KR20010037550A - 피씨 강선 및 강연선용 응력 이완 시험기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피씨(PC;Prestressed Concrete) 강선 및 강연선용 응력 이완 시험기에 관한 것이다.

본 발명의 응력 이완 시험기는 육면체 형태의 베이스 프레임(4)과, 베이스 프레임의 저면 일측에 안착되는 동기모터(1)와, 동기모터의 회전수를 감소시켜 회전 구동력을 증대하여 주는 감속기(2)와, 베이스 프레임 상부 하면에 부착된 기어 케이스(3)의 브라케트(18)에 지지되어 감속기로부터의 동력을 전달받는 원판 형태의 수평기어(12)와, 이 기어(12)의 중심부에서 기어 결합을 하므로써 수직 왕복을 하는 스크류(screw) 형상의 수직기어(5)와 수직기어의 상하 운동시 유동을 방지하기 위한 상하부 지지관(22)(21)과, 수직기어의 상단부에 결합된 하부 척 홀더(13) 및 척(6)과, 베이스 프레임의 상면 네 모서리에 세워진 네 개의 지지간(7)과, 이들 지지간의 상단부에 베이스 프레임의 상면과 평행하도록 조립된 상 플레이트(10)와, 상 플레이트의 저면 중앙에 장착되어 피시험재(20)에 가해지는 하중을 측정하고 그 신호를 제어부로 전달하는 로드셀(9)과, 이 로드셀의 하부에 직결된 상부 척홀더(14) 및 척(8)과, 각종 구동부의 제어와 시험 결과를 표시해 주는 컨트롤 판넬부(30)로 이루어진 구조를 특징으로 한다.

본 발명의 응력 이완 시험기는 국내의 표준 부품을 사용, 제작하므로써 시험기의 유지 보수 관리가 쉬울 뿐 아니라, 필요한 기능을 간단한 기계적 구조를 통하여 구현시키므로써, 별도의 전문 운전 요원이 아니어도 시험기 조작이 가능하도록 제작되어 신속한 시험 측정이 가능한 장점이 있다.

Description

피씨 강선 및 강연선용 응력 이완 시험기{Relaxation tester for Prestressed Concrete steel wire and strand}

본 발명은 피씨 강선 및 강연선용 응력 이완 시험기에 대한 것으로, 더 자세하게는 피씨 강선 및 강연선의 중요한 성질인 응력 이완 특성을 측정하는 시험기에 있어서, 국내에서 간단히 구입할 수 있는 로드셀과 동기 모터 및 감속기와 기어류 등의 표준 부품을 이용하여 제작하므로써 시험기의 유지 보수가 용이할 뿐 아니라, 응력 이완 특성 시험을 손쉽게 할 수 있는 피씨 강선 및 강연선용 응력 이완 시험기에 관한 것이다.

일반적인 각종의 토목 건축물은 종래에 주로 철근 콘크리트인 알씨( RC ; Reinforced Concrete )로 축조되어 왔으나, 2차 세계 대전 이후 피씨( PC ; Pre- stressed Concrete)의 급격한 발전으로 인하여 피씨를 이용한 토목 건축이 두드러지기 시작하였다.

우선 상기의 알씨와 피씨에 대하여 살펴보면, 알씨란 구조물을 세움에 있어서 구조물의 형태 내에 철근을 배열하고 철선으로 연결한 후, 그 위로 시멘트 혼합물을 붓고 양생시켜 얻어진 콘크리트이며, 피씨는 피씨용 강선이나 강연선에 인장 응력을 부여한 상태에서 시멘트 혼합물을 붓고 양생시켜 제조된 콘크리트이다.

상기의 두 종류 콘크리트는 그 특성상, 알씨는 건축 현장에서 직접적으로 적용될 수 밖에 없고, 피씨는 사전에 공장에서 원하는 형태로 제작되어 현장 조립되는 특징이 있다.

즉, 피씨는 콘크리트가 압축 응력에는 잘 견디나 인장 응력에는 약하므로, 인장 응력을 보완하여 상쇄할 수 있도록 미리 압축 응력을 가하여 만든 콘크리트이며, 상기의 피씨는 제작 과정에서 부여된 인장력을 해소하기 위한 강선 혹은 강연선의 수축작용에 의해 유도된 압축 응력을 받게되는 것이다.

그러므로, 인장력을 반복적으로 받게되는 구조물에 있어서 피씨의 내구성은 피씨 속에 있는 강선이나 강연선의 인장 응력에 대한 유지 능력에 직접적으로 영향을 받게된다.

즉, 강선이나 강연선이 부여된 인장력을 견디지 못하고 연신되면, 콘크리트 에 부여된 압축력도 소멸하게 되어 인장 응력에 대한 피씨의 내구력도 급감하게되는 것이다. 따라서, 강선이나 강연선이, 부여된 인장 하중을 시간 경과에 따라 얼마만큼 유지할 수 있느냐 하는 것이 중요한 문제가 된다.

그러나, 피씨는 장시간 외부 환경에서 사용되는 것이기 때문에 그 속에 내재된 강선이나 강연선의 경시 열화를 피할 수는 없고, 따라서 얼마간의 연신 현상이 발생되므로써 강선과 강연선에 부여된 최초의 인장력 또한 감소하게 된다.

상기와 같이 인장력이 감소되는 현상 즉, 초기 인장 하중에 대한 경과 시간별 감소 하중의 백분율을 응력 이완율이라고 하며 아래 식에 의하여 계산된다.

따라서, 피씨용 강선 및 강연선의 제조에 있어 이완율의 측정은 매우 중요하나, 이를 측정하는 시험기가 국내에서는 제작 되지 않고 있어 고가의 외국산 장비를 사용해야만 한다.

그러나, 상기의 외국산 장비는 피시험재인 강선이나 강연선에 인장 하중을 부여할 수 있도록 하는 동력 발생 및 전달 장치로써 유압 모터, 유압 펌프 및 유압 실린더 즉, 유압 유니트를 채용하여 장비 자체의 규모가 크고 구조가 복잡하여 그 운영과 유지 및 보수가 어려운 단점이 있다.

따라서, 시험기에 문제가 발생할 경우, 자체적인 해결이 곤란하여 제작사나 외부 전문가의 도움을 받아야만 하는 상황도 초래되는 바, 그 해결에 있어서도 많은 시간과 적지 않은 비용이 요구되고, 시험기 운전 숙련자가 아니면 손쉽게 시험을 할 수가 없으므로써 시험 결과에 대한 강선 및 강연선 생산 라인으로의 신속한 피드백이 이루어지지 못하는 상황을 초래하기도 한다.

따라서, 본 발명은 기존의 응력 이완 시험기가 지닌 고가의 수입 장비로서의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로써, 국내의 표준 부품을 이용하여 응력 이완 시험기를 만들어 피씨 강선 및 강연선의 응력 이완률을 손쉽고 간편하게 측정할 뿐 아니라, 시험기의 유지·보수를 용이하게 해주므로써 시험기 고장에 따른 시간과 비용을 절감하고, 시험 지연에 따른 원활한 제품 생산의 차질을 방지함에 그 목적이 있다.

도1은 본 발명의 일실시예 응력 이완 시험기의 전체 구조를 보인 것으로,

(가)는 정면도이고

(나)는 측면도이다.

도2는 도1의 장치에 있어서 수평기어 및 수직기어의 상세한 조립 구조를 보인 것으로,

(가)는 정단면도이고

(나)는 수평기어의 평면도이다.

도3은 도1의 장치에 연결되는 컨트롤 판넬부의 전체 구조를 보인 것으로,

(가)는 정면도이고

(나)는 측면도이다.

도4는 도3의 컨트롤 판넬부를 구성하는 제어 회로도이다.

(( 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ))

1. 동기 모터 2. 감 속 기

3. 기어 케이스 4. 베이스 프레임

5. 수 직 기 어 6. 하 부 척

7. 지 지 간 8. 상 부 척

9. 로 드 셀 10. 상 플레이트

11. 감속기 구동 기어 12. 수 평 기 어

13. 하부 척홀더 14. 상부 척홀더

본 발명의 응력 이완 시험기는 회전력을 발생시켜 주는 동기 모터와, 모터의 회전 속도를 늦추어 그 회전력을 높여 주는 감속기와, 감속기 축의 외단부에 의해 삽입 체결된 구동기어 및 이 기어에 의해 구동되는 수평기어와, 수평기어의 중심부를 수직으로 관통하고 수평기어의 회전 운동을 따라 상하 왕복 운동을 하는 수직 기어의 동력 전달 장치와, 상 플레이트 저면 중앙에 고정된 로드셀과, 로드셀의 저면과 수직기어의 상단부에 서로 대향되도록 부착되어 피시험재의 양 단부를 필요한 힘으로 잡아주는 상·하부척 및 상·하부 척홀더로 이루어진 구조를 그 특징으로 한다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성은 본 고안의 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도1은 본 발명의 일실시예인 피씨 강선 및 강연선용 응력 이완 시험기의 전체 구조도로써, 도1의 (가)는 정면도이고 (나)는 측면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 응력 이완 시험기는 동력 전달 장치 및 그 장치가 안착된 베이스 프레임(4)과, 그(4) 상면의 네 모서리에 세워진 네 개의 지지간(7)과, 각 지지간(7)의 상단부에 베이스 프레임(4)과 평행하게 조립·부착된 상 플레이트(10)와, 상 플레이트(10)의 저면 중심부에 부착된 로드셀(9)과, 수직 기어(5)의 상단부와 로드셀(9) 저면에 서로 대향되도록 부착된 상하 척홀더(14)

(13) 및 상하 척(8)(6)으로 이루어진 구조이다.

그리고, 시험에 필요한 인장 하중을 발생시키기 위한 동력 발생 및 전달 장치의 구성은, 인버터에 연결되어 안정된 전압과 전류 하에서 동작하는 동기 모터(1)와, 모터(1)의 회전력을 시험에 필요한 수준의 인장 하중에 상당하는 토크로 변환시켜 주는 감속기(2)와, 감속기(2) 중심 회전축의 외단부에 관통 삽입되어감속기(2)의 증대된 회전력을 전달하는 감속기 구동기어(11)와, 이 구동기어(11)와 맞물려 회전되는 수평기어(12) 및 이 수평기어(12) 중심을 수직 관통하여 수평기어(12)의 회전에 따라 상하 왕복 운동을 하는 수직 기어(5)로 이루어짐에 그 특징이 있다.

상기의 수평기어(12)는 그 중심부에 원형의 홀(hole)이 나있으며, 수직기어 (5)가 수평기어(12)의 홀을 수직으로 관통하고 있으나, 그 홀의 내 원주면은 면을 따라 스크류(screw) 형태의 너트(nut) 구조로 되어 있어 수직기어(5)를 그 안으로 관통·삽입시키기 위해서는 회전을 시켜주어야 된다. 즉, 랙과 피니언 기어의 운동 변환 원리와 같이 수평기어(12)의 회전이 수직기어(5)의 상하 왕복 직선 운동으로 바뀌게 되므로써 상하 척(8)(6)에 고정된 피시험재(20)에 대하여 인장 하중을 부여할 수 있는 구조이다.

그리고, 원통형 수직기어(5)의 외면에는 그 기어(5)의 중심축과 평행한 사각의 요홈부(20)가 기어(5)의 상단부에서 하단부까지 일정한 너비와 깊이로 파여져 있고, 그 홈에(20) 끼워진 키에 의해 수직기어(5)가 수평기어(12)와 함께 회전되는 것이 방지되고 상하 왕복 운동만을 하게 된다.

도2에서 수평기어(12)와 수직기어(5)의 자세한 구조를 살펴보면 명확히 알 수 있듯이, 수평기어(12)는 케이스(3)에 부착된 브라케트(18)에 의해 고정된 위치에서 회전 운동을 하게된다.

그리고, 수평기어(12)의 저면에는 원통형의 소형 돌기(19)가 외주면과 동심원을 이루는 형태로 존재한다. 그리고, 이 소형의 돌기(19)들은 수평기어(12)의 회전에 따라 상하로 움직이는 수직기어(5)의 이동 거리 즉, 하부척(6)의 위치 및 피시험재(20)의 연신량을 측정하기 위한 것으로써, 수평기어(12)의 직하에 설치된 비접촉 검출 센서(17)에 의해 돌기(19)의 통과 여부가 검출되고, 검출 횟수 즉, 검출 센서(17)의 직상점을 지난 돌기(19)의 갯수와 수직기어(5)의 피치 거리에 의해 수직기어(5)의 수직 이동 변위가 결정된다.

본 발명의 응력 이완 시험기를 이용한 응력 이완 시험 방법을 상세히 살펴보면 다음과 같다.

피시험재(20)인 적절한 길이의 피씨 강선이나 강연선이 준비되면 하부척(6)을 상승시키고, 상하부 척(8)(6)에 피시험재(20)의 양 단부를 물리고 조여준다. 그리고 상하 척(8)(6)은 두 부분(8A와 8B)(6A와 6B)으로 이루어지며, 각 척(8)(6)의 간격 조절 볼트(16)에 의해 각각의 척홀더(14)(13) 내에서 움직이므로써 피시험재

(20)의 물림 간격을 조절할 수 있는 구조이다.

그러나, 상기의 간격조절 볼트(16)에 의한 조임은 피시험재(20)와 척 내면에 부착되어 있는 클램핑 져(clamplng jaw,23)와의 1차 조임이며, 1차 조임 후의 최종 조임은 상하척(6)(8)의 정면부에 있는 6개의 육각 볼트(15)를 통하여 이루어 진다. 단, 이때 조이는 힘은 시험 대상에 따라 그 적용 하중이 다르므로 반드시 토크 렌치를 사용하여 규정값만큼 조여 주어야 한다.

상기와 같이 피시험재(20)의 장착이 완료되면, 해당 피시험재(20)에 대한 시험 조건 즉, 적용 인장 하중·인장 하중 유지시간·인장 하중의 적용 반복 횟수 등을 콘트롤 판넬(30) 상의 입력부(34)와 타이머(36)에서 입력한 후, 컨트롤 판넬(30) 상의 다운조그(down jog) 스위치 버튼(38)를 눌러 규정된 하중(강선이나 강연선의 절단 하중 대비 70%에 해당하는 하중)에 도달 할 때까지 하부척(6)을 하강시킨다.

이때, 피시험재(20)에 작용되는 하중은 컨트롤 판넬(30)의 디스플레이(31) 부에 표시된다. 그리고, 규정하중에 도달하게 되면 다운조그를 멈춘후, 시작과 멈춤의 2단 선택 스위치 버튼(32)을 누르면 시험이 시작되는 것이다. 이와같은 일련의 과정을 거쳐 시험이 시작되며, 이때부터 기록계(35)에 시간 경과에 따른 하중 변화가 기록된다.

그리면, 도3과 도4를 이용하여 상기의 연속적인 기계적 동작을 제어신호 측면에서 살펴보므로써 응력 이완 시험의 미케니즘을 더욱 명확히 이해할 수 있을 것이다.

처음, 피시험재(20)를 장착하기 위한 하부척(6)의 상승은 컨트롤 판넬(30)상의 패스트 업(fast up) 스위치 버튼(33)를 눌러 신호 회로도 상의 해당 접촉점이 연결되으로써 동기 모터가 기동하고, 하부척(6)의 상승이 이루어진다.

이때, 하부척(6)의 과다한 상승은 수평기어(12)로부터의 수직기어(5) 이탈과 손상을 초래 할 수 있는 바, 상기의 비접촉 검출 센서(17)가 검출한 수평기어 (12)의 회전에 따른 돌기(19)의 통과 갯수 신호가 회로도(40) 상의 입력부(17A)를 통하여 카운터(43)에 입력되고, 이 값이 사전에 설정된 값과 같게 되면 하부척(6)이 상승 한계점에 도달한 것으로 간주되어 상승을 멈추게 된다.

그리고, 하부척(6)의 하강 시에는 수평기어(12)의 회전이 역방향으로 되는 바, 이때 돌기(19)의 역방향 회전에 대한 비접촉 검출 센서(17)의 신호는 회로도 상의 다른 입력부(17B)를 통하여 카운터(43)로 입력되고, 상기의 상승 때와 같은 방법으로 하부척(6)은 하강 한계점 아래로는 하강 할 수가 없는 것이다.

피시험재(20)의 장착 완료 후, 판넬상의 다운조그 스위치 버튼(38)은 회로도 상의 접촉점을 통하여 제어되며, 이 스위치 버튼(38)을 눌러 접촉점을 활성화 시키면 하부척(6)의 하강이 시작된다. 이때부터 발생되는 로드셀(9)의 하중에 대한 신호가 하중 신호 입력 인터페이스(44)를 통하여 제어 연산부(37)에 접수되므로써, 그 결과가 판넬상의 디스플레이(31)에 표시되고 기록계(35)에 기록되는 것이다.

상기의 디스플레이(31)에 표시되는 하중이 규정값에 도달하게 되면, 다운조그 스위치 버튼(38)의 작동을 멈추어 해당 접촉점을 비활성화시키므로써 하부척(6)의 하강을 정지시킨다. 그리고, 시험 시작 스위치 버튼(32)을 눌러 회로도 상의 시작 접촉점을 활성화 시키므로써 초기에 설정된 시험 하중에 도달될 때까지 하부척(6)의 하강이 다시 시작된다.

그리고, 설정 하중값에 도달하게 되면 상기의 제어 연산부(37)에서 제어 신호를 보내 동기 모터(1)의 동작을 멈추게 한다. 상기의 제어 연산부(37)는 두 가지역활을 수행하게 되는데, 그 하나는 시험 하중 조건의 입력부(34)를 통한 설정값과 실 측정값의 비교를 통한 동기 모터(1)의 제어이고, 다른 하나는 디스플레이부 (31)상에 실측정값을 표시하고 기록계(35)에 측정 결과를 기록하는 것이다.

또다른 시험 조건인 시간 제어는 별도의 회로(36)로 구성되어 본 회로에 연결되고, 시험 시작 스위치 버튼(32)에 연동되어 동작하게 된다. 그리고, 시험 시간 설정은 콘트롤 판넬상(30)의 타이머(36)를 통하여 이루어진다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 응력 이완 시험기는, 시험 조건 즉, 적용 되는 인장 하중의 크기, 적용 하중의 유지 시간 및 횟수 등에 대한 시험 제어 조건과 그 결과는 시험기 본체와의 통신에 의해 콘트롤 판넬(30) 상에서 제어되고 출력되는 바, 이는 로드셀(9)의 하중 출력값과 하중 설정값, 비접촉 검출 센서(17)에 의한 수직기어(5) 위치의 출력값과, 타이머(36) 설정값 등에 의해 동기 모터(1)의 입력값이 결정 되는 방식으로 수행된다.

이 상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 피씨 강선 및 강연선 용 응력 이완 시험기는 국내에서 손쉽게 구입할 수 있는 표준 부품을 이용하며, 동력 전달 장치로서 복잡한 유압 유니트를 배제하고 순수 기계적 원리만을 적용하여 간단한 구조를 갖게되므로써, 고장 발생 시 신속한 자체 정비가 가능하여 시험기의 유지 보수에 소요되는 비용과 시간을 절약할 수 있는 장점이 있다.

또한, 간단한 구조를 가지므로써 비숙련 작업자도 손쉽게 시험을 행할 수 있고, 시험기에 이상 발생 시에도 즉각적인 조치를 취할 수 있어 시험 지연 없이 신속하게 시험 결과에 대한 피드백이 항상 가능한 바, 피씨 강선과 강연선의 안정된 제조가 가능할 것으로 기대된다.

Claims (2)

1. 동기 모터(1)와 감속기(2) 및 하부 척(6)과 연결되어 상하 운동을 하는 수직기어(5) 그리고 수평기어(12)의 장착을 위한 기어 케이스(3)가 안착된 베이스 프레임(4)과, 프레임 상면의 네 모서리에 수직으로 세워진 네 개의 지지간(7)과, 이들 지지간의 상단부에 베이스 프레임과 평행하게 조립되는 상 플레이트(10)와, 상 플레이트 저면 중앙에 장착되어 피시험재(20)에 부여된 하중을 측정하여 제어 연산부(37)에 신호를 보내는 로드셀(9)과, 로드셀의 저면과 수직기어의 상단부에 서로 대향하도록 부착되어 피시험재의 양 단부를 필요한 힘으로 잡아주는 상하 척(8)(6) 및 상·하부 척홀더(14)(13)로 구성됨을 특징으로 하는 응력 이완 측정기
2. 제1항에 있어서, 상기의 수평기어(12)가 회전함에 따라 기어(12)의 하부에서 기어(12) 저면에 돋아있는 소형 돌기(19)의 회전량을 검출하고, 그에 따른 하부척(6)의 이동거리를 연산·제어할 수 있도록 해주는 비접촉식 검출 센서(17)가 구비됨을 특징으로 하는 응력 이완 측정기