KR101313568B1 - Frp 보강근으로 보강된 콘크리트 빔을 이용한 파도에너지 소산용 소파구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 섬유보강폴리머(Fiber Reinforced Polymer/"FRP")를 이용하여 봉형상으로 제작된 FRP 보강근이 콘크리트 내에 배근되어 보강된 콘크리트 빔이 격자 형태로 배치된 구성을 가지고 있어서, 운반 및 설치가 용이할 뿐만 아니라, 염해에 대해서도 우수한 내구성을 보이면서도, 내습하는 파도의 에너지를 효과적으로 줄일 수 있는 FRP 보강근으로 보강된 콘크리트 빔을 이용한 파도에너지 소산용 소파구조물에 관한 것이다.
본 발명에서는 횡방향으로 간격을 두고 배치되는 격벽(2)과, FRP 보강근으로 보강된 콘크리트 빔부재로 이루어지며, 상기 격벽(2)의 정면에서 횡방향으로 배치되어 복수개의 격벽(2) 사이에 걸쳐져 배치되는 복수개의 소파빔(1)으로 이루어져서, 내습하는 파도가 상기 소파빔(1)과 충돌하여 파쇄되어 에너지를 소산하게 되는 것을 특징으로 하는 소파구조물가 제공된다.

Description

FRP 보강근으로 보강된 콘크리트 빔을 이용한 파도에너지 소산용 소파구조물{Wave Break Structure using Concrete Beam reinforced by FRP re-bar}

본 발명은 내습하는 파도의 에너지를 소산시키기 위한 소파구조물에 관한 것으로서, 구체적으로는 섬유보강폴리머(Fiber Reinforced Polymer/"FRP")를 이용하여 봉형상으로 제작된 FRP 보강근이 콘크리트 내에 배근되어 보강된 콘크리트 빔이 격자 형태로 배치된 구성을 가지고 있어서, 운반과 설치, 그리고 일부 교체와 재시공이 용이할 뿐만 아니라, 염해에 대해서도 우수한 내구성을 보이면서도, 내습하는 파도의 에너지를 효과적으로 줄일 수 있는 FRP 보강근으로 보강된 콘크리트 빔을 이용한 파도에너지 소산용 소파구조물에 관한 것이다.

항구내 선박 보호를 위한 정온화를 위해 방파제를 구축함에 있어서, 종래에는 방파제의 주변에 콘크리트로 제작된 테트라포드를 배치하였다. 대한민국 공개특허공보 제10-2008-91642호에는 테트라포드를 이용한 방파제의 일예가 개시되어 있다.

이러한 테트라포드는 일반 콘크리트 구조물과 달리 철근 등으로 보강되지 않은 무근 콘크리트로 제작되며, 파도로 인해 위치가 변동되지 않도록 하기 위하여 약 30 내지 100톤의 무게를 가지는 대규모로 제작되는 것이 일반적이다. 그렇기 때문에 테트라포드는 운반과 설치, 그리고 일부 교체와 재시공에 상당한 애로사항이 있다.

최근에는 대규모 태풍이 빈번하게 발생하고 있고 이로 인하여 방파제로 내습하는 파도의 규모가 커지고 있으며, 그에 따라 테트라포드의 파손이나 유실이 자주 생기게 되는데, 테트라포드는 파손되거나 유실되는 경우, 이를 교체하거나 재시공하는 것이 매우 어렵다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-91642호(2008. 10. 14. 공개) 참조.

본 발명은 위와 같이 방파제의 주변에는 콘크리트로 제작된 테트라포드를 배치하는 구성을 가지는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 내습하는 파도가 가지는 에너지를 효과적으로 소산시킬 수 있으면서도, 운반 및 설치가 용이하며, 그에 따라 파손이나 유실 발생시에도 신속하게 그리고 적은 비용으로 보수 및 보강할 수 있는 소파구조물을 제공하는 것을 근본적인 목적으로 하고 있다.

특히, 본 발명은, FRP 보강근을 배근하여 보강한 콘크리트 부재를 사용하여 소파구조물을 구축함으로써, 부식에 의한 내구성 저하의 우려가 없는 소파구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 횡방향으로 간격을 두고 배치되는 격벽과, FRP 보강근으로 보강된 콘크리트 빔부재로 이루어지며, 상기 격벽의 정면에서 횡방향으로 배치되어 복수개의 격벽 사이에 걸쳐져 배치되는 복수개의 소파빔으로 이루어져서, 내습하는 파도가 상기 소파빔과 충돌하여 파쇄되어 에너지를 소산하게 되는 것을 특징으로 하는 소파구조물이 제공된다.

이러한 본 발명의 소파구조물에서, 격벽에는 오목홈이 형성되어 있어, 상기 오목홈에 상기 소파빔이 배치되고; 상기 격벽 위치에서, 오목홈에 놓인 소파빔을 덮도록 결합덮개가 격벽에 조립결합됨으로써, 상기 소파빔이 격벽에 고정되는 구조를 가질 수 있다.

또한 이러한 본 발명의 소파구조물에서, 격벽은 넓이 방향으로 복수개의 분할편이 되도록 분할되어 있고; 상기 분할편 사이에는 소파빔이 배치된 상태에서, 분할편끼리 다시 일체 조립됨으로써, 격벽의 넓이 방향으로 소파빔이 복수개의 겹층을 이룬 상태로 설치되어 있는 구성을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 소파구조물은, FRP 보강근에 의해 보강된 소파빔을 이용하고 있으므로, 파도가 내습하게 되면, 파도로부터 가해지는 힘에 의해 소파빔은 휨변형을 일으키게 되고, 그 과정에서 파도가 가지는 에너지가 소모되어 파도의 충격에너지가 소산된다.

또한 본 발명에서 소파빔은 콘크리트의 보강을 위하여 FRP 보강근을 이용하는데, 이러한 FRP 보강근은 부식의 위험이 전혀 없으므로 내구성이 우수하고, 부식 위험이 없으므로 FRP 보강근이 해수에 노출되어도 무방하며, 소파빔이 완전히 파손된 경우를 제외하고, 단순한 균열발생 등과 같은 사소한 손상이 발생한 경우에는 교체하지 않고 계속 사용할 수 있게 되는 장점을 가진다.

또한 본 발명에서 소파빔은 FRP 보강근으로 보강되므로, 경량의 부재로 만들어질 수 있고, 따라서 운송 및 취급이 용이하게 되어, 소파구조물을 필요한 장소에 신속하고 용이하게 설치할 수 있게 된다.

더 나아가, 본 발명에 따른 방파제는 위와 같은 소파빔이 복수개로 격벽에 조립 결합되는 구성을 가지므로, 사용 중에 일부 소파빔이 파손되더라도 해당 소파빔만을 용이하게 분리하여 교체하여 재시공할 수 있으며, 따라서 보수 보강 및 유지관리가 매우 쉬워진다.

그 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 소파구조물에서는 설치될 소파빔을 용이하게 증감시킬 수 있으므로, 필요한 정도에 맞게 소파구조물의 규모를 조정하는 것이 매우 용이하며, 설치된 후에도 소파빔의 개수를 증감시키는 것이 가능하므로, 내습되는 파도의 크기뿐만 아니라, 기후변화로 인한 태풍이나 파도의 크기에 효과적으로 대응할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 소파구조물의 개략적인 사시도이다.
도 2는 소파빔을 조립하여 본 발명에 따른 소파구조물을 구축하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1의 선 A-A에 따른 횡방향의 개략적인 단면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 단부가 확장된 형상을 가지는 소파빔을 이용하여 제작된 본 발명의 소파구조물를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 소파구조물을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 6에 도시된 소파구조물을 조립하는 과정을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 9는 도 6의 선 C-C에 따른 횡방향의 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명의 제1실시예에 따른 소파구조물(10)의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 2에는 소파빔(1)을 조립하여 본 발명에 따른 소파구조물(10)을 구축하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 1의 선 A-A에 따른 횡방향의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 소파구조물(10)은, 횡방향으로 간격을 두고 배치되는 격벽(2)과, 상기 격벽(2)의 정면에서 횡방향으로 배치되어 이웃하는 격벽(2) 사이에 걸쳐져 배치되는 소파빔(消波beam)(1)을 포함하여 구성된다. 참고로 본 명세서에서 "횡방향"은 소파구조물(10)이 길게 연장되는 방향 즉, 도 1의 화살표 C-C 방향을 지칭한다.

우선 격벽(2)은 두께를 가지는 판형상의 구조물로 이루어져서 횡방향으로 간격을 두고 배치된다. 도면에 도시된 실시예의 경우상기 격벽(2)의 정면 즉, 파도가 내습하게 되는 방향으로의 정면(도 1의 화살표 D 방향으로 바라본 면)은 하향경사진 형태를 가지고 있으나, 격벽(2)의 정면은 수직한 형태를 가지고 있어도 무방하므로 격벽(2)의 정면 형상에 대해서는 특별한 제한이 존재하지는 않는다.

이와 같이 격벽(2)이 횡방향으로 간격을 두고 배치된 상태에서 소파빔(1)이 횡방향으로 배치된 상태에서 복수개의 격벽(2)에 걸쳐서 상기 격벽(2)의 정면에 조립 설치된다. 상기 소파빔(1)은 콘크리트로 제작되는데, 보강을 위하여 그 내부에는 FRP 보강근이 설치되어 있다. 즉, 본 발명에서 상기 소파빔(1)은 FRP 보강근에 의해 보강된 콘크리트 빔으로 이루어지는 것이다. 따라서 본 발명에 따른 소파빔(1)은 철근으로 보강된 일반적인 콘크리트 빔보다는 더 큰 휨변위를 가지게 되며, 따라서 후술하는 것처럼 파도가 내습하여 소파빔(1)을 타격하였을 때, 소파빔(1)은 내습되는 파도의 충격에너지를 정면으로 저항하는 것이 아니라, 휨변형을 일으키면서 저항하게 되고, 따라서 파도에 대해 점진적인 저항이 가능하게 되고, 그에 따라 파도가 가지는 에너지를 효과적으로 소산시킬 수 있게 된다. FRP 보강근을 제작할 때 사용되는 섬유로는 아라미드 섬유, 탄소섬유, 강선 등의 다양한 것이 있는데, 특히 유리섬유를 이용하는 경우, FRP 보강근의 제작비용이 매우 저렴하면서도 파도 에너지 소산을 위해서는 유리한 휨성능을 발휘하므로, 본 발명에 따른 소파빔(1)의 보강을 위하여 사용되는 FRP 보강근은 유리섬유를 이용하여 제작되는 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

위와 같이 FRP 보강근에 의해 보강된 본 발명에 따른 소파빔(1)은 횡방향으로 길게 연장된 빔부재로 제작된다. 도면에서는 소파빔(1)의 단면이 원형으로 이루어진 것으로 예시되어 있으나, 소파빔(1)의 단면은 특별히 한정되지 아니하며, 타원형, 사각형 내지 기타 다각형 등과 같이 다양하게 변화될 수 있다. 또한 소파빔(1)은 도 1 내지 도 3에 도시된 것처럼 단순한 직선형 빔부재로 제작될 수 있지만, 양단부를 다양한 형태로 변형시킬 수 있다. 도 4 및 도 5에는 각각 단부가 확장된 형상을 가지는 소파빔(1)을 이용하여 제작된 본 발명의 실시예에 따른 소파구조물(10)을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 소파빔(1)의 단부를 분기하거나 또는 도면에는 도시되지 않았지만 확폭시키는 등의 변형을 가할 수 있다. 이 경우, 소파빔(1)이 격벽(2)에 설치된 상태에서 횡방향으로 힘이 작용하더라도 소파빔(1)이 횡방향으로 움직여서 격벽(2)의 오목홈(21)과 후술하는 결합덮개(3) 사이로부터 뽑히게 되는 것을 원천적으로 방지할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

본 발명에서 소파빔(1)은 앞서 설명한 것처럼 횡방향으로 놓여서 복수개의 격벽(2)에 걸쳐서 상기 격벽(2)의 정면에 설치된다. 도면에서는 하나의 소파빔(1)이 2개의 격벽(2)에 걸쳐서 배치되는 것으로 예시되어 있으나, 3개 이상의 격벽(2)에 걸쳐져도 무방하다. 소파빔(1)이 정면에 용이하게 걸쳐지도록, 상기 격벽(2)에는 오목홈(21)이 형성될 수 있다. 즉, 격벽(2)에 오목홈(21)이 형성되는 경우, 소파빔(1)이 상기 오목홈(21)에 삽입된 상태로 격벽(2)의 정면에 횡방향으로 배치되는 것이다.

격벽(2)의 정면에 소파빔(1)이 배치된 후, 격벽(2)의 위치에서 결합덮개(3)가 상기 소파빔(1)을 덮게 되고, 고정부재(31)에 의해 결합덮개(3)가 격벽(2)에 결합됨으로써, 상기 소파빔(1)은 격벽(2)의 정면에 배치된 상태로 고정된다. 상기 고정부재(31)는 앵커볼트 등으로 구성될 수 있는데, 앵커볼트의 경우, 상기 결합덮개(3)를 관통하여 격벽(2)에 박히게 되어 상기 결합덮개(3)를 격벽(2)에 고정시키게 된다. 한편, 상기 결합덮개(3)에는 상기 소파빔(1)이 끼워지도록 오목부(32)가 형성될 수 있다.

이와 같이 결합덮개(3)와 앵커부재(31)에 의해 소파빔(1)이 격벽(2)의 정면에 설치됨에 있어서, 도면에 도시된 것처럼 소파빔(1)은 격벽(2)의 경사진 정면을 따라 간격을 두고 복수개로 배치될 수 있다. 더 나아가, 횡방향으로 소파빔(1)이 설치됨에 있어서는, 도면에 도시된 것처럼 횡방향으로 이웃하는 소파빔(1) 사이에는 높이 차이가 존재하도록 설치될 수도 있다. 즉, 도면에 도시된 것처럼, 횡방향으로 볼 때, 소파빔(1)은 단속적으로 배치되어 있되, 이렇게 단속적으로 배치된 소파빔(1)은 직선을 이루는 것이 아니라 높이 차이가 존재하도록 배치되는 것이다.

한편, 하나의 격벽(2)에 위와 같이 복수개의 소파빔(1)이 간격을 두고 복수개로 배치될 때, 상기 결합덮개(3)는 하나의 부재로 이루어져서 복수개의 소파빔(1)을 동시에 덮을 수도 있고, 이 경우 복수개의 소파빔(1)을 동시에 설치할 수 있어 시공상에 유리한 점이 있다. 그렇지만 도면에 예시된 것처럼, 각각의 소파빔을 개별적으로 덮을 수 있도록 결합덮개(3)를 제작할 수도 있는데, 이 경우 파손된 소파빔만을 교체할 때 해당 결합덮개(3)에 대해서만 조립 해체 작업을 수행하면 되므로 유지보수 면에서는 더 유리하다.

도 6 및 도 7에는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 소파구조물(10)을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 6에 도시된 소파구조물(10)을 조립하는 과정을 보여주는 개략적인 사시도가 되어 있으며, 도 9에는 도 6의 선 C-C에 따른 횡방향의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

본 발명에서, 상기 소파빔(1)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예처럼 격벽(2)의 정면에만 설치될 수도 있지만, 도 6 내지 도 9에 도시된 것처럼, 격벽(2)의 중간에도 설치되어서, 소파빔(1)이 복수개의 겹층을 이룬 상태로 설치될 수도 있다.

구체적으로 도 6에 도시된 것처럼, 격벽(2)을 넓이 방향으로 분할하여 복수개의 분할편으로 만들고, 각 분할편 사이에 소파빔(1)을 배치한 후, 분할편끼리 다시 일체 조립하게 되면, 도 6 내지 도 7, 그리고 도 9에 도시된 것처럼, 격벽(2)의 넓이 방향으로 소파빔(1)이 복수개의 겹층을 이룬 상태로 설치될 수 있는 것이다. 격벽(2)의 분할편을 서로 결합하는 방식은 마치 격벽(2)에 결합덮개(3)를 결합하는 것과 마찬가지로 길이가 긴 앵커볼트와 같은 고정부재를 이용할 수 있다. 예를 들어, 내측의 분할편에 소파빔(1)을 배치한 후, 후속하는 분할편으로 소파빔(1)을 덮은 후, 길이가 긴 앵커볼트로 덮혀진 분할편을 관통한 후, 내측의 분할편에 박히게 하는 방식으로 분할편을 서로 결합할 수 있는 것이다.

위에서 설명한 바와 같이 격벽(2)과 소파빔(1)으로 이루어진 구성을 가지는 본 발명에 따른 소파구조물(10)은, 방파제의 주변에 설치될 수도 있지만 그 자체만으로 독립적으로 설치될 수도 있다.

이러한 본 발명의 소파구조물(10)에 파도가 내습하게 되면, 파도로부터 가해지는 힘에 의해 소파빔(1)은 휨변형을 일으키게 되고, 그 과정에서 파도가 가지는 에너지가 소모되어 파도의 충격에너지가 소산된다. 특히, 소파빔(1)이 다수개로 배치되고, 더 나아가 위와 같이 겹층을 이룬 상태로 배치되는 경우, 내습하는 파도는 각 층의 소파빔(1)에 순차적으로 부딪히게 되어 파쇄되므로, 소파빔(1)에 의한 파도의 에너지 소산 효과는 더욱 향상된다.

본 발명에서 상기 소파빔(1)은 FRP 보강근에 의해 보강되어 있고, 이러한 FRP 보강근은 부식 위험이 없으므로 FRP 보강근이 해수에 노출되어도 무방하며, 소파빔(1)이 완전히 파손된 경우를 제외하고, 단순한 균열발생 등과 같은 사소한 손상이 발생한 경우에는 교체하지 않고 계속 사용할 수 있게 된다. 또한 위와 같이 소파빔(1)은 결합덮개(3)에 의해 격벽(2)에 조립되므로, 소파빔(1)에 파손이 발생하거나 기능을 상실한 경우, 결합덮개(3)를 분리하여 파손된 소파빔(1)을 용이하게 제거하고 새로운 소파빔(1)으로 대체할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 소파구조물(10)은 유지 관리 및 보수 보강이 매우 용이하게 이루어질 수 있다는 장점을 가진다.

더 나아가, 소파빔(1)은 FRP 보강근으로 보강되므로, 경량의 부재로 만들어질 수 있고, 따라서 운송 및 취급이 용이하게 되어, 소파구조물(10)을 필요한 장소에 신속하고 용이하게 설치할 수 있게 된다.

그 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 소파구조물(10)에서는 설치될 소파빔(1)을 용이하게 증감시킬 수 있으므로, 필요한 정도에 맞게 소파구조물(10)의 규모를 조정하는 것이 매우 용이하며, 설치된 후에도 소파빔(1)의 개수를 증감시키는 것이 가능하다. 즉, 미리 격벽(2)에 소파빔(1)을 설치할 수 있는 오목부를 설치해두면, 설계된 규모 이상의 파도가 내습할 것으로 예상되는 경우, 추가적으로 소파빔(1)을 더 설치하여 내습하는 파도에 효과적으로 대응할 수 있게 되는 것이다.

1: 소파빔
2: 격벽
3: 결합덮개
12: 수평판

Claims (3)

1. 횡방향으로 간격을 두고 배치되는 격벽(2)과; 유리섬유를 포함하여 만들어진 FRP 보강근으로 보강된 콘크리트 빔부재로 이루어지고, 상기 격벽(2)의 정면에서 횡방향으로 배치되어 복수개의 격벽(2) 사이에 걸쳐져 배치되는 복수개의 소파빔(1)으로 구성되며;
   상기 격벽(2)에는 오목홈(21)이 형성되어 있어, 상기 오목홈(21)에 상기 소파빔(1)이 배치되고;
   상기 격벽(2) 위치에서, 오목홈(21)에 놓인 소파빔(1)을 덮도록 결합덮개(3)가 격벽(2)에 조립결합됨으로써, 상기 소파빔(1)이 격벽(2)에 고정되는데, 상기 결합덮개(3)는 각각의 소파빔(1)을 개별적으로 덮어서 고정하며;
   횡방향으로 이웃하는 상기 소파빔(1) 사이에는 높이 차이가 존재하고;
   상기 소파빔(1)이 상기 격벽(2)에 설치된 상태에서 횡방향으로 힘이 작용하더라도 소파빔(1)이 횡방향으로 뽑히지 않도록 상기 소파빔(1) 각각의 단부는 확폭되어 있으며;
   상기 격벽(2)은 넓이 방향으로 복수개의 분할편이 되도록 분할되어 있고;
   상기 분할편 사이에는 소파빔(1)이 배치된 상태에서, 분할편끼리 다시 일체 조립됨으로써, 격벽(2)의 넓이 방향으로 소파빔(1)이 복수개의 겹층을 이룬 상태로 설치되어 있는 구성을 가지고 있어서,
   내습하는 파도가 상기 소파빔(1)과 충돌하여 파쇄되어 에너지를 소산하게 되는 것을 특징으로 하는 소파구조물.
   
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