KR100666703B1 - 콘크리트 합성기둥 및 합성교각 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상기의 기둥 중에서 콘크리트를 채워서 기둥을 형성하는 콘크리트충전 강관기둥(CFT) 및 이를 이용한 콘크리트 합성교각에 관한 것으로 보강재의 배근작업을 생략할 수 있음은 물론 충전되는 콘크리트와 강관과의 부착강도를 현저하게 개선하여 콘크리트와 강관과의 합성작용을 극대화하고, 수려한 외관을 가지도록 한 것이다. 본 발명의 콘크리트 합성기둥은 강관과, 강관의 내면에 길이방향으로 부착되며 결착판, 복부, 부착공, 부착돌기로 구성되는 부착보강재와, 강관과 부착보강재로 이루어지는 공간에 충전되는 콘크리트를 포함한다.

강관, 상부강관, 부착보강재, 결착판, 복부, 부착돌기, 상부플랜지

Description

콘크리트 합성기둥 및 합성교각{Concrete composite column and composite pier}

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 콘크리트 합성기둥의 절단된 형태를 도시한 사시도이다.

도 2a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 부착보강재를 도시한 사시도이다.

도 2b는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 부착보강재를 도시한 사시도이다.

도 2c는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 부착보강재를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 콘크리트 합성기둥의 절단된 형태를 도시한 사시도이다.

도 4a는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 콘크리트 합성기둥의 절단된 형태를 도시한 사시도이다.

도 4b는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 콘크리트 합성기둥을 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 콘크리트 합성기둥의 절단된 형태를 도시한 사시도이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 합성교각을 도시한 사시도이다.

<도면의 주요부재에 대한 설명>

10 : 강관 11 : 콘크리트

12 : 상부강관

41 : 부착보강재 42 : 부착공

43 : 부착돌기 43a: 상부플랜지

44 : 복부 45 : 결착판

46 : 결착부 50 : 거푸집

본 발명은 교량 등에 사용되는 콘크리트가 충전된 합성기둥 및 합성교각에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보강재의 배근작업을 생략할 수 있음은 물론 충전되는 콘크리트와 강관과의 부착강도를 현저하게 개선하여 콘크리트와 강관과의 합성작용을 극대화하고, 수려한 외관을 가지도록 한 콘크리트충전 합성기둥 및 합성교각에 관한 것이다.

기둥이란 축하중과 휨모멘트를 동시에 받는 부재를 말하는데 이러한 기둥에는 크게 철근콘크리트기둥과 합성기둥으로 나누어 볼 수 있다.

철근콘크리트기둥이란 종방향 및 횡방향의 철근을 배근하고 콘크리트를 부어 철근과 콘크리트가 일체로 되어 축하중과 휨모멘트에 저항하도록 한 것으로서 여기에는 횡방향 철근의 형태에 따라 띠철근기둥과 나선철근기둥이 있다.

한편 합성기둥은 다시 철골기둥과 콘크리트충전 강관기둥으로 나누어 볼 수 있는데, 철골기둥이란 주로 H형강 또는 십자형강 등의 강재기둥을 콘크리트기둥 속에 매립하고 보강근과 후프를 사용한 것이며, 콘크리트충전 강관기둥이란 원형 또는 주로 사각형의 강관속에 콘크리트를 채워서 만든 것으로서 강관이 거푸집과 보강재의 역할을 하는 것을 말한다.

철근 콘크리트 구조물은 서로 다른 물성을 갖는 콘크리트와 철근이 각각 압축재와 인장재로서 함께 사용되는 복합구조로서 이는 콘크리트의 외면을 형성하도록 거푸집을 가설하고 이 거푸집내에 철근을 배근한 뒤, 콘크리트를 주입하여 양생이 완료되면 거푸집을 제거하는 과정에 의해 이루어지는 것으로 토목, 건축구조물의 주종을 이루고 있다.

그러나 이러한 구조물은 콘크리트 표면과 거푸집의 부착이 용이하여 콘크리트의 양생을 완료한 후 그 거푸집을 콘크리트로부터 해체하는 작업을 하는데 있어서 많은 어려움이 있는 것은 물론이고 또한 거푸집을 경화된 콘크리트에서 분리함에 따라 구조물 표면이 불량해져 별도의 표면마감공사가 요구되었다.

콘크리트충전 강관기둥이란 그 내부로 미경화 콘크리트를 충전하여 사용되는 강관기둥을 의미하는 것으로서 강성이 확보된 강관이 거푸집과 보강재의 기능을 수행하게 되므로 구조적인 측면이나 시공상의 측면에서 많은 장점을 가지고 있어 최 근에 많이 이용되고 있다.

이런한 강관기둥의 경우 거푸집의 설치 및 해체에 따른 작업이 불필요하므로 공사비용 및 공기를 단축시키며, 콘크리트 코어가 강관의 국부적인 좌굴을 방지하여 내측방향의 변형이 억제되므로 구조적으로 강성이 증대되고, 콘크리트가 강관에 의해 구속되므로 더 큰 응력도와 변형도를 지지할 수 있어 콘크리트와 강재의 단순누가강도 이상의 강도증진효과를 가지므로 결과적으로 큰 비용의 상승 없이도 기둥의 종국강도를 증가시키며 우수한 에너지 흡수능력을 가진다는 장점이 있는 것이다.

그러나 콘크리트는 취성재료이고 특히 국부적인 모서리 파괴 등의 결함을 안고 있는 재료이므로 지지부에서 콘크리트가 국부적으로 파손되는 경우 강관이 전적으로 하중을 부담하게 된다.

이 경우 강관과 콘크리트와의 충분한 부착이 확보되어 있지 않다면 압축에 상대적으로 취약한 강관은 큰 변형을 일으키게 되고 이는 기둥의 좌굴 등에 의한 파괴로 이어지게 된다.

한편 콘크리트는 압축에는 강하지만 인장에 대해서는 취약한 성질을 보이고 따라서 기둥이 휨모멘트를 받는 경우 인장측 콘크리트는 설계상 무시되는 것이 보통이다. 그러나 강관기둥의 경우 콘크리트를 강관이 감싸고 있으므로 콘크리트의 전단면이 유효한 것으로 설계할 수 있는 것인데 이 경우 콘크리트와 강관의 충분한 부착이 확보되어 있지 않아 부재의 전체적인 내력은 물론 충분한 연성을 확보하기가 곤란한 문제점이 있다.

한편 중공 콘크리트기둥의 경우 중량절감의 이점이 있지만 기둥의 안쪽이 구속되어 있지 아니하므로 기둥 안쪽면에서의 압괴로 취성거동을 보이는 문제가 있어 중공에 강관을 삽입하는 방법이 이용되고 있다. 그러나 이 경우에도 일반적인 강관기둥에서와 마찬가지로 콘크리트와의 충분한 부착을 통하여 콘크리트와 강관이 일체로서 거동함으로써 합성기둥으로서의 기능을 극대화시키지 못하는 문제가 있는 것이다.

따라서 콘크리트와 강관의 부착력을 충분히 확보하여 콘크리트와 강관이 활동하지 않고 일체로 거동함으로써 합성기둥으로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있도록 하는 강관보강 콘크리트 합성기둥이 절실히 요구되고 있는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 강관의 내면 또는 외면에 부착보강재를 부착하고 이로써 경화된 콘크리트와 강관과의 부착을 견고히 하여 콘크리트와 강관이 활동하지 않고 일체로 거동하여 합성기둥으로서의 제 기능을 충분히 발휘할 수 있는 합성기둥을 제공함에 있다.

한편 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 부착보강재가 부착된 상부강관을 강관의 상부에 직교시켜 연결함으로써 기둥과 교대를 일체로 형성하여 부착강도와 구조적인 강성이 증대된 콘크리트 합성교각을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 강관과, 상기 강관의 내면에 상기 강관의 길이방향으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재와, 상기 강관과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하는 콘크리트 합성기둥을 제공한다.

또한 본 발명은, 강관과, 상기 강관의 내면에 환형으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재와, 상기 강관과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하는 콘크리트 합성기둥을 제공한다.

또한 본 발명은, 강관과, 상기 강관의 외면에 상기 강관의 길이방향으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재와, 상기 강관의 외주면과 상기 부착보강재으로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하는 콘크리트 합성기둥을 제공한다.

또한 본 발명은, 강관과, 상기 강관의 외면에 환형으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재와, 상기 강관의 외주면과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하는 콘크리트 합성기둥을 제공한다.

또한 본 발명은, 강관과, 상기 강관의 내면에 상기 강관의 길이방향으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재와, 상기 강관의 상부에 상기 강관의 직경방향으로 접합되고, 내면에는 적어도 하나 이상의 상기 부착보강재가 길이방향으로 부착되어 있고, 상기 강관과 일체로서 콘크리트가 타설되는 상부강관과, 상기 강관과 상기 상부강관이 접합되는 접합부를 포함하는 콘크리트 합성교각을 제공한다.

또한 본 발명은, 강관과, 상기 강관의 내면에 환형으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재와, 상기 강관의 상부에 상기 강관과 서로 직교하고, 내면에는 적어도 하나 이상의 상기 부착보강재가 길이방향으로 부착되어 있고, 상기 강관과 일체로서 콘크리트가 타설되는 상부강관과, 상기 강관과 상기 상부강관이 접합되는 접합부를 포함하는 콘크리트 합성교각을 제공한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 합성기둥 및 합성교각의 구성에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

그러나 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 콘크리트 합성기둥의 절단된 형태를 도시한 사시도이다.

부착보강재(41)는 도 1에 도시된 바와 같이 결착판(45), 복부(44), 부착공(42), 부착돌기(43)로 구성되어 있으며 강관(10)의 길이방향으로 형성되어 강관(10)의 내주면과 긴밀하게 결합된다. 강관(10)의 내부에 타설되는 콘크리트(11)가 경화하여 강도를 발휘하게 되면 부착보강재(41)는 콘크리트(11)와 맞물리게 되고 이로써 콘크리트(11)와 강관(10)이 기계적으로 결합하여 서로 미끄러짐 없이 일체로서 하중에 저항하게 된다.

도 1에서는 강관(10)의 내부에 부착된 부착보강재(41)가 4개인 것만을 도시하였으나 이는 본 발명에 따른 콘크리트충전 합성기둥에 대한 일실시예를 나타낸 것이고, 부착보강재(41)의 개수는 본 발명의 작용, 효과를 발휘할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 조정이 가능한 것이며, 구조적인 측면과 경제성을 모두 고려할 때 3 ~ 5 개의 부착보강재(41)를 형성하는 것이 바람직하다.

결착판(45)은 그 길이방향 일정 간격으로 형성되어 있는 결착부(46)에 의해서 강관(10)의 내주면과 밀착되어 결합되고 이로써 부착보강재(41)가 강관(10)에 견고하게 부착될 수 있도록 한다.

결착부(46)는 결착판(45)의 양 측면에 강관(10)의 길이방향으로 형성되어 있고, 결착판(45)상에서 일정 간격으로 스팟용접되는 것으로 구성되어 있다. 도 1에 직접적으로 도시하지는 않았지만 결착부(46)는 당해 기술분야에서 강판의 결합수단으로서 일반적으로 사용되는 모든 수단을 사용할 수 있는 것이므로 스팟용접 이외에도 스터드용접 또는 리벳팅으로 할 수도 있다.

결착부(46)의 간격은 구체적인 적용 구조물에 따라 달리할 수 있겠으나 결착판(45)에 30 ~ 50 cm 의 간격으로 하는 것이 바람직하다.

복부(44)는 결착판(45)의 중앙지점에서 시작하여 강관(10)의 직경방향으로 외측에서 내측으로 돌설되어 있고, 그 끝단에는 부착돌기(43)와 연결된다. 도 1에서 보면 알 수 있듯이 복부(44)는 강관(10)의 길이방향을 따라 직선적으로 뻗어 있어 철근콘크리트 기둥에 있어서의 종방향 보강재와 마찬가지의 기능을 담당한다. 따라서 복부(44)는 수직하중을 부담하는 것과 함께 기둥이 지진, 풍하중 등의 직접적 횡하중에 의한 휨모멘트를 받거나 수직하중에 의한 2차 모멘트를 받게 되는 경우 강재와 함께 휨인장력에 저항함으로써 기둥의 연성변형를 유도하는 작용을 하게 된다.

부착공(42)은 강관(10)의 길이방향으로 복부(44)를 따라 일렬로서 10 ~ 20 cm 간격으로 형성되어 있으며 원형의 형상을 갖는다. 콘크리트(11)의 타설시 강관 (10)에 타설되는 미경화 콘크리트(11)가 부착공(42)을 관통하여 채워지게 될 것이고 콘크리트(11)의 양생이 완료되면 복부(44)는 콘크리트(11)와 맞물리게 된다.

부착공(42)의 개수는 도 1에 도시한 것과 얼마든지 달리 구성할 수도 있는 것이고 또한 그 형상도 도 1에 도시된 원형이외에 사각형, 삼각형, 타원형, 슬롯형 등 여러 형태로 변형이 가능할 것이며 이러한 변형예들은 모두 본 발명에 의한 부착공(42)과 그 목적 및 작용, 효과가 실질적으로 동일하고 본 발명에 의한 부착공(42)으로부터 당업자가 용이하게 예측할 수 있는 것이므로 본 발명의 범주에 속한다고 볼 것이다.

부착돌기(43)는 복부(44)의 상부를 절단하고 절단된 복부(44)의 상편을 좌우로 꺽음으로써 복부(44)의 좌우측 방향으로 번갈아 형성되도록 하는데, 복부(44)의 끝단에서 시작하고 강관(10)의 직경방향에 직각인 방향으로 복부(44)를 절곡하여 형성되는 한편 사각형의 형상을 가진다. 즉 부착돌기(43)는 도 1에 도시된 바와 같이 결합판과 평행한 방향으로 복부(44)를 양쪽으로 절곡하여 형성되는 것이다.

부착돌기(43)는 복부(44)와 함께 콘크리트(11)와의 마찰 및 기계적 작용으로 인하여 강관(10)과 콘크리트(11)와의 합성작용을 극대화시키고, 철근콘크리트 기둥에서 마치 띠철근(후프철근)과 같은 역할을 수행하여 기둥이 압축력을 받을 때 중앙부의 콘크리트(11)를 구속하여 코아 콘크리트(11)의 압축력 내력을 증대시키며 기둥의 휨 강도를 증진시킨다.

도 1에서는 부착돌기(43)의 형상을 직사각형만으로 도시하였으나 그 형상은 반원형, 사다리꼴, 삼각형 등의 다양한 형상으로 형성할 수 있음은 당업자에게 자 명한 것이다.

강관(10)은 내주면에 그 길이방향으로 4개의 부착보강재(41)가 부착되어 있으며 강관(10)의 내부에는 미경화 콘크리트(11)가 채워져 양생된다. 강관(10)은 내부콘크리트(11)가 외부 공기에 노출되지 않게 함으로써 콘크리트(11)의 건조수축 및 건조 조건하에서 발생하는 건조크리프 현상을 방지하여 부재의 장기 변형율을 크게 감소시킨다. 한편 강관기둥으로서는 원형기둥과 각형기둥이 있고 각형기둥의 경우에는 사각형기둥이 널리 쓰이는데, 도 1에서 직접적으로 도시하지는 않았지만 본 발명에 의한 강관기둥은 사각형, 사다리꼴 등의 각형강관에도 얼마든지 적용될 수 있는 것이다.

콘크리트(11)는 강관(10)의 내부에 미경화된 상태로 충전되어 양생되는데, 부착보강재(41)와의 견고한 부착을 위해서는 미경화 콘크리트(11)가 부착보강재(41)의 구석까지 잘 돌아서 그 모서리나 부착공(42) 등에 공극없이 충전되어야 할 것이다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 콘크리트(11)는 그 워커빌리티를 확보하면서도 유동성, 충전성이 양호해야 하므로 물시멘트비를 증가시키지 않고도 워커빌리티를 확보할 수 있는 고유동콘크리트나 자기 충전성이 있는 무다짐콘크리트를 사용하는 것이 바람직하다.

일반적으로 종래의 콘크리트충전 합성기둥의 경우 합성기둥으로서 부재의 효율성을 높이기 위해 강관에 가해지는 하중이 그 내부의 콘크리트(11)에 충분히 전달될 수 있도록 전단연결재나 격막을 설치하였으나 본 발명에 의한 콘크리트충전 합성기둥의 경우에는 부착보강재(41)에 의해 강관(10)과 콘크리트(11)가 충분히 일 체로서 거동하도록 하기 때문에 전단연결재나 격막은 불필요한 것이다.

도 2a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 부착보강재를 도시한 사시도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 부착보강재(41)는 복부(44)를 중심으로 그 상부에는 서로 엇갈려 교대로 형성된 부착돌기(43)가 있다.

복부(44)의 중심부에는 콘크리트(11)와의 부착력을 강화시키기 위하여 길이방향으로 부착공(42)이 있으며, 복부(44)의 하부에는 패널(100)과 부착되는 결착판(45)이 있다는 것은 이미 도 1에서 설명한 바와 같다.

부착돌기(43)는 복부(45)의 상부를 절단하고 절단된 복부(44)의 상편을 좌우로 꺽음으로써, 복부(44)의 좌우측 방향으로 번갈아 형성되어 있다.

이렇게 부착돌기(43)를 형성함으로써 부착보강재(41)와 콘크리트(11)의 사이에 마찰 및 기계적 작용으로 인하여 충분한 부착력을 확보할 수 있게 되고, 따라서 부착돌기(43)는 강관(10)과 콘크리트(11)와의 합성기둥으로서의 효과를 극대화시키게 되는 작용을 한다는 것도 기술한 바와 같다.

물론 강도의 증대가 요구되는 경우에는 종래의 기술에 따른 횡방향 및 종방향 철근의 배근 등을 함께 병행할 수도 있는 것이고 이러한 구성은 본 발명으로부터 당업자에게 자명한 것이므로 본 발명의 기술적 범주에 속한다고 볼 것이다.

도 2a에는 부착돌기(43)가 서로 번갈아 가며 복부(44)의 좌우측으로 수평하게 구성된 것만을 도시하였으나 소정의 부착강도를 확보할 수 있는 범위 내에서라면 부착돌기(43)와 복부(44)와의 각도는 예각 또는 둔각으로 구성할 수도 있을 것이다.

부착공(42)은 원형의 형상을 가지며 부착보강재(41)의 길이 방향으로 복부(44)에 형성되어 있어 강관(10)과 콘크리트(11)와의 부착강도를 증진시키는 작용을 한다.

결착판(45)는 복부(44)에 수직으로 용접에 의하여 결합하게 되며 그 저면이 강관(10)의 내면에 긴밀하게 접촉됨으로써 부착보강재(41)를 강관(10)에 결합시키는 작용을 한다는 것은 도 1에서의 설명과 같다.

도 2b는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 부착보강재를 도시한 사시도이다. 결착판(44)의 중앙부를 따라 복부(44)가 결착판(45)에 직각으로 형성되어 있고 복부(44)에 일정 간격으로 부착공(42)이 구비되어 있는 것은 도 2a에서와 마찬가지이다.

다만 도 2b에서 도시된 부착보강재의 제2실시예는 도 2a에서 도시된 부착보강재의 제1실시예와는 달리 부착돌기(43)가 형성되어 있지 아니하다.

부착돌기(43) 대신에 별도로 직사각형 형상의 강판을 복부(44)에 부착하여 상부플랜지(43a)를 형성하였다. 따라서 본 발명에 의한 부착보강재(41)는 상부플랜지(43a)가 결착판(45)보다 폭이 작으면서 전체적으로 H 형의 단면형상을 가지게 된다.

도 2b에서는 상부플랜지(43a)의 폭이 결착판(45)보다 작은 것으로 도시하였다. 그러나 상부플랜지(43a)의 폭과 결착판(45)의 폭에 있어서 그 상대적인 크기는 각 구조물의 시공환경 및 소요강도에 따라 적절하게 조정하는 것이 가능한 것이고 이는 본 발명의 단순한 설계변경에 불과한 바 본 발명의 기술적 범주에 속한다고 할 것이다.

도 2c는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 부착보강재를 도시한 사시도이다. 결착판(45)의 중앙부를 따라 복부(44)가 결착판(45)에 직각으로 형성되어 있고 복부(44)에 일정 간격으로 부착공(42)이 구비되어 있는 것은 도 2a에서와 마찬가지이다.

다만 도 2c에서 도시된 부착보강재(41)의 제3실시예에서는 제1실시예 및 제2실시예에서와는 달리 부착돌기(43) 또는 상부플랜지(43a)가 구비되어 있지 아니하다. 부착돌기(43) 또는 상부플랜지(43a)를 형성하지 아니하고도 구조물의 부착강도를 충분히 확보할 수 있는 경우에는 도 2c에서 도시된 부착보강재(41)를 사용함으로써 경제성과 시공성을 개선할 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 콘크리트 합성기둥의 절단된 형태를 도시한 사시도이다.

부착보강재(41)는 결착판(45), 복부(44), 부착공(42), 부착돌기(43)로 구성되어 있고, 강관(10)의 내부에 타설되는 콘크리트(11)가 경화하여 강도를 발휘하게 되면 부착보강재는 콘크리트(11)와 맞물리게 된다. 이로써 콘크리트(11)와 강관(10)이 기계적으로 결합되게 하여 콘크리트(11)와 강관(10)이 서로 미끄러짐 없이 일체로서 하중에 저항하게 되고 이는 도 1에서 설명한 바와 마찬가지이다.

본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 콘크리트 합성기둥에서는 부착보강재(41)가 강관(10)의 길이방향이 아니라 강관(10)의 내주면을 환형으로 둘러 감으며 부착되어 있다. 부착보강재(41)와 이에 바로 근접하는 다른 부착보강재(41)와의 간 격은 구조물의 소요강도에 따라 적절하게 조정이 가능한 것이며, 1.5 ~ 2.0 m 의 간격으로 하는 것이 바람직하다.

결착판(45)이 그 길이방향 일정간격으로 형성되어 있는 결착부(46)에 의해서 강판(10)의 내면과 밀착되어 결합되고 이로써 부착보강재(41)를 강관(10)에 견고하게 부착시키는 기능을 하는 것은 도 1에서의 설명과 마찬가지이다.

결착부(46)는 도 1에서와 마찬가지로 스팟용접, 리벳팅 또는 스터드용접 등의 방법에 의해 결착판(45)의 양측에 일정 간격으로 형성된다.

복부(44)는 결착판(45)의 중앙지점에서 시작하여 강관(10)의 직경방향 외측에서 내측으로 돌설되고, 그 끝단이 절곡되어 부착돌기(43)를 형성하게 됨은 도 1에서와 같다. 다만 본 발명의 제2실시예에 따른 복부(44)는 강관(10)의 내주면에 환형으로 형성되어 있다는 특징이 있다.

복부(44)는 도 3에서 보듯이 강관(10)의 직경방향으로 형성되기 때문에 콘크리트(11)가 지지하는 하중을 직접적으로 부담하게 된다. 복부(44)가 부담하는 하중은 결착판(45)과 결착부를 통해 강관(10)에 전달되고, 결국 복부(44)는 콘크리트(11)와 강관(10)이 일체로서 기둥에 재하되는 하중에 대하여 견고하게 저항할 수 있도록 하는 작용을 한다.

부착공(42)은 원형의 형상을 가지며 복부(44)에 일정 간격으로 형성되고, 콘크리트(11)와의 부착력을 강화시키는 기능을 한다는 것은 도 1에서의 설명과 같다. 또한 그 형상이 도 2에 도시된 원형이외에 사각형, 삼각형, 타원형, 슬롯형 등 여러 형태로 변형이 가능하다는 것도 도 1에서의 설명과 마찬가지이다.

부착돌기(43)는 복부(44)의 끝단을 양쪽으로 절곡하여 강관(10)의 직경방향에 직각인 방향으로 형성되는 한편 사각형의 형상을 가진다는 것은 도 1에서와 같으며 철근콘크리트 기둥에서 마치 띠철근과 같은 역할을 수행하여 콘크리트(11)의 압축력을 증대시키는 기능을 함은 본 발명에 따른 합성기둥의 제1실시예와 같다.

도 3에서는 부착돌기(43)의 형상을 직사각형만으로 도시하였으나 전술한 대로 그 형상은 반원형, 사다리꼴, 삼각형 등의 다양한 형상으로 형성할 수도 있을 것이다.

강관(10)의 구성 및 작용과 콘크리트(11)에 대한 설명은 도 1에서의 설명과 같으므로 이하 생략하기로 한다.

도 4a는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 콘크리트 합성기둥의 절단된 형태를 도시한 사시도이고, 도 4b는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 콘크리트 합성기둥을 도시한 단면도이다.

일반적인 중공 콘크리트기둥의 경우 재료 및 중량절감의 이점이 있지만 기둥의 안쪽이 구속되어 있지 아니하므로 기둥 안쪽면에서의 압괴로 취성거동을 보이는 문제가 있어 중공에 강관(10)을 삽입하는 방법이 이용되고 있다.

도 4b에서 도시된 바와 같이 강관(10)의 외면에 부착보강재(41)가 강관(10)의 길이방향으로 4개가 서로 마주보는 형태로 부착되어 있고, 강관(10)과 부착보강재(41) 및 거푸집(50)으로 이루어지는 공간에는 콘크리트(11)가 타설된다.

부착보강재(41)는 도 1에서 설명한 바와 같이 결착판(45), 복부(44), 부착공(42), 부착돌기(43)로 구성되어 있다. 다만 본 발명의 제3실시예에 따른 합성기둥 은 도 4a에서 도시된 것과 같이 부착보강재(41)가 강관(10)의 외면에 길이방향으로 부착되어 있는 것이다.

부착보강재(41)가 강관의 외면에 견고하게 부착되어 있으므로 강관의 외면에 타설되는 콘크리트와 강관과의 부착력을 확보하여 강관보강 중공 콘크리트기둥으로서의 지지능력을 크게 개선할 수 있다.

한편 결착판(45), 복부(44), 부착공(42), 부착돌기(43)는 도 1 및 도 2a에서 이미 설명한 것과 동일하므로 이에 설명은 생략하기로 한다.

또한 도 4a에서는 본 발명에 의한 부착보강재(41)의 제1실시예가 적용된 것만을 도시하였으나 부착보강재(41)는 도 2b에서 도시된 부착보강재(41)의 제2실시예 또는 도 2c에서 도시된 부착보강재(41)의 제3실시예로 얼마든지 대체될 수 있는 것이고, 이러한 변형예는 당업자라면 누구나 본 발명으로부터 용이하게 예측할 수 있는 것인 만큼 본 발명의 요지를 구성한다고 볼 것이다.

한편 도 4a 및 도 4b에서는 강관(10)의 내부에 부착된 부착보강재(41)가 4개인 것만을 도시하였으나 부착보강재(41)의 개수는 본 발명의 작용, 효과를 발휘할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 조정이 가능한 것임은 이미 설명한 바와 같다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 콘크리트 합성기둥의 절단된 형태를 도시한 사시도이다.

본 발명에 의한 콘크리트 합성기둥의 제4실시예는 부착보강재(41)가 강관(10)의 길이방향으로 부착되어 있는 것이 아니라, 강관(10)의 외주면을 환형으로 둘러 감으며 강관(10)의 길이방향 1.5 ~ 2.0 m 의 간격으로 부착되어 있다.

결착판(45)은 그 길이방향 일정간격으로 형성되어 있는 결착부(46)에 의해서 강판(10)의 외면과 밀착되어 결합되고 이로써 부착보강재(41)를 강관(10)에 견고하게 부착시키는 기능을 한다. 결착부(46)는 스팟용접, 스터드용접 또는 리벳팅을 하는 것에 의해 결착판(45)의 양측에 일정 간격으로 형성된다는 것은 이미 설명한 바와 마찬가지이다.

복부(44)는 도 5에서 보듯이 강관(10)의 직경방향으로 형성되기 때문에 콘크리트(11)가 지지하는 하중을 직접적으로 부담하게 된다. 복부(44)가 부담하는 하중은 결착판(45)과 결착부(46)를 통해 강관(10)에 전달되므로 기둥에 재하되는 하중에 대하여 콘크리트(11)와 강관(10)이 일체로서 견고하게 저항할 수 있도록 하는 작용을 한다.

부착공(42)은 원형의 형상을 가지며 복부(44)에 일정 간격으로 형성된다. 부착공(42)은 콘크리트(11)와의 부착력을 강화시키는 기능을 하며 그 형상은 도 5에 도시된 원형뿐만 아니라 사각형, 삼각형, 타원형, 슬롯형 등 여러 형태로 변형이 가능하다.

한편 강관(10)과 부착보강재(41) 및 거푸집(50)으로 이루어지는 공간에 콘크리트(11)가 타설되어 강관보강 중공 콘크리트기둥을 형성하게 됨으로써 강관(10)이 콘크리트(11) 내면을 구속하게 된다는 것은 도 4a 및 도 4b에서의 설명과 동일하다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 합성교각을 도시한 사시도이다.

상부강관(12)은 강관(10)의 상부에 강관(10)에 서로 직교하면서 접합되어 있다. 상부강관(12)은 교량상판의 하중을 합성기둥에 전달하는 작용을 하게 된다.

부착보강재(41)는 상부강관(12)과 콘크리트(11)와의 부착력을 강화시키는 작용을 하는 것은 물론이고, 휨모멘트가 상부강관(12)에 작용할 경우 상부강관(12)의 휨강도 및 전단강도를 증대시키는 작용을 한다.

도 6에 의하면 상부강관(12)의 단면형상은 원형으로 이루어져 있다. 그러나 상부강관(12)의 단면형상은 원형뿐만 아니라, 타원형, 슬롯형, 사다리꼴, 사각형 등의 여러 형상으로 변형이 가능하다. 이러한 변형예는 본 발명에 따른 합성교각의 단순한 설계변경에 지나지 아니하는 것으로서 본 발명의 요지를 구성하는 것이다.

부착보강재(41)는 도 2a 내지 도 2c에서 설명된 부착보강재(41)중 어느 하나에 해당하고, 따라서 부착공(42), 부착돌기(43), 상부플랜지(43a), 복부(44), 결착판(43, 45), 결착부(46)에 대한 설명은 생략하기로 한다.

접합부(13)는 강관(10)과 상부강관(12)이 접합되는 부분으로서, 상부강관(12)중 강관(10)의 상면과 접촉되는 부분을 절취함으로써 형성된다.

접합부(13)가 상부강관(12)을 관통하여 이루어지기 때문에 강관(10)과 상부강관(12)의 내부가 서로 연결된다. 따라서 강관(10)과 상부강관(12)에 대하여 콘크리트(11)를 일체로서 타설하는 것이 가능하다. 일체로서 타설되는 콘크리트(11)는 본 발명에 따른 콘크리트 합성교각의 강성을 현저하게 증대시키는 작용을 하게 된다.

강관(10)은 상부강관(12)과 접합되고 부착보강재(41)가 부착되어 있는데 강 관(10) 및 강관(10)에 부착되는 부착보강재(41)에 대한 설명은 지금까지의 설명과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

지금까지의 설명은 합성기둥의 단면형상이 원형인 것에 대해서만 설명되어 졌으나 본 발명에 따른 합성기둥의 단면형상은 원형뿐만 아니라 타원형, 슬롯형, 사각형, 사다리꼴 등으로 형성할 수도 있는 것이고, 이러한 변형예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이한 것이므로 당연히 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 할 것이다.

상기와 같이 구성되고 작용하는 본 발명은 강관의 내면 또는 외면에 부착된 부착보강재에 의해서 경화된 콘크리트와 강관과의 부착을 견고히 함으로서 콘크리트와 강관이 활동하지 않고 일체로 거동하여 합성기둥으로서의 합성작용을 극대화시키는 효과를 갖는다.

한편 본 발명은 보강재의 배근작업을 생략할 수 있음은 물론 기둥의 전체강성을 증가시키므로 부재의 크기를 줄여 공간 활용의 측면에서 유리하고 수려한 외관을 제공하는 효과가 있다.

비록 발명이 상기에서 언급된 바람직한 실시례에 관하여 설명되어졌으나, 발명의 요지와 범위를 벗어남이 없이 다양한 다른 가능한 수정과 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 발명의 진정한 범위내에서 속하는 이러한 수정과 변형을 포함할 것으로 예상된다.

Claims (16)

1. 삭제
2. 강관;

   상기 강관의 내면에 상기 강관의 길이방향으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재; 및

   상기 강관과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하고,

   상기 부착보강재는 결착부가 형성되어 있는 결착판과, 상기 결착판의 중앙지점에서 상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부와, 상기 복부의 상부 끝단을 절단하고, 절단된 끝단을 방향을 번갈아가며 절곡하여 형성되는 부착돌기를 로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성기둥.
3. 강관;

   상기 강관의 내면에 환형으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재; 및

   상기 강관과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하고,

   상기 부착보강재는 결착부가 형성되어 있는 결착판과, 상기 결착판의 중앙지점에서 상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부와, 상기 복부의 상부 끝단을 절단하고, 절단된 끝단을 방향을 번갈아가며 절곡하여 형성되는 부착돌기를 로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성기둥.
4. 강관;

   상기 강관의 내면에 상기 강관의 길이방향으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재; 및

   상기 강관과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하고,

   상기 부착보강재는 결착부가 형성되어 있는 결착판과, 상기 결착판의 중앙지점에서 상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부와, 상기 복부에 직각으로 형성되는 상부플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성기둥.
5. 강관;

   상기 강관의 내면에 환형으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재; 및

   상기 강관과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하고,

   상기 부착보강재는 결착부가 형성되어 있는 결착판과, 상기 결착판의 중앙지점에서 상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부와, 상기 복부에 직각으로 형성되는 상부플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성기둥.
6. 강관;

   상기 강관의 내면에 상기 강관의 길이방향으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재;

   상기 강관의 상부에 상기 강관과 서로 직교하고, 내면에는 적어도 하나 이상의 상기 부착보강재가 길이방향으로 부착되어 있고, 상기 강관과 일체로서 콘크리트가 타설되는 상부강관; 및

   상기 강관과 상기 상부강관이 접합되는 접합부를 포함하는 콘크리트 합성교각.
7. 강관;

   상기 강관의 내면에 환형으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재;

   상기 강관의 상부에 상기 강관과 서로 직교하고, 내면에는 적어도 하나 이상의 상기 부착보강재가 길이방향으로 부착되어 있고, 상기 강관과 일체로서 콘크리트가 타설되는 상부강관; 및

   상기 강관과 상기 상부강관이 접합되는 접합부를 포함하는 콘크리트 합성교각.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 부착보강재는

   결착부가 형성되어 있는 결착판;

   상기 결착판의 중앙지점에서 상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부; 및

   상기 복부의 상부 끝단을 절단하고, 절단된 끝단을 방향을 번갈아가며 절곡하여 형성되는 부착돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성교각.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 부착보강재는

   결착부가 형성되어 있는 결착판;

   상기 결착판의 중앙지점에서 상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부; 및

   상기 복부에 직각으로 형성되는 상부플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성교각.
10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 부착보강재는

    결착부가 형성되어 있는 결착판; 및

    상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성교각.
11. 제6항 또는 제7항에 있어서,

    상기 상부강관의 단면형상은 원형, 타원형, 슬롯형, 사다리꼴, 사각형 중 선택되어 지는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성교각.
12. 삭제
13. 강관;

    상기 강관의 외면에 상기 강관의 길이방향으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재; 및

    상기 강관의 외주면과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하고,

    상기 부착보강재는 결착부가 형성되어 있는 결착판과, 상기 결착판의 중앙지점에서 상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부와, 상기 복부의 상부 끝단을 절단하고, 절단된 끝단을 방향을 번갈아가며 절곡하여 형성되는 부착돌기로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성기둥.
14. 강관;

    상기 강관의 외면에 환형으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재; 및

    상기 강관의 외주면과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하고,

    상기 부착보강재는 결착부가 형성되어 있는 결착판과, 상기 결착판의 중앙지점에서 상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부와, 상기 복부의 상부 끝단을 절단하고, 절단된 끝단을 방향을 번갈아가며 절곡하여 형성되는 부착돌기로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성기둥.
15. 강관;

    상기 강관의 외면에 상기 강관의 길이방향으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재; 및

    상기 강관의 외주면과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하고,

    상기 부착보강재는 결착부가 형성되어 있는 결착판과, 상기 결착판의 중앙지점에서 상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부와, 상기 복부에 직각으로 형성되는 상부플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성기둥.
16. 강관;

    상기 강관의 외면에 환형으로 부착되는 적어도 하나 이상의 부착보강재; 및

    상기 강관의 외주면과 상기 부착보강재로 이루어지는 공간에 타설되는 콘크리트를 포함하고,

    상기 부착보강재는 결착부가 형성되어 있는 결착판과, 상기 결착판의 중앙지점에서 상기 결착판에 직각으로 형성되며 적어도 하나 이상의 부착공을 가지는 복부와, 상기 복부에 직각으로 형성되는 상부플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 합성기둥.

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