KR100612036B1 - 외부 비부착 긴장재로 보강된 철근 콘크리트 보의 휨 거동에 대한 보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시공성이 뛰어난 폴리에틸렌 섬유 로프 긴장재를 이용한 외부 비부착식 긴장재를 이용한 철근 콘크리트 보의 휨 거동에 대한 보강공법에 관한 것으로, 섬유 로프와 타이 바 및 턴 버클로 이루어진 섬유 로프 긴장재를 이용하여 노후화된 대상 구조물을 보수, 보강함으로써 긴장력의 도입 및 시공의 간편성, 공기 단축 등을 달성하고자 한 것이다.

본 발명은 콘크리트 보의 끝단에서 1/4되는 지점에 두 개의 로프 지지대(15)를 각기 설치하고, 보의 양끝단 상단부에 섬유 로프(11)를 결합하기 위한 지지봉체(16)를 고정하는 공정과, 두 개의 섬유 로프(11)와, 일단에는 섬유 로프(11)의 내측단이 결합되는 U형고리(12)를 구비하며 타단에는 턴 버클(14)이 나합되어 서로 대향되게 배치된 두 개의 타이 바(13)로 이루어진 섬유 로프 긴장재(10)의 양단부를 로프 지지대(15)를 통과한 상태에서 고정용 지지봉체(16)에 결합, 고정하는 섬유 로프 긴장재 설치 공정과, 타이 바(13)의 단부 U형 고리(12)와 콘크리트 보의 저면 사이에 각기 받침대(17)를 삽입 고정하는 받침대 설치 공정과, 상기 받침대 설치 공정 후 가조임 상태의 턴 버클(14)을 지속적으로 조임하여 초기 긴장력을 도입하는 1차 긴장력 도입 공정과, 1차 긴장력 도입 공정 후 섬유 로프 긴장재(10)에 릴렉세이션 손실이 발생된 후 긴장력을 재도입하는 2차 긴장력 도입 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 외부 비부착 긴장재로 보강된 철근 콘크리트 보의 휨 거동에 대한 보강공법을 제공함을 특징으로 한다.

이를 통해 본 발명은 긴장력의 도입 및 시공의 간편성, 공기를 단축 등을 달성하며, 특히, 긴장력의 도입 후 일정시간 경과 뒤 릴렉세이션 손실이 발생되더라도 긴장력의 재도입이 가능하고, 긴장력의 임의 조절이 간편하며 구조물의 유지보수가 편리하게 될 뿐 아니라, 기존 구조물의 외부 손상 없이 보수, 보강을 행할 수 있어, 기존 구조물의 파손과 보강공사로 인한 기존 구조물의 일시적인 내력저하 등을 방지할 수 있어 구조물의 안전성을 확보하는 효과를 가진다.

섬유 로프 긴장재, RC보 휨 보강, 타이 바, 턴 버틀, 섬유 로프, U형고리

Description

외부 비부착 긴장재로 보강된 철근 콘크리트 보의 휨 거동에 대한 보강공법 {The reinforecment method of construction about flexural beahviors of RC beams strengthened with external unbonded fiber rope tendons}

도1은 본 발명에 따른 보강공법의 공정 순서도

도2는 본 발명에 따른 섬유 로프 긴장재의 사시도

도3은 본 발명에 따른 섬유 로프 긴장재를 이용한 보강공법 적용 단면도

도4는 본 발명의 보강공법을 교량 상판보에 적용한 단면도

도5는 종래 보강공법의 개략도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 섬유 로프 긴장재 11 : 섬유 로프 12 : U형 고리

13 : 타이 바 14 : 턴 버클 15 : 로프 지지대

16 : 지지봉체 17 : 받침대

본 발명은 시공성이 뛰어난 폴리에틸렌 섬유 로프 긴장재를 이용한 외부 비부착식 긴장재로 보강된 철근 콘크리트 보의 휨 거동에 대한 보강공법에 관한 것으로, 섬유 로프와 타이 바 및 턴 버클로 이루어진 섬유 로프 긴장재를 이용하여 노후화된 대상 구조물을 보수, 보강함으로써 긴장력의 도입 및 시공의 간편성, 공기 단축 등을 달성하고자 한 것이다.

콘크리트 구조물은 일반적으로 설계, 사용재료 선정, 시공 등이 적절하게 이루어지면, 내구성이 우수하고 반영구적으로 사용되며, 현재 반세기 이상 경과된 건물도 상당히 많다.

그러나 근대화와 더불어 건설된 지하철, 고속도로, 댐 건설과 주택 및 대형 상업건축 구조물 등은 짧은 기간내에 급속히 건설되었고, 시공이후 자연현상, 잦은 용도 및 구조 변경과 같은 하중 증가 요인과 기타 환경적 요인은 물론, 사용연수가 더해갈수록 화학적, 물리적인 변형 등으로 노화가 급속히 진행되며, 이로 인한 각종 하자가 발생하고 있는 실정에 있다.

특히, 설계, 재료, 시공이 부적절하거나 사용조건 및 환경조건이 열악할 경우에는 그 취약부이의 내구성 및 내력의 저하가 진행되어 철근 콘크리트 구조물의 안전성 확보 및 내용연수를 연장하기 위해서는 보수, 보강의 필요하게 되었다.

그러나, 현재 국내 구조물의 보수 보강 기술은 체계화 되어 있지 않을 뿐 아 니라 자체적으로 축적된 기술과 경험도 충분하지 않아 국외의 기술들을 바싼 대가를 지불하면서 사용하고 있는 실정이고, 최근에 들어 유지 관리분야에 대한 관심과 신 공법 연구개발이 활발하게 진행되고 있는데, 그 중 일반적으로 적용되고 있는 보수, 보강 공법으로는 강판접착보강공법, 단면증설조강공법, 섬유시트 보강공법, 포스트텐셔닝공법 등이 있고, 보강재료로는 철근, 강판, PC강재, 섬유시트 등이 사용되고 있다.

이와 같은 종래 보강 공법별 특성을 나타내는 현황분석표는 아래와 같다.

또한, 이들 공법이 시공되는 형상이 도5의 종래기술도에 예시되어 있으며, 이를 통하여 각 종래기술의 내용을 살펴보면,

(1) 단면 증설공법의 경우, 기설 부재에 콘크리트를 다져 넣어 단면을 증가시켜 내력증강을 꾀하는 공법으로, 신구콘크리트의 확실한 일체화가 매우 중요하기 때문에 이를 위해 기설구조물에는 앵커를 설치하고, 신구 콘크리트의 이어치기처리 등이 특히 중요함에 따라 전문가가 매우 숙련된 기술로 작업을 시행하여야 하는 것이며, 증설에 따른 상부 구조의 사하중 증가로 인한 하부 구조의 안정성 문제가 대두되는 것이고, 구조물의 보수, 보강이 대체로 인장이 일어나는 부재의 아래측에서 행해지게 됨으로 인한 시공상의 어려움, 작업공간의 확보 등의 문제를 검토해야 하는 어려움이 있는 것이다.

(2) 강판 접착공법의 경우, 콘크리트 부재의 인장측 외면에 강판을 접착시켜 기존의 콘크리트와 일체화시킴으로써, 철근과 같은 보강효과를 얻는 공법으로서, 기존 콘크리트 부재에 고정하중과 활하중이 작용할 때 부족한 활하중 부분을 접착강판에서 받도록 하고, 강판을 접착하는 공법으로 압착공법과 주입공법 등이 적용되고 있다.

(3) 탄소섬유시트 부착공법의 경우,

탄소섬유시트로 사용되는 재료로는 탄소섬유, 함침접착용 수지, 프라이머 등이 있으며, 이들은 경량이고 고탄성, 고강도이며, 내염해성 등의 내구성이 우수할 뿐 아니라 인장강도가 뛰어난 특징을 가지고 있어 보강재료로써 그 사용이 증가추세에 있다.

그러나, 인화성이 강하여 화재시 매우 취약하고, 에폭시계 수지를 결합재료로 이용할 경우 표면에 피복이 없는 상태에서 햇볕에 장기간 노출될 경우 자외선에 의한 강도가 저하되는 등의 문제점이 있으며, 섬유시트 적층수의 증가에 따라 공기가 길어지고, 표면처리 후 훼손된 국부적인 불량부분은 단차가 1mm이내가 되도록 시멘트 몰탈, 에폭시 레진 몰탈 등으로 복구하여야 하는 후행 공정이 필수적으로 뒤따라야 하는 등의 문제점을 가지고 있는 것이다.

(4) 포스트 텐셔닝 공법의 경우, 기존의 프리스트레스 공법의 한 분야로서 통상의 보강공법이 기존 구조체의 손상 복원없이 보강하는 방법임에 반해, 기존 구조체의 변형형이나 응력을 복원시켜 보강하는 것을 특징으로 하며, 외부 텐던 방식은 말 그대로 구조체 단면의 바같족에 포스트 텐셔닝 케이블을 설치하여 긴장하는 보강 방식으로서, 주로 사장교 또는 현수교나 장경간 지붕 구조물 등에 사용되고, 긴장부재로서의 강선, 긴장력을 구조체에 전달시키는 정착구, 긴장력에 의한 휨 응력을 발생기키는 새들, 텐던의 내구성을 위한 보호장치로 구성되어 있다.

이러한 외부 텐던 방식은 구조적인 해석이 명확하고 적용범위가 광범위하며, 보강 부재의 자중이 가벼워 하중의 증가가 거의 없고 설치가 간편하며 공기가 짧고, 타 공법에 비해 공사비가 저렴하고 시공 후 유지관리가 용이하며 추후 필요시 PT 텐던의 교체가 용이한 장점을 가지고 있으나, 공사가 어렵고 비용이 비싸며 PT 텐던의 곡선 배치가 불가능하고 적용범위가 한정되는 단점이 있는 것이다.

본 발명은 시공성이 뛰어난 폴리에틸렌 섬유 로프 긴장재를 이용한 외부 비부착식 긴장재로 보강된 철근 콘크리트 보의 휨 거동에 대한 보강공법에 관한 것으로, 섬유 로프와 타이 바 및 턴 버클로 이루어진 섬유 로프 긴장재를 이용하여 노후화된 대상 구조물을 보수, 보강함으로써 긴장력의 도입 및 시공의 간편성, 공기를 단축 등의 달성을 그 목적으로 한다.

특히, 타이 바와 턴 버클을 사용하여 간편하게 긴장력을 도입할 수 있을 뿐만 아니라, 긴장력의 도입 후 일정시간 경과 뒤 릴렉세이션 손실이 발생되더라도 긴장력의 재도입이 가능하고, 긴장력의 임의 조절이 간편하며 구조물의 유지보수가 편리하도록 함을 그 목적으로 한다.

또한, 기존 구조물의 외부 손상 없이 보수, 보강을 행할 수 있어, 기존 구조물의 파손과 보강공사로 인한 기존 구조물의 일시적인 내력저하 등을 방지할 수 있어 구조물의 안전성을 확보함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 시공성이 뛰어난 폴리에틸렌 섬유 로프 긴장재를 이용한 외부 비부착식 긴장재를 이용한 철근 콘크리트 보의 휨 거동에 대한 보강공법에 관한 것으로, 섬유 로프 긴장재와 타이 바 및 턴 버클을 이용하여 노후화된 대상 구조물을 보수, 보강함으로써 긴장력의 도입 및 시공의 간편성, 공기 단축 등을 달성하고자 한 것이다.

본 발명에 사용되는 섬유 로프 긴장재(10)는, 양단부에 연결고리부(11')(11")를 형성한 두 개의 섬유 로프(11), 일단에는 섬유 로프(11)의 내측단 연결고리부(11")가 끼움되는 U형고리(12)를 구비하며 타단에는 턴 버클(14) 이 나합되어 서로 대향되게 배치된 두 개의 타이 바(13), 턴 버클(14)의 회전공간 확보와 구조물의 휨에 대한 보강력 증대를 위한 높이조절이 가능한 받침대(17), 섬유 로프(11)의 최외측단 연결고리부(11')를 구조물의 단부에 고정하기 위한 고정용 지지봉체(16), 콘크리트 보의 끝에서 1/4 되는 양지점에 섬유 로프(11)의 방향을 바꾸기 위해 설치되는 두 개의 로프 지지대(15) 등으로 구성되어 있다.

본 발명에 따른 섬유 로프 긴장재(10)의 소재 특성을 살펴보면, 섬유 로프(11)는 FRP(fiber reinforced plastic) 긴장재로서 기존 강재 긴장재에 비해 우수한 내부식성과 비자성체 및 비전도체이며 경량인 것으로, 울트라 하이 멀레큘러 웨이트 폴리에틸렌 파이버(ultra high molecular weight polyethylene(UHMWPE) fiber)를 이용하여 땋은 로프가 사용되고, 원사 재료의 특성 및 로프의 최소 절단 하중 및 곡률에 따른 내력저하, 신장률은 아래 표 및 그림과 같다.

또한, 타이 바(Tie-Bar)(14)의 소재에 있어서도 철근 및 콘크리트와 비교하 여 공칭강도, 항복강도, 인장강도를 실험한 결과가 표3에 도시되어 있다.

이와 같은 본 발명의 섬유 로프 긴장재(10)를 사용하여 손상되거나 강도 보강이 필요한 노후 구조물의 보강공법을 그 공정순서에 따라 자세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 보강하고자 하는 콘크리트 보의 끝단에서 1/4되는 양지점에 섬유 로프(11)의 방향전환을 위한 로프 지지대(15)를 각각 설치하며, 보의 끝단 외측 상부에는 섬유 로프 긴장재(10)를 구성하는 두 개의 섬유 로프(11) 최외측단 연결고리부(11')를 결합하기 위한 고정용 지지봉체(16)를 구비한다.

다음으로 두 섬유 로프(11)의 중앙부가 각각 로프 지지대(15)를 통과하여 지지되는 상태에서 섬유 로프 긴장재(10)의 양단부를 고정용 지지봉체(16)에 결합, 고정하여 섬유 로프 긴장재를 설치한다.

이와 같은 상태에서 상기 고정된 섬유 로프 긴장재(10)의 두 섬유 로프(11)의 내측단의 연결고리부(11")가 결합된 타이 바(13)의 양단 U형 고리(12)와 구조물의 저면 사이에는 각기 받침대(17)를 삽입하여 지지하도록 한다.

이렇게 설치가 완료되면, 섬유 로프 긴장재(10)는 양측 고정용 지지봉체(16)를 각 지점으로 하여 중앙에 장착된 턴 버클(14)이 아래로 처진상태를 이루게 되며, 이때, 상기 턴 버클(14)은 타이 바(13)와 어느 정도 가조임한 상태이므로 턴 버클(14)을 지속적으로 조임하여 적절한 상태의 초기 긴장력을 도입하게 된다.

그런 다음 일정한 시간이 경과하게 되면 섬유 로프(11)의 신율에 의한 릴렉세이션 손실이 발생하게 되므로, 이를 보완하기 위하여 2차 긴장작업을 행하여 긴장력 도입을 완성하게 된다.

이상에서와 같은 공정에 의하여 손상된 구조물 또는 보의 휨 거동에 대하여 보수, 보강을 완료하게 되는 것이다.

일반적으로 교량의 보수는 보의 처짐, 휨 및 노후화 상태 등을 종합적으로 측정하여 보수여부를 결정하게 되며, 이에 본 발명의 섬유 로프 긴장재(10)를 교량용 큰크리트보의 휨에 적용한 구체적인 실시예를 살펴보면, 교량용 콘크리트보(2)의 양측단 외측 상부에 고정용 지지봉체(16)를 구비하고, 콘크리트보(2)의 끝단에 서 1/4되는 양지점에 섬유 로프(11)의 방향전환을 위한 로프 지지대(15)를 각각 설치한 다음, 좌,우측 섬유 로프(11)의 최외측 끝단 연결고리부(11')를 고정용 지지봉체(16)에 결합하여 고정하고, 이에 하부로 처짐되는 섬유 로프(11)의 중앙부가 구비된 로프 지지대(15) 상에 지지되도록 고정한다.

그리고, 상기 타이 바(13)의 단부 U형고리(12)와 구조물의 저면 사이에는 각기 받침대(17)를 삽입하여 지지하도록 하여, 일체화된 섬유 로프 긴장재(10)는 양측 고정용 지지봉체(16)를 각 지점으로 하여 중앙에 장착된 턴 버클(14)이 아래로 처진상태를 이루게 되며, 이때, 상기 턴 버클(14)은 타이 바(13)와 어느 정도 가조임한 상태에 이르게 되고, 가조임한 턴 버클(14)을 지속적으로 조임하여 적절한 상태의 초기 긴장력을 도입하게 되며, 이로써 1차 긴장작업이 완료하게 된다.

그런 다음 일정한 시간이 경과하게 되면 섬유 로프(11)의 신율에 의한 릴렉세이션 손실이 발생하게 되므로, 이를 보완하기 위하여 2차 긴장작업을 행하여 긴장력 도입을 완성함으로써 교량 상판보(2)의 휨 거동에 대한 보수, 보강을 완료하게 된다.

본 발명은 시공성이 뛰어난 폴리에틸렌 섬유 로프 긴장재를 이용한 외부 비부착식 긴장재로 보강된 철근 콘크리트 보의 휨 거동에 대한 보강공법에 관한 것으로, 섬유 로프와 타이 바 및 턴 버클로 이루어진 섬유 로프 긴장재를 이용하여 노후화된 대상 구조물을 보수, 보강함으로써 긴장력의 도입 및 시공의 간편성, 공기를 단축 등의 달성하는 효과를 가진다.

특히, 타이 바와 턴 버클을 사용하여 간편하게 긴장력을 도입할 수 있을 뿐만 아니라, 긴장력의 도입 후 일정시간 경과 뒤 릴렉세이션 손실이 발생되더라도 긴장력의 재도입이 가능하고, 긴장력의 임의 조절이 간편하며 구조물의 유지보수가 편리하게 되는 효과를 가진다.

또한, 기존 구조물의 외부 손상 없이 보수, 보강을 행할 수 있어, 기존 구조물의 파손과 보강공사로 인한 기존 구조물의 일시적인 내력저하 등을 방지할 수 있어 구조물의 안전성을 확보하는 효과를 가진다.

Claims (2)

1. 콘크리트 보의 끝단에서 1/4되는 지점에 두 개의 로프 지지대(15)를 각기 설치하고, 보의 양끝단 상단부에 섬유 로프(11)를 결합하기 위한 지지봉체(16)를 고정하기 위한 로프 지지대 및 지지봉체 설치 공정과;

   두 개의 섬유 로프(11)와, 일단에는 섬유 로프(11)의 내측단이 결합되는 U형고리(12)를 구비하며 타단에는 턴 버클(14)이 나합되어 서로 대향되게 배치된 두 개의 타이 바(13)로 이루어진 섬유 로프 긴장재(10)의 양단부를 로프 지지대(15)를 통과한 상태에서 고정용 지지봉체(16)에 결합, 고정하는 섬유 로프 긴장재 설치 공정과;

   타이 바(13)의 단부 U형 고리(12)와 콘크리트 보의 저면 사이에 각기 받침대(17)를 삽입 고정하는 받침대 설치 공정과;

   상기 받침대 설치 공정 후 가조임 상태의 턴 버클(14)을 지속적으로 조임하여 초기 긴장력을 도입하는 1차 긴장력 도입 공정과;

   1차 긴장력 도입 공정 후 섬유 로프 긴장재(10)에 릴렉세이션 손실이 발생된 후 긴장력을 재도입하는 2차 긴장력 도입 공정;으로 이루어짐을 특징으로 하는 외부 비부착 긴장재로 보강된 철근 콘크리트 보의 휨 거동에 대한 보강공법.
2. 삭제

Images