KR100498247B1 - 콘크리트 기둥의 내진성능향상 보강방법 및 그에 의해보강된 콘크리트 기둥 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지진에 대한 내진보강을 위하여 신설 또는 기존의 콘크리트 기둥에 탄소섬유 복합체(CFK)를 홈삽입시킨 후, 수평강화 유리섬유직물을 수증기 통기성 에폭시수지를 사용하여 함침 보강하는 콘크리트 기둥의 보강방법 및 그에 의해 보강된 콘크리트 기둥에 관한 것으로서, (1) 콘크리트 기둥(20)의 표면에 폭 2 내지 5㎜, 깊이 5 내지 20㎜의 수직방향의 홈을 일정간격으로 형성시킨 후, 탄소섬유 복합체(30)와 에폭시수지를 삽입, 고정시켜 압축보강시키는 1차보강단계; 및 (2) 상기 1차보강단계에서 보강된 상기 콘크리트 기둥(20)의 표면에 수증기 통기성 에폭시수지가 함침된 수평강화 유리섬유직물(10)을 2 내지 5회 권회시켜 직물보강층을 형성시키는 2차보강단계;들을 포함하여 이루어진다.

따라서, 기존의 콘크리트 기둥에 대하여 간편하고도 효과적으로 지진과 같은 수평방향의 외부 힘에 대하여 견디는 내진보강이 가능한 콘크리트 기둥의 보강방법을 제공하며, 또한 그에 의해 내진보강된 콘크리트 기둥을 제공하는 효과가 있다.

Description

콘크리트 기둥의 내진성능향상 보강방법 및 그에 의해 보강된 콘크리트 기둥 {Seismic upgrading method of concrete column and concrete column reinforced thereby}

본 발명은 콘크리트 기둥의 내진능력을 향상시키는 보강방법 및 그에 의해 보강된 콘크리트 기둥에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 지진에 대한 내진보강을 위하여 신설 또는 기존의 콘크리트 기둥에 일정깊이로 홈을 판 후, 탄소섬유 복합체를 사용하여 기둥의 압축능력을 향상시키고, 수평강화 유리섬유직물을 수증기 통기성 에폭시 수지로 함침시켜 기둥을 감싸는 보강을 실시하여 보강하는 콘크리트 기둥의 보강방법 및 그에 의해 보강된 콘크리트 기둥에 관한 것이다.

건축물은 판상 내지 괴상의 구조물과 구조물로서 상부에 위치하는 상부구조물들을 물리적으로 지지하는 기둥으로 이루어지는 것이 일반적이며, 따라서 기둥은 구조물의 하중 기타 그 위에서 가해지는 여러 하중들을 충분히 견딜 수 있어야 하며, 또한 지진이나 풍압 등 수평방향에서 가해지는 외력에 대해서도 충분히 견딜 수 있어야 한다. 만일 기둥이 이를 견디지 못한다면 붕괴되며, 그에 물리적으로 지지되는 상부구조물들 또한 붕괴를 면할 수 없게 된다. 특히, 콘크리트 기둥의 지진에 대한 내진설계는 매우 중요하다.

콘크리트 기둥을 보강하는 방법으로 섬유보강, 강판보강, 단면확대 등 여러 방법이 현장여건에 따라 적용되는데, 이러한 방법은 콘크리트 기둥의 외부를 일방향 섬유쉬트, 섬유판 및 강판, 콘크리트로 감싸는 형식이며, 에폭시수지를 이용하여 상기 섬유쉬트 등을 콘크리트 기둥에 부착시키는 것이 일반적이다.

탄소섬유 또는 아라미드섬유 등의 섬유쉬트를 이용한 콘크리트 기둥의 보강방법은 기둥의 내하력증진 효과가 탁월한 반면에 횡방향의 유연성 증가에는 그 증진효과가 미약하다는 문제점이 있다. 또한, 섬유쉬트를 일반적인 에폭시수지를 이용하여 기둥의 표면에 부착하는 경우, 시공시 부착면에 형성되는 기포를 제거하는 작업이 매우 번거롭다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 지진에 대한 내진보강을 위하여 신설 또는 기존의 콘크리트 기둥에 탄소섬유 복합체를 홈삽입시킨 후, 수평강화 유리섬유직물을 수증기 통기성 에폭시수지를 사용하여 함침 보강하는 콘크리트 기둥의 보강방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 지진에 대한 내진보강을 위하여 신설 또는 기존의 콘크리트 기둥에 탄소섬유 복합체를 홈삽입시킨 후, 수평강화 유리섬유직물을 수증기 통기성 에폭시수지를 사용하여 함침 보강시킨 콘크리트 기둥을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 콘크리트 기둥의 보강방법은, (1) 콘크리트 기둥의 표면에 폭 2 내지 5㎜, 깊이 5 내지 20㎜의 수직방향의 홈을 일정간격으로 형성시킨 후, 탄소섬유 복합체와 에폭시수지를 삽입, 고정시켜 압축보강시키는 1차보강단계; 및 (2) 상기 1차보강단계에서 보강된 상기 콘크리트 기둥의 표면에 수증기 통기성 에폭시수지가 함침된 수평강화 유리섬유직물을 2 내지 5회 권회시켜 직물보강층을 형성시키는 2차보강단계;들을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 콘크리트 기둥의 보강방법은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, (1) 콘크리트 기둥(20)의 표면에 폭 2 내지 5㎜, 깊이 5 내지 20㎜의 수직방향의 홈을 일정간격으로 형성시킨 후, 탄소섬유 복합체(30)와 에폭시수지를 삽입, 고정시켜 압축보강시키는 1차보강단계; 및 (2) 상기 1차보강단계에서 보강된 상기 콘크리트 기둥(20)의 표면에 수증기 통기성 에폭시수지가 함침된 수평강화 유리섬유직물(10)을 2 내지 5회 권회시켜 직물보강층을 형성시키는 2차보강단계;들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 (1)의 1차보강단계는 콘크리트 기둥(20)의 표면에 폭 2 내지 5㎜, 깊이 5 내지 20㎜의 수직방향의 홈을 일정간격으로 형성시킨 후, 탄소섬유 복합체(30)와 에폭시수지를 삽입, 고정시켜 압축보강시키는 단계이다. 여기에서 상기 탄소섬유 복합체(30)는 통상의 탄소섬유를 임의의 두께를 갖도록 하여 성형한 후, 에폭시수지를 함침, 경화시킨 것으로서, 통상의 섬유강화플라스틱(FRP ; fibre reinforced plastic)과 유사한 것이며, 특히 내인성이 강한 탄소섬유를 기계적 물성 및 내후성이 강한 에폭시수지에 함침, 경화시킨 것으로서, 당업자에게는 상용적으로 이를 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것이다. 이러한 탄소섬유 복합체(30)는 상기한 바와 같이 콘크리트 기둥(20)의 표면에 폭 2 내지 5㎜, 깊이 5 내지 20㎜의 수직방향의 홈을 일정간격으로 형성시킨 후, 이 홈 내로 에폭시수지와 함께 삽입시켜 기둥(20)의 수평방향에 대한 1차적인 보강이 이루어지도록 기능한다.

상기 (2)의 2차보강단계는 상기 1차보강단계에서 보강된 상기 콘크리트 기둥(20)의 표면에 수증기 통기성 에폭시수지가 함침된 수평강화 유리섬유직물(10)을 2 내지 5회 권회시켜 직물보강층을 형성시키는 단계이다. 여기에서 사용되는 수평강화 유리섬유직물(10)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 유리섬유의 섬유수를 경사와 위사의 비를 서로 달리하여 직조한 것으로서, 특히 위사를 100으로 하여 경사를 20 내지 50의 비율로 직조한 것이다. 이러한 수평강화 유리섬유직물(10)은 콘크리트 기둥(20)의 표면에 권회되어 수지함침으로 고정되는 경우, 기둥(20)의 수평방향에 대한 보강작용을 한다. 상기 수평강화 유리섬유직물(10)의 경사가 위사 100에 대해 20 이하의 비율로 직조되는 경우, 경사들이 위사들을 긴밀히 지지하지 못하여 직물 전체가 변형 등에 약화되고, 특히 수평방향에 대한 외력에 대해서도 쉽게 수평방향의 위사들의 배열이 쉽게 흐트러지는 문제점이 있을 수 있으며, 경사가 위사 100에 대해 50 이상의 비율로 직조되는 경우, 경사의 밀도가 증가하여 전체 직물에서의 유리섬유의 비중이 증가하고, 유리섬유의 사용량이 증가하는 등의 문제점이 있으며, 특별히 단위 중량 대비 수평강화의 특징이 나타나지 않게 되는 문제점이 있을 수 있다. 상기 수평강화 유리섬유직물(10)의 직조에 사용되는 유리섬유로는 바람직하게는 알칼리에 대해 내성을 갖는 알칼리 저항성 유리섬유(AR-glass)가 사용되는 것이 바람직하다. 이 알칼리 저항성 유리섬유는 당업자에게는 용이하게 구입하여 사용할 수 있을 정도로 국내외에서 공지된 것으로 이해될 수 있다. 이 알칼리 저항성 유리섬유는 특히 콘크리트 기둥(20)과 같이 보강의 대상이 되는 구조물이 알칼리성이기 때문에 그와 장기간 접촉하여도 알칼리에 의해 변성되지 않을 것이 요구되기 때문이다. 상기 수평강화 유리섬유직물(10)은 상기 콘크리트 기둥(20)의 표면에 2 내지 5회 권회시켜 직물층(40)을 형성시키는데 사용된다. 상기 직물층(40)은 일차적으로 상기 콘크리트 기둥(20)의 표면에 감기어 기둥(20)의 수평방향에서 가해지는 외력에 대한 내성을 부여하는 기능을 한다. 상기 수평강화 유리섬유직물(10)의 권회수가 2 미만으로 되는 경우, 충분한 수평강화 효과가 나타나지 않게 되는 문제점이 있을 수 있으며, 5회를 초과하는 것은 과다한 유리섬유직물(10)의 사용으로 경제적이지 못하고, 또한 수지에 의한 고정에 의해서도 유리섬유직물(10)의 과도한 두께로 인한 기둥(20)에의 밀착성이 충분히 이루어지지 않게 되는 문제점이 있을 수 있다.

상기 수평강화 유리섬유직물(10)에 함침되는 수증기 통기성 에폭시수지는 상기 수평강화 유리섬유직물(10)을 상기 콘크리트 기둥(20)에 대해 긴밀하게 고정시키는 기능을 한다. 상기 수증기 통기성 에폭시수지는 비스페놀 에이 또는 비스페놀 에프 등 통상의 비스페놀계 에폭시 수지에 경화제로서 폴리옥시프로필렌 디아민(polyoxypropylene diamine)을 혼합하여 수득되는 에폭시수지로서, 수증기 통기성이 있으며, 당업자에게는 상용적으로 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다. 이러한 수증기 통기성 에폭시수지는 상기한 바의 경화제에 의해 경화되어 수증기 통기성 에폭시수지층을 형성하며, 이 층이 상기 수평강화 유리섬유직물(10)을 상기 콘크리트 기둥(20)에 고정시키는 역할을 한다. 상기 수증기 통기성 에폭시수지는 습윤상태의 콘크리트 기둥(20)에 대해서도 사용이 가능하며, 경화 후 수증기 등의 존재로 인한 수지층의 박리현상 등이 일어나지 않고, 수지층이 콘크리트 기둥(20)의 표면에 긴밀하게 밀착된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 실행에 의해 콘크리트 기둥(20)을 수평방향 및 수직방향 모두에 대해 보강이 이루어질 수 있으며, 특히 수평방향에 대한 우수한 보강이 이루어져, 내진보강이 가능하게 된다.

예를 들어, 콘크리트 기둥(20)의 표면에 폭 3㎜, 깊이 10㎜의 홈을 수직방향으로 홈들을 서로에 대하여 일정간격으로 형성시킨 후, 통상의 에폭시수지를 사용하여 탄소섬유 복합체(30)를 홈삽입시킨 후, 별도로 수평강화 유리섬유직물(10)로서 위사 100에 대해 경사 30의 비율로 알칼리 저항성 유리섬유를 직조한 것을 폴리옥시프로필렌디아민을 경화제로 사용한 통상의 비스페놀 에이계 에폭시수지를 사용하여 함침시킨 것을 사용하여 상기 탄소섬유 복합체(30)로 보강된 기둥(20)의 표면에 상기 에폭시수지가 함침된 수평강화 유리섬유직물(10)로 5회 권회시켜 직물층(40)으로 보강한 기둥(20)(실시예 1)과 보강 전의 동일한 직경의 콘크리트 기둥(20)(비교예)을 기둥(20)의 상단과 하단을 고정시키고, 그 중간 부분에서 밀고 당기는 시험(푸시-풀 테스트)을 하여 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 보강된 콘크리트 기둥(20)의 변위는 그렇지 않은 비교예의 콘크리트 기둥(20)에 비해 보다 큰 변위에서도 취성파괴가 일어나지 않음을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 의하면 기성의 콘크리트 기둥(20)에 대하여 간편하고도 효과적인 내진보강이 가능한 콘크리트 기둥의 보강방법을 제공하며, 또한 그에 의해 내진보강된 콘크리트 기둥을 제공하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 기둥의 보강에 사용되는 수평강화 유리섬유직포를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 기둥의 보강방법으로 보강된 콘크리트 기둥의 부분측면도이다.

도 3은 도 2의 콘크리트 기둥의 평단면도이다.

도 4는 본 발명에 따라 보강된 콘크리트 기둥의 푸쉬-풀시험에서의 변형도를 나타내는 그래프이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 수평강화 유리섬유직물 20 : 콘크리트 기둥

30 : 탄소섬유 복합체 40 : 직물층

Claims (4)

1. (1) 콘크리트 기둥의 표면에 폭 2 내지 5㎜, 깊이 5 내지 20㎜의 수직방향의 홈을 일정간격으로 형성시킨 후, 상기 홈에 탄소섬유에 에폭시 수지를 함침, 경화시킨 탄소섬유 복합체를 삽입하고, 접착제로서 에폭시 수지를 사용하여 상기 홈에 상기 탄소섬유 복합체를 고정시켜 압축보강시키는 1차보강단계; 및

   (2) 상기 1차보강단계에서 보강된 상기 콘크리트 기둥의 표면에 수증기 통기성 에폭시수지가 함침된 수평강화 유리섬유직물을 2 내지 5회 권회시켜 직물보강층을 형성시키는 2차보강단계;들을 포함하여 이루어지되,

   상기 수평강화 유리섬유직물을 구성하는 유리섬유는 알칼리 저항성 유리섬유이고,

   상기 수증기 통기성 에폭시수지는 비스페놀 에이 또는 비스페놀 에프에서 선택되는 비스페놀계 에폭시 수지에 경화제로서 폴리옥시프로필렌 디아민을 혼합하여 수득되는 것임을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강방법.
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