KR100911545B1 - 선하중이 도입되는 강재를 수용하는 쉬즈관을 구비한 콘크리트 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선하중이 도입되는 강재를 수용하도록 콘크리트 구조물 내에 매설되는 쉬즈관을 구비한 콘크리트 구조물에 관한 것으로, 강재를 수용하도록 콘크리트 구조물 내에 설치되는 쉬즈관으로서, 인장 하중이나 압축 하중이 도입되는 강재를 수용하도록 비원형 단면의 내부 공간이 길이 방향을 따라 꼬여진 형상으로 관통 형성된 영역을 포함하여 형성되어, 쉬즈관의 길이 방향으로 투영된 중앙부 빈 공간에는 인장 선하중이나 압축 선하중을 도입하는 강재를 수용하고, 쉬즈관 내부 공간 중 강재가 차지하는 이외의 틈새 공간을 일정한 단면적과 형상을 갖는 나선형 통로로 강재를 둘러싸도록 형성함에 따라, 과도한 압력을 가하지 않더라도 강재의 부식 등을 방지하기 위한 충진재를 용이하고 완전하게 충진할 수 있도록 하며, 상기 강재에 압축 하중이 도입되더라도 강재에 좌굴이 발생되는 것을 방지하는 쉬즈관을 구비한 콘크리트 구조물을 제공한다.

쉬즈관, 강봉, 압축 선하중, 좌굴, 충진재 유동 경로

Description

선하중이 도입되는 강재를 수용하는 쉬즈관을 구비한 콘크리트 구조물 {CONCRETE STRUCTURE HAVING TUBE TUBE THEREIN FOR ACCOMODATING COMPRESSIVE MEMBER TO WHICH COMPRESSIVE LOAD APPLIES}

도1은 압축력이 도입되는 강봉을 구비한 PSC보의 종래의 구성을 도시한 도면

도2는 도1의 'A'부분에 작용하는 선하중 도입 원리를 설명한 도면

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강봉을 수용한 쉬즈관의 형상을 도시한 사시도

도4는 쉬즈관과의 접촉면을 도시한 강봉의 사시도

도5는 도3의 절단선 A-A에 따른 단면도

도6은 도3의 절단선 B-B에 따른 단면도

도7는 도3의 절단선 C-C에 따른 단면도

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

99: 틈새 공간 88: 콘크리트

110: 강봉 120: 쉬즈관

120a: 구속면 d: 강봉 직경

d': 쉬즈관 단반경

본 발명은 선하중이 도입되는 강재를 수용하도록 콘크리트 구조물 내에 매설되는 쉬즈관을 구비한 콘크리트 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 쉬즈관 내에 매설된 강재에 압축 선하중을 도입하더라도 강재에 좌굴이 발생되지 않도록 할 뿐만 아니라, 압축 선하중을 도입한 이후 공정으로서 강봉과 쉬즈관 사이의 틈새에 그라우팅을 주입하는 경우에 틈새 내부에 원활히 그라우팅이 주입되도록 하는 콘크리트 구조물 내에 매설되는 쉬즈관을 구비한 콘크리트 구조물에 관한 것이다.

일반적으로 건축물이나 교량에 사용되는 보나 거더는 보다 높은 휨 강성을 확보하기 위하여 휨에 저항하는 구조 부재에 프리스트레스가 도입된다. 그 일례로서 대한민국 등록특허공보 제589797호의 "단순한 긴장으로 휨만을 가하는 대편심 프리스트레싱 방법과 장치 및 그를 이용한 PSC보"에는, 도1에 도시된 바와 같이, 휨을 받는 구조 부재(10)의 단면 내에 비부착 상태로 배치된 압축재(30)와 인장재(20)를 부재의 단부에서 연결정착구(20)를 이용하여 서로 연결하고, 인장재(20)를 긴장할 때에 그 반력으로 압축재(30)에 압축력을 도입하여 부재는 축력을 받지 않고 압축재(30)와 긴장재(20)의 배치 형상에 따라 휨을 받는 PSC보를 개시하고 있 다.

이와 같은 PSC보는, 도2에 도시된 바와 같이, 긴장재(20)와 압축재(30)의 인장과 압축에 의하여 PSC보의 콘크리트(10')에 서로 다른 방향의 짝힘(20',30')이 작용하게 되므로, 외력에 의하여 인가되는 휨 변형을 억제하는 모멘트(50)가 작용하여 보다 높은 휨 강성을 갖게 된다.

이 때, 긴장재(20)와 압축재(30)는 콘크리트 구조물 내부에 매설되는 쉬즈관 내부에 설치되는 데, 쉬즈관 내부에 압축재(30)를 설치하여 압축 하중을 도입하는 경우에, 압축재(30)의 외경보다 쉬즈관 내부의 내경이 큼에 따라 그 틈새 범위 내에서 압축재(30)에 좌굴이 발생하여 의도한 압축 하중을 도입되지 못하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 일반적으로 압축 선하중이나 인장 선하중을 도입하기 위하여 쉬즈관 내부에 설치되는 강재(20, 30)는 쉬즈관 내부에서 자유롭게 유동 가능하게 설치되므로, 강재(20, 30)를 통해 선하중을 도입한 이후에 쉬즈관과 강재(20,30)의 사이에 충진재로 주입되는 그라우팅 밀크의 주입 경로가 충분히 확보되지 않아 커다란 압력을 가하여 그라우팅 밀크를 강재(20,30)와 쉬즈관의 틈새 공간에 주입해야만 했으며, 동시에, 강재(20,30)와 쉬즈관 사이의 틈새 공간이 길이 방향을 따라 불균일한 단면으로 형성됨에 따라, 주입된 그라우팅 밀크가 강재(20,30)와 쉬즈관 사이의 틈새 공간을 완전히 충진시키지 못한 채 빈 캐비티를 형성하는 문제점도 아울러 가지고 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 콘크리트 구조물 내부에 매설된 쉬즈관 내부에 강재가 설치되어 인장 선하중이나 압축 선하중을 도입된 이후에도 쉬즈관과 강재 사이의 틈새를 충진재가 원활히 유입되어 완전하게 충진되도록 하는 쉬즈관을 구비한 콘크리트 구조물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은, 쉬즈관 내에 매설된 강재에 압축 선하중을 도입하는 공종에서 강재에 좌굴이 발생되지 않도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 압축 선하중을 도입하는 강재에 좌굴이 발생되지 않도록 할 뿐만 아니라 그라우팅재의 유동 경로를 확보하는 쉬즈관이 설치된 콘크리트 구조물을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 콘크리트 구조물 내에서 콘크리트에 의해 감싸지도록 내설되어 외측으로 변위가 구속되고, 압축력이 도입되는 강재를 내부에 수용하는 쉬즈관으로서, 상기 강재를 내부에 수용한 상태에서 상기 강재를 길이 방향을 따라 감싸는 나선형 통로가 상기 강재와 상기 쉬즈관의 내벽 사이에 형성되며, 상기 나선형 통로는 상기 강재의 길이 방향에 수직한 방향의 단면이 상기 쉬즈관의 내벽과 상기 강재로 둘러싸인 폐곡선으로 형성됨에 따라 상기 쉬즈관의 내벽과 상기 강재의 접촉에 의하여 상기 강재의 길이 방향을 따라 연속하는 나선 형상의 구속면(120a)이 형성되어, 상기 강재에 압축력이 도입되더라도 상기 구속면에 의하여 변위가 구속되어 좌굴을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 쉬즈관을 구비한 콘크리트 구조를 제공한다.

이는, 쉬즈관의 내부 공간의 통로가 길이 방향을 따라 꼬여진 나선 형상으로 강재와 쉬즈관의 내벽 사이에 형성됨에 따라, 쉬즈관의 길이 방향으로의 투영 평면에는 비틀림 축을 중심으로 하는 원형 단면의 빈 공간이 형성되므로, 인장 선하중이나 압축 선하중이 도입되는 강재를 이 원형 단면을 관통하는 빈 공간에 수용하기 위함이다.

이에 따라, 충진재의 유입 통로인 쉬즈관과 강재 사이의 틈새 공간은 상기 원형 단면의 바깥측에 강재를 둘러싸는 나선형 통로로 형성된다. 따라서, 충진재의 유입 경로가 충분한 일정 단면적을 갖는 통로로 형성되므로, 과도한 압력을 가하지 않더라도 강재가 차지하지 않는 쉬즈관 내의 틈새 공간을 충진재로 충진하는 것이 용이해진다.

또한, 콘크리트 구조물의 휨 강성을 향상시키기 위하여 콘크리트 구조물 내에 설치된 강재를 압축시키는 공종은, 쉬즈관이 콘크리트 내에 매설된 상태로 콘크리트를 거의 또는 완전히 양생된 상태에서 행해진다. 따라서, 쉬즈관의 외면은 이미 양생된 콘크리트에 의하여 그 모든 변위가 구속되므로, 상기 쉬즈관 내부의 강재도 쉬즈관과 접촉하는 접촉면의 변위는 구속된다.

즉, 비틀림 내부 공간을 갖는 쉬즈관 내에 삽입 설치된 강재는 나선형 통로에 의하여 180°의 사잇각을 두고 쉬즈관의 꼬여진 각도에 따라 연속하여 나선 형태로 쉬즈관의 내벽과 접촉하므로, 강재는 쉬즈관과 접촉하는 나선 형태의 접촉면이 변위를 구속하는 구속면으로 작용한다. 다시 말하면, 상기 쉬즈관 내에 삽입 설치되는 강재는 쉬즈관과 접촉하는 나선 형태의 구속면에 둘러싸여 휨 변위가 구속되므로, 강재에 압축 선하중이 도입되더라도 모든 방향에 대하여 좌굴 발생을 방지할 수 있다.

한편, 상기 틈새 공간으로의 충진재 유입 경로는 충진재의 유동 저항을 최소화하여야 적은 압력으로 충진재를 주입하는 것이 가능해지므로, 충진재의 유동 경로의 단면적을 일정하게 유지하는 것이 효과적이다. 이를 위하여, 상기 쉬즈관의 단면 형상은 일정하게 유지되면서 길이 방향을 따라 꼬이는 각도도 길이 방향에 걸쳐 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 충진재를 상기 틈새 공간에 충진시키는 것이 보다 용이해지며, 아울러, 강재에 압축 하중을 도입하는 경우에 국부적으로 좌굴이 발생되는 것도 방지할 수 있다.

일정 직경의 강재를 보다 좁은 공간을 차지하는 쉬즈관 내에 수용하기 위해서는, 상기 쉬즈관의 단면 형상은 중앙부에 위치한 중심선을 중심으로 비틀리도록 형성된다.

한편, 상기 쉬즈관은 단면이 원형인 강재와의 틈새 공간을 안정적으로 확보하기 위하여 비원형 단면으로 형성되는 데, 충진재의 유동저항을 최소화할 뿐만 아니라 제조가 용이한 타원 단면으로 형성되는 것이 효과적이다. 이 때, 상기 쉬즈관의 단반경(d')은 상기 강재의 외경(d)과 같거나 다소 작게 형성되어, 상기 강재가 상기 쉬즈관의 투영 원형 단면의 공간에 수용된 상태에서 상기 강재가 상기 쉬즈관의 내벽과 접촉하도록 한다.

한편, 본 발명은, 보를 형성하는 콘크리트와; 상기 콘크리트의 강도를 보강하기 위하여 상기 콘크리트 내에 매설된 철근과; 압축력이 도입되는 강재와; 상기 강재가 내부에 수용된 상태에서 상기 강재를 길이 방향을 따라 감싸는 나선형 통로가 상기 강재와 상기 쉬즈관의 내벽 사이에 형성되며, 상기 나선형 통로는 상기 강재의 길이 방향에 수직한 방향의 단면이 상기 쉬즈관의 내벽과 상기 강재로 둘러싸인 폐곡선으로 형성됨에 따라 상기 쉬즈관의 내벽과 상기 강재의 접촉에 의하여 상기 강재의 길이 방향을 따라 연속하는 나선 형상의 구속면(120a)이 형성되되, 상기 구속면은 180°의 사잇각을 둔 2열의 연속하는 나선 형상으로 형성된 쉬즈관과; 상기 강재와 상기 쉬즈관 사이의 상기 통로에 주입되어 충진되는 충진재를; 포함하여 구성되고, 상기 쉬즈관이 상기 콘크리트에 내설되어 상기 쉬즈관의 외면이 상기 콘크리트에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물을 제공한다. 이를 통해, 긴장용 강재나 압축용 강재를 상기 쉬즈관 내에 설치하여 원하는 선하중을 정확하게 도입할 수 있을 뿐만 아니라, 강재의 부식을 방지하기 위하여 그라우팅재와 같은 충진재의 충진 공정도 보다 용이하게 행하여, 제작 비용이 보다 저렴하고 안정적으로 휨 내하력을 보강한 콘크리트 구조물을 제작할 수 있게 된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강봉을 수용한 쉬즈관의 형상을 도시한 사시도, 도4는 쉬즈관과의 접촉부를 도시한 강봉의 사시도, 도5는 도3의 절단선 A-A에 따른 단면도, 도6은 도3의 절단선 B-B에 따른 단면도, 도7는 도3의 절단선 C-C에 따른 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 쉬즈관(120)은 일정한 두께의 벽면을 가지면서 내부 공간이 타원 형상의 단면으로 형성되고, 중심축(110a)의 길이 방향을 따라 꼬인 형상으로 형성된다. 이 때, 도5 내지 도7에 도시된 바와 같이, 쉬즈관(120)의 내부 단면 형상은 미리 정해진 타원 형상으로 유지되지만, 길이 방향을 따라 미리 정해진 타원 형상의 단면이 회전하여 꼬인 형상을 구현한다.

그리고, 쉬즈관(120)을 길이 방향으로 투영하는 경우에 쉬즈관(120)의 벽면에 의해 간섭되지 않는 빈 공간으로 투영되는 원형 단면 공간에 압축 선하중이 도입되는 강봉(110)이 수용된다. 이에 따라, 쉬즈관(120)이 강봉(110)을 중앙 내부 공간에 수용한 상태에서, 강봉(110)과 그 내벽이 접촉하여 폐곡선을 이루는 반경 방향으로의 틈새 공간은 길이 방향을 따라 단면의 형상과 크기가 일정하게 유지되면서 강봉(110)의 외주면을 따라 일정한 비틀림 각도로 꼬인 나선형 통로(99)를 형성하게 된다. 따라서, 강봉(110)에 선하중을 도입한 이후에 상기 나선형 통로(99)에 그라우팅 밀크와 같은 충진재로 충진하는 공종은, 충진재의 유동 저항을 최소화하는 주입 경로가 확보됨에 따라, 보다 용이하고 완전하게 행할 수 있다.

한편, 인장 하중이 도입되는 강봉(110)이 쉬즈관(120) 내부에 삽입 설치된 경우에는 강봉(110)은 쉬즈관(120)과 접촉한 상태를 유지할 필요는 없지만, 강봉(110)에 압축 하중이 도입되는 경우에는 강봉(110)은 좌굴을 방지하기 위하여 쉬즈관(120)과 접촉한 상태로 유지되어 나선형 통로(99)는 폐곡면 단면을 이루게 된다. 이를 위하여, 쉬즈관(120)의 단반경(d')은 강봉(110)의 직경(d)과 동일하거나 약간 작은 크기로 형성된다.

따라서, 도4에 도시된 바와 같이, 강봉(110)은 180°위상차를 갖는 2열의 연속 나선 형상으로 쉬즈관(120)과 접촉하며, 이 접촉면은 강봉(110)의 휨변위를 구속하는 구속면(120a)으로 작용하게 된다. 즉, 콘크리트(88) 내에 매설된 쉬즈관(120)의 내벽이 강봉(110)의 변위를 구속하는 힘(77,77',77")으로 작용하므로, 쉬즈관(120)내부의 강봉(110)에 압축 하중이 도입되더라도 나선형 통로(99)에 의하여 형성되는 2열의 연속 나선 형상의 쉬즈관(120)과의 구속면(120a)에 의하여 강봉(110)이 좌굴되는 것이 방지된다.

한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 쉬즈관(120)의 양단부는 정착구 고정을 위하여 너트를 삽입하는 용도나, 그라우팅 밀크 주입용 노즐을 용이하게 장착하기 위한 용도나, 인접한 강재와의 연결을 위하여 커플러 등의 삽입하기 위한 용도 등 으로서 원형 단면으로 확대 형성될 수도 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 강재를 수용하도록 콘크리트 구조물(88) 내에 설치되는 쉬즈관(120)을 이용하여 쉬즈관(120) 내부의 강봉(110)에 압축 선하중을 도입하는 경우에 쉬즈관(120)과 강봉(110)의 작용을 상술한다.

단계 1 : 보다 높은 휨 내하력을 갖는 콘크리트 구조물을 제작하기 위하여, 콘크리트 내부에 쉬즈관(120)을 매설한 상태로 콘크리트를 타설 양생시킨다.

단계 2 : 그리고 나서, 쉬즈관(120) 내부에 압축용 강재인 강봉(110)을 삽입 설치한다.

단계 3 : 한편, 강봉(110)의 끝단에 설치된 정착구(40)를 이용하여 압축 선하중을 도입하는 공종은 타설된 콘크리트(88)가 거의 또는 완전히 양생된 상태에서 이루어지므로, 도4에 도시된 바와 같이, 쉬즈관(120) 내부의 강봉(110)은 나선형 구속면(120a)을 따라 이미 양생된 콘크리트(88)에 의해 그 변위가 구속된다. 따라서, 양생된 콘크리트(88)에 의하여 강봉(110)의 변위가 구속된 상태에서, 정착구를 이용하여 강봉(110)에 압축 선하중을 도입한다.

이 때, 강봉(110)은 쉬즈관(120)의 내주면과 접촉에 의하여 형성되는 구속면(120a)에 의하여 압축 하중이 도입되더라도 좌굴 현상이 방지된다.

단계 4 : 그리고 나서, 쉬즈관(120) 내부의 강봉(110)의 부식 등을 방지하기 위하여 강봉(110)과 쉬즈관(120) 사이의 틈새 공간에 형성된 통로(99)를 따라 충진재인 그라우팅 밀크를 주입한다. 이 때, 쉬즈관(120)의 내부 틈새는 길이 방향을 따라 일정한 단면적과 형상을 유지하면서 강봉(110)을 감싸는 나선형 통로(99)로 형성되므로, 작은 압력만을 가하여 그라우팅 밀크를 틈새 공간에 주입하더라도, 그라우팅 밀크가 통로(99)를 따라 원활하게 주입되며, 캐비티의 발생없이 강봉(110)과 쉬즈관(120)사이의 내부 틈새가 그라우팅 밀크로 완전하게 충진된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은, 강재를 수용하도록 콘크리트 구조물 내에 설치되는 쉬즈관으로서, 인장 하중이나 압축 하중이 도입되는 강재를 수용하도록 비원형 단면의 내부 공간이 길이 방향을 따라 꼬여진 형상으로 관통 형성된 영역을 포함하여 형성되어, 쉬즈관의 길이 방향으로 투영된 중앙부 빈 공간에는 인장 선하중이나 압축 선하중을 도입하는 강재를 수용하고, 쉬즈관 내부 공간 중 강재가 차지하는 이외의 틈새 공간을 일정한 단면적과 형상을 갖는 나선형 통로로 강재를 둘러싸도록 형성함에 따라, 과도한 압력을 가하지 않더라도 강재의 부식 등을 방지하기 위한 충진재를 용이하고 완전하게 충진할 수 있도록 하는 쉬즈관 및 이를 구비한 콘크리트 구조물을 제공한다.

그리고, 본 발명은, 쉬즈관의 외면이 이미 양생된 콘크리트에 의하여 그 변위가 구속됨에 따라 쉬즈관의 꼬여진 각도에 따라 180°의 위상차를 두고 연속하는 2열의 나선 형상의 구속면을 형성함으로써, 상기 쉬즈관 내에 삽입 설치된 강재에 압축 하중을 도입하더라도, 쉬즈관 내에 삽입 설치되는 강재는 쉬즈관과 접촉하는 2열의 나선형 구속면에 둘러싸여 휨 변위가 구속되므로, 강재에 압축 선하중이 도입되더라도 모든 방향에 대하여 좌굴이 발생하는 것을 근본적으로 방지한다.

또한, 본 발명은, 압축 선하중을 도입하는 강재에 좌굴이 발생되지 않도록 할 뿐만 아니라 그라우팅재의 유동 경로를 원활하고 완전하게 확보하는 쉬즈관이 설치된 콘크리트 구조물을 제공한다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 보를 형성하는 콘크리트와;

   상기 콘크리트의 강도를 보강하기 위하여 상기 콘크리트 내에 매설된 철근과;

   압축력이 도입되는 강재와;

   상기 강재가 내부에 수용된 상태에서 상기 강재를 길이 방향을 따라 감싸는 나선형 통로가 상기 강재와 상기 쉬즈관의 내벽 사이에 형성되며, 상기 나선형 통로는 상기 강재의 길이 방향에 수직한 방향의 단면이 상기 쉬즈관의 내벽과 상기 강재로 둘러싸인 폐곡선으로 형성됨에 따라 상기 쉬즈관의 내벽과 상기 강재의 접촉에 의하여 상기 강재의 길이 방향을 따라 연속하는 나선 형상의 구속면(120a)이 형성되되, 상기 구속면은 180°의 사잇각을 둔 2열의 연속하는 나선 형상으로 형성된 쉬즈관과;

   상기 강재와 상기 쉬즈관 사이의 상기 통로에 주입되어 충진되는 충진재를;

   포함하여 구성되고, 상기 쉬즈관이 상기 콘크리트에 내설되어 상기 쉬즈관의 외면이 상기 콘크리트에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물.

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