KR101750930B1 - 콘크리트 구조물의 우각부 보강 구조 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 우각부 보강 구조 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 양단부가 상기 구조물의 상기 우각부에 인접한 서로 다른 표면에 접촉하게 설치된 판 형태의 탄성 부재와; 상기 탄성 부재의 중앙부가 상기 우각부에 보다 근접하게 탄성 변형된 상태로 유지시키는 유지 부재를; 포함하여 구성되어, 탄성 부재가 원래의 모양으로 되돌아오려는 탄성 복원력에 의하여 탄성 부재의 양단부가 우각부를 내측에서 바깥으로 밀어내는 힘이 작용하면서, 우각부의 바깥 단면에 밀어내는 보상력을 도입하여, 지하 등에 설치되어 공용 중에 지속적인 하중을 받는 박스 형태의 콘크리트 구조물의 우각부의 외측 단면을 중공부에서 설치하는 방식으로 장시간 동안 확실하게 보강 성능을 유지할 수 있으면서, 유지 관리시에 보상력을 증감하는 것도 가능해지고, 통수 능력을 보강 이전과 동등한 수준으로 유지할 수 있는 구조물의 우각부 보강 구조 및 그 방법을 제공한다.

Description

콘크리트 구조물의 우각부 보강 구조 및 그 방법 {STRUCTURE OF REINFORCED CORNER PORTION AND REINFORCING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 콘크리트 구조물의 우각부 보강 구조 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 지하 등에 설치되어 공용 중에 지속적인 하중을 받는 박스 형태의 구조물이나 라멘 구조물의 우각부를 내측에서 확실하게 보강하면서도 통수 단면을 충분히 확보할 수 있는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 구조 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 지하 차도, 지하철 및 수로 등을 형성하기 위하여 시공되는 콘크리트 구조물은 상부에 성토를 하거나 상부를 통행하는 차량에 의하여 추가 하중이 공용 중에 재하된다.

즉, 지하 차도 등을 형성하는 콘크리트 구조물(10)은 토압이나 차량 통행 등에 의한 하중(Fs)에 의하여, 콘크리트 구조물(10)의 각 벽면과 모서리에서 Mx로 표시된 휨 모멘트가 작용하므로, 도1에 도시된 직선 영역(A1)의 내측부분과 코너 진 우각부(A2)의 외측 부분에 인장 응력이 작용하게 되고, 직선 영역(A1)의 외측부분과 우각부(A2)의 내측 부분에는 압축 응력이 작용하게 된다. 그리고, 콘크리트 재료는 인장 응력에 취약하므로, 인장 응력이 작용하는 영역에는 보강 철근(12, 14)이 시공 단계에서 내설된다.

그러나, 지하나 차도를 지지하는 데 사용되는 콘크리트 구조물(10)에는 설계 당시에 비하여 보다 높은 하중(Fs)이 공용 중에 작용하기도 하고, 차량의 통행에 따른 충격과 진동 등의 반복 하중이 콘크리트 구조물(10)에 작용하기도 하며, 시공 이후에 장시간이 경과하여 콘크리트 자체의 저항 능력이 낮아짐에 따라, 콘크리트 구조물(10)의 내하 능력을 높이는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

도1을 참조하면, 콘크리트 구조물(10)의 직선 영역(A1)에서는 내측 단면(Ei)에 보강재를 설치하는 것에 의해 어느정도 수월하게 보강할 수 있다. 이에 반하여, 콘크리트 구조물(10)의 우각부(A2)에서는 콘크리트 구조물(10)의 외측 단면(Eo)에 보강재를 설치해야 하는 데, 외측 단면은 토사에 의하여 덮여 있는 상태이므로, 우각부(A2)의 외측 단면(Eo)의 보강은 현실적으로 매우 어려운 한계가 있다.

이와 같은 한계를 극복하기 위하여, 대한민국 등록특허공보 제10-1416206호에 따르면, 도2a에 도시된 바와 같이, 우각부(A2)의 각도(A2ang)에 비하여 가장자리 부재(92)가 보다 더 큰 각도(90ang)로 벌어진 보강재(90)를 오무린 후, 도2b에 도시된 바와 같이 보강재(90)를 우각부(A2)에 끼워 넣는 것(55)에 의해 이루어진다. 이에 따라, 콘크리트 구조물(10)의 우각부(A2)에 끼워진 보강재(90)는 벌어진 원래의 모양(도2a)으로 복원하려는 힘이 구조물(10)의 모서리를 바깥으로 밀어내면서 압축 응력이 도입되게 하는 보강력으로 작용하므로, 구조물(10)의 우각부의 외측 단면(Eo)을 보강할 수 있다.

그러나, 보강재(90)는 시간이 경과함에 따라 원래의 모양으로 복원하려는 힘이 사라지면서 소성 변형되어, 최초에 도입되었던 보강력이 공용 시간이 경과에 따라 유지되지 못하는 문제가 발생된다. 또한, 일단 보강재(90)가 구조물(10)에 설치되면, 구조물(10)의 우각부 외측 단면(Eo)의 영역에 추가적인 보강력을 도입하는 데 한계가 있었다.

한편, 대한민국 등록특허공보 제10-1338767호에 따르면, 도2c에 도시된 바와 같이, 보강재(90)의 가장자리 부재(92)를 턴버클(80)로 연결하고, 턴버클(80)을 회전시켜 가압 부재(82)를 매개로 가장자리 부재(92)를 밀어내는 가압력(P)을 도입하는 것에 의하여, 가압력(P)에 의한 우각부(A2)의 외측 단면(Eo)에 압축 응력이 도입되기 하는 보강력을 인가하는 구성이 개시되어 있다. 그러나, 도2c에 도시된 바와 같이 턴버클(80) 등의 수단을 이용하여 가압 부재(82)로 보강재(90)의 가장자리 부재(92)를 밀어내는 힘을 크게 도입하기 위해서는, 가압 부재(82)와 연결되는 보강재(90)의 위치 간격을 크게 해야 하는데, 가압 부재(82)와 연결되는 보강재(90)의 위치 간격을 크게 설정하면, 도2c의 표시 영역(Xr)만큼 통수 단면이 작아지게 되어, 통수 능력이 저하되는 문제가 야기되었다.

상기와 같은 문제는 박스 구조물 형태에서 특히 중요시되고 있지만, 라멘 구조물의 우각부에서도 유사한 문제가 오랜동안 지적되어 왔다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 지하 등에 설치되어 공용 중에 지속적인 하중을 받는 박스 형태의 콘크리트 구조물이나 라멘 구조물의 우각부의 외측 단면을 중공부에서 설치하는 방식으로 확실하게 보강하는 구조물의 우각부 보강 구조 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 구조물의 우각부의 외측 단면을 보강하면서도 우각부에서 차지하는 단면을 최소화하여 통수 능력이 저하되는 것을 최소화하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 외부로부터 면압이 작용하는 구조물의 우각부를 보강하는 보강구조로서, 양단부가 상기 구조물의 상기 우각부에 인접한 서로 다른 표면에 접촉하게 설치된 판 형태의 탄성 부재와; 상기 탄성 부재의 중앙부가 상기 우각부에 보다 근접하게 탄성 변형된 상태로 유지시키는 유지 부재를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 구조물의 우각부 보강 구조를 제공한다.

이는, 구조물의 우각부에 인접한 서로 다른 표면에 탄성 부재의 양단부가 접촉되게 설치한 상태에서, 탄성 부재의 중앙부가 우각부에 근접하게 탄성 변형된 상태로 유지 부재에 의해 유지되게 설치됨에 따라, 탄성 부재가 원래의 모양으로 되돌아오려는 탄성 복원력에 의하여 탄성 부재의 양단부가 우각부를 내측에서 바깥으로 밀어내는 힘이 작용하면서, 우각부의 바깥 단면에 압축 응력을 도입하기 위함이다.

이를 통해, 구조물의 중공부에서 탄성 부재를 설치하여 우각부의 외측 단면에 작용하는 인장 응력을 상쇄시키는 보상력을 도입하여, 지하 등에 설치되어 공용 중에 지속적인 하중을 받는 박스 형태의 콘크리트 구조물의 우각부의 외측 단면을 중공부에서 설치하는 방식으로 확실하게 보강할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이 뿐만 아니라, 본 발명은, 상기 유지 부재에 의해 상기 탄성 부재에 탄성 변형이 유지되는 상태에서, 상기 탄성 부재는 중앙부가 상기 우각부를 향하여 볼록하게 휜 형태로 탄성 변형됨에 따라, 구조물의 중공부가 탄성 부재에 의하여 가려지거나 걸리는 면적이 거의 없는 상태로 조절하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명은 구조물의 우각부의 외측 단면을 보강하면서도 우각부에서 탄성 부재가 가로막는 단면을 최소화하여, 우각부의 보강이 없는 상태에 비교하여도 통수 능력이 거의 저하되지 않는 잇점을 얻을 수 있다.

여기서, 상기 탄성 부재는 다양한 형태의 탄성 재질로 형성될 수 있지만, 탄성 부재가 겹판 스프링으로 형성되어 높은 탄성 복원력을 발휘하게 할 수 있을 뿐 아니라, 장시간 동안 소성 변형되지 않고 탄성 영역 내에서 유지되므로, 신뢰성있는 보상력을 발휘할 수 있다.

상기 유지 부재는, 상기 우각부에 일단이 고정된 나사봉과, 상기 나사봉에 체결되어 상기 탄성 부재에 탄성 변형을 구속하여 유지시키는 걸림 너트를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 걸림 너트를 추가적으로 죄는 것에 의하여 탄성 부재에 탄성 변형량을 추가적으로 도입할 수 있고, 걸림 너트를 단계적으로 푸는 것에 의하여 탄성 부재에 도입된 탄성 변형량을 줄일 수 있으므로, 유지 관리 시에 구조물에 작용하는 하중 조건에 따라 다양한 보상 조건을 도입할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 탄성 부재는 교체하거나 덧대는 것도 가능하여, 보다 높은 탄성 복원력에 의한 보상력을 발휘할 수도 있다.

한편, 상기 탄성 부재가 정해진 변위만큼 탄성 변형되면, 상기 탄성 부재의 탄성 변형이 복원되는 것을 간섭하여 억제하는 스토퍼 볼트가 상기 탄성 부재의 양끝에 고정될 수 있다. 이를 통해, 유지 부재에 의하여 탄성 변형의 탄성 변형을 구속시키는 상태를 더이상 지속하기 어려운 환경이 되더라도, 탄성 부재의 탄성 변형이 원래의 형태로 탄성 복원하는 것을 스토퍼 볼트에 의하여 물리적인 간섭에 의해 구속됨으로써, 반영구적으로 탄성 부재에 의한 우각부의 보강 성능을 신뢰성있게 발휘할 수 있다.

그리고, 상기 탄성 부재가 정해진 변위만큼 탄성 변형된 상태에서, 상기 탄성 부재와 우각부의 사잇 공간을 채우는 채움 콘크리트를 더 포함하여 구성될 수 있다. 채움 콘크리트가 형성되는 경우에는 탄성 부재에 추가적인 탄성 변형을 도입하는 것이 어려워지지만, 탄성 부재의 탄성 변형 상태를 영구적으로 유지함으로써 우각부에 일정한 힘을 작용하게 할 수 있다.

상기 탄성 부재는 구조물의 내벽에 양단부가 직접 접촉하는 형태로 설치될 수도 있지만, 상기 구조물의 내벽에는 상기 탄성 부재의 단부가 접촉하는 매끈한 표면의 보강 부재가 고정 설치될 수도 있다. 이에 의하여, 탄성 부재를 탄성 변형시키는 과정에서 탄성 부재의 양단부가 매끄러운 보강 부재의 내표면을 따라 부드럽게 이동하는 것을 보장할 수 있다.

한편, 상기 탄성 부재의 탄성 변형량의 변동에 따라 상기 탄성 부재의 단부가 정해진 경로로 이동하는 것을 안내하는 안내 부재를; 더 포함하여 구성될 수 있다. 이에 의하여, 탄성 부재의 탄성 변형이 되는 동안에 탄성 부재가 변형되는 경로가 예정된 형태로 일정해짐으로써, 탄성 부재가 탄성 변형이 되면서 틀어지는 변형을 억제하여, 설계치에서 예상한 탄성 복원력이 정확하게 탄성 부재에 의하여 보도부에 작용하게 하는 잇점을 얻을 수 있다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 외부로부터 면압이 작용하는 구조물의 우각부를 보강하는 보강 방법으로서, 우각부에 경사지게 봉 형태의 유지 부재를 설치하는 유지부재 설치단계와; 판 형태의 탄성 부재의 양단부가 상기 구조물의 상기 우각부에 인접한 서로 다른 표면에 접촉하고, 상기 탄성 부재의 중앙부를 상기 유지 부재가 관통하도록 상기 탄성 부재를 설치하는 탄성부재 설치단계와; 상기 탄성 부재의 중앙부가 상기 우각부에 보다 근접하는 탄성 변형이 된 상태로 힘을 가하는 탄성부재 탄성변형단계와; 상기 탄성 부재의 탄성 변형 상태가 유지되게 상기 유지 부재로 상기 탄성 부재의 탄성 변형 상태를 고정시키는 탄성력 유지단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 방법을 제공한다.

여기서, 상기 탄성력 유지단계는 상기 탄성 부재의 중앙부가 상기 우각부를 향하여 볼록하게 휜 형태로 유지시키는 것에 의해 이루어짐으로써, 구조물의 중공부에서 탄성 부재가 우각부에서 차지하는 공간을 최소화할 수 있다.

상기 탄성 부재의 단부가 접촉하는 위치에 매끈한 표면의 보강 부재를 상기 구조물의 내벽에 고정 설치하는 안내판재 설치단계를; 더 포함할 수도 있다.

본 명세서 및 청구범위에서 '외측' 및 이와 유사한 용어는 구조물(10)의 중공부(10a)를 기준으로 바깥쪽 방향을 지칭하고, 본 명세서 및 청구범위에서 '내측' 및 이와 유사한 용어는 구조물(10)의 중공부(10a)를 기준으로 안쪽 방향을 지칭하는 것으로 정의한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 구조물의 우각부에 인접한 서로 다른 표면에 탄성 부재의 양단부가 접촉되게 설치한 상태에서, 탄성 부재의 중앙부가 우각부에 근접하게 탄성 변형된 상태로 유지 부재에 의해 유지되게 설치됨에 따라, 탄성 부재가 원래의 모양으로 되돌아오려는 탄성 복원력에 의하여 탄성 부재의 양단부가 우각부를 내측에서 바깥으로 밀어내는 보상력을 도입함으로써, 지하 등에 설치되어 공용 중에 지속적인 하중을 받는 박스 형태의 콘크리트 구조물의 우각부의 외측 단면을 중공부에서 설치하는 방식으로 확실하게 보강하여 공용 중에 우각부의 바깥 단면에 작용하는 인장력을 상쇄시키는 것에 의하여, 장기간 동안 탄성 복원력이 상실되지 않고 설치 당시 상태로 유지하여 보강 성능을 확실하고 균일하게 유지시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이 뿐만 아니라, 본 발명은, 탄성 부재의 중앙부가 상기 우각부를 향하여 볼록하게 휜 형태로 탄성 변형됨에 따라, 구조물의 중공부가 탄성 부재에 의하여 가려지거나 걸리는 면적이 거의 없는 상태로 우각부의 바깥 단면에 바깥 방향으로 밀어내는 압축 응력을 도입함으로써, 중공부에서의 통수 능력을 높은 상태로 유지할 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.

그리고, 본 발명은, 구조물의 우각부의 바깥 단면에 바깥으로 밀어내는 힘을 도입하는 탄성 부재가 겹판 스프링으로 형성됨으로써, 높은 탄성 복원력에 의하여 차지하는 공간에 비하여 높은 보상력을 도입할 수 있고, 스프링 강으로 형성되어 장시간 동안 공용 상태로 있더라도 소성 변형되지 않고 탄성 영역 내에서 유지되므로 신뢰성있는 보상력을 유지하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 탄성 부재의 탄성 변형량을 구속하는 걸림 너트를 조절하거나 탄성 부재를 교체하는 것에 의하여, 구조물의 우각부의 바깥 단면에 작용하는 인장 응력을 상쇄시키는 보상력을 하중 조건에 따라 변동하면서 조절할 수 있으며, 유지 관리시에 탄성 부재의 탄성 변형량을 걸림 너트로 조절하여 추가적인 보상력의 도입이 가능해지는 효과도 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 탄성 부재가 정해진 양만큼 탄성 변형된 상태에서 탄성 부재의 양끝에 스토퍼 볼트를 고정 설치함으로써, 보강 설치 이후에 진동 등이 발생되어 유지 부재의 너트가 풀리는 등의 문제가 야기되더라도, 스토퍼 볼트에 의해 탄성 부재의 탄성 변형이 복원되지 않아 우각부를 보강하는 보상력을 장기간동안 신뢰성있게 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 탄성 부재가 정해진 양만큼 탄성 변형된 상태에서 탄성 부재와 우각부 사이의 사잇 공간을 채움 콘크리트로 채워 탄성 부재의 탄성 변형 상태를 영구적으로 고정시킴으로써, 보강 설치 이후에 진동 등이 발생되어 유지 부재의 너트가 풀리는 등의 문제가 야기되더라도, 탄성 부재의 탄성 변형이 채움 콘크리트와 일체화되어 있어서 복원되지 않으므로, 우각부를 보강하는 보상력을 장기간동안 신뢰성있게 유지할 수 있는 효과가 있다.

도1은 지하에 설치되는 구조물의 횡단면도,
도2a 내지 도2c는 도1의 'A'부분의 확대도로서, 보강재에 의한 우각부의 바깥단면에 보상력이 도입되는 종래 구성을 도시한 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 우각부 보강 구조가 적용된 콘크리트 구조물의 구성을 도시한 횡단면도,
도4a는 도3의 'B'부분의 확대도로서 탄성 부재를 유지 부재에 설치한 상태를 도시한 도면,
도4b는 도3의 'B'부분의 확대도로서 탄성 부재를 탄성 변형시켜 우각부의 바깥 단면에 보상력을 도입한 상태를 도시한 도면,
도5는 도4b의 절단선 C-C에 따른 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도3 내지 도4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 우각부 보강 구조(100)는, 구조물(10)의 우각부(A2)에 배치되어 양단부가 구조물(10)의 우각부(A2)에 인접한 서로 다른 표면(S1, S2)에 접촉하게 설치된 판 형태의 탄성 부재(120)와, 탄성 부재(120)의 중앙부가 우각부(A2)에 보다 근접한 형태로 중앙부가 우각부(A2)를 향하여 볼록하게 탄성 변형된 상태로 유지시키는 유지 부재(110)를 포함하여 구성된다.

상기 구조물(10)은 내부에 중공부(10a)가 형성되어, 차량이나 지하철이 통행하는 지하 차도를 형성할 수도 있고, 보행자가 통행하는 지하 보도를 형성할 수도 있으며, 하수가 흐르는 하수관을 형성할 수도 있고, 전선 등이 설치되는 공동구를 형성할 수도 있다.

구조물(10)은 주로 철근 콘크리트 구조물로 형성되지만, 이에 국한되지 아니하고 다양한 재질의 구조물로 형성될 수도 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 토사에 덮힌 상태로 지하에 설치되므로, 토압 등에 의한 면압 하중(Fs)으로 발생되는 휨 모멘트(Mx)에 의하여 인장 응력이 작용하는 영역에 보강 철근(12, 14)이 배근된다. 즉, 구조물(10)의 우각부(A2)에는 바깥 단면(Eo)에 보강 철근(14)이 배근되고, 우각부(A2)의 사잇 영역에는 내측 단면(Ei)에 보강 철근(12)이 배근된다.

상기 유지 부재(110)는 일부가 구조물(10)의 우각부(A2)에 박힌 상태로 설치되며, 외주면에 수나사산이 형성되어 걸림 너트(112)가 유지 부재(110)의 길이 방향을 따라 나사 체결 형태로 이동할 수 있게 형성된다.

유지 부재(110)는 구조물(10)의 우각부(A2)에 앵커 볼트 형태로 박힌 상태로 고정 설치될 수도 있지만, 도4c에 도시된 바와 같이, 구조물(10)의 우각부(A2)에 미리 암나사부가 형성된 고정체(115)가 설치되고, 수나사봉 형태의 유지 부재(110)가 고정체(115)에 체결되는 형태로 설치된다. 이에 따라, 우각부(A2)의 표면으로부터 돌출된 유지 부재(110)의 돌출 길이는 고정체(115)와 유지 부재(110)의 맞물림 길이를 조절하는 것에 의하여 조절 가능해진다.

유지 부재(110)는 하나의 나사봉만으로 형성될 수도 있지만, 탄성 부재(120)가 충분히 넓은 판 형태로 형성되는 경우에는 2개 이상의 나사봉으로 형성될 수 있으며, 걸림 너트(112)와 탄성 부재(120)의 사이에 2개의 나사봉을 동시에 관통하는 와셔 플레이트(미도시)가 개재되어, 걸림 너트(112)에 비하여 탄성 부재(120)와 보다 넓게 접촉하는 와셔 플레이트를 매개로 탄성 부재(120)의 탄성 변형 상태를 구속하여 장시간 동안 물리적인 구속 조건 하에서 안정되게 유지시킬 수 있다.

도면에는 하나의 수나사봉마다 걸림 너트(114)가 하나인 것으로 도시되어 있지만, 2개 이상의 이중 너트 구조로 걸림 너트(114)가 설치되어 탄성 부재(120)의 탄성 복원력에 의하여 걸림 너트(114)가 제자리로부터 풀리는 것을 방지할 수도 있다.

상기 탄성 부재(120)는 강재 등의 탄성 변형이 가능한 소재로 형성되며, 양단부는 우각부(A2)의 서로 다른 표면(S1, S2)에 접촉하는 판 형상으로 형성된다. 바람직하게는, 탄성 부재(120)는 동일한 치수로 형성되더라도 보다 넓은 탄성 변형 범위를 갖는 스프링 강으로 형성된 판 스프링일 수도 있다.

탄성 부재(120)의 양단부는 구조물(10)의 콘크리트 내벽에 접촉한 상태로 설치될 수도 있지만, 구조물(10)의 내벽면에는 매끈한 내표면(130a)을 갖는 보강 부재(130)가 고정 설치되어 탄성 부재(120)의 탄성 변형 시에 양단부가 매끄러운 보강 부재(130)의 내표면(130a)과 접촉하면서 원활한 슬라이딩 이동이 되도록 보장할 수도 있다. 이 때, 보강 부재(130)는 고정 볼트(10)에 의해 구조물(10)의 콘크리트 내벽에 고정된다. 그리고, 도4a 내지 도5에 도시된 바와 같이 보강 부재(130)의 두께는 탄성 부재(120)의 두께에 비하여 보다 두껍게 형성된다.

여기서, 도4b 및 도5에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(120)에 탄성 변형을 발생시켜 탄성 부재(120)의 양단부가 슬라이딩 이동하는 보강부재(130)의 내표면(130a)의 슬라이딩 경로의 양측에는 안내 부재(135)가 연속하는 형태로 탄성 부재(120)의 두께보다 두껍게 돌출 형성된다. 이에 따라, 탄성 부재(120)가 탄성 변형되면서 탄성 부재(120)의 양단부가 슬라이딩 이동하는 경로는 안내 부재(135)의 사잇 공간의 범위로 제한된다. 따라서, 탄성 부재(120)의 양단부가 슬라이딩 이동하는 경로가 보강 부재(130)에 돌출된 안내 부재(135)에 의해 안내되고, 이에 따라 탄성 부재(120)의 휨 변형 방향이 작업자의 숙련도에 무관하게 일정해짐에 따라, 탄성 부재(120)의 탄성 변형되는 변형량 및 변형 방향이 틀어짐없이 항상 일정해져, 우각부(A2)에 작용하는 외부 면압(Fs)을 상쇄시키는 보상력(R)을 신뢰성있게 도입할 수 있게 된다.

탄성 부재(120)는 정해진 힘을 우각부(A2)를 향하여 도입하는 것에 의해, 유지 부재(110)가 관통하는 중앙부가 우각부(A2)를 향하여 근접하는 볼록한 형태로 탄성 변형된다. 이와 같이, 탄성 부재(120)가 우각부(A2)를 향해 볼록한 형태로 탄성 변형되고, 탄성 부재(120)의 탄성 변형된 상태를 걸림 너트(112)로 구속하는 것에 의하여, 탄성 부재(120)가 원래의 제 모양으로 회복하려는 탄성 복원력이 탄성 부재(120)에 작용함에 따라, 탄성 부재(120)의 양단부가 접촉하는 우각부(A2)의 양측 표면(S1, S2)을 바깥 방향으로 밀어내는 보상력(R)이 발생된다.

이에 의하여, 탄성 부재(120)의 양단부가 우각부(A2)를 내측에서 바깥으로 보상력(R)이 상시 작용하므로, 공용 중에 토압 등에 의하여 구조물(10)에 전달되는 진동 및 토압 등의 하중(Fs)에 의하여 우각부(A2)의 외측 단면(Eo)에 작용하는 인장 응력을 상쇄시킬 수 있게 된다.

특히, 구조물(10)의 중공부(10a) 내부에서 설치하는 방식으로 제어가 간편하면서도 정확한 보상력(R)을 우각부(A2) 외측 단면(Eo)에 도입할 수 있을 뿐만 아니라, 판 형태의 탄성 부재의 탄성 변형량에 따라 우각부(A2)에 도입하는 보상력이 조절되므로, 구조물(10)의 하중 조건에 따라 보상력(R)을 자유자재로 변동시킬 수 있는 잇점도 얻어진다.

이 뿐만 아니라, 탄성 부재(120)의 중앙부가 구조물(10)의 우각부(A2)를 향하여 볼록하게 휜 형태로 탄성 변형됨에 따라, 탄성 변형량이 매우 크게 제어되어 탄성 부재(120)의 중앙부가 우각부(A2)의 표면에 근접하거나 접촉한 상태에서는, 구조물(10)의 중공부(10a)가 탄성 부재(120)의 설치에 의하여 중공부(10a) 면적이 가려지거나 걸리는 면적(도4c의 탄성 부재와 우각부의 사잇 공간, Xe)이 무시할만큼 거의 없는 상태로 우각부(A2)의 바깥 단면(Eo)에 보상력(R)을 도입하게 되어, 구조물(10)의 중공부(10a)에서의 통수 능력을 높은 상태로 유지할 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.

더욱이, 구조물(10)의 우각부(A2)에 미리 암나사부가 형성된 고정체(115)에 유지 부재(110)가 나사 체결되는 형태로 깊이 조절 가능하게 설치되므로, 탄성 부재(120)에 예정된 탄성 변형량을 도입한 상태에서, 유지 부재(110)를 고정체(115)의 내부로 추가로 삽입하여 유지 부재(110)의 노출 길이를 더 작게 조절하는 것에 의하여, 구조물(10)의 중공부(10a)에서의 통수 능력의 저하가 거의 발생되지 않는 높은 수준으로 조절할 수 있는 잇점이 얻어진다.

한편, 탄성 부재(120)는 다양한 형태의 탄성 재질로 형성될 수 있지만, 도면에 도시된 바와 같이 탄성 부재(120)가 겹판 스프링으로 형성되어 높은 탄성 복원력을 발휘하게 할 수 있을 뿐 아니라, 장시간 동안 소성 변형되지 않고 탄성 영역 내에서 유지되므로 예정된 보상력을 정확하고 신뢰성있게 도입할 수 있다.

한편, 탄성 부재(120)가 정해진 양만큼 탄성 변형되고, 탄성 변형된 상태가 유지 부재(110)에 의하여 유지되고 있더라도, 도4a 내지 도4c에 도시된 바와 같이, 탄성 부재의 양끝에 스토퍼 볼트(128)을 콘크리트 구조물(10)과 보강 부재(130) 중 어느 하나 이상에 고정 설치할 수 있다. 이 때, 스토퍼 볼트(128)는 탄성 부재(120)의 양끝에 접촉된 상태로 설치하는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 정해진 보상력이 저하되지 않는 탄성 변형의 하한에 이르는 위치만큼 약간 이격되게 설치될 수도 있다.

이를 통해, 보강 설치 이후에 진동 등이 발생되어 유지 부재의 너트가 풀리는 등의 문제가 야기되더라도, 스토퍼 볼트에 의해 탄성 부재의 탄성 변형이 복원되지 않아 우각부를 보강하는 보상력을 장기간동안 신뢰성있게 유지할 수 있으며, 탄성 부재(120)의 사용 연한이 도과하여 새로운 탄성 부재로 교체하는 것도 원활히 행해질 수 있다.

이와 유사하게, 탄성 부재(120)가 정해진 양만큼 탄성 변형된 상태에서 탄성 부재(120)와 우각부(A2) 사이의 사잇 공간(Xe)을 채움 콘크리트로 채워, 채움 콘크리트에 의해 탄성 부재(120)와 콘크리트 구조물(10)의 우각부(A2)가 일체화되게 구성될 수도 있다. 이와 같이, 채움 콘크리트에 의해 탄성 부재(120)의 탄성 변형 상태를 영구적으로 고정시킴으로써, 보강 설치 이후에 진동 등이 발생되어 유지 부재의 너트가 풀리는 등의 문제가 야기되더라도, 탄성 부재(120)의 탄성 복원력에 의해 우각부를 보강하는 보상력을 장기간동안 확실하게 유지할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 우각부 보강 방법을 상술한다. 본 발명에 따른 보강 방법은 공용 중인 구조물을 보강하는 경우에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 최초로 구조물을 시공하는 단계에서도 적용될 수 있다.

단계 1: 먼저, 도4a에 도시된 바와 같이, 콘크리트 구조물(10)의 우각부(A2)에 유지 부재(110)를 설치한다.

유지 부재(110)는 구조물(10)의 우각부(A2)에 앵커 볼트와 유사하게 콘크리트 구조에 직접 박아 설치될 수도 있지만, 최종적으로 보강 공정이 완료된 상태에서 유지 부재(110)의 노출 길이를 보다 더 작게 하기 위하여, 우각부(A2)에 암나사부가 형성된 고정체(115)를 박아 설치한 후, 고정체(115)의 암나사부에 유지부재(110)의 수나사부를 체결하여 고정하는 것이 바람직하다. 여기서, 유지 부재(110)는 고정체(115)의 암나사부 구멍에 여유 길이(yo)를 남긴 상태로 삽입된다.

유지 부재(110)는 설치되는 탄성 부재(120)의 크기에 따라 우각부(A2)마다 1개씩 설치될 수도 있고, 우각부(A2)마다 2개 이상씩 설치될 수도 있다.

단계 2: 그 다음, 필요에 따라 보강 부재(130)를 우각부(A2)에 고정 볼트(10)로 고정한다. 이 때, 고정 볼트(10)의 머리부는 보강 부재(130)의 내부에 삽입되는 것이, 고정 볼트(10)의 머리부와 탄성 부재(120)와의 간섭을 미리 피할 수 있다는 점에서 바람직하다.

보강 부재(130)는 구조물(10)의 콘크리트 내벽의 거칠기가 매끈하지 않은 경우에 한하여 설치되며, 구조물(10)의 콘크리트 내벽의 거칠기가 탄성 부재(120)의 양단부의 슬라이딩 이동을 방해하지 않을 정도로 매끈한 경우에는 보강 부재(130)의 설치를 하지 않을 수 있다.

단계 3: 그리고 나서, 미리 준비한 탄성 부재(120)의 중앙부가 유지 부재(110)에 삽입되게 설치한다. 탄성 부재(120)는 다양한 재질의 탄성 재질로 형성될 수 있지만, 탄성 변형이 크게 허용되는 스프링 강 재질의 겹판 스프링으로 설치되는 것이 바람직하다.

우각부(A2)에 대향하는 탄성 부재(120)의 중앙부에는 유지 부재(110)가 관통하는 구멍이 관통 형성되어 있다. 따라서, 탄성 부재(120)의 관통 구멍이 유지 부재(110)를 관통하게 한 상태로, 유지 부재(110)의 노출 끝단에 걸림 너트(112)를 체결시켜 탄성 부재(120)가 유지 부재(110)로부터 벗어나지 않게 한다.

이 때, 탄성 부재(120)의 양단부는 도4a에 도시된 바와 같이 우각부(A2)를 기준으로 서로 다른 면(S1, S2)에 접촉한 자유단 상태가 된다. 그리고, 탄성 부재(120)의 중앙부와 우각부(A2) 표면과의 사잇 길이(L1)는 충분히 큰 거리만큼 이격된 상태가 된다.

단계 4: 그리고 나서, 도4b에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(120)의 중앙부가 우각부(A2)를 향하여 볼록해지는 탄성 변형력을 도입한다. 도면에 도시되지 않은 별도의 수단으로 탄성 부재(120)를 밀수도 있고, 걸림 너트(112)를 죄어가면서 탄성 부재(120)의 중앙부를 D1으로 표시된 방향으로 이동시키는 것에 의해 탄성 부재(120)에 탄성 변형을 발생시키는 힘을 도입한다.

이 과정에서, 탄성 부재(120)의 양단부는 접촉면(S1, S2)에서 우각부(A2)로부터 멀어지는 방향으로 슬라이딩 이동을 하게 되고, 탄성 부재(120)의 중앙부는 예정된 탄성 변형량에 따라 우각부(A2)의 표면과 접촉하거나 근접한 상태가 된다.이에 따라, 탄성 부재(120)의 중앙부와 우각부(A2) 표면과의 사잇 길이(L2)는 훨씬 작은 값이 된다.

이와 같이, 탄성 부재(120)의 중앙부가 우각부(A2)의 표면을 향하여 볼록한 탄성 변형이 정해진 양만큼 발생되면, 걸림 너트(112)가 탄성 부재(120)의 표면에 접촉된 위치로 있게 하여, 탄성 부재(120)에 도입된 탄성 변형량이 걸림 너트(112)에 의하여 지속되도록 구속한다. 이에 따라, 탄성 부재(120)의 양단부는 우각부(A2) 주변의 서로 다른 표면(S1, S2)에서 바깥 방향으로 밀어내는 힘(Rx, Ry)이 작용하여, 이들의 합력에 의하여 우각부(A2)의 바깥 단면(Eo)에서는 바깥 방향으로 밀어내는 힘이 보상력(R)으로 작용하게 된다.

따라서, 탄성 부재(120)의 탄성 복원력에 의하여 탄성 부재(120)의 양단부가 우각부(A2)를 내측에서 바깥으로 밀어내는 보상력(R)을 도입함으로써, 지하 등에 설치되어 공용 중에 지속적인 하중을 받는 박스 형태의 콘크리트 구조물(10)의 우각부(A2)의 외측 단면(Eo)을 확실하게 보강하여, 공용 중에 우각부의 바깥 단면에 작용하는 인장력을 상쇄시키는 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 탄성 부재(120)를 스프링 강으로 형성된 겹판 스프링을 사용함으로써, 보다 넓은 탄성 한계값과 탄성 변형량을 허용하므로, 탄성 부재(120)의 양단부에 의하여 밀어내는 힘(Rx, Ry)을 극대화할 수 있으며, 장시간 동안 설치 상태로 두더라도 소성 변형되지 않고 탄성 복원력이 작용하게 할 수 있다.

단계 5: 그리고 나서, 도4c에 도시된 바와 같이, 유지 부재(110)를 고정체(115)의 암나사부로 더 삽입(y1)하여, 유지 부재(110)와 고정체(115) 사이의 여유 길이(yo)를 줄인다. 이에 의하여, 걸림 너트(112)의 바깥으로 노출된 유지 부재(110)의 길이가 도4b에 도시된 것에 비하여 더 줄일 수 있다.

그 다음, 탄성 부재(120)의 양끝단과 접촉하도록 스토퍼 볼트(128)을 보강 부재(130)에 고정 설치하여, 보강 설치 이후의 공용 중에 콘크리트 구조물(10)에 진동이 전달되어 구조물(10)유지 부재(110)의 너트(112)가 풀리는 등의 문제가 발생되더라도, 스토퍼 볼트(128)의 물리적 간섭에 의해 탄성 부재(120)의 탄성 변형이 원래의 상태로 복원되는 것을 억제하게 된다. 이를 통해, 콘크리트 구조물(10)의 우각부(A2)를 보강하는 보상력(R)을 장기간동안 신뢰성있게 유지할 수 있으며, 탄성 부재(120)의 사용 연한이 도과하더라도 스토퍼 볼트(128)를 제거하고 기존의 탄성 부재(120)를 새로운 탄성 부재로 교체하는 것도 용이하게 행해질 수 있다.

이와 유사하게, 탄성 부재(120)가 정해진 양만큼 탄성 변형된 상태에서 탄성 부재(120)와 우각부(A2) 사이의 사잇 공간(Xe)을 현장 타설 콘크리트로 채움 콘크리트를 타설하여, 채움 콘크리트에 의해 탄성 부재(120)와 콘크리트 구조물(10)의 우각부(A2)를 일체화시키도록 보강할 수도 있다. 이와 같이, 채움 콘크리트에 의해 탄성 부재(120)의 탄성 변형 상태를 영구적으로 고정시키면, 탄성 부재(120)의 교체가 어려워지지만, 보강 설치 이후에 진동 등에 의해 유지 부재(110)의 너트가 풀리거나 유지 부재(110)가 원래 위치에서 이탈되는 등의 문제가 야기되더라도, 탄성 부재(120)의 탄성 복원력에 의해 우각부를 보강하는 보상력을 장기간동안 확실하게 유지할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

이와 함께, 유지 부재(110)의 너트(112)는 나사봉과 스폿 용접이나 콘크리트로 고정시켜, 유지 부재(110)의 너트 풀림을 억제할 수도 있다.

이와 같이, 탄성 부재(120)가 우각부(A2)의 표면에 밀착되는 형태로 설치되고, 탄성 부재(120)의 탄성 변형 상태를 구속하여 유지하는 유지 부재(110)의 노출 길이도 거의 없는 상태가 됨에 따라, 구조물(10)의 중공부(10a)가 탄성 부재(120) 및 유지 부재(110)에 의하여 가려지거나 걸리는 면적이 거의 없는 상태가 되어, 우각부(A2)의 바깥 단면에 바깥 방향으로 밀어내는 보상력(R)을 도입함에도 불구하고, 구조물(10)의 중공부(10a)에서의 통수 능력을 보강 구조(100)를 시공하기 이전과 동등한 수준으로 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물의 우각부 보강 구조 및 그 방법은, 보다 높은 탄성 복원력을 가지면서 탄성 변형량이 큰 겹판 스프링을 탄성 부재(120)로 하여, 탄성 부재(120)를 우각부(A2) 내벽에 근접하게 설치하여 탄성 부재(120)의 탄성 복원력에 의하여 탄성 부재(120)의 양단부가 우각부 주변의 내벽을 밀어내는 힘(Rx, Ry)의 합력에 의하여 우각부의 외측 단면(Eo)에서 바깥으로 밀어내는 보상력(R)을 도입함으로써, 공용 중에 우각부의 바깥 단면에 작용하는 인장력을 상쇄시켜 장 시간 동안 확실하게 보강 성능을 균일하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 통수 능력을 보강 이전과 동등한 수준으로 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 탄성 부재(120)의 탄성 변형량을 구속하는 걸림 너트(112)의 체결 위치를 조절하거나 탄성 부재(120)를 교체하는 것에 의하여, 구조물(10)의 우각부(A2)의 바깥 단면에 작용하는 인장 응력을 상쇄시키는 보상력(R)을 하중 조건에 따라 증가하거나 감소시키는 등의 유지 관리를 자유자재로 할 수 있게 되는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

10: 구조물 12, 14: 보강 철근
100: 우각부 보강 구조 110: 유지 부재
112: 걸림 너트 115: 고정체
120: 탄성 부재 128: 스토퍼 볼트
130: 보강 부재 135: 안내 부재
A2: 우각부

Claims (15)

1. 하중이 작용하는 콘크리트 구조물의 우각부를 보강하는 보강구조로서,
   상기 우각부 및 상기 우각부에 인접한 서로 다른 내벽면과 접촉하도록 상기 우각부의 내벽을 덮는 단면 상태로 고정 설치되고, 드러난 내표면이 매끈한 표면인 판형 부재로 형성된 보강 부재와;
   중앙부가 상기 우각부를 향하여 볼록하게 휜 탄성 변형된 상태로 설치되며, 탄성 변형된 상태의 양단부가 상기 보강 부재의 상기 내표면에 접촉하게 설치되어 탄성 변형에 따른 탄성 복원력을 상기 보강 부재를 통해 상기 우각부에 전달하는 탄성 부재와;
   상기 탄성 부재의 탄성 변형에 따라 상기 탄성 부재의 상기 양단부가 상기 보강 부재의 내표면을 미끄러지면서 슬라이딩 이동하는 정해진 경로의 양측에 연속하는 형태로 상기 보강 부재의 상기 내표면으로부터 돌출되어 상기 보강 부재와 일체로 형성된 안내 부재와;
   상기 탄성 부재의 중앙부를 관통하여 고정되고, 상기 탄성 부재의 중앙부가 상기 우각부에 보다 근접하게 탄성 변형된 상태로 유지시키는 유지 부재를;
   포함하고, 상기 보강 부재와 상기 안내 부재는 각각 상기 탄성 부재의 양단부 두께에 비하여 보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 탄성 부재는 겹판 스프링인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 구조.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 탄성 부재가 정해진 변위만큼 탄성 변형된 상태에서, 상기 탄성 부재와 우각부의 사잇 공간을 채우는 채움 콘크리트를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 구조.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 유지 부재는, 상기 우각부에 일단이 고정된 나사봉과, 상기 나사봉에 체결되어 상기 탄성 부재에 탄성 변형을 구속하여 유지시키는 걸림 너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 구조.
   
5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 탄성 부재가 정해진 변위만큼 탄성 변형되면, 상기 탄성 부재의 탄성 변형이 복원되는 것을 간섭하여 억제하는 스토퍼 볼트가 상기 탄성 부재의 양끝에 고정된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 구조.
   
6. 하중이 작용하는 콘크리트 구조물의 우각부를 보강하는 보강 방법으로서,
   상기 우각부 및 상기 우각부에 인접한 상기 구조물의 서로 다른 내벽면에 접촉하고, 상기 내벽면에 접촉하지 않고 드러난 내표면이 매끄러운 표면으로 형성되며, 상기 내표면에 서로 이격된 2열로 연속하게 돌출된 안내 부재가 일체 형성된 보강 부재를 준비하여, 상기 보강 부재를 상기 우각부의 내벽을 덮는 단면 형태로 고정 설치하는 보강부재 설치단계와;
   탄성 부재의 양단부가 2열의 상기 안내 부재에 의해 안내되고 상기 탄성 부재의 양단부가 상기 보강 부재의 상기 내표면에 접촉하는 형태로 상기 탄성부재를 상기 보강 부재의 내표면에 위치시키는 탄성부재 설치단계와;
   상기 탄성 부재를 관통하여 상기 우각부에 고정되는 봉 형태의 유지 부재를 설치하는 유지부재 설치단계와;
   상기 탄성 부재에 힘을 가하여 상기 탄성 부재의 중앙부가 상기 우각부를 향하여 볼록하게 휜 형태로 탄성 변형시키되, 상기 탄성 부재의 탄성 변형에 따라 상기 탄성 부재의 상기 양단부가 상기 보강 부재의 내표면에서 슬라이딩 하는 경로의 양측에 돌출된 상기 안내 부재에 의해 안내되면서, 상기 탄성 부재를 탄성 변형시키는 탄성부재 탄성변형단계와;
   상기 유지 부재에 의해 상기 탄성 부재의 탄성 변형된 상태를 고정하여, 상기 탄성 부재의 양단부가 접촉하는 상기 보강 부재를 통하여 상기 탄성 부재의 탄성 복원력이 상기 우각부로 전달되게 하는 탄성부재 고정단계를;
   포함하고, 상기 보강 부재와 상기 안내 부재는 각각 상기 탄성 부재의 양단부 두께에 비하여 보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 탄성 부재가 정해진 변위만큼 탄성 변형된 상태에서, 상기 탄성 부재와 우각부의 사잇 공간을 현장 타설 콘크리트로 타설하여 채움 콘크리트로 채우는 채움콘크리트 형성단계를;
   더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 방법.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 탄성 부재는 겹판 스프링인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 방법
   
9. 제 6항에 있어서,
   상기 유지 부재는 나사봉으로 형성되고, 상기 탄성부재 고정단계는 상기 나사봉에 체결된 걸림 너트로 상기 탄성 부재에 탄성 변형을 구속하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 방법.
   
10. 제 6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 부재가 정해진 변위만큼 탄성 변형된 상태를 구속하는 스토퍼 볼트를 상기 탄성 부재의 양끝단에 고정하는 스토퍼 볼트 고정단계를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 우각부 보강 방법.
    
    
    
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