KR100200474B1 - 콘크리트 빔 보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 빔 보강공법에 관한 것이다.

종래 교량 빔의 구조상 하단부에 생기는 취약부분을 보강하거나 통과하중의 증가에 따른 강도의 보강을 위한 공법으로서 빔에 보강철판을 부착하는 공법과 별도의 철제빔을 추가로 설치하는 공법이 알려지고 있다.

그러나 전자의 경우에는 보강철판의 부착이 견고하게 이루어지기 어려우므로 원하는 강도를 얻기 위한 정확한 시공이 어렵다고 하는 문제점이 있었으며, 후자의 경우에는 기존 빔과 추가 설치된 철제빔의 탄성계수의 차이로 인한 처짐의 차이로 교량파괴를 효과적으로 대처할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 기존 빔(1)의 취약부분인 하단부(5) 콘크리트를 제거하는 공정과, 빔(1)의 양측면에 다수개의 앵커(10)를 타입하는 공정과, 자갈이 미리 내장된 제1 자갈포대를 설치하는 공정과, 제1 보강철근(30)을 배근하는 공정과, 제2 보강철근(40)을 배근하는 공정과, 자갈이 미리 내장된 제2 자갈포대를 설치하는 공정과, 거푸집(60)을 설치하는 공정과, 거푸집(60)내에 시멘트 몰탈을 주입하는 공정과, 시멘트 몰탈의 양생이 완료된 후 거푸집(60)을 해체하여 기존빔(1)과 일체로 덧붙여진 보강 빔(80)을 완성하는 공정으로 구성된다.

이러한 공법에 의하여 기존 빔에 보강 빔이 완전히 일체로 결합된 상태로 시공되므로 빔의 보강을 확실하고 충분하게 할 수 있어 교량 파괴의 위험을 방지할 수 있게 되는 것이다.

Description

콘크리트 빔 보강공법

제1도는 본 발명에 의한 콘크리트 빔 보강공법을 설명하기 위한 분해사시도.

제2도는 본 발명에 의한 콘크리트 빔 보강공법의 공정도.

제3도 (a)는 통과하중 DB-13.5일 때의 벤딩모멘트 다이아그램.

(b)는 통과하중 DB-24일 때의 벤딩모멘트 다이아그램.

(c)는 통과하중 DB-13.5에서 DB-24로 보강시 추가로 필요한 철근량을 보인선도.

제4도는 일반적인 교량의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기존 빔 4 : 철근

10 : 앵커 20 : 제1 자갈포대

30 : 제1 보강철근 40 : 제2 보강철근

50 : 제2 자갈포대 60 : 거푸집

70 : 시멘트 몰탈 80 : 보강 빔

본 발명은 콘크리트 빔 보강공법에 관한 것으로, 특히 통과하중의 증대에 따른 교량의 빔 보강 및 노후된 교량의 빔 보강에 적합한 콘크리트 빔 보강공법에 관한 것이다.

일반적인 교량은 제4도에 도시한 바와 같이, 교각과 교각사이에 걸쳐지는 빔(1) 위에 상판(2)을 설치하는 구조로서 빔(1)의 양측부에 철근(3)을 배근함과 아울러 하단부에는 2중의 하부철근(4)을 배근하고 레미콘을 타설하고 있다.

그러나 이러한 교량을 건설함에 있어서 빔(1)의 하단부측에 하부철근(4)이 빽빽히 배근되는 바, 이 철근과 철근의 순간격은 보통 25∼30mm이고, 좁은 경우에는 10mm까지 좁아진다.

따라서 레미콘을 타설할 때 자갈은 하층 하부철근(4) 상부에 걸리고 하부에는 시멘트 몰탈만 스며들어 빔(1)의 하단부(5)에는 자갈이 없이 시멘트 몰탈만 있게 되어 이 부분에서 강도가 매우 취약하게 되며, 더욱이 제4도의 우측 빔과 같이 그 부분에 공동(6)이 생기고 이 부분이 강도면에서 취약하게 되므로 하중이 통과함에 따라 제4도의 좌측 빔에 표시한 바와 같이 그 표면에 균열(7)이 생기게 되고 이 균열(7)을 통하여 외부 공기와 습기가 침입하여 하부철근(4)이 부식되며, 하부철근(4)이 부식된 만큼 그 단면적이 감소되므로 철근량이 부족한 것과 같이 교량 파괴의 주 원인이 되며 이러한 균열이 점차 커지게 되어 철근이 부식하기 쉬운 환경을 제공하게 된다.

이러한 현상에 따라 교량 파괴를 앞당기게 되는 악순환이 계속된다.

한편, 산업이 발달함에 따라 대형교통량은 증가하게 되고 건설할 당시의 통과하중에 비하여 크게 증대되어 제4도의 좌측 빔과 같이 하단에 균열(7)이 발생되기게 되어 교량의 안전도에 심각한 우려를 낳고 있다.

실제 우리나라의 경우 건설 당시의 통과하중이 DB-13.5 또는 DB-18정도로서 최근의 통과하중이 DB-24임을 감안할 때 안전상 많은 문제점이 지적되고 있는 실정이다.

제3도(a)는 교량의 통과하중을 DB-13.5로 설계했을 때으 벤딩모멘트 다이아그램과 소요 철근량을 보인 것이고, 제3도(b)는 교량의 통과하중을 DB-24로 설계했을 때의 벤딩모멘트 다이아그램과 소요 철근량을 보인 것으로, DB-13.5일 때 교량에 걸리는 하중을 P₁, DB-24일 때 교량에 걸리는 하중을 P₂라고 하고, 교량의 지점과 지점 사이의 거리를 l이라고 하면, 각각의 교량에는 각각 M₁= P₁ 1/2와 M2 = P₂ 1/2의 초대 벤딩모멘트가 작용하게 된다.

여기서 P₂= 2P₂이므로 DB-24인 교량의 최대 벤딩모멘트 M₂는 DB-13.5인 교량의 최대 벤딩모멘트 M1에 비하여 2배(M₂= 2M₂)로 된다.

결국 DB-24인 교량에서는 DB-13.5인 교량에 비하여 2배의 철근이 필요하게 된다.

제3도(c)의 하단부에 표시된 (a)부분은 DB-13.5일 때의 필요 철근량이고, (b)부분은 이를 DB-24로 보강할 때 추가되어야 하는 철근량을 보인 것이다.

따라서 종래에는 상술한 교량의 시공상 문제나 통과하중 증대에 따른 철근량 부족으로 인한 강도를 보강하기 위한 공법이 개발되어 있다.

이러한 보강공법에서는 구조물의 저면 또는 외측면에 보강철판을 부착하여 구조물의 부족철근량을 보충하는 방법으로서 이 공법에서는 보강철판이 콘크리트 표면에 얼만큼 견고하게 부착되느냐가 시공의 관건으로 알려지고 있다.

즉, 이러한 공법에선 보강철판을 접착성 충전제를 이용하여 보강철판을 부착하는 것으로 접착성 충전제가 보강철판의 전면에 균일하게 도포되어야 하는 바, 보강철판 자체가 불투명성 재질이므로 접착성 충전제의 도포상태를 확인할 수 없어 정확한 시공이 어렵다고 하는 문제점이 있었다.

또한 종래의 보강공법으로서는 기존의 콘크리트 빔과 빔 사이에 철제빔을 추가로 설치하여 이 철제빔이 통과하중을 받게 하는 공법이 있다.

그러나 이 공법 역시 기존 콘크리트 빔과 철제빔의 탄성계수의 차이로 인하여 빔전체의 차이가 생겨 교량파괴를 효과적으로 방지하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 기존의 빔과 일체화된 보강빔을 덧붙임으로써 빔의 강도를 보강할 수 있도록 한 콘크리트 빔 보강공법을 제공하려는 것이다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 빔의 하단부의 콘크리트 부분을 제거하여 하단 철근이 노출되도록 하는 공정과; 빔의 양측면에 다수개의 앵커를 타입하는 공정과; 자갈이 미리 내장된 제1 자갈포대를 앵커에 걸침과 아울러 빔의 저면과 양측면 일부를 감싸는 공정과; 빔의 저면과 양측면에서 자갈포대를 감싸며 양측 상단이 앵커에 결합되는 제1 보강철근을 배근하는 공정과; 제1 보강철근의 저부와 양측부를 연결하는 제2 보강철근을 배근하는 공정과; 자갈이 미리 내장된 제2 자갈포대를 제1 및 제2 보강철근의 저면과 양측면을 감싸며 양측 상단을 상기 제1 자갈포대의 상단에 연결하는 공정과; 보강철근과 자갈포대를 포함하는 빔 전체를 감싸는 거푸집을 설치하는 공정과; 거푸집의 일측판에 천공된 주입공을 통하여 시멘트 몰탈을 주입하는 공정 및; 시멘트 몰탈의 양생이 완료된 후 거푸집을 제거하는 공정으로 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트 빔 보강공법이 제공된다.

이하 본 발명에 의한 콘크리트 빔 보강공법을 첨부도면에 도시한 실시례에 따라서 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 시공과정에서 사용되는 자재들을 분해하여 보인 분해사시도이고, 제2도는 공정도를 보인 것이다.

본 발명의 콘크리트 빔 보강공법은, 제2도(a)와 같이 기존 빔(1)의 취약부분인 하단부(5) 콘크리트를 제거하는 공정과, 제2도(a)와 같이 빔(1)의 양측면에 다수개의 앵커(10)를 타입하는 공정과, 제2도(b)와 같이 제1 자갈포대(20)를 설치하는 공정과, 제2도(c)와 같이 제1 보강철근(30)을 배근하는 공정과, 제2도(d)와 같이 제2 보강철근(40)을 배근하는 공정과, 제2도(e)와 같이 제2 자갈포대(50)를 설치하는 공정과, 제2도(f)와 같이 거푸집(60)을 설치하는 공정과, 제2도(g)와 같이 거푸집(60)내에 시멘트 몰탈(70)을 주입하는 공정과, 시멘트 몰탈의 양생이 완료된 후 거푸집(60)을 해체하여 기존 빔(1)과 일체로 덧붙여진 보강 빔(80)을 완성하는 공정으로 구성된다.

제2도(a)의 공정에서는 기존 빔(1)의 하단부(5) 콘크리트 부분(:가상선으로 표시한 부분)을 제거하여 하단 하부철근(4)이 노출되도록 하는 것으로, 이 공정에서는 제3도(c)에 도시한 바와 같이 제3도(a) 및 (b)의 벤딩모멘트 다이아그램을 겹쳤을 때 양단에서 1/41지점 까지의 부위는 DB-13.5일 때와 DB-24일 때의 철근량이 동일한 범이에 있으므로 이 부분의 보강은 필요치 않으며, 중앙의 1/21부위에서만 보강이 필요하므로 제2도(a)의 공정에서는 철근의 보강이 필요한 부분, 즉 빔(1)의 전장중 중앙의 1/21부위만 콘크리트를 제거하되 하부철근(4)이 노출되도록 한다.

이때, 노출된 하부철근(4)의 부식된 부위를 긁어내고 부식이 더이상 진행되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

제2도(a)의 앵커 타입 공정에서는 추후 거푸집을 설치하였을 때 거푸집(60)의 상단이 대략 일치하는 위치에 타입함으로써 후술하는 거푸집 덮개체(62)가 얹혀질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

여기서 사용되는 앵커(10)로서는 一자형의 것을 사용할 수도 있으나 도시예에서와 같이 외측단(11)이 상향 절곡된 것을 사용함으로써 추후 자갈포대(20)(50)를 설치할 때 걸쳐놓을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

제2도(b)의 제1 자갈 설치 공정에서는 자갈(21)이 내장된 제1 자갈포대(20)를 앵커(10)에 걸침과 아울러 빔(1)의 저면과 양측면 일부를 감싸도록 설치하는 것으로, 이 공정에서는 자갈(21)이 내장된 자갈포대(20)의 양측 상단을 앵커(10)에 걸어서 임의로 이탈되지 않도록 한다.

여기서 사용되는 자갈포대(20)는 그물망(22)의 내부에 자갈(21)을 담은 것으로 그물망(22)을 결속하는 것에 의하여 자갈(21)들이 그물망(22)내에서 유동하지 않도록 한다.

또한 그물망(22)은 빔(1)의 외형에 따라 자유자재로 변형할 수 있도록 하기 위하여 합성수지로 된 실로 짠 것을 사용하는 것이 바람직하다.

제2도(c)의 제1 보강철근 배근 공정에서는 제1 보강철근(30)이 빔(1)의 저면과 양 측면에서 제1 자갈포대(20)를 감싸며 양측 상단이 앵커(10)에 결합되도록 배근된다.

이 공정에서 사용되는 제1 보강철근(30)으로서는 대략 ㄷ자형으로 형성된 소위 갈비(Stirup)철근이 사용되며, 그 양측 상단을 앵커(10)에 결속하거나 용접에 의하여 결합할 수 있으나, 용접을 하는 경우에는 자갈포대(20)를 구성하는 합성수지로 된 그물망(22)에 불똥이 튀어 손상시킬 염려가 있으므로 결속에 의하여 결합하는 것이 바람직하다.

제2도(d)의 제2 보강철근 배근 공정에서는 제2 보강철근(40)을 제1 보강철근(30)의 저부와 양측부에 결합한다.

여기서는 각 제2 보강철근(40)을 길이방향으로 배열하여 제1 보강철근(30)의 저부와 양측부에 결합하는 것으로 이 경우에도 용접보다는 결속에 의하여 결합하는 것이 바람직하다.

제2도(e)의 제2 자갈 설치 공정에서는 자갈(51)이 내장된 제2 자갈포대(50)를 제1 및 제2 보강철근(30)(40)의 저면과 양측면을 감싸며 양측 상단을 상기 제1 자갈포대(20)의 상단에 연결한다.

여기서 제2 자갈포대(50)를 제1 및 제2 보강철근(30)(40)에 밀착되는 상태로 설치하되 그 양측 상단은 앵커(10)를 감싸도록 한다.

또한 이 공정에서도 제2 자갈포대(50)는 그물망(52)의 내부에 자갈(51)을 담은 것으로 그물망(52)을 결속하는 것에 의하여 자갈(51)들이 그물망(52)내에서 유동하지 않도록 한다.

제2도(f)의 공정에서는 거푸집(60)이 보강철근(30)(40)과 자갈포대(20)(50)를 포함하는 빔(1) 전체를 감싸도록 설치한다.

여기서 거푸집(60)은 제1도에 도시한 바와 같이 대략 ㄷ자형 단면을 가지는 홈통형상의 거푸집 몸체(61)와 그 양측단을 막는 양단판체(62)와 빔(1)의 양측면과 몸체(61)의 양측 상단사이의 공간을 덮는 덮개체(63)로 구성하며, 덮개체(63)는 대략 ㄴ자형으로 형성하여 그 상단을 거푸집 몸체(61)의 양측 상단에 클램프(65)로 결합한다.

이때 거푸집(60)은 제2 자갈포대(50)로부터 이격된 상태로 설치함으로써 시멘트 몰탈가 공간이 확보되도록 한다.

상기 양단판체(62)는 시공전에 미리 몸체(61)의 양단부에 용접에 의하여 고정결합할 수도 있으나 추후 해체를 간편하게 하기 위하여 클램프등으로 현장결합할 수도 있는 것이다.

또한 상기 양단판체(62)중 어느 일측에는 시멘트 몰탈을 주입하기 위한 주입구(64)가 설치된다.

또 거푸집(60)은 금속판재를 절곡하여 형성한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

제2도(g)의 공정에서는 거푸집(60)의 일측판(62)에 천공된 주입공(64)을 통하여 시멘트 몰탈을 주입하는 것으로, 상기 양단판체(62)에 천공된 주입구(64)에 그라우트호스(66)를 연결하고 시멘트 몰탈을 주입한다.

이때 자갈(21)(51)들은 그물망(22)(52)에 결속된 상태로 내장되어 있으므로 시멘트 몰탈의 주입압에 의하여 한곳으로 몰리는 현상이 방지되어 설계된 대로 정확히 시공되며, 또한 자갈(21)(51)들 사이에는 간격이 유지되므로 시멘트 몰탈의 유동이 원활하게되어 전체적으로 균일하게 주입되는 것이다.

제2도(h)의 거푸집 제거 공정에서는 거푸집 몸체(61)와 덮개체(63)를 분해하고 이들을 각각 제거함으로서 기존 빔(1)에 보강 빔(80)이 일체로 결합되어 보강된 구조를 완성하게 되는 것이다.

이때, 보강 빔(80)은 기존 빔(1)에 타입된 앵커(10)에 결합된 제1 보강철근(30)과 이에 결합된 제2 보강철근(40) 및 이들 철근의 안팍으로 배치된 자갈에 의하여 충분한 강도를 유지할 수 있으며, 특히 시멘트 몰탈의 주입시 자갈이 임의로 유동하여 한곳으로 몰리는 현상이 확실하게 배제되므로 원하는 강도로 보강된 상태로 시공완료되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 콘크리트 빔의 구조상 강도면에서 취약한 빔 하부의 콘크리트를 제거하고 빔의 저부와 양측면에 철근과 자갈포대를 결합한 다음 거푸집을 설치하고 시멘트 몰탈을 주입하는 것에 의하여 보강빔을 기존의 빔과 일체로 시공하는 것이므로 종래 보강공법에 비하여 확실한 보강이 이루어지게 되는 것으로 교량의 훼손에 따른 강도 저하시는 물론 통과하중의 중대에 따른 보강등에 매우 적합한 공법을 제공할 수 있는 것이다.

또한 상술한 실시례에서는 교량의 빔을 보강하는 예를 들어 설명하였으나 건물이나 기타 구조물의 빔을 보강하는데도 활용할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 빔의 하단부의 콘크리트 부분을 제거하여 하단 철근이 노출되도록 하는 공정과; 빔의 양측면에 다수개의 앵커를 타입하는 공정과; 자갈이 미리 내장된 제1 자갈포대를 앵커에 걸침과 아울러 빔의 저면과 양측면 일부를 감싸는 공정과; 빔의 저면과 양측면에서 자갈포대를 감싸며 양측 상단이 앵커에 결합되는 제1 보강철근을 배근하는 공정과; 제1 보강철근의 저부와 양측부를 연결하는 제2 보강철근을 배근하는 공정과; 자갈이 미리 내장된 제2 자갈포대를 제1 및 제2 보강철근의 저면과 양측면을 감싸며 양측 상단을 상기 제1 자갈포대의 상단에 연결하는 공정과; 보강 철근과 자갈포대를 포함하는 빔 전체를 감싸는 거푸집을 설치하는 공정과; 거푸집의 일측판에 천공된 주입공을 통하여 시멘트 몰탈을 주입하는 공정 및; 시멘트 몰탈의 양생이 완료된 후 거푸집을 제거하는 공정으로 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트 빔 보강공법.
2. 제1항에 있어서, 상기 공정들은 기존 빔의 중앙의 1/21부위에 대하여 시공되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 빔 보강공법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 자갈포대를 시공함에 있어서는 그물망내에 자갈을 내장하고 그물망에 자갈을 결속하여 자갈의 유동이 없도록 함을 특징으로 하는 콘크리트 빔 보강공법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 앵커의 외측단을 상향 절곡형성하여 자갈포대의 그물망을 걸어서 지지할 수 있도록 함을 특징으로 하는 콘크리트 빔 보강공법.