KR20060102158A

KR20060102158A - 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치와 측정을 위한 장치의설치방법

Info

Publication number: KR20060102158A
Application number: KR1020050024096A
Authority: KR
Inventors: 위영민
Original assignee: 위영민
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-09-27

Abstract

본 발명은 구조이력을 확보하여 반영구적인 기준값을 얻기 위해 구조물의 시공단계인 거푸집 설치에서부터 게이지를 설치한 것이다. 또 비 균질적인 측정부위를 균질화시켜 측정값의 오차를 보정하기위하여 게이지의 면적보다 큰 박판의 탄성이 좋은 스틸 플레이트상에 여러 장의 게이지를 직ㆍ병렬로 부착한 것으로 측정값의 신뢰성과 연속성을 얻고자한 발명이다. 구조가 간단하면서 설치가 용이하고 경제적인 측정 장치를 제공하고자 한 것이다.

게이지, 스틸플레이트, 표시장치, 앵커볼트

Description

구조물의 변형량 및 응력 측정 장치와 측정을 위한 장치의 설치방법{Apparatus and method of measuring a changing quantity and a stress in the structure of the bridge and building, etc}

도 1은 본발명 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치를 보인 사시도(콘크리트 구조물용)

도 2a는 본발명 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치를 콘크리트 구조물에 설치한 상태를 보인 단면도(돌출형)

도 2b는 본발명 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치를 콘크리트 구조물에 설치한 상태를 보인 단면도(매입형)

도 3a는 본발명 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치에 있어서 스틸플레이트에 게이지의 개수를 보인 실시예

도 3b는 본발명 측정 장치에 있어서 게이지의 동선 배치도

도 4a, 도 4b는 본발명 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치를 보인 사시도(강재용)

도 5a는 본발명 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치를 강재 거더에 설치한 상태를 보인 단면도

도 5b는 본발명 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치를 를 플리 플렉스 빔에 설치한 상태를 보인 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 스틸플레이트 3: 표시장치

2: 게이지 4: 케이블

11: 고정돌출부 31: 고정스터드

12, 13, 32, 33 : 고정홀 41: 케이블파이프

14, 34 : 볼트

15, 51, 61 : 너트

16, 52, 62 : 와셔

A: 콘크리트구조물

B: 강재거더

B1: 통공

C: 프리플렉스 빔

D: I형강

본 발명은 구조물의 시공단계에서 게이지를 설치한 것이므로 구조물의 초기측정값이 게이지에 반영구적으로 그대로 남아있게 되어 구조물의 구조이력을 확보가 가능한 효과가 있다. 구조이력의 확보로 인하여 활하중에 대한 변형량은 물론이고 사하중+활하중에 대한 연속적인 변형량의 측정이 가능해졌다.

초기측정값이 그대로 남아있게 되므로 그 이후의 측정값은 초기측정값에 대한 변형량이 되므로 측정값의 연속성이 유지될 뿐만 아니라 이로 인하여 측정값의 신뢰성이 커지는 효과가 있다. 측정값의 연속성으로 인하여 변화에 대한 추이를 알 수 있게 되고, 미래예측에 대한 신뢰가 강화되는 효과가 있다. 그 뿐만 아니라 측정 장치의 구조가 간단하여 설치가 용이하고 경제적인 효과가 있는 유용한 발명이다.

본 발명은 콘크리트 및 강재용 건설구조물, 예컨대 교량의 거더, 건물의 보등의 안전점검 또는 안전진단을 위한 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치에 관한 것이다.

건설구조물에 대한 현재의 유지관리방식은 육안에 의한 점검과 5-10년 주기의 재하시험에 의한 점검이 대부분이다. 육안에 의한 점검은 외관상태만으로 보수여부를 결정하는 것이므로 보수에 의문이 남는다. 재하시험에 의한 점검은 구조물의 내하성능을 그 측정값에 의하여 예측하는 것이므로 육안에 의한 점검보다는 그 신뢰도가 높은 편이다. 그러나 여기에도 문제는 있다.

일반적으로 구조물을 점검하고 진단하는 것은 구조물의 현 상태를 정확히 알아보기 위한 것이다. 예를 들면, 사하중 및 활하중에 의한 거더의 압축응력 및 인 장응력대한 변화의 추이, 또는 이들 값에 대한 허용여부 등이 그것이다.

이와 같이 응력값에 대한 허용여부의 판단이라면 상기의 재하시험에 의해서도 얼마든지 판단할 수 있다. 그러나 5-10년 주기마다 이루어지는 조사라면 변화의 추이에 대해서는 전혀 알 수 없다. 이를 해결하기위하여 조사의 주기를 짧게 한다하더라도 조사된 측정값으로 그 추이를 안다는데 또 다른 문제가 있다. 조사된 측정값은 그 개수가 많을지 모르나 기준값이 없이 측정된 개수는 변화의 추이를 아는데 전혀 관계가 없기 때문이다. 재하시험에 의한 점검도 여기에 예외는 아니다.

변화의 추이는 앞으로 발생될지도 모를 위험을 사전에 방지하는 예측력을 제공해준다. 이러한 예측력은 기준값에 의한 변화의 추이에서 가능하다.

기준값을 정하기는 그리 어려운 일은 아니다. 그러나 기준값과 대응되는 측점을 지속적으로 관리한다는 것은 우리의 현실여건상 쉽지 않다는데 문제의 심각성이 있다. 아무리 기준값이 계측장비에 메모리 되어있다 해도 측점의 위치가 유지되지 않는다면 기준값은 아무런 역할을 할 수 없게 되고 변화에 대한 추이는 의미를 상실하게 된다. 여기에다 실제적인 문제는 구조물에 대한 연속적인 계측이 이루어지지 않아 구조이력이 확보되지 않았다는데 있다.

연속적인 계측이 이루어지지 않는 이유를 든다면 계측장비가 고가이고, 크기가 커서 도난 및 파손의 우려가 있어 장비의 설치를 기피하는 것도 한 이유라 할 수 있다. 이러한 현실적인 여건을 종합하여 보면, 구조이력의 확보가 어렵다는 것이 제일 큰 문제점이라 할 수 있다. 구조이력의 확보가 되지 않게 되면 구조물자체의 변화하는 모습은 알 수 없고, 다만 활하중에 대한 변형량만 측정할 수밖에 없다 는 측정의 한계성이 가장 큰 문제이다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해소하기위한 것으로 구조이력을 확보하고자함이 첫 번째 목적이고, 반영구적인 기준값을 제공하는 측정 장치를 만들고자함이 두 번째 목적이며, 비 균질적인 측정부위를 균질화시켜 측정값의 오차를 보정하고자함이 세 번째 목적이고, 측정값의 신뢰성과 연속성을 제공하고자함이 네 번째 목적이며, 구조가 간단하면서 설치가 용이하고 경제적인 측정 장치를 제공하고자함이 다섯 번째 목적이다.

본 발명은 게이지(2)와 계산기와, 그리고 표시장치(3) 3가지로 크게 구성되어있다.

게이지(2)는 통상적으로 사용되는 스트레인 게이지와 별반 차이가 없다.

그 형상은 도3b에서 보는 바와 같이 얇은 필름상으로 얇은 동선이 배선되어있다. 표시장치(3)에는 계산기가 내장되어있고 케이블(4)로 게이지(2)와 연결되어있다.

이제 본 발명의 특징을 이와 관련하여 살펴보기로 한다.

첫째, 구조물의 구조이력 확보에 대하여 살펴보면,

본 발명은 측정하고자하는 측정위치에 구조물을 시공하는 초기단계에서부터 측정 게이지(2)를 부착시켜놓은 것이다. 따라서 게이지(2)에 나타난 초기값이 구조물에 대한 기준값(원점)이 된다. 게이지(2)를 떼어내지 않는 한 몇 년이고 게이지 (2)의 기준값은 변하지 않고 그대로 유지된다. 시간의 경과와 함께 구조물의 내부조직은 변화되지만 게이지(2)의 초기 기준값은 변하지 않는다.

이러한 점에서 구조물에 대한 측정값은 게이지(2)의 초기 기준값에 대한 변화량을 의미한다. 게이지(2)의 초기값이 그대로 유지되기 때문에 언제 측정하더라도 구조물의 현 상태를 정확하게 평가할 수 있게 된다. 당연히 평가결과에 대한 신뢰성도 강화된다. 이와 같이 게이지(2)에 초기값이 유지됨으로써 구조물에 대한 구조이력이 확보된 셈이다.

달리 말하면 구조물의 구조이력은 게이지(2)에 내재된 초기값에 의하여 확보되어 있다. 구조물의 구조이력은 측정값의 신뢰성과 연속성을 제공해준다. 구조물의 구조적 안정을 평가함에 있어 측정값의 연속성은 종합적이고 합리적인 판단에 대한 기초적인 정보를 제공해준다.

종래의 측정방법에서와 같이 구조이력의 확보가 되지 않은 상태에서의 측정은 아무리 그 측정개수가 많다고 하더라도 그 값으로는 구조물자체가 변화하는 모습을 전혀 알 수 없다. 이 경우의 측정은 활하중에 대한 측정만 할 수밖에 없다는 측정의 한계성이 있다. 본 발명은 이와 같은 한계성을 극복하고 구조물전체에 대한 변화의 추이를 종합적으로 평가ㆍ예측하고자한 것이다.

또한 측정값의 연속성은 사용목적에 따라 측정범위의 다양화를 가능하게 한다. 예컨대 건조수축, 긴장력 손실, 온도변화, 크리프(creep)등의 측정이 가능해진다.

둘째, 비 균질성 콘크리트 구조물의 측정값 오차에 대한 배분 및 분산에 대 하여 살펴보면,

대부분의 구조물은 콘크리트나 강재로 이루어졌다.

콘크리트 구조물은 시멘트, 골재, 철근 등의 이질재료가 합성된 것으로 강재와 달리 비 균질적이다. 비 균질성 재료는 균질 재료에 비하여 측정값에 대한 오차가 커서 정확한 값을 얻기가 어렵다. 콘크리트 구조물을 균질적으로 만들지 않는 한 이러한 문제는 피할 수 없다. 만약 콘크리트 구조물에 통상적인 게이지(2)를 사용하면서 측정값의 오차를 줄일 수 있는 방안이 있다면 측정부위만이라도 균질 되게 만드는 것이라고 생각된다. 측정부위라 함은 콘크리트 구조물자체일 수 있고, 측정 장치의 일부일 수 있다. 그러나 콘크리트 구조물의 일정부분을 균질 되게 만드는 것은 합성재료의 성질로 보아 사실상 불가능하다. 그렇다면 게이지가 부착되는 측정 장치의 일부를 균질 되게 하는 것이 더 현실적이라 생각된다.

이러한 관점에서 측정부위의 균질성을 얻기 위하여 본 발명에서는 게이지(2)를 콘크리트 구조물에 직접 부착시키지 않고 두께가 얇고 게이지(2)보다 훨씬 넓은 탄성이 좋은 스틸 플레이트(1)를 도2a, 도2b에서와 같이 콘크리트 구조물과 일체화시켰다. 스틸 플레이트(1)위에는 여러 장의 게이지(2)를 직렬ㆍ병렬로 부착ㆍ배열시켰다. 스틸 플레이트(1)는 콘크리트 구조물과 일체로 거동한다. 스틸 플레이트(1)는 콘크리트 구조물과 일체화되어있기 때문이다.

스틸 플레이트(1)는 박판의 탄성이 좋은 균질재료의 강편이다. 가령 스틸 플레이트(1)의 위치에 스틸 플레이트대신 게이지(한 장이됐든 여러 장이됐든)만을 붙여놓았다고 가정해보면 비 균질성으로 인한 측정값의 오차는 스틸 플레이트(1)에서 보다 게이지에서 더 크게 나타날 것이다. 왜냐하면 스틸 플레이트(1)의 표면적이 게이지 한 장의 표면적보다 훨씬 넓기 때문에 오차의 보정도 그 넓이에 비례해서 그만큼 쉬워지기 때문이다.

따라서 본 발명은 비 균질적인 측정부위를 균질화시켜 측정값의 오차를 보정하여 측정값의 신뢰성을 얻고자 한 것이라고 요약할 수 있다.

셋째, 측정 장치의 간편성ㆍ설치의 용이성ㆍ경제성에 대하여 살펴보면,

본 발명은 게이지(2)와 계산기와, 그리고 표시장치(3) 3가지로 크게 구성된 것이므로 구조가 간단하다. 구조가 간단한 만큼 설치하기도 용이하다는 것은 말할 것도 없다. 그리고 구조가 간단한데다 그 구성하나하나가 고가인 것이 없으므로 고가의 계측장비에 비하여 경제적이다.

이와 같은 특징에 관련된 본 발명의 구성에 대하여 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.

구조물의 변형량을 게이지(2)에 의하여 측정하는 측정 장치에 있어서 게이지(2)의 면적보다 훨씬 넓은 박판의 탄성이 좋은 스틸 플레이트(1)와, 스틸 플레이트상(1)에 직ㆍ병렬로 부착된 게이지(2)와, 직ㆍ병렬상의 게이지(2)와 케이블(4)에 의하여 연결된 계산기와, 계산기에 의하여 변환된 측정값을 표시해주는 표시장치(3)로 구성됨을 특징으로 하는 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치이다.

구조물이 콘크리트로 된 경우에는 구조물과 일체화시키기 위하여 스틸 플레 이트(1)의 주변에는 다수개의 고정 돌출부(11)가 형성되어있다. 구조물이 강재로 된 경우나 콘크리트에 앵커 볼트(50)가 매입되어 있는 경우에는 앵커 볼트(50)와 대응되는 위치에 다수개의 고정 홀(12)이 스틸 플레이트(1)에 형성되어있다.

계산기가 내장된 표시장치(3)를 구조물에 고정시키기 위하여 표시장치(3)의 배면에 고정 스터드(31)를 설치했다.

본 발명의 측정 장치를 설치하는 방법에 대하여 알아보기로 한다.

먼저, 사용목적에 따라 여러 장의 게이지(2)를 표면적이 넓고 탄성이 좋은 박판의 강편으로 된 스틸 플레이트(1)상에 직ㆍ병렬로 배열하여 부착시킨다.

콘크리트 구조물을 시공하는 초기단계인 거푸집을 설치하는 단계에서 게이지(2)가 부착된 스틸 플레이트(1)와, 그리고 게이지(2)와 연결된 케이블(4)이 삽입된 파이프(41)를 거푸집 안에 설치한다. 이때 거푸집에 직접 고정 돌출부(11)가 일체로 형성된 스틸 플레이트(1)를 설치할 수도 있고, 앵커 볼트(50)를 설치하고 구조물이 완성된 다음에 스틸 플레이트(1)를 조립할 수도 있다. 또한 계산기가 내장된 표시장치(3)를 조립하기 위한 스터드(31)를 거푸집에 설치할 수도 있다.

구조물이 완성된 후 계산기가 내장된 표시장치(3)를 조립한다. 앵커 볼트(50)가 설치된 것이라면 이때 스틸 플레이트(1)를 조립한다.

구조물이 강재로 이루어진 것이라면 상기의 콘크리트 구조물(A)의 설치과정과 동일하고 다만 스틸 플레이트(1)나 계산기가 내장된 표시장치(3)의 조립방식에 있어서 거푸집이 없으므로 볼트 조립방식이다.

본 발명의 측정 장치로 측정할 수 있는 변형량의 항목을 예시해보면 다음과 같다.

① 콘크리트 구조물 제작(시공)초기부터의 건조수축에 따른 변형량 및 응력

② 프리스트레스 및 프리플랙스에 의한 구조물 변형 및 응력

③ 프리스트레스 및 프리플렉스의 손실값 산출

④ 콘크리트교, 강교 및 건축물의 온도변화에 의한 구조물 변형량 및 응력

⑤ 콘크리트교, 강교 및 건축물의 자중에 의한 구조물 변형량 및 응력

⑥ 교량의 2차 고정하중에 의한 구조물 변형량 및 응력

⑦ 공용중 교량의 구조물 변형량 및 응력

이와 같이 구성된 본 발명의 효과는 다음과 같다.

구조물의 시공단계에서 게이지(2)를 설치한 것이므로 구조물의 초기측정값이 게이지(2)에 반영구적으로 그대로 남아있게 되어 구조물의 구조이력을 확보가 가능한 효과가 있다. 구조이력의 확보로 인하여 활하중에 대한 변형량은 물론이고 사하중+활하중에 대한 연속적인 변형량의 측정이 가능해졌다.

Claims

구조물의 변형량을 게이지(2)에 의하여 측정하는 측정 장치에 있어서 게이지(2)의 면적보다 큰 박판의 스틸 플레이트(1)와, 스틸 플레이트(1)상에 직ㆍ병렬로 부착된 게이지와, 직ㆍ병렬상의 게이지(2)와 케이블(4)에 의하여 연결된 계산기와, 계산기에 의하여 변환된 측정값을 표시해주는 표시장치(3)로 구성됨을 특징으로 하는 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치
제1항에 있어서 스틸 플레이트(1)의 주변에 다수개의 고정 돌출부(11)가 형성됨을 특징으로 하는 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치
제1항에 있어서 구조물에 매입된 앵커 볼트(50)와 대응되는 위치에 다수개의 고정 홀(12)이 스틸 플레이트(1)에 형성됨을 특징으로 하는 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치
제1항 또는 제2항에 있어서 계산기가 내장된 표시장치(3)의 배면에 고정 스터드(31)를 설치함을 특징으로 하는 구조물의 변형량 및 응력 측정 장치
여러 장의 게이지(2)를 표면적이 넓고 탄성이 좋은 박판의 강편으로 된 스틸 플레이트상에 직ㆍ병렬로 배열하는 단계와, 게이지(2)와 연결된 케이블(4)이 삽입된 파이프(41)와 상기 스틸 플레이트(1)를 구조물을 시공하는 초기단계에서 거푸집에 설치하는 단계와, 구조물이 완성된 후 계산기가 내장된 표시장치(3)를 부착하는 단계로 설치됨을 특징으로 하는 구조물의 변형량 및 응력 측정을 위한 장치의 설치방법