poured concrete.
상기 식 (5)에 대해 Green's formula를 이용하여 아래 식 (6)의 일반해를 구하는 것을 더 포함하는
타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법.
The method of claim 1,
Using Green's formula for the above equation (5), further comprising obtaining the general solution of equation (6)
A method of predicting and evaluating the pressure flow characteristics of poured concrete.
상기 상태방정식 생성 단계는,
상기 식 (5)의 전달함수를 상태방정식으로 만들기 위한 인자 E(s)를 도입하여 아래 식 (7)을 얻고,
상기 식 (7)에 대한 소정의 상태선도를 생성한 다음, 상기 상태선도를 바탕으로 상태방정식을 얻는 것으로 이루어지는
타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법.
The method of claim 4,
The step of generating the state equation,
The following equation (7) is obtained by introducing the factor E(s) to make the transfer function of equation (5) into a state equation,
Consisting of generating a state diagram for the above equation (7) and then obtaining a state equation based on the state diagram
A method of predicting and evaluating the pressure flow characteristics of poured concrete.
상기 상태선도는 아래의 상태선도이고,
상기 상태선도를 바탕으로 아래 식 (8)의 상태방정식을 얻는 것으로 이루어지는
(여기에서, f(t)는 계측된 입구 압력의 시간이력항이고,
타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법.
The method of claim 5,
The state diagram is the state diagram below,
Consisting of obtaining the state equation of equation (8) below based on the state diagram
(Where, f(t) is the time history term of the measured inlet pressure,
A method of predicting and evaluating the pressure flow characteristics of poured concrete.
상기 파라미터 추정 단계는
아래의 파라미터 추정 구성도를 이용하고,
목적함수의 최소값을 만족하기 위해서 Parameter Adaptation Algorithm(PAA)을 사용하여 매개변수의 추정치를 검출하고,
추정된
타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법.
The method of claim 6,
The parameter estimation step
Using the parameter estimation diagram below,
In order to satisfy the minimum value of the objective function, the parameter adaptation algorithm (PAA) is used to detect an estimate of the parameter,
Estimated
A method of predicting and evaluating the pressure flow characteristics of poured concrete.
상기 마찰계수 추정 단계는 상기 파라미터 추정 단계를 통해 추정된 파라미터 값을 상기 지배방정식에 대입하여 일반해를 구하는 것으로 이루어지고,
상기 유속 추정 단계는 구해진 일반해에 근거하여 속도의 시간이력 데이터를 생성하고, 생성된 속도이력 데이터를 바탕으로 각각의 속도에서의 마찰 계수를 구하여 마찰계수의 시간 이력데이터를 생성시키는 것으로 이루어지는
타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법.
The method of claim 7,
The friction coefficient estimating step consists of obtaining a general solution by substituting the parameter value estimated through the parameter estimating step into the governing equation,
The flow velocity estimation step comprises generating time history data of the velocity based on the obtained general solution, and generating time history data of the friction coefficient by obtaining the friction coefficient at each velocity based on the generated velocity history data.
A method of predicting and evaluating the pressure flow characteristics of poured concrete.
상기 속도의 시간이력 데이터 및 마찰계수의 시간 이력데이터는 그래프화 되어 표출되도록 이루어지는
타설 콘크리트의 압송유동특성 예측평가 방법.The method of claim 8,
The time history data of the speed and the time history data of the friction coefficient are graphed and displayed.
A method of predicting and evaluating the pressure flow characteristics of poured concrete.
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| KR102491146B1 (en) | 2021-09-24 | 2023-01-27 | 중앙대학교 산학협력단 | Analysis method and system for quantification of rheological properties of concrete and program for implementing same |
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- 2018-09-20 KR KR1020180112748A patent/KR102192009B1/en active IP Right Grant
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