KR20080039571A - 강재 케이블의 장력 시험용 표준 시편 - Google Patents

강재 케이블의 장력 시험용 표준 시편 Download PDF

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Abstract

본 발명은 현수 시스템의 강재 케이블 장력 측정을 위한 시험시 사용하는 표준 시편에 관한 것이다.
본 발명은 현수교나 사장교 등과 같은 현장에 사용되는 강재 케이블과 동일한 특성을 얻을 수 있는 최적의 시편을 구현하여 강재 케이블에 대한 장력 측정 시험을 수행할 수 있도록 함으로써, 장력 측정 시험에 대한 표준화, 재현성, 신뢰성을 확보할 수 있으며, 궁극적으로는 시험실 실내에서도 케이블의 장력 측정이 가능하여 외부 환경에 의한 영향이나 제한없이 항상 측정이 가능하고, 이에 따라 산업현장에서 활용도를 높일 수 있는 강재 케이블의 장력 측정용 표준 시편을 제공한다.
현수 시스템, 강재 케이블, 장력 측정, 표준 시편

Description

강재 케이블의 장력 시험용 표준 시편{The sample wire cable assembly for steel wire cable tension measurement system}
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 표준 시편을 나타내는 결합 사시도
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 표준 시편을 나타내는 분해 사시도
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 표준 시편에서 시험용 강재 케이블의 단면구조를 나타내는 도 2의 A-A 선 단면도
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 표준 시편의 사용 상태를 나타내는 정면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 콘넥터 11 : 시험용 강재 케이블
12 : 코어 케이블 13 : 스트랜드 케이블
14a,14b,14c,14d : 핀 15 : 케이블 연결용 어댑터
16 : 턴버클 17 : 하중 구동부
18 : 하중 수감부
본 발명은 현수 시스템의 강재 케이블 장력 측정을 위한 시험시 사용하는 표준 시편에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현장에 사용되는 강재 케이블과 동일한 특성을 얻을 수 있는 표준 시편을 구현하고, 이것을 이용하여 강재 케이블에 대한 장력 측정 시험을 수행할 수 있도록 함으로써, 장력 측정 시험에 대한 표준화를 확보할 수 있고, 장력 측정 시험에 대한 재현성과 신뢰성을 구축할 수 있는 강재 케이블의 장력 시험용 표준 시편에 관한 것이다.
일반적으로 교량에서 케이블은 구조물의 안전성에 중요한 역할을 하며 많은 영향을 주기 때문에 구조물의 안전을 위해 신뢰성있는 장력 측정기술이 요구되며, 케이블의 장력을 정확히 측정할 수 있는 측정기법과 측정방법을 개발할 필요가 있다.
케이블 구조물의 건설시 여러 가지 오차유발에 의하여 케이블의 장력변화가 발생하고 이는 구조물의 형상에 영향을 주게 된다.
구조물에서 원하는 케이블 장력과 구조물의 설계형상을 얻기 위해서는 설치된 케이블의 장력을 정확히 측정해야 하며, 또한 케이블 구조물이 완공된 후에도 교량의 유지관리를 위하여 케이블의 장력이 측정되고 있다.
따라서, 케이블의 장력 측정은 구조물 시공 중뿐만 아니라 완공 후에도 교량 전체적인 관리차원에서 중요하다.
현수 시스템에서 케이블의 선택은 케이블의 장력, 길이 및 단면적을 기본적으로 결정하여야 하며, 이러한 사항들이 결정되었을 때 적절한 장력 측정방법이 결정되고 실제적인 장력 측정이 이루어진다.
케이블의 장력 측정 방법은 고유진동수를 측정하여 장력을 구하는 진동법, 로드셀을 이용하여 장력을 측정하는 방법, 유압잭을 사용하여 측정하는 방법 등이 있으나, 측정결과에 대한 재현성과 신뢰성이 부족하여 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
보통 형교에 사용되는 내부 긴장재를 총칭하여 텐던이라 하고, 현수교나 사장교의 외부 긴장재를 총칭하여 케이블이라 한다.
텐던이나 케이블 모두 긴장되는 단위체로 그 구성은 다발의 와이어, 강봉, 강연선으로 이루어지며 이들 중 가장 보편적으로 사용되는 것은 7연선이다.
이밖에도 2연선, 3연선, 19연선 등이 있으며 7연선 케이블의 단면은 12.7mm, 15.2mm, 15.7mm 등이 있다.
이들 중 12.7mm는 주로 소규모 형교에 많이 사용되며, 15.2mm와 15.7mm는 형교뿐만 아니라 비부착 상태로 사장교 등에 많이 사용되는 강연선이다.
그리고, 이 케이블들의 극한강도 범위는 대체적으로 1,770~1.860MPa를 갖는다.
PC 강선 및 PC 강연선의 특성은 KS D 7002-2002에 자세히 서술되어 있다.
와이어 로프의 구성은 통상 중심(Core)과 이를 둘러싼 수개의 스트랜드(Strand)로 크게 구분하여 설명할 수 있다.
스트랜드의 수는 구성에 따라 달라질 수 있지만 일반적으로 3~8개로 이루어지며, 스트랜드를 구성하는 강선(Wire)의 수는 로프의 종류에 따라 다양하게 배열되어지며 와이어 로프의 특성은 KS D 3514-2002에 자세하게 서술되어 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 케이블의 장력 측정 방법은 크게 동적인 방법과 정적인 방법으로 나누어질 수 있으며, 동적측정기법은 케이블의 고유진동수를 측정하여 장력을 구하는 진동법이 있다.
정적인 방법은 로드셀을 이용하여 장력을 측정하는 방법과 유압잭을 사용하여 측정하는 방법으로 구별된다.
동적인 방법인 진동법은 케이블의 상시진동 신호를 케이블에 부착된 가속도계로 수집하여 이로부터 케이블의 고유진동수를 계측한 후 적절한 이론식을 이용하여 케이블 장력을 산정하는 방법이다.
보통 현수교나 사장교에 사용되는 강재 케이블의 장력을 장력 측정 센서를 이용하여 측정하려면 이에 대한 교정용 테이블이 필요하다.
그렇게 하기 위해서는 시험실에 표준 장력 시험 장치를 설치하여 이곳에서 현장에 사용되는 케이블과 동일한 재질과 두께의 케이블을 실내에서 시험하기 편리한 길이로 만들고, 이것으로 시험하여 장력에 따른 츨력특성을 시험하고 교정표를 구하여 현장에 적용해야 한다.
이를 위하여 현장에 사용되는 케이블과 동일한 특성을 얻을 수 있고, 또 반속되는 장력 측정 시험에 효율적으로 적용할 수 있는 표준 시편의 제작이 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 현수교나 사장교 등과 같은 현장에 사용되는 강재 케이블과 동일한 특성을 얻을 수 있는 최적의 시편을 구현하여 강재 케이블에 대한 장력 측정 시험을 수행할 수 있도록 함으로써, 장력 측정 시험에 대한 표준화, 재현성, 신뢰성을 확보할 수 있으며, 궁극적으로는 시험실 실내에서도 케이블의 장력 측정이 가능하여 외부 환경에 의한 영향이나 제한없이 항상 측정이 가능하고, 이에 따라 산업현장에서 활용도를 높일 수 있는 강재 케이블의 장력 측정용 표준 시편을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다수의 와이어 다발을 엮어서 만든 형태로 되어 있으며 양쪽 단부에는 장력 측정 장치측으로 연결하기 위한 콘넥터를 일체형으로 가지는 시험용 강재 케이블로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시험용 강재 케이블은 콘넥터의 중심부에 일정길이 삽입된 후 용융금속에 의해 융착 고정되는 형태로 일체 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시험용 강재 케이블은 다수의 와이어 다발로 이루어진 적어도 7개의 코어 케이블과, 상기 코어 케이블의 둘레를 감싸는 형태로 배치되며 다수의 와이어 다발로 이루어진 적어도 6개의 스트랜드 케이블로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 각각의 콘넥터에 핀을 통해 체결되는 동시에 장력 측정 장치측과 핀을 통해 체결되면서 시험용 강재 케이블을 장력 측정 장치측에 연결시켜주는 케이블 연결용 어댑터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 한쪽의 콘넥터와 장력 측정 장치측 사이에 연결되어 케이블의 사양변화시 장력 측정 장치측 사이의 거리에 맞게 길이를 조절할 수 있는 턴버클을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 대한 강재 케이블의 장력 측정용 표준 시편을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 표준 시편을 나타내는 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 표준 시편을 나타내는 분해 사시도이다.
도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 표준 시편은 현장에서 사용되는 강재 케이블과 동일한 특성을 가질 수 있는 형태로 이루어진 시험용 강재 케이블(11)과, 상기 시험용 강재 케이블(11)을 실제 장력 측정 장치측에 연결하여 사용할 수 있도록 해주는 콘넥터(10)로 구성되어 있다.
이러한 표준 시편은 전체적으로 시험용 강재 케이블(11)의 양쪽 단부에 1개씩의 콘넥터(10)가 일체형으로 형성되어 있는 형태를 갖는다.
상기 시험용 강재 케이블(11)은 다수의 와이어 다발을 엮어서 만든 형태로 이루어져 있다.
예를 들면, 시험용 강재 케이블(11)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 다수의 와이어 다발로 이루어진 적어도 7개의 코어 케이블(12)이 길이방향으로 나란하게 엮이면서 전체적으로 볼 때 원형 단면을 형성하고, 계속해서 다수의 와이어 다발로 이루어진 적어도 6개의 스트랜드 케이블(13)이 코어 케이블(12)의 둘레를 감싸는 형태로 배치되면서 이것 역시 길이방향으로 나란하게 엮이면서 전체적으로 볼 때 원형 단면을 형성하는 형태로 되어 있다.
상기 시험용 강재 케이블의 일 예로 직경이 50mm인 강재 케이블을 구성하는 경우 Ø2mm×7×7로 되어 있는 코어 케이블과 Ø3.24mm×19+Ø1.4mm×6으로 되어 있는 스트랜드 케이블을 엮어놓은 형태를 적용할 수 있다.
상기 콘넥터(10)는 핀을 체결하기 위한 홀을 갖는 형태로서, 주조시 시험용 강재 케이블(11)의 끝부분이 콘넥터(10)의 중심부에 일정길이 삽입된 후 알루미늄 등과 같은 용융금속에 의해 융착 고정되는 형태로 일체 형성된다.
예를 들면, 현장에 사용되는 케이블과 동일한 특성을 부여하기 위하여 장력 시험용 표준 시편은 케이블의 최대 허용장력까지 인장할 수 있는 구조로 제작되어야 하는데, 이렇게 하기 위해 높은 인장을 가하여도 케이블이 콘넥터에서 빠지지 않아야 하고, 이를 위해 콘넥터에 케이블을 넣고 와이어를 한가닥씩 흩어놓은 상태에서 알루미늄을 녹여 꽉 채우면 높은 인장을 가해도 와이어 사이에 알루미늄이 채워져 있기 때문에 견고한 고정력을 발휘할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 표준 시편의 경우 콘넥터(10)를 이용하여 시험용 강재 케이블(11)을 장력 측정 장치측에 연결 설치하는 방식을 도입함에 따라 시편의 표준화된 규격을 구현할 수 있으며, 반복적인 실험의 경우에도 보다 용이하고 재현성 있게 실험을 수행할 수 있다.
이를 위하여, 시험용 강재 케이블(11)의 양쪽 단부에 있는 각각의 콘넥 터(10)에 핀(14a),(14b)을 통해 체결되는 동시에 장력 측정 장치측과도 핀(14c),(14d)을 통해 체결되는 케이블 연결용 어댑터(15)가 제공된다.
이때, 위의 체결수단으로서 핀을 대신하여 볼트와 너트를 적용할 수도 있다.
이러한 케이블 연결용 어댑터(15)는 대략 "ㄷ"자 형태를 하고 있는 콘넥터나 장력 측정 장치의 연결부위, 예를 들면 하중 수감부나 하중 구동부 내에 삽입된 후, 핀으로 체결되는 구조로 시험용 강재 케이블과 장력 측정 장치를 연결시켜줄 수 있게 된다.
물론, 상기 케이블 연결용 어댑터없이도 시험용 강재 케이블의 콘넥터를 직접 장력 측정 장치측에 연결할 수도 있다.
또한, 상기 어댑터의 경우 재질은 SUS304 또는 SM49A를 사용할 수 있다.
예를 들면, 표준 시편의 장력에 따른 투자율의 변화에 따라 장력을 측정하는 방식의 경우 현장과 동일한 특성을 갖기 위한 자화회로의 저항을 가변하기 위해 장력 시험 장치와의 연결수단으로 어댑터를 사용할 수 있는데, 이때 자화회로의 저항을 크게 하고자 할 때에는 재질을 SUS304를 사용하고, 자화회로의 저항을 적게 하고자 할 때에는 재질을 SM49A를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 표준 시편은 케이블의 사양변화, 규격(길이)변화에 적극 대처할 수 있는 수단을 포함한다.
장력 측정 대상인 케이블의 규격이 바뀌는 경우, 장력 측정 장치의 양편의 하중 수감부(18) 및 하중 구동부(17) 사이의 거리에 맞게 길이를 조절할 수 있는 턴버클(16)을 포함한다.
이때의 턴버클(16)은 원통형의 몸통부재와, 이것을 가운데 두고 양단에 나사체결되는 동시에 시험용 강재 케이블(11)의 콘넥터(10)측 및 장력 측정 장치의 하중 수감부(18)측 및 하중 구동부(17)측에 연결되는 각각의 연결부재로 구성되며, 상기 연결부재의 체결정도를 조절하는 방식으로 표준 시편의 전체적인 길이를 조절할 수 있다.
또한, 장력 시험 장치의 유압에 따라 구동되는 피스톤의 이동거리는 한정되어 있어 제작상 표준 시편의 길이가 너무 제한되어 있으면 조립시 매우 어렵게 된다.
따라서, 가동거리를 길게 하기 위해 턴버클을 사용하면 길이에 여유를 가질 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 표준 시편의 사용상태를 나타내는 정면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 공지의 장력 시험 장치(미도시)는 보통 유압방식으로 케이블에 하중을 제공하는 하중 구동부(17)와 로드셀 등을 이용하여 하중을 측정하는 하중 수감부(18)를 포함하며, 이러한 하중 구동부(17)와 하중 수감부(18)에 표준 시편의 양단을 연결하는 형태로 장력 시험을 수행한다.
수평 상태에서 서로 마주보고 있는 하중 수감부(18)의 헤드와 하중 구동부(17)의 헤드 사이에 표준 시편을 직접 또는 어댑터나 턴버클을 통해 연결하면 케이블 장력 시험을 위한 준비가 완료된다.
계속해서, 하중 구동부(17)의 유압 실린더(미도시)가 작동하면 표준 시편에 하중이 걸리게 되며, 따라서 이때 나타나는 하중값을 하중 수감부(18)의 로드셀로 측정하는 등의 방식으로 케이블 장력을 측정할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서 제공하는 표준 시편의 경우 케이블 장력을 정확히 측정할 수 있고 시험을 손쉽게 수행할 수 있으므로, 장력 측정에 관한 측정결과의 신뢰성과 반복실험과 관련한 재현성을 확보할 수 있고, 외부환경의 영향이 적기때문에 현장 적용 및 실내 시험 수단으로 활용이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 현장에 사용되는 강재 케이블과 동일한 특성을 얻을 수 있는 최적의 시편을 구현하여 강재 케이블에 대한 장력 측정 시험을 수행할 수 있도록 함으로써, 장력 측정 시험에 대한 표준화, 재현성, 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있고, 또한 시험실 실내에서도 케이블의 장력 측정이 가능하여 외부 환경에 의한 영향이나 제한없이 항상 측정이 가능할 뿐만 아니라 산업현장에서 활용도를 높일 수 있는 장점이 있다.
더 나아가, 본 발명의 표준 시편을 이용하여 케이블 장력을 측정하고, 이를 통한 안전진단 및 구조물 설계에 활용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 다수의 와이어 다발을 엮어서 만든 형태로 되어 있으며 양쪽 단부에는 장력 측정 장치측으로 연결하기 위한 콘넥터(10)를 일체형으로 가지는 시험용 강재 케이블(11)로 이루어진 것을 특징으로 하는 강재 케이블의 장력 시험용 표준 시편.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 시험용 강재 케이블(11)은 콘넥터(10)의 중심부에 일정길이 삽입된 후 용융금속에 의해 융착 고정되는 형태로 일체 형성되는 것을 특징으로 하는 강재 케이블의 장력 시험용 표준 시편.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 시험용 강재 케이블(11)은 다수의 와이어 다발로 이루어진 적어도 7개의 코어 케이블(12)과, 상기 코어 케이블(12)의 둘레를 감싸는 형태로 배치되며 다수의 와이어 다발로 이루어진 적어도 6개의 스트랜드 케이블(13)로 구성되는 것을 특징으로 하는 강재 케이블의 장력 시험용 표준 시편.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 각각의 콘넥터(10)에 핀(14a),(14b)을 통해 체결되는 동시에 장력 측정 장치측과 핀(14c),(14d)을 통해 체결되면서 시험용 강재 케이블을 장력 측정 장치측에 연결시켜주는 케이블 연결용 어댑터(15)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 케이블의 장력 시험용 표준 시편.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 한쪽의 콘넥터(10)와 장력 측정 장치측 사이에 연결되어 케이블의 사양변화시 장력 측정 장치측 사이의 거리에 맞게 길이를 조절할 수 있는 턴버클(16)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 케이블의 장력 시험용 표준 시편.
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