KR100478113B1 - 콘크리트 구조물용 보강빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 노후화에 따른 균열, 내구성 및 내하력의 기능이 저하됨에 따라 이를 보수/보강하기 위해 설치되는 콘크리트 구조물용 보강빔에 관한 것으로, 길이방향을 따라 연속되는 단면을 갖는 보강부와, 상기 보강부의 상부 및 하부에 다수의 제 1시트 및 제 2시트가 적층되어 구성되는 보강층을 포함하며, 상기 보강층을 구성하는 제 1시트의 중앙부위는 상기 보강부의 상부 형상에 대응되고 양측은 상기 제 2시트의 상부에 밀착되어 일체로 성형된 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 구조물용 보강빔{A Reinforcing Beam For A Concrete Construction}

본 발명은 콘크리트 구조물의 노후화에 따른 균열, 내구성 및 내하력의 기능이 저하됨에 따라 이를 보수/보강하기 위해 설치되는 콘크리트 보강재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 길이방향을 따라 연속되는 단면을 갖는 보강부와, 보강부의 상부 및 하부에 다수의 시트가 중첩되게 적층되는 보강층으로 이루어진 콘크리트 구조물용 보강빔에 관한 것이다.

일반적으로 국내 구조물의 보강재로는 콘트리트의 내하력 보강에 의한 강판빔과와, 여러장의 탄소섬유시트를 적층시킨 시트판이 있다.

이 중 강판빔은 표면의 산화로 인한 강판표면에 박리와 부식이 일어나는 경우가 있어 설계대로 효과가 나타나지 않으며, 내화성을 유구하는 장소에는 피복이 필요하고 또한 강판빔 설치시 그 무게에 따른 강판 매달기의 작업의 어려움이 있으며, 아울러 협소한 장소에서는 시공성이 매우 좋지 않은 단점이 있어 현제에는 거의 쓰이고 있지 않다.

그리고 시트판은 현제에 가장 많이 보급되어 사용되고 있으나, 이는 시트의 적층 개수에 따른 시트판의 무게에 의한 경화중 박리현상, 공기증대 및 보강 내하력의 부족으로 인한 재료비 증가에 따른 신뢰성이 매우 떨어지는 단점이 있었다.

이하에서는 상기의 탄소섬유시트로 이루어진 시트판을 이용한 종래의 콘크리트 시트판에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 콘크리트 시트판의 사시도이며, 도 2은 도 1에 따른 시트판의 사용상태도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래에는 다수개의 시트(1)를 적층시켜 이루어진 시트판(9)으로 구성된다.

이러한 시트판(9)은 콘크리트 구조물의 천정(200)이나 보(210)의 내하력을 증대시키기 위해 해당 부위에 부착설치된다. 이 때 설치되는 해당부위는 천정의 균열부위나 보의 휨하중(Bending Load)이나 전단하중(Shearing Load)을 받는 부위에 설치된다.

이러한 기존의 시트판(9)은 실시예로서, 천정(200) 및 보(210)의 면적에 따라 적절한 내하력을 유지시키기 위해 다수개의 얇은 시트(1)를 다수 적층시켜 구성하는데, 이 때 천정(200)에 설치할시 도 2와 같이, 동일 방향 및 동일 간격으로 6개의 시트판(9)을 등분되게 설치한다.

이렇게 설치된 종래의 시트판(9)은 충분한 굽힘강성을 갖도록 실시예에서는 6장 이상의 시트(1)를 적층시켜 구성되는데, 이 때 설치시 그 무게에 따른 시공의 어려움이 있었다. 또한 천정 및 보의 내하력을 보강하기 위해 단위 면적당 설치되는 시트판(9)이 너무 많아 재료비가 많이 요구되는 문제점이 있었다.

또한 '판' 상의 형태로 이루어지기 때문에 긴장력 및 굽힘강도가 현저히 떨어지고, 이로 인하여 설치된 시트판(9)의 유지/보수에 대한 비용이 추가로 발생되는 문제점이 발생되었다.

이에 따라 기존의 시트판(9) 보다 상대적으로 가볍고 설치시공이 편리하며, 또한 보다 적은 설치 개수 만으로 천정 및 천정 보의 충분한 내하력을 보강할 수 있는 보강재가 요구되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 콘크리트 구조물의 노후화에 따른 균열, 내구성 및 내하력의 기능이 저하됨에 따라 이를 보수/보강하기 위해 설치되는 콘크리트 구조물용 보강빔을 제공하는 것이다.

그리고 본 발명의 제 2목적은, 기존의 보강시트 보다 상대적으로 가볍고 설치시공이 편리하며, 또한 적은 개수 만으로 콘크리트 구조물의 내하력을 보강할 수 있는 '빔' 구조의 콘크리트 구조물용 보강빔을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적들은, 길이방향을 따라 연속되는 단면을 갖는 보강부 및 상기 보강부의 상부 및 하부에 다수의 제 1시트 및 제 2시트가 적층되어 구성되는 보강층을 포함하며, 상기 보강층을 구성하는 제 1시트의 중앙부위는 상기 보강부의 상부 형상에 대응되고 양측은 상기 제 2시트의 상부에 밀착되어 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 보강빔을 제공하는 것이다.

여기서 상기 보강부는 다공성 구조의 우레탄, 하니컴 중 하나로 이루어지고, 사각 단면을 갖는 중실축 형상의 보강부재가 폭방향을 따라 다수 배치되어 구성되는 것이 바람직하다.

아울러 상기 각 보강부재의 표면에는 보조시트가 다수겹 권취되어 이루어지는 보조보강층이 더 포함되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 각 시트 및 보조시트는, 50%∼80% 중량의 강화재 및 20%∼50% 중량의 모재가 혼합된 FRP인 것이 바람직하다.

상기에서 강화재는, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드계 섬유 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 상기 모재는, 에폭시계 고분자, 불포화 폴리에스테르계 고분자, 비닐에스테르계, 폐놀계 고분자 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

한편 상기 보강부는 알루미늄으로 이루어지고, 사각단면의 중앙부위에 대해 양측이 대칭되는 마름모 단면으로 폭방향을 따라 구획된 중공의 보강부재로 이루어지는 것이 바람직하다.

이 때 상기 보강부 및 근접밀착된 각 시트의 사이에는 에폭시계 고분자, 불포화 폴리에스테르계 고분자, 비닐에스테르계, 폐놀계 고분자 중 하나로 이루어진 접착제 도포되어 이루어지는 접착층이 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 콘크리트 구조용 보강빔에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 콘크리트 구조물용 보강빔의 사시도이며, 도 4는 도 3에 따른 콘크리트 구조물용 보강빔이 설치된 상태를 나타내는 사용상태도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 콘크리트 구조물의 노후화로 내구성 및 내하력의 기능이 저하됨에 따라 나타나는 붕괴, 마모, 침하, 휨, 층간박리, 박락, 부스러짐, 균열 등을 보수/보강하기 위해 해당 부위에 설치되는 콘크리트용 보강빔(100)이다.

이러한 보강빔(100)은 길이방향을 따라 연속되는 단면을 갖는 보강부(10)와, 보강부(10)의 상부 및 하부에 다수의 시트(20a,20b)가 중첩되게 적층되는 보강층(20)을 포함하여 이루어진다.

여기서 보강부(10)는 설치시 콘크리트 구조물에서 전달되는 내하력으로부터 긴장력 및 굽힘강도를 증대시켜 주기 위해 내설된 연속되는 사각 단면을 갖는 중실축 형상의 보강부재가 폭방향을 따라 다수 배치되어 구성된다. 이러한 보강부재는 단열, 방수, 가공성, 시공성, 접착성, 자기부력성, 난연성이 좋은 다공성 구조의 우레탄 및 하니컴 중 어느 하나로 이루어져 있다.

상기에서의 보강부(10)는 도 1과 같이, 실시예로 폭방향을 따라 균등 배치되는 3개의 보강부재로 이루어지지만, 콘크리트 구조물의 내구성 및 내하력에 따라 그 개수가 달리될 수 있으며, 배치 또한 폭방향 및 높이방향을 따라 균등 배치할 수 있다.

그리고 보강부(10)의 각 보강부재 표면으로는 보조시트(11a)가 다수 권취된 보조보강층(11)이 형성되는데, 보조시트(11a)는 적어도 2겹 이상 권취되어 이루어진다. 이는 보강빔(100)의 긴장력을 높이기 위해 폭방향을 따라 소정간격을 두고 균등 배치되는 각 보강부재의 측부가 상호 밀착되도록 하기 위함이다. 따라서 만약 보강부(10)의 각 보강부재가 상대적으로 간격이 넓게 배치되면, 권취되는 보조시트(11a) 또한 권취수가 증가되며, 이에 따라 보조보강층(11)은 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다.

그리고 보강층(20)은 보조시트(11a)를 포함하는 보강부(10)의 표면에 적층되는 제 1시트(20a) 및 제 2시트(20b)로 구성된다. 이 때 각 시트(20a,20b)는 각각 적어도 2개 이상 중첩식으로 적층되어 구성된다. 여기서 보강부(10)의 상부에 위치하는게 제 1시트(20a)인데, 제 1시트(20a)는 보강부(10)의 상부 형상에 대응되어 양측이 하향 절곡되다가 수평절곡되게 상부에 적층되어 구성된다. 그리고 제 2시트(20b)는 보강부(10)의 하부에 위치하는데, 제 2시트(20b)는 평편한 형상이 길이방향을 따라 연속되어지도록 각 보강부재를 포함하도록 하부에 배치된다.

이러한 배치구조는 제 1시트(20a)의 양측 즉, 수평절곡된 부위가 제 2시트(20b)의 상부 양측에 밀착되게 배치되어 성형시 일체화된 구조를 갖는다.

여기서 제 1시트(20a)의 수평절곡된 부위 양측은 각각 도 3의 A와 같이 라운딩 처리하여 응력집중에 의한 제 1시트(20a)의 수평절곡부위 및 해당 제 2시트(20b)의 꺽임을 방지할 수 있다.

이러한 구조의 보강층(20)의 제 1시트(20a) 및 제 2시트(20b)는 고온/고압 하에 인발 또는 압축가공을 통해 일체로 성형된다. 이 때 성형시 각 보강부재에 권취된 보조시트(11a)도 제 1시트(20a) 및 제 2시트(20b)와 더불어 일체로 성형되어 전체적인 단면으로 보았을 경우, 보강부(10)의 각 보강부재를 중심으로 단일의 보강층(20)이 피복되어 보이는 구조이다.

상기의 보강층(20)의 제 1시트(20a) 및 제 2시트(20b)와, 보강부(10)의 보조시트(11a)는 50%∼80% 강화재 및 20%∼50% 중량의 모재가 혼합된 FRP로 이루어져 있어 고온/고압의 상태에서 일체로 성형된다. 상기에서 강화재는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드계 섬유 중 하나로 이루어지며, 모재는 에폭시계 고분자, 불포화 폴리에스테르계 고분자, 비닐에스테르계 고분자, 폐놀계 고분자 중 하나로 이루어져 구성된다.

성형구조는 고온/고압의 상태에서 압착 또는 인발가공을 통해 각 강화재가 액상화되어 길이방향을 따라 단면이 연속된 단일 '빔' 형태를 갖도록 성형되어 접착강도 및 내구성이 증가되는 구조이다. 이는 암/수구조의 프레스 또는 해당 형상에 대응하는 금형틀을 통해 성형된다.

이러한 보강빔(100)의 보강층(20)의 제 1시트(20a) 및 제 2시트(20b)는 설치되는 해당 콘크리트 구조물의 응력도가 허용응력도의 이하가 되게끔 각 시트(20a,20b)에 중첩된 적층수를 달리할 수 있다.

아울러 보강빔(100)은 도 4와 같이, 노후된 콘크리트 구조물의 천정(200)에 설치된다. 이러한 보강빔(100)은 기존의 시트판(9) 보다 굽힘강도 및 긴장력이 증대되여 상대적으로 많은 내하력이 보강된다. 따라서 기존의 시트판(9) 보다 30 ∼ 50%의 적은 개수의 보강빔(100)만으로 기존의 다수 설치되는 시트판(9)이 갖는 내하력을 커버할 수 있다.

아울러 보강빔(100)을 천정(200)에 설치할때, 콘크리트 구조물의 피보강 부위의 표면에 부착될 수 있도록 콘크리트 구조물의 피보강 부위의 표면과, 보강층(20)의 바닥면의 사이에는 에폭시계 고분자, 불포화 폴리에스테르계 고분자, 비닐에스테르계, 폐놀계 고분자 중 하나로 이루어진 접착제를 수회 도포시켜 해당 콘크리트 구조물의 천정에 부착시켜 설치할 수 있다.

그리고 접착제를 경화시키고 보강빔의 양측에 길이방향을 따라 기계적 이음으로 고정시켜 보수/보강이 보다 더 견고하게 설치할 수 있다.

아울러 도 4에서는 각 보강빔(100)이 동일 방향으로 설치되는 것을 도시하였지만, 선택적으로 종/횡 방향의 격자 형태로도 설치할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 콘크리트 구조물용 보강빔의 사시도이며, 도 6은 도 5에 따른 콘크리트 구조물용 보강빔이 설치된 상태를 나타내는 사용상태도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 보강빔(100)은 콘크리트 구조물의 설치부위에 따라 보강부(10)의 재질을 달리할 수 있다.

이러한 보강빔(100)은 크게 3부분으로 이루어져 있는데, 이는 길이방향을 따라 연속되는 단면을 갖는 보강부(10)와, 보강부(10)의 상부 및 하부에 다수의 시트(20a,20b)가 중첩되게 적층되어 외장되는 보강층(20)과, 보강부(10)와 보강층(20)의 사이에 소정두께로 도포되어 형성되는 접착층(12)을 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 보강부(10)는 무게가 가볍고 내구성이 강한 알루미늄합금의 보강부재로 이루어져 있는데, 보강부재는 사각단면의 중앙부위에 대해 양측이 대칭되는 마름모 단면으로 폭방향을 따라 구획된 중공의 형태를 취한다.

그리고 보강부(10)의 보강부재 표면으로 보강층(20)을 형성되는데, 이에 앞서, 소정두께로 도포된 접착층(12)이 형성된다. 이러한 접착층(12)은 보강부(10)의 보강부재와 적층되는 보강층(20)의 내구성을 증대시키기 위한 것으로, 접착층(12)은 앞서 설명된 제 1실시예의 접착제와 동일 재질을 갖는 에폭시계 고분자, 불포화 폴리에스테르계 고분자, 비닐에스테르계, 폐놀계 고분자 중 하나로 구성된다.

상기의 보강층(20)은 앞서 언급된 보강부(10)의 표면 즉, 접착층(12)의 표면으로 적층되는 제 1시트(20a) 및 제 2시트(20b)로 구성된다. 이러한 제 1시트(20a) 및 제 2시트(20b)는 접착층(12)의 표면에 적층되어 압출 또는 인발성형을 통해 보강부재를 중심으로 보강층(20)과 접착층(12)이 성형되어 상호 일체화된 구조를 갖는다.

이렇게 제 2실시예로 구성된 보강빔(100)은 천정(200)의 균열부위 및 천정 보(210)의 휨하중(Bending Load)이나 전단하중(Shearing Load)을 받는 부위에 설치되어 기존의 H빔 대용으로 사용할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 보강빔의 시공방법에 관하여 설명하기로 한다.

먼저 보수보강을 요하는 콘크리트의 구조물의 보수/보강을 요하는 부위로 와이어 브러시나 디스크 샌더를 이용하여 이물질을 제거한 후 프라이머를 도포하여 표면을 평탄화시킨다.

그리고 콘크리트 보강빔이 상기 콘크리트 구조물의 피보강 부위의 표면에 부착될 수 있도록 상기 콘크리트 구조물의 피보강 부위의 표면과, 보강층의 바닥면으로 접착제을 수회 도포시켜 부착시킨다.

이 후 접착제 경화시킨 후 보강빔의 양측에 길이방향을 따라 기계적 이음으로 고정한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 보강빔(100)은, 콘크리트 구조물의 피보강부위의 면적에 따라 충첩되는 각 시트(20a,20b,11a)의 적층수를 달리할 수 있다.

아울러 보강층(20)을 이루는 각 시트(20a,20b)를 카본, 글라스 또는 카본과 글라스가 혼합된 강화재에 폐놀계 고분자로 이루어진 모재를 혼합시켜 불연성 재질을 갖는 보강빔으로 사용할 수 있다.

또한 보강부(10)가 단면이 연속되는 4각단면의 및 마름모꼴 형태로만 한정하지 아니하고 다양한 단면을 가진 보강부재를 선택할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 보강빔에 따르면, 기존의 보강시트 보다 상대적으로 가벼워 설치시공이 편리하다는 장점이 있다.

또한 적은 개수의 보강빔으로 천정의 충분한 내하력을 보강할 수 있어 재료비 절감 및 설치 시공비가 저렴하다는 효과가 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

도 1은 종래의 보강빔의 사시도,

도 2은 도 1의 보강빔이 설치된 상태를 나타내는 사용상태도,

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 콘크리트 구조물용 보강빔의 사시도,

도 4는 도 3에 따른 콘크리트 구조물용 보강빔이 설치된 상태를 나타내는 사용상태도,

도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 콘크리트 구조물용 보강빔의 사시도,

도 6은 도 5에 따른 콘크리트 구조물용 보강빔이 설치된 상태를 나타내는 사용상태도이다.

< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >

1: 시트 9: 시트판

10: 보강부 11: 보조보강층

11a: 보조시트 12: 접착층

20: 보강층 20a: 제 1시트

20b: 제 2시트 100: 보강빔

200: 천정 210: 보

Claims (8)

1. 노후된 콘크리트 구조물의 대한 보수/보강용 빔의 구조에 있어서,

   길이방향을 따라 연속되는 단면을 갖는 보강부(10); 및

   상기 보강부(10)의 상부 및 하부에 다수의 제 1시트(20a) 및 제 2시트(20b)가 적층되어 구성되는 보강층(20);을 포함하며,

   상기 보강층(20)을 구성하는 제 1시트(20a)의 중앙부위는 상기 보강부(10)의 상부 형상에 대응되고 양측은 상기 제 2시트(20b)의 상부에 밀착되어 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 보강빔
2. 제 1항에 있어서 상기 보강부(10)는 다공성 구조의 우레탄, 하니컴 중 하나로 이루어지고, 사각 단면을 갖는 중실축 형상의 보강부재가 폭방향을 따라 다수 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 보강빔.
3. 제 2항에 있어서, 상기 각 보강부재의 표면에는 보조시트(11a)가 다수겹 권취되어 이루어지는 보조보강층이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 보강빔.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 각 시트(20a,20b) 및 보조시트(11a)는, 50%∼80% 중량의 강화재 및 20%∼50% 중량의 모재가 혼합된 FRP인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 보강빔.
5. 제 4항에 있어서, 상기 강화재는, 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드계 섬유 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 보강빔.
6. 제 4항에 있어서, 상기 모재는, 에폭시계 고분자, 불포화 폴리에스테르계 고분자, 비닐에스테르계, 폐놀계 고분자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 보강빔.
7. 제 1항에 있어서, 상기 보강부(10)는 알루미늄으로 이루어지고, 사각단면의 중앙부위에 대해 양측이 대칭되는 마름모 단면으로 폭방향을 따라 구획된 중공의 보강부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 보강빔.
8. 제 7항에 있어서, 상기 보강부(10) 및 근접밀착된 각 시트(20a,20b)의 사이에는 에폭시계 고분자, 불포화 폴리에스테르계 고분자, 비닐에스테르계, 폐놀계 고분자 중 하나로 이루어진 접착제 도포되어 이루어지는 접착층(12)이 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물용 보강빔.