KR101046159B1 - 박스구조물용 내력보강재를 이용한 우각부 내력성능 및 내진력 보강 방법 - Google Patents

Abstract

하수 암거, 통로 박스와 같은 지하에 매설되는 박스구조물에 관한 것으로, 구조물의 내측에 형성된 우각부에 내력보강재를 설치하여 지반의 지내력 및 지진하중으로부터 구조물이 파손되는 것을 방지하는 것이다.
상기 구조물 내측에 형성된 우각부 중앙에 사선방향으로 설치되는 지지부재와 상기 지지부재에 결합되고, 헌치부와 접하는 양측면을 지지하는 받침부재 및 상기 지지부재에 결합되되 받침부재가 구조물의 내측면에 밀착하도록 결합하는 결합부재를 포함하는 내력보강재로 구성된 것을 특징으로 하는 보강재를 포함하는 박스구조물용 내력보강재가 제공된다.

Description

박스구조물용 내력보강재를 이용한 우각부 내력성능 및 내진력 보강 방법{Method for enhancing load bearing capacity and resistance to earthquake of a corner by using a strengthening material for box shaped figures}

본 발명은 내력보강재를 포함하는 박스구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조물이 받고 있는 하중과 반대 반향으로 일정한 하중을 가한 후 보강하여, 보강재가 구조물이 기존에 받고 있던 하중의 일부를 분담하게 하는 보강공법에 관한 것이다.

종래의 박스구조물(10)은 "이하 구조물이라 한다" 토압과 지진하중으로 파손되기 때문에, 토압과 지진하중으로 인한 파손을 방지하기 위하여 구조물 내측벽(12)의 면과 면이 만나는 우각부(11)에 폭과 높이를 크게 한 헌치부(13)를 형성하여 사각에 작용하는 국부적 응력집중을 보강하였다.

그러나, 지진하중으로 인한 구조물(10)의 파손 방지는 미비하여 내측벽(12)에 단면을 증설하여 구조물의 안전성을 증진시켜왔으나 구조물(10)의 통수단면적이 줄어들고 지진하중으로 인한 파손 방지 효과가 미비하였다.

또한, 구조물(10)의 내부에 나무막대로 가새를 설치 또는 철근 브라켓을 부착하여 구조물의 강도를 증강시켜 왔으나 이러한 방법은 시간이 경과함에따라 강도가 저하되어 구조물에 요구되는 내하력을 충분히 보강시켜줄 수 없을 뿐만 아니라 온도에 따라 수축 팽창하는 구조물의 성질에 나무막대 또는 브라켓이 헐거워지게 되고 벽체면에서 탈락 되므로 급격한 강도 저하는 물론 빈번한 유지보수가 요구되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 지하에 매설되는 구조물에 작용하는 토압, 지진하중으로부터 내구연한을 연장할 수 있도록 구조물 내측에 내력보강재가 설치되는 내력보강재를 포함하는 박스구조물을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여,

박스구조물의 내측벽을 보강하는 내력보강재에 있어서,

상기 박스구조물의 내측에 형성된 헌치부 중앙에 사선방향으로

설치되는 지지부재;

상기 지지부재가 관통하도록 결합하는 관통 홈이 내부에 형성되고, 상기 헌치부와 접하는 양 내측벽을 지지하되 둔각의 사잇각을 갖는 받침부재; 및

상기 받침부재의 양 단부가 상기 박스구조물의 내측벽에 밀착되

도록 상기 지지부재와 결합하여 상기 받침부재를 가압하는 결합부재;를 포함하는 박스구조물용 내력보강재를 제공한다.

상기 내력보강재는 상기 우각부의 길이방향을 따라 이격되어 복수개로 구비되고,상기 내력보강재의 받침부재는 그 내부에 상기 지지부재가 관통하는 관통홈이 형성된 탄성재이고, 상기 지지부재와 상기 결합부재는 상기 받침부재를 사이에 두고 나사 결합하는 것이다.

한편, 받침부재의 단면형상은 삼각형, 반원형, 원형, 다각형중 어느 하나의 단면형상일 수 있다.

상기 받침부재는 (a) 페놀수지 35~40 중량%, (b) 고강도 유리섬유 47∼55 중량%, (c) 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐, 산화주석 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 경도강화입자 1-4 중량%, (d) 말단 반응성 폴리실록산 화합물을 포함하는 보호수지 성분 5~10 중량%를 포함하는 고강도 유리 섬유 복합재이다.

본 발명은 내력보강재를 포함하는 박스구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조물이 받고 있는 하중과 반대 반향으로 일정한 하중을 가한 후 보강하여, 보강재가 구조물이 기존에 받고 있던 하중의 일부를 분담하게 하는 보강공법에 관한 것이다.

특히 지하에 매설되는 하수관, 지하철, 송전용 공동구, 통신용 공동구 등과 같은 지하에 매설되는 구조물과 지상에 지어지는 건축물의 우각부에 적용이 가능하다.

구조물의 내측에 형성된 우각부 일측에 사선방향으로 설치되는 지지부재;

상기 지지부재가 관통하도록 결합하는 관통 홈이 내부에 형성되고, 상기 우각부와 접하는 양 내측벽을 지지하되 둔각의 사잇각을 갖는 받침부재; 및

상기 받침부재의 양 단부가 상기 박스구조물의 내측벽에 밀착되도록 상기 지지부재와 결합하여 상기 받침부재를 가압하는 결합부재를 포함하는 박스구조물용 내력보강재에 관한 것이다.

박스구조물은 우각부를 갖으며, 상기 우각부는 길이방향으로 일정한 간격을 두고 지지부재가 형성되되, 상기 지지부재는 나사홈을 갖는 것이 바람직 하며, 상기 받침부재는 판체로 형성되되 상기 받침부재의 중심부에 지지부재에 결합되는 관통공이 형성되고, 판체의 양 단부가 우각부와 접하는 양 측면에 밀착하도록 지지부재와 나사 결합하는 결합부재로 구성되는 것이다.

상기 받침부재의 단면형상은 삼각형, 반원형, 원형, 다각형중 어느 하나의 단면형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 받침부재는 (a) 페놀수지 35~40 중량%, (b) 고강도 유리섬유 47∼55 중량%, (c) 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐, 산화주석 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 경도강화입자 1-4 중량%, (d) 말단 반응성 폴리실록산 화합물을 포함하는 보호수지 성분 5~10 중량%를 포함하는 고강도 유리 섬유 복합재이다.

본 발명의 목적은 구조물의 내측벽 각각의 면을 지지하는 내력보강재의 탄성력에 의해 토압 및 지진하중으로 인한 구조물에 작용하는 압축력을 보강하여 공동구의 내구연한을 연장하여 불필요한 박스구조물의 유지보수를 최소화하도록 보강하여 건설비용을 절감하는 데 있다.

본 발명에 따르면,

박스구조물 내측 면의 모서리에 형성된 우각부와 상기 우각부와 접하는 양 내측벽을 지지하는 내력보강재의 탄성력에 의해 토압 및 지진하중으로 인한 구조물에 작용하는 압축력을 보강하여 공동구의 내구연한을 연장하여 불필요한 박스구조물의 유지보수를 최소화하여 건설비용을 절감할 수 있으며, 구조물의 내측벽에 보강재가 차지하는 면적이 줄어들어 하수 암거로 사용할 경우 통수단면적을 확보할 수 있는 것이다.

도 1은 종래 박스구조물이 지하에 매설된 사용상태를 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 박스구조물과 내력보강재의 분해사시도이며,
도 3은 본 발명의 박스구조물이 내력보강재와 결합하고 지하에 매설된 사용상태를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 받침부재의 사시도이고,
도 5는 본 발명의 받침부재의 다른 실시예를 도시한 단면도이며,
도 6은 본 발명의 박스구조물과 내력보강재의 시공순서를 도시한 시공순서도 이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

하수 암거, 통로 박스와 같은 박스구조물에 관한 것으로, 상기 구조물은 내측에 면과 면이 만나는 우각부를 보강하기 위하여 내력보강재를 설치하여 구조물 사각에 작용하는 국부적 응력집중을 보강하는 것이다.

한편, 내력보강재는 받침부재를 지지하는 지지부재는 우각부 일측에 사선방향으로 설치되는 것이며, 구조물과 일체로 제작하거나, 구조물의 우각부 일측을 천공하여 지지부재를 설치할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 지지부재는 상기 우각부의 길이방향을 따라 이격되어 복수개로 구비되고, 받침부재는 그 내부에 상기 지지부재가 관통하는 관통홈이 형성된 탄성재이며, 상기 지지부재와 상기 결합부재는 상기 받침부재를 사이에 두고 나사 결합하여 구성되는 것이다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 2는 본 발명의 박스구조물과 내력보강재의 분해사시도로서, 도시된 바와 같이 내력보강재(100)는 지지부재(120)에 결합하는 받침부재(110)와 상기 받침부재(110)는 판체 형상으로 중앙에 관통홈(111)이 형성되어 지지부재(120)와 결합하는 것이다.

또한, 상기 받침부재(110)는 지지부재(120)와 결합하였을 때 받침부재(110)의 양 단부(112)가 우각부(11)와 접하는 양 내측벽(12)에 밀착하도록 받침부재(100)를 관통하고 연장된 지지부재(110)에 나사 결합하여 받침부재(110)를 가압하는 결합부재(120)를 포함하여 구성되는 것이다.

그리고 우각부(11)와 접하는 양 내측벽(12)에 밀착되는 받침부재(110)의 양 단부(112)에 비스, 못 등의 고정수단(P)으로 고정하여 받침부재(110)를 고정하는 것이다.

본 발명의 받침부재(110)는 예를 들어 도 4에 나타낸 바와 같이 둔각의 사잇각을 갖는 것이 바람직하며, 받침부재(110)가 우각부(11)에 밀착되도록 구조물(10)의 내측벽(12)에 부착되는 경우 그 둔각은 최대 90도 정도까지 감소하도록 받침부재(110)의 변형이 발생한다.

이렇게 변형된 받침부재(110)는 다시 둔각으로 회복되려는 큰 응력을 보유하게 되는데, 이러한 응력에 의해 도 3에 나타낸 바와 같은 구조물(10) 자체의 변형을 억제하는 효과를 나타나게 된다.

따라서, 받침부재(110)는 전단력에 의해 파손되는 것을 방지하기 위하여 우각부(11) 방향으로 둔각의 사잇각을 갖도록 형성하여 탄성력을 높이는 것이 바람직하다.

한편, 받침부재(110)는 판체 형상으로 형성되되 압축력에 의한 변형이 쉽게 발생하므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 받침부재(110)가 큰 응력을 보유할 수 있도록 받침부재(110)의 단면형상은 삼각형 또는 도 5에 도시된 바와 같이 반원형(110a), 원형(110b), 다각형(110c)중 어느 하나의 단면형상으로 형성된 것이 바람직하다.

받침부재(110)는 구조물(10)에 작용하는 토압 및 지진하중에 의해 쉽게 파손 될수 있으며, 이때 받침부재(110)에 탄성력이 작용하지 않으면 구조물(10)이 받는 압축력에 의해 받침부재(110)가 파손되거나 구부러져 복원되지 않는 문제점과 상기의 문제점으로 인하여 구조물의 내구연한이 떨어져 빈번한 유지보수비용이 발생하게 되는 것이다.

또한, 구조물(10)에 작용하는 압축력에 대응하기 위하여 일정한 보강력을 유지해야 하므로 탄성력이 우수한 받침부재(110)가 유리한 것이다.

상기 받침부재(110)는 철근, 고강도 유리섬유, 고강도 탄소섬유, 기타 복합재료를 사용할 수 있으나, 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 받침부재는 (a) 페놀수지 35~40 중량%, (b) 고강도 유리섬유 47∼55 중량%, (c) 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐, 산화주석 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 경도강화입자 1-4 중량%, (d) 말단 반응성 폴리실록산 화합물을 포함하는 보호수지 성분 5~10 중량%를 포함하는 고강도 유리 섬유 복합재를 사용하는 것이 바람직하다.

실시예 및 실험예

페놀수지 38 kg, 고강도 유리섬유 52 kg, 실리카 2 kg, 지르코니아 1 kg, 말단 반응성 폴리실록산 화합물을 포함하는 보호수지 성분(Silaplane FM-0711, Chisso Corp. 제조) 7 kg을 포함하는 유리 섬유 강화 플라스틱을 제조하였다.

상기 유리 섬유 강화 플라스틱을 이용하여 도 5에 나타낸 바와 같은 받침부재를 제작하였다.

이를 실제 박스형 콘크리트 구조물(10)에 실제 적용하여 상부 압력에 의한 구조물의 변형 정도를 시험하였고, 5인의 패널을 구성하여 작업 편이성에 대한 5점제(최저 1점, 최고 5점) 평가를 수행하였다.

비교예 및 비교실험예

실리카 및, 지르코니아를 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 및 실험예에 준하는 방식으로 실험을 진행하였다.

그 결과 상부 압력에 의한 구조물의 변형 정도가 더욱 심함을 확인하였고, 패널 테스트 결과 역시 평균 4.6이었던 실시예에 비하여 3.1로 크게 낮게 평가되었다.

도 3은 내력보강재(100)를 포함하는 박스 구조물(10)이 지하에 매설된 사용상태를 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이 탄성력을 갖는 받침부재(110)는 구조물(10)에 토압, 지진하중이 발생하였을 때, 압축력을 받게 되는데 이때, 구조물(10)의 사각에 발생하는 국부적 압축력에 의해 구조물(10)이 파손되는 것을 방지하는 것이다.

한편, 박스구조물의 우각부(11)에 폭과 높이를 크게 한 헌치부(13)를 형성하고, 상기와 같은 방법으로 내력보강재를 설치할 수 있는 것이다.

도 6은 내력보강재(100)를 포함하는 박스구조물(10)의 시공순서를 도시한 시공순서도로서, 도시된 바와 같이,

a) 하수 암거, 통로 박스와 같은 박스구조물(10)의 내부에 형성된 우각부(11)에 길이방향의 일정한 간격으로 지지부재(120)가 설치되는 단계;

b) 상기 지지부재(120)에 받침부재(110)가 결합되고, 상기 받침부재(110)의 양단부(112)가 우각부(11)와 접하는 내측벽(12)에 밀착하도록 결합부재(130)를 결합하는 단계;

c) 상기 받침부재(110)가 우각부(11)와 접하는 내측벽(12)에 구조물(10)에 작용하는 지진하중을 보강할 수 있도록 90°각으로 결합부재(130)를 충분히 가압하고 우각부(11)와 접하는 내측벽(12)에 밀착하는 받침부재(110)의 양단부(112)에 비스, 못 등의 고정수단으로 고정하는 단계;

d) 상기 받침부재(110)는 결합부재(130)에 의해 90°각을 이루며, 받침부재(110)와 결합부재(130)와 결합되어 관통된 여분의 지지부재(120a)를 제거하여 설치를 완료하는 단계를 갖는 것이다.

10: 구조물 11: 우각부
12: 내측면 100: 내력보강재
110: 받침부재 111: 관통홈
112: 단부 120: 지지부재
130: 결합부재 P: 고정수단

Claims (1)

1. 박스구조물의 내측에 형성된 우각부 중앙에 사선방향으로 설치되는 지지부재;
   상기 지지부재가 관통하는 관통홈이 내부에 형성되고, 상기 우각부와 접하는 양 내측벽을 지지하되 둔각의 사잇각을 갖는 받침부재; 및
   상기 받침부재의 양 단부가 상기 박스구조물의 내측벽에 밀착되도록 상기 지지부재와 결합하여 상기 받침부재를 가압하는 결합부재를 포함하는 박스구조물용 내력보강재로서,
   상기 내력보강재는 상기 우각부의 길이방향을 따라 이격되어 복수 개 구비되어 있으며, 상기 지지부재와 상기 결합부재는 상기 받침부재를 사이에 두고 나사 결합되어 있고, 상기 받침부재의 단면형상은 삼각형, 반원형, 원형, 다각형중 어느 하나의 단면형상으로 형성되며,
   상기 받침부재는 (a) 페놀수지 35~40 중량%, (b) 고강도 유리섬유 47∼55중량%, (c) 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐, 산화주석 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 경도강화입자 1-4 중량%, (d) 말단 반응성 폴리실록산 화합물을 포함하는 보호수지 성분 5~10중량%를 포함하는 고강도 유리 섬유 복합재인 것을 특징으로 하는 박스구조물용 내력보강재.

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