KR100456336B1 - 일체형 웨지가 구비된 정착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토목 건축분야에 사용되는 각종 구조부재에 프리스트레스 (prestress)를 도입하기 위해 PC강선 등을 긴장하거나, 각종 구조부재의 인장강도시험의 경우 인장체 단부의 정착, 또는 교량, 슬라브, 보 등 구조물 보수보강공법 중에서 외부 강선 보강공법에 적용되는 강선고정용 정착장치 등으로 광범위하게 적용 가능한 일체형 웨지가 구비된 정착장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명에 의한 일체형 웨지를 구비한 정착장치(100)는 콘크리트 구조물의 단부에 부착되는 지지플레이트(20)에 의해 지지되며 그 축 중심방향으로 관통된 원뿔형 웨지삽입용 통공부(31)을 구비한 원통형의 정착장치 본체(30), 축 중심부를 관통하는 긴장재 삽입공(42)을 구비하되 웨지본체(41)의 양단방향에서 지그재그식으로 배치되며 축 중심방향으로 세절된 상,하방향 절개홈(43,44)을 다수 형성한 원뿔형태의 일체형 웨지(40) 등으로 구성되어 하나의 정착장치를 구성하고 있다.

또, 상기 일체형 웨지(40)의 긴장재 삽입공(42) 내주면(46)에는 미세한 톱니형 나사부(48)와 얇은 철 또는 비철금속의 단관형 보강재(60)를 더 구비하고 있다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 일체형 웨지의 외주면에 세절된 상,하방향 절개홈을 형성함으로서 일체형 웨지의 긴장재 삽입공 내주면을 다수의 동일 곡률을 갖는 여러 개의 작은면으로 구성하여 긴장재와 일체형 웨지가 접촉하는 면적이 증대되어 긴장재에 국부적인 응력 발생을 감소시켜 긴장재의 긴장강도를 높일 수 있는 효과를 달성할 수 있도록 함과 동시에 취성적인 긴장재인 탄소섬유봉 또는 유리섬유봉 등의 신소재를 건설분야 폭넓게 적용 가능하게 하는 효과를 달성할 수 있다.

또, 세절된 방사상 절개부에 의하여 일체형 웨지 중심부의 긴장재 삽입공은 신축적으로 확개 또는 축소될 수 있음으로서 긴장재의 직경이 다른 경우에도 적용가능하며, 일체형 웨지로 구성함으로서 사용도중 웨지 조각편이 이탈되어 분실됨을 방지함과 동시에 웨지의 조임 현상 시 서로 이탈되지 않고 안정적으로 작용하는 일체형 웨지를 가진 정착장치를 제공하는 효과를 달성할 수 있다.

또한, 일체형 웨지의 긴장재 삽입공 내주면의 긴장재 접촉부에 미세한 톱니형 나사부를 형성하고 긴장재의 단부에는 얇은 강판이나 신소재의 보강부를 구비함으로서 긴장재와 웨지와의 부착력과 긴장재의 인장강도를 최대한 발휘할 수 있도록 하는 효과를 달성할 수 있는 것이다.

Description

일체형 웨지가 구비된 정착장치{Power anchorage system by one piece wedge type}

본 발명은 토목 건축분야에 사용되는 각종 구조부재에 프리스트레스 (prestress)를 도입하기 위해 PC강선 등을 긴장하거나, 각종 구조부재의 인장강도시험의 경우 인장체 단부의 정착, 또는 교량, 슬라브, 보 등 구조물 보수보강공법 중에서 외부 강선 보강공법에 적용되는 강선고정용 정착장치 등으로 광범위하게 적용 가능한 일체형 웨지가 구비된 정착장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

특히 최근에 프리스트레싱이 요구되는 구조물에 PC강선에 대체 사용되고 있는 탄소섬유 또는 유리섬유소재 봉체의 고정을 위한 정착장치에 적합한 일체형 웨지를 구비한 정착장치를 제공함을 본 발명의 가장 큰 목적으로 한다.

종래 건설구조물에 프리스트레스를 도입하는 방법으로는 PC강선에 의한 방법, 프리플렉스(preflex)에 의한 방법 등이 있으며,

본 발명과 유사한 PS강선을 긴장재로 하여 프리스트레스를 도입하는 종래 기술로는 기계적인 방법, 화학적인 방법, 전기적인 방법 등이 있으며, 기계적인 방법으로는 유압잭(jack)에 의하여 긴장재에 긴장력을 도입하며 이때 유압잭에 의하여 긴장재에 긴장력을 도입할 때 필요한 장치가 정착장치이다.

또한, 근자에는 PC강선 대신에 인장강도가 우수하고 프리스트레스 도입 후 시간이 경과함에 따라 인장력이 감소하는 릴렉제이션(relaxation)과 부식의 위험이 적은 탄소섬유 또는 유리섬유소재의 판재 또는 봉재가 많이 사용되는 추세에 있다.

그러나 이러한 긴장용 재료들은 인장강도가 우수하고 프리스트레스 도입 후 릴렉세이션이 적은 이점은 있으나, PC강선에 비하여 프리스트레스 도입시 정착부에서 파단이 쉬 일어나게 되고 이로 인하여 재료의 우수성에도 불구하고 현장적용에는 기피현상이 일어나고 있는 실정에 있는 것이었다.

위와 같은 각종 프리스트레스 도입에 사용되는 가장 대표적인 종래 기술이 도면 제 1도 및 제 2도에 예시되어 있으며, 그 기술적 구성을 살펴보면,

콘크리트구조물에 매설되는 쉬이스관(1)관과 연결된 베어링플레이트(2), 베어링 플레이트(2)에 끼움되며 외주면에 지지플랜지(4)를 가진 암콘(3)에 끼움되며 축 중심부에 PC강선(5)을 정착시키는 관통공(8)을 구비한 웨지(6) 등으로 구성되어 하나의 정착장치(10)를 구성하고 있다.

이러한 종래 기술에 사용되는 웨지(6)는 도3에서 보는 바와 같이 두개 또는 세개의 부분으로 나누어진 상태에서 분실방지를 위해 고무재O-링(7)에 의하여 서로 결속된 형태로 구성되어 있다.

그러나 이러한 형태의 웨지의 경우, 긴장재를 긴장하여 강하게 정착하기 위해서는 반드시 긴장재의 직경보다 웨지의 내부직경이 적어야 하며 웨지의 내부 직경이 긴장재의 직경보다 적은 경우에는 도 4에서 보는 바와 같이 긴장재의 긴장 및 정착 시 두 부재의 곡률 차이에 의해 특정한 위치에서만 두 부재가 접촉하게 되며, 이로 인하여 도 5에서 보여지는 바와 같이 긴장재의 긴장 및 정착시 긴장재에는 국부적인 응력이 크게 발생하게 된다.

따라서 긴장재의 긴장 및 정착시 발생된 국부적인 응력집중으로 인하여 그 부분은 취약하게 되어 긴장재의 파단을 초래하게 되는 등 긴장재의 최대강도를 활용할 수 없는 등의 단점이 있는 것이다.

더욱이 긴장재가 강재가 아닌 탄소섬유 또는 글라스파이버로 이루어진 취성재료(물체가 연성을 갖지 않고 파괴되는 성질을 가진 재료)인 경우에는 더욱 취약하여 긴장재의 최대강도에 도달하기 전에 취성파괴가 진행되어 쉬 파단 되며, 이는 웨지에 의한 국부적인 응력이 긴장재를 파손시켜 긴장재가 자신이 받을 수 있는 최대 긴장력을 받을 수 없게 하는 것이다.

또한, 긴장작업 시 두개 내지 세개로 분리된 웨지 조각들은 정착장치의 몸체 안으로 미끄러져 조여들어 갈 때 웨지의 각 조각이 일체적으로 조여들어 가지 않으면 조임은 불안정하고 국부적 응력집중과 그로 인한 긴장재의 파단을 초래할 수 있다.

이와 같은 긴장재의 파단을 초래하는 국부적인 응력이 크게 발생하는 것을 막기 위해서는 긴장재의 곡률과 웨지의 곡률을 같게 하거나 아주 비슷하게 하여야 하며, 이를 실현하는 종래 방법으로서는, 긴장재의 직경에 따라 이에 대응되는 내부 직경을 달리 하는 웨지를 일일이 구비하여야 하며 그로 인하여 구조부재에 프리스트레스를 도입하기 위한 비용, 웨지의 생산비용, 건설구조물의 건설비용 등이 동반 상승되는 등 비경제적이라고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 일체형 웨지를 구비한 정착장치는, 축 중심부에 긴장재 삽입공을 구비한 원불형태의 일체형 웨지로 구성하되 웨지의 양단방향에서 지그재그식으로 배치되며 중심방향으로 세절된 절개홈부를 다수 형성하여 다수의 동일 곡률을 갖는여러 개의 면으로 구성하여 긴장재와 웨지의 만나는 면적을 크게 하고 긴장재에 국부적인 응력 발생을 감소시켜 긴장재의 효율을 높이고, 취성적인 긴장재인 탄소섬유봉 또는 유리섬유봉 등에도 광범위하게 적용할 수 있는 정착장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

또한, 세절된 절개부에 의하여 웨지중심부의 긴장재 삽입공은 신축적으로 확개 또는 축소될 수 있음으로서 긴장재의 직경이 약간 다른 경우에도 적용할 수 있도록 하여 긴장재의 직경에 따라 웨지의 내부직경을 달리 하여야 하는 문제를 개선함을 그 목적으로 한다.

또, 세절된 웨지의 각 조각이 일체적으로 움직일 수 있도록 일체화함으로서 긴장작업 시 웨지 조각편이 이탈되어 분실됨을 방지함과 동시에 웨지의 조임 현상 시 이탈되지 않고 안정적으로 작용하는 일체형 웨지를 가진 정착장치를 제공함을 본 발명 목적으로 한다.

또 웨지의 내면 긴장재의 접촉부에 미세한 톱니부를 형성함으로서 긴장재와 웨지와의 부착력을 최대화하여 긴장재의 긴장 시 정착장치로부터 긴장재가 미끄럼현상에 의한 슬라이딩을 원천적으로 차단함을 그 목적으로 한다.

도1은 종래 사용되고 있는 정착장치의 전체 사시도

도2는 종래 긴장재에 프리스트레스가 도입된 상태의 측단면도

도3은 종래 정착장치에 사용되고 있는 웨지의 사시도

a는 두개의 부분으로 구성된 웨지의 사시도

b는 세개의 부분으로 구성된 웨지의 사시도

도4는 종래 세 개 부분으로 나누어진 웨지를 사용한 정착장치의 긴장재에 프리스트레스가 도입되기 전의 단면도

도5는 긴장재의 긴장 후 웨지에서 긴장재에 가해지는 압력분포를 보여주는 단면도

도6은 본 발명의 정착장치의 분해 사시도

도7은 본 발명에 적용되는 일체형 웨지의 확대 사시도

도8은 본 발명에 적용되는 일체형 웨지의 단면도

도9는 일체형 웨지에 긴장재가 끼움된 상태에서 절개홈부가 확개된 상태를 보여주는 사시도

도10은 긴장재 삽입시 절개홈이 확개된 상태를 보여주는 도 9의 A-A선단면도

도11은 본 발명에 의하여 긴장재의 긴장 후 웨지에서 긴장재에 가해지는 압 력분포를 보여주는 단면도

도12는 긴장재의 단부 파단 방지를 위한 보강부를 구비한 본 발명의 제 2 실시예도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1:쉬이스관 2:베어링플레이트 3:암콘

4:지지플렌지 5:PC강선 6:웨지

7:고부재O-링 10, 100:정착장치 20:지지플레이트

21:통공 22:단관형 매설부 30:정착장치 본체

31:통공부 32:걸림턱 40:일체형 웨지

41:웨지본체 43:하방향 절개홈 44:상방향 절개홈

47:미절단부 50:긴장재 60:단관형 보강부

본 발명에 의한 일체형 웨지를 구비한 정착장치는, 지지플레이트에 의해 지지되며 그 축 중심방향으로 후술하는 일체형 웨지가 끼움되는 웨지삽입공을 구비한원통형의 정착장치 본체, 축 중심부를 관통하는 긴장재 삽입공을 구비하되 웨지본체의 양단방향에서 지그재그식으로 배치되며 중심방향으로 세절된 절개홈부를 다수 형성한 원뿔형태의 일체형 웨지 등으로 구성되어 하나의 정착장치를 구성하고 있다.

이와 같이 기술적 구성으로 이루어진 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 6은 정착장치본체(30)의 일단이 지지되는 지지플레이트(20)와 축 중심부를 관통하되 후술하는 웨지본체(41)가 끼움되는 통공부(31)를 구비한 정착장치본체 (30), 축 중심부를 관통하는 긴장재 삽입공(42)을 구비하되 웨지본체(41)의 양단방향에서 지그재그식으로 배치되며 중심방향으로 세절된 상,하방향 절개홈(43, 44)을 다수 형성한 원뿔형태의 일체형 웨지(40)의 개략적인 분해사시도가 도시되어 있다.

본 발명에 사용되는 지지플레이트(20)는 전면 중앙부에 긴장재가 삽입과 정착장치 본체(30)의 일단에 구비된 짧은 걸림턱(32)이 끼움되는 통공(21)이 구비되며, 타 단은 콘크리트 구조물 내에 매설되는 쉬이스관(1)과의 연결을 위한 짧은 단관형으로 돌출 되며, 그 축중심부는 상기 지지플레이트의 통공(21)과 연통된 형태의 단관형 매설부(22)가 구비된 형태이다.

이와 같은 구성으로 이루어진 지지 플레이트(20)는 강재로 제조되며 그 구성은 종래 기술에 표현된 베어링 플레이트(2)와 거의 대동소이한 구성으로 이루어진 것이다.

다음으로 본 발명에 적용되는 정착장치 본체(30)에 대하여 설명하면, 정착장치 본체(30)는 원통형으로 구성되며 후단부에는 상기 지지플레이트(20)의 통공(21)내로 삽입되는 단관형 걸림턱(32)이 구비되며, 전면측에는 일체형 웨지가 삽입될 수 있는 웨지 삽입용 통공부(31)가 구비되어 있다.

상기 웨지 삽입용 통공부(31)는 정착장치본체(30)의 축 중심을 관통하되, 일체형 웨지(40)의 외주면(45)이 삽입될 수 있도록 전면측에서 후단부측으로 진입할 수록 점차 그 직경이 적어지는 원뿔형 공간부 형태로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 웨지 삽입용 통공부(31)를 통하여 긴장재(50)가 끼워진 일체형 웨지(40)가 삽입되고 긴장작업 후 상기 웨지 삽입용 통공부(31)내로 삽입된 일체형 웨지(40)는 강한 조임력을 발휘 할 수 있게 되는 것이다.

다음으로 본 발명의 가장 핵심 구성요소인 일체형 웨지(40)의 구성에 대하여 설명하면, 도 7에 표현된 확대 사시도에서와 같이 꼭지부가 잘린 원뿔형으로 구성하되 축방향 중심부를 관통하는 긴장재 삽입공(42)이 구비되어 있으며, 원뿔모양의 일체형 웨지본체(41)의 양단방향에서 지그재그식으로 배치되며 축 중심방향으로 세절된 다수의 상,하방향 절개홈(43, 44)이 구비되고, 긴장재 삽입공(42)의 주변에는 작은 돌출부(49)가 구성되어 있다,

이와 같은 상,하 방향 절개홈(43,44)은 긴장재(50)의 굵기에 따라 그 수가 결정되며, 긴장재(50)의 굵기가 가는 경우에는 대체로 4, 8, 12개 정도의 상,하방향 절개홈(43,44)을 또, 긴장재(50)의 굵기가 큰 경우에는 16, 20, 24, 28, 32개 등으로 그 절개홈수를 다양하게 가감함으로서 도9 및 도10에 도시한 바와 같이 긴장재 (50)를 일체형 웨지(40)의 긴장재 삽입공(42)내로 삽입시 상,하방향절개홈(43,44)은 자연 확개된 상태로 벌어지게 되고 또, 긴장재(50)의 외주면(51)과 세절된 일체형 웨지(40)의 긴장재 삽입공(42) 내주면(46)은 최적의 상태에서 서로 면접촉이 일어나도록 할 수 있는 것이다.

상기 하방향 절개 홈(43)의 절삭은, 우선 원뿔모양의 일체형 웨지(40)의 상면에서 하면으로 향하여 축방향 중심에서 방사상으로 절삭하되, 하방향 절개홈(43)의 끝단에는 일정한 길이를 갖는 미절단부(47)를 남겨두어 일체형 웨지(40)가 서로 분리됨을 방지하도록 한다.

다음으로 상방향 절개홈(44)은, 일체형 웨지(40)의 하면에서 상면을 향하여 상기와 동일한 방법으로 절삭하되 하방향 절개홈(43)과는 서로 지그재그 식으로 배치 되도록 절단하며, 역시 상방향 절개홈(44)의 끝단에도 일부 미절단부(47)를 남겨둔 상태로 절단한다.

이와 같은 방법으로 절삭된 상, 하방향의 절개홈(43,44)에 의하여 일체형 웨지(40)의 외주면에는 서로 교호로 배치된 지그재그식 상,하방향 절개홈(43,44)이 구성되며, 이 상,하방향 절개홈(43,44)은 도 9에서 보여지는 바와 같이 긴장재 삽입공(42)을 통하여 긴장재(50)를 삽입할 경우 확개된 상태를 유지하면서도 미절단부(47)에 의하여 서로 분리되지 않는 상태의 일체형으로 유지되는 것이다.

또한, 축방향 중심부를 관통하는 긴장재 삽입공 내주면(46)에는 도 8의 단면도에서 보여지는 바와 같은 미세한 톱니형 나사부(48)가 구비되어 있으며, 이는 긴장재(50)와 긴장재 삽입공 내주면(46)의 마찰력을 극대화함으로서, 긴장재(50)의 긴장 시 정착장치본체(30)로부터 긴장재가 미끄러지면서 빠져나가는 것을 원천적으로 차단하기 위한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일체형 웨지(40)를 사용할 경우, 긴장재(50)의 긴장 후 일체형 웨지(40)로부터 거의 동일한 크기의 압력이 긴장재(50)의 외주면 (51)에 가해지고 있음을 도 11에 의하여 확인할 수 있는 것이다.

이상과 같이 지지플레이트(20), 정착장치 본체(30), 일체형의 웨지(40)로 구성된 본 발명의 정착장치(100)를 이용하여 콘크리트 구조물내에 프리스트레스를 도입하고자 할 경우,

매설된 쉬이스관(1)내로 긴장재(50)가 삽입된 콘크리트 구조물의 최외측단에 지지플레이트(20)와 정착장치본체(30)가 고정되고, 이 지지플레이트(20)의 통공 (21)과 정착장치본체(30)의 웨지 삽입공(31)을 통하여 인출된 긴장재(50)의 단부에는 일체형 웨지(40)가 고정되어 하나의 정착장치(100)가 완성되며, 타 측단에 설치된 유압잭(도시되지 않음)등 긴장장치에 의해 프리스트레스가 도입된 상태에서 본 발명의 정착장치(100)를 이용 정착하게 되면 콘크리트 구조물내에는 프리스트레스가 도입되게 되는 것이다.

이와 같이 사용되는 본 발명의 또다른 실시예가 도 12에 예시되어 있으며, 이는 여타의 구성은 제 1실시예와 동일한 구성을 가지나 특히 취성적인 특성을 가진 긴장재(50)인 탄소섬유봉 또는 유리섬유봉에 안정적으로 적용하기 위하여 일체형 웨지(40)의 긴장재 삽입공 내주면(46)에는 철 또는 비철금속의 단관형 보강재(60)가 더 구비됨을 그 특징으로 한다.

이와 같은 단관형 보강부(60)를 구비함으로서 긴장재(50)의 긴장시 긴장재(50)의 취성적인 파괴를 방지함과 동시에 인장강도를 최대한 발휘할 수 있도록 할 수 있는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의한 일체형 웨지를 구비한 정착장치는, 웨지의 외주면에 세절된 절개홈를 형성함으로서 일체형 웨지의 내주면, 즉 긴장재와 접촉되는 면을 다수의 동일 곡률을 갖는 여러 개의 작은면으로 구성하여 긴장재와 웨지가 접촉하는 면적이 증대되어 긴장재에 국부적인 응력 발생을 감소시켜 긴장재의 긴장강도를 높일 수 있는 효과를 달성할 수 있다.

또한, 긴장재와 일체형 웨지 내주면의 접하는 면적이 증대되어 국부적인 응력의 발생이 적어져 종래 긴장재로서는 사용이 기피되는 취성적인 긴장재인 탄소섬유봉 또는 유리섬유봉 등을 긴장재로 활용할 수 있도록 함으로서 신소재를 건설분야 폭넓게 적용 가능하게 하여 더욱더 경제적인 건설구조물 제작이 가능한 효과를 달성할 수 있다.

또한, 세절된 절개홈에 의하여 웨지중심부의 긴장재 삽입공은 신축적으로 확개 또는 축소될 수 있음으로서 긴장재의 직경이 약간 다른 경우에도 적용할 수 있도록 하여 긴장재의 직경에 따라 웨지의 내부직경을 달리 하여야 하는 종래 문제점을 개선하는 효과가 있다.

또, 세절된 웨지의 각 조각이 일체적으로 움직일 수 있도록 일체화함으로서 긴장작업 시 웨지 조각편이 이탈되어 분실됨을 방지함과 동시에 웨지의 조임 현상시 서로 이탈되지 않고 안정적으로 작용하는 일체형 웨지를 가진 정착장치를 제공하는 효과를 달성할 수 있다.

또한, 일체형 웨지의 내면 긴장재의 접촉부에 미세한 톱니형 나사부를 형성함으로서 긴장재와 웨지와의 부착력을 최대화하여 긴장재의 긴장 시 정착장치로부터 긴장재가 미끄럼현상에 의한 슬라이딩을 원천적으로 차단하는 효과를 달성할 수 있다.

또 일체형 웨지의 긴장재 삽입공 내주면에는 얇은 철 또는 비철금속의 단관형 보강재를 구비함으로서 취성적 특성을 가진 긴장재인 탄소섬유봉 또는 유리섬유봉체가 인장강도를 최대한 발휘할 수 있는 효과를 달성할 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 지지플레이트에 의해 지지되며 웨지본체가 끼움되는 통공부를 구비한 정착장치 본체와 축중심부를 관통하는 긴장재 삽입공을 구비한 웨지로 이루어진 정착장치에 있어서,

   상기 웨지는 웨지본체(41)의 양단방향에서 지그재그식으로 배치되고 축 중심방향으로 세절한 상,하 방향 절개홈(43, 44)을 다수 형성하며, 상,하 방향절개홈 (43,44)의 끝단에는 일정길이의 미절단부(47)를 남겨둔 일체형의 웨지(40)로 구성함을 특징으로 하는 일체형 웨지를 구비한 정착장치
2. 제 1항에 있어서, 일체형 웨지(40)의 긴장재 삽입공 내주면(46)에는 톱니형 나사부(48)가 더 구비되어 긴장재와 일체형 웨지간의 부착력을 최대화함을 특징으로 하는 일체형 웨지를 구비한 정착장치
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   일체형 웨지(40)의 긴장재 삽입공 내주면(46)에는 철 또는 비철금속의 단관형 보강재(60)가 더 구비되어 취성적 특성을 가진 긴장재에도 적용 가능함을 특징으로 하는 일체형 웨지를 구비한 정착장치