KR101290175B1 - 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법 - Google Patents

Abstract

FRP 와이어를 이용하여 기둥구조물에 다층으로 FRP 와이어 자켓을 형성시켜 보다 효과적으로 기둥구조물을 보강할 수 있도록 한 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법이 개시된다. 상기 방법은 상기 제 1층의 FRP 와이어 쟈켓(A1)에 반복하여 다층의 FRP 와이어 쟈켓을 기둥구조물에 형성시키는 단계; 및 상기 다층의 FRP 와이어 쟈켓중 최외곽측의 FRP 와이어 쟈켓(A2)에 에폭시를 도포하는 단계를 포함한다.

Description

다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법{Seismic Retrofit of Reinforced Concrete Columns Using Multi-Layers of FRP Wires Jackets}

본 발명은 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 FRP 와이어를 이용하여 기둥구조물에 다층으로 FRP 와이어 자켓을 형성시켜 보다 효과적으로 기둥구조물을 보강할 수 있도록 한 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법에 대한 것이다.

내진성능을 충분히 보유하고 있지 않은 철근콘크리트 기둥은 내진보강이 필요하다.

현재 사용되고 있는 내진보강 기법은 사용하는 재료와 재료의 형태에 따라서 특성이 다르다.

대표적으로 사용하는 재료는 강재는 강판과 강재 띠를 사용하고 있으며, 복합재료(FRP, Fiber Reinforced Plastic)의 경우에는 FRP sheet를 이용한다. 최근에는 형상기억합금 와이어를 이용한 보강기법이 소개되기도 했다.

철근콘크리트 기둥에 어떠한 재료의 부재를 부착하여 내진성능을 개선하기 위한 기법에서 가장 결정적인 요소는 부재를 기둥의 표면에 완전하게 밀착시키는 것이다. 이를 위해서 각재료는 특성에 따라서 아래와 같은 기법을 사용하고 있다.

먼저 강판 부착기법이 소개되어 있는데 이는 강판을 용접하여 틈이 있게 기둥에 부착하고 기둥과 강판 사이에 충진재를 이용하여 채워서 강판과 기둥표면을 완전밀착시키는 공법이다.

또한 기둥외부에 그라우팅하는 공법도 소개되어 있는데 그라우팅 공정은 시공이 불펴나고 기둥의 단면증가를 가져와 외관이 좋지 않으며, 단면증가로 인한 기둥의 강성 및 특성변화로 내진에 대한 기둥의 특성이 변화하여 설계에 어려움이 있다.

또한 강재 띠 부착 기법은 강재 띠를 간단한 장치를 이용하여 손쉽게 부착할 수 있으며, 기둥의 모양에 크게 구애받지 않고 시공을 할 수 있는 장점이 있다. 또한 그라우팅에 의한 강판부착과 같이 구조물의 특성변화가 없어 설계가 용이하다. 그러나 강재 띠를 설치하면 외관이 좋지 않고, 띠의 연결부재의 내구성 등이 문제가 될 수 있다.

또한 FRP 쉬트(Sheet) 부착기법에 있어 FRP 쉬트는 압축에 대한 저항은 없고 인장에 대해서만 저항하므로 이를 콘크리트 기둥에 부착 시 완전하게 팽창시켜 부착하는 것이 매우 중요하다.

일반적으로 에폭시를 이용하여 부착하는 경우 완전팽창이 이루어지지 않아 보강효과가 저감될 수 있다.

이를 방지하기 위해서 FRP 쉬트에 기긴장(prestressing)을 도입하여 시공하는 기법들이 소개되고 있다. 그러나 FRP sheet를 긴장하여 콘크리트 표면에 부착하기 위해서는 큰 장비가 필요하다. 이러한 장비의 사용은 교량 또는 건물의 현장여건에 따라서 사용이 불가할 수 있으며, 시공에 제한을 받을 수 있다.

나악 보강섬유를 기둥 구조물에 감고, 감겨진 보강섬유를 레진 등과 같은 경화수지를 입혀 굳게 함으로서 기둥구조물을 보강할 수 있는 공법에 있어, 육상은 물론 수중에 시공된 교각 또는 우물통과 같은 기둥구조물의 형식, 단면 형상, 크기 등에 구애받지 않고서도, 효율적으로 보강섬유를 기둥 구조물에 감을 수 있는 수단도 개시된 바 있는데 이를 도시한 것이 도 1이다.

즉, 도 1은 종래의 보강섬유를 이용한 보강장치(10)의 경우 하나 혹은 다수의 권선기(1)를 탑재한 회전프레임(2)과 상승프레임(3) 자체를 회전 및 상승시키면서 보강대상 구조물(4)에 와이어 형태의 보강섬유를 감도록 되어있다.

하지만 경화수지를 입히는 방식과 관련하여 단순히 함침시키는 방법으로는 원하는 기둥구조물 보강에 큰 효과가 없다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 FRP 와어와와 경화수지를 이용하여 기둥구조물을 보강하되 보다 효과적인 보강효과와 시공방법을 제공하도록 하여 실제 적용가능한 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법제공을 제공하고자 하는 기술적 과제로 한다.

이를 위해 본 발명은

먼저, FRP 와이어를 기둥구조물 표면에 고정시킨 후, 수회를 감고, 이 부분을 강력접착제를 사용하여 접착을 시킨다. 이렇게 접착된 FRP 와이어는 기둥에 부착되어 있으므로 더이상 고정점이 필요없다.

다음으로는 FRP 와이어를 소정의 길이까지 감아서 기둥구조물에 부착시킨다. 이 때, FRP 와이어의 완전한 부착을 위해서 긴장력을 주면서 감아야 한다.

다음으로는 소요의 높이까지 FRP 와이어를 감은 후, 긴장력이 도입된 상태에서, 상단 10 mm 정도를 강력접착제로 FRP 와이어를 부착한다. 부착한 후 긴장력을 제거하고 와이어를 절단하면, 와이어는 기둥 표면에 부착되어 있으며, 긴장력을 도입하여 감았기 때문에 완전한 밀착이 가능하게 된다.

다음으로 FRP 와이어는 하단과 상단에만 강력접착제로 부착되어 있고, 나머지 부분에는 접착제를 도포하지 않은 상태가 된다.

다음으로 다시 FRP 와이어를 감게 되는데 이는 위에서 살펴본 방법을 반복하게 된다.

이에 다층의 FRP 와이어 자켓을 기둥구조물에 형성할 수 있다.

마지막으로 다층의 FRP 와이어 자켓을 기둥구조물에 형성시킨 후에는 다층최외층에는 전면에 걸쳐 에폭시를 도포하여 FRP 와이어사이를 부착한다. 이러한 기법은 와이어가 파단되는 경우 와이어의 풀림을 방지하여 계속적으로 기둥에 구속효과를 유지할 수 있도록 해서 기둥의 내진성능 향상에 크게 기여할 수 있게 된다.

이에 본 발명은

FRP 와이어의 일단부를 기둥구조물 표면에 접하도록 하고 수회 기둥구조물을 FRP 와이어가 감싸도록 한 후, 강력 접착제에 의하여 기둥구조물 표면에 FRP 와이어를 고정시키는 제 1단계; 상기 FRP 와이어를 기둥구조물 표면에 상방으로 소정의 높이까지 긴장력을 주면서 감는 제 2단계; 및 상기 FRP 와이어의 타단부를 강력접착제로 기둥구조물 표면에 부착시켜 기둥구조물에 제 1층의 FRP 와이어 쟈켓(A1)을 형성시키는 단계;

상기 제 1층의 FRP 와이어 쟈켓(A1)에 상기 제 1,2,3단계를 반복하여 다층의 FRP 와이어 쟈켓을 기둥구조물에 형성시키는 단계;

상기 다층의 FRP 와이어 쟈켓중 최외곽측의 FRP 와이어 쟈켓(A2)에 에폭시를 도포하는 단계를 포함하는 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법을 제공한다.

또한 바람직하게는

상기 최외곽측의 FRP 와이어 쟈켓(A2)에 에폭시를 도포하는 단계에 의하여 각 층의 FRP 와이어 자켓을 구성하는 FRP 와이어는 기둥구조물쪽에 에폭시가 도포되지 않은 층과 이들을 긴장력으로 감싸고 있는 에폭시가 도포된 층으로 구분되도록 하는 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법을 제공한다.

또한 바람직하게는

상기 FRP 와이어는 1-3 mm 직경으로 형성된 와이어 형태로서 인력으로 긴장력을 도입하여 기둥구조물에 감아질 수 있도록 하는 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법을 제공한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 사용되는 FRP 와이어는 인장강성이 크지 않아 인력에 의해서도 긴장시킬 수 있어 기둥을 감는 과정에서 용이하게 긴장력을 도입할 수 있다. 따라서 기존의 FRP sheet 긴장과 같이 대형장비가 없이도 시공이 가능하다.

또한 FRP 와이어 감는 과정에서 고정을 강력접착제를 이용해서 하기 때문에 기둥표면에 앵커 등 고정을 위한 장치를 설치할 필요가 없으며, 이로 인한 기둥표면 손상발생을 방지할 수 있다.

또한 FRP 와이어 자켓 최외층에 에폭시를 도포하게 되면, 각 와이어 링은 상호간에 간섭작용이 있어 하나의 하나의 링이 파단되어도 와이어 전체가 풀리는 현상이 발생하지 않으며, 지속적으로 기둥에 구속효과를 발생시킬 수 있다. 이러한 에폭시 도포는 와이어 자켓을 튜브와 같이 기능하도록 만드는 중용한 요소이다.

또한 FRP 와이어는 소재가 기존의 FRP sheet와 같기 때문에 가격이 고가가 아니므로 시공 시 경제성이 있다.

도 1은 종래 FRP 와이어를 기둥구조물에 감는 와이딩 수단 사시도,
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e는 본 발명에 의한 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법의 순서도,.
도 3은 본 발명에 의한 실험사진이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

[제 1단계]

먼저, 도 2a와 같이 보강대상 구조물을 확인할 수 있는데 이러한 보강대상구조물은 기둥구조물(100)이라 할 수 있다.

이러한 기둥구조물(100) 표면에 본 발명의 FRP 와이어(200)가 감아지도록 시공하게 된다.

상기 FRP 와이어(200)는 지름이 1 mm 이하로 아주 작은 것부터 5 mm 이상의 큰 것까지 다양한 형태로 제작되고 있다. 철근콘크리트 기둥 보강에 사용할 수 있는 FRP 와이어는 연성이 충분하여 기둥에 감을 수 있는 지름이 적합하므로, 1-3 mm 직경이 적절하다고 판단된다.

이러한 FRP 와이어의 특성은 FRP 판 또는 쉬트와 같이 응력-변형율 곡선이 선형으로 거동하고, 파단되는 특성을 보인다.

이에 상기 FRP 와이어(200)의 일단부(S1)를 기둥구조물 표면에 접하도록 하고 수회 기둥구조물(100)을 FRP 와이어(200)가 감싸도록 한 후, 강력 접착제에 의하여 기둥구조물(100) 표면에 FRP 와이어(200)를 고정시키게 된다.

이는 FRP 와이어(200)의 일단을 고정점으로 하여 추가적인 FRP 와이어(200)의 와인딩 작업이 용이하도록 하기 위함이다.

[제 2단계]

다음으로 도 2b와 같이 상기 FRP 와이어(200)를 기둥구조물(200) 표면에 상방으로 소정의 높이까지 감게 된다. 이때 상기 FRP 와이어(200)는 긴장력(P)을 주면서 감도록 하게 되며 이는 인력으로 할 수도 있고 도 1과 같은 장치를 이용해도 상관은 없다.

중요한 것은 긴장력을 준다는 것인데 이러한 긴장력은 FRP 와이어(200)를 기둥구조물에 압착되도록 하고 FRP 와이어(200)의 복원력에 의하여 감아진 상태가 풀어지는 현상이 발생하지 않도록 하기 위함이다.

[제 3단계]

다음으로 도 2c와 같이 FRP 와이어(200)를 소요 높이까지 긴장력을 이용하여 감은 후에는 FRP 와이어(200)의 타단부(S2)를 강력접착제로 기둥구조물(100) 표면에 부착시키게 된다.

이에 이러한 부착 상태에서 FRP 와이어(200)를 절단하게 되면 와이어는 긴장력에 의하여 기둥구조물에 부착된 상태를 유지하게 된다.

이와 같이 제 1,2,3단계에 의하여 1층의 FRP 와이어(200) 자켓이 설치되는데 이러한 상태에서는 FRP 와이어(200)의 일단 및 타단만 기둥구조물에 부착된 상태가 되고 일단 및 타단 사이의 FRP 와이어(200)는 에폭시가 도포되어 있지 않은 상태가 되며 단순히 긴장력만 도입된 상태이다.

[제 4단계]

다음으로 도 2d와 같이 상기 1층의 FRP 와이어(J1) 자켓에 다시 상기 제 1,2,3단계를 거쳐 2,3층의 1층의 FRP 와이어 자켓(J2,J3---Jn)을 다층 형성시키게 된다.

[제 5단계]

다음으로 도 2e와 같이 최종 FRP 와이어(200) 자켓을 다층 형성시킨 후에는 최외층의 FRP 와이어(200) 자켓에 에폭시(300)를 도포하게 된다. 이러한 에폭시는 최외층의 FRP 와이어(Jn)와 내측 FRP 와이어(Jn-1) 일부를 함침시키는 효과를 가지게 된다.

이에 본 발명에 있어 FRP 와이어 자켓(J)을 구성하는 FRP 와이어(200)는 기둥구조물쪽에 에폭시가 도포되지 않은 층과 이들을 긴장력으로 감싸고 있는 에폭시가 도포된 층으로 구분됨을 알 수 있으며, 상기 에폭시가 경화되면 에폭시가 도포되지 않은 층을 에폭시가 도포된 층이 일종의 튜브로서 구속(튜브구속효과)할 수 있게 됨을 알 수 있다.

이에 하중 작용에 의하여 기둥구조물에 접하여 설치된 FRP 와이어(200) 중 일부가 파단된다 할지라도 상기 튜브구속효과에 의하여 FRP 와이어(200)의 풀림현상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 최외곽측의 FRP 와이어 쟈켓(300)은 일종의 보호층으로 기둥구조물로 침투하는 물을 완벽하게 차단할 수 있기 때문에 유지관리 측면에서도 매우 유리하게 된다.

도 3은 특히 본 발명에 의한 튜브구속효과에 의한 기둥구조물 보강작용을 확인하기 위한 실험사진인데, 상기 FRP 와이어 자켓(A2)가 최외곽측에 형성되어 기둥구조물의 튜브구속효과를 가질 수 있게 확인할수 있게 된다.

100: 기둥구조물
200: FRP 와이어
300: FRP 와이어 쟈켓

Claims (3)

1. FRP 와이어(200)의 일단부를 기둥구조물 표면에 접하도록 하고 수회 기둥구조물(100)을 FRP 와이어(200)가 감싸도록 한 후, 강력 접착제에 의하여 기둥구조물(100) 표면에 FRP 와이어(200)를 고정시키는 제 1단계; 상기 FRP 와이어(200)를 기둥구조물(200) 표면에 상방으로 소정의 높이까지 긴장력을 주면서 감는 제 2단계; 및 상기 FRP 와이어(200)의 타단부를 강력접착제로 기둥구조물(100) 표면에 부착시켜 기둥구조물에 제 1층의 FRP 와이어 쟈켓(A1)을 형성시키는 단계;
   상기 제 1층의 FRP 와이어 쟈켓(A1)에 상기 제 1,2,3단계를 반복하여 다층의 FRP 와이어 쟈켓을 기둥구조물에 형성시키는 단계;
   상기 다층의 FRP 와이어 쟈켓중 최외곽측의 FRP 와이어 쟈켓(A2)에 에폭시를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 최외곽측의 FRP 와이어 쟈켓(A2)에 에폭시를 도포하는 단계에 의하여 각 층의 FRP 와이어(200) 자켓을 구성하는 FRP 와이어(200)는 기둥구조물쪽에 에폭시가 도포되지 않은 층과 이들을 긴장력으로 감싸고 있는 에폭시가 도포된 층으로 구분되도록 하는 것을 특징으로 하는 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 FRP 와이어는 1-3 mm 직경으로 형성된 와이어 형태로서 인력으로 긴장력을 도입하여 기둥구조물에 감아질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법.

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