KR20010051933A - 응력이 가해진 봉의 잔류 인장을 초음파로 측정하기 위한방법 - Google Patents

응력이 가해진 봉의 잔류 인장을 초음파로 측정하기 위한방법 Download PDF

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Abstract

두 개의 앵커리지(anchorage)사이에 버팀대로 받쳐진 응력이 가해진 봉(bar)의 잔류 인장(F1)을 측정하기 위해서, 상기 봉의 두 단부사이 초음파의 양 방향 전파 시간(T1)이 측정되었고, 및 잔류 인장(F1)이 식 F1= F0+ kb·(T1-T0)에 의해 평가되었다. 떼어내지 않고 실행된 예비 측정동안, 봉은 가변성 견인 작용력(F)에 영향을 받는다. 각 값에 대해서, 봉의 두 단부사이 초음파의 양방향 전파 시간(T)이 측정되었고, 시간(T)에 관계한 견인 작용력(F)의 그래프(C)가 기록되었고, 및 상수 (T0)는 F=0을 위해 측정된 양방향 전파 시간으로써 결정되고, 및 상기 그래프는 기울기(ka)의 제 1 직선(D1)에 의해 값 F=0의 근처에 근접하고, 그래프의 상부는 기울기(kL)의 제 2 직선(D2)에 의해 근접하고, 상수(F0)는 제 1과 제 2 직선의 교차점이 일치한 견인 작용력(F)으로써 결정되고, 및 상수(kb)는 1/kb= (1/kL) - (1/ka) 관계에 따라 결정된다.

Description

응력이 가해진 봉의 잔류 인장을 초음파로 측정하기 위한 방법{METHOD FOR MEASURING BY ULTRA-SOUND THE RESIDUAL TENSION OF A PRE-STRESSED BAR}
본 발명은 봉(bar)의 두 개의 길이 방향 단부사이 초음파의 양방향 전파 시간(T1)을 측정하므로써 및 F0, T0및 kb가 봉을 떼어내지 않고 실행된 예비 측정동안 결정된 상수로 식 F1= F0+ kb·(T1-T0)에 의해 잔류 인장(F1)을 평가하므로써 두 개의 앵커리지(anchorage)사이에 버팀대로 받쳐진 응력이 가해진 봉(bar)의 본래의 잔류 인장을 측정하는 방법에 관한 것이다.
상기 형태의 방법이 프랑스 특허 제 2 750 498호에 기술되었다. 상기 발명에 따라서, 예비 측정이,
- 점진적으로 증가하는 견인 작용력(F)이 응력이 가해진 봉의 일 단부에 적용되고,
- 상기 언급된 견인 작용력뿐만 아니라 응력이 가해진 봉 단부의 길이 방향 변위(A)를 동시에 측정하는 것으로, 상기 측정들은 높은 기울기를 가진 제 1 직선을 실질적으로 수반하는 최초 부분, 그 후 낮은 기울기를 가진 제 2 직선을 실질적으로 수반한 만곡한 부분 및 최종적으로 최종 부분을 나타내는 변위(A)의 작용으로써 견인 작용력(F)의 그래프와 일치하고,
- 두 개의 직선의 교차에 일치하는 견인 작용력(F)의 값으로써 잔류 인장을 결정하고,
- 응력이 가해진 봉의 단부에 미치는 작용에 의해 잔류 인장보다 높은 두 개 이상의 공지되고 및 뚜렷한 응력값을 응력이 가해진 봉에 연속적으로 적용하고,
- 응력이 가해진 봉의 두 개의 길이방향 단부사이에 초음파의 양방향 전파 시간을 각각의 상기 응력 값을 위해 측정하고, 및
- 상기 잔류 인장의 평가 공식의 상수를 상기 측정으로부터 도출하는 것을 구성한다.
상기를 측정하기 때문에, 단지 측정이 한 번 실행되는 동안 응력이 가해진 봉의 단부에 대하여 견인 작용력을 적용할 필요가 있다.
상기 측정이 실행될 때, 단독적으로 상기 봉의 두 개의 단부사이에 초음파의 양방향 전파 시간을 측정하므로써 응력이 가해진 봉의 잔류 인장을 필요한 만큼 자주 연속적으로 조사할 수 있다. 따라서 상기 연속적인 조사들은 매우 단순하고 및 매우 빠르다. 상기 방법은 예를 들면, 이온화 광선으로 인하여 구조물에 접근을 억제하는 경우에 잘 적용된다.
본 발명의 목적은 초음파에 의해 잔류 인장을 측정하기 위한 방법의 정확성을 개선하기 위한 것이다.
서론에서 설명된 형태의, 발명에 따른 방법에서, 상기 예비 측정은,
- 두 개의 앵커러지사이 간격의 바깥 쪽에 위치한 영역에 적용된 견인 작용력(F)의 다른 값을 봉에 적용하는 단계,
- 적용된 견인 작용력(F)의 각 값을 위해, 양방향 전파 시간(T)과 관련하여 견인 작용력(F)을 그래프의 포인트들을 기억하기 위한 방법에서, 봉의 두 개의 길이방향 단부사이를 초음파의 양방향 전파 시간(T)을 측정하는 단계,
- 견인 작용력 F=0을 위해 측정된 양방향 전파 시간(T)으로써 상수(T0)를 결정하는 단계,
- 기울기(ka)를 가진 제 1 직선에 의해, 견인 작용력 값 F=0의 근접한 상태에서 상기 그래프를 접근하는 단계,
- 경사(kL)의 제 2 직선에 의해 상기 그래프의 상부를 접근하는 단계,
- 상기 제 1 및 제 2 직선의 교차 점에 상응한 견인 작용력(F)으로써 상수(F0)를 결정하는 단계, 및
- 식 1/kb= (1/kL) - (1/ka)에 따라 상수 kb를 결정하는 단계를 구성한다.
상기는 측정 시스템이 유도될 수 있는 기생 효과를 엄밀하게 고려하므로써 계수 kb의 결정에 대하여 개선할 수 있다. 점(T0,0)의 부근에서 그래프(T, F)에 근접한 제 1 직선은 견인 작용력(F)의 적용 지점과 인접한 앵커리지사이에 위치한 영역에서 봉의 연장을 고려하고, 반면 제 2 직선은 견인 작용력의 적용 지점과 반대 앵커리지사이의 길이(L)의 증가를 고려한다. 사용에 있어서, 및 특히 연속적인 검사동안, 상기는 단지 잔류 인장(F1)에 영향을 받은 두 개의 앵커리지사이 b = L - a이다. 따라서 상기는 제 2 직선의 기울기(kL)에 관계하여 수정될 기울기 계수(kb)를 위해 분별력 있다. 상기 수정은 만약 응력이 가해진 봉이 비교적 짧다면 가장 중요하게 될 것이다.
방법의 바람직한 실시예에서, 기울기(ka)의 제 1 직선에 의해 견인 작용력 값 F=0의 부근에서 상기 그래프의 근사치가 그래프의 낮은 부분상에 적당한 포물선을 구성하고, 견인 작용력 값 F=0을 위한 상기 포물선의 접선(tangent)으로써 제 1 직선을 결정한다.
바람직한 실시예에서, 예비 측정은 측정된 온도의 기억 및 봉 재료 온도의 측정을 포함한다. 상기는 연속적으로 고려될 측정된 전파 시간에 미치는 온도일 수있다. 따라서, 연속적인 측정에 대한 측정 단계동안, 봉 재료의 온도 및 봉의 두 길이방향 단부들사이 초음파의 양 방향 전파시간이 측정되었고, 및 상기 언급된 식의 적용을 위한 시간(T1)은 예비 측정의 시간에서 측정된 온도들과 연속적인 측정 단계사이의 편차의 작용으로 측정된 양 방향 전파 시간을 수정하므로써 결정된다.
추가로 본 발명의 특징 및 장점들은 첨부된 도면들을 참고로 제한 없는 일례의 실시에 대한 다음 기술에서 나타날 것이다.
도 1은 본 발명의 따른 방법의 일실시예를 나타내는 계략도이고, 및
도 2 및 3은 본 발명에 따른 방법으로 예비 측정동안 초음파의 양방향 전파 시간의 작용으로써 응력이 가해진 봉의 단부에 및 부근에 적용된 견인 작용력(F)의 전개의 일례를 도시학적으로 나타낸 그래프이다.
도 1에 나타내어진 것 처럼, 본 발명에 따른 공정은 응력이 가해진 봉(1), 예를 들면, 상기 봉의 길이방향 단부(4, 5)의 부근에 각각 위치한 두 개의 앵커리지(2, 3)사이에 버팀대로 받쳐진 금속의 잔류 인장(F1)을 측정하기 위해 설계되었다.
그의 두 개의 단부(4, 5)사이 응력이 가해진 봉(1)의 길이는 예를 들면, 50cm와 2m 사이의 범위에서 일반적으로 5m보다 적고 및 일반적으로 2m보다 적다.
도면에 나타내어진 비제한 일례에서, 상기 앵커리지(2, 3)는 다음과 같이,
응력이 가해진 봉과 일체인 확대된 헤드(2)로 그들 중 하나 및 완전하게 또는 부분적으로 나사산을 이룬 봉(1)에 체결된 너트(3)로 그들 중 하나로 구성된다. 상기 두 개의 앵커리지는 콘크리트의 덩어리(mass)(6) 또는 응력이 가해지게될 다른 덩어리에 미치는 압축 력을 적용한다.
초음파에 의해 응력이 가해진 봉(1)의 잔류 인장(F1)을 규칙적으로 조사할 수 있게 하기 위해서, 고려하에 봉에 비례하여 장치의 예비 측정이 착수되었다.
상기 목적을 위해, 봉(1)은 초음파 변환기(7) 및 응력이 가해진 봉에 발휘될 작용을 가능하게 하는 장치(11)를 가진 덩어리(6) 외측에 설치되었다.
초음파를 감지하고 및 전달하기 위한 변환기(7)는 봉(1)의 단부(5)상에 설치된다. 상기는 마이크로 컴퓨터내에 합병된 특수한 전자 카드에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되고, 이것에 의해 상기 카드는 변환기(7)가 초음파, 바람직하게 펄스(pulse)로써 단부(5)에 발산하기 위해서 제어될 수 있다. 또한 상기 변환기(7)는 두 단부사이의 초음파의 양방향 전파 시간(T)을 측정하기 위해서 응력이 가해진 봉의 단부(4)상에 반사 후 단부(5)에서 상기 파장의 반향을 감지하는 것을 허용한다.
도 1에서 나타내어진 일례에서, 장치(11)는 그의 단부(5)와 앵커리지(3)사이에 설치된 응력이 가해진 봉(1)의 영역위로 체결된 금속 링(12), 및 덩어리(6)와 상기 링(12)사이에 축으로 삽입되고 및 응력이 가해진 봉(1) 둘레에 설치된 환상 수압 잭(13)을 구비하고, 이것에 의해 상기 잭은 펌프(16)에 의해 수압 유체가 공급된 환상 실린더(15)내에 미끄러지는 환상 피스톤(14)을 구비한다.
상기 잭(13)의 수압 회로는 응력이 가해진 봉(1)위에 잭(13)에 의해 발휘된 견인 작용력을 측정하기 위해 압력 센서(17)를 갖춘다(잭의 유용한 부분 및 그의 산출을 고려하여). 다른 방법으로, 상기 견인 작용력의 측정은 상기 잭(13)과 링 (12)사이, 또는 덩어리(6)와 잭(13)사이에 변형 게이지를 설치하므로써 실행될 수 있다.
측정된 견인 작용력은 상기 마이크로 컴퓨터가 응력이 가해진 봉(1)에 적용된 견인 작용력(F)의 값을 기록할 수 있는 방법과 같은 마이크로 컴퓨터(8)에 귀속된 전자 획득 카드에 보내진다.
측정 단계동안, 상기 펌프(16)는 응력이 가해진 봉에 적용된 견인 작용력(F)을 점진적으로 증가시키기 위해서 제어되고, 및 상기 시간동안 마이크로 컴퓨터(8)는 응력이 가해진 봉의 단부(5)에 설치된 변환기(7) 수단에 의해 양방향 전파 시간 (T)과 센서 수단에 의해 견인 작용력(F)를 동시에 측정하고 및 기록한다.
상기 기록들은 도 2 또는 3에 나타내어진 그래프와 같이 양방향 전파 시간 (T)의 기능으로써 견인 작용력(F)의 그래프의 지점과 일치한다.
일반적으로 상기 그래프는,
- 비교적으로 크고 및 너트(3)와 링(12)사이의 봉(1)의 일부의 연장을 나타내는 기울기(ka)의 직선(D1)을 대략적으로 따르는 최초 부분,
- 그 후 상기 부분의 길이 L = b + a인 것으로, 여기에서 b는 두 개 앵커리지(2, 3) 사이의 길이 및 a는 앵커리지(3)와 링(12)사이의 길이, 봉(1)의 응력이 가해진 부분의 연장을 나타내는 기울기(kL〈 ka)의 직선(D2)을 실질적으로 수반하는, 큰 값의 견인 작용력(F)을 가지는 상부를 구비한다.
원래 공지된 것 처럼, 직선 D1및 D2의 교차는 측정동안 응력이 가해진 봉의 잔류 인장을 나타내는 세로좌표(F0)에 일치한다.
마이크로 컴퓨터(8)는 그들의 교차점 뿐만 아니라 직선 D1및 D2를 결정하기 위해 프로그램화된다. 그것으로부터 상기 마이크로 컴퓨터는 견인 작용력(F)이 상기 교차점에 일치한 상수 F0을, 즉 측정하는 동안 잔류 인장의 값을 도출한다.
또한 상기 마이크로 컴퓨터(8)는 견인 작용력의 적용 부재, 즉 F=0에서 측정하는 동안 얻어진 양방향 전파 시간(T)의 값(T0)을 기억한다.
좌표(T0, F0)를 가진 지점은 측정 시스템의 부재에서 응력이 가해진 봉에 잔류 인장에 대하여 양방향 전파 시간을 결합하는 그래프의 지점이다. 상기 그래프가 선이다는 것을 아는 것 처럼, 그의 방정식은,
F1= F0+ kb·(T1- T0) (1)
이고, 잔류 인장(F)의 값이 양방향 전파 시간(T1)의 단순한 측정으로부터 도출될 수 있다.
측정하는 동안 기울기 계수(kb)를 결정하기 위해서, 상기 마이크로 컴퓨터 (8)는
1/kb= (1/kL) - (1/ka) (2)
의 관계를 사용한다.
상기로 인하여, 계수(kb)는 정확하게 응력이 가해진 영역, 길이(b), 봉(1)의 인자가 고려된다.
도 2에서 설명된 일례에서, 상기는 그래프 C가 회전된 부분에 의해 연결된 두 개의 선상 부분을 구성하는 것으로 고려되었다. 따라서 상기 마이크로 컴퓨터 (8)는 예를 들면 종래 최소한의 정사각형(square) 맞춤 방법에 의해, 측정동안 이루어진 측정으로부터 얻어진 그래프의 상하부상에 기울기(Ka및 Kb)의 두 개의 직선(D1및 D2)을 맞추고, 및 그로부터 관계 (2)에 따라서 상수 kb뿐만 아니라 상수 F0를 도출한다.
추가로 측정의 정확성을 개선하기 위해서, 상기 마이크로 컴퓨터(8)는 상기 그래프 C의 하부 상에 포물선(P)를 조절하기 위해 프로그램화될 수 있다. 실제로, 상기는 응력이 가해진 봉(1)을 맞물리게하는 나사산을 고려하여, 상기 그래프 C의 하부가 선보다는 포물선인 것으로 나타낼 수 있다. 도 3은 그러한 실시를 나타낸다 (포물선(P)의 그래프를 과장하여). 상기 기술된 계산은 결정된 포물선의 점(T0, 0)에서 탄젠트를 직선(D1)으로써 사용한 동일한 방법으로 실행되었다. 상기 직선(D1)은 원점(T0,0)에 가장 근접한 그래프 C의 점들의 근사치이다.
측정이 한 번 실행될 경우, 연속적으로 응력이 가해진 봉(1)의 잔류 인장 (F1)의 값을 체크하기를 바랄 때, 상기는 더이상 장치(11)를 가진 상기 봉의 단부 (5)를 갖출 필요가 없다.
그 후 상기 마이크로 컴퓨터(8)는 변환기(7)가 응력이 가해진 봉의 단부(5)에서 간단히 초음파, 바람직하게 펄스를 발산시키게 한다. 그 후 상기 변환기(7)는 봉의 단부(4)상에 반사 후 반향하는 초음파를 감지하고, 및 마이크로 컴퓨터(8)는 초음파의 양방향 전파 시간(T1)을 측정한다. 상기 양방향 전파 시간(T1)을 바탕으로, 상기 마이크로 컴퓨터(8)는 공식 (1)에 의해 측정 시간에서 잔류 인장(F1)의 값을 도출한다.
상기는 강봉(1)과 같은 재료의 온도가 상기 재료에서 초음파 전파 속도에 및 측정된 양방향 전파 시간에 영향을 미치는 것으로 공지되었다. 결과적으로, 만약 봉의 온도가 변화에 민감하다면, 상기는 다음과 같은 형태의 식을 적용하므로써 측정의 진행에서 자동적인 수정을 제공하는 장점이 있다.
T1= Tm+ β·(θm- θi) (3)
여기에서 Tm은 θm온도에서 측정된 양방향 전파 시간이고, T1은 온도 θi, 예를 들면 측정동안 온도에 일치하여 식(1)의 적용을 위해 사용된 정확한 시간이고,β는 미리 결정된 재료 및 그의 기하학적인 특징에 의존한 상수이다.
봉 재료의 온도 θi은 측정 동안, 그 후 수정(3)이 적용되도록 연속적인 측정동안 측정되었다. 상기 온도의 측정은 초음파 변환기(7)에 근접하고 또는 그 안에 합병된 열전대와 같은 센서(20)의 수단에 의해 실행될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 초음파에 의해 잔류 인장을 측정하기 위한 방법으로 앵커리지사이에 버팀대로 받쳐진 응력이 가해진 봉(bar)의 잔류 인장 측정의 정확성을 개선하였다.

Claims (4)

  1. 봉(bar)의 두 개의 길이 방향 단부(4, 5)사이 초음파의 양방향 전파 시간 (T1)을 측정하므로써 및 F0, T0및 kb가 봉을 떼어내지 않고 실행된 예비 측정동안 결정된 상수로 식 F1= F0+ kb·(T1-T0)에 의해 잔류 인장(F1)을 평가하므로써 두 개의 앵커리지(anchorage)(2, 3)사이에 버팀대로 받쳐진 응력이 가해진 봉(bar)(1)의 본래의 잔류 인장을 측정하는 것으로,
    예비 측정은,
    - 두 개의 앵커러지사이 간격의 바깥 쪽에 위치한 영역에 적용된 견인 작용력(F)의 다른 값을 봉에 적용하는 단계,
    - 적용된 견인 작용력(F)의 각 값을 위해, 양방향 전파 시간(T)과 관련하여 견인 작용력(F)을 그래프(C)의 점들을 기억하기 위한 방법에서, 봉의 두 개의 길이방향 단부사이 초음파의 양방향 전파 시간(T)을 측정하는 단계,
    - 견인 작용력 F=0을 위해 측정된 양방향 전파 시간(T)으로써 상수 T0를 결정하는 단계,
    - 기울기 ka를 가진 제 1 직선(D1)에 의해, 견인 작용력 값 F=0의 근접한 상태에서 상기 그래프를 접근하는 단계,
    - 경사 kL의 제 2 직선(D2)에 의해 상기 그래프의 상부를 접근하는 단계,
    - 상기 제 1 및 제 2 직선의 교차 점에 상응한 견인 작용력(F)으로써 상수 F0를 결정하는 단계, 및
    - 식 1/kb= (1/kL) - (1/ka)에 따라 상수 kb를 결정하는 단계를 구성하는 것을 특징으로 하는 응력이 가해진 봉의 잔류 인장을 초음파로 측정하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    기울기 ka를 가진 제 1 직선에 의해 견인 작용력 값 F=0의 부근에서 상기 그래프(C)의 근사치가 그래프의 하부상에 포물선(P)의 맞춤을 구성하고, 및 견인 작용력 값 F=0을 위한 상기 포물선의 접선(tangent)으로써 제 1 직선을 결정하는 것을 특징으로 하는 응력이 가해진 봉의 잔류 인장을 초음파로 측정하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    예비 측정은 측정된 온도의 기억 및 봉(1) 재료 온도(θi)의 측정을 구성하는 것을 특징으로 하는 응력이 가해진 봉의 잔류 인장을 초음파로 측정하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    연속적인 측정에 대한 측정 단계동안, 봉(1) 재료의 온도(θm) 및 봉의 두 길이방향 단부(4, 5)들사이 초음파의 양방향 전파시간(Tm)이 측정되었고, 및 상기 식의 적용을 위한 시간(T1)은 예비 측정동안 측정된 온도(θi,θm)들과 연속적인 측정 단계사이 편차의 작용으로써 측정된 양 방향 전파 시간(Tm)을 수정하므로써 결정되는 것을 특징으로 하는 응력이 가해진 봉의 잔류 인장을 초음파로 측정하기 위한 방법.
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