KR100653632B1 - 섬유강화 복합재료의 긴장 및 매립에 의한 콘크리트구조물의 보강방법 - Google Patents

섬유강화 복합재료의 긴장 및 매립에 의한 콘크리트구조물의 보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물에 섬유강화 복합재료(Fiber Reinforced Polymer Composites : "FRP")로 제작된 긴장재를 철근 피복 깊이 내에 긴장하여 매립함으로써 FRP 긴장재의 긴장력에 의하여 콘크리트 구조물을 보강하는 새로운 형태의 보강방법 및 보강구조에 관한 것이다.
본 발명에서는 콘크리트 구조물에서 보강이 필요한 부분의 외면에 소정 깊이로 오목홈을 형성하는 단계; 상기 오목홈(101)에 FRP로 제작된 FRP 긴장재(102)를 배치하고 상기 FRP 긴장재(102)를 긴장장치에 의하여 긴장하는 단계; 오목홈(101) 내에 배치된 FRP 긴장재(102)를 긴장한 상태에서 상기 오목홈(101)에 충진재(104)를 충진하여 상기 FRP 긴장재(102)가 상기 충진재(104) 속에 완전히 매립되도록 하는 단계; 및 상기 충진재(104)가 소정 강도 이상으로 양생되면 상기 긴장장치(103)로부터 FRP 긴장재(102)를 해체하여 콘크리트 구조물에 긴장력을 도입하고 FRP 긴장재(102)의 불필요한 부분과 긴장장치(103)를 제거하는 단계를 포함하는 구성을 가지고 있어 FRP 긴장재(102)의 긴장력에 의하여 콘크리트 구조물을 보강하게 되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강방법 및 보강구조가 제공된다.
섬유보강, 보강구조, 보강방법, 콘크리트 구조물, 긴장

Description

섬유강화 복합재료의 긴장 및 매립에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법{Strengthening Method for Concrete Structures with Prestressed Near Surface Mounted Fiber Reinforced Polymer Composites}
도 1a 내지 도 1d는 콘크리트 구조물의 일예로서 콘크리트 빔에 대하여 본 발명에 따른 보강방법을 적용하여 보강 시공하는 각 단계를 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명자가 긴장력의 도입 없이 단순히 FRP 보강재를 오목홈에 설치한 경우와, FRP 긴장재를 오목홈에 배치하고 긴장력을 가한 경우에 대하여 극한 하중까지 가하는 실험을 수행하여 얻어진 응력-하중 관계 그래프도이다.
도 3은 교각의 코핑부를 본 발명에 의하여 보강한 형상을 보여주는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 보강구조 및 방법을 효율적으로 적용할 수 있도록 하는 신규한 표면설치 긴장장치의 구성을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4의 Ⅲ-Ⅲ'선에 따른 부분 단면도를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 보강구조 및 방법을 효율적으로 적용할 수 있도록 하는 또다른 실시예에 의한 표면설치 긴장장치의 구성을 보여주는 개략적인 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
101 : 오목부
102 : FRP 긴장재
103 : 긴장장치
120 : 반력부재
103, 200 : 표면설치 긴장장치
본 발명은 섬유강화 복합재료(Fiber Reinforced Polymer Composites : 이하 "FRP"라고 부른다)로 제작된 긴장재에 의한 콘크리트 구조물의 보강방법 및 보강구조에 관한 것으로서, 구체적으로는 콘크리트 구조물에 FRP로 이루어진 긴장재를 철근 피복 깊이 내에 긴장하여 매립함으로써 FRP 긴장재의 긴장력에 의하여 콘크리트 구조물을 보강하는 새로운 형태의 보강방법 및 보강구조에 관한 것이다.
종전에 가장 일반적으로 시행해오던 콘크리트 구조물의 보강방법은, 콘크리트 구조물의 단부 외면에 돌출 설치된 고정부재를 이용하여 강선을 긴장하는 것이다.
그런데 이와 같은 종래의 보강방법에서는 콘크리트 구조물의 외면에 고정부재가 돌출되므로 보강 후 구조물의 외관이 나빠지는 단점이 있다. 또한 고정부재 가 돌출되어 설치될 만한 공간이 반드시 확보되어야 하므로, 콘크리트 구조물의 보강 대상면이 이웃한 구조물과 바로 인접해 있는 경우와 같이 콘크리트 구조물의 보강 대상면에 고정부재를 돌출 설치할 공간이 충분하지 못한 경우에는 적용할 수 없다는 한계가 있다. 특히, 교량의 콘크리트 빔에서는 콘크리트 빔의 하면에 고정부재를 이용하여 긴장재를 설치하게 되면 그만큼 콘크리트 빔의 하부 공간을 차지하게 되고, 그에 따라 교량의 높이가 낮아지게 되는 문제점이 발생하게 된다.
상기 고정부재는 주로 금속재로 만들어지는데 콘크리트 구조물의 외부에 설치되어 강우 등으로 인하여 지속적으로 수분에 노출되므로 고정부재가 쉽게 부식될 수 있으며, 이 경우 녹물이 흘러 콘크리트 구조물의 외관을 해치는 것은 물론이고 고정부재의 파손이 발생하여 긴장재의 긴장이 해체될 수도 있다. 이러한 고정부재의 손상은 결국 콘크리트 구조물의 보강력 손실을 가져와서 궁극적으로는 구조물의 파괴를 야기할 수도 있게 된다.
본 발명은 위와 같은 종래의 보강방법 및 보강구조가 가지는 문제점과 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 콘크리트 구조물의 외면에 고정부재를 돌출시켜 설치하지 아니하고도 콘크리트 구조물을 더욱 안전하고 효과적으로 보강할 수 있는 보강방법 및 보강구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로 본 발명에서는 내구성이 우수한 FRP로 제작된 긴장재를 이용하고, 별도의 고정부재를 사용하지 않고 상기 FRP 긴장재를 콘크리트 구조물의 표면 에 형성된 오목홈에 배치하여 콘크리트 구조물에 긴장력을 가하도록 함으로써 콘크리트 구조물을 보강하게 되는 새로운 형태의 보강방법 및 보강구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 콘크리트 구조물에서 보강이 필요한 부분의 외면에 소정 깊이로 오목홈을 형성하는 단계; 상기 오목홈에 FRP로 제작된 긴장재를 배치하고 상기 FRP 긴장재를 긴장장치에 의하여 긴장하는 단계; 오목홈 내에 배치된 FRP 긴장재를 긴장한 상태에서 상기 오목홈에 충진재를 충진하여 상기 FRP 긴장재가 상기 충진재 속에 완전히 매립되도록 하는 단계; 및 상기 충진재가 소정 강도 이상으로 양생되면 상기 긴장장치로부터 FRP 긴장재를 해체하여 콘크리트 구조물에 긴장력을 도입하고 FRP 긴장재의 불필요한 부분을 제거하는 단계를 포함하는 구성을 가지고 있어 FRP 긴장재의 긴장력에 의하여 콘크리트 구조물을 보강하게 되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강방법이 제공된다.
또한 본 발명에서는, 콘크리트 구조물에서 보강이 필요한 부분의 외면에 소정 깊이로 오목홈을 형성하고, 상기 오목홈에 FRP로 제작된 긴장재를 배치하고 상기 FRP 긴장재를 긴장장치에 의하여 긴장한 상태에서 상기 오목홈에 충진재를 충진하여 상기 FRP 긴장재가 상기 충진재 속에 완전히 매립시킨 구성에 의하여 상기 FRP 긴장재의 긴장력이 콘크리트 구조물에 도입되도록 함으로써 콘크리트 구조물을 보강하게 되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강구조가 제공된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용효과에 대하여 설명한다.
도 1a 내지 도 1d에는 콘크리트 구조물의 일예로서 콘크리트 빔(100)에 대하여 본 발명에 따른 보강방법을 적용하여 보강 시공하는 각 단계를 보여주는 개략도가 도시되어 있다.
우선 도 1a에 도시된 것처럼, 콘크리트 빔(100)에서 보강이 필요한 부분의 외면에 소정 깊이로 오목홈(101)을 형성한다. 콘크리트 빔(100)의 내부에는 수직 보강철근(110)이 배근되어 있으므로, 상기 오목홈(101)의 깊이는 실질적으로 수직 보강철근(110)의 철근 피복두께 이내가 된다. 이와 같이 오목홈(101)을 형성한 후에는 도 1b에 도시된 것처럼 상기 오목홈(101)에 FRP로 제작된 FRP 긴장재(102)를 배치하고 상기 FRP 긴장재(102)를 긴장장치(103)에 의하여 긴장한다. 도 1b에 도시된 실시예에서는 FRP 긴장재(102)를 그 단부에서 긴장하는 것으로 도시되어 있는데, 이 경우 콘크리트 빔(100)의 단부에는 반력부재(120)를 설치하는 것이 바람직하다.
그런데 경우에 따라서는 콘크리트 빔(100) 단부의 공간이 협소하여 FRP 긴장재(102)를 긴장, 정착하는 것이 가능하지 아니한 경우가 있다. 이를 위해서는 도 3 내지 도 5에 도시된 것과 같이 콘크리트 빔(100)의 표면에 설치되는 신규한 구조의 표면설치 긴장장치(10, 200)를 이용하여 FRP 긴장재(102)를 긴장, 정착할 수도 있다. 상기 표면설치 긴장장치(10, 200)에 대해서는 후술한다.
오목홈(101) 내에 배치된 FRP 긴장재(102)를 긴장한 후에는 도 1c에 도시된 것처럼 상기 오목홈(101)에 에폭시 등과 같은 충진재(104)를 충진하여 상기 FRP 긴장재(102)가 상기 충진재(104) 속에 완전히 매립되도록 한다. 상기 충진재(104)가 소정 강도 이상으로 양생되면 반력부재(120)를 제거하고 긴장장치(103)로부터 FRP 긴장재(102)를 해체하여 콘크리트 구조물에 긴장력을 도입한 후 상기 FRP 긴장재(102)의 불필요한 부분을 제거하여 도 1d에 도시된 것과 같이 보강을 완료한다.
위에서 설명한 것처럼 본 발명의 보강구조 및 보강방법에서는 콘크리트 빔(100)의 외부에 고정부재를 돌출되도록 설치하지 아니하고, 오목부(101)를 이용하여 FRP 긴장재(102)를 배치하고 긴장, 정착하게 되므로, 돌출된 형태의 고정부재를 이용함으로 인하여 발생되었던 종래 기술에서의 여러 가지 문제점과 한계를 극복할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에서는 고정부재의 돌출 설치가 필요하지 아니하므로 고정부재를 설치할 수 있는 공간이 필요 없게 된다. 따라서 본 발명에서는 콘크리트 구조물의 보강 대상면이 이웃한 구조물과 바로 인접해 있는 경우와 같이 콘크리트 구조물의 보강 대상면에 고정부재를 돌출 설치할 공간이 충분하지 못한 경우에도 적용할 수 있다는 장점을 발휘할 수 있다. 특히, 교량의 콘크리트 빔에 적용할 경우, 콘크리트 빔 하부 공간의 손실이 없으므로, 보강시공을 하더라도 교량의 높이가 낮아지는 문제점이 전혀 발생하지 아니한다.
또한 콘크리트 빔의 외면에 고정부재를 부착하지 않게 되므로, 도 1d에 도시된 것처럼, 보강이 완료된 후의 콘크리트 빔의 외면이 말끔하여 보이게 되는 효과도 발휘하게 되며, 고정부재의 부식 등으로 인하여 발생할 수 있는 여러 가지 위험요소도 사전에 제거할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 위와 같이 단순한 FRP 보강재가 아닌, FRP 긴장재(102)를 오목홈(101)에 설치하여 긴장력을 가하게 되므로, 긴장력 도입없이 단순히 FRP 보강재만 배치하는 종래의 기술에 비하여 아래와 같이 우수한 구조적인 상승효과를 발휘할 수 있게 된다.
도 2에는 본 발명자가 긴장력의 도입 없이 단순히 FRP 보강재를 오목홈(101)에 설치한 경우와, FRP 긴장재(102)를 오목홈(101)에 배치하고 긴장력을 가한 경우에 대하여 극한 하중까지 가하는 실험을 수행하여 얻어진 응력-하중 관계의 그래프가 도시되어 있다. 도 2에서 "(프리스트레스 0)"라고 표기하여 화살표로 지시하고 있는 선은 긴장력의 도입 없이 단순히 FRP 보강재를 오목홈(101)에 설치한 경우에 대한 결과이고, "(프리스트레스 도입)"이라고 표기하여 화살표로 지시하고 있는 선들은 FRP 긴장재(102)를 오목홈(101)에 배치하고 긴장력을 가한 경우에 대한 결과이다.
위와 같은 본 발명자의 연구결과에 따르면, 긴장력 도입없이 단순히 FRP 보강재만을 오목홈(101)에 배치하는 경우에는, 오목홈(101)에 채워지는 충진재(104)와 오목홈(101)의 콘크리트 사이의 계면에서 부착파괴가 발생하게 된다. 이는 하중 작용 시에 충진재(104)와 콘크리트 구조물이 일체화로 거동하지 못한다는 것을 보여주며 결국 FRP 보강재에 의한 보강효과가 전혀 발휘될 수 없다는 것을 의미하는 것이다.
이에 비하여 오목홈(101)에 배치된 FRP 긴장재(102)를 긴장하여 긴장력을 부여하는 본 발명에서는 위와 같은 충진재(104)와 오목홈(101)의 콘크리트 사이의 계 면에서 부착파괴가 발생하지 아니하며, 극한 하중에서 FRP 긴장재(102)가 파단되는 파괴양상을 보인다. 이러한 결과는 FRP 긴장재(102)에 의하여 도입되는 긴장력은 오목홈(101)에 채워지는 충진재(104)에 압축력으로 작용하게 되고, 그에 따라 충진재(104)와 오목홈(101)의 콘크리트 사이의 계면에서의 부착파괴가 지연되는 것에도 기인하며, 결과적으로 본 발명에서는 FRP 긴장재(102)에 의하여 충분한 보강효과가 발휘되고 있음을 확인할 수 있는 것이다.
위 설명에서 보강대상이 되는 콘크리트 구조물로서 콘크리트 빔을 일예로 들어 설명하였지만, 본 발명이 적용되는 콘크리트 구조물은 콘크리트 빔에 한정되는 것이 아니다. 도 3에는 교각의 코핑부(200)를 본 발명에 의하여 보강한 형상이 개략도로 도시되어 있는데, 이와 같이 본 발명의 보강구조 및 방법은 교량의 코핑부(200) 등과 같이 다양한 형식의 콘크리트 구조물에 적용할 수 있다.
다음에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 보강구조 및 방법을 더욱 효율적으로 적용할 수 있도록 하는 FRP 긴장재의 표면설치 긴장장치(10)에 대하여 설명한다. 도 4에는 본 발명의 보강구조 및 방법을 효율적으로 적용할 수 있도록 하는 표면설치 긴장장치(10)의 구성을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 4의 Ⅲ-Ⅲ'선에 따른 부분 단면도를 나타내는 개략도가 도시되어 있다. 도면이다. 도 4에서는 표면설치 긴장장치(10)의 안쪽을 도시하기 위하여 한쪽 측벽(66)이 일부 절단되어 생략된 상태로 도시되어 있다.
본 발명의 표면설치 긴장장치(10)는 콘크리트 빔(100)에서 보강이 필요한 부분의 외면에 고정되는 베이스(12)를 포함한다. 베이스(12)에는 후술하는 각종 구 성요소가 설치되는데, 고정앵커(14)와 같은 고정부재에 의해 콘크리트 빔(100)의 외면에 견고하게 고정된다. 베이스(12)의 중앙부에는 개구부(16)가 형성되어, 후술하는 이동부재(22)와 클램핑 부재(20)를 서로 연결하는 연결부재(24)가 개구부(16)를 관통하여 이동하게 된다. 베이스(12)의 상부에는 이동부재(22)가 이동 가능하도록 설치된다. 바람직하게, 이동부재(22)는 콘크리트 빔(100)의 홈(101)에 삽입된 FRP 긴장재(102)와 평행하게 이동 가능하도록 설치된다. 구체적으로, 이동부재(22)의 일측부에는 소정 길이만큼 연장된 축부재(40)가 설치된다.
축부재(40)는 베이스(12)의 상부에 FRP 긴장재(102)와 수직하게 형성되는 마감판(60)을 관통하도록 위치한다. 축부재(40)의 표면에는 나사산이 형성되고, 축부재(40)의 단부에는 후술하는 너트로 이루어진 위치고정부재(50)가 체결되어 이동부재(22)의 위치를 고정하게 되는데, 이에 대해서는 이후에 상세히 설명한다. 한편, 마감판(60)의 관통홀(61)의 내부에는 나사산이 형성되지 않으므로, 축부재(40)는 마감판(60)의 관통홀(61)을 관통하면서 자유롭게 이동할 수 있다. 따라서 이동부재(22)는 축부재(40)에 의해 정확하게 직선을 따라 FRP 긴장재(102)와 평행하게 이동할 수 있게 된다.
이동부재(22)는 도 5에 도시된 바와 같이, FRP 긴장재(102)의 단부와 견고하게 연결되는 클램핑 부재(20)와 연결된다. 클램핑 부재(20)는 베이스(12)의 하부에서, 콘크리트 빔(100)에 형성된 홈(101)의 단부에 위치하며, 홈(101)에 삽입된 FRP 긴장재(102)의 단부에 견고하게 연결된다. 또한, 클램핑 부재(20)는 베이스(12)의 개구부(16)를 관통하는 연결부재(24)에 의해 이동부재(22)와 연결되어 이동 부재(22)와 서로 연동하게 된다. 따라서 이동부재(22)가 화살표 방향으로 이동을 하게 되면, 클램핑 부재(20)도 연동하여 이동하게 되며, 이에 의해 FRP 긴장재(102)를 긴장시키게 된다.
한편, 가압부재(30)는 이동부재(22)가 베이스(12)의 상부에서 이동하도록 가압하게 된다. 도 4를 다시 살펴보면, 가압부재(30)는 베이스(12)의 상부에서 마감판(60)과 마주보도록 형성된 지지판(62)에 고정되며, 이동부재(22)의 타측부를 가압하여 이동부재(22)가 화살표 방향으로 이동하도록 압력을 가하게 된다. 따라서 가압부재(30)의 구동에 의해, 이동부재(22)는 화살표 방향으로 이동된다. 이 경우, 이동부재(22)와 연동하는 클램핑 부재(20)도 화살표 방향으로 이동하여, 클램핑 부재(20)에 연결된 FRP 긴장재(102)를 긴장시키게 된다. 이러한 가압부재(30)로는 예를 들어, 통상의 유압 잭(jack)이 채용될 수 있는데, 상기 가압부재(30) 자체는 이미 당업계에서 다수가 공지되었으므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 도 5를 다시 참조하면, 전술한 바와 같이 축부재(40)의 표면에는 나사산(42)이 형성되고, 너트로 이루어진 위치고정부재(50)가 축부재(40)의 단부에 체결된다. 구체적으로 너트(50)는 축부재(40)를 따라 체결되어 마감판(60)의 외면에 접촉하게 된다. 유압 잭(30)의 신장에 의해 이동부재(22)가 화살표 방향으로 이동되는 경우, 이동부재(22)에 설치된 축부재(40)는 마감판(60)의 관통홀(61)을 관통하여 더욱 돌출하게 되며, 축부재(40)에 체결된 너트(50)는 마감판(60)에서 떨어지게 된다. 이러한 경우, 클램핑 부재(20) 및 이동부재(22)에는 FRP 긴장재(102)에 의해 화살표 반대 방향으로 하중이 가해지게 되므로, 작업자는 너트(50)를 축부재 (40)를 따라 마감판(60)에 닿을 때까지 이동시키게 된다. 이와 같이 너트(50)를 위치시키면 유압 잭(30)을 제거하더라도 너트(50)로 인하여 축부재(40) 및 이동부재(22)가 이동할 수 없게 되므로, FRP 긴장재(102)는 긴장된 상태를 유지하게 된다.
앞서 도 1b와 관련하여 살펴본 본 발명의 보강방법 및 구조에서, 오목홈(101) 내에 배치된 FRP 긴장재(102)를 긴장하는 단계를 위에서 예시한 신규한 표면설치 긴장장치(10)와 관련하여 살펴보면 다음과 같다.
우선 작업자는 콘크리트 빔(100)의 보강 대상 부분의 외면에 형성된 오목홈(101)에 FRP 긴장재(102)를 삽입하고, FRP 긴장재(102)의 단부에 클램핑 부재(20)를 견고하게 연결시킨다. 클램핑 부재(20)를 FRP 긴장재(102)에 연결한 다음, 베이스(12)를 고정앵커(14)에 의해 콘크리트 빔(100)의 외면에서 상기 오목홈(101)의 위쪽에 고정한다. 이 경우, 클램핑 부재(20)가 베이스(12)에 형성된 개구부(16)의 하부에 위치하도록 베이스(120)를 정확히 고정한다.
베이스(12)를 고정한 다음, 작업자는 클램핑 부재(20)와 이동부재(22)를 서로 연결하고, 이동부재(22)와 지지판(62) 사이에 유압 잭(30)을 설치한다. 이어서 이동부재(22)의 일측부에 설치되어 마감판(60)을 관통하는 축부재(40)의 단부에 너트(50)를 체결한다. 작업자는 너트(50)가 마감판(60)의 외면에 접촉할 때까지 이동시킨다.
너트(50)를 체결한 다음, 작업자는 유압 잭(30)을 신장시켜 이동부재(22)를 가압하여, 이동부재(22) 및 클램핑 부재(20)를 이동시킴으로써, FRP 긴장재(102)를 원하는 정도로 긴장시킨다. FRP 긴장재(102)를 긴장시킨 다음, 이동부재(22)에 설치된 축부재(40)의 이동에 의해 마감판(60)에서 떨어진 너트(50)를 마감판(60)에 접촉할 때까지 축부재(40)를 따라 이동시킨다. 이와 같이 너트(50)를 위치시키면 유압 잭(30)을 제거하더라도 너트(50)로 인하여 축부재(40) 및 이동부재(22)가 이동할 수 없게 되므로, FRP 긴장재(102)는 긴장된 상태를 유지하게 된다.
너트(50)에 의해 이동부재(22)를 고정한 다음, 작업자는 유압 잭(30)을 제거하고, 클램핑 부재(20)가 위치하는 단부를 제외한 콘크리트 빔(100)의 오목홈(101)을 충진재로 충진하여 소정강도로 양생한다. 이어서 본 발명의 긴장장치(103)를 제거하고, 오목홈(101)의 단부를 충진재로 마감하여 콘크리트 빔(100)의 보강구조를 완성하게 된다.
한편, 위와 같은 표면설치 긴장장치(10)는 그 형상을 변형할 수 있는데 도 6에는 상기한 표면설치 긴장장치(10)를 변형한 변형실시예가 도시되어 있다. 도 6에서는 설명의 편의를 위해 표면설치 긴장장치(200)가 설치되는 콘크리트 빔을 생략하였다.
도 6에 도시된 실시예에서는 지지판(262)이 마감판(260)을 관통하여 돌출된 축부재(240)의 단부에 설치되고, 축부재(240)의 말단부에 체결되는 고정너트(270)에 의해 고정된다. 한편, 유압 잭(230)은 마감판(260)의 외측에 하나 이상 설치되어, 지지판(262)을 가압하게 된다. 또한, 마감판(260)과 지지판(262) 사이의 축부재(240)에는 이동너트(250)가 체결된다. 이동너트(250)는 마감판(260)의 외면에 접촉하도록 축부재(240)에 체결된다. 전술한 구성 이외의 기타 구성은 도 4에 도 시된 실시예와 동일하다.
따라서 본 실시예에서, 유압 잭(230)이 신장하여 지지판(262)을 화살표 방향으로 가압하는 경우, 지지판(262)은 고정너트(270)에 의해 축부재(240)에 고정되어 있으므로, 지지판(262)과 함께 축부재(240), 이동부재(222) 및 클램핑 부재(240)가 함께 이동을 하여 FRP 긴장재(102)를 긴장시키게 된다. 또한 유압 잭(230)의 구동에 의해 축부재(240)가 마감판(260)을 관통하여 더 돌출된 경우, 이동너트(250)를 마감판(250)의 외면에 접촉하도록 다시 이동시켜서 축부재(240) 및 이동부재(222)의 위치를 고정하는 것은 도 4의 실시예와 동일하다. 이 경우, 가압부재(230)를 제거하더라도, 고정너트(250)에 의해 축부재(240)가 고정되므로, FRP 긴장재(102)의 긴장상태를 유지할 수 있게 된다.
본 실시예의 작동과정을 살펴보면, 우선 도 4의 실시예와 마찬가지로 콘크리트 빔(도 4 참조, 100)의 오목홈(도 4 참조, 101) 내에 삽입된 FRP 긴장재(102)의 단부에 클램핑 부재(220)를 견고하게 연결한 후, 긴장재(102)의 단부에 연결된 클램핑 부재(220)를 이동부재(222)와 연결시킨다. 이어서, 이동부재(222)의 일측부에 설치된 축부재(240)에 이동너트(250)를 체결하여 마감판(260)의 외면에 접촉하도록 이동시키고, 지지판(262)을 축부재(240)의 단부에 설치하고 고정너트(270)에 의해 고정한다. 후속하여, 마감판(260)과 지지판(262) 사이에 유압 잭(230)을 설치한다. 유압을 가하여 유압 잭(230)을 신장시키면, 그에 따라 지지판(262)이 마감판(260)의 외측방향으로 화살표 방향으로 이동하게 된다. 이 경우, 지지판(262)은 고정너트(270)에 의해 축부재(240)에 고정되어 있으므로, 지지판(262)과 함께 축부재(240)도 함께 이동을 하게 된다. 축부재(240)가 이동함에 따라, 이동부재(222) 및 클램핑 부재(220)도 함께 이동을 하게 되어 FRP 긴장재(102)를 긴장시키게 된다.
FRP 긴장재(102)가 소정 정도로 긴장되면, 축부재(240)의 이동에 의해 마감판(260)에서 떨어진 이동너트(250)를 마감판(260)의 외면에 접촉하도록 다시 축부재(240)를 따라 이동시킨다. 이 상태에서는 유압 잭(230)을 제거하더라도 이동너트(250)로 인하여 축부재(240) 및 이동부재(222)가 이동할 수 없게 되므로, FRP 긴장재(102)는 긴장된 상태를 유지하게 된다. 이어서, 본 발명자가 제안한 보강구조에 따라 클램핑 부재(220)가 위치하는 단부를 제외한 콘크리트 빔(100)의 오목홈(101)을 충진재를 충진하여, 소정강도로 양생한다. 이어서, 표면설치 긴장장치(200)를 제거하고 오목홈(101)의 단부를 충진재로 마감하여 본 발명에 의한 콘크리트 빔(100)의 보강구조를 완성하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 보강구조 및 보강방법에서는 오목홈(101)을 이용하여 FRP 긴장재(102)를 배치하고 긴장, 정착하게 되므로, 콘크리트 빔(100)의 외부에 고정부재를 돌출되도록 설치할 필요가 없다. 따라서 종래의 기술의 경우와는 달리 고정부재를 설치할 수 있는 공간이 필요 없게 되며, 그에 따라 본 발명에서는 콘크리트 구조물의 보강 대상면이 이웃한 구조물과 바로 인접해 있는 경우와 같이 콘크리트 구조물의 보강 대상면에 고정부재를 돌출 설치할 공간이 충분하지 못한 경우에도 적용할 수 있으며, 교량의 콘크리트 빔에 적용할 경우, 콘크리트 빔 하부 공간의 손실이 없으므로 보강시공을 하더라도 교량의 높이가 낮아지는 문제점이 전혀 발생하지 아니하는 장점을 발휘할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 표면설치 긴장장치를 이용하게 되면 FRP 긴장재를 콘크리트 구조물의 표면에서 긴장할 수 있으므로 콘크리트 구조물의 단부에서 FRP 긴장재의 긴장, 정착을 위한 공간을 충분히 확보하지 못하는 경우에도 용이하게 본 발명의 보강방법 및 보강구조를 적용할 수 있게 된다.
또한 콘크리트 빔의 외면에 고정부재를 부착하지 않게 되므로 보강이 완료된 후의 콘크리트 빔의 미관이 우수하며, 고정부재의 부식 등으로 인하여 발생할 수 있는 여러 가지 위험요소도 사전에 제거할 수 있게 된다.
특히, 오목홈(101)에 배치된 FRP 긴장재(102)를 긴장하여 긴장력을 부여하는 본 발명에서는 위와 같은 충진재(104)와 오목홈(101)의 콘크리트 사이의 계면에서 부착파괴가 발생하지 아니하며, 극한 하중에서 FRP 긴장재(102)가 파단되는 파괴양상을 보인다. 이러한 결과는 FRP 긴장재(102)에 의하여 도입되는 긴장력은 오목홈(101)에 채워지는 충진재(104)에 압축력으로 작용하게 되고, 그에 따라 충진재(104)와 오목홈(101)의 콘크리트 사이의 계면에서의 부착파괴가 지연되는 것에도 기인하며, 이와 같이 본 발명에서는 FRP 긴장재(102)에 의하여 충분한 보강효과가 발휘된다.
또한 도 4 내지 도 6에 도시된 신규한 구조의 표면설치 긴장장치(10, 200)를 이용하게 되면, 콘크리트 구조물의 보강대상면의 외측에서 FRP 긴장재를 긴장할 수 있게 된다. 즉, 교량의 경우처럼, 콘크리트 구조물의 단부 공간이 협소하여 긴장재를 단부에서 긴장할 수 없는 경우에도 콘크리트 구조물의 표면에서 용이하게 긴장재를 긴장하여 본 발명의 보강구조와 방법을 이용할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 설명된 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상 및 특허청구범위 내에서 자유로운 변형과 개선이 이루어질 수 있다.

Claims (3)

  1. 콘크리트 구조물에서 보강이 필요한 부분의 외면에 소정 깊이로 오목홈을 형성하는 단계;
    상기 오목홈(101)에 FRP로 제작된 FRP 긴장재(102)를 배치하고 상기 FRP 긴장재(102)를 긴장장치에 의하여 긴장하는 단계;
    오목홈(101) 내에 배치된 FRP 긴장재(102)를 긴장한 상태에서 상기 오목홈(101)에 충진재(104)를 충진하여 상기 FRP 긴장재(102)가 상기 충진재(104) 속에 완전히 매립되도록 하는 단계; 및
    상기 충진재(104)가 소정 강도 이상으로 양생되면 상기 긴장장치(103)로부터 FRP 긴장재(102)를 해체하여 콘크리트 구조물에 긴장력을 도입하고 FRP 긴장재(102)의 불필요한 부분을 제거하는 단계를 포함하는 구성을 가지고 있어 FRP 긴장재(102)의 긴장력에 의하여 콘크리트 구조물을 보강하게 되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 FRP 긴장재(102)를 긴장장치에 의하여 긴장하는 단계는,
    콘크리트 구조물의 오목홈(101)의 단부 위쪽에서 상기 콘크리트 구조물의 외면에 고정되는 베이스(12, 212)와, 상기 베이스(12, 212)의 하부에서 상기 긴장재 (102)의 단부에 연결되는 클램핑 부재(20, 220)와, 상기 베이스(12, 212)의 상부에 상기 긴장재(102)를 긴장시키는 방향으로 이동 가능하도록 설치되며, 상기 베이스(12, 212)에 형성된 개구부(16)를 통해 상기 클램핑 부재(20, 220)와 연동하도록 연결되는 이동부재(22, 222)와, 상기 긴장재(102)가 긴장되는 방향으로 상기 이동부재(22, 222)가 이동하도록 가압하는 가압부재(30, 230)와, 상기 이동부재(30, 230)가 이동되는 경우에, 그 위치를 고정시키는 위치고정부재(50, 250)를 포함하여 구성된 표면설치 긴장장치(10)를 콘크리트 구조물의 보강이 필요한 부분의 외면 위에서 FRP 긴장재(102)와 나란하게 설치하여 FRP 긴장재(102)의 길이 방향으로 FRP 긴장재(102)를 긴장하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강방법.
  3. 콘크리트 구조물에서 보강이 필요한 부분의 외면에 소정 깊이로 오목홈(101)을 형성하고, 상기 오목홈(101)에 FRP로 제작된 FRP 긴장재(102)를 배치하고 상기 FRP 긴장재(102)를 긴장장치(103)에 의하여 긴장한 상태에서 상기 오목홈(101)에 충진재(104)를 충진하여 상기 FRP 긴장재(102)가 상기 충진재(104) 속에 완전히 매립시킨 구성에 의하여 상기 FRP 긴장재(102)의 긴장력이 콘크리트 구조물에 도입되도록 함으로써 콘크리트 구조물을 보강하게 되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 보강구조.
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