๋ฐ์ง์
(Jin Su Park)
1
๊น๋ณํ
(Byeong Hwa Kim)
2โ
-
์ ํ์โค๊ฒฝ๋จ๋ํ๊ต ์ฌํ๊ธฐ๋ฐ์์คํ
๊ณตํ๊ณผ ์์ฌ๊ณผ์
(Kyungnam Universityโคqkrwlstn966@naver.com)
-
์ ํ์โค๊ต์ ์ ์โค๊ฒฝ๋จ๋ํ๊ต ๊ฑด์ค์์คํ
๊ณตํ๊ณผ ๊ต์, ๊ณตํ๋ฐ์ฌ
(Corresponding AuthorโคKyungnam Universityโคbhkim@kyungnam.ac.kr)
Copyright ยฉ 2021 by the Korean Society of Civil Engineers
ํค์๋
์์ํฌ๊ณผ์จ, ํ๋ฆฌ์คํธ๋ ์ค ์ฝํฌ๋ฆฌํธ, ์คํธ๋๋, ๊ธด์ฅ์๋ ฅ
Key words
Permeability of magnetic flux, Prestressed concrete, Strand, Prestress
1. ์ ๋ก
PSC (Prestressed Concrete) ๊ตฌ์กฐ๊ณ๋ ๊ณ ๊ฐ๋ ๊ธด์ฅ์ฌ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ฏธ๋ฆฌ ์ธ์ฅ์๋ ฅ์ ์ฃผ์ด์ ์ฒ ๊ทผ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋จ์ ์ธ ์ธ์ฅ๊ท ์ด์ ํผํ๋ ์์คํ
์ด๋ค.
PSC ๊ตฌ์กฐ๊ณ์ ๊ธด์ฅ์ฌ๋ ์์ ๋์ ์๋ ฅ ์ํ๋ฅผ ์ ์งํ๊ณ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ๊ธด์ฅ์ฌ๋ ์ฆ์ ์์ค๋ฟ๋ง ์๋๋ผ, ํฌ๋ฆฌํ ๋ฐ ๊ฑด์กฐ์์ถ ๋ฑ์ ์๊ฐ์ ์์ค๋ก ์ธํด์
์ง์์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ํ๊ณ ์๋ค. ๊ธด์ฅ์ฌ์ ๊ธด์ฅ์๋ ฅ ์์ค์ PSC ๊ตฌ์กฐ๊ณ ์ ์ฒด ์์คํ
์ ์์ ๋ฌธ์ ๋ฅผ ์ผ๊ธฐํ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ๊ธด์ฅ์ฌ์ ๊ธด์ฅ์๋ ฅ์ ์ฃผ๊ธฐ์ ์ผ๋ก
๋ชจ๋ํฐ๋ง ํ๋ ๊ฒ์ ๋งค์ฐ ์ค์ํ๋ค.
๊ธด์ฅ์ฌ์ ๊ธด์ฅ์๋ ฅ์ ์ถ์ ํ๊ธฐ ์ํ ๋ค์ํ ๋นํ๊ดด ๊ฒ์ฌ ๊ธฐ์ ๋ค์ด ์ฐ๊ตฌ๋์๋๋ฐ(Hiba and Branko, 2019), ์ง๋ ๊ธฐ๋ฒ(Kim and Park, 2007), ์ํฅ๋ฐฉ์ถ ๊ธฐ๋ฒ(Kim et al., 2019a), ์ ๋์ด์ํ ๊ธฐ๋ฒ, EM ๊ธฐ๋ฒ(Kim et al., 2015a), EMI ๊ธฐ๋ฒ(Park et al., 2010), ๋ณํ๋ฅ ๊ธฐ๋ฒ(Kim et al., 2015b), ์ ์๊ธฐ ์ง๋๋ฒ(Li et al., 2018) ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๊ธฐ๋ฒ(Kim et al., 2013) ๋ฑ์ด ์ฃผ๋ชฉ๋๋ค.
์ง๋ ๊ธฐ๋ฒ์ ์ผ์ด๋ธ์ ๊ณ ์ ์ง๋์๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ผ์ด๋ธ ์ฅ๋ ฅ์ ์ถ์ ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด๋ค. ํ์ฅ์ ์ฉ์ ํตํด ์ง๋ ๊ธฐ๋ฒ์ ์ด์ฉํ ์ผ์ด๋ธ ์ฅ๋ ฅ ์ถ์ ์ ํ์ฌ๊น์ง ์ค๋ฌด์
์ ์ฉ๋๊ณ ์๋ค. ์ต๊ทผ์๋ ์ผ์ด๋ธ ์ฅ๋ ฅ ์ถ์ ์ ์ํด ์ธ๊ณต์ ๊ฒฝ๋ง ๋ชจ๋ธ์ ๊ฐ๋ฐํ์๋ค(Kim et al., 2020). ๊ทธ๋ฌ๋ ์ง๋ ๊ธฐ๋ฒ์ ์ฌ์ฅ๊ต ์ผ์ด๋ธ, ํ์๊ต ํ์ด ๋ฐ ๋น๋ถ์ฐฉ PSC์ ๊ธด์ฅ์ฌ ์ฅ๋ ฅ ์ถ์ ์ ์ ์ฉ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋, ๋ถ์ฐฉ์ PSC ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์ฅ๋ ฅ ์ถ์ ์๋
์ ์ฉ์ด ์ด๋ ต๋ค.
์ํฅ๋ฐฉ์ถ ๊ธฐ๋ฒ์ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ํ๋จ์ ์ํด ๋ฐ์๋๋ ํ์ฑํ๋ฅผ ํ์งํ์ฌ PSC๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ํ๋จ ๋ฐ์ ์ฌ๋ถ๋ฅผ ๊ฐ์ํ๋ ์์ ๋ชจ๋ํฐ๋ง ๊ธฐ๋ฒ์ด๋ค. ์ํฅ๋ฐฉ์ถ ๊ธฐ๋ฒ์
PSC ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ ๋ด๋ถ ํ
๋์ ํ๊ดด๊ฑฐ๋(Kim et al., 2019b) ๋ฐ PSC ๊ฑฐ๋๊ต ์์ ์ง๋จ ์ฐ๊ตฌ(Kim et al., 2021) ๋ฑ์ ์ ์ฉ๋์๋ค.
EM (Elasto-Magnetic)๊ธฐ๋ฒ์ EM ์ผ์๋ฅผ ํตํ์ฌ ์๊ธฐํฌ์์จ์ ์ธก์ ํ๊ณ ์ฅ๋ ฅ์ ์ถ์ ํ๋ค. Jeon et al.(2019)์ FCM (Free Cantilever Method) ๊ฐ์ค ๊ฐ๋ด์ ๊ธด์ฅ๋ ฅ ์ถ์ ์ EM ๊ธฐ๋ฒ์ ์ ์ฉํ์๊ณ , Chen et al.(2018)์ PSC ํ
๋์ด ์จ๋๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ธด์ฅ๋ ฅ์ ์ฅ๊ธฐ์์ค์ ๋ํ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ์๋ค. Park et al.(2019)์ PSC ๋ด๋ถ ํ
๋์ ๊ธด์ฅ๋ ฅ ํ๊ฐ๋ฅผ ์ํ ์ ์ ์ EM์ผ์ฑ ๊ธฐ๋ฒ์ ๊ฒ์ฆํ์๋ค.
EMI (Electro Magnetic Interference)๊ธฐ๋ฒ์ PZT (Piezoelectricity) ์์ ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ ๊ธฐ์ ์ํผ๋์ค(Electrical
Impedance)๋ฅผ ์ธก์ ํ๊ณ ์ฅ๋ ฅ์ ์ถ์ ํ๋ค. ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ํ๋ฉด์ ์์ ์ผ์๋ฅผ ๋ถ์ฐฉํ๊ณ ๊ณ ์ฃผํ ์ํผ๋์ค๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ฅ๋ ฅ์ ์ถ์ ํ๋ค(Dang et al., 2019; Na and Baek, 2018; Ryu et al., 2019; Zhu and Scalea, 2016).
๋ณํ๋ฅ ๊ธฐ๋ฒ์ ๊ด์ฌ์ ์ผ์๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ณ์๋ฅผ ๊ณ์ธกํ๊ณ ์ฅ๋ ฅ์ ์ถ์ ํ๋ค. ๊ธฐ์กด ๊ฐ์ฐ์ ์ ์ค์ฌ ๊ฐ์ ์ ๊ฐ์ฌ ํ๋ธ๋ก ๋์ฒดํ๊ณ , FRP๊ด์ฌ์ ์ผ์๋ฅผ ์ค์นํ์ฌ
๊ฐ์ฐ์ ์ ๋ณํ๋ฅ ์ ์ธก์ ํ๋ค(Shen et al., 2018).
์ ์๊ธฐ ์ง๋๋ฒ์ ๊ฐ์ฐ์ ์ ์ธ๋ํด์ค(Inductance)์ ์ปคํจ์ํด์ค(Capacitance)๋ก ๋ชจ๋ธ๋งํ์ฌ ๊ฐ์ฐ์ ์ ๊ธด์ฅ์๋ ฅ์ ์ถ์ ํ๋ค(Chen et al., 2018). ๊ธด์ฅ์๋ ฅ๊ณผ ์ฃผํ์์ ์ฌ์ด๊ฐ ์ ํ๊ด๊ณ์์ ๋ฐํ๋ด์์ง๋ง, ๊ฐ์ฐ์ ์ ๊ธธ์ด์ ๋ฐ๋ผ์๋ ๋ณํ๋๋ ๋ฌธ์ ์ ์ด ์๋ค(Zhang et al., 2019). ์ต๊ทผ์๋ ๊ฐ์ ์ ์ ์ฃผํ ์ํผ๋์ค๋ฅผ ๊ณ์ธกํ์ฌ ๊ธด์ฅ์๋ ฅ์ ์ถ์ ํ ์ ์๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ์ ์๋์๋ค(Nguyen and Kim, 2020).
์์ํฌ๊ณผ์จ ๊ธฐ๋ฒ์ ๊ธด์ฅ์ฌ ๋ด๋ถ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์ธก์ ํ์ฌ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ์ถ์ ํ๋ค. PS ๊ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์ธก์ ํ๊ธฐ ์ํด์ ํ์๊ธฐ ํ๋ก(Magnetic Closed
Loop Circuit)๊ฐ ๊ตฌ์ฑ๋์๊ณ , ๊ธด์ฅ๋ฅ ๊ณผ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์ ํ ๋น๋กํ๋ค๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋์ถํ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ PS ๊ฐ์ ์ ๋ํ ํ์๊ธฐ ํ๋ก ๊ตฌ์ฑ์ด ์ด๋ ต๊ณ ,
์ผ์ ์ธ๊ธฐ ์ด์์ ์๊ธฐ์ฅ์ด ํ๋ฅด๋ ๊ฒฝ์ฐ์๋ง ์๋ต์ ์ ๋ขฐ์ฑ์ด ํ๋ณด๋๋ ๋ฌธ์ ์ ์ด ๋ณด๊ณ ๋์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ด์ธ์ ์จ๋ ๋ฐ ์ผ์ ๊ฐ๊ฒฉ ๊ฐ์ ์ฃผ์ ์ํฅ
์ธ์๋ค์ ๋ํ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ ๋ณด๊ณ ๋์ง ๋ชปํ์๋ค. ํนํ, ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ์จ๋์ ๋ํ ํฐ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ ๋ค์์ ์ฐ๊ตฌ(Kim et al., 2015c; Nguyen and Kim, 2020)์์ ๋ณด๊ณ ๋ ๋ฐ ์๋ค.
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์ ๊ธฐ์กด์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๊ธฐ๋ฒ์ด ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ ๋ฌธ์ ์ ์ ๊ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํ ์ต์ด ์๋๋ก์, ํ์๊ธฐ ํ๋ก ๋์ ์ ๊ฐ์๋ก ํ๋ก(Magnetic Open Loop
Circuit)๋ฅผ ์ด์ฉํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ํ ๊ธฐ์ด์ฐ๊ตฌ๋ก์ ์์ํฌ๊ณผ์จ, ์จ๋ ๋ฐ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ฌ์ด์ ์คํ์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๊ท๋ช
ํ๋ค. PS ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ-์จ๋-๊ธด์ฅ๋ฅ
์ฌ์์ ์คํ์ ์ํธ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ฏธ๋ฆฌ ์๊ณ ์๋ค๋ฉด, ํ์ฅ์์๋ PS ๊ฐ์ฌ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ๊ณผ ์จ๋๋ง์ ๊ณ์ธกํจ์ผ๋ก์จ, PS ๊ธด์ฅ์ฌ์ ํ์ฌ ๊ธด์ฅ์๋ ฅ ์์ค์ ํ๊ฐํ
์ ์๋ค.
2. ์์ํฌ๊ณผ์จ ์คํ์ ์ค์
2.1 ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์ด์ฉํ ๊ธด์ฅ๋ฅ ๊ณ์ธก์๋ฆฌ
์๋ ๋
ธ์ด๋(Solenoid)๋ ์ฝ์ผ(Coil)์ด ์ํตํ ๋ชจ์์ผ๋ก ์ด์ดํ ๊ท ์ผ ๊ฐ๊ฒฉ์ผ๋ก ์ฌ๋ฌ ๋ฒ ๊ฐ๊ธด ๊ธฐ๊ตฌ์ด๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋์ ์ ๋ฅ๋ฅผ ์ธ๊ฐํ๋ฉด, ์ํ๋ฅด์
์ค๋ฅธ๋์ฌ ๋ฒ์น(Ampereโs Right-Handed Screw Rule)์ผ๋ก ์ธํ์ฌ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๋ด๋ถ์ ์์(Magnetic Flux)์ด ํ๋ฅด๊ฒ ๋๋ค.
์ด๋, ์์๋ฐ๋(Magnetic Flux Density)๋ ๋ค์ Eq. (1)๊ณผ ๊ฐ์ด ์ ๋ฅ์ ์ธ๊ธฐ์ ๋จ์๊ธธ์ด ๋น ๋์ ์ ๊ฐ๊ธด ์์ ๋น๋กํ๋ค.
์ฌ๊ธฐ์, $B(T=Wb/m^{2})$๋ ์์๋ฐ๋(Magnetic Flux Density), N์ ์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ฐ์ ํ์, I(A)๋ ์ ๋ฅ, L(m)์
์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ธธ์ด, ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ $\mu_{o}$๋ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๋ด๋ถ๊ฐ ์ง๊ณต์ํ ์ ํฌ์์จ์ ๋ํ๋ธ๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๋ด๋ถ์ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ๊ฐ์ ์์ฑ์ฒด๊ฐ ์กด์ฌํ๋ค๋ฉด,
๊ธด์ฅ์ฌ๋ ์๊ธฐ์ ๋(Magnetic Induction)๋๋ฉฐ, ์๊ธฐ์ ๋๋ ๊ธด์ฅ์ฌ๋ ์ํ๋๋ค. ์ด๋, ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์์๋ฐ๋๋ ๋ค์ Eq. (2)์ ๊ฐ๋ค.
์ฌ๊ธฐ์, $\mu$($H/m$)๋ ์ ์ฒด ํฌ์์จ์ด๋ฉฐ, $\mu_{r}$์ ์๋ ํฌ์์จ๋ก์ ๋ฌด ์ฐจ์์ด๋ค.
์๋ ๋
ธ์ด๋๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๊ณ์ธกํ๋ ์๋ฆฌ๊ฐ Fig. 1์ ๋ณด์ธ๋ค. ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ์ ๋ฅ๋ฅผ ์ธ๊ฐํ๋ฉด, ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋ No.1๋ฒ๊ณผ No.2๋ฒ ๋ด๋ถ์ ์์์ด ํ๋ฅธ๋ค. ์์์ด ํ๋ฅด๋ฉด ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋ No.1,
No.2์ ์ ์๊ธฐ ์ ๋ํ์์ผ๋ก ์ธํ์ฌ ์ ๋๊ธฐ์ ๋ ฅ(Induced Electromotive Force), $V_{1,\:}V_{2}$, ์ด ๋ฐ์ํ๋ค.
๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ์ธก์ ๋ ์ ๋๊ธฐ์ ๋ ฅ์ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ฐ๊ธด ์ฝ์ผ์ ์, N, ์ ์์์ ๋ณํ์จ์ ๋น๋กํ๋ค. ์ด๋ฅผ ํ๋ฌ๋ฐ์ด ๋ฒ์น(Faraday's Law)์ด๋ผ๊ณ
ํ๋ฉฐ(Griffiths, 2019), ๋ค์ Eq. (3)๊ณผ ๊ฐ๋ค.
Fig. 1. Measuring Principle of Permeability of Magnetic Flux
๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ณ์ธก๋ ์ ๋๊ธฐ์ ๋ ฅ์ ์์น ์ ๋ถํ๋ฉด, ๊ธด์ฅ์ฌ์ ํ๋ฅด๋ ์์์ ๋ค์ Eq. (4)์ ๊ฐ์ด ์ฐ์ ํ ์ ์๋ค.
๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋ No.1์์ ์ฐ์ ๋ ์์์ $\phi_{1}$์ด๋ผ ํ๊ณ , ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋ No.1์ผ๋ก ๋ถํฐ ๊ฐ๊ฒฉ $s$๋งํผ ๋จ์ด์ง ๊ณณ์ ์์นํ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋
No.2์์ ์ฐ์ ๋ ์์์ $\phi_{2}$๋ผ ํ์. Eq. (5)์ ๊ฐ์ด ๋ ์ง์ ์ฌ์ด์ ์์์ด ํต๊ณผํ๋ ๋ฐฑ๋ถ์จ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ(Permeability of Magnetic Flux), $p$,๋ก ์ ์ํ๋ค.
๋ํ, Eq. (6)๊ณผ ๊ฐ์ด ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋๋น ๋์
๋ ๊ธด์ฅ์๋ ฅ์ ์์ค์ ๊ธด์ฅ๋ฅ (Prestressing Ratio), $r$,๋ก ์ ์ํ๋ค.
์ฌ๊ธฐ์, $f$์ ๋์
๋ ๊ธด์ฅ์๋ ฅ์ด๋ฉฐ, $f_{u}$๋ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค.
2.2 ์คํ๊ฐ์
Fig. 2๋ ์คํ ๊ฐ์๋๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ธด์ฅ์ฌ๋ ๋ง๋ฅ์ฌ๋ฃ์ํ๊ธฐ(Universal Testing Machine)์ ์ง๊ทธ(Jig)๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์๊ธฐ๋ฐฉ์์ผ๋ก ์ ์ฐฉ๋์๋ค.
์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ(Solenoid Pipe)๋ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์ธก์ ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ๊ธด์ฅ์ฌ ๋๋ ์ ์ฅ์ฐฉ๋์๋ค. ์์ฒด ์ ์๋ ํญ์จ๊ธฐ(Temperature
Chamber)๊ฐ ๊ธด์ฅ์ฌ ์จ๋๋ฅผ ์ ์ดํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ๋ง๋ฅ์ฌ๋ฃ์ํ๊ธฐ์ ์ค์น๋์๋ค. RTD (Resistance Thermometer)๋ ํญ์จ๊ธฐ ๋ด๋ถ์ ๊ธด์ฅ์ฌ
์จ๋๋ฅผ ๊ณ์ธกํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ค์น๋์๋ค. ์ ์๊ณต๊ธ์ฅ์น(Power Supply)๋ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ต๋ฅ์ ์์ ๊ณต๊ธํ๋ค. ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ณต๊ธ๋ ๊ต๋ฅ์ ์์
๊ธด์ฅ์ฌ์ ์์์ ํ๋ฅด๊ฒ ํ๋ค. ๊ต๋ฅ๋ก ์ธํ์ฌ ๋ณ๋๋๋ ์์์ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ์ ๋๊ธฐ์ ๋ ฅ์ ๋ฐ์์ํค๊ณ , ๋ฐ์ดํฐ๋ก๊ฑฐ(Data Logger)๋ฅผ ํตํ์ฌ ์ํ๋ง๋
์ ์์ด ๋
ธํธ๋ถ์ ๊ธฐ๋ก๋์๋ค.
๊ธด์ฅ์ฌ์ ๊ธด์ฅ์๋ ฅ์ ๋์
ํ๊ธฐ ์ํด์ ์ฌ์ฉ๋ ๋ง๋ฅ์ฌ๋ฃ์ํ๊ธฐ๋ Instron์ฌ์ ๋ชจ๋ธ 4485 (Instron, 2012)๊ธฐ์ข
์ด๋ค. ๊ธด์ฅ์ฌ์ ๊ธด์ฅ์๋ ฅ์ ์ธ์ฅ์ํ๊ธฐ์ ์๋์ปจํธ๋กค๋ฌ๋ฅผ ์ง์ ์กฐ์ํ์ฌ ๋์
๋์๋ค.
Fig. 3์ ๋ณธ ์คํ์ ์ํ์ฌ ํน์ ์ ์๋ ์ง๊ทธ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ง๊ทธ๋ ๊ธด์ฅ์ฌ๊ฐ ์ธ์ฅ๊ธฐ์ ํ๊ณ ํ ์ ์ฐฉ๋ ์ ์๋๋ก ๋์์ฃผ๋ ๊ธฐ๊ตฌ์ด๋ค. ์ง๊ทธ๋ ๊ฐ์ฌ SS400์
์ฌ๋ฃ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ ์๋์๋ค.
Figs. 4 and 5๋ ๊ฐ๊ฐ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์ธก์ ํ๊ธฐ ์ํ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ์ ์ ์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ๋ 3D CAD๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์์ฒด ์ค๊ณ๋์๊ณ , 3D
ํ๋ฆฐํฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ PLA+ ํ๋ผ๋ฉํธ ์ฌ์ง๋ก ์ ์๋์๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ์ ๋ด๊ฒฝ์ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์ธ๊ฒฝ๋ณด๋ค ์กฐ๊ธ ์ปค์ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ๋ ์ฝ๊ฐ์
๊ฐญ(Gap)์ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ก ์ด๊ฒฉ ๋์ด์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๊ธด์ฅ์ฌ๊ฐ ์ธ์ฅ์ด ๋์ด ๋์ด๋๋ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ์ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ์ด ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์ง๋๋ค.
Fig. 3. Jigs for PS Steel
Fig. 4. Solenoid Pipe for PS Wire (unit: mm)
Fig. 5. Solenoid Pipe for PS Strand (unit: mm)
Table 1์ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ์ ์ ์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ๋ ํ ๊ฐ์ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๋ ๊ฐ์ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ตฌ์ฑ์๋ ์๋๋ฉ์ ์ด
์ฌ์ฉ๋์๋ค. ์๋๋ฉ์ ์ ์ง๊ฒฝ์ 0.3 mm์ด๊ณ , ์๋ ๋
ธ์ด๋์ ํญ๊ณผ ๊ฐ๊ฒฉ์ ๊ฐ๊ฐ 10 mm๊ณผ 5 mm์ด๋ค.
Table 1. Specification of Solenoid Pipe
|
PS Wire
|
PS Strand
|
Inner Diameter (mm)
|
8
|
16
|
Outer Diameter (mm)
|
10
|
18
|
Number of Turns (N)
|
200
|
200
|
Fig. 6์ ๋ง๋ฅ์ฌ๋ฃ์ํ๊ธฐ์ ์ค์น๋ ํญ์จ๊ธฐ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ํญ์จ๊ธฐ๋ ์์ฒด ์ ์๋์๋๋ฐ, ์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ ์คํ
์ธ๋ฆฌ์ค ๋ฐํธ(Stainless Steel Vat) ์ฌ์ด์
๋ด์ด์ค๋ฆฌ์ฝ(Heat Resistant Silicone)์ผ๋ก ๋ด๋ถ๊ฐ ์ฑ์์ก๋ค. ํญ์จ๊ธฐ์ ์จ๋์กฐ์ ์ ์ํ์ฌ PVC (Polyvinyl Chloride)์ฉ์ ๊ธฐ์ธ
KUNGSUNG์ฌ์ ๋ชจ๋ธ W-80-HOT-JET (Kongsung, 2021)์ด ์ฌ์ฉ๋์๋ค. ํญ์จ๊ธฐ์ ์จ๋๋ ์จ๋์ผ์ NTC (Negative Temperature Coefficient of Resistance)์ JKCORP์ฌ์
์ฝ์ผํธํ ๋์งํธ ์จ๋์กฐ์ ๊ธฐ(JKCORP, 2021)๋ฅผ ์กฐํฉํ์ฌ ์๋์ผ๋ก ์ ์ด๋์๋ค.
Fig. 6. Temperature Chamber for PS Wire
2.3 Test No.1 ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๋ฐฐ์น ๊ฐ๊ฒฉ์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋
Fig. 7์ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ์ ์ ์์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ๋ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๋ฐฐ์น ๊ฐ๊ฒฉ์ ๋ํ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ฅผ ์ธก์ ํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ ์๋์๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋์
ํญ๊ณผ ๊ฐ๊ฒฉ์ 10 mm์ด๋ค. ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์์ ์ธ๊ฐ๋ ์์์ ๊ฐ์ ์ ํ๊ณ ํ๋ฅด๋ค๊ฐ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์์ ์ธก์ ๋๋ค. Table 2๋ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋ No.1์ ๊ธฐ์ค์ผ๋ก ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ฐ๊ฒฉ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ ์๊ณต๊ธ์ฅ์น๋ KIKUSUI์ฌ์ ๋ชจ๋ธ PCR-500M (KIKUSUI, 2020)์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ต๋ฅ์ ์์ ๊ณต๊ธํ์ฌ ์์์ ๋ณํ์จ์ ๋ฐ์์์ผฐ๋ค. ๊ต๋ฅ์ ์์ ์ ์, ์ ๋ฅ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ฃผํ์๋ ๊ฐ๊ฐ 50 V, 0.91 A
๊ทธ๋ฆฌ๊ณ 50 Hz์ด๋ค.
๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ์ ์์ ์ ์์ธก์ ๋ชจ๋ธ NI9239 (National Instruments, 2012)๊ณผ ๋ฐ์ดํฐ๋ก๊ฑฐ cDAQ-9174๋ฅผ ์กฐํฉํ์ฌ ๊ณ์ธก๋์๋ค. ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ์ ์ ์๊ฐ ์ด๋ ฅ์ ์์ฒด ํ๋ก๊ทธ๋๋ฐํ LabVIEW ์ฝ๋๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์์ง๋์๋ค.
์์ํฌ๊ณผ์จ ๊ณ์ธก์ ์ฌ์ฉ๋ PS ๊ฐ์ ์ ์ธ์ฅ๊ฐ๋($f_{u}$)์ ์ง๋ฆ์ ๊ฐ๊ฐ 1860 MPa์ 7 mm์ด๋ค. ๊ฐ์ ์ ์ถ๋ฐฉํฅ์๋ ฅ์ ๋ง๋ฅ์ฌ๋ฃ์ํ๊ธฐ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ
๋จ๊ณ๋ณ๋ก ๋์
๋์๋ค. ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ์ฝ 40 ~ 80 %์ ๋ฒ์์์ ์ฝ 7 %์ฉ ๋์
์๋ ฅ์ ์ฆ๊ฐ์์ผ๊ฐ๋ฉด์ ์ด 7ํ ์คํํ์๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ณต์ฉ์ค์ธ PSC์
์ฆ์ ์์ค ๋ฐ ์๊ฐ ์์ค ํ์ ์์กด ์๋ ฅ์ด ๋๋ต ์ธ์ฅ๊ฐ๋ ๋๋น 50 ~ 60 %์ ๋ฒ์์ ์๋ค. ์ด๋ฌํ ์ด์ ๋ก ๊ธด์ฅ๋ฅ ์คํ ๋ฒ์๊ฐ ๊ฒฐ์ ๋์๋ค.
Fig. 7. Solenoid Pipe for Test No.1
Table 2. Sensing Solenoid Interval of Test No.1
|
Sensing Solenoid Interval (mm)
|
$s_{1}$
|
10
|
$s_{2}$
|
30
|
$s_{3}$
|
50
|
$s_{4}$
|
70
|
2.4 Test No. 2 ๊ฐ์ ์จ๋๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ํฌ๊ณผ์จ
๊ธด์ฅ์ฌ๋ ์ธ์ฅ๊ฐ๋์ ์ง๋ฆ์ด ๊ฐ๊ฐ 1860 MPa์ 7 mm์ธ ๊ฐ์ ์ด ์ฌ์ฉ๋์๋ค. ๊ฐ์ ์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ง๋ฅ์ฌ๋ฃ์ํ๊ธฐ๋ฅผ ํตํด ๋จ๊ณ๋ณ๋ก ๋์
๋์๋ค. ๊ฐ์ ๊ณผ
์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ๊ฐ ์ด๊ฒฉ๋์ด ์์ผ๋ฏ๋ก, ๊ฐ์ ์ด ๊ธด์ฅ๋์ด ๋์ด๋๋๋ผ๋ ๋ ๊ฐ์ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ์ ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์ง๋๋ค. ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ 25 ~ 80 %์
๋ฒ์์์ 15 %์ฉ ์ฆ๊ฐ๋์๋ค.
Fig. 8์ Test 2์ ์คํ์ ์ํ์ฌ ์์ฒด ์ ์๋ ํญ์จ๊ธฐ ๋ด๋ถ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ํญ์จ๊ธฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์ฃผ๋ณ ์จ๋๋ฅผ ์ ์ดํ ์ ์๋ค. ํญ์จ๊ธฐ ๋ด๋ถ์ ์ดํ์
๊ฐํ์ฌ, ํญ์จ๊ธฐ ๋ด๋ถ์จ๋๋ฅผ 25 ~ 60 ยฐC๊น์ง ์กฐ์ ํ ์ ์๋ค. ํญ์จ๊ธฐ ๋ด๋ถ์จ๋๋ ์จ๋์ปจํธ๋กค๋ฌ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์๋ ์ ์ด๋๋ค. ํญ์จ๊ธฐ ๋ด๋ถ์จ๋๋ NI์ฌ
์จ๋์ธก์ ๋ชจ๋ธ NI9219์ ๋ฐ์ดํฐ ๋ก๊ฑฐ cDAQ-9174 ์กฐํฉ์ผ๋ก ๊ณ์ธก๋์๋ค.
Fig. 8. Chamber for PS Wire
์์ํฌ๊ณผ์จ์ Fig. 4์ ๋ณด์ด๋ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ณ์ธก๋์๋ค. ์ ์๊ณต๊ธ์ฅ์น๋ก๋ถํฐ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ต๋ฅ๊ฐ ๊ณต๊ธ๋์๋ค. ๊ณต๊ธ๋ ๊ต๋ฅ์ ์ ์, ์ ๋ฅ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ฃผํ์๋
๊ฐ๊ฐ 50 V, 0.91 A ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ 50 Hz์ด๋ค. ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์์ ๋ฐ์๋ ์์์ ๊ฐ์ ์ ํ๊ณ ํ๋ฅด๋ค๊ฐ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์์ Eq. (3)๊ณผ ๊ฐ์ด ๊ธฐ์ ๋ ฅ์ ๋ฐ์์ํค๊ณ , ์ข
๊ตญ์๋ ๋ฐ์ดํฐ๋ก๊ฑฐ๋ฅผ ํตํด์ ๋
ธํธ๋ถ ์ปดํจํฐ์ ์ ์ ์๊ฐ์ด๋ ฅ์ผ๋ก ๊ธฐ๋ก๋๋ค.
2.5 Test No.3 ๊ฐ์ฐ์ ์จ๋๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ํฌ๊ณผ์จ
๊ธด์ฅ์ฌ๋ SWPC 7B 12.7 mm ๊ฐ์ฐ์ ์ด ์ฌ์ฉ๋์๋ค. ์์ํฌ๊ณผ์จ์ Fig. 5์ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ํ์ดํ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ฐ์ ๋์๋ค. ๊ฐ์ฐ์ ์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ 20 ~ 75 %๊น์ง ์ฝ 11 % ์ฉ ์ฆ๊ฐ๋์๋ค.
๊ฐ์ฐ์ ์ ์จ๋๋ณํ์ ๋ํ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ด ์ฐ์ ๋์๋ค. ๊ทธ ๋ฐ์ ์คํ์กฐ๊ฑด์ ๊ฐ์ ์จ๋๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ํฌ๊ณผ์จ ์คํ๊ณผ ๋์ผํ๋ค.
3. ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ
3.1 Test No.1 ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ํฌ๊ณผ์จ ์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ
๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ฐ๊ฒฉ์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ด ์ฐ์ ๋์๋ค. Fig. 9๋ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์คํ์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. Fig. 6๊ณผ ๊ฐ์ด 4 ์ข
๋ฅ์ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ ๋ฐ 7 ๋จ๊ณ์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ์ฌ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ด ๊ณ์ธก๋์๋ค. ๊ณ์ธก๊ฒฐ๊ณผ๋ก๋ถํฐ ๊ธด์ฅ๋ฅ ๊ณผ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์ ํ ๋น๋กํ๋ ๊ฒ์ด
ํ์ธ๋๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ, $s_{1}$,์์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ด 42.50 % ์ฆ๊ฐ ์์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ 4.29 % ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ ๊ฐ์ ์
์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๋ณํ๋ 4.29 %๋ฅผ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ณํ๋ 42.50 %๋ก ๋๋์ด ์ป์ ์ ์๋๋ฐ, ๋๋ต 0.10์ด๋ค.
Fig. 10์ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ์ ๋ํ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ด ๋น๋กํ์ฌ ์ฆ๊ฐํ๋ค. ๊ธด์ฅ๋ฅ 67.83
%์์ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ์ด 60 mm ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ 46.47 % ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ์ ๋ํ ๊ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ 0.79์ด๋ค.
Fig. 9. Permeability of Magnetic Flux according to Prestressing Ratio
Fig. 10. Permeability of Magnetic Flux according to Solenoid Interval
3.2 Test No.2 ๊ฐ์ ์จ๋๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ํฌ๊ณผ์จ ์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ
ํน์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์กฐ๊ฑดํ์์ ์จ๋๋ฅผ ๋ณํ์ํค๋ฉด์ ์ธก์ ๋ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ด ๋น๊ต๋์๋ค. ์คํ์ ์ฌ์ฉ๋ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์์ค๊ณผ ์จ๋๋ ๊ฐ๊ฐ ์ด 5๋จ๊ณ์ ์ด 8๋จ๊ณ์ด๋ค. ํญ์จ๊ธฐ๋ฅผ
ํตํ์ฌ 25 ~ 60 ยฐC๊น์ง 5 ยฐC์ฉ ์จ๋๋ฅผ ๋์ฌ๊ฐ๋ฉฐ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ด ์ธก์ ๋์๋ค. Fig. 11์ ๊ฐ์ ์ ๋์
๋ ๊ธด์ฅ๋ฅ ๊ณผ ์์ํฌ๊ณผ์จ ์ฌ์ด์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋ชจ๋ ์จ๋์์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ์ ์ฆ๊ฐํ๋ค. ์จ๋ 30 ยฐC์์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ด
58.65 % ์ฆ๊ฐ ์์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ 5.39 % ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ ๊ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ 0.09์ด๋ค. ์ด๋ Test No. 1์์
์ฐ์ ๋ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋ 0.1๊ณผ ๋งค์ฐ ์ ์ฌํ ๊ฐ์ด๋ค.
Fig. 12๋ ์จ๋์ ๋ํ ๊ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋ชจ๋ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์์ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๊ฐ์ํ์๋ค. ๊ธด์ฅ๋ฅ 68.935 %์์ ์จ๋๊ฐ
35 ยฐC์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ 1.14 % ๊ฐ์ํ์๋ค. ์จ๋์ ๋ํ ๊ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ โ0.03์ด๋ค.
Fig. 11. Permeability of Magnetic Flux according to Prestressing Ratio of PS Wire
Fig. 12. Permeability of Magnetic Flux according to Temperature of PS Wire
3.3 Test No. 3 ๊ฐ์ฐ์ ์จ๋๋ณํ์ ๋ค๋ฅธ ์์ํฌ๊ณผ์จ ์ธก์ ๊ฒฐ๊ณผ
6๋จ๊ณ์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ์ฌ, 25 ~ 60 ยฐC๊น์ง 5 ยฐC์ฉ ์จ๋๋ฅผ ๋ณํ์ํค๋ฉฐ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ด ์ธก์ ๋์๋ค. ๊ทธ ๋ฐ์ ์คํ์ ์กฐ๊ฑด์ Test No.2์
๊ฐ์ ์จ๋๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ํฌ๊ณผ์จ๊ณผ ๋์ผํ๋ค.
Fig. 13์ ๊ฐ์ฐ์ ์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ๊ณผ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๋ชจ๋ ์จ๋์กฐ๊ฑด์์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ ๊ฐ์ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์ ํ ๋น๋กํ์๋ค. ์จ๋ 30 ยฐC์์ ๊ธด์ฅ๋ฅ
55.12 % ์ฆ๊ฐ ์์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ 4.95 % ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ ๊ฐ์ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ 0.09์ด๋ค.
Fig. 14๋ ๊ฐ์ฐ์ ์ ์จ๋๋ณํ์ ๋ํ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๋ชจ๋ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์์ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ด ๊ฐ์ํ์๋ค. ๊ธด์ฅ๋ฅ 64.01 %์์ ์จ๋๊ฐ
35 ยฐC ์ฆ๊ฐ ์์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ 0.92 % ๊ฐ์ํ์๋ค. ์จ๋์ ๋ํ ๊ฐ์ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ โ0.03์ด๋ค.
Fig. 13. Permeability of Magnetic Flux according to Prestressing Ratio of PS Strand
Fig. 14. Permeability of Magnetic Flux according to Temperature of PS Strand
3.4 ๋ถ์
Test No.1์์๋ ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ์ ๋ํ์ฌ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๋ฏผ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฒํ ๋์๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ด ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ์๋ ๋
ธ์ด๋
๊ฐ๊ฒฉ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋ ๋ณด๋ค ํจ์ฌ ๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ๊ธด์ฅ๋ฅ ๊ณผ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ฌ์ด์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ์ฐ์ ํ๊ธฐ ์ํด์๋
๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ฐ๊ฒฉ์ด ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์ง๋์ด์ผ ํจ์ ์ ์ ์๋ค.
Test No.2์์๋ ์จ๋๋ณํ ๋ฐ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ ๊ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฒํ ๋์๋ค. Fig. 15๋ ๊ฐ์ ์ ์จ๋, ๊ธด์ฅ๋ฅ ๋ฐ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์๊ด๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๊ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋น๋กํ๊ณ , ์จ๋์ ๋ฐ๋น๋กํ์๋ค.
Test No.3์์๋ ์จ๋๋ณํ ๋ฐ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ ๊ฐ์ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฒํ ๋์๋ค. Fig. 16์ ๊ฐ์ฐ์ ์ ๊ธด์ฅ๋ฅ , ์จ๋ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์๊ด๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. Test No.2์ ๋ง์ฐฌ๊ฐ์ง๋ก ๊ฐ์ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋น๋กํ๊ณ , ์จ๋์
๋ฐ๋น๋กํ์๋ค.
Table 3์ Test No.1๊ณผ Test No.2์์ ๋์ถ๋ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ๊ฐ์ ๊ณผ ๊ฐ์ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ ๊ฑฐ์ ์ผ์นํ๋ค. ์ํ์ฒด์
๊ฐ์ข
๋ฐ ๊ผฌ์๊ณผ ๊ฐ์ ๊ธฐํ ํ์์ด ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ๋ฏธ๋ฏธํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด์ธ๋ค.
Fig. 15. The Permeability of Magnetic Flux to Temperature and Prestressing Ratio of PS Wire
Fig. 16. The Permeability of Magnetic Flux to Temperature and Prestressing Ratio of PS Strand
Table 3. Sensitivity of Permeability of Magnetic Flux
|
PS Wire
|
PS Strand
|
Temperature (ยฐC)
|
-0.03
|
-0.03
|
Prestressing Ratio (%)
|
0.09
|
0.09
|
์จ๋์ ๋ํ ๊ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ณด๋ค ๋๋ต 30 %์ ๋ ๋ฎ๋ค. ์ด๋ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๊ณ์ธกํ์ฌ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ์ถ์ ํ ๊ฒฝ์ฐ์ ๋ฌด์ํ
์ ์๋ ์ ๋์ด๋ฏ๋ก ํ์ฅ์ ์ฉ ์ ๊ฐ์ ์ ์จ๋ ๊ณ์ธก๊ณผ ๋ณด์ ์ ๋ฐ๋์ ํ์ํ๋ค.
4. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ธด์ฅ๋ฅ ๋ฐ ์จ๋๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๊ฐ ์คํ์ ์ผ๋ก ์กฐ์ฌ๋์๋ค. ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ์ถ์ ํ๊ธฐ ์ํด์ 3์ข
๋ฅ์ ์คํ์ด
์ํ๋์๋ค. Test No.1์์๋ ๊ฐ์ง์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๋ค์ํ ๊ฐ๊ฒฉ ๋๋น ์์ํฌ๊ณผ์จ์ด ๊ณ์ธก๋์๋ค. Test No.2์ Test No.3์ ์คํ์ ๊ฐ๊ฐ
๊ฐ์ ๊ณผ ๊ฐ์ฐ์ ์ ๋ํ์ฌ ๊ธด์ฅ๋ฅ ๋ฐ ์จ๋๋ณํ์ ๋ํ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๋ฏผ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฒํ ๋์๋ค. ์คํ๊ฒฐ๊ณผ๋ก๋ถํฐ ๋ค์ ๋ค ๊ฐ์ง์ ๊ฒฐ๋ก ์ ์ด๋ฅธ๋ค.
์ฒซ์งธ, ์๋ ๋
ธ์ด๋ ๊ฐ๊ฒฉ์ด ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ๋งค์ฐ ํฌ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๊ณ์ธกํ์ฌ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์๋ ฅ์ ์ถ์ ํ ๊ฒฝ์ฐ์ ์๋ ๋
ธ์ด๋์ ๊ฐ๊ฒฉ์ ๊ณ ์ ํ์ฌ์ผ
ํ๋ค.
๋์งธ, ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋น๋กํ๋ฉฐ, ์จ๋์ ๋ฐ๋น๋กํ๋ค. ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ ๊ฐ์ ๊ณผ ๊ฐ์ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๋ ๊ฑฐ์ ๋์ผํ๋ค.
์
์งธ, ์จ๋๊ฐ ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๋ฏธ์น๋ ์ ๋๋ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ด ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ๋๋ต 30 % ์ ๋๋ก ๋ฌด์ ๋ชป ํ ์์ค์ด๋ค. ํ์ฅ์์ ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์ ํํ
์์ํฌ๊ณผ์จ ๊ณ์ธก์ ์ํด์๋ ์จ๋ ๊ณ์ธก๊ณผ ์จ๋๋ณด์ ์ด ๋ฐ๋์ ํ์ํ๋ค.
๋ท์งธ, ์จ๋ ๋ฐ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ ๋ํ ๊ฐ์ ๊ณผ ๊ฐ์ฐ์ ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ ๋ฏผ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฑฐ์ ๋์ผํ์๋ค. ์ด๋ ์ํ์ฒด์ ๊ฐ์ข
๋ฐ ๊ผฌ์๊ณผ ๊ฐ์ ๊ธฐํ ํ์์ด ์์ํฌ๊ณผ์จ์ ๋ฏธ์น๋
์ํฅ์ ๋ฏธ๋ฏธํ๋ค.
PS ๊ธด์ฅ์ฌ์ ์์ํฌ๊ณผ์จ, ์จ๋ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ฌ์ด์ ์คํ์ ์ํธ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ฏธ๋ฆฌ ์๊ณ ์๋ค๋ฉด, ์จ๋์ ์์ํฌ๊ณผ์จ๋ง์ ๊ณ์ธกํ์ฌ PS ๊ธด์ฅ์ฌ์ ๊ธด์ฅ์๋ ฅ์
์ง์ ๊ณ์ธกํ ์ ์๋ค. ์ด๋ ๋ณํ๋ฅ ๊ณ์ธก ์์ด ์๋ ฅ์ ์ง์ ๊ณ์ธกํ๋ ๋ถ์ผ์ ์ ์ฉ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค. ์๋ฅผ ๋ค๋ฉด, ํฌ์คํธํ
์
PSC๊ตฌ์กฐ๋ฌผ, ๊ทธ๋ผ์ฐํ
ํ ๋ํธ
๋ด์ ์๋ ํ
๋, ์ด์ค ์ต์ปค, ์ฌ์ฅ๊ต ๊ฒฝ์ฌ ์ผ์ด๋ธ, ํ์๊ต ํ์ด ๋ฐ ์ฃผ์ผ์ด๋ธ, ์๋ฆฌ๋ฒ ์ดํฐ ๋กํ ๋ฑ์ ํ์ฉํ ์ ์๋ค.
์์ํฌ๊ณผ์จ๊ณผ ๊ธด์ฅ๋ฅ ์ฌ์ด์ ์ด๋ก ์ ๋ฐฐ๊ฒฝ์ ์์ง ํ๋ฆฝ๋์ง ๋ชปํ์์ผ๋ฏ๋ก, ํฅํ ์ด์ ๋ํ ์ถ๊ฐ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ๊ธฐ๋ํ๋ค.
๊ฐ์ฌ์ ๊ธ
์ด ์ฐ๊ตฌ๋ ํ๊ตญ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋จ(NRF-2018R1D1A1B07043521)์ ์ง์์ ๋ฐ์์ต๋๋ค.
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์ 2021 CONVENTION ๋
ผ๋ฌธ์ ์์ ยท๋ณด์ํ์ฌ ์์ฑ๋์์ต๋๋ค.
References
Chen D., Zhang B., Li X., Tu C., Yuan C., Li W., Zhou Z., Liang Z. (2018). "A stress
measurement method for steel strands based on LC oscillation.", Advances in Materials
Science and Engineering, Vol. 2018, pp. 1-8
Dang N. L., Huynh T. C., Kim J. T. (2019). "Local strand-breakage detection in multi-strand
anchorage system using an impedance- based stress monitoring method-feasibility-study.",
Sensors, Vol. 19, No. 5, pp. 1054
Griffiths D. J. (2019). "Introduction to electrodynamics", Bookshill (in Korean)
Hiba A. J., Branko G. (2019). "Monitoring of prestressing forces in prestressed concrete
structures-An overview.", Structural Control Health Monitoring, Vol. 26, No. 8, pp.
1-27
Instron (2012). "Instron 4485", Available at: https://www.instron.com/en/ (Accessed:
November 19, 2021)
Jeon K. Y., Kwon S. H., Kim K. D., Baek J. B., Kim J. K., Park S. H. (2019). "Monitoring
method for pre-stressing temporary steel bar of FCM using EM sensor.", Journal of
the Korean Society of Civil Engineers, KSCE, Vol. 67, No. 12, pp. 76-82 (in Korean)
JKCORP (2021). "Outlet type digital thermostat", Available at: https://smartstore.naver.com/_jkcorporation
(Accessed: November 19, 2021).
KIKUSUI (2020). "PCR-500M", Available at: https://www.kikusui.co.jp/en/ (Accessed:
November 19, 2021)
Kim B. H., Park T. H. (2007). "Estimation of cable tension force using the frequency-based
system identification method.", Journal of Sound and Vibration, Vol. 304, No. 3-5,
pp. 660-676
Kim B. H., Joh C. B., Lee D. H. (2013). "A feasibility study for estimating prestressed
stress on a steel wire Using permeability of magnetic flux.", Journal of the Earthquake
Engineering Society of Korea, Vol. 17, No. 93, pp. 219-225
Kim D. H., Hong Y. K., Seo D. W., Jung S. K. (2021). "Safety diagnosis and evaluation
technique for PSC bridges using acoustic emission technique.", Journal of the Korean
Society for Nondestructive Testing, Vol. 41, No. 1, pp. 25-38
Kim D. H., Hong Y. K., Seo D. W., Park T. K. (2019a). "Integrity evaluation technology
of PSC bridge tendons using acoustic emission technique.", Journal of the Korean Society
for Nondestructive Testing, Vol. 39, No. 1, pp. 37-44 (in Korean)
Kim D. H., Hong Y. K., Seo D. W., Kim J. H. (2019b). "Fracture behavior of internal
tendon in PSC structure using acoustic emission technique.", Journal of the Korean
Society for Nondestructive Testing, Vol. 39, No. 6, pp. 362-368 (in Korean)
Kim K. J., Park Y. S., Park S. W. (2020). "Development of artificial neural network
model for estimation of cable tension of cable-Stayed bridge.", Journal of the Korea
Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 21, No. 3, pp. 414-419 (in Korean)
Kim J. K., Park J. Y., Zhang A., Lee H. W., Park S. H. (2015a). "Prestressing loss
management for PSC girder tendon based on EM sensing.", Journal of the Computational
Structural Engineering Institute of Korea, Vol. 28, No. 4, pp. 369-374 (in Korean)
Kim S. T., Park Y. H., Park S. Y., Cho K. H., Cho J. R. (2015b). "A sensor-type PC
strand with an embedded FBG sensor for monitoring prestress forces.", Sensors, Vol.
15, No. 1, pp. 1060-1070
Kim H. W., Kim J. M., Choi S. Y., Park S. Y., Lee H. W. (2015c). "Long term monitoring
of prestressing tension force in post-tension UHPC bridge using fiver optical FBG
sensor.", Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea,
Vol. 28, No. 6, pp. 669-706 (in Korean)
KONGSUNG (2021). "W-80-HOT-JET", Available at: http://www.kongsung.net/ (Accessed:
November 19, 2021)
Li X., Zhang B., Yuan C., Tu C., Chen D., Chen Z., Li Y. (2018). "An electromagnetic
oscillation method for stress measurement of steel strands.", Measurement, Vol. 125,
pp. 330-335
Na W. S., Baek J. D. (2018). "A review of the piezoelectric electromechanical impedance
based structural health monitoring technique for engineering structures.", Sensors,
Vol. 18, No. 5, pp. 1307
National Instruments (2012). "NI9239", Available at: https://www.ni.com/ko-kr.html
(Accessed: November 19, 2021)
Nguyen D. H., Kim B. H. (2020). "Experimental relationship between electrical impedance
of a steel wire and applied stress, temperature, and excited frequency.", Journal
of the Korean Society of Civil Engineers, KSCE, Vol. 40, No. 2, pp. 183-189 (in Korean)
Park J. H., Hong D. S., Kim J. T., Na W. B., Cho H. M. (2010). "A study on applicability
of wireless impedance sensor nodes technique for tensile force monitoring of structural
cables.", Joural of Korean Society of Steel Construction, Vol. 22, No. 1, pp. 21-31
(in Korean)
Park J. H., Kim J. K., Eum K. Y., Park S. H. (2019). "Low-voltage EM (Elasto-Magnetic)
sensing technique for tensile force management of PSC (Prestressed Concrete) internal
tendon.", Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea,
Vol. 32, No. 2, pp. 87-92 (in Korean)
Ryu J. Y., Huynh T. C., Kim J. T. (2019). "Tension force estimation in axially loaded
members using wearable piezoelectric interface technique.", Sensors, Vol. 19, No.
1, pp. 47
Shen S., Wang Y., Ma S. L., Huang D., Wu Z. H., Guo X. (2018). "Evaluation of prestress
loss distribution during pre- tensioning and post-tensioning using long-gauge fiber
bragg grating sensors.", Sensors, Vol. 18, No. 12, pp. 4106
Zhang B., Tu C., Li X., Cui H., Zheng G. (2019). "Length effect on the stress detection
of prestressed steel strands based on electromagnetic oscillation method.", Sensors,
Vol. 19, No. 12, pp. 2782
Zhu X., Scalea F. L. (2016). "Sensitivity to axial stress of electro mechanical impedance
measurements.", Experimental Mechanics, Vol. 56, No. 9, pp. 1599-1610