KR20120106038A - Measuring method and apparatus of bridge displacement by measure of strain - Google Patents

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KR20120106038A
KR20120106038A KR1020110023864A KR20110023864A KR20120106038A KR 20120106038 A KR20120106038 A KR 20120106038A KR 1020110023864 A KR1020110023864 A KR 1020110023864A KR 20110023864 A KR20110023864 A KR 20110023864A KR 20120106038 A KR20120106038 A KR 20120106038A
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현대건설주식회사
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Abstract

PURPOSE: A method for measuring the displacement of a rod bridge structure using a strain measurement and a device for measuring the displacement of the rod bridge structure are provided to accurately measure the displacement of an upper structure even under an environment hard to directly measure displacement without bad influences to surroundings. CONSTITUTION: A method for measuring the displacement of a rod bridge structure using a strain measurement is as follows. Strains at a plurality of measuring points of a structure are measured by a strain gauge(1)(S1). Influence coefficients of moment caused by a unit load with respect to each measuring point is calculated by using an equation(S2). Flexible coefficients of a strain-equivalent load with respect to each measuring point are calculated and a rigidity coefficient of the strain-equivalent load is calculated from an inverse matrix(S3). Rigidity matrixes with respect to each measuring point of a portion of the structure between the measurement point adjacent to a corresponding measuring point are calculated(S4-1). The rigidity matrix with respect to a whole structure is calculated by overlapping the obtained rigidity matrixes with respect to each measuring point and a flexible matrix which is an inverse matrix is calculated by using the same(S4-2). [Reference numerals] (S1) Measuring a strain rate(∈n) by a strain gauge(1) of a structure; (S2) Calculating an influence coefficient(e_ij) by a unit load; (S3) Calculating a flexibility coefficient(f_ij) and a rigidity modulus(K_ij) of a strain rate-equivalent load; (S4-1) Calculating a rigidity matrix equation per each measurement point; (S4-2) Calculating rigidity and flexibility matrix equations of an entire structure; (S5) Calculating the displacement of a strain rate-displacement relation

Description

변형률 측정을 이용한 장대 교량 구조물의 변위측정방법과, 이를 이용한 장대 교량구조물의 변위측정장치{Measuring Method and Apparatus of Bridge Displacement by Measure of Strain}Displacement measurement method of pole bridge structure using strain measurement and measuring method of displacement of pole bridge structure using this method {Measuring Method and Apparatus of Bridge Displacement by Measure of Strain}

본 발명은 변형률 측정을 이용한 장대 교량 구조물의 변위측정방법과, 이를 이용한 장대 교량구조물의 변위측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교량 등과 같은 구조물에 작용하는 하중에 의하여 구조물에 발생하는 변형률을 직접 측정하고, 이 측정된 변형률을 이용하여 구조물의 변위(예를 들어, 교량의 경우에는 상부구조물의 처짐)를 측정함으로써, 구조물의 구조 건전성을 객관적으로 그리고 항시적으로 정확하게 측정할 수 있는 구조물의 변위측정방법 및 이를 이용한 변위측정장치에 대한 것이다.
The present invention relates to a displacement measuring method of a long bridge structure using the strain measurement, and a displacement measuring device of the long bridge structure using the same, more specifically, the strain generated in the structure by the load acting on the structure, such as a bridge directly And by using this measured strain to measure the displacement of the structure (e.g., deflection of the superstructure in the case of bridges), the displacement of the structure to objectively and always accurately measure the structural health of the structure It relates to a measuring method and a displacement measuring device using the same.

구조물의 구조 건전성을 객관적으로 평가하는 것은 매우 중요하다. 특히, 사회기반시설물로서 교량은 공용중의 안전성이 최우선으로 고려되어야 하는 구조물이다. 그러나 교량은 시간이 경과함에 따라 성능의 저하가 발생하는 것을 피할 수 없다. 교량 즉, 바닥판과 거더를 포함하는 교량 상부구조물의 성능저하 여부를 판단하는 방법으로는 육안 관찰과 재하 시험 등의 방법이 이용되고 있다. 그러나 육안 관찰의 경우 그 신뢰성과 정확성이 현저히 낮으며, 재하 시험을 실시하는 경우 교량 상부구조물에 통제된 상태의 하중을 재하하기 위해서는 교량을 지나가는 차량의 통행을 통제하여야 하므로, 그에 따른 불편함이 따르게 된다. It is very important to objectively assess the structural health of the structure. In particular, as a social infrastructure, bridges are structures whose safety should be considered as the top priority. However, bridges cannot avoid the deterioration of performance over time. As a method of determining whether the performance of the bridge, that is, the upper structure of the bridge including the bottom plate and the girder, is used, such as visual observation and load test. However, in the case of visual observation, the reliability and accuracy are remarkably low, and in case of loading test, it is necessary to control the traffic of the vehicle passing through the bridge in order to load the controlled state on the bridge superstructure. do.

특히, 재하 시험을 통하여 교량 상부구조물의 변위를 직접 측정하기 위해서는 측정할 지점에서 상부구조물의 하부에 변위계를 설치하여야 한다. 변위계는 외부 환경에 민감하므로, 환경에 의하여 영향을 받지 않은 정확한 변위를 측정하기 위해서는 외부 환경에 의한 영향이 없는 충분히 안정된 환경에서 변위계를 설치하여야 한다. 일반적으로 상부구조물 하부에 동바리 등의 수직재를 설치하고 이를 이용하여 변위계를 부착하게 되는데, 교량의 경우 상부구조물 아래로는 도로가 형성되어 차량이 통행하거나 하천이 흐르는 경우가 대부분이고, 이러한 하부의 차량 통행, 하천의 존재 등으로 인하여 변위계를 안정되게 설치하는 것이 매우 곤란하며, 그에 따라 정확한 변위를 측정하는 것이 실질적으로 매우 어렵다.
In particular, in order to directly measure the displacement of bridge superstructures through load tests, displacement meters are to be installed at the bottom of the superstructure at the point to be measured. Since the displacement gauge is sensitive to the external environment, it is necessary to install the displacement gauge in a sufficiently stable environment without the influence of the external environment in order to accurately measure the displacement that is not affected by the environment. In general, a vertical member such as a copper bar is installed at the lower part of the upper structure, and a displacement meter is attached using the vertical member. In the case of a bridge, a road is formed under the upper structure, and a vehicle passes or a river flows in most cases. Due to the passage, the presence of rivers, etc., it is very difficult to stably install the displacement meter, and therefore, it is practically very difficult to accurately measure the displacement.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구조물의 변형률을 측정하고 이를 이용하여 구조물의 변위를 측정함으로써, 구조물의 변위 측정 신뢰도를 향상시키고 그에 따라 구조 건전성을 객관적으로 평가할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. The present invention was developed to overcome the limitations of the prior art as described above, by measuring the strain of the structure and measuring the displacement of the structure using this, it is possible to improve the reliability of the displacement measurement of the structure and thereby to evaluate the structural health The purpose is to make sure.

특히, 본 발명에서는 구조물의 일 예에 해당하는 교량에 대해서, 교량을 통행하는 차량 등의 통제 없이도 교량 상부구조물의 변위를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. In particular, an object of the present invention is to make it possible to accurately measure the displacement of the bridge upper structure without the control of a vehicle, such as a vehicle passing through the bridge for a bridge corresponding to an example of the structure.

또한 본 발명은 교량 상부구조물 하부의 환경 즉, 교량 상부구조물의 하부로 도로가 형성되어 있거나 또는 하천이 형성되어 있는 등의 변위 직접 측정이 어려운 환경에서도, 주변 환경의 악영향 없이 상부구조물의 변위를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
In addition, the present invention provides accurate displacement of the superstructure without adversely affecting the surrounding environment even in an environment under the bridge superstructure, that is, a road where a road is formed under the bridge superstructure or a river is formed. It aims to be able to measure.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 변형률계에 의해 구조물의 복수 측정점에서의 변형률을 측정하고; 각 측정점에 대한 단위 하중에 의한 모멘트의 영향계수를 연산하고; 측정자가 입력장치를 통하여 입력하는 단면이차모멘트 값, 측정점에서의 중립축으로부터의 거리, 탄성계수를 이용하여 각 측정점에 대한 변형률-등가하중의 연성계수를 연산하고 그 역행렬로부터 변형률-등가하중의 강성계수를 연산하며; 각각의 측정점에서 해당 측정점과 이웃하는 측정점 사이의 구조물 부분에 대하여 각각의 측정점에 대한 강성도 행렬을 연산하여, 각 측정점에 대해 구해진 강성도 행렬을 중첩하여 구조물 전체에 대한 강성도 행렬을 연산하고 이를 이용하여 그 역행렬인 연성도 행렬을 연산하고; 상기 연성도 행렬에 변형률-등가하중의 강성계수의 행렬을 곱하고 다시 변형률계에 의해 구해진 각 측정점에서의 변형률의 행렬을 곱하여 구조물의 각 측정점에서의 변위을 연산하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구조물의 변위 측정방법이 제공된다. In the present invention, in order to achieve the above object, by measuring the strain at a plurality of measuring points of the structure by the strain gauge; Calculating the influence coefficient of the moment due to the unit load for each measurement point; Calculate the ductility factor of strain-equivalent load for each measuring point using the cross-sectional secondary moment value input by the measurer through the input device, the distance from the neutral axis at the measuring point, and the elastic modulus, and the stiffness coefficient of strain-equivalent load Calculate; At each measurement point, the stiffness matrix for each measurement point is calculated for the part of the structure between the measurement point and the neighboring measurement point, and the stiffness matrix for the whole structure is calculated by using the stiffness matrix obtained for each measurement point. Compute a ductility matrix that is an inverse matrix; And calculating the displacement at each measurement point of the structure by multiplying the ductility matrix by a matrix of strain-equivalent load stiffness coefficients and then multiplying the strain matrix at each measurement point obtained by the strain gauge. The displacement measuring method of is provided.

또한 본 발명에서는 구조물의 복수 측정점에서의 변형률을 측정하는 변형률계; 단위 하중에 의한 모멘트의 영향계수를 연산하는 영향계수 연산부; 측정자에 의해 입력장치를 통하여 입력된 단면이차모멘트 값, 측정점에서의 중립축으로부터의 거리, 탄성계수를 이용하여 변형률-등가하중의 연성계수를 연산하고 그 역행렬로부터 변형률-등가하중의 강성계수를 연산하며, 각각의 측정점에서 해당 측정점과 이웃하는 측정점 사이의 구조물 부분에 대하여 각각의 측정점에 대한 강성도 행렬을 연산하며, 각 측정점에 대해 구해진 강성도 행렬을 중첩하여 구조물 전체에 대한 강성도 행렬을 연산하고 이를 이용하여 그 역행렬인 연성도 행렬을 연산하는 연성계수 및 강성계수 연산부; 및 상기 연성도 행렬에 변형률-등가하중의 강성계수의 행렬을 곱하고 다시 변형률계에 의해 구해진 각 측정점에서의 변형률)의 행렬을 곱하여 구조물의 각 측정점에서의 변위를 연산하는 변위 연산부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 구조물의 변위측정장치가 제공된다.
In the present invention, the strain gauge for measuring the strain at a plurality of measuring points of the structure; An influence coefficient calculator for calculating an influence coefficient of a moment due to unit load; The ductility factor of strain-equivalent load is calculated using the cross-sectional difference moment value inputted by the operator through the input device, the distance from the neutral axis at the measurement point, and the elastic modulus, and the stiffness coefficient of strain-equivalent load is calculated from the inverse matrix. The stiffness matrix for each measurement point is calculated for each part of the structure between the measurement point and neighboring measurement points at each measurement point, and the stiffness matrix for the whole structure is calculated by using the stiffness matrix obtained for each measurement point. A ductility coefficient and stiffness coefficient calculating unit for calculating a ductility matrix that is an inverse matrix; And a displacement calculator for multiplying the ductility matrix by a matrix of stiffness coefficients of strain-equivalent loads and multiplying a matrix of strains at each measuring point obtained by the strain gauge) to calculate displacement at each measuring point of the structure. Displacement measuring device of the structure is provided.

본 발명의 변위측정방법 및 변위측정장치에 의하면, 주변 환경의 영향 없이도 구조물의 변위를 정확하게 측정할 수 있게 된다. According to the displacement measuring method and the displacement measuring apparatus of the present invention, the displacement of the structure can be accurately measured without the influence of the surrounding environment.

특히, 본 발명의 변위측정방법 및 변위측정장치를 구조물의 일종인 교량 상부구조물에 적용하게 되면, 차량 통제 없이도 교량 상부구조물의 변위를 측정할 수 있게 되어 차량 통제 등으로 인한 불편함을 최소화할 수 있게 된다. In particular, when the displacement measuring method and the displacement measuring device of the present invention is applied to a bridge superstructure, which is a kind of structure, it is possible to measure the displacement of the bridge superstructure without controlling the vehicle, thereby minimizing inconvenience caused by vehicle control. Will be.

또한 본 발명에서는 변형률을 계측하여 구조물의 변위를 측정하게 되고, 변형률은 상시적으로 측정할 수 있으므로, 일시적으로 구조물의 변위를 측정하는 것이 아니라 변형률과 마찬가지로 변위를 상시적으로 측정할 수 있게 된다. 따라서 교량 상부구조물 등과 같은 중요 구조물의 응력상태와 건전성을 항시적으로 평가할 수 있어 공용중의 구조물에 대하여 지속적이고 세심한 유지관리가 가능하게 되고, 공용중에 발생할 수 있는 구조적 문제에 대해 조기에 발견하여 대처할 수 있게 된다. In addition, in the present invention, the deformation of the structure is measured by measuring the strain, and the strain can be measured at all times, so that the displacement can be measured constantly like the strain, rather than temporarily measuring the displacement of the structure. Therefore, the stress state and soundness of critical structures such as bridge superstructures can be assessed at all times, enabling continuous and careful maintenance of structures in common, and early detection and coping with structural problems that can occur in common. It becomes possible.

특히 본 발명의 변위측정방법 및 변위측정장치를 이용하게 되면, 교량 상부구조물의 아래로 동바리 등의 수직재를 이용하여 변위계를 설치하지 않아도 되므로, 수직재 설치에 따르는 번거로움, 비용 발생 등의 단점을 해소할 수 있으며, 더 나아가 교량 아래로 차량이 통행하거나 하천이 흐르는 등의 불리한 환경에서도 안정적으로 용이하게 교량 상부구조물의 변위를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
In particular, by using the displacement measuring method and the displacement measuring device of the present invention, since it is not necessary to install a displacement meter using a vertical member such as a club under the upper structure of the bridge, eliminating the disadvantages such as the hassle and cost caused by the vertical member installation Further, it is possible to measure the displacement of the bridge superstructure accurately and stably easily even in adverse environments such as a vehicle passing under the bridge or a river flowing.

도 1은 본 발명에 따른 변위 측정방법에 따라 교량 상부구조물의 변위를 측정하는 각 단계를 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 변위 측정방법에 따라 변위를 측정하는 본 발명에 따른 변위 측정장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 예시적인 교량 상부구조물로서 3경간 연속된 상부구조물의 개략적인 측면도이다.
도 4는 도 3에 예시된 3경간 연속된 상부구조물에 대한 단순 구조도(a), 등가하중 및 변형률 선도(b), 및 각 측정점에서의 등가하중에 의한 모멘트분포도(c)(d)(e)이다.
도 5a는 도 4의 (a)에 도시된 것에 측정점을 좀 더 여러 개 표시한 도면이고, 도 5b는 도 5a에서 i번째 측정점을 중심으로 몇 개의 측정점 부분만이 확대하여 도시한 도면이다. 1 is a schematic flowchart showing each step of measuring the displacement of the bridge superstructure according to the displacement measuring method according to the present invention.
2 is a schematic configuration diagram of a displacement measuring device according to the present invention for measuring displacement according to the displacement measuring method according to the present invention.
3 is a schematic side view of a three span continuous superstructure as an exemplary bridge superstructure.
Figure 4 is a simple structural diagram (a), equivalent load and strain diagram (b) for the three-span continuous superstructure illustrated in Figure 3, and moment distribution (c) (d) by the equivalent load at each measurement point ( e).
FIG. 5A is a view illustrating a plurality of measurement points in FIG. 4A, and FIG. 5B is an enlarged view of only a few measurement point parts around the i-th measurement point in FIG. 5A.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변위 측정방법 및 변위측정장치에 대하여 상세하게 설명한다. 특히, 아래에서는 구조물의 일예로서 교량의 상부구조물을 예시하여 본 발명에 대하여 설명하지만 본 발명은 교량의 상부구조물에만 적용되는 것이 아니라 기타 구조물에도 적용할 수 있는 것이다. Hereinafter, a displacement measuring method and a displacement measuring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail. In particular, the following describes the present invention by exemplifying the superstructure of the bridge as an example of the structure, but the present invention is applicable not only to the superstructure of the bridge but also to other structures.

도 1은 본 발명에 따른 변위측정방법에 따라 교량 상부구조물의 변위를 측정하는 각 단계를 보여주는 개략적인 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 변위측정방법에 따라 변위를 측정하는 본 발명에 따른 변위측정장치의 개략적인 구성도이다. 1 is a schematic flowchart showing each step of measuring the displacement of the bridge superstructure according to the displacement measuring method according to the invention, Figure 2 is a displacement according to the invention measuring the displacement according to the displacement measuring method according to the present invention It is a schematic block diagram of a measuring apparatus.

본 발명에 따른 변위측정방법에서는 변형률계(1)를 이용하여 교량 상부구조물의 변형률을 측정하게 된다. 즉, 변위를 측정하고자 하는 교량 상부구조물의 위치에 변형률계(1)를 설치하여 측정점에서의 변형률을 측정하는 것이다(S1). In the displacement measuring method according to the present invention, the strain of the upper structure of the bridge is measured using the strain gauge (1). That is, the strain gauge 1 is installed at the position of the bridge superstructure to measure the displacement to measure the strain at the measurement point (S1).

본 발명에서 변형률계(1)에 대해 특별한 한정은 없으며 일반적인 공지의 변형률계를 사용할 수 있지만, 외부 환경에 의한 간섭을 최소화하고 배선 작업의 효율성을 증대시키기 위하여, 측정 대상 교량의 측정 지점이 다수인 경우에는 여러 지점에서 동시에 변형률의 측정이 가능한 섬유 브래그 그레이팅 센서(Fiber Bragg Grating Sensor)를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 앞서 언급한 것처럼 사용되는 변형률계(1)에는 특별한 한정은 없으므로 측정 현장과 측정 대상 구조물의 특성에 맞는 다른 변형률계를 사용하여도 무방하다. Although there is no particular limitation on the strain gauge 1 in the present invention, a general known strain gauge may be used, but in order to minimize interference caused by an external environment and increase the efficiency of wiring work, a plurality of measuring points of a bridge to be measured may be used. In this case, it is preferable to use a Fiber Bragg Grating Sensor that can measure strain at several points simultaneously. However, there is no particular limitation on the strain gauge 1 used as mentioned above, so other strain gauges suitable for the characteristics of the measurement site and the structure to be measured may be used.

본 발명에서는 하중과 변위의 중첩을 적용하여 변형률로부터 변위를 산출함으로써 구조물의 변위를 측정하게 되는데, 다음에서는 본 발명에서 제안한 기본적인 이론에 대해 설명한다. In the present invention, the displacement of the structure is measured by calculating the displacement from the strain by applying the overlap of the load and the displacement. Next, the basic theory proposed by the present invention will be described.

도 3에는 예시적인 교량 상부구조물(1)로서 3경간 연속된 상부구조물의 개략적으로 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3에 예시된 3경간 연속된 상부구조물에 대한 단순 구조도(도 4의 (a)), 등가하중 및 변형률 선도(도 4의 (b)), 및 각 측정점에서의 등가하중에 의한 모멘트분포도(도 4의 (c), 도 4의 (d) 및 도 4의 (e))가 각각 도시되어 있다. 3 schematically shows a three span continuous superstructure as an exemplary bridge superstructure 1, and FIG. 4 is a simplified structural diagram of the three span continuous superstructure illustrated in FIG. 3 (FIG. 4A). )), Equivalent load and strain diagrams (Fig. 4 (b)), and moment distribution diagrams according to equivalent loads at the respective measuring points ((c) of Fig. 4, (d) of Fig. 4 and (e) of Fig. 4). Are respectively shown.

교량의 상부구조물(1)에서 총 n개의 측정점이 있고, 도 4의 (a)에 도시된 것처럼 다양한 형태의 하중(

Figure pat00001
,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
)이 재하될 때, 본 발명에서는 도 4의 (b)에 도시된 것처럼 각각의 측정점에서의 등가하중
Figure pat00005
이라는 물리량을 상정하게 된다. 상부구조물 전체에 작용하는 하중으로 인하여 각 측정점에 작용하게 되는 하중이 바로 등가하중이 되는데, 상부구조물 전체에 작용하는 하중으로 인해 측정점 i 에는 등가하중
Figure pat00006
이 작용하게 된다. 총 n개의 측정점이 있으므로 각각의 측정점에서의 등가하중은
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
, ....,
Figure pat00010
로 표기할 수 있다. 이러한 등가하중이 작용하게 되면 각각의 측정점에서는 변형이 발생되어 각각의 측정점에서의 변형률이 유발된다(도 4의 (b) 참조). 측정점에서 각각 측정된 변형률이라는 것은 다른 측정점에 등가하중이 작용하였을 경우에, 그로 인하여 해당 측정점에 발생하는 각각의 변형률이 중첩된 결과가 된다. 따라서 어느 한 측정점(예를 들어 i번째 측정점)에서의 변형률(
Figure pat00011
)은 모득 측정점에 작용하는 등가하중에 의한 변형률의 합이 되며, 본 발명자는 i 번째 측정점에서의 변형률(
Figure pat00012
)은 아래의 수학식 1과 같이 표현하였다.
There are a total of n measuring points in the superstructure 1 of the bridge, and various types of loads (as shown in FIG.
Figure pat00001
,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
), The equivalent load at each measurement point as shown in (b) of Figure 4 in the present invention
Figure pat00005
The physical quantity is assumed to be. The load acting on each measuring point becomes the equivalent load due to the load acting on the entire superstructure. The equivalent load on measuring point i due to the load acting on the entire superstructure.
Figure pat00006
This will work. Since there are n measuring points in total, the equivalent load at each measuring point is
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
, ....,
Figure pat00010
It can be written as When such an equivalent load is applied, deformation occurs at each measurement point, causing a strain at each measurement point (see FIG. 4B). The strain measured at each measuring point is the result of overlapping each strain occurring at the measuring point when an equivalent load is applied to another measuring point. Therefore, the strain at any one measuring point (for example, the i measuring point)
Figure pat00011
) Is the sum of the strains due to the equivalent load acting on the measuring point, and the inventors
Figure pat00012
) Is expressed as in Equation 1 below.

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서 j는 1부터 n까지의 숫자 즉, 1부터 측정점의 개수까지의 숫자이고,

Figure pat00014
는 j번째 측정점에 등가하중
Figure pat00015
이 작용하였을 때 i번째 측정점에서의 변형률을 의미한다. 예를 들면, 1번째 측정점에서의 변형률과 2번째 측정점에서의 변형률은 각각 아래의 수학식 2 및 수학식 3과 같이 정리되는 것이다.
Where j is a number from 1 to n, that is, a number from 1 to the number of measuring points,
Figure pat00014
Is equivalent to the jth measuring point
Figure pat00015
This means the strain at the i point. For example, the strain at the first measuring point and the strain at the second measuring point are summarized as in Equations 2 and 3 below.

Figure pat00016
Figure pat00016

Figure pat00017
Figure pat00017

도 4의 (c) 내지 (e)에 도시된 것처럼, 각각의 측정점에 단위하중

Figure pat00018
이 작용하는 경우에 대해 모든 측정점에서의 모멘트
Figure pat00019
을 구할 수 있는데, 모멘트
Figure pat00020
는 측정점 j에 단위 하중
Figure pat00021
이 재하될 때 i번째 측정점에 발생하는 모멘트를 의미하게 된다. 하중의 크기에 따른 모멘트는 비례관계가 있으므로, 등가하중에 의한 모멘트는 아래의 수학식 4를 이용하여 구하게 된다. 즉, 아래의 수학식 4와 같이 j번째 측정점에 대한 등가하중 j번째 측정점에 등가하중
Figure pat00022
과, j번째 측정점에 등가하중
Figure pat00023
이 작용할 경우의 i번째 측정점에서의 모멘트
Figure pat00024
는 수학식 4와 같이 정리된다. 즉, 단위 하중이 재하될 때 발생하는 모멘트에 실제 등가하중을 곱한 것이 실제 모멘트가 되는 것이다.
As shown in (c) to (e) of Figure 4, the unit load at each measurement point
Figure pat00018
Moment at all measuring points for
Figure pat00019
Is the moment
Figure pat00020
Is the unit load at measuring point j
Figure pat00021
When loaded, it means the moment occurring at the i th measuring point. Since the moment according to the magnitude of the load has a proportional relationship, the moment due to the equivalent load is obtained using Equation 4 below. That is, the equivalent load for the j th measurement point as shown in Equation 4 below the equivalent load to the j th measurement point
Figure pat00022
And equivalent load on the j measuring point
Figure pat00023
Moment at the i measurement point
Figure pat00024
Is summarized as in Equation 4. That is, the actual moment is obtained by multiplying the actual equivalent load by the moment generated when the unit load is loaded.

Figure pat00025
Figure pat00025

여기서

Figure pat00026
은 아래의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
here
Figure pat00026
May be expressed as Equation 5 below.

Figure pat00027
Figure pat00027

여기서,

Figure pat00028
는
Figure pat00029
에 의한 i점에서의 모멘트에 대한 영향계수이고, 구조해석으로부터 나온 구체적인 계산값인
Figure pat00030
와,
Figure pat00031
로부터 숫자로 계산한 결과를 통해 구하는 값이다. 본 발명에서는 위와 같은 관계로부터 영향계수
Figure pat00032
를 구하여 이를 변위 측정에 이용하게 된다. here,
Figure pat00028
The
Figure pat00029
The coefficient of influence on the moment at point i by, and the specific calculated value from the structural analysis
Figure pat00030
Wow,
Figure pat00031
The value is obtained from the numerical result of. In the present invention, the coefficient of influence from the above relationship
Figure pat00032
We obtain and use it for displacement measurement.

따라서 상기한 수학식 4의

Figure pat00033
는 아래의 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.
Therefore, the above equation (4)
Figure pat00033
Can be expressed as Equation 6 below.

Figure pat00034
Figure pat00034

한편, 모멘트-응력관계(

Figure pat00035
)와 응력-변형률관계(
Figure pat00036
)로부터 모멘트(
Figure pat00037
)에 의한 변형률(
Figure pat00038
)은 아래의 수학식 7과 같이 정리된다.
Meanwhile, the moment-stress relationship (
Figure pat00035
) And the stress-strain relationship (
Figure pat00036
Moment from
Figure pat00037
Strain by
Figure pat00038
) Is arranged as in Equation 7 below.

Figure pat00039
Figure pat00039

여기서

Figure pat00040
는 i번째 측정점에서의 단면이차모멘트이고,
Figure pat00041
는 i번째 측정점에서의 중립축으로부터의 거리이며,
Figure pat00042
는 i번째 측정점에서의 탄성계수이다. here
Figure pat00040
Is the cross-sectional secondary moment at the i measuring point,
Figure pat00041
Is the distance from the neutral axis at the i measuring point,
Figure pat00042
Is the modulus of elasticity at the i measurement point.

따라서 수학식 6과 수학식 7에 의하면, j번째 측정점에 등가하중

Figure pat00043
이 작용하였을 때 i번째 측정점에서의 변형률
Figure pat00044
은 아래의 수학식 8과 같이 정리된다.
Therefore, according to equations (6) and (7), the equivalent load to the jth measurement point
Figure pat00043
Strain at the i point
Figure pat00044
Is summarized as in Equation 8 below.

Figure pat00045
Figure pat00045

위의 수학식들을 이용하면 변형률-등가하중의 연성계수

Figure pat00046
는 아래의 수학식 9와 같이 정리된다.
Using the above equations, the ductility factor of strain-equivalent load
Figure pat00046
Is summarized as in Equation 9 below.

Figure pat00047
Figure pat00047

도 4의 (b)에 도시된 것처럼 각각의 측정점에서의 변형률 즉, i번째 측정점에서의 변형률

Figure pat00048
은, 각 측정점에 등가하중이 작용할 때 그로 인하여 i번째 측정점에 각각 발생하는 변형률이 중첩된 것이므로 아래의 수학식 10과 같이 정리된다.
As shown in FIG. 4B, the strain at each measuring point, that is, the strain at the i measuring point
Figure pat00048
When the equivalent load acts on each measuring point, the strains generated at the i th measuring point are superimposed so that Equation 10 below.

Figure pat00049
Figure pat00049

위와 같은 수학식 10에 의하여 표현되는 i번째 측정점에서의 변형률

Figure pat00050
을 행렬형태로 표현하면 아래의 수학식 11과 같이 정리된다.
Strain at the i th measurement point represented by Equation 10 above
Figure pat00050
If expressed as a matrix, it is arranged as in Equation 11 below.

Figure pat00051
Figure pat00051

여기서

Figure pat00052
는 수학식 9에 의하여 구해지는 변형률-등가하중의 연성계수이다. here
Figure pat00052
Is a ductility factor of the strain-equivalent load obtained by Equation (9).

한편, 변형률과 등가하중 간의 수학적 관계를 보여주는 수학식 11은 아래의 수학식 12로 바뀔 수 있다.
On the other hand, Equation 11 showing a mathematical relationship between the strain and the equivalent load can be changed to Equation 12 below.

Figure pat00053
Figure pat00053

여기서,

Figure pat00054
는 변형률-등가하중의 강성 계수로서, 위의 수학식 12에서 알 수 있듯이 변형률-등가하중의 연성계수
Figure pat00055
로 이루어진 행렬의 역행렬로부터 구해진다. here,
Figure pat00054
Is the stiffness coefficient of the strain-equivalent load, and the ductility coefficient of the strain-equivalent load, as shown in Equation 12 above,
Figure pat00055
It is obtained from the inverse of the matrix consisting of.

위와 같이 본 발명에서는 각 측정점에 대하여 구한 영향계수와, 변형률-등가하중 연성계수를 이용하여 변형률-등가하중 강성계수를 이용하여, 후술하는 것처럼 실측된 변형률로부터 변위를 연산함으로써 구조물의 변위를 측정하게 된다. In the present invention as described above, by using the strain-equivalent stiffness coefficient and the influence coefficient obtained for each measurement point and the strain-equivalent load ductility factor, the displacement of the structure is measured by calculating the displacement from the measured strain as described below. do.

다음에서는 본 발명에 있어서의 하중과 변위와의 관계에 대한 이론을 설명한다.Next, the theory about the relationship between a load and a displacement in this invention is demonstrated.

구조물의 해석 이론에 의하면 구조해석시 절점에 작용하는 외부하중 즉, 절점하중에 의하여 절점에 발생하는 변위(절점변위)는 "절점하중 = 구조물의 강성도 행렬 ㅧ 절점변위"의 관계를 가진다. 이러한 관계를 변위에 대한 수학식으로 표현하면 아래의 수학식 13과 같다.
According to the analysis theory of the structure, the external load acting on the node during the structural analysis, that is, the displacement (node displacement) caused by the node load, has the relationship of "node load = structure stiffness matrix ㅧ node displacement". This relationship is expressed by Equation 13 below.

Figure pat00056
Figure pat00056

여기서,

Figure pat00057
은 구조물의 각 절점에서의 변위 행렬을 의미하며,
Figure pat00058
는 구조물의 강성도 행렬을 의미하고,
Figure pat00059
는 구조물에 작용하는 하중의 절점에 대한 하중의 행렬을 의미한다. here,
Figure pat00057
Is the displacement matrix at each node of the structure,
Figure pat00058
Is the stiffness matrix of the structure,
Figure pat00059
Is the matrix of loads relative to the nodes of loads acting on the structure.

변위를 산출하는 데는 강성도 행렬의 역행렬

Figure pat00060
인 구조물의 연성도 행렬
Figure pat00061
을 사용하는 것이 더 편리하다. 아래의 수학식 14는 강성도 행렬과 연성도 행렬 간의 관계를 보여주는 것으로서
Figure pat00062
는 연성도 행렬
Figure pat00063
의 i행 j열의 성분이다.
The inverse of the stiffness matrix is used to calculate the displacement.
Figure pat00060
Ductility Matrix of Phosphorus Structures
Figure pat00061
It is more convenient to use. Equation 14 below shows the relationship between the stiffness matrix and the ductility matrix.
Figure pat00062
Ductility matrix
Figure pat00063
Is an element of row i of column j.

Figure pat00064
Figure pat00064

따라서 상기 수학식 14를 수학식 13을 통해 구해진 등가하중과 변위의 관계에 적용하게 되면 아래의 수학식 15가 도출된다. 즉, 변위는 연성도 행렬에 등가하중을 곱함으로써 구해질 수 있는 것이다. 수학식 12로 정리된 등가하중과 변형률과의 관계를 수학식 15에 적용함으로써, 아래의 수학식 16으로 정리되는 관계식이 만들어진다.
Therefore, when Equation 14 is applied to the relationship between the equivalent load and the displacement obtained through Equation 13, Equation 15 below is derived. That is, the displacement can be obtained by multiplying the ductility matrix by the equivalent load. By applying the relationship between the equivalent load and the strain determined in Equation 12 to Equation 15, a relationship is summarized in Equation 16 below.

Figure pat00065
Figure pat00065

Figure pat00066
Figure pat00066

본 발명에 있어서, 위의 수학식 16의 연성도 행렬

Figure pat00067
을 산출하는 원리는 다음과 같다. 도 5a에는 도 4의 (a)에 도시된 것에 측정점을 좀 더 여러개 표시한 도면이 도시되어 있고 도 5b에는 도 5a에서 i번째 측정점을 중심으로 몇 개의 측정점 부분만이 확대하여 도시되어 있다. In the present invention, the ductility matrix of Equation 16
Figure pat00067
The principle for calculating is as follows. FIG. 5A is a view showing a plurality of measurement points in FIG. 4A and FIG. 5B shows only a few measurement point parts enlarged around the i-th measurement point in FIG. 5A.

도 5a 및 도 5b에서 측정점 i와 이웃하는 측정점 간의 길이가

Figure pat00068
이고, 측정점 i에서의 탄성계수 및 단면이차모멘트 값이 각각
Figure pat00069
,
Figure pat00070
일 때, 측정점 i에서의 처짐값과 처짐각를 각각
Figure pat00071
,
Figure pat00072
라고하면, 측정점 i-1에서 측정점 i까지의 부재, 측정점 i에서 i+1까지의 부재, 측정점 i+1에서 i+2까지의 부재의 각각에 대한 강성도 행렬은 각각 아래의 수학식 17 내지 수학식 19와 같이 정리된다.
5A and 5B, the length between the measuring point i and the neighboring measuring point
Figure pat00068
Modulus of elasticity and cross-sectional secondary moment at measuring point i
Figure pat00069
,
Figure pat00070
, The deflection value and the deflection angle at the measuring point i
Figure pat00071
,
Figure pat00072
In other words, the stiffness matrix for each of the member from the measuring point i-1 to the measuring point i, the member from the measuring point i to i + 1, and the member from the measuring point i + 1 to i + 2 is represented by It is summarized as Equation 19.

Figure pat00073
Figure pat00073

Figure pat00074
Figure pat00074

Figure pat00075
Figure pat00075

본 발명에서는 위와 같은 방식으로 구해지는 각각의 측정점에서의 강성도 행렬을 서로 중첩함으로써 전체 구조물의 강성도 행렬

Figure pat00076
을 구하게 된다. 강성도 행렬
Figure pat00077
이 구해지면 그 역행렬인 연성도 행렬
Figure pat00078
을 산출하게 된다. 앞서 수학식 13의 관계를 뒤집어 표현하면 아래의 수학식 20과 같이 표현된다.
In the present invention, the stiffness matrix of the entire structure by overlapping the stiffness matrix at each measurement point obtained in the above manner
Figure pat00076
Will be obtained. Stiffness matrix
Figure pat00077
Once this is found, the inverse matrix is the ductility matrix.
Figure pat00078
Will yield. When the relationship of Equation 13 is reversed, Equation 20 is expressed below.

Figure pat00079
Figure pat00079

여기서,

Figure pat00080
는 하중 행렬이고,
Figure pat00081
는 강성도 행렬이며,
Figure pat00082
는 변위 행렬이다. 따라서 하중 행렬
Figure pat00083
의 성분을 수직 등가하중
Figure pat00084
와 모멘트
Figure pat00085
로 표현하고, 변위 행렬
Figure pat00086
의 성분을 변위
Figure pat00087
와 처짐각
Figure pat00088
로 표현하면 위의 수학식 20은 아래의 수학식 21과 같이 정리된다.
here,
Figure pat00080
Is the load matrix,
Figure pat00081
Is the stiffness matrix,
Figure pat00082
Is the displacement matrix. Thus the load matrix
Figure pat00083
Vertical equivalent load of the components of
Figure pat00084
And moment
Figure pat00085
Expressed as, displacement matrix
Figure pat00086
Displace the components of
Figure pat00087
And deflection angle
Figure pat00088
In Equation 20, the above Equation 20 is arranged as Equation 21 below.

Figure pat00089
Figure pat00089

위의 수학식 21에서 강성도 행렬

Figure pat00090
의 각 성분들은 수학식 각 측정점에 대해 수학식 17 내지 수학식 19의 연산과정을 반복한 후 그 결과를 중첩함으로서 산출된다. 위와 같이 수학식 21에서의 강성도 행렬
Figure pat00091
을 산출하면 그 역행렬에 의해 연성도 행렬
Figure pat00092
을 산출하게 된다. Stiffness Matrix in Equation 21 above
Figure pat00090
Each component of is calculated by repeating the calculation process of Equation 17 to Equation 19 for each measurement point and then overlapping the results. Stiffness matrix in Equation 21 as above
Figure pat00091
Calculate the ductility matrix by its inverse
Figure pat00092
Will yield.

이렇게 산출된 연성도 행렬에는 처짐각과 모멘트에 대한 성분이 들어 있으므로, 수학식 15와 수학식 16을 이용하기 위하여 수학식 12를 아래의 수학식 22와 같이 변형한다.
Since the calculated ductility matrix contains components for the deflection angle and the moment, Equation 12 is modified to use Equation 15 and Equation 16 as follows.

Figure pat00093
Figure pat00093

위의 수학식 15와 수학식 22를 하나의 식으로 표현하게 되면 아래의 수학식 23과 같이 표현되어 좌변의 변위 행렬이 산출된다. 아래의 수학식 23에서 변위 행렬에는 처짐각

Figure pat00094
성분이 포함되어 있지만, 실제 계산을 하게 되면 각 측정점에서의 변위(
Figure pat00095
,
Figure pat00096
, ....,
Figure pat00097
)의 성분으로만 이루어진 변위 행렬이 산출된다.
When the above Equations 15 and 22 are expressed as one equation, the displacement matrix of the left side is calculated as shown in Equation 23 below. In Equation 23 below, the displacement matrix has a deflection angle.
Figure pat00094
Component, but the actual calculations show the displacement at each measurement point (
Figure pat00095
,
Figure pat00096
, ....,
Figure pat00097
A displacement matrix consisting of only components of) is calculated.

Figure pat00098
Figure pat00098

다시 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 측정방법의 각 단계와 이러한 측정방법을 이용한 본 발명의 측정장치에 대해 설명하면, 변형률계(1)를 이용하여 해당 구조물(실시예에서는 교량의 상부구조물)의 복수의 측정점(n개의 측정점)에서의 변형률(

Figure pat00099
,
Figure pat00100
, ....,
Figure pat00101
)을 실측하는 것과 별도로, 영향계수 연산부(2)에서는 단위 하중에 의한 모멘트의 영향계수(
Figure pat00102
)를 연산하여 구한다(S2). 여기서 영향계수(
Figure pat00103
)는 앞서 살펴본 수학식 5에 의하여 구할 수 있는데, 측정 대상 구조물에 크기가 1인 단위 하중 즉,
Figure pat00104
인 경우에 대해 일반적인 구조해석을 통해서
Figure pat00105
값을 연산하여, 수학식 5에 의하여 영향계수(
Figure pat00106
)를 연산한다. 즉, 영향계수 연산부(2)에는 구조해석 프로그램이 탑재되어 있어, 이 프로그램에 의해, 크기가 1인 하중
Figure pat00107
가 j번째 측정점에 작용할 때 1번째 측정점에 발생하는 모멘트
Figure pat00108
를 종래의 일반적인 구조해석 방법을 이용하여 연산하고, 다시 2번째 측정점, 3번째 측정점, ...., n번째 측정점에 발생하는 모멘트를 같은 방식으로 연산하고, 이러한 과정을 하중
Figure pat00109
가 첫 번째 측정점에서부터 n번째 측정점까지 변화되도록 반복하여 연산하여
Figure pat00110
의 값을 연산한 뒤, 수학식 5에 의하여 영향계수(
Figure pat00111
)를 연산하는 것이다. Referring again to Figures 1 and 2 for each step of the measuring method according to the present invention and the measuring apparatus of the present invention using such a measuring method, the structure (in the embodiment of the bridge using the strain gauge 1) Strain at multiple measuring points (n measuring points) of the superstructure)
Figure pat00099
,
Figure pat00100
, ....,
Figure pat00101
), The coefficient of influence calculation unit (2), the influence coefficient of the moment due to the unit load (
Figure pat00102
) Is calculated and obtained (S2). Where the coefficient of influence (
Figure pat00103
) Can be obtained by using Equation 5, which is a unit load having a size of 1 in the structure to be measured,
Figure pat00104
General structural analysis of
Figure pat00105
Value to calculate the influence coefficient (Equation 5)
Figure pat00106
) Is calculated. That is, the influence coefficient calculation unit 2 is equipped with a structural analysis program, and by this program, a load having a size of 1
Figure pat00107
Moment at the first measuring point when is applied to the j measuring point
Figure pat00108
Is calculated by using a conventional general structural analysis method, and the moment generated at the second measuring point, the third measuring point, ...., the nth measuring point in the same manner, and the process
Figure pat00109
Is computed repeatedly so that is changed from the first measuring point to the nth measuring point
Figure pat00110
After calculating the value of, the coefficient of influence
Figure pat00111
) Is calculated.

영향계수 연산부(2)를 통하여 영향계수(

Figure pat00112
)가 구해지면, 후속하여 연성계수 및 강성계수 연산부(3)에서는, 측정자가 입력장치를 통하여 입력하는 기지의 데이터값인, i번째 측정점에서의 단면이차모멘트
Figure pat00113
와, i번째 측정점에서의 중립축으로부터의 거리
Figure pat00114
와, i번째 측정점에서의 탄성계수
Figure pat00115
를 이용하여 수학식 9에 따라 변형률-등가하중의 연성계수
Figure pat00116
를 연산하고 그 역행렬을 구하여 변형률-등가하중의 강성계수
Figure pat00117
를 연산한다(S3). Through the coefficient of influence calculation unit (2)
Figure pat00112
), The ductility coefficient and the stiffness coefficient calculation section 3 subsequently determine the cross-sectional difference moment at the i-th measurement point, which is a known data value input by the measurer through the input device.
Figure pat00113
And the distance from the neutral axis at the i measuring point
Figure pat00114
And the modulus of elasticity at the i measuring point
Figure pat00115
Ductility factor of strain-equivalent load according to Equation 9 using
Figure pat00116
Is calculated and its inverse is calculated so that the stiffness coefficient of strain-equivalent load
Figure pat00117
Calculate (S3).

후속하여 구조물 전체에 대한 강성도 행렬

Figure pat00118
와 연성도 행렬
Figure pat00119
을 연산하게 되는데(S4), 구체적으로는 다음과 같은 과정을 통하여 연산된다. Subsequently, the stiffness matrix for the whole structure
Figure pat00118
And ductility matrix
Figure pat00119
To be calculated (S4), specifically, it is calculated through the following process.

우선 각각의 측정점에 대하여, 해당 측정점과 이웃하는 측정점 사이의 구조물 부분에 대하여, 측정자가 입력장치를 통하여 입력하는 기지의 데이터값인 i번째 측정점에서의 단면이차모멘트

Figure pat00120
와, i번째 측정점에서의 탄성계수
Figure pat00121
와, i번째 측정점과 이웃하는 측정점까지의 거리
Figure pat00122
를 이용하여 수학식 17 내지 수학식 19에 의하여 각각의 측정점에 대한 강성도 행렬을 연산한다(S4-1).First, for each measuring point, with respect to the part of the structure between the measuring point and the neighboring measuring point, the cross-sectional difference moment at the i-th measuring point, which is a known data value input by the measurer through the input device
Figure pat00120
And the modulus of elasticity at the i measuring point
Figure pat00121
And the distance between the i th measurement point and the neighboring measurement point
Figure pat00122
Using the equations (17) to (19) to calculate the stiffness matrix for each measurement point (S4-1).

후속하여 각 측정점에 대해 구해진 강성도 행렬을 중첩하여 수학식 21로 표현되는 것과 같은 구조물 전체에 대한 강성도 행렬

Figure pat00123
을 연산하고 이를 이용하여 그 역행렬인 연성도 행렬
Figure pat00124
를 연산한다(S4-2). 위의 강성도 행렬 및 연성도 행렬의 연산은 연성계수 및 강성계수 연산부(3)에서 이루어질 수 있다. Subsequent stiffness matrices over the entire structure, such as represented by Equation 21, by superimposing stiffness matrices obtained for each measurement point
Figure pat00123
Compute and use this to inverse the ductility matrix
Figure pat00124
Calculate (S4-2). The calculation of the stiffness matrix and the ductility matrix may be performed by the ductility coefficient and stiffness coefficient calculating unit 3.

이와 같은 과정을 통해 구해진 연성도 행렬

Figure pat00125
와, 수학식 11에 따라 구해진 변형률-등가하중의 강성계수
Figure pat00126
를 수학식 23에 삽입하고, 변형률계(1)에 의해 구해진 각 측정점에서의 변형률(
Figure pat00127
,
Figure pat00128
, ....,
Figure pat00129
)을 수학식 23에 삽입하여 연산함으로써(S5), 구조물의 각 측정점에서의 변위(
Figure pat00130
,
Figure pat00131
, ....,
Figure pat00132
)을 측정하게 된다. Ductility Matrix obtained through this process
Figure pat00125
Stiffness coefficient of strain-equivalent load
Figure pat00126
Is inserted into Equation 23, and the strain at each measurement point obtained by the strain gauge 1
Figure pat00127
,
Figure pat00128
, ....,
Figure pat00129
) By calculating the displacement at each measurement point of the structure (S5)
Figure pat00130
,
Figure pat00131
, ....,
Figure pat00132
) Will be measured.

위에서 설명한 것처럼, 본 발명에서는 회귀분석 등의 절차를 거치지 않고 중첩의 원리를 이용하여 각 측정점에서의 변형률을 직접 측정한 후, 이 변형률로부터 각 측정점의 변위를 측정하게 된다. 따라서 본 발명에 의하면 변위를 상시적으로 측정할 수 있게 되고, 변형률로부터 변위를 측정하게 되므로 주위 환경으로 인한 변위 측정의 제약이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다. As described above, in the present invention, the strain of each measuring point is directly measured using the principle of superposition without undergoing a regression analysis or the like, and then the displacement of each measuring point is measured from the strain. Therefore, according to the present invention, the displacement can be measured at all times, and the displacement can be measured from the strain, thereby preventing the limitation of displacement measurement due to the surrounding environment.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention will be able to make various modifications, changes, additions within the spirit and scope of the present invention, such modifications, changes and Additions should be considered to be within the scope of the following claims.

1 : 변형률계 2 : 영향계수 연산부
3 : 연성계수 및 강성계수 연산부
4 : 변위 연산부1 Strain Meter 2 Influence Coefficient Calculator
3: ductility coefficient and stiffness coefficient calculation unit
4: displacement calculator

Claims (2)

변형률계(1)에 의해 구조물의 복수 측정점에서의 변형률(
Figure pat00133
,
Figure pat00134
, ....,
Figure pat00135
)을 측정하는 단계(S1);
수학식 5를 이용하여 각 측정점에 대한 단위 하중에 의한 모멘트의 영향계수(
Figure pat00136
)를 연산하는 단계(S2);
측정자가 입력장치를 통하여 입력하는 단면이차모멘트 값, 측정점에서의 중립축으로부터의 거리, 탄성계수 및 영향계수(
Figure pat00137
)를 이용하여 수학식 9에 따라 각 측정점에 대한 변형률-등가하중의 연성계수
Figure pat00138
를 연산하고 그 역행렬로부터 변형률-등가하중의 강성계수
Figure pat00139
를 연산하는 단계(S3);
각각의 측정점에서 해당 측정점과 이웃하는 측정점 사이의 구조물 부분에 대하여 각각의 측정점에 대한 강성도 행렬을 연산하는 단계(S4-1);
각 측정점에 대해 구해진 강성도 행렬을 중첩하여 구조물 전체에 대한 강성도 행렬
Figure pat00140
을 연산하고 이를 이용하여 그 역행렬인 연성도 행렬
Figure pat00141
을 연산하는 단계(S4-2); 및
상기 연성도 행렬
Figure pat00142
에 변형률-등가하중의 강성계수
Figure pat00143
의 행렬을 곱하고 다시 변형률계(1)에 의해 구해진 각 측정점에서의 변형률(
Figure pat00144
,
Figure pat00145
, ....,
Figure pat00146
)의 행렬을 곱하여 구조물의 각 측정점에서의 변위(
Figure pat00147
,
Figure pat00148
, ....,
Figure pat00149
)을 연산하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구조물의 변위측정방법.
(수학식 5)
Figure pat00150

(수학식 9)
Figure pat00151

(위의 수학식들에서
Figure pat00152
는 측정점 j에 작용하는 단위 하중이고,
Figure pat00153
는
Figure pat00154
에 의한 i점에서의 모멘트에 대한 영향계수이고, 는 측정점 j에 단위 하중
Figure pat00156
이 재하될 때 i번째 측정점에 발생하는 모멘트이고,
Figure pat00157
는 i번째 측정점에서의 단면이차모멘트이며,
Figure pat00158
는 i번째 측정점에서의 중립축으로부터의 거리이고,
Figure pat00159
는 i번째 측정점에서의 탄성계수이다)
Strain at multiple measuring points of the structure
Figure pat00133
,
Figure pat00134
, ....,
Figure pat00135
Measuring (S1);
Using Equation 5, the influence coefficient of the moment due to the unit load for each measurement point (
Figure pat00136
Calculating (S2);
The cross-sectional secondary moment value that the measurer inputs through the input device, the distance from the neutral axis at the measuring point, the modulus of elasticity and the influence coefficient
Figure pat00137
Ductility factor of strain-equivalent load for each measuring point according to equation (9)
Figure pat00138
And calculate the stiffness coefficient of strain-equivalent load from its inverse
Figure pat00139
Calculating (S3);
Calculating a stiffness matrix for each measurement point for the portion of the structure between the measurement point and the neighboring measurement point at each measurement point (S4-1);
Stiffness matrix for the whole structure by superimposing the stiffness matrix obtained for each measurement point
Figure pat00140
Compute and use this to inverse the ductility matrix
Figure pat00141
Calculating (S4-2); And
The ductility matrix
Figure pat00142
Stiffness Factor of Strain-Equivalent Load at
Figure pat00143
Multiply the matrix of and return the strain at each measurement point
Figure pat00144
,
Figure pat00145
, ....,
Figure pat00146
Multiply by the matrix of
Figure pat00147
,
Figure pat00148
, ....,
Figure pat00149
Displacement measurement method of a structure comprising the step of calculating).
(5)
Figure pat00150

(9)
Figure pat00151

(In the equations above
Figure pat00152
Is the unit load acting on the measuring point j,
Figure pat00153
The
Figure pat00154
The coefficient of influence on the moment at point i by Is the unit load at measuring point j
Figure pat00156
Is the moment occurring at the ith measurement point when
Figure pat00157
Is the cross-sectional secondary moment at the i measuring point,
Figure pat00158
Is the distance from the neutral axis at the i measuring point,
Figure pat00159
Is the modulus of elasticity at the i measurement point)
구조물의 복수 측정점에서의 변형률(
Figure pat00160
,
Figure pat00161
, ....,
Figure pat00162
)을 측정하는 변형률계(1);
수학식 5에 의하여 단위 하중에 의한 모멘트의 영향계수(
Figure pat00163
)를 연산하는 영향계수 연산부(2);
측정자에 의해 입력장치를 통하여 입력된 단면이차모멘트 값, 측정점에서의 중립축으로부터의 거리, 탄성계수 및 상기 영향계수 연산부(2)에 의해 연산된 영향계수(
Figure pat00164
)를 이용하여 수학식 9에 따라 변형률-등가하중의 연성계수
Figure pat00165
를 연산하고 그 역행렬로부터 변형률-등가하중의 강성계수
Figure pat00166
를 연산하며, 각각의 측정점에서 해당 측정점과 이웃하는 측정점 사이의 구조물 부분에 대하여 각각의 측정점에 대한 강성도 행렬을 연산하며, 각 측정점에 대해 구해진 강성도 행렬을 중첩하여 구조물 전체에 대한 강성도 행렬
Figure pat00167
를 연산하고 이를 이용하여 그 역행렬인 연성도 행렬
Figure pat00168
을 연산하는 연성계수 및 강성계수 연산부(3); 및
상기 연성계수 및 강성계수 연산부(3)에 의해 연산된 연성도 행렬
Figure pat00169
에 변형률-등가하중의 강성계수
Figure pat00170
의 행렬을 곱하고 다시 변형률계(1)에 의해 구해진 각 측정점에서의 변형률(
Figure pat00171
,
Figure pat00172
, ....,
Figure pat00173
)의 행렬을 곱하여 구조물의 각 측정점에서의 변위(
Figure pat00174
,
Figure pat00175
, ....,
Figure pat00176
)을 연산하는 변위 연산부(4)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 구조물의 변위측정장치.
(수학식 5)
Figure pat00177

(수학식 9)
Figure pat00178

(위의 수학식들에서
Figure pat00179
는 측정점 j에 작용하는 단위 하중이고,
Figure pat00180
는
Figure pat00181
에 의한 i점에서의 모멘트에 대한 영향계수이고,
Figure pat00182
는 측정점 j에 단위 하중
Figure pat00183
이 재하될 때 i번째 측정점에 발생하는 모멘트이고,
Figure pat00184
는 i번째 측정점에서의 단면이차모멘트이며,
Figure pat00185
는 i번째 측정점에서의 중립축으로부터의 거리이고,
Figure pat00186
는 i번째 측정점에서의 탄성계수이다)Strain at multiple measuring points of the structure (
Figure pat00160
,
Figure pat00161
, ....,
Figure pat00162
A strain gauge 1 measuring);
Influence coefficient of moment by unit load according to Equation 5
Figure pat00163
An influence coefficient calculation unit 2 for calculating);
The cross-sectional secondary moment value input through the input device by the measurer, the distance from the neutral axis at the measurement point, the modulus of elasticity and the coefficient of influence calculated by the influence coefficient calculating unit 2 (
Figure pat00164
Ductility factor of strain-equivalent load according to equation (9)
Figure pat00165
And calculate the stiffness coefficient of strain-equivalent load from its inverse
Figure pat00166
Computes the stiffness matrix for each measurement point for the part of the structure between the measurement point and the neighboring measurement point at each measurement point, and superimposes the stiffness matrix obtained for each measurement point
Figure pat00167
Compute and use this to inverse the ductility matrix
Figure pat00168
A ductility coefficient and stiffness coefficient calculating unit 3 for calculating a; And
The ductility matrix calculated by the ductility factor and stiffness coefficient calculator 3
Figure pat00169
Stiffness Factor of Strain-Equivalent Load at
Figure pat00170
Multiply the matrix of and return the strain at each measurement point
Figure pat00171
,
Figure pat00172
, ....,
Figure pat00173
Multiply by the matrix of
Figure pat00174
,
Figure pat00175
, ....,
Figure pat00176
Displacement measuring device for a structure characterized in that it comprises a displacement calculation unit (4) for calculating a).
(5)
Figure pat00177

(9)
Figure pat00178

(In the equations above
Figure pat00179
Is the unit load acting on the measuring point j,
Figure pat00180
The
Figure pat00181
The coefficient of influence on the moment at point i by
Figure pat00182
Is the unit load at measuring point j
Figure pat00183
Is the moment occurring at the ith measurement point when
Figure pat00184
Is the cross-sectional secondary moment at the i measuring point,
Figure pat00185
Is the distance from the neutral axis at the i measuring point,
Figure pat00186
Is the modulus of elasticity at the i measurement point)
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