KR101406617B1 - 거푸집의 구조성능 평가 방법 및 이를 통하여 제조된 거푸집 - Google Patents

거푸집의 구조성능 평가 방법 및 이를 통하여 제조된 거푸집 Download PDF

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Abstract

모사시험을 통하여 거푸집의 구조성능을 평가하는 방법이 개시된다.
개시되는 거푸집의 구조성능 평가방법은, 시험용 거푸집을 제작하는 거푸집 제작단계; 및 상기 시험용 거푸집에 액체를 채워 상기 시험용 거푸집에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 측정하여 상기 시험용 거푸집의 성능을 평가하는 거푸집 모사시험단계;를 포함하며, 상기 거푸집 모사시험단계는, 상기 시험용 거푸집에 액체를 충진하는 공정과, 액체가 충진된 시험용 거푸집에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 측정하는 측정공정과, 측정된 값을 콘크리트가 사용된 경우로 환산하는 환산공정과, 환산된 값이 설계허용 변위 및 응력 범위에 있는지 확인하는 구조성능 확인공정을 포함하여 구성되고, 상기 시험용 거푸집에 액체를 충진하는 공정은 상기 시험용 거푸집에 의해 형성되는 내부 공간에 충진된 액체가 내부 공간으로부터 외부로 누수되는 것을 방지하기 위하여 누수방지부재를 설치한 후 수행될 수 있다.

Description

거푸집의 구조성능 평가 방법 및 이를 통하여 제조된 거푸집{Method of Structural Evaluation of Form, and Contrete Form manufactured by the method}
본 발명은 거푸집의 구조성능을 평가하는 방법 및 이를 통하여 제조된 거푸집에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 거푸집을 제조하기 이전에 거푸집에 액체를 채워 변위 및/또는 응력을 측정하는 모사시험을 통하여 거푸집의 구조성능을 평가하는 방법 및 이를 통하여 제조된 거푸집에 관한 것이다.
거푸집은 콘크리트 또는 철근 콘크리트를 이용하여 건축물을 시공하는 경우 콘크리트를 지지하는 판으로 사용되며, 과거에는 목재가 주로 사용되다가 최근에는 강재의 적용이 이루어지고 있다.
이러한 거푸집은 콘크리트가 일정높이까지 채워질 때 작용하는 콘크리트의 하중을 지탱할 수 있어야 하며, 반복 사용될 수 있어야 한다.
도 1 및 도 2에는 통상적으로 자주 사용되는 거푸집의 예가 도시되어 있으며, 도 1은 기둥에 적용된 거푸집의 일반적인 구조이며, 도 2는 벽면에 적용된 거푸집의 일반적인 구조이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 거푸집(10)은 판재(11)와, 상기 판재(11)를 보강하도록 판재(11)에 결합되는 다수의 보강재(12, 13)로 구성된다. 이때, 상기 보강재(12, 13)는 판재의 둘레에 세로방향으로 장착되는 세로 보강재(12)와, 판재에 가로방향으로 이격되어 다수 장착되어 판재(11)로부터 가해지는 하중에 저항하는 가로 보강재(13)로 구성될 수 있다. 이러한 보강재(12, 13)는 판재(11)와 용접 등에 의해 결합되도록 구성되며, 세로 보강재(12)와 가로 보강재(13)가 접촉하는 부분에도 용접 등에 의한 결합작업이 이루어진다.
또한, 보강재(12, 13)에는 각각의 거푸집(10)을 기둥 또는 벽면 형상에 대응하도록 배치시 이웃하는 거푸집(10)과 연결되도록 체결공(16)이 형성된다. 그리고, 기둥이나 벽면의 모서리에서는 이웃하는 거푸집(10)을 연결하기 위하여 각형부재 등으로 이루어지는 연결부재(21)가 설치될 수 있으며, 이러한 연결부재에도 거푸집(10)의 체결공(16)에 대응하도록 구멍(21)이 형성되어 있다.
이러한 거푸집을 제작하기 위해서는 판재(11)와 보강재(12, 13)가 콘크리트(C)의 하중에 저항할 수 있도록 적절한 강도와 구조를 가져야 한다.
한편, 현장작업에서는 작업자가 거푸집(10)을 들고 이동해야 하므로 거푸집(10)의 중량이 매우 중요한 요소가 된다.
이러한 점을 고려하여, 거푸집(10)의 경량화를 위하여 알루미늄을 소재로 적용하는 사례가 도입되고 있으며, 최근 건설공기의 단축을 위하여 경량화 소재가 새롭게 등장하고 있다. 예를 들어, 플라스틱이나 지구상에서 가장 가벼운 금속인 마그네슘 등 다양한 소재를 거푸집 제작에 이용하고자 하는 시도 또는 연구가 이루어지고 있다.
이와 같이, 다양한 경량화 소재를 거푸집(10)에 사용하기 위해서는 현장 적용에 대한 안전성 확보가 전제되어야 하며, 이를 위하여 소재에 대한 구조적 안전성 확보가 필요하다.
또한, 경량화 소재를 거푸집(10)에 이용하기 위한 경우뿐만 아니라, 종래에 사용되는 소재에 대해서도 거푸집(10)의 치수의 변경이 필요한 경우에는 거푸집 구조에 대한 안전성 확인이 필요하다.
따라서, 기둥의 형상이나 치수, 벽면의 두께가 변경되는 경우, 또는 거푸집(10)을 구성하는 소재가 변경되는 경우, 새로운 거푸집(10)의 설계가 필요해진다.
이와 같이, 거푸집(10)을 설계하는 경우, 거푸집(10)에는 콘크리트의 하중에 저항할 수 있도록 다수의 보강재(12, 13)가 설치되어야 한다.
그러나, 보강재(12, 14)가 필요 이상으로 많이 설치되는 경우에는 거푸집(10)의 중량이 증가하여 경량화에 반하게 되며, 특히 하중이 적게 걸리는 부분에 과도하게 보강재(12, 13)가 설치되는 경우에는 보강재(12, 13)의 중량 증가로 인한 작업성 저해뿐만 아니라 재료의 낭비도 가져오게 된다.
반대로, 보강재(12, 13)를 적게 설치하는 경우에는 보강재(12, 13)가 판재(11)로부터 가해지는 하중을 견디지 못해 판재(11)가 불룩하게 변형될 뿐만 아니라, 보강재(12, 13)와 판재(11)의 용접 부위, 또는 세로 보강재(12)와 가로 보강재(13)의 용접부위가 이탈하여 거푸집(10)이 파손되는 현상이 발생하게 된다. 이러한 경우에는, 작업이 중단되어 시간과 비용의 증가를 초래하게 되고 공기의 지연을 초래하게 된다.
따라서, 새로 설계된 거푸집 구조에 대해서는 구조적 안전성 확보가 필수적이다.
종래의 경우에는 새롭게 설계된 거푸집(10)의 구조적 안전성 확인을 위하여 거푸집(10)에 직접 콘크리트(C)를 사용하여 실험을 하게 되지만, 이러한 경우에는 콘크리트(C) 타설을 위해 매번 장비를 사용하여야 하는 불편이 있다. 특히 거푸집(10)에 대한 콘크리트 성능 평가가 끝난 후 콘크리트 폐기물 처리에 비용과 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 성능 평가가 이루어진 거푸집을 재활용하기 어려워 소재의 낭비 및 거푸집을 새로 제작하기 위한 시간 및 비용의 소모가 크다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 거푸집에 콘크리트를 타설하지 않고도 거푸집의 구조적 안전성을 확인할 수 있는, 거푸집의 구조성능 평가 방법 및 이를 통하여 제조된 거푸집을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일 측면으로서, 보강재의 개수를 최소화할 수 있어 거푸집의 경량화를 가능하게 할 수 있는, 거푸집의 구조성능 평가 방법 및 이를 통하여 제조된 거푸집을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은,
시험용 거푸집을 제작하는 거푸집 제작단계; 및 상기 시험용 거푸집에 액체를 채워 상기 시험용 거푸집에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 측정하여 상기 시험용 거푸집의 성능을 평가하는 거푸집 모사시험단계;를 포함하며,
상기 거푸집 모사시험단계는,
상기 시험용 거푸집에 액체를 충진하는 공정과, 액체가 충진된 시험용 거푸집에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 측정하는 측정공정과, 측정된 값을 콘크리트가 사용된 경우로 환산하는 환산공정과, 환산된 값이 설계허용 변위 및 응력 범위에 있는지 확인하는 구조성능 확인공정을 포함하여 구성되고,
상기 시험용 거푸집에 액체를 충진하는 공정은 상기 시험용 거푸집에 의해 형성되는 내부 공간에 충진된 액체가 내부 공간으로부터 외부로 누수되는 것을 방지하기 위하여 누수방지부재를 설치한 후 수행되며,
상기 누수방지부재는 상기 시험용 거푸집에 의해 형성되는 내부 공간에 설치되어 액체를 수용하는 비닐부재를 포함하는, 거푸집 구조성능 평가방법을 제공한다.
삭제
더욱 바람직하게, 상기 환산공정에서 환산된 값은 상기 측정공정에서 얻어진 측정값에, 콘크리트의 비중을 액체의 비중으로 나눈 값을 곱하여 구해질 수 있다.
삭제
그리고, 본 발명의 일 측면에 의한 거푸집 구조성능 평가방법은 상기 구조성능 확인공정에서 환산된 값이 거푸집 소재에 허용되는 설계허용 변위 및 응력을 벗어나는 경우, 상기 시험용 거푸집에 대한 보강구조를 변경하는 보강구조 변경단계;를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 거푸집 구조성능 평가방법은 상기 거푸집 모사시험단계 이후에, 상기 시험용 거푸집에 콘크리트를 타설하여 상기 시험용 거푸집에 실제로 작용하는 변위와 응력을 평가하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의한 거푸집 구조성능 평가방법은, 상기 거푸집 제작단계 이전에, 거푸집 모델을 설계 및 수정하는 거푸집 설계단계;를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 거푸집 설계단계는, 거푸집 모델을 설계하는 공정과, 설계된 거푸집 모델에 대해 구조해석을 수행하여 거푸집 모델에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 해석하는 구조해석공정과, 상기 구조해석공정에서 얻어진 변위와 응력이 거푸집을 구성하는 소재에 허용 가능한지 판단하고, 상기 소재에서 허용가능한 변위와 응력이 아닌 경우 보강재의 개수, 형상, 두께 및 설치 위치, 판재의 두께 중 적어도 하나를 조정하는 보강설계공정을 추가로 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 거푸집을 구성하는 소재는 마그네슘 합금 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 다른 측면으로서, 전술한 거푸집 구조성능 평가방법을 통해 구조성능을 확보한 후에 제조된 거푸집으로서, 일정형상을 갖는 판재; 및 상기 판재를 보강하도록 상기 판재에 결합되는 보강재;를 포함하는 거푸집을 제공한다.
바람직하게, 상기 판재 및 보강재는 모두 마그네슘 합금으로 구성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 시험용 거푸집에 액체를 채워 상기 시험용 거푸집에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 측정하여 상기 시험용 거푸집의 성능을 평가하는 거푸집 모사시험단계를 거치게 되므로, 거푸집에 콘크리트를 타설하지 않고도 거푸집의 구조적 안전성을 확인할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 콘크리트 타설을 위해 시험용 거푸집에 대한 구조적 평가를 할 때마다 장비를 사용하여야 하는 불편을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 콘크리트 폐기물이 발생하지 않다는 우수한 효과를 얻을 수 있다. 특히, 시험용 거푸집의 액체를 채운 후 변위 및/또는 응력을 측정하면 되므로 구조성능 평가가 신속히 이루어질 수 있다는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 시험용 거푸집에 채워진 물을 배수함으로써 거푸집의 분리가 가능하므로 거푸집의 해체 및 재사용이 용이하여 구조성능 평가 작업이 간단하고 소재 낭비를 막을 수 있다는 효과가 있게 된다. 더욱이, 거푸집 표면에 콘크리트 폐기물이 잔류하지 않으므로, 시험용 거푸집의 보강구조 변경이 필요한 경우에는 해체된 거푸집에 별다른 작업 없이 보강구조의 위치나 개수 등을 용이하게 변경할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 정수압을 통한 거푸집 모사 시험을 단시간 내에 복수 회 실시할 수 있으므로, 거푸집 모사 시험을 통한 보강재 위치나 개수 등을 적절히 선정함으로써 보강재의 개수를 최소화할 수 있게 되고, 이에 따라 거푸집의 경량화가 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 기둥에 적용된 거푸집의 일반적인 구조를 나타낸 개략도.
도 2는 벽면에 적용된 거푸집의 일반적인 구조를 나타낸 개략도.
도 3은 거푸집에 대한 구조해석을 예시한 것으로서, (a)는 변위에 대한 구조해석도이고, (b)는 응력에 대한 구조 해석도(파란색에서 붉은색으로 갈수록 변위나 응력이 큰 상태를 도시함)
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 액체를 이용한 거푸집 모사시험의 과정을 도시한 개략도.
도 5는 도 4에 도시된 거푸집에 대한 거푸집 모사시험에 의한 변형률을 도시한 그래프.
도 6은 도 4에 도시된 거푸집에 대한 콘크리트 타설시험에 의한 변형률을 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 거푸집 구조성능 평가방법을 도시한 순서도.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그리고, 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다", "가지다(갖다)" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 종래의 경우에는 콘크리트(C)를 직접 타설하여 거푸집의 구조성능을 평가하게 되므로 콘크리트 경화까지 많은 시간이 소요되고 콘크리트 폐기물이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 거푸집 구조 성능 평가방법(S100)은 거푸집의 구조 성능을 평가하기 위하여 시험용 거푸집에 액체를 채워 모사시험을 하는 거푸집 모사시험단계(S130)를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 거푸집 구조 성능 평가방법(S100)은, 시험용 거푸집을 제작하는 거푸집 제작단계(S120)와, 상기 시험용 거푸집에 액체를 채워 시험용 거푸집에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 측정하여 시험용 거푸집의 성능을 평가하는 거푸집 모사시험단계(S130)를 포함하며, 상기 거푸집 제작단계(S120) 이전에 거푸집 모델을 설계 및 수정하는 거푸집 설계단계(S110)를 추가로 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 거푸집 설계단계(S110)는, 먼저, 거푸집(10)이 적용될 기둥이나 벽면의 두께나 형상, 높이, 그리고 거푸집에 적용되는 소재 등을 고려하여 거푸집 모델을 설계하는 공정(S111)을 수행하게 된다. 즉, 기둥이나 벽면을 형성하기 위한 콘크리트 타설작업이 수행될 때 거푸집(10)이 콘크리트의 하중을 견딜 수 있도록 거푸집(10)에 적용되는 소재의 물성을 고려하여 판재(11)의 두께, 보강재(12, 13)의 형상이나 간격, 두께, 그리고 거푸집 연결을 위한 체결공(16)의 고정 위치 등을 고려하여 설계하게 된다.
건설현장에 적용되는 거푸집의 크기나 구조는 다양하지만, 일반적인 거푸집의 크기는 예를 들어 폭은 450 ~ 600mm, 길이는 1200 ~ 2400mm 범위 내에서 사용되고 있다. 또한, 세로 보강재(12)에는 통상 150mm 간격으로 체결공(16)이 배치되어 시공사정에 따라 적절한 위치에서 고정을 하게 된다. 또한, 판재(11)에 다수개의 가로 보강재(13)를 설치하게 되며, 콘크리트의 하중을 고려하여 하부에 설치되는 가로 보강재(13)의 간격을 상부측보다 좁게 구성하게 된다.
이와 같이, 설계된 거푸집(10)은 후술하는 거푸집 모사시험단계(S130)에 직접 사용될 수 있으나, 거푸집 모사시험의 최소화를 위하여, 구조해석 공정(S112)을 거칠 수 있다.
이러한 구조해석 공정(S112)은 설계된 거푸집 모델에 대해 구조해석을 수행하여 거푸집 모델에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 해석하게 된다. 이러한 구조해석 공정(S112)에는 수치해석을 이용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 공지의 구조해석 방법이 이용될 수 있다.
이러한 구조해석 공정(S112)에서는 거푸집 소재의 물성값인 영율 및 프와송비를 고려하게 된다. 예를 들어, 거푸집 소재로서 경량화 소재인 마그네슘 합금을 이용하는 경우, 마그네슘 합금의 영율 45 GPa, 프와송비 0.35를 고려하여 변위와 응력에 대한 구조해석을 하게 된다.
그리고, 상기 구조해석공정(S112)에서 얻어진 변위와 응력이 거푸집을 구성하는 소재에 허용 가능한지 판단하게 된다(S113).
즉, 판단단계(S113)에서는 구조해석공정(S112)에서 얻어진 변위와 응력을 거푸집 소재에 대하여 평가하고 비교하게 된다.
예를 들어, 상기 판단단계(S113)에서는 도 3에 도시된 바와 같은 변위{도 3(a)}와 응력{도 3(b)}에 관한 데이터를 얻은 후 이러한 변위와 응력이 거푸집 소재를 고려할 때, 적용된 판재의 두께, 보강재의 두께, 형상, 위치 등에 적합한지, 그리고 일부의 영역에서라도 최대허용응력이나 최대허용변위를 초과하지 않는지 판단하게 된다.
만약, 거푸집 소재에서 허용가능한 변위와 응력이 아닌 경우 판재(11)의 두께와, 보강재(12, 13)의 개수, 형상, 두께 및 설치 위치 중 적어도 하나를 조정하는 보강설계공정(S114)을 거치게 된다.
이러한 거푸집 설계단계(S110)가 완료되어 적절한 구조적 성능을 갖는 것으로 예측되는 거푸집의 구조가 결정되면 설계된 사양에 따라 시험용 거푸집을 제작하는 거푸집 제작단계(S120)가 수행된다.
이후, 시험용 거푸집의 성능을 평가하는 거푸집 모사시험단계(S130)가 수행된다.
상기 거푸집 모사시험단계(S130)에서는 시험용 거푸집에 액체를 채워 상기 시험용 거푸집에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 측정하게 된다.
즉, 거푸집 모사시험단계(S130)에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 거푸집에 영향을 주지 않는 액체(30)를 거푸집(10)에 채우게 된다.
구체적으로, 상기 거푸집 모사시험단계(S130)는, 상기 시험용 거푸집에 액체(30)를 충진하는 공정(S131)과, 액체가 충진된 시험용 거푸집에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 측정하는 측정공정(S132)과, 측정된 값을 콘크리트가 사용된 경우로 환산하는 환산공정(S133)과, 환산된 값이 설계허용 변위 및 응력 범위에 있는지 확인하는 구조성능 확인공정(S134)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 상기 액체 충진공정(S131)에서 사용되는 액체(30)는 안전성이 있다면 특별히 제한되지 않지만, 가격이 싸고, 용이하게 입수할 수 있고 버릴 수 있는 물이 바람직하다.
그리고, 액체(30) 충진시 거푸집(10) 외부로 액체가 방출되지 않도록 상기 액체 충진공정(S131)은 시험용 거푸집에 액체의 누수를 방지할 수 있는 누수방지부재(미도시)를 설치한 후 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 누수방지부재는 시험용 거푸집에 의해 형성되는 내부 공간에 충진된 액체가 내부 공간으로부터 외부로 누수되는 것을 방지하기 위하여 설치된다.
이러한 누수방지부재는 일 예로, 거푸집의 틈새에 설치되는 밀폐부재가 사용될 수 있지만, 거푸집에 수용되는 액체를 가둘 수만 있으면 되므로 거푸집 체적에 대응하는 크기를 갖는 비닐부재가 사용되는 것이 바람직하다. 특히, 누수방지부재로 시험용 거푸집에 의해 형성되는 내부 공간에 설치되는 비닐부재가 사용되는 경우에는 장착의 편의성뿐만 아니라, 거푸집 해체시 별도의 작업 없이 제거될 수 있다는 이점이 있게 된다.
한편, 상기 측정공정(S132)을 수행하기 위해서는 액체 충진공정(S131) 이전에, 도 4에 도시된 바와 같이 변위 및/또는 응력을 측정할 수 있는 센서(예를 들어, 스트레인 게이지)를 설치하게 된다. 이때, 거푸집(10)의 하부에 하중이 많이 작용하므로 거푸집(10)의 상부에 위치하는 가로 보강재(13)보다 하부측에 위치하는 가로 보강재(13)에 보다 조밀하게 센서를 설치하는 것이 유리하다. 한편, 도 4에서는 설명의 간략화를 위하여 6개의 지점(A ~ F)에 대해서만 측정을 수행한 것으로 도시하였지만, 세로 보강재(12)에 대해서도 변위 및/또는 응력의 측정이 가능하고, 하나의 보강재(12, 13)에 대해서도 다수의 지점에서 변위 및/또는 응력이 측정이 가능하며, 이외에도 다양한 변경이 가능할 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 6개의 가로 보강재(13)의 중간 위치인 측정지점(A~F)에서의 변형률 측정결과를 도시하고 있다.
도 5에 도시된 변형률 측정 그래프를 참조하면, 도 4에서 최하단에 위치하는 보강재(13)에 대한 측정지점(A)에서 최대 변형률이 가장 크고, 최상단에 위치하는 보강재의 측정지점(F)에서 최대변형률이 가장 작다는 것을 확인할 수 있다.
도 5에 대해 추가로 설명하면, 거푸집(10)에 물을 충진하기 시작하여(0초), 거푸집(10)에 물이 완전히 충진된 시간(도 4의 X1 표시)까지 변형률이 점점 증가함을 알 수 있고, 이후 거푸집으로부터 물을 배출시킴에 따라 변형률이 점차 감소하는 것을 확인할 수 있다. 한편, 도 5의 그래프를 통해 거푸집에 물(액체)가 채워질 때의 최대변형률은 최하단의 가로 보강재(13)에서 발생하였으며 그 크기는 대략 580*10-6(580 마이크로 스트레인)임을 확인할 수 있다. 그리고, 도 5에서는 최하단의 가로 보강재(13)에서 최대변형률이 발생하였지만, 가로 보강재(13)가 충분히 설치되지 않은 경우에는 다른 부분에 설치된 가로 보강재(13), 또는 판재(11) 부분에서 최대 변형률이 발생할 수도 있다.
한편, 도 5에서는 변형률의 관점에서 설명하였지만, 응력에 대한 측정도 수행할 수 있다.
다음으로, 측정된 값을 콘크리트가 사용된 경우로 환산하는 환산공정(S133)을 거치게 된다.
이때, 물의 비중과 콘크리트의 비중은 대략 3배의 값이므로 거푸집(10)에 물이 채워질 때의 정수압과 콘크리트가 채워질 때의 정수압에도 대략 3배의 차이가 발생하게 된다.
따라서, 상기 환산공정(S133)은 상기 측정공정(S132)에서 얻어진 측정값에, 콘크리트의 비중을 액체의 비중으로 나눈 값을 곱함으로써 액체가 채워진 거푸집에 서 발생하는 변위 및/또는 응력을 통하여 콘크리트가 거푸집에 채워졌을 때 거푸집에 작용하는 변위 및/또는 응력값을 예측할 수 있다.
이러한 점은 도 4에 도시된 거푸집에 대한 콘크리트 타설시험에 의한 변형률을 도시한 그래프인 도 6을 통해 확인할 수 있다.
즉, 도 5와 도 6을 대비하면, 도 5에서와 같이 거푸집에 물이 채워졌을 때 거푸집에 작용하는 변형률이 도 6에 도시된 바와 같이 거푸집에 콘크리트가 채워졌을 때 거푸집에 작용하는 변형률의 대략 1/3이 된다는 점을 확인할 수 있다.
이러한 점은 도 6에 X2로 표시된 A 지점의 최대변형률이 물을 채워 측정한 A지점의 최대변형률 580*10-6의 대략 3배인 1750*10-6(1750 마이크로 스트레인)을 나타내고, 나머지 B ~ F 지점에서도 도 5와 도 6 사이에 대략 3배의 값을 나타낸다는 것으로부터 확인할 수 있다. 따라서, 액체(물)를 통한 정수압 모사시험이 환산공정을 거치게 되면 실제 콘크리트를 사용하여 시험한 결과와 거의 같다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 6에서도 X2 이후로 변형률이 감소하는 것은 콘크리트의 경화로 인하여 거푸집에 가해지는 압력이 줄어들기 때문이다. 또한, 도 6의 X축을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 콘크리트를 직접 거푸집에 채워 거푸집 구조성능을 평가하기 위해서는 콘크리트 경화로 인해 많은 시간이 소요된다는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 액체(예를 들어, 물)를 거푸집에 채운 후 거푸집에 작용하는 변위와 응력을 콘크리트가 채워졌을 때로 환산하는 공정을 거친 후에, 환산된 값이 설계허용 변위 및 응력 범위에 있는지 확인하는 구조성능 확인공정(S134)를 거치게 된다.
이러한 구조성능 확인 공정(S134)은 전술한 판단단계(S113)와 유사하게, 환산된 변위와 응력이 거푸집 소재를 고려할 때, 적용된 판재의 두께, 보강재의 두께, 형상, 위치 등에 적합한지, 그리고 일부의 영역에서라도 최대허용응력이나 최대허용변위를 초과하지 않는지 확인하게 된다.
만약, 상기 구조성능 확인공정(S134)에서 환산된 값이 거푸집 소재에 허용되는 설계허용 변위 및 응력을 벗어나는 경우, 상기 시험용 거푸집(10)에 대한 보강구조를 변경하는 보강구조 변경단계(S140)를 추가로 수행할 수도 있다.
이러한 보강구조 변경단계(S140)는, 전술한 보강설계공정(S114)과 유사하게 판재(11)의 두께와, 보강재(12, 13)의 개수, 형상, 두께 및 설치 위치 중 적어도 하나를 조정하도록 구성될 수 있다. 다만, 전술한 보강설계공정(S114)에서 이미 거푸집에 대한 보강설계를 수행하였으므로 변경 범위는 크지는 않을 것이다.
한편, 전술한 바와 반대로, 설계허용 변위 및 응력보다 현저히 작은 변위나 응력이 발생한 경우에는 보강재(12, 13)의 두께를 감소시키거나 설치 개소를 변경 또는 감소시키는 구성도 가능하다.
이와 같이, 거푸집 모사시험단계(S130)를 통하여 거푸집에 적정한 최대허용응력이나 최대허용변위가 작용하는지 확인한 후, 곧바로 현장에 적용할 수도 있지만, 현장 적용 전에 최종적으로 확정된 거푸집에 콘크리트를 직접 타설하여 시험용 거푸집에 실제로 작용하는 변위와 응력을 평가하는 콘크리트타설 시험단계(S150)를 수행하여 콘크리트가 적용되었을 때 문제가 없는지 다시 한 번 확인하는 것도 가능하다. 이를 통하여, 도 6의 변형률 그래프와 같이, 콘크리트 타설시 실제로 거푸집에 작용하는 변위나 응력을 확인할 수 있게 되어, 보다 높은 신뢰성을 가질 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 거푸집의 구조성능 평가방법은 시험용 거푸집에 액체를 채워 시험용 거푸집에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 측정하여 시험용 거푸집의 성능을 평가하는 거푸집 모사시험단계를 거치게 되므로, 거푸집에 콘크리트를 타설하지 않고도 거푸집의 구조적 안전성을 확인할 수 있게 된다.
따라서, 경량화를 위해 다양한 소재를 거푸집에 적용하는 경우뿐만 아니라, 기존 소재를 이용하더라도 기둥의 형상이나 치수, 벽면의 두께가 변경되는 경우 등 새로운 거푸집의 설계가 필요할 때 구조적 안전성에 대한 평가를 신속하게 용이하게 수행할 수 있으며, 콘크리트를 직접 사용하는 경우와 유사한 신뢰성을 확보할 수 있다는 이점이 있게 된다.
한편, 경량화를 위한 소재로서는 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금 등이 적합하다.
특히, 마그네슘 합금의 경우에는 알루미늄 합금에 비해 중량이 2/3 정도에 불과하고 특히, 마그네슘 합금 상호 간에는 용접성도 우수하므로 판재와 보강재를 모두 마그네슘 합금으로 제작하는 경우 제작 용이성도 확보할 수 있게 된다.
이와 같이, 거푸집 구조성능 평가방법을 통해 구조성능을 확보한 후에 특정 치수의 기둥이나 벽면에 적합한 거푸집을 다량으로 제조할 수 있다.
이러한 거푸집은 도 4에 도시된 바와 같이, 일정형상을 갖는 판재(11) 및 상기 판재(11)를 보강하도록 상기 판재에 결합되는 보강재(12, 13)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보강재(12, 13)는 판재의 둘레에 세로방향으로 장착되는 세로 보강재(12)와, 판재에 가로방향으로 이격되어 다수 장착되어 판재(11)로부터 가해지는 하중에 저항하는 가로 보강재(13)로 구성될 수 있다.
이러한 보강재(12, 13)는 판재(11)와 용접 등에 의해 결합되도록 구성되며, 세로 보강재(12)와 가로 보강재(13)가 접촉하는 부분에도 용접 등에 의한 결합작업이 이루어진다.
특히, 판재와 보강재를 모두 마그네슘 합금으로 구성하는 경우에는 경량화를 달성할 수 있을 뿐만 아니라 마그네슘 합금 상호 간에 용접성도 우수하므로 거푸집 제조가 용이하다는 이점이 있게 된다.
그러나, 본 발명에 의한 거푸집 구조성능 평가방법 및 이를 통하여 제조된 거푸집에 사용되는 거푸집 소재는 마그네슘 합금에 제한되는 것은 아니며, 알루미늄 합금과 같은 다른 금속재료, 또는 플라스틱과 같은 비금속 등 거푸집으로서 사용될 수 있는 재료라면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
10... 거푸집 11... 판재
12... 세로 보강재 13... 가로 보강재
16... 체결공 20... 연결부재

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 시험용 거푸집을 제작하는 거푸집 제작단계; 및
    상기 시험용 거푸집에 액체를 채워 상기 시험용 거푸집에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 측정하여 상기 시험용 거푸집의 성능을 평가하는 거푸집 모사시험단계;를 포함하며,
    상기 거푸집 모사시험단계는,
    상기 시험용 거푸집에 액체를 충진하는 공정과, 액체가 충진된 시험용 거푸집에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 측정하는 측정공정과, 측정된 값을 콘크리트가 사용된 경우로 환산하는 환산공정과, 환산된 값이 설계허용 변위 및 응력 범위에 있는지 확인하는 구조성능 확인공정을 포함하여 구성되고,
    상기 시험용 거푸집에 액체를 충진하는 공정은 상기 시험용 거푸집에 의해 형성되는 내부 공간에 충진된 액체가 내부 공간으로부터 외부로 누수되는 것을 방지하기 위하여 누수방지부재를 설치한 후 수행되며,
    상기 누수방지부재는 상기 시험용 거푸집에 의해 형성되는 내부 공간에 설치되어 액체를 수용하는 비닐부재를 포함하는, 거푸집 구조성능 평가방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 환산공정에서 환산된 값은 상기 측정공정에서 얻어진 측정값에, 콘크리트의 비중을 액체의 비중으로 나눈 값을 곱하여 구해지는 것을 특징으로 하는 거푸집 구조성능 평가방법.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 구조성능 확인공정에서 환산된 값이 거푸집 소재에 허용되는 설계허용 변위 및 응력을 벗어나는 경우, 상기 시험용 거푸집에 대한 보강구조를 변경하는 보강구조 변경단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 거푸집 구조성능 평가방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 거푸집 제작단계 이전에,
    거푸집 모델을 설계 및 수정하는 거푸집 설계단계;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 거푸집 구조성능 평가방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 거푸집 설계단계는,
    거푸집 모델을 설계하는 공정과, 설계된 거푸집 모델에 대해 구조해석을 수행하여 거푸집 모델에 작용하는 변위와 응력 중 적어도 하나를 해석하는 구조해석공정과, 상기 구조해석공정에서 얻어진 변위와 응력이 거푸집을 구성하는 소재에 허용 가능한지 판단하고, 상기 소재에서 허용가능한 변위와 응력이 아닌 경우 보강재의 개수, 형상, 두께 및 설치 위치, 판재의 두께 중 적어도 하나를 조정하는 보강설계공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 거푸집 구조성능 평가방법.
  8. 제2항, 제3항, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거푸집을 구성하는 소재는 마그네슘 합금 또는 알루미늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 거푸집 구조성능 평가방법.
  9. 제2항, 제3항, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 거푸집 구조성능 평가방법을 통해 구조성능을 확보한 후에 제조된 거푸집으로서,
    일정형상을 갖는 판재; 및
    상기 판재를 보강하도록 상기 판재에 결합되는 보강재;를 포함하는 거푸집.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 판재 및 보강재는 모두 마그네슘 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 거푸집.
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