KR100753177B1 - 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 콘크리트 구조물을 이어 하중을 전달하는 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치는 하나의 콘크리트 구조물에 일측이 결합되고 다른 하나의 콘크리트 구조물에 타측이 결합된 타원통형 연결봉을 포함한다.

콘크리트 구조물, 콘크리트 슬래브, 콘크리트 포장, 하중 전달 장치, 다웰바

Description

콘크리트 구조물용 하중 전달 장치 {LOAD TRANSMISSION APPARATUS FOR A CONCRETE STRUCTURE}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치가 사용된 콘크리트 구조물의 내부를 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1의 하중 전달 장치에 포함된 타원통형 연결봉을 구체적으로 도시한 사시도이다.

도 3은 도 1의 하중 전달 장치의 지지 응력을 테스트하기 위한 유한 요소 모델을 나타낸 사시도이다.

도 4는 도 3의 유한 요소 모델을 -X축 방향으로 바라본 부분 측면도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 포장의 보수 방법을 나타낸 순서도이다.

도 6은 도 1의 하중 전달 장치가 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 포장의 보수에 사용된 상태를 나타낸 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 콘크리트 슬래브 20 : 줄눈부

30 : 하중 전달 장치 31 : 타원통형 연결봉

32 : 팽창캡 33 : 고정 체인

본 발명은 서로 다른 콘크리트 구조물을 이어 하중을 전달하는 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치 및 이를 이용한 콘크리트 포장의 보수 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내화학성, 내구성 및 강도를 향상시킨 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치 및 이를 이용한 콘크리트 포장의 보수 방법에 관한 것이다.

일반적으로 도로, 터널, 지하 구조물, 교량, 옹벽 등과 같이 외부로부터 수분의 유입이 많은 곳에 시공되는 콘크리트 구조물은 시멘트, 모래, 자갈, 물이 혼합된 콘크리트가 양생되는 과정에서 콘크리트 내의 수분이 증발하면서 발생된 다수의 미세한 틈새를 갖는다. 콘크리트 구조물에 대기의 열에 의한 수축과 팽창이 반복되면서, 콘크리트 구조물이 갖는 틈새에 유해한 응력이 집중된다. 이러한 응력에 의해 틈새로부터 균열이 발생되어 콘크리트 구조물의 불량을 가져온다.

이와 같은 균열의 발생은 콘크리트 구조물의 면적에 비례하므로, 일정한 규격의 슬래브(slab)로 분할하여 콘크리트 구조물을 형성하는 방법이 사용되고 있다. 이때, 서로 다른 콘크리트 슬래브는 하중 전달 장치에 의해 상호 이어져 하중이 전달된다.

도로 포장용 콘크리트 슬래브를 일예로 하여 더욱 자세히 설명하면, 도로는 기본적으로 철근 보강이 없는 다수의 콘크리트 슬래브로 분할 시공된다. 콘크리트 슬래브는 일정한 간격을 두고 배치되며, 서로 다른 콘크리트 슬래브 사이에는 줄눈 부가 형성된다. 줄눈부는 콘크리트 슬래브에서 발생되는 균열을 제한하거나 균열의 발생 위치를 인위적으로 조절하여 줄눈부로 국한시킨다. 즉, 줄눈부는 콘크리트 슬래브의 온도나 습도 변화로 인한 구속 응력에 의해 발생하는 무작위의 종방향 균열이나 횡방향 균열의 발생을 방지하는 역할을 한다.

줄눈부에는 하중 전달 장치를 사용하여 줄눈부 양측의 콘크리트 슬래브를 이어 하중을 전달한다. 하중 전달 장치는 줄눈부를 중심으로 하여 콘크리트 슬래브의 전단력 및 지지력에 대한 저항성을 가져야한다. 또한, 각종 화학적 환경 아래에서의 부식에 대한 저항성을 가져야 하며, 줄눈부의 가로 방향 변위를 구속시키지 않아야 한다. 그리고 하중 전달 장치와 접촉되는 부위의 콘크리트 슬래브에 과잉 응력을 발생시키지 않고 하중 응력을 적절히 분산시킬 수 있어야 한다. 이와 같은 역할을 하는 하중 전달 장치를 특히, 다웰바(dowel bar)라 한다.

현재 널리 사용되고 있는 하중 전달 장치는 강재(鋼材)로 된 원형의 봉이다. 강재의 원형봉을 사용할 경우 콘크리트 슬래브와 접촉되는 구간에 응력 집중으로 인한 균열 발생의 원인을 제공하게 된다. 또한, 내부식성에 취약하며, 이러한 부식의 결과로 원형봉 표면에 산화물이 생성되어 부피의 팽창을 가져온다. 이로 인하여, 줄눈부의 잠김 현상, 스폴링(spalling) 또는 하중 전달 효율의 감소로 인한 단차의 발생 등과 같은 불량을 초래하게 된다. 즉, 줄눈부에서 하중 전달 장치의 성능 저하는 콘크리트 슬래브를 이용한 도로 포장에 성능 저하를 가져오며, 그에 따른 수명의 단축, 유지 보수비용의 증가, 및 주행성의 악화 등과 같은 문제점을 발생시킨다.

또한, 이러한 문제점이 발생된 콘크리트 구조물의 보수 시공 방법은 현재 정립되어 있지 않으며, 실질적으로 부수 시공도 거의 이루어지고 있지 않은 실정이다. 그리고 보수 시공이 이루어 진다해도 종래의 하중 전달 장치를 다시 사용할 경우 동일한 문제점이 반복될 수밖에 없다.

최근에는 유리 섬유 강화 플라스틱(glass fiber-reinforced plastics, GFRP) 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber-reinforced plastics, CFRP) 등의 합성 섬유 재료를 주재료로 하는 하중 전달 장치가 사용되고 있다. 이들 합성 섬유 재료를 주재료로 하는 하중 전달 장치들은 부식에 대한 저항성이 매우 높으며, 인장강도에 있어서도 매우 우수한 역학적 특성을 가지고 있다.

그러나 합성 섬유 재료를 사용하여 원형봉 형상의 하중 전달 장치를 제조하게 되면, 제조 특성상 합성 섬유 재료가 일정한 방향성을 가지게 된다. 따라서 섬유 방향에 수직 방향에서의 저항이 매우 약해져, 하중 전달 장치가 일반적으로 받는 전단력과 휨에 대한 저항성이 작은 문제점을 가지게 된다.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내화학성, 내구성 및 강도를 향상시킨 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치를 제공하고자 한다.

또한, 상기한 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치를 이용한 콘크리트 포장의 보수 방법을 제공하고자 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 서로 다른 콘크리트 구조물을 이어 하중을 전달하는 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치에 있어서, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치는 하나의 콘크리트 구조물에 일측이 결합되고 다른 하나의 콘크리트 구조물에 타측이 결합된 타원통형 연결봉을 포함한다.

상기 타원통형 연결봉은 길이 방향에 수직한 방향의 단면이 단축 대비 장축의 비가 1 대 1.4 내지 1 대 1.6 사이의 타원형인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 단축은 길이가 17 ~ 54mm 이며, 상기 장축은 길이가 25 ~ 80mm 인 것이 바람직하다.

상기 타원통형 연결봉은 유리 섬유 강화 플라스틱(glass fiber-reinforced plastics, GFRP)을 포함한 소재로 만들어질 수 있다.

여기서, 상기 타원통형 연결봉은 전체 중량 대비 70~85%의 유리 섬유, 그리고 전체 중량 대비 15~30%의 비닐 에스터 수지(vinyl ester resin)를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 타원통형 연결봉은 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber-reinforced plastics, CFRP)을 포함한 소재로 만들어질 수 있다.

여기서, 상기 타원통형 연결봉은 전체 중량 대비 70~85%의 탄소 섬유, 그리고 전체 중량 대비 15~30%의 매트릭스 수지(matrix resin)를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.

상기 콘크리트 구조물은 도로 포장용 콘크리트 슬래브(slab)인 것이 바람직하다.

상기 타원형 연결봉은 다웰바(dowel bar) 또는 타이바(tie bar)인 것이 바람 직하다.

또한, 본 발명에 따른 콘크리트 포장의 보수 방법은 콘크리트 포장에서 보수하고자하는 부분을 절개하여 보수 공간을 형성하는 단계, 상기 보수 공간 내에 타원통형 연결봉을 포함하는 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치를 거치하는 단계, 그리고 상기 보수 공간 내에 콘크리트 또는 모르타르를 타설하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 타원통형 연결봉은 길이 방향에 수직한 방향의 단면이 단축 대비 장축의 비가 1 대 1.4 내지 1 대 1.6 사이의 타원형인 것이 바람직하다.

또한, 상기 타원통형 연결봉은 탄소 섬유 강화 플라스틱 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱을 포함한 소재로 만들어진 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부 도면에서는, 콘크리트 구조물로 도로 포장용 콘크리트 슬래브(slab)를 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 즉, 터널, 지하 구조물, 교량, 옹벽 등과 같은 콘크리트 구조물에도 적용될 수 있다.

또한, 첨부 도면에서는 하중 전달 장치로 다웰바(dowel bar)를 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 즉, 타이바(tie bar) 등에도 적용될 수 있다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도 1은 줄눈부(20) 주변의 콘크리트 슬래브(10)를 일부 절개하여 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치(30)가 나타나도록 도시하고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치(30)는 하나의 콘크리트 슬래브(11)에 일측이 결합되고 다른 하나의 콘크리트 슬래브(12)에 타측이 결합된 타원통형 연결봉(31)을 포함한다. 즉, 하중 전달 장치(30)는 서로 다른 콘크리트 슬래브(11, 12) 사이에 형성된 줄눈부(20)에 배치되어 양 콘크리트 슬래브(11, 12)를 상호 이어 하중을 전달한다.

또한, 시공시에 타원통형 연결봉(31)을 정확한 위치에 거치하기 위한 고정 체인(33)과, 타원통형 연결봉(31)의 일측 단부에 씌워지는 팽창캡(32), 그리고 줄눈부(20)에 대응하여 타원통형 연결봉(31)의 중앙 영역에 끼워지는 폼코어(form core)(35)를 포함한다. 그리고 도시하지는 않았으나, 타원통형 연결봉(31)의 일측은 콘크리트 슬래브(10) 내부에서 구속되지 않고 유동 가능하도록 녹막이 페인트가 도포될 수도 있다.

팽창캡(32)은 콘크리트 슬래브(10)가 팽창을 일으키면 타원통형 연결봉(31)이 콘크리트 슬래브(10) 내부에서 팽창에 저항하여 생기는 불필요한 응력의 발생을 방지하는 역할을 한다. 이러한 응력이 발생되면 콘크리트 슬래브(10) 내부가 파괴되는 등의 문제가 생길 수 있다. 팽창캡(32)은 플라스틱과 같은 소재를 포함하여 만들어진다.

폼코어(35)는 콘크리트 슬래브(10)의 일부를 절개하여 하중 전달 장치(35)의 보수를 실시할 때에 보수한 부분에 다시 콘크리트를 타설한 후에도 기존의 줄눈부 (20)와 보수한 부분의 줄눈부(20)가 일치한 상태로 유지할 수 있도록 하는 역할을 한다. 폼코어(35)는 스티로폼과 같은 소재를 포함하여 만들어진다.

여기서, 타원통형 연결봉(31)을 제외한 구성들은 반드시 필요한 것은 아니며, 경우에 따라 생략되거나 다른 구성으로 변형될 수 있다. 이와 같은 구성의 생략 또는 변형은 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 타원통형 연결봉(31)을 구체적으로 나타낸 사시도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 타원통형 연결봉(31)은 길이 방향에 수직한 방향의 단면이 단축(A) 대비 장축(B)의 비가 1 대 1.4 내지 1 대 1.6 사이의 타원형으로 형성된다. 단축(A) 대비 장축(B)의 비가 1 대 1.4 보다 작아질수록 타원통형 연결봉(31)의 하중 분산 효과가 떨어지고, 단축(A) 대비 장축(B)의 비가 1 대 1.6 보다 커질수록 타원통형 연결봉(31)의 강도가 저하될 수 있다. 여기서, 세계 각 국에서 사용되고 있는 다웰바(dowel bar)의 규격과 통상적인 도로 포장용 콘크리트 슬래브(10)의 두께를 고려할 때, 상기한 타원형의 단축(A)은 17 ~ 54mm, 장축(B)은 25 ~ 80mm의 길이로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 타원통형 연결봉의 길이(L)는 콘크리트 구조물의 크기 및 종류에 따라 다를 수 있으나, 대략 500mm 전후의 길이를 갖는다.

여기서, 타원통형 연결봉(31)은 단축(A)이 수직 방향으로 장축(B)이 수평 방향으로 위치하도록 배치하여 하중이 넓은 면에 집중될 수 있게 한다. 이에, 하중 전달 장치(30) 부근의 콘크리트 구조물에 전달되는 하중을 더욱 분산시킬 수 있다.

또한, 타원통형 연결봉(31)은 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP) 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)를 포함한 소재로 만들어진다.

유리 섬유 강화 플라스틱을 포함한 소재로 만들어진 경우에는, 타원통형 연결봉(31)은 전체 중량 대비 70 ~ 80%의 유리 섬유, 그리고 전체 중량 대비 15 ~ 30%의 비닐 에스터 수지(vinyl ester resin)를 포함하여 이루어진다.

탄소 섬유 강화 플라스틱을 포함한 소재로 만들어진 경우에는, 타원통형 연결봉(31)은 전체 중량 대비 70 ~ 80%의 탄소 섬유, 그리고 전체 중량 대비 15 ~ 30%의 매트릭스 수지(matrix resin)를 포함하여 이루어진다.

매트릭스 수지로는 전부터 일반적으로 많이 사용되고 있는 폴리에스테르나 에폭시 등 열경화성 수지를 들 수 있는데, 최근에는 내열성이 우수한 열가소성수지도 실용화되어 그 적용범위가 점차 확대되고 있다. 섬유 보강 플라스틱(fiber reinforced plastics, FRP)용의 내열성 수지의 개발에서도 에폭시(epoxy, EP)에 높은 내열성 골격이나, 소수성 골격을 도입하고 가교 밀도를 제어함으로써 내열성 및 내수성의 향상과 동시에 다른 물성의 향상을 도모할 수 있게 되었다.

또한, 유리 섬유 강화 플라스틱 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱과 같은 합성 섬유 재료가 갖는 방향성, 즉, 섬유의 결 방향은 타원통형 연결봉(31)의 길이 방향으로 형성된다.

이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치(30)는 내화학성, 내구성 및 강도가 향상된다.

이하에서는 본 발명의 실험예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다. 이러한 본 발명의 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

본 실험에서는 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치와 종래의 강재 및 합성 섬유 재료로 만들어진 원형봉을 포함하는 하중 전달 장치를 비교 실험하였다. 이 비교 실험에서는 각 하중 전달 장치의 지지 응력, 전단 강도 및 휨 강도를 테스트하였다.

실험예

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치(30)의 지지 응력을 테스트하기 위한 유한 요소 모델이며, 도 4는 -X축 방향으로 바라본 타원통형 연결봉(31)의 단부를 나타내고 있다. 이 유한 요소 모델은 프라이버그(Friberg)의 해석법에 기초하여 재료별 형상과 단면의 크기에 따른 처짐 해석을 위한 모델이다. 즉, 프라이버그의 해석법에서 사용된 탄성 기초 위의 보의 형상과 유사하며, 하중 전달 장치의 처짐 형상을 분석하기에 적합한 모델이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치(30)의 지지 응력을 테스트하기 위한 유한 요소 모델은 단단한 기초 노반(90), 그 노반(90) 위에 놓여있는 한 개의 콘크리트 슬래브(10), 그리고 콘크리트 슬래브(10)의 상부에 배치된 타원통형 연결봉(31)을 포함하고 있다. 여기서, 타원통형 연결봉(31)은 콘크리트 슬래브(10)의 길이 방향을 따라 중앙부에 나란히 배치되며, 타원통형 연결봉(31)의 단축 방향으로 절반 정도의 두께가 콘크리트 슬래브(10)의 상부에 묻혀있다. 그리고 기초 노반(90)과 콘크리트 슬래브(10)는 300mm 의 폭(C)과, 1000mm 의 길이(D)를 가지며, 각각 200mm와 125mm의 두께(G, S)를 갖고 있다. 이러한 수치는 프라이버그의 해석법에 부합될 수 있도록 충분히 긴 길이로 설정되었다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 타원통형 연결봉(31)의 단부는 콘크리트 슬래브(10) 밖으로 돌출되어 있다. 이때, 돌출 길이는 통상 콘크리트 슬래브(10) 사이의 형성된 줄눈부(E)가 갖는 폭(z)의 절반(z/2)의 길이로 돌출되어있다. 즉, 타원통형 연결봉(31)이 돌출된 공간은 본 실험을 위한 유한 요소 모델에서 가상의 줄눈부(E)가 된다. 여기서, 지지 응력의 테스트를 위해 타원통형 연결봉(30)의 돌출된 단부에는 하중(P)이 가해지게 된다.

그리고 유한 요소 해석을 위해 그물망의 해석 단위인 매쉬(M)를 설정하였다. 처짐과 응력의 크기가 가장 클 것으로 예상되는 타원통형 연결봉(31)의 돌출된 단부 부근으로 갈수록 매쉬(M)를 세분화하였으며, 타원통형 연결봉(31)의 돌출된 단부에서 멀어져 갈수록 매쉬(M)의 간격을 증가시켜 해석을 수행하였다.

또한, 프라이버그 해석법에 의한 허용 지지 응력의 이론값은 하중 전달 장치(30)의 거동을 탄성 기초 위의 보로 가정하고, 지압 응력은 콘크리트 슬래브(10)의 변형에 비례하므로, 아래와 같은 공식으로 계산할 수 있다.

공식;

(여기서,

: 지압응력,

: 타원통형 연결봉의 지름,

: 콘크리트 슬래브의 압축 강도)

상기한 유한 요소 모델을 통하여, 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치(30)의 지지 응력을 테스트한 결과는 다음 표와 같다.

[표 1]

형상	직경(mm)	재료	지지응력(MPa)
			이론	유한요소해석
본 발명에 따른 타원통형	50/34(장축/단축)	유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)	12.44	28.30

다음, 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치의 전단 강도 및 휨강도를 테스트하였다. 여기서, 전단 강도의 시험은 미국재료시험협회(American Society for Testing and Materials, ASTM) D 4475에 규정된 방법에 따라 실시하였으며, 휨 강도의 시험 방법은 ASTM D 4476에 규정된 방법에 따라 실시하였다.

상기한 시험 방법을 통하여, 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치의 전단 강도 및 휨 강도를 테스트한 결과는 다음 표와 같다.

[표 2]

형상	직경(mm)	재료	전단강도 (MPa)	휨강도 (MPa)
본 발명에 따른 타원통형	50/34(장축/단축)	유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP)	58	1.80E+03

비교예

강재 및 합성 섬유 재료로 만들어진 원형봉을 포함한 종래의 하중 전달 장치를 앞서 도 5에서 도시한 유한 요소 모델을 사용한 유한 요소 해석과 동일한 방법으로 지지 응력을 테스트하였다.

종래의 하중 전달 장치의 지지 응력을 테스트한 결과는 다음 표와 같다.

[표 3]

형상	직경(mm)	재료	지지응력(MPa)
			이론	유한요소해석
원형	25	강재(鋼材)	28.87	73.11
	32	강재(鋼材)	16.58	38.79
원형	32	GFRP	19.44	51.98
	38	GFRP	14.08	31.84

다음, 합성 섬유 재료로 만들어진 원형봉을 포함한 종래의 하중 전달 장치의 전단 강도 및 휨강도를 테스트하였다. 여기서, 전단 강도 및 휨 강도의 시험은 앞서 실험예에서와 같이 각각 ASTM D 4475 및 ASTM D 4476에 규정된 방법에 따라 실시하였다.

상기한 시험 방법을 통하여, 종래의 하중 전달 장치의 전단 강도 및 휨강도를 테스트한 결과는 다음 표와 같다.

[표 4]

형상	직경(mm)	재료	전단강도 (MPa)	휨강도 (MPa)
원형	25	GFRP	58	1.50E+03
원형	38	GFRP	55	1.25E+03

이상과 같은 실험을 통해 얻은 결과를 비교해 보면 다음과 같다.

먼저, 지지 응력은 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치가 종래의 하중 전달 장치에 비해 이론값이나 유한 요소 해석 값에 있어서 우수한 역학적 특성을 나타내고 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치는 종래의 하중 전달 장치와 비교했을 때 지지 응력이 가장 작다. 여기서, 하중 전달 장치는 지지 응력을 통하여 이웃하는 콘크리트 슬래브에 지지력을 전달한다. 이 때, 큰 지지 응력이 생길 때에는 콘크리트 슬래브와 하중 전달 장치의 접촉면에 균열 및 파괴를 가져올 수 있으며, 이로 인하여 콘크리트 포장 슬래브의 쪼개짐 현상이나 하중 전달 장치의 느슨함을 발생시킨다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치의 지지 응력이 작다는 것은 이러한 콘크리트 슬래브의 쪼개짐 현상이나 하중 전달 장치의 느슨함의 발생을 억제하는 효과가 있다는 것을 증명한다.

따라서 본 발명의 일실시예에 따른 타원통형 연결봉을 포함한 하중 전달 장치는 종래의 강재 또는 합성 섬유 재료로 이루어진 하중 전달 장치와 대등하거나 월등한 역학적 기능을 가지면서 동시에 부식에 대한 취약성은 보완되었음을 알 수 있다.

다음, 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치의 전단 강도 및 휨 강도는 현재 사용되고 있는 강재의 하중 전달 장치와 거의 흡사한 역학적 거동을 발현하는 원형의 38mm 합성 섬유 재료 하중 전달 장치에 비해 뛰어난 역학적 거동을 보이는 것으로 나타났다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 하중 전달 장치는 여러 역학 적 기능을 충분히 발현하여 많은 이점이 있음을 알 수 있었다.

도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 포장의 보수 방법을 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 포장의 보수 방법을 나타낸 순서도이며, 도 5는 도 2의 하중 전달 장치가 콘크리트 포장의 보수에 사용된 상태를 도시한 평면도이다.

콘크리트 포장의 보수 방법을 설명하면, 먼저 기존에 사용되었던 하중 전달 장치의 기능 저하 또는 상실로 인하여 콘크리트 포장의 성능 저하가 초래되어 보수가 요구되는 줄눈부(20) 부근의 콘크리트 슬래브(10)를 절개한다(100).

다음, 절개된 콘크리트 포장의 내부를 수동식 착암기를 사용하여 제거함으로써 보수 공간(15)을 형성(200)한 후, 보수 공간(15)의 저면을 평탄하게 다듬고 보수 공간(15)의 내부를 깨끗이 청소한다(300).

이렇게 잘 다듬어진 보수 공간(15)의 내부에 존재하는 줄눈부(20)에 수분 및 이물질의 유입을 방지하기 위하여 실런트(sealant)를 사용하여 방수처리를 실시한다(400).

그리고 도 2의 타원통형의 연결봉(31)을 포함한 하중 전달 장치(30)를 보수공간의 저면에 거치(500)하고, 채움 콘크리트를 사용하여 다웰바 보수공간의 내부를 채운다(600). 이때 사용하는 채움 콘크리트는 시멘트, 골재, 물, 혼화제 등의 조성물을 포함하는 것으로서, 콘크리트 포장 도로의 특성상 빠른 교통 개방을 위하여 빠른 시간에 큰 압축강도를 발현하는 콘크리트 또는 모르타르를 사용한다. 채 움 콘크리트는 기존의 콘크리트 포장의 표면 높이보다 약간 높은 표면 높이가 되도록 채움을 실시한다.

양생 공정(700)을 통해 콘크리트 포장에서 경화가 진행되면 그라인딩 작업(800)을 실시하여 채움재로 채워진 보수 공간의 표면 높이가 기존에 존재하던 콘크리트 포장의 표면 높이와 같게 한다.

이후 마지막으로 콘크리트 포장의 줄눈부(20)에 방수처리(900)를 하게 되면 콘크리트 포장의 보수가 완료된다.

이와 같은 보수 방법을 통하여, 콘크리트 포장의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 내화학성, 내구성 및 강도를 향상시킨 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치를 제공할 수 있다.

즉, 유리 섬유 강화 플라스틱 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱과 같은 합성 섬유 재료를 포함한 소재로 하중 전달 장치를 형성하므로, 부식에 대한 저항성이 매우 높으며, 인장강도에 있어서도 매우 우수한 역학적 특성을 갖는다.

또한, 하중 전달 장치가 타원통형 연결봉을 포함하므로, 하중을 적절히 분산시키고, 더욱 안정적인 역학적 특성을 갖는다.

또한, 하중 전달 장치 주변의 콘크리트 구조물의 파손을 방지할 수 있으며, 하중 전달 장치를 포함한 콘크리트 구조물의 내구성을 크게 향상 시킬 수 있다.

또한, 상기한 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치를 이용한 콘크리트 포장의 보수 방법을 제공할 수 있다.

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5. 서로 다른 콘크리트 구조물을 이어 하중을 전달하는 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치에 있어서,

   하나의 콘크리트 구조물에 일측이 결합되고 다른 하나의 콘크리트 구조물에 타측이 결합된 타원통형 연결봉을 포함하고,

   상기 타원통형 연결봉은 길이 방향에 수직한 방향의 단면이 단축 대비 장축의 비가 1 대 1.4 내지 1 대 1.6 사이의 타원형이며,

   상기 타원통형 연결봉은 유리 섬유 강화 플라스틱(glass fiber-reinforced plastics, GFRP)을 포함한 소재로 만들어지고,

   상기 타원통형 연결봉은,

   전체 중량 대비 70~85%의 유리 섬유, 그리고

   전체 중량 대비 15~30%의 비닐 에스터 수지(vinyl ester resin)

   를 포함하여 이루어진 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치.
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7. 서로 다른 콘크리트 구조물을 이어 하중을 전달하는 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치에 있어서,

   하나의 콘크리트 구조물에 일측이 결합되고 다른 하나의 콘크리트 구조물에 타측이 결합된 타원통형 연결봉을 포함하고,

   상기 타원통형 연결봉은 길이 방향에 수직한 방향의 단면이 단축 대비 장축의 비가 1 대 1.4 내지 1 대 1.6 사이의 타원형이며,

   상기 타원통형 연결봉은 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber-reinforced plastics, CFRP)을 포함한 소재로 만들어지고,

   상기 타원통형 연결봉은,

   전체 중량 대비 70~85%의 탄소 섬유, 그리고

   전체 중량 대비 15~30%의 매트릭스 수지(matrix resin)

   를 포함하여 이루어진 콘크리트 구조물용 하중 전달 장치.
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