KR100951405B1 - 에프알피 긴장재용 다층콘형 정착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정착용 몰드 내부에 길이 방향으로 연통되도록 구분된 콘형 중공부가 다수 형성되도록 한 FRP 긴장재용 다층콘형 정착장치를 이용하여 정착용 몰드 내부에 다층콘형 충진재가 형성되도록 함으로서, 정착용 몰드의 기하학적 특성으로 인한 조임력을 분산시키고 조임력의 크기를 줄여 FRP 긴장재를 손상시키지 않으면서도 FRP 긴장재와 충진재 사이의 정착 성능을 크게 향상시켜 FRP 긴장재의 인장강도를 최대한 이용하여 프리스트레스를 도입할 수 있고, 또한 정착용 몰드의 소형화를 가능하는 FRP 긴장재용 정착장치에 관한 것이다.

FRP 긴장재, 정착장치, 충진재, 다층콘형, 프리스트레스

Description

에프알피 긴장재용 다층콘형 정착장치{MULTI CON TYPE ANCHORAGE APPARATUS FOR FRP TENDON}

본 발명은 콘크리트 구조물 등에 프리스트레스 도입시 사용되는 Fiber Reinforced Polymer(FRP) 긴장재용 정착장치 및 이를 이용한 프리스트레스 도입방법에 관한 것으로, FRP 긴장재와 정착용 몰드 사이의 정착 성능을 높이면서도 FRP 긴장재의 손상을 방지함으로서 FRP 긴장재의 인장강도를 최대한 이용할 수 있도록 하거나 정착용 몰드의 소형화를 가능하게 하는 FRP 긴장재용 정착장치에 관한 것이다.

통상 콘크리트 구조물 등에 프리스트레스를 도입할 때 사용되는 긴장재의 재료로는 PS강선이 주축을 이루고 있으나, 최근 탄소섬유나 유리섬유와 같은 신소재를 재료로 한 FRP 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 방법이 연구, 개발되고 있으며 그 대표적인 예로는 탄소섬유보강복합재료(CFRP)를 이용한 긴장재가 있다.

이러한 FRP 긴장재를 이용하여 긴장력을 도입하고자 할 경우에는, 긴장력 도입이 필요한 콘크리트 구조물에 FRP 긴장재를 정착시킨 후 긴장력을 도입하게 되는 데, 종래에 PC강선의 정착시에 사용되어 온 쐐기형 정착장치는 FRP 긴장재가 1방향 인장부재로서 길이방향으로는 높은 인장강도를 가지는 반면에 국부응력, 전단응력에는 취약하기 때문에 정착장치 쐐기의 나사산에 의해 가해지는 조임력에 의해 FRP 긴장재의 단면이 쉽게 손상되고, 이에 긴장력을 증대시키면 증대시킬수록 단면손상은 더욱 증가하게 되어 최종적으로는 FRP 긴장재의 최대 인장강도에 이르기도 전에 FRP 긴장재가 파단되는 일이 빈번하게 발생하게 되므로, 적용이 불가능하다는 문제점이 있었다.

따라서 FRP 긴장재의 경우에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 중공부가 형성된 원통형상의 정착용 몰드(10)에 FRP 긴장재(20)를 삽입하고 그 사이 공간에 접착용 충진재(30)를 채워 넣어 성형시킴으로서 FRP 긴장재(20)에 긴장력을 도입할 수 있는 접착형 정착장치가 주로 이용되고 있는 실정이다.

이에 상기 접착형 정착장치의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 상기 접착형 정착장치는 FRP 긴장재(20), FRP 긴장재가 삽입되도록 중공부가 형성된 원통형상의 정착용 몰드(10), 정착용 몰드(10) 양 단부에 형성된 패킹재(40) 및 정착용 몰드 내부에 형성되는 충진재(30)를 포함하여 구성되어 있다.

그러나 상기와 같은 접착형 정착장치를 이용하는 방법은 FRP 긴장재의 정착이 FRP 긴장재와 정착용 몰드 사이의 접착력, 특히 FRP 긴장재와 충진재 사이의 접착력에 의존하게 되므로,

긴장력이 접착력을 초과하게 되면 FRP 긴장재가 정착장치로부터 이탈하는 문제가 발생하고, 이를 보완하기 위해 큰 접착력을 도입하고자 하는 경우에는 정착용 몰드의 길이를 길게 해야만 하나, 이는 이러한 정착장치의 사용에 제한을 가하게 되는 문제점이 있었다.

이에 도 3에 도시된 바와 같이 콘형 중공부가 형성된 원통형상의 정착용 몰드(11)에 FRP 긴장재(20)를 삽입하고 그 사이 공간에 접착용 충진재(30)를 채워 넣어 패킹재(40)으로 마감 형성시킴으로서 FRP 긴장재(20)에 긴장력을 도입할 수 있는 콘형 정착장치가 제안되기도 하였다.

이러한 콘형 정착장치는 정착용 몰드와 충진재 사이의 접착력 대신에 콘형 중공부를 갖는 정착용 몰드(11)의 기하학적 특성에 따른 기계적 맞물림에 의해 긴장력(T)을 전달할 수 있도록 하는 동시에,

FRP 긴장재(20)에 긴장력 작용시 정착용 몰드의 기하학적 특성으로 인하여 콘형상으로 형성되는 충진재(30)에 의해 FRP 긴장재(20)의 중심축 방향으로 조임력(Pv)이 작용하도록 하여 FRP 긴장재(20)와 충진재(30) 사이의 접착력을 보완하도록 하고 있다.

상기의 콘형 정착장치에 있어서, 긴장력(T)에 의해 발생하는 조임력(Pv)은 긴장력(T)에 대한 반력으로 작용하는 수직분력으로서, 긴장력(T)과의 관계는 도 4에 도시된 바와 같다.

Pv(조임력) = T(긴장력) / tan(a)

여기서,Pv = 조임력

T = 긴장력

a = 콘형 중공부의 꼭지점 각도

이 때, 통상 정착용 몰드(11)의 직경보다는 길이가 훨씬 크게 제작되므로, 조임력은 긴장력의 수배에 이르게 되며, 콘형 구조상 긴장력이 작용하는 방향의 정착용 몰드 일단부(이하, 내측 단부) 측에 조임력이 더욱 집중되게 된다.

예를 들어 콘형 중공부의 꼭지점 각도(a)가 10도라고 한다면, 조임력은 긴장력의 약 5.7배의 크기가 되며, 이러한 경우 정착용 몰드의 내측 단부 측의 FRP 긴장재(20)에는 직각방향으로 과도한 조임력이 작용할 수 밖에 없어 종래의 쐐기형 정착장치에서와 같이 FRP 긴장재의 단면이 손상되는 결과를 가져오게 되는 문제점이 있게 된다.

이에 본 발명은 FRP 긴장재, FRP 긴장재가 삽입되도록 콘형 중공부가 형성된 원통형상의 정착용 몰드, 정착용 몰드 일단부에 형성된 패킹재 및 정착용 몰드 내부에 형성되는 충진재로 구성된 FRP 긴장재용 정착장치에 있어서, FRP 긴장재와 정착용 몰드 사이의 정착 성능을 높일 수 있으면서도 FRP 긴장재가 손상되지 않도록 정착용 몰드의 기하학적 특성으로 인한 조임력을 분산시킬 수 있는 FRP 긴장재용 정착장치를 제공함을 그 기술적 과제로 한다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, FRP 긴장재, FRP 긴장재가 삽입되도록 콘형 중공부가 형성된 원통형상의 정착용 몰드, 정착용 몰드 일단부에 형성된 패킹재 및 정착용 몰드 내부에 형성되는 충진재로 구성된 FRP 긴장재용 정착장치에 있어서, 상기 정착용 몰드 내부에 길이 방향으로 연통되도록 구분된 콘형 중공부가 다수 형성되도록 한 FRP 긴장재용 다층콘형 정착장치를 이용하여 정착용 몰드 내부에 다층콘형 충진재가 형성되도록 하였다.

본 발명에 따른 FRP 긴장재용 정착장치는 정착용 몰드의 기하학적 특성으로 인한 조임력을 분산시키고 조임력의 크기를 줄여 응력집중을 방지하게 되어 FRP 긴장재를 손상시키지 않으면서도 FRP 긴장재와 충진재 사이의 정착 성능을 크게 향상시켜 FRP 긴장재의 인장강도를 최대한 이용하여 프리스트레스를 도입할 수 있는 효 과를 갖게 되며, 또한 정착용 몰드의 소형화를 가능하여 활용성을 높이는 효과를 갖게 된다.

본 발명은 FRP 긴장재와 정착용 몰드 사이의 정착 성능을 높일 수 있는 FRP 긴장재용 정착장치를 제공하기 위한 것으로서, 본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 FRP 긴장재용 정착장치는 FRP 긴장재, 정착용 몰드, 정착용 몰드 일단부에 형성된 패킹재 및 정착용 몰드 내부에 형성되는 충진재로 구성되는데, 도 5 및 도 6을 기준으로 상세히 설명한다.

정착용 몰드(100) 내부로 삽입되어 정착되는 FRP 긴장재(200)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, 그 대표적인 예로는 탄소섬유보강복합재료(CFRP)를 이용한 FRP 긴장재가 있다.

상기 정착용 몰드(100)의 외측 단부, 즉 외부에 노출되는 일단부에는 FRP 긴장재(200)가 삽입될 수 있도록 중공이 형성된 패킹재(400)가 설치되는데, 이는 충진재(300)가 정착용 몰드(100)의 내부에 충진될 때, 외부로 흘러나오지 않도록 하는 역할을 함과 동시에 긴장재가 몰드 정중앙에 위치할 수 있도록 하는 역할을 한 다.

상기 충진재(300)는 정착용 몰드(100)의 내부 중공부에 주입되어 채워지는 것으로서 일종의 접착제의 역할을 한다.

즉, FRP 긴장재(200)로부터 전달되는 긴장력은 정착용 몰드(100)를 통하여 최종 콘크리트 구조물(A)에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 하는데, 이 때 FRP 긴장재(200)와 정착용 몰드(100) 사이에는 충진재(300)를 매개로 하여 FRP 긴장재(200)와 충진재(300) 사이의 접착력 및 충진재(300)와 정착용 몰드(100) 사이의 기하학적 특성에 따른 기계적 맞물림에 의해 긴장력이 전달되는 것이다.

이 때, 일반적으로 충진재(300)와 정착용 몰드(100) 사이의 기계적 맞물림보다는 FRP 긴장재(200)와 충진재(300) 사이의 접착력이 FRP 긴장재(200)와 정착용 몰드(100) 사이의 정착 성능을 좌우하게 된다.

이러한 충진재(300)는 긴장력을 전달할 수 있을 만큼 충분한 접착력이 요구되므로 소요되는 접착력에 따라 정착용 몰드(100) 내부에 일부만 채워지거나 전부 채워지게 되며, 경제적인 측면과 작업성을 고려하여 무수축 모르타르를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 정착용 몰드(100)는 그 내부 중앙에 길이방향으로 경사지면서 직경이 감소되는 콘형 중공부(S)가 연통되도록 구분되어 다수 형성된 원통형상의 부재로서 이에 본 발명의 기술적 특징이 있으며, 일반적으로 강재로 이루어진다.

정착용 몰드(100)의 횡단면 형상은 반드시 원형에 한정되지 않으나 FRP 긴장재(200)와 정착용 몰드(100) 사이에 균일한 접착력 및 조임력이 작용하도록 하기 위해서는 원형단면이 바람직하며, 정착용 몰드(100)의 길이에 따라 접착력이 비례하는 관계에 있으므로 그 길이는 소요되는 긴장력에 따라 적의 조절될 수 있으며, 또한 정착용 몰드(100)에 형성되는 콘형 중공부(S)의 개수도 조절될 수 있을 것이며, 각각의 콘형 중공부(S)는 연속적으로 형성되거나 또는 소정거리로 이격되게 비연속적으로 형성될 수 있을 것이다.

즉, 정착용 몰드(100) 내부에는 콘형 중공부(S)가 서로 연통되면서 연속적 또는 비연속적으로 다수 형성되도록 하였는데, 본 발명에서는 도 5 및 도 6과 같이 콘형 중공부(S)가 4개 구분 형성된 것을 기준으로 설명한다.

콘형 중공부(S)가 다수 형성됨으로서 콘형 중공부(S) 각각의 길이는 형성 개수에 따라 줄어들게 되는데, 콘형 중공부(S)가 4개 형성된 경우에는 1/4로 줄어들게 된다.

이 때 종래의 콘형 중공부의 꼭지점 각도가 10도인 경우와 비교하면, 각각의 콘형 중공부(S)의 길이가 동일한 경우, 그 꼭지점 각도는 약 35.2도가 되고, 정착용 몰드(100)의 기하학적 특성으로 인하여 콘형상으로 형성되는 충진재(300)에 의해 FRP 긴장재(200)의 중심축 방향으로 작용하는 조임력은 긴장력의 약 1.4배의 크기로, 즉 종래의 콘형 정착장치에 비해 1/4로 줄어들게 된다.

즉 콘형 중공부(S)가 형성되는 개수만큼 긴장력에 대한 조임력의 비도 줄어들게 되며, 그만큼 FRP 긴장재(200)에 직각방향으로 작용하는 조임력의 크기를 줄이게 되고 조임력을 분산시킬 수 있으므로, 상기 분산 조절된 조임력에 의해 FRP 긴장재(200)와 충진재(300) 사이의 접착력을 적절히 향상시키면서도 FRP 긴장 재(200)가 조임력에 의한 국부응력 또는 전단응력으로 인하여 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한 상기 콘형 중공부(S)는 각각의 길이를 달리하여 형성할 수도 있다.

이러한 경우 콘형 중공부(S)의 꼭지점 각도를 조절할 수 있게 되어 조임력의 크기 및 분산 정도를 조절할 수 있으며, 특히 긴장력이 작용하는 방향의 정착용 몰드 일단부(즉, 내측 단부) 측에는 조임력이 집중되어 조임력의 크기가 크게 되므로,

정착용 몰드(100) 내측 단부 측의 콘형 중공부(S)의 길이를 상대적으로 작게 형성하고 패킹재(400)가 설치되는 정착용 몰드(100)의 외측 단부 측의 콘형 중공부(S)의 길이를 상대적으로 길게 형성하여, 정착용 몰드(100)의 내측 단부 측에 콘형상의 형성되는 충진재로 인하여 발생하는 조임력의 크기를 상대적으로 줄일 수 있게 되어 조임력의 크기 조절 및 적절한 분산 효과를 더욱 향상시킬 수 있게 되며,

상기 분산 조절된 조임력에 의해 FRP 긴장재(200)와 충진재(300) 사이의 접착력을 적절히 향상시키면서도 FRP 긴장재(200), 특히 정착용 몰드 내측 단부 부위의 FRP 긴장재(200)가 조임력에 의한 국부응력 또는 전단응력으로 인하여 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 FRP 긴장재용 접착형 정착장치의 사시도를 도시한 것이다.

도 2는 종래의 FRP 긴장재용 접착형 정착장치의 단면도를 도시한 것이다.

도 3은 종래의 FRP 긴장재용 콘형 정착장치의 단면도를 도시한 것이다.

도 4는 종래의 FRP 긴장재용 콘형 정착장치에서 긴장력과 조임력의 상관관계도를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 FRP 긴장재용 다층콘형 정착장치를 절개하여 바라본 사시도를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 FRP 긴장재용 다층콘형 정착장치의 단면도를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:정착용 몰드 200:FRP 긴장재

300:충진재 400:패킹재

S:콘형 중공부 A:콘크리트 구조물

Claims (5)

1. FRP 긴장재, FRP 긴장재가 삽입되도록 내부에 길이방향으로 콘형 중공부가 형성된 정착용 몰드, 정착용 몰드의 일단부에 설치된 패킹재 및 정착용 몰드 내부에 형성되는 충진재를 포함하여 구성된 FRP 긴장재용 콘형 정착장치에 있어서,

   상기 정착용 몰드 내부에는 길이방향으로 연통되도록 구분된 콘형 중공부가 다수 형성되며, 상기 다수 형성된 콘형 중공부는 각각 상이한 길이로 형성되되, 정착용 몰드의 내측 단부측으로 갈수록 길이가 짧아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 FRP 긴장재용 다층콘형 정착장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 콘형 중공부는 정착용 몰드 내부에 연속 또는 비연속적으로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 FRP 긴장재용 다층콘형 정착장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 충진재는 정착용 몰드 내부에 구분된 콘형 중공부 중 일부에만 채워지도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 FRP 긴장재용 다층콘형 정착장치.
5. 제 3항에 있어서, 상기 충진재는 각각의 정착용 몰드 내부에 모두 채워지도록 하는 것을 특징으로 하는 FRP 긴장재용 다층콘형 정착장치.

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