KR101196851B1 - 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 시스템 및 방법 - Google Patents

철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트의 균열발생 평가 및 예측시의 중요 요소인 콘크리트 수축응력을 평가하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 철근과 철근에 피복된 콘크리트 시험체가 일체(一體)로 거동함에 기초하여, 콘크리트 수축변형에 따른 철근 변형량을 측정하여 철근의 수축응력을 산정하고, 산정된 철근의 수축응력을 상기 콘크리트의 수축응력으로 치환하여 도출하는 콘크리트 수축응력 평가 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 콘크리트 공시체; 상기 콘크리트 공시체 중앙의 길이방향으로 삽입된 관상(管狀) 이형철근; 상기 관상 이형철근의 내주연에 결합된 변형측정 게이지; 및 상기 변형측정 게이지와 전선으로 연결된 변형량 기록계; 를 포함하여 구성되는 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 시스템을 제공한다.

Description

철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 시스템 및 방법{System and Method for Concrete Shrinkage Stress Test by Measuring Steel-Bar Deformation}
본 발명은 콘크리트의 균열발생 평가 및 예측시의 중요 요소인 콘크리트 수축응력을 평가하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 철근과 철근에 피복된 콘크리트 시험체가 일체(一體)로 거동함에 기초하여, 콘크리트 수축변형에 따른 철근 변형량을 측정하여 철근의 수축응력을 산정하고, 산정된 철근의 수축응력을 상기 콘크리트의 수축응력으로 치환하여 도출하는 콘크리트 수축응력 평가 시스템 및 방법에 관한 것이다.
콘크리트의 균열은 초기 양생기간에 발생되는 수축(자기수축 또는 건조수축)에 의해 발생한다. 즉, 콘크리트의 수축응력이 콘크리트의 인장응력을 초과하게 되면 균열이 발생하게 되는 것이다. 따라서 콘크리트의 수축응력을 측정하는 것은 콘크리트의 균열발생 평가 및 예측에 있어 매우 중요하다. 그러나, 현재 콘크리트의 수축변형량(길이변화량)을 평가하는 시험방법은 제시되어 있으나, 콘크리트의 수축응력을 평가하는 시험방법은 제시되어 있지 않다. 콘크리트의 수축응력은 이론상으로 콘크리트의 탄성계수와 수축변형량의 함수(콘크리트 수축응력 = 탄성계수×수축변형량)로 산정할 수 있으나, 초기 콘크리트 경화시에는 상기 탄성계수가 변화하므로 콘크리트의 자체 물성으로 응력을 산정하는 것에는 한계가 있다.
본 발명은 탄성계수가 일정한 철근의 변형량 측정을 통해 콘크리트 수축응력을 산정할 수 있는 평가 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다. 아울러, 상기 철근의 변형량 측정을 위한 철근의 형태 및 변형측정 게이지 배치에 관한 기술사상을 제시함에 그 목적이 있다.
전술한 과제 해결을 위해 본 발명은 다음의 각 수단을 유기적으로 조합하여 적용한다.
1. 평가대상 콘크리트 공시체의 중앙 길이방향으로 이형철근을 삽입, 정착시킴으로써 콘크리트의 수축에 따라 상기 이형철근에 변형이 발생하도록 한다.
2. 상기 이형철근에 변형측정 게이지를 결합시키되, 상기 변형측정 게이지가 콘크리트의 수축에 영향을 받지 않도록 해야 한다. 따라서, 상기 이형철근은 관홀이 형성된 것을 적용하여 상기 변형측정 게이지를 상기 이형철근의 내주연에 결합시킨다.
3. 이에 따라 상기 콘크리트 재령에 따른 철근 변형량을 측정할 수 있으며, 상기 철근 변형량으로부터 철근 수축응력을 산정하고, 상기 철근 수축응력을 곧 콘크리트 수축응력으로 도출해낸다.
4. 아울러 상기 이형철근 내주연에 변형측정 게이지를 복수개 결합시키고, 복수개의 변형측정 게이지가 측정한 철근 변형량의 평균값을 통해 철근 수축응력이 산정되도록 함으로써, 보다 정확한 콘크리트 수축응력값을 얻을 수 있다.
본 발명에 따라 콘크리트 수축응력을 도출해 낼 수 있으며, 이에 따라 콘크리트 균열에 대해 비교적 정확히 예측, 평가할 수 있다. 또한, 콘크리트 재령별 수축응력 변화 추이를 파악할 수 있으며, 초기 콘크리트 경화시기의 콘크리트 탄성계수를 역으로 산출해내어 그 값을 다른 평가시의 기초 데이터로 활용할 수 있다.
[도 1]은 본 발명에 따른 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 시스템의 모식도이다.
[도 2]는 관상 이형철근에 변형측정 게이지가 결합된 상태를 도시한 횡단면도이다.
[도 3]은 관상 이형철근에 변형측정 게이지가 결합된 상태를 도시한 종단면도이다.
Ⅰ. 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 시스템
본 발명은 콘크리트 공시체; 상기 콘크리트 공시체 중앙의 길이방향으로 삽입된 관상(管狀) 이형철근; 상기 관상 이형철근의 내주연에 결합된 변형측정 게이지; 및 상기 변형측정 게이지와 전선으로 연결된 변형량 기록계; 를 포함하여 구성되는 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 시스템을 제공한다.
이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
[도 1]은 본 발명에 따른 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 시스템의 모식도이고, [도 2]는 관상 이형철근에 변형측정 게이지가 결합된 상태를 도시한 횡단면도이고, [도 3]은 관상 이형철근에 변형측정 게이지가 결합된 상태를 도시한 종단면도이다.
상기 콘크리트 공시체(10)는 균열 평가 대상 콘크리트와 동일한 조건으로 배합하여 몰드에 타설한 후 양생한 것으로서, [도 1]에 도시된 바와 같이 한 방향으로 길게 구성된 것이다. 상기 콘크리트 공시체(10)의 외형에는 큰 제약은 없으나, [도 1]에 도시된 바와 같이 정사각기둥형으로 제작하거나 원기둥형으로 제작하는 것이 바람직하다.
상기 관상(管狀) 이형철근(20)은 상기 콘크리트 공시체(10) 중앙의 길이방향으로 삽입된 철근으로서, 길이방향으로 관홀이 형성된 점에 특징이 있다. 상기 관홀은 후술할 변형측정 게이지(30)를 결합시켜두는 공간으로 이용된다. 또한, 본 발명에 적용되는 철근은 외주면에 리브가 형성된 이형철근이어야 한다. [도 1] 내지 [도 3]에서는 상기 리브가 묘사되어 있지는 않지만 상기 리브는 콘크리트와 철근 간의 일체성 유지를 위한 중요한 요소이다. 한편, 콘크리트 공시체 제작과정에서 상기 관상 이형철근 내부로 콘크리트가 들어갈 우려가 있으므로, 상기 관상 이형철근(20)은 [도 1]에 도시된 바와 같이 콘크리트 공시체의 길이방향 양 측으로 돌출하도록 배근하는 것이 바람직하다.
상기 변형측정 게이지(30)는 상기 관상 이형철근(20)의 내주연에 결합된 것으로서, 콘크리트 수축변형에 의해 발생하는 콘크리트 내부의 수축응력에 의한 철근 변형량을 측정하는 것이다. 철근 변형량 측정을 위해서는 상기 변형측정 게이지(30)를 상기 관상 이형철근의 외주면에 결합시켜 둘 수도 있으나, 이 경우에는 상기 변형측정 게이지(30)가 콘크리트 수축에 의한 영향을 받으므로 정확한 철근 변형량 측정이 어렵게 된다. 정확한 철근 변형량 측정을 위해서는 전술한 바와 같이 상기 변형측정 게이지(30)를 상기 관상 이형철근의 내주연에 결합시켜야 하며, 철근 수축응력값의 정확성을 높이기 위해서는 상기 변형측정 게이지(30)를 상기 관상 이형철근(20)의 내주연에 복수개 결합시키고, 각각의 게이지가 측정한 철근 변형량의 평균값을 활용할 수 있다.
상기 변형량 기록계(40)는 상기 변형측정 게이지(30)와 전선(35)으로 연결되어 있으며, 상기 변형측정 게이지가 측정한 철근 변화량을 기록해두는 장비이다. 상기 변형량 기록계(40)에는 수학 연산이 가능한 제어부를 부가하여, 상기 제어부에 후술할 철근 수축응력 산정식을 입력함으로써, 측정된 철근 변화량을 기초로 콘크리트 수축응력을 도출하여 현시하도록 프로그래밍할 수 있다.
Ⅱ. 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 방법
본 발명은 (a) 관상 이형철근의 내주연에 전선이 연결된 변형측정 게이지를 결합시키는 단계; (b) 상기 관상 이형철근을 콘크리트 공시체 제작을 위한 몰드의 중앙 길이방향으로 배치하고 상기 몰드 내에 콘크리트를 타설하는 단계; (c) 상기 변형측정 게이지에 연결된 전선의 말단을 변형량 기록계에 연결하는 단계; (d) 상기 몰드를 탈형한 후, 상기 변형측정 게이지가 특정 재령에서의 철근 변형량을 측정하고, 상기 변형량 기록계가 상기 철근 변형량을 기록하는 단계; 및 (e) 식에 의해 철근 수축응력을 산정하고, 산정된 철근 수축응력을 콘크리트의 수축응력으로 도출하는 단계; 를 포함하는 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 방법을 제공한다.
이하에서는 발명을 각 단계별로 상세히 설명하기로 한다.
1. (a)단계
본 단계는 관상 이형철근(20)의 내주연에 전선(35)이 연결된 변형측정 게이지(30)를 결합시키는 단계이다. 본 단계는 상기 관상 이형철근의 관홀에 삽입되는 장비에 의해 기계적인 방식으로 시행하거나, 종방향으로 절단된 관상 이형철근에 변형측정 게이지를 결합시킨 후 용접하는 방식으로 시행할 수 있다. 상기 관상 이형철근(20) 내주연에 변형측정 게이지(30)를 결합시킨 후에 전선(35)을 연결시키는 작업은 어려울 수 있으므로, 상기 전선(35)을 먼저 변형측정 게이지(30)에 연결시켜 둠이 바람직하다. 내주연에 변형측정 게이지가 결합된 관상 이형철근은 공장에서의 대량 제작방식으로 제품화할 수 있다.
2. (b)단계
본 단계는 상기 관상 이형철근을 콘크리트 공시체 제작을 위한 몰드의 중앙 길이방향으로 배치하고 상기 몰드 내에 콘크리트를 타설하는 단계이다. 본 단계에서는 상기 관상 이형철근 내부로 콘크리트가 들어갈 우려가 있으므로, 상기 관상 이형철근을 콘크리트 공시체의 길이방향 양 측으로 돌출하도록 배근하는 것이 좋다는 점은 전술한 바와 같다.
3. (c)단계
본 단계는 상기 변형측정 게이지에 연결된 전선의 말단을 변형량 기록계에 연결하는 단계이다.
4. (d)단계
본 단계는 상기 몰드를 탈형한 후, 상기 변형측정 게이지(30)가 특정 재령에서의 철근 변형량을 측정하고, 상기 변형량 기록계(40)가 상기 철근 변형량을 기록하는 단계이다. 본 단계는 상기 변형측정 게이지(30)가 재령별 철근 변형량을 측정하여, 상기 변형량 기록계(40)가 상기 재령별 철근 변형량을 기록하고, 이에 따라 후술할 (e)단계에서는 콘크리트의 재령별 수축응력이 도출되도록 할 수 있다.
5. (e)단계
본 단계는 하기 식에 의해 철근 수축응력을 산정하고, 산정된 철근 수축응력을 콘크리트의 수축응력으로 도출하는 단계이다.
Figure 112010069681656-pat00001
,
Figure 112010069681656-pat00002
,
Figure 112010069681656-pat00003
Figure 112010069681656-pat00004
: 철근 수축응력
Figure 112010069681656-pat00005
: 콘크리트 수축응력
Figure 112010069681656-pat00006
: 철근 탄성계수
Figure 112010069681656-pat00007
: 철근 변형률
Figure 112010069681656-pat00008
: 철근 변형량
Figure 112010069681656-pat00009
: 콘크리트 공시체 길이
상기 콘크리트 공시체 길이는 일정하게 정해져 있고, 철근 탄성계수도 재질에 따른 미차는 있으나 일반적인 값은 19.5×1010으로 일정하다. 따라서 본 단계에서는 상기 (d)단계에서 측정한 철근 변형량에 기초하여 콘크리트 수축응력을 도출해 낼 수 있는 것이다.
한편, 상기 "(a)단계"를 "관상 이형철근의 내주연에 전선이 연결된 변형측정 게이지를 복수(n)개 결합시키는 (a')단계"로 치환하는 경우, 상기 "(e)단계"는 "하기 식에 의해 철근 수축응력을 산정하고, 산정된 철근 수축응력을 콘크리트의 수축응력으로 도출하는 단계 (e')단계"로 치환할 수 있다.
Figure 112010069681656-pat00010
Figure 112010069681656-pat00011
Figure 112010069681656-pat00012
Figure 112010069681656-pat00013
: 복수개의 변형측정 게이지가 측정한 철근 변형량의 평균값
[도 1] 내지 [도 3]에 도시된 실시예는 변형측정 게이지가 2개 결합되어 있는 것이므로,
철근 변형량의 평균값은 하기 식에 의해 산정할 수 있다.
Figure 112010069681656-pat00014

본 발명은 위에서 언급한 바와 같이 첨부된 도면과 관련하여 설명되었으나 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
10 : 콘크리트 공시체 20 : 관상 이형철근
30 : 변형측정 게이지 35 : 전선
40 : 변형량 기록계

Claims (5)

  1. 콘크리트 공시체;
    상기 콘크리트 공시체 중앙의 길이방향으로 삽입된 관상(管狀) 이형철근;
    상기 관상 이형철근의 내주연에 결합된 변형측정 게이지; 및
    상기 변형측정 게이지와 전선으로 연결된 변형량 기록계; 를 포함하여 구성되는 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 변형측정 게이지는 상기 이형철근의 내주연에 복수개가 결합된 것을 특징으로 하는 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 시스템.
  3. (a) 관상 이형철근의 내주연에 전선이 연결된 변형측정 게이지를 결합시키는 단계;
    (b) 상기 관상 이형철근을 콘크리트 공시체 제작을 위한 몰드의 중앙 길이방향으로 배치하고 상기 몰드 내에 콘크리트를 타설, 양생하는 단계;
    (c) 상기 변형측정 게이지에 연결된 전선의 말단을 변형량 기록계에 연결하는 단계;
    (d) 상기 몰드를 탈형한 후, 상기 변형측정 게이지가 특정 재령에서의 철근 변형량을 측정하고, 상기 변형량 기록계가 상기 철근 변형량을 기록하는 단계; 및
    (e) 하기 식에 의해 철근 수축응력을 산정하고, 산정된 철근 수축응력을 콘크리트의 수축응력으로 도출하는 단계; 를 포함하는 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 방법.
    Figure 112010069681656-pat00015
    ,
    Figure 112010069681656-pat00016
    ,
    Figure 112010069681656-pat00017

    Figure 112010069681656-pat00018
    : 철근 수축응력
    Figure 112010069681656-pat00019
    : 콘크리트 수축응력
    Figure 112010069681656-pat00020
    : 철근 탄성계수,
    Figure 112010069681656-pat00021
    : 철근 변형률
    Figure 112010069681656-pat00022
    : 철근 변형량
    Figure 112010069681656-pat00023
    : 콘크리트 공시체 길이
  4. (a') 관상 이형철근의 내주연에 전선이 연결된 변형측정 게이지를 복수(n)개 결합시키는 단계;
    (b) 상기 관상 이형철근을 콘크리트 공시체 제작을 위한 몰드의 중앙 길이방향으로 배치하고 상기 몰드 내에 콘크리트를 타설, 양생하는 단계;
    (c) 상기 변형측정 게이지에 연결된 전선의 말단을 변형량 기록계에 연결하는 단계;
    (d) 상기 몰드를 탈형한 후, 상기 변형측정 게이지가 특정 재령에서의 철근 변형량을 측정하고, 상기 변형량 기록계가 상기 철근 변형량을 기록하는 단계; 및
    (e') 하기 식에 의해 철근 수축응력을 산정하고, 산정된 철근 수축응력을 콘크리트의 수축응력으로 도출하는 단계; 를 포함하는 철근 변형량 측정을 통한 콘크리트 수축응력 평가 방법.
    Figure 112012044795253-pat00024
    ,
    Figure 112012044795253-pat00025

    Figure 112012044795253-pat00026

    Figure 112012044795253-pat00027
    : 복수개의 변형측정 게이지가 측정한 철근 변형량의 평균값
  5. 삭제
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