KR101442980B1 - 쐐기형 핀바를 이용해 인장 프리스트레스가 도입된 psc 보 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 보의 경제적, 효율적 장경간화에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보 하부에는 종래의 형식과 같이 압축 프리스트레스트를 도입하고, 보 상부에는 인장 프리스트레스를 도입하여 상연 응력의 과다누적을 피하면서 저형고화할 수 있도록 하는 프리스트레스트 콘크리트 보에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 쐐기형 핀바를 이용해 인장 프리스트레스가 도입된 PSC 보는 일정 단면과 길이를 갖는 콘크리트 본체; 콘크리트 본체의 인장영역에 매립되어 있는 인장재 쉬스관과 인장재 쉬스관 안에 비부착 매립되어 콘크리트 본체 양단부로 노출되는 인장재와 노출된 인장재 양단부를 콘크리트 본체에 정착하는 정착구를 포함하는 압축 프리스트레스 도입구; 콘크리트 본체 폭과 같은 길이를 가지며 중공이 형성되고 양측으로 길이방향으로 일정 간격을 두고 관통공이 형성되며 콘크리트 본체 상단 중앙부에서 보 폭방향으로 관통하도록 매립되는 가이드관; 가이드관의 양측에서 접합되는 압축재 쉬스관과 쉬스관 안에 비부착 매립되어 있는 압축재를 포함하며 가이드관과 함께 콘크리트 본체에 매립되어 있는 인장 프리스트레스 도입구; 및 가이드관의 중공 높이에 상응하는 일정 두께를 갖는 바(bar) 형태로 구성되며 가이드관의 중공 폭보다 작은 폭을 갖는 쐐기부와 중공 폭과 같거나 약간 작은 폭을 갖는 정착부를 포함하는 쐐기형 핀바(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

쐐기형 핀바를 이용해 인장 프리스트레스가 도입된 PSC 보{Prestressed concrete beam using a wedge-shape pin bar}

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 보의 경제적, 효율적 장경간화에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보 하부에는 종래의 형식과 같이 압축 프리스트레스트를 도입하고, 보 상부에는 인장 프리스트레스를 도입하여 상연 응력의 과다누적을 피하면서 저형고화 할 수 있도록 하는 프리스트레스트 콘크리트 보에 관한 것이다.

콘크리트는 재료가 저렴하고 성형성이 좋으며 진동에 유리하기 때문에 구조물에 많이 사용되는데 인장강도가 압축강도에 비해 매우 작아서 보와 같이 휨에 저항하는 부재의 경우 인장측에 철근을 넣어 인장응력을 부담하도록 하고 이를 철근콘크리트라 한다. 사용하중 하에 놓인 실제 철근콘크리트 보의 인장측에는 미세한 균열이 발생하고 균열이 발생한 콘크리트는 힘을 받을 수 없으므로 철근콘크리트 보에서는 인장측 콘크리트의 단면은 무시하고 설계한다.

이와 같은 철근콘크리트 보의 단점을 보완하기 위해 콘크리트 인장측에 미리 압축응력을 준 것을 프리스트레스트 콘크리트 보(이하 PSC보)라고 한다. PSC보는 인장영역에 미리 압축의 프리스트레스를 도입하여 인장측 콘크리트를 유효하게 사용할 수 있게 하므로 압축측 콘크리트 면적뿐이 아닌 총 단면의 콘크리트의 응력을 사용할 수 있어 경제적이고 효율적인 부재가 된다.

보의 형고를 키우지 않으면서 보의 스팬을 극대화하고자 하는 사회적 요구에 따라 PSC보를 저형고 장경간화 하기 위한 노력이 계속되면서 콘크리트의 인장영역에 압축 프리스트레스를 도입하는 것만으로는 부족한 경우가 발생하게 되었다. 즉, 보의 스팬이 길어지면 저항해야하는 모멘트가 증가하고 프리스트레스로 인한 반대 모멘트의 크기는 프리스트레스 크기와 중립축까지의 편심거리의 곱으로 계산되는데 보의 형고를 키우지 않기 위해서는 편심거리는 제한되어 있으므로 프리스트레스 크기를 크게 가하여만 한다. 부재에 필요 이상의 압축력을 가하게 되면 부재는 하중에 의해 압축을 받는 부분이 먼저 파괴되게 된다. 이처럼 제한된 보 형고를 가지고 보의 스팬을 크게 하기 위해서 중립축 하부에 압축 프리스트레스만을 도입하는 것은 한계가 있으며 이를 극복하기 위하여 중립축 상부에 인장 프리스트레스를 도입하여 중립축을 중심으로 하부에는 인장재를 위치하여 압축력을, 상부에는 압축재를 위치하여 인장력을 받게 하고 두 힘은 서로 상쇄되어 구조부재에 축력을 가하지 않으면서 작용위치의 차이로 인한 순수 모멘트를 가하게 되는 방안이 도출되고 있다.

그러나 부재에 인장재를 이용하여 프리스트레싱 방법으로 압축 프리스트레스를 도입하는 것은 용이하지만 압축재를 이용하여 인장 프리스트레스를 도입하기는 어려운 것이 실정이다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 일본 특허청에 등록된 “METHOD OF PUSHING AND ANCHORING COMPRESSED PC STEEL ROD"가 있다. 이 특허는 PSC보의 하부에 이미 인장재를 긴장 후 정착하여 압축 프리스트레스가 도입되도록 하고, 상부에는 압축재가 배치되며 작업용절개부에 유압잭을 넣어 후면의 콘크리트에 지지하여 압축재를 밀어 넣은 후 정작용절개부에서 고정볼트를 조여서 압축된 압축재를 정착하는 방식으로 PSC보의 하부에 압축 프리스트레스를 도입하고 PSC보의 상부에는 인장 프리스트레스 도입하는 방법을 제안한다.

그러나 상기 기술은 시공성과 경제성이 좋지 않을 뿐 아니라 기술적인 한계가 존재한다. 유압잭의 반력을 받는 부분과 압축재가 정착되는 부분에 국부적인 응력집중이 발생한다. 일반적으로 인장재의 정착부에도 국부적인 응력집중이 생기지만 주로 압축응력이 발생하기 때문에 적절히 보강을 하면 문제가 없다. 하지만 압축재의 정착 시에는 인장응력이 발생하기 때문에 균열을 완전히 막기 위한 보강이 어렵다. 작업이 반드시 PSC보의 상면에서 이루어져야 하는 점도 문제가 된다. 효율적인 단면설계 추세에 따라 프리스트레싱용 고강도 재료가 보다 많은 고정하중을 부담하고, 진동이나 처짐 문제로 강성이 요구되는 활하중에 대해서는 콘크리트가 저항하도록 설계가 이루어지고 있다. 그러려면 PSC보의 자중뿐 아니라 슬래브와 같은 고정하중이 추가적으로 발생한 후에 프리스트레싱을 할 필요가 있는데 상기 종래기술에서는 슬래브가 시공되면 작업공간이 없어지기 때문에 단계적인 프리스트레싱 작업이 어렵다는 문제점을 가진다.

JP 공개번호 10220009호 ‘METHOD OF PUSHING AND ANCHORING COMPRESSED PC STEEL ROD'

본 발명은 상술한 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로 보의 형고를 키우지 않으면서 보의 스팬을 극대화하고자 하는 사회적 요구에 충족하는 프리스트레스트 콘크리트 보와 프리스트레싱 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 과제는 하중단계별로 쉽게 추가적인 인장 프리스트레스를 도입할 수 있는 프리스트레싱 방법과 이를 이용한 프리스트레스트 보를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 쐐기형 핀바를 이용해 인장 프리스트레스가 도입된 PSC 보는 일정 단면과 길이를 갖는 콘크리트 본체; 콘크리트 본체의 인장영역에 매립되어 있는 인장재 쉬스관과 인장재 쉬스관 안에 비부착 매립되어 콘크리트 본체 양단부로 노출되는 인장재와 노출된 인장재 양단부를 콘크리트 본체에 정착하는 정착구를 포함하는 압축 프리스트레스 도입구; 콘크리트 본체 폭과 같은 길이를 가지며 중공이 형성되고 양측으로 길이방향으로 일정 간격을 두고 관통공이 형성되며 콘크리트 본체 상단 중앙부에서 보 폭방향으로 관통하도록 매립되는 가이드관; 가이드관의 양측에서 접합되는 압축재 쉬스관과 쉬스관 안에 비부착 매립되어 있는 압축재를 포함하며 가이드관과 함께 콘크리트 본체에 매립되어 있는 인장 프리스트레스 도입구; 및 가이드관의 중공 높이에 상응하는 일정 두께를 갖는 바(bar) 형태로 구성되며 가이드관의 중공 폭보다 약간 작은 폭을 갖는 쐐기형 핀바;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 인장재를 인장한 상태에서 정착구를 통하여 콘크리트 본체에 정착시키는 방법으로 보의 인장 영역에 압축 프리스트레스를 도입하며, 보의 측면에서 쐐기형 핀바를 가이드관의 중공에 삽입하여 쐐기형 핀바가 인장 프리스트레스 도입구 압축재에 압축력을 가하여 압축된 압축재가 콘크리트 본체에 인장 프리스트레스를 도입하는 것을 특징으로 한다.

한편, 가이드관은 콘크리트 본체 폭과 같은 길이를 가지며 중공이 형성되고 양측으로 길이방향으로 일정 간격을 두고 관통공이 형성된 강관과, 상기 강관의 관통공을 둘러싸며 강관 길이방향에 수직하게 돌출되어 접합되는 돌출강관을 포함할 수 있다.

또한, 인장 프리스트레스 도입구는, 상기 가이드관의 돌출강관의 돌출된 일단에 일단이 접합되는 압축재 쉬스관과, 쉬스관보다 일정 긴 길이를 가지며 압축재 쉬스관 안에 비부착 매립되어 일단이 가이드관 강관 안에 일부 삽입되어 있는 압축재와, 압축재 쉬스관의 타단에 접합되어 압축재 쉬스관의 개구를 폐쇄하여 압축재의 단부를 구속하는 지지판을 포함할 수 있다.

여기서, 쐐기형 핀바는, 일단이 타단에 비하여 작은 폭을 갖고 직선적으로 점차 폭이 증가하여 중공 폭보다 약간 작은 폭을 갖는 쐐기부와 쐐기부의 큰 폭에서 이어지며 길이방향으로 일정한 폭을 갖고 압축재가 정착되는 정착부로 구성되는 쐐기가 다수개 반복되는 형상을 가질 수 있다.

또한, 쐐기형 핀바는, 마지막 쐐기에 정착부의 폭과 같은 폭을 길이방향 일정하게 갖는 가압단이 더 연결되고 전체 길이에 걸쳐 가이드관의 중공 높이에 상응하는 일정 두께를 갖는 바 형태로 구성될 수 있다.

한편, 정착부는, 정착부는, 길이방향으로 중앙부에 쐐기부의 큰 폭 보다 작은 폭을 갖도록 정착홈을 형성하고, 정착홈의 양단은 쐐기부의 큰 폭과 같은 폭을 갖는 이동방지턱으로 구성하여, 정착홈은 압축재가 압축되어 정착되며, 이동방지턱은 쐐기형 핀바의 압입 후 움직임을 제한하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 쐐기형 핀바를 이용한 다중 프리스트레싱 방법은 매우 용이한 작업으로 구조부재가 휨에 저항하기 위한 최적의 프리스트레스를 도입할 수 있다. 또한 측면에 핀바를 압입하는 방식으로 인장력을 가할 수 있기 때문에 하중단계별로 쉽게 추가적인 프리스트레스를 도입할 수 있으며 인장재만을 사용하는 전통적인 프리스트레싱 방법과 병용하여 교량용 PSC보에 적용할 경우 저형고 및 장경간의 경제적이고 미려한 교량의 시공이 가능하다.

본 발명에 의한 쐐기형 핀바를 이용한 PSC 보는 압축재와 인장재의 거리가 편심이 되기 때문에 적은 힘으로 큰 모멘트를 가할 수 있을 뿐만 아니라 부재에 축력을 가하지 않기 때문에 자유롭게 프리스트레싱력을 크게 하여 매우 큰 하중에 대응할 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 쐐기형 핀바를 이용한 PSC보의 단면도로, 도 1a는 종단면도, 도 1b는 도 1a의 A-A 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가이드관의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인장 프리스트레스 도입구의 사시도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 쐐기형 핀바의 사시도이고 도 4b는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 쐐기형 핀바를 이용해 인장 프리스트레스가 도입된 PSC 보의 주요부 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 형태에 따른 쐐기형 핀바의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 메카니즘을 설명하는 모식도로, 도 7a는 인장영역에 압축 프리스트레스를 도입한 경우, 도 7b는 압축영역에 인장 프리스트레스를 도입한 경우, 도 7c는 두 가지를 모두 도입한 경우의 응력도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1는 본 발명에 따른 쐐기형 핀바를 이용한 PSC보의 단면도로, 도 1a는 종단면도, 도 1b는 도 1a의 A-A 단면도이다.

도 1a에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 쐐기형 핀바를 이용한 PSC보는 콘크리트 본체(1)의 인장영역에 길이방향을 따라 인장재 쉬스관(11)이 아래쪽으로 만곡된 형태로 매립되어 있다.

콘크리트 본체(1)는 교량의 거더로 일반적으로 사용되는 I자형 단면 형상이 되거나 그 이외에 직사각형 또는 역T형 등의 단면형상이 될 수 있다.

인장재 쉬스관(11) 안에는 인장재(12)가 비부착 설치되어 콘크리트 본체 양단부로 노출되어 정착구(13)로 연결되어 있다. 인장재 쉬스관(11)과 인장재(12) 및 정착구(13)를 통칭하여 압축 프리스트레스 도입구(10)라 하고 압축 프리스트레스 도입구(10)의 배치 방법 및 이를 이용하여 콘크리트의 인장영역에 압축 프리스트레스를 도입하는 방법은 종래의 기술과 다르지 않게 이 분야에서 공지된 임의의 방법을 따른다.

그리고 도 1a와 도 1b를 참조하면, 콘크리트 본체(1)의 압축영역에는 보 폭방향으로 쐐기형 핀바(40)가 삽입되는 가이드관(20)이 설치되어 있고, 가이드관(20)을 가운데 두고 서로 대칭되게 보 폭방향으로 일정간격으로 압축재(32)가 삽입된 압축재 쉬스관(31)이 복수개 설치되어 있다.

도 2는 본 발명에 따른 가이드관의 사시도이다.

도 1b에서 보듯이, 콘크리트 본체(1)의 상단 길이방향으로 중앙부에는 가이드관(20)이 보 폭방향으로 관통하도록 매립되어 있다. 가이드관(20)은, 도 2에 도시된 것처럼, 보 폭과 같은 길이를 갖는 길이재로 중공(21)이 형성되어 있으며 그 양측에는 길이방향으로 일정 간격을 두고 관통공이 천공되는 강관(22)과, 상기 강관(22)의 관통공을 둘러싸며 강관 길이방향에 수직하게 돌출되어 접합되는 돌출강관(23)을 포함한다.

가이드관(20)의 양측 돌출강관(23)의 돌출된 일단에는 인장 프리스트레스 도입구(30)가 연장되어 가이드관(20)과 함께 콘크리트 본체(1)에 매립되어 있다.

도 3은 본 발명에 따른 인장 프리스트레스 도입구(30)의 사시도이다.

인장 프리스트레스 도입구(30)는 돌출강관(23)의 돌출된 일단에 일단이 접합되는 압축재 쉬스관(31)과, 쉬스관보다 일정 긴 길이를 가지며 압축재 쉬스관(31) 안에 비부착 매립되어 일단이 가이드관(20)에 일부 삽입되는 압축재(32)와, 압축재 쉬스관(31)의 타단에 접합되어 압축재 쉬스관(31)의 개구를 폐쇄하며 압축재(32)의 단부를 지지하는 지지판(33)을 포함한다.

여기서 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 압축재 쉬스관(31)의 타단은 한 개의 지지판(33)으로 동시 구속하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 PSC보에 인장 프리스트레스가 필요한 경우에는 보의 측면에서 가이드관의 중공(21)으로 쐐기형 핀바(40)를 삽입할 수 있다.

도 4a는 본 발명에 따른 쐐기형 핀바의 사시도이고 도 4b는 평면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 쐐기형 핀바(40)는, 도 4a에서와 같이, 가이드관의 중공(21) 높이에 상응하는 일정 두께를 갖는 바(bar) 형태로 다수개의 쐐기(w)가 반복되는 형상을 가지며 도면에서는 세 개의 쐐기(w1~w3)로 도시하였지만 본 발명은 이에 제한되지 않으며 필요한 인장 프리스트레스 양의 구조 계산에 따라 가이드관(20)의 돌출강관(23)과 압축재 쉬스관(31) 및 압축재(32)와 대응되도록 결정될 수 있다.

쐐기의 형상은 도시된 바와 같이 쐐기부(41)와 정착부(42)로 구성되며, 도 4b에 보이듯, 쐐기부(41)는 일단이 작은 폭(b1)을 갖고 길이방향으로 직선적으로 점차 폭이 증가하여 큰 폭(b2)을 가지며, 이때 큰 폭은 가이드관의 중공(21) 폭(b0)보다 같거나 작게 제작된다(b1<b2≤b0).

정착부(42)는 쐐기부(41)의 큰 폭에서 이어지며 일정한 폭(b2)을 갖고 압축재(32)의 고정을 위해 설치된다.

쐐기형 핀바(40)의 압입시 쐐기형 핀바(40)와 가이드관(20) 사이의 마찰을 감소하고 시공상 압입 각도의 오류가 발생하더라도 원활한 압입이 이루어질 수 있도록 쐐기부(41)의 큰 폭(b2) 및 정착부(42)의 폭(b2)이 중공 폭(b0) 보다 작게 제작되는 것이 바람직하다.

반복된 쐐기의 마지막 단에는 정착부(42) 폭과 같은 폭(b2)을 전 길이에 일정하게 갖는 가압단(43)이 더 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 쐐기형 핀바를 이용해 인장 프리스트레스가 도입된 PSC 보의 주요부 사시도이다.

PSC보에 도입되는 압축 프리스트레스는 PSC보의 제작시, 인장 프리스트레스는 PSC보의 거치 후 시공되는 바닥판, 방호벽 등의 자중이나 사용하중에 대한 PSC보의 내하력을 증가시키거나 공용중 PSC보의 보강이 요구되는 경우에 도입한다. 그러나, PSC보에 압축 프리스트레스를 도입하기 전에 인장 프리스트레스를 먼저 도입할 수 있으며, 이 경우 PSC보에 도입되는 압축 프리스트레스를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

쐐기형 핀바를 이용하여 PSC보에 인장 프리스트레스를 도입하는 방법은 다음과 같다. PSC보에 인장 프리스트레스를 도입할 경우 쐐기형 핀바(40)의 쐐기부(41)를 가이드관(20)의 중공에 삽입한 다음 가압단(43)을 가압하여 압축재(32)가 정착부(42)에 의하여 최종 압축될 때까지 압입한다.

쐐기형 핀바의 압입에 따라 가이드관 중공(21) 안에 일단이 일부(b2-b1) 삽입되어 있던 압축재(32)는 쐐기부(41)에 의하여 압축되기 시작하여 정착부(42)에 정착되어 돌출강관 안쪽으로 압축되면 최종 압축이 이루어진다.

이처럼 압축된 압축재(32)의 타단은 지지판(33)에 의해 구속되므로, 쐐기형 핀바의 삽입에 의한 압축재(32)의 압축력이 지지판(33)을 통하여 콘크리트에 인장응력을 발생하게 된다. 필요한 인장 프리스트레스 양에 따라 쐐기형 핀바(40)의 삽입 및 압입의 정도를 하나의 쐐기에서 다수의 쐐기로 조절할 수 있으며, 즉 압축되는 압축재(32)의 개수를 통해 인장 프리스트레스를 단계별로 조절할 수 있다.

또는, 쐐기형 핀바(40)는 PSC보에 일부 미리 배치된 상태에서(쐐기부가 압축재에 압축을 가하기 이전 상태) PSC보 상부에 슬래브가 거치된 후에 압입되어 압축재에 압축을 가할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 형태에 따른 쐐기형 핀바의 사시도이다.

앞서 설명한 쐐기형 핀바(40)의 정착부(42)와는 달리 본 실시예의 정착부(42)는 이동방지턱(42a)과 정착홈(42b)을 포함한다. 본 실시예는 정착부(42)의 형상이 상이한 것을 제외하고는 앞서 설명한 실시예와 구조적으로 동일하므로 반복된 설명은 배재한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 정착부는 양단부는 쐐기부(41)의 큰 폭(b2)에서 이어지며 쐐기부(41)의 큰 폭(b2)과 같은 폭을 갖고 중앙 일부를 중공 폭(b2)보다 작은 단면 폭(b3)을 갖도록 구성하여 정착부(42)의 중앙부에 정착홈(42b)이 형성되는 것을 특징으로 한다(b2>b3).

쐐기형 핀바의 압입에 따라 가이드관 중공(21) 안에 일단이 일부(b3-b1) 삽입되어 있던 압축재(32)는 쐐기부(41)에 의하여 압축되기 시작하여 정착홈(42b)에 정착되어 돌출강관 안쪽으로 압축되면 최종 압축이 이루어진다.

이때 압축재에 가해진 압축력은 상술한 바와 같이 지지판(33)을 통하여 콘크리트에 전달하는 방식으로 콘크리트에 인장 프리스트레싱을 도입할 수 있게 된다. 상술한 바와 같이 쐐기형 핀바의 정착홈(42b)에서 쐐기부(41)로 이어지는 정착부의 양단은 쐐기부(41)의 큰 폭(b2)과 같은 폭을 갖는 이동방지턱(42a)으로 구성되고, 이동방지턱(42a)은 쐐기형 핀바(40)가 압입된 후 쐐기형 핀바(40)의 압입방향 전후로의 움직임을 방지하는 역할을 한다.

도 7은 본 발명의 메카니즘을 설명하는 모식도로, 도 7a는 인장영역에 압축 프리스트레스를 도입한 경우, 도 7b는 압축영역에 인장 프리스트레스를 도입한 경우, 도 7c는 두 가지를 모두 도입한 경우의 응력도이다.

도 7a에 보이듯이, 중립축 하부 즉, 부재의 인장영역에 압축 프리스트레스를 미리 도입하게 되면 단면 전반에 걸쳐 압축의 축응력과 프리스트레스(P1)와 중립축까지의 편심거리(e1)에 해당되는 모멘트(M1 = P1 x e1)가 도입되게 된다. 보의 스팬이 길어지면 저향해야하는 모멘트(M1)가 증가하고 보의 형고를 키우지 않기 위해서 제한된 편심거리(e1)을 유지하려면 프리스트레스(P1) 크기를 크게 가해야 하는데 이런 경우 부재에 필요이상의 압축력이 가해지는 문제가 발생한다.

도 7b에서 보이듯이, 중립축 상부 즉, 부재의 압축영역에 인장 프리스트레스를 도입하면 부재의 인장영역에 압축 프리스트레스를 도입한 경우와 같은 횡응력이 발생하며 반대의 축응력이 발생하게 된다.

그러므로 부재의 압축영역에 인장 프리스트레스를, 인장영역에 압축 프리스트레스를 동시에 도입하게 되면, 도 7c에 보이듯, 단면에 가해지는 축응력은 서로 상쇄되고 압축 프리스트레스(P1)와 편심거리(e1)에 해당하는 모멘트에 부가적으로 인장 프리스트레스(P2)와 편심거리(e2)에 해당하는 모멘트가 추가적으로 전해져 주어진 보 춤 내에서 저항 모멘트를 두 배(Mo = (P1 x e1) + (P2 x e2))로 얻을 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 쐐기형 핀바를 보의 측면에서 압입하는 간단한 방법으로 PSC보에 인장 프리스트레스를 도입할 수 있고, 그에 따라 동일한 단면에서 압축 프리스트레스 도입량을 증가시킬 수 있어, PSC보를 저형고로 장경간화할 수 있는 효과가 있다.

기존의 PSC보의 압축영역에 인장 프리스트레스를 도입하기 위하여 행하였던 방법에서는 압축재에 압축력을 가하는 방법이 번거롭고 유압잭의 반력을 받는 부분과 압축재가 정착되는 부분에 대한 보강이 필요하고, 압축재를 압축하는 유압잭 등의 별도의 장비가 필요할 뿐만 아니라, 하중이 단계적으로 증가하는 경우 그에 맞게 단계적으로 프리스트레싱을 하는 것이 매우 어려우며, 부재의 상면에서 작업을 해야 하기 때문에 슬래브가 시공되면 더 이상의 작업이 어렵다.

반면에 본 발명에서 제안한 프리스트레싱 방법은 보의 측면에서 쐐기형 핀바를 압입함으로써 다단계 긴장작업으로 인장력을 가하는 방식으로 별도의 장비가 필요없으며 간단한 작업 조절로써 단계별 프리스트레싱 도입이 가능하여 고정하중이 단계적으로 가해질 경우에도 그에 맞는 프리스트레싱이 가능하다.

특히 보 측면에서 작업이 가능하기 때문에 PSC보 자중 위에 슬래브와 같은 고정하중이 추가적으로 발행한 후에도 콘크리트에 인장 프리스트레싱을 도입할 수 있으므로 압축 프리스트레싱용 고강도 재료가 보다 많은 고정하중을 부담하고 진동이나 처짐 문제의 강성이 요구되는 활하중에 대해서는 콘크리트가 저항할 수 있도록 하는 효율적 단면 설계가 가능해진다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

1: 콘크리트 본체 10: 압축 프리스트레스 도입구
11: 인장재 쉬스관 12: 인장재
13: 정착구 20: 가이드관
21: 가이드관 중공 22: 강관
23: 돌출강관 30: 인장 프리스트레스 도입구
31: 압축재 쉬스관 32: 압축재
33: 지지판 40: 쐐기형 핀바
41: 쐐기부 42: 정착부
43: 가압단 42a: 이동방지턱
42b: 정착홈

Claims (6)

1. 일정 단면과 길이를 갖는 콘크리트 본체(1);
   콘크리트 본체(1)의 인장영역에 매립되어 있는 인장재 쉬스관(11)과 인장재 쉬스관(11) 안에 비부착 매립되어 콘크리트 본체 양단부로 노출되는 인장재(12)와 노출된 인장재(12) 양단부를 콘크리트 본체(1)에 정착하는 정착구(13)를 포함하는 압축 프리스트레스 도입구(10);
   콘크리트 본체(1) 폭과 같은 길이를 가지며 중공(21)이 형성되고 양측으로 길이방향으로 일정 간격을 두고 관통공이 형성되며 콘크리트 본체(1) 상단 중앙부에서 보 폭방향으로 관통하도록 매립되는 가이드관(20);
   가이드관(20)의 양측에서 접합되는 압축재 쉬스관(31)과 쉬스관(31) 안에 비부착 매립되어 있는 압축재(32)를 포함하며 가이드관(20)과 함께 콘크리트 본체(1)에 매립되어 있는 인장 프리스트레스 도입구(30); 및
   가이드관의 중공(21) 높이에 상응하는 일정 두께를 갖는 바(bar) 형태로 구성되며 가이드관의 중공(21) 폭보다 약간 작은 폭을 갖는 쐐기형 핀바(40);를 포함하며,
   인장재(12)를 인장한 상태에서 정착구(13)를 통하여 콘크리트 본체(1)에 정착시키는 방법으로 보의 인장 영역에 압축 프리스트레스를 도입하며,
   보의 측면에서 쐐기형 핀바(40)를 가이드관(20)의 중공에 삽입하여 쐐기형 핀바(40)가 인장 프리스트레스 도입구(30) 압축재(32)에 압축력을 가하여 압축된 압축재(32)가 콘크리트 본체(1)에 인장 프리스트레스를 도입하는 것을 특징으로 하는 쐐기형 핀바를 이용한 PSC보.
2. 제1항에 있어서,
   가이드관(20)은 콘크리트 본체(1) 폭과 같은 길이를 가지며 중공(21)이 형성되고 양측으로 길이방향으로 일정 간격을 두고 관통공이 형성된 강관(22)과, 상기 강관(22)의 관통공을 둘러싸며 강관 길이방향에 수직하게 돌출되어 접합되는 돌출강관(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는 쐐기형 핀바를 이용한 PSC보.
3. 제2항에 있어서,
   인장 프리스트레스 도입구(30)는,
   상기 가이드관(20)의 돌출강관(23)의 돌출된 일단에 일단이 접합되는 압축재 쉬스관(31)과,
   쉬스관보다 일정 긴 길이를 가지며 압축재 쉬스관(31) 안에 비부착 매립되어 일단이 가이드관 강관(22) 안에 일부 삽입되어 있는 압축재(32)와,
   압축재 쉬스관(31)의 타단에 접합되어 압축재 쉬스관(31)의 개구를 폐쇄하여 압축재(32)의 단부를 구속하는 지지판(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 쐐기형 핀바를 이용한 PSC보.
4. 제3항에 있어서,
   쐐기형 핀바(40)는,
   일단이 타단에 비하여 작은 폭을 갖고 직선적으로 점차 폭이 증가하여 중공(21) 폭보다 약간 작은 폭을 갖는 쐐기부(41)와 쐐기부(41)의 큰 폭에서 이어지며 길이방향으로 일정한 폭을 갖고 압축재(32)가 정착되는 정착부(42)로 구성되는 쐐기(w)가 다수개 반복되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 쐐기형 핀바를 이용한 PSC보.
5. 제4항에 있어서,
   쐐기형 핀바(40)는,
   마지막 쐐기에 정착부(42) 폭과 같은 폭을 길이방향 일정하게 갖는 가압단(43)이 더 연결되고 전체 길이에 걸쳐 가이드관의 중공(21) 높이에 상응하는 일정 두께를 갖는 바(bar) 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 쐐기형 핀바를 이용한 PSC보.
6. 제 4항에 있어서,
   정착부(42)는,
   길이방향으로 중앙부에 쐐기부(41)의 큰 폭 보다 작은 폭을 갖도록 정착홈(42b)을 형성하고,
   정착홈(42b)의 양단은 쐐기부(41)의 큰 폭과 같은 폭을 갖는 이동방지턱(42a)으로 구성하여,
   정착홈(42b)은 압축재가 압축되어 정착되며,
   이동방지턱(42a)은 쐐기형 핀바(40)의 압입 후 움직임을 제한하는 것을 특징으로 하는 쐐기형 핀바를 이용한 PSC보.

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