KR102543687B1 - 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치는, 균열을 이용한 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치에 있어서, 시험블록의 내부에 배치되는 내부보강판; 상기 내부보강판과 결합되어 상기 시험블록의 종방향으로 배치되는 강봉; 및 상기 강봉의 적어도 일 단에 결합되어, 상기 강봉에 하중을 전달하는 하중유닛;을 포함할 수 있고, 상기 내부보강판은 상기 시험블록의 횡방향 균열을 도입하고자 하는 위치에 배치될 수 있다.

Description

내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치{SEISMIC PERFORMANCE EVALUATION DEVICE}
아래의 실시예들은 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치에 관한 것이다.
최근 건축물의 보수보강 및 리모델링 시 중량물 및 구조 부재를 콘크리트에 정착 또는 부착시키거나, 기계, 배관, 댐퍼 등 건설 및 원자력 분야의 건축비구조요소를 고정하는데 시공의 유연성 및 용이성으로 후설치 앵커(기계식, 부착식)의 사용량이 점점 증가하고 있다. 하지만, 최근 2016년 경주 지진과 2017년 포항지진으로 비구조요소의 정착부 앵커 손상으로 인한 전도, 낙하 등의 피해가 발생되고 있다.
비구조요소 정착부의 콘크리트에 설치되는 후설치 앵커의 뽑힘 인장강도, 부착강도, 전단강도는 KDS 14 20 54의 규정에 따라 모의 지진하중 시험에 근거하여 평가되어야 하며, 공인시험기관의 인증서에 의해 공개된 것이어야 한다. 또한 앵커를 설계할 때 지진 하중이 포함되는 경우, KDS 14 20 54의 4.1절 (3)항에 따라 후설치 앵커는 균열 콘크리트에 사용하기 위한 검증이 필요하며, 모의 지진하중 시험을 통과하여야 한다.
지진하중이 포함되는 경우에는 모의 지진하중 시험을 필수적으로 수행하여야 하나, 내진성능 평가를 위한 균열콘크리트에 관한 절차 및 방법은 국내에서 표준화되어 있지 못한 실정이다. 이로 인하여 시험기관별로 시험품질의 균질성 및 신뢰성이 저해될 수 있다.
이에, 후설치 앵커를 검증하기 위한 관련 기술 및 연구가 개발되고 있다.
KR 공개특허공보 제2012-0103197호에 헬리컬 바아를 이용한 교각부 내진보강 구조가 개시되어 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시예에 따른 목적은, 균열콘크리트에 대한 사용조건 시험이 가능한 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은, 후설치 앵커의 내진성능검증을 위한 균열콘크리트 생성 및 콘크리트 균열의 생성, 균열폭 제어 및 유지를 위한 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은, 앵커에 대한 성능평가를 위한 표준시험방법 및 시험인증체계의 개선이 가능한 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치는, 균열을 이용한 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치에 있어서, 시험블록의 내부에 배치되는 내부보강판; 상기 내부보강판과 결합되어 상기 시험블록의 종방향으로 배치되는 강봉; 및 상기 강봉의 적어도 일 단에 결합되어, 상기 강봉에 하중을 전달하는 하중유닛;을 포함할 수 있고, 상기 내부보강판은 상기 시험블록의 횡방향 균열을 도입하고자 하는 위치에 배치될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 내부보강판은 복수 개로 구성될 수 있고, 상기 강봉이 복수의 내부보강판들 각각에 결합될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 내부보강판은 H형상 또는 I 형상을 가지고, 상기 내부보강판의 돌출된 부분 사이에서 상기 시험블록의 균열이 발생할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 내부보강판과 상기 강봉을 체결하기 위한 커플러를 더 포함하고, 상기 내부보강판과 체결된 상기 커플러를 분리함으로써 이웃하는 상기 내부보강판들의 분리가 가능할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 하중유닛은, 상기 강봉의 일 단에 마련되고, 상기 강봉을 밀거나 당기는 유압부재; 및 상기 강봉의 타 단에 마련되어 상기 강봉을 고정하는 지그;를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 균열의 정도 또는 폭을 측정하거나 상기 하중유닛의 작동을 제어하는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제어유닛은, 상기 균열의 길이, 폭 또는 깊이를 측정하는 센서를 포함하고, 상기 센서는 레이저, 적외선, 자외선과 같은 광의 입사와 반사로부터 변위를 측정하는 광센서형 변위측정기, 와이어형 변위측정기, LVDT형 변위측정기를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 센서는 상기 균열 상에 설치된 앵커를 사이에 두고 복수 개로 설치되고, 상기 제어유닛은 상기 균열이 설정 범위 내에 있도록 상기 하중유닛을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치는 균열콘크리트에 대한 사용조건 시험이 가능하다.
일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치는 후설치 앵커의 내진성능검증을 위한 콘크리트의 균열 생성 및 균열폭 제어를 할 수 있다.
일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치는 앵커에 대한 성능평가를 위한 표준시험방법 및 시험인증체계의 개선이 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 2a는 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치의 투영도를 나타낸다.
도 2b는 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치의 내부도를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치의 내부보강판을 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치의 강봉 및 커플러를 나타낸다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정하는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안 된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)를 개략적으로 나타낸다. 도 2a는 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)의 투영도를 나타낸다. 도 2b는 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)의 내부도를 나타낸다. 도 3은 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)의 내부보강판(100)을 나타낸다. 도 4는 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)의 강봉(200) 및 커플러(300)를 나타낸다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)는, 시험블록(B)의 내부에 배치되는 내부보강판(100), 내부보강판(100)과 결합되어 시험블록(B)의 종방향으로 배치되는 강봉(200), 및 강봉(200)의 적어도 일 단에 결합되어 강봉(200)에 하중을 전달하는 하중유닛(400)을 포함할 수 있다.
시험블록(B)은 길쭉한 콘트리트 블록일 수 있으며, 시험블록(B) 상에 앵커가 설치되어 앵커에 외부 힘이 작용하면 부서지거나 파손됨이 덜해지도록, 철근을 설계에 맞추어 배근한 콘크리트 구조물로 구성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)의 하중유닛(400)은 균열이 없는 상태의 시험블록(B)에 하중을 가하거나 시험블록(B)을 당김으로써, 콘크리트 등의 시험블록(B) 상에 균열을 발생시킬 수 있다.
일 예로, 하중유닛(400)은, 시험블록(B) 내부에 설치된 강봉(200)의 일 단에 마련되고 강봉(200)을 밀거나 당기는 유압부재(410), 및 시험블록(B) 내부의 강봉(200)의 타 단에 마련되어 강봉(200)을 고정하는 지그(420)를 포함할 수 있다. 하중유닛(400)은, 이에 제한되지 않고, 시험블록(B)을 밀거나 잡아당기는 형태의 임의의 외력장치로 구성될 수 있다.
도 2a는 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)의 시험블록(B)에 균열(C)이 도입된 상태를 나타낸다. 내부보강판(100)은, 도 2a에 도시된 바와 같이, 시험블록(B)의 횡방향 균열(C)을 도입하고자 하는 위치에 배치될 수 있다.
내부보강판(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 앵커 성능검증 시험시 콘크리트 파괴가 발생되는 투영면적에 균열(C)을 도입하기 위하여, H형상 또는 I 형상을 가질 수 있다. 내부보강판(100)의 돌출된 부분 사이에서 시험블록(B)의 균열(C)이 발생할 수 있다. 내부보강판(100)의 두께는 콘크리트 내부에서 파괴가 발생하지 않는 두께로 적용될 수 있다. 일 예로, 내부보강판(100)의 재료는 강재로 이용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 내부보강판(100)의 측에 커플러(300)를 체결하기 위한 구멍들이 구비될 수 있다. 내부보강판(100)은 복수 개로 구성될 수 있으며, 복수 개의 내부보강판(100)들이 시험블록(B) 사에 종방향으로 배열될 수 있다.
일 예로, 내부보강판(100)들이 복수 개로 구비됨으로써, 순차적으로 복수회의 실험이 가능할 수 있다. 즉, 시험블록(B) 내부에서 앞 단의 내부 보강판에서 균열(C)을 발생시키고 후설치 앵커의 내진성능평가가 끝나면, 앞 단과 연결된 커플러(300)를 풀고, 그에 따라 앞 단 쪽의 강봉(200)이 풀릴 수 있다. 이어서, 그 다음 단의 내부보강판(100)에서 균열(C)을 발생시키고, 거기서 후설치 앵커 설치해서 실험하고, 이어서, 그 단에 연결된 커플러(300)를 풀고, 그에 따라 그 단의 강봉(200)이 풀릴 수 있다. 이와 같이, 앞 단으로부터, 단들을 따라 전술한 과정이 연속적으로 반복될 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)는, 강봉(200), 및 내부보강판(100)과 강봉(200)을 체결하기 위한 커플러(300)를 포함할 수 있다. 내부보강판(100)과 체결된 커플러(300)가 서로 분리됨으로써 이웃하는 내부보강판(100)들의 분리가 가능할 수 있다.
하중유닛(400)으로부터 길이방향으로 외력을 전달하는 강봉(200)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 커플러(300)에 삽입되어 내부보강판(100)에 접합될 수 있다. 복수 개의 강봉(200)들이 복수의 내부보강판(100)들 각각에 결합될 수 있다. 일 예로, 강봉(200)의 재료는 고강도 탄소강으로 이용될 수 있다.
내부보강판(100)은 길이방향으로 설치된 강봉(200)에 의하여 하중을 받으며, 내부보강판(100)에 가해지는 하중은 휨 또는 인장응력으로 콘크리트에 인장력으로 전달된다.
일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)는, 균열(C)의 폭, 크기 등 균열(C)의 정도를 측정하거나 하중유닛(400)의 작동을 제어하는 제어유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다.
제어유닛은, 균열(C)의 길이, 폭 또는 깊이를 측정하는 센서를 포함할 수 있다. 센서는 레이저, 적외선, 자외선과 같은 광의 입사와 반사로부터 변위를 측정하는 광센서형(비접촉식), 와이어 변위계, LVDT형 변위계 등이 사용될 수 있는 접촉식 계측기 등이 사용될 수 있다.
센서는 균열(C)이 발생하는 내부보강판(100)들이 도입된 위치에 설치될 수 있다. 또는, 센서는 시험블록(B)의 균열(C) 상에 설치된 앵커를 사이에 두고 복수 개로 설치될 수 있다. 기본적으로, 센서는 앵커가 설치되는 양쪽으로 2곳 이상에 설치되면서, 균열(C)의 폭에 대한 데이터를 평균적인 값으로 수집할 수 있다. 센서는 균열(C)이 발생된 위치의 시험블록(B) 외면에 부착되어 길이방향의 이동을 검출하기 위한 기준점 기능을 수행할 수 있다.
제어유닛은 이 균열(C)을 센서로 감지하면서, 균열(C)이 설정 범위 내에 있거나 유지되도록 하중유닛(400)을 제어할 수 있다. 즉, 제어유닛은 하중유닛(400)으로 시험블록(B)을 당기거나 밀도록 제어하면서, 시험블록(B)의 균열(C)의 폭, 크기를 유지할 수 있다. 예를 들어, 제어유닛은 발생된 균열(C)을 0.3mm 또는 0.5mm로 유지할 수 있다.
이하, 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)의 작동 방식을 후술한다.
내진성능평가를 실시하고자 하는 시험블록(B)을 마련한다. 길쭉한 형태의 시험블록(b) 내부에 종방향으로 복수 개의 내부보강판(100)들을 설치하며, 내부보강판(100)들 상에 구비된 커플러(300)를 통하여 내부보강판(100)들 사이에 강봉(200)들로 연결한다.
이후, 시험블록(B)의 양 단에 하중유닛(400)을 배치한다. 시험블록(B)의 일 단에서는, 내부에 설치된 강봉(200)의 일 단에 연결되고, 강봉(200)을 밀거나 당기는 유압부재(410)가 마련된다. 시험블록(B)의 타 단에서는, 내부에 설치된 강봉(200)의 타 단에 연결되고, 강봉(200)을 고정하는 지그(420)가 마련된다.
그 다음, 제어유닛을 통하여, 하중유닛이 시험블록(B)에 하중을 강하면서, 밀거나 당김으로써 내부보강판(100)들이 도입된 위치에 균열(C)이 발생시키도록 한다. 이때, 제어유닛은 미리 설정된 값으로 균열(C)의 폭, 크기가 일정하게 유지될 수 있도록 하중유닛을 제어할 수 있다. 이를 통해, 균열(C)의 정도를 제어함으로써, 내진성능평가에 관한 데이터가 획득될 수 있다.
일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)는 후설치 앵커 내진성능검증의 사용조건 시험(service condition test) 항목 중 모의 지진 전단/인장시험에 적용되는 콘크리트의 균열(C)을 생성 및 유지할 수 있으며, 앵커의 내진성능평가에 적용될 수 있다.
일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)를 통하여, 국내업체의 신제품 및 신기술을 개발할 시 앵커의 성능평가를 위한 시험방법 및 국내 시험기준에 기여하여, 국내업체의 기술 및 제품개발이 용이하도록 할 수 있으며, 균열콘크리트에 대한 사용조건 시험이 가능하게 할 수 잇다.
콘크리트용 앵커설계기준과 같이 설계기준은 제시되어 있는 가운데, 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)를 통하여, 앵커에 대한 성능평가를 위한 표준시험방법 및 시험인증체계의 개선이 가능할 수 있다.
내진성능평가 대상인 후철시 앵커는 시공된 후의 콘크리트 상에 설치되며, 바람 등에 간판이 흔들리는 등, 외부의 지속적인 자극에 의하여 앵커가 빠질 수 있다. 이에, 내진 성능 평가를 할 때, 불리한 조건에서 실험이 시행될 필요가 있으며, 일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)를 통하여, 콘크리트에 균열(C)이 있는 상태에서 실험이 시행됨으로써, 내진성능평가에 대한 데이터가 획득될 수 있다.
일 실시예에 따른 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치(10)는 콘크리트 등 시험블록(B)의 변위량 측정 및 하중유닛(400) 컨트롤러 구성이 단순하여 설치가 간단할 수 있으며, 장치 내구성이 향상될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
10: 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치
100: 내부보강판
200: 강봉
300: 커플러
400: 하중유닛
410: 유압장치
420: 지그
B: 시험블록
C: 균열

Claims (5)

  1. 균열을 이용한 내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치에 있어서,
    시험블록의 내부에 배치되는 내부보강판;
    상기 내부보강판과 결합되어 상기 시험블록의 종방향으로 배치되는 강봉; 및
    상기 강봉의 적어도 일 단에 결합되어, 상기 강봉에 하중을 전달하는 하중유닛;
    을 포함하고,
    상기 내부보강판은 상기 시험블록의 횡방향 균열을 도입하고자 하는 위치에 배치되고,
    상기 내부보강판은 H형상 또는 I 형상을 가지고, 상기 내부보강판의 돌출된 부분 사이에서 상기 시험블록의 균열이 발생하고,
    상기 내부보강판은 복수 개로 구성되고, 상기 강봉이 복수의 내부보강판들 각각에 결합되고,
    상기 내부보강판과 상기 강봉을 체결하기 위한 커플러를 더 포함하고, 상기 내부보강판과 체결된 상기 커플러를 분리함으로써 이웃하는 상기 내부보강판들의 분리가 가능한,
    내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하중유닛은,
    상기 강봉의 일 단에 마련되고, 상기 강봉을 밀거나 당기는 유압부재; 및
    상기 강봉의 타 단에 마련되어 상기 강봉을 고정하는 지그;
    를 포함하는,
    내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 균열의 정도를 측정하거나 상기 하중유닛의 작동을 제어하는 제어유닛을 더 포함하고,
    상기 제어유닛은,
    상기 균열의 길이, 폭 또는 깊이를 측정하는 센서를 포함하고,
    상기 센서는 광센서, 와이어 변위계 또는 LVDT형 변위계를 포함하고, 상기 센서는 상기 균열 상에 설치된 앵커를 사이에 두고 복수 개로 설치되고, 상기 제어유닛은 상기 균열이 설정 범위 내에 있도록 상기 하중유닛을 제어하는,
    내진성능 평가를 위한 균열 발생 및 유지 장치.


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