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KR-102961901-B1 - LONGITUDINAL STRAIN MEASUREMENT SYSTEM OF NON-WELDED CIRCULAR MEMBERS USING VIBRATING WIRE STRAIN GAGE

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Abstract

본 발명은 원형 부재에 비용접으로 설치 가능하며 상기 원형 부재의 변형률을 측정하는 진동현식 변형률계를 이용한 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템에 관한 것으로, 상기 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템은, 제1 상부 브라케트 및 제2 상부 브라케트로 분할 구성되며, 상기 원형 부재의 상부면을 감싸도록 설치되는 상부 브라케트; 제1 하부 브라케트 및 제2 하부 브라케트로 분할 구성되며, 상기 원형 부재의 하부면을 감싸도록 설치되는 하부 브라케트; 상기 상부 브라케트와 상기 하부 브라케트를 고정 결합시키는 제1 고정부; 상기 상부 브라케트 내부에 설치되는 제1 변형률 측정부 및 상기 하부 브라케트 내부에 설치되는 제2 변형률 측정부를 포함하며, 상기 원형 부재의 응력에 따른 변형률을 측정하는 변형률 측정부; 및 상기 변형률 측정부를 상기 상부 브라케트 또는 상기 하부 브라케트에 고정시키는 제2 고정부를 포함하되, 상기 변형률 측정부는, 상기 원형 부재의 길이 방향을 따라 정렬되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

Inventors

  • 김균식

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20250710

Claims (5)

  1. 원형 부재에 비용접으로 설치 가능하며 상기 원형 부재의 변형률을 측정하는 진동현식 변형률계를 이용한 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템에 있어서, 상기 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템은, 제1 상부 브라케트 및 제2 상부 브라케트로 분할 구성되며, 상기 원형 부재의 상부면을 감싸도록 설치되는 상부 브라케트; 제1 하부 브라케트 및 제2 하부 브라케트로 분할 구성되며, 상기 원형 부재의 하부면을 감싸도록 설치되는 하부 브라케트; 상기 상부 브라케트와 상기 하부 브라케트를 고정 결합시키는 제1 고정부; 상기 상부 브라케트 내부에 설치되는 제1 변형률 측정부 및 상기 하부 브라케트 내부에 설치되는 제2 변형률 측정부를 포함하며, 상기 원형 부재의 응력에 따른 변형률을 측정하는 변형률 측정부; 상기 변형률 측정부를 상기 상부 브라케트 또는 상기 하부 브라케트에 고정시키는 제2 고정부; 상기 상부 브라케트 및 상기 하부 브라케트 내부에 각각 설치되며, 상기 제1 상부 브라케트와 상기 제2 상부 브라케트 간 정렬 및 상기 제1 하부 브라케트와 상기 제2 하부 브라케트 간 정렬을 가이드 하는 가이드 샤프트; 및 상기 가이드 샤프트를 상기 상부 브라케트 또는 상기 하부 브라케트에 고정시키는 제3 고정부를 포함하되, 상기 변형률 측정부는, 상기 원형 부재의 길이 방향을 따라 정렬되도록 설치되며, 상기 가이드 샤프트는, 상기 상부 브라케트 및 상기 하부 브라케트가 상기 원형 부재에 설치된 이후에는 상기 상부 브라케트 및 상기 하부 브라케트로부터 탈거되는 것을 특징으로 하는, 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 변형률 측정부는, 일단은 상기 제1 상부 브라케트에 고정되고, 타단은 상기 제2 상부 브라케트에 고정되며, 상기 제2 변형률 측정부는, 일단은 상기 제1 하부 브라케트에 고정되고, 타단은 상기 제2 하부 브라케트에 고정되는 것을 특징으로 하는, 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 브라케트와 상기 하부 브라케트 사이에 마련되며 상기 상부 브라케트와 상기 하부 브라케트 간 이격 거리를 일정하게 유지시키는 링 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 가이드 샤프트는, 상기 제1 상부 브라케트와 상기 제2 상부 브라케트 간 정렬을 가이드 하는 제1 가이드 샤프트 및 상기 제1 하부 브라케트와 상기 제2 하부 브라케트 간 정렬을 가이드 하는 제2 가이드 샤프트를 포함하며, 상기 제1 가이드 샤프트는, 한 쌍으로 마련되되, 상기 상부 브라케트의 폭 방향을 기준으로 상기 제1 변형률 측정부가 설치된 위치로부터 소정 거리 이격된 양측에 각각 설치되고, 상기 원형 부재의 길이 방향을 따라 정렬되도록 설치되며, 상기 제2 가이드 샤프트는, 한 쌍으로 마련되되, 상기 하부 브라케트의 폭 방향을 기준으로 상기 제2 변형률 측정부가 설치된 위치로부터 소정 거리 이격된 양측에 각각 설치되고, 상기 원형 부재의 길이 방향을 따라 정렬되도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템.

Description

진동현식 변형률계를 이용한 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템{LONGITUDINAL STRAIN MEASUREMENT SYSTEM OF NON-WELDED CIRCULAR MEMBERS USING VIBRATING WIRE STRAIN GAGE} 본 발명은 진동현식 변형률계를 이용한 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 금속 및 비금속 원형 부재에 용접 없이 변형률계를 설치하여 부재의 손상 없이 종방향 응력을 측정할 수 있으며, 진동현식 변형률계의 대칭 설치 및 평균값 산출을 통해 원형 부재의 휘어짐에 따른 오차를 보정함으로써 종방향 변형률을 정밀하게 측정할 수 있는 진동현식 변형률계를 이용한 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템에 관한 것이다. 토목 및 건축 분야에서는 구조물의 안전성 및 신뢰성 확보를 위해, 원형 지보재, 기둥, 지지 케이블 등 다양한 금속 또는 비금속 원형 부재에 대한 하중 및 응력 측정이 필수적으로 수행되고 있다. 특히 변형률(Strain)을 계측하여 구조물의 상태를 진단하고, 하중 변화에 따른 안정성 평가를 수행하는 기술은 구조물 관리 및 유지보수에 있어 핵심적인 역할을 담당하고 있다. 기존에는 변형률계를 부재에 직접 용접하여 부착한 뒤, 변형률 변화를 측정하고 이를 응력 및 하중으로 환산하는 방식이 일반적으로 사용되어 왔다. 그러나, 변형률계를 용접을 통해 설치하는 기존 방식은 여러 가지 한계를 가지고 있었다. 고온의 용접 작업 과정에서 부재 표면에 손상이나 미세 균열이 발생할 위험이 존재하며, 변형률계 자체가 열에 의해 손상되거나 성능이 저하될 수 있다. 또한, 비금속 재료로 제작된 원형 부재에는 용접이 원천적으로 불가능하여 변형률계를 설치할 수 없는 한계가 있었다. 더불어, 소형 지름의 원형 부재에서는 용접 작업 자체가 기술적으로 어렵고, 작업 중 부재의 구조적 손상을 초래할 가능성도 높았다. 또한, 변형률계의 설치 정밀성 문제가 존재하였다. 변형률계는 원형 부재의 종방향(길이 방향)을 따라 정확히 부착되어야 정확한 응력 측정이 가능하지만, 수작업 설치 과정에서 설치 각도가 틀어지는 경우가 빈번하게 발생했다. 설치 각도 편차는 변형률 측정값에 직접적인 영향을 미치며, 이는 구조물 안정성 평가의 신뢰성을 저하시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 부재에 휘어짐(Bending)이 발생하는 경우, 부착 위치에 따라 압축변형과 인장변형이 불균형하게 나타나, 단일 위치의 변형률 계측만으로는 부재 전체의 종방향 응력을 정확히 산출하기 어려운 문제가 있었다. 이러한 배경 하에서, 금속 및 비금속 재질을 포함하는 다양한 원형 부재에 대해 용접 없이 변형률계를 설치하고, 변형률 측정 과정에서 발생할 수 있는 구조적 변형에 의한 측정 오차를 최소화할 수 있으며, 변형률계를 종방향으로 정확히 정렬 고정할 수 있도록 지원하는 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템의 필요성이 점점 더 부각되고 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동현식 변형률계를 이용한 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템의 평면도이고, 도 2는 도 1의 시스템의 측면도이고, 도 3은 도 1의 시스템의 단면도이고, 도 4는 도 1의 시스템의 상부 브라케트 및 하부 브라케트의 세그먼트 간 비틀림이 발생한 모습을 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 상부 브라케트 및 하부 브라케트의 세그먼트 간 비틀림 발생을 방지하기 위하여 가이드 샤프트가 상기 상부 브라케트 및 하부 브라케트에 각각 설치된 모습을 도시한 것이고, 도 6은 도 1의 시스템의 제1 고정부의 체결에 의해 상부 브라케트 및 하부 브라케트 간 비틀림이 발생한 모습과 이에 따른 원형 부재의 하중 분포를 도시한 것이고, 도 7은 도 6의 상부 브라케트 및 하부 브라케트 간 비틀림 발생을 방지하기 위하여 링 스페이서가 상기 상부 브라케트 및 하부 브라케트 사이에 배치된 모습과 이에 따른 원형 부재의 하중 분포를 도시한 것이다. 이하, 본 발명의 일부 실시 예들은 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 하당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 지금부터는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동현식 변형률계를 이용한 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템에 대해 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동현식 변형률계를 이용한 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템의 평면도이고, 도 2는 도 1의 시스템의 측면도이고, 도 3은 도 1의 시스템의 단면도이고, 도 4는 도 1의 시스템의 상부 브라케트 및 하부 브라케트의 세그먼트 간 비틀림이 발생한 모습을 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 상부 브라케트 및 하부 브라케트의 세그먼트 간 비틀림 발생을 방지하기 위하여 가이드 샤프트가 상기 상부 브라케트 및 하부 브라케트에 각각 설치된 모습을 도시한 것이고, 도 6은 도 1의 시스템의 제1 고정부(130)의 체결에 의해 상부 브라케트 및 하부 브라케트 간 비틀림이 발생한 모습과 이에 따른 원형 부재의 하중 분포를 도시한 것이고, 도 7은 도 6의 상부 브라케트 및 하부 브라케트 간 비틀림 발생을 방지하기 위하여 링 스페이서가 상기 상부 브라케트 및 하부 브라케트 사이에 배치된 모습과 이에 따른 원형 부재의 하중 분포를 도시한 것이다. 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동현식 변형률계를 이용한 비용접형 원형 부재 종방향 변형률 측정 시스템(이하, 시스템)(100)은 상부 브라케트(110), 하부 브라케트(120), 제1 고정부(130), 변형률 측정부(140), 제2 고정부(150), 가이드 샤프트(160), 제3 고정부(170) 및/또는 링 스페이서(180)를 포함할 수 있다. 먼저, 상부 브라케트(110)는 내부에 후술하는 제1 변형률 측정부(141)가 장착되고, 원형 부재의 상부면을 감싸도록 설치될 수 있다. 상부 브라케트(110)는 원형 부재의 상부면에 밀착하여 장착될 수 있도록 반원 형태로 마련될 수 있으며, 상부 브라케트(110)는 제1 상부 브라케트(111)와 제2 상부 브라케트(112)의 두 세그먼트로 분할 구성될 수 있다. 상부 브라케트(110) 내부에는 하나의 제1 변형률 측정부(141)와 한 쌍의 제1 가이드 샤프트(161)가 장착될 수 있다. 구체적으로, 상부 브라케트(110)에는 폭 방향을 기준으로 중심부에 제1 변형률 측정부(141)가 길이 방향을 따라, 즉, 원형 부재의 종방향을 따라 설치된다. 또한, 상부 브라케트(110) 내부에는 상기 제1 변형률 측정부(141)를 기준으로 양측의 일정 거리 이격된 지점에 한 쌍의 제1 가이드 샤프트(161)가 각각 대칭되도록 설치된다. 이때, 제1 변형률 측정부(141)의 일단은 제1 상부 브라케트(111)에 위치하고, 타단은 제2 상부 브라케트(112)에 위치하며 후술하는 제2 상부 고정부에 의해 고정될 수 있다. 이와 마찬가지로, 한 쌍의 제1 가이드 샤프트(161)의 일단은 제1 상부 브라케트(111)에 위치하고, 타단은 제2 상부 브라케트(112)에 위치하며 후술하는 제3 상부 고정부에 의해 고정될 수 있다. 상술한 상부 브라케트(110)에 따르면, 원형 부재의 상부면을 반원 형태로 감싸면서 부재에 손상을 가하지 않고 변형률 측정부(140)를 고정할 수 있으며, 변형률 측정부(140)가 종방향으로 정확하게 정렬되도록 설치함으로써 종방향 변형률의 정밀한 측정이 가능해지는 효과가 있다. 다음으로, 하부 브라케트(120)는 내부에 제2 변형률 측정부(142)가 장착되고, 원형 부재의 하부면을 감싸도록 설치될 수 있다. 하부 브라케트(120)는 상술한 상부 브라케트(110)와 대응되는 구성으로, 상부 브라케트(110)와 같이, 원형 부재의 하부면에 밀착하여 장착될 수 있도록 반원 형태로 마련될 수 있으며, 하부 브라케트(120)는 제1 하부 브라케트(121)와 제2 하부 브라케트(122)의 두 세그먼트로 분할 구성될 수 있다. 또한, 하부 브라케트(120) 내부에는 하나의 제2 변형률 측정부(142)와 한 쌍의 제2 가이드 샤프트(162)가 장착될 수 있다. 구체적으로, 하부 브라케트(120)에는 폭 방향을 기준으로 중심부에 제2 변형률 측정부(142)가 길이 방향을 따라, 즉, 원형 부재의 종방향을 따라 설치된다. 또한, 하부 브라케트(120) 내부에는 상기 제2 변형률 측정부(142)를 기준으로 양측의 일정 거리 이격된 지점에 한 쌍의 제2 가이드 샤프트(162)가 각각 대칭되도록 설치된다. 이때, 상부 브라케트(110)와 같이, 제2 변형률 측정부(142)의 일단은 제1 하부 브라케트(121)에 위치하고, 타단은 제2 하부 브라케트(122)에 위치하며 후술하는 제2 고정부(150)에 의해 고정될 수 있다. 이와 마찬가지로, 한 쌍의 제2 가이드 샤프트(162)의 일단은 제1 하부 브라케트(121)에 위치하고, 타단은 제2 하부 브라케트(122)에 위치하며 후술하는 제3 고정부(170)에 의해 고정될 수 있다. 상술한 하부 브라케트(120)에 따르면, 원형 부재의 하부면을 반원 형태로 감싸면서 부재에 손상을 가하지 않고 변형률 측정부(140)를 고정할 수 있으며, 상부 브라케트(110)와 대칭을 이루어 변형률 측정부(140)의 평균값 산출을 통한 휘어짐 오차 보정이 가능해지는 효과가 있다. 다음으로, 제1 고정부(130)는 상술한 상부 브라케트(110)와 하부 브라케트(120)를 고정 결합시키고, 상술한 상부 브라케트(110) 및 하