KR101382368B1 - 고인장력 섬유를 이용한 ｒｃ 구조물 보-기둥부의 내진 보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물의 내진 보강공법, 특히 건축물 기둥의 내진 보강공법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 내진보강 시공방법에 의하면, 보강내력의 확보와 연성능력의 증대로 다음가 같은 국가 중요 시설물 및 민간기업의 중요생산 건축물 및 시설물, 다중이용 시설 및 공동주택의 내진 보강에 대하여 광범위하게 적용이 가능하며 보강된 부위는 아라미드 섬유의 화학적 안정성과 내후성으로 특별한 유지 보수의 필요가 없이 반영구적으로 사용이 가능함으로써 지진으로 인한 인명과 재산 피해 저감에 크게 기여할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

Description

고인장력 섬유를 이용한 ＲＣ 구조물 보-기둥부의 내진 보강공법{A process for aseismatic reinforcement of concrete structure}

본 발명은 구조물의 내진 보강공법, 특히 건축물 기둥의 내진 보강공법, 구체적으로 고인장력 섬유를 이용한 RC 구조물 보-기둥부의 내진 보강공법에 관한 것이다.

우리나라는 중국, 러시아 등을 포함하는 유라시아판의 동쪽 가장자리 내륙에 위치하고 있어, 환태평양 지진대에 위치하는 주변국보다는 지진으로부터 비교적 안전한 지역으로 인식되고 있으나, 최근에 지진의 발생빈도가 높아지고 있는 실정이다.

우리나라에서 지진을 관측한 것은 1905년부터이나, 체계적인 지진 관측을 실시한 것은 1978년부터이며 1978년부터 2006년까지 우리나라에서 발생한 지진은 총 728회로서 연평균 24회 정도 발생하고 있다. 이 중에서 사람이 느낄 수 있는 유감지진(규모 3.0이상)은 264회로 연평균 9회(남한지역 6회)가 발생하였고, 규모 4.0이상 지진은 총 35회로 연평균 1.2회(남한지역 1회)가 발생하고 있음. 또한, 1978년 이후 건물에 피해를 줄수 있는 지진(규모 5.0이상)은 총 5회(남한지역 3회)가 발생하였다. 이와 같이 최근 들어 지진이 자주 일어난다는 점에서 이제 한반도가 지진에 안전하지 않다는 주장이 학계에서 강하게 주장되고 있다

한편, 2004년 12월 26일 인도네시아 수마트라(Sumatra)섬 인근 해역에서 발생한 규모 9.0의 해저지진으로 인한 지진 해일로 인도네시아, 태국, 스리랑카 등에서 28만 여명의 인명피해가 발생한 지진재해를 포함하여 최근 한반도 밖에서 대규모 지진들이 발생함에 따라 우리나라도 지진에 대한 대비 필요성이 제기되고 있다.

또 우리나라에서는 1990년 건축법에 내진관련 규정을 적용한 이래 내진관련 규정을 수정하여 왔으며 2005년 내진 관련 규정을 현실화 및 강화하여 개정하였다. 이러한 내진설계규정은 신축 건물에 적용되고 있으므로, 내진설계규정의 도입이전에 건설된 건물은 지진에 대한 영향을 고려하지 않은 채 설계, 시공되었을 뿐만 아니라 공용 년수의 증가에 따라 열화 손상이 많이 진행되어 내진 성능을 제대로 발휘하지 못할 것으로 사료된다. 내진설계가 반영되지 않은 건물의 비율은 전체 건물 대비 약 80%로 상당히 많은 것으로 조사되었다.

이러한 건물에 예상치 못한 지진이 발생할 경우 붕괴 및 파손으로 인한 직접적인 피해뿐만 아니라 재건설에 따른 경제, 사회적 손실을 막대할 것을 예상된다. 특히 국가 중요시설물의 경우 피해가 발생하였을 경우 국가 전반에 미치는 경제적 사회적 손실이 막대하게 된다.

이에 소방방재청은 "자연재해대책법"에 규정되어 있는 지진관련 규정을 보완 "지진재해대책법"을 입안하여, 국가 중요시설물에 대하여 내진설계기준에 적합하도록 내진보강을 추진하고 있으며, 민간소유 시설물에 대하여는 내진평가와 이에따른 보강이나 보완을 권장하도록 하고 있어 기존 건축물 및 시설물에 대한 내진보강방법에 대하여 다양한 연구가 필요한 시점이다.

내진보강공법은 신축건물에 적용하는 내진설계 방법과 달리 기존의 건축물 또는 시설물에 보강을 해야하므로 사용성에 대한 고려, 경제성에 대한 고려 시공성에 대한 고려가 필요하며 기존 건축물과 시설물에 대한 특수성을 고려하여 적절한 공법을 선택할 필요가 있다.

기존 건축물이나 시설물의 내진보강방법으로는 강성을 증대하는 공법, 연성을 증대하는 공법 또는 강성과 연성을 동시에 증대시키는 공법이 있으며 이중 보편적으로 채택하고 있는 공법은 연성을 증대시키는 공법으로서 연성을 증대시키는 방법으로는 기존 건축물 또는 시설물에 같은 부재를 사용하여 부재 단면적을 증가하여 보강하는 방법과 보강재 피복공법이 있다.

부재 단면적을 증대시키는 공법은 현장여건상 단면적을 증가시킬 수 없는 여건이 많으며, 공사기간이 소요되는 단점이 있으며, 보강재 피복공법의 일종인 철판을 이용하여 부재의 내력을 보강하는 방법은 가장 일반적인 공법임에도 불구하고 철판의 부식에 대한 문제, 하중증가에 대한 문제,시공성의 문제들을 해결해야 한다.

최근에는 보강재 피복공법으로서 고강도 섬유를 건축물 및 시설물에 보강하는 공법에 대한 다양한 연구가 진행되고 새로운 공법이 개발되고 있다. 지진에 대한 대비를 가장 잘하고 있는 일본에서는 지하철 터널 및 교량의 교각부에 대한 내진 보강에 고강도 섬유인 아라미드 섬유시트를 부재에 부착하는 부착공법을 내진구조보강에 매우 유효한 공법으로 채택하고 있으나, 아라미드 섬유시트를 부재에 부착하는 부착공법은 기존의 구조 및 시설물에 의해 휘어 감기가 어려운 부분이 있고, 장시간 경과된 구조물의 경우 콘크리트표면이 열화되어 콘크리트 계면 탈락으로 인하여 보강내력을 완전히 발휘할 수 없다는 단점이 있어 이에 대한 보완 방법들이 필요하게 되었다.

일정규모 이상의 지진이 발생하면 학교 및 병원 등의 다중이용시설에서 커다란 인명피해가 발생할 수 있으며 전력시설물, 통신시설물 등은 피해로 엄청난 경제적 손실을 발생키킬 수 있으며 위험물 취급 시설물은 2차적으로 화재 등을 발생위험이 있어 2차적으로 인명 및 재난 손실을 발생시킬 수 있다. 따라서 내진설계가 반영되어 있지 않는 각종 건축물 및 중요시설물은 내진보강을 통해 내진 안전성을 확보하여야 한다.

내진보강을 하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 그 중에서도 핵심은 지진이 발생하였을 때 건물에 손상은 발생하되 붕괴되지 않도록 하는 것이며 붕괴시에도 붕괴의 징후를 볼 수 있도록 하여 충분한 대피 시간을 확보하는 것이다. 따라서 내진보강에서는 건축물 및 시설물의 연성력 확보가 매우 중요하다.

우리나라에서는 아직 지진에 대한 인식의 부족으로 내진보강이 활발하게 적용되지 않고 있으며 내진보강 사례가 많지 않으나 대부분 일반적 구조보강공법에 의존하고 있다. 구조보강공법으로는 보강재 피복보강 공법을 주로 적용하고 있으며 이러한 보강재 피복공법으로는 강판 피복공법이나 복합재료 시트로 피복하는 FRP 시트 접착공법의 적용이 증대되고 있으며 강판피복 공법은 강판이 갖는 중량 및 강성으로 인하여 현장에서의 작업이 매우 어렵고 용접을 피할 수 없게 된다. 용접 작업은 최근 2008년 1월의 이천의 화재 사고와 같이 건설 현장에서 또 다른 대형 안전사고로 이어지기도 한다.

반면 FRP 시트접착공법은 강판 피복공법에 비해 유리한 장점을 가지고 있다. 복합재료의 보강재 활용은 기존 건설구조 재료에 비해 가벼워 작업이 용이하고 고내구성, 고비강도의 우수한 재료적 특성 때문에 최근 선진국을 중심으로 보강재로 널리 사용되고 있다.

① 부재 단면 증가 공법

기존 철근콘크리트건축물 또는 구조물에 휨강도, 휨변형 능력 및 전단 강도를 보강하기 위하여 벽체, 기둥, 보에 띠 철근을 배근한 후 콘크리트를 덧씌우는 공법 법으로 공사기간이 길고 시공이 어려울 뿐만 아니라 부재의 단면적이 증가하는 단점이 있다. 단면적이 증가하면 건축 법규상의 제약(주차장기둥의 경우 주차면적 확보곤란, 외부기둥의 경우 건축선에 의한 제약 등)이 수반되며 건축물의 내부의 경우 설비와의 간섭으로 천정고가 낮아지며, 기둥 보강의 경우에는 실사용면적을 현저히 감소시킨다.

② 내진벽(shear wall)의 설치 공법

기둥과 기둥 또는 벽체 사이에 철근콘크리트 보강벽을 설치하는 경우로서 실사용상 제약이 수반되며 외벽에 구성하는 내진벽은 개구부의 설치가 어렵다. 또한 기존 설비(공조덕트 및 소화설비 등)와 간섭이 된다.

③ 강판을 이용한 보강

강판을 이용하여 필요 구조체에 덧대여 보강하는 방법으로 부재의 단면적을 크게 증가시키지 않으면서 내력을 확보할 수 있는 공법으로 부재의 강성과 균질한 재료의 특성상 가장 일반적인 보강방법이다. 부재의 무게가 무겁고, 시공이 어려우며, 부식방지를 위하여 별도의 공정이 필요하다.

④ 가세의 설치 공법

가세의 설치는 구성 방법에 따라 X자 K자 등 다양한 형태가 있으며 기존 설비와의 간섭을 피할 수 있으나 내진벽과 마찬가지로 사용상 제약이 많으며, 기존 구조물에서 시공에 어려움이 있다. 겹침 시공 시에는 겹침 개소의 증대로 공사기간이 길어지며 함침된 시트의 배부름 현상에 의해서 충분한 보강효과를 얻기 힘들며, 접착제의 함침과 시공 시에 시공상 어려움이 있다. 또한 철근콘크리트의 표면의 열화에 의한 강도의 저하로 극한 하중시 모재와 보강 시트 사이에 계면탈락에 의한 파괴 형태로 내력을 충분히 발휘하지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 기존건물 또는 시설물에 내진 보강을 하는 방법은 기존건물의 사용성에 큰 제약을 주지 않아야 하며 경제적으로 보강해야 하므로 내진 보강 방법은 제한적일 수밖에 없다. 지금까지는 철판을 이용하여 부재의 내력을 보강하는 방법이 구조보강 및 내진 보강에 가장 많이 적용되어 온 공법이다. 그러나 철판을 사용하여 내진보강을 하는 공법은 부재의 철판자체의 하중이 크므로 인해서 공사가 어렵고, 철판의 부식에 대한 대책이 필요하다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 신율이 우수한 접착제를 이용하여 콘크리트 구조물의 외부 측면을 따라 폴리에스테르 섬유가 혼합된 섬유패널과 섬유벨트를 복합적으로 설치함으로써, 강성을 확보하면서도 연성능력을 극대화시킬 수 있어 내진성능을 충분히 확보할 수 있는 연성강화 복합섬유패널 및 이를 이용한 구조물 내진보강공법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 아라미드 섬유를 인발성형 공법으로 인발함에 있어 아라미드 섬유를 우레탄을 이용하여 판형상으로 집적화함과 동시에 여기에 필 플라이(Polyester Fabric)를 양면 부착 일체화된 아라미드 스트립 부재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 내진보강 시공방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따르면, (A) 상하로 길이를 갖는 콘크리트 구조물의 측면에 상하 방향으로 내진 보강하는 단계, 및 (B) 상기 콘크리트 구조물의 둘레 방향으로 내진 보강하는 단계로 이루어진 기둥 구조물 내진 보강공법이 제공된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 신율이 우수한 접착제를 이용함으로써, 콘크리트 구조물의 바탕면을 정리하는 공정 없이도 용이하게 콘크리트 구조물의 보강을 이룰 수 있다. 따라서 바탕면 정리 공정이 삭제되므로 공기의 단축과 용이한 시공성을 제공하며, 바탕면 정리 공정시에 먼지나 콘크리트 조각들이 발생하지 않게 되므로 오염의 문제점도 발생하지 않는 장점이 있다.

또한, 콘크리트 구조물의 외주면에 폴리에스테르 섬유가 혼합된 섬유패널과 섬유벨트를 복합적으로 적용함으로써, 강성을 확보하면서도 연성능력을 극대화시킬 수 있다. 즉, 내진성능을 충분히 확보할 수 있어 지진과 같은 횡력에 대항할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 아라미드 스트립 부재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 내진보강 시공방법에 의하면, 내진보강 기술뿐만 아니라 기존 건축물 및 구조물의 구조보강에도 적용할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 아라미드 스트립 부재를 이용한 철근콘크리트 구조물의 내진보강 시공방법에 의하면, 보강내력의 확보와 연성능력의 증대로 다음가 같은 국가 중요 시설물 및 민간기업의 중요생산 건축물 및 시설물, 다중이용 시설 및 공동주택의 내진 보강에 대하여 광범위하게 적용이 가능하며 보강된 부위는 아라미드 섬유의 화학적 안정성과 내후성으로 특별한 유지 보수의 필요가 없이 반영구적으로 사용이 가능함으로써 지진으로 인한 인명과 재산 피해 저감에 크게 기여할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연성강화 복합섬유패널을 도시한 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 연성강화 복합섬유패널을 도시한 정단면도.
도 3은 본 발명에 따른 연성강화 복합섬유패널을 도시한 평단면도.
도 4는 본 발명에 따른 연성강화 복합섬유패널을 이용한 구조물 내진보강공법의 각 단계를 순차적으로 도시한 흐름도.

본 발명에 따르면, (A) 상하로 길이를 갖는 콘크리트 구조물의 측면에 상하 방향으로 내진 보강하는 단계, 및 (B) 상기 콘크리트 구조물의 둘레 방향으로 내진 보강하는 단계로 이루어진 기둥 구조물 내진 보강공법이 제공된다.

이때, 상기 (A) 상하 방향의 보강 단계는 (A-1) 상하로 길이를 갖는 콘크리트 구조물의 측면에 아라미드 스트립 부재의 폭보다 넓게 상기 열화된 깊이 이상으로 상기 측면의 상하로 커팅 라인을 형성하고, 상기 커팅 라인 내측의 열화된 콘크리트를 치핑하여 제거하는 단계, (A-2) 상기 열화된 콘크리트가 제거되어 형성된 요홈부 표면을 세척하고, 상기 요홈부에 아라미드 스트립 부재의 두께만큼을 남겨두고 고강도 수성 모르타르 조성물을 채우는 단계, (A-3) 상기 요홈부보다 폭이 작은 아라미드 스트립 부재에 에폭시 레진 조성물을 도포한 후 고강도 수성 아크릴폴리머 모르타르 위에 부착하는 단계, (A-4) 상기 아라미드 스트립 부재의 양측 단부와 요홈부 사이에 에폭시 레진을 코킹하는 단계로 이루어져 있다.

또한, 상기 (B) 둘레 방향의 보강 단계는 (B-1) 상기 콘크리트 구조물의 측면을 따라 제1 접착제를 도포하는 단계; (B-2) 상기 제1 접착제가 도포된 콘크리트 구조물의 측면을 따라 위에서 아래로 보았을 때 시계 방향으로 내려가는 모양의 나선 모양으로 감싸도록 섬유벨트를 감아 상기 제1 접착제의 도포면에 부착시키는 단계; (B-3) 상기 섬유벨트가 감아진 콘크리트 구조물의 측면을 따라 제2 접착제를 도포하는 단계; (B-4) 상기 제2 접착제가 도포된 콘크리트 구조물의 측면을 따라 위에서 아래로 보았을 때 반시계 방향으로 내려가는 모양의 나선 모양으로 감싸도록 섬유벨트를 감아 상기 제2 접착제의 도포면에 부착시키는 단계로 이루어져 있다.

본 발명에 있어서, 위 (B-2) 및 (B-4) 단계에서 섬유벨트를 감는 방향이 매우 중요하다. 즉, 본 발명에서와 같이 (위에서 아래로 보았을 때 기준으로) 시계 방향으로 내려가는 모양의 나선 모양으로 섬유벨트를 1차로 감싸고 나서 반시계 방향으로 내려가는 모양의 나선 모양으로 섬유벨트를 2차로 감싸는 것이 매우 중요하다.

만일, 본 발명과 달리 (위에서 아래로 보았을 때 기준으로) 반시계 방향으로 내려가는 모양의 나선 모양으로 섬유벨트를 1차로 감싸고 나서 시계 방향으로 내려가는 모양의 나선 모양으로 섬유벨트를 2차로 감싸는 경우에는, 실제 한국 지형에서 발생되는 지진 조건 하에서, 내진 효과가 크게 저하되는 것을 확인하였다. 이와 관련해서는 한국 지형에서 발생되는 지진으로 인한 건물의 움직임이 방향성을 띠고 이 방향성에 배치되지 않고 부합하는 방향으로 섬유벨트를 감싸는 경우에 내진 성능이 배가되는 것으로 이해된다.

또한, 상기 고강도 수성 모르타르 조성물은 고체상의 조성이 아크릴폴리머 100 중량부에 소석회 3-5 중량부 및 고령토 분말 1-2 중량부로 이루어져 있다. 또한, 상기 에폭시 레진 조성물은 고체상의 조성이 에폭시 레진 100 중량부에 폴리숙신이미드 분말 5-10 중량부로 이루어져 있다.

본 발명에 있어서, 상기 고강도 수성 모르타르 조성물에 고체상으로서 아크릴폴리머뿐만 아니라 소석회 및 고령토 분말이 모두 포함된다는 것이 매우 중요하다. 만일, 소석회가 포함되지 않았거나 또는 고령토 분말이 사용되지 않은 경우에는 동일한 지진 진동 조건 하에서 콘크리트 기둥 구조물의 수평 크랙이 현저하게 증가함을 확인하였다.

또한 함량 측면에 있어서도, 아크릴폴리머 100 중량부를 기준으로 소석회 3-5 중량부 및 고령토 분말 1-2 중량부로 포함된다는 것이 매우 중요하다. 그렇지 않고, 소석회 및 고령토 분말이 사용되더라도, 소석회가 3-5 중량부 범위 밖의 함량으로 사용되었거나 고령토 분말이 1-2 중량부 범위 밖의 함량으로 사용된 경우에는 특이하게도 수평 크랙에 의해 수직 크랙이 유발될 수 있다는 점을 확인하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.

도 1 내지 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 연성강화 복합섬유패널은, 건축물의 층간을 지지하는 콘크리트 구조물(100)의 강도뿐 아니라 연성을 함께 보강함으로써, 지진 발생시에 작용하는 횡력에 의해 콘크리트 구조물이 파괴되는 것을 방지하기 위함이다.

이를 위해, 상하로 길이를 갖는 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 도포되는 제1 접착제(200)와, 상기 제1 접착제(200)에 부착되어 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 상하로 길이를 갖도록 배열되며 연성을 갖도록 폴리에스테르(polyester) 섬유가 혼합된 적어도 하나 이상의 보강용 섬유패널(300)과, 상기 섬유패널(300)과 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 재차 도포되는 제2 접착제(400) 및, 콘크리트 구조물(100)과 섬유패널(300)을 사선 또는 수평으로 감싸면서 상기 제2 접착제(400) 도포면에 부착되는 섬유벨트(500)를 포함한다. 여기서, 콘크리트 구조물(100)은 건축물의 층간을 각각 지지하는 기둥이 이에 해당하며, 그 밖에 보, 슬라브 등과 같은 구조물도 보강의 대상이 될 수 있다.

제1 접착제(200)는 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 도포되는 것으로, 섬유패널(300)의 형상에 따라 도포면의 넓이 및 형태를 결정할 수 있다. 그리고, 제1 접착제(200)는 수직으로 길이를 갖는 섬유패널(300)에 맞게 수직으로 길이를 갖게 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 도포될 수 있다. 물론, 콘크리트 구조물(100)의 측면을 모두 감싸는 상태로 도포될 수도 있다. 여기서, 제1 접착제(200)는 폴리우레탄(polyurethane) 접착제이며, 이는 질기고 화학약품에 잘 견디는 특성과 신축성이 좋은 특성이 있어, 콘크리트 구조물(100)의 측면에 먼지와 같은 이물질이 부착되어 있거나, 미세한 굴곡이 형성되어 있는 경우에도 충분한 접착력을 제공한다.

또한, 폴리우레탄 접착제는 쉽게 변질되지 않기 때문에 시간이 지나도 접착력이 유지된다. 이로써 오랜 시간이 지나도 섬유패널(300)과 섬유벨트(500)의 부착상태가 쉽게 변경되지 않는다. 따라서, 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 제1 접착제(200)를 도포하는 공정을 진행하기 이전에 상기 콘크리트 구조물(100)의 바탕면을 고압수로 세척하는 작업을 없앨 수 있으며, 공정수를 줄임과 동시에 시공의 용이성을 제공할 수 있다.

섬유패널(300)은, 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 부착되는 것으로, 지진이 발생할 때 작용하는 횡력을 견딜 수 있도록 강도와 연성을 보강한다. 이러한 섬유패널(300)은 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 도포된 제1 접착제(200)에 수직으로 길이를 갖는 판재 형상으로 부착된다. 여기서, 섬유패널(300)은 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 중 어느 하나이거나 또는 유리 섬유 및 탄소 섬유의 혼합으로 구성되거나, 또는 유리 섬유 및 아라미드(aramid) 섬유의 혼합으로 구성될 수도 있다. 이는 일반적인 재질에 해당하지만, 고연성을 가지는 폴리에스테르 섬유가 함께 혼합되기 때문에 일정한 강도와 연성을 동시에 제공한다. 예를 들어, 섬유패널(300)을 사각 또는 다각 형태의 콘크리트 구조물(100)에 적용하는 경우, 콘크리트 구조물(100)에 형성된 다수의 측면들에 등간격을 이루도록 다수로 배열될 수 있다. 물론, 다수의 측면에 하나의 판재로 각각 부착될 수도 있으며, 원형의 기둥인 경우에도 동일하게 적용이 가능하다.

제2 접착제(400)는, 후술될 섬유벨트(500)가 부착될 수 있도록 섬유패널(300)과 콘크리트 구조물(100)의 외부면에 재차 도포되는 것으로, 전술한 제1 접착제(300)와 같은 폴리우레탄(polyurethane) 접착제를 사용한다. 여기서, 상기 제2 접착제(400)는 제1 접착제(200)와 다르게 섬유패널(300)을 모두 덮을 수 있도록 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 전체적으로 넓게 도포될 수 있다.

섬유벨트(500)는, 길이방향을 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 사선으로 감는 방식으로 설치하는 것으로, 연성을 갖는 폴리에스테르 섬유로 구비된다. 즉, 섬유벨트(500)는 콘크리트 구조물(100)의 길이방향의 상부 또는 하부로부터 반대되는 방향으로 이동하면서 감는 방식을 사용할 수 있으며, 이때 섬유벨트(500)의 일면이 콘크리트 구조물(100)의 측면에 도포된 제2 접착제(400)에 부착되어 고정된다.

이와 다르게, 섬유벨트(500)를 일정한 길이로 잘라 콘크리트 구조물(100)의 외부를 감싸는 상태로 설치할 수 있다. 즉, 수평으로 감기는 섬유벨트(500)가 콘크리트 구조물(100)의 상하 길이방향을 따라 다수로 배열되도록 할 수도 있다. 따라서, 섬유벨트(500)는 콘크리트 구조물(100)의 외부를 감싸는 상태로 설치되고, 전술한 섬유패널(300)이 섬유벨트(500)의 내부에서 구조물(100)의 측면을 지지하게 되므로, 콘크리트 구조물(100)의 강성을 제공하면서도 연성을 극대화시킬 수 있고, 섬유패널과 섬유벨트의 두께를 축소시킬 수 있어 시공 단가를 줄일 수도 있다.

뿐만 아니라, 섬유벨트(500)의 외부에는 마감재(미도시)가 더 부착될 수 있는데, 상기 마감재는 일반적인 방수용 합성수지 또는 페인트 형태로 도포될 수 있는 것이다. 한편, 도 4를 참조로 본 발명에 따른 연성강화 복합섬유패널을 이용한 구조물 내진보강공법을 설명하면 다음과 같으며, 전술한 구성들과 동일한 일부 구성들에 대해서는 반복 설명을 하지 않는다.

먼저, 건물의 층간을 지지하기 위해 상하로 길이를 갖는 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 폴리우레탄 접착제인 제1 접착제(200)를 도포하는 단계(S100)를 진행한다. 이때, 제1 접착제(200)의 도포 면적 및 형태는 부착될 섬유패널(300)의 형태에 따라 다르게 도포할 수 있다. 여기서, 제1 접착제(200)로 사용되는 폴리우레탄(polyurethane) 접착제는 질기고 화학약품에 잘 견디는 특성이 있으며, 신축성이 좋은 특성이 있다. 즉, 폴리우레탄 접착제의 특성상 콘크리트 구조물(100)의 측면에 먼지와 같은 이물질이 부착되어 있거나, 미세한 굴곡이 형성되어 있는 경우에도 충분한 부착력을 제공할 수 있다. 따라서, 제1 접착제(200)를 도포하기 이전에 콘크리트 구조물(100)의 측면에 바탕면 작업이 삭제되므로, 시공의 용이성이 제공되고, 바탕면 작업시 먼지 발생도 없앨 수 있다. 그리고 시간이 지나도 쉽게 변질되지 않고 접착력을 유지할 수 있기 때문에 섬유패널(300)의 부착상태가 변형되지 않게 된다.

다음으로, 제1 접착제(200)에 부착되도록 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 폴리에스테르 섬유가 혼합된 섬유패널(300)을 부착시키는 단계(S200)를 진행하게 되며, 상기 단계(S200)를 완료한 후에는 섬유패널(300)이 제1 접착제(200)에 일면이 부착된 상태로 콘크리트 구조물(100)에 고정적으로 위치된다. 여기서, 상기 섬유패널(300)은 폴리에스테르 섬유에 더하여, 다양한 종류의 섬유를 혼합하여 사용할 수 있는데, 바람직하게는 유리 및 탄소 섬유를 더 혼합하여 구성하는 복합섬유패널이거나, 또는 유리 및 아라미드(aramid) 섬유를 더 혼합하여 구성하는 복합섬유패널일 수도 있는 것이다. 즉, 유리 및 탄소 섬유 또는 유리 및 아라미드(aramid) 섬유의 혼합으로 이루어진 복합섬유패널에 폴리에스테르 섬유를 혼합시킴으로써, 연성이 우수한 보강용 섬유패널(300)을 제공할 수 있다.

다음으로, 상기 섬유패널(300)과 상기 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 폴리우레탄 접착제인 제2 접착제(400)를 재차 도포하는 단계(S300)를 진행한다. 상기 단계(S300)에서는 제2 접착제(400)가 섬유패널(300)을 모두 감싸도록 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 넓게 도포한다. 여기서, 상기 제2 접착제(400)는 섬유벨트(500)가 부착될 수 있도록 섬유패널(300)과 콘크리트 구조물(100)의 외부면에 재차 도포되는 것으로, 전술한 제1 접착제(300)와 같은 폴리우레탄(polyurethane) 접착제를 사용한다. 여기서, 상기 제2 접착제(400)는 제1 접착제(200)와 다르게 섬유패널(300)을 모두 덮을 수 있도록 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 전체적으로 넓게 도포될 수 있다.

최종적으로, 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 사선 또는 수평으로 감싸도록 상기 섬유벨트(500)를 감아 제2 접착제(400)의 도포면에 부착시키는 단계(S400)를 진행하여 시공을 완료한다.

또한, 상기 섬유벨트(500)를 부착시키는 단계(S400)의 이후에는, 상기 섬유벨트(500)의 외부를 감싸도록 마감재를 부착시키는 단계(S500)가 더 포함될 수 있다. 여기서, 상기 마감재는 일반적인 방수용 합성수지 또는 페인트 형태로 도포될 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 신율(elongation, 伸率)이 우수한 폴리우레탄 접착제를 이용함으로써, 콘크리트 구조물(100)의 바탕면을 정리하는 공정없이도 용이하게 콘크리트 구조물(100)의 보강을 이룰 수 있다. 따라서 바탕면 정리 공정이 삭제되므로 공기의 단축과 용이한 시공성을 제공하며, 바탕면 정리 공정시에 먼지나 콘크리트 조각들이 발생하지 않게 되므로 오염의 문제점도 발생하지 않게 된다. 또한, 콘크리트 구조물(100)의 측면을 따라 폴리에스테르 섬유가 혼합된 섬유패널(300)과 섬유벨트(500)를 복합적으로 적용함으로써, 강성을 확보하면서도 연성능력을 극대화시킬 수 있다. 즉, 내진성능을 충분히 확보할 수 있어 지진과 같은 횡력에 대항할 수 있다.

한편, 본 발명은 지금까지 개발된 섬유 중 매우 강도가 큰 것으로 알려진 아라미드 섬유를 적용한 기술로서 아라미드 섬유는 강도뿐만 아니라 내수성, 내후성, 내화학성, 내마모성이 우수하고 전기절연성이 있어 방탄폭, 소방복, 우주선, 비행기동체, 변압기 절연체, 자동차 브레이크, 자동차 타이어등 다양한 분야에서 사용되어온 재료이다. 또한 아라미드 섬유는 가벼울 뿐만 아니라 내진성능에 필요한 연성이 있고 시공도 간편한 장점이 있어 내진보강 재료로는 탁월한 물성을 갖는다. 이러한 아라미드 섬유를 적용하여 그동안 건설분야에서도 아라미드 섬유를 혼합한 아스팔트에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 구조보수보강재로 시트제품, 로드(rod) 제품을 개발하여 사용 중에 있다.

본 발명은 기존의 아라미드 시트와 아라미드 로드의 문제점을 개선하기 위해서 아라미드 섬유를 판상 형태로 제조한 후, 철근콘크리트 구조물에 매입하는 공법이다. 아라미드 섬유를 판상으로 제조하게 되면 시트보다 부재의 단면적이 증가하여 보강효과를 증가할 수 있으며 시트 시공시 문제가 되었던 시공성 및 시공 품질의 확보 문제를 해결하게 된다.

아라미드 섬유를 인발 성형(pultrusion) 공법을 통해 판형상으로 집적하여 아라미드 스트립 부재를 만들고, 상기 아라미드 스트립 부재의 일면 또는 양면에 폴리에스테르 편물(Polyester Fabric)인 필 플라이(Peel-Ply)를 부착한다. 이렇게 생산된 아라미드 스트립 부재를 현장에서 시공시에 필 플라이를 제거하게 되면 상기 아라미드 스트립 부재의 표면에는 요철이 생겨 부착력이 획기적으로 개선되도록 한 것이다.

또한 본 발명에 따른 공법은 기존의 섬유보강 부착공법에서 문제가 되었던 부착부의 콘크리트 표면 탈락에 의한 보강성능 저하의 문제점을 개선하기 위하여 콘크리트부재의 열화된 표면을 컷팅 및 취핑을 통해 제거하고 고강도 모르타르로 보수한 후, 본 부재를 매입하되 기존의 콘크리트 표면과 같은 면으로 매입하여 콘크리트 표면 위에 도장, 마감재 등의 2차적 시공이 원활하도록 하고, 보강재와 콘크리트 부재의 부착성능을 확실하게 확보하여 보강성능을 보증할 수 있게 되는 공법이다.

본 발명은 인발성형 공법으로 아라미드 섬유를 집적화한다. 즉, 내진보강 또는 구조보강에서 중요한 것은 보강성능을 충분히 만족할 수 있는 내력을 확보하는 것이다. 기존의 섬유 시트 부재는 내력이 부족한 경우 얇은 시트를 몇 겹 겹치는 방법을 사용하였으나, 시공상의 번거로움과 계속 겹칠 수 없는 재료상 한계가 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 본 발명에서는 우레탄(Urethane)을 이용하여 인발 성형공법으로 아라미드 섬유를 집적화한 아라미드 스트립 부재를 사용한다. 상기 아라미드 스트립 부재는 필요한 만큼 부재의 단면적을 증가시켜 하나의 부재로 제조 할 수 있으며 시공이 간편하고 보강내력을 확실히 확보할 수 있는 장점이 있다.

또 보강재의 부착성능 확보를 통한 내력 및 연성력을 증대하였다. 내진 및 구조보강 공법에서 보강된 부재의 실제 내력이 설계 내력과 같아 지도록 하기 위해서는 보강재와 철근콘크리트 부재와의 부착성능이 확보되어야 한다. 이러한 부착 성능이 확보되지 않으면 보강부재의 탁월한 내력에도 불구하고 내력을 발휘하기도 전에 탈락됨으로 인해 탈락시의 내력이 보강 내력을 좌우하게 된다.

본 발명은 부착성능을 확보하기 위해 두가지 기술을 제안하고 있다. 콘크리트 구조물과의 부착력을 확보하기 위해 아라미드 스트립 부재의 일면 또는 양면에 필 플라이를 부착하고, 시공시에는 상기 필 플라이를 벗겨내면 아라미드 스트립 부재의 표면에 필 플라이 재질의 질감에 의한 요철이 생겨 부착력이 획기적으로 개선된다. 또한 이렇게 제작된 아라미드 스트립 부재를 철근콘크리트 구조물의 열화된 콘크리트 표면을 제거하고 고강도 모르타르로 보수한 후 매입하고 보강재의 단부를 다시 에폭시 접착제로 코킹함으로써 보강되는 철근콘크리트 면의 강도를 확보함과 동시에 보강재와 콘크리트와의 접착력을 획기적으로 개선시켜 섬유시트 부착공법에서 문제가 되고 있는 콘크리트 표면 탈락으로 인한 보강 부재의 탈락을 방지할 수 있어 내진보강에 필요한 내력 증가 및 극한 하중 시 연성력을 증대시킬 수 있다. 또한 보강 부재 부착완료 후에는 보강 부재의 표면과 콘크리트 표면높이가 같게 됨으로써 외관상 미려하게 되며, 2차적인 마감시에도 보강전과 같이 자유롭게 마감처리를 할 수 있게 된다.

본 발명에 사용되는 아라미드 섬유는 1971년 미국 듀폰사 개발한 상품으로 방향족 폴리아미드 섬유 나일론에 속한다. 현존하는 섬유 중에서 가장 강한 소재로 강철보다 강도가 5배 높고 500℃에서도 연소하지 않는 내열성과 화학약품에 대해 강한 내성을 지닌 고기능성 소재다. 이 섬유는 금속에 비해 가볍고 가공이 편리해 고성능 타이어, 호스, 광케이블 보강재 및 방탄소재 등 다양한 산업 분야에 적용되고 있으며 특히 IT 관련 소재 및 광케이블, 마찰재 적용 분야에서 수요가 크게 늘고 있는 추세이다. 현재 미국 듀폰과 일본 데이진 만이 생산 기술을 보유하고 있다. 건설용으로 아스팔트콘크리트의 혼합물로 연구가 진행되고 있으며, 보강용 섬유로는 듀폰사가 고강도, 고탄성의 케볼라(kevlar)29와 49를 생산하고 있고 이중 케볼라(kevlar) 49를 사용하여 아라미드 시트와 로드 제품이 개발되어 철근콘크리트 건축물 또는 구조물에 구조 보수 보강재로 사용되어 왔다. 최근까지 철근콘크리트 보수 보강재분야에서는 상대적으로 가격이 고가인 아라미드섬유를 이용한 제품보다는 탄소 섬유 시트를 이용한 제품이 널리 사용되어 왔으며 최근에는 아라미드 섬유의 가격이 저렴해짐으로써 아라미드 섬유를 이용한 제품이 경쟁력을 가지게 되었다. 특히 아라미드 섬유가 탄소 섬유에 비해 신율이 우수하고, 순간 충격에 견디는 방폭 성능이 우수한 장점이 있어 내진보강에 적합한 소재로 평가되고 있다. 탄소 섬유를 얇은 판형상 형태로 성형하여 철근콘크리트 보수 보강재로 사용하는 기술은 이미 개발된 공법이나 아라미드 섬유를 판상 형태로 성형하는 기술은 생산 기술 난이도가 높아 현장에 적용할 수 있는 유효한 제품을 개발하지 못하였으나, 여러 해의 연구를 통해 아라미드 케볼라(Kevlar) 49를 사용하고, 우레탄을 이용하여 인발 성형 공법으로 아라미드 스트립 제작에 성공하게 되었고, 이와 더불어 제작 부재를 그동안 보수보강시에 문제가 되던 모재의 탈락을 개선하여 적용하는 공법을 제안하게 되었다.

국내에서는 내진보강에 대한 인식의 부족으로 내진보강에 대한 사례가 많지 않다. 내진보강은 교량,터널 등의 토목구조물과 건축물의 내진보강으로 구별되며 교량,터널 등의 내진보강공법은 단면증설에 의한 공법과 보강재 피복에 의한 내진보강공법이 적용되어 왔으며, 건축물에서는 건축물의 구조와 특성에 따라 내진보강공법이 채택되어 왔다. 또 국내외에서 교량, 터널 등 기존 철근콘크리트 구조물에 적용되어온 내진보강공법으로는 다음과 같은 공법이 있다.

철근콘크리트 건축물의 내진보강 방법으로는 건축물의 내진성능 특성에 따라 다음과 같은 공법들이 적용되어 왔다.

(1) 건축물의 내력이 부족한 경우의 내진보강공법

건축물의 내력을 높이는 방법으로는 기존의 벽을 두껍게 하는 방법(부재 단면 증가 공법), 개구부를 패쇄하는 방법, 새로운 내진벽 (shear wall)을 증설하는 방법 등이 일반적이다. 내진벽(shear wall) 증설하는 방법은 철근 콘크리트벽뿐만 아니라 철골 브레이스를 설치하거나 철골 패널 설치도 사용된다.

(2) 건축물의 연성이 부족한 경우의 내진보강공법

건축물의 연성을 높이는 방법으로는 전단파괴형의 기둥에 강판이나 고강도 섬유를 감거나 낮은 내진벽(shear wall)을 증설하는 것이 일반적이다. 전단보강을 함으로써 외력에 대해 저항력이 극히 적은 기둥과 전단보강철근이 부족한 기둥 등의 전단파괴 선행형의 기둥을 휨항복 선행형이나 보항복 선행형으로 개선하고 변형능력을 높여 건축물 전체의 내진성능을 향상시키는 목적이다.

(3) 건축물의 강성밸런스가 불량한 경우의 내진보강공법

강성밸런스 불량에는 각층이 평면적인 밸랜스 불량과 상하층 간의 입체적인 밸런스 불량이 있다. 평면적인 밸런스 불량은 편심율로서 표현되며, 뒤틀림에 의한 파괴로 연결된다. 따라서 브레이스, 내진벽의 증설에 의한 벽 등의 대칭 배치화 및 건축물 중량의 균등화와 경량화를 고려하여 보강한다. 일반적으로 기둥의 보강, 브레이스 설치, 내진벽(shear wall)의 증설에 의한 밸런스를 확보한다. 결국 국내외에서 내진보강 방법은 그 건축물 및 구조물의 특성과 내진의 요구성능에 따라 단면증가공법, 내진벽(shear wall)의 증설, 브레이스설치, 보강재 피복공법중 하나 또는 둘 이상의 복합적인 공법이 적용되게 된다. 과거에는 단면증가 공법과 철판에 의한 피복공법이 널리 사용되어 왔으며, 최근에는 철강재의 가격급등과 부식에 의한 문제, 인건비의 상승 등의 원인으로 시공이 간편한 고강도 섬유 피복공법이 널리 사용되고 있는 추세이다.

이상의 설명과 같이 본 발명자들은 기존의 공법들이 안고 있는 문제점을 해소하고 안전성과 경제성이 동시에 충족되는 새로운 기술을 개발하게 되었으며 단면증설공법보다는 보강재 피복공법이 유리하다는 일반적인 사실과 보강재 피복공법중애서도 재료적인 특성과 시공성과 내구성확보가 용이한 복합재료를 사용한 FRP 접착공법이 더 강점을 가질 수 있다는 것에 착안하여 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

본 발명에서 제안하는 기술은 콘크리트 구조물의 내진보강에 적용하는 방법으로 건축물의 내진 성능을 향상시키기 위해서는 아라미드 스트립 부재를 이용한 보강공법이 가장 우수한 방법이라는 결론을 얻게 되었고 상기 아라미드 스트립 부재를 이용하여 내진보강함에 있어 기존의 아라미드 시트 보강 방법을 개선하는 새로운 방법을 제시하게 된 것이다.

이러한 아라미드 스트립 부재를 구성하는 아라미드 섬유의 물리적 특성은 다음과 같다. 고강도 섬유로는 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 유리섬유, 고강도ㅇ고탄성 폴리에스틸렌 섬유, 비닐론 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 아크릴 섬유 등이 있다. 이들의 섬유는 강재와 비교할 때 비중이 작은 것임에 불구하고 인장 강도가 크며, 또 내식성도 우수하여 콘크리트 구조물의 설계시공의 합리화, 효율화 및 염해 등에 대한 고내구성화 등을 도모할 수 있다. 아라미드 섬유는 화학저항성이 우수하며 신율이 2~5%를 우수하고 강도도 크며 탄성계수가 강재의 2/3~1/3정도로 작고 전도성이 없어 내진보강재로 우수한 소재이다. 탄소 섬유는 아라미드 섬유와 같이 화학적 저항성이 우수하나 신율이 1% 정도로 작고 취성이 있으며 충격저항성이 떨어진다고 하는 결점을 가지고 있다.

콘크리트를 아라미드 섬유로 보강한 후 콘크리트에 압축하중을 가하여 섬유의 인장 파괴를 유도하면 보강된 아라미드 섬유는 극한 하중에서 섬유가 찢어지는 형태로 파단이 진행되어 붕괴의 징후를 충분히 알 수 있으며 전면 붕괴로 이어지지 않는다. 보통의 철근콘크리트 기둥과 아라미드 스트립 부재로 보강된 철근콘크리트를 지진시에 예측될 수 있는 수평반복하중을 가하여 철근 콘크리트 기둥의 내력을 비교 시험한 결과 아라미드 스트립 부재로 보강된 철근콘크리트는 휨인 장력과 변위가 상당히 진행되었음에도 파괴되지 않았다. 또한 아라미드 스트립 부재로 보강된 보에 대한 휨 인장력을 시험한 결과 보강된 철근 콘크리트보는 콘크리트와 철근이 항복하였음에도 불구하고 내력을 유지하여 육안으로 구분할 수 있을 정도의 변위가 진행되었음에도 파괴되지 않았다. 지진이 발생하면 1차적으로 붕괴되는 건물에 의한 피해가 발생되나 2차적으로는 화재와 위험물의 폭발에 의해 인명피해가 발생된다. 아라미드 스트립 부재로 보강된 건물의 경우 폭발에 대한 저항성이 매우 우수하여 폭발에 의한 2차 피해를 줄일 수 있다.

본 발명의 명세서에 기재되어 있는 사항 외에도, 등록특허 제10-0894492호 및 등록특허 제10-1124529호의 명세서가 본 발명의 명세서 참조로 포함된다. 따라서, 당업자는 본 발명의 명세서 외에 상기 특허 명세서를 포함하여 본 발명의 출원 시 상식 등에 기초하면 본 발명을 용이하게 실시할 수 있음은 자명하다.

한편, 본 발명에 사용하는 아라미드 스트립 부재는 아라미드 섬유를 인발성형 공법으로 인발하면서 우레탄을 이용하여 판형상으로 집적한 것으로 그 일면 또는 양면에 필 플라이를 부착한다. 상기 아라미드 스트립 부재의 재원은 다음과 같다.

또한 본 발명에 따른 아라미드 스트립 부재를 적용한 철근 콘크리트 구조물의 내진 보강 시공방법은 다음과 같다. 내구연한이 오래된 콘크리트 표면은 세월이 지남에 따라 외기에 노출되어 열화되어 콘크리트 구체 표면 자체의 강도가 약화되며 중성화가 진행됨으로써 콘크리트 내부에 있는 철근에 녹이 발생하게 되며 녹이 발생된 철근은 팽창하여 콘크리트에 균열을 발생시킨다.

또한 콘크리트 시공시 부재 내부에 있는 주근 및 보조근에 의하여 콘크리트 재료가 충분히 채워지거나 시멘트와 골재가 잘 배합되지 않아 콘크리트 표면의 강도가 저하되는 경우가 있다. 이러한 구조물에 보강재를 부착하여 내진보강을 할 경우 보강 부재가 충분한 강성을 발휘하기도 전에 콘크리트표면이 탈락하게 됨으로서 보강재의 기능을 다 하지 못하게 된다.

기존의 아라미드 섬유를 이용한 시트 보강공법은 콘크리트 표면에 아라미드 시트를 부착하는 공법으로서 부착 성능에 많은 의문이 제기되어 왔으며, 이러한 단점을 보완하기 위해서 정착구를 이용한 공법, 전단키를 사용하는 공법 등 다양한 공법들이 연구되어 왔으나 실용화되지 못하였다.

본 발명은 이러한 단점을 보완한 것으로 콘크리트 표면의 취핑과 고강도 모르타르 시공 부재 단부의 코킹을 통해 표면 콘크리트 탈락을 보완한 것이다. 또한 부재에 필 플라이를 이용하여 부재 표면에 요철을 유도하고 요철을 통해 부재와 보강재의 부착성능을 획기적으로 보완함으로서 보강 내력을 증대시키고 극한 하중시에 모재의 연성력을 증대하도록 하여 내진 보강 성능을 극대화한 것이다.

아라미드 시트를 이용한 보강공법은 보강재의 단면적의 한계로 큰 하중에 저항할 수 있는 내력확보가 곤란하다는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 아라미드 섬유로 제작된 로드(rod) 제품을 개발하게 되었으나, 이 또한 구조물의 피복두께가 충분히 확보되지 않으면 부재 내부에 있는 스터럽(stirrup) 배근을 손상하게 되는 문제점이 있다. 이러한 기술적 문제를 해결하기 위해 제안된 것이 판상의 아라미드 스트립 부재를 적용한 시공공법이다.

먼저, 본 발명의 철근 콘크리트 구조물의 내진보강 시공방법에 사용하는 아라미드 스트립 부재는 실 형태의 아라미드 섬유를 인발성형 공법으로 인발하면서 우레탄(Urethane)을 이용하여 판형상 부재로 집적하여 형성한 것으로서, 상기 아라미드 스트립 부재의 양면에는 필 플라이(Polyester Fabric)를 부착한다. 열화된 콘크리트 표면을 보강하기 위해서는, 절삭공구를 사용하여 철근 콘크리트 구조물의 열화된 콘크리트 영역을 포함하도록 아라미드 스트립 부재의 폭보다 넓게 상기 열화된 깊이 이상으로 커팅 라인을 형성한다.

그리고, 상기 커팅 라인 내측의 열화된 콘크리트를 취핑(chipping)하고, 열화된 콘크리트가 제거되어 형성된 요홈부 표면을 세척한다. 이어서, 요홈부에 아라미드 스트립 부재의 두께만큼 남겨두고 고강도 수성 아크릴폴리머 모르타르를 채운다. 다음, 상기 요홈부 보다 폭이 작은 아라미드 스트립 부재에 에폭시 레진을 도포한 후 고강도 수성 아크릴폴리머 모르타르 위에 부착한다. 여기서, 상기 아라미드 스트립 부재의 일면에 부착된 필 플라이는 제거된 상태이다. 그리고, 상기 아라미드 스트립 부재의 양측 단부와 요홈부 사이에는 에폭시 레진(SK-CPA10)을 코킹한다.

상술한 바와 같이, 철근 콘크리트 구조물의 열화된 부분을 제거하고 그 부분에 아라미드 스트립 부재를 이용하여 시공하면 내력을 향상 시키고 극한 하중시 연성력이 향상되어 내진성능이 증대된다. 또 아라미드 스트립 부재를 철근 콘크리트 구조물에 보강함에 있어 열화된 콘크리트 표면을 취핑하고, 취핑된 부위에 상기 고강도 수성 아크릴폴리머 모르타르를 소정 높이로 채우면 기존의 "콘크리트면에 보강재를 부착하는 공법"에서 문제가 되었던 콘크리트 계면 탈락에 의한 보강성능 저하의 문제점을 개선할 수 있으며, 아라미드 스트립 부재에 의해 보강된 면이 철근 콘크리트면과 레벨이 같아 짐으로서, 도장, 패널 붙임, 벽지 붙임등 2차적 마감시공이 간편하고 마감시공 후에 보강부위가 노출되지 않아 미려한 마감을 할 수 있다.

본 발명에 따른 이점은 다음과 같다,

① 아라미드 스트립 부재는 찢어지는 형태의 파단을 가지므로, 파단의 징후를 육안으로 확인할 수 있어 대피 시간을 확보할 수 있다. 더 나아가 필 플라이를 통한 부착 방법은 내력의 증가와 더불어 건축물 및 시설물의 연성력을 향상시킴으로서 내진보강에 적합하다.

② 아리미드 스트립 부재는 안정적인 보강내력을 확보할 뿐만 아니라 보강내력을 증대시키며 극한 하중시 부재의 저항력을 향상시킨다.

③ 아라미드 스트립 부재는 통상 섬유 시트 보강재 두께의 열 배 이상의 두께로 제작할 수 있어 큰 설계하중에도 단일 부재로 보강이 가능하며 시공이 간편하다.

④ 전기가 통하지 않으며, 공사중 또는 공사 후에도 전기적인 문제를 일으키지 않는다.

⑤ 가벼우며, 작업성이 우수한 동시에 좁은 공간에서도 시공이 가능하다. 또한 숙련을 필요로 하는 작업이 거의 없으며, 유기섬유이므로 수지의 함침이 용이하다.

⑥ 순간적인 폭발에 견딜 수 있는 폭발에 대한 저항성이 크다.

⑦ 아라미드 스트립 부재는 강재의 7~10배의 인장 강도를 가지며, 보강량이 작아서 보강이 완료된 후 구조물의 형상에는 변화를 주지 않는다.

⑧ 부식에 대하여 충분히 안정되어 있고 피로에 대한 저항성도 크다.

⑨ 비중이 강재의 1/5 정도로 가벼우며, 보강 후에도 중량의 증가가 없어서 구조물의 기초에 영향을 주지 않는다.

⑩ 철근 콘크리트 구조물은 세월이 지나면서 건조 수축의 반복으로 균열이 발생하며 균열이 발생되면, 철근의 부식이 진행되고 부식된 철근은 부피가 팽창하여 다시 균열을 심화시켜 콘크리트 단면을 탈락시킨다. 그리고 표면은 중성화가 진행되며 외부로부터 침입한 여러 가지 열화 인자로 인하여 콘크리트표면이 약화된다. 내진보강이 요구되는 구조물은 대부분 노후된 구조물이 대상이 되므로 노후된 구조물의 표면에 섬유보강을 할 경우 보강된 섬유의 성능에도 불구하고 콘크리트 표면이 탈락됨으로서 완전한 성능을 발휘하지 못한다. 본 발명은 열화된 콘크리트 표면을 제거한 후 아라미드 스트립 부재를 부착하게 됨으로써 콘크리트 표면 탈락 현상을 방지할 수 있으며, 보강재 단부에 에폭시 코킹을 함으로써 안정적인 보강내력을 확보할 수 있으며 연성능력을 향상시킨다.

⑪ 부재의 폭이 매우 작은 경우에도 보강이 가능하다.

⑫ 아라미드 스트립 부재의 표면과 기존 콘크리트 구조물의 면이 같은 레벨 면을 형성함으로써 2차적인 마감 자재의 구별없이 시공이 가능하고 마감시 보강된 개소가 보이지 않아 미려하게 처리될 수 있다.

본 발명이 적용되는 개소 즉, 내진보강을 하여야 하는 건축물 및 시설물은 다음과 같다.

(1) 구 설계법에 의해 설계된 건축물로서 내진성이 부족한 건축물

현재 국내에서는 "건축법"에 의한 "건축물의 구조기준 등에 관한 규칙"과 "자연재해 대책법"에 의해 내진설계 기준과 내진설계 대상 시설물을 규정하고 있다.

과거의 기준에는 내진설계 대상 건축물에 해당하지 않았으나 현행 내진설계기준에서 내진설계 대상건축물로 지정된 건축물과 현행 내진설계기준에 의하며 내진성능에 의문성이있는 건축물에 대하여 내진성능평가를 실시하고 그 결과에 따라 내진 보강 여부를 결정하여야 한다.

(2) 건축물의 사용 년수가 오래된 건물인 경우 건설된 당시에는 재료가 건전성을 유지하고 있으나, 사용 년수가 오래됨에 따라 구조체의 콘크리트와 철근,철골 등 재료 자체의 노후화가 진행된다. 그 예로 콘크리트의 중성화와 철근, 철골에 녹이 발생하는 것이다. 또한 콘크리트 자체에 균열이 발생하고, 균열부위의 누수로 건축물의 노후화는 피할 수 없는 일이다. 이러한 노후화된 건축물의 수명 연장과 안전을 위하여 내진보강을 하여야 한다.

(3) 건축물 중 증개축하거나 용도변경을 하는 경우 현행 법규에 적합하도록 내진보강을 하여야 한다.

본 발명에서 제안된 공법은 이러한 내진 보강에 대하여 광범위하게 적용이 가능하며 보강이 된 부위는 아라미드 스트립 부재의 기간이 경과하여도 화학적으로 안정되어 물성의 변화가 거의 없으며 강도의 저하가 없어 특별한 유지 보수가 필요없이 반 영구적으로 사용이 가능하다.

① 열화된 철근 콘크리트 건물 또는 구조물의 보, 기둥의 내진보강

② 단면 폭이 좁은 보 또는 기둥을 가진 철근콘크리트 구조물

③ 교각의 내진보강

④ 연돌의 내진보강

⑤ 쿨링 타워의 내진 보강

⑥ 교량 보의 내진보강

⑦ 철근콘크리트 건축물의 슬라브, 개구부 , 조적조 벽체의 내진보강

⑧ 지하 주차장 및 건축물 필로티의 내진보강

또한 아라미드 스트립 부재는 내후성이 우수하여 장기간 노출하였을 때 오랜 기간이 지나도 강도의 저하가 작다. 또한 인장력이 가해진 상태에서 장기간 노출된 경우에도 강도저하가 작으며 아라미드 스트립 부재를 수지(resin)나 모르타르로 피막을 형성해 주면 강도 저하가 없이 매우 안정된 내력을 유지한다. 콘크리트구조물에 내진 보강을 할 경우 콘크리트는 물과 알칼리성을 함유하고 있으므로 내수성과 알칼리에 대한 저항성이 매우 중요하다. 아라미드 스트립 부재는 물에 의한 영향을 전혀 받지 않으며 알칼리에 대한 저항성도 매우 안정적이다. 내진 보강재가 건축물 및 구조물에서 시공될 경우 화재에 대한 저항성은 필수적이다. 아라미드 스트립 부재는 난연성이 있으며 내열성도 우수하여 소방복의 소재로 사용되고 있으며 300℃ 까지는 산화되지 않는다.

다음에 본 발명에 따른 아라미드 스트립 부재를 이용한 철근 콘크리트 구조물의 내진보강 시공방법의 보강효과를 규명하기 위한 평가 방법은 다음과 같다. 먼저 시험체 6개를 제작하여 성능시험을 실시하였다. 본 성능시험은 성균관 대학교 토목 구조 실험실에서 실시하였다.

철근콘크리트 구조체에 보강하였을 경우 어느 정도의 보강성능이 있는지, 보강재를 매입하는 것과 매입하지 않는 보강공법에 따라, 또는 표면에 요철이 있는 보강재와 요철이 없는 보강재에 따라 어느 정도의 보강성능이 있는지 균열 및 파괴 형상을 비교 평가하고자 하였다.

시험체 6개는 표준 실험체 1개, 아라미드 스트립 부재를 표면에 부착하는 시험체를 2개 제작하였으며, 아라미드 스트립 부재를 매입하는 시험체를 3개 제작하였다. 또한 아라미드 스트립 부재를 표면에 부착하는 것과 매입하여 부착하는 것에 아라미드 스트립 부재 표면에 요철이 있는 것과 표면이 평탄한 것을 부착하여 비교 평가하였다.

표준 실험체는 폭[b] : 20cm, 춤[d] : 30cm, 유효춤[d] : 25cm, 스팬[l] :220cm , 순스팬[l] : 200cm , 인장 철근비[p] : 0.01이며 , 각 보강 실험체의 보강길이[l"] 는 200cm로 설계하였으며, 각 실험체의 설계변수 및 실험체의 분류는 하기와 같이 분류하였으며, 이들 각 보강설계변수에 의한 실험체를 제작하여 실험을 수행하여 그 결과를 분석. 평가하였다.

실험체에 작용하는 하중제어를 위하여 100 tonf 용량의 유압잭을 실험체의 중앙부에 설치하여 실험체의 순스팬 사이의 전단 스팬비 (a/d)가 4인 지점에서 2점 가력하였으며, 하중은 100 tonf 용량의 로드셀을 사용하여 측정하였으며, 인장철근이 항복할 때까지는 하중제어로 재하를 하였고 , 인장철근이 항복한 이후에는 보 중앙부의 처짐으로 변위제어를 하여 실험체가 최종 파괴시까지 재하 하였다.

본 실험체에 사용된 철근은 국내에서 생산된 SD40의 공강도 철근이 사용되었으며, 보의 주철근은 HD10, HD13등이 배근되었고, 스터럽(stirrup)은 HD10가 배근되었다. 그리고 사용된 철근의 재료 특성을 파악하기 위하여 KSB 0801(금속재료 인장시험편 규정)에 따라 시험편을 각각 5개씩 제작하였으며,KSB0802의 금속재료 인장 시험방법에 따라 실험을 하였고, 결과는 하기와 같다.

콘크리트로서 실험체에 사용된 자갈의 최대 직경은 25mm, 슬럼프는 15cm,콘크리트 배합강도는 배합설계에 의하여 240kgf/㎠으로 하였고, 콘크리트 배합은 요구강도와 시공성 및 선정된 재료의 최적설계비에 따라 설계되었으며, 각 실험체의 콘크리트 타설과 함께 압축강도용 공시체를 제작하였다.

압축강도 실험용 원주형 공시체는 100 x 200mm 몰드를 사용하여 KSF 2405에 따라 몰드를 3개 층으로 나누어 각 층을 25회씩 봉다짐하여 제작하였다. 공시체는 제작 후 즉시 비닐을 덮어 수분증발을 방지하였으며, 재령 28일까지 수중 양생을 실시하였다. 공시체의 압축강도 측정은 100tonf 용량의 U.T.M 으로 일방향 압축강도 시험을 하였다. 하기 표에 나타난 콘크리트 압축강도는 5개의 공시체의 시험결과에 대한 평균값이다.

또한, 아라미드 스트립 부재에 대한 인장력 테스트를 실시하였다.

인장력 테스트 방법은 인스트론기를 이용하여 ASTM D 3039의거하여 제작된 인장 시편(Tensile Strength Specimen)에 대하여 테스트를 실시한다.

상기 아라미드 스트립 부재의 인장 강도는 다음과 같았다.

본 발명에 사용된 접착용 에폭시수지는(SK-CPA)를 사용하였다. 각 실험체의 균열 및 파괴 강도는 다음과 같다.

(1) 표준 실험체의 균열 및 파괴 형태

실험 진행중 초기균열은 하중 2.16tonf, 처짐 0.49 mm에서 보 중앙부에 발생하였으며, 이후 순수 휨 구간에서 다수 발생하였다. 그리고 하중 7.9 tonf, 처짐 5.3 mm에서 인장철근의 항복과 전단균열이 발생하였다. 최대하중 9.11tonf에서 콘크리트 파괴가 진행되면서 변형이 크게 증가하였으며, 균열폭 확장이 진행되면서 실험체는 파괴되었고, 전형적인 휨파괴 거동을 하였다.

(2) E-ESG1 실험체의 균열 및 파괴 형태

철근 콘크리트 보 실험체 E-ESG1이 파괴될 때까지 재하하여 보의 거동을 관찰하였다. 실험 진행중 초기균열은 하중 2.64 tonf, 처짐 0.61mm에서 보 중앙부에 발생하였으며, 이후 휨 인장 구간에서 다수 발생하였다. 그리고 하중 9.41tonf, 처짐 5.89mm에서 인장철근의 항복이 발생하였다. 최대하중 10.46tonf에서 보강재가 모재로부터 박리를 시작하여 콘크리트 파괴가 진행되면서 변형이 크게 증가하였다. 파괴형태는 보강재가 모재로부터 박리하는 계면파괴를 하였다.

(3) E-USG1 실험체의 균열 및 파괴 형태

철근콘크리트 보 실험체 E-USG1 이 파괴될 때까지 재하하여 보의 거동을 관찰하였다. 실험 진행중 초기균열은 하중 2.69tonf, 처짐 0.59mm에서 보 중앙부에 발생하였으며, 이후 휨 인장 구간에서 다수 발생하였다. 그리고 하중 8.91tonf, 처짐 5.4mm에서 인장철근의 항복이 발생하였다. 최대하중 10.4tonf에서 보강재가 모재로부터 박리를 시작하여 콘크리트 파괴가 진행되면서 변형이 크게 증가하였다. 파괴형태는 보강재가 모재로부터 박리하면서 콘크리트 피복과 함께 탈락하였다.

(4) N-ESG1 실험체의 균열 및 파괴 형태

철근콘크리트 보 실험체 N-ESG1이 파괴될 때까지 재하하여 보의 거동을 관찰하였다. 실험 진행중 초기균열은 하중 2.74 tonf, 처짐 0.59mm에서 보 중앙부에 발생하였으며, 이후 휨 인장 구간에서 다수 발생하였다. 그리고 하중 9.51tonf, 처짐 5.59mm에서 인장철근의 항복이 발생하였다. 최대하중 10.74tonf에서 보강재가 모재로부터 박리를 시작하였으며 일시에 보강재가 박리하지 않고 처짐이 진행되면서 2차적인 내력을 발휘하였다. 파괴형태는 보강재가 단부에서 모재로부터 미끄러져 분리되면서 탈락하였다.

(5) N-USG1 실험체의 균열 및 파괴 형태

철근 콘크리트 보 실험체 N-USG1이 파괴될 때까지 재하하여 보의 거동을 관찰하였다. 실험 진행중 초기균열은 하중 2.44 tonf, 처짐 0.68mm에서 보 중앙부에 발생하였으며, 이후 휨 인장 구간에서 다수 발생하였다. 그리고 하중 8.32tonf, 처짐 5.46mm에서 인장철근의 항복이 발생하였다. 최대하중 11.02tonf에서 보강재가 모재로부터 중앙부에서부터 일부 박리를 시작하였으며 처짐이 진행되면서 2차적인 저항을 하면서 40mm의 처짐이 발생할 때까지 내력을 발휘하였다. 이후 다시 보강재의 박리가 시작되었으며 파괴형태는 보강재가 콘크리트 피복과 함께 분리되는 계면 파괴를 하였다.

(6) N-USG2 실험체의 균열 및 파괴 형태

철근콘크리트 보 실험체 N-USG2이 파괴될 때까지 재하하여 보의 거동을 관찰하였다. 실험 진행중 초기균열은 하중 2.79 tonf, 처짐 0.74 mm로 한 개의 보강재로 보강한 시험체와 별 차이가 없었다, 이후 하중 10.00tonf, 처짐 5.97mm에서 인장철근의 항복이 발생하였다. 최대하중은 14.28tonf으로 한 개의 보강재로 보강한 시험체보다 상당히 증가하였으며 항복 후에도 2차적인 저항을 하면서 내력을 발휘하였다. 균열은 수직의 휨 인장 균열뿐만 아니라 1차적 파괴 후에 수평 균열이 발생하면서 콘크리트 모재가 파괴되어 탈락되었으며 파괴형태는 보강재가 콘크리트 피복과 함께 분리되는 계면 파괴를 하였다.

상술한 내력 평가결과는 다음과 같다. 콘크리트 표면에 보강재를 부착한 시험체의 경우 표면이 평편한 아라미드 스트립 부재의 경우 표준시험체와 비교하여 19.1% 내하력 증가가 발생하였으나 보강자재가 충분히 성능을 발휘하기 전에 보강재가 콘크리트 표면과의 박리에 의해 콘크리트가 파괴된다는 것을 알 수 있다.

표면에 요철이 있는 아라미드 스트립 부재의 경우 최대 극한 하중의 증대 효과는 표면이 평편한 보강재를 부착한 시험체와 별 차이가 없었으나 연성이 상대적으로 큰 현상을 보였다. 매입한 표면에 요철이 있는 아라미드 스트립 부재의 경우 부착성능이 증대되어 보강재와 콘크리트 표면과의 박리에 의한 파괴보다는 콘크리트 피복분리에 의한 파괴 현상을 보였다.

또한 표면에 요철이 있는 아라미드 스트립 부재가 표면이 평탄한 스트립 부재를 사용하여 보강한 실험체에 비하여, 또한 콘크리트 표면에 보강재를 부착한 시험체보다는 매입한 시험체가 파괴 시점까지의 변형능력이 우수하고, 연성이 상대적으로 큰 현상을 보였다.

연성에 의한 구조물의 파괴는 구조물 파괴 전에 대피할 시간을 확보할 수 있어 지진발생시 인명피해를 줄이는 데 매우 중요한 요소라 할 수 있다.

시험체와는 달리 실제로 구조보강을 해야 하는 철근콘크리트 구조물은 대부분은 20~30년 이상 세월이 경과된 건물로서 콘크리트 표면이 열화가 진행되었을 것으로 예상되며 또한 시공 정도에 따라 표면의 강도가 저하되었을 것으로 예상되므로 보강체의 표면 열화된 부분을 취핑하여 보강하였을 경우에 보강효과는 실험에 의한 것보다 상당히 클 것으로 판단된다.

한편 보강재 탈락 이후의 보강 실험체 거동은 보강재료와 관계없이 표준 실험체와 유사한 형태를 보여 주고 있다. 상기와 같은 각 시험체별 내력 및 처짐 특성은 다음과 같다.

또한 연성도 평가결과는 다음과 같다. 연성이란 재료, 구조 단면, 구조부재 또는 구조계가 심각한 저항성의 손실이 없이 붕괴하기 전까지 보여주는 비선형 변형(Inelastic Deformation)을 나타내는 정성적인 개념이다. 일반적으로 철근콘크리트 보에서는 갑작스런 취성파괴를 방지하고 구조물의 변형에너지 흡수 능력을 확보하기 위하여 어느 정도 이상의 연성을 확보하여야 한다. 이와 더불어 부정정 구조물의 경우 연성은 위험단면의 과잉 응력을 다른 단면으로 재분배시켜 국부파괴를 지연시키는 역할을 하는 중요한 안전도 계수라고도 할 수 있다. 연성을 측정하기 위한 방법으로 연성지수(Ductility Index) 또는 연성계수(Ductility Factor)가 사용이 되는데 곡률(Curvature), 회전(Rotation), 처짐(Displacementn)의 비로 하기 식 (1)과 같이 정의한다.

본 발명에서는 실험체가 항복할 때의 처짐과 극한 하중에 도달할 때의 처짐의 비로 표현되는 변위 연성지수(Ductility Index)를 사용하여 부재의 연성도를 평가하였고, 실험체의 변위 연성지수는 하기 표와 같다.

표준 실험체(Control)의 연성지수가 4.52로 가장 높으나, 표면부착공법을 이용한 실험체 E-ESG1과 E-USG1는 2.25~2.89로 나타나 표준 실험체(Control)보다 연성이 떨어지는 것으로 나타났다.

여기서 표면에 요철이 있는 GFRP를 사용한 E-USG1 실험체가 표면에 요철이 없는 GFRP를 사용한 실험체 E-ESG1 보다 좀더 연성적으로 거동하는 것으로 나타났다. 또한 표면매립 공법을 이용한 N-ESG1, N-USG1 그리고 N-USG2 실험체들은 표면부착공법을 이용한 실험체들 보다 좀 더 연성적인 거동을 하는 것으로 나타났고, N-USG1 실험체는 표준 실험체(Control)와 거의 비슷한 연성지수인 4.25를 나타내었다.

결론적으로 재료적으로는 표면에 요철이 있는 보강재가, 보강 공법으로는 표면부착공법 보다는 표면매립공법이 구조물의 연성 확보 측면에서 유리한 것으로 판단되었다.

또한 에너지 정의에 기초한 연성은 비탄성, 탄성, 그리고 전체에너지 중에 어떤 두 개의 비로써 정의되어 진다. 여기에서는 비탄성에너지와 전체에너지의 비로 정의하였다.

따라서 전체에너지는 하중-변형 곡선 전체의 아래 면적을 계산하면 되므로 쉽게 계산할 수 있다. 그러나 선형에너지 부분과 비선형에너지 부분을 결정함에 있어 다소 어려운 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로는 다음의 두 가지 방법이 보편적으로 이용된다.

첫 번째 방법은 하중의 증가가 다르게 바뀌는 점을 찾는 것이다. 두 번째 방법은 하중-곡선에서 편평한 부분을 기준으로 에너지 변곡점을 찾아 구분하는 것이다.

1998년도 Grace의 연구결과에 의하면, 비탄성에너지와 전체에너지의 비로 정의된 에너지 비(energy ratio)는 연성의 더 좋은 측정방법으로 제안되어 졌다. 또한 그의 연구 결과에 따르면 만약 에너지비가 75%보다 더 크면 그 보는 연성파괴(ductile failure)가 지배적이 되며, 에너지비가 70%~74% 사이이면 반연성(semi-ductile)으로 고려되어 진다. 만약 69% 이하일 때 보는 취성파괴(brittle failure)가 지배한다(Grace, 1998). 에너지 개념에 의한 연성도를 각 실험체별로 분류하면 하기 표와 같다.

상기 표에서 확인할 수 있듯이 보강 실험체들은 표준 실험체 비하여 상대적으로 낮은 연성도를 갖고 있다. 그러나 Grace의 에너지방법에 의한 보강실험체의 연성분류에 따르면 표면에 요철이 없는 GFRP를 사용한 실험체 E-ESG1과 N-ESG1는 semi-ductile과 brittle failure로 나타났다. 이에 반하여 표면에 요철이 있는 GFRP를 사용한 실험체 E-USG1 과 N-USG1는 ductile failure로 나타나 충분한 연성을 확보하고 있음을 확인할 수 있었다.

하지만 실험체 N-USG2는 실험체 제작 시 전단 철근에서 보 표면까지의 거리 즉 피복두께가 확보되지 않아 보강재가 재료적 성능을 발휘하기 전에 탈락되는 미성숙 파괴가 일어나서 연성이 잘 나타나지 않은 것으로 판단된다.

이상에서 본 발명에 따른 연성강화 복합섬유패널 및 이를 이용한 콘크리트 구조물 보강공법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 따라서, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.

100: 콘크리트 구조물 200: 제1 접착제
300: 섬유패널 400: 제2 접착제
500: 섬유벨트

Claims (1)

1. (A) 상하로 길이를 갖는 콘크리트 구조물의 측면에 상하 방향으로 내진 보강하는 단계, 및 (B) 상기 콘크리트 구조물의 둘레 방향으로 내진 보강하는 단계로 이루어진 기둥 구조물 내진 보강공법으로서;
   상기 (A) 상하 방향의 보강 단계는 (A-1) 상하로 길이를 갖는 콘크리트 구조물의 측면에 열화된 콘크리트 영역을 포함하도록 아라미드 스트립 부재의 폭보다 넓게 상기 열화된 깊이 이상으로 상기 측면의 상하로 커팅 라인을 형성하고, 상기 커팅 라인 내측의 열화된 콘크리트를 치핑하여 제거하는 단계, (A-2) 상기 열화된 콘크리트가 제거되어 형성된 요홈부 표면을 세척하고, 상기 요홈부에 아라미드 스트립 부재의 두께만큼을 남겨두고 고강도 수성 모르타르 조성물을 채우는 단계, (A-3) 상기 요홈부보다 폭이 작은 아라미드 스트립 부재에 에폭시 레진 조성물을 도포한 후 고강도 수성 아크릴폴리머 모르타르 위에 부착하는 단계, (A-4) 상기 아라미드 스트립 부재의 양측 단부와 요홈부 사이에 에폭시 레진을 코킹하는 단계로 이루어져 있고;
   상기 (B) 둘레 방향의 보강 단계는 (B-1) 상기 콘크리트 구조물의 측면을 따라 제1 접착제를 도포하는 단계; (B-2) 상기 제1 접착제가 도포된 콘크리트 구조물의 측면을 따라 위에서 아래로 보았을 때 시계 방향으로 내려가는 모양의 나선 모양으로 감싸도록 섬유벨트를 감아 상기 제1 접착제의 도포면에 부착시키는 단계; (B-3) 상기 섬유벨트가 감아진 콘크리트 구조물의 측면을 따라 제2 접착제를 도포하는 단계; (B-4) 상기 제2 접착제가 도포된 콘크리트 구조물의 측면을 따라 위에서 아래로 보았을 때 반시계 방향으로 내려가는 모양의 나선 모양으로 감싸도록 섬유벨트를 감아 상기 제2 접착제의 도포면에 부착시키는 단계로 이루어져 있으며;
   상기 고강도 수성 모르타르 조성물은 고체상의 조성이 아크릴폴리머 100 중량부에 소석회 3-5 중량부 및 고령토 분말 1-2 중량부로 이루어져 있고; 상기 에폭시 레진 조성물은 고체상의 조성이 에폭시 레진 100 중량부에 폴리숙신이미드 분말 5-10 중량부로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 기둥 구조물 내진 보강공법.

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