KR200239375Y1

KR200239375Y1 - 계측용 교좌장치

Info

Publication number: KR200239375Y1
Application number: KR2020010009615U
Authority: KR
Inventors: 장영권; 김호학; 유문식; 김병석; 김영진; 박성용; 조정래
Original assignee: 주식회사 케이.알
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2001-10-11
Anticipated expiration: 2011-04-06

Abstract

본 고안은 상부판, 하부판, 고무판, 피스톤, 습동판 그리고 스텐레스판을 구비한 구면형 교좌장치에 로드셀을 부가하여 평상시에도 교량의 계측이 가능하도록 한다. 이와 같은 본 고안은 교량의 상부구조물에 고정되는 상부판과, 교량의 하부구조물에 고정되는 하부판과, 하부판의 요부내에 삽입되는 고무판과, 고무판의 상부에 위치되는 피스톤과, 피스톤의 상부에서 피스톤과 구면으로 밀착되는 습동판 및 습동판의 상부에서 상부판에 부착되는 스텐레스판을 구비하고, 하부판에 고무판 하면의 일부분과 접촉되어 고무판에 가해지는 부분하중을 측정할 수 있도록 삽입고정된 로드셀 및 로드셀에서 발생한 신호를 외부로 연결할 수 있는 연결통로를 구비하므로써 상시 계측이 가능하다.

Description

계측용 교좌장치{MEASURABLE BRIDGE BEARING}

본 고안은 계측용 교좌장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 교량의 상판을 지지하는 교각의 상부에 설치되어 상판의 하중과 변형을 받아주는 구면형 교좌장치에 교량 상판에 작용되는 하중이나 변위량 등을 측정할 수 있는 장치을 설치하여 상시 계측이 가능하도록 한 계측용 교좌장치에 관한 것이다.

구면형 교좌장치는 다양한 형태로 사용되고 있으며, 대한민국실용신안공개 실1999-001241에서는 이와 같은 구면형 교좌장치의 일례를 개시하고 있다. 이 공개고안에 의한 구면형 교좌장치는 피스톤의 하면에 고무판을 삽입하여 충격 및 진동을 완하시키는 효과를 기대하고 있다.

일반적으로 교량 등의 구조물은 준공 후 5년이 경과하면 구조물 안전진단을 실시하여 교량 구조물의 안전성 평가를 한 후 문제점이 없을 경우 관할 감독청으로 관리업무를 이관하게 된다. 이를 위하여 교량 구조물의 안전성을 평가해야 하고, 준공 후 일정기간이 지난 교량에 대해서도 대형사고를 미리 예방하는 차원에서 교량관리가 요구되어 정기적 또는 수시로 교량의 안전성 평가가 필요하다. 이를 위하여 종래에는 교량 구조물의 안전성을 확인하기 위하여 별도의 계측장비를 교량의 상판 중간지점에 설치하고 시험차량을 운행하여 교량에 작용하는 하중과 각종 변위를 측정하고 그 데이타를 분석하여 교량의 상태를 측정하였다.

상기 공개고안에 의한 구면형 교좌장치를 사용한 교량은 계측시 상술한 종래방법으로 진행해야 한다. 따라서, 계측하는 시점에서의 구조물 특성만을 알 수 있을 뿐 구조물의 지속적인 변화사항을 점검할 수 없으므로 측정하는 시점의 자료만으로 구조물의 내구수명을 판단하기가 어려운 문제점이 있다. 또한, 측정을 위한 별도의 계측장치를 설치하여야 하고 시험차량을 운행함으로서 차량 통행제한 등으로 인력과 많은 비용이 들며, 계측하고 분석하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

한편으로, 상기 공개고안에 의한 구면형 교좌장치에 대한 정밀 안전진단은 육안검사 또는 부착형 스트레인 게이지(strain gauge)를 활용한 변동응력을 측정하는 방법으로 수행하고 있으나, 이러한 방법은 국부적인 작용응력은 측정이 가능하나 교량 상판의 변형 및 교량의 침하 등 결정적인 요소를 판단할 수 없는 문제점이 있다.

본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 구조물의 지속적인 변화사항을 점검할 수 있고, 교량의 계측에 들어가는 비용과 인력 그리고 시간을 줄일 수 있는 새로운 형태의 계측용 교좌장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 계측용 교좌장치를 설명하기 위한 단면도;

도 2는 본 고안에 따른 130톤용 계측용 교좌장치를 이용하여 교좌장치에 가해지는 하중과 교좌장치에서 측정된 하중 사이의 관계를 보여주는 그래프;

도 3은 본 고안에 따른 600톤용 계측용 교좌장치를 이용하여 교좌장치에 가해지는 하중과 교좌장치에서 측정된 하중 사이의 관계를 보여주는 그래프;

도 4는 본 고안에 따른 계측용 교좌장치를 이용하여 구성되는 교량 계측시스템의 일례를 보인 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 계측용 교좌장치 20 : 상부판

22,32 : 앵커볼트 24 : 스텐레스판

30 : 하부판 34 : 가이드 앵글

36 : 패킹 40 : 습동판

42 : 피스톤 44 : 고무판

50 : 로드셀 52 : 연결통로

54 : 온도측정장치 56 : X,Y축 변위측정장치

58 : Z축 변위측정장치 12 : 데이타 저장장치

13 : 송수신장치 13': 송신장치

13': 수신장치 14 : 데이타 비교분석장치

15 : 모니터 16 : 경보장치

A : 계측용 교좌장치 B : 상판

C : 교각

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 의하면, 본 고안은 교량의 상부구조물에 고정되는 상부판과, 교량의 하부구조물에 고정되는 하부판과, 상기 하부판의 요부(凹部)내에 삽입되는 고무판과, 상기 고무판의 상부에 위치되는 피스톤과, 상기 피스톤의 상부에서 상기 피스톤과 구면으로 밀착되는 습동판 및 상기 습동판의 상부에서 상기 상부판에 부착되는 스텐레스판을 포함하여, 상시 계측이 가능한 구면형의 계측용 교좌장치를 제공한다. 이와 같은 계측용 교좌장치는 상기 하부판에 상기 고무판 하면의 일부분과 접촉되어 고무판에 가해지는 부분하중을 측정할 수 있도록 삽입고정된 로드셀 및 상기 로드셀에서 발생한 신호를 외부로 연결할 수 있는 연결통로를 구비한다.

이와 같은 계측용 교좌장치는 X,Y축 변위측정장치와 Z축 변위측정장치를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 여기에 온도측정장치를 더 포함하여 구성될 수 있다. X,Y축 변위측정장치는 상기 상부판과 습동판 외부 중심에 설치되어 상기 습동판의 상대적인 변위량에 따라 발생하는 전위차를 이용하여 교량 상판의 X,Y축 변위를 측정한다. Z축 변위측정장치는 하부판의 상부 모서리 부분에 설치되어 상부판과의 Z축 변위를 측정한다. 온도측정장치는 주위온도의 변화를 측정한다.

이와 같은 본 고안에 따른 계측용 교좌장치는 하중 측정이 가능한 소형 로드셀(load cell)을 베어링 내부에 부착하여, 파스칼의 원리를 응용함으로서 고하중의 교량하중 및 변동하중의 측정이 가능할 뿐 아니라, 상부판과 습동판 사이의 X,Y축 변위를 측정하기 위하여 상기 상부판과 습동판의 외측 중심에 X,Y축 변위 측정장치를 설치하여 상부판과 하부판 사이의 상대적인 변위를 측정하고, Z축 변위를 측정하기 위하여 하부판 상부 모서리 부분에 Z축 변위측정장치를 설치하여 상하 변위량을 측정함으로서 교좌장치에서 발생하는 모든 변위(X,Y,Z축)를 측정할 수 있게 되며, 또한 하부판에는 온도측정장치를 설치하여 온도측정도 가능하게 하였다. 이렇게 하면 베어링의 모든 작동 거동을 동시에 측정이 가능하게 되어 종래의 방법으로는 불가능하였던 교량의 하중 및 변위 이력을 동시에 측정할 수 있어 교량의 거동 및 교각의 침하 등을 확인할 수 있다.

본 고안의 구성에 대하여 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 계측용 교좌장치를 도시한 것으로, 상부판(20), 하부판 (30), 고무판(44), 피스톤(42), 습동판(40) 그리고 스텐레스판(24)을 구비한 구면형 교좌장치에 로드셀(50)을 부가하여 평상시에도 교량에 가해지는 하중의 계측이 가능하도록 한다. 상부판(20)은 교량의 상부구조물에 고정되고, 하부판(30)은 교량의 하부구조물에 고정된다. 고무판(44)은 상기 하부판(30)의 요부(凹部)내에 삽입되고, 상기 피스톤(42)은 상기 고무판(44)의 상부에 위치되며, 상기 습동판(40)은 상기 피스톤(42)의 상부에서 상기 피스톤(42)과 구면으로 밀착된다. 상기 스텐레스판(24)은 상기 습동판(40)의 상부에서 상기 상부판(20)에 부착된다. 패킹(36)은 습동판(40)으로 먼지등의 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위하여 설치된다.

이와 같은 본 고안에 따른 계측용 교좌장치(10)에는 전술한 바와 같이, 로드셀(50)이 설치된다. 상기 로드셀(50)은 상기 고무판(44)의 하면의 일부분과 접촉되어 고무판(44)에 가해지는 부분하중을 측정할 수 있도록 상기 하부판(30)에 삽입고정된다. 이때, 상기 하부판(30)에는 상기 로드셀(50)에서 발생한 신호를 외부로 연결할 수 있는 연결통로(52)가 형성된다.

이와 같은 본 고안에 따른 계측용 교좌장치(10)는 상부판(20)과 습동판(40)의 외부 중심에 X,Y축 변위측정장치(56)를 설치하여 습동판(40)의 상대적인 변위량에 따라 발생하는 전위차를 이용하여 교량 상판의 X,Y축 변위를 측정할 수 있다. 또한, 하부판(30)의 상부 모서리 부분에 Z축 변위측정장치(58)를 설치하여 교량 상판에 작용하는 하중 변화에 대한 상부판과의 변위량에 따른 전위차를 이용하여 Z축 변위도 측정가능하게 된다. 또한, 교좌장치의 온도를 측정할 수 있는 온도측정장치(54)를 상기 고무판(44) 하면과 접촉하는 하부판(30)에 부착 설치하여 교좌장치의 온도도 측정할 수 있게 된다. 상기 온도측정장치(54)는 온도에 민감한 고무판( 44)의 온도를 측정하여 온도변화에 따른 하중 및 변위 측정량을 보정할 수 있게 되어 정밀도를 향상시킬 수 있다.

교량 상판에 하중이 작용하여 원형으로 된 고무판(44)에 등분포 하중이 작용하면 상기 고무판(44) 중앙 하부에 일정 넓이로 설치된 원형으로 된 로드셀(50)에 부분하중이 가해지고, 상기 로드셀(50)에서 작용하는 부분하중을 측정하여 구면형 교좌장치에 작용하는 하중을 측정하는 것이다. 여기에서 고무판(44)의 지름이 D이고, 로드셀(50)의 지름이 d라고 하면, 교좌장치에 하중 P가 작용할 경우 고무판(44 )에 작용하는 압축응력 σ는

σ= P / A = 4P / πD²

(여기에서 A는 고무판 단면적이고, a는 로드셀의 단면적이다)

로드셀에 작용하는 하중 p는

p = σ×a = P / A ×a

상기 식에서 p 를 로드셀을 이용하여 하중을 측정하면,

P = A / a ×p

P = [( πD²/ 4 ) / ( πd²/ 4 )] ×p

P = ( D / d )²×p

상기 식에서 고무판(44)의 지름(D)와 로드셀의 지름(d)을 알면 교좌장치에 작용하는 하중 P를 알 수 있다.

도 2는 본 고안인 허용하중이 130톤의 계측용 교좌장치에 실험 중량을 10톤부터 시작하여 계속하여 10톤씩 증가한 것으로 x축은 실제 적용한 하중을 나타내고 그에 따른 로드셀에서 측정한 하중량을 y축에 나타낸 것이다. 여기에서 그래프가 이론치와 거의 동일한 선형으로 나타난 것을 알 수 있었다.

도 3은 본 고안인 허용하중이 600톤의 계측용 교좌장치에 실험 중량을 10톤부터 시작하여 계속하여 10톤씩 증가한 것으로 x축은 실제 적용한 하중을 나타내고 그에 따른 로드셀에서 측정한 하중량을 y축에 나타낸 것이다. 여기에서도 그래프가 이론치와 거의 동일한 선형으로 나타난 것을 알 수 있었다.

따라서, 상기 2가지의 실험 결과를 통해 실제 계측용 교좌장치에 작용하는 큰 하중을 로드셀에 의하여 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 4는 상술한 계측용 교좌장치(A)를 교각마다 설치하고 이를 유선 또는 무선으로 연결하여 상기 각 계측용 교좌장치(A)에서 측정된 하중(압력), 수평(X,Y) 및 수직(Z)변위, 온도 변화데이타의 전기신호를 데이터 저장장치(12)에서 수집하고 저장한 뒤, 송신장치(13'), 전송로(유선 또는 무선) 및 수신장치(13')로 이루어진 송수신장치(13)를 통하여 전체 교량의 상기 측정용 교좌장치의 데이타를 데이타 비교분석장치(14)에 전송하고, 상기 데이타 비교분석장치(14)에서 수신된 데이타를 저장한 뒤 비교분석하고, 비교분석한 결과치를 모니터(15)상에 표시하며 상기 비교분석 결과치가 정상치를 벗어나는 수치에 대하여 경보장치(16)에 의하여 경보음을 발생하게 하는 것을 도시한 것이다. 여기에서 데이타 저장장치(12)와 송신장치(13 ')는 교량에 설치되는 것으로 이들을 구동할 수 있는 전원은 태양전지와 축전지를 이용하도록 하여 별도의 전원이 필요없게 한다.

이렇게 함으로서 교량의 상판(B)을 지지하는 교각(C)의 상부에 설치되어 상판의 하중과 변형을 받아주는 각 계측용 교좌장치(A)에 교량 상판(B)에 작용되는 하중이나 변위량 등을 측정할 수 있는 장치를 설치하여 상시 측정이 가능하고록 하고 상기 각 계측용 교좌장치(A)에서 측정된 하중(압력), 변위(X,Y,Z), 온도 등의 데이타를 데이타 저장장치(12)에서 한 곳으로 수집하여 저장한 뒤 송신장치(13')를 통하여 유선 또는 무선으로 교량을 관리하고 있는 교량관리 통제소 등의 데이타 비교분석장치(14)로 송신하고, 수신장치(13')를 통하여 수신된 교량의 교좌장치에 대한 각종 데이타를 데이타 비교분석장치(14)로 데이타를 분석하게 된다. 이때 데이타 비교분석장치(14)은 초기(교량 준공시) 상태의 데이타를 보관 관리하고 있으며,상기 수신장치에 수신한 데이타를 상기 데이타 분석장치를 통하여 비교 분석하여 구조물의 변화를 확인하고 이상이 있을 때에는 보수방안을 강구하고 원인을 제거하게되어 효율적으로 교량의 유지관리를 할 수 있게 된다.

본 고안은 구면형 교좌장치 내부에 하중 측정이 가능한 로드셀(load cell)을 부착하여 교량에 작용되는 큰 하중 및 변동하중의 측정이 가능할 뿐 아니라 베어링의 작동 거동을 동시에 측정이 가능하므로, 교량의 하중 및 변위 이력을 동시에 측정하여 교량의 거동 및 교각의 침하 등을 확인할 수 있는 잇점이 있다. 또한, 교량 구조물의 변화를 상시 계측이 가능한 구면형 교좌장치을 통하여 구조물의 변화를 수시로 확인할 수 있고, 초기 설치후 별도의 장비나 설치비용이 없이 자료분석이 용이하여 구조물의 내구수명을 예측할 수 있다. 그리고, 계측장치의 유지보수가 구면형 교좌장치만을 교체하면 되므로 간편하고 저렴하게 되는 잇점이 있다.

Claims

교량의 상부구조물에 고정되는 상부판(20)과, 교량의 하부구조물에 고정되는 하부판(30)과, 상기 하부판(30)의 요부(凹部)내에 삽입되는 고무판(44)과, 상기 고무판(44)의 상부에 위치되는 피스톤(42)과, 상기 피스톤(42)의 상부에서 상기 피스톤(42)과 구면으로 밀착되는 습동판(40) 및 상기 습동판(40)의 상부에서 상기 상부판(20)에 부착되는 스텐레스판(24)을 포함하는 교좌장치에 있어서,

상기 하부판(30)에는 상기 고무판(44)의 하면의 일부분과 접촉되어 고무판(4 4)에 가해지는 부분하중을 측정할 수 있도록 삽입고정된 로드셀(50) 및;

상기 로드셀(50)에서 발생한 신호를 외부로 연결할 수 있는 연결통로(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측용 교좌장치.
제 1 항에 있어서,

상기 상부판(20)과 습동판(40) 외부 중심에 설치되어 상기 습동판(40)의 상대적인 변위량에 따라 발생하는 전위차를 이용하여 교량 상판의 X,Y축 변위를 측정할 수 있는 X,Y축 변위측정장치(56) 및;

하부판(30)의 상부 모서리 부분에 설치되어 상부판(20)과의 Z축 변위도 측정가능하도록 한 Z축 변위측정장치(58)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계측용 교좌장치.
제 2 항에 있어서,

주위온도의 변화를 측정할 수 있는 온도측정장치(54)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계측용 교좌장치.