KR100453419B1 - 프리플렉스 패널을 이용한 콘크리트 구조물 보강 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리플렉스 패널을 이용한 콘크리트 구조물 보강 공법에 관한 것이다. 더 구체적으로는 내부에 포한된 인장재에 의하여 원호형으로 볼록하게 벤딩되어 형성된 장방형 프리플렉스 패널의 가운데 부분을 보강하고자 하는 콘크리트 구조물 하부에 접촉시키고 상기 프리플렉스 양단부를 가압하여 밀어 올린 후에 상기 보강 대상 콘크리트 구조물과 결합시킴으로써 구조체의 내하력을 증가시킬 수 있는 공법에 관한 것이다.

본 발명은 사하중에 의한 휨모멘트를 콘크리트 구조체의 인장재와 본 발명의 프리플렉스 패널이 분담하게 되고, 처짐이 발생한 교량 등의 구조물이나 보강이 필요한 구조물에 시공하여 구조물의 사용수명을 연장하여 장기간 안전하게 사용할 수 있다.

Description

프리플렉스 패널을 이용한 콘크리트 구조물 보강 공법{Method for reinforcing concrete structure using a pre-flex panel}

본 발명은 프리플렉스 패널을 이용한 콘크리트 구조물 보강 공법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 프리스트레스를 가한 인장재를 패널 하부에 포함시킴으로써 상기 인장재의 프리스트레스로 인하여 전체적으로 가운데가 원호형으로 볼록한 장방형 프리플렉스 패널을 보강하고자 하는 콘크리트 구조물의 하부면에 접촉시키고 상기 프리플렉스 패널의 양단부를 가압하여 밀어 올린 후에 상기 콘크리트 구조물과 결합시키는 공법에 관한 것이다.

콘크리트 구조물의 내하력은 활하중 또는 사용하중이 얼마나 더 작용가능한가에 따라 결정되기 때문에 활하중과 같은 사용하중을 많이 작용시킬 수 있는 구조물이 내하력이 크다고 할 수 있다. 즉 사하중이 큰 구조물은 상기 사하중에 의한 휨모멘트가 커지기 때문에 사용하중 또는 활하중이 작아질 수밖에 없다.

현재까지 사용되고 있는 콘크리트 구조물의 보강 공법으로는 강판접착 주입공법, 에폭시 패널 접착공법, 단면 증가공법, 부재증설 공법, 프리스트레싱 공법 등 다양한 보강 방법이 있다.

그 중 강판접착 주입공법은 기존 교량 등에 사용된 철근과 보강판이 탄성계수 등에 있어서 재료적인 특성이 서로 비슷하기 때문에 구조적 보강효과는 우수한 반면에 부식 등 유지관리가 매우 어려울 뿐만 아니라 차량 하중 등 진동하중이 반복적으로 작용할 경우 기존 구조물과 부착된 면이 이완되어 효과적이지 못한 면이 있다. 또한 상기 강판접착 주입공법은 기존의 교량 등 구조물에 균열과 처짐이 많이 발생한 경우에는 그 보강 효과가 매우 작은 문제점을 갖고 있다.

또한 현재 사용되고 있는 에폭시 패널 접착공법은 강판접착공법과 비슷한 공법으로 에폭시 패널을 구조물의 표면에 위치시킨 다음 에폭시계 수지로 패널을 구조물의 표면에 부착시키는 공법으로 에폭시계 수지의 접착력에 의해 부착강도가 결정되어진다. 따라서 기존 구조물의 콘크리트 표면이 풍화 등으로 인하여 부식되어 있는 경우에는 부착강도가 충분하지 않게 된다. 따라서 극한 하중 작용시 기존 콘크리트면에서 박리가 발생되어 파괴되는 부착파괴 현상이 발생하므로 매우 취성적인 파괴가 나타난다. 이는 연성파괴를 유도하여 인명 및 경제적인 피해를 최소화하려는 목적과 상반되는 결과이므로 매우 위험하다 할 수 있다.

또한 단면 증가공법과 부재증설 공법은 기존 구조물에 사하중을 추가로 증가시키는 현상이 나타나므로 증가되는 하중이 클 경우에는 하중 증가량만큼 기둥 또는 교각 등 하부 구조물의 추가적인 비용이 발생하게 된다.

따라서 본 발명자는 교량 등 콘크리트 구조물의 내하력을 증진시키고, 처짐을 원상태로 회복 또는 처짐을 방지ㆍ예방하며, 사하중에 의한 휨모멘트를 기존 구조물과 본 발명의 패널이 분담하게 되고, 동시에 부식환경에도 매우 강한 프리플렉스 패널을 이용한 콘크리트 구조물 보강 공법을 개발하게 되었다.

본 발명의 목적은 보강이 필요한 콘크리트 구조물에서 사하중에 의한 휨모멘트를 상기 콘크리트 구조물과 프리플렉스 패널이 분담할 수 있는 콘크리트 구조물 보강 공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 처짐이 발생한 콘크리트 구조물에 결합하여 더 이상의 처짐을 방지ㆍ예방하거나 또는 원상태로 회복시킬 수 있는 콘크리트 구조물 보강 공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른목적은 외부의 부식환경에 강한 콘크리트 구조물 보강 공법을 제공하는 것이다.

도1(a)는 본 발명의 공법에 사용되는 프리플렉스 패널의 사시도를 나타낸 것이다.

도1(b)는 본 발명의 공법에 사용되는 프리플렉스 패널의 정면도를 나타낸 것이다.

도1(c)는 본 발명의 공법에 사용되는 프리플렉스 패널의 측면도를 나타낸 것이다.

도 2(a)는 프리플렉스 패널의 가운데 부분을 교량의 슬라브 구조물의 하부면에 접촉시키고 인상장치를 이용하여 양단부를 가압하여 상승시키는 장치이다.

도 2(b)는 프리플렉스 패널의 가운데 부분을 교량의 슬라브 구조물의 하부면에 접촉시키고 인상장치를 이용하여 양단부를 가압하여 상승시킨 후 결합수단으로 상기 슬라브 구조물과 상기 프리플렉스 패널을 결합시킨 모습을 나타낸다.

도3(a)는 연속보에 프리플렉스 패널(10)을 이용하여 보강한 모습을 나타낸 것이다.

도3(b)는 사하중에 의한 휨모멘트를 나타낸 것으로 연속보에 패널(10)로 보강하기 전의 휨모멘트이다.

도3(c)는 프리플렉스 패널(10)이 벤딩에 의해 나타내는 휨모멘트도이다.

도3(d)는 프리플렉스 패널(10)이 상기 연속보의 하부에 결합했을 때 전체의 휨모멘트도이다.

도4는 2방향 슬라브교를 프리플렉스 패널(32)로 보강한 모습을 나타낸 것이다.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

10 : 프리플렉스 패널 11 : 인장재

21 : 아스팔트 포장 22 : 콘크리트 구조물의 슬라브

23 : 인상장치(jack) 24 : 앵커

25 : 에폭시 수지

31 : 2방향 슬라브

32 : 인장재가 2방향으로 배치된 프리플렉스 패널

이하 본 발명을 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 본 발명의 공법에 사용되는 프리플렉스 패널의 사시도(도1(a)), 정면도(도1(b)) 및 측면도(도1(c))를 나타낸 것이다.

상기 프리플렉스 패널(10)은 프리스트레스를 가한 인장재(11)에 에폭시수지, 규사, 탄산칼슘 등을 배합하여 형성되는 에폭시수지 몰탈을 타설하거나 또는 콘크리트 등의 재료를 타설하여 제작할 수 있다. 상기 에폭시수지 몰탈이나 상기 콘크리트 등의 재료가 경화되고 나면 고정판이나 버팀판에 결합된 상기 인장재의 단부를 절단하여 상기 인장재에 가해졌던 프리스트레스가 상기 패널에 작용하도록 한다. 이렇게 되면 상기 인장재에 가해졌던 프리스트레스로 인하여 패널이 원호형으로 가운데가 볼록한 장방형 패널(10)이 형성된다.

도2는 본 발명의 1 실시예로서 상기 장방형 프리플렉스 패널(10)을 교량의 슬라브 구조물의 하부면에 결합시키는 모습을 나타낸 것이다.

이하 본 발명의 공법의 각 단계를 구체적으로 설명한다.

상기 본 발명의 공법은 보강용 패널을 기존 콘크리트 구조물의 하부에 일체로 부착하여 구조물의 내하력을 증가시키는 콘크리트 구조물보강공법에 있어서, 내부에 포함된 인장재(11)에 의하여 프리스트레스가 도입되어 가운데가 원호형으로 볼록하게 솟아오른 장방형 패널(10)의 형상을 가지며 보강대상 콘크리트 구조물(22) 하부에 일체로 부착되는 프리플렉스 패널을 제작하는 단계; 상기 장방형 프리플렉스 패널의 가운데 부분을 상기 콘크리트 구조물의 하부에 접촉시키는 단계; 및 상기 장방형 프리플렉스 패널이 펴지도록 인상장치(23)로 패널의 단부를 가압하여 밀어올려 상기 콘크리트 구조물과 상기 프리플렉스 패널을 결합시키는 단계;를 포함한다. 상기 프리플렉스 패널과 상기 보강 대상 구조물에 결합을 위한 앵커홀 또는 볼트공을 형성할 수도 있다.

도2(b)와 같이 앵커와 같은 결합수단을 이용하여 프리플렉스 패널과 보강대상 구조물이 결합되면 프리플렉스 패널이 처음 상태로 회복하려는 복원력 때문에 상기 구조물의 처짐을 원상태로 회복 또는 처짐을 방지ㆍ예방할 수 있을 뿐만 아니라 사하중에 의한 휨모멘트의 절대값을 작게 할 수 있다.

또한 보강 대상 콘크리트 구조체와 프리플렉스 패널 사이에 에폭시(25)를 주입하여 완전한 일체화를 도모할 수 있다. 즉, 상기 프리플렉스 패널에 주입구와 배기구를 일정하게 배치하고 이 주입구를 통해 에폭시를 주입하며 배기구를 통해 주입상태를 확인할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 구조는 보강 대상 콘크리트 구조물; 상기 보강 대상 콘크리트 구조물의 하부에 접촉시킨 후 양 단부를 가압하여 밀어올린 프리플렉스 패널; 및 상기 보강 대상 콘크리트 구조물과 상기 프리플렉스 패널을 결합시키는 결합수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기한 구조에서 상기 보강 대상 콘크리트 구조물과 상기 프리플렉스 패널 사이를 에폭시 수지 등으로 충진할 수도 있다. 상기의 결합수단으로는 볼트 또는 앵커 등을 생각할 수 있다.

상기한 공법 및 구조와 같이, 인상장치(jack 등)를 이용하여 보강 대상 콘크리트 구조물과 프리플렉스 패널(10)을 결합시키고 상기 구조물과 상기 패널 사이를 에폭시 등을 이용하여 충진(25) 시킴으로써 지속적인 충격 또는 진동하중에도 안정적으로 상기 구조물과 일체화 거동을 하게 된다.

도3(a)는 연속보에 프리플렉스 패널을 이용하여 보강한 모습을 나타낸 것이다. 도3(b)는 사하중에 의한 휨모멘트를 나타낸 것으로 상기 연속보에 상기 패널로 보강하기 전의 휨모멘트이다. 도3(c)는 상기 프리플렉스 패널이 벤딩에 의해 나타내는 휨모멘트도이다. 도3(d)는 상기 프리플렉스 패널이 상기 연속보의 하부에 결합했을 때 전체의 휨모멘트도이다.

도3에서 보는 바와 같이 보강을 위한 프리플렉스 패널을 휨모멘트가 0인 부분 사이 즉, 모멘트가 음(-)인 부분에 설치하는 것이 효과적이다. 이는 음(-)인 모멘트가 작용시에는 처짐이 발생할 수 있는데, 이러한 처짐을 원호형으로 볼록하게 벤딩된 상기 프리플렉스 패널로 보강함으로써 효과적인 보강이 될 수 있기 때문이다. 또한 상기의 경우에서 보강대상 콘크리트구조물이 연속 슬라브인 경우에 상기 보강 대상 구조물의 주 인장재의 방향과 상기 프리플렉스 패널의 인장재의 방향이 서로 평행하게 하는 것이 보강에 더 효과적이다. 이는 음(-)의 휨모멘트가 작용할때는 슬라브 단면의 하부에 인장력이 작용하므로 보강대상 콘크리트구조물의 주 인장재의 방향과 상기 프리플렉스 패널의 인장재의 방향을 서로 평행하게 함이 더 효과적이기 때문이다.

도3(d)에서 보는 바와 같이 본 발명의 공법 및 구조를 이용함으로써 사하중에 의한 휨모멘트의 절대값을 작게 할 수 있고 따라서 활하중 또는 사용하중에 대한 내하력을 크게 할 수 있다.

도4는 2방향 슬라브교를 프리플렉스 패널(32)로 보강한 모습을 나타낸 것이다.

2방향 단순 슬라브의 경우에는 상기 패널(32) 속의 인장재가 2방향으로 서로 직각으로 되게 배치할 수 있다.

2방향 연속 슬라브의 경우에는 상기 패널(32) 속의 인장재가 2방향으로 서로 직각으로 되게 배치할 수 있다. 이 경우에는 휨모멘트가 음(-)인 구간을 상기 패널(32)로 보강하는 것이 더 효과적이다.

본 발명은 보강이 필요한 콘크리트 구조물을 프리플렉스 패널을 이용하여 보강함으로써 사하중에 의한 휨모멘트의 절대값을 작게 하여 상기 콘크리트 구조물의 사용하중이나 활하중에 대한 내하력을 크게 할 수 있다. 본 발명은 프리플렉스 패널을 이용하여 보강함으로써 처짐이 발생한 구조물의 처짐을 원상태로 회복하거나 더 이상의 처짐을 방지ㆍ예방할 수 있다. 또한 휨모멘트가 음(-)인 구간을 상기 프리플렉스 패널로 보강함으로써 처짐에 효과적으로 대응하고 효과적으로 콘크리트 구조물을 보강할 수 있다.

본 발명은 인상장치를 이용하여 보강 대상 콘크리트 구조물과 프리플렉스 패널을 결합시키고 상기 구조물과 상기 패널 사이를 에폭시 등을 이용하여 충진시킴으로써 지속적인 충격 또는 진동하중에도 안정적으로 상기 구조물과 일체화 거동을 하게 된다.

Claims (9)

1. 보강용 패널을 기존 콘크리트 구조물의 하부에 일체로 부착하여 구조물의 내하력을 증가시키는 콘크리트 구조물보강공법에 있어서,

   내부에 포함된 인장재에 의하여 프리스트레스가 도입되어 가운데가 원호형으로 볼록하게 솟아오른 장방형 패널의 형상을 가지며 보강대상 콘크리트 구조물 하부에 일체로 부착되는 프리플렉스 패널을 제작하는 단계;

   상기 장방형 프리플렉스 패널의 가운데 부분을 상기 콘크리트 구조물의 하부에 접촉시키는 단계; 및

   상기 장방형 프리플렉스 패널이 펴지도록 인상장치로 패널의 단부를 가압하여 밀어올려 상기 콘크리트 구조물과 상기 프리플렉스 패널을 결합시키는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강공법.
2. 제1항에서, 보강 대상 콘크리트 구조물이 연속 슬라브인 경우에 상기 보강 대상 구조물의 주 인장재의 방향과 상기 프리플렉스 패널의 인장재의 방향이 서로 평행하게 하여 상기 보강 대상 구조물의 휨 모멘트가 음(-)인 구간을 상기 프리플렉스 패널로 보강하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강공법.
3. 제1항 내지 제2항에서, 상기 보강 대상 콘크리트 구조물과 상기 프리플렉스 패널을 볼트 또는 앵커를 이용하여 결합시키는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강공법.
4. 제1항 내지 제2항에서, 상기 보강 대상 콘크리트 구조물과 상기 프리플렉스 패널 사이를 에폭시 수지를 이용하여 충진하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물 보강공법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제