KR101393082B1 - 다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강（휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법 - Google Patents

다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강（휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 휨보강을 위한 다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강(휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법에 관한 것으로, 휨 보강을 하고자 하는 콘크리트 구조물의 표면을 정리하는 콘크리트 구조물 표면정리 단계와, 접착제 도포장치를 이용해 다방향 탄소섬유판에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계와, 다방향 탄소섬유판을 콘크리트 구조물에 부착하는 다방향 탄소섬유판 부착단계 및 콘크리트 구조물에 부착된 다방향 탄소섬유판 중 양 끝단에 앵커 홀을 형성한 후 앵커링 볼트 및 앵커링 플레이트를 결합하는 다방향 탄소섬유판 고정단계;로 이루어져 있어, 다방향 탄소섬유판의 도입으로 인한 보강능력 향상과 더불어 앵커링 볼트를 도입하여 양 끝단에서 다방향 탄소섬유판의 조기 탈락현상을 예방하여 주고, 추가로 전단지역에 앵커링 볼트를 설치하여 전단균열에 대한 예방을 하며, 다방향 탄소섬유판에 접착제 도포시 접착제 도포장치를 이용하여 도포함으로써 다방향 탄소섬유판을 콘크리트 구조물의 부착시 접착제의 낭비를 줄임과 동시에 접착력이 균일해질 수 있는 다방향 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강(휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법을 제공한다.

Description

다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강（휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법{Structural Reinforcing and Improving Load Bearing Capacity for Concrete Structures by using Multi-directional Carbon Fibre Laminates and Anchoring Bolts}
본 발명은 콘크리트 구조물의 휨보강을 위해서 다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강(휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물 보강공법은 크게 부착공법, 단면증설공법 등이 있다.
여기서, 상기 부착공법에는 강판 부착공법, 섬유시트 보강공법, 섬유판 보강공법 등이 있다.
상기 강판 부착공법은 강판을 이용하여 보강하는 공법으로, 강판의 자중이 크고, 시공시 중장비가 필요하다.
또한, 강판 자체의 부식이 우려되며, 밀폐 현상으로 인한 통기성 결여로 계면 박리의 문제점이 있다.
그리고 상기 섬유시트 보강공법은 보강성능에 비해 시공이 어렵고, 작업자의 숙련도에 의해 품질이 좌우되는 문제점이 있다.
또한, 전면 시공으로 인해 통기성이 결여되어, 유지관리에도 어려움이 있다.
그리고 상기 섬유판 보강공법은 재료적 물성은 우수하나, 보강대상 구조물과의 부착성능을 에폭시 접착제에만 의존할 수밖에 없음으로 인해, 단부에서 조기 박리 등 부착 성능에 한계가 있다.
상기와 같은 섬유판 보강공법에 대한 종래 기술로서 대한민국 등록특허 제10-0614916호(2006.08.16.), "삽입부가 형성된 건축용 보강빔"이 제안된 바 있다.
상기 등록특허는 보강부의 상측으로 상부시트를 구성하고 하측으로는 하부시트를 구성하되, 양 단에 콘크리트 구조물에 형성된 홈에 삽입할 수 있는 삽입부를 형성하여 콘크리트 구조물에 매설하는 형태로 보강하는 구조로 이루어져 있다.
이러한, 등록특허는 보강빔이 박리되는 현상을 방지할 수 있도록 양 끝단에 삽입부를 형성하여 콘크리트 구조물에서 양 끝단이 박리되는 현상을 방지하도록 작용하게 된다.
(특허문헌 1) KR10-0614916 B1 삽입부가 형성된 건축용 보강빔
하지만, 상기와 같은 등록특허는 구조의 복잡성으로 인해 실제 시공시 이용되는 경우가 극히 드물다.
특히, 상술한 등록특허의 경우 열화된 콘크리트 구조물의 보강을 위한 목적으로 이용하는 것인데, 상기와 같이 삽입부가 삽입할 수 있을만한 홈을 형성할 경우 물리적인 열화를 더욱 촉진하게 되어 보강의 효율성이 저하되는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강(휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법으로서 다방향 탄소섬유판의 도입으로 인하여 보강능력 향상과 더불어 앵커링 볼트를 도입하여 다방향 탄소섬유판의 양 끝단에서 조기 박리현상을 방지하는데 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다방향 탄소섬유판에 접착제 도포시 접착제 도포장치를 이용하여 도포함으로써 다방향 탄소섬유판을 콘크리트 구조물의 부착시 접착제의 낭비를 줄임과 동시에 부착력이 균일해질 수 있도록 하는데 있다.
본 발명은 각기 여러 방향으로 탄소섬유사가 연장되는 다수의 탄소섬유판을 합지한 다방향 탄소섬유판을 이용하기 때문에 탄소섬유판의 강도 및 전단 저항력을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 표면에 필름을 부착하고 있기 때문에 보관 및 시공과정에서 먼지의 부착이 생기지 않게 되며, 이에 따라 별도의 청소작업이 필요없이 필름만 떼어낸 후 빠르게 시공할 수 있다.
또한, 다방향 탄소섬유판은 앵커링 볼트의 도입을 통해 탄소섬유판의 양 끝단부에서의 조기 박리현상을 방지할 수 있고, 특히, 앵커링 볼트의 도입시 다방향 탄소섬유판에 홀을 형성할 경우에도 다 방향으로 탄소섬유사가 연장되어 있어 찢어짐이나 벌어지는 현상이 발생하지 않아 보강력을 향상시킬 수 있다.
그리고 다방향 탄소섬유판에 접착제를 도포할 때에 가운데 부분에는 다량의 접착제를 도포하고 양 측면에는 소량의 접착제를 도포할 수 있는 접착제 도포장치를 이용하여 접착제의 낭비를 줄임과 동시에 다방향 탄소섬유판을 콘크리트 구조물에 압착하여 부착시 접착제가 균일한 두께로 이루어져 부착력이 일정해 질 수 있다.
아울러, 다방향 탄소섬유판에 접착제를 도포하는 접착제 도포장치의 경우 다방향 탄소섬유판의 폭 및 두께에 따라 조절이 가능하여 다양한 크기의 다방향 탄소섬유판에 적용할 수 있음은 물론, 접착제의 도포량이 많을 경우 전면판을 조정하여 도포량을 조절할 수 있는 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 다방향 탄소섬유판을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 접착제 도포장치를 도시한 사시도.
도 3은 도 1의 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 휨보강 상태를 도시한 상태도.
도 5는 무보강 RC-T 빔의 휨인장 시험을 실시한 개략도.
도 6은 다방향 탄소섬유판을 에폭시 부착방법으로 보강한 후 RC-T 빔의 휨인장 시험을 실시한 개략도.
도 7은 다방향 탄소섬유판 에폭시 부착 + 양 끝단을 앵커 볼트로 보강한 후 RC-T 빔의 휨인장 시험을 실시한 개략도.
도 8은 다방향 탄소섬유판 에폭시 부착 + 전단지역에 일정간격으로 6개 앵커링 으로 보강한 후 RC-T 빔의 휨인장 시험을 실시한 개략도.
도 9는 다방향 탄소섬유판 에폭시 부착 + 양 끝단 앵커 볼트 2개소 + 전단지역 4개소에 앵커링으로 보강한 후 RC-T 빔의 휨인장 시험을 실시한 개략도.
도 10은 도 5 내지 9에서 시험한 결과를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 대해 더욱 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
우선, 본 발명에서 다방향으로 제조된 탄소섬유판(1)(이하, '다방향 탄소섬유판'이라 칭함)은 도 1에서와 같이 탄소섬유사가 길이방향으로 연장되어 있는 제1 탄소섬유판(1a)과 상기 제1 탄소섬유판(1a)의 상, 하면에 배치되며, 탄소섬유사가 제1 탄소섬유판(1a)의 탄소섬유사가 연장되는 방향과 +45° 기울기를 가지도록 형성되는 제2 탄소섬유판(1b)과, 상기 제1 탄소섬유판(1a)의 탄소섬유사가 연장되는 방향과 -45° 기울기를 가지도록 형성되는 제3 탄소섬유판(1c)으로 배치되어 구성된다.
즉, 길이방향의 제1 탄소섬유판(1a) 상측에는 +45°의 방향성을 가진 제2 탄소섬유판(1b)이 적층되고, 제1 탄소섬유판(1a)의 하측에는 -45°의 방향성을 가진 제3 탄소섬유판(1c)이 적층된 구조로 이루어져 있다.
특히, 도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 제1 탄소섬유판(1a)의 상측에 적층되어 있는 제2 탄소섬유판(1b)의 상측으로 제3 탄소섬유판(1c)을 더 형성하고, 제1 탄소섬유판(1a)의 하측에 형성된 제3 탄소섬유판(1c)의 하측으로 제2 탄소섬유판(1b)을 더 형성하여 보강력을 향상시킬 수 있도록 구성할 수도 있다.
이러한, 다방향 탄소섬유판(1)은 제1 탄소섬유판(1a)이 전체 중량의 80 ∼ 90중량%를 차지하고, 나머지 제2, 3 탄소섬유판(1b, 1c)이 10 ∼ 20중량%를 차지하도록 구성되고, 최저 인장 강도는 2200MPa이고 최저 탄성계수는 160GPa인 것을 사용하도록 한다.
특히, 상기 다방향 탄소섬유판(1)에는 도면에서는 도시하지 않았지만 필름을 부착할 수도 있다.
한편, 본 발명에서 상술한 다방향 탄소섬유판(1)의 표면에 접착제(E)를 도포하기 위한 접착제 도포장치(10)에 대해 살펴보면 다음과 같다.
하측에는 평평한 상태의 하부판(11)이 구성되고 있고, 이 하부판(11)의 상측의 양측면에는 일정한 이격 간격을 두고 배치되는 제1, 2 측면판(12, 13)이 구성되어 있다.
또한, 상기 하부판(11)의 상측 후면은 개방된 상태로 이루어져 있고, 상측 전면에는 전면판(14)이 구성되어 있다.
따라서, 상기 하부판(11)의 상측에는 제1, 2 측면판(12, 13) 및 전면판(14)에 의해 반고체 상태의 접착제를 수납할 수 있는 접착제 수납홈(15)이 형성된다.
그리고 상기 전면판(14)의 하단에는 중앙에서 양 가장자리로 갈수록 단면이 좁아지는 라운드 형태의 높이 조절홈(14a)이 포함되어 구성된다.
상기 높이 조절홈(14a)은 접착제 도포장치(10)를 통해 다방향 탄소섬유판(1)의 표면에 접착제(E)의 도포시 중앙부분에는 많은 양의 접착제(E)를 도포하도록 하고, 양 측면에는 작은 양의 접착제(E)를 도포하도록 하기 위해 형성되는 것이다.
즉, 접착제(E)가 도포된 다방향 탄소섬유판(1)을 콘크리트 구조물(C)에 부착할 때에 통상 중앙부분을 먼저 눌러 부착하고 그 다음에 측면을 눌러 완전히 접착시키게 되는데, 동일한 양으로 접착제가 도포되었을 경우 측면의 접착제(E)가 다방향 탄소섬유판(1)에서 이탈하여 콘크리트 구조물(C)에 묻거나 또는 낙하하여 작업성이 저하되는 현상이 방지함은 물론 접착제(E)의 소모량이 많아지는 문제가 있는데, 본 발명에서는 중앙부분에 더 많은 접착제(E)가 도포될 수 있도록 하여 접착제(E)의 소모량을 줄임은 물론, 접착제(E)가 다방향 탄소섬유판(1)에서 벗어나는 양이 최소화될 수 있도록 작용하게 된다.
또한, 상기 접착제 도포장치(10)의 제1 측면판(12)은 하부판(11)에 결합되어 고정된 상태를 유지하고, 제2 측면판(13)에는 폭 조절부(16)를 형성하여 다방향 탄소섬유판(1)의 폭에 따라 제1, 2 측면판(12, 13)의 간격, 다시 말해, 접착제 수납홈(15)의 폭을 조절할 수 있다.
즉, 상기 폭 조절부(16)는 접착제 도포장치(10)에 형성되어 있는 제2 측면판(13)에 일측이 결합되어 있고, 타측에는 폭 고정 볼트(B1)가 결합되어 있는 폭 조절 바(16a)가 구성되어 있고, 하부판(11)의 하측에 결합하되 내측에 레일 형태의 가동홈(h1)을 포함하고 있는 제1 프레임(16b)으로 구성되어 제1 프레임(16b)에 형성되어 있는 가동홈(h1)에 폭 고정 볼트(B1)가 결합하여 제2 측면판(13)과 결합한 폭 조절 바(16a)를 이동 및 고정되도록 하여 접착제 수납홈(15)의 폭을 조절할 수 있도록 구성된다.
여기서, 상기 폭 조절부(16)의 폭 조절 바(16a) 및 제1 프레임(16b)는 1개소 또는 그 이상으로 형성할 수 있다.
그리고 상기 접착제 도포장치(10)에는 높이 및 중심 조절부(17)를 형성해 다방향 탄소섬유판(1)의 두께 및 크기에 따라 접착제(E)의 도포량을 조절할 수 있도록 전면판(14)의 높이를 조절할 수 있다.
즉, 상기 높이 및 중심 조절부(17)는 일측은 상술한 폭 조절부(16)의 폭 조절바(16a)와 중심 조절 볼트(B3)에 의해 결합되어 전면판(14)의 전면에 형성되되, 전면판(14)과 맞닿는 위치에 높이 고정 볼트(B2)를 형성하고 있는 제2 프레임(17a)이 형성되고, 전면판(14)에는 상기 높이 고정 볼트(B2)에 의해 고정될 수 있는 다수의 높이 조절 홀(h2)이 구성되어 높이 고정 볼트(B2)의 잠금 및 잠금 해제에 의해 전면판(14)의 위치를 조절한 후 고정시킬 수 있고, 중심 조절 볼트(B)를 이용하여 제2 프레임(17a)의 위치를 가변함으로써 전면판(14)의 라운드 형상으로 이루어진 높이 조절홈(14a)의 중심과 다방향 탄소섬유판(1)의 중심을 일치시켜 센터를 맞출 수 있도록 구성된다.
여기서, 상기 높이 및 중심 조절부(17)의 제2 프레임(17a)는 하나 이상의 폭 조절부(16) 중 전면판(14)과 인접해 있는 폭 조절부(16)의 제1 프레임(16b)과 결합할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 다방향 탄소섬유판(1)과 접착제 도포장치(10)를 이용하여 콘크리트 구조물(C)의 휨보강을 위한 공법에 대해 살펴보도록 한다.
우선, 본 발명에서의 휨 보강 공법을 위해서는 콘크리트 구조물(C) 표면을 정리하는 작업이 선행되어야 한다.(콘크리트 구조물 표면정리 단계)
상기 콘크리트 구조물 표면정리 단계는 휨 보강을 실시하고자 하는 콘크리트 구조물(C) 표면의 이물질 및 세척작업을 하게 된다.
여기서, 보강하고자 하는 콘크리트 구조물(C) 면의 평탄성이 안 맞을 경우 홈부는 메워주고 돌출부는 치핑 작업하는 평탄화 작업이 선행되어야 한다.
다음으로, 상기 콘크리트 구조물 표면정리와 더불어 다방향 탄소섬유판(1)의 표면에 접착제(E)를 도포한다.(접착제 도포단계)
상기 다방향 탄소섬유판(1)에 접착제(E)를 도포하는 과정은 상술하였던 접착제 도포장치(10)를 이용하게 된다.
이 과정에 대해 살펴보면,
우선, 접착제 도포장치(10)의 후면으로 다방향 탄소섬유판(1)을 삽입하여 접착제 수납홈(15)에 다방향 탄소섬유판(1)을 배치한다.
이때에, 상기 접착제 도포장치(10)의 폭 조절부(16)에 형성되어 있는 폭 고정 볼트(B2)잠금을 해제한 후 다방향 탄소섬유판(1)의 폭에 맞게 폭 조절 바(16a) 및 이와 연결되어 있는 제2 측면판(13)을 이동시키게 되면, 폭 조절바(16a)에 형성되어 있는 폭 고정 볼트(B1)가 제1 프레임(16b)에 형성되어 있는 가동홈(h1)을 따라 이동하게 되어 다방향 탄소섬유판(1)의 폭에 맞게 제1, 2 측면판(12, 13)의 간격, 다시 말해, 접착제 수납홈(15)의 폭을 조정한다.
상기에서 접착제 수납홈(15)의 폭 조절이 완료되면 폭 고정 볼트(B2)를 잠금 상태가 되도록 조여준다.
그러면, 상기 폭 고정 볼트(B2)가 제1 프레임(16b)의 가동홈(h1)에서 고정되어 폭의 고정이 이루어지게 된다.
한편, 상기 폭 조절이 완료되면 높이 및 중심 조절부(17)를 이용해 다방향 탄소섬유판(1)의 표면에 접착제(E)가 도포되는 양을 조절할 수 있도록 조작한다.
즉, 상기 높이 및 중심 조절부(17)는 전면판(14)에 형성되어 있는 다수의 높이 조절 홀(h2) 중 어느 하나에 결합할 수 있는 높이 고정 볼트(B2)의 잠금 해제를 한 상태에서 전면판(14)의 높이를 조절한 후 높이 고정 볼트(B2)를 이용해 전면판(14)에 형성되어 있는 높이 조절 홀(h2)에 결합하여 고정한다.
또한, 상기 폭 조절부(16)의 조정에 따라 높이 및 중심 조절부(17)에 형성되어 있는 제2 프레임(17a)과 폭 조절부(16)의 제1 프레임(16b)을 결합하고 있는 중심 조절 볼트(B3)의 잠금을 해제하여 전면판(14)의 라운드 형상으로 이루어진 높이 조절홈(14a)의 중심과 다방향 탄소섬유판(1)의 중심을 일치시킨 후 고정한다.
상기와 같이 접착제 도포장치(10)의 셋팅이 완료되면 접착제 수납홈(15)에 수납된 다방향 탄소섬유판(1)의 표면에 반고체 상태의 접착제(E)를 배치한 후, 다방향 탄소섬유판(1)을 후면에서 전면 방향으로 이동시킨다.
그러면, 다방향 탄소섬유판(1) 위에 배치되어 있는 반고체 상태의 접착제(E)가 다방향 탄소섬유판(1)의 표면에 도포되면서 이동을 하게 되는데, 이때에, 상기 다방향 탄소섬유판(1)은 전면판(14)을 통과하는 과정에서 높이 조절홈(14a)에 의해 일정량의 접착제(E)가 도포될 수 있도록 작용하게 된다.
여기서, 일반적으로 다방향 탄소섬유판(1)을 콘크리트 구조물(C)의 휨 보강을 위해 부착할 때에, 다방향 탄소섬유판(1)의 중앙 부분을 먼저 눌러 콘크리트 구조물(C)가 가 접착시킨 상태에서 양 측면을 눌러 최종적으로 다방향 탄소섬유판(1)을 콘크리트 구조물(C)에 부착하게 된다.
상기와 같은 작업시 다방향 탄소섬유판(1)의 중앙 부분과 양 가장자리에 도포된 접착제(E)의 양이 동일할 경우 중앙부분에 도포되어 있던 접착제(E)가 양 측면으로 밀리게 되면서 중앙부분의 접착제(E) 양이 양 가장자리 부분의 접착제(E) 양보다 상대적으로 적어지게 되어 접착력이 저하되는 현상이 발생함은 물론, 양 가장자리에서는 중앙부분에서 밀려온 접착제(e) 및 원래 양 가장자리에 있던 접착제(E)가 합쳐지게 되면서 많은 양의 접착제(E)가 형성되고, 이렇게 형성된 접착제(E)의 일부는 다방향 탄소섬유판(1)을 벗어나 콘크리트 구조물(C)에 묻거나 또는 낙하하여 미관상 좋지 않은 결과를 초래함은 물론, 접착제(E)의 낭비를 초래할 수 있다.
이에 본 발명에서는 상술한 높이 조절홈(14a)은 중앙에서 양 가장자리로 갈수록 단면적이 작아지는 라운드 형상으로 이루어져 있어, 다방향 탄소섬유판(1)의 중앙부분에는 많은 양이 접착제(E)가 도포되도록 작용하고, 양 측면에는 소량의 접착제(E)가 도포되도록 작용하여 상술한 바와 같은 문제를 해결할 수 있도록 작용하게 된다.
다음으로, 상기와 같이 다방향 탄소섬유판(1)에 접착제(E)의 도포가 완료되면 다방향 탄소섬유판(1)을 표면정리가 완료된 콘크리트 구조물(C) 표면에 부착한다. (다방향 탄소섬유판 부착단계)
다음으로, 본 발명에서는 상기 다방향으로 제조된 탄소섬유판(1)의 부착 이후 다방향 탄소섬유판(1)의 양 끝단에 앵커링 볼트(A)를 삽입하고, 이 앵커링 볼트(A)에 앵커링 플레이트(S)를 덧대어 다방향 탄소섬유판(1)을 지지하도록 한 후 너트(N)를 통해 고정하게 된다.(다방향으로 제조된 탄소섬유판 고정단계)
통상 접착제(E)를 이용해 다방향 탄소섬유판(1)을 부착하는 작업은 작업의 편리성 및 접착제(E)의 높은 접착성으로 인해 시공의 효율성이 높다.
하지만, 다방향 탄소섬유판(1)의 양 단부에서 조기 탈락이 발생하면 휨보강 능력이 저하되고, 특히, 접착제(E)를 이용한 관계로 화재시 열에 매우 취약한 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 앵커링 볼트(A)를 삽입할 수 있도록 다방향 탄소섬유판(1)의 양 끝단에 홀을 뚫고 여기에 앵커링 플레이트(S) 및 앵커링 볼트(A)를 삽입하여 고정함으로써, 다방향 탄소섬유판(1) 양 끝단에서의 조기 탈락 예방 및 화재시 탈락되는 문제점 등을 해결할 수 있다.
특히, 상기 다방향 탄소섬유판(1)의 양 끝단에 형성하는 앵커링 볼트(A)는 각 끝단에 1개소 이상을 형성하도록 하고, 양 끝단을 제외한 전단 모멘트가 작용하는 부분에는 다수의 앵커링 볼트(A)를 추가로 설치할 수 있다.
여기서, 상기 너트(N)의 조임은 토크렌치(도면에 미도시)를 이용하여 일정 토크로 조임작업을 실시하되, 다양한 직경으로 이루어질 수 있는 앵커링 볼트(A)의 전단이 발생하지 않는 범위 내에서 실시할 수 있다.
즉, 앵커링 볼트(A)를 M10으로 이용할 경우 대략 50Nm의 토크로 조임작업을 하도록 실시하는 것이 좋다.
또한, 앵커링 볼트(A), 와셔(W), 너트(N)의 부식을 방지하기 위해 시공 이후 별도의 캡(도면에 미도시)을 더 형성할 수 있고, 앵커링 볼트(A)를 삽입하기 위해 콘크리트 구조물(C)에 형성한 홈으로 물의 유입에 의한 부식을 방지하기 위해 다방향 탄소섬유판(1)과 앵커링 플레이트(S) 사이의 앵커링 볼트(A) 주변에 에폭시 수지(E1)를 더 도포할 수도 있다.
한편, 상기 앵커링 볼트(A)의 휨인장에 대한 효과에 대해 도 5 내지 도 10을 통해 살펴보면,
우선, 도 5는 무보강 RC-T 빔의 휨인장 시험을 실시한 개략도로서, 도 5를 참조하면 보강이 없는 RC-T 빔의 시험방법(Beam 1)에 대한 것이다.
도 10에서와 같이 상기 도 5의 실험방법에서의 결과는 하중(P) 60kN × 2에서 콘크리트의 파손이 일어나는 것을 알 수 있었으며, 철근이 소성변형된 후 파손이 일어나기 때문에 파손되기 전에 빔은 변형이 크다.
도 6은 다방향 탄소섬유판을 에폭시 부착방법으로 보강한 후 RC-T 빔의 휨인장 시험을 실시한 개략도로서 이를 참조하여 설명하면, RC-T 빔에 다방향 탄소섬유판(1)을 접착제(E)로만 부착한 시험으로서 도 10에서와 같이 그 시험한 결과(Beam 2)는 하중(P) 80kN × 2에서 파손이 일어나는 것을 알 수 있으며, 이와 같은 상태에서는 철근이 소성변형되기 전에 파손이 일어나기 때문에 파손되기 전에 빔의 변형이 적게 발생하고, 콘크리트가 떨어져 나가므로 취성파괴가 발생한다.
도 7은 다방향 탄소섬유판 에폭시 부착 + 양 끝단을 앵커 볼트로 보강한 후 RC-T 빔의 휨인장 시험을 실시한 개략도로서 이를 참조하여 설명하면, RC-T 빔에 다방향 탄소섬유판(1)을 접착제(E)로 부착하고, 다방향 탄소섬유판(1)의 양 끝단을 앵커링 볼트(A)로 고정한 시험으로 도 10에서와 같이 시험한 결과(Beam 3)는 하중(P) 92kN × 2에서 파손이 일어나는 것을 알 수 있으며, 철근이 소성변형된 후에 파손이 발생하기 때문에 파손되기 전에 빔의 변형이 크게 발생하게 된다.
또한, 콘크리트 파손 후에도 빔은 하중을 지탱할 수 있으며, 앵커링 볼트(A)로 고정된 양 끝단에서는 빔의 변형 증가에 따라 다방향 탄소섬유판(1)의 작은 파손이 발생되며, 취성파괴는 일어나지 않고 콘크리트 구조물(C)의 떨어짐 현상도 발생하지 않는다.
도 8은 다방향 탄소섬유판 에폭시 부착 + 전단지역에 일정간격으로 6개 앵커 링으로 보강한 후 RC-T 빔의 휨인장 시험을 실시한 개략도로서 이를 참조하여 설명하면, RC-T 빔에 다방향 탄소섬유판(1)을 접착제(E)로 부착하고, 전단휨이 발생하는 양측 전단지역에 각각 6개의 볼트(B)를 일정간격으로 고정시킨 후 시험한 것으로, 도 10에서 결과(Beam 4)를 살펴보면, 하중(P) 103kN × 2에서 파손이 일어나는 것을 알 수 있으며, 후술한 (Beam 5)와 동일한 작용이 일어난다.
도 9는 다방향 탄소섬유판 에폭시 부착 + 양 끝단 앵커 볼트 2개소 + 전단지역 4개소에 앵커링으로 보강한 후 RC-T 빔의 휨인장 시험을 실시한 개략도로서 이를 참조하여 설명하면, RC-T 빔에 다방향 탄소섬유판(1)을 접착제(E)로 부착하고, 다방향 탄소섬유판(1)의 양 끝단을 앵커링 볼트(A)로 고정한 후, 다방향 탄소섬유판(1)의 양측 전단지역에 각각 4개의 앵커링 볼트(A)를 추가로 더 고정한 실험으로 도 10에서 그 결과(Beam 5)를 살펴보면, 하중(P) 117kN × 2에서 파손이 일어나는 것을 알 수 있으며, 앵커링 볼트(A)로 고정된 다방향 탄소섬유판(1)에 의해 콘크리트가 떨어져 나가는 현상이 방지되고, 빔의 취성파괴는 발생하지 않는다.
또한, 전단지역에서 다방향 탄소섬유판(1)을 앵커링 볼트(A)로 고정함으로써 내하력이 증가 됨과 안전율이 향상되는 것을 알 수 있다.
이때에, 보강된 빔은 연성을 보여준다.
한편, 본 발명에서의 다방향 탄소섬유판(1)의 경우 다방향으로 탄소섬유사가 배열된 구조로 이루어져 있기 때문에 홀을 형성하더라도 다방향 탄소섬유판(1)이 벌어지거나 파손되는 현상이 발생하지 않게 된다.
그리고 상술한 다방향 탄소섬유판(1)은 여러 방향으로 탄소섬유사를 배열한 구조로 이루어져 있어 강도 및 휨에 대한 저항력이 상당히 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 다방향 탄소섬유판(1)의 형성시 제1 탄소섬유판(1a)의 비율을 높여 휨응력에 대응하는 능력이 높아져 콘크리트 구조물(C)의 변형되는 현상을 방지하는데 탁월한 효과를 발휘할 수 있다.
즉, 상기 결과를 정리하면 하기의 표와 같다.
[RC - T빔 시험결과]
보강 방법 파괴 하중
무보강 60kN×2
에폭시로 다방향 탄소섬유판 부착 80kN×2
에폭시로 다방향 탄소섬유판 부착+양 끝단 앵커볼트(2개소) 설치 92kN×2
에폭시로 다방향 탄소섬유판 부착+전단지역에 일정간격으로 앵커링(6개소) 설치 103kN×2
에폭시로 다방향 탄소섬유판 부착+양 끝단 앵커볼트(2개소)+ 전단지역에 앵커볼트(4개소) 설치 117kN×2
상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 기재한 것이지만 본 발명은 이에 국한되지 않고 본 발명의 특허청구범위에 기재되어 있는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있다.
A : 앵커링 볼트 C : 콘크리트 구조물 S : 앵커링 플레이트
N : 너트 E : 접착제 E1 : 에폭시 수지
1 : 다방향 탄소섬유판
1a : 제1 탄소섬유판(길이방향)
1b : 제2 탄소섬유판(길이방향 대비 +45°방향)
1c : 제2 탄소섬유판(길이방향 대비 -45°방향)
10 : 접착제 도포장치
11 : 하부판
12 : 제1 측면판
13 : 제2 측면판
14 : 전면판 14a : 높이 조절홈
15 : 접착제 수납홈
16 : 폭 조절부
16a : 폭 조절 바 16b :제1 프레임 h1 : 가동홈 B1 : 폭 고정 볼트
17 : 높이 및 중심 조절부
17a : 제2 프레임 h2 : 높이 조절 홀
B2 : 높이 고정 볼트 B3 : 중심 조절부

Claims (7)

  1. 휨 보강을 하고자 하는 콘크리트 구조물의 표면을 정리하는 콘크리트 구조물 표면정리 단계;
    콘크리트 구조물에 다방향 탄소섬유판을 부착하기 위해 다방향 탄소섬유판이 맞닿는 하부판과 상기 다방향 탄소섬유판의 폭과 동일한 간격으로 이격되어 형성되는 양 측면의 제1, 2 측면판과 후면은 개방되고, 전면으로는 중앙에서 양 가장자리로 갈수록 접착제 도포량이 적어지도록 라운드 형상으로 이루어진 높이 조절홈을 포함하고 있는 전면판에 의해 반고체 상태의 접착제를 수납할 수 있는 접착제 수납홈이 형성되어 있는 접착제 도포장치를 통해 접착제를 도포하는 접착제 도포단계;
    상기 접착제가 도포된 다방향 탄소섬유판을 표면정리가 완료된 콘크리트 구조물에 부착하는 다방향 탄소섬유판 부착단계;
    상기 콘크리트 구조물에 부착된 다방향 탄소섬유판 중 양 끝단에 앵커 홀을 형성한 후 앵커링 볼트, 앵커링 플레이트 및 너트를 결합하는 다방향 탄소섬유판 고정단계;로 이루어진 것에 특징이 있는 다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강(휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다방향으로 제조된 탄소섬유판은 최저 인장 강도가 2200MPa이고, 최저 탄성계수가 160GPa이며, 전체 탄소섬유량의 80 ∼ 90중량% 가 길이방향으로 이루어진 제1 탄소섬유판과 상기 제1 탄소섬유판의 방향성에 대하여 +45°의 기울기로 형성되는 제2 탄소섬유판과 상기 제 1 탄소섬유판의 방향성에 대하여 -45°의 기울기로 형성되는 제3 탄소섬유판으로 이루어지며, 제1 탄소섬유판의 상, 하에 제2, 3 탄소섬유판이 적층되는 구조로 이루어지는 것에 특징이 있는 다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강(휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 다방향 탄소섬유판 고정단계에서 다방향 탄소섬유판 양단에 결합하는 앵커링 볼트는 각 단에 1개소 이상을 형성하고, 다방향 탄소섬유판의 양 끝단을 제외한 전단모멘트가 작용하는 부위에는 다수의 앵커링 볼트를 더 형성하는 것에 특징이 있는 다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강(휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 접착제 도포장치에 형성된 제1 측면판은 고정되어 있고, 제2 측면판은 다방향 탄소섬유판의 폭에 따라 조정가능하도록 하나 이상의 폭 조절부에 연결되어 좌, 우로 이동할 수 있도록 구성되어 있으며,
    상기 전면판에는 전면판을 상, 하로 이동시킨 후 고정하면서 다방향 탄소섬유판의 중심을 조절하기 위한 높이 및 중심 조절부에 연결되어 다방향 탄소섬유판에 도포되는 접착제의 양을 조절할 수 있도록 구성되어 있는 것에 특징이 있는 다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강(휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 접착제 도포장치에 형성된 폭 조절부는 상기 제2 측면판에 일측이 결합하고 타측에는 폭 고정 볼트가 결합되어 있는 폭 조절 바가 구성되고, 내측에 가동홈이 형성되어 있는 제1 프레임이 하부판에 결합되되 가동홈에 폭 고정 볼트가 결합되도록 구성되어 있으며,
    상기 접착제 도포장치에 형성된 높이 및 중심 조절부는 일측은 상기 제1 프레임과 중심 조절볼트에 의해 결합되고, 타측은 전면판 방향으로 연장되되 높이 고정 볼트를 포함하고 있는 제2 프레임과 전면판에 높이 고정 볼트에 대응하는 다수의 높이 조절 홀이 구성되어 있는 것에 특징이 있는 다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강(휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 다방향 탄소섬유판 고정단계에서 앵커링 볼트에 너트를 조이는 작업은 토크렌치를 이용해 일정 토크로 조임작업을 하되, 앵커링 볼트의 전단이 발생하지 않는 범위의 토크로 조임작업을 하는 것에 특징이 있는 다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강(휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 다방향 탄소섬유판 고정단계에서 앵커링 플레이트와 다방향 탄소섬유판 사이의 앵커링 볼트 주위에는 에폭시 수지를 더 형성하는 것에 특징이 있는 다방향으로 제조된 탄소섬유판과 앵커링 볼트를 이용한 콘크리트 구조물의 휨보강(휨인장）및 전단 내하력 증대 보강공법.
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