KR102338996B1 - 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치 - Google Patents

지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치 Download PDF

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정영준
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Abstract

본 발명은 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치에 관한 것으로서, 지면에 안착 배치되는 하판과, 상기 하판의 상면 일측에 결합되어 직립 배치되는 수직지지대로 이루어진 베이스구조물; 상기 하판의 타측에 위치하여 지반에 관입된 상태로 직립 설치되는 파이프; 상기 파이프에 재하하중을 가하기 위한 것으로서, 일단부가 파이프에 연결 고정되고 타단부를 수직지지대 상에 지지 결합하여 상하측에 각각 위치시킨 제1와이어 및 제2와이어; 상기 제1와이어와 제2와이어 중 적어도 하나 이상을 통해 파이프에 재하하중을 가할 시 발생되는 파이프 측 변형을 측정하기 위한 변형측정수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 경제적 및 공간적으로 한계가 있는 실제 크기의 기존 실험 방법을 대체할 수 있는 장치로서 적은 비용과 시간으로 효율적인 구조 실험을 수행할 수 있고, 파이프 구조물이 관입되어 설치되는 지반의 상태에 따라 그 경계지점이 상이하고 하중이 가해짐에 따라 달라질 수 있는 지반의 경계조건과 파이프의 변위에 관한 구조적 거동을 구명할 수 있으며, 지반 조건을 고려한 실제 구조물의 거동을 반영한 구조해석을 실현시킴으로써 보다 적절한 구조안전성 검토를 가능하게 하여 재해로 인한 구조물의 피해를 경감시킬 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

Description

지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치{STRUCTURE TESTING APPARATUS FOR PIPE STRUCTURE}
본 발명은 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지반에 관입되는 형태로 설치되는 파이프 구조물이 지반 조건에 따라 그 구조적 거동이 달라짐을 고려하기 위해 파이프에 하중이 가해졌을 때 발생하는 변위를 측정할 수 있도록 하며 지반의 강도를 고려한 구조해석을 가능케 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치에 관한 것이다.
파이프 구조물은 저렴한 가격과 간편한 시공으로 널리 이용되고 있으나, 구조의 경량성으로 인해 기상재해 등에 의한 외부 하중에 취약한 단점을 가지고 있다.
파이프 구조물의 대표적인 실시 유형으로서, 농업용 비닐온실을 예로 들 수 있는데, 최근 10년간 3,503억 원에 달하는 피해가 발생하고 있으며, 그 원인으로는 호우와 폭설과 같은 기상재해가 대부분을 차지하고 있다.
이와 같이, 파이프 구조물에 기상재해 등의 외부 하중이 가해짐에 따라 구조물을 지지하는 경계지점의 지반에 하중이 전달되고, 이는 지반의 교란과 파괴를 일으켜 경계지점을 변화시킨다.
부연하여, 파이프 구조물은 대부분이 지반에 관입되는 형태로 설치되는데, 그 지반이 단단하거나 느슨한 정도에 따라 경계지점의 변화가 일어나기 때문에 경계조건의 변화가 발생한다.
한편, 종래에 있어 지반에 관입되는 파이프 구조물에 대해 기존의 경계조건을 이용한 구조해석을 수행하기도 하는데, 경계지점의 이동과 회전을 고려할 수 없어 계산되는 응력이 실제 응력과 차이를 나타낸다.
이에, 파이프 구조물을 위한 구조해석을 수행하더라도 과소 또는 과다 설계를 초래할 수 있다.
또한, 파이프 구조물의 설계를 위한 구조해석에서 경계조건의 설정에 따라 부재에서 발생하는 휨모멘트와 축방향력 등에 관한 단면력은 상이하며, 이를 통해 계산되는 응력이 다르게 나타난다.
이에 따라, 구조해석에 있어서도 경계조건의 설정에 따라 과소 또는 과다 설계로 이어질 수 있다.
한편, 이와는 달리, 실제 파이프 구조물 전체에 대한 하중 재하와 변위 측정을 통한 구조 실험을 수행하고, 이러한 구조 실험의 결과를 이용하여 파이프 구조물을 설계하기도 한다.
이는 비교적 신뢰성 높은 해석 결과를 얻을 수 있으나, 비용적, 시간적, 공간적인 측면에서 한계가 있으며 다양한 시나리오 구축에 어려움이 있다.
이를 극복하기 위해 수치해석을 이용한 구조해석으로 구조물의 설계가 이루어지고 있는데, 현재 파이프 구조물의 수치해석을 이용한 구조설계를 수행함에 있어서는 경계조건으로 주로 고정 경계조건 또는 힌지 경계조건을 사용하고 있다.
여기에서, 상기 고정 경계조건의 경우는 해당 지점에서 휨모멘트를 고려할 수 있는 반면에 회전이 발생할 수 없으며, 상기 힌지 경계조건의 경우는 회전을 고려할 수 있으나 휨모멘트가 발생할 수 없다.
또한, 상기 두 가지 경계조건 모두에서는 지점 자체의 이동을 고려할 수 없는 단점이 있다.
한편, 종래 선행기술문헌을 살펴보았을 때, 국내공개특허 제10-2009-0071102호(이하, '특허문헌 1'이라고 한다.)에서는 "건축이나 토목 분야 등에서 이용되는 말뚝형 구조물의 작용하중에 대한 지지력을 실험하기 위한 말뚝형 구조물의 재하실험장치에 관한 것으로서, 지반이 조성되는 토조와; 상기 토조 내 지반에 적어도 일
부가 매설되는 말뚝형 구조물과; 상기 말뚝형 구조물에 하중을 가하는 재하장비와; 상기 말뚝형 구조물의 주면 변위량을 측정할 수 있도록 상기 말뚝형 구조물의 주면에 설치되는 적어도 하나의 주면 변위량 측정부와; 상기 말뚝형 구조물의 선단 하중을 얻기 위해, 상기 말뚝형 구조물 아래에 설치되는 적어도 하나의 선단 하중계를 포함하는 말뚝형 구조물의 재하실험장치"를 제안 및 개시하고 있다.
그런데, 상기 특허문헌 1은 지반에 관입되는 말쭉형 구조물과 말뚝형 구조물에 하중을 가하는 재하장비를 갖는다는 점에서 유사함이 있다 할 수 있으나, 본 발명이 제안하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치와는 상세 구성에 있어 구조 및 방식적인 차이를 갖는 등 각별한 차이가 있다.
또한, 국내등록특허 제10-1556244호(이하, '특허문헌 2'라고 한다.)에서는 "기둥형 또는 평판형의 구조물로 이루어진 시험체가 상부에 설치되는 베드와, 상기 베드의 상부나 측방에서 상기 시험체로 축력이나 횡력을 제공하는 프레스 및 상기 베드의 상부에 상기 시험체를 이동 가능하게 고정하는 무빙클램프를 포함하는 구조물 성능 실험장치"를 제안 및 개시하고 있다.
그런데, 상기 특허문헌 2는 본 발명이 제안하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치와는 기술적 구성 및 방식에 있어 각별한 차이가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0071102호 대한민국 등록특허공보 제10-1556244호
본 발명은 상술한 문제점들을 해소 및 이를 감안하여 안출한 것으로서, 지반에 관입되는 형태로 설치되는 파이프 구조물이 지반 조건에 따라 그 구조적 거동이 달라짐을 고려하기 위해 파이프에 하중이 가해졌을 때 발생하는 변위를 측정할 수 있도록 하며 지반의 강도를 고려한 구조해석을 가능케 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 파이프 구조물의 안전성을 제고하고 기상재해에 의한 피해를 경감하기 위해 단순 파이프에 외부하중과 등가인 하중을 재하하고 단순한 경계조건 설정이 아닌 지반의 조건을 반영한 경계지점의 변화를 직접적으로 측정할 수 있도록 한 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 실제 파이프 구조물 전체를 이용하는 것이 아니라 단순 파이프에 외부하중과 등가인 하중을 간단하게 재하하며 지반 조건에 따른 경계지점의 이동과 회전에 관한 변화를 반영할 수 있는 특성을 가지고 있어 파이프 구조물의 재해 피해를 저감할 수 있는 구조설계를 위한 효율적 구조 실험이 가능한 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치는, 지면에 안착 배치되는 하판과, 상기 하판의 상면 일측에 결합되어 직립 배치되는 수직지지대로 이루어진 베이스구조물; 상기 하판의 타측에 위치하여 지반에 관입된 상태로 직립 설치되는 파이프; 상기 파이프에 재하하중을 가하기 위한 것으로서, 일단부가 파이프에 연결 고정되고 타단부를 수직지지대 상에 지지 결합하여 상하측에 각각 위치시킨 제1와이어 및 제2와이어; 상기 제1와이어와 제2와이어 중 적어도 하나 이상을 통해 파이프에 재하하중을 가할 시 발생되는 파이프 측 변형을 측정하기 위한 변형측정수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 제1와이어 및 제2와이어는, 상기 하판과 수직지지대 상에 다수의 도르래를 고정 설치하고 상기 도르래를 이용하여 제1와이어와 제2와이어를 각각 분리시켜 연결함에 의해 타단부가 수직지지대 상의 상하측에 각각 위치되게 하되, 상기 제1와이어와 제2와이어 중 적어도 하나 이상에 외력을 가함에 의해 파이프에 재하하중을 가하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 변형측정수단은, 상기 파이프에 일단부가 연결 고정되고, 타단부를 수직지지대 상에 고정 설치한 도르래를 경유하여 하향 배치시킨 하나 이상의 측정선; 상기 측정선의 하향 배치된 타단부에 고정 결합되어 파이프의 변형에 따라 하측 방향으로 이동하도록 구비되는 경량추; 상기 수직지지대 상에 고정 설치되고, 파이프의 변형을 측정하기 위한 눈금이 형성된 측정자;를 포함하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 경량추가 고정 결합된 측정선은, 파이프의 움직임에 영향을 미치지 않도록 경량인 실로 구성하며, 상기 도르래를 이용하여 하중 방향으로의 파이프 변위를 수직방향으로 바꾸어주도록 설치함으로써 경량추가 수직 이동한 만큼을 측정자를 통해 확인하여 파이프의 변형을 측정하도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 측정선은, 상기 파이프와 수직지지대의 사이에 횡(橫) 방향 배치를 갖는 것으로서, 상측에서 하측 방향을 향하여 일정 간격으로 2개 이상의 다수가 배열되고, 파이프 경계지점에서의 회전 변화를 측정하기 위한 회전변화측정선; 상기 파이프와 수직지지대의 사이에 횡(橫) 방향 배치를 갖는 것으로서, 상기 회전변화측정선의 아래 경계지점에 1개가 배치되고, 파이프 경계지점의 이동 변위를 측정하기 위한 변위측정선;으로 이루어지게 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 하판과 수직지지대는, 상호간에 분해 조립이 가능하도록 구비하여 이동 설치가 가능하도록 함으로써 구조 실험 장소를 변경해가며 다양한 지반 조건에서 실험할 수 있도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 제1와이어와 제2와이어에는 각각 타단부에 하중박스를 설치하고 도르래를 이용하여 중력방향으로의 무게를 이용할 수 있도록 구비하며, 상기 하중박스 각각에는 내부에 중량물을 넣어 파이프에 재하하중을 가할 수 있도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 하판에는 실험 시 큰 하중을 이용할 경우 하판이 한쪽으로 들리거나 기울어지는 것을 방지하기 위해 길이방향의 양측단부에 동일평면상으로 연장 돌출시킨 날개 형태의 걸침대를 구비하고, 상기 걸침대에 모래주머니를 비롯한 중량물을 안착 배치하여 지면 고정력을 높일 수 있도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 회전변화측정선은, 상측에서 하측 방향으로 4개의 측정선을 간격 배열하되, 30cm 간격으로 설치할 수 있다.
여기에서, 상기 수직지지대 상에는 파이프의 반대쪽 방향으로 돌출 및 수평 배치되는 것으로서 상하측에 위치되는 상부지지구와 하부지지구를 고정 설치하되, 상기 제1와이어는 상부지지구에 고정 설치한 도르래를 타단부가 최종 경유하여 지지 결합되게 구비하고, 상기 제2와이어는 하부지지구에 고정 설치한 도르래를 타단부가 최종 경유하여 지지 결합되게 구비할 수 있다.
여기에서, 상기 파이프는, 지반에 100~1000mm 깊이로 관입될 수 있다.
여기에서, 상기 경량추는, 납추를 비롯한 금속으로 만든 추인 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 경제적 및 공간적으로 한계가 있는 실제 크기의 기존 실험 방법을 대체할 수 있는 실험장치로서, 적은 비용과 시간으로 효율적인 구조 실험을 수행할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 파이프 구조물이 관입되어 설치되는 지반이 단단하거나 느슨함에 따라 그 경계지점이 상이하며 하중이 가해짐에 따라 달라질 수 있는 지반의 경계조건과 파이프의 변위에 관한 구조적 거동을 구명할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지반 조건을 고려한 실제 구조물의 거동을 반영한 구조해석을 실현시킴으로써 보다 적절한 구조안전성 검토를 가능하게 하여 재해로 인한 구조물의 피해를 경감시킬 수 있으며, 기존의 구조해석에서 고려할 수 없었던 지반 조건을 반영함으로써 구조설계에 있어 보다 합리적인 안전성을 분석할 수 있음은 물론 기상재해로 인한 구조물의 피해를 저감할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실제 크기의 구조물에 대한 현장실험의 한계를 획기적으로 극복할 수 있어 구조 실험이 필요한 설계에 있어 단순한 파이프 구조물뿐만 아니라 다양한 재료와 형태의 구조물에 이용할 수 있는 유용함을 발휘할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지반에 관입되는 형태로 설치되는 파이프 구조물이 지반 조건에 따라 그 구조적 거동이 달라짐을 고려하기 위해 파이프에 하중이 가해졌을 때 발생하는 변위를 용이하게 측정할 수 있고, 지반의 강도를 고려한 구조해석이 가능하다.
본 발명에 따르면, 파이프에 외부하중과 등가인 하중을 재하할 수 있고 단순한 경계조건 설정이 아닌 지반의 조건을 반영한 경계지점의 변화를 직접적으로 측정할 수 있으며, 지반 조건에 따른 경계지점의 이동과 회전에 관한 변화를 반영할 수 있는 특성을 가지고 있어 파이프 구조물의 재해 피해를 저감할 수 있는 구조설계를 위한 효율적 구조 실험을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치를 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치를 나타낸 요부 상세도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치에 있어 측정선의 배열을 설명하기 위해 나타낸 배치도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치에 있어 하판을 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치에 있어 제1와이어와 제2와이어에 하중박스를 설치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치를 현장에 설치한 후 재하하중을 가하여 파이프의 변위를 측정하는 사용상태를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
첨부도면의 도 1 내지 8은 본 발명에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치를 설명하기 위해 나타낸 도면들이다.
본 발명의 실시예에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치(1)는 도 1 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 베이스구조물(100), 파이프(200), 제1와이어(300), 제2와이어(400), 변형측정수단(500)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 베이스구조물(100)은 지면에 안착 배치되는 하판(110)과, 상기 하판(110)의 상면 일측에 결합되어 직립 배치되는 수직지지대(120)로 구비된다.
상기 하판(110)은 지면에 접촉되어 실험장치의 안정된 지지력을 제공하기 위한 구성이고, 상기 수직지지대(120)는 상기 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)와 더불어 변형측정수단(500)을 고정 설치하는 지지수단으로 사용하기 위한 구성이다.
상기 베이스구조물(100)을 형성하는 하판(110)과 수직지지대(120)는 끼움 결합방식이나 체결 조립방식 등 상호간에 분해 조립이 가능하도록 구비함이 바람직하다.
이를 통해, 실험장치에 대해 이동 설치가 가능하도록 구비함으로써 구조 실험 장소를 변경해가며 다양한 지반 조건에서 실험할 수 있게 하는 장점을 제공할 수 있다.
또한, 상기 하판(110)과 수직지지대(120) 상에는 다수의 도르래(600)를 고정 설치하고, 이렇게 설치한 다수의 도르래(600)를 이용하여 일단부가 파이프(200)에 고정되는 제1와이어(300)와 제2와이어(400)를 각각 분리시켜 연결함에 의해 타단부가 수직지지대(120) 상의 상하측에 각각 위치되게 하되, 상기 제1와이어(300)와 제2와이어(400) 중 적어도 하나 이상에 외력을 가함에 의해 지반에 관입시킨 파이프(200) 측에 재하하중을 가할 수 있도록 구성한다.
여기에서, 상기 하판(110)에는 실험 시 큰 하중을 이용할 경우 하판이 한쪽으로 들리거나 기울어지는 것을 방지하기 위해 길이방향의 양측단부에 동일평면상으로 연장 돌출시킨 날개 형태의 걸침대(111)를 구비할 수 있으며, 상기 걸침대(111) 상에 모래주머니 등을 비롯한 중량물을 안착 배치하여 지면 고정력을 높일 수 있도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 수직지지대(120) 상에는 파이프(200)의 반대쪽 방향으로 돌출 및 수평 배치되는 것으로서 상하측에 위치되는 상부지지구(121)와 하부지지구(122)를 고정 설치한다.
이에, 상기 제1와이어(300)에 대해 상부지지구(121)에 고정 설치한 도르래(600)를 타단부가 최종 경유하여 지지 결합되게 설치하고, 상기 제2와이어(400)에 대해 하부지지구(122)에 고정 설치한 도르래(600)를 타단부가 최종 경유하여 지지 결합되게 설치한다.
상기 파이프(200)는 일정 길이를 갖는 것으로서, 상기 베이스구조물(100)을 형성하는 하판(110)의 타측에 위치하여 지반에 관입된 상태로 직립 설치한다.
즉, 상기 파이프(200)는 파이프구조물의 거동에 의한 구조 실험을 수행하기 위한 대상으로 구비된다.
여기에서, 상기 파이프(200)는 지반에 100~1000mm 깊이로 관입될 수 있는데, 파이프구조물에 대한 구조 실험을 위해 파이프의 관입 깊이는 달라질 수 있으며, 때로는 상기한 관입 깊이의 범위를 벗어날 수도 있다 할 것이다.
상기 제1와이어(300)와 제2와이어(400)는 상기 파이프(200)에 재하하중을 가하기 위한 것으로서, 일단부가 파이프(200)에 연결 고정되고 타단부를 베이스구조물(100) 측 수직지지대(120) 상에 지지 결합하여 상하측에 각각 위치되게 설치하는 구성이다.
상기 제1와이어(300)와 제2와이어(400)는 파이프(200)에 작용하는 두 가지 하중을 실험적으로 가하기 위한 것으로서, 각각 파이프 경계지점에서의 휨모멘트 및 수평방향 반력을 일으키는 힘과 파이프의 축방향력을 발생시키기 위한 힘이라 할 수 있다.
여기에서, 상기 제1와이어(300)는 일단부를 파이프(200)에 연결 고정하여 파이프 경계지점에서의 휨모멘트 및 수평방향 반력을 일으키는 힘이 작용하도록 구비하고, 상기 제2와이어(400)는 일단부를 파이프(200)에 연결 고정하여 파이프의 축방향력을 발생시키기 위한 힘이 작용하도록 구비한다.
여기에서, 상기 제1와이어(300)와 제2와이어(400)는 일단부가 파이프(200)에 연결 고정되는 위치 및 베이스구조물(100)의 수직지지대(120) 상에 배치되는 타단부 측 위치가 다르게 설치되며, 다수의 도르래(600)를 경유하는 위치 또한 서로 중복되지 않음은 자명하다 할 것이다.
즉, 상기 제1와이어(300)와 제2와이어(400)를 통해서는 해석하고자 하는 실제 파이프구조물에 외부하중이 작용할 때 경계지점에서 발생하는 하중과 등가인 조건을 만족시킬 수 있도록 설계한 것이다.
또한, 상기 제1와이어(300)와 제2와이어(400)에는 각각 수직지지대(120) 측에 위치되는 타단부에 하중박스(800)를 설치하고, 상기 수직지지대(120) 상에 고정 설치한 도르래(600)를 이용하여 중력방향으로의 무게를 이용할 수 있도록 구비한다.
이때, 상기 하중박스(800) 각각에는 내부에 벽돌이나 중량추 또는 물 등 중량물을 넣음으로써 상기 제1와이어(300)와 제2와이어(400) 중의 적어도 어느 하나에 당김의 외력을 가할 수 있도록 하며, 이를 통해 파이프(200)에 구조 실험을 위한 원하는 재하하중을 가할 수 있도록 구성할 수 있다.
여기에서, 상기 하중박스(800)는 벽돌이나 중량추 또는 물 등 중량물의 적용상태에 따라 형태 및 크기가 달라질 수 있다.
상기 변형측정수단(500)은 상기 제1와이어(300)와 제2와이어(400) 중 적어도 하나 이상을 통해 지반에 관입되어 직립 설치된 상태에 있는 파이프(200)에 구조 실험을 위한 재하하중을 가할 시 발생되는 파이프(200) 측 변형을 측정하기 위한 구성이다.
이를 위해, 상기 변형측정수단(500)은 측정선(510), 경량추(520), 및 측정자(530)를 포함하는 구성을 갖게 할 수 있다.
상기 측정선(510)은 상기 파이프(200)에 일단부가 연결 고정되고 타단부를 수직지지대(120) 상에 고정 설치한 도르래(700)를 경유하여 하향 배치시킨 것으로서, 하나 이상을 설치할 수 있다.
상기 측정선(510)은 상기 파이프(200)의 움직임에 영향을 미치지 않도록 경량인 실로 구성하며, 상기 도르래(700)를 이용하여 하중 방향으로의 파이프(200) 변위를 수직방향으로 바꾸어줄 수 있도록 설치한다.
바람직하게, 상기 측정선(510)은 회전변화측정선(511)과 변위측정선(512)으로 구비할 수 있다.
상기 회전변화측정선(511)은 상기 파이프(200)와 수직지지대(120)의 사이에 횡(橫) 방향 배치되어 연결 고정되는 것으로서, 상측에서 하측 방향을 향하여 일정 간격으로 2개 이상의 다수가 배열되고, 파이프 경계지점에서의 회전 변화를 측정하기 위한 구성이다.
이때, 상기 회전변화측정선(511)은 도시한 바와 같이, 상측에서 하측 방향으로 4개의 측정선을 간격 배열하되, 30cm 간격으로 설치할 수 있다.
상기 변위측정선(512)은 상기 파이프(200)와 수직지지대(120)의 사이에 횡(橫) 방향 배치되어 연결 고정되는 것으로서, 상기 회전변화측정선(511)의 아래 경계지점에 1개가 배치되고, 파이프 경계지점의 이동 변위를 측정하기 위한 구성이다.
상기 경량추(520)는 상기 측정선(510)의 하향 배치된 타단부에 고정 결합되어 지반에 관입되어 직립 설치된 상태에 있는 파이프(200)의 거동에 의한 변형에 따라 하측 방향으로 이동하도록 구비한다.
상기 경량추(520)는 납추를 비롯하여 다양한 금속 소재로 만든 금속추를 사용할 수 있다.
상기 측정자(530)는 상기 베이스구조물(100)의 수직지지대(120) 상에 고정 설치되고, 지반에 관입되어 직립 설치된 상태에 있는 파이프(200)의 변형을 측정하기 위한 눈금이 형성된다.
즉, 상기 변형측정수단(500)은 상기 경량추(510)가 고정 결합된 측정선(510)에 대해 파이프(200)에 일단부를 연결 고정하고 도르래(700)를 경유하도록 배치되며, 상기 도르래(700)를 이용하여 하중 방향으로의 파이프(200) 변위를 수직방향으로 바꾸어주도록 설치함으로써 경량추(520)가 하측 방향으로 수직 이동한 만큼을 측정자(530)의 눈금을 통해 확인하여 지반에 관입된 파이프(200)의 변형을 측정할 수 있도록 설계한 것이다.
이와 같은 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치(1)의 사용상태를 설명하면 다음과 같다.
하중박스(800)에 벽돌이나 중량추 또는 물 등의 중량물을 채워감으로써 제1와이어(300)와 제2와이어(400) 중의 적어도 어느 하나 또는 모두에 중력방향으로의 무게를 인가한다.
이렇게 중량물을 이용하여 제1와이어(300)와 제2와이어(400) 중의 적어도 어느 하나 또는 모두에 하중을 가하면, 지반에 관입되어 직립된 상태에 있는 파이프(200)에 재하하중을 가한다.
제1와이어(300)와 제2와이어(400) 중의 적어도 어느 하나 또는 모두로부터 가해지는 재하하중에 의해 파이프(200) 측 거동이 발생되면, 파이프(200)에 연결된 측정선(510)이 움직이게 되고 이에 결합된 경량추(520)가 파이프(200)의 거동에 의한 변형량 만큼 하측 방향으로 이동한다.
이때, 경량추(520)가 하측 방향으로 이동한 만큼을 측정자(530)의 눈금을 통해 확인하면 된다.
이를 통해 지반에 관입되어 직립 상태에 있던 파이프(200)의 변형을 간단하게 측정할 수 있다.
이에 따라, 지반의 강도를 고려한 구조해석을 수행할 수 있고, 단순한 경계조건 설정이 아닌 지반의 조건을 반영한 경계지점의 변화를 직접적으로 측정할 수 있으며, 특히 지반 조건에 따른 경계지점의 이동과 회전에 관한 변화를 반영할 수 있어 파이프 구조물의 재해 피해를 저감할 수 있는 구조설계를 위한 효율적 구조 실험을 수행할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8에서는 본 발명에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치를 현장에 설치하여 실험을 수행한 사용상태를 보여주고 있는데, 도 7의 (b)에서 하중을 증가시킴에 따라 파이프가 하중 방향으로 끌려 변위가 발생한 상태를 보여주고 있고, 도 8의 (a)에서 하중을 가함에 따라 지반 경계지점의 변화가 발생한 상태를 보여주고 있으며, 도 8의 (d)에서 측정선과 경량추를 이용하여 파이프 측 변위를 측정하는 상태를 보여주고 있다.
즉, 본 발명에 따른 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치를 통해 지반 경계지점의 변화를 직접적으로 측정할 수 있음을 보여주고 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니다 할 것이며, 본 발명을 통해 설명되는 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 권리범위 안에 속한다 할 것이다.
100: 베이스구조물 110: 하판
120: 수직지지대 200: 파이프
300: 제1와이어 400: 제2와이어
500: 변형측정수단 510: 측정선
520: 경량추 530: 측정자
600,700: 도르래 800: 하중박스

Claims (12)

  1. 지면에 안착 배치되는 하판과, 상기 하판의 상면 일측에 결합되어 직립 배치되는 수직지지대로 이루어진 베이스구조물;
    상기 하판의 타측에 위치하여 지반에 관입된 상태로 직립 설치되는 파이프;
    상기 파이프에 재하하중을 가하기 위한 것으로서, 일단부가 파이프에 연결 고정되고 타단부를 수직지지대 상에 지지 결합하여 상하측에 각각 위치시킨 제1와이어 및 제2와이어;
    상기 제1와이어와 제2와이어 중 적어도 하나 이상을 통해 파이프에 재하하중을 가할 시 발생되는 파이프 측 변형을 측정하기 위한 변형측정수단; 을 포함하되,
    상기 변형측정수단은,
    상기 파이프에 일단부가 연결 고정되고, 타단부를 수직지지대 상에 고정 설치한 도르래를 경유하여 하향 배치시킨 하나 이상의 측정선;
    상기 측정선의 하향 배치된 타단부에 고정 결합되어 파이프의 변형에 따라 하측 방향으로 이동하도록 구비되는 경량추;
    상기 수직지지대 상에 고정 설치되고, 파이프의 변형을 측정하기 위한 눈금이 형성된 측정자; 를 포함하고,
    상기 측정선은,
    상기 파이프와 수직지지대의 사이에 횡(橫) 방향 배치를 갖는 것으로서, 상측에서 하측 방향을 향하여 일정 간격으로 2개 이상의 다수가 배열되고, 파이프 경계지점에서의 회전 변화를 측정하기 위한 회전변화측정선;
    상기 파이프와 수직지지대의 사이에 횡(橫) 방향 배치를 갖는 것으로서, 상기 회전변화측정선의 아래 경계지점에 1개가 배치되고, 파이프 경계지점의 이동 변위를 측정하기 위한 변위측정선; 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1와이어 및 제2와이어는,
    상기 하판과 수직지지대 상에 다수의 도르래를 고정 설치하고 상기 도르래를 이용하여 제1와이어와 제2와이어를 각각 분리시켜 연결함에 의해 타단부가 수직지지대 상의 상하측에 각각 위치되게 하되,
    상기 제1와이어와 제2와이어 중 적어도 하나 이상에 외력을 가함에 의해 파이프에 재하하중을 가하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 경량추가 고정 결합된 측정선은, 파이프의 움직임에 영향을 미치지 않도록 경량인 실로 구성하며,
    상기 도르래를 이용하여 하중 방향으로의 파이프 변위를 수직방향으로 바꾸어주도록 설치함으로써 경량추가 수직 이동한 만큼을 측정자를 통해 확인하여 파이프의 변형을 측정하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하판과 수직지지대는,
    상호간에 분해 조립이 가능하도록 구비하여 이동 설치가 가능하도록 함으로써 구조 실험 장소를 변경해가며 다양한 지반 조건에서 실험할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제1와이어와 제2와이어에는 각각 타단부에 하중박스를 설치하고 도르래를 이용하여 중력방향으로의 무게를 이용할 수 있도록 구비하며,
    상기 하중박스 각각에는 내부에 중량물을 넣어 파이프에 재하하중을 가할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 하판에는 실험 시 큰 하중을 이용할 경우 하판이 한쪽으로 들리거나 기울어지는 것을 방지하기 위해 길이방향의 양측단부에 동일평면상으로 연장 돌출시킨 날개 형태의 걸침대를 구비하고,
    상기 걸침대에 모래주머니를 비롯한 중량물을 안착 배치하여 지면 고정력을 높일 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 회전변화측정선은,
    상측에서 하측 방향으로 4개의 측정선을 간격 배열하되, 30cm 간격으로 설치하는 것을 특징으로 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 수직지지대 상에는 파이프의 반대쪽 방향으로 돌출 및 수평 배치되는 것으로서 상하측에 위치되는 상부지지구와 하부지지구를 고정 설치하되,
    상기 제1와이어는 상부지지구에 고정 설치한 도르래를 타단부가 최종 경유하여 지지 결합되게 구비하고,
    상기 제2와이어는 하부지지구에 고정 설치한 도르래를 타단부가 최종 경유하여 지지 결합되게 구비하는 것을 특징으로 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 파이프는,
    지반에 100~1000mm 깊이로 관입되는 것을 특징으로 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 경량추는,
    납추를 비롯한 금속으로 만든 추인 것을 특징으로 하는 지반 조건을 반영한 파이프 구조물의 구조 실험장치.
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