KR20080046045A - Bridge structure using optial fiber embeded wire strand and health monitoring method for thereof - Google Patents

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KR20080046045A
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김재민
김영상
윤정방
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전남대학교산학협력단
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Abstract

A bridge structure using an optical fiber embedded steel strand and a soundness monitoring method for the same are provided to test safety of the bridge structure by measuring tension of the steel strand. A soundness monitoring method for a bridge structure using an optical fiber embedded steel strand includes the steps of: preparing a steel strand member(20), wherein the steel strand member consists of a first strand(21) in center and six second strands(22) wound around the first strand, and a through hole(211) is formed lengthwise of one of the first and second strands; inserting an optical fiber sensor(10) through the through hole of the steel strand for preparing the optical fiber embedded steel strand; constructing a bridge using the optical fiber embedded steel strand as a structural member for the bridge; and measuring deformation rate of the optical fiber embedded steel strand by detecting light passing through the optical fiber sensor.

Description

광섬유 복합 강연선을 활용한 교량 구조물 및 그 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법{Bridge structure using optial fiber embeded wire strand and health monitoring method for thereof}Bridge structure using optial fiber embedded wire strand and health monitoring method for

도 1은 광섬유 브래그 격자 센서의 원리를 설명하기 위한 개념도.1 is a conceptual diagram for explaining the principle of the optical fiber Bragg grating sensor.

도 2a 내지 도 2c는 강연선에 형성된 관통공에 광섬유 브레그 격자 센서를 삽입하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면. 2A to 2C are diagrams for explaining an example of a method of inserting an optical fiber Bragg grating sensor into a through hole formed in a strand.

도 3은 도 2c에 도시된 강연선의 관통공에 에폭시를 충전하기 위한 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.FIG. 3 is a view for explaining an example of a method for filling an epoxy in a through hole of a strand wire shown in FIG. 2C.

도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 교량 구조물에 사용되는 강연선의 일례를 도시한 도면.4 shows an example of a stranded wire used in a bridge structure according to another aspect of the present invention.

도 5는 도 4에 표시된 Ⅵ-Ⅵ선의 단면도.5 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI shown in FIG. 4.

** 도면의 주요부분에 대한 기호의 설명 **** Explanation of symbols for the main parts of the drawing **

10 : 광섬유 격자 브레그 센서 11 : 격자 감지부10 fiber optic grating sensor 11 grating detection unit

20 : 강연선 21 : 제1강선20: stranded wire 21: the first steel wire

22 : 제2강선 211 : 관통공22: second steel wire 211: through hole

본 발명은 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강연선을 이루는 하나의 강선에 길이 방향의 관통공을 형성하고 그 관통공 내에 광섬유 격자 브래그 센서를 삽입한 후, 광섬유 격자 브래그 센서가 삽입된 강연선을 활용하여 교량을 시공한 후, 그 광섬유 격자 브래그 센서를 활용하여 강연선의 변형률을 측정할 수 있는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법이다.The present invention relates to a method for monitoring the soundness of a bridge structure, and more particularly, after forming a through hole in a longitudinal direction in one steel wire forming a strand and inserting the optical fiber grating Bragg sensor into the through hole, the optical fiber grating Bragg sensor is After the bridge is constructed using the inserted strands, it is the health monitoring method of the bridge structure that can measure the strain of the strands using the fiber grating Bragg sensor.

교량과 같은 사회기반시설물은 공용중 안전성이 최우선으로 고려되어야 하는 구조물이므로 정확하고 정밀한 설계, 시공과 함께 안전하고 편리한 건전성 확보를 위해 지속적이고 세심한 유지관리가 반드시 필요하다. 우리나라의 경우 1990년대 발생한 일련의 교량 및 건물의 붕괴사고로 인하여 유지관리에 관한 인식이 증대되었으며, 그에 따라 사회기반시설물의 유지관리기술에 대한 연구개발이 시작되었다. 이러한 연구는 교량의 상시계측 및 계측결과를 이용한 성능평가, 댐의 거동분석 및 내진성 검토, 수도개량을 위한 의사결정시스템 등 다양한 시설물에 대하여 연구되고 있다. 안정성에 대한 다양한 연구가 진행되고 있는 여러 구조물 중 교량에 관한 관심은 1994년 10월에 발생하였던 성수대교 붕괴사건 이후에 급증하기 시작하여 현재까지도 이미 사용 중인 교량의 안정성에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.Since social infrastructure such as bridges is a structure that must be considered as the highest priority in public safety, continuous and careful maintenance is essential to ensure safe and convenient soundness with accurate and precise design and construction. In Korea, due to the collapse of a series of bridges and buildings in the 1990s, awareness of maintenance has increased, and research and development on the maintenance technology of infrastructure has begun. These studies are being conducted on various facilities such as performance evaluation using the phase clock side of the bridge and measurement results, analysis of dam behavior and seismic resistance, and decision making system for water improvement. Interest in bridges among various structures in which various studies on stability have been started began to increase after the collapse of Seongsu Bridge in October 1994, and various studies on the stability of bridges still in use are being conducted. .

일반적으로 교량은 시공 후 시간의 경과에 따라서 여러 가지 하중 및 환경적 요인들로 인하여 손상 및 열화가 진행된다. 이러한 손상 및 열화가 진행된 정도를 측정하기 위하여 다양한 방법들이 시도되고 있는데, 교량에 직접 하중을 가하는 재하실험을 행하기도 하고, 엑스선을 이용하여 구조물의 내부를 탐사하기도 하며, 교 량에서 발생하는 상시 미동을 측정하여 교량의 내하력을 추정하는 기법 등도 연구되고 있다.In general, bridges are damaged and degraded due to various loads and environmental factors as time passes after construction. Various methods have been attempted to measure the extent of such damage and deterioration, such as loading tests on the bridges, exploration of the interior of the structure using X-rays, and regular movement of the bridges. Techniques for estimating the load-bearing capacity of bridges by measuring

그러나 이러한 방법들 중 교량에 직접 하중을 가하는 재하실험의 경우 재하되는 하중에 의해 교량에 추가적인 균열 등이 발생할 가능성이 있고, 또한, 교량의 상부를 통과하는 교통을 통제해야 하는 문제점이 있다.However, in the case of the loading test that directly loads the bridge among these methods, there is a possibility that additional cracks may occur in the bridge due to the loaded load, and there is also a problem of controlling traffic passing through the upper portion of the bridge.

최근 재하시험을 하지 않고, 구조물에서 발생하는 상시미동을 측정하여 구조물의 건전성을 모니터링하려는 시도가 계속되고 있으나, 아직 그 신뢰도가 검증된 방법은 아니라는 문제점이 있다.Recently, attempts have been made to monitor the health of structures by measuring constant microscopic movements occurring in the structure without loading tests, but there is a problem that the reliability is not verified.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 교량의 구조재로 사용되는 강연선의 변형률을 직접 계측함으로써 강연선에 작용하는 긴장력의 변화를 측정하여 시간에 따라 변화하는 교량의 안정성을 점검할 수 있는 교량 구조물 및 그 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was derived to solve the above problems, by directly measuring the strain of the strand used as the structural member of the bridge by measuring the change in the tension force acting on the strand can check the stability of the bridge that changes over time It is an object of the present invention to provide a bridge structure and a method for monitoring the health of the bridge structure.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,

중앙에 위치하는 제1강선과, 상기 제1강선의 주위를 둘러싸며 서로 꼬인 여섯 가닥의 제2강선을 포함하는 강연선의 상기 제1강선 또는 제2강선 중의 어느 하나에는 상기 강선의 길이방향의 관통공이 형성된 강연선을 마련하는 강연선 마련단계;The first steel wire or the second steel wire of the stranded wire including a first steel wire positioned at the center and six strands of second steel wires twisted around each other around the first steel wire and penetrate in the longitudinal direction of the steel wire. A strand preparation step of preparing a strand formed with a ball;

상기 강연선의 상기 관통공에 광섬유센서를 삽입하여 광섬유 복합 강연선을 마련하는 광섬유 복합 강연선 마련단계;Preparing an optical fiber composite strand wire by inserting an optical fiber sensor into the through hole of the strand wire to prepare an optical fiber composite strand wire;

상기 강연선을 구조재로 이용하여 교량을 시공하는 시공단계;A construction step of constructing a bridge using the stranded wire as a structural member;

상기 강연선의 광섬유센서에 광을 조사하는 광조사단계; 및,A light irradiation step of irradiating light onto the optical fiber sensor of the strand; And,

상기 광섬유센서를 통과한 광을 검출하여 상기 강연선의 변형률을 측정하는 측정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법을 제공한다.Measuring the strain of the stranded wire by detecting light passing through the optical fiber sensor; It provides a method for monitoring the health of the bridge structure comprising a.

상기 관통공은 상기 제1강선에 형성되어 있는 것이 바람직하다.The through hole is preferably formed in the first steel wire.

상기 광섬유센서는 광섬유에 일정간격으로 격자 감지부가 형성된 광섬유 브래그 격자 센서이고,The optical fiber sensor is an optical fiber Bragg grating sensor formed with a grid sensing unit at a predetermined interval on the optical fiber,

상기 측정단계는, 상기 광섬유 브래그 격자 센서 내의 격자 감지부에 반사된 광 및 상기 격자 감지부를 통과한 광을 검출하여 이루어지는 것이 바람직하다.The measuring step may be performed by detecting light reflected by a grating detector in the optical fiber Bragg grating sensor and light passing through the grating detector.

상기 강연선은 상기 교량을 형성하는 콘크리트에 프리스트레스를 가하기 위한 긴장재로 사용되는 것이 바람직하다.The strand is preferably used as a tension material for applying prestress to the concrete forming the bridge.

상기 강연선을 긴장재로 이용하여 교량을 형성하는 콘크리트에 프리스트레스를 가한 후에, 그 강연선에 마련된 관통공에 광섬유 격자 브래그 센서를 삽입하는 것이 바람직하다.After the prestress is applied to the concrete forming the bridge using the strand as the tension member, it is preferable to insert the optical fiber grating Bragg sensor into the through hole provided in the strand.

또한, 본 발명은,In addition, the present invention,

강연선을 이용하여 거더에 프리스트레싱을 가하는 단계에 의해 형성되는 프리스트레스트 콘크리트 교량 구조물에 있어서,In a prestressed concrete bridge structure formed by applying prestressing to a girder using a stranded wire,

상기 강연선 중의 적어도 일부는 중앙에 위치하는 제1강선과, 상기 제1강선 의 주위를 둘러싸며 서로 꼬인 여섯 가닥의 제2강선을 포함하는 강연선의 상기 제1강선 또는 제2강선 중의 어느 하나에는 상기 강선의 길이방향의 관통공이 형성되어 있고, 상기 관통공에 광섬유센서가 삽입된 광섬유 복합 강연선인 것을 특징으로 하는 교량 구조물을 제공한다.At least a part of the stranded wire includes at least one of the first steel wire and the second steel wire of the stranded wire including a first steel wire positioned at the center and six strands of second strands twisted together around the first steel wire. The through-hole is formed in the longitudinal direction of the steel wire, and provides a bridge structure characterized in that the optical fiber composite stranded wire is inserted into the through-hole sensor.

상기 관통공은 상기 제1강선에 형성되어 있는 것이 바람직하다.The through hole is preferably formed in the first steel wire.

상기 광섬유센서는 광섬유에 일정간격으로 격자 감지부가 형성된 광섬유 브래그 격자 센서인 것이 바람직하다.Preferably, the optical fiber sensor is an optical fiber Bragg grating sensor having a lattice detection unit formed at a predetermined interval on the optical fiber.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a health monitoring method of a bridge structure according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 실시예에 따른 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법은 강연선 마련단계,광섬유 복합 강연선 마련단계, 시공하는 시공단계, 광조사단계 및 측정단계를 포함한다.The health monitoring method of the bridge structure according to the present embodiment includes a strand preparation stage, an optical fiber composite strand preparation stage, a construction stage for construction, a light irradiation stage and a measurement stage.

본 실시예의 강연선(20)은 교량을 형성하는 콘크리트에 프리스트레스를 가하기 위한 긴장재로 사용된다. 긴장재에 의해 콘크리트에 프리스트레스를 가하는 프리스트레스트 콘크리트 공법에 대해서는 이미 잘 알려져 있고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 쉽게 습득할 수 있는 지식이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.The strand 20 of this embodiment is used as a tension material for prestressing the concrete forming the bridge. Prestressed concrete method for prestressing the concrete by the tension material is already well known, and those skilled in the art to which the present invention belongs can easily learn, so the detailed description thereof will be omitted.

본 실시예에 따라 교량의 강연선 변형률을 측정하여 교량 구조물의 건전성을 모니터링 하기 위해서는 우선 강연선의 이루는 어느 하나의 강선에 관통공이 형성된 강연선(20)을 마련해야 하는데 이를 강연선 마련단계라 한다.In order to monitor the integrity of the bridge structure by measuring the strand strain of the bridge according to the present embodiment, first, a strand wire 20 having a through hole formed in one of the steel wires forming the strand is to be provided.

강연선(20)은 잘 알려진 바와 같이, 중앙에 배치되는 제1강선(21)과 상기 제1강선(21)의 외주면을 서로 꼬이면서 둘러싸는 여섯 가닥의 제2강선(22)을 포함하고 있다. The strand 20 includes, as is well known, six strands of the second strand 22 that are twisted around the outer circumferential surface of the first strand 21 and the first strand 21 disposed at the center.

강선에 관통공을 형성하기 위해서는 여러 가지 방법을 사용할 수 있으나, 본 실시예에서는 인발성형에 의한다. 인발성형이란, 잘 알려진 바와 같이, 막대, 빔, 채널, 튜브와 같이 길이방향으로 일정한 단면을 가진 제품을 제조하는 연속 공정이다. 관통공이 형성된 강선의 경우에도 그 길이방향의 단면이 일정하므로 인발성형에 의해 제조할 수 있으며, 가장 효율적으로 관통공을 가지는 강선을 제조하는 방법이다. 인발성형은 이미 공지된 기술이므로, 더 이상의 상세한 설명은 제외하기로 한다.Various methods may be used to form the through-holes in the steel wire, but in the present embodiment, by drawing. Pultruded molding, as is well known, is a continuous process for producing products having a constant cross-section in the longitudinal direction, such as rods, beams, channels and tubes. In the case of the steel wire in which the through-hole is formed, the cross section in the longitudinal direction thereof is constant, so that the steel wire can be manufactured by drawing molding, and the steel wire having the through-hole is most efficiently produced. Since pultrusion is a known technique, further detailed description will be omitted.

본 실시예에서 관통공(211)은 상기 제1강선(21)에 형성하도록 한다. In the present embodiment, the through hole 211 is formed in the first steel wire 21.

상술한 방법으로 제1강선(21)에 관통공(211)이 형성되면, 그 제1강선(21) 및 그 주위를 둘러싸는 여섯 가닥의 제2강연선(22)을 재료로 강연선(20)을 제조한다. When the through hole 211 is formed in the first steel wire 21 by the above-described method, the strand steel wire 20 is made of the first steel wire 21 and the six strands of the second strand wire 22 surrounding the periphery thereof. Manufacture.

상기 강연선(20)의 제조가 완료되면, 상기 강연선(20)을 긴장재로 이용하여 교량의 시공에 사용되는 콘크리트에 프리스트레스를 가하여 교량을 시공한다.When the manufacture of the strand 20 is completed, by using the strand 20 as a tension material to apply the prestress to the concrete used for the construction of the bridge to construct the bridge.

상기 강연선(20)을 긴장재로 이용하여 교량의 콘크리트에 프리스트레스를 가한 후에는 상기 강연선(20)의 제1강선(21)에 형성되어 있는 관통공(211)에 광섬유 격자 브래그 센서(10)를 삽입한다. After the prestress is applied to the concrete of the bridge using the strand 20 as a tension material, the optical fiber grating Bragg sensor 10 is inserted into the through hole 211 formed in the first steel line 21 of the strand 20. do.

광섬유 브래그 격자 센서(10)는, 자외선 광(Excimer Laser)을 광섬유에 투과시켜 도 1에 도시된 바와 같이 광섬유(10)에 여러 개의 격자 감지부(11)를 생성한 것으로서, 광원(4)에 의해 광(l)을 광섬유(10)에 조사시킬 경우 브래그 조건에 맞는 파장 성분은 격자 감지부(11)에서 반사되고 나머지 파장 성분은 그대로 통과하는 성질을 이용하는 것이다. 이렇게 반사되는 광 및 그대로 통과한 광을 광검출기(5)에서 측정하여 각종 물리량의 변화를 측정할 수 있다. 격자 감지부(11)에서 반사되는 광의 파장인 브래그 파장은 유효 굴절률과 격자 간격의 함수인데, 광섬유 격자 감지부(11)의 간격이 온도나 하중 등의 외부 물리량에 의해 변경될 경우 격자 감지부(11)에서 반사되는 광의 파장인 브래그 파장 역시 변하게 되므로, 브래그 파장의 변화를 정밀하게 측정한다면 광섬유 격자 감지부(11)에 가해진 미지의 물리량 (온도, 변형률)을 역으로 계산할 수 있다.The optical fiber Bragg grating sensor 10 transmits ultraviolet light through an optical fiber to generate a plurality of grating detection units 11 in the optical fiber 10 as shown in FIG. When the light l is irradiated onto the optical fiber 10 by using the property that the wavelength component corresponding to the Bragg condition is reflected by the grating detection unit 11 and the remaining wavelength component passes through as it is. The reflected light and the light passed as it is can be measured by the photodetector 5 to measure changes in various physical quantities. The Bragg wavelength, which is the wavelength of the light reflected by the grating detector 11, is a function of the effective refractive index and the grating spacing. When the distance of the fiber grating detector 11 is changed by an external physical quantity such as temperature or load, the grating detector ( Since the Bragg wavelength, which is the wavelength of the light reflected by 11), is also changed, if the change in the Bragg wavelength is precisely measured, the unknown physical quantity (temperature, strain) applied to the optical fiber grating detector 11 may be calculated inversely.

광섬유 브래그 격자 센서(10)를 제1강선(21)에 형성된 관통공(211)에 배치하는 경우 광섬유 브래그 격자 센서(10)가 외부의 충격에 의해 손상당하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 제1강선(21)은 곧게 형성되는데, 강연선(20)의 변형률과 제1강선(21)의 변형률은 거의 동일한 것으로 볼 수 있으므로 더욱 정확한 변형률을 측정할 수 있는 장점도 아울러 가지고 있다.When the optical fiber Bragg grating sensor 10 is disposed in the through hole 211 formed in the first steel wire 21, the optical fiber Bragg grating sensor 10 may be effectively prevented from being damaged by an external impact. In addition, the first steel wire 21 is formed to be straight, since the strain of the stranded wire 20 and the strain of the first steel wire 21 can be seen to be almost the same, it also has the advantage of measuring more accurate strain.

광섬유 브래그 격자 센서(10)를 관통공(211)에 삽입하기 위해서는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 매개부재(30)를 이용하는 것이 바람직하다. 매개부재(30)는 실과 같이 유연한 선형의 재료로 이루어지며, 일단부에는 관통공(211)의 직경의 약 90%의 직경을 가진 헤드(31)가 마련되어 있다.In order to insert the optical fiber Bragg grating sensor 10 into the through hole 211, it is preferable to use the intermediate member 30, as shown in Figure 2a. The intermediate member 30 is made of a flexible linear material such as a thread, and at one end, a head 31 having a diameter of about 90% of the diameter of the through hole 211 is provided.

관통공(211)의 일단부에 상기 헤드(31)를 삽입하고, 상기 관통공(211)의 타단부측에서 진공펌프(32)를 이용하여 관통공(211)을 진공흡입함으로써 상기 헤 드(31)를 상기 관통공(211)의 타단부측으로 노출한다.,The head 31 is inserted into one end of the through hole 211, and the head hole 211 is vacuum sucked using the vacuum pump 32 at the other end side of the through hole 211. 31) is exposed to the other end side of the through hole 211.

상기 헤드(31)가 노출되면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 헤드(31)에 광섬유 브래그 격자 센서(10)의 일단부를 연결하고, 상기 관통공(211)의 일단부측에서 매개부재(30)를 당겨서 매개부재(30)를 관통공으로부터 제거함과 동시에 광섬유 브래그 격자 센서(10)를 관통공(211)의 내부로 삽입한다. 도 2c에 광섬유 브래그 격자 센서(10)가 관통공(211)의 내부에 완전히 삽입된 상태가 도시되어 있다.When the head 31 is exposed, as shown in FIG. 2B, one end of the optical fiber Bragg grating sensor 10 is connected to the head 31, and the intermediate member 30 is disposed at one end of the through hole 211. At the same time, the intermediate member 30 is removed from the through hole, and the optical fiber Bragg grating sensor 10 is inserted into the through hole 211. In FIG. 2C, the optical fiber Bragg grating sensor 10 is completely inserted into the through hole 211.

도 2a 내지 도 2c에는 강연선(20)만 도시되어 있으나, 실제로는 강연선(20)에 인장력이 가해지고, 정착장치에 의해 정착된 이후의 상태로 파악되어야 한다. 즉, 도면상에서는 정착장치와 교량 구조물은 생략되어 있는 것이다.2A to 2C, only the strand 20 is shown, but in reality, the tensile force is applied to the strand 20 and should be understood as a state after being fixed by the fixing apparatus. That is, in the drawing, the fixing device and the bridge structure are omitted.

강연선(20)의 길이가 짧은 경우에는 매개부재(30)를 사용하지 않고도, 광섬유 브래그 격자 센서(10)를 관통공(211)에 삽입할 수 있으나, 일부 구조물에서는 30미터 이상의 강연선이 사용될 수도 있으므로 이처럼 긴 강연선(20)이 구조물의 구조재로 사용되는 경우에는 매개부재를 사용하는 것이 유리하다. 한편, 광섬유 브래그 격자 센서(10)를 직접 진공펌프(32)를 이용하여 흡입하는 방법도 생각할 수 있으나, 진공펌프(32)에 의해 광섬유 브래그 격자 센서(10)를 직접 흡입할 경우 매우 빠른 속도로 움직이게 되므로 그 과정에서 손상이 발생할 수 있으므로, 매개부재(30)를 이용하여 광섬유 브래그 격자 센서(10)를 관통공(211)에 삽입하는 것이 보다 효과적이다.In the case where the length of the strand 20 is short, the optical fiber Bragg grating sensor 10 may be inserted into the through hole 211 without using the intermediate member 30. However, in some structures, a strand of more than 30 meters may be used. When such a long strand 20 is used as a structural member of the structure it is advantageous to use the intermediate member. On the other hand, a method of directly sucking the optical fiber Bragg grating sensor 10 by using the vacuum pump 32 can be considered, but when the optical fiber Bragg grating sensor 10 is directly sucked by the vacuum pump 32 at a very high speed. Since damage may occur in the process because it moves, it is more effective to insert the optical fiber Bragg grating sensor 10 into the through hole 211 using the intermediate member 30.

관통공(211)에 광섬유 브래그 격자 센서(10)가 삽입되면 관통공(211)의 내부에 그라우팅재를 채움 하여 광섬유 브래그 격자 센서(10)를 강연선과 고정할 필요 가 있다. 이를 위해서는 도 3에 도시된 바와 같이, 강연선(20)의 일단부를 에폭시 저장통(33)에 담근 상태에서 관통공(211)의 타단부를 진공펌프(32)를 이용하여 진공흡입함으로써 관통공(211)내부의 상기 광섬유 격자 브래그 센서(10) 이외의 공간을 에폭시(212)로 채운 후, 일정시간 경과시켜 그 에폭시(211)를 경화시키며, 그 에폭시(212)의 경화에 의해 광섬유 격자 브래그 센서(10)가 강연선(20)에 고정된다.When the optical fiber Bragg grating sensor 10 is inserted into the through hole 211, it is necessary to fill the grouting material in the through hole 211 to fix the optical fiber Bragg grating sensor 10 to the strand. To this end, as shown in FIG. 3, the other end of the through hole 211 is vacuum sucked using the vacuum pump 32 while one end of the strand 20 is immersed in the epoxy storage container 33. After filling the space other than the optical fiber grating Bragg sensor 10 inside with epoxy 212, the epoxy 211 is cured by elapse of a predetermined time, and the optical fiber grating Bragg sensor (by curing the epoxy 212) 10) is fixed to the strand 20.

강연선(20)의 제1강선(21)에 형성된 관통공(211)에 광섬유 격자 브래그 센서(10)가 삽입되고, 에폭시(212)에 의해 강연선(20)에 광섬유 격자 브래그 센서(10)가 고정되면, 강연선(20)의 변형률을 측정하기 위하여 광섬유 격자 브래그 센서(10)에 광을 조사하고, 그 조사된 광 중 격자 감지부(11)에 의해 반사된 광 및 격자 감지부(11)를 통과한 광을 검출하는 단계를 거치게 된다.The optical fiber grating Bragg sensor 10 is inserted into the through hole 211 formed in the first steel wire 21 of the strand wire 20, and the optical fiber grating Bragg sensor 10 is fixed to the strand wire 20 by the epoxy 212. When light is irradiated to the optical fiber grating Bragg sensor 10 in order to measure the strain of the strand 20, the light reflected by the grating sensor 11 and the grating detector 11 passes through the light. There is a step of detecting one light.

상술한 바와 같이, 격자 감지부(11)에서 반사되는 광의 파장인 브래그 파장은 유효 굴절률과 격자 간격의 함수인데, 광섬유 격자 감지부(11)의 간격이 온도나 하중 등의 외부 물리량에 의해 변경될 경우 격자 감지부(11)에서 반사되는 광의 파장인 브래그 파장 역시 변하게 되므로, 브래그 파장의 변화를 정밀하게 측정한다면 광섬유 격자 감지부(11)에 가해진 변형률을 역으로 계산할 수 있게 되는 것이다.As described above, the Bragg wavelength, which is the wavelength of the light reflected by the grating sensor 11, is a function of the effective refractive index and the grating spacing, and the distance between the optical fiber grating sensors 11 may be changed by an external physical quantity such as temperature or load. In this case, the Bragg wavelength, which is the wavelength of the light reflected by the grating detector 11, is also changed. Therefore, if the change in the Bragg wavelength is precisely measured, the strain applied to the fiber grating detector 11 can be calculated inversely.

이러한 광섬유 격자 브래그 센서(10)에 의한 강연선(20)의 변형률 측정은 수시로 할 수 있는 장점이 있는데, 교량의 시공 직후에 프리스트레스를 위한 충분한 응력이 강연선(20)에 전달되었는지 여부를 측정할 수 있고, 시간이 지나면서 발생하는 강연선(20)의 응력변화를 응력-변형률 관계를 이용하여 측정함으로써, 강연 선(20)에 작용하고 있는 장력을 파악함으로써 초기에 강연선에 가해진 장력의 변화를 감지하여 교량 구조물의 건전성을 모니터링할 수 있게 된다. The strain measurement of the strand 20 by the optical fiber grating Bragg sensor 10 has an advantage that can be made from time to time, it is possible to measure whether sufficient stress for prestress is transmitted to the strand 20, immediately after construction of the bridge and , By measuring the stress change of the strand 20 generated over time by using the stress-strain relationship, by detecting the tension acting on the strand 20, by detecting the change in tension initially applied to the strand 20 The health of the structure can be monitored.

따라서, 본 실시예에 따른 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법에 따를 경우에는 시간에 구애되지 않고, 교량의 구조재인 강연선(20)의 변형률을 매우 빠른 시간안에 측정할 수 있으므로, 매우 효과적인 교량의 안정성 모니터링 방법이 될 수 있는 것이다.Therefore, according to the health monitoring method of the bridge structure according to the present embodiment, since the strain of the strand 20, which is a structural member of the bridge, can be measured in a very short time, it is a very effective method for monitoring the stability of the bridge. This can be.

또한, 본 방법은 광섬유 격자 브래그 센서(10)의 양단에 광원과 광검출부만을 연결하여 비교적 간단하게 강연선의 변형률을 측정함으로써 교량 구조물의 건전성을 모니터링할 수 있게 되는 발명으로서, 종래에 사용되던 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법의 문제점인 교량의 통행을 통제할 필요도 없으며, 재하실험과 같이 과도한 하중을 교량에 재하할 필요가 없어 매우 편리한 방법이다.In addition, the present invention is a invention that can monitor the health of the bridge structure by measuring the strain of the strands relatively simply by connecting only the light source and the photodetector to both ends of the optical fiber grating Bragg sensor 10, the bridge structure used in the prior art It is not necessary to control the passage of the bridge, which is a problem of the health monitoring method of the system, and it is very convenient because there is no need to load the bridge with excessive load like the loading test.

한편, 격자 감지부(11)의 위치는 응력이 가장 크게 작용하게 되는 강연선(20)의 중앙부에 위치하도록 하며, 그 외에 적절한 변형률을 측정하고자 하는 위치에 있도록 함으로써, 다양한 측정점의 변형률을 한 번의 계측으로 계측할 수 있는 장점도 아울러 가진다.On the other hand, the position of the grating detection unit 11 is located at the center of the strand 20, the stress is the greatest action, and in addition to the position to measure the appropriate strain, thereby measuring the strain of various measuring points once It also has the advantage of being able to measure.

이하에서는 본 발명의 다른 측면에 따른 교량 구조물의 일 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of a bridge structure according to another aspect of the present invention will be described in detail.

본 실시예의 교량 구조물은 강연선을 이용하여 거더에 프리스트레싱을 가하는 단계에 의해 형성되는 프리스트레스트 콘크리트 교량 구조물에 있어서, 상기 강연선의 적어도 일부가 광섬유 복합 강연선인 것을 특징으로 한다.The bridge structure of the present embodiment is a prestressed concrete bridge structure formed by applying prestressing to a girder using a strand, wherein at least a portion of the strand is an optical fiber composite strand.

교량 구조물은 잘 알려진 바와 같이, 교각과 거더와 상판 등으로 구성되는데, 주로 거더의 재질이나 형태에 따라 그 종류가 분류된다. 거더의 재질이 강재인 경우에는 강교로, 거더의 재질이 콘크리트인 경우에는 콘크리트 교량으로 분류되며, 현재 시공되는 콘크리트 교량의 대부분은 거더에 프리스트레싱을 가한 후에 상부 구조물을 시공하는 프리스트레스트 콘크리트 교량이다.Bridge structures, as is well known, are composed of bridges, girders, and decks, which are mainly classified according to the material or form of the girders. If the girder is made of steel, it is classified as a steel bridge, and if the girder is made of concrete, it is classified as a concrete bridge. Most of the concrete bridges currently constructed are prestressed concrete bridges that are constructed with an upper structure after prestressing the girder.

이러한 프리스트레스트 콘크리트 교량은 전술한 바와 같이, 거더의 내부에 그 거더의 길이방향으로 강연선을 매립하고, 강연선에 인장력을 가하여 거더의 단부에 정착시키는 과정에 의해 콘크리트로 이루어진 거더에 강한 압축력(프리스트레스)를 가한 상태에서 상부 구조물을 시공하게 된다.As described above, the prestressed concrete bridge has a strong compressive force (prestress) to the girder made of concrete by embedding the strand in the longitudinal direction of the girder in the interior of the girder, and applying a tensile force to the end of the girder to settle at the end of the girder. The upper structure is to be installed in the state.

도 4에 본 실시예에 따른 교량 구조물에 사용되는 강연선의 일예가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 표시된 Ⅵ-Ⅵ선의 단면도가 도시되어 있다. 상기 강연선(20)은, 중앙에 위치하는 제1강선(21)과, 상기 제1강선의 주위를 둘러싸며 서로 꼬인 여섯 가닥의 제2강선(22)을 포함하는데, 본 실시예에 있어서, 상기 제1강선(21)에는 그 길이방향의 관통공(211)이 형성되어 있고, 그 관통공(211)에는 일정간격으로 격자 감지부(11)가 형성된 광섬유 브래그 격자 센서(10)가 삽입되어 있으며, 상기 관통공(211) 중 상기 광섬유 브래그 격자 센서(10)가 차지하는 공간 이외의 공간은 에폭시(212)가 충전되어 있다.An example of the strand used in the bridge structure according to the present embodiment is shown in FIG. 4, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the VI-VI line shown in FIG. 4. The strand 20 includes a first steel wire 21 located at the center and six strands of second steel wire 22 twisted around each other around the first steel wire. The first steel wire 21 has a through hole 211 in the longitudinal direction thereof, and the optical fiber Bragg grating sensor 10 having the grating detecting unit 11 formed therein is inserted into the through hole 211. The epoxy 212 is filled in a space other than the space occupied by the optical fiber Bragg grating sensor 10 among the through holes 211.

상기 관통공(211)을 형성하는 방법과, 그 관통공(211)에 광섬유 브래그 격자 센서(10)를 삽입하는 방법, 에폭시(212)를 충전하는 방법 등은 앞서 설명된 교량 구조물의 건전성 모니터링방법에 따라 행할 수 있으며, 상기 광섬유 복합 강연선을 이용항 교량을 시공하는 방법은 일반적인 강연선을 이용한 교량의 시공방법과 동일하고, 그 시공방법은 공지의 기술로서 당업자라면 쉽게 알 수 있으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.The method of forming the through hole 211, the method of inserting the optical fiber Bragg grating sensor 10 into the through hole 211, the method of filling the epoxy 212, and the like may be described above. The method of constructing a bridge using the optical fiber composite strand can be performed according to the same method as the method of constructing a bridge using a general strand, and the construction can be easily known to those skilled in the art as a well-known technique. It will be omitted.

본 실시예에 따른 교량 구조물에 있어서 그 건전성을 모니터링 하는 방법은 앞서 설명되어 있으며, 본 실시예에 따르지 않고도 다양한 형태의 교량 구조물로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.The method for monitoring the health of the bridge structure according to the present embodiment has been described above, and it will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in various forms of bridge structures without following the present embodiment.

상기에서는 제1강선에 관통공이 형성되어 있는 실시예에 대하여 설명하였으나, 제2강선에 관통공이 형성되어 있는 경우에도 강연선의 변형률의 측정이 가능하며, 그러한 변형은 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.In the above, the embodiment in which the through-hole is formed in the first steel wire has been described, but even when the through-hole is formed in the second steel wire, the strain of the stranded wire can be measured, and such deformation is included in the technical idea of the present invention.

본 실시예에서는 관통공(211)이 형성된 강연선(20)을 이용하여 구조물을 시공한 후에 광섬유 격자 브래그 센서(10)를 삽입하고, 에폭시(212)를 충전하였으나, 광섬유 격자 브래그 센서(10)를 관통공에 삽입하고, 에폭시(212)까지 채움 한 이후에 그 강연선(20)을 긴장재로 활용하여 교량을 시공할 수 있음은 당업자에게 자명한 것으로 판단된다.In the present embodiment, after constructing the structure using the strand 20 having the through hole 211, the optical fiber grating Bragg sensor 10 is inserted and the epoxy 212 is charged, but the optical fiber grating Bragg sensor 10 is used. It is apparent to those skilled in the art that the bridge can be constructed by inserting the through hole and filling the epoxy 212 using the strand 20 as a tension material.

상기에서는 강연선이 교량을 형성하는 콘크리트에 프리스트레스를 가하기 위한 긴장재로 활용된 실시예에 대하여 설명하였으나, 그 외에 다른 구조재로도 활용될 수 있으며, 그러한 경우에도 그 강연선의 변형률을 수시로 측정함으로써 교량 구조물의 건전성을 모니터링할 수 있고, 그러한 변형은 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것으로 보아야 한다.In the above, the embodiment in which the strand is used as a tension member for prestressing the concrete forming the bridge is described, but may be used as other structural materials, and in such a case, the bridge structure may be frequently measured by measuring the strain of the strand. Soundness can be monitored and such modifications should be considered to be included in the spirit of the invention.

본 실시예에서는 광섬유 브래그 격자 센서가 광섬유센서로 사용된 실시예에 대하여 설명하였으나. 반드시 광섬유 브래그 격자 센서가 사용되어야 하는 것은 아니며, 다른 형태의 광섬유센서로 대체될 수 있으며, 그러한 대체에 의한 실시는 본 발명의 기술적 사상에 위배되지 아니하는 것으로 보아야 한다.In this embodiment, an embodiment in which the optical fiber Bragg grating sensor is used as the optical fiber sensor has been described. The fiber Bragg grating sensor is not necessarily to be used, and may be replaced by another type of optical fiber sensor, and the implementation by such a replacement should not be considered to be inconsistent with the technical spirit of the present invention.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 바탕으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 아니하는 범위 내에서 다양한 형태의 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법으로 구체화될 수 있다.Although described above based on the preferred embodiment of the present invention, the technical idea of the present invention is not limited to the described embodiment and the soundness monitoring method of the bridge structure of various forms within the scope that does not contradict the technical idea of the present invention. It can be embodied as.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 교량의 구조재로 사용되는 강연선의 변형률을 직접 계측함으로써 강연선에 작용하는 인장력을 측정하여 측정된 인장력과 초기에 가해진 인장력을 비교함으로써 교량의 안정성을 테스트할 수 있는 광섬유 복합 강연선을 활용한 교량 구조물 및 그 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법을 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, an optical fiber capable of testing the stability of the bridge by measuring the tensile force acting on the strand by directly measuring the strain of the strand used as the structural member of the bridge and comparing the measured tensile strength with the initial applied tensile force It is possible to provide a bridge structure utilizing a composite strand and a health monitoring method of the bridge structure.

Claims (8)

중앙에 위치하는 제1강선과, 상기 제1강선의 주위를 둘러싸며 서로 꼬인 여섯 가닥의 제2강선을 포함하는 강연선의 상기 제1강선 또는 제2강선 중의 어느 하나에는 상기 강선의 길이방향의 관통공이 형성된 강연선을 마련하는 강연선 마련단계;The first steel wire or the second steel wire of the stranded wire including a first steel wire positioned at the center and six strands of second steel wires twisted around each other around the first steel wire and penetrate in the longitudinal direction of the steel wire. A strand preparation step of preparing a strand formed with a ball; 상기 강연선의 상기 관통공에 광섬유센서를 삽입하여 광섬유 복합 강연선을 마련하는 광섬유 복합 강연선 마련단계;Preparing an optical fiber composite strand wire by inserting an optical fiber sensor into the through hole of the strand wire to prepare an optical fiber composite strand wire; 상기 강연선을 구조재로 이용하여 교량을 시공하는 시공단계;A construction step of constructing a bridge using the stranded wire as a structural member; 상기 강연선의 광섬유센서에 광을 조사하는 광조사단계; 및,A light irradiation step of irradiating light onto the optical fiber sensor of the strand; And, 상기 광섬유센서를 통과한 광을 검출하여 상기 강연선의 변형률을 측정하는 측정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법.Measuring the strain of the stranded wire by detecting light passing through the optical fiber sensor; Integrity monitoring method of a bridge structure comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 관통공은 상기 제1강선에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법.The through hole is formed in the first steel wire health monitoring method of a bridge structure, characterized in that. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광섬유센서는 광섬유에 일정간격으로 격자 감지부가 형성된 광섬유 브래그 격자 센서이고,The optical fiber sensor is an optical fiber Bragg grating sensor formed with a grid sensing unit at a predetermined interval on the optical fiber, 상기 측정단계는, 상기 광섬유 브래그 격자 센서 내의 격자 감지부에 반사된 광 및 상기 격자 감지부를 통과한 광을 검출하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법.The measuring step, the health monitoring method of the bridge structure, characterized in that for detecting the light reflected by the grating detection unit and the light passing through the grating detection unit in the optical fiber Bragg grating sensor. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 광섬유 브래그 격자 센서의 삽입 단계 이후에After the insertion stage of the fiber Bragg grating sensor 상기 관통공에 에폭시를 충전하고 경화시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법.Filling and curing the epoxy through the through-hole; The health monitoring method of a bridge structure, characterized in that it further comprises. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 강연선은 상기 교량을 형성하는 콘크리트에 프리스트레스를 가하기 위한 긴장재로 사용되는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법.The strand is a health monitoring method of the bridge structure, characterized in that used as a tension material for applying prestress to the concrete forming the bridge. 강연선을 이용하여 거더에 프리스트레싱을 가하는 단계에 의해 형성되는 프리스트레스트 콘크리트 교량 구조물에 있어서,In a prestressed concrete bridge structure formed by applying prestressing to a girder using a stranded wire, 상기 강연선 중의 적어도 일부는, At least some of the strands, 중앙에 위치하는 제1강선과, 상기 제1강선의 주위를 둘러싸며 서로 꼬인 여섯 가닥의 제2강선을 포함하고,A first steel wire positioned at the center and six strands of second steel wires twisted around each other around the first steel wire, 상기 제1강선 또는 제2강선 중의 어느 하나에는 상기 강선의 길이방향의 관통공이 형성되어 있으며, 그 관통공에 광섬유센서가 삽입된 광섬유 복합 강연선인 것을 특징으로 하는 교량 구조물.The through-hole in the longitudinal direction of the steel wire is formed in any one of the first steel wire or the second steel wire, the bridge structure, characterized in that the optical fiber composite strand wire inserted into the optical fiber sensor. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 관통공은 상기 제1강선에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교량 구조물.The through hole is a bridge structure, characterized in that formed in the first steel wire. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 광섬유센서는 광섬유에 일정간격으로 격자 감지부가 형성된 광섬유 브래그 격자 센서인 것을 특징으로 하는 교량 구조물.The optical fiber sensor is a bridge structure, characterized in that the optical fiber Bragg grating sensor is formed in the optical fiber at a predetermined interval.
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