KR20060102581A - 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화시스템 - Google Patents
교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템에 관한 것으로, 적재물량의 조절로 재하하중의 크기를 인위적으로 조절할 수 있으면서 도로 교량 또는 철도 교량의 거동과 일체로 거동할 수 있는 특수 재하차량과, 상기 특수 재하차량 내부에 구성되어, 평가 대상 교량에 대한 상기 특수 재하차량의 주행시 1개 이상의 경사각을 측정할 수 있는 경사각 센서와, 상기 경사각 센서에서 측정된 경사각 데이터를 저장하고 분석하여 교량의 처짐을 구하고, 이 구한 교량의 처짐을 통해 교량의 내하력 평가를 수행하는 분석기로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이러한 특징에 따라 접근성이 용이하지 못한 교량의 경우에도 처짐의 측정이 가능하고, 교량의 내하력 평가를 위하여 다이얼 게이지, LVDT, 링게이지 등의 변위센서와 같은 별도의 센서를 부착할 필요가 없으며, 하중재하를 위한 덤프트럭과 같은 차량준비도 불필요하고, 대표적인 대상경간 뿐만 아니라 1회의 주행으로 전체 교량의 상태를 평가할 수 있게 되는 효과가 있다.
교량, 내하력, 경사각, 처짐, 재하시험, 노반, 말뚝, 평판
Description
도 1은 종래 교량의 내하력 평가 과정을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 교량의 내하력 평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템의 구성과 교량의 내하력 평가의 실시예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 특수 재하차량을 이용한 교량의 내하력 평가 과정을 나타낸 흐름도.
도 4는 교량의 처짐과 경사각의 상관관계를 나타낸 모식도.
도 5는 충격계수 산정의 실시예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 공차시와 만차시의 처짐측정차를 이용한 교량의 내하력 평가의 실시예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 변위측정기를 교량의 고정점에 설치한 경우의 처짐측정과정을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 변위측정기를 이동하는 특수 재하차량에 설치한 경우의 처짐측정과정을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 특수 재하차량 및 무선 계측기를 이용한 각종 데이터의 측정과정을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 특수 재하차량을 이용한 노반의 상태 측정과정을 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 또 따른 특수 재하차량을 이용한 노반의 상태 측정과정을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 교량 2 : 교각
10 : 특수 재하차량 11 : 경사각 센서
12 : 분석기 13 : 타겟
14 : 변위측정기 15 : 무선계측기
16 : 변위계 17, 17` : 액츄에이터
18 : 평판 19, 19` : 바퀴
본 발명은 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템에 관한 것으로, 특히 교량의 거동과 일체로 거동할 수 있는 특수 재하차량(TLMV : Bridge Test Loading & Measurement Vehicle)과 경사각을 측정할 수 있는 센서 시스템, 그리고 센서 시스템에서 측정된 데이터를 저장 및 분석할 수 있는 분석 시스템을 상호 결합시킴으로써 접근성이 용이하지 못한 교량의 경우에도 처짐의 측정이 가능하고, 교량의 내하력 평가를 위해 별도의 센서 부착 및 차량 준비가 불필요하 며, 대표적인 대상경간 뿐만 아니라 1회의 주행으로 전체 교량의 상태를 효율적으로 평가할 수 있는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 특수 재하차량에 액츄에이터와 평판을 설치하고, 변위측정을 위한 변위계를 설치하여 평판 및 말뚝 재하시험을 수행함으로써 별도의 장비의 준비 또는 설치의 과정이 필요없이 노반 또는 말뚝의 지지력 등 그 상태를 용이하게 평가할 수 있는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템에 관한 것이다.
국내에서도 산업발달과 더불어 기간 시설물의 건설이 급격히 증가되어 왔으며, 근래에 들어서는 초기에 건설된 시설물이 노후화기에 접어들면서 그 안전성이 사회적인 문제로 대두되고 있다. 기간 시설물의 붕괴는 경제적인 문제뿐만 아니라 인명피해에 의한 손실과 사회적인 충격이 매우 크다. 이러한 이유로 인하여 최근 구조물의 안전성 평가 분야에 대한 관심이 매우 높아가고 있는 실정이다.
특히 공용중인 교량은 다양한 구조설계 기준에 의하여 설계, 시공되어 있어 활하중 부담 능력에 있어서 폭 넓은 변동성을 가지고 있으며, 구조물의 상태, 통과 차량의 변동성 등 여러 인자들에 의해서 교량의 구조적 조건이 변화된다. 또한 환경적인 혹은 물리적인 영향에 의한 내구성의 감소는 교량의 내하능력을 지속적으로 감소시킨다.
이러한 원인을 분석하고 교량의 사용성과 안전성 평가를 통해 보다 효율적인 교량운영과 유지관리를 합리적으로 수행하기 위해서 사용중인 교량에 대한 활하중 부담능력 즉, 내하력 평가의 필요성은 날로 증대되고 있다.
즉, 지속적인 반복하중, 통행량의 변화, 차량의 형상 변화(축중하중), 구조물의 성능저하 등 교량 구조물의 내하능력에 직ㆍ간접적인 영향을 미치는 요소들을 합리적으로 고려하여, 대상 교량에 대한 공용내하력을 평가하는 방법이 교량 내하력 평가의 궁극적인 목표이다.
한편, 교량의 내하력을 산정하는 방법에는 기본내하력을 공용내하력으로 채택하는 방법과 교량의 상태, 교통량, 재하시험결과 등을 사용하여 보정한 수정내하력을 공용내하력으로 채택하는 방법이 있다. 미국이나 유럽의 경우에는 전자를 채택하고 있으며, 한국이나 일본은 후자를 사용하고 있다.
국내에서 일반적으로 적용되고 있는 내하력 평가방법은 적용 설계법에 따라 허용응력설계법에 의한 내하력 평가방법과 강도설계법에 의한 내하력 평가방법으로 구분할 수 있다. 현재 도로교와 철도교에 적용할 때 강교인 경우에는 허용응력설계법에 의한 내하력 평가방법이, 콘크리트교인 경우에는 강도설계법에 의한 내하력 평가방법이 일반적으로 적용되고 있다.
종래 교량의 내하력 평가를 위한 과정은 도 1에 도시된 바와 같이 준비과정(S1), 대상경간 선정과정(S2), 계측센서 및 장비 설치과정(S3), 재하시험 실시과정(S4), 재하시험 완료과정(S5), 측정자료 분석과정(S6), 내하력 평가과정(S7)으로 이루어지고 있다.
여기서, 내하력 평가공식은 다음과 같다.
- 공용내하력 = 기본내하력×보정계수(K)
- 기본내하력 = 내하율(RF)×평가활하중
- 강도설계법에 의한 내하율 산정
- 허용응력설계법에 의한 내하율 산정
- 보정계수
ㆍ변형률을 적용하는 경우
ㆍ처짐을 적용하는 경우
여기서,
: 구조계산으로 구한 해당부재의 변형률
상기에 기술된 교량의 내하력 평가를 위하여 기본내하력은 기지의 값인 교량설계당시 재원 또는 물성치에 의해 결정되는 값이며, 교량의 현상태를 반영한 공용내하력을 결정하기 위한 보정계수(K)만이 미지수로, 이를 산정하기 위하여 실측 변형률 또는 처짐은 정적 또는 의사정적재하시험에서 계측된 결과를 적용하며, 실측충격계수는 동적재하시험에서 계측된 결과를 이용하여 산정하게 된다. 즉, 공용내하력을 산정하기 위한 미지의 값은 실측 변위(또는 변형률), 실측충격계수, 그리고 계산 변위를 해석적으로 산정하기 위한 하중재하위치 및 재하하중의 크기이며, 이들의 미지값들은 현장에서 수행되는 정ㆍ동적 재하시험에 의하여 얻어지게 된다.
상기에 기술된 보정계수(K)의 산정을 위하여 일반적으로 변형률 또는 변위 측정값이 사용된다. 변형률계는 변위계에 비하여 설치가 용이하여 많이 적용되고 있으나, 변형률 측정을 위하여 일반적으로 사용되고 있는 스트레인게이지에서 출력되는 신호는 신호증폭기에서 전압으로 출력되는데, 케이블 길이가 길어지면 온도변화에 따른 케이블 저항값의 변화가 커지게 되고 신호증폭기에서 출력되는 전압이 컴퓨터나 기록장치로 입력되는 전압과 차이가 발생하게 되어 측정오차가 야기될 수 있다. 이러한 이유로 신호대 잡음비가 변위계에 비하여 매우 작기 때문에, 공용내 하력 산정을 위한 보정계수(K) 산정시 일반적으로 변위측정값이 활용되고 있다.
그리고, 차량통과에 의한 실제 수직변위응답의 측정은 입력하중의 특성을 예측할 수 있게 하거나, 구조물의 상태평가를 결정하는데 필요한 가장 정확한 물리량이다. 교량의 내하력 평가를 위한 수직변위응답의 측정은 일반적으로 접촉식 변위센서를 활용하고 있다. 다이얼 게이지, LVDT 또는 링게이지 등을 이용한 접촉식 처짐계의 경우는 비교적 감도 및 정도가 양호하고 실내실험시 안정된 계측값을 얻을 수 있으며 작은 처짐의 측정에 적합하다.
그러나, 실교량의 처짐량을 계측할 때 부동점 설치가 어려우며, 처짐계 설치를 위하여 부동점과 측정점을 피아노선 등으로 연결하거나 비계 상부에 부동점을 설치하여야 하므로 교고가 높거나 또한 바람이 강한 장소, 또는 하천 유속이 큰 장소에서는 가로방향 처짐이나 진동에 의한 오차가 발생하는 문제점이 있었다. 또한 교하공간이 하천이나 바다인 경우에는 적용이 더 어려운 단점이 있었다.
이러한 한계성 때문에 교량의 내하력 평가는 센서 설치를 위한 접근성과 교량의 상태를 동시에 고려하여 실험이 용이한 대상경간이 선정되며, 대표적인 대상경간의 재하시험 결과를 이용하여 그 교량의 대표적인 내하력으로 고려하고 있는 것이다. 예를 들어 교량이 총 10경간이며, 그 중 5번째 경간이 가장 상태가 좋지 못한 것으로 외관조사결과 밝혀졌다 하더라도, 그 경간에서의 센서부착 및 재하시험이 용이하지 못한 경우에는, 상대적으로 접근성이 용이한 다른 경간의 측정값을 이용하여 그 교량의 대표적인 내하력으로 상태를 평가할 수밖에 없는 실정인 것이다.
또한, 일정주기로 반복되는 재하실험을 위하여 센서를 그때마다 부착하여야 하며, 하중재하를 위한 덤프트럭을 별도로 준비하여야 하는 번거로움이 있었다. 그리고 정ㆍ동적 재하시험을 위하여 일정시간 차량통제가 필요하기 때문에 교통혼잡이 유발될 수 있으며, 1회의 재하실험을 위해서 적지않은 비용이 소요된다는 큰 단점도 있었다.
한편, 종래에는 노반의 지지력을 현장에서 평가하기 위해서 평판 재하시험이 실시되었다. 이 평판 재하시험은 현장에 재하판을 설치하여 연직ㆍ정하중을 단계적으로 가해 지지력(q)-시간(t)-침하량(s) 등을 실측함으로써 지반의 전단파괴유형, 극한ㆍ항복 지지력(qu, qa), 지반 반력계수(K), 변형계수(E), 스프링상수(k) 및 전단계수(G) 등을 구하게 된다.
그러나, 현장에서 평판 재하시험을 실시하기 위해서는 별도의 하중장치와 잭 등이 필요하며, 매번 다이얼 게이지 등을 설치하여야 하는 번거로움이 있어, 많은 개소를 측정하기 어려운 단점이 있었다.
또한, 말뚝의 지지력을 측정하기 위하여 일반적으로 현장에서 실시되는 말뚝 재하시험은 현장에 타설된 말뚝에 연직ㆍ정하중을 단계적으로 증가 또는 감소시키고, 하중 지속시간에 따른 침하량을 측정하여 하중-침하량, 침하량-시간, 시간-하중 관계를 해석함으로써 말뚝의 극한 및 항복 지지력을 구하는 것이다. 이 시험 역시 상기 평판 재하시험과 마찬가지로 별도의 하중장치와 잭 등이 필요하며, 매번 다이얼 게이지 등을 설치해야 하는 번거로움이 있어, 많은 개소를 측정하기 어려운 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 재하하중의 크기 조절이 가능하면서 도로 교량 또는 철도 교량의 거동과 일체로 거동할 수 있는 특수 재하차량(TLMV)을 구현하고, 이 특수 재하차량 내부에 교량의 경사각을 측정하여 교량의 처짐 및 내하력을 분석할 수 있는 데이터 취득 및 분석 시스템을 구비시킴으로써 접근성이 용이하지 못한 교량의 경우에도 처짐의 측정이 가능하고, 교량의 내하력 평가를 위하여 다이얼 게이지, LVDT, 링게이지 등의 변위센서와 같은 별도의 센서를 부착할 필요가 없으며, 하중재하를 위한 덤프트럭과 같은 차량준비도 불필요하고, 대표적인 대상경간 뿐만 아니라 1회의 주행으로 전체 교량의 상태를 용이하게 평가할 수 있는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 특수 재하차량에 액츄에이터와 평판을 설치하고, 변위측정을 위한 변위계를 설치하여 평판 및 말뚝 재하시험을 수행함으로써 하중장치, 잭, 다이얼 게이지와 같은 별도의 장비의 준비 또는 설치의 과정이 필요없이 노반 또는 말뚝의 지지력 등 그 상태를 용이하게 평가할 수 있는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템은, 적재물량의 조절로 재하하중의 크기를 인위적으로 조절할 수 있으면서 도로 교량 또는 철도 교량의 거동과 일체로 거동할 수 있 는 특수 재하차량과, 상기 특수 재하차량 내부에 구성되어, 평가 대상 교량에 대한 상기 특수 재하차량의 주행시 1개 이상의 경사각을 측정할 수 있는 경사각 센서와, 상기 경사각 센서에서 측정된 경사각 데이터를 저장하고 분석하여 교량의 처짐을 구하고, 이 구한 교량의 처짐을 통해 교량의 내하력 평가를 수행하는 분석기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템의 구성 및 동작을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 교량의 내하력 평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템의 구성과 교량의 내하력 평가의 실시예를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 하중재하/측정 자동화 시스템은 적재물량의 조절로 재하하중의 크기를 인위적으로 조절할 수 있으면서 도로 교량 또는 철도 교량의 거동과 일체로 거동할 수 있는 특수 재하차량(10)과, 이 특수 재하차량(10) 내부에 구성되어 1개 이상의 경사각을 측정할 수 있는 경사각 센서(11)와, 이 경사각 센서(11)에서 측정된 경사각 데이터를 저장하고 분석하여 교량의 처짐을 구하고, 이 구한 교량의 처짐을 통해 교량의 내하력 평가를 수행하는 분석기(12)로 이루어진다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 평가 대상의 교량(1)에 대하여 특수 재하차량(10)을 주행시켜, 특수 재하차량(10) 내부에 구성된 경사각 센서(11)를 통해 교량(1)의 경사각(θ)을 측정하고, 분석기(12)를 통해 상기 측정된 경사각(θ)에 대해 교량(1)의 교각(2) 중심에서 교량(1)의 종점부까지의 거리(l)만큼 적분을 취하여 교량의 처짐(δ), 즉 변위값을 구한다. 이후 교량의 처짐(δ)과 정적처짐 및 동적처짐을 통해 산정되는 충격계수를 적용하여 보정계수(K)를 구하고, 이 구한 보정계수(K)를 이용하여 교량의 내하력을 평가하게 된다.
도 3은 본 발명의 특수 재하차량을 이용한 교량의 내하력 평가 과정을 나타낸 흐름도이고, 도 4는 교량의 처짐과 경사각의 상관관계를 나타낸 모식도이며, 도 5는 충격계수 산정의 실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 특수 재하차량을 이용한 교량의 내하력 평가 과정은 도 3에 도시된 바와 같이 설계도서를 확인하고 필요시 선행구조를 해석하는 준비과정(S11)과, 특수 재하차량(TLMV)(10)의 주행 및 경사각 데이터 측정과정(S12)과, 측정된 경사각 데이터를 저장 및 분석하는 내하력 평가과정(S13)으로 크게 이루어진다.
상기 특수 재하차량(TLMV)(10)의 주행 및 경사각 데이터 측정과정(S12)에서는 특수 재하차량(TLMV)(10)를 주행시켜 교량(1)의 경사각을 측정하고, 충격계수의 산정을 위해 정적재하시험과 동적주행시험을 수행하여 정적처짐과 동적처짐을 측정하며, 필요시 충격시험도 실시한다.
상기 내하력 평가과정(S13)에서는 상기 측정과정(S12)에서 측정된 경사각 데이터를 도 4에 도시된 바와 같이 적분에 의하여 처짐(변위)으로 환산하게 되는데, 이때 처짐은 분할커브피팅(segment curve fitting method), 최소자승법(the least square method) 등의 수치적 기법에 의하여 구하게 된다.
또한, 상기 측정과정(S12)에서 측정된 정적처짐과 동적처짐을 도 5에 도시된 바와 같이 아래 수학식 1에 적용하여 충격계수를 구한다.
여기서, 
: 최대 동적응답(주행속도별), 
: 최대 정적응답
본 발명의 하중재하/측정 자동화 시스템을 이용하여 교량의 내하력을 평가하는 과정을 좀 더 상세히 설명하면, 제1과정으로서, 평가 대상의 교량(1)에 대하여 차량을 일시적으로 통제한 후, 의사정적처짐을 측정하기 위하여 특수 재하차량(TLMV)(10)을 3km/h 미만의 속도로 주행시킨다.
다음, 제2과정으로서 속도 3km/h 미만의 1차 주행이 완료되면 2차 주행을 준비하는 동안 차량을 통행시킨다.
제3과정으로서, 요구되는 정적처짐을 측정하기 위하여 상기 제1과정 및 제2과정을 반복한다. 이때, 특수 재하차량(10)내 경사각 센서(11)는 교량(1)의 경사각을 측정하게 된다.
이후 제4과정으로서, 충격계수를 산정하기 위하여 소정의 속도로 주행을 실시하여 특수 재하차량(10)내 경사각 센서(11)를 통해 동적처짐을 측정한다.
상기와 같은 특수 재하차량(10)의 주행 및 데이터 측정 과정이 완료되면, 제 5과정으로서 분석기(12)를 통해 교량(1)의 처짐, 충격계수 등을 구하여 보정계수를 산정함으로써 교량의 내하력을 평가하게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 교량의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템은, 최소한의 차량 통제로 도로 교량은 물론 철도 교량의 전체 구간에 대한 상태평가가 가능하여 접근성이 용이하지 못한 교량의 경우에도 변위, 즉 처짐의 측 정이 가능하고, 교량의 내하력 평가를 위하여 다이얼 게이지, LVDT, 링게이지 등의 변위센서와 같은 별도의 센서를 부착할 필요가 없으며, 하중재하를 위한 덤프트럭과 같은 차량준비도 불필요하고, 대표적인 대상경간 뿐만 아니라 1회의 주행으로 전체 교량의 상태를 평가할 수 있게 되는 것이다.
그리고, 본 발명의 특수 재하차량을 이용한 하중재하/측정 자동화 시스템을 적용함에 있어서, 규칙 또는 불규칙적인 구배를 가진 교량의 경우에는 공차시와 만차시의 처짐(변위)측정차를 이용하여 교량의 내하력을 평가할 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 공차시 일때와 만차시 일때의 처짐측정차를 구하여 교량의 내하력 평가시 보정계수를 산정하게 되는데, 전체적인 과정을 설명하면 먼저 제1공정으로서, 평가 대상의 교량(1)에 대해 차량을 일시적으로 통제한 후 공차상태의 특수 재하차량(10)을 주행시켜 경사각 센서(11) 및 분석기(12)를 통해 경사각 변화에 의한 처짐을 추정하고, 다음 제2공정으로서, 차량을 일시적으로 통제한 후 만차상태의 특수 재하차량(10)을 주행시켜 경사각 센서(11) 및 분석기(12)를 통해 경사각 변화에 의한 처짐을 추정한다.
이후, 제3공정으로서, 교량의 내하력 평가를 위한 보정계수 산정시, 만차시와 공차시의 특수 재하차량(10)의 무게차를 재하하중으로 고려하고, 만차시와 공차시의 처짐값(변위값)차(
)를 재하하중시 처짐값으로 고려하여 보정계수를 산정한다.
상기와 같은 과정을 수행함에 있어서, 본 발명의 하중재하/측정 자동화 시스 템은 1대의 특수 재하차량을 이용하여 1회 주행은 공차로, 2회 주행은 적재 후 만차 상태로 주행함으로써 1대의 특수 재하차량으로 공차시 일때와 만차시 일때를 모두 활용하는 방법을 사용하거나, 또는 공차시와 만차시를 각각 분리하여 2대의 특수 재하차량을 활용하는 방법을 사용할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 변위측정기를 교량의 고정점에 설치한 경우의 처짐측정과정을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 변위측정기를 특수 재하차량에 설치한 경우의 처짐측정과정을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 하중재하/측정 자동화 시스템에 따라 교량(1)의 경사각을 측정하여 처짐을 구하는 방법 이외에도 도 7에 도시된 바와 같이 교량(1) 구간이 아닌 교량 시점부 또는 종점부에 고정점을 설치하거나 교각(2)과 같이 상대적으로 고정점으로 간주할 수 있는 위치에 레이저 변위계, 영상 카메라 등의 변위측정기(14)를 설치하고, 이동하는 특수 재하차량(10)에 이동점으로서 타겟(13)을 설치하여 특수 재하차량(10)의 이동에 따른 타켓(13)의 변위차를 측정함으로써 교량(1)의 처짐을 측정할 수 있다.
또한, 반대로 도 8에 도시된 바와 같이 고정점에 타겟(13)을 설치하고 이동하는 특수 재하차량(10)에 변위측정기(14)를 설치함으로써 차량하중에 의한 교량(1)의 정ㆍ동적 처짐량을 측정할 수 있다.
그리고, 도 9는 본 발명에 따른 특수 재하차량 및 무선 계측기를 이용한 각종 데이터의 측정과정을 나타낸 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이 이동하는 특수 재하차량(10)에서 바로 측정될 수 없는 물리량의 경우에는 교량(1)의 주요 부재에 변형률게이지, 경사계, 가속도계, 풍향풍속계, 변위계 등의 각종 센서를 부착하고, 무선계측기(Wireless sensor system)(15)에 의하여 특수 재하차량(10) 이동시 무선통신에 의하여 데이터를 측정할 수 있다.
즉, 무선통신에 의한 데이터의 측정은 특수 재하차량(10) 이동시 차량 무게에 의해 발생되는 각종 응답을 실시간으로 받을 수 있음을 목적으로도 수행되며, 무선계측기(15) 자체가 평상시 실시간 상태감시를 위하여 데이터를 자체 메모리에 저장하고 있다가 차량 운행시 데이터를 백업받는 형식으로 구성될 수도 있다.
여기서, 상기 무선계측기(15)로서 센서입력단을 구비한 RFID 장치를 이용할 수 있으며, 상기와 같은 무선계측기(15)에 대해서는 본 출원인이 출원한 모듈화된 센서입력단을 구비한 시설물 계측용 무선 계측 시스템(출원번호 : 10-2004-0098186)과 무선전송기술을 이용한 토목구조물의 계측시스템(출원번호 : 10-2003-0084760)에 자세히 언급되어 있고, 상기 센서입력단을 구비한 RFID(Radio Frequency IDentification) 장치는 본 출원인이 출원한 무선 주파수 인식 기술을 이용한 산업기간 시설물의 정보관리시스템(출원번호 : 10-2004-0107487)에 자세히 언급되어 있다.
그리고, 교량(1)의 소정 위치에 1개 이상의 경사각 측정센서를 부착한 후, 상기 특수 재하차량(10)과 같은 전용차량 이외에도 무게를 알고 있는 차량을 주행시킴으로써 상기 무선계측기(15) 또는 센서입력단을 구비한 RFID 장치에서 상기 경사각 측정센서의 경사각 데이터를 무선 측정하여 교량의 처짐을 추정함으로써 교량의 내하력을 평가할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 특수 재하차량(10)에 액츄에이터와 평판을 설치하고, 변위측정을 위한 변위계를 설치하여 종래의 평판 및 말뚝 재하시험을 대체 수행할 수 있다.
즉, 도 10은 본 발명에 따른 특수 재하차량을 이용한 노반의 상태 측정과정을 나타낸 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이 특수 재하차량(10) 내부에 변위측정을 위한 다이얼게이지, 레이저 변위계 등의 변위계(16)를 설치하고 특수 재하차량(10) 하부에 액츄에이터(17)와 평판(18)을 설치한 후, 가해진 하중에 대한 액츄에이터(17)의 변위를 측정함으로써 노반의 지지력을 평가할 수 있다.
그리고, 도 11은 본 발명의 또 따른 특수 재하차량을 이용한 노반의 상태 측정과정을 나타낸 도면으로서, 이에 도시된 바와 같이 특수 재하차량(10) 내부에 변위측정을 위한 다이얼게이지, 레이저 변위계 등의 변위계(16, 16`)를 설치하고, 특수 재하차량(10) 하부에 두 개(17, 17`)의 액츄에이터를 설치하며, 각각의 액츄에이터(17, 17`) 하부에는 바퀴(19, 19`)를 설치하여 일정속도로 이동하면서 가해진 하중에 대한 변위를 측정한다. 즉 1번 액츄에이터(17)에는 작은 하중으로 하중을 가하고, 2번 액츄에이터(17`)에는 좀 더 큰 하중으로 하중을 가함으로써 1번과 2번 하중재하시의 액츄에이터의 변위응답차와 하중재하량을 비교하여 지반의 상태가 연약한지 또는 강도가 확보된 지반인지를 파악하게 되는 것이다.
상기와 같이 본 발명에 따른 특수 재하차량(10)에 변위계, 액츄에이터, 평판, 바퀴를 설치하여 평판 및 말뚝 재하시험을 수행함에 따라 종래 하중장치, 잭, 다이얼 게이지와 같은 별도의 장비의 준비 또는 설치의 과정이 필요없이 빠른시간에 상태측정과 분석을 동시에 수행하고, 동일시간에 적은 비용으로 많은 위치의 현 장실험을 실시할 수 있다.
이상, 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 재하하중의 크기 조절이 가능하면서 도로 교량 또는 철도 교량의 거동과 일체로 거동할 수 있는 특수 재하차량(TLMV)을 구현하고, 이 특수 재하차량 내부에 교량의 경사각을 측정하여 교량의 처짐 및 내하력을 분석할 수 있는 데이터 취득 및 분석 시스템을 구비시킴으로써 접근성이 용이하지 못한 교량의 경우에도 처짐의 측정이 가능하고, 교량의 내하력 평가를 위하여 다이얼 게이지, LVDT, 링게이지 등의 변위센서와 같은 별도의 센서를 부착할 필요가 없으며, 하중재하를 위한 덤프트럭과 같은 차량준비도 불필요하고, 대표적인 대상경간 뿐만 아니라 1회의 주행으로 전체 교량의 상태를 평가할 수 있게 되는 효과가 있다.
더 나아가, 최소한의 차량통제로 도로 교량은 물론 철도 교량의 전체 구간에 대한 상태평가가 가능함에 따라 최적의 보수ㆍ보강 우선순위 결정 및 효율적인 시설물의 유지관리가 가능할 것으로 기대된다.
또한, 특수 재하차량에 액츄에이터와 평판을 설치하고, 변위측정을 위한 변위계를 설치하여 평판 및 말뚝 재하시험을 수행함으로써 하중장치, 잭, 다이얼 게이지와 같은 별도의 장비의 준비 또는 설치의 과정이 필요없이 노반 또는 말뚝의 지지력 등 그 상태를 용이하게 평가할 수 있게 되는 효과도 있다.
Claims (14)
- 적재물량의 조절로 재하하중의 크기를 인위적으로 조절할 수 있으면서 도로 교량 또는 철도 교량의 거동과 일체로 거동할 수 있는 특수 재하차량과,상기 특수 재하차량 내부에 구성되어, 평가 대상 교량에 대한 상기 특수 재하차량의 주행시 1개 이상의 경사각을 측정할 수 있는 경사각 센서와,상기 경사각 센서에서 측정된 경사각 데이터를 저장하고 분석하여 교량의 처짐을 구하고, 이 구한 교량의 처짐을 통해 교량의 내하력 평가를 수행하는 분석기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 평가 대상 교량이 구배를 가진 경우,상기 특수 재하차량의 공차시와 만차시에 각각 측정되는 처짐의 차이를 재하하중시 처짐값으로 적용하여 교량의 내하력을 평가하는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 2 항에 있어서,상기 특수 재하차량 1대로 공차시 일때와 만차시 일때를 모두 활용하는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 2 항에 있어서,상기 특수 재하차량 2대로 공차시 일때와 만차시 일때를 각각 분리하여 활용하는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 평가 대상 교량의 시종점부 또는 교각에 변위측정기를 고정 설치하고 상기 특수 재하차량에 타겟을 설치하여, 상기 변위측정기를 통해 특수 재하차량의 이동에 따른 타켓의 변위차를 측정함으로써 교량의 처짐을 측정하는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 평가 대상 교량의 시종점부 또는 교각에 타겟을 고정 설치하고 상기 특수 재하차량에 변위측정기를 설치하여, 이동하는 특수 재하차량의 하중에 의한 교량의 정ㆍ동적 처짐을 측정하는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 평가 대상 교량의 주요 부재에 각종 센서를 부착하고, 무선통신에 의해 상기 센서의 각종 데이터를 측정하는 무선계측기를 구비하여 상기 특수 재하차량의 이동시 바로 측정될 수 없는 물리량을 측정하는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 7 항에 있어서,상기 무선계측기가 센서입력단을 구비한 RFID 장치인 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 무선계측기에서 특수 재하차량의 이동에 따른 센서의 각종 데이터를 실시간으로 측정하는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 무선계측기에서 평상시 센서의 각종 데이터를 저장하고 있다가 상기 특수 재하차량의 운행시 데이터를 백업받는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 평가 대상 교량의 소정 위치에 1개 이상의 경사각 측정센서를 부착한 후, 상기 무선계측기에서 상기 특수 재하차량 또는 무게를 알고 있는 차량의 주행시 측정되는 상기 경사각 측정센서의 경사각 데이터로부터 교량의 처짐을 추정하여 교량의 내하력을 평가하는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 특수 재하차량에 액츄에이터와 평판을 설치하고, 변위측정을 위한 변위계를 설치하여 평판 및 말뚝 재하시험을 대체 수행하는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 12 항에 있어서,상기 특수 재하차량 내부에 변위측정을 위한 변위계를 설치하고 특수 재하차량 하부에 액츄에이터와 평판을 설치한 후, 가해진 하중에 대한 액츄에이터의 변위를 측정함으로써 노반의 상태를 평가하는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
- 제 12 항에 있어서,상기 특수 재하차량 내부에 두 개의 변위계를 설치하고, 특수 재하차량 하부에 두 개의 액츄에이터를 설치하며, 각각의 액츄에이터 하부에 바퀴를 설치하여 일정속도로 이동하면서 가해진 하중에 대한 액츄에이터의 변위응답차를 측정함으로써 노반의 상태를 평가하는 것을 특징으로 하는 교량 및 노반의 상태평가를 위한 하중재하/측정 자동화 시스템.
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