KR100742532B1 - 원형 강관으로 섬유긴장재를 보호한 정착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원형 강관으로 긴장재를 보호한 정착장치에 관한 것으로서, 탄소섬유재, 유리섬유재, 아라미드섬유재 등과 같은 섬유긴장재를 이용한 긴장력 도입시 정착장치에 의한 섬유긴장재의 단면의 국부적인 응력 발생에 따른 손상과 파괴현상을 최소화하고, 섬유긴장재 및 웨지와의 사이에 미끄러짐 현상을 막음으로써, 섬유긴장재의 강도를 최대한 사용할 수 있도록 하는 정착장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 웨지(4)가 끼움되는 웨지 삽입용 통공부(3')를 갖는 정착판 본체(3)와 축중심부를 관통하는 관통공(4')을 형성한 웨지(4)에 의해 고정되되, 섬유긴장재(1)에 원형 강관(2)을 씌워 압착 또는 소성압착함으로써, 단면 파손 방지 및 최대 강도 긴장력 도입을 특징으로 하는 원형 강관으로 긴장재를 보호한 정착장치를 제공한다.

이를 통해 본 발명은 섬유긴장재의 정착부 단면에 국부적 응력집중으로 인한 결손 및 파손 등의 손상을 막아 긴장력을 최대한 크게 도입할 수 있는 효과를 가진다.

정착장치, 원형 강관, 프리스트레스, 섬유긴장재, 웨지, 긴장력

Description

원형 강관으로 섬유긴장재를 보호한 정착장치{The prestressing anchor by steel circular tube protecting the fiber tendon}

도1은 본 발명에 따른 정착장치의 전체 사시도

도2는 본 발명에 따른 정착장치의 분해 사시도

도3은 본 발명에 따른 정착장치의 조립 단면도

도4a는 본 발명에 따라 원형봉 형태의 섬유긴장재에 원형 강관을 압착하는 과정도

도4b는 본 발명에 따라 로프 형태의 섬유긴장재에 원형 강관을 압착하는 과정도

도5는 본 발명의 콘크리트 구조물에 대한 사용 상태 단면도

도6은 본 발명을 교량 상판 보강에 적용하는 예시도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 섬유긴장재 2 : 원형 강관 3 : 정착판 본체

3' : 웨지 삽입용 통공부 4 : 웨지 4' : 관통공

5 : 쉬스관 10 : 정착장치 21 : 보강 프레임

21' : 결착편 22 : 지지대 23 : 타이 바

24 : U형 고리 25 : 받침대 26 : 턴 버클

본 발명은 원형 강관으로 섬유긴장재를 보호한 정착장치에 관한 것으로서, 섬유긴장재를 이용한 긴장력 도입시 정착장치에 의한 섬유긴장재의 단면의 국부적인 응력 발생에 따른 손상과 파괴현상을 최소화하고, 섬유긴장재 및 웨지와의 사이에 미끄러짐 현상을 막음으로써, 섬유긴장재의 강도를 최대한 사용할 수 있도록 하는 정착장치를 제공하기 위한 것이다.

통상의 건설구조물에 프리스트레스를 도입할 때 사용되는 긴장재의 재료로는 PS강선이 주축을 이루고 있으나, 최근 탄소섬유재나 유리섬유재와 같은 신소재를 재료로 한 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 방법이 연구되고 있다.

이러한 탄소섬유재나 유리섬유재와 같은 섬유긴장재를 이용하여 긴장력을 도입하고자 할 경우에는, 긴장력 도입이 필요한 콘크리트 구조물에 섬유긴장재를 정착시킨 후 긴장력을 도입하게 되는데, 이를 위해 종래에 사용되어 온 정착장치는 일반적인 웨지 또는 강관에 섬유긴장재를 삽입하여 그 사이 공간에 접착제를 채워 넣어 성형시키고, 긴장력 도입시 섬유긴장재에 긴장력이 작용할 수 있도록 하는 것 이다.

그러나, 일반적인 웨지를 이용하여 섬유긴장재에 긴장력을 도입하는 경우에는, 섬유봉재와 섬유로프의 재료가 취성적인 성질을 가지므로, 정착장치 웨지의 나사산에 의해 가해지는 조임력에 의해 섬유긴장재의 단면이 손상되고, 이에 긴장력을 증대시키면 증대시킬수록 단면손상은 더욱 증가하게 되어 이 손상된 부분에 국부적인 큰 응력이 발생하여 최종적으로 긴장재가 파괴되는 일이 빈번하게 발생하는 문제점이 있는 것이다.

그리고, 강관과 섬유긴장재 사이에 접착제를 채워 넣어 긴장력을 도입하는 경우에는 접착제의 접착력에 의하여 힘이 전달되기에 큰 긴장력을 도입하기 위해서는 접착길이를 길게 하는 문제가 있어 실무에 실용적이지 못하다.

또한, 섬유긴장재에 긴장력 도입시 발생하는 국부적인 응력으로 인해 정착부분이 취약하게 되어 섬유긴장재의 최대강도를 활용할 수 없게 되며, 이러한 경우 재료의 강도를 100% 활용할 수 없음으로 인해 경제적인 손실과 함께 재료의 신뢰성이 떨어지게 되는 것이다.

특히, 탄소섬유재, 유리섬유재 등의 취성적인 성질을 보이는 섬유긴장재에 긴장력을 도입하면 웨지에 의한 국부적인 응력이 긴장재를 파손시켜 긴장재 자신이 받을 수 있는 최대 긴장력을 받을 수 없게 하며, 이로써 긴장재의 최대 강도에 도달하기 전에 파단되는데, 이와 같은 나사산에 의한 국부적인 큰 응력을 막기 위해서는 웨지의 나사산을 제거하면 가능하나, 나사산이 없으면 긴장재 정착 및 섬유긴장재에 긴장력 도입시 미끄러짐(slip)현상에 의하여 긴장력 도입이 어렵다.

또한, 종래에는 슬리브와 섬유긴장재 사이에 접착제를 주입한 후 성형시켜야 하며, 이는 긴장력이 접착력을 초과하게 되면 섬유긴장재가 정착장치로부터 이탈하는 문제가 발생하고, 이를 보완하기 위해 큰 접착력을 도입하고자 슬리브의 길이를 길게 할 수 있으나, 긴장재의 직경이 큰 경우는 슬리브의 길이 증가에도 한계가 있게되는 것이며, 더욱이, 현재 널리 사용하고 있는 유압잭(jack)을 사용하여 연속적인 긴장력 도입할 경우에는 이러한 작업이 불가능한 문제점들이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 섬유긴장재를 이용한 긴장력 도입시 정착장치에 의한 섬유긴장재의 단면의 국부적인 응력 발생에 따른 손상과 파괴현상을 최소화하고, 섬유긴장재 및 웨지와의 사이에 미끄러짐 현상을 막음으로써, 섬유긴장재의 강도를 최대한 사용할 수 있도록 하는 정착장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 원형 강관으로 섬유긴장재를 보호한 정착장치에 관한 것으로서, 섬유긴장재를 이용한 긴장력 도입시 정착장치에 의한 섬유긴장재의 단면의 국부적인 응력 발생에 따른 손상과 파괴현상을 최소화하고, 섬유긴장재 및 웨지와의 사이에 미끄러짐 현상을 막음으로써, 섬유긴장재의 강도를 최대한 사용할 수 있도록 하는 정착장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 섬유긴장재의 정착장치(10)는 섬유긴장재(1)를 비롯하여 콘크리트 구조체 외측에 구비되는 정착판 본체(3)와 웨지(4), 상기 섬유긴장재(1)를 감싸 보호하는 원형 강관(2)으로 이루어져 있으며, 이하 자세한 구성을 설명하면 다음과 같다.

섬유긴장재(1)는 인장강도가 우수하고 긴장력 도입 후 시간이 경과함에 따라 인장력이 감소하는 릴렉세이션(relaxation)과 부식의 위험이 적은 탄소섬유재 또는 유리섬유재를 사용하여 긴 원형봉 또는 로프의 형태로 구성되고, 긴장력 도입이 필요한 콘크리트 구조물에 매설된 쉬스관(5)에 일정 부분 삽입된 상태에서 외측에 웨지형 정착장치(10)가 구비되어 긴장력을 도입하게 되는 것이다.

웨지형 정착장치(10)의 기본 구성이 되는 정착판 본체(3)는 직경이 큰 짧은 원통형체로, 외측에서 내측으로 관통되어 점차 경사져 직경이 좁아지는 원뿔형의 웨지 삽입용 통공부(3')를 형성하고 있으며, 상기 웨지 삽입용 통공부(3')에 웨지(4)가 긴밀하게 맞춤, 삽입되는데 상기 웨지(4)는 두 개 또는 세 개의 부분으 로 나누어지고 중앙에 섬유긴장재(1)를 정착시키는 관통공(4')이 구비되어 있다.

이때, 웨지(4)의 경우, 섬유긴장재(1)를 긴장하여 강하게 정착하기 위해 내부직경이 긴장재의 직경보다 작게 하되, 섬유긴장재(1)의 긴장 및 정착 시 두 부재의 곡률 차이에 의해 발생되는 국부적 응력집중과 그로 인한 섬유긴장재의 파단을 방지할 수 있도록 섬유긴장재(1)의 곡률과 웨지(4)의 곡률을 갖게 하거나 아주 비슷하도록 함이 바람직하다.

특히, 본 발명에서는 섬유긴장재(1)의 외주연에 얇은 원형 강관(2)을 구비하는데, 이 원형 강관(2)의 내부 직경은 섬유긴장재(1)의 직경보다 약간 크고 두께는 0.5mm이하가 되도록 한다.

이는 원형 강관(2)의 두께가 너무 두꺼우면 강관의 중심축방향으로 조임력이 작용할 때 원형 강관(2)의 강성에 의하여 섬유긴장재(1)에 고르게 압착되지 않는 문제가 발생하기 때문에, 초기 긴장력이 웨지(4)를 통하여 원형 강관(2)에 전달되고 그 전달된 조임력이 다시 원형 강관(2)을 통하여 섬유긴장재(1)에 전달되어야 하나 섬유긴장재(1)가 미끄러져 원상태로 돌아가게 되어 추가적인 긴장력을 도입할 수 없게 되며, 반대로 원형 강관(2)의 두께가 너무 얇은 경우는 축방향의 조임력에 의하여 섬유긴장재(1)를 손상시킬 뿐만 아니라 웨지(4)의 나사산에 의한 단면 손실을 막을 수가 없게 되므로 적당히 얇은 것이 바람직하다.

또한, 섬유긴장재(1)에 원형 강관(2)을 압착시킬 때에는 최종 압착된 상태의 내부직경이 섬유긴장재(1)의 직경에 원형 강관(2)의 두께를 더하여 구한 내부직경 과 같은 특정 장치를 이용하여 원형 강관(2)에 중심축방향으로 조임력을 가하여 섬유긴장재(1)에 압착시키며, 이때, 조임력을 가하는 장치의 내부단면은 최종압착된 상태의 곡률과 같도록 한다.

그리고, 단순히 섬유긴장재(1)를 얇은 원형 강관(2)에 삽입하여 사용할 경우 에는 정착장치(10)의 조임력을 분산하여 섬유긴장재(1)의 단면을 보호하고 단면 결손 및 파손을 방지할 수는 있지만, 섬유긴장재(1)에 긴장력을 도입할 때 정착장치(10)에 의한 최초의 조임력이 섬유긴장재(1)를 감싸고 있는 원형 강관(2)의 강성에 의하여 섬유긴장재(1)에 작용하지 못하게 되므로, 원형 강관(2)과 섬유긴장재(1) 사이에 마찰력이 발생되지 않아 섬유긴장재(1)가 원형 강관(2)으로부터 빠져나가서 섬유긴장재(1)에 긴장력을 도입할 수 없기 때문에, 이러한 섬유긴장재(1)와 원형 강관(2) 사이의 미끄러짐을 막기 위해서 최초의 긴장력 도입 전에 섬유긴장재(1)를 감싸고 있는 얇은 원형 강관(2)에 원주직각방향(원의 법선방향)으로 힘을 가하여 압착하게 함으로써, 최초에 섬유긴장재(1)에 작용하는 긴장력이 섬유긴장재(1)에 작용하지 않아도 일차적으로 압착한 접촉력에 의하여 섬유긴장재(1)와 원형 강관(2)사이에 미끄러짐이 발생되지 않아 섬유긴장재(1)에 긴장작업을 계속 유지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 섬유긴장재(1)에 있어 단순 일체의 원형봉 형태가 아닌 여러 가닥이 꼬여서 된 로프인 경우에는 외주면이 고르지 않는 문제가 있으므로, 원형 강관(2) 압착시 상기 섬유긴장재(1)와 원형 강관(2) 사이에 에폭시 또는 코팅제와 같 은 마찰증대재(2')를 넣어 압착시킨다.

이러한 본 발명의 정착장치를 콘크리트 구조물에 시공하는 과정을 살펴보면, 콘크리트 구조물의 매설된 쉬스관(5)에 웨지 삽입용 통공부(3')가 이어지도록 정착장치(10)의 정착판 본체(3)를 고정하고, 섬유긴장재(1)의 일단부에 원형 강관(2)을 씌운 후 가압하거나 또는 에폭시 코팅과 같은 마찰증대재(2')를 넣어 압착시킨 부분을 상기 쉬스관(5) 내에 삽입하며, 상기 섬유긴장재(1)에 압착된 원형 강관(2)을 감싸도록 정착판 본체(3)의 웨지 삽입용 통공부(3)에 웨지(4)를 고정하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 정착장치를 이용하여 교량의 콘크리트 보에 시공 후 긴장력을 도입하는 적용예를 살펴보면, 휨 또는 처짐으로 인해 보강을 하고자 하는 콘크리트 보의 양끝단에 보강 프레임(21)을 삽착하고, 양끝단에서 1/4 되는 양지점에 지지대(22)를 설치하며, 상기 보강 프레임(21)은 일측면에 돌출 형성된 결착편(21')이 구비되고 상기 결착편(21')의 외측부에 정착장치(10)의 정착판 본체(3)를 고정시킨 다음, 원형 강관(2)을 씌워 압착시킨 섬유긴장재(1)의 단부를 중앙에 삽입한 상태에서 웨지(4)를 삽입, 고정함으로써 섬유긴장재(1)를 설치하게 된다.

그리고, 섬유긴장재(1)의 타측단은 타이 바(23)의 양단 U형 고리(24)에 상기와 같은 방식으로 원형 강관(2)으로 감싸 압착하고 웨지형 정착장치(10)에 의해 결 합 고정하되, U형 고리(24) 및 구조물의 저면 사이에는 받침대(25)를 삽입하여 지지토록 한다.

이와 같이 보의 양끝단으로부터 고정된 두 개의 섬유긴장재(1)는 중앙에 타이 바(23)의 양측 U형 고리(24)와 결합한 상태에서 타이 바(23)의 중앙에 장착된 턴 버클(26)이 아래로 처진 상태를 이루게 되며, 이때, 상기 턴 버클(26)의 타이 바(23)와 어느 정도 가조임된 상태이므로 턴 버클(26)을 지속적으로 조임하여 적절한 상태의 초기 긴장력을 도입하게 된다.

그런 다음, 일정한 시간이 경과하게 되면 섬유긴장재(1)의 릴렉세이션 손실이 발생하게 되므로, 이를 보완하기 위해 2차 긴장작업을 행하여 긴장력 도입을 완성함으로써 보수, 보강을 완료하게 되는 것이다.

이처럼 본 발명에 따른 섬유긴장재 정착장치(10)는 섬유긴장재(1)에 작용하는 정착장치(10)의 조임력이 섬유긴장재를 감싸고 있는 얇은 원형 강관(2)에 작용하고, 정착장치(10)에 의한 조임력은 이 원형 강관(2)에 의하여 분산되어 섬유긴장재(1)에 작용하게 됨으로써, 섬유긴장재(1)의 원주방향으로 고르게 분포되어 섬유긴장재(1)에 국부적인 응력의 발생을 막을 수 있고, 이로써 섬유긴장재(1)의 단면파손 및 결손을 막을 수 있으며, 섬유긴장재(1)의 최대 강도를 사용할 수 있게 되는 것이다.

한편, 이와 같이 섬유긴장재(1)를 얇은 원형 강관(2)에 삽입하여 섬유긴장재(1)의 단면을 보호하고 긴장작업을 할 때 사용하는 정착장치(10)로는 일반적으로 널리 사용되고 있는 웨지형(wedge type) 정착장치와 척형(collector type) 정착장치에 모두 사용가능하고, 웨지형 정착장치의 경우 웨지의 조각수와는 관계없이 사용가능한 것이다.

본 발명은 원형 강관으로 섬유긴장재를 보호한 정착장치를 통해 정착부 단면에 국부적 응력집중으로 인한 결손 및 파손 등의 손상을 막아 긴장력을 최대한 크게 도입할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 섬유긴장재를 보호와 함께 일반적으로 널리 사용하고 있는 웨지형 정착장치를 그대로 사용할 수 있기 때문에 별도의 정착장치 개발하지 않아도 되므로, 경제성과 실용성을 높이는 효과를 가진다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 웨지가 끼움되는 웨지 삽입용 통공부를 갖는 정착판 본체와 축중심부를 관통하는 관통공을 형성한 웨지에 의해 고정되며, 긴장재에 단관형 보강부를 씌워 압착시킨 공지의 긴장재 정착장치에 있어서,

   상기 긴장재는 섬유긴장재(1)로 구성되며, 이 섬유긴장재(1)과 원형 강관(2) 사이에 에폭시로 코팅한 마찰증대재(2')를 삽입하여 압착함으로써, 전단에 취약한 섬유긴장재의 단면 파손 방지 및 최대 강도의 긴장력 도입할 수 있음을 특징으로 하는 원형 강관으로 섬유긴장재를 보호한 정착장치.

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