KR101439353B1 - 앵커를 이용한 콘크리트 구조물의 전단보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물에서 발생하는 전단 균열에 따른 콘크리트 구조물의 보강을 위한 앵커를 이용한 콘크리트 구조물의 전단보강공법에 관한 것으로, 콘크리트 구조물에 발생한 전단 균열을 육안으로 확인한 후 전단 균열의 각도를 측정하는 전단 균열 방향성 확인단계와; 콘크리트 구조물 표면을 정리하는 콘크리트 구조물 정리단계와; 상기 전단 균열 방향성 확인단계에서 확인한 전단 균열의 방향성에서 직각이 될 수 있도록 콘크리트 구조물에 앵커 홈을 형성하는 앵커 홈 형성단계와; 상기 앵커 홈 형성단계에서 형성한 앵커 홈에 메카니컬 앵커 또는 결합제와 나사산이 형성된 앵커로 이루어진 케미컬 앵커를 삽입하는 앵커 삽입단계와; 상기 앵커 삽입단계에서의 앵커에 너트 및 와셔를 결합하여 너트의 조임에 의해 전단 균열 부분을 조임작업이 이루어지도록 하는 전단 균열 조임단계;로 이루어져 있어, 전단 균열과 직각방향으로 앵커를 삽입하여 효율적인 전단 보강을 하되, 앵커 후미에 와셔 및 너트를 이용해 조임작업을 함으로써 전단 보강 능력을 향상시키고, 사선으로 형성되는 전단 균열에 적용시 와셔의 형상을 변형하여 너트의 작용이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

Description

앵커를 이용한 콘크리트 구조물의 전단보강공법{Shear Strengthening Methods of Concrete Structures by using Anchor}

본 발명은 콘크리트 구조물에서 발생하는 전단 응력 및 전단 균열에 대해 전단 보강을 하기 위한 것으로, 앵커를 이용한 콘크리트 구조물의 전단보강공법에 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 단부 박리 등 부착 성능에 한계가 있다.

특히 전면 시공을 할 경우에는 통기성이 결여되어, 유지관리에도 어려움이 있다.

이러한 한계를 극복하기 위해 별도의 보강철물과 통기성을 부여한 보강자재 등을 개발하고 있다.

한편, 상기 단면 증설공법은 콘크리트 구조물 외에 추가로 단면을 증설하여 콘크리트 구조물을 보강하는 공법으로 강재 증설공법, 보강재 매입공법, 콘크리트 증타공법 등이 있다.

이중 콘크리트 증타공법은 휨보강 또는 전단보강에 많이 사용되는 공법으로 모재를 그라우팅하거나, 숏크리트 방식으로 분사하여 접착하는 방식, 형틀을 대고 유동성과 접착성이 좋은 고성능 콘크리트 모르타르 등을 타설 혹은 뿜칠 하여 보강하는 공법이다.

하지만, 현장조건에 따라 콘크리트 구조물과 증설한 모르타르 사이의 접착성에 문제가 있어 박리되는 경우가 많이 있어, 충분한 보강 효과를 얻기가 어렵다.

또한, 내부공간의 제약으로 현실적으로 적용하기 불가능한 경우가 많다.

이러한, 문제점들을 해결하고자 대한민국 등록특허 제10-1013088호(2011.01.28.) "콘크리트 구조물의 휨과 전단 동시 보강공법"이 제안된 바 있다.

상기 등록특허는 콘크리트 구조물의 휨응력이 발생하는 부위는 보강재를 설치하고 전단응력이 작용하는 부위에는 앵커를 삽입하여 전단보강을 하되, 사인장 균열방향에 대하여 30 ∼ 150°의 범위 내에서 실시하고 있다.

하지만, 상기 등록특허의 경우 앵커를 통한 콘크리트 구조물의 전단 보강시 단순히 앵커만을 삽입하여 전단 보강이 이루어지는 구성으로 되어 있다.

즉, 전단 균열의 경우 콘크리트 구조물 내에서 갈라지는 현상이 발생하여 형성되는 것인데, 메카니컬 앵커 또는 케미컬 앵커를 삽입하는 것만으로는 전단 보강능력이 저하되는 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 앵커를 이용한 콘크리트 구조물의 전단보강공법은 앵커의 전단 보강시 전단 균열과 직각방향으로 앵커를 삽입하여 효율적인 전단 보강을 하되, 앵커 후미에 와셔 및 너트를 이용해 조임작업을 함으로써 전단 보강 능력을 향상시키는데 그 목적이 있다.

또한, 사선으로 형성되는 전단 균열에 적용시 와셔의 형상을 변형하여 너트의 작용이 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전단 균열의 방향과 직각이 되는 방향으로 앵커를 삽입하여 전단 보강을 효율적으로 실시할 수 있다.

또한, 앵커링 작업시 너트를 이용해 앵커를 조여 전단 균열을 조여줌으로써 전단 균열의 보수를 추가로 할 수 있다.

그리고 전단 균열의 방향성이 사선일 경우 삼각 형상의 와셔를 도입해 콘크리트 구조물과 맞닿도록 하여 너트의 조여주는 힘이 콘크리트 구조물에 전달될 수 있어 전단 균열의 보수가 용이하게 이루어질 수 있다.

아울러, 앵커를 스테인리스 재질로 형성해 내구성을 향상시킬 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 메카니컬 앵커를 이용한 전단 보강 상태를 도시한 상태도.
도 2는 본 발명에 따른 케미컬 앵커를 이용한 전단 보강 상태를 도시한 상태도.
도 3은 본 발명에 따른 삼각 와셔를 적용한 전단 보강 상태를 도시한 상태도.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 구성에 대해 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 콘크리트 구조물의 전단보강공법은 전단 균열의 방향성에 대하여 90°의 각도로 앵커를 삽입해 전단 균열에 대한 보강 효율성 향상시키고, 전단 균열을 조여줄 수 있도록 앵커에 너트를 형성하되, 앵커의 방향성에 따라 너트의 조여주는 힘이 콘크리트 구조물에 잘 전달될 수 있도록 형상을 다양화하여 너트에 의한 전단 보강이 원활히 이루어질 수 있는 것에 관한 것이다.

이에 대해 살펴보면, 콘크리트 구조물(C)에 발생한 전단 균열(S)을 확인한 후 이 전단 균열(S)이 발생한 방향성을 측정하도록 한다.(전단 균열 방향성 확인단계)

다음으로, 콘크리트 구조물(C) 표면의 이물질을 제거하고 세척하도록 한다.(콘크리트 구조물 정리단계)

다음으로, 상기 전단 균열 방향성 확인단계에서 확인한 전단 균열(S)의 방향과 직각이 되는 방향으로 콘크리트 구조물(C)에 앵커 홈(h)을 형성한다.(앵커 홈 형성단계)

상기 앵커 홈 형성단계에서의 앵커 홈(h)의 크기 및 깊이는 되도록 이면 깊게 형성하도록 하되, 콘크리트 구조물(C)의 열화가 발생하지 않는 범위 내에서 형성하도록 하고, 앵커 홈(h)의 형성 이후에는 앵커 홀(h) 내부의 이물질을 제거하는 작업이 이루어져야 한다.

그런 후, 상기 앵커 홈(h)에 앵커(A)를 삽입한다.(앵커 삽입단계)

상기 앵커(A)는 콘크리트 구조물(C)에 형성되어 있는 전단 균열(S)의 범위에 따라 도 1에서와 같이 메카니컬 앵커(A1) 또는 도 2에서와 같이 케미컬 앵커(A2) 중 어느 하나의 앵커를 이용하여 삽입하도록 한다.

즉, 콘크리트 구조물(C)의 크랙 전단(S) 진행률이 높을 경우에는 전단 보강력이 높은 케미컬 앵커(A2)를 이용하여 시공을 하도록 하고, 크랙 전단(S) 진행률이 낮을 경우에는 메카니컬 앵커(A1)를 이용하여 작업하도록 한다.

여기서, 상기 메카니컬 앵커(A1)의 부착력은 콘크리트 구조물(C) 내에 형성한 앵커 홀(h)과의 마찰력에 의해 형성된다.

따라서, 화재 발생에 대해 덜 민감하고, 전단 보강의 범위가 넓지 않을 경우 결합제(a1)를 주입하기 위해 별도의 장비를 사용하여야 하는 케미컬 앵커(A2)에 비해 상대적으로 가격이 저렴하다.

이러한, 메카니컬 앵커(A1)를 통한 앵커링시 메카니컬 앵커(A1)의 부착력 및 전단 보강력의 향상을 위해 몰탈이나 에폭시와 같은 추가의 채움재(F)를 더 형성할 수도 있다.

또한, 케미컬 앵커(A2)는 화학적 결합이 이루어지기 때문에 부착력이 메카니컬 앵커(A1) 대비 약 10 ∼ 15%정도의 부착력 향상을 기대할 수 있으며, 전단 보강 범위가 넓을수록 가격이 저렴해지는 장점이 있다.

그리고 본 발명에서는 상술한 메카니컬 앵커(A1) 및 케미컬 앵커(A2)의 앵커(a2)는 녹이 발생하지 않는 스테인리스 재질로 형성할 수도 있다.

다음으로, 상기와 같이 앵커(A)의 삽입이 완료되면 너트(N) 및 와셔(W)를 앵커(A)에 결합하여 콘크리트 구조물(C)에 추가의 전단 보강을 실시한다.(전단 균열 조임단계)

통상적으로 콘크리트 구조물(C)의 전단 균열(S)은 콘크리트 구조물(C) 일부의 벌어지는 현상인데, 상기 너트(N)와 와셔(W)를 통해 앵커(A)를 조이게 되면, 콘크리트 구조물(C)의 벌어져 형성되는 전단 균열(S)을 모아주는 작용을 하게 되어 앵커(A)를 통한 전단 보강 이외에 추가적인 전단 보강이 이루어지게 된다.

또한, 통상 콘크리트 구조물(C)에서 발생하는 전단 균열(S)의 경우 다양한 방향으로 방향성이 형성되는데, 이때에, 전단 균열(S)의 방향성이 사선일 경우에는 너트(N)를 통한 조임이 어렵게 된다.

이에 본 발명에서는 도 3에서와 같이 상기 전단 균열 조임단계에서 앵커(A)를 통한 콘크리트 구조물(C)의 조임 작업이 원활히 이루어지도록, 전단 균열(S)의 방향성에 따라 와셔(W)의 형상을 대략 삼각 형상으로 형성하되, 와셔(W)가 콘크리트 구조물(C)에 완전히 밀착되도록 와셔(W) 상부의 각도를 전단 균열(S)의 방향성과 동일한 각도를 형성하도록 구성되어 있다.

따라서, 너트(N) 및 와셔(W)를 통한 콘크리트 구조물(C)의 조임 작업시 와셔(W)가 콘크리트 구조물(C)에 완전히 밀착된 상태로 결합되어 전단 균열 조임단계에서의 효율성을 향상시키도록 작용하게 된다.

그리고 케미컬 앵커(A2)는 결합재(a1)를 앵커 홀(h)에 채운 후 나사산이 형성되어 있는 앵커(a2)를 삽입하여 화학적으로 앵커링을 하는 방식으로 열에 민감하기 때문에 시공이 완료되는 시점에서 전단 보강된 콘크리트 구조물(C)의 표면에 추가의 커버층(도면에 미도시)을 더 형성할 수 있다.

또한, 상기 전단 균열 조임단계에서 너트(N)의 조임은 토크렌치(도면에 미도시)를 이용하여 일정 토크로 조임작업을 실시하되, 다양한 직경으로 이루어질 수 있는 앵커(A)의 전단이 발생하지 않는 범위 내에서 실시할 수 있다.

즉, 앵커(A)를 M10으로 이용할 경우 대략 50Nm의 토크로 조임작업을 하도록 실시하는 것이 좋다.

특히, 메카니컬 앵커(A1) 또는 케미컬 앵커(A2)에 너트(N) 및 와셔(W)를 결합한 후 이를 둘러 쌓을 수 있는 캡(도면에 미도시)을 형성해 메카니컬 앵커(A1) 또는 케미컬 앵커(A2)에 너트(N) 및 와셔(W)의 부식을 방지할 수 있고, 메카니컬 앵커(A1) 또는 케미컬 앵커(A2)를 삽입하기 위핸 콘크리트 구조물(C)에 형성한 앵커 홈(h)으로 물이 유입되어 발생할 수 있는 부식을 방지하기 위해 콘크리트 구조물(C)과 와셔(W) 사이의 앵커(A) 주위에 에폭시 수지(E1)를 더 도포할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 공법은 전단 보강시 전단 균열(S)과 직각이 되는 방향으로 앵커(A)를 결합하여 전단 보강 효율성을 향상시킬 수 있고, 특히, 전단 보강을 하고자 하는 위치 또는 전단 보강 범위에 따라 선택적으로 앵커(A)의 종류를 선별하여 사용할 수 있기 때문에 전단 보강을 효율적으로 실시할 수 있다.

또한, 앵커링시 앵커(A)를 너트(N) 및 와셔(W)를 이용해 당겨주어 전단 균열(S)을 조여주는 역할을 수행하여 앵커(A) 자체의 전단 보강 이외에 추가적인 전단 보강이 이루어질 수 있게 된다.

상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 한가지 실시 예에 대해 기재한 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명의 기술적인 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음을 명시한다.

A : 앵커
A1 : 메카니컬 앵커
A2 : 케미컬 앵커 a1 : 결합제 a2 : 앵커
C : 콘크리트 구조물 F : 채움재 h : 앵커 홈 N : 너트 S : 전단 균열
W : 와셔 E1 : 에폭시 수지

Claims (6)

1. 콘크리트 구조물에 발생한 전단 균열을 육안으로 확인한 후 전단 균열의 각도를 측정하는 전단 균열 방향성 확인단계;
   콘크리트 구조물 표면을 정리하는 콘크리트 구조물 정리단계;
   상기 전단 균열 방향성 확인단계에서 확인한 전단 균열의 방향성에서 직각이 될 수 있도록 콘크리트 구조물에 앵커 홈을 형성하는 앵커 홈 형성단계;
   상기 앵커 홈 형성단계에서 형성한 앵커 홈에 메카니컬 앵커 또는 결합제와 나사산이 형성된 앵커로 이루어진 케미컬 앵커 중 어느 하나의 앵커를 삽입하는 앵커 삽입단계;
   상기 앵커 삽입단계에서의 앵커에 너트 및 와셔를 결합하여 너트의 조임에 의해 전단 균열 부분의 조임작업이 이루어지도록 하는 전단 균열 조임단계;로 이루어진 것에 특징이 있는 앵커를 이용한 콘크리트 구조물의 전단보강공법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 앵커 삽입단계에서의 앵커가 메카니컬 앵커일 경우 앵커 홈에 몰탈 또는 에폭시 중 선택된 어느 하나의 채움재를 더 형성하는 것에 특징이 있는 앵커를 이용한 콘크리트 구조물의 전단보강공법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 앵커 삽입단계에서의 메카니컬 앵커, 케미컬 앵커의 앵커는 스테인리스 재질로 이루어진 것에 특징이 있는 앵커를 이용한 콘크리트 구조물의 전단보강공법.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 전단 균열 조임단계에서 너트는 토크렌치를 이용하여 50nm의 토크로 조임작업을 하도록 하고, 와셔는 전단 균열의 방향성이 사선으로 발생하였을 경우 콘크리트 구조물과 밀착성을 위해 삼각 형상의 와셔를 이용하는 것에 특징이 있는 앵커를 이용한 콘크리트 구조물의 전단보강공법.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 전단 균열 조임단계에서 앵커에 너트를 조이는 작업은 토크렌치를 이용해 일정 토크로 조임작업을 하되, 앵커링 볼트의 전단이 발생하지 않는 범위의 토크로 조임작업을 하는 것에 특징이 있는 앵커를 이용한 콘크리트 구조물의 전단보강공법.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 전단 균열 조임단계에서 와셔와 콘크리트 구조물 사이의 앵커 주위에는 에폭시 수지를 더 형성하는 것에 특징이 있는 앵커를 이용한 콘크리트 구조물의 전단보강공법.

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