KR102395016B1 - 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 거푸집을 지지하는데 사용하는 동바리의 붕괴 위험을 모니터링 하기 위한 것으로, 동바리에 부착되는 센서부; 상기 센서부로부터 생성된 데이터를 단말기에 전송하는 데이터 전송부; 및 필요시 상기 데이터를 작업장에 알리는 알람부를 포함하는 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따르면, 콘크리트 타설 중 동바리의 상태를 모니터링이 가능하므로 동바리의 붕괴를 사전에 예방할 수 있다.

Description

콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 시스템 및 방법 {System for real-time monitoring collapse risk of support and Method thereof}

본 발명은 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 콘크리트 타설 중 거푸집의 지지에 사용되는 동바리의 붕괴 위험을 실시간 모니터링 하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 건축 구조물은 거푸집을 설치하여 구조물의 틀을 형성하고, 거푸집의 내측에 콘크리트를 타설, 양생하여 골조를 완성한다.

이러한 거푸집은 동바리 등을 통해 지지되는데 종래에는 동바리의 수평, 수직을 관리자가 직접 육안으로 확인하는 것이 일반적이었다.

하지만, 콘크리트 타설 중 거푸집 동바리가 붕괴되면 콘크리트 타설 작업 인원 및 관리자들의 인명피해가 매우 큰 문제가 있기에 거푸집 동바리의 붕괴 예측은 매우 중요한 이슈이며, 그 예측을 위한 몇가지 선행기술이 개시된 바 있다.

한국등록특허 10-1028136에서는 사진 측량 기반의 변위를 측정해서 구조물의 재해경보를 제공하는 기술이 제시되었으나 사진을 분석하는 것만으로는 즉각적인 대응이 어려운 측면이 있다.

또한, 한국공개특허 10-2017-0109986에서는 동바리에 부착되는 구조물 안전 계측장치를 이용하여 구조물의 안전을 계측하는 시스템에 대해 제안하였으나 구조물의 변위와 하중을 계측하는 기구적인 제안으로 보다 구체적인 분석을 제시하지 못한 문제점이 있다.

한국등록특허 10-1028136 (2011.04.01) 한국공개특허 10-2017-0109986 (2017.10.10)

본 발명의 목적은 거푸집을 지지하는 동바리의 붕괴 위험을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 동바리 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 시스템은 거푸집을 지지하는데 사용하는 동바리의 붕괴 위험을 모니터링 하기 위한 것으로, 동바리에 부착되는 센서부; 상기 센서부로부터 생성된 데이터를 단말기에 전송하는 데이터 전송부; 및 필요시 상기 데이터를 작업장에 알리는 알람부를 포함한다.

또한, 상기 센서부는, 동바리와의 결합을 위해 체결장치를 더 구비하되, 상기 체결장치는, 타설된 콘크리트로부터 상기 센서부를 보호하기 위한 커버수단; 상기 센서부를 동바리에 부착하기 위해 자력으로 탈착이 가능하도록 구비되는 부착수단; 및 상기 센서부가 동바리에서 분리되는 것을 방지할 수 있는 잠금수단을 포함할 수 있다.

아울러, 상기 알람부는, 필요시 사전에 설정한 위치로 자동비행하여 근로자들에게 알람신호를 전달하는 알람용 드론을 더 포함할 수 있다.

나아가, 상기 데이터는, 안전단계, 주의단계, 위험단계 및 붕괴단계의 정보를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 방법은 거푸집을 지지하는데 사용하는 동바리의 붕괴 위험을 모니터링 하기 위한 것으로, 동바리에 부착된 센서부가 감지한 데이터를 분석하여 동바리의 거동에 따라 안전단계, 주의단계, 경고단계 및 중지단계를 구분하여 정보를 제공한다.

여기서, 상기 센서부는 경사계를 포함하고, 상기 데이터는 다음과 같이 정의되는 경사각 산출식 및 가새보강율을 기반으로 하여 제공될 수 있다.

Y = -a*ln(X) + b (X: 가새보강율, Y: 경사각)

(가새보강율) = (평면상 가새가 설치된 동바리 부재의 개수) / (평면상 전체 동바리 부재의 개수) * 100

또한, 상기 중지단계는, a = 0.23~0.24, b = 1.99~2.0의 범위이고, 상기 경고단계는, a = 0.13~0.14, b = 1.2~1.25의 범위이고, 상기 주의단계는, a = 0.003~0.01, b = 0.5~0.55의 범위일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 시스템 및 방법에 의하면,

첫째, 콘크리트 타설 중 동바리의 상태를 모니터링이 가능하므로 동바리의 붕괴를 사전에 예방할 수 있다.

둘째, 데이터 전송부가 안전단계, 주의단계, 위험단계 및 붕괴단계의 정보를 포함하여 적극적인 모니터링이 가능하다.

셋째, 체결장치에 구비된 부착수단의 자력으로 일단 임시로 동바리에 위치를 정하고, 잠금수단에 의해 완전한 체결이 이루어진다.

넷째, 알람부의 알람용 드론이 소음이 심한 작업장의 근로자들이 알람을 인지할 수 있도록 사전에 설정해 놓은 위치로 자동비행하여 근로자들에게 경광등 및 사이렌으로 위험을 즉시 알리게 된다.

다섯째, 구체적인 데이터 수집 및 확보를 위해 경사각 산출식 및 가새보강율을 기반으로 하여 데이터가 제공되므로 정확한 정보의 수집이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 시스템에 사용되는 체결장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 가새보강율을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예로 동바리의 가새보강율 변화에 따른 부재의 거동 특성을 실험한 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 동바리의 가새보강율에 따른 실험체의 실험 결과 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 동바리의 가새보강율에 따른 관리한계 4단계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 동바리의 관리한계치를 나타낸 표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 시스템의 개념도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 시스템에 사용되는 체결장치의 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 시스템은 거푸집을 지지하는데 사용하는 동바리의 붕괴 위험을 모니터링 하기 위한 것으로, 센서부(100), 데이터 전송부(200) 및 알람부(300)를 포함한다.

센서부(100)는 동바리에 부착되며, 본 실시예에서는 경사계를 예로 들어 설명한다. 또한, 센서부(100)는 동바리와의 결합을 위해 체결장치(400)를 더 구비한다.

체결장치(400)는 커버수단(410), 부착수단(420) 및 잠금수단(430)을 포함한다. 커버수단(410)은 타설된 콘크리트로부터 센서부(100)를 보호하기 위한 것이다. 부착수단(420)은 센서부(100)를 동바리에 부착하기 위해 자력으로 탈착이 가능하도록 구비된다. 잠금수단(430)은 센서부(100)가 동바리에서 분리되는 것을 방지할 수 있는 시건장치이다.

즉, 부착수단(420)의 자력으로 일단 임시로 동바리에 위치를 정하고, 잠금수단(430)에 의해 완전한 체결이 이루어진다. 체결장치(400)는 동바리에 센서부(100)를 손쉽게 설치하기 위한 장치로서 이용할 경우 손쉽게 동바리와 직각 방향으로 설치가 가능하고, 부착수단(420)에 자석이 부착되어 있어 고소 작업시 한 손 작업이 가능하다. 예를 들면, 체결장치(400)의 크기는 장변 x 단변 x 높이가 100mm x 71mm x 30mm가 될 수 있고, 잠금수단(430)은 원터치 방식을 이용하여 고정하게 된다.

데이터 전송부(200)는 센서부(100)로부터 생성된 데이터를 단말기(T)에 전송하며, 알람부(300)는 필요시 데이터를 작업장에 알리는 역할을 한다. 데이터는 후술하는 것처럼 안전단계, 주의단계, 위험단계 및 붕괴단계의 정보를 포함한다.

데이터 전송부(200)는 무선으로 게이트웨이까지 초당 1회의 데이터를 보낼 수 있고, 노트북 등 단말기(T)에서 실시간 데이터를 확인할 수 있다.

알람부(300)는 필요시 사전에 설정한 위치로 자동비행하여 근로자들에게 알람신호를 전달하는 알람용 드론을 포함할 수 있다. 즉, 관리치를 초과할 경우 경고 메시지가 단말기(T) 화면에 표시되고, 소음이 심한 작업장의 근로자들이 알람을 인지할 수 있도록 사전에 설정해 놓은 위치로 알람용 드론이 자동비행하여 근로자들에게 경광등 및 사이렌으로 위험을 즉시 알리게 된다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 방법은 거푸집을 지지하는데 사용하는 동바리의 붕괴 위험을 모니터링 하기 위한 것으로, 동바리에 부착된 센서부(100)가 감지한 데이터를 분석하여 동바리의 거동에 따라 안전단계, 주의단계, 경고단계 및 중지단계를 구분하여 정보를 제공한다.

여기서, 센서부(100)는 경사계이고, 상기 데이터는 다음과 같이 정의되는 경사각 산출식 및 가새보강율을 기반으로 하여 제공된다.

(가새보강율) = (평면상 가새가 설치된 동바리 부재의 개수) / (평면상 전체 동바리 부재의 개수) * 100

도 3은 본 발명의 가새보강율을 설명하기 위한 개념도이다.

도 3을 참조하여 예를 들면, 평면상 17개의 동바리 부재를 가진 경우, 가새가 설치된 동바리 부재 개수가 0, 1, 2, 3, 4일 경우의 가새 보강율이 각각 0, 6, 12, 18, 24%임을 나타낸다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예로 동바리의 가새보강율 변화에 따른 부재의 거동 특성을 실험한 사진, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 동바리의 가새보강율에 따른 실험체의 실험 결과 그래프이다.

시스템 동바리의 붕괴 성능 실험 결과 가새 보강량에 따라 부재의 거동 특성 및 성능이 다름을 확인하였다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 각 그래프는 가새보강율이 0%, 6% 12%, 18%, 24%, 35%, 47%, 71%, 100%인 실험체의 실험 결과이다.

0% 가새보강율을 갖는 실험체, 즉 무보강 실험체는 최대하중이 도달하기 전까지 거의 경사각 변화가 없다가 최대 하중 도달 이후 순식간에 경사각이 변하는 것을 확인하였다. 즉 무보강 실험체는 붕괴 이전에 사전 예방이 어려울 수 있음을 알 수 있다.

반면 최소한의 가새 부재를 배치한 6% 이상의 보강된 시스템인 경우 최대 하중 도달 전까지 경사각이 뚜렷이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 현장에서 경사각의 변화를 모니터링할 경우 경사각의 변화를 감지하여 붕괴 전에 사전에 경고가 가능할 것으로 판단된다.

실험 결과로부터 붕괴 예방을 위한 단계를 수립하기 위해 최대하중에 도달 하기 전에 경사각의 변화가 어떻게 변하는지 살펴보았다. 그 결과 앞서 언급한 바와 같이 0% 가새 보강 실험체는 최대하중까지 경사각 변화가 너무 작고 기본 타입의 보강 상세보다 모자란 6%~18% 실험체인 경우 최대 하중 도달 시의 경사각이 약 1.5도였으며 최대 하중의 50% 정도에선 약 0.5도로 계측되었다. 기본 타입인 24% 보강 실험체는 최대 하중 도달 시 경사각이 약 1.1도였으며 최대 하중의 50% 정도에선 약 0.4도로 계측되었다. 보강량이 35%~71%인 실험체인 경우 최대 하중 도달 시 경사각이 약 1도 최대 하중의 50%에서는 0.45도로 계측되었다. 마지막으로 보강량이 100%인 실험체인 경우 최대 하중 도달 시 경사각이 약 0.9도 최대 하중의 50인 경우 약 0.4도로 계측되었다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 동바리의 가새보강율에 따른 관리한계 4단계를 나타낸 그래프, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 동바리의 관리한계치를 나타낸 표이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 앞서 실험 결과를 바탕으로 붕괴 관리를 위한 관리한계치를 설정하였다. 관리한계치는 총 4단계로 구분하여 안전단계, 주의단계, 경고단계, 중지 단계로 구분하였다.

주의단계는 특별히 콘크리트 타설 진행에 변동없이 경사각의 경과를 주의하여 지속적으로 모니터링하는 단계이다. 경고단계는 타설 진행에 관여하여 타설 속도나 방향 위치 등을 조정하는 단계이다. 중지단계는 타설 진행을 멈추고 경사각이 계속 증가하면 바로 대피 조치를 취하는 단계이다.

각 단계의 관리한계치는 앞서 최대 하중 도달 비에 따라 구분하였다. 주의단계 시작점은 최대하중의 약 25% 하중 도달 시의 경사각으로 선정하였으며 경고단계 시작점은 최대하중의 50% 하중 도달 시의 경사각으로 선정하였다. 중지단계 시작점은 최대하중의 75% 하중 도달 시의 경사각으로 선정하였다. 그리고 각 단계의 해당 경사각은 가새 보강량에 따라 변동되도록 설정하였다.

실험 결과로 가새 보강율에 따른 관리한계 경사각 산출식을 다음과 같이 도출하였다.

Y = -a*ln(X) + b (X: 가새보강율, Y: 경사각)

또한, 중지단계는, a = 0.23~0.24, b = 1.99~2.0의 범위이고, 경고단계는, a = 0.13~0.14, b = 1.2~1.25의 범위이고, 주의단계는, a = 0.003~0.01, b = 0.5~0.55의 범위일 수 있다. 더 구체적으로는 중지단계는, a = 0.235, b = 1.994이고, 경고단계는, a = 0.138, b = 1.2191이고, 주의단계는, a = 0.005, b = 0.5121 정도일 수 있다.

더 구체적으로는 도 9에 도시된 것처럼, 가새보강율에 따라 관리한계치를 각도로 표시할 수 있다.

이렇게, 본 발명에 따르면, 콘크리트 타설 진행에 따라 안전단계, 주의단계, 경고단계, 중지단계의 정보를 통해 동바리의 붕괴를 예측하여 모니터링이 가능하다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100...센서부
200...데이터 전송부
300...알람부
400...체결장치

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 거푸집을 지지하는데 사용하는 동바리의 붕괴 위험을 모니터링 하기 위한 것으로,
   동바리에 부착된 센서부가 감지한 데이터를 분석하여 동바리의 거동에 따라 안전단계, 주의단계, 경고단계 및 중지단계를 구분하여 정보를 제공하고,
   상기 센서부는 경사계를 포함하고,
   상기 데이터는 다음과 같이 정의되는 경사각 산출식 및 가새보강율을 기반으로 하여 제공되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 방법.
   Y = -a*ln(X) + b (X: 가새보강율, Y: 경사각)
   (가새보강율) = (평면상 가새가 설치된 동바리 부재의 개수) / (평면상 전체 동바리 부재의 개수) * 100
6. 삭제
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 중지단계는, a = 0.23~0.24, b = 1.99~2.0의 범위이고,
   상기 경고단계는, a = 0.13~0.14, b = 1.2~1.25의 범위이고,
   상기 주의단계는, a = 0.003~0.01, b = 0.5~0.55의 범위인 것을 특징으로 하는 콘크리트 타설 중 실시간 동바리 붕괴 위험 모니터링 방법.

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