KR20160027661A - 유공형 표지판의 타공 방법 및 이를 이용한 유공형 도로 표지판 - Google Patents

유공형 표지판의 타공 방법 및 이를 이용한 유공형 도로 표지판 Download PDF

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KR20160027661A
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    • E01F9/60Upright bodies, e.g. marker posts or bollards; Supports for road signs
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Abstract

표지판에 가해지는 풍하중을 감소시키기 위해 도로 표지판을 타공하는 방법으로서, 상기 표지판의 타공 직경과 타공 간격에 따라 상기 표지판의 공극률을 계산하는 단계와, 상기 공극률에 따라 상기 표지판의 항력 계수를 계산하는 단계와, 상기 표지판의 타공 직경과 타공 간격에 따라 상기 표지판의 반사 계수를 측정하는 단계와, 상기 항력 계수와 상기 반사 계수로부터, 최적의 타공 직경과 타공 간격을 선택하는 단계를 포함하여 이루어지며, 항력계수와 반사 계수를 모두 고려하여 타공 직경 및 타공 간격을 결정함으로써, 운전자의 시인성을 유지하면서 풍하중을 감소시킬 수 있다.

Description

유공형 표지판의 타공 방법 및 이를 이용한 유공형 도로 표지판{Method for punching hole type sign plate and hole type road sign plate manufactured by the same}
본 발명은 도로 표지판과 같은 표지판의 제작에 관한 것으로서, 특히 표지판에 가해지는 풍하중을 감소시키기 위해 표지판을 타공하는 방법과, 이러한 타공 방법을 이용하여 제작된 유공형 도로 표지판에 관한 것이다.
일반적으로 도로 표지판은 보행자용의 도로에 설치되며, 그 크기가 크기 때문에 대형 지주를 필요로 하므로, 보행자의 편의를 저해하는 경우가 많다. 따라서 도로표지 구조물의 크기를 소형화할 필요성이 높으며 이에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.
도로표지 구조물의 크기에 영향을 미치는 조건으로서는 크게 풍하중과 사하중이 있으며, 이중에서 풍하중이 지배적인 영향을 미치므로 도로표지 구조물의 소형화를 위해서는 이 풍하중을 감소시켜야 한다.
풍하중의 감소를 위해서 널리 사용되는 방법으로서는, 경량화 재료를 사용하여 도표표지 구조물의 하중을 줄이거나 표지판의 크기를 축소시키는 방법, 루버(louver) 형태의 표지판을 이용하는 방법, 편지식 도로표지 구조물의 모멘트 암의 길이를 최소화하는 방법 등을 이용할 수 있다.
구체적인 예로서, 한국 등록특허 제10-0633557호(특허문헌 1)에서는 표시보드와 가로보 사이에 표시보드에 의해 도로표지판에 작용되는 회전력이 회피되게 하는 장치를 설치하여, 표시보드에 작용하는 수직 풍압을 분산시키는 도로 표지판 및 이를 이용한 풍하중 대응방법을 제시하고 있다.
그러나 경량화 재료를 사용하는 방법은 사용 재료나 제조 방법의 제한으로 인해 소형 도로 표지판에만 유용하고, 루버 형태의 표지판은 제조가 복잡하고 단면적 감소 효과가 적으며, 모멘트 암을 최소화하는 방법은 정보 제공 기능이 약화될 수 있다는 단점이 있다.
한편, 도로 안내 시설물의 단면적을 축소시켜 풍하중을 감소시키는 방법으로써, 도로 전광판의 단면적을 감소시키기 위해 통풍이 가능토록 하는 방법이 알려져 있다. 임세미등의 논문(비특허문헌 1)에 의하면, 통풍형 도로전광 표지판이 풍하중의 감소에 큰 효과를 나타냄을 알 수 있다.
이를 도로표지판에 적용할 경우 타공을 하여 단면적을 감소시킬 수 있는데, 이를 유공(有功)형 도로표지판이라 한다. 하지만 도로 표지판의 경우, 역광과 낮은 반사 계수의 문제로 인하여 운전자의 시인성이 저하될 가능성이 높다. 따라서 운전자의 시인성을 유지하면서 동시에 풍하중을 감소시킬 수 있는 도로 표지판에 대한 개발이 필요하다.
특허문헌 1: 한국 등록특허공보 제10-0633557호
Intelligent Transport Systems J., vol. 10, no. 6, pp. 140-146, Sep. 2011.
본 발명은 상기한 종래의 도로 표지판에 대한 풍하중 감소 방법에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 운전자의 시인성을 유지하면서 동시에 풍하중을 감소시킬 수 있는 유공형 표지판의 타공 방법과, 이 방법에 의해 제조된 유공형 도로 표지판을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 유공형 표지판의 타공 방법은 표지판에 가해지는 풍하중을 감소시키기 위해 도로 표지판을 타공하는 방법으로서, 상기 표지판의 타공 직경과 타공 간격에 따라 상기 표지판의 공극률을 계산하는 단계와, 상기 공극률에 따라 상기 표지판의 항력 계수를 계산하는 단계와, 상기 표지판의 타공 직경과 타공 간격에 따라 상기 표지판의 반사 계수를 측정하는 단계와, 상기 항력 계수와 상기 반사 계수로부터, 최적의 타공 직경과 타공 간격을 선택하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 공극률은 아래 식 (1)에 의해 계산되는 것이 바람직하다.
Figure pat00001
..... (1)
여기서, p는 공극률, d는 타공 직경, x는 가로 방향의 타공 간격, y는 세로 방향의 타공 간격이다.
상기 항력 계수는, 상기 공극률이 30% 미만인 경우에는, 아래 식 (2) 및 (3)을 이용하여 계산되고, 상기 공극률이 30% 이상인 경우에는, 아래 식 (4)를 이용하여 계산되는 것이 바람직하다.
Figure pat00002
..... (2)
Figure pat00003
..... (3)
Figure pat00004
..... (4)
Figure pat00005
= 2.0 (if
Figure pat00006
)
= 1.8 (if
Figure pat00007
)
= 1.6 (if
Figure pat00008
)
Figure pat00009
: 감소계수,
Figure pat00010
: 항력계수, p: 공극률.
상기 항력 계수와 상기 반사 계수로부터 선택되는 최적의 타공 직경은 6mm이고, 최적의 타공 간격은 18mm로 하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 유공형 도로 표지판의 타공 방법에 의해 유공형 도로 표지판을 타공하여 제작할 수 있다.
본 발명의 유공형 표지판의 타공 방법에 의하면, 항력계수와 반사 계수를 모두 고려하여 타공 직경 및 타공 간격을 결정함으로써, 운전자의 시인성을 유지하면서 풍하중을 감소시킬 수 있는 표지판을 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 유공형 표지판의 타공 방법에 의해 제작된 유공형 표지판은, 표지판에 가해지는 풍하중을 감소시킬 수 있으므로, 종래의 일반 표지판에 비해 휨 모멘트와 지주 직경을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유공형 도로 표지판의 타공 방법을 개략적인 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유공형 도로 표지판에서 공극률을 계산하기 위한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유공형 표지판에 대한 반사성능 시험 장면을 나타내는 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
본 발명은 도로 표지판에 가해지는 풍하중을 감소시킬 수 있는 도로 표지판의 타공 방법에 관한 것이다.
도로 표지판에 타공기를 이용하여 타공을 할 경우에는, 도로 표지판에 표기되는 내용이 최적의 시인성 및 판독성을 갖도록 타공의 크기 및 간격을 결정하여야 한다. 이때 타공 크기는 판독성을 우선적으로 고려하는 것이 바람직하며, 글씨의 획 일부를 분리시키면 안 되며, 글씨의 점 분리가 가능토록 하여야 한다. 또한, 알루미늄 등의 재질로 된 도로 표지판은 타공 시에 판의 휨이 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 타공 간격은 타공 직경의 2배 이상으로 하는 것이 바람직하다.
도 1에 본 발명의 실시예에 따른 유공형 도로 표지판의 타공 방법을 개략적인 흐름도로 나타내었다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 먼저 표지판의 타공 직경과 타공 간격에 따라 상기 표지판의 공극률(p)을 계산한다(단계 100).
표지판에 대한 타공 작업은 제조 편의성과 용이한 풍하중 감소 효과 분석을 위해, 일정한 직경 및 간격으로 하는 것이 바람직하다.
표지판의 공극률(p)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 다음 식 (1)에 의해 계산될 수 있다. 도 2 및 식 (1)에서 d는 타공 직경이고, x는 가로 방향의 타공 간격이고, y는 세로 방향의 타공 간격이다.
Figure pat00011
..... (1)
다음으로, 상기 공극률에 따라 상기 표지판의 항력계수를 계산한다(단계 200).
항력계수는 풍속압을 산정할 때에 공기 유체의 저항성을 고려하기 위해 적용되는 것으로서, 항력계수가 감소하면 풍하중이 감소된다.
유공형 표지판의 항력계수는 공극률에 따라 2개의 식으로 나누어서 계산하는 것이 바람직하다. 즉, 공극이 30% 이하인 경우는 솔리드(solid)로, 공극이 30% 이상인 경우는 메쉬(mesh)로 간주할 수 있으므로, 공극률 30% 기준으로 구분하여 계산한다.
먼저, 공극률 30% 미만의 유공형 표지판에 대한 항력계수(Cf - porous)는 Letchford(2001)의 연구 내용(B. C. Zachry, C. W. Letchford, D. Zuo, and A. B. Kennedy, measurements of the drag coefficient over a fixed shoaling hurricane wave trainWind and Structures J., vol. 16, no, 2, pp. 193-211, Feb. 2013)에 따라, 식 (2) 및 식 (3)을 이용하여 계산할 수 있다(단계 210).
Figure pat00012
..... (2)
Figure pat00013
..... (3)
여기서,
Figure pat00014
는 감소계수,
Figure pat00015
는 비유공형 표지판의 항력계수,
Figure pat00016
는 공극률이다.
다음으로, 공극률 30% 이상의 유공형 표지판에 대한 항력계수(Cf - porous)는 Giannoulis(2012)의 연구 내용(D. Briassoulis, A. Mistriotis, and A. Giannoulis, forces on porous elevated panelsWind Engineering and Industrial Aerodynamics J., vol. 98, no. 12, pp. 919-928, Dec. 2010)에 따라, 식 (4)을 이용하여 계산할 수 있다(단계 220).
Figure pat00017
..... (4)
이때
Figure pat00018
는,
Figure pat00019
이면 2.0,
Figure pat00020
이면 1.8,
Figure pat00021
이면 1.6이다.
구체적으로, 본 실시예에서는 4mm, 6mm, 8mm의 타공 직경을 갖는 유공형 표지판의 항력계수를 계산하여, 기존 표지판의 항력계수에 대한 감소 효과를 분석하였다. 이러한 타공 직경을 선택한 것은 일반적으로 사용되는 타공기가 타공할 수 있는 직경이 4mm, 6mm, 8mm이기 때문이다. 실제로 8mm 이상의 직경으로 타공한 경우는 실용성이 거의 없다는 것을 육안으로도 쉽게 알 수 있다.
한편, 기존 표지판의 항력계수는 Letchford와 Giannoulis의 연구를 반영하여 개정된 ASCE 7-10(2011)의 표지판 항력계수 산정방법을 이용하여 산정한 국내 표준 도로표지 구조물의 최대 항력계수인 1.85를 기준으로 하였다.
표 1 내지 3은 타공 직경이 각각 4, 6, 8mm일 경우의 유공형 표지판의 항력계수와 기존 표지판에 대한 유공형 표지판의 항력계수 감소 효과를 나타낸 것이다. 표 1 내지 3으로부터 알 수 있듯이, 유공형 표지판의 공극률이 증가함에 따라 항력계수가 감소하는 경향을 확인할 수 있다. 또한, 표지판의 공극률이 약 8.7%일 때는 타공 직경과 타공 간격에 상관없이 항력계수가 약 2.5% 감소함을 알 수 있다.
타공직경 (mm) 타공간격 (mm) 공극률
(
Figure pat00022
)
항력계수
(
Figure pat00023
)
항력계수 감소효과
4 5 0.502 0.797 56.9 %
6 0.349 1.042 43.7 %
7 0.256 1.610 12.9 %
8 0.196 1.689 8.7 %
9 0.155 1.737 6.1 %
10 0.126 1.767 4.5 %
11 0.104 1.788 3.4 %
12 0.087 1.803 2.5 %
타공직경 (mm) 타공간격 (mm) 공극률
(
Figure pat00024
)
항력계수
(
Figure pat00025
)
항력계수 감소효과
6 7 0.577 0.677 63.4 %
8 0.442 0.893 51.7 %
9 0.349 1.042 43.7 %
10 0.283 1.571 15.1 %
11 0.234 1.641 11.3 %
12 0.196 1.689 8.7 %
13 0.167 1.724 6.8 %
14 0.144 1.749 5.5 %
15 0.126 1.767 4.5 %
16 0.110 1.783 3.6 %
17 0.098 1.793 3.1 %
18 0.087 1.803 2.5 %
타공직경 (mm) 타공간격 (mm) 공극률
(
Figure pat00026
)
항력계수
(
Figure pat00027
)
항력계수 감소효과
8 9 0.620 0.608 67.1 %
10 0.502 0.797 56.9 %
11 0.415 0.936 49.4 %
12 0.349 1.042 43.7 %
13 0.297 1.551 16.2 %
14 0.256 1.610 12.9 %
15 0.223 1.655 10.5 %
16 0.196 1.689 8.7 %
17 0.174 1.716 7.3 %
18 0.155 1.737 6.1 %
19 0.139 1.754 5.2 %
20 0.126 1.767 4.5 %
21 0.114 1.779 3.8 %
22 0.104 1.788 3.4 %
23 0.095 1.796 2.9 %
24 0.087 1.803 2.5 %
다음으로, 상기 표지판의 타공 직경(d)과 타공 간격(x, y)에 따라 상기 표지판의 반사 계수(cd lx -1 m -2 )를 측정한다(단계 300). 표지판의 반사 계수는 유공형 표지판의 시인성을 나타낸다.
본 실시예에서는 반사지를 부착한 알루미늄 기판을 NCT 장비를 이용하여 타공함으로써, 반사 계수 측정을 위한 유공형 표지판을 제작하였다. 표지판의 타공 직경이 2mm 이하일 때는 반사지의 접착제로 인하여 반사지가 벗겨지는 문제점이 발생하므로, 표지판의 타공 직경은 4mm 이상으로 결정하였다.
본 실시예에서 제작한 유공형 표지판의 시제품을 표 4에 나타내었다. 타공 직경과 타공 간격에 따라 4가지 유형으로 구분하였으며, 모두 전면 타공 방식으로 제작하였다.
유형 유공형 표지판 시제품 타공 직경 타공 간격
유공형 A
Figure pat00028
4mm 8mm
유공형 B
Figure pat00029
4mm 12mm
유공형 C
Figure pat00030
6mm 12mm
유공형 D
Figure pat00031
6mm 18mm
상기 표 4에 나타낸 4가지 유형의 유공형 표지판에 대한 반사성능 시험은 KSA 3507 기준시험으로 하였으며, 도 3에 시험 진행 장면의 일부를 나타내었다. 반사성능 시험에서 적용한 관측각은 0.2와 0.5이고 입사각은 0와 30로 하였다.
상기한 유공형 표지판의 반사성능 시험결과를 표 5에 나타내었다. 비교를 위해 일반 표지판의 경우를 함께 나타내었다.
시험 변수 반사 계수(cd lx -1 m -2 )
관측각 입사각 일반표지판 유공형 A 유공형 B 유공형 C 유공형 D
0.2 0 213.6 185.7 195.2 158.7 189.1
30 061.2 053.0 055.8 039.8 057.4
0.5 0 149.0 129.7 131.8 117.4 136.9
30 044.0 034,9 038.7 031.1 038.8
표 5의 반사성능 시험결과에 의하면, 유공형 표지판은 유효면적 감소와 타공 시의 휨 발생으로 인해 반사성능이 기존의 일반 표지판에 비해 저하되는 현상이 나타났다. 시험된 표지판 중 타공 직경 6mm, 타공 간격 18mm인 유공형 표지판이 기존 표지판과 가장 근사한 반사성능을 나타냈다.
마지막으로 상기 항력계수와 상기 반사 계수로부터, 최적의 타공 직경과 타공 간격을 선택한다(단계 400).
풍하중 감소를 위해서는 항력계수가 낮아야 하고, 시인성을 높이기 위해서는 반사 계수가 높아야 한다. 따라서 표지판이 설치되는 지역의 환경(풍속 등), 표지판에 표시될 문자 또는 기호의 크기 등을 고려하여, 항력계수와 반사 계수를 적절히 트레이드오프(trade off)하여 결정한다.
따라서 항력계수와 유효면적의 감소 효과는 작으나, 도로표지 구조물의 주목적인 시인성과 반사성능에 초점을 맞추어 유공형 표지판을 제작하는 경우에는, 타공 직경을 6mm로, 타공 간격 18mm로 하는 것이 가장 바람직하다.
이상 설명한 본 발명의 실시예에 따른 표지판 타공 방법에 따라 제작된 타공 직경 6mm, 타공 간격 18mm로 유공형 표지판에 대해, 표준 도로표지 구조물에 적용하여 지주 지점부 휨모멘트와 지주 단면직경 감소 효과를 비교 분석하여, 표 6에 나타내었다.
분석에 적용한 설계 풍하중은 현행 도로표지 구조물 설계기준을 적용하였고, 설계 풍속은 40m/s, 거스트 영향 계수(gust response factor)는 1.9, 항력계수는 표지판은 1.2, 지주는 도로표지 관련 규정의 내용을 적용하였다.
구분 감소효과(%)
최대 최소 평균
휨모멘트 감소 단주식 4.94 4.03 4.71
복주식 5.08 4.58 4.88
편지식 4.75 3.02 4.24
지주직경
감소
단주식 24.5 12.5 -
복주식 23.62 12.5 -
편지식 40.22 11.6 -
상기 표 6로부터 알 수 있듯이, 유공형 표지판을 적용한 표준 단주식 구조물과 복주식 구조물에서는 최대 약 24% 이상의 지주 직경 감소 효과를 나타냈고, 편지식 구조물의 경우 최대 40% 이상의 지주 직경 감소 효과를 나타내었다. 또한, 평균 휨모멘트 감소 효과는 4% 이상이었다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표지판의 타공 방법과, 이러한 방법에 의해 결정된 타공 직경 및 타공 간격에 따라 제작된 유공형 표지판은, 휨 모멘트 감소와 지주직경 감소에 유리한 효과를 나타내고 있다. 따라서 본 발명에 의하면 표지판에 가해지는 풍하중을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
상기한 본 발명에 따른 표지판의 타공 방법 및 그에 의해 제조된 유공형 표지판은, 도로 표지판뿐만 아니라 도로 표지판과 유사한 다른 표지판들에도 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지 않는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 표지판에 가해지는 풍하중을 감소시키기 위해 표지판을 타공하는 방법에 있어서,
    상기 표지판의 타공 직경과 타공 간격에 따라 상기 표지판의 공극률을 계산하는 단계와,
    상기 공극률에 따라 상기 표지판의 항력 계수를 계산하는 단계와,
    상기 표지판의 타공 직경과 타공 간격에 따라 상기 표지판의 반사 계수를 측정하는 단계와,
    상기 항력 계수와 상기 반사 계수로부터, 최적의 타공 직경과 타공 간격을 선택하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유공형 표지판의 타공 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공극률은 아래 식 (1)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 유공형 표지판의 타공 방법.
    Figure pat00032
    ..... (1)
    여기서, p는 공극률, d는 타공 직경, x는 가로 방향의 타공 간격, y는 세로 방향의 타공 간격임.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 항력 계수는
    상기 공극률이 30% 미만인 경우에는, 아래 식 (2) 및 (3)을 이용하여 계산되고,
    상기 공극률이 30% 이상인 경우에는, 아래 식 (4)를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 유공형 표지판의 타공 방법.
    Figure pat00033
    ..... (2)
    Figure pat00034
    ..... (3)
    Figure pat00035
    ..... (4)
    Figure pat00036
    = 2.0 (if
    Figure pat00037
    )
    = 1.8 (if
    Figure pat00038
    )
    = 1.6 (if
    Figure pat00039
    )
    Figure pat00040
    : 감소계수,
    Figure pat00041
    : 항력계수, p: 공극률.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 항력 계수와 상기 반사 계수로부터 선택되는 최적의 타공 직경은 6mm이고, 최적의 타공 간격은 18mm인 것을 특징으로 하는 유공형 표지판의 타공 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 유공형 표지판의 타공 방법에 의해 타공되는 것을 특징으로 하는 유공형 도로 표지판.
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