KR20090091090A - 광섬유 복합 강연선을 활용한 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법 - Google Patents
광섬유 복합 강연선을 활용한 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090091090A KR20090091090A KR1020090065487A KR20090065487A KR20090091090A KR 20090091090 A KR20090091090 A KR 20090091090A KR 1020090065487 A KR1020090065487 A KR 1020090065487A KR 20090065487 A KR20090065487 A KR 20090065487A KR 20090091090 A KR20090091090 A KR 20090091090A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- optical fiber
- strand
- wire
- bridge
- sensor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000036541 health Effects 0.000 title claims description 16
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 8
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 71
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 12
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 6
- 239000011513 prestressed concrete Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
- G01B11/165—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35309—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer
- G01D5/35316—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer using a Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0016—Tensile or compressive
- G01N2203/0017—Tensile
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
발명은, 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 단계; 상기 강연선의 상기 관통공에 광섬유 브래그 격자 센서를 삽입하여 광섬유 복합 강연선을 마련하는 단계; 상기 강연선을 구조재로 이용하여 교량을 시공하는 단계; 상기 강연선의 광섬유 브래그 격자 센서에 광을 조사하는 단계; 및, 상기 광섬유 브래그 격자 센서 내의 격자 감지부에 의해 반사된 광 및 상기 브래그 격자 센서 내의 격자 감지부를 통과한 광을 검출하여 상기 강연선의 변형률을 측정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법을 제공한다.
Description
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.
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 연구되 고 있다. 안전성에 대한 다양한 연구가 진행되고 있는 여러 구조물 중 교량에 관한 관심은 1994년 10월에 발생하였던 성수대교 붕괴사건 이후에 급증하기 시작하여 현재까지도 이미 사용 중인 교량의 안전성에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
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, 교량에서 발생하는 상시 미동을 측정하여 교량의 내하력을 추정하는 기법 등도 연구되고 있다.
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.
최근 재하시험을 하지 않고, 구조물에서 발생하는 상시미동을 측정하여 구조물의 건전성을 모니터링하려는 시도가 계속되고 있으나, 아직 그 신뢰도가 검증된 방법은 아니라는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 교량의 구조재로 사용되는 강연선의 변형률을 직접 계측함으로써 강연선에 작용하는 긴장력의 변화를 측정하여 시간에 따라 변화하는 교량의 안전성을 점검할 수 있는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
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;
상기 강연선의 상기 관통공에 광섬유센서를 삽입하여 광섬유 복합 강연선을 마련하는 광섬유 복합 강연선 마련단계;
상기 강연선을 구조재로 이용하여 교량을 시공하는 시공단계;
상기 강연선의 광섬유센서에 광을 조사하는 광조사단계; 및,
상기 광섬유센서를 통과한 광을 검출하여 상기 강연선의 변형률을 측정하는 측정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법을 제공한다.
상기 관통공은 상기 제1강선에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 광섬유센서는 광섬유에 일정간격으로 격자 감지부가 형성된 광섬유 브래그 격자 센서이고,
상기 측정단계는, 상기 광섬유 브래그 격자 센서 내의 격자 감지부에 반사된 광 및 상기 격자 감지부를 통과한 광을 검출하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 강연선은 상기 교량을 형성하는 콘크리트에 프리스트레스를 가하기 위한 긴장재로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 강연선을 긴장재로 이용하여 교량을 형성하는 콘크리트에 프리스트레스를 가한 후에, 그 강연선에 마련된 관통공에 광섬유 격자 브래그 센서를 삽입하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 교량의 구조재로 사용되는 강연선의 변형률을 직접 계측함으로써 강연선에 작용하는 인장력을 측정하여 측정된 인장력과 초기에 가해진 인장력을 비교함으로써 교량의 안전성을 검사할 수 있는 광섬유 복합 강연선을 활용한 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법은 강연선 마련단계,광섬유 복합 강연선 마련단계, 시공하는 시공단계, 광조사단계 및 측정단계를 포함한다.
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.
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.
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.
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.
본 실시예에서 관통공(211)은 상기 제1강선(21)에 형성하도록 한다.
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.
상기 강연선(20)의 제조가 완료되면, 상기 강연선(20)을 긴장재로 이용하여 교량의 시공에 사용되는 콘크리트에 프리스트레스를 가하여 교량을 시공한다.
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.
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.
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 변형 률과 제1강선(21)의 변형률은 거의 동일한 것으로 볼 수 있으므로 더욱 정확한 변형률을 측정할 수 있는 장점도 아울러 가지고 있다.
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.
관통공(211)의 일단부에 상기 헤드(31)를 삽입하고, 상기 관통공(211)의 타단부측에서 진공펌프(32)를 이용하여 관통공(211)을 진공흡입함으로써 상기 헤드(31)를 상기 관통공(211)의 타단부측으로 노출한다.,
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.
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.
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.
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 필요가 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.
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.
상술한 바와 같이, 격자 감지부(11)에서 반사되는 광의 파장인 브래그 파장 은 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.
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, 강연선(20)에 작용하고 있는 장력을 파악함으로써 초기에 강연선에 가해진 장력의 변화를 감지하여 교량 구조물의 건전성을 모니터링할 수 있게 된다.
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 안전성 모니터링 방법이 될 수 있는 것이다.
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.
한편, 격자 감지부(11)의 위치는 응력이 가장 크게 작용하게 되는 강연 선(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.
이하에서는 본 발명의 다른 측면에 따른 교량 구조물의 일 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
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.
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.
이러한 프리스트레스트 콘크리트 교량은 전술한 바와 같이, 거더의 내부에 그 거더의 길이방향으로 직선 또는 곡선으로 매설된 쉬스간의 내부에 강연선을 매립하고, 강연선에 인장력을 가하여 거더의 단부에 정착시키는 과정에 의해 콘크리트로 이루어진 거더에 강한 압축력(프리스트레스)를 가한 상태에서 상부 구조물을 시공하게 된다.
도 4에 본 실시예에 따른 교량 구조물에 사용되는 강연선의 일예가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 표시된 Ⅵ-Ⅵ선의 단면도가 도시되어 있다. 상기 강연 선(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.
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.
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.
상기에서는 제1강선에 관통공이 형성되어 있는 실시예에 대하여 설명하였으나, 제2강선에 관통공이 형성되어 있는 경우에도 강연선의 변형률의 측정이 가능하며, 그러한 변형은 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
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.
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.
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.
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.
도 1은 광섬유 브래그 격자 센서의 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 2a 내지 도 2c는 강연선에 형성된 관통공에 광섬유 브레그 격자 센서를 삽입하는 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2c에 도시된 강연선의 관통공에 에폭시를 충전하기 위한 방법의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 교량 구조물에 사용되는 강연선의 일례를 도시한 도면.
도 5는 도 4에 표시된 Ⅵ-Ⅵ선의 단면도.
** 도면의 주요부분에 대한 기호의 설명 **
10 : 광섬유 격자 브레그 센서 11 : 격자 감지부
20 : 강연선 21 : 제1강선
22 : 제2강선 211 : 관통공
Claims (4)
- 중앙에 위치하는 제1강선과, 상기 제1강선의 주위를 둘러싸며 서로 꼬인 여섯 가닥의 제2강선을 포함하는 강연선의 상기 제1강선에 상기 강연선의 길이방향의 관통공이 형성된 강연선을 마련하는 강연선 마련단계;상기 강연선의 상기 관통공에 광섬유센서를 삽입하여 광섬유 복합 강연선을 마련하는 광섬유 복합 강연선 마련단계;상기 광섬유 복합 강연선을 구조재로 이용하여 교량을 시공하는 시공단계;상기 광섬유 복합 강연선의 광섬유센서에 광을 조사하는 광조사단계; 및,상기 광섬유센서를 통과한 광을 검출하여 상기 강연선의 변형률을 측정하는 측정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 광섬유센서는 광섬유에 일정간격으로 격자 감지부가 형성된 광섬유 브래그 격자 센서이고,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.
- 제 1항에 있어서,광섬유 브래그 격자 센서의 삽입 단계 이후에상기 관통공에 에폭시를 충전하고 경화시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 강연선은 상기 교량을 형성하는 콘크리트에 프리스트레스를 가하기 위한 긴장재로 사용되는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090065487A KR100956686B1 (ko) | 2009-07-17 | 2009-07-17 | 광섬유 복합 강연선을 활용한 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090065487A KR100956686B1 (ko) | 2009-07-17 | 2009-07-17 | 광섬유 복합 강연선을 활용한 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060115477A Division KR20080046045A (ko) | 2006-11-21 | 2006-11-21 | 광섬유 복합 강연선을 활용한 교량 구조물 및 그 교량구조물의 건전성 모니터링 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090091090A true KR20090091090A (ko) | 2009-08-26 |
| KR100956686B1 KR100956686B1 (ko) | 2010-05-10 |
Family
ID=41208726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090065487A KR100956686B1 (ko) | 2009-07-17 | 2009-07-17 | 광섬유 복합 강연선을 활용한 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100956686B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102162773A (zh) * | 2010-12-24 | 2011-08-24 | 广州工程总承包集团有限公司 | 基于无线通信技术的集群式桥梁健康实时监测系统及方法 |
| CN110441148A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-11-12 | 大连理工大学 | 一种损伤自诊断和自定位钢绞线智能索 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS622412A (ja) * | 1985-06-28 | 1987-01-08 | 株式会社フジクラ | 光ファイバ複合架空線 |
| JP2006250647A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Jfe Koken Corp | ワイヤケーブル、並びに張力測定システム及び張力測定方法 |
-
2009
- 2009-07-17 KR KR1020090065487A patent/KR100956686B1/ko active IP Right Grant
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102162773A (zh) * | 2010-12-24 | 2011-08-24 | 广州工程总承包集团有限公司 | 基于无线通信技术的集群式桥梁健康实时监测系统及方法 |
| CN110441148A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-11-12 | 大连理工大学 | 一种损伤自诊断和自定位钢绞线智能索 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100956686B1 (ko) | 2010-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | FBG sensors encapsulated into 7-wire steel strand for tension monitoring of a prestressing tendon | |
| Yao et al. | Measurement of cable forces for automated monitoring of engineering structures using fiber optic sensors: A review | |
| Leung | Fiber optic sensors in concrete: the future? | |
| Henault et al. | Quantitative strain measurement and crack detection in RC structures using a truly distributed fiber optic sensing system | |
| Webb et al. | Analysis of fiber-optic strain-monitoring data from a prestressed concrete bridge | |
| KR100756056B1 (ko) | 광섬유 복합 강연선. 그 광섬유 복합 강연선의 제조방법 및변형률 측정 방법 | |
| Zhang et al. | Fiber optic sensing of concrete cracking and rebar deformation using several types of cable | |
| KR101344722B1 (ko) | 광섬유 변형률계를 이용한 교량 처짐 측정 시스템 | |
| CN105334221B (zh) | 新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置 | |
| JP2011132680A (ja) | 光ファイバセンサによる構造ヘルスモニタリングシステム | |
| Manzo et al. | Embedding optical Fiber Bragg Grating (FBG) sensors in 3D printed casings | |
| Wang et al. | Strain monitoring of RC members strengthened with smart NSM FRP bars | |
| Zdanowicz et al. | Distributed fiber optic sensors for measuring strains of concrete, steel, and textile reinforcement: Possible fields of application | |
| Buda-Ożóg et al. | Distributed fibre optic sensing: Reinforcement yielding strains and crack detection in concrete slab during column failure simulation | |
| Kerrouche et al. | Strain measurement on a rail bridge loaded to failure using a fiber Bragg grating-based distributed sensor system | |
| Morey et al. | Applications of fiber grating sensors | |
| KR100956686B1 (ko) | 광섬유 복합 강연선을 활용한 교량 구조물의 건전성 모니터링 방법 | |
| KR20080046045A (ko) | 광섬유 복합 강연선을 활용한 교량 구조물 및 그 교량구조물의 건전성 모니터링 방법 | |
| Howiacki et al. | Structural monitoring of concrete, steel, and composite bridges in Poland with distributed fibre optic sensors | |
| CN206057199U (zh) | 新型钢筋锈蚀光纤传感检测装置 | |
| Domaneschi et al. | Embedded fiber-optic sensors in reinforced concrete elements of bridge structures | |
| KR20080046046A (ko) | 광섬유 복합 강연선을 이용한 어스앵커 구조물 및 그어스앵커 구조물의 건전성 모니터링 방법 | |
| Yao et al. | Structural cracks detection based on distributed weak FBG | |
| Baldwin et al. | Structural monitoring of composite marine piles using multiplexed fiber Bragg grating sensors: In-field applications | |
| KR100956687B1 (ko) | 광섬유 복합 강연선을 이용한 어스앵커 구조물의 건전성 모니터링 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130227 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140425 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150429 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170704 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180605 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190524 Year of fee payment: 10 |