KR20050102867A - 교량 행어 케이블의 장력 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 현수교의 측경간 지점부 근처나 중앙경간 중앙부 근처에 설치되는 길이가 짧은 행어 케이블의 장력을 보다 용이하게 측정하도록 하는 교량 행어 케이블의 장력 측정장치에 관한 것이다.
이에 따른 본 발명은 현수교의 측경간 지점부 근처 또는 중앙 경간 중앙부 근처에 설치되는 행어 케이블의 장력을 측정함에 있어서,
마주하는 행어 케이블 사이에, 나사결합에 의한 두 개의 부재가 각 행어 케이블에 지지되도록 횡방향으로 가로질러 설치되고, 행어 케이블에 장력이 인가되도록 신장될 때 그 횡력과 횡변위를 검출할 수 있도록 로드셀 및 횡변위 측정센서가 구비된 가력수단과;
상기 가력수단을 중심으로 상, 하 등간격의 행어 케이블의 양 지점에 그 케이블의 장력도출을 위한 구간범위를 설정하기 위해 구속하는 구속수단과;
상기 가력수단의 로드셀 및 횡변위 측정센서로부터의 신호를 입력받아 증폭하고 디지털신호로 변환하는 데이터 수집수단; 및
상기 데이터 수집수단으로부터의 디지털신호의 수집비(sampling rate)를 조절하고, 횡변위에 대한 횡력의 관계를 시각화하며, 일정구간의 횡변위-횡력의 관계를 회귀분석하고 기울기를 산정하여 하기의 수학식을 이용하여 장력을 산출하는 분석수단;을 포함하여 구성된 것이다.
Description
본 발명은 교량 행어 케이블의 장력 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현수교의 측경간 지점부 근처나 중앙경간 중앙부 근처에 설치되는 길이가 짧은 행어 케이블의 장력을 보다 용이하게 측정하도록 하는 교량 행어 케이블의 장력 측정장치에 관한 것이다.
케이블로 지지되는 교량에서 상기 케이블은 하중을 지탱하는 중요한 부재이다. 따라서 이러한 케이블 부재의 장력관리는 교량의 안전성 및 기능성을 위해서 중요한 현안이다. 장력의 관리란, 정기적인 장력측정으로 장력의 변화량 및 변화추세 등을 파악하여 교량의 현상태 및 건전성을 평가하는 것이다. 장대 케이블 교량에서는 이러한 장력관리를 위해 교량계측시스템을 구축하여 운영하고 있다.
이러한 교량계측시스템에 있어 종래에는 가속도계를 현수교 행어 케이블에 설치하여 인력, 차량 혹은 바람등에 의해 발생하는 행어 케이블의 고유 진동수를 계측한 다음 계측된 고유 진동수를 이론식에 적용하여 이로부터 행어 케이블의 장력을 산정하는 방식을 채택하고 있는데, 이러한 행어 케이블 장력측정방법은 길이가 긴 행어 케이블의 경우에 정밀도가 높은 장력을 산정할 수 있지만 현수교 행어 케이블은 단일 교량에서도 다양한 길이를 가지고 설치되는 것을 감안할 때 행어 케이블의 길이가 짧아질수록 정밀도는 급격히 떨어지고, 특히 현수교의 측경간 지점부 근처나 중앙경간 중앙부 근처에 설치되는 길이가 짧은 행어 케이블의 장력 산정은 진동 계측 자체가 불가능하며, 더구나 복잡한 지지조건 때문에 이론식을 적용하기도 힘들다. 이러한 이유로 이와 같은 행어 케이블의 장력 산정은 종래의 기술로서는 측정자체가 불가능한 문제가 있었다.
따라서 본 발명은 상기의 제반문제를 해결하기 위해 창출된 것으로서 그 목적은 현수교의 측경간 지점부 근처나 중앙경간 중앙부 근처에 설치되는 길이가 짧은 행어 케이블의 장력을 측정하는 교량 행어 케이블의 장력 측정장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 현수교의 측경간 지점부 근처 또는 중앙 경간 중앙부 근처에 설치되는 행어 케이블의 장력을 측정함에 있어서,
마주하는 행어 케이블 사이에, 나사결합에 의한 두 개의 부재가 각 행어 케이블에 지지되도록 횡방향으로 가로질러 설치되고, 행어 케이블에 장력이 인가되도록 신장될 때 그 횡력과 횡변위를 검출할 수 있도록 로드셀 및 횡변위 측정센서가 구비된 가력수단과;
상기 가력수단을 중심으로 상, 하 등간격의 행어 케이블의 양 지점에 그 케이블의 장력도출을 위한 구간범위를 설정하기 위해 구속하는 구속수단과;
상기 가력수단의 로드셀 및 횡변위 측정센서로부터의 신호를 입력받아 증폭하고 디지털신호로 변환하는 데이터 수집수단; 및
상기 데이터 수집수단으로부터의 디지털신호의 수집비(sampling rate)를 조절하고, 횡변위에 대한 횡력의 관계를 시각화하며, 일정구간의 횡변위-횡력의 관계를 회귀분석하고 기울기를 산정하여 수학식을 이용하여 장력을 산출하는 분석수단;을 포함하여 이루어진 특징을 갖는다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의거 보다 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명의 교량 행어 케이블의 장력 측정장치에서 케이블 가력수단의 구성을 분리 도시한 구성도이고, 도 2 는 도 1 의 결합상태도이며, 도 3 은 본 발명의 교량 행어 케이블의 장력 측정장치에서 케이블 구속수단의 구성을 분리 도시한 구성도이고, 도 4 는 도 3 의 결합상태도이며, 도 5 는 본 발명의 교량 행어 케이블의 장력 측정장치의 전체 구성을 도시한 구성도이다.
본 발명은 현수교의 측경간 지점부 근처 또는 중앙 경간 중앙부 근처에 설치되는 행어 케이블의 장력을 측정함에 있어서,
마주하는 행어 케이블(1) 사이에, 나사결합에 의한 두 개의 부재가 각 행어 케이블(1)에 지지되도록 횡방향으로 가로질러 설치되고, 행어 케이블(1)에 장력이 인가되도록 신장될 때 그 횡력과 횡변위를 검출할 수 있도록 로드셀(17-1) 및 횡변위 측정센서(17-2)가 구비된 가력수단(10)과,
상기 가력수단(10)을 중심으로 상, 하 등간격의 행어 케이블(1)의 양 지점에 그 케이블의 장력도출을 위한 구간범위를 설정하기 위해 구속하는 구속수단(20)과,
상기 가력수단(10)의 로드셀(17-1) 및 횡변위 측정센서(LDVT;17-2)로부터의 신호를 입력받아 증폭하고 디지털신호로 변환하는 데이터 수집수단(30) 및
상기 데이터 수집수단(30)으로부터의 디지털신호의 수집비(sampling rate)를 조절하고, 횡변위에 대한 횡력의 관계를 시각화하며, 일정구간의 횡변위-횡력의 관계를 회귀분석하고 기울기를 산정하여 수학식을 이용하여 장력을 산출하는 분석수단(40)을 포함하여 구성된다.
한편, 상기 가력수단(10)은 구체적으로 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 서로 마주하는 각 행어 케이블(1)의 내측 외주면에 면접촉상태로 지지되도록 된 두 개의 지지단(11)과,
일측 지지단(11a)에 헐겁게 끼움결합되고, 외주면에 축방향으로 회전이 가능한 손잡이(12) 및 변위계측용 원판(13)이 돌출 형성되며, 내부에 암나사부(14)가 형성된 제 1 횡변위부재(15)와,
상기 제 1 횡변위부재(15)의 암나사부(14)에 나사결합되는 수나사부(16)를 갖고, 그 후방에 타측 지지단(11b)과, 그 지지단(11b) 사이에 축방향으로 개재되는 로드셀(17-1)에 헐겁게 끼움결합되는 구조를 가지며, 상기 수나사부(16)의 후측방에 제 1 횡변위부재(15)의 변위계측용 원판(13)을 기준으로 그 부재의 횡변위를 측정하는 횡변위 측정센서(LVDT;17-2)를 고정하기 위한 센서 고정판(18)을 갖는 제 2 횡변위부재(19)로 구성된다.
한편, 구속수단(20)은 구체적으로 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 양측에 수나사부(21)가 대칭되게 형성된 길이방향의 환봉부재가 2개1조로 된 구속봉(22)과,
상기 구속봉(22)의 각 끝단으로 끼워져 마주하는 행어 케이블(1)의 외측 내주면을 감싸 상기 행어 케이블(1)을 구속하는 고정 취부단(23)과,
상기 고정 취부단(23)을 고정하기 위해 구속봉(22)의 수나사부(21)에 나사결합하는 고정너트(24)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에서 가력수단(10)의 손잡이(12)를 제 1 횡변위부재(15)가 신장되는 방향으로 회전시키면 제 2 횡변위부재(19)의 수나사부(16)의 나사선을 따라 상기 제 1 횡변위부재(15)가 신장하게 되면서 행어 케이블(1)에 장력을 가하게 되고, 이 때 장력 인가에 따른 횡력과 횡변위를 로드셀(17-1)과 횡변위 측정센서(17-2)를 통한 측정 데이터 신호는 데이터 수집수단(30)에서 신호증폭과 디지털변환과정을 거치게 되고, 이 후 분석수단(40)에서 수집된 데이터를 하기의 계산식을 통해 횡력과 횡변위관계 그래프의 기울기를 시각화하고, 또한 횡력과 횡변위의 관계를 수치화할 수 있어 두 물리량의 기울기가 실시간으로 제시되며, 컴퓨터 파일형태로 저장할 수 있다.
즉 장력이 인가된 케이블에 횡력을 작용시킬 경우 인가된 장력의 크기에 따라 가해진 횡방향 힘에 대한 변위의 크기 관계가 달라진다. 따라서 가해진 횡력과 그에 따른 변위의 크기 관계를 계측하여 보면 인가상태의 장력을 다음과 같은 이론식을 이용하여 산정할 수 있다.
-----------①
<실시예>
본 발명을 실시하기 위한 대상을 영종대교 행어 케이블로 하여 설치하여 장력을 측정해봄으로써 방법을 구체화하였다. 영종대교의 건설을 위한 설계시 산정한 장력값(설계장력)을 참값으로 보고 본 발명의 방법과 종래의 방법을 비교하였다. 실험대상 케이블의 번호는 NTS25이다.
케이블 상, 하단에 본 발명의 구속수단(20)을 설치한다. 상단과 하단의 구속수단간의 거리(2l)를 제어두고 두 개의 구속수단 가운데 가력수단(10)을 설치한다. 설치가 끝나면 가력수단(10)의 손잡이(12)를 천천히 돌리면서 행어 케이블(1)에 횡변위를 도입한다. 이 때 분석수단(40)에서는 횡변위 측정센서(17-2) 및 로드셀(17-1)로부터 수집된 신호를 저장하면서 화면을 통해 그림 1과 같은 횡변위와 횡력의 관계를 확인할 수 있다. 횡변위가 3 ~ 4mm정도 도입되면 가력을 멈춘다. 그 다음으로 분석수단(40)에서 기록된 신호나 화면에 나타난 횡변위-횡력관계의 기울기를 산출하여 상기 계산식 ①에 대입하여 장력을 산정한다.
그림 1 분석수단에 나타난 횡변위-횡력관계 및 기울기
이러한 계산과정을 표 1에 나타내었다. 또한 표 2에서는 종래의 방법에 의한 장력 산정결과와 본 발명에 의한 결과를 설계 장력과 비교하여 보았다. 표 2에서 나타난 바와 같이 종래의 방법 중 차량이나 바람에 의한 가진으로 발생하는 상시 진동신호를 이용하여 장력을 산정하는 방법은 적용이 불가능하며 인력이나 기계 가진에 의한 강제진동만으로 결과를 얻을 수 있다. 더구나 얻어진 결과도 본 발명의 방법보다 정확도가 떨어진다.
표 1 장력 산정 과정
표 2 기존의 방법과의 비교(단위: tonf)
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상과 같은 본 발명을 행어 케이블의 장력측정에 적용할 경우 다음과 같은 장점이 있다.
1) 종래의 방법에서는 계측신호의 질을 높이기 위해 센서장착시 주의 요하며 높은 위치에 장착해야 하므로 별도 부가장비가 필요하지만 본 발명은 구속장치와 가력장치만으로 인력작업 위치선상의 낮은 위치에서 설치되기 때문에 별도의 부가장비가 필요없음은 물론 작업성이 용이하다.
2) 종래의 방법에서 상시진동을 이용할 경우 적절한 바람이 불때까지 기다리거나 강제진동의 경우 가진기나 충격해머 등 부가장비가 필요하지만 본 발명에서는 횡변위부재의 신장이동으로 케이블에 장력을 도입하는 방식이기 때문에 작업성이 탁월하다.
3) 종래의 방법에서 고유진동수를 획득하기 위해서는 정밀한 신호분석방법이 요구되나 본 발명에서는 단순히 기록된 횡변위에 대한 횡력의 변화량을 산술적으로 산정하기 때문에 간단하고 작업시간이 단축된다.
4) 종래의 방법에서 사용되는 이론식은 케이블의 동특성에 기초한 이론식으로, 본 발명에서 사용하는 정적특성에 기초한 이론식보다 복잡하고 이론적으로 규명하기 어려운 물성치를 포함한다.
도 1 은 본 발명의 교량 행어 케이블의 장력 측정장치에서 케이블 가력수단의 구성을 분리 도시한 구성도.
도 2 는 도 1 의 결합상태도.
도 3 은 본 발명의 교량 행어 케이블의 장력 측정장치에서 케이블 구속수단의 구성을 분리 도시한 구성도.
도 4 는 도 3 의 결합상태도.
도 5 는 본 발명의 교량 행어 케이블의 장력 측정장치의 전체 구성을 도시한 구성도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
1: 행어 케이블, 10: 가력수단,
11: 지지단, 12: 손잡이,
13: 변위계측용 원판, 14: 암나사부,
15: 제 1 횡변위부재, 16: 수나사부,
17-1: 로드셀, 17-2: 횡변위 측정센서(LVDT),
18: 고정판, 19: 제 2 횡변위부재,
20: 구속수단, 21: 수나사부,
22: 구속봉, 23: 고정 취부수단,
24: 고정너트, 30: 데이터 수집수단,
40: 분석수단,
Claims (3)
- 현수교의 측경간 지점부 근처 또는 중앙 경간 중앙부 근처에 설치되는 행어 케이블의 장력을 측정함에 있어서,마주하는 행어 케이블 사이에, 나사결합에 의한 두 개의 부재가 각 행어 케이블에 지지되도록 횡방향으로 가로질러 설치되고, 행어 케이블에 장력이 인가되도록 신장될 때 그 횡력과 횡변위를 검출할 수 있도록 로드셀 및 횡변위 측정센서가 구비된 가력수단과;상기 가력수단을 중심으로 상, 하 등간격의 행어 케이블의 양 지점에 그 케이블의 장력도출을 위한 구간범위를 설정하기 위해 구속하는 구속수단과;상기 가력수단의 로드셀 및 횡변위 측정센서로부터의 신호를 입력받아 증폭하고 디지털신호로 변환하는 데이터 수집수단; 및상기 데이터 수집수단으로부터의 디지털신호의 수집비(sampling rate)를 조절하고, 횡변위에 대한 횡력의 관계를 시각화하며, 일정구간의 횡변위-횡력의 관계를 회귀분석하고 기울기를 산정하여 하기의 수학식을 이용하여 장력을 산출하는 분석수단;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 교량 행어 케이블의 장력 측정장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가력수단은,서로 마주하는 각 행어 케이블의 내측 외주면에 면접촉상태로 지지되도록 된 두 개의 지지단과;일측 지지단에 헐겁게 끼움결합되고, 외주면에 축방향으로 회전이 가능한 손잡이 및 변위계측용 원판이 돌출 형성되며, 내부에 암나사부가 형성된 제 1 횡변위부재와;상기 제 1 횡변위부재의 암나사부에 나사결합되는 수나사부를 갖고, 그 후방에 지지단과, 그 지지단 사이에 축방향으로 개재되는 로드셀에 헐겁게 끼움결합되는 구조를 가지며, 상기 수나사부의 후측방에 제 1 횡변위부재의 변위계측용 원판을 기준으로 그 부재의 횡변위를 측정하는 횡변위측정 센서(LVDT)를 고정하기 위한 센서 고정판을 갖는 제 2 횡변위부재;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 교량 행어 케이블의 장력 측정장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 구속수단은양측에 수나사부가 대칭되게 형성된 길이방향의 환봉부재가 2개1조로 된 구속봉과;상기 구속봉의 각 끝단으로 끼워져 마주하는 행어 케이블의 외측 내주면을 감싸 상기 행어 케이블을 구속하는 고정 취부단과;상기 고정 취부단을 고정하기 위해 구속봉의 수나사부에 나사결합하는 고정너트;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 교량 행어 케이블의 장력 측정장치.
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