충격 저항을 높여주는 콘크리트 빔

마드리드 공과 대학(UPM) 토목 공학부의 구조 엔지니어링 그룹(Structural Engineering Group)에서 콘크리트의 충격 저항을 분석하는 프로젝트를 완료함에 따라 보호 구조물이 떨어지는 바위에 노출될 때의 거동에 관한 연구를 추가로 진행할 수 있게 되었습니다.

Carlos Zanuy Sánchez 교수의 지도 하에 이 구조 엔지니어링 그룹은 sStructures lLaboratory에서 자유 낙하 기계를 사용하여 빔의 충격 시험을 실시했습니다. Servosis에서 개발한 이 기계에는 최고의 정밀도로 힘을 감지할 수 있는 HBM의 CFW 로드 와셔 (CFW-190 및 CFW-700)를 사용한 피에조 힘 센서가 장착되어 있습니다. 강화 콘크리트 빔은 충격 시 에너지 흡수량이 적어 전단 하중이 가해질 때 쉽게 파손됩니다. 따라서 금속 섬유 보강재가 들어간 빔을 사용할 때 저항성이 향상될 가능성을 확인하기 위한 시험을 실시하였습니다.

문제

마드리드 공과 대학(UPM)의 구조 엔지니어링 그룹은 구조 엔지니어링 분야의 다양한 연구 프로젝트를 진행합니다. 강화 콘크리트의 충격 저항(낙하하는 바위의 충격)에 관한 연구도 이러한 프로젝트 중 하나입니다. 이 연구를 실시하기 위해서는 힘과 가속도를 측정하고 기록하는 최신 기술이 필요했습니다.

솔루션

마드리드 대학의 구조 연구소(Laboratorio de Estructuras)는 Servosis 사에서 개발한 자유 낙하 기계를 설치했습니다. HBM이 제조한 CFW 피에조 힘 센서(CFW-190 및 CFW-700) 유형이 사용된 이 기계는 최고 정밀도로 힘을 감지할 수 있습니다.

결과

CFW 센서가 사용된 자유 낙하 기계 덕분에 UPM 연구자들은 필요한 시험을 실시하여 금속 섬유 강화 빔의 에너지 흡수량이 더 커서 전단 하중 시 파손되지 않을 수 있다는 결론을 도출할 수 있었습니다.

자유 낙하 기계를 사용한 테스트

이 시험에서는 일곱 가지 유형의 콘크리트와 세 가지 유형의 섬유, 즉 0퍼센트(섬유 없음), 0.5퍼센트, 1퍼센트가 사용되었습니다. 길이가 2,000mm인 직사각형(폭 125mm, 높이 250mm) 빔에 무게 200kg의 스틸 매스(접촉 지점 반경 29mm)를 1.75m 높이에서 5.9m/s 속도로 떨어뜨리는 충격을 가했습니다. HBM 시험 및 측정 장비가 장착된 Servosis 기계로 시험한 결과 섬유 종류에 따라 전단 파손이 방지되어 안전성이 향상될 수 있는 것으로 확인되었습니다. HBM 센서는 충격 및 반응력을 기록할 때 4.3pC/N의 정확도를 제공하여 필요한 정밀도를 보장했습니다. 정확도가 5mV/g2인 피에조 가속도계(PCB 353B14)를 사용하여 스틸 볼의 수직 가속도와 무게를 확인했습니다.

고객 맞춤 지원

Servosis와 구조 엔지니어링 그룹이 HBM을 선택한 이유는 HBM 제품과 더불어 HBM 전문가들이 특정 프로젝트 요건을 충족하는 솔루션을 개발할 때 제공하는 지원에 대한 신뢰가 있었기 때문입니다. Servosis의 CEO이자 기술 이사인 Joaquín Gonzalo는 자유 낙하 기계의 제조 과정에서 다음과 같이 말했습니다.

“HBM의 시험 및 측정 제품뿐만 아니라 최고의 결과를 얻을 수 있는 제품을 선택할 수 있도록 협력해준 HBM를 신뢰할 수 있게 되었습니다”

정밀성과 신뢰성

HBM의 혁신 제품은 안전, 신뢰성 및 품질에 관한 엄격한 요건을 능가하는, 설치가 간편한 다목적 솔루션을 제공합니다. 공칭 힘이 190 및 700kN인 대형 피에조 링은 정확도나 분해능의 소실 없이 과부하를 잘 견딜 수 있습니다. 충격이 가해질 때 구조 요소의 반응을 연구할 때는 실험 검증이 매우 중요합니다.

Zanuy Sánchez 교수는 “이 프로젝트를 통해 시험 대상 요소의 저항과 에너지 흡수 능력을 수량으로 평가할 수 있었습니다. HBM 센서는 높은 변형률에서 신뢰성이 뛰어나 이 연구에서 중요한 역할을 했습니다”라고 말했습니다.

이러한 센서는 다양한 액세서리, 로드 앰프, 데이터 수집 시스템, 측정 소프트웨어가 함께 제공된다는 장점도 있어 완벽한 측정망을 만들어야 할 때 적합합니다. 이 연구에서 함께 작업하며 놀라운 성과를 달성한 HBM과 UPM의 구조 엔지니어링 그룹은 앞으로 다른 연구 프로젝트에서도 협업할 계획입니다.


이 동영상에서 자유 낙하 기계를 이용한 빔 충격 시험을 볼 수 있습니다.


고객

UPM의 구조 엔지니어링 그룹

UPM의 구조 엔지니어링 그룹은 마드리드 공과 대학(UPM) 토목 공학부의 연속체 역학 및 구조학과 소속입니다. 이 그룹은 토목 공학부에서 구조 엔지니어링 과정의 기본 및 고급 과목을 가르치는 것뿐만 아니라 구조 엔지니어링 분야의 연구 프로젝트도 실시합니다. 그리고 토목 공학의 기본 계열인 구조 엔지니어링을 알리는 일에도 집중하며, 공공 부문과 민간 부문 모두에 전문 서비스를 제공합니다.

Servosis

1988년에 창립된 Servosis는 재료, 서보 시스템, 기계 및 산업 공정 제어, 로봇, 측정 시스템, 데이터 수집의 품질 제어와 분석에 사용되는 시험 기계와 전자 및 기계 시스템을 설계하고, 개발하고, 제조하는 스페인 기업입니다.

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