KR101241483B1 - 대구경 콘크리트관용 보강재 - Google Patents

대구경 콘크리트관용 보강재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트관용 보강재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강도를 경제적으로 보강할 수 있고 효율적으로 강도를 조절할 수 있으며 박스 형태의 암거를 대체할 수 있는 대구경 콘크리트관의 보강에 적합한 보강재에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 두께에 비해 폭이 큰 단면 형상의 부재를 일정한 피치와 동일한 반경을 갖고 폭이 반경방향을 향하도록 나선형으로 감은 제1 나선형 보강부재; 제1 나선형 보강부재와 동일한 피치를 가지면서 더 큰 반경을 갖도록 두께에 비해 폭이 큰 단면 형상의 부재를 일정한 피치와 동일한 반경을 갖고 폭이 반경방향을 향하도록 나선형으로 감은 제2 나선형 보강부재; 제1 나선형 보강부재와 제2 나선형 보강부재가 일정한 간격을 갖고 동심원상으로 위치하도록 서로 연결하는 다수 개의 브릿지; 및 나선형 보강부재의 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 브릿지와 결합되도록 길이방향으로 설치된 다수 개의 종방향 보강부재;를 포함하는 것을 특징으로하는 대구경 콘크리트관용 보강재가 제공된다.

Description

대구경 콘크리트관용 보강재{Reinforcement for large caliber concrete pipe}
본 발명은 콘크리트관용 보강재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강도를 경제적으로 보강할 수 있고 효율적으로 강도를 조절할 수 있으며 특히 박스 형태의 암거를 대체할 수 있는 대구경 콘크리트관의 보강에 적합한 보강재에 관한 것이다.
콘크리트관은 제조방법에 따라 KS F 4401에 규정된 철근콘크리트관, KS F 4403에 규정된 원심력 철근콘크리트관, KS F 4402에 규정된 진동 및 전압 콘크리트관(이하 'VR관'이라 함), KS F 4405에 규정된 코어식 프리스트레스트 철근콘크리트관으로 분류할 수 있다.
철근콘크리트관은 몰드 내에 조립철근과 콘크리트를 넣고 진동기 등으로 다져서 제조되는데 주로 하수도 또는 관개배수로용으로 이용된다. 원심력 철근콘크리트관이란 몰드 내에 조립철근과 콘크리트를 넣고 원심력 또는 축전압으로 다져서 제조되며 보통관은 내압이 거의 걸리지 않는 하수도, 배수 및 관개용으로 이용되며 압력관은 내압이 작용하는 송수관, 도수관 등에 이용된다. 원심력 철근콘크리트관은 이 성형방법을 개발한 흄의 이름에서 흄관이라고도 불린다. VR관은 몰드 내에 조립철근과 콘크리트를 넣고 진동 또는 롤전압으로 다져서 제조되는데 내압이 거의 걸리지 않는 하수도, 배수 및 관개용으로 이용된다. 코어식 프리스트레스트 철근콘크리트관은 몰드 내에 조립철근 또는 길이방향으로 PC강재를 배치하고 투입한 콘크리트를 원심력 또는 축전압으로 다져서 코어를 제조하고 그 표면에 소요의 긴장력을 유지한 상태에서 PC강선을 원둘레 방향으로 감고 표면에 모르타르를 뿜어 붙인 것이다.
암거(Culvert)란 박스형 단면의 지중 매설 구조물을 의미하며 배수로, 관통 통로, 전기통신 배선로, 지하 공동구, 저장 창고 등으로 이용된다. 제작방법에는 현장에서 거푸집을 대고 콘크리트를 타설 양생하여 제작되는 현장타설방식과 공장에서 강재 거푸집에 조립철근을 삽입하고 콘크리트를 타설한 후 증기 양생하여 제조되는 프리캐스트 콘크리트(이하 'PC'라 함)방식이 있다. PC 암거는 공장 제작으로 균질한 품질관리가 가능하고 외관이 미려하며 수밀성이 크고 규격화된 제품의 대량생산과 시공으로 경제성이 양호하다는 이점이 있다.
조립철근은 콘크리트관 및 암거가 소정의 외압강도를 발현할 수 있도록 콘크리트를 보강하는 것으로, 콘크리트관의 통상 단면이 원형인 일반 철선을 나선형으로 감고 형태 유지 및 결속력 강화를 위해 관의 길이방향으로 나선철선의 둘레에 복수의 종방향 철선을 대칭되게 결속한 원통형 형태를 갖고, 암거의 경우 길이방향으로 배치된 종방향 철선의 둘레에 사각형 형태의 철선을 일정 간격을 두고 용접한 사각통형 형태를 갖는다. 그런데 이러한 조립철근은 사용되는 철근의 직경에 제한이 있어 큰 토압하중이 작용하는 경우 강도 보강에 한계가 있다.
콘크리트관 및 암거의 강도 증진을 위해서 아래의 방법을 고려할 수 있다.
1. 빈배합 콘크리트 사용
2. 콘크리트관의 두께 증가
3. 콘크리트 팽창재 사용
4. 특별한 방법을 적용하여 양생
5. 고강도 시멘트 사용
6. 보강 조립철근량의 증가
그런데 이들 방법의 경우 생산성 저하, 제조비 및 노무비의 증가 등으로 인해 효과적이지 못하고 특히 일정 수준의 강도 발현 및 임의적인 강도 조절이 극히 제한적이라는 단점이 있다.
본 발명은 콘크리트관의 보강을 위해 적용된 조립철근의 단점 그리고 종래 콘크리트관의 강도 증진 방법들의 단점 및 문제점을 해소하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 갖는다.
본 발명의 목적은 콘크리트관의 강도를 경제적으로 보강할 수 있고 효율적으로 강도를 조절할 수 있는 콘크리트관용 보강재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 박스 형태의 암거를 대체할 수 있는 대구경 콘크리트관의 보강에 적합한 콘크리트관용 보강재를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 두께에 비해 폭이 큰 단면 형상의 부재를 일정한 피치와 동일한 반경을 갖고 폭이 반경방향을 향하도록 나선형으로 감은 제1 나선형 보강부재; 제1 나선형 보강부재와 동일한 피치를 가지면서 더 큰 반경을 갖도록 두께에 비해 폭이 큰 단면 형상의 부재를 일정한 피치와 동일한 반경을 갖고 폭이 반경방향을 향하도록 나선형으로 감은 제2 나선형 보강부재; 제1 나선형 보강부재와 제2 나선형 보강부재가 일정한 간격을 갖고 동심원상으로 위치하도록 서로 연결하는 다수 개의 브릿지; 및 나선형 보강부재의 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 브릿지와 결합되도록 길이방향으로 설치된 다수 개의 종방향 보강부재;를 포함하는 것을 특징으로하는 대구경 콘크리트관용 보강재가 제공된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제1, 2 나선형 보강부재는 장변과 단변을 갖는 직사각형 단면 형상을 갖는다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제1, 2 나선형 보강부재는 'I'자형 또는 'ㄷ'자형 단면 형상을 갖는다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 브릿지는, 일정한 두께와 폭을 갖는 강판을 절곡 성형하여 피복두께 유지부, 제2 나선형 보강부재 삽입용 중공부, 간격 유지부 및 제1 나선형 보강부재 삽입용 중공부가 순차적으로 형성되도록 한 것이다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 종방향 보강부재는 제1 나선형 보강부재와 2 나선형 보강부재의 폭을 이루는 면을 관통하도록 더 결합된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 종방향 보강부재는 제1 나선형 보강부재 또는 2 나선형 보강부재의 폭을 이루는 면을 관통하도록 더 결합된다.
본 발명에 따르면 두께에 비해 폭이 큰 부재를 폭이 반경방향을 향하도록 나선형으로 감아 구성함으로써 단면을 효율적으로 이용하면서 토압을 받는 콘크리트관을 보강할 수 있다. 또한 부재의 단면 크기, 피치 및 종방향 보강부재의 개수를 조절함으로써 콘크리트관의 강도를 효율적으로 조절할 수 있다.
또한 서로 반경이 다른 제1, 2 나선형 보강부재를 브릿지를 이용해 동심원상에 배치함으로써 보강효과를 더욱 증가시킬 수 있다.
또한 제1, 2 나선형 보강부재의 간격을 유지하면서 제1, 2 나선형 보강부재따라 이동할 수 있는 브릿지를 이용함으로써 보강재의 조립성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 대구경 콘크리트관용 보강재를 나타낸 사시도이고, 도 2는 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 브릿지의 다른 실시예를 도시한 것으로, (가)는 브릿지가 설치된 상태를 나타낸 평면도이고 (나)횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 대구경 콘크리트관용 보강재의 다른 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 5는 나선형 보강부재의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 대구경 콘크리트관용 보강재를 나타낸 사시도이고, 도 2는 평면도이다.
도 1, 2를 참조하면, 본 발명에 따른 대구경 콘크리트관용 보강재는 직사각형 단면형상의 판재를 일정한 피치(p)와 동일한 반경(r1)을 갖고 단면의 장변(lb)이 반경방향을 향하도록 나선형으로 감은 제1 나선형 보강부재(11)와, 제1 나선형 보강부재(11)와 동일한 피치(p)를 가지면서 더 큰 반경(r2)을 갖도록 직사각형 단면형상의 판재를 일정한 피치(p)와 동일한 반경(r2)을 갖고 단면의 장변(lb)이 반경방향을 향하도록 나선형으로 감은 제2 나선형 보강부재(12)와, 제1 나선형 보강부재(11)와 제2 나선형 보강부재(12)가 일정한 간격을 갖고 동심원상으로 위치하도록 서로 연결하는 다수 개의 브릿지(13)와 나선형 보강부재(11)(12)의 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 브릿지(13)와 결합되도록 길이방향으로 설치된 다수 개의 종방향 보강부재(14)를 포함한다.
본 발명에 따른 보강재는 종래 콘크리트관을 보강하기 위해 사용된 조립철근을 대체하는 것으로 콘크리트관의 종류에는 특별히 제한이 없으며 철근콘크리트관, 원심력 철근콘크리트관, VR관, 코아식 프리스트레스트 철근콘크리트관의 보강에 모두 적용될 수 있다. 특히 박스 형태의 암거를 대체할 수 있는 대구경의 콘크리트관을 보강하는데 적합하다.
제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)는 판재를 일정한 피치를 갖도록 나선형으로 감은 것으로 판재의 단면은 장변(lb)과 단변(la)을 갖는 직사각형 형상이 될 수 있고 직사각형 판재의 장변(lb)이 반경방향을 향하도록 즉, 콘크리트관의 중심을 향하도록 감은 것이다. 달리 말하면 나선형 보강부재(11)(12)는 두께(t)에 비해 폭(b)이 큰 판재를 폭방향이 반경방향을 향하도록 나선형으로 감은 것이다. 판재의 단면은 장변(lb)과 단변(la)의 비가 6:1~8:1의 범위를 가질 수 있으나 본 발명이 이에 제한되지는 않는다. 나선형 보강부재(11)(12)는 이 분야에서 공지된 임의의 소재로 제조될 수 있고 바람직하게는 인장강도가 큰 강재로 제조될 수 있다. 판재는 미리 판상으로 가공된 강판을 소정의 폭과 길이로 절단하여 적용하거나 봉재를 압연하여 직사각형 형상으로 가공한 것을 적용할 수 있다. 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)의 길이는 보강하고자 하는 콘크리트관의 길이와 같고 단면의 크기(lb×la) 및 피치(p)는 구조계산에 의해 결정된 콘크리트관의 보강에 필요한 보강재의 량과 작업성 및 보강재 피복두께 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
제2 나선형 보강부재(12)는 제1 나선형 보강부재(11) 보다 각 나선의 반경(r2)이 크며 제1 나선형 보강부재(11)와 같은 중심을 가지도록 브릿지(13)에 의해 연결된다. 따라서 제1 나선형 보강부재(11)와 제2 나선형 보강부재(12)는 동심원상으로 배치된다.
브릿지(13)는 제1 나선형 보강부재(11)와 제2 나선형 보강부재(12)가 일정한 간격을 갖고 동심원상으로 위치하도록 이들을 연결한다. 브릿지(13)는 도시된 바와 같이 제1 나선형 보강부재(11)의 외주면과 제2 나선형 보강부재(12)의 내주면을 서로 연결하도록 둘레 면을 따라 일정한 간격을 두고 배치된다. 도면에서는 4개의 브릿지(13)가 90도 간격을 두고 배치되는 것으로 도시되었으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 브릿지(13)는 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)와 동일한 두께를 갖는 판 형상의 부재가 될 수 있고 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)에 용접으로 접합될 수 있다. 브릿지(13)가 판 형상의 부재로 구성될 경우 폭은 종방향 보강부재(14)가 관통될 수 있는 크기를 가질 수 있다. 본 발명에서 브릿지(13)는 판 형상의 부재로 한정되지 않으며 봉상의 부재가 사용될 수 있고 종방향 보강부재(14)는 브릿지(13)의 측면에 용접으로 결합될 수 있다. 한편, 도면에서는 브릿지(13)가 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)의 각 나선에 모두 설치된 것으로 도시되었으나 일정한 간격을 두고 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)를 연결하도록 배치될 수 있음은 물론이다.
종방향 보강부재(14)는 나선형 보강부재(11)(12)의 운반시 및 하중이 작용할 때 형태를 유지하기 위한 것으로 나선형 보강부재(11)(12)의 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 브릿지(13)를 서로 연결하도록 길이방향으로 결합된다. 종방향 보강부재(14)는 이 분야에서 공지된 임의의 소재가 사용될 수 있고 단면 형상은 특별한 제한이 없으며 봉상 또는 판상의 부재가 사용될 수 있다. 도면에서는 4개의 종방향 보강부재(14)가 대칭되는 위치에 설치된 것으로 도시되었으나 이는 예시적인 것으로 종방향 보강부재(14)의 설치 개수 및 배치 간격이 이에 제한되는 것은 아니다.
이렇게 본 발명에서는 나선형 보강부재(11)(12)의 두께에 비해 큰 폭방향이 반경방향을 향하도록 배치함으로서 동일 단면적의 나선철근에 비해 단면2차모멘트가 커지게 되므로 토압에 의해 휨모멘트를 받는 콘크리트관을 보다 효율적으로 보강할 수 있게 된다. 또한 서로 반경이 다른 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)를 브릿지(13)를 이용해 동심원상에 배치함으로써 보강효과를 더욱 증가시킬 수 있다. 한편, 콘크리트관이 대구경화됨에 따라 관의 벽체 두께가 증가하게 되는데 본 발명에서는 나선형 보강부재를 동심원상으로 배치함으로써 이에 효과적으로 대응할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 브릿지의 다른 실시예를 도시한 것으로, (가)는 브릿지가 설치된 상태를 나타낸 평면도이고 (나)횡단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 브릿지(13a)는 일정한 두께와 폭을 갖는 강판을 피복두께 유지부(131), 제2 나선형 보강부재 삽입용 중공부(132), 간격 유지부(133) 및 제1 나선형 보강부재 삽입용 중공부(134)가 순차적으로 형성되도록 절곡 성형하여 구성될 수 있다. 피복두께 유지부(131)는 제2 나선형 보강부재(12)의 콘크리트 피복두께를 제공하기 위한 것이고, 간격 유지부(133)는 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)의 간격을 유지하면서 종방향 보강부재(14)가 관통될 수 있는 면을 제공한다. 그리고 제1, 2 나선형 보강부재 삽입용 중공부(132)(134)는 각각 나선형 보강부재(11)(12)가 삽입될 수 있는 공간을 제공하며 나선형 보강부재(11)(12)의 나선을 따라 브릿지(13a)가 이동할 수 있는 크기를 갖는다. 따라서 본 실시예에 따른 브릿지(13a)를 적용할 경우 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)를 따라 이동하면서 결합 위치에 배치되고 스폿 용접으로 결합되므로 나선형 보강부재(11)(12)의 조립이 간편하고 종방향 보강부재(14)를 브릿지(13a)의 간격 유지부(133)에 형성된 구멍(133a)으로 관통시켜 조립한 상태에서 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)를 신장시키면서 미리 결정된 피치(p)로 브릿지(13a)에 종방향 보강부재(14)를 용접시킴으로써 조립을 용이하게 할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 대구경 콘크리트관용 보강재의 다른 실시예를 나타낸 평면도이다.
이상에서는 종방향 보강부재(14)가 브릿지(13)(13a)를 관통하도록 관의 길이방향으로 배치되는 실시예에 대해 설명하였지만, 도 4의 (가)에서와 같이 종방향 보강부재(14)는 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)를 모두 관통하여 제1,2 나선형 보강부재(11)(12)의 각 나선을 연결하도록 또는 (나), (다)에서와 같이 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12) 중 어느 하나만을 관통하도록 설치될 수 있다. 이렇게 본 발명에 따르면 보강재의 전체 두께를 증가시키지 않고도 콘크리트관의 보강에 필요한 보강재의 량을 적절히 조절할 수 있다. 도면에 제시된 종방향 보강부재(14)의 배치 간격 및 개수는 예시적인 것으로 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
도 5는 나선형 보강부재의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
앞서 설명한 실시예들에서 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)의 단면은 장변과 단변의 비가 6:1~8:1 정도인 직사각형 형상으로서 장변이 나선의 중심을 향하도록 감아 외압에 효과적으로 저항하도록 단면을 효율적으로 이용하였다. 일반적으로 휨 내력을 받는 부재는 휭단면에 걸쳐 그 강도가 변화하기 때문에 단면의 응력이 최대로 되는 부분에서만 재료의 효율을 최대로 발휘하게 되므로 재료의 대부분은 허용응력보다 훨씬 낮은 수준의 힘을 지탱하며 결과적으로 재료를 비효율적으로 사용하는 것이 된다. 즉, 중립축에 인접한 단면중앙부의 재료는 응력 미달상태이기 때문에 재료를 충분히 활용되지 못하고 있으며 하중은 단면 내의 상단부 및 하단부의 재료에 의하여 지지된다. 따라서 이 부분의 재료를 들어내어 부족한 부분을 보강해 준다면 효율을 높일 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 제1, 2 나선형 보강부재(11)(12)의 단면을 (가)에서와 같이 'I'자형으로 또는 (나)에서와 같이 'ㄷ'자형으로 구성하여 단면을 더욱 효율적으로 이용할 수 있도록 하였다. 또한, 제1 나선형 보강부재(11)와 제2 나선형 보강부재(12)를 직사각형 단면, 'I'자형 단면 또는 'ㄷ'자형 단면을 조합하여 구성할 수 있음은 물론이다.
한편, 이상에서는 본 발명이 대구경 콘크리트관에 적용되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 조립철근으로 보강되는 중공을 갖는 원형 단면의 각종 콘크리트관, 예를 들어 전주, PHC말뚝 등에도 이용될 수 있음은 물론이다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으면 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 제1 나선형 보강부재
12: 제2 나선형 보강부재
13, 13a: 브릿지
131: 피복두께 유지부
132: 제2 나선형 보강부재 삽입용 중공부
133: 간격 유지부
134: 제1 나선형 보강부재 삽입용 중공부
14: 종방향 보강부재

Claims (6)

  1. 두께에 비해 폭이 큰 단면 형상의 부재를 일정한 피치와 동일한 반경을 갖고 폭이 반경방향을 향하도록 나선형으로 감은 제1 나선형 보강부재;
    제1 나선형 보강부재와 동일한 피치를 가지면서 더 큰 반경을 갖도록 두께에 비해 폭이 큰 단면 형상의 부재를 일정한 피치와 동일한 반경을 갖고 폭이 반경방향을 향하도록 나선형으로 감은 제2 나선형 보강부재;
    제1 나선형 보강부재와 제2 나선형 보강부재가 일정한 간격을 갖고 동심원상으로 위치하도록 서로 연결하는 다수 개의 브릿지; 및
    나선형 보강부재의 원주방향을 따라 일정한 간격을 두고 브릿지와 결합되도록 길이방향으로 설치된 다수 개의 종방향 보강부재;를 포함하는 것을 특징으로하는 대구경 콘크리트관용 보강재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1, 2 나선형 보강부재는 장변과 단변을 갖는 직사각형 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트관용 보강재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제1, 2 나선형 보강부재는 'I'자형 또는 'ㄷ'자형 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 콘크리트관용 보강재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    브릿지는,
    일정한 두께와 폭을 갖는 강판을 절곡 성형하여 피복두께 유지부, 제2 나선형 보강부재 삽입용 중공부, 간격 유지부 및 제1 나선형 보강부재 삽입용 중공부가 순차적으로 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 대구경 콘크리트관용 보강재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    종방향 보강부재는 제1 나선형 보강부재와 2 나선형 보강부재의 폭을 이루는 면을 관통하도록 더 결합된 것을 특징으로 하는 대구경 콘크리트관용 보강재.
  6. 청구항 1에 있어서,
    종방향 보강부재는 제1 나선형 보강부재 또는 2 나선형 보강부재의 폭을 이루는 면을 관통하도록 더 결합된 것을 특징으로 하는 대구경 콘크리트관용 보강재.
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