KR100317536B1

KR100317536B1 - 광섬유케이블을 이용한 용접부 균열탐지장치

Info

Publication number: KR100317536B1
Application number: KR1019990006529A
Authority: KR
Inventors: 김남식; 조남소
Original assignee: 김윤규, 정주영, 심옥진, 정몽헌; 현대건설주식회사
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2001-12-22
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: KR20000056833A

Abstract

교량의 시공시 또는 사용중인 강구조물의 용접부위에 광섬유케이블을 부착하고 이를 측정장비와 연결하여 상기 강구조물의 용접부위에 균열이 발생되면 그 위치의 광섬유케이블이 절단 또는 파손되는 것에 의하여 빛의 변화량이 측정장비로 모니터링되어 용접부위의 균열 유무 및 위치를 탐지할 수 있도록 하는 광섬유케이블을 이용한 용접부 균열탐지장치를 제공하는데 것으로, 강구조물의 용접부위에 광섬유케이블을 부착하여 이 광섬유케이블이 용접부위의 거동과 일체화되게 하고, 상기 용접부위의 균열에 따라 광섬유케이블이 절단 또는 파손되는 것을 감지하여 모니터링하는 측정장비를 광섬유케이블과 연결하여 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

광섬유케이블을 이용한 용접부 균열탐지장치{optical fiber cable using wilding part crack monitoring system}

본 발명은 교량 등 강구조물의 용접부위가 반복하중에 의한 피로균열이 발생될 때 이를 조기에 발견하여 신속한 보수를 조치함으로서 반복진동이 부과된 강구조물의 내구성을 높이고 사용년수를 증대하며, 동시에 용접부위의 피로균열에 따른 탐지를 간단히 하여 이에 따른 점검비용을 대폭 절감할 수 있도록 하는 광섬유케이블을 이용한 용접부 균열탐지장치에 관한 것이다.

교량 등의 강구조물 용접부위의 균열은 작게는 그 부위의 파손, 크게는 강구조물 전체에 영향을 주어 교량의 성능 저하 및 붕괴에 이르게 하는 원인을 제공하게 된다.

이에 따라 강구조물의 용접부위에 대한 주기적인 점검을 통하여 균열의 위치, 크기 등을 파악하여 이에 대한 적절한 조치를 강구함으로서 교량의 성능 저하를 막고 붕괴에 대한 사고를 미연에 방지할 수 있는 것이다.

상기와 같은 교량 등의 강구조물 용접부의 균열을 검사하는 현재의 방법으로는 육안검사, 초음파 탐상법, 방사선 투과법, 탐상액에 의한 방법이 있다.

육안검사의 경우, 수백 수천 군데나 되는 용접부를 일일이 검사하는데 어려움이 있고(예로, 남해대교 강상판의 Ｕ형 리브 용접 연결개소는 약 1,000개가 넘음), 인건비와 검사시간이 많이 소요된다.

초음파 탐상이나 방사선 투과는 일정한 자격을 갖춘 기술자에 의하여 검사가 이루어지기 때문에 전체적인 용접 균열 검사를 하기에는 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.

그리고 탐상액에 의한 방법은 미세 균열을 찾기가 어려움이 있어 이는 육안검사 결과를 확인하는 차원으로 이용되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 교량의 시공시 또는 사용중인 강구조물의 용접부위에 광섬유케이블을 부착하고 이를 측정장비와 연결하여 상기 강구조물의 용접부위에 균열이 발생되면 그 위치의 광섬유케이블이 절단 또는 파손되는 것에 의하여 빛의 변화량이 측정장비로 모니터링되어 용접부위의 균열 유무 및 위치를 탐지할 수 있도록 하는 광섬유케이블을 이용한 용접부 균열탐지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 강구조물의 용접부위에 광섬유케이블을 부착하여 이 광섬유케이블이 용접부위의 거동과 일체화되게 하고,

상기 용접부위의 균열에 따라 광섬유케이블이 절단 또는 파손되는 것을 감지하여 모니터링하는 측정장비를 광섬유케이블과 연결하여 구성한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 교량의 용접부 균열탐지장치의 구성도.

도 2는 도 1의 'A'부 상세 측면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1강구조물

12, 22 : 용접부위

20 : 제2강구조물

30 : Ｕ형 리브

40 : 광섬유케이블

50 : 측정장비

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 교량의 용접부 균열탐지장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 'A'부 상세 측면도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 교량을 구성하는 제1강구조물(10)과 제2강구조물(20)의 단부에 Ｕ형 리브(30)를 위치시키고 이 Ｕ형 리브(30)의 양단부를 통해 제1강구조물(10)과 제2강구조물(20)을 용접시켜 상기 제1강구조물(10)과 제2강구조물(20)이 서로 연결된다.

이와 같이 상기 Ｕ형 리브(30)를 매개로 하여 제1강구조물(10)과 제2강구조물(20)이 일체로 연결되는 바, 이때 제1강구조물(10)과 제2강구조물(20)에는 Ｕ형 리브(30)와의 용접에 따른 용접부위(12)(22)가 형성된다.

상기와 같이 형성되는 용접부위(12)(22)의 균열유무를 탐지하기 위하여 이 용접부위(12)(22)에 광섬유케이블(40)을 강력접착제(에폭시 등)로 부착시킨다. 이에 따라 상기 광섬유케이블(40)은 용접부위(12)(22)의 거동과 일체화된다.

한편 상기 광섬유케이블(40)은 측정장비(Optical Time Domain Reflectometer :OTDR)(50)와 연결되어 이 측정장비(50)가 상기 광섬유케이블(40)이 절단 또는 파손되는 것을 감지하여 용접부위(12)(22)의 균열유무를 탐지할 수 있도록 구성된다.

상기에서 광섬유케이블(40)의 특징은, 빛을 통해 정보를 전달하는 매개체로서 역할을 하게 되는 바, 투과되는 빛은 광섬유를 따라 벽에 반사되어 일부는 전진하고 일부는 되돌아오며, 그러다가 이상위치(단면감소 및 절단 등)를 지나면서 되돌아오는 빛의 양이 변하게 되며 광섬유의 절단시에는 매질이 달라지게 되어 반사되는 빛의 양이 아주 커지게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 용접부위(12)(22)에 균열이 발생되면 이에 부착되어 거동을 같이 하는 광섬유케이블(40)이 절단됨에 따라 이에 반사되어온 빛의 변화량이 측정장비(50)로 전달되어, 이 측정장비(50)를 통해 용접부위 (12)(22) 균열을 탐지할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 광섬유케이블(40)의 절단에 따라 반사되어온 빛의 변화량을 통하여 광섬유의 이상여부를 탐지할 수 있게 되어 손상위치를 추정할 수 있게 된다. 또한 손상 위치는 빛의 속도와 빛이 왕복한 시간을 통해 손쉽게 추정할 수 있게 된다.상기 광섬유케이블(40)에서 사용되는 광섬유의 특성은, 파단시 변형률이 통상 1%정도(10,000 microstrain)로서, 교량 구조물을 범용 프로그램으로 해석한 결과나 실제로 차량 하중실험을 통해 얻은 부재의 최대 변형률은 대개 200∼300 microstrain 정도를 나타내는 것이 일반적인 경우이다.한편 토목 및 건축 구조물에 사용하는 강구조물의 선팽창계수는 이며, 일반적인 광섬유의 선팽창계수는를 나타낸다. 이 두 재료(즉, 강구조물과 광섬유)가 부착되어 거동할 때 선팽창계수의 차이로 인하여 1℃의 온도변화에 대해 약 40microstrain이 광섬유에 발생하게 된다. 상온을 기준으로 30℃의 온도 변화가 있다면 광섬유에 발생하는 변형률은 1200microstrain이 된다.따라서 광섬유에 발생할 수 있는 가장 불리한 응력 상태를 가정하더라도 변형률의 최대값은 1500microstrain 이하로써, 허용 파단 변형률에 대해 15% 이하이므로 정상적인 상태에서 차량 하중이나 온도 변화에 의하여 절단된 가능성은 극히 희박하다.한편 균열의 탐지는 국부적인 재료의 파단으로 그 곳에서의 변형률은 무한대에 이르러서 변위가 발생하였을 때 광섬유가 같이 절단됨으로서 그 위치를 탐지하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 빛을 통해 정보의 전달 매체로 사용되는 광섬유케이블을 용접부위의 거동과 같이 할 수 있도록 부착하고 이를 측정장비와 연결함으로서 교량 등 강구조물의 용접부위가 반복하중에 의한 피로균열이 발생될 때 이를 조기에 발견하여 신속한 보수를 조치함으로서 반복진동이 부과된 강구조물의 내구성을 높이고 사용년수를 증대하며, 동시에 용접부위의 피로균열에 따른 탐지를 간단히 하여 이에 따른 점검비용을 대폭 절감시키는 효과를 갖는다.

Claims

강구조물(10)(20)을 리브(30)를 매개로 일체 연결하기 위하여 형성된 용접부위(12)(22)에 광섬유케이블(40)을 부착하여 이 광섬유케이블(40)이 용접부위(12) (22)의 거동과 일체화되게 하고,

상기 용접부위(12)(22)의 균열에 따라 광섬유케이블(40)이 절단 또는 파손되는 것을 감지하여 모니터링하는 측정장비(50)를 광섬유케이블(40)과 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 광섬유케이블을 이용한 용접부 균열탐지장치.