KR100567212B1 - 기둥 보 가압가새 보강 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기둥(1) 상단과 내력이 부족한 보(2)의 단부 접합점에서 적당한 거리만큼 떨어진 위치에 각각 잭하우징(4)과 곡지압단(5)을 부착하고 이들 사이에 가새틀(3)을 끼워 유압잭(6)으로 가압한다. 영구 가압은 잭하우징(4)의 상판(21)과 지압너트(14)가 서로 미는 힘으로 지탱하게 하여 보(2)의 내력을 증대시켜 처짐과 균열을 복원하고 기둥(1)도 장주효과를 줄여 축압축내력과 횡하중에 대한 저항내력을 증진시키는 기둥(1), 보(2) 가압가새 보강 공법이다. 기둥(1)과 가새틀(3)의 각도는 30?에서 60?범위로 하고 가압력의 크기는 구조계산으로 정하며 가새틀(3)의 가압 방법은 지압볼트(13)를 상판(21)의 볼트구멍에 끼우고 지압너트(14)를 돌려 곡지압단(5)을 곡지압립(16)에 밀착시키고 유압잭(6)에 오일압력을 가한다. 그러면 유압잭(6)의 피스톤이 지압볼트(13)를 밀어 지압너트(14)와 상판(21) 사이 틈이 벌어지므로 지압너트(14)를 돌려서 상판(21)과의 사이 틈이 없어지도록 하고 유압잭(6)의 오일압력을 풀어 유압잭(6)을 회수한다.

Description

기둥 보 가압가새 보강 공법{reinforcing method using forced knee brace between column and girder}

도 1은 기둥 보 가압가새 보강 공법의 평면도,

도 2는 기둥 보 가압가새 보강 공법의 부분 사시도,

도 3a는 잭하우징의 입면도,

도 3b는 잭하우징의 부분 상세도,

도 3c는 가새틀의 부분 상세도,

도 4a, 4b는 곡지압단의 상세도,

도 5는 기둥 보 가압가새 보강 공법의 시험 시공 사진이다.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

1: 기둥

2: 보

3: 가새틀

4: 잭하우징

5: 곡지압단

6: 유압잭

11: 가새

12: 평지압판

13: 지압볼트

14: 지압너트

15: 곡지압판

16: 곡지압립

17: 반원판

18: 보 지판

21: 상판

22: 하판

23: 측판

24: 연장측판

25: 보강립

26: 기둥지판

휨 내력이나 전단 내력이 부족하여 구부러지고 균열이 발생한 보(2)는 탄소 섬유나 강판을 부착하거나 H형강 등 다른 구조 부재를 추가하여 보강하는 것이 종래의 기술이다.

기존 보(2)에 탄소섬유나 강판을 부착하기 위해서는 표면을 깨끗하게 갈아내고 표면이 고르지 못하면 사전에 보수하여야 한다. 또한 내력이 부족한 대부분의 철근콘크리트 보(2)는 콘크리트 강도가 부족하여 탄소섬유나 강판을 부착할 에폭시수지 등의 부착 강도와 차이가 많아 보강부위가 파손, 탈락되는 부작용이 생길 수 있다. 또한 H형강 등 구조부재를 보(2) 밑에 추가하면 천장고가 낮아져서 사용상 지장을 주게 된다. 한편 종래의 보강 방법들은 보(2)가 내력이 부족하여 구부러지고 처진 상태를 기정사실로 인정하고 더 이상 구부러지고 처지는 것을 최소한으로 줄이도록 조치를 취한 후 균열을 보수하는 것으로 만족하고 있다. 최근에 개발된 강선 보강 방법은 위 문제점을 해소하고 있으나 지진이나 바람 등 횡력이 작용할 때 내력이 부족한 기둥(1)을 동시에 보강하지는 못한다.

건물의 층고 중에는 보(2) 밑면과 천장 마감 면 사이에 냉난방 설비, 스프링클러나 조명설비 등을 위한 빈 공간도 포함된다. 그러나 대부분의 경우 위 공간의 높이를 최소한으로 제한하지만 폭에는 여유가 많은 편이므로 기둥(1) 가까운 부분에 다른 구조 부재를 추가하는 것은 별 무리가 없다. 그러므로 위 기둥(1) 주변의 방치된 공간을 활용하여 내력이 부족한 보(2)를 보강하고 동시에 기둥(1)까지 보강하는 공법을 개발할 필요가 있다. 또한 종래의 보강 공법과는 달리 내력이 부족하 여 구부러지고 균열이 발생한 보(2)를 다소나마 원상으로 복원하는 것도 기술적인 과제에 속한다.

등분포하중을 받는 보(2)의 최대 휨모멘트는 보(2) 길이의 제곱에 비례하므로 내력이 부족한 보(2)의 단면을 직접 보강하는 대신 보(2)와 기둥(1)과의 사이에 가새(11)를 설치하여 보(2)의 양단 지점 위치를 줄여주면 보(2)를 보강하는 것과 같은 효과를 발휘하게 된다. 예를 들어 기둥(1) 간격 8m인 보(2)의 양단에서 안쪽으로 0.8m씩 들어간 위치에 가새(11)를 설치하면 보(2)의 실제 길이는 8.0-0.8-0.8=6.4m가 되므로 최대 휨모멘트 값은 8.02=64.0에서 6.42=40.96으로 줄어들게 된다. 즉 원래 8m 보(2)의 64%(40.96/64.0=0.64)에 해당하므로 36%가 줄어든 효과를 발휘하게 된다. 또한 구조물이 지진 또는 바람 등 횡하중을 받을 경우 기둥(1)의 횡방향 구속 지점을 줄이면 휨내력이 증가하며 특히 장주(long column)에서는 큰 축하중 보강 효과를 발휘한다. 예를 들어 층고 3.5m인 기둥(1) 상단에서 아래로 0.8m 위치에 가새(11)를 설치하여 기둥(1)의 실제 길이를 2.7m로 단축시키면 휨모멘트는 2.7/3.5=0.77 즉 77%로 줄어들어 기둥(1) 내력이 커지며 장주일 경우는 압축 내력도 상승하게 된다.

도 3에서 기둥(1)과 보(2)와의 사이에 대각선 방향으로 가새(11)를 설치하면 보(2)에 작용하는 하중이 보(2)의 단부로 이동하는 과정에서 지름길인 가새(11)를 만나 비스듬히 기둥(1)으로 흘러가게 되므로 힘의 흐름 경로가 짧아지고 하중전달 효율이 대폭 증대하게 된다. 그러나 기존 건물의 기둥(1)과 보(2)가 하중을 받아 변형을 일으킨 후에 가새(11)를 단순히 끼워놓기만 하면 접합부 시공 오차까지를 감안할 때 기존 보(2)가 힘에 겨워 더 큰 변형을 일으켜야 비로소 가새(11)에 힘이 작용하기 시작하여 제구실을 할 수 있으므로 보강 효과와 변형제어 능력이 대폭 감소된다. 기존 건물의 기둥(1)과 보(2)에 추가될 하중을 예견하여 미리 보강하는 경우도 간혹 있으나 일반적으로 응력도는 물론 변형량도 허용 한계점에 육박한 경우에 보강하는 것이 대부분이다.

본 발명은 가새(11)를 유압잭(6)으로 사전 가압함으로 가새(11)의 접합부 시공오차 및 볼트너트의 미끄러짐 값을 사전에 흡수하고, 가새(11)의 축방향 길이 축소량 까지 감안하여 신축당시부터 가새(11)가 그 자리에 있었던 것과 같은 효과를 발휘한다. 또한 기존 기둥(1)과 보(2)의 변형 및 균열도 복원시키는 적극적인 보강 방법이다.

도 2와 3a,4a에서 기둥(1) 상단과 보(2)의 단부 접합점에서 적당한 거리만큼 떨어진 위치에 각각 잭하우징(4)과 곡지압단(5)를 부착하고 이들 사이에 가새틀(3)을 끼워 유압잭(6)으로 가압한다. 영구 가압은 잭하우징(4)의 상판(21)과 지압너트(14)가 서로 미는 힘으로 지탱하게 하여 보(2)의 내력을 증대시켜 처짐과 균열을 복원하고, 기둥(1)도 장주효과를 줄여 압축내력과 횡하중에 대한 저항내력을 증진시키게 된다. 가새(11)의 길이는 가능한 한 천장 속에 감추어질 범위 내에서 최대치가 되도록 하거나, 일부 노출시켜도 무관한 경우는 기둥(1)과 보(2) 접합점에서 멀리 떨어진 위치에 길이가 긴 가새(11)를 사용한다. 또한 기둥(1)과 가새(11)의 각도는 30?에서 60?범위가 적합하다. 가새(11)의 단면 크기는 가압력의 크기와 길이에 따라 달라지며, 가압력은 보(2)의 응력과 기둥(1) 가새(11)의 각도에 따라 달라지므로 구조계산으로 정한다.

잭하우징(4)은 가새(11)를 가압하는 유압잭(6)을 임시 삽입할 수 있는 상자형으로 평행한 4각형의 상하판과 이들 주변 3 면을 ㄷ형으로 감싸는 측판(23)으로 이루어진다. 또한 잭하우징(4)은 기둥(1)에 각도를 이루면서 접합하므로 하판(22) 한 면에 연장측판(24)을 붙이고 기둥지판(26)과 이루는 3각형의 공간에 2개의 3각형 보강립(25)을 삽입 용접한다. 기둥지판(26)에는 여러 개의 볼트구멍을 뚫어 셋앵커로 기둥(1) 측면에 부착한다. 가새(11)의 한쪽 끝단에는 중앙에 지압볼트(13)를 용접한 평지압판(12)을 용접한다. 지압볼트(13)에는 지압너트(14)를 돌려서 조립하고 상판(21) 중앙에 뚫은 볼트구멍에 끼운다. 볼트구멍은 지압볼트(13)가 삽입되어 쉽게 미끄러질 수 있도록 지압볼트(13) 외경보다 2mm정도 크게 뚫는다. 가새(11)의 단면은 원형강관, 각형강관, H형강 등 소정의 압축력을 받기에 적합한 것을 선정한다,

가새(11)의 다른쪽 끝단에는 원호로 구부린 곡지압판(15)(대형 강관조각)을 용접하여 가새(11)의 가압력을 곡지압단(5)에 원활히 전달될 수 있게 한다. 곡지압단(5)은 보 지판(18)과 이에 T형으로 용접한 반원판(17) 및 이들 두 강판 사이 한 쪽에 2개의 곡지압립(16)을 용접한 것이며 보 지판(18)에는 여러 개의 볼트구멍을 뚫는다. 곡지압립(16)은 직각 삼각형의 긴 변을 곡지압단(5)과 같은 원호로 가공한다.

기둥(1) 측면과 보(2) 하면에 셋앵커로 잭하우징(4)과 곡지압단(5)을 부착한 후, 가새틀(3)의 지압볼트(13)를 상판(21)의 볼트구멍에 끼운다. 그리고 지압너트(14)를 돌려 곡지압단(5)을 곡지압립(16)에 밀착시키고 유압잭(6)에 오일압력을 가하면 유압잭(6)의 피스톤이 지압볼트(13)를 밀어 지압너트(14)와 상판(21) 사이 틈이 벌어진다. 이 때 지압너트(14)를 돌려서 상판(21)과의 틈이 없어지도록 하고 유압잭(6)의 오일압력을 풀어 유압잭(6)을 회수한다. 잭하우징(4)의 열린 한 면은 얇은 철판으로 막아도 된다.

가새(11)에 가하는 압축력의 크기는 유압잭(6)의 가압 압력게이지를 읽어서 결정한다. 가새(11)는 기둥(1)의 좌우면에 대칭으로 설치하는 것이 원칙이나 편측에만 설치하는 외주의 경우에는 사전에 가새(11)로부터 전달되는 편측 횡력으로 인한 휨 응력에 저항할 보강 조치를 취하여야 한다.

기둥(1)과 보(2) 접합점 가까운 위치에 가새(11)를 설치하면 보(2)의 단부 지점 거리가 줄어들게 되며 이는 보(2)의 휨모멘트가 길이의 제곱에 비례하는 구조 이론상 지대한 간접 보강효과를 발휘하게 된다. 또한 기둥(1)은 가새(11)로 구속되는 지점까지 길이가 줄어들게 되므로 장주의 경우는 축하중의 저항 내력도 커지고 횡하중에 대한 휨내력도 증가되어 결국 기둥(1)을 보강하는 효과를 얻게 된다. 재래식 보강 공법과 달리 보의 처짐과 균열을 복원시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 기둥(1)과 보(2) 접합부 부근에서, 기둥 상단으로부터 적당한 거리만큼 떨어진 위치의 기둥에 부착된 잭하우징(4) ; 및

   잭하우징 반대편의 보 단부로부터 적당한 거리만큼 떨어진 곳의 보에 설치된 곡지압단(5) ;

   상기 잭하우징과 곡지압단 사이는 가새틀(3)로 연결하며 ;

   상기 가새틀과 기둥에 부착된 잭하우징이 만나는 부위를 유압잭(6)으로 가압하여 기둥과 보의 내력을 증진시키는 것을 특징으로 하는 기둥 보 가압가새 보강 공법.
2. 제1항에 있어서 가새틀(3)은 기둥의 잭하우징(4)과 보의 곡지압단(5)을 가새(11)로 연결시켜 주고 ;

   상기 기둥(1)측의 가새 단부는 평지압판(12)과 지압볼트(13)로 구성되며 ;

   상기 지압볼트를 유압잭(6)으로 가압하고 ; 및

   보의 곡지압단 쪽은 가새(11) 단부에 강판을 원호로 구부려 제작한 곡지압판(15)으로 구성된 것을 특징으로 하는 기둥 보 가압가새 보강 공법.
3. 제1항에 있어서 잭하우징(4)은 여러 개의 볼트 구멍이 있는 기둥지판(26)을 볼트를 이용하여 기둥(1)에 설치하고 ;

   상기 기둥지판(26)에는 가새(11)와 동일방향으로 용접측판(24)을 부착하며 ; 및

   용접측판과 기둥지판 사이의 삼각형 공간은 보강립(25)으로 구성하고 ;

   상기 보강립의 상부에는 가새(11)를 가압하는 유압잭(6)을 임시 삽입하도록 만들어진 ㄷ형으로 감싸는 측판(23); 및

   측판(23)에 용접된 상판(21)과 하판(22) 으로 설치하고

   상기 유압잭(6)을 하판 위에 설치 후 가새 하부의 지압볼트(13)를 유압으로 가압하여 지압너트(14)로 고정 시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 기둥 보 가압가새 보강 공법.
4. 제 1항에 있어서 곡지압단(5)은 다수의 볼트 구멍이 뚫려 있는 보 지판(18)을 보(2) 하부에 볼트를 사용하여 설치하고 ;

   상기 보 지판에는 반원형의 반원판(17)을 수직으로 부착하며 ;

   상기 반원판과 보 지판 사이에 가새(11)가 부착 되는 방향으로 2 개의 곡지압립(16)을 설치하여 가새의 곡지압판(15)이 정착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 기둥 보 가압가새 보강 공법.

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