KR102612760B1 - 동재하시험 장치 - Google Patents

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차준태
신희준
조병주
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Abstract

본 발명은 말뚝 두부에 거치되는 메인 프레임; 상기 말뚝의 상측에 배치되고, 상기 메인 프레임에 승강 가능하게 마련되는 드롭해머; 상기 메인 프레임의 상측에 배치되고, 상기 드롭해머를 승강시키기 위한 승강 유닛; 및 상기 승강 유닛과 상기 드롭해머를 록킹 또는 록킹해제하는 록킹 유닛을 포함하고, 상기 록킹 유닛은 상기 승강 유닛에 마련되는 후크홈과, 상기 드롭해머에 마련되고 상기 후크홈에 록킹 또는 록킹 해제되는 후크를 포함하는, 동재하시험 장치에 관한 것이다.

Description

동재하시험 장치{APPARATUS FOR DYNAMIC PILE LOAD TEST}
본 발명은 동재하시험 장치에 관한 것이다.
최근, 구조물의 대형화 추세와 연약지반의 개발에 따라, 구조물의 기초로 지반에 말뚝을 박아넣는 말뚝 공법이 증가하고 있다. 이렇게 구조물의 기초로 지반에 박아진 말뚝은 구조물의 전체 하중을 받음에 따라, 구조물의 안전을 위하여 말뚝의 허용 지지력을 산출하고 있다.
말뚝의 허용 지지력을 산출하는 방법에는 여러 가지가 있지만, 일반적으로 가장 신뢰성이 높은 방법으로 말뚝 재하 시험이 이용되고 있다. 이러한 말뚝 재하시험 방법은 정재하시험과 동재하시험 등이 있다.
정재하시험은 말뚝 두부에 재하 장치를 설치하고, 재하장치에 설꼐하중의 2배 내지 3배 중량물을 적재하여 하중과 침하량을 계측하여 말뚝의 항복하중 또는 극한하중을 산출하고, 이를 통해, 말뚝의 허용 지지력을 산출하는 방법으로, 좁은 면적의 말뚝 두부에 설계반력의 2 내지 3배에 달하는 고정하중을 적재하여야 하므로, 작업자의 안전확보가 어렵고, 시험 비용과 시험 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.
반면, 동재하시험은 허용지지력의 1 내지 2% 무게의 램으로 말뚝 두부를 타격하여 말뚝에 발생하는 응력파와 속도파를 측정하여, 말뚝의 허용 지지력을 산출하는 것으로, 시험 비용과 시험 시간이 적게 소요되고, 다양한 분석자료를 얻을 수 있는 장점이 있다.
따라서, 최근에는 말뚝의 허용 지지력을 산출할 때, 동재하시험이 많이 이용되고 있다. 동재하시험 방법의 절차를 살펴보면, 말뚝 두부 타격시, 말뚝 두부에 충격이 고르게 가해지도록 말뚝 두부를 매끄럽게 정리 한 후, 측정게이지를 말뚝에 부착한 후 측정게이지를 항타분석기와 연결한다. 이후 해머를 타격기에 거치하고 해머를 이용해 말뚝 두부에 타격을 가함으로써 얻어지는 측정 데이터를 분석하여 시험을 완료한다.
동재하시험 과정 중에 사용되는 해머의 종류에는 디젤해머, 유압해머, 스팀해머 등이 있으며, 일반적으로 간편한 드롭해머가 주로 사용되는데, 드롭해머를 크레인 등을 이용해 말뚝 두부 상부로 끌어올린 후 일정 높이에서 떨어뜨림으로써 말뚝에 타격을 가하는 원리이다. 최근에는 구조물의 대형화 추세에 따라 드롭해머와 말뚝의 크기가 커지고 있기 때문에 정확하고 효율적인 타격 방법을 위한 개발이 많이 이루어지는 추세이다.
종래의 동재하시험 장치는 지반에 타설되어 두부 정리된 말뚝으로부터 소정 높이의 상부에 드롭해머가 위치되도록 크레인 등의 중장비에 의해 고리로 연결되어 있으며, 타격을 위한 드롭해머의 낙하시 말뚝에 정확한 타격을 줄 수 있도록 드롭해머를 가이드하는 가이드 파이프가 드롭해머의 외주면을 감싸며 말뚝의 상부에 마련된다.
또한, 지표면으로부터 소정 높이 지점의 말뚝 외주면에 4쌍의 측정게이지가 부착되며, 측정게이지는 일반적으로 변형률게이지와 가속도게이지가 한 쌍으로 사용된다.
드롭해머는 원통 형상의 일체형으로 제작된 것으로서 동재하시험의 필요에 따라 다양한 크기 및 무게를 가진다. 따라서, 말뚝의 규모와 하중의 정도에 따라 드롭해머의 규격을 선정하여 타격 작업이 행해지는데, 크레인 등의 중장비에 의해 드롭해머를 고리에 연결하여 소정 높이에 위치시키고 중장비의 조작을 통해 드롭해머를 자유낙하시킴으로써 말뚝 두부의 중앙부에 타격을 주는 방식으로 타격 작업이 진행된다. 이때 드롭해머는 가이드 파이프의 내부를 통과하며 말뚝 두부의 중앙부에 낙하되어 말뚝에 타격을 가하게 된다.
이러한 방식에 의해 말뚝에 전달된 충격파를 말뚝에 부착된 측정 게이지를 통해 속도파와 응력파를 측정하여 말뚝 및 지반의 허용지지력을 타격분석기를 통해 분석, 계산하게 된다. 타격분석기를 통한 타격 해석 방법을 간략하게 살펴보면, 동적 지지력 공식에 의한 해석 방법이 전통적으로 사용되는 방식이었으며, 최근에는 말뚝과 말뚝 주면의 지반 상태 등을 상세하게 모델링하여 더욱 정확한 데이터를 얻을 수 있는 파동방정식에 의한 타격 해석법 및 Case 방법 등이 사용되고 있다. 따라서, 동재하시험 전에 타격분석기에 게이지 부착위치 및 말뚝의 관입 깊이 등과 같은 초기자료를 입력한 후 이에 따라 타격 해석 작업을 수행한다.
타격 해석 결과는 말뚝 두부로부터 발생한 타격응력의 전달에 따른 압축 변형의 속도와 말뚝 선단으로부터의 반사 속도, 즉 충격파의 속도 등에 따라 변화하게 된다. 충격파의 속도는 말뚝에 대한 지반의 주면 마찰력과 선단지지력에 의해 영향을 받기도 하는데, 말뚝이 관입된 지반은 일반적으로 깊이에 따라 지반의 특성이 다양하게 분포되어 있다.
한편, 종래의 동재하시험 장치는 드롭해머가 가이드 파이프의 내주면을 따라 낙하하게 되므로 가이드 파이프의 내주면과 드롭해머의 마찰이 발생하기 쉽고, 이에 따라 드롭해머가 편심되어 낙하하거나 마찰력에 의한 낙하 속도 저하로 인해 말뚝에 가해지는 충격량이 설정된 양보다 작아짐으로써 충격효율이 낮은 문제점이 있으며, 드롭해머의 편심 낙하에 따른 정확한 데이터 분석이 어렵고, 드롭해머나 말뚝에서 균열 혹은 파손 등이 발생할 수 있는 문제점이 있었다. 그리고 크레인 등의 중장비의 사용자 조작에 의한 낙하 방식은 기계적으로 제어되는 순간적인 동작 방식이 아니기 때문에 사용자의 조작 상태에 따라 충격량이 균일하지 못한 문제점이 있었다.
국내등록특허공보 제10-1905446호(2018.10.01.)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 드롭해머의 편심 낙하를 방지할 수 있고, 드롭해머의 록킹 또는 록킹 해제가 간편한, 동재하시험 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치는 말뚝 두부에 거치되는 메인 프레임; 상기 말뚝의 상측에 배치되고, 상기 메인 프레임에 승강 가능하게 마련되는 드롭해머; 상기 메인 프레임의 상측에 배치되고, 상기 드롭해머를 승강시키기 위한 승강 유닛; 및 상기 승강 유닛과 상기 드롭해머를 록킹 또는 록킹해제하는 록킹 유닛을 포함하고, 상기 록킹 유닛은 상기 승강 유닛에 마련되는 후크홈과, 상기 드롭해머에 마련되고 상기 후크홈에 록킹 또는 록킹 해제되는 후크를 포함한다.
또한, 상기 록킹 유닛은, 상기 승강 유닛에 결합되는 베이스; 및 상기 베이스의 양측에 회전 가능하게 결합되고, 내면에 상기 후크홈이 형성되는 한 쌍의 캐치를 포함하고, 상기 후크는 한 쌍의 상기 캐치 사이로 삽입되어 상기 후크홈과 록킹되거나 또는, 한 쌍의 상기 캐치 사이로부터 삽입 해제되어 상기 후크홈과 록킹 해제될 수 있다.
또한, 상기 캐치는 상기 후크홈의 하측에 형성되고, 상기 캐치의 상측으로 갈수록 상기 캐치의 중심축선으로부터 돌출되는 폭이 증가하는 형태를 갖는 제1경사부를 포함하고, 상기 후크는 한 쌍의 상기 캐치의 상기 제1경사부 사이로 삽입 또는 삽입 해제될 수 있다.
또한, 상기 록킹 유닛은 상기 베이스에 승강 가능하게 결합되고, 상기 후크홈에 상기 후크가 록킹된 상태에서 한 쌍의 상기 캐치 사이로 삽입되며 마찰 지지되거나 또는, 한 쌍의 상기 캐치 사이로부터 삽입 해제되며 마찰 지지 해제되는 마찰 지지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 캐치는 상기 후크홈의 상측에 형성되고, 상기 캐치의 상측으로 갈수록 상기 캐치의 중심축선으로부터 돌출되는 폭이 감소하는 형태를 갖는 제2경사부를 포함하고, 상기 마찰 지지부는 상기 후크홈에 상기 후크가 록킹된 상태에서 한 쌍의 상기 캐치의 상기 제2경사부 사이에 마찰 지지 또는 마찰 지지 해제될 수 있다.
또한, 상기 캐치는 상기 후크홈의 하부에 형성되고, 상기 캐치의 상측으로 갈수록 상기 캐치의 중심축선으로부터 돌출되는 폭이 감소하는 형태를 갖는 후크홈 경사부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 마찰 지지부는 상기 마찰 지지부의 양측에 형성되고 상기 제2경사부의 경사 각도에 대응하는 경사 각도를 갖는 한 쌍의 마찰 경사부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 캐치는 상기 제2경사부의 하측에 단차진 형태로 형성되어, 상기 마찰 경사부의 코너가 안착되는 안착부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 록킹 유닛은 상기 승강 유닛에 마련되어, 상기 마찰 지지부를 승강시키는 록킹 구동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 록킹 유닛은 상기 베이스에 마련되어, 한 쌍의 상기 캐치의 상부를 수용하고, 한 쌍의 상기 캐치의 회전 각도를 제한하는 캐치 하우스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치는 드롭해머의 편심 낙하를 방지할 수 있고, 드롭해머의 록킹 또는 록킹 해제가 간편한 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치를 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛을 나타낸 측면도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛이 승강 유닛과 드롭해머를 록킹한 상태를 나타낸 정면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛이 드롭해머를 록킹하는 과정을 나타낸 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛이 승강 유닛과 드롭해머를 록킹한 후 드롭해머가 목표 낙하고 위치까지 상승한 상태를 나타낸 확대도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛이 드롭해머를 록킹 해제하는 과정을 나타낸 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛의 마찰 지지력 및 록킹 해제에 필요한 록킹 구동력 산정을 위한 마찰 경사각 설계를 나타낸 개요도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치를 나타낸 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛(400)을 나타낸 측면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치는 메인 프레임(100), 드롭해머(200), 승강 유닛(300) 및 록킹 유닛(400)을 포함한다.
메인 프레임(100)은 본 발명의 기본 몸체의 역할을 할수 있고, 드롭해머(200)의 승강을 가이드하는 역할을 할 수 있다. 이러한 메인 프레임(100)은 말뚝(10) 두부에 거치될 수 있다. 또한, 메인 프레임(100)은 말뚝(10) 두부의 둘레를 따라 배치되고 말뚝(10) 두부의 둘레에 거치되는 복수의 수직형강(110)과, 서로 이웃하는 두 개의 수직형상을 연결하는 복수의 수평형강(120)을 포함할 수 있다.
드롭해머(200)는 말뚝(10) 두부를 타격하는 역할을 할 수 있다. 이러한 드롭해머(200)는 말뚝(10)의 상측에 배치되고, 메인 프레임(100)에 승강 가능하게 마련될 수 있다. 또한, 드롭해머(200)는 말뚝(10)의 상측의 특정 위치에 배치된 상태에서 메인 프레임(100)을 따라 자유 낙하되어, 말뚝(10) 두부를 타격할 수 있다
드롭해머(200)는 복수의 램(210) 및 조립봉(220)을 포함할 수 있다.
복수의 램(210)은 메인 프레임(100)의 상하 방향을 따라 적층될 수 있다. 여기서, 각각의 램(210)에는 램(210)의 상하방향을 따라 관통된 정렬홀(211)과, 정렬홀(211)로부터 상측으로 연장된 정렬돌기(212)가 형성될 수 있다. 따라서, 복수의 램(210)이 메인 프레임(100)의 상하 방향을 따라 적층될 때, 복수의 램(210) 중 서로 이웃하는 두 개의 램(210)이 정렬돌기(212)와 정렬홀(211)을 통해 결합되어 정렬됨에 따라, 메인 프레임(100)의 상하 방향을 따라 적층된 복수의 램(210)이 메인 프레임(100)의 상하 방향으로 정렬될 수 있다. 또한, 정렬돌기(212)에는 램(210)의 상하방향에 수직하는 수직 방향을 따라 샤클홀(213)이 형성될 수 있다. 이러한 샤클홀(213)에는 크레인의 샤클이 결합될 수 있다.
일 예로, 복수의 램(210)의 총 중량은 말뚝(10)보다 큰 중량을 갖거나 말뚝(10) 직경의 1m당 중량의 10배 이상이 바 람직하다 또한, 현장타설말뚝의 경우, 복수의 램(21)0)의 총 충량은 말뚝(10)의 허용지지력의 1 내지 2%의 중량을 적용함이 바람직하다. 또한, 말뚝(10) 두부의 타격에 있어서, 복수의 램(210)과 말뚝 두부 사이의 간격, 즉 낙하고를 2m이하로 하는 것이 바람직하다.
조립봉(220)은 메인 프레임(100)의 상하 방향을 따라 적층된 복수의 램(210)을 체결하는 역할을 할 수 있다. 여기서, 조립봉(220)은 메인 프레임(100)의 상하 방향을 따라 적층된 복수의 램(210)에 관통될 수 있고, 각각의 램(210)에는 조립봉(220)이 관통되는 관통홀이 형성될 수 있다. 또한, 조립봉(220)의 외주면에는 나사산이 형성될 수 있고, 조립봉(220)의 양단부에 각각 한 쌍의 조립너트(230)가 나사 결합될 수 있다. 이 때, 조립봉(220)의 양단부에 각각 나사 결합된 한 쌍의 조립너트(230)가 서로 가까워지는 방향으로 이동하며 복수의 램(210)을 조임에 따라, 복수의 램(210)이 체결될 수 있다.
승강 유닛(300)은 메인 프레임(100)의 상측에 배치되고, 드롭해머(200)를 승강시키는 역할을 할 수 있다. 도 1을 참조하면, 승강 유닛(300)은 드롭해머(200)의 상측에 배치될 수 있다. 일 예로, 승강 유닛(300)은 액츄에이터일 수 있고, 액츄에이터의 로드(310)가 록킹 유닛(400)과 결합될 수 있다. 또한, 승강 유닛(300)은 유압장치(미도시)에 의해 승강될 수 있다.
또한, 승강 유닛(300)은 메인 프레임(100)과 회전 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 메인 프레임(100)이 말뚝(10) 두부에 거치될 때, 메인 프레임(100)이 말뚝(10) 두부와 정렬되도록 승강 유닛(300)에 대하여 메인 프레임(100)이 상대 회전 될 수 있다.
일 예로, 승강 유닛(300)은 록킹 유닛(400)을 통해 드롭해머(200)와 록킹된 상태에서 드롭해머(200)와 록킹 유닛(400)을 승강시킬 수 있다. 또한, 승강 유닛(300)은 록킹 유닛(400)을 통해 드롭해머(200)와 록킹 해제된 상태에서 록킹 유닛(400)만 승강시킬 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛(400)이 승강 유닛(300)과 드롭해머(200)를 록킹한 상태를 나타낸 정면도이고, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛(400)이 드롭해머(200)를 록킹하는 과정을 나타낸 확대도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛(400)이 승강 유닛(300)과 드롭해머(200)를 록킹한 후 드롭해머(200)가 목표 낙하고 위치까지 상승한 상태를 나타낸 확대도이고, 도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛(400)이 승강 유닛(300)과 드롭해머(200)를 록킹 해제하는 과정을 나타낸 확대도이다.
도 3 내지 도 6d에 도시된 바와 같이, 록킹 유닛(400)은 승강 유닛(300)과 드롭해머(200)를 록킹 또는 록킹해제하는 역할을 할 수 있다.
록킹 유닛(400)을 포괄적으로 정의하면, 록킹 유닛(400)은 승강 유닛(300)에 마련되는 후크홈(421)과, 드롭해머(200)에 마련되고 후크홈(421)에 록킹 또는 록킹 해제되는 후크(430)를 포함할 수 있다. 여기서, 후크홈(421)은 후술할 한 쌍의 캐치(420)에 마련될 수 있다.
록킹 유닛(400)을 구체적으로 정의하면, 록킹 유닛(400)은 베이스(410), 한 쌍의 캐치(420), 후크(430), 마찰 지지부(440), 록킹 구동부(450) 및 캐치 하우스(460)를 포함할 수 있다. 여기서, 베이스(410), 한 쌍의 캐치(420), 마찰 지지부(440), 록킹 구동부(450) 및 캐치 하우스(460)는 승강 유닛(300)에 마련될 수 있고, 후크(430)는 드롭해머(200)에 마련될 수 있다.
베이스(410)는 승강 유닛(300)에 결합되어, 승강 유닛(300)에 의해 승강될 수 있다. 일 예로, 베이스(410)는 판 형태를 가질 수 있다.
일 예로, 베이스(410)에는 후술할 한 쌍의 캐치(420)의 회전을 가이드하기 위한 한 쌍의 캠홀이 형성될 수 있고, 한 쌍의 캐치(420)에는 한 쌍의 캠홀을 따라 회전되는 한 쌍의 캠이 각각 형성될 수 있다.
한 쌍의 캐치(420)는 베이스(410)의 양측에 회전 가능하게 결합되고, 내면에 후크홈(421)이 형성될 수 있다. 여기서, 후크홈(421)은 한 쌍의 캐치(420) 사이에 삽입된 후크(430)와 록킹될 수 있다. 또한, 후크홈(421)은 한 쌍의 캐치(420) 사이로부터 삽입 해제된 후크(430)와 록킹 해제될 수 있다. 참고적으로, 삽입 해제는 특정 낙하고 위치로부터 배출되는 것으로 정의하기로 한다.
캐치(420)는 제1경사부(422), 제2경사부(423), 후크홈 경사부(424) 및 안착부(425)를 포함할 수 있다.
제1경사부(422)는 캐치(420)에서 후크홈(421)의 하측에 형성되고, 캐치(420)의 상측으로 갈수록 캐치(420)의 중심축선으로부터 돌출되는 폭이 증가하는 형태를 가질 수 있다, 여기서, 후크(430)는 한 쌍의 캐치(420)의 제1경사부(422) 사이로 삽입 또는 삽입해제될 수 있다. 이때, 후크(430)가 한 쌍의 캐치(420)의 제1경사부(422) 사이로 삽입되는 경우, 후크(430)가 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423)를 서로 멀어지는 방향으로 푸싱함에 따라, 한 쌍의 캐치(420)의 제1경사부(422)가 서로 가까워지는 방향으로 회전될 수 있다. 이후, 후크(430)가 한 쌍의 캐치(420)의 제1경사부(422) 사이로부터 삽입 해제되는 경우, 후크(430) 및 램(210)의 하중으로 인하여, 한 쌍의 캐치(420)의 하부가 서로 멀어지는 방향으로 회전될 수 있다.
제2경사부(423)는 후크홈(421)의 상측에 형성되고, 캐치(420)의 상측으로 갈수록 캐치(420)의 중심축선으로부터 돌출되는 폭이 감소하는 형태를 가질 수 있다. 여기서, 마찰 지지부(440)는 후크홈(421)에 후크(430)가 록킹된 상태에서 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이에 마찰 지지 또는 마찰 지지 해제될 수 있다. 이때, 후크홈(421)에 후크(430)가 록킹된 상태에서 마찰 지지부(440)가 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이로 삽입되는 경우, 마찰 지지부(440)가 한 쌍의 캐치(420)의 상부를 서로 멀어지는 방향으로 푸싱함에 따라, 한 쌍의 캐치(420)의 상부는 서로 멀어지는 방향으로 회전되고 한 쌍의 캐치(420)의 하부는 서로 가까워지는 방향으로 회전된 후, 한 쌍의 캐치(420)의 하부가 후크(430)에 밀착됨에 따라 한 쌍의 캐치(420)의 회전이 제한되며, 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이에 마찰 지지부(440)가 마찰 지지될 수 있다. 이후, 마찰 지지부(440)가 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이로부터 삽입 해제되는 경우, 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이에서 마찰 지지부(440)의 마찰 지지가 해제될 수 있고, 한 쌍의 캐치(420)의 회전 제한도 해제될 수 있다.
후크홈 경사부(424)는 후크홈(421)의 하부에 형성되고, 캐치(420)의 상측으로 갈수록 캐치(420)의 중심축선으로부터 돌출되는 폭이 감소하는 형태를 가질 수 있다, 이러한 후크홈 경사부(424)는 한 쌍의 캐치(420)의 제1경사부(422) 사이로 삽입된 후크(430)를 후크홈(421)으로 삽입되도록 안내하는 역할을 할 수 있다, 또한, 후크홈 경사부(424)는 후크홈(421)으로부터 삽입 해제되는 후크(430)를 한 쌍의 캐치(420)의 제1경사부(422) 사이로 안내하는 역할도 할 수 있다.
안착부(425)는 제2경사부(423)의 하측에 단차진 형태로 형성되어, 후술할 마찰 지지부(440)의 마찰 경사부(441)의 코너가 안착될 수 있다. 이러한 안착부(425)는 마찰 지지부(440)가 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이로 삽입되는 깊이를 제한하는 역할을 할 수 있다.
후크(430)는 드롭해머(200)에 마련되고, 한 쌍의 캐치(420) 사이로 삽입되어 후크홈(421)과 록킹되거나 또는, 한 쌍의 캐치(420) 사이로부터 삽입 해제되어 후크홈(421)과 록킹 해제될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 후크(430)는 한 쌍의 캐치(420)의 제1경사부(422) 사이로 삽입 또는 삽입해제될 수 있다. 또한, 후크(430)는 화살촉 형태를 가질 수 있다.
마찰 지지부(440)는 베이스(410)에 승강 가능하게 결합되고, 후크홈(421)에 후크(430)가 록킹된 상태에서 한 쌍의 캐치(420) 사이로 삽입되며 마찰 지지되거나 또는, 한 쌍의 상기 캐치(420) 사이로부터 삽입 해제되며 마찰 지지 해제될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 마찰 지지부(440)는 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이로 삽입되며 마찰 지지되거나 한 쌍의 상기 캐치(420) 사이의 제2경사부(423) 사이로로부터 삽입 해제되며 마찰 지지 해제될 수 있다.
마찰 지지부(440)는 한 쌍의 마찰 경사부(441)를 포함할 수 있다, 한 쌍의 마찰 경사부(441)는 마찰 지지부(440)의 양측에 형성되고 제2경사부(423)의 경사 각도에 대응하는 경사 각도를 가질 수 있다. 다시 말해, 한 쌍의 마찰 경사부(441)는 마찰 지지부(440)의 양측에 형성되고, 각각의 마찰 경사부(441)는 마찰 지지부(440)의 상측으로 갈수록 마찰 지지부(440)의 중심축선으로부터 돌출되는 폭이 증가하는 형태를 가질 수 있고, 제2경사부(423)의 경사 각도에 대응하는 경사 각도를 가질 수 있다. 일 예로, 도 7을 참조하면, 한 쌍의 마찰 경사부(441)는 마찰 지지부(440)의 좌우방향 양측에 형성될 수 있다.
록킹 구동부(450)는 승강 유닛(300)에 마련되어, 마찰 지지부(440)를 승강시키는 역할을 할 수 있다. 일 예로, 록킹 구동부(450)는 승강 유닛(300)에 마련되는 액츄에이터일 수 있고, 액츄에이터의 로드(451)가 마찰 지지부(440)와 결합될 수 있다. (도 2 참조)
캐치 하우스(460)는 베이스(410)에 마련되어, 한 쌍의 캐치(420)의 상부를 수용하고, 한 쌍의 캐치(420)의 회전 각도를 제한하는 역할을 할 수 있다. 일 예로, 도 3 내지 도 6d를 참조하면, 캐치 하우스(460)는 한 쌍의 캐치(420)의 상부가 서로 멀어지는 방향으로 회전되는 회전 각도를 제한할 수 있다. 또한, 캐치 하우스(460)는 한 쌍의 캐치(420)의 상부 사이에 마찰 지지부(440)가 마찰 지지될 때, 한 쌍의 캐치(420)의 상부가 서로 가까워지는 방향의 회전을 제한할 수 있다.
일 예로, 캐치 하우스(460)에는 마찰 지지부(440)의 승강을 가이드 하기 위한 보조 가이드홈(461)이 형성될 수 있고, 마찰 지지부(440)는 보조 가이드홈(461)을 따라 승강 될 수 있다. 일 에로, 보조 가이드홈(461)은 캐치 하우스(460)의 내측에 상하 방향을 따라 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛(400)이 승강 유닛(300)과 드롭해머(200)를 록킹하는 과정을 상세하게 설명하기로 한다. 이하의 과정은 사용자나 승강 유닛(300)과 록킹 유닛(400)을 제어하는 제어부가 진행할 수 있다.
우선, 메인 프레임(100)이 말뚝(10) 두부에 거치되고, 말뚝(10) 두부에 드롭해머(200)가 거치된 상태에서, 승강 유닛(300)이 록킹 유닛(400)의 베이스(410), 한 쌍의 캐치(420), 마찰 지지부(440), 록킹 구동부(450) 및 캐치 하우스(460)를 하강시킨다. (도 3 참조)
다음으로, 후크(430)가 한 쌍의 캐치(420)의 제1경사부(422) 사이로 삽입된 후, 후크(430)가 한 쌍의 캐치(420)의 후크홈 경사부(424) 사이를 경유한 다음, 한 쌍의 캐치(420)의 후크홈(421)에 삽입된다. 이 때, 한 쌍의 캐치(420)의 상부가 서로 멀어지는 방향으로 회전될 수 있다. (도 4b, 4c, 4d 참조)
이어서, 록킹 구동부(450)가 마찰 지지부(440)를 하강 시킴에 따라 마찰 지지부(440)가 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이로 삽입되어 마찰 지지되고, 후크홈(421)에 후크(430)가 록킹됨에 따라 록킹 유닛(400)이 승강 유닛(300)과 드롭해머(200)를 록킹하게 된다, 구체적으로, 마찰 지지부(440)가 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이로 삽입되면, 마찰 지지부(440)가 한 쌍의 캐치(420)의 상부를 서로 멀어지는 방향으로 푸싱함에 따라, 한 쌍의 캐치(420)의 상부가 서로 가까워지는 방향으로의 회전이 제한되고 한 쌍의 캐치(420)의 하부는 서로 멀어지는 방향으로의 회전을 제한함에 따라 한 쌍의 캐치(420)의 회전이 고정되며, 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이에 마찰 지지부(440)가 마찰 지지될 수 있다. (도 4b 및 도 4c 참조)
나아가, 후크홈(421)에 후크(430)가 록킹된 상태에서 록킹 구동부(450)가 마찰 지지부(440)를 추가로 하강 시킴에 따라, 마찰 지지부(440)의 마찰 경사부(441)의 코너가 한 쌍의 캐치(420)의 안착부(425)에 안착된다. (도 4d 참조)
이후, 필요에 따라, 승강 유닛(300)이 록킹 유닛(400)에 록킹된 드롭해머(200)를 말뚝(10) 두부의 상측으로부터 이격된 특정 낙하고로 상승시킬 수 있다. (도 1 참조)
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛(400)이 승강 유닛(300)과 드롭해머(200)를 록킹 해제하는 과정을 상세하게 설명하기로 한다. 이하의 과정은 사용자나 승강 유닛(300)과 록킹 유닛(400)을 제어하는 제어부가 진행할 수 있다.
우선, 후크홈(421)에 후크(430)가 록킹되고 마찰 지지부(440)가 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이에 마찰 지지된 상태에서 록킹 구동부(450)가 마찰 지지부(440)를 상승 시키며, (도 5 및 도 6a 참조) 이와 동시에. 마찰 지지부(440)가 한 쌍의 캐치(420)의 제2경사부(423) 사이로부터 삽입 해제된다. 이 때, 후크(430)와 드롭해머(200)의 자체 하중으로 인하여, 한 쌍의 캐치(420)의 하부가 서로 멀어지는 방향으로 회전된다. (도 6b, 도 6c 및 도 6d 참조)
그 결과, 후크(430)가 한 쌍의 캐치(420)의 후크홈 경사부(424)를 따라 슬립되며, 후크(430)와 드롭해머(200)가 한 쌍의 캐치(420)로부터 분리 및 낙하되어, 말뚝(10) 두부를 타격할 수 있다. (도 6d 참조)
이후, 필요에 따라, 말뚝(10)에 부착된 측정게이지로부터 획득한 측정 데이터를 항타분석기에 저장하여, 동재하시험을 완료할 수 있다, 예를들어, 측정게이지는 변형률게이지와 가속도게이지를 쌍으로 사용될 수 있으며, 통상적으로, 두 쌍 또는 네 쌍이 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛(400)의 다양한 설계 값을 나타낸 정면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치의 록킹 유닛(400)은 다양한 설계값을 가질 수 있다.
일 예로, 마찰 경사부(441)와 제2경사부(423) 간에 마찰력과 활동력을 고려하여, 하기 수학식 1을 만족하는 설계값을 가질 수 있다.
[수학식 1]
T = T`
T = N X cosθ1 X μ
T' = N X sinθ1
θ1 = tan-1 μ
단, T는 마찰 경사부(441)의 마찰력, T`는 제2경사부(423)의 활동력, N은 마찰 지지부(440)와 캐치(420)에 가해지는 수평력, θ1은 마찰 경사부(441)의 경사 각도, μ는 마찰 경사부(441)의 마찰 계수, 마찰 경사부(441)가 철 재질이고 윤활제가 없는경우 μ = 1, 마찰 경사부(441)가 철 재질이고 윤활제가 도포된 경우 μ = 0.1 내지 0.2이므로, θ1 = 6° 내지 11°로 하면, 록킹 구동부(450)의 용량을 최소화할 수 있고, 록킹 유닛(400)의 후크(430)의 록킹 해제를 용이하게 할 수 있다.
또한, 후크홈 경사부(424)는 드롭해머(200)의 원활한 낙하 및 균형 유지를 위하여, 록킹 구동부(450)의 유압실린더의 용량이 하기 수학식 2을 만족하는 설계값으로 산정할 수 있다.
[수학식 2]
N = 0.5 X 드롭해머(200)의 중량 X R1 / R2
록킹 구동부(450)의 용량 ≥ 2 X N X( tan θ1 - 0.1)
여유 고려시, 록킹 구동부(450)의 용량 = 2 X N X(tan θ1)
θ2 ≥ μ (단, θ2는 15°이상에서 효과적임)
단, N은 마찰 지지부(440)가 캐치(420)에 가하는 수평력, R2는 해당 수평력의 수직 모멘트 팔길이, R1은 해당 수평력의 모멘트 팔길이, θ2는 후크홈 경사부(424)의 경사 각도, μ는 후크홈 경사부(424)의 마찰 계수.
일 예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치는 메인 프레임(100)의 용이한 운반을 위하여, 메인 프레임(100)의 상단부 둘레에 샤클이 체결될 수 있는 메인 고리가 마련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동재하시험 장치는 드롭해머(200)의 편심 낙하를 방지할 수 있고, 드롭해머(200)의 록킹 또는 록킹 해제가 간편한 효과가 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 말뚝
100: 메인 프레임
110: 수직형강
120: 수평형강
200: 드롭해머
210: 램
211: 정렬홀
212: 정렬돌기
213: 샤클홀
220: 조립봉
230: 조립너트
300: 승강 유닛
400: 록킹 유닛
410: 베이스
420: 캐치
421: 후크홈
422: 제1경사부
423: 제2경사부
424: 후크홈 경사부
425: 안착부
430: 후크
440: 마찰 지지부
441: 마찰 경사부
450: 록킹 구동부
460: 캐치 하우스
461: 보조 가이드홈

Claims (10)

  1. 말뚝 두부에 거치되는 메인 프레임;
    상기 말뚝의 상측에 배치되고, 상기 메인 프레임에 승강 가능하게 마련되는 드롭해머;
    상기 메인 프레임의 상측에 배치되고, 상기 드롭해머를 승강시키기 위한 승강 유닛; 및
    상기 승강 유닛과 상기 드롭해머를 록킹 또는 록킹해제하는 록킹 유닛을 포함하고,
    상기 록킹 유닛은 상기 승강 유닛에 마련되는 후크홈과, 상기 드롭해머에 마련되고 상기 후크홈에 록킹 또는 록킹 해제되는 후크를 포함하고,
    상기 록킹 유닛은,
    상기 승강 유닛에 결합되는 베이스;
    상기 베이스의 양측에 회전 가능하게 결합되고, 내면에 상기 후크홈이 형성되는 한 쌍의 캐치; 및
    상기 베이스에 승강 가능하게 결합되고, 상기 후크홈에 상기 후크가 록킹된 상태에서 한 쌍의 상기 캐치 사이로 삽입되며 마찰 지지되거나 또는, 한 쌍의 상기 캐치 사이로부터 삽입 해제되며 마찰 지지 해제되는 마찰 지지부를 포함하고,
    상기 후크는 한 쌍의 상기 캐치 사이로 삽입되어 상기 후크홈과 록킹되거나 또는, 한 쌍의 상기 캐치 사이로부터 삽입 해제되어 상기 후크홈과 록킹 해제되는, 동재하시험 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캐치는 상기 후크홈의 하측에 형성되고, 상기 캐치의 상측으로 갈수록 상기 캐치의 중심축선으로부터 돌출되는 폭이 증가하는 형태를 갖는 제1경사부를 포함하고,
    상기 후크는 한 쌍의 상기 캐치의 상기 제1경사부의 사이로 삽입 또는 삽입 해제되는, 동재하시험 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캐치는 상기 후크홈의 상측에 형성되고, 상기 캐치의 상측으로 갈수록 상기 캐치의 중심축선으로부터 돌출되는 폭이 감소하는 형태를 갖는 제2경사부를 포함하고,
    상기 마찰 지지부는 상기 후크홈에 상기 후크가 록킹된 상태에서 한 쌍의 상기 캐치의 상기 제2경사부 사이에 마찰 지지 또는 마찰 지지 해제되는, 동재하시험 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 캐치는 상기 후크홈의 하부에 형성되고, 상기 캐치의 상측으로 갈수록 상기 캐치의 중심축선으로부터 돌출되는 폭이 감소하는 형태를 갖는 후크홈 경사부를 더 포함하는, 동재하시험 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 마찰 지지부는 상기 마찰 지지부의 양측에 형성되고 상기 제2경사부의 경사 각도에 대응하는 경사 각도를 갖는 한 쌍의 마찰 경사부를 포함하는, 동재하시험 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캐치는 상기 제2경사부의 하측에 단차진 형태로 형성되어, 상기 마찰 경사부의 코너가 안착되는 안착부를 더 포함하는, 동재하시험 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 록킹 유닛은 상기 승강 유닛에 마련되어, 상기 마찰 지지부를 승강시키는 록킹 구동부를 더 포함하는, 동재하시험 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 록킹 유닛은 상기 베이스에 마련되어, 한 쌍의 상기 캐치의 상부를 수용하고, 한 쌍의 상기 캐치의 회전 각도를 제한하는 캐치 하우스를 더 포함하는, 동재하시험 장치.
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