KR101719179B1

KR101719179B1 - 나선 보강 기둥

Info

Publication number: KR101719179B1
Application number: KR1020160035342A
Authority: KR
Inventors: 박시현; 마상수; 김규선; 유동우
Original assignee: 한국시설안전공단
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-03-23

Abstract

본 발명은 기둥 모서리에 부착되는 지지부재의 외측에서 기둥 외부를 보강 와이어로 감싸 구속함으로써, 간단한 방법으로 구조물의 손상 없이 기둥의 강도 및 연성을 크게 증가시킬 수 있는 나선 보강 기둥에 대한 것이다.
본 발명 나선 보강 기둥은 철근콘크리트 기둥; 상기 기둥의 외측면에 복수 개가 측방향으로 서로 일정 간격 이격되어 기둥의 길이 방향 일부 또는 전부와 밀착되도록 구비되는 지지부재; 및 상기 지지부재의 외부를 2회 이상 나선형으로 감아 기둥 외부를 감싸도록 구비되고, 지지부재의 최상단 및 최하단에서 폐곡선이 되도록 결합되는 보강 와이어; 로 구성되되, 상기 지지부재의 양 단 외측에는 한 쌍의 고정부가 돌출 형성되고, 상기 고정부에는 상기 보강 와이어가 관통되는 복수의 관통공이 형성되며, 상기 한 쌍의 고정부는 관통공이 내부에 윤활재가 구비된 시스관으로 연결되어 상기 보강 와이어가 시스관을 통과되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

나선 보강 기둥{Column reinforced with spiral}

본 발명은 기둥 모서리에 부착되는 지지부재의 외측에서 기둥 외부를 보강 와이어로 감싸 구속함으로써, 간단한 방법으로 구조물의 손상 없이 기둥의 강도 및 연성을 크게 증가시킬 수 있는 나선 보강 기둥에 대한 것이다.

라멘조에서 지진하중과 같은 동적 하중 작용 시 보와 기둥의 접합부 부근인 기둥의 상하부에서는 큰 모멘트가 발생하여 취약하므로 파괴가 집중된다.

따라서 기둥 상하부의 강도 및 연성 능력을 보강할 필요가 있다.

이를 위하여 종래에는 단면 증설 보강 방법, 탄소 섬유 보강 방법, 강판 보강 방법 등이 사용되었다.

이중 상기 단면 증설 보강 방법은 기둥에 정착 부재를 앵커링하고 외부에 철근콘크리트를 타설하여 단면을 보강하는 공법이다.

그러나 단면 증설 보강 방법은 단면 증설에 필요한 모르타르 타설 간격을 유지하며 기둥에 정착 부재를 앵커링하여야 하고, 부착력 향상을 위하여 기둥 표면을 거칠게 치핑 처리해야 하는 등 구조물의 손상이 필수적이다.

아울러 기둥 표면 처리 과정에서 비산 먼지가 발생하여 작업 환경이 열악하다는 단점이 있다.

상기 탄소 섬유 보강 방법은 인장 강도가 우수한 탄소 섬유를 일방향으로 배열하고 시트화시켜 콘크리트 표면에 에폭시 수지로 합침하여 접착 및 경화시키는 것으로, 고강도 및 고내구성을 발현할 수 있는 공법이다.

그러나 탄소 섬유 보강 방법에 이용되는 탄소 섬유는 불연재이나 탄소 섬유를 부착하기 위한 접착제인 에폭시가 열에 약해 내화성에 취약하다.

아울러 상기 강판 보강 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 내력 증대를 위하여 기둥(5) 외측에 강판(2)을 결합한 후 기둥(5) 표면과 강판(2) 사이의 공간을 모르타르(3)로 충전하여 기둥(5)을 보강하는 공법이다.

그러나 강판 보강 방법은 작업이 번거롭고, 강판(2) 전체를 내화 처리해야 하므로 내화 작업 면적이 상당하며, 기둥(5)에 앵커 볼트(4)가 삽입되어 구조부재를 손상시키는 단점이 있다(등록특허 제10-1065469호).

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 구조물의 손상 없이 간단한 공정으로 기둥 일부 또는 전부를 보강하여 강도 및 연성를 증가시킬 수 있는 나선 보강 기둥을 제공하고자 한다.

본 발명은 종래 탄소 섬유 보강 공법에 비하여 구조물의 내화 성능을 확보할 수 있고 강판 보강 방법에 비하여 강재량을 크게 절약할 수 있는 나선 보강 기둥을 제공하고자 한다.

바람직한 실시예에 따른 본 발명은 철근콘크리트 기둥; 상기 기둥의 외측면에 복수 개가 측방향으로 서로 일정 간격 이격되어 기둥의 길이 방향 일부 또는 전부와 밀착되도록 구비되는 지지부재; 및 상기 지지부재의 외부를 2회 이상 나선형으로 감아 기둥 외부를 감싸도록 구비되고, 지지부재의 최상단 및 최하단에서 폐곡선이 되도록 결합되는 보강 와이어; 로 구성되되, 상기 지지부재의 양 단 외측에는 한 쌍의 고정부가 돌출 형성되고, 상기 고정부에는 상기 보강 와이어가 관통되는 복수의 관통공이 형성되며, 상기 한 쌍의 고정부는 관통공이 내부에 윤활재가 구비된 시스관으로 연결되어 상기 보강 와이어가 시스관을 통과되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 나선 보강 기둥을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 기둥은 단면이 다각형이고, 상기 지지부재는 일측 레그와 타측 레그로 구성되어 기둥의 각 모서리에 구비되는 것을 특징으로 하는 나선 보강 기둥을 제공한다.

삭제

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 지지부재의 외측에는 보강 와이어가 관통되는 고정고리가 구비되는 것을 특징으로 하는 나선 보강 기둥을 제공한다.

삭제

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 지지부재의 외면에는 보강 와이어의 측면이 삽입되는 홈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 나선 보강 기둥을 제공한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 기둥은 단면이 원형이고, 인접하는 지지부재의 사이에는 적어도 2 이상의 횡지지부재가 착탈 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 나선 보강 기둥을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 철근콘크리트 기둥 외측에 지지부재 및 보강 와이어만을 구비하면 되므로, 구조물의 손상 없이 간단하게 공정으로 기둥의 일부 또는 전부를 보강하여 강도 및 연성을 증가시킬 수 있다. 특히, 나선형의 보강 와이어가 폐쇄형 단면으로 기둥 외주면을 감싸게 되기 때문에, 압축력 작용시 3축 압축 응력 상태가 되어 구속 효과가 극대화된다.

둘째, 탄소 섬유 보강 공법에 비하여 에폭시 등 접착제를 사용할 필요가 없으므로 구조물의 내화 성능을 저감시키지 않는다.

셋째, 강판 보강 방법에 사용되는 강판에 비하여 면적이 적은 지지부재와 보강 와이어를 이용하면 충분하므로 강재량을 크게 절약할 수 있어 경제적이다.

넷째, 철근콘크리트 기둥 외측에 지지부재와 보강 와이어만 결합하면 되므로, 작업이 간단하여 작업성 향상 및 공기 단축이 가능하다.

다섯째, 철근콘크리트 기둥 외면이 노출되므로 철근콘크리트 기둥의 상태를 육안으로 확인하기 용이하다.

도 1은 종래 강판 보강 방법에 의해 보강된 기둥을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도.
도 3은 고정부가 형성된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도.
도 4는 시스관이 구비된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도.
도 5는 고정고리가 구비된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도.
도 6은 폐곡선 형태의 보강 와이어가 구비된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도.
도 7은 지지부재에 홈부가 형성된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예 일부를 도시하는 사시도.
도 8은 횡지지부재가 구비된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도.

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

도 2는 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명 나선 보강 기둥은 철근콘크리트 기둥(1); 상기 기둥(1)의 외측면에 복수 개가 측방향으로 서로 일정 간격 이격되어 기둥(1)의 길이 방향 일부 또는 전부와 밀착되도록 구비되는 지지부재(2); 및 상기 지지부재(2)의 외부를 2회 이상 나선형으로 감아 기둥(1) 외부를 감싸도록 구비되고, 지지부재(2)의 최상단 및 최하단에서 폐곡선이 되도록 결합되는 보강 와이어(3); 로 구성되되, 상기 지지부재(2)의 양 단 외측에는 한 쌍의 고정부(22)가 돌출 형성되고, 상기 고정부(22)에는 상기 보강 와이어(3)가 관통되는 복수의 관통공(23)이 형성되며, 상기 한 쌍의 고정부(22)는 관통공(23)이 내부에 윤활재가 구비된 시스관(24)으로 연결되어 상기 보강 와이어(3)가 시스관(24)을 통과되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 기둥(1)은 단면이 원형 또는 다각형인 철근콘크리트 기둥으로 구성 가능하다.

도 2 등의 실시예에서는 직사각형 단면의 철근콘크리트 기둥이 도시되었으나 본 발명은 다양한 단면 형상의 기둥(1)에 적용 가능하다.

상기 지지부재(2)는 기둥(1)의 외측면에 복수 개가 측방향으로 서로 일정 간격 이격되어 기둥(1)의 길이 방향 일부 또는 전부와 밀착되도록 구비된다.

상기 지지부재(2)는 후술할 보강 와이어(3)의 인장력을 기둥(1)에 전달하여 기둥(1) 내부의 콘크리트를 구속할 뿐 아니라 보강 와이어(3)의 인장력 작용시 보강 와이어(3)에 의해 기둥(1) 모서리가 손상되는 것을 방지하여 기둥(1)의 모서리를 보강한다.

이때, 도 2 등에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 기둥(1)은 단면이 다각형이고, 상기 지지부재(2)는 일측 레그와 타측 레그로 구성되어 기둥(1)의 각 모서리에 구비되도록 구성 가능하다.

도 2에서는 기둥(1) 단면이 직사각형 형상으로 지지부재(2)의 일측 레그와 타측 레그가 직각을 이루도록 구성되었다.

직사각형 단면의 기둥(1)은 도 2 등에서 볼 수 있는 바와 같이 ㄱ형강을 지지부재(2)로 이용 가능하다.

상기 지지부재(2)의 일측 레그와 타측 레그가 이루는 각도는 기둥(1)의 단면 형상에 따라 기둥(1) 모서리의 각도와 동일하게 구성할 수 있다.

아울러 도 2에서는 지지부재(2)가 기둥(1)의 길이 방향 일부와 밀착되었으나, 상기 지지부재(2)는 기둥(1)의 길이 방향 전부와 밀착되도록 구비되는 것도 가능하다.

상기 보강 와이어(3)는 지지부재(2)의 외부를 나선형으로 감아 기둥(1) 외부를 감싸도록 구비된다.

상기 보강 와이어(3)는 상하 일정한 피치(pitch)를 갖도록 나선형으로 기둥(1) 외부를 감싼다.

상기 보강 와이어(3)의 단부가 결합되는 지지부재(2)의 외측면에는 정착구(21)를 구비하고, 보강 와이어(3)의 단부를 정착구(21)에 용접 결합할 수 있다.

상기 보강 와이어(3)는 기둥(1)의 축 방향 압축 강도 및 연성을 증가할 수 있도록 일단에서 긴장하여 인장력을 가함으로써 기둥(1) 내부 콘크리트에 프리스트레스를 가할 수 있다.

상기 기둥(1)의 일정 길이 부분에 대하여 연속된 보강 효과를 유도할 수 있도록 상기 보강 와이어(3)는 2회 이상 기둥(1)의 외부를 감싸도록 구성할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 기둥(1) 모서리에 지지부재(2)를 부착하고 지지부재(2) 외측에서 기둥(1) 외부를 보강 와이어(3)로 감싸 보강함으로써, 기둥(1)의 일부 또는 전부를 보강하여 강도 및 연성를 증가시킨다.

상기 지지부재(2)와 보강 와이어(3)로 보강된 기둥(1) 부분은 압축력 작용 시 3축 압축 응력 상태가 되므로 강도 및 연성이 크게 증가한다.

특히, 나선형의 보강 와이어(3)는 폐쇄형 단면으로 기둥(1) 외주면을 감싸 구속 효과를 극대화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 철근콘크리트 기둥(1)과 지지부재(2) 및 보강 와이어(3)만으로 구성되므로 구성이 간단하고, 강재량을 절약할 수 있으며, 기둥(1) 단면이나 표면 등 부재의 손상 없이 간단하게 기둥(1) 보강이 가능하다.

도 3은 고정부가 형성된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 지지부재(2)의 외측에는 고정부(22)가 돌출 형성되고, 상기 고정부(22)에는 상기 보강 와이어(3)가 관통되는 복수의 관통공(23)이 형성되도록 구성 가능하다.

상기 고정부(22)는 지지부재(2)의 외측에 용접 결합 가능하다.

상기 고정부(22)에는 보강 와이어(3)의 관통을 위한 관통공(23)이 형성되는데, 상기 관통공(23)은 나선형으로 기둥(1) 외측을 감싸는 보강 와이어(3)의 상하 피치를 정확하게 유지하고, 보강 와이어(3)의 위치를 고정한다.

상기 관통공(23)을 통과한 보강 와이어(3)의 단부는 고정구 일측에서 정착구(21)를 결합하여 보강 와이어(3)의 위치를 고정할 수 있어 편리하다.

상기 관통공(23)은 기둥(1)의 길이 방향을 따라 상하 일정 간격 이격되도록 고정부(22)에 복수 개 형성된다.

상기 관통공(23)은 지지부재(2)에 결합되는 측면에서 고정부(22)의 일측이 개방되도록 형성되어, 지지부재(2)의 바로 외측을 감싸 기둥(1)을 효과적으로 보강할 수 있도록 구성할 수 있다.

이웃하는 지지부재(2)에 형성된 관통공(23)들은 지지부재(2)와 기둥(1) 외부를 나선형으로 감싸는 보강 와이어(3)의 경사각에 맞도록 상호 경사지게 형성함이 바람직하다.

상기 관통공(23)이나 지지부재(2)의 모서리는 보강 와이어(3)의 긴장 시 보강 와이어(3)가 걸려 손상되지 않도록 라운드지게 형성하는 것이 바람직하다.

도 3의 실시예에서 상기 고정부(22)는 지지부재(2)의 일측 레그와 타측 레그가 만나는 모서리 부분에 결합되었으나, 상기 고정부(22)의 결합 위치가 반드시 이러한 위치에 한정되는 것을 아니다.

도 4는 시스관이 구비된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고정부(22)는 지지부재(2)의 양 단에 한 쌍이 돌출 형성되고, 상기 한 쌍의 고정부(22)는 관통공(23)이 시스관(24)으로 연결되며 상기 보강 와이어(3)는 시스관(24)을 통과되도록 구성 가능하다.

즉, 상기 고정부(22)는 각 지지부재(2)의 일측 레그 단부와 타측 레그 단부에 각각 한 개씩 돌출 형성될 수 있다.

상기 한 쌍의 고정부(22)는 각각 지지부재(2)의 일측 레그 단부 및 타측 레그 단부와 연직을 이루도록 지지부재(2)에 용접 결합 가능하다.

이때, 각 지지부재(2)에 결합되는 한 쌍의 고정부(22)는 보강 와이어(3)의 경사각에 맞추어 상호 경사지도록 관통공(23)이 복수 개 형성되며, 각 지지부재(2)에 형성되는 이웃하는 한 쌍의 관통공(23)은 시스관(24)으로 상호 연결한다.

상기 보강 와이어(3)에 긴장력을 부여할 경우, 지지부재(2)의 모서리에 걸려 보강 와이어(3)의 긴장 작업이 곤란하거나 보강 와이어(3)가 손상될 수 있다.

이러한 경우를 대비하여 상기 시스관(24) 내에 윤활재를 구비하여, 보강 와이어(3)의 긴장이 용이하도록 할 수 있다.

도 5는 고정고리가 구비된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 지지부재(2)의 외측에는 보강 와이어(3)가 관통되는 고정고리(25)가 구비될 수 있다.

상기 고정고리(25)는 앞서 도 3에서 도시된 보강 와이어(3)의 고정을 위한 관통공(23) 없이 보강 와이어(3)의 위치를 고정한다.

이에 따라 지지부재(2)의 외측에 관통공(23) 형성을 위한 고정부(22)가 돌출 형성될 필요가 없으므로, 강재량을 절약할 수 있다.

상기 고정고리(25)는 지지부재(2)에 용접 결합 가능하다.

상기 고정고리(25)는 각 지지부재(2)의 일측 레그와 타측 레그에 모두 결합할 수 있으나, 도 5의 실시예에서와 같이 각 지지부재(2)의 일측 레그에만 결합되어 보강 와이어(3)의 위치를 고정할 수도 있다.

이웃하는 지지부재(2)에 결합된 고정고리(25)는 지지부재(2)와 기둥(1) 외부를 나선형으로 감싸는 보강 와이어(3)의 경사각에 맞도록 경사지게 배치하도록 한다.

도면에는 미도시되었으나, 상기 고정고리(25)는 일측을 개방시켜 보강 와이어(3)를 고정고리(25) 일측에서 삽입하도록 구성할 수도 있다.

도 6은 폐곡선 형태의 보강 와이어가 구비된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 보강 와이어(3)는 지지부재(2)의 최상단 및 최하단에서 폐곡선이 되도록 결합할 수 있다.

상기 보강 와이어(3)는 상하로 일정한 피치를 갖고 경사지게 배치되므로, 지지부재(2)의 최상단 또는 최하단에서는 편심으로 인해 지지부재(2)가 틀어져 변형될 수 있다.

따라서 지지부재(2)의 최상단 및 최하단에서는 보강 와이어(3)가 기둥(1) 외측을 완전히 1회 이상 감싸 폐곡선이 되도록 함으로써, 보강 와이어(3)의 인장력에 의하여 지지부재(2)가 측면으로 회전하여 변형되는 것을 방지하도록 한다.

도 7은 지지부재에 홈부가 형성된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예 일부를 도시하는 사시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 지지부재(2)의 외면에는 보강 와이어(3)의 측면이 삽입되는 홈부(26)가 형성되도록 구성 가능하다.

상기 홈부(26)는 지지부재(2)의 외면에 소정 깊이로 형성되는 것으로, 보강 와이어(3)의 위치를 고정한다.

상기 홈부(26)는 지지부재(2)와 기둥(1) 외부를 나선형으로 감싸는 보강 와이어(3)의 경사각에 맞도록 경사지게 형성함이 바람직하다.

아울러 외력 등에 의하여 보강 와이어(3)의 위치가 변하지 않도록 상기 홈부(26)의 형상은 내부에 삽입되는 보강 와이어(3) 부분의 형상에 대응되도록 구성함이 바람직하다.

도 8은 횡지지부재가 구비된 본 발명 나선 보강 기둥의 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 기둥(1)은 단면이 원형이고, 인접하는 지지부재(2)의 사이에는 적어도 2 이상의 횡지지부재(4)가 착탈 가능하게 구비되도록 구성할 수 있다.

다각형 기둥은 지지부재(2)가 기둥(1)의 모서리에 지지되므로, 지지부재(2)의 위치를 고정할 수 있다. 반면, 원형 기둥은 지지부재(2)가 기둥(1)의 외측면에 단순 밀착되므로, 보강 와이어(3) 긴장 시 지지부재(2)의 위치가 고정되지 않는다.

따라서 원형 단면 기둥은 복수의 횡지지부재(4)를 인접하는 지지부재(2)의 사이에 구비하여, 보강 와이어(3)의 긴장시에도 지지부재(2)가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

상기 횡지지부재(4)는 원형 기둥 외면과 동일한 곡률로 형성되어 기둥(1) 외면에 밀착시킬 수 있다.

상기 횡지지부재(4)는 보강 와이어(3) 설치 후 존치될 수도 있고 제거하여 재사용할 수도 있다.

1: 기둥
2: 지지부재
21: 정착구
22: 고정부
23: 관통공
24: 시스관
25: 고정고리
26: 홈부
3: 보강 와이어
4: 횡지지부재

Claims

철근콘크리트 기둥(1);
상기 기둥(1)의 외측면에 복수 개가 측방향으로 서로 일정 간격 이격되어 기둥(1)의 길이 방향 일부 또는 전부와 밀착되도록 구비되는 지지부재(2); 및
상기 지지부재(2)의 외부를 2회 이상 나선형으로 감아 기둥(1) 외부를 감싸도록 구비되고, 지지부재(2)의 최상단 및 최하단에서 폐곡선이 되도록 결합되는 보강 와이어(3); 로 구성되되,
상기 지지부재(2)의 양 단 외측에는 한 쌍의 고정부(22)가 돌출 형성되고, 상기 고정부(22)에는 상기 보강 와이어(3)가 관통되는 복수의 관통공(23)이 형성되며,
상기 한 쌍의 고정부(22)는 관통공(23)이 내부에 윤활재가 구비된 시스관(24)으로 연결되어 상기 보강 와이어(3)가 시스관(24)을 통과되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 나선 보강 기둥.
제1항에서,
상기 기둥(1)은 단면이 다각형이고, 상기 지지부재(2)는 일측 레그와 타측 레그로 구성되어 기둥(1)의 각 모서리에 구비되는 것을 특징으로 하는 나선 보강 기둥.
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제1항 또는 제2항에서,
상기 지지부재(2)의 외측에는 보강 와이어(3)가 관통되는 고정고리(25)가 구비되는 것을 특징으로 하는 나선 보강 기둥.
삭제
제1항 또는 제2항에서,
상기 지지부재(2)의 외면에는 보강 와이어(3)의 측면이 삽입되는 홈부(26)가 형성되는 것을 특징으로 하는 나선 보강 기둥.
제1항에서,
상기 기둥(1)은 단면이 원형이고, 인접하는 지지부재(2)의 사이에는 적어도 2 이상의 횡지지부재(4)가 착탈 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 나선 보강 기둥.