KR101134167B1

KR101134167B1 - 네일링 장치

Info

Publication number: KR101134167B1
Application number: KR1020110064901A
Authority: KR
Inventors: 전영달
Original assignee: 전영달
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-04-09

Abstract

본 발명은 네일링 장치에 관한 것으로 결합부재와 캡으로 구성된 정착부에서 결합부재와 결속을 이루게 되는 철근을 포함한 네일을 천공홀에 삽입하여 시공한 후 철근의 제거가 필요할 경우(타인의 재산권을 침해, 시공 후 타인 소유대지에서의 지하공간 개발시, 기타 사유로 인하여), 철근만을 용이하게 제거하게 되고, 남아 있는 파이프관은 친환경적 소재의 보강재(종이)로서 토양오염을 유발하지 않도록 하는 네일링 장치를 제공하고자 함이다.

Description

네일링 장치{THE NAILING DEVICE}

본 발명은 네일링 장치로서, 천공홀 내벽으로 수용되는 철근과 결합된 채 시공 후 철근의 제거가 필요할 경우 철근을 용이하게 인발할 수 있게 천공홀 바닥부에 위치하게 되는 정착부는 결합부재와 캡을 포함하고 있고, 상기 결합부재는 철근에 형성된 돌기에 끼워지게 되는 다수개의 고무링을 끼운 채 철근과 결합을 이룰 수 있게 내주연에 형성된 끼움홈조와, 분리된 결합부재의 결착을 이룰 수 있게 결합부재의 외주연에 힌지로 연결되어 걸착을 이루게 되는 걸착구를 포함한 상태에서 결합부재의 파이프관에 삽입된 채 캡과 결합을 이루게 되는 강관 및 PVC관을 대체하여 토양오염을 방지할 수 있는 친환경소재인 종이를 이용한 파이프관으로 구성된 네일링 장치에 관한 것이다.

종래에는 일반적으로, 네일링이라 함은 인장응력, 전단응력 및 휨모멘트에 저항할 수 있는 보강재를 삽입하여 지반의 전체적 전단 저항력과 활동 저항력을 증가함으로써 절토사면의 안정을 확보함과 함께 지반의 변위를 억제하는 굴착면의 토류벽체 대용 구조물로 많이 이용되고 있다.

이와 같이 네일링은 구성요부인 보강재로서 강관, PVC관 등을 사용하여 왔으나 대지 경계선을 침범하여 시공되거나 인접 건물 축조시 흙막이 공사과정에서의 철근 제거가 필요한 경우 철근만을 인출하여 제거하게 되고 강관이나 PVC관 등은 제거가 어려워 공사기간의 지연과 함께 공사비가 증대되며 토지의 오염을 유발하게 되고 이로 인하여 수질 오염까지 함께 걱정해야 하는 문제점이 함께 지적되어온 바다.

또한 강재로 된 보강재를 사용할 때, 그라우트와 부착되는 부분의 유해한 흙이나 기름 등은 사전에 제거되어야 하고, 강재의 부식이 향후 구조체의 안정에 영향을 줄 우려가 있을 경우 코팅이나 방청처리 등을 하거나 부식두께를 고려해야 한다.

이와 함께 네일링 보강재로서 이형철근이나 스틸 파이프 등의 강재를 사용할 경우 강재의 물적 특성으로 인해 절단이나 연결 등이 용이하지 못하므로, 천공 홀의 길이에 따라 원하는 길이로 맞추기가 용이하지 못하고, 작업현장에서 취급 또한 용이하지 못하다.

최근에는 상기와 같은 문제점을 해소하고자 등록실용 20-0374082을 고안한 바 있고 그 기술내용으로는 고안은 튜브에 삽입된 상태에서도 그라우트에 대한 이형 철근의 마찰력이 유지되고 튜브 내에서 이형 철근을 에워싼 충전재의 재사용이 가능한 소일 네일링공법용 제거형 소일 네일장치를 제공하는 데 그 목적이 있고, 선단에 밀폐용 캡이 체결된 나선형 보강관에 이형 철근을 삽입하여 중심이 일치되도록 하고, 보강관과 이형 철근 사이의 공간에는 고강도 충전재를 채워 굳혀서 이형 철근과 보강관을 일체화시키며, 상기 보강관에 나선형 보호관을 씌워서 이형 철근을 나사가 풀리는 방향으로 틀면 이형 철근과 함께 충전재와 보강관이 보호관에서 빠져나오게 구성한 소일 네일링공법용 제거형 네일장치를 설명하고 있으며 주된 기술로는 나선형 보강관에 이형 철근을 삽입하여 중심이 일치되도록 하고, 보강관과 이형 철근 사이의 공간에는 고강도 충전재를 채워 굳혀서 이형 철근과 보강관을 일체화시키며, 상기 보강관에 나선형 보호관을 씌워서 이형 철근을 나사가 풀리는 방향으로 틀면 이형 철근과 함께 충전재와 보강관이 보호관에서 빠져나오게 구성한 소일 네일링공법용 제거형 네일장치로 본 발명과는 목적이 부분적으로 유사한 보강관과 함께 철근을 제거함에 있지만 이외의 목적이 상이하고 그 구성에 있어서도 나선형을 이루고 있는 기술은 본 발명 어디에도 찾아볼 수가 없다.

또한 등록특허 10-0526265에서는 소일네일링공법에서 네일을 마찰저항력을 극대화시켜 견고하게 고정시켜 지반의 거동에 적절하게 대응할 수 있도록 하는 네일링 공법 및 그 네일구조를 제공하는데 있고, 설치된 네일을 필요에 따라 간편하게 제거할 수 있도록 하여 타인의 재산권을 침해하지 않도록 함과 동시에 네일 제거시 지중에 부산물이 남지 않도록 하여 추후 타인 소유대지에서의 지하공간 개발시 지중에 남아 있는 부산물 제거 문제를 사전에 해결하여 지중의 오염을 방지하도록 하는데에 그 목적이 있고 그 구성에 있어서는 표면 외주연에 나사산이 형성된 네일 제거형 네일링 공법에 있어서, 상기 네일링 공법에 사용되는 네일을 표면 외주연에 나사산이 형성된 나선형 강봉 네일을 사용하여 지반에 삽입하되, 그라우팅재 경화 후 네일 제거시 경화된 그라우팅재와 네일이 쉽게 회전 분리되도록 네일의 표면을 이루는 나산산에 마찰력을 저감시키는 우지제를 도포하여 된 막을 형성시키고 있는 부산물이 남지 않는 네일 제거형 네일링 공법 및 네일구조로서 부산물이 남지 않아 토지의 오염을 방지하게 되는 친환경적 측면이 목적의 일부로서 유사하나 그 이외의 목적은 상이하고 달성하는 기술적 수단 및 그 구성이 본 발명과는 전혀 다른 기술임을 알 수 있다.

또한 공개특허 10-2007-0059766에서는 소일 네일링 공법에서 보강재로서 이형철근, 스틸 바, 스틸 파이프 등을 사용하여 시공하였던 방법을 개선하여, 자연친화적이며 제거할 필요가 없는 목재를 사용한 소일 네일링 보강재로서 금속 재료를 대신하여 대나무 또는 우드 바(wood bar)를 사용하여 시공하므로 자연친화적이며 시공한 후 제거할 필요가 없어 종래에 비해 공사를 용이하게 진행할 수 있도록 하는 소일네일링 보강재로서, 자연친화적 소재인 대나무 및 우드 바의 보강재를 사용하여 자연 친화적이지만 본 발명의 보강재 소재는 파이프관을 사용하였기 때문에 소재의 이용이 전혀 다른 것임을 알 수가 있고 파이프관을 이용한 네일링 장치의 구성 또한 분명히 다른 것임을 미리 밝혀두는 바이다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 본 발명은, 굴착 후 시공한 네일링에 있어서 인접지역의 굴착 공사시 발생할 수 있는 장애 요소로 인한 제거시에 철근만을 용이하게 인발하여 제거할 수 있도록 하는데에 그 목적을 두고 있고, 철근만을 제거한 상태에서 남게 되는 보강재가 친환경적이어서 토양 오염을 최소화하도록 하는데에 그 목적을 두고 있으며, 종이를 소재로 한 보강재는 강관 및 PVC관 못지 않게 견고함을 유지할 수 있도록 하여 토압에 지탱을 이룰 수 있도록 하는데에 그 목적으로 두고 있고,

부가적으로 철근의 형상은 그대로 유지할 수 있도록 하여 재사용이 가능함에 따라 공사비용의 절감과 함께 철근만을 용이하게 제거할 수 있도록 함으로써 제거 공사에 소모되는 시간을 단축할 수 있도록 하는데에 그 목적을 두고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 네일링 장치에 있어서, 천공홀에 삽입되는 정착부는 결합부재와 캡으로 구성되도록 하였고, 상기 결합부재는 일단부가 파이프관에 삽입되도록 한 상태에서 파이프관의 단부에 캡을 리벳으로 결속을 이루도록 하였으며, 상기 결합부재에서 철근의 결합에 있어서는 철근에 형성된 다수개의 돌기에 다수개의 고무링을 끼울 수 있게 하고 상기 고무링은 결합부재의 내주연에 형성된 끼움홈조에 끼워지도록 하였으며, 상기 끼움홈조에 끼워진 고무링이 가압 상태가 되도록 분리된 결합부재를 합치하여 결합부재의 외주연에서 힌지로 연결된 걸착구의 걸착홈을 결합부재의 다른 외주연에 형성된 걸착돌기에 걸착을 이룸으로써 분리된 결합부재가 서로 결합을 이루게 되고, 상기 걸착구의 걸착홈이 걸착돌기에 걸착을 이룸에 있어서 결합부재의 외주연에 형성된 홈조에 걸착구와 걸착돌기가 형성되도록 하여 결합부재의 외주연이 일직선을 이룸으로써 파이프관에 결합부재의 삽입이 달성되도록 하였다.

굴착된 천공홀에 수용되어 시공을 이룬 후 네일 제거가 필요한 경우(타인의 재산권을 침해, 시공 후 타인 소유대지에서의 지하공간 개발시, 기타 사유로 인하여), 철근만을 용이하게 제거하게 되고 남아 있는 파이프관은 친환경적 소재의 보강재(종이)로서 토양오염을 유발하지 않음에 따라 수질 오염의 우려도 불식시킬 수 있도록 함으로써 달성을 이루게 되며,

상기 철근만의 용이한 제거에 있어서 철근이 결합부재의 내경에 삽설된 고무링에 끼워진 채 결합부재와 결합을 이루고 있기 때문에 철근 제거에 따른 철근 인발시 고무링이 가압되면서 철근의 돌기가 고무링으로부터 탈리되어 인발의 용이함을 이루게 됨으로써 달성된다.

상기 파이프관은 천공홀에 남아 있는 상태에서 강관 및 PVC관 못지 않게 토압에 지탱을 이룰 수 있도록 원형기둥 형상을 이루고 있고 철근의 삽입홀을 제외한 단면적이 큰 형태를 이루도록 하고 있으며 종이의 종류 중 인장강도, 인열강도, 신장도가 우수한 강도와 함께 내수성이 크며 좌굴응력이 큰 크라프트지(시멘트,설탕 ,비료?녹말, 사료, 곡물 등의 포장지)를 이용하도록 하였고 철근의 삽입홀을 제외한 단면적이 클수록 좌굴응력이 크기 때문에 소정의 길이로 재단한 다음 천연접착제를 도포하면서 롤에서 권취를 이루게 하고 겉면에는 천연방수제를 도포하여 몰탈에 함수된 수분을 차단하여 강한 내수성을 이루도록 하여 강관 및 PVC관 못지 않는 좌굴응력을 갖도록 함으로써 달성된다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 네일링의 철근 제거가 용이함에 따라 제거 공사의 시간을 절감할 수 있고, 철근의 제거가 간편하며, 철근 형상의 변형이 거의 없음으로 재사용이 가능하여 시공비용을 절감할 수 있는 효과가 있고,

또한, 파이프관을 이용함으로써 토양의 오염을 최소화함에 따라 수질오염을 방지하게 되는 친환경성을 제공하게 되는 효과가 있으며, 상기 친환경적인 보강재를 사용함과 더불어 토압에 지탱할 수 있는 좌굴응력을 갖도록 하여 천공홀 내벽에 대한 안정성을 제공하게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 전체 사시도.
도 2는 본 발명의 요부인 결합부재의 상세도.
도 3은 천공홀에 삽입 상태에 있는 본 발명의 상태도.
도 4는 천공홀에 삽입 상태에서의 본 발명에 따른 두부 확대도.
도 5는 천공홀에 삽입 상태에서의 본 발명에 따른 철근의 결합 상태도.
도 6은 천공홀에 삽입 상태에서의 본 발명에 따른 철근의 분리 상태도.
도 7,8은 종이를 이용한 파이프관의 시료를 채취하여 토양오염의 검출 유무를 나타낸 시험성적서.

본 발명은 출원인이 먼저 출원하여 등록된 10-0599205에서 설명된 두부(30)의 결합구성인 플레이트(31)와, 소정 경사면(34)을 형성한 말굽고정편(33)과, 상기 말굽고정편(33)을 고정하기 위한 쐐기뭉치(32)와, 철근(11)에 형성된 라이너스크류(11b)에 결착되는 너트(35)의 구성부들을 동일하게 본 발명에서 적용하고 있는 것을 밝힌다.

하기 도면을 참고로 하여 상세히 설명된다.

도 1, 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 네일링 장치에 있어서, 정착부(20)는 결합부재(21)와 캡(23)으로 구성되고, 상기 결합부재(21)는 2개로 분리되어 있는 구조이다.
상기 분리된 일측과 타측 결합부재(21)의 내주연에는 다수개의 끼움홈조(21a)를 형성하고 있고, 상기 각각의 끼움홈조(21a)에 각각의 고무링(22)이 끼워지게 되며, 상기 각각의 고무링(22)에 형성된 각각의 끼움홈조(22a)에 철근(11)에 형성된 각각의 돌기(11a)가 끼워지는 형태로 철근(11)이 합치된 결합부재(21)에 삽입고정된다.
분리된 결합부재(21)에 있어서, 분리된 일측 결합부재(21)와 타측 결합부재(21)의 외주연에는 각각 동일한 간격을 이룬 홈조(22f)를 두 개씩 형성하고 있다.

분리된 일측 결합부재(21)의 외주연에는 각각 동일한 간격을 이룬 홈조(22f)를 형성하고, 상기 일측 결합부재(21)의 두 홈조(22f) 중 어느 한 홈조(22f)에는 힌지핀(22b)을 형성하며, 상기 힌지핀(22b)에 걸착구(22c)의 일측이 힌지되고, 상기 걸착구(22c)의 타측은 걸착홈(22d)을 형성한 채, 분리된 타측 결합부재(21)의 외주연에 형성된 두 홈조(22f) 중 어느 한 홈조(22f)에 형성된 걸착돌기(22e)에 상기 걸착구(22c)의 걸착홈(22d) 걸림이 이뤄지고, 또한 타측 결합부재(21)의 두 홈조(22f) 중 어느 한 홈조(22f)에도 힌지핀(22b)을 형성하며, 상기 힌지핀(22b)에 걸착구(22c)의 일측이 힌지되고, 상기 걸착구(22c)의 타측은 걸착홈(22d)을 형성한 채, 분리된 일측 결합부재(21)의 외주연에 형성된 두 홈조(22f) 중 어느 한 홈조(22f)에 형성된 걸착돌기(22e)에 상기 걸착구(22c)의 걸착홈(22d) 걸림이 이뤄짐으로써 분리된 일측 및 타측 결합부재(21)는 서로 합치되는 것이다.

상기 분리된 결합부재(21)가 합치되어 결합을 이룬 상태에서는 결합부재(21)가 파이프관(10)에 형성된 철근(11)의 삽입구멍으로 삽입을 이루기 위하여 상기 결합부재(21)의 외주연에 형성된 힌지핀(22b), 걸착구(22c), 걸착돌기(22e)가 결합부재(21)의 외주연에 형성된 홈조(22f)에 수용된 상태로 구성되어 결합부재(21)의 외주연이 일직선을 이루도록 하였다.

철근(11)에는 다수개의 돌기(11a)가 형성됨에 따라 상기 돌기(11a)를 끼울 수 있도록 내주연에 끼움홈조(22a)를 형성하고 있는 고무링(22)이 구비되고, 상기 고무링(22)의 끼움홈조(22a)를 통하여 철근(11)의 돌기(11a)가 끼워지게 된다.

철근(11)의 돌기(11a)를 끼운 다수개의 고무링(22)은 분리된 결합부재(21)의 내주연에 형성된 끼움홈조(21a)에 끼워진 상태에서 분리된 결합부재(21)를 합치하여 걸착구(22c)를 회동하여 걸착돌기(22e)에 걸리도록 함으로써 결합부재(21)의 결합을 이루게 된다.

분리된 결합부재(21)가 결합을 이룬 후 결합부재(21)가 파이프관(10)에 삽입이 되고 상기 파이프관(10)에 삽입된 결합부재(21)를 캡(23)이 밀착한 채 결합부재(21)와 파이프관(10) 모두가 캡(23) 내부로 삽입된 다음 캡(23)과 캡(23) 내부에 삽입된 파이프관(10)을 리벳(36)으로 체결하여 정착부(20)를 이루게 된다.

상기에서도 기술된 바와 같이 두부(30)의 체결 구조는 본 출원인이 출원하여 등록된 등록특허 10-0599205에서 설명되어 있기 때문에 편의상 설명을 생략하기로 하였다.

본 발명은, 상기 천공홀 내측으로 그라우트가 이루어지도록 1차그라우트호스(40)의 단부가 장착되는 정착부(20)와, 일단이 정착부(20)에 고정 삽입되고 그 내측으로 철근(11)이 설치되는 파이프관(10)과, 쇼크리트 내측에 설치되어 플레이트가 개재되어 고정되는 두부(30)로서 이루어진다.

여기서, 상기 정착부(20)는, 몸체 내측으로 철근(11)이 삽입 고정되는 결합부재(21)를 파이프관(10)에 삽입한 상태에서 결합부재(21)를 밀착하는 캡(23) 내부로 결합부재(21) 및 파이프관(10) 모두가 삽입된 다음 캡(23)과 상기 캡(23) 내부에 삽입된 파이프관(10)을 리벳(36)으로 결착되고 상기 캡(23)은 외주연에 형성된 그라우트에 의해 지지 된다.

철근(11)을 삽입 고정하게 되는 결합부재(21)는 2개로 분리될 수 있도록 하였고 분리된 결합부재(21)의 내주연에는 다수개의 끼움홈조(21a)가 형성되어 있으며 분리된 결합부재(21)를 합치하여 결착을 이루기 위해서는 결합부재(21)의 외주연에 힌지핀(22b)이 돌설되고 상기 힌지핀(22b)에 힌지된 걸착구(22c)가 구비되며 상기 걸착구(22c)의 일단부에는 걸착홈(22d)이 형성되고 상기 걸착홈(22d)이 걸릴 수 있게 걸착돌기(22e)가 돌설되어 있다.

또한 결합부재(21)는 파이프관(10)에 삽입을 이루어야 하기 때문에 외주연에 삽입을 방해하는 돌기부가 형성되지 못하도록 외주연에 형성된 홈조(22f)에 힌지핀(22b)과 걸착구(22c)와 걸착돌기(22e)가 구성되도록 하였다.

상기 결합부재(21)의 끼움홈조(21a)에 끼워지게 되는 고무링(22)은 고탄성을 지닌 것으로서 고무링(22)의 내주연에 끼움홈조(22a)를 형성하고 있고 상기 끼움홈조(22a)에는 철근(11)에 형성된 돌기(11a)가 끼워지도록 하였다.

철근(11)의 돌기(11a)를 끼운 고무링(22)이 분리된 결합부재(21)의 끼움홈조(21a)에 끼워진 후 분리된 결합부재(21)를 합치하여 걸착구(22c)의 걸착홈(22d)을 걸착돌기(22e)에 걸리도록 하여 결합부재(21)를 결합한 상태에서 상기 결합부재(21)에 삽입고정된 철근(11)과 함께 결합부재(21)를 파이프관(10)으로 삽입한 후 캡(23)이 결합부재(21)를 밀착한 상태에서 파이프관(10)의 일단부를 삽입한 후 리벳(36)으로 캡(23)과 파이프관(10)을 결합하도록 하였다.
이때 합치되어 결합을 이룬 결합부재(21)가 파이프관(10)에 삽입시 삽입의 걸림 없이 원활한 삽입을 이룰 수 있도록 상기 힌지핀(22b)과 걸착구(22c)와 걸착돌기(22e)가 결합부재(21)의 외주연에 형성된 홈조(22f)에 수용된 형태로 이뤄진 것을 특징으로 한다.

도 3, 4에 도시된 것은 본 발명의 네일링 장치를 천공홀에 삽입한 상태를 도시한 것으로 본 출원인이 출원하여 등록한 등록특허 10-0599205에서 설명한 대로의 시공공법을 이용하여 천공홀에 네일(100)의 설치를 이룬 후 네일(100) 제거가 필요한 경우(타인의 재산권을 침해, 시공 후 타인 소유대지에서의 지하공간 개발시, 기타 사유로 인하여), 철근(11)만을 인발하여 제거시 고무링(22)이 가압을 받게 되면서 철근(11)의 돌기(11a)가 고무링(22)으로부터 인발되어 철근(11)을 두부(30)로부터 용이하게 분리할 수 있고, 분리한 철근(110)은 재사용이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 네일링 장치는 전술된 바와 같이, 도 5, 6을 참고로 하면 철근(11)이 결합부재(21)에 결합을 이루고 있는 상태에서 철근(11)을 인발할 때의 상태를 도시한 것으로 철근(11)에 형성된 돌기(11a)가 결합부재(21)의 내경 끼움홈조(21a)에 끼워진 고무링(22)의 끼움홈조(22a)에 삽입되어 있은 후 철근(11)의 제거가 필요할 경우 외부에서 철근(11)을 인발하게 되면 고무링(22)이 철근(11)의 인발력으로 인하여 가압을 받게 된다.

가압된 고무링(22)은 탄성에 의해 변형이 됨으로써 고무링(22)의 끼움홈조(22a)에 끼워진 돌기(11a)가 인출되면서 철근(11)이 인발되어 철근(11)의 제거를 이룰 수 있게 된다.

한편, 파이프관(10)은 친환경 소재인 종이를 이용한 것으로, 도 7,8에 도시된 것과 같이, 한국생활환경시험연구원에 의뢰하여 종이의 오염성분을 측정한 시험성적서로서 시료는 지종(CB-D 400g/m²)을 선택하여 시험한 것으로 각 시험항목에 대한 결과치에서 알 수 있듯이 오염을 유발할 수 있는 각 시험항목들이 시험에서 검출되지 않음을 밝히고 있다.

따라서, 천공홀 내벽에 남아 있는 파이프관(10)은 친환경적 소재의 보강재로서 토양의 오염을 최소화할 수 있음에 따라 수질 오염의 발생도 최소화되는 것이다.

상기 파이프관(10)은 그 재질이 지류(紙類) 중에서 인장강도, 인열강도, 신장도가 우수한 강도성을 지닌 것과 함께 내수성이 크며 좌굴응력이 큰 크라프트지류(시멘트, 설탕, 비료, 녹말, 사료, 곡물 등의 포장지)를 이용하도록 하였다.

본 발명에 있어서 파이프관(10)으로 사용이 되는 지류(紙類)의 재질은 크라프트지 만으로 한정하지 않고 토압의 측정에 따른 지반의 형태 및 지반의 형성구조 등의 여러 변형 요소들에 의해서 결정되어 다양한 지류(紙類)가 사용될 수 있도록 하였다.

또한 상기 파이프관(10)은 철근(11)의 삽입홀을 제외한 단면적이 클수록 좌굴응력이 크기 때문에 소정의 길이로 재단한 다음 천연접착제를 도포하면서 롤에서 권취를 이루게 하고 겉면에는 천연방수제를 도포하여 몰탈에 함수된 수분을 차단하여 강한 내수성을 이루도록 하여 강관 및 PVC관 못지 않는 좌굴응력을 갖도록 하였다.

이하에서는 파이프관(10)의 좌굴응력을 실시하여 보기로 하였다.

좌굴이란 기둥의 길이가 그 횡단면의 치수에 비해 클 때, 기둥의 양단에 압축하중이 가해졌을 경우 하중이 어느 크기에 이르면 기둥이 갑자기 휘는 현상을 말하는 것이고, 좌굴하중이란 좌굴을 일으키기 시작한 한계의 압력을 말하며, 좌굴응력이란 좌굴하중을 그 하중을 받은 물체의 단면적으로 나눈 것을 응력의 값을 말한다.

즉 단면적이 크면 클수록 좌굴하중도 커지게 된다.

편의상 쉽게 주위에서 구할 수 있는 복사용지인 A3용지를 이용하여 실험하도록 하였다.

1. 종이를 이용한 기둥 좌굴 실험

구조물이 기계인 경우, 재료에 따라 또는 하중의 종류에 따라 여러 가지 형태로 파괴된다. 따라서 구조물의 설계자는 이를 부재의 최대 응력과 최대 처짐이 견딜 만한 한도 내에 들도록 부재를 설계함으로서 이러한 파괴를 피하도록 한다. 그러므로 부재의 강도와 강성도는 설계 상 중요한 기준이 된다. 좌굴 실험은 얇은 종이 여러 장을 이용해서 만든 기둥에 축 하중을 가함으로써 쉽게 수행할 수 있었다.

2. 시험 목적 및 범위

기둥의 길이가 그 횡단면의 치수에 비해 클 때, 기둥의 양단에 압축하중이 가해졌을 경우 하중이 어느 크기에 이르면 기둥이 갑자기 휘는 현상인 좌굴이 일어나는 것을 살펴보고, 종이기둥 시편을 만드는 방법에 따라 달라지는 좌굴 현상에 대해 알아보고 더불어 좌굴이 일어나는 임계점을 관찰하고, 이를 통해 시편의 E(Young`s modulus)를 구해보며, 좌굴현상을 방지하거나 좌굴이 일어나는 것을 줄일 수 있는 방법을 고려하였다.

3. 시험 기구 및 장치

(1) 기구 : 유압식 만능 시험기 (UTM)

- 인장과 압축 시험에 이용되며, 시험기본체 ＋ＳII 동력계로 구성된다.

(2) 재료 : A3 용지 총 40장

- 기둥 시편 4개를 만드는데 사용. 1시편 당 10장씩만 사용하며 장주 2개와 단주 2개를 만듦.

(3) 다이얼 게이지(Dial Gauge)

-시편의 길이, 두께 측정에 사용.

4. 시험방법

(1) 압축 시편 만들기 (본 시험에서는 A3용지를 통해 압축시편을 제작)

① 장주(長柱) 제작

방법 1. 전체적으로 많이 사용했던 방법으로 A3용지를 권취하면서, 한 장씩 덧대어 종이를 권취하는 방법.

방법 2. 강재의 중앙부분을 보강하는 방법에서 착안하여, 시편의 중앙부에 종이를 보충하는 방법.

② 단주(短柱) 제작

방법 2. 첫 장을 최대한 간격을 좁혀서 권취하고, 용지당 약 5㎜정도의 좁은 간격을 가지고 한 번에 덧대어 권취하는 방법.

③ 상기 ①,②의 방법을 통해 10장을 권취한 다음, 종이테이프로 종이의 끝부분을 밀착고정시켜 마무리한다.

(2) 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 통한 길이, 두께 측정

① 귀살(lug)을 게이지 스탠드 등에 고정하고, 완성된 압축재를 귀착시킨다.

② 시편들의 선단의 측정자를 측정면에 접촉시킨다.

③ 원형의 눈금판을 통해 측정된 값을 읽는다.

(3) UTM에 장착하고 가력

① 완성된 압축재를 UTM의 물림부에 단단히 고정시키고, 다이얼게이지와 데이터로거를 셋팅한다.

② 처음에 하중을 조금씩 증가시키며, 항복점 도달 후 다이얼 로거의 값이 0.5㎜씩 될 때마다 하중을 체크한다.

③ 눈금판의 눈금 지시 바늘이 잠시 멈추는 곳의 눈금을 기록한다. (항복점)

5 주의사항

(1) 시편을 제작 시, 첫 장이 빈공간이 발생하지 않도록 주의 깊게 권취한다.

(2) 종이의 강도를 높이기 손에 물기를 제거하고, 정확하게 빠르게 권취하는 것이 중요하다.

6 결과 및 분석

(1) 기본적인 데이터

① 시편의 공칭 단면적

	외경	내경	단면적		외경	내경	단면적
방법 1. (장주)	19.45 mm	6 mm	268.7 ㎟	방법 2. (장주)	22.2 mm	7.1 mm	347.31 ㎟
방법 3. (단주)	24 mm	6 mm	423.9 ㎟	방법 4. (단주)	24.2 mm	5 mm	440.1 ㎟

② 시편길이 - 장주 L= 420 mm

- 단주 L= 297 mm

(2) 실험결과

① 변형 후 시편의 최종길이

	시편길이		시편길이
방법 1.(장주)	401.6 mm	방법 2.(장주)	401.1 mm
방법 3.(단주)	209.5 mm	방법 4.(단주)	209.6 mm

② 변형 후 단면적 증가

	외경	내경	단면적		외경	내경	단면적
방법 1. (장주)	20.6 mm	6 mm	304.86 ㎟	방법 2. (장주)	24 mm	8.45 mm	396.11 ㎟
방법 3. (단주)	24.45 mm	7 mm	430.81 ㎟	방법 4. (단주)	24.6 mm	5.2 mm	453.82 ㎟

③ 최대압축강도

	최대압축강도		최대압축강도
방법 1.(장주)	330㎏	방법 2.(장주)	175㎏
방법 3.(단주)	410㎏	방법 4.(단주)	450㎏

(3) 데이터 분석

① 항복응력

	항복응력		항복응력
방법 1.(장주)	108.2 kg_f/cm	방법 2.(장주)	44.2 kg_f/cm
방법 3.(단주)	95.13 kg_f/cm	방법 4.(단주)	99.12 kg_f/cm

② 연신율

	연신율		연신율
방법 1.(장주)	0.044	방법 2.(장주)	0.045
방법 3.(단주)	0.295	방법 4.(단주)	0.294

③ 단면 증가률

	단면증가률		단면증가률
방법 1.(장주)	13.46%	방법 2.(장주)	14.05%
방법 3.(단주)	1.63%	방법 4.(단주)	3.12%

4. 결과 분석

상기 실험을 통해 종이를 이용해서 만든 기둥이 좌굴 되는 모습을 단편적으로 살펴 볼 수 있었다.

① A3용지로 장주와 단주를 각각 만들었다. 장주는 각기 다른 방법으로 권취하고 단주는 비슷하게 종이를 권취하였으나 강도는 서로 달랐다.

장주는 예상외로 그냥 권취한 압축시편이 중앙부를 보강해서 만든 압축시편 보다 훨씬 많은 강도를 견디어냈다. 중앙부를 보강해서 종이를 권취하니 양 끝단 단면의 부착력이 중앙부보다 약해서 예상했던 것보다 강도를 작게 견디어낸 것이다. 동일한 하중을 받았을 때 단면적이 클수록 응력은 작게 받는다. 상기 실험에서 방법 2.로 권취한 압축 시편이 방법 1. 보다 작게 나온 것은 단면적을 잘못 계산했다고 생각할 수 있다. 방법 2.에서 구한 단면적은 중앙부를 보강하면서 양단 끝 쪽에 비운 공간은 계산에 포함되지 않아서 이런 오차가 생긴 것 같다.

② 단주의 최대압축강도가 서로 달랐던 이유는 단면적의 차이를 들 수 있다.

8. 결과

상기 실험은 재료에 응력을 가하였을 때 변형이나 파단강도를 구하기 위하여 압축시험을 (compression test) 행하였다.

종이를 가지고 실험을 하였는데 상기 종이는 매우 여린 재료로써 파괴의 경우에는 인장력은 크랙을 확대하고 압축력은 크랙을 짓누르는 작용을 하므로 여린 재료에서는 인장파단응력에 비해서 압축파단응력이 크다. 그러므로 매우 여린 재료의 항복점을 구하려면 인장시험 보다는 압축시험을 행하는 것이 바람직하다. 연성이 풍부한 재료에서는 하중의 증가에 따라서 단면적이 증대한다. 그러므로 파단시키기가 어려워지게 된다.

종이를 장주와 단주로 각각 10장씩 권취하여 UTM (Universal test machine)기계에 장착한다.

상기 기계는 금속, Plastic, 고무, 제지, 섬유 등 모든 재료 및 완성부품의 강도를 측정하는 장비로서, 인장강도, 압축강도, 굽힘강도, 접착력시험 등을 수행하여주는 재료물성시험에 가장 기본적으로 사용되는 장비이다. 점점 하중의 증가시키면서 바늘이 잠시 멈추는 순간의 바늘 값을 읽게 되는데 이것이 항복값이 된다.

결과치는 장주가 최대 압축강도가 330㎏ 이고 단주 450㎏로 측정이 되었다. 방법 1.을 적용한 장주는 촘촘히 잘 권치하지 못한 것이 상대적으로 적은 값을 도출하게 된 것이고 방법 4.를 적용한 단주의 경우 용지당 약 5㎜정도의 좁은 간격을 가지고 한 번에 덧대어 권취한 방법이 상대적으로 많은 값을 도출하게 된 것이다.

하기에서는 대한주택공사 토목설계지침에서 발췌한 자료이다.

재료	파괴응력(kg/cm²)			총탄성계수 E(kg/cm² ×10⁸)
재료	인장	압축	전단	총탄성계수 E(kg/cm² ×10⁸)
미송, 소나무	1,000	500	78	0.90
이깔나무	500	280	56	0.70
전나무	900	420	70	0.80
밤나무	1000	560	78	0.70
대	3500	650		1.2-3.1
석회암		300-500		1.2
콘크리트		180-250		0.84
벽돌		60-120		0.84
연철	3,300-4,000	3,300-4,000		2,600-3,300
연강	3,400-4,500	3,400-4,500		2,9004,000
주강	3,500-7,000	3,500-7,000
니켈강	5,000-7,400	5,000-7,400
주철	1,200-2,400	7,000-8,500		1,300-2,600
구리	1,400-3,200	3,200		1,400

따라서, 상기 표 8에서와 같이, 전술한 실험을 통하여 본 발명에서 이용이 되고 있는 파이프관은 대략 그 외경이 50mm~150mm, 길이가 5 ~ 10M 범위에서 주로 이용하고 있지만 상기 외경과 길이에 한정을 두지 않고 그 이하 또는 그 이상의 외경과 길이에서도 이용될 수 있음을 밝히고 이에 따라 본 발명에 따른 파이프관의 압축강도를 충분히 유추할 수 있게 되고, 상기 표 8에서와 같이 금속 또는 비금속에 나타난 결과치 못지 않게 본 발명에서 이용이 되고 있는 파이프관의 압축강도에서도 유사한 결과치를 나타낼 수 있는 것은 자명하다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 극히 용이하게 알 수 있음을 밝혀 두고자 한다.

본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 설계 및 시공상의 필요에 따라 여러 가지 다양한 변경이나 수정, 조합, 결합 및 부분결합 등이 가능한 것은 당업자에게 있어 당연한 일이라 하겠다.

100 : 네일
10 : 파이프관 11 : 철근
11a: 돌기 11b: 라이너스크류
20 : 정착부
21 : 결합부재 21a: 끼움홈조
22: 고무링 22a: 끼움홈조
22b:힌지핀 22c: 걸착구
22d: 걸착홈 22e: 걸착돌기
22f: 홈조
23: 캡
30 : 두부 31: 플레이트
32: 쐐기뭉치 33: 말굽고정편
34: 소정 경사면 35: 너트
36: 리벳
40 : 1차그라우트호스 41 : 2차그라우트호스

Claims

천공홀에 삽입되는 정착부(20)에 있어,
파이프관(10) 내경으로 삽입이 되는 결합부재(21)와, 상기 결합부재(21)의 일단부를 밀착한 채 파이프관(10) 및 결합부재(21)를 삽입하여 파이프관(10)을 리벳(36)으로 결합하는 캡(23)을 포함하여 구성되되,
상기 결합부재(21)는,
2개로 분리되어 구성되고;
철근(11)에 형성된 다수개의 돌기(11a)를 각각 끼우는 각각의 끼움홈조(22a)를 내주연에 형성한 다수개의 고무링(22)과;
결합부재(21)의 내경에 홈을 다수개 형성하여 상기 다수개의 고무링(22)을 각각 끼우는 다수개의 끼움홈조(21a)를;
포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 네일링 장치.
제1항에 있어서, 결합부재(21)는,
분리된 일측 결합부재(21)의 외주연에는 각각 동일한 간격을 이룬 두 개의 홈조(22f)를 형성하고, 상기 일측 결합부재(21)의 두 홈조(22f) 중 어느 한 홈조(22f)에는 힌지핀(22b)을 형성하며, 상기 힌지핀(22b)에 걸착구(22c)의 일측이 힌지되고, 상기 걸착구(22c)의 타측은 걸착홈(22d)을 형성한 채, 분리된 타측 결합부재(21)의 외주연에 형성된 두 홈조(22f) 중 어느 한 홈조(22f)에 형성된 걸착돌기(22e)에 상기 걸착구(22c)의 걸착홈(22d) 걸림이 이뤄지고,
타측 결합부재(21)의 두 홈조(22f) 중 어느 한 홈조(22f)에도 힌지핀(22b)을 형성하며, 상기 힌지핀(22b)에 걸착구(22c)의 일측이 힌지되고, 상기 걸착구(22c)의 타측은 걸착홈(22d)을 형성한 채, 분리된 일측 결합부재(21)의 외주연에 형성된 두 홈조(22f) 중 어느 한 홈조(22f)에 형성된 걸착돌기(22e)에 상기 걸착구(22c)의 걸착홈(22d) 걸림이 이뤄짐으로써 분리된 일측 및 타측 결합부재(21)가 서로 합치되어 결합을 이루게 되되,
상기 합치되어 결합된 결합부재(21)는,
파이프관(10)에 삽입 시, 걸림이 없도록 상기 힌지핀(22b) 및 걸착구(22c) 및 걸착돌기(22e)가 결합부재(21)의 외주연에 형성된 두 홈조(22f)에 수용된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 네일링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
파이프관(10)은 그 소재가 종이인 것을 특징으로 하는 네일링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
파이프관(10)은 권취 방향으로의 접합면에 천연접착제가 도포되고, 권취 완료 후의 외주면에는 천연방수제가 도포되도록 한 것을 특징으로 하는 네일링 장치.