KR100660522B1 - 내부보강판을 이용한 콘크리트 충전강관 기둥과 보접합부의 보강구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 충전강관 기둥과 보 접합부 보강구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관 내에 충전되는 콘크리트와의 부착면적을 증가시키는 내부보강판을 콘크리트 충전강관 기둥 내부에 접합하여 접합부의 전단보강효과를 증대시키고 나아가 십자형 다이어프램을 적용하여 접합부의 모멘트보강효과를 증대시킴은 물론 콘크리트의 충전성을 도모하도록 한 콘크리트 충전강관 기둥과 보 접합부 보강구조에 관한 것이다.

본 발명은 콘크리트 충전강관 기둥 내측면에 수직플레이트와 상기 수직플레이트 양면에 소정 간격으로 접합되는 스터드볼트로 구성된 내부보강판을 접합하여 전단보강한다는데 그 기술적 특징이 있다. 즉, 내부보강판의 수직플레이트가 콘크리트 충전강관 기둥에 길이방향으로 세워서 접합되고 상기 수직플레이트의 양면에 소정 간격으로 스터드볼트가 접합되도록 하여 상기 스터드볼트가 콘크리트 충전강관 기둥에서 일정 거리 떨어져 위치하도록 하는 것이다. 이와 같은 내부보강판의 채택은 스터드볼트가 직접 콘크리트 충전강관 기둥에 접합하는 경우보다 스터드볼트(15)에 구속되는 콘크리트의 체적을 확장시킬 수 있게 한다.

CFT, 접합부, 모멘트보강, 전단보강, 스터드볼트

Description

내부보강판을 이용한 콘크리트 충전강관 기둥과 보 접합부의 보강구조{Reinforcement structure of CFT column and beam setting flat bar in steel pipe}

도 1은 종래의 콘크리트 충전강관 기둥과 철골보 접합부의 전단보강구조를 도시한 도면이다.

도 2는 종래의 콘크리트 충전강관 기둥과 철골보 접합부의 모멘트보강구조를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 실시예에 대한 일부 절개 사시도(a), 횡단면도(b) 및 종단면도(c)이다(충전 콘크리트 생략).

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 내부보강판 20: 연결브라켓

11: 수직플레이트 15: 스터드볼트

SP: 콘크리트 충전강관 기둥

PC: 프리캐스트콘크리트보 PC-20: 삽입홈

본 발명은 콘크리트 충전강관 기둥과 보 접합부 보강구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관 내에 충전되는 콘크리트와의 부착면적을 증가시키는 내부보강판을 콘크리트 충전강관 기둥 내부에 접합하여 접합부의 전단보강효과를 증대시키고 나아가 십자형 다이어프램을 적용하여 접합부의 모멘트보강효과를 증대시킴은 물론 콘크리트의 충전성을 도모하도록 한 콘크리트 충전강관 기둥과 보 접합부 보강구조에 관한 것이다.

CFT란 Concrete Filled steel Tube의 약자로서 원형 또는 사각형상의 강관에 콘크리트를 충전한 콘크리트 충전강관을 말하며, CFT를 골조의 주요 구성부재 중 기둥부재에 채용하여 고축력에 저항하도록 한 구조를 CFT구조라 한다. CFT구조는 강관이 콘크리트를 구속함으로써 강성, 내력, 변형 등의 구조적인 면뿐만 아니라 내화 및 시공 등 다방면에서 우수한 성능을 발휘하고 있다.

이러한 CFT구조는 최근 들어 개발된 새로운 구조 시스템으로서, 미국, 일본 등에서는 비교적 많은 연구가 진행되었고 현장에 원활하게 적용되고 있으나, 현재까지 국내에서는 그 연구 실적이 미미하고 현장에 적용된 사례 역시 거의 없는 실정이다. 그렇지만 상술한 것과 같은 CFT구조의 장점으로 인하여 최근에는 국내에서도 이에 대한 다양한 연구 및 시공 사례가 증가하고 있는 추세에 있다.

현재까지 CFT구조시스템에 관한 연구는 토목, 건축 분야에서 우수한 축압축 성능을 이용한 기둥부재로서의 이용과 CFT부재에 있어서의 강관과 콘크리트의 부착성능에 관한 연구 및 접합부에 관한 연구가 주종을 이루고 있는데, 특히 건축구조물에 있어서는 모멘트 연성골조에 있어서의 기둥부재의 거동 특성에 대한 연구로써 철골보가 CFT기둥을 관통하는 경우의 결합방식에 대한 연구가 상당부분 진행되고 있다.

CFT구조에서 보와 기둥은 접합부에서 모든 하중이 전달되므로 보에 작용하는 힘에 의해서 강관이 국부 파괴되거나, 강관의 국부변형을 초래하는 응력집중에 의해서 접합부가 조기에 파단하므로 하중 전달이 곤란하였다. 이런 이유로 기둥 및 보의 접합부가 충분한 강성 및 내력을 갖도록 하기 위하여 적절한 보강을 하는 것은 필수적이다. 콘크리트 충전강관 기둥-보 접합부 보강 방식의 형태는 전단보강과 모멘트보강으로 구분할 수 있으며, 도 1 및 도 2는 종래에 적용되어 오던 전단보강구조와 모멘트보강구조를 도시하고 있다.

도 1에서 도시한 바와 같이 종래에는 전단보강하기 위해 콘크리트 충전강과 기둥의 외측면에 철판을 덧대어 두께를 증가시키는 철판덧댐보강방법이나(도 1의 (a)), 콘크리트 충전강관 기둥의 내측면에 스터드볼트를 접합하는 스터드볼트접합보강방법을 채택하여 왔다(도 1의 (b)). 그러나, 이러한 종래의 기술은 장스팬 보와 같이 큰 전단력이 작용하는 경우에는 적용상 문제가 있었다. 즉, 철판덧댐보강방법의 경우에는 상당 두께를 가지는 철판의 요구로 용접성 및 경제성이 저하되는 문제가 수반되었고, 스터드볼트접합보강방법의 경우에는 스터드볼트를 과도하게 많이 필요로 할 뿐만 아니라 스터드볼트가 미치는 보강범위가 스터드볼트가 접합된 강관 내측면 부위로 한정되기 때문에 보의 전단력이 콘크리트 충전강관 내부까지 충분히 전달되지 못하는 문제가 있었다.

한편, 도 2에서 도시한 바와 같이 종래에는 모멘트보강하기 위하여 접합부에 다이어프램을 삽입하는 다이어프램방식을 채택하여 왔다. 종래의 다이어프램방식에는 다이어프램의 삽입위치에 따라 내측 다이어프램방식, 외측 다이어프램방식 및 관통형 다이어프램방식으로 구분할 수 있다.

도 2의 (a)와 같은 내측 다이어프램 방식은 강관 내부에 다이어프램을 삽입하여 강관과 용접하는 형식으로서, 외관이 단순하여 다이어프램의 제작이 용이하고 응력전달이 명확한 장점이 있다. 그러나 빌트업(Built-up) 강관 형식이 아닌 기존의 냉간성형 각형 강관을 사용할 경우 내측 다이어프램을 삽입하기가 어려워 강관을 다시 잘라서 용접하여야 하기 때문에 시공이 복잡할 뿐 아니라, 철골보의 플랜지 두께가 기둥의 두께에 비하여 상대적으로 큰 경우에는 보와 맞닿는 강관 표면에 두께 방향으로 과도한 인장응력이 발생하여 Lamella tearing에 의하여 접합부가 조기 취성파단을 일으킬 수 있다는 단점이 존재한다.

외측 다이어프램 방식은 강관 기둥의 외측 둘레를 따라 철골보가 접합되는 부분에 도 1의 (b)에 도시된 것과 같이 접합되는 철골보의 형상에 맞추어 별도의 접합구를 용접등의 방법으로 설치하는 방식이다. 이는 외관이 복잡하여 다이어프 램의 제작 및 설치가 용이하지 않고 마감 공사등의 후속 작업에 난점이 있다는 단점이 존재한다.

도 2의 (c)와 같은 관통 다이어프램 방식은 강관을 횡방향으로 잘라낸 후 다이어프램을 관통시켜 강관과 용접하는 형식으로 외관이 단순하여 다이어프램의 제작이 용이하고 응력 전달이 명쾌하다는 장점이 있어 현재 가장 많이 채택되고 있는 방식이다. 그러나 이러한 구조는 다이어프램이 강관 기둥을 횡으로 분할하는 형식이므로 접합부에서의 기둥 가공의 작업량이 증대되며, 시공의 복잡성과 현장용접이 필요하므로 보 춤이 다른 보를 사용할 때 압축측 접합부 상세가 상당히 복잡하여 시공성이 떨어지고 접합부 단가가 상승한다는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 전단보강에서는 보의 전단력을 콘크리트 충전강관 기둥 내부로 충분히 전달할 수 있도록 콘크리트 충전강관 내부로 내측면에 양면에 스터드볼트를 접합한 수직의 내부보강판으로 보강하여 스터드볼트에 구속되는 콘크리트의 체적을 확장시킴으로써 콘크리트의 항복하중을 증대시킨 콘크리트 충전강관 기둥과 보 접합부의 보강구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 모멘트보강에서는 십자형 플레이트를 내부 다이어프램으로 채용함으로써 접합부의 형상 변화없이도 응력이 효과적으로 전달시킬 수 있고 단순한 외관을 가지는 콘크리트 충전강관 기둥과 보 접합부의 보강구조를 제공 하는 것이다.

상기한 목적에 달성하고자 본 발명은 콘크리트 충전강관 기둥과 보 접합부를 보강하기 위한 보강구조로서,

상기 콘크리트 충전강관 기둥의 내측면에 접합되는 내부보강판; 및,

상기 콘크리트 충전강관 기둥의 외측면에 접합되어 보를 콘크리트 충전강관 기둥에 정착시키기 위한 것으로, 상기 내부보강판에 대향하여 배치되는 연결브라켓;를 포함하되,

상기 내부보강판은, 콘크리트 충전강관 기둥에 길이방향으로 세워서 접합되는 수직플레이트; 상기 수직플레이트 양면에 길이방향을 따라 소정 간격으로 접합되는 스터드볼트;를 포함하여 구성되며,

상기 보는 프리캐스트콘크리트보로서 상기 연결브라켓은 각형강관으로 제작되어 상기 프리캐스트콘크리트보의 하부면과 일치하는 위치에서 콘크리트 충전강관 기둥에 접합되며,

상기 프리캐스트콘크리트보는 단부 저면에 상기 각형강관으로 제작된 연결브라켓이 삽입되는 삽입홈이 형성되도록 제작되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전강관기둥과 보 접합부의 보강구조를 제공한다

이하, 도면 및 바람직한 실시예를 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 콘크리트 충전강관 기둥(SP) 내측면에 수직플레이트(11)와 상기 수직플레이트(11) 양면에 소정 간격으로 접합되는 스터드볼트(15)로 구성된 내부보강판(10)을 접합하여 전단보강한다는데 그 기술적 특징이 있다. 즉, 내부보강판(10)의 수직플레이트(11)가 콘크리트 충전강관 기둥(SP)에 길이방향으로 세워서 접합되고 상기 수직플레이트(11)의 양면에 소정 간격으로 스터드볼트(15)가 접합되도록 하여 상기 스터드볼트(15)가 콘크리트 충전강관 기둥(SP)에서 일정 거리 떨어져 위치하도록 하는 것이다. 이와 같은 내부보강판(10)의 채택은 스터드볼트(15)가 직접 콘크리트 충전강관 기둥(SP)에 접합하는 경우보다 스터드볼트(15)에 구속되는 콘크리트의 체적을 확장시킬 수 있게 한다. 이로써 보 전단력을 내부보강판(10)에 의하여 콘크리트 충전강관 기둥(SP) 내부까지 충분히 전달할 수 있게 되고, 그 결과 접합부의 항복하중이 증가하여 안정된 구조물로 완성할 수 있게 된다. 구조적인 분석을 통한 결과 이러한 내부보강판(10)을 채택하는 경우에 항복하중이 60%정도 증가됨을 확인할 수 있었다.

보를 콘크리트 충전강관 기둥(SP)에 연결 정착시키기 위해서는 연결브라켓(20)이 필요하게 되는데, 도 3은 프리캐스트콘크리트보(PC)의 채택에 따라 이를 콘크리트 충전강관 기둥(SP)에 연결 정착시키기 위한 연결브라켓(20)의 구성을 보여준다.

연결브라켓(20)은 각형강관으로 제작되어 상기 프리캐스트콘크리트보(PC)의 하부면에 일치하는 위치에서 콘크리트 충전강관 기둥(SP)에 접합되며, 이때 접합방법으로는 맞댐용접을 적용함이 바람직하다. 이와 같은 연결브라켓(20)에 프리캐스 트콘크리트보(PC)가 연결 정착되어야 하는 바, 프리캐스트콘크리트보(PC)는 단부 저면에 상기 각형강관으로 제작된 연결브라켓(20)이 삽입되는 삽입홈(PC-20)이 형성되도록 제작된 것을 채택한다. 즉, 프리캐스트콘크리트보(PC)를 삽입홈(PC-20)을 통해 각형강관의 연결브라켓(20)에 안착시킴으로써 콘크리트 충전강관 기둥(SP)과 프리캐스트콘크리트보(PC) 접합부의 전단보강구조가 완성되는 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예들에 의하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연한 것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 전단보강에서는 보의 전단력을 콘크리트 충전강관 기둥 내부로 충분히 전달할 수 있도록 콘크리트 충전강관 내부로 내측면에 양면에 스터드볼트를 접합한 수직의 내부보강판으로 보강하여 스터드볼트에 구속되는 콘크리트의 체적을 확장시킴으로써 콘크리트의 항복하중을 증대시키는 바, 구조적으로 안정적인 보강구조로 완성된다.

또한, 본 발명은 모멘트보강에서는 십자형 플레이트를 내부 다이어프램으로 채용함으로써 접합부의 형상 변화없이도 응력이 효과적으로 전달시킬 수 있고 단순 한 외관을 가지는 콘크리트 충전강관 기둥과 보 접합부의 보강구조로 완성된다.

Claims (1)

1. 콘크리트 충전강관 기둥과 보 접합부를 보강하기 위한 보강구조로서,

   상기 콘크리트 충전강관 기둥의 내측면에 접합되는 내부보강판; 및,

   상기 콘크리트 충전강관 기둥의 외측면에 접합되어 보를 콘크리트 충전강관 기둥에 정착시키기 위한 것으로, 상기 내부보강판에 대향하여 배치되는 연결브라켓;를 포함하되,

   상기 내부보강판은,

   콘크리트 충전강관 기둥에 길이방향으로 세워서 접합되는 수직플레이트;

   상기 수직플레이트 양면에 길이방향을 따라 소정 간격으로 접합되는 스터드볼트;를 포함하여 구성되며,

   상기 보는 프리캐스트콘크리트보로서 상기 연결브라켓은 각형강관으로 제작되어 상기 프리캐스트콘크리트보의 하부면과 일치하는 위치에서 콘크리트 충전강관 기둥에 접합되며,

   상기 프리캐스트콘크리트보는 단부 저면에 상기 각형강관으로 제작된 연결브라켓이 삽입되는 삽입홈이 형성되도록 제작되는 것을 특징으로 하는 내부보강판을 이용한 콘크리트 충전강관기둥과 보 접합부의 보강구조.

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