KR101540344B1 - 부착력 강화 이형철근 - Google Patents

Abstract

본 발명은 봉강의 외주면에 서로 높이가 다른 제1, 2마디를 일정 각도 경사지게 복수 개 형성함으로써, 이형철근의 전 길이에 거쳐 부착강도가 크게 향상되어 콘크리트와의 부착성능을 향상시킬 수 있는 부착력 강화 이형철근에 대한 것이다.
본 발명의 부착력 강화 이형철근은 단면이 원형인 봉강; 복수 개가 봉강 외주면에 상호 일정 간격 이격되도록 돌출되는 제1마디; 및 복수 개가 봉강 외주면에 돌출되는 것으로 인접하는 제1마디의 사이에 배치되고 제1마디보다 높이가 낮은 제2마디; 로 구성되되, 상기 제1마디와 제2마디는 봉강의 길이 방향 축과 일정 각도 경사지게 형성되고, 상기 봉강의 양 측면에는 길이 방향으로 리브가 각각 형성되고, 상기 제1마디 및 제2마디는 리브를 기준으로 상부와 하부로 분할되어 형성되며, 상기 제1마디 및 제2마디가 동일 단면상에 상부와 하부에 각각 하나씩 위치하도록 하여 이형철근의 전 길이에 걸쳐 단면적이 동일한 것을 특징으로 한다.

Description

부착력 강화 이형철근{Deformed Bar for Enhancing Bond Strength}

본 발명은 봉강의 외주면에 서로 높이가 다른 제1, 2마디를 일정 각도 경사지게 복수 개 형성함으로써, 이형철근의 전 길이에 거쳐 부착강도가 크게 향상되어 콘크리트와의 부착성능을 향상시킬 수 있는 부착력 강화 이형철근에 대한 것이다.

철근은 철근콘크리트구조 등에서 인장력에 약한 콘크리트를 보완하기 위하여 사용되는 것으로, 원형철근, 이형철근, 특수철근 등으로 구분된다.

이중 이형철근은 도 1에서와 같이 원형 봉강(1) 표면에 마디(2)나 리브(3) 등의 돌기를 위치시켜 콘크리트와의 부착력을 강화시킨 것으로, 마디(2)는 봉강(1)의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되도록 봉강(1)의 외주면에 돌출되어 복수 개 형성되고, 리브(3)는 봉강(1)의 길이 방향을 따라 봉강(1)의 전 길이에 걸쳐 돌출 형성된다.

철근이 콘크리트에 묻혀 정착될 때, 부착강도는 마디(2)와 접촉되는 콘크리트 사이에 국부 전단 파괴(local shear failure)로 인한 뽑힘(pullout)에 대한 저항력과 콘크리트 피복의 쪼갬 파괴(splitting failure)에 대한 저항력으로 구성된다.

그러나 도 2의 (a)에서 볼 수 있는 바와 같이 이형철근에서는 인접 마디(2) 사이의 간격(s)이 좁은 경우, 마디(2) 사이를 메우는 콘크리트의 면적이 작다. 따라서 전단 파괴면이 마디(2)와 마디(2)를 잇는 선형의 형태를 나타내어, 철근이 콘크리트로부터 쉽게 뽑히는 뽑힘 파괴(pull out failure)가 발생한다.

또한, 도 2의 (b)에서와 같이 인접 마디(2) 사이의 간격(s)이 넓은 경우, 전단 파괴면이 마디(2)의 선단에서 봉강(1)의 표면을 향하는 쐐기를 형성하여 쪼갬 파괴(splitting failure)가 발생한다.

종래 이형철근의 마디 높이(h) 및 인접 마디 사이의 간격(s)은 한국산업규격(Korean Industrial Standard)에 규정되어 있으며, 이는 외국의 규격에서도 유사하다.

상기 규정은 콘크리트와의 부착에 있어 응력의 고른 분배와 충분한 부착력 확보를 위하여 제안된 것이다. 그러나 종래의 규정들은 오히려 콘크리트와 이형철근과의 부착성능과 균열 제어 효과를 향상시키는데 장애로 작용하고 있다.

또한, 뽑힘 파괴와 쪼갬 파괴가 일어나지 않는 최적의 인접 마디 사이의 간격 및 높이의 비를 산정하기 위한 마디면적비의 개념이 도입되다. ACI 규준에서는 마디면적비가 0.10~0.14 사이의 범위에 있도록 하여 종래에 비하여 높은 마디면적비를 갖는 이형철근을 사용하도록 하고 있다.

상기 마디면적비(relative rib area, R_r)는 전단면적(shearing area)에 대한 지압면적(bearing area)의 비와 관계된다.

상기 지압면적은 철근에 인장력이 작용할 때 뽑힘 파괴에 저항하는 면적으로 도 3의 (a)에 도시되고, 전단면적은 쪼갬 파괴에 저항하는 면적으로 도 3의 (b)에 도시된다.

그러나 마디면적비를 제한하더라도 종래의 이형철근에 비하여 부착강도는 증가하나 마디면적비가 증가할수록 부착강도의 증가가 미약하고 제한적이다.

아울러 마디 높이가 증가함에 따라 철근 정착에 필요한 콘크리트의 두께가 얇아지는 경우, 증가한 정착 길이 또는 이음 길이에 따라 철근의 과밀을 초래하여 콘크리트 타설 등의 공사에 어려움이 있다.

이에 따라 도 4에서와 같이 봉강(11)의 길이 방향을 따라 높이가 높은 제1마디(12)와 높이가 낮은 제2마디(13)가 교대로 위치되는 이형철근이 개발되었다(공개특허 제10-2012-0067113호).

상기 선행기술에서는 제1마디(12)에서 발생한 전단 파괴면이 이웃하는 제2마디(13)를 넘어 발생하도록 조절할 수 있어 전단 파괴면의 면적이 넓어져 부착강도가 증가하는 효과가 있다.

그러나 철근 단면적이 이형철근의 길이 방향을 따라 일정하지 않으므로, 마디가 없는 부분에 비하여 마디가 있는 부분에서 철근에 작용하는 인장응력이 작아진다. 그리고 이러한 응력 감소는 높이가 높은 제1마디(12)가 위치한 지점에서 더욱 두드러진다.

따라서 콘크리트에 전달되는 부착응력 또한 고르게 전달되지 못하고, 국부적으로 부착응력이 과다하게 전달되어 결과적으로 국부적인 부착파괴 유발 및 부분적인 균열 폭 증가 등의 문제를 수반할 수 있다.

아울러 상기 선행기술은 마디가 축 방향으로 고르게 분포되지 않기 때문에, 높이가 높은 제1마디(12)를 성형하는데 있어 생산 공정에서 상대적으로 에너지 소비가 증가하게 된다. 뿐만 아니라, 마디를 성형하는 마디틀은 여러 번 재사용하게 되는데, 마디가 축 방향으로 고르게 분포되어 생산되지 않게 되기 때문에, 높이가 높은 제1마디(12)의 형틀 손상이 빨라지고 따라서 마디틀의 교체 시기가 단축되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 마디의 위치에 관계없이 이형철근의 전 길이에 거쳐 부착강도가 크게 향상되어 콘크리트와의 부착성능을 향상시킬 수 있는 부착력 강화 이형철근을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 이형철근 생산 공정에서 마디틀에 가압되는 생산 에너지 증가로 인한 에너지 소비를 감소시킬 수 있고, 마디틀의 손상 지연으로 마디틀의 교체 시기를 연장할 수 있는 부착력 강화 이형철근을 제공하고자 한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 단면이 원형인 봉강; 복수 개가 봉강 외주면에 상호 일정 간격 이격되도록 돌출되는 제1마디; 및 복수 개가 봉강 외주면에 돌출되는 것으로 인접하는 제1마디의 사이에 배치되고 제1마디보다 높이가 낮은 제2마디; 로 구성되되, 상기 제1마디와 제2마디는 봉강의 길이 방향 축과 일정 각도 경사지게 형성되고, 상기 봉강의 양 측면에는 길이 방향으로 리브가 각각 형성되고, 상기 제1마디 및 제2마디는 리브를 기준으로 상부와 하부로 분할되어 형성되며, 상기 제1마디 및 제2마디가 동일 단면상에 상부와 하부에 각각 하나씩 위치하도록 하여 이형철근의 전 길이에 걸쳐 단면적이 동일한 것을 특징으로 하는 부착력 강화 이형철근을 제공한다.

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다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제1마디 및 제2마디는 상부와 하부가 서로 대칭되는 방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 부착력 강화 이형철근을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제1마디 및 제2마디는 상부와 하부가 서로 동일한 방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 부착력 강화 이형철근을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제1마디의 마디면적비와 제2마디의 마디면적비의 합은 0.1 이상 0.14 이하인 것을 특징으로 하는 부착력 강화 이형철근을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 제1마디와 제2마디의 상단을 연결한 선과 이형철근 축과의 각도(θ)는 15도 이하인 것을 특징으로 하는 부착력 강화 이형철근을 제공한다.

본 발명에 따르면 이형철근의 길이 방향을 따라 높이가 서로 다른 제1마디와 제2마디를 번갈아 위치시킴으로써 콘크리트와의 부착강도를 향상시킬 수 있다.

특히, 제1마디와 제2마디를 봉강의 길이 방향 축과 일정 각도 경사지게 배치함으로써, 철근의 전 길이에 마디를 고르게 분포시켜 철근에 작용하는 응력을 철근의 전 길이에 걸쳐 고르게 분배할 수 있다. 따라서 국부 부착파괴를 방지할 수 있고, 부착강도가 크게 향상되어 콘크리트와의 부착성능 및 균열저항능력을 향상시킬 수 있어 철근콘크리트 구조물의 내구성이 증가된다.

아울러 콘크리트와의 부착성능 향상을 통하여 균열 저감은 물론 정착 길이 또는 이음 길이를 줄일 수 있다. 따라서 공사비 절감이 가능하고, 감소된 정착 길이를 통하여 철근의 밀집도를 줄일 수 있어 콘크리트 타설이 용이하다.

또한, 높이가 높은 제1마디가 축 방향으로 고르게 분포되기 때문에, 생산 공정에서 마디틀에 가압되는 에너지로 인한 에너지 소비를 절감할 수 있고, 마디틀의 손상이 지연되므로 마디틀의 교체시기를 연장할 수 있다.

도 1은 종래 이형철근의 실시예를 도시하는 사시도.
도 2는 인접 마디 사이의 간격에 따라 전단 파괴면에서 일어나는 다양한 파괴 양상을 나타내는 이형철근의 측단면도.
도 3의 (a)는 지압면적을 나타내는 철근의 횡단면도이고, 도 3의 (b)는 전단면적을 나타내는 철근의 측면전개도.
도 4는 종래 이형철근의 다른 실시예를 도시하는 사시도.
도 5는 본 발명 부착력 강화 이형철근의 실시예를 도시하는 사시도.
도 6은 도 5의 측면전개도.
도 7은 도 5의 A-A'에 따른 단면도.
도 8은 철근 길이에 따른 철근단면적을 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명 부착력 강화 이형철근의 다른 실시예를 도시하는 사시도.
도 10은 도 9의 측면전개도.
도 11은 도 9의 B-B'에 따른 단면도.
도 12는 본 발명 부착력 강화 이형철근 일부를 도시하는 사시도.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명 부착력 강화 이형철근의 실시예를 도시하는 사시도이고, 도 6은 도 5의 측면전개도이며, 도 7은 도 5의 A-A'에 따른 단면도이다.

그리고 도 8은 길이에 따른 철근단면적을 나타내는 그래프이다.

또한, 도 9는 본 발명 부착력 강화 이형철근의 다른 실시예를 도시하는 사시도이고, 도 10은 도 9의 측면전개도이며, 도 11은 도 9의 B-B'에 따른 단면도이다.

도 5 및 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 부착력 강화 이형철근은 단면이 원형인 봉강(11); 복수 개가 봉강(11) 외주면에 상호 일정 간격 이격되도록 돌출되는 제1마디(12); 및 복수 개가 봉강(11) 외주면에 돌출되는 것으로 인접하는 제1마디(12)의 사이에 배치되고 제1마디(12)보다 높이가 낮은 제2마디(13); 로 구성되되, 상기 제1마디(12)와 제2마디(13)는 봉강(11)의 길이 방향 축과 일정 각도 경사지게 형성되고, 상기 봉강(11)의 양 측면에는 길이 방향으로 리브(14)가 각각 형성되고, 상기 제1마디(12) 및 제2마디(13)는 리브(14)를 기준으로 상부와 하부로 분할되어 형성되며, 상기 제1마디(12) 및 제2마디(13)가 동일 단면상에 상부와 하부에 각각 하나씩 위치하도록 하여 이형철근의 전 길이에 걸쳐 단면적이 동일한 것을 특징으로 한다.

상기 봉강(11)은 길이가 긴 막대 형상으로, 강재, 고장력 강재, 섬유보강복합체 등의 재질을 이용하여 제작될 수 있다.

도 5 및 도 9의 실시예에서는 강재를 재질로 한 원형 단면의 봉강(11)을 이용하였다.

상기 제1, 2마디(12, 13)는 봉강(11) 외주면으로 돌출되되 서로 돌출된 높이가 상이한 것으로, 봉강(11) 외주면에서 봉강(11)의 길이 방향을 따라 상호 일정 간격 이격되도록 교대로 번갈아 배치된다.

제1, 2마디(12, 13)는 이형철근이 콘크리트에 매립되는 경우, 콘크리트와의 경계면에서 이형철근이 봉강(11)의 축 방향으로 이동하지 않도록 한다.

상기 제1마디(12)와 제2마디(13)는 봉강(11)의 길이 방향 축과 일정 각도 경사지게 형성된다. 따라서 마디를 경사지게 배치하여 마디의 면적이 이형철근의 전 길이에 걸쳐 보다 골고루 분포되어 인장응력을 지지할 수 있다.

이때, 상기 제1마디(12) 및 제2마디(13)가 동일 단면상에 상부와 하부에 각각 하나씩 위치하도록 하여 이형철근의 전 길이에 걸쳐 단면적이 동일하도록 구성한다.

이로써, 이형철근의 길이 방향 전 길이에 걸쳐 제1, 2마디(12, 13)가 중복되거나 끊기는 부분이 발생하지 않도록 배치할 수 있으며, 도 7 및 도 11에서와 같이 이형철근 전 단면에 제1, 2마디(12, 13)가 위치된다.

따라서 높은 마디인 제1마디(12)와 낮은 마디인 제2마디(13)를 번갈아 배치하여 부착강도를 증가시키는 한편, 단면적이 적은 부분에서 집중응력이 발생하여 부착응력이 고르게 전달되지 못하고 국부 부착파괴가 발생하는 문제를 해결할 수 있다.

여기에서 이형철근의 축 방향은 이형철근의 길이 방향 중심선을 의미한다.

상기 봉강(11)의 양 측면에는 길이 방향으로 리브(14)가 각각 형성되고, 상기 제1마디(12) 및 제2마디(13)는 리브(14)를 기준으로 상부와 하부로 분할되어 형성된다.

이로써, 제1, 2마디(12, 13)의 단부가 리브(14)의 일측에 위치되어 지지된다.

즉, 제1, 2마디(12, 13)는 각각 일측 리브(14)를 시작점으로 하여 봉강(11)의 상부 외주면을 따라 일정한 경사각을 가지고 연장되어 타측 리브(14)에 도달한다. 그리고 제1, 2마디(12, 13)는 각각 타측 리브(14)를 시작점으로 하여 봉강(11)의 하부 외주면을 따라 일정한 경사각을 가지고 연장되어 일측 리브(14)에 도달한다.

상기 리브(14)는 콘크리트와의 부착 면적을 보다 증가시키고, 제1마디(12)와 제2마디(13)를 지지하여 콘크리트와의 부착력을 향상시킨다.

본 발명에서 리브(14)는 도 5 및 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 봉강(11)의 횡단면에서 서로 대면하는 양 측면에 형성된다.

또한, 도 5 및 도 9의 실시예에서와 같이, 상부의 제1마디(12) 하부에는 제2마디(13)가 배치되도록 서로 교차되어 돌출 형성될 수 있다.

따라서 도 7 및 도 11에서와 같이 단면적이 넓은 제1마디(12)와 단면적이 좁은 제2마디(13)가 동일 단면상에 상부와 하부에 각각 하나씩 위치하므로, 철근의 전 길이에 걸쳐 모든 단면에서 면적이 동일하다.

이때, 도 5 내지 도 7의 실시예에서와 같이 상기 제1마디(12) 및 제2마디(13)는 상부와 하부가 서로 대칭되는 방향으로 경사지게 형성되거나, 도 9 내지 도 11의 실시예에서와 같이 상기 제1마디(12) 및 제2마디(13)는 상부와 하부가 서로 동일한 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

한편, 상기 제1마디(12)의 마디면적비와 제2마디(13)의 마디면적비의 합은 0.1 이상 0.14 이하가 되도록 구성할 수 있다.

즉, ACI 규준에서와 같이 마디면적비가 0.10~0.14 사이의 범위에 있도록 하면, 뽑힘 파괴와 쪼갬 파괴가 일어나지 않으면서 종래에 비하여 높은 마디면적비를 유지하여 높은 부착강도를 얻을 수 있다.

마디면적비(relative rib area, R_r)는 전단면적(shearing area)에 대한 지압면적(bearing area)의 비를 의미하는 것으로, 상기 지압면적 및 전단면적은 각각 도 3의 (a) 및 (b)에서와 같이 산정할 수 있다.

도 8은 철근 길이에 따른 철근단면적을 나타내는 그래프이다.

도 8의 (a)는 도 4에 도시된 이형철근의 실시예에 대한 것으로, 도 4의 실시예에서는 이형철근의 길이 방향을 따라 높은 마디와 낮은 마디가 교대로 일정 간격 이격 배치된다.

따라서 철근 단면적 또한 이형철근의 길이 방향을 따라 높고 낮게 돌출되는 부분이 형성되어, 철근에 작용하는 인장응력이 고르게 분포하지 못함을 알 수 있다.

반면, 도 8의 (b)는 본 발명에 따른 이형철근의 실시예에 대한 것으로, 본 발명에서는 이형철근의 길이 방향을 따라 높이가 서로 다른 제1, 2마디(12, 13)가 봉강(11)의 길이 방향 축과 일정한 경사각을 가지고 형성된다.

특히, 제1마디(12) 및 제2마디(13)가 시작되는 위치와 인접하는 제1마디(12) 및 제2마디(13)가 끝나는 위치를 연결하는 선이 각각 이형철근의 축 방향과 직교하도록 배치하는 경우에는 도 8의 (b)에서와 같이 이형철근의 전 길이에 걸쳐 철근 단면적이 동일하다.

따라서 각각 높고 낮게 배치되는 제1, 2마디(12, 13)를 경사 배치하여 얻은 부착강도의 증가분을 부착강도 증가에 유효하게 전부 활용할 수 있다.

도 12는 본 발명 부착력 강화 이형철근 일부를 도시하는 사시도이다.

도 12에서와 같이, 상기 제1마디(12)와 제2마디(13)의 상단을 연결한 선과 이형철근 축과의 각도(θ)는 15도 이하가 되도록 구성할 수 있다.

전단 파괴면은 통상 철근 표면과 15도 각도를 이루게 되는데, 상기와 같이 제1마디(12)와 제2마디(13)의 상단을 연결한 선과 이형철근 축과의 각도(θ)를 제한하는 경우 전단 파괴면이 제2마디(13)에 의해 단절되지 않는다.

따라서 제1, 2마디(12, 13) 높이의 최대 차이를 제한함으로써, 전단 파괴면의 면적을 최대한 넓게 할 수 있어 부착강도를 증가시킬 수 있다.

1: 봉강
2: 마디
3: 리브
11: 봉강
12: 제1마디
13: 제2마디
14: 리브

Claims (8)

1. 단면이 원형인 봉강(11);
   복수 개가 봉강(11) 외주면에 상호 일정 간격 이격되도록 돌출되는 제1마디(12); 및
   복수 개가 봉강(11) 외주면에 돌출되는 것으로 인접하는 제1마디(12)의 사이에 배치되고 제1마디(12)보다 높이가 낮은 제2마디(13); 로 구성되되,
   상기 제1마디(12)와 제2마디(13)는 봉강(11)의 길이 방향 축과 일정 각도 경사지게 형성되고,
   상기 봉강(11)의 양 측면에는 길이 방향으로 리브(14)가 각각 형성되고, 상기 제1마디(12) 및 제2마디(13)는 리브(14)를 기준으로 상부와 하부로 분할되어 형성되며,
   상기 제1마디(12) 및 제2마디(13)가 동일 단면상에 상부와 하부에 각각 하나씩 위치하도록 하여 이형철근의 전 길이에 걸쳐 단면적이 동일한 것을 특징으로 하는 부착력 강화 이형철근.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에서,
   상기 제1마디(12) 및 제2마디(13)는 상부와 하부가 서로 대칭되는 방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 부착력 강화 이형철근.
   
6. 제1항에서,
   상기 제1마디(12) 및 제2마디(13)는 상부와 하부가 서로 동일한 방향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 부착력 강화 이형철근.
   
7. 제1항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에서,
   상기 제1마디(12)의 마디면적비와 제2마디(13)의 마디면적비의 합은 0.1 이상 0.14 이하인 것을 특징으로 하는 부착력 강화 이형철근.
   
8. 제7항에서,
   상기 제1마디(12)와 제2마디(13)의 상단을 연결한 선과 이형철근 축과의 각도(θ)는 15도 이하인 것을 특징으로 하는 부착력 강화 이형철근.

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