KR100199157B1 - 프리스트레스를 도입한 구조부재 보강방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 구조부재 보강방법은 보강대상부재(1)와 보강부재(2)에 프리스트레스를 도입하여 보강대상부재와 보강부재(2)가 함께 외력에 저항할 수 있는 방법을 제공한다. 프리스트레스를 도입함으로써 보강부재(2)의 규격을 작은 것을 사용할 수 있으므로 미관 처리가 좋고 기존 구조물을 사용상 편리함을 제공한다.

Description

프리스트레스를 도입한 구조부재 보강방법

제1도는 보강 작업 시의 입면도이다.

제2도는 보강장치를 보여주는 단면도이다.

제3도는 H형강과 유압 잭 받침대를 결합철물을 이용하여 조립하는 방법을 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 보강 대상인 구조부재 2 : 철골 보강부재

3 : 잭 받침대 3a : 잭 받침대 보강재

4 : 잭(jack) 5 : 쐐기

6 : 결합철물 7 : 스티프너

8 : 고정철물 9 : 지지체

10 : 잭 깔판 11 : 로드 셀

[발명의 분야]

본 발명은 내력이 부족한 구조체를 보강하는 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 프리스트레스(prestress)를 도입하여 기존 구조체를 보강하는 방법에 관한 것이다.

지금까지 구조 안전진단에서 내력이 부족하다고 판단된 구조체를 보강하기 위해서는 내력이 부족한 해당 부재가 변형하고 처짐이 발생했을 때 더 이상 진행되는 것을 방지하는 것을 목표로 하는 소극적인 보강방법이어서 이미 발생한 변형이나 처짐을 원래 상태로 복원할 수 없고 보강한 뒤에도 추가로 변형이나 처짐이 생기는 것을 감수해야 하는데 비해, 본 발명의 구조체 보강방법은 구조체의 내력을 전부 이용하고 부족한 내력을 보충하므로 탄성범위 이내에서는 복원특성에 의하여 변형이나 처짐이 줄어들므로 미관이 좋고 공간 활용에도 유리한 능동적 보강방법에 관한 것이다.

본 발명은 구조부재들, 예를 들면 건축구조물의 철근콘크리트 보, 철근콘크리트 슬래브, 철골 보, 교량의 상판이나 T형 판형 등 가로로 걸쳐 있는 부재가 허용하중 이상으로 하중이 가해져 구조 안전상 또는 사용상 제 기능을 할 수 없다고 판단될 때 이들 부재를 보강하는 방법에 관한 것이다.

[발명의 배경]

지금까지 구조내력이 부족한 구조체를 보강하기 위해서는 해당 구조체의 부재가 변형, 처짐이 더 이상 진행되는 것을 방지하는 것을 목표로 보강해 왔다. 이미 발생한 변형이나 처짐을 그대로 두고, 해당 구조부재가 받거나 받을 하중을 계산하여 이 하중을 받을 수 있는 구조체를 추가로 해당 구조부재의 아래에 설치한다. 내력이 부족한 구조부재가 하중을 견디지 못하고 항복한다면 아래에 추가로 설치한 보강부재가 이를 받친다는 것이다. 이렇기 때문에 보강부재에는 설계하중 이외에 항복한 부재의 자중도 추가 하중으로 작용하므로 보강부재의 규격은 더욱 커질 수 밖에 없다. 이에 따라 보강부재는 보강대상부재보다 더욱 커진다. 다시 말하면 해당 부재의 내력을 전혀 이용하지 못하고 있는 것이다.

구조내력이 부족한 사태는 대개 건축물이나 구조물을 사용하고 있는 동안에 발견되고, 이를 보강하기 위해서는 일시 사용을 중지해야 하며 해당 구조부재의 주변에는 기존 설비들이 얽혀 있기 때문에 제약조건이 많다. 이런 상황에서 보강 설계를 할 때에는 가능한 한 보강부재는 크기가 작아야 한다. 예를 들면 슬래브나 보를 보강할 때 대개 건축물에서는 천장 속에서 보강해야 하는데 천장 속에는 덕트, 냉온수배관, 소화배관, 위생배관, 각종 전선이 지나가고 있다. 이들 설비는 여유 공간 없이 자리를 차지하고 있으므로 보강부재의 크기가 크면 클수록 이들 설비들을 재배치해야 하거나 여의치 않을 경우는 천장높이를 낮추는 수밖에 없다. 따라서 보강부재의 크기는 될 수 있는 대로 줄여야 건물의 기능을 손상하지 않고 보강할 수 있다.

보강부재의 크기를 줄이기 위해서는 보강부재를 구성하는 재료의 강도 특성이 좋은 재료를 사용하고 보강부재가 부담해야 할 하중이 작아야 한다.

본 발명의 보강방법은 보강 대상인 구조부재의 내력을 이용하고 모자란 내력을 보강부재가 부담하여 보강부재의 치수를 줄일 수 있는 방법을 찾는 것이다.

[발명의 목적]

본 발명의 목적은 구조내력이 부족한 부재를 보강할 때 보강 대상인 구조부재의 구조내력을 이용함으로서 부족한 내력만 보강부재로 보충하여 탄성범위 이내에서 복원특성에 의하여 변형이나 처짐이 줄어 미관이 좋고 공간 활용도가 높은 능동적 보강방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 보강부재를 기존 보강 방식에 비해 치수가 작은 것으로 설계하여 강재의 낭비를 없애고 그 결과로 재료비를 절감할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 보강부재의 치수가 작아지므로 덕트, 배관, 전선, 전등 등 기존 설비를 될 수 있는 대로 건드리지 않고 보강공사를 완료할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

[발명의 상세한 설명]

구조체가 힘을 받으면 변형하고 변형이 심해지면 항복하여 파괴에 이른다. 구조체는 인간 생활과 밀접한 관계를 가지기 때문에 구조체의 안전성은 매우 중요한 문제이다. 한편 구조체는 그 기능을 다하기 위해서 사용성(serviceability)도 만족해야 한다. 비록 구조체는 안전하다 하더라도 변형이나 처짐, 진동이 심하다면 구조체로서 기능을 다할 수 없기 때문이다.

구조체에서 안전성이나 사용성을 검토하여 보강 여부를 결정한다. 본 발명의 구조부재 보강방법은 보강대상부재인 슬래브나 보에 프리스트레스(prestress)를 도입하여 보강대상부재와 보강부재가 일체를 이루어 거동할 수 있게 하여 보강대상부재와 보강부재가 함께 협동하여 외력에 저항할 수 있도록 한다.

종래의 보강방법은 보강대상부재의 아래에 될 수 있는 대로 근접하여 H형강, 철골 트러스, 원형 강관, 각형 강관 등으로 된 보강부재를 제작하여 양 끝을 구조체에 고정시켜 설치하고, 보강대상부재와 보강부재 사이에 생기는 틈은 철판을 잘라 만든 쐐기를 끼워 넣거나 시멘트 모르터로 메웠다. 이렇게 처리한 경우 내력이 부족한 보강대상부재가 하중을 받으면 우선 보강대상부재가 구조 내력이 모자라므로 먼저 항복하고 그 뒤에 보강부재가 하중과 보강부재의 자중까지 지탱해야 한다. 따라서 보강부재의 치수는 상당히 커질 수밖에 없었다.

본 발명의 보강방법은 보강대상부재와 보강부재 사이에 유압 잭(Jack) 또는 다른 장비를 사용하여 프리스트레스(prestress)를 도입한다. 보강대상부재와 보강부재는 프리스트레스를 도입함에 따라 변형하므로 보강대상부재는 최초 하중을 받기 전 상태와 가까운 상태로 복원되고 보강부재는 변형하여 처짐이 발생한다. 두 부재는 탄성계수(Young Modulus)가 서로 다르기 때문에 변형량은 서로 다르다. 각각 변형량이 다르기 때문에 보강부재를 설계할 때에는 보강대상부재의 구조를 면밀히 검토하여 설계해야 한다.

프리스트레스를 도입하면 보강대상부재와 보강부재가 서로 반대방향으로 변형하고 두 부재 사이의 틈은 벌어진다. 이 틈 사이에 쐐기를 박아 넣고 유압 잭의 압력을 해제하고 프리스트레스 도입장치를 해제한다.

이렇게 프리스트레스가 도입되어 있으면 보강대상부재에 하중이 가해지면 보강부재와 같이 거동하기 때문에 하중을 분담하여 부담한다. 즉 보강대상부재와 보강부재 구조내력을 합한 것이 그 부재의 구조내력이 된다. 종래의 방법에서는 보강대상부재가 재료의 항복점을 향하여 추가 변형을 일으킴에 따라 점차 하중을 보강부재로 전가하기 시작하는데 비하여, 본 발명의 보강방법은 하중이 걸리면 보강부재도 즉시 하중을 분담한다.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 구체적인 실시예에 의해 본 발명의 보강 방법을 설명한다.

제1도는 보강 작업을 보여주는 입면도이며, 제2도는 보강장치를 보여주는 단면도이며, 제3도는 보강부재로서 H형강을 사용하여 H형강과 유압 잭 받침대를 결합철물을 이용하여 조립하는 방법을 보인 도면이다.

제1도에서 보인 바와 같이 보강부재(2)로서 H형강을 사용하고 H형강의 양 끝에서 고정철물(8)에 볼트와 너트, 또는 용접하여 지지체(9)에 고정시킨다.

이때 보강부재(2)는 보강대상부재(1), 여기서는 철근콘크리트 슬래브, 아래에서 될 수 있는 대로 슬래브 가까이 설치한다. 종래에는 이 단계에서 슬래브와 H형강 사이의 틈을 쐐기나 모르터로 채워 보강을 완료하였다.

보강부재(2) 설치가 완료되면 제2도에서 보인 바와 같이 철골 보강부재(2)인 H형강과 잭 받침대(3)를 결합철물(6)을 사용하여 결합시킨다. 결합철물(6)은 철재를 가공하여 'ㄷ'자 모양을 가지며, 잭 받침대(3)에는 결합철물(6)이 들어가도록 사각형 구멍이 뚫려 있으며 유압 잭(4)의 반력을 견뎌야 하므로 잭 받침대(3) 하단에는 ㄱ형강 등으로 잭 받침대 보강재(3a)를 설치한다.

잭 받침대는 유압 잭을 지탱해야 하므로 잭을 받을 깔판(10)을 깔아 구멍을 덮고 그 위에 유압 잭을 설치한다.

유압 잭의 실린더에는 하중을 측정하기 위해 로드 셀(11)을 특별히 설치하거나 잭 본체에 부착된 압력게이지를 이용할 수 있다. 이렇게 프리스트레스를 도입하기 위한 준비가 완료되면 유압 잭을 작동시켜 하중을 가한다. 하중은 로드 셀(11, load cell)이나 유압 잭의 압력게이지, 슬래브와 H형강의 변형량으로 측정할 수 있다.

계획 하중에 이르면 잭의 가동을 중지하고 슬래브와 H형강 사이에 철물 쐐기(5)를 끼워 넣은 다음 유압 잭의 압력을 해제하고 설치와 역순으로 프리스트레스 도입장치를 해제한다.

이렇게 프리스트레스를 도입하여 두면 보강부재(2)인 H형강은 항상 하중을 받고 있는 상태로 있고 보강대상부재(1)인 슬래브는 프리스트레스 도입량만큼 하중을 더 견딜 수 있고 보강부재(2)와 연합하여 외력에 저항하게 됨으로서 목적을 달성하게 된다.

[발명의 요약]

본 발명의 구조부재 보강방법은 프리스트레스를 도입함으로써 보강 대상인 구조부재의 구조내력을 이용하여 부족한 내력만 보강부재로 보충하면 탄성범위 이내에서는 복원특성에 의하여 변형이나 처짐이 줄어 미관이 좋고 공간 활용도가 높은 능동적 보강방법이다.

본 발명을 단순히 변형하거나 변경시키는 행위는 본 발명의 영역에 해당될 수 있으며, 본 발명의 보호범위는 첨부하는 특허청구범위에 의해 구체적으로 정해질 것이다.

Claims (2)

1. 보강대상부재(1) 아래에 보강부재(2)를 설치하고; 상기 보강부재(2)에 결합철물(6)로 잭 받침대(3)를 설치하고; 상기 잭 받침대(3)에 잭(4)를 설치하고; 그리고 상기 잭(4)으로 프리스트레스를 도입하여 상기 보강대상부재(1)와 상기 보강부재(2) 사이에 쐐기(5)를 넣어 프리스트레스를 유지하는 것을 특징으로 하는 구조부재의 보강방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 결합철물(6)은 'ㄷ'자 모양을 가지며, 상기 보강대상부재(1)와 잭 받침대(3)를 결합할 수 있도록 상기 결합철물(6)을 넣을 수 있는 사각형의 구멍이 적어도 2개가 있는 잭 받침대(3)를 가지는 것을 특징으로 하는 구조부재의 보강방법.