KR102229759B1 - 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량의 변위량 측정시 스틸로 이루어진 교량의 거더에 와이어를 연결하기 위한 교량용 고정부재의 부착이 쉽게 이루어져 작업성 향상 및 경제성을 향상시킬 수 있는 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치에 관한 것으로, 교량의 거더에 부착하는 교량용 고정부재, 계측용 와이어, 비행체를 포함한 비행유닛, 제어부 및 계측부를 포함하여 이루어져 있어, 비행체를 포함한 비행유닛에 전자석을 형성하여 교량용 고정부재를 결합한 상태에서 거더에 부착한 후 비행유닛의 전자석을 조작해 결합을 간단히 해제함으로써 간단하게 교량용 고정부재를 원격지에서 거더에 설치하여 작업자의 편의성 및 안전성을 향상시킬 수 있고, 비행유닛의 비행체를 드론 형태 또는 프로펠러 비행기 형태 중 어느 하나의 형태로 이용함으로써 경제성 및 작업의 정확도를 높일 수 있으며, 교량용 고정부재의 자석과 결합부를 부도체인 폴대로 연결하여 자석과 결합부 간의 자력을 차단하여 오작동을 방지할 수 있는 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치에 관한 것이다.

Description

비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치{Displacement Measuring Device for Load Test of Bridge Using Flying vehicle}

본 발명은 교량의 변위량 측정시 스틸로 이루어진 교량의 거더에 와이어를 연결하기 위한 교량용 고정부재의 부착이 쉽게 이루어져 작업성 향상 및 경제성을 향상시킬 수 있는 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치에 관한 것이다.

일반적으로 교량 구조물의 정확한 내하력을 판정하기 위해서는 소정의 하중을 교량 구조물에 재하(載荷)하여 실제 구조물의 거동을 측정하여야 한다.

실제 교량의 구조물 거동(structure behavior) 중 가장 중요한 거동은 하중에 의한 교량 구조물의 변위로서 매우 정밀하게 측정하여 구조계산에 반영함으로써 교량 구조물의 내하력을 정확히 파악할 수 있다.

이와 같은 교량 구조물의 변위를 측정하는 방법으로는, 변위계에 의한 방법과, 연통식 변위계를 이용하는 방법, 레이저를 이용하는 방법, 사진영상에 의한 방법 등 다양한 방법이 적용되고 있는데, 가장 경제적이면서도 정확하게 측정할 수 있는 방법은 고정된 틀에 변위계를 설치하여 변위를 측정하는 방법으로 알려져있다.

이때 사용되는 고정된 틀로는, 비계(scaffold, 飛階)를 설치하는 것이 가장 정확한 방법이나, 비계를 설치하고 해체하는 것은 많은 비용과 시간이 요구될 뿐만 아니라, 비계를 설치할 수 있는 부지를 확보하여야 한다.

따라서, 종래에는 상기 비계를 사용할 때의 문제점을 해결하기 위한 대안으로, 삼각지지대를 이용하여 변위계 설치봉을 세우는 방법을 주로 적용하여 왔다.

그런데 상기와 같은 삼각지지대를 이용하여 변위계 설치봉을 세우는 방법은, 높이가 낮은 곳에서는 신속하게 설치 및 해체를 할 수 있어 매우 효과적이나, 설치봉의 길이가 길어질수록 설치봉의 수직도에 대해서 신뢰성이 급격히 떨어 질뿐만 아니라, 설령 설치봉을 수직으로 세웠다고 할지라도 바람의 영향이 심하여 기상 조건이 약간만 열악해 지면 계측값의 신뢰도를 확보하기 어렵다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 봉의 상단부를 와이어로 고정하여 봉의 수직도 확보 및 바람의 영향을 피하려고 하고는 있으나, 봉의 상단에 설치되어 있는 변위계의 수직도는 육안으로만 겨우 확인할 수 있는 정도에 머무르고 있다.

또한, 종래에는 변위계로 대부분 링 변위계를 이용하여 변위를 측정하고 있으나, 링 변위계를 연결하는 와이어가 바람의 영향을 심하게 받고 있어 잔잔한 바람이 부는 경우에 조차도 계측값의 신뢰성을 확보할 수 없는 상태이다.

특히 교하 공간이 높은 교량에서 동적 계측값은 와이어의 영향으로 인하여 신뢰성이 더욱 떨어진다고 알려져있다.

한편, 이와 관련한 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-1599903호(이하, '특허문헌 1'이라 함), 대한민국 등록특허 제10-1713914호(이하, '특허문헌 1'라 함)가 제안된 바 있다.

상기 특허문헌 1은 수직도 확보수단을 포함하여 길이 연장용 설치봉과 변위계 설치봉 및 변위계를 교량에 착탈 가능하게 메달 수 있도록 강교량 하부 플레이트 또는 콘크리트 교량의 저면에 착탈 가능하게 설치되는 교량 연결수단과, 상기 교량 연결수단의 하단부에 착탈 가능하게 결합되어 주변환경 변화에 무관하게 길이 연장용 설치봉이 수직상태를 유지하도록 하는 수직도 확보수단과, 상,하단부에 각각 볼트와 너트가 설치된 다수의 설치봉 유닛이 상기 수직도 확보수단의 하단부에서 교하 공간의 높이에 대응하는 길이(높이)를 갖도록 수직방향으로 연속해서 다단으로 결합된 형태를 갖는 길이 연장용 설치봉과, 상기 길이 연장용 설치봉 중 최하단에 위치된 설치봉 유닛의 하부 외면에 착탈 가능하게 고정되어 교량의 재하 시험시 발생하는 교량의 변위량을 변위계에 직접 전달하는 변위량 전달수단과, 상기 길이 연장용 설치봉에 설치된 상기 변위량 전달수단을 통해 전달되어 오는 변위량을 계측할 수 있도록 변위계가 설치되는 변위계 설치봉과, 검지부 상단이 상기 변위량 전달수단의 변위량 전달판 저면에 근접하도록 수직방향으로 세워진 상태에서 상기 변위계 설치봉의 외측에 변위계 고정수단을 통해 고정 설치되어 교량의 재하 시험시 교량의 변위를 실질적으로 검출하는 변위계와, 상기 변위계를 변위계 설치봉에 수직방향으로 평행하게 고정해 주는 변위계 고정수단과, 지면의 평평도에 무관하게 수평하게 설치되어 변위계 설치봉이 수직방향으로 고정 설치되게 하는 변위계 수직설치 및 고정수단을 포함하여 구성되어 있어, 바람 등의 기상조건에도 영향을 받지 않고 변위를 정밀하게 계측할 수 있음은 물론 교량의 내하력을 정확히 평가할 수 있어 교량 내하력 평가에 따른 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.

또한, 특허문헌 2는 상부판 및 힌지를 포함하고, 상기 힌지에 의하여 회전이 가능하며, 연직성을 확보한 상태에서 교량의 하부에 고정되는 상부 조인트와, 적어도 2개 이상 구비되는 알루미늄 재질의 중공관으로서, 다단으로 연결하여 하방으로 연장 설치되는 높이 조절봉과, 알루미늄 재질의 중공관으로서, 상기 높이 조절봉이 다단으로 연결되도록 체결하는 커플러와, 알루미늄 재질의 중공관으로서, 상단부가 최하단의 높이 조절봉에 연결되고, 하단부에 나사선이 형성된 하부 유동관과, 변위계를 수용하도록 상기 하부 유동관의 하단부에 체결되는 변위계 수용구와, 중앙부에 형성된 변위계 고정대에 수직 방향으로 변위계를 평행하게 고정하며, 양 측면에 수직바로 이루어져 있어, 변위계 설치가 용이하고 변위계의 계측값 신뢰도를 화보할 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.

(특허문헌 1) KR10-1599903 B1 교량 현장 재하 시험을 위한 변위계 설치 시스템

(특허문헌 2) KR10-1713914 B1 교량 재하시험용 변위계 설치대

하지만, 상술한 상기 특허문헌 1, 2는 모두 교량에 계측을 위한 수단을 연결하기 위해서는 앵커볼트 또는 볼트 등을 이용하여 상부 구조물을 연결하여야만 하기 때문에 필수적으로 볼트를 체결하기 위한 홀을 형성함으로 인해 교량 구조물의 내구성을 저하시킴과 동시에 설치 및 해체 작업이 어려운 문제점이 노출되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치는 비행체를 포함한 비행유닛에 전자석을 형성하여 교량용 고정부재를 결합한 상태에서 거더에 부착한 후 비행유닛의 전자석을 조작해 결합을 간단히 해제함으로써 간단하게 교량용 고정부재를 원격지에서 거더에 설치하여 작업자의 편의성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 비행유닛의 비행체를 드론 형태 또는 프로펠러 비행기 형태 중 어느 하나의 형태로 이용함으로써 경제성 및 작업의 정확도를 높일 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 교량용 고정부재의 자석과 결합부를 부도체인 폴대로 연결하여 자석과 결합부 간의 자력을 차단하여 오작동을 방지할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명은 비행체를 포함한 비행유닛에 전자석을 형성하여 교량용 고정부재를 결합한 상태에서 거더에 부착한 후 비행유닛의 전자석을 조작해 결합을 간단히 해제함으로써 간단하게 교량용 고정부재를 원격지에서 거더에 설치하여 작업자의 편의성 및 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 비행유닛의 비행체를 드론 형태 또는 프로펠러 비행기 형태 중 어느 하나의 형태로 이용함으로써 경제성 및 작업의 정확도를 높일 수 있다.

아울러, 교량용 고정부재의 자석과 결합부를 부도체인 폴대로 연결하여 자석과 결합부 간의 자력을 차단하여 오작동을 방지할 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치의 설치 상태를 도시한 상태도.
도 2는 본 발명에서의 비행체의 다른 실시 예를 도시한 정면도.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 구성에 대해 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.

우선, 교량용 고정부재(10)는 도 1에서 도시된 바와 같이 강재로 이루어진 교량의 거더(1)에 부착되는 구성으로서 강재에 부착될 수 있도록 상단에는 자석(11)이 포함되어 있다.

상기 자석(11)은 교량용 고정부재(10)가 거더(1)에 부착된 후 쉽게 떨어지지 않을 정도의 자력을 유지할 수 있으면 족하다.

또한, 상기 자석(11)의 하부에는 하측방향으로 연장되는 폴대(12)가 구성되며, 상기 폴대(12)의 하부에는 자력에 의해 부착될 수 있는 재질로 이루어진 결합부(13)를 포함하고 있다.

여기서, 상기 폴대(12)는 자석(11)과 결합부(13)를 이격시키기 위한 것으로 자석(11)의 자력에 영향을 받지 않을 정도의 길이로 형성되어야 하며, 특히, 자석(11)의 자력이 결합부(13)에 작용하지 못하도록 부도체로 이루어지는 것이 바람직하다.

다음으로, 계측용 와이어(20)는 교량 거더(1)의 변위 측정을 위한 통상적인 구성으로 상세한 설명은 생략한다.

다만, 상기 계측용 와이어(20)는 교량용 고정부재(10)에 간섭이 발생하지 않는 위치에 구성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 비행유닛(30)은 상술한 교량용 고정부재(10)를 교량 거더(1)에 부착하기 위해 교량용 고정부재(10)를 이동시키기 위한 구성이다.

이러한 비행유닛(30)은 비행체(31)와 상기 비행체(31)의 상단에 배치되어 교량용 고정부재(10)의 결합부(13)를 자력에 의해 부착하도록 하기 위한 전자석(32)을 구성하고 있으며, 비행체(31)의 일측에는 전자석(32)에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단(33) 및 전원공급수단(33)을 전자석(32)에 선택적으로 공급하여 전자석(31)을 작동시키기 위한 릴레이(34)로 이루어져 있다.

상기 전자석(32)은 비행체(31)에 자석에 의해 영향을 줄 수 있기 때문에 비행체(31)에 부착시 부도체 재질로 이루어진 결합판(35)을 더 구성한 후 결합판(35)의 상측에 배치할 수 있다.

여기서, 상술한 전원공급수단(33)은 충전식 또는 일회용 배터리 중 어느 하나를 이용할 수 있다.

또한, 상술한 비행체(31)는 도 1에서와 같이 원격지에서 조정 가능한 드론 형태일 수도 있고, 도 2에서와 같이 프로펠러(31a)와 프로펠러(31a)를 구동하기 위한 모터(31b) 및 모터(31)에 전원을 인가하면서 비행체(31)를 비행 위치를 제어하기 위한 전원선(31c)으로 구성될 수 있다.

다음으로, 제어부(40)는 상술한 비행유닛(30)의 전자석(32)을 작동시키는 릴레이(34)를 작동시키는 위한 것으로 유선 또는 무선 통신 방식으로 원격지에서 릴레이(34)를 구동시킬 수 있도록 구성되며, 무선 통신 방식으로 구성할 경우 릴레이(34)는 무선 릴레이를 이용하여야 한다.

다음으로, 계측부(50)는 상술한 계측용 와이어(20)에 일단이 연결되어 지면에 배치되는 구성으로 교량 거더(1)의 변위를 측정할 수 있으면 어떠한 형태로 구성되어도 무방하다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치의 작용효과에 대해 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치(100)는 작업자가 교량 거더(1)에 원격으로 교량용 고정부재(10)를 부착시킴으로써 작업자의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과를 가지고 있다.

즉, 작업자가 교량 거더(1)의 변위 측정을 하고자 할 경우 비행유닛(30)을 구성하는 비행체(31)에 결합되어 있는 전자석(32)에 교량용 고정부재(10)를 부착하여 교량 거더(1)까지 이동시킨 후 부착하여 변위 계측시 작업자의 편의성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 교량용 고정부재(10)에 계측용 와이어(20)를 간섭이 발생하지 않도록 결합하고, 상기 비행수단(30)의 전자석(32)을 작동시키지 않은 상태에서 교량용 고정부재(10)의 결합부(13)를 전자석(32)에 맞닿도록 배치한후, 제어부(40)를 제어하게 되면 릴레이(34)에 의해 전원공급수단(33)의 전원이 전자석(32)으로 인가되어 전자석(32)이 작동해 자력이 형성되어 교량용 고정부재(10)가 비행유닛(30)의 비행체(31)에 결합된 상태를 유지하게 된다.

그러면, 작업자는 비행유닛(30)을 교량의 거더(1) 위치까지 비행시켜 교량용 고정부재(10)의 자석(11)이 강재로 이루어진 거더(1)에 부착될 수 있을 정도까지 위치시키면 자석(11)의 자력에 의해 교량용 고정부재(10)가 거더(1)에 부착된다.

상기와 같이 교랴용 고정부재(10)가 거더(1)에 부착된 것을 확인하면 작업자는 제어부(40)를 조작하여 비행유닛(30)의 릴레이(34)을 작동시키게 되고, 상기 릴레이(34)는 제어부(40)에 의해 제어되어 전원공급수단(33)의 전원이 전자석(33)으로 공급되는 것을 차단하게 되어 전자석(32)이 더 이상 자력을 형성하지 않도록 작동시키게 된다.

따라서, 교량용 고정부재(10)는 비행유닛(30)으로 부터 분리가 되고, 작업자는 비행유닛(30)을 복귀시키도록 한다.

한편, 교량용 고정부재(10)에 결합되어 있던 계측용 와이어(20)의 일단은 통상의 계측부(50)에 연결하여 변위 측정 작업을 실시하여 본 발명의목적을 달성할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 교량용 고정부재(10)는 자석(11)은 부도체인폴대(12)에 의해 결합부(13)와 결합된 상태를 유지하게 되기 때문에 자석(11)에 의해 결합부(13)가 자기화 되는 것을 방지하여 비행유닛(30)을 이용하여 거더(1)에 교량용 고정부재(10)를 부착한 후 전자석(32)의 제어에 교량용 고정부재(10)와 비행유닛(30)의 분리가 원활히 이루어지게 되어 오작동을 방지할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 비행체(31)를 사용목적에 따라 선택적으로 사용하여 경제성 및 편의성을 높일 수 있다.

즉, 높은 높이에 정밀하게 조작하여 교량용 고정부재(10)를 거더(1)에 부착하여야 할 경우에는 드론 형태를 이용해 미세 조작을 통해 교량용 고정부재(10)를 결합할 수 있다.

이와는 다르게 많이 높지 않거나 비숙련자가 조작하여도 무방항 위치에는 프로펠러 비행기 형태를 이용하여 경제성을 고려할 수 있게 된다.

즉, 상기 프로펠러 비행기 형태는 프로펠러(31a)가 모터(31b)에 의해 구동하여 비행체(31)를 비행시킨 후 작업자가 전원선(31c)을 이용하여 프로펠러 비행기를 조작할 수 있다.

즉, 드론의 경우에는 숙련된자만 가능한데 반해 프로펠러 비행기는 비숙련자라 할지라도 전원선(31c)을 파지한 상태로 제어가 가능하여 비숙련자인 작업자도 작업이 가능함은 물론, 간단한 구성으로 이루어져 있어 제작이 쉽고 비용이 저렴한 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 대해 기재한 것이지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음을 명시한다.

1 : 거더
10 : 교량용 고정부재
11 : 자석 12 : 폴대 13 : 결합부
20 : 계측용 와이어
30 : 비행유닛
31 : 비행체
31a : 프로펠러 31b : 모터 31c : 전원선
32 : 전자석 33 : 전원공급수단 34 : 릴레이
40 : 제어부
50 : 계측부
100 : 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치

Claims (4)

1. 강재로 이루어진 교량의 거더에 부착할 수 있는 자석과 상기 자석에서 하측방향으로 연장되는 폴대와 상기 폴대의 하부에 형성되어 자력에 의해 부착될 수 있는 재질로 이루어진 결합부를 포함하는 교량용 고정부재;
   상기 교량용 고정부재에 결합되는 계측용 와이어;
   상기 교량용 고정부재를 강재로 이루어진 교량의 거더에 부착하기 위해 이동시키는 비행체와 상기 비행체의 상단에 배치되어 교량용 고정부재의 결합부를 결합하기 위한 전자석과, 상기 전자석에 전원을 공급하기 위한 전원공급수단 및 전자석을 작동시키기 위한 릴레이를 포함하는 비행유닛;
   상기 비행유닛의 릴레이와 연결되어 전자석을 작동시키기 위한 제어부;
   상기 계측용 와이어에 연결되어 변위를 측정하기 위한 계측부;를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있는 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 비행유닛의 릴레이는 무선 릴레이이며, 제어부는 무선통신을 통해 무선 릴레이를 원격지에서 제어하는 것에 특징이 있는 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 비행유닛을 구성하는 비행체는 드론 형태인 것에 특징이 있는 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 비행유닛을 구성하는 비행체는 프로펠러와 상기 프로펠러를 가동시키기 위한 모터 및 상기 모터에 전원을 공급하기 위한 전원선을 포함하는 프로펠러 비행기 형태인 것에 특징이 있는 비행체를 이용한 교량 재하시험용 변위계측장치.
   

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