KR20210097367A - 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법 - Google Patents

교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법에 관한 것으로, 본 발명은 교량 설계시 설계된, 교량 바닥판의 신축변위에 따른 신축변위값을 기준신축변위값으로 설정하는 단계; 상기 교량 설계에 따라 시공된 교량에 교량 바닥판의 신축변위를 모니터링하는 모니터링장치를 설치하는 단계; 상기 모니터링장치로 상기 교량 바닥판의 신축변위를 모니터링하는 단계; 상기 모니터링장치에서 모니터링되는 교량 바닥판의 신축변위값과 상기 기준신축변위값을 비교하는 단계; 상기 교량 바닥판의 신축변위값을 기준신축변위값과 비교하여 설정된 오차값 이상이면 상기 교량의 점검신호를 발생시키는 단계;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 교량의 온도변화, 처짐, 콘크리트의 크리프 및 건조수축, 프리스트레스에 의한 부재 탄성변형 등에 따른 교량의 시계열적인 신축변위를 정확하게 모니터링한다.

Description

교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법{METHOD FOR MONITERING BRIDGE}
본 발명은 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법에 관한 것이다.
일반적으로 교량은 강이나 하천 등을 차량이나 사람이 건널 수 있도록 만든 콘크리트 구조물이다. 또한, 교량은 산악지대에 고속도로를 건설시 산과 산을 연결한다. 일반적인 교량은 서로 간격을 두고 위치하는 두 개의 교대들과, 그 두 개의 교대들 사이를 연결하는 교량 바닥판으로 구성되며, 교량 바닥판이 긴 경우에는 교량 바닥판의 중간 부분을 지지하기 위하여 교대와 교대 사이에 교각이 설치된다.
이와 같은 교량은 교량의 온도변화, 처짐, 콘크리트의 크리프 및 건조수축, 프리스트레스에 의한 부재 탄성변형 등에 따른 교량의 시계열적인 신축이 발생된다. 또한, 교량은 내구연한 및 노후 상태에 따라 외형적 변형이 발생하고, 지진과 태풍 등은 노후 시설물의 변형을 더욱 악화시키고 있다. 불규칙하고 미세한 점진적 외형 변형은 교량의 성능 및 교량 구조물의 안전성을 해치게 되므로, 교량 구조물의 이상 거동이 확인되어야 한다.
대한민국 등록특허 제10-1522194호(2015. 05. 28. 공고일)(이하, 선행기술이라 함)에는 변위측정유닛들에서 측정되는 아날로그 변위 신호를 데이터로거를 통해 디지털화하여 무선송신기를 통해 서버에 송신하여 교량의 변위를 측정하는 교량의 상부구조물 변위 측정 시스템이 개시되어 있다.
그러나 선행기술은 교량의 상부 구조물의 변위에 대하여 복잡한 기계 및 전기 장치 필요에 따라 장치 구성이 복잡하고, 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하여 교량의 상부 구조물의 변위를 나타내게 되어 관리자가 교량의 상부 구조물의 변위를 정확하게 확인할 수 없는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 교량의 온도변화, 처짐, 콘크리트의 크리프 및 건조수축, 프리스트레스에 의한 부재 탄성변형 등에 따른 교량의 시계열적인 신축변위를 정확하게 모니터링하는, 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 교량 설계시 설계된 교량 바닥판의 신축변위에 따른 신축변위값을 기준신축변위값으로 설정하는 단계; 상기 교량 설계에 따라 시공된 교량에 교량 바닥판의 신축변위를 모니터링하는 모니터링장치를 설치하는 단계; 상기 모니터링장치로 상기 교량 바닥판의 신축변위를 모니터링하는 단계; 상기 모니터링장치에서 모니터링되는 교량 바닥판의 신축변위값과 상기 기준신축변위값을 비교하는 단계; 상기 교량 바닥판의 신축변위값을 기준신축변위값과 비교하여 설정된 오차값 이상이면 상기 교량의 점검신호를 발생시키는 단계;를 포함하며, 상기 모니터링장치는 상기 교량의 교량 바닥판을 지지하는 교량받침의 상부지지부재 또는 교량 바닥판 하면에 구비되는 눈금자와, 상기 교량받침의 하부지지부재, 교대 또는 교각측에 구비되는 기준점과, 상기 기준점을 기준으로 눈금자의 변화를 모니터링하는 카메라를 포함하는, 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법이 제공된다.
상기 교량의 교량 바닥판이 복수 개인 경우 상기 복수 개의 교량 바닥판들에 각각 신축변위를 모니터링하는 것이 바람직하다.
상기 신축변위값은 교량 바닥판의 최대신장값과 최대수축값의 차이 값인 것이 바람직하다.
상기 교량 바닥판의 신축변형이 비선형으로 이루어지면 교량의 점검신호를 발생시킬 수 있다.
상기 카메라는 광학카메라, 적외선카메라, 또는 열화상카메라 중의 하나인 것이 바람직하다.
상기 모니터링장치는 상기 교량의 교대에 설치하는 것이 바람직하다.
상기 모니터링장치는 상기 교량의 교각에 설치할 수도 있다.
상기 교량 점검은 교량 바닥판의 균열상태, 교대변위, 포장팽창, 신축이음장치 이상 유무를 통해 진행되는 것이 바람직하다.
본 발명은 모니터링장치로 교량 바닥판의 신축변위를 모니터링하여 교량 바닥판의 신축변위가 설정된 오차값 이상이면 교량 점검신호를 발생시켜 교량 관리자에게 알려주게 되므로 교량 바닥판의 유지 관리가 편리하게 되며, 또한 교량 바닥판의 신축변위를 모니터링하는 모니터링장치가 카메라를 포함하게 되므로 교량 바닥판의 신축변위를 시각적으로 디스플레이하여 관리자로 하여금 눈으로 직접 확인할 수 있고, 또한 하루 24시간 지속적으로 모니터링하게 되어 교량 바닥판의 신축변위를 정확하게 모니터링할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 교량이 복수 개의 교량 바닥판들을 구비하고 교량 바닥판들에 각각 교량 바닥판을 모니터링하는 모니터링장치를 설치하는 경우 교량 바닥판들의 각각에 대하여 신축변위를 모니터링하게 되므로 교량 바닥판들 중 신축변위가 설정된 오차값 이상인 교량 바닥판(들)에 대하여만 교량 점검신호를 발생시키고 그 교량 바닥판에 대하여만 점검하게 되어 다수 개의 교량 바닥판들을 갖는 긴 교량의 유지 관리가 수월하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링장치의 일실시예가 구비된 교량의 일예를 도시한 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법의 일실시예를 도시한 순서도.
이하, 본 발명에 따른 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링장치의 일실시예가 구비된 교량의 일예를 도시한 정면도이다. 도 2는 본 발명에 따른 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법의 일실시예를 도시한 순서도이다.
도 1, 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법의 일실시예는, 먼저, 교량 설계시 설계된 교량 바닥판의 신축변위에 따른 신축변위값을 기준신축변위값으로 설정하는 단계(S1)가 진행된다. 즉, 교량 설계시 교량의 온도변화, 하중에 의한 처짐, 콘크리트의 크리프 및 건조수축 등에 따른 신축변위값이 산출되며, 그 산출된 신축변위값을 기준신축변위값으로 한다.
기준신축변위값을 설정한 다음 교량 설계에 따라 시공된 교량의 교량 바닥판에 대한 신축변위를 모니터링하는 모니터링장치(40)를 설치하는 단계(S2)가 진행된다. 모니터링장치(40)는 교량의 교대(10)에 설치하는 것이 바람직하다. 모니터링장치(40)의 일예로, 모니터링장치(40)는 교량의 교량 바닥판(20)을 지지하는 교량받침(30)의 상부지지부재(31)에 구비되는 눈금자(41)와, 교량받침(30)의 하부지지부재(32)에 구비되는 기준점(42)과, 그 기준점(42)을 기준으로 눈금자(41)의 변화를 모니터링하는 카메라(43)를 포함한다. 눈금자(41)는 설정된 길이를 가지며 내부에 길이를 나타내는 눈금들이 표시되어 있다. 기준점(42)은 눈금자(41)의 눈금을 가지키는 것으로, 삼각 형태의 마크로 형성될 수 있고, 또한 바늘 형태로 형성될 수도 있다. 교량받침(30)은 교대(10)와 교량 바닥판(또는 거더) 사이에 위치하여 교량 바닥판(20)의 수평 방향 신축변형을 지지한다. 교량받침(30)은 일반적으로 교대(10)에 결합되는 하부지지부재(32)와, 교량 바닥판(20) 하면에 지지되는 상부지지부재(31)와, 하부지지부재(32)와 상부지지부재(31) 사이에 위치하는 슬라이딩부재(33)를 포함한다. 눈금자(41)는 교량받침(30)의 상부지지부재(31)에 구비되며, 눈금자(41)의 길이 방향이 교량 바닥판(20)의 길이 방향으로 향하도록 구비된다. 한편, 눈금자(41)는 교량 바닥판(20)의 하면에 구비될 수도 있다. 기준점(42)은 눈금자(41)의 눈금을 가리킨다. 기준점(42)은 교량받침(30)의 하부지지부재(32) 또는 교대(10)에 구비된다. 카메라(43)는 교대(10)에 설치된다. 카메라(43)는 광학카메라, 적외선카메라, 또는 열화상카메라 중의 하나인 것이 바람직하다.
한편, 교량이 한 개 또는 복수 개의 교각(50)들이 구비되는 경우 모니터링장치(40)는 교량의 교각(50)에 설치할 수도 있다. 이때, 교각(50)에 설치되는 교량받침(30)의 상부지지부재(31)에 눈금자(41)가 구비되고 교량받침(30)의 하부지지부재(42)에 기준점(42)이 구비되고 교각(50)의 상면에 카메라(43)가 설치된다.
교량의 교각(50)이 복수 개이고 교대(10)와 교각(50) 그리고 교각(50)과 교각(50)을 연결하는 교량 바닥판(20)이 복수 개인 경우 교대(10)들과 교각(50)들에 각각 모니터링장치(40)가 설치될 수 있다. 교대(10)들과 교각(50)들에 각각 모니터링장치(40)를 설치하게 될 경우 교대(10)와 교각(50)을 연결하는 교량 바닥판(20)과, 교각(50)과 교각(50)을 연결하는 교량 바닥판(20)에 대하여 각각 신축변위를 모니터링할 수 있게 된다. 교량 바닥판(20)들 각각의 신축변위를 모니터링하여 교량 바닥판(20)의 각각의 상태와 성능을 파악할 수 있게 된다.
모니터링장치(40)를 설치한 다음 모니터링장치(40)로 교량 바닥판(20)의 신축변위를 모니터링하는 단계(S3)가 진행된다. 교량의 교량 바닥판(20)은 교량의 온도변화, 교량 바닥판(20)을 주행하는 차량들 하중에 의한 처짐, 콘크리트의 크리프 및 건조수축 등에 의해 교량 바닥판(20)이 교량받침(30)에 의해 지지되어 늘어나거나 수축되면서 변위가 발생된다. 이와 같이 교량 바닥판(20)이 늘어나거나 수축되면서 눈금자(41)가 함께 움직이고 교량 또는 교대(10)에 구비되어 고정된 기준점(42)에 의해 눈금자(41)의 움직인 거리가 표시되며 카메라(43)는 눈금자(41)의 움직임을 촬영하게 된다. 카메라(43)에 의해 촬영되는 영상정보는 교량에 구비된 무선송신기에 의해 송신되고, 그 무선송신기에 의해 송신된 영상정보데이터는 교량관리소에 구비된 수신기에 의해 수신되어 서버에 저장된다. 서버에 저장된 영상정보데이터는 디스플레이유닛에 의해 디스플레이되며 교량 관리자는 디스플레이유닛으로 디스플레이되는 영상정보로 모니터링하게 된다.
교량 바닥판(20)의 신축변위를 모리터링하고, 모니터링장치(40)에서 모니터링되는 교량 바닥판(20)의 신축변위값과 기준신축변위값을 비교하는 단계(S4)가 진행된다. 교량 바닥판(20)의 신축변위값은 최대신장값과 최대수축값이 측정되며 그 최대신장값과 최대수축값의 차이 값이 신축변위값이 된다.
교량 바닥판(20)의 신축변위값을 기준신축변위값과 비교하여 설정된 오차값 이상이면 교량의 점검신호를 발생시키는 단계(S5)가 진행된다. 또한, 교량 바닥판(20)이 최대수축되고 이어 최대신장되는 과정에서 그 변형이 선형적으로 이루어지지 않고 비선형적으로 이루어질 경우 교량의 점검신호를 발생시킬 수도 있다. 교량 바닥판(20)의 변형이 비선형적으로 이루어질 경우 교량 바닥판(20)의 상면에서 대형 차량의 화재 발생이나 충돌이 발생된 경우에 해당될 수 있다.
교량 점검은 교량 바닥판(20)의 균열상태, 교대변위, 포장팽창, 신축이음장치 이상 유무, 등을 통해 진행되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법의 작용과 효과를 설명한다.
본 발명은 교량 설계시 설계된, 교량 바닥판(20)의 신축변위값을 기준신축변위값으로 설정하고 교량 설계에 따라 시공된 교량의 교량 바닥판(20)의 신축변위를 모니터링장치(40)로 모니터링한다. 모니터링장치(40)는, 교량 바닥판(20)의 온도변화, 처짐, 콘크리트의 크리프 및 건조수축, 프리스트레스에 의한 부재 탄성변형 등에 따른 교량의 시계열적인 신축변위가 발생되면 교량 바닥판(20)과 함께 눈금자(41)가 연동되며, 위치가 고정된 기준점(42)에 의해 눈금자(41)의 움직임을 측정하여 교량 바닥판(20)의 신축변위량을 표시하게 되며 카메라(43)가 교량 바닥판(20)과 연동되는 눈금자(41)의 움직임 및 기준점(42)을 포커싱하게 된다. 카메라(43)에 의해 포커싱되는 화상정보로 교량 바닥판(20)의 신축변위를 모니터링하게 된다. 교량 바닥판(20)의 신축변위값이 기준신축변위값보다 설정된 오차값 이상이면 교량 점검신호를 발생시켜 교량 관리자로 하여금 교량을 점검할 수 있게 한다.
이와 같이, 본 발명은 모니터링장치(40)로 교량 바닥판(20)의 신축변위를 모니터링하여 교량 바닥판(20)의 신축변위가 설정된 오차값 이상이면 교량 점검신호를 발생시켜 교량 관리자에게 알려주게 되므로 교량 바닥판(20)의 유지 관리가 편리하게 되며, 또한 교량 바닥판(20)의 신축변위를 모니터링하는 모니터링장치(40)가 카메라(43)를 포함하게 되므로 교량 바닥판(20)의 신축변위를 시각적으로 디스플레이하여 관리자로 하여금 눈으로 직접 확인할 수 있고, 또한 하루 24시간 지속적으로 모니터링하게 되어 교량 바닥판(20)의 신축변위를 정확하게 모니터링할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 교량이 복수 개의 교량 바닥판(20)들을 구비하고 교량 바닥판(20)들에 각각 교량 바닥판(20)을 모니터링하는 모니터링장치(40)를 설치하는 경우 교량 바닥판(20)들의 각각에 대하여 신축변위를 모니터링하게 되므로 교량 바닥판(20)들 중 신축변위가 설정된 오차값 이상인 교량 바닥판(들)(20)에 대하여만 교량 점검신호를 발생시키고 그 교량 바닥판(20)에 대하여만 점검하게 되어 다수 개의 교량 바닥판(20)들을 갖는 긴 교량의 유지 관리가 수월하게 된다.
10; 교대 20; 교량 바닥판
30; 교량받침 40; 모니터링장치
41; 눈금자 42; 기준점
43; 카메라

Claims (8)

  1. 교량 설계시 설계된, 교량 바닥판의 신축변위에 따른 신축변위값을 기준신축변위값으로 설정하는 단계;
    상기 교량 설계에 따라 시공된 교량에 교량 바닥판의 신축변위를 모니터링하는 모니터링장치를 설치하는 단계;
    상기 모니터링장치로 상기 교량 바닥판의 신축변위를 모니터링하는 단계;
    상기 모니터링장치에서 모니터링되는 교량 바닥판의 신축변위값과 상기 기준신축변위값을 비교하는 단계;
    상기 교량 바닥판의 신축변위값을 기준신축변위값과 비교하여 설정된 오차값 이상이면 상기 교량의 점검신호를 발생시키는 단계;를 포함하며,
    상기 모니터링장치는 상기 교량의 교량 바닥판을 지지하는 교량받침의 상부지지부재 또는 교량 바닥판 하면에 구비되는 눈금자와, 상기 교량받침의 하부지지부재, 교대 또는 교각측에 구비되는 기준점과, 상기 기준점을 기준으로 눈금자의 변화를 모니터링하는 카메라를 포함하는, 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 교량의 교량 바닥판이 복수 개인 경우 상기 복수 개의 교량 바닥판들에 각각 신축변위를 모니터링하는 것을 특징으로 하는, 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 신축변위값은 교량 바닥판의 최대신장값과 최대수축값의 차이 값인 것을 특징으로 하는, 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 교량 바닥판의 신축변형이 비선형으로 이루어지면 교량의 점검신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 카메라는 광학카메라, 적외선카메라, 또는 열화상카메라 중의 하나인 것을 특징으로 하는, 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 모니터링장치는 상기 교량의 교대에 설치하는 것을 특징으로 하는, 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 모니터링장치는 상기 교량의 교각에 설치하는 것을 특징으로 하는, 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 교량 점검은 교량 바닥판의 균열상태, 교대변위, 포장팽창, 신축이음장치 이상 유무를 통해 진행되는 것을 특징으로 하는, 교량의 시계열 신축변위를 이용한 교량상태 모니터링방법.
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