KR100796636B1

KR100796636B1 - 프리 스트레스트 콘크리트 교량의 교축방향 변위 측정 장치

Info

Publication number: KR100796636B1
Application number: KR1020030069164A
Authority: KR
Inventors: 연정흠
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2008-01-22
Anticipated expiration: 2023-10-06
Also published as: KR20030088002A

Abstract

본 발명은 PSC(Prestressed Concrete) 교량의 지점부에 설치되어 교각을 기준점으로 거더의 양 지점에서 교축방향 변위를 측정하기 위한 장치이다. 양쪽 지점에서 측정된 변위의 차이는 거더(girder)의 수축량과 같으며, 온도변화에 의한 변위가 포함되지 않은 수축량으로부터 PSC 거더에 도입된 긴장력의 손실을 추정할 수 있다. 거더 밑면에 위치하는 이동기준점의 여러 방향 변위중 교각 윗면의 고정기준점에 대한 교축방향 변위만 고정기준점으로 전달하기 위해서 교축방향 변위 전달장치가 고안되었다. 또한 수년 또는 10년 이상의 장기간에 걸친 콘크리트 변형의 안정적인 측정을 위해 측정범위가 넓고 비교적 정확한 수동 변위계인 버니어캘리퍼스(vernier calipers)를 설치하여 함께 설치되는 자동측정 자동변위계의 측정계수(gage factor)에 대한 주기적인 평가(calibration)가 가능한 이중-측정장치이다.

프리스트레스트 콘크리트(PSC) 거더, 교좌 장치, 수축량, 측정 계수 평가, 교축 방향 변위, 버니어 캘리퍼스, 자동 변위계

Description

프리 스트레스트 콘크리트 교량의 교축방향 변위 측정 장치 {Measurement Appratus of Longitudinal Displacement of Prestressed Concrete Bridge}

[도 1] PSC 거더 지점부와 변위방향 사시도

[도 2] 본 발명의 수동 및 자동 변위계와 변위전달 평면도

[도 3] 이동기준판과 선형유도장치에 의한 교축방향 변위 분리 사시도

[도 4] 본 발명의 이동기준판 조립 사시도

[도 5] 본 발명의 수동변위계와 상부고정장치 조립 사시도

[도 6] 본 발명의 자동변위계와 하부고정장치 조립 사시도

[도 7] 본 발명의 전체 조립 사시도

[도 8] 본 발명의 보관 조립 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11: 교각, 12: PSC 거더, 13: 교축방향 변위, 14: 연직방향 변위,

15: 횡방향 변위, 16: 이동교좌장치, 17: 교좌장치 하탑,

18: 교좌장치 상탑, 19: 이동기준판, 19': 변위 발생 후 이동기준판,

20: 선형운동 유도장치, 21: 버니어캘리퍼스(수동변위계),

22: 수평변위 전당봉, 23: 슬롯형 LVDT(자동변위계), 24: 고정기준판,

25: 변위전달, 26: 측정변위, 27: 자동계측기 연결 플러그,

28: 선형운동 케이스, 29: 선형운동 샤프트, 30: 선형운동 샤프트 지지대,

31: 회전판, 32: 고정핀, 33: 아들자 고정블록, 34: 상부 고정장치,

35: 링크볼, 36: 하부 고정장치, 37: 측면 지지판(덮개),

38: 높이 고정장치

사용 중인 PSC(Prestressed Concrete) 교량의 거더(girder)에 도입된 긴장력의 손실은 교축방향의 수축량(shortening)으로부터 추정되어야 하나, 상대적으로 긴 지간과 높은 교각에 설치되는 특성으로 인해 거더에 부착된 변형률계 또는 가속도계를 사용한 응력의 측정으로부터 계산되는 것이 일반적이다. 그러나 변형률계와 자동변위계 등에 의한 응력의 추정은 PSC 거더의 사용도중에 설치되어 일시적으로 사용되기 때문에 콘크리트 재령에 따른 긴장력의 손실을 정확히 반영하지 못하고 있다. 일부에서는 레벨(level)을 이용한 처짐의 측정으로부터 긴장력의 손실을 추정하기 위한 시도가 있으나 낮은 정밀도를 보이고 있다.

PSC 교량에 적용되는 본 발명과 유사한 측정장치로는 교좌장치의 유지관리 목적으로 고안된 국내출원 10-2000-0080141의 "계측용 교좌장치 및 시스템, 그리고 이를 이용한 교량유지 관리기법"과 출원번호 20-2001-0009614와 20-2001-0009의 "계측용 교좌장치"가 있으나 이들은 모두 자동변위계와 하중계를 사용하여 교좌장치의 이동과 지점반력을 측정하고 있다. 교량의 신측이음장치의 변위측정에 대한 것으로 출원번호 10-2000-0077038의 "신축이음 신축량 측정장치"는 기계적인 장치에 의해 신축량을 측정하고 있다.

PSC 교량의 거더에 도입된 긴장력의 손실을 추정하기 위한 PSC 거더 수축량의 적용은 세계적으로 아직 보고 된 적이 없다. PSC 거더의 수축량은 거더의 양쪽 지점에서 온도에 의한 변위가 포함되지 않은 교축방향 변위의 차이로부터 계산될 수 있으며, 이를 위해 지점에서 교축방향 변위를 측정하기 위한 장비가 필수적이다. 본 발명은 PSC 거더의 교축방향 수축량으로부터 PSC 거더에 도입된 긴장력의 손실을 추정하기 위해 PSC 거더 지점에서 교축방향 변위의 장기간에 걸친 정확히 측정에 목적 있다.

실제 사용중이 PSC 교량의 거더 수축량을 측정하기 위해서는 이동 기준점인 거더 밑면과 고정 기준점인 교각 윗면의 높이 차이에 따른 수평변위의 회전오차를 최소화하기 위해 연직방향으로 수평변위의 전달장치가 필요하다.

또한 PSC 거더 수축량 측정장치는 장기간에 걸쳐 안정적인 측정이 가능하여야 하며, 자동변위계의 측정계수를 주기적으로 평가할 수 있어야 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프리 스트레스트 콘크리트 교량의 교축방향 변위 측정장치은, 프리 스프레스트 콘크리트 교량의 교좌장치 상탑에 일단이 고정되어 교축방향과 연직방향 및 횡방향 변위에 의해 연동하는 이동기준판과, 상기 이동기준판에 접촉하여 교축방향 변위를 분리하도록 하는 선형운동 유도장치와, 양단에 링크볼이 구비되고 일단이 상기 선형운동 유도장치에 연결되고 타단이 상기 선형운동 유도장치 하부에 설치된 자동변위계에 연결되는 수평변위 전달봉으로 이루어진 교축방향 변위 전달장치와; 상기 선형운동 유도장치(20)에 연결되어 교축방향 변위를 수동으로 측정할 수 있는 수동변위계(21)와, 상기 수평변위 전달봉(22)의 타단에 연결되어 교축방향의 변위를 자동으로 측정할 수 있는 자동변위계(23)로 이루어진 교축방향 변위 이중-측정장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 이동기준판의 타단에는 고정핀에 의해 회동가능하게 결합된 회전판이 구비된다.
상기 선형운동 유도장치는 상기 이동기준판에 교축방향으로 접촉하는 선형운동 케이스와, 상기 선형운동 케이스의 교축방향의 변위를 안내하도록 상기 선형운동 케이스를 관통하는 선형운동 샤프트와, 상기 샤프트의 양단을 지지하는 선형운동 샤프트 지지대로 이루어진다.
바람직하게는 상기 수동변위계는 버니어 캘리퍼스로 이루어지고, 상기 자동변위계는 슬롯형 LVDT(Linear Variable Differential Transducer)로 이루어진다.
또한, 상기 교축방향 변위 전달장치 및 교축방향 변위 이중-측정장치를 지지 또는 보관하도록 하는 보관장치가 더 구비된다.
보관장치는 상기 선형운동 유도장치의 양단을 고정시키는 상부고정장치와, 상기 자동변위계의 하부에 배치되어 상기 자동변위계를 고정 지지하는 단면이 직사각형상인 고정기준판과, 상기 고정기준판에 결합되는 판재형상의 하부고정장치와, 상기 상부고정장치와 하부고정장치 사이에 배치되어 간격을 유지시키는 높이고정장치와, 상기 상부고정장치와 하부고정장치의 좌우 측면을 지지하는 측면지지판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 프리 스트레스트 콘크리트 교량의 교축방향 변위 측정장치이 일시적으로 사용되지 않거나 교좌장치의 점검이 필요한 경우 보관을 위해 상기 보관장치의 상부 고정장치를 하부고정장치 내부로 이동하고, 측면지지판을 분해하여 덮개로 사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 프리 스트레스트 콘크리트(PSC; Prestressed Concrete, 이하 PSC라 한다) 교량의 거더 지점부와 각 변위 방향을 나타내는 사시도이다. 일반적으로 교량의 상부구조와 하부구조의 접점에 위치하면서 상부구조에서 전달되는 하중을 하부구조에 전달하고 지진, 바람, 온도 변화 등에 안전하게 적응토록 하는 장치로서, 교좌장치(16)가 PSC 교량의 교각(11)과 PSC 거더(girger) 사이에 설치된다. 도면에서 13은 교축방향, 14는 연직방향, 15는 횡방향을 각각 나타낸다.
본 발명에 의한 PSC 교량의 교축방향 변위 측정장치은 교좌장치(16) 하탑(17)에 대한 상탑(18)의 교축방향(13) 변위를 측정하기 위한 것으로서, 도 2에서 보듯이 교좌장치(16) 상탑(18)에 고정된 이동기준판(19)의 교축방향(13) 변위는 선형운동 유도장치(20)와 수동변위계(21)로 전달된다. 동시에 수평변위 전달봉(22)을 통해서 자동변위계(23)로 전달되어 전압의 신호로 바뀌어 자동계측기 연결플러그(27)를 통하여 계측된다. 자동변위계(23)의 물리적인 변위는 출력전압에 측정계수(gage factor)를 곱하여 가(假)계산된다.
교축방향 변위 전달장치는 PSC 교량의 교좌장치(16) 상탑(18)에 일단이 고정되어 교축방향(13)과 연직방향(14) 및 횡방향(15) 변위에 의해 연동하는 이동기준판(19)과, 이동기준판(19)에 접촉하여 교축방향(13) 변위를 분리하도록 하는 선형운동 유도장치(20)와, 양단에 링크볼(35)이 구비되고 일단이 선형운동 유도장치(20)에 연결되고 타단이 선형운동 유도장치(20) 하부에 설치된 자동변위계(23)에 연결되는 수평변위 전달봉(22)으로 이루어져 있다.
이동기준판(19)은 도 4와 같이 'L'자 형상의 판재로 이루어져 있으며, 일단이 교좌장치(16) 상탑(18)에 고정되도록 하고, 타단에 고정핀(32)에 의해 회동가능한 회전판(31)이 결합되어 있다.
선형운동 유도장치(20)는 회전판(31)에 교축방향(13)으로 접촉가능하도록 육면체의 상부가 원형으로 이루어지고 측면에 관통공이 형성된 선형운동 케이스(28)와, 관통공을 통하여 선형운동 케이스(28)가 교축방향(13)으로 움직일 수 있도록 안내하는 선형운동 샤프트(29)와, 선형운동 샤프트(29)의 양단을 지지하는 선형운동 샤프트 지지대(30)로 이루어져 있다. 선형운동 샤프트 지지대(30)는 후술할 보관장치의 상부고정장치(34)에 스크류 등의 체결부재로 고정된다.
교좌장치(16) 상탑(18)에 일단이 고정된 이동기준판(19)은 교축방향(13)과 연직방향(14) 및 횡방향(15) 모두에 연동하여 움직이는데 도 3과 같이 이동기준판(19)이 초기 위치에서 PSC 교량의 재령에 따라 19'의 위치로 이동하게 된다. 이때, 이동기준판(19)이 횡방향(15) 및 연직방향(14)으로 이동함에 따라 회전판(31)은 선형운동 샤프트(29)에 구속되어 고정핀(32)을 중심으로 회전하게 되고, 단지 선형운동 케이스(28)를 교축방향(13)으로만 이동시키도록 한다. 따라서, 이동기준판(19)의 변위 중에서 교축방향(13) 변위만이 선형운동 케이스(28)에 전달되는 결과를 얻을 수 있다.
수평변위 전달봉(22)은 선형운동 케이스(28)의 교축방향(13) 변위를 후술할 자동변위계(23)에 전달하기 위한 봉 형상으로 이루어진 것으로서, 도 5 및 도 6과 같이 양단에 링크볼(35)이 구비되고, 일단이 선형운동 유도장치(20)의 선형운동 케이스(28)의 배면에 연결되고 타단이 선형운동 유도장치(20)의 하부에 설치된 자동변위계(23)에 연결된다.
교축방향 변위 이중-측정장치는 도 1과 같이 선형운동 유도장치(20)에 연결되어 교축방향(13) 변위를 수동으로 측정할 수 있는 수동변위계(21)와, 수평변위 전달봉(22)의 타단에 연결되어 교축방향(13) 변위를 자동으로 측정할 수 있는 자동변위계(23)로 이루어져 있다.
수동변위계(21)는 버니어 캘리퍼스를 사용하는 것이 바람직하며, 도 5와 같이 선형운동 케이스(28)의 정면에 사각 형상의 고정블록(33)을 매개로 하여 아들자가 고정되도록 하며, 후술할 상부고정장치(34)에 어미자가 고정되도록 한다. 여기서 버니어 캘리퍼스의 아들자는 선형운동 유도장치(20)의 선형운동 케이스(28)의 교축방향(13) 변위에 따라 이동하게 되며, 어미자는 상부고정장치(34)에 고정되어 교축방향(13) 변위를 직접 읽을 수 있다.
자동변위계(23)는 슬롯형 LVDT를 사용하는 것이 바람직하며, 도 6과 같이 후술할 보관장치의 고정기준판(24)에 그 하부가 고정된다. 수평변위 전달봉(22)을 통해 자동변위계(23)인 슬롯형 LVDT에 전달된 교축방향(13) 변위는 자동계측기 연결 플러그(27)를 통하여 자동으로 계측이 가능하다.
따라서, 교축방향(13) 변위는 수동변위계(21)인 버니어 캘리퍼스를 통하여 수동으로 측정하고, 자동변위계(23)인 슬롯형 LVDT를 통하여 자동으로 측정할 수 있게 되어, 이중의 교축방향(13) 변위가 얻어질 수 있어 자동변위계(23)의 측정계수를 주기적으로 평가할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 PSC 교량의 교축방향 변위 측정장치은 교축방향 변위 전달장치와 교축방향 변위 이중-측정장치를 지지 또는 보관하도록 하는 보관장치를 더 포함한다.
보관장치는 선형운동 유도장치(20)의 양단을 고정시키는 상부고정장치(34)와, 자동변위계(23)의 하부에 배치되어 자동변위계(23)를 고정 지지하는 단면이 직사각형상인 고정기준판(24)과, 고정기준판(24)에 결합되는 판재형상의 하부고정장치(36)와, 상부고정장치(34)와 하부고정장치(36) 사이에 배치되어 일정한 간격을 유지시키는 높이고정장치(38)와, 상부고정장치(34)와 하부고정장치(36)의 좌우 측면을 지지하는 측면지지판(37)으로 이루어져 있다.
상부고정장치(34)는 도 5에서 보듯이, 선형운동 유도장치(20)의 선형운동 샤프트 지지대(30)를 고정하는 블록과, 선형운동 샤프트(29)와 나란한 방향으로 배치되는 직사각형상의 판재를 상기 블록에 스크류 등의 체결부재로 체결하고, 상기 판재의 양단에서 마찬가지로 상기 블록에 스크류 등의 체결부재로 체결하여 형성된다. 상기 판재의 내부에 직사각형상의 구멍이 형성되어 있어, 상기 구멍을 통하여 선형운동 케이스(28)가 고정블록(33)을 매개로 하여 버니어 캘리퍼스(21)의 아들자와 연결되며, 버니어 캘리퍼스의 어미자는 상기 판재에 고정된다.
고정기준판(24)은 도 6과 같이 단면이 직사각형인 판재를 사용하며, 상부에 자동변위계(23)인 슬롯형 LVDT가 고정될 수 있도록 한다.
하부고정장치(36)는 도 6과 같이 고정기준판(24)의 길이와 동일한 길이를 가지면서 고정기준판(24)의 전후면에 각각 결합되는 한 쌍의 제1 판재와, 고정기준판(24)의 폭과 동일한 폭을 가지면서 고정기준판(24)의 양단부의 상면에 배치되어 상기 제1 판재에 체결되는 한 쌍의 제2 판재로 이루어져 있다.
높이고정장치(38)는 도 7과 같이 상부고정장치(34)와 하부고정장치(36)의 양단부 사이에 배치되어 일정한 간격을 유지되도록 하는 한 쌍의 판재로 이루어져 있다. 즉, 하부고정장치(36)의 상부에 높이고정장치(38)가 배치되고, 높이고정장치(38) 상부에 상부고정장치(34)가 배치된다.
도 7에서 보듯이 한 쌍의 측면지지판(37)은 상부고정장치(34), 높이고정장치(38) 및 하부고정장치(36)의 높이를 모두 합친 것과 동일한 높이를 가진 사각 판재로 이루어져 있으며, 상기 상부고정장치(34) 및 하부고정장치(36)의 양단에 체결되도록 한다.
PSC 교량의 교축방향(13) 변위의 측정이 필요없거나 또는 교좌장치(16)의 점검이 필요한 경우에는 도 8과 같이 측면지지판(37)과 높이고정장치(38)만을 분해하여 상부고정장치(34)를 하부고정장치(36)의 내부에 수용하도록 한다. 이때, 수평변위 전달봉(22)은 양단에 구비된 링크볼(35)에 의해 회전이 가능하므로, 선형운동 케이스(28) 쪽에 연결된 일단은 도면에서 우측으로 이동하고 슬롯형 LVDT에 연결된 타단은 좌측으로 이동하게 된다. 여기서, 분해된 한 쌍의 측면지지판(37)은 하부고정장치(36)의 개방된 상부에 배치함으로써 덮개로 사용할 수 있다.

삭제

최근에 시공되는 PSC 교량의 거더에는 긴장재의 도입이 가능하도록 예비 덕트(duct)가 설치되는 것이 일반적이다. 이 경우 초기 도입된 긴장력 손실의 정확한 예측은 추가 긴장력의 도입량과 시기의 결정에 필수적이다. 이를 위해 고안된 본 발명의 효과는 다음과 같다.

① 높이가 다른 고정기준점과 이동기준점에 대한 수평변위 전달로 PSC 거더의 교축방향 변위를 측정할 수 있다.

② 자동변위계의 측정계수를 주기적으로 평가할 수 있다.

③ 수년 또는 10년 이상의 사용 후 도입되는 추가 긴장력의 크기와 도입 시기의 보다 정확한 결정을 가능하도록 한다.

④ 비교적 간단한 방법으로 설치 및 관리될 수 있으며, 장기간에 걸친 긴장력의 변화를 추적하여 교량의 효율적인 유지관리에 기여할 수 있다.

Claims

프리 스트레스트 콘크리트(PSC) 교량의 교좌장치(16) 상탑(18)에 일단이 고정되어 교축방향(13)과 연직방향(14) 및 횡방향(15) 변위에 의해 연동하는 이동기준판(19)과, 상기 이동기준판(19)에 접촉하여 교축방향 변위를 분리하도록 하는 선형운동 유도장치(20)와, 양단에 링크볼(35)이 구비되고 일단이 상기 선형운동 유도장치(20)에 연결되고 타단이 상기 선형운동 유도장치 하부에 설치된 자동변위계(23)에 연결되는 수평변위 전달봉(22)으로 이루어진 교축방향 변위 전달장치와;

상기 선형운동 유도장치(20)에 연결되어 교축방향 변위를 수동으로 측정할 수 있는 수동변위계(21)와, 상기 수평변위 전달봉(22)의 타단에 연결되어 교축방향의 변위를 자동으로 측정할 수 있는 자동변위계(23)로 이루어진 교축방향 변위 이중-측정장치;

를 포함하여 이루어지는 프리 스트레스트 콘크리트 교량의 교축방향 변위 측정장치.
제 1항에 있어서,

상기 이동기준판(19)의 타단에 고정핀(32)에 의해 회동가능하게 결합된 회전판(31)이 구비되는 것을 특징으로 하는 프리 스트레스트 콘크리트 교량의 교축방향 변위 측정장치.
제 1항에 있어서,

상기 선형운동 유도장치(20)는 상기 이동기준판(19)에 교축방향으로 접촉하는 선형운동 케이스(28)와, 상기 선형운동 케이스(28)의 교축방향의 변위를 안내하도록 상기 선형운동 케이스를 관통하는 선형운동 샤프트(29)와, 상기 샤프트의 양단을 지지하는 선형운동 샤프트 지지대(30)로 이루어진 것을 특징으로 하는 프리 스트레스트 콘크리트 교량의 교축방향 변위 측정장치.
제 1항에 있어서,

상기 수동변위계(21)는 버니어 캘리퍼스이고, 상기 자동변위계(23)는 슬롯형 LVDT인 것을 특징으로 하는 프리 스트레스트 콘크리트 교량의 교축방향 변위 측정장치.
제 1항에 있어서,

상기 교축방향 변위 전달장치 및 교축방향 변위 이중-측정장치를 지지 또는 보관하도록 하는 보관장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리 스트레스트 콘크리트 교량의 교축방향 변위 측정장치.
제 5항에 있어서,

상기 보관장치는 상기 선형운동 유도장치의 양단을 고정시키는 상부고정장치(34)와, 상기 자동변위계(23)의 하부에 배치되어 상기 자동변위계(23)를 고정 지지하는 단면이 직사각형상인 고정기준판(24)과, 상기 고정기준판(24)에 결합되는 판재형상의 하부고정장치(36)와, 상기 상부고정장치(34)와 하부고정장치(36) 사이에 배치되어 간격을 유지시키는 높이고정장치(38)와, 상기 상부고정장치(34)와 하부고정장치(36)의 좌우 측면을 지지하는 측면지지판(37)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 프리 스트레스트 콘크리트 교량의 교축방향 변위 측정장치.
제 6항에 있어서,

상기 보관장치의 상부고정장치(34)를 하부고정장치(36) 내부로 이동하고, 측면지지판(37)을 분해하여 덮개로 사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 프리 스트레스트 콘크리트 교량의 교축방향 변위 측정장치.