KR101844765B1 - 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉 및 이를 이용한 프리스트레스 도입방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉 및 이를 이용한 프리스트레스 도입방법에 관한 것으로, 그 목적은 단순한 구조와 반작용 가압 시스템을 통한 자기프리스트레스가 도입되는 구조가 가지며, 중공 강봉의 시공완료단계에서 강관체의 내부에 위치한 가압 강봉체를 손쉽게 강관체로부터 분리할 수 있도록 한 프리스트레스 중공 강봉 및 프리스트레스 도입방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 중공의 강관체; 상기 강관체와 함께 거동하도록 강관체의 후단부에 설치되어 프리스트레스를 도입하고자 하는 구조물이나 시설물에 고정 정착되는 정착단; 상기 강관체의 선단부에 조립되며 상기 구조물이나 시설물에 고정 정착되는 엔드홀더; 선단부가 강관체의 내부로 삽입되어 엔드홀더에 밀착되고, 후단부는 정착단을 통과하는 구조로 강관체와 결합되게 설치되며, 후단부에는 정착단과 마주하는 가압판이 일체형으로 형성된 강봉체; 및 가압된 강봉체를 강관체에 고정시켜 강관체에 인장력을 형성시키도록 강관체와 강봉체 중 적어도 어느 한 곳에 마련된 고정장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉 및 이를 이용한 프리스트레스 도입방법을 제공한다.

Description

반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉 및 이를 이용한 프리스트레스 도입방법{The hollow steel bar which self-prestressed using by counteraction press system and prestressing method using that}

본 발명은 콘크리트 구조물의 단면증설, 타부재와의 합성, 사면보강, 터널 암반보강 및 거더에 프리스트레스 도입 등의 작업에 사용되는 프리스트레스 중공 강봉 및 프리스트레스 도입방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강관체와 강봉체의 사전 조립과 반작용 가압 시스템 작동을 통해 양 부재에 역방향 프리스트레스 힘이 도입된 프리스트레스 중공 강봉을 제작하고, 단면증설, 지반보강, 타부재와의 합성 및 거더에 프리스트레스 등의 작업과정에서 상기 프리스트레스된 중공 강봉을 설치하고, 강관체 주변 홀을 그라우팅 및 정착단을 구조물에 고정한 다음, 상기 가압된 강봉체를 릴리스하면, 반작용 가압 자기 시스템에 의해 강관체에 도입되었던 인장력이 압축력으로 전환하면서 주변 구조물이나 시설물에 프리스트레스를 도입을 통해 1축 ,2축 및 전단강도 증진 및 외력응력을 상쇄토록 하는 프리스트레스 중공 강봉 구조를 용이하게 구축할 수 있도록 하되, 반작용 가압되어 있던 강봉체를 이용한 강관체에 압축 프리스트레스가 스스로(self) 도입되는 구조로 단순화하므로서 시공의 편의성을 더욱 향상시킨 프리스트레스 중공 강봉 및 및 프리스트레스 도입방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 응력 도입용 앵카볼트의 단면도를 도시하고 있다.

도 1에 도시된 응력 도입용 앵카볼트는 특허문헌1에 개시된 것으로, 중공PC강봉(10)과, 상기 중공PC강봉(10)의 일측단을 폐쇄하도록 중공PC강봉(10)의 일측단에 결합된 엔드홀더(20)와, 상기 중공PC강봉(10)의 타측단 외측에 순차적으로 결합된 앵커너트(30) 및 이경관(40)과, 상기 엔드홀더(20)에 일측단이 밀착되고 타측단이 중공PC강봉(10)의 타측단으로부터 돌출되는 구조를 갖도록 중공PC강봉(10)의 내부에 삽입된 중실의 반력PC강봉(50)과, 상기 중공PC강봉(10)으로부터 돌출된 반력PC강봉(50)의 단부에 밀착되도록 이경관(40)의 내부에 배치된 압입편(60)과, 상기 압입편(60)의 이탈의 방지하면서 압입편(60)을 반력PC강봉(50)에 밀착시키도록 이경관(40)에 체결된 스토퍼(70)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 응력 도입용 앵카볼트는 앵커너트(30)를 이용하여 중공PC강봉(10)을 고정한 상태에서 유압장치에 마련된 압력봉을 이용하여 압입편(60)을 가압하여 전진시키게 되면, 반력PC강봉(50)은 압입편(60)과 엔드홀더(20)의 사이에서 압축되는 반면 중공PC강봉(10)은 인장된다.

이러한 상태에서 스토퍼(70)를 전진 이동시켜 압입편(60)에 밀착시키게 되면, 반력PC강봉(50)은 압축된 상태를 그대로 유지하고, 중공PC강봉(10)은 인장된 상태를 그대로 유지하게 되며, 응력 도입용 앵카볼트는 이처럼 응력이 도입된 상태로 공장으로부터 출하된다.

한편, 단면증설, 타부재와의 합성 등의 작업과정에서 상기 응력 도입용 앵카볼트를 요구되는 위치에 설치하고, 콘크리트의 타설 및 양생이 완료된 후, 이경관의 단부에 체결되어 있는 스토퍼를 이경관으로부터 분리하게 되면, 압입편을 통해 반력PC강봉에 가해지던 압축력이 해제되고, 이와 더불어 중공PC강봉에 가해지던 인장력이 해제되면서 중공PC강봉이 길이방향으로 수축됨에 따라 주변 콘크리트 구조물에는 압축력이 도입된다.

이처럼 특허문헌1에 따른 응력 도입용 앵카볼트의 경우, 단면증설, 타부재와의 합성 및 작업과정에서 요구되는 위치에 앵카볼트를 설치하여 콘크리트 구조물을 형성한 후, 응력 도입용 앵카볼트에 구비된 스토퍼를 해체하여 프리스트레스가 도입되도록 한 것이다.

이와 같은 특허문헌1에 따른 응력 도입용 앵카볼트는 구조가 복잡하고, 반력PC강봉의 릴리즈(Release)가 용이하지 못한 문제점이 있다.

즉, 특허문헌1에 따른 응력 도입용 앵카볼트는 반력PC강봉(50)이 압입편(60)을 통해 외력을 전달받아 압축되고, 상기 압입편(60)은 이경관(40)의 내부에 위치한 채로 이경관(40)의 내부에 나사결합되는 스토퍼(70)에 의해 반력PC강봉(50)을 압축한 상태로 고정되는 구성을 갖고 있으므로, 상기 이경관(40)과 압입편(60) 및 스토퍼(70)가 중공PC강봉(10)의 일측단에 복잡한 구조로 조립된다.

따라서, 특허문헌1에 따른 응력 도입용 앵카볼트는 제조원가가 높고, 많은 조립부위와 부품으로 인하여 불량률이 높은 문제점이 있다.

또한, 유압장치의 일부가 스토퍼(70)의 중앙부를 관통하여 압입편(60)을 가압하게 되며, 압입편(60)의 고정을 위해서는 스토퍼(70)를 회전시켜 압입편(60) 방향으로 이동시켜야만 하지만, 유압장치에 의해 압입편(60)이 가압된 상태에서 스토퍼(70)를 회전시키고자 할 경우 유압장치와 스토퍼(70)가 상호 중첩된 복잡한 구조로 인하여 스토퍼(70)의 조작이 용이하지 못한 문제점이 있다.

또한, 상기 반력PC강봉(50)은 끝단이 이경관(40)의 내부에 위치하여 반력PC강봉의 인출 작업이 곤란하므로, 중공관 내부에 매립된 상태로 있게 된다.

물론, 상기 반력PC강봉을 그대로 둘 수도 있으나, 현장상황에 따라서는 중공PC강봉의 내부 공간을 활용하기 위하여 반력PC강봉의 제거가 필수적으로 요구될 수도 있으며, 이러한 경우 특허문헌1에 따른 응력 도입용 앵카볼트는 사용이 제한될 수밖에 없는 문제점이 있다.

아울러, 상기 반력PC강봉의 분리가 어려울 경우, 반력PC강봉의 재사용이 불가능하게 되므로, 자원의 재활용 측면에서도 매우 불리한 단점이 있다.

또한, 특허문헌1에 따른 응력 도입용 앵카볼트는 상호 마주하는 반력PC강봉(50)의 끝단면과, 상기 엔드홀더의 대응면이 단순히 평면으로 형성되어 있으며, 이 경우 반력PC강봉(50)이 압축되는 과정에서 반력PC강봉(50)의 편심에 의한 휨이나 좌굴이 발생할 가능성이 높은 문제점이 있다.

즉, 상기 응력 도입용 앵카볼트에 있어서, 반력PC강봉과 마주하는 엔드홀더의 끝단면이 반력PC강봉의 축방향에 대해 완전히 직교하지 못하고 기울어진 경우, 유압장치에 의해 반력PC강봉이 압축되는 과정에서 반력PC강봉을 통해 엔드홀더로 전달되는 힘이 엔드홀더로 전체적으로 균일하게 분산되지 못하고 특정 부위에 집중되면서 반력PC강봉이나 중공PC강봉이 휘어지면서 손상될 수 있다.

따라서, 응력 도입용 앵카볼트의 제조과정에서 반력PC강봉과 마주하는 엔드홀더의 끝단면에 대한 정밀한 가공이 요구된다.

일본공개특허공보 특개2008-121226호(2008.05.29.공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 단순한 구조와 반작용 가압 시스템을 통한 자기프리스트레스가 도입되는 구조가 가지며, 중공 강봉의 시공완료단계에서 강관체의 내부에 위치한 가압 강봉체를 손쉽게 강관체로부터 분리할 수 있도록 한 프리스트레스 중공 강봉 및 프리스트레스 도입방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 강봉체에 압축력을 가하는 과정에서 강봉체가 강관체의 중심부에 위치하면서 강봉체의 압축 및 강관체의 인장을 안정적으로 유도할 수 있는 프리스트레스 중공 강봉 및 프리스트레스 도입방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가압된 강봉체와 강관체 결합을 단순하게 고정하도록 하여 자기프리스트레스가 도입되도록 한 프리스트레스 중공 강봉 및 프리스트레스 도입방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 양단부 단면이 개방된 중공의 강관체; 상기 강관체와 함께 거동하도록 강관체의 후단부에 고정되게 형성되고, 플랜지 형태로 이루어져 프리스트레스를 도입하고자 하는 구조물이나 시설물에 고정 정착되는 정착단; 상기 강관체의 선단부 단면을 폐쇄하도록 강관체에 조립되며 프리스트레스를 도입하고자 하는 구조물이나 시설물에 고정 정착되는 엔드홀더; 선단부가 강관체의 내부로 삽입되어 엔드홀더에 밀착되고, 후단부는 정착단을 통과하는 구조로 강관체와 결합되게 설치되며, 정착단을 통과한 후단부에는 정착단과 마주하는 가압판이 일체형으로 형성되어 외부에서 인가되는 압력을 직접 전달받아 압축되면서 강관체를 인장을 유도하는 강봉체; 및 가압된 강봉체를 강관체에 고정시켜 강관체에 인장력을 형성시키도록 강관체와 강봉체 중 적어도 어느 한 곳에 마련된 고정장치;를 포함하는 것으로 이루어지되, 상기 강봉체는 볼록한 구형의 선단부 단면을 포함하고, 상기 엔드홀더는 강봉체의 볼록한 구형 선단부 단면에 대응하는 오목한 구형 대응면 및 강관체의 내부에 충전되는 그라우팅제가 엔드홀더를 통해 엔드홀더의 외측 주변으로 확산될 수 있도록 하는 하나 이상의 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉을 제공한다.

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한편 상기 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉에 있어서, 상기 강관체는 엔드홀더와 결합되는 제1중공체와, 상기 강봉체와 결합되어 강봉체와 함께 거동하는 제2중공체로 분할 구성되며, 상기 고정장치는 제1중공체 또는 제2중공체의 외측에 나사결합되되, 강관체의 길이방향으로 이동하면서 제1,2중공체와 함께 나사결합되어 제1,2중공체를 상호 결속함으로서 가압된 강봉체를 그 상태로 강관체에 고정시키는 커플러로 구성될 수 있다.

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한편 상기 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉에 있어서, 상기 정착단에는 하나 이상의 제1관통홀이 형성되고, 상기 가압판에는 제1관통홀과 연통하는 하나 이상의 제2관통홀이 형성되며, 상기 고정장치는 제1,2관통홀을 순차적으로 관통하는 볼트와, 상기 볼트와 체결되는 너트로 구성될 수 있다.

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또한 본 발명은 상기 중공 강봉을 단면증설 또는 타부재와의 합성이 요구되는 구조물에 형성된 천공홀에 설치하되, 중공 강봉의 선단부에 구비된 엔드홀더가 천공홀의 안쪽에 위치하고, 중공 강봉의 후단에 구비된 정착단이 천공홀로부터 돌출되도록 중공 강봉을 설치하는 단계(S11); 상기 천공홀에 설치된 중공 강봉의 선단부 및 엔드홀더가 천공홀에 고정되도록 천공홀에 그라우팅제를 주입하여 중공 강봉을 천공홀에 고정시키는 단계(S12); 상기 천공홀에 중공 강봉을 고정시킨 후, 천공홀로부터 돌출된 중공 강봉을 이용하여 단면증설을 위한 구조물을 형성하거나 합성이 요구되는 타부재를 설치하되, 중공 강봉의 후단부에 형성된 정착단을 단면증설을 위한 구조물 또는 타부재에 고정되게 설치하는 단계(S13); 및 상기 중공 강봉을 천공홀에 고정시킨 후, 강관체에 결합된 가압된 강봉체를 강관체로부터 분리시켜 강관체에 형성되어 있던 인장력을 압축력으로 전환시킴으로서 중공 강봉의 주변 구조물에 프리스트레스 및 구속응력을 도입시키는 단계(S14);로 이루어진 것을 특징으로 하는 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉을 이용한 프리스트레스 도입방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 중공 강봉을 지반에 형성된 천공홀에 설치하되, 중공 강봉의 선단부에 구비된 엔드홀더가 천공홀의 안쪽에 위치하고, 중공 강봉의 후단에 구비된 정착단이 천공홀의 표층부에 위치하도록 중공 강봉을 설치하는 단계(S21); 상기 천공홀에 설치된 중공 강봉의 엔드홀더와 정착단이 천공홀에 고정되도록 천공홀에 그라우팅제를 주입하여 중공 강봉을 천공홀에 고정시키는 단계(S22); 및 상기 중공 강봉을 천공홀에 고정시킨 후, 강관체에 결합된 가압된 강봉체를 강관체로부터 분리시켜 강관체에 형성되어 있던 인장력을 압축력으로 전환시킴으로서 중공 강봉의 주변 지반에 프리스트레스 및 구속응력을 도입시키는 단계(S23);로 이루어진 것을 특징으로 하는 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉을 이용한 프리스트레스 도입방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 중공 강봉을 프리스트레스를 도입하고자 하는 거더에 설치하되, 중공 강봉의 선단부에 구비된 엔드홀더가 거더의 일측에 고정되고, 중공 강봉의 후단부에 형성된 정착단이 거더의 타측에 고정되도록 중공 강봉을 거더에 설치하는 단계(S31); 및 상기 중공 강봉의 설치가 완료된 후, 강관체에 결합된 가압된 강봉체를 강관체로부터 분리시켜 강관체에 형성되어 있던 인장력을 압축력으로 전환시킴으로서 거더에 프리스트레스를 도입시키는 단계(S32);로 이루어진 것을 특징으로 하는 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉을 이용한 프리스트레스 도입방법을 제공한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 강관체 선단부와 정착단 사이에 설치된 강봉체의 후단부에 형성된 가압판에 직접 압력이 작용하여 강봉체의 압축이 이루어지고, 가압된 강봉체를 볼트와 너트의 체결 또는 커플러의 체결과 같은 단순한 조작을 통해 강관체에 고정시킬 수 있도록 구성되어 강봉체의 가압구조와 강관체의 프리스트레스 도입구조를 단순화시킬 수 있고, 강봉체를 강관체로부터 용이하게 분리하여 주변 또는 부착 시설물 및 구조물에 프리스트레스를 도입할 수 있으므로 작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 가압된 강봉체의 릴리스시 강관체에 프리스트레스를 도입하는 동시에 결합하는 단면이나 지반에 프리스트레스 도입으로 1축 및 2축으로 구속시켜 압축강도 및 전단강도 등을 향상시키고 외력 응력을 상쇄시킬 수 있으며, 이에 따라 일체성 성능 향상과 더불어 소요 단면칫수나 결합용 볼트 수를 감소시킬 수 있게 되어 공사비를 보다 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 가압 강봉체와 가압판이 일체로 제작되므로서 상기와 같이 가압 및 릴리스 작업을 단순화시킬 수 있고, 가압 강봉체의 릴리스시 강봉체 제거로 인해 형성되는 강관체의 내부에 그라우팅을 실시하여 접합 성능의 일체성과 내식성을 보다 향상시킬 수 있으며, 릴리스된 강봉체와 가압판은 재활용에 의해 경제성을 확보하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 프리스트레스 중공 강봉은 단면증설이나 타부재의 합성 결합용 이외에도 사면보강의 소일네일링이나 터널의 지반 록 볼트 및 외력 응력을 상쇄하는 프리스트레스 도입 등의 다양한 용도 활용이 가능한 효과가 있다

또한, 강봉체가 압축되는 과정에서 강봉체의 구형 선단부 단면이 엔드홀더의 오목한 구형 대응면에 밀착되면서 강봉체의 중심이 강관체의 중심에 일치하게 되므로, 강봉체의 얼라이먼트 유지로 편심에 의한 휨 좌굴 제어 및 강봉체의 좌굴강도를 증진시켜 강봉체와 압축과 강관체의 인장을 원활하게 유도할 수 있는 효과가 있다.

또한, 엔드홀더의 단부가 테이퍼 처리되어 천공홀에 프리스트레스 중공 앵카볼트를 용이하게 삽입할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래 응력 도입용 앵카볼트의 단면도,
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따른 중공 강봉의 예시도,
도 3 은 본 발명의 제1실시예에 따른 강관체의 예시도,
도 4 는 본 발명의 제1실시예에 따른 엔드홀더의 예시도,
도 5 는 본 발명의 제1실시예에 따른 엔드홀더의 또 다른 구조를 보인 예시도,
도 6 은 본 발명의 제1실시예에 따른 강봉체의 구조를 보인 예시도,
도 7 은 본 발명의 제1실시예에 따른 커플러의 예시도,
도 8 은 제1실시예에 따른 강봉체에 압축과 강관체의 인장이 도입된 상태에서 커플러의 이동에 의해 제1,2중공체가 결합되어 역방향 프리스트레스 힘이 도입된 중공 강봉 상태를 보인 예시도,
도 9 내지 도 11 은 본 발명의 제1실시예에 따른 중공 강봉을 이용하여 단면증설시 프리스트레스 및 구속응력이 도입되는 과정을 보인 예시도,
도 12 및 도 13 은 본 발명의 제1실시예에 따른 중공 강봉을 이용하여 지반보강을 실시하는 과정을 보인 예시도,
도 14 및 도 15 는 본 발명의 제1실시예에 따른 중공 강봉을 이용하여 거더에 프리스트레스를 도입하는 과정을 보인 예시도,
도 16 은 본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉의 예시도,
도 17 은 본 발명의 제2실시예에 따른 강관체의 예시도,
도 18 은 본 발명의 제2실시예에 따른 강봉체의 예시도,
도 19 는 본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉에 프리스트레스 도입된 상태를 보인 예시도,
도 20 내지 도 22 는 본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉을 이용한 단면증설 과정을 보인 예시도,
도 23 및 도 24 는 본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉을 이용하여 지반보강을 실시하는 과정을 보인 예시도,
도 25 및 도 26 은 본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉을 이용하여 거더에 프리스트레스를 도입하는 과정을 보인 예시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 중공 강봉(100,200)은 강관체(110,210)와 강봉체(130,230)가 조립된 것으로 이루어지되, 상기 강관체(110,210)의 선단부에는 엔드홀더(120,220)가 후단부에는 정착단(116,211)이 설치되고, 상기 강봉체(130,230)는 후단부가 정착단(116,211)을 통과하는 구조를 갖도록 강관체(110,210)에 조립되며, 강봉체(130,230)의 후단부에 압력을 전달받기 위한 가압판(131,231)이 일체로 형성된 것으로 이루어져 강관체(110,210)와 강봉체(130,230)가 주사기의 형태로 조립되어 작동하도록 이루어진다.

이처럼 주사기의 형태를 갖는 중공 강봉(100,200)은 프리스트레스의 도입을 위해 강봉체(130,230)가 압축될 때, 강봉체(130,230)가 유압장치로부터 직접 압력을 전달받아 압축되는 단순한 구조를 가지며, 중공 강봉(100,200)을 이용한 시공완료단계에서 강봉체(130,230)를 강관체(110,210)로부터 쉽게 분리할 수 있는 특징을 갖는다.

또한, 강봉체(130,230)의 선단부와 엔드홀더(120,220)의 접촉 구조개선을 통해 강봉체(130,230)가 압축되는 과정에서 강봉체(130,230)가 자동으로 얼라이먼트를 유지하여 편심에 의한 휨이나 좌굴을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 강봉체(130,230)로부터 엔드홀더(120,220)로 전달되는 힘을 강관체(110,210)의 전둘레로 고르게 분산시켜 강관체(110,210)의 안정적인 인장을 유도할 수 있는 특징을 갖는다.

이하의 설명에서는 제1실시예와 제2실시예로 구분하여 상기와 같은 특징을 갖는 중공 강봉(100,200)에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 중공 강봉의 예시도를, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 강관체의 예시도를, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 엔드홀더의 예시도를, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 엔드홀더의 또 다른 구조를 보인 예시도를, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 강봉체의 구조를 보인 예시도를, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 커플러의 예시도를 도시하고 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 중공 강봉(100)은 강관체(110), 정착단(116), 엔드홀더(120), 강봉체(130), 고정장치(140)으로 구성된다.

상기 강관체(110)는 양 끝단부 단면이 개방되고 내부가 빈 중공의 파이프 형태로 구성된다.

상기 정착단(116)은 강관체(110)와 함께 거동하도록 강관체(110)의 후단부에 설치된다. 이러한 정착단(116)은 플랜지 형태 즉, 강관체(110) 보다 큰 직경을 구비하여 강관체(110)의 둘레 방향으로 돌출되는 구조를 갖도록 형성되며, 강관체(110)에 용접이나 나사체결 등에 의해 일체형의 구조로 고정될 수 있다.

이러한 정착단(116)은 프리스트레스를 도입시키고자 하는 구조물이나 시설물에 중공 강봉(100)을 설치할 때 중공 강봉(100)의 후단부를 구조물이나 시설물에 고정 정착하는 기능을 제공하게 된다.

한편, 상기 강관체(110)는 제1중공체(111)와 제2중공체(112)로 분할 구성된다.

상기 제1중공체(111)와 제2중공체(112)는 하나의 중심축(S)을 공유하도록 나란하게 배치되되, 제1중공체(111)가 제2중공체(112)의 앞쪽에 배치되어 제1중공체(111)에 의해 강관체(110)의 선단부가 구성되고, 제2중공체(112)에 의해 강관체(110)의 후단부가 구성되며, 상기 제2중공체(112)의 후단부에 정착단(116)이 설치된다.

상기 엔드홀더(120)는 강관체(110)의 선단부 단면(110a)을 폐쇄하도록 강관체(110)의 선단부에 조립된다.

한편, 상기 엔드홀더(120)는 강관체(110)와의 조립시 강관체(110)의 둘레 방향으로 돌출되는 구조를 갖는 돌출부(121)가 더 형성되며, 이러한 돌출부(121)는 제작된 중공 강봉(100)을 구조물이나 시설물에 설치하여 단면증설, 합성단면, 지반보강 및 거더에 프리스트레스를 도입하는 경우에 중공 강봉의 선단부를 프리스트레스를 도입시키고자 하는 구조물이나 시설물에 고정시키는 정착장치 기능을 제공하게 된다.

결국, 선단부에 엔드홀더(120)가 설치되고, 후단부에 정착단(116)이 설치된 중공 강봉(100)은 선단부가 엔드홀더(120)에 의해 구조물이나 시설물에 고정되고, 후단부가 정착단(116)에 의해 구조물이나 시설물에 고정된다.

한편, 상기 엔드홀더(120)에는 강봉체(130)의 선단부 단면(130a)과 마주하면서 접촉하는 대응면(122)을 포함하며, 상기 대응면(122)은 오목한 구형의 형상을 갖도록 형성된다.

이와 같이 형성된 대응면(122)에 맞추어 강봉체(130)의 선단부 단면(130a)을 볼록한 구형으로 형성하게 되면, 강봉체(130)의 압축과정에서 강봉체(130)로부터 엔드홀더(120)로 전달되는 힘이 엔드홀더(120)의 중심부로부터 강관체(110)의 둘레로 고르게 분산되므로 강관체(110)를 안정적으로 인장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 강봉체(130)가 강관체(110)의 중심부에 자동으로 정렬된 채로 압축되므로 강봉체(130)나 강관체(110)에 휨이나 좌굴이 발생하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

이러한 엔드홀더(120)에는 대응면(122)으로부터 엔드홀더(120)의 외측방향으로 연장되면서 엔드홀더(120)를 관통하는 구조를 갖는 관통홀(123)이 하나 이상 형성될 수도 있다.

상기 관통홀(123)은 강관체(110)의 내부에 그라우팅제가 충전되는 경우, 그라우팅제를 중공 강봉(100)의 주변으로 확산시키는 통로를 제공하게 되며, 이로 인해 중공 강봉(100)의 보다 견고한 고정이 가능하게 된다.

한편, 도 4에는 강관체(110)의 선단부 외측에 나사 결합되는 구조를 갖는 엔드홀더(120)의 구조가 도시되어 있으나, 상기 엔드홀더(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 강관체(110)의 선단부 내측에 나사 결합되도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기 엔드홀더(120)는 중공 강봉(100)을 콘크리트 구조물, 지반, 터널 등의 구조물에 형성된 천공홀에 보다 용이하게 삽입시킬 수 있도록 하기 위하여 선단부 모서리가 테이퍼지게 가공되어 전체적으로 사다리꼴이나 원추형의 단면을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 강봉체(130)는 강관체(110)의 내부로 삽입되어 강관체(110)와 조립되며, 선단부는 엔드홀더(120)에 밀착되고, 후단부는 강관체(110)에 형성된 정착단(116)을 통과하여 외부에서 인가되는 압력을 직접 전달받도록 구성된다.

이러한 강봉체(130)는 중실형의 구조를 가지며 일자형의 구조로 곧게 뻗은 봉재로 이루어지며, 후단부에는 정착단(116)과의 결합을 위한 수나사부(132)와, 외부 가압장비로부터 압력을 전달받기 위한 가압판(131)이 형성된 것으로 구성된다.

한편, 상기 수나사부(132)는 제2중공체(112) 엣지에 결합된 정착단(116)에 나사 결합되어 강봉체(130)와 제2중공체(112)가 함께 움직일 수 있도록 하는 것으로, 수나사부(132)와 나사결합을 통해 결속되는 암나사부(113)가 제2중공체(112) 엣지에 접합된 정착단(116)의 내주면에 형성된다.

또한, 상기 가압판(131)은 외부압력장비로부터 압력을 전달받는 부분으로, 제2중공체(112)를 관통 결합된 강봉체(130)의 후단부에 형성된다.

아울러, 상기 가압판(131)은 강관체(110)와 강봉체(130)의 분리가 요구될 때, 작업자가 강봉체(130)를 보다 용이하게 회전시켜 분리작업을 원활하게 실시할 수 있도록 다각형, 바람직하게는 6각머리볼트와 같이 6각형의 단면을 갖도록 형성되어 스패너나 렌치 등의 도구로써 강봉체(130)를 회전시킬 수 있도록 구성된다.

참고로, 도 6에는 강봉체(130)의 가장 후단부에 가압판(131)이 형성되고, 그 앞쪽에 수나사부(132)가 형성된 것으로 이루어진 강봉체(130)의 구조가 도시되어 있다.

이와 같이 형성된 가압판(131)은 강관체(110)와 강봉체(130)의 조립시 제2중공체(112)의 후단부에 위치한 정착단(116)에 밀착되어 강봉체(130)에 작용하는 압력을 강봉체(130)와 제2중공체(112)로 전달시키는 기능 그리고 스패너 등의 도구와 결합되어 작업자가 강봉체(130)를 용이하게 회전시킬 수 있도록 하는 기능을 제공하게 된다.

상기 고정장치(140)는 공장에서 제1중공체(111)를 고정한 상태에서 가압판(131)에 압력을 가하게 되면 강봉체(130)에 압축력이 도입되고, 이로 인하여 제1중공체(111)에 근접하게 이동된 제2중공체(112)를 제1중공체(111)에 결합시켜 압축된 강봉체(130)를 강관체(110)에 고정시키는 것이며, 이와 같이 결합된 중공 강봉(100)에 역방향 프리스트레스 힘이 도입되도록 한 것이다.

한편, 제1실시예에 따른 고정장치(140)는 제1중공체(111)와 제2중공체(112)를 결합시키도록 제1,2중공체(111,112)에 체결되는 커플러(141)로 구성된다.

상기 커플러(141)는 강관체(110)의 외측에 결합될 수 있도록 강관체(110)의 외경에 대응하는 내경을 가지며, 나사결합에 의해 제1중공체(111)와 제2중공체(112)에 결합된다.

이를 위하여 상기 제1중공체(111)의 후단부 외주면에는 제1수나사부(114)가 형성되고, 상기 제2중공체(112)의 선단부 외주면에는 제2수나사부(115)가 형성되며, 상기 제1수나사부(114)와 제2수나사부(115)는 동일한 나사규격을 갖도록 형성된다.

한편, 상기 커플러(141)의 내주면에는 제1,2수나사부(114,115)에 체결되도록 제1,2수나사부(114,115)의 나사규격에 대응하는 암나사부(142)가 형성된다.

참고로, 상기 커플러(141)는 강봉체(130)의 압축전에는 제1수나사부(114)에 체결된 상태를 유지하고, 강봉체(130)의 압축후에는 제1,2수나사부(114,115)에 함께 체결되도록 이동하여 제1,2중공체(111,112)를 상호 결합시키거나, 강봉체(130)의 압축전에는 제2수나사부(115)에 체결된 상태를 유지하고, 강봉체(130)의 압축후에는 제1,2수나사부(114,115)에 함께 체결되도록 이동하여 제1,2중공체(111,112)를 상호 결합시키게 된다.

이러한 커플러(141)는 가압판(131)에 작용하는 압력에 의한 강봉체(130)의 압축시 제1중공체(111)에 근접하는 방향으로 이동하는 제2중공체(112)의 선단부를 안내하여 제1,2중공체(111,112)가 보다 원활하게 동축상에 정렬될 수 있도록 하는 안내부(143)가 더 형성된다.

이때 상기 안내부(143)는 암나사부(142)로부터 중공 강봉(100)의 축방향으로 연장되게 형성되되, 제1중공체(111)에 근접하는 방향으로 이동하는 제2중공체(112)를 삽입받아 안내할 수 있도록 제2중공체(112)의 외경 보다 조금 큰 외경을 갖도록 형성된다.

상기와 같이 구성된 제1실시예에 따른 중공 강봉(100)은 역방향 프리스트레스 힘 즉, 강봉체(130)를 압축하면서 동시에 강관체(110)를 인장시킨 상태로 공장으로부터 출하된다.

한편, 강봉체(130)의 압축과 강관체(110)의 인장은 다음과 같은 과정을 통해 이루어지게 된다.

도 8은 제1실시예에 따른 강봉체에 압축과 강관체의 인장이 도입된 상태에서 커플러의 이동에 의해 제1,2중공체가 결합되어 역방향 프리스트레스 힘이 도입된 중공 강봉 상태를 보인 예시도를 도시하고 있다.

이미 설명된 바와 같이 제1실시예에 따른 중공 강봉(100)은 제1,2중공체(111,112)로 분할 구성된 강관체(110), 정착단(116), 엔드홀더(120), 강봉체(130), 커플러(141)로 구성되며, 제1중공체(111)의 선단부에 엔드홀더(120)가 나사결합되어 고정되고, 제2중공체(112)에는 정착단(116)이 일체형의 구조로 형성되며, 상기 정착단(116)에 강봉체(130)가 결합되어 제2중공체(112)와 강봉체(130)가 함께 거동하며, 커플러(141)는 제1중공체(111)의 후단부 외측에 나사결합되어 고정되어 있다.

참고로, 본 설명에서는 초기에 상기 커플러(141)가 제1중공체(111)에 나사결합되어 있는 것으로 설명되어 있으나, 커플러(141)는 제2중공체(112)에 나사결합되어 있을 수도 있으며, 이하의 설명에서는 커플러(141)에 제1중공체(111)에 나사결합되어 있는 것으로 가정하여 설명하도록 한다.

한편, 제2중공체(112)와 결합된 강봉체(130)의 선단부를 제1중공체(111)의 내부로 삽입하여 조립하고, 제1중공체(111)를 구속시킨 상태에서 유압장비를 이용하여 강봉체(130)의 가압판(131)을 가압하게 되면, 선단부 단면(130a)이 엔드홀더(120)에 밀착된 강봉체(130)는 압축된다.

한편, 상기 강봉체(130)의 선단부 단면(130a)은 볼록한 구형으로 형성되고, 엔드홀더(120)의 대응면(122)은 오목한 구형으로 형성됨에 따라 강봉체(130)가 압력에 의해 압축되는 과정에서 강봉체(130)는 강관체(110)의 중심부에 정확하게 자동으로 정렬되어 편심에 의한 휨이나 좌굴을 방지할 수 있으며, 강봉체(130)로부터 엔드홀더(120)로 전달되는 힘은 오목한 구형의 대응면(122)을 통해 제1중공체(111)의 전둘레로 균일하게 분산됨에 따라 제1중공체(111)의 전둘레로 균일하게 인장력을 인가할 수 있게 된다.

한편, 상기 강봉체(130)가 압축되는 과정에서 강봉체(130)의 후단부에 나사결합된 제2중공체(112)는 제1중공체(111)에 근접하는 방향으로 이동하게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 강봉체(130)의 압축이 완료되면, 제1중공체(111)의 제1수나사부(114)에 나사 결합된 커플러(141)를 제2중공체(112) 방향으로 이동시켜 커플러(141)에 형성된 암나사부(142)의 일부는 제1수나사부(114)에 체결되게 하고, 나머지 일부는 제2수나사부(115)에 체결되게 하며, 이러한 커플러(141)의 이동에 의해 제1,2중공체(111,112)가 상호 결합되면서 강봉체(130)는 압축된 상태로 구속되고, 이와 동시에 강관체(110)에 인장 상태인 자기프리스트레스가 도입된다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 중공 강봉을 이용하여 단면증설시 프리스트레스 및 구속응력이 도입되는 과정을 보인 예시도를 도시하고 있다.

상기와 같은 과정을 통해 프리스트레스가 도입채로 공장으로부터 출고된 중공 강봉(100)은 콘크리트 구조물의 단면증설 뿐만 아니라, 타부재와의 합성, 사면보강, 터널 암반보강 및 거더에 프리스트레스 도입 등의 작업에도 사용될 수 있으며, 이하의 설명에는 도 9 내지 도 11을 참조하여 구조물의 단면을 증설하는 과정을 설명하도록 한다. 참고로 타부재와의 합성도 동일한 과정으로 진행될 수 있다.

한편, 구조물의 단면증설이나 타부재와의 합성작업에 적용될 수 있는 본 발명에 따른 프리스트레스 도입방법은 중공 강봉을 단면증설 또는 타부재와의 합성이 요구되는 구조물에 형성된 천공홀에 설치하되, 중공 강봉의 선단부에 구비된 엔드홀더가 천공홀의 안쪽에 위치하고, 중공 강봉의 후단에 구비된 정착단이 천공홀로부터 돌출되도록 중공 강봉을 설치하는 단계(S11); 상기 천공홀에 설치된 중공 강봉의 선단부 및 엔드홀더가 천공홀에 고정되도록 천공홀에 그라우팅제를 주입하여 중공 강봉을 천공홀에 고정시키는 단계(S12); 상기 천공홀에 중공 강봉을 고정시킨 후, 천공홀로부터 돌출된 중공 강봉을 이용하여 단면증설을 위한 구조물을 형성하거나 합성이 요구되는 타부재를 설치하되, 중공 강봉의 후단부에 형성된 정착단을 단면증설을 위한 구조물 또는 타부재에 고정되게 설치하는 단계(S13); 및 상기 중공 강봉을 천공홀에 고정시킨 후, 강관체에 결합된 가압된 강봉체를 강관체로부터 분리시켜 강관체에 형성되어 있던 인장력을 압축력으로 전환시킴으로서 중공 강봉의 주변 구조물에 프리스트레스 및 구속응력을 도입시키는 단계(S14);로 구성되며, 상기 S11 단계, S12 단계, S13 단계, S14 단계는 작업과정에서 따라 순차적으로 진행된다.

상기 S11 단계와 S12 단계는 중공 강봉(100)을 구조물에 설치하는 공정으로, 중공 강봉(100)의 선단부를 구조물에 가공된 천공홀(H)에 배치하는 것으로 이루어진다.

이때 중공 강봉(100)의 선단에 설치된 엔드홀더(120)가 천공홀(H)의 내측에 위치하도록 중공 강봉(100)을 배치하게 되며, 이후 천공홀(H)에 1차 그라우팅제를 주입하여 중공 강봉(100)의 선단부를 구조물에 고정시킨다(도 9 참조).

상기 S13 단계는 구조물에 설치된 중공 강봉(100)을 이용하여 구조물의 단면증설이나 합성을 위한 타부재를 설치하는 공정으로, 구조물에 선단부가 고정된 중공 강봉(100)을 이용하여 구조물의 단면증설이나 타부재와의 합성작업 등을 실시하게 되며, 이러한 과정에서 중공 강봉(100)의 후단부에 위치한 정착단(116)을 단면증설되는 단면 또는 합성되는 타부재에 정착하여 고정시키게 된다(도 10 참조).

상기 S14 단계는 중공 강봉(100)을 이용하여 단면이 증설된 또는 타부재와 합성된 구조물에 프리스트레스를 도입하는 공정으로, 강봉체(130)의 후단부에 형성된 가압판(131)을 스패너나 렌치 등의 도구로써 회전시켜 제2중공체(112)와 일체화된 정착단(116)에 나사결합된 강봉체(130)를 강관체(110)로부터 분리시키는 것으로 이루어지게 된다.

한편, 강봉체(130)와 정착단(116)의 나사결합이 와해되면, 강봉체(130)에 도입된 압축력이 해제되고, 더불어 강관체(110)에 도입된 인장력이 해제되면서 동시에 강관체(110)에 압축응력 상태인 자기프리스트레스가 도입되고, 이에 따라 중공 강봉(100)의 주변에 프리스트레스가 도입 즉, 1축, 2축 및 전단강도가 증진된 구조물이 구현된다(도 11 참조).

이처럼 본 발명에 따른 중공 강봉(100)은 중공 강봉을 이용한 작업이 완료된 후, 강봉체(130)를 회전시켜 강봉체(130)와 정착단(116)의 나사결합을 해제하는 단순한 조작을 통해 강봉체(130)를 강관체(110)로부터 분리할 수 있으므로, 현장에서 이루어지는 작업의 효율성을 더욱 높일 수 있다.

또한, 강관체(110)로부터 분리된 강봉체(130)는 다른 중공 강봉(100)에 다시 사용될 수 있으므로, 자원의 재활용 측면에서도 의미가 있다.

한편, 강봉체(130)의 제거로 인하여 빈 강관체(110)의 내부에는 제2의 그라이팅제 주입으로 주변 지반이나 구조물의 부착 능력을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따는 중공 강봉은 외부로부터 압력을 전달받기 위한 가압체 즉, 가압판(131)이 강봉체(130)에 일체로 형성되어 가압 및 해제의 작업이 용이하다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 중공 강봉을 이용하여 지반보강을 실시하는 과정을 보인 예시도를 도시하고 있다.

지반보강작업에 적용될 수 있는 본 발명에 따른 프리스트레스 도입방법은 중공 강봉을 지반에 형성된 천공홀에 설치하되, 중공 강봉의 선단부에 구비된 엔드홀더가 천공홀의 안쪽에 위치하고, 중공 강봉의 후단에 구비된 정착단이 천공홀의 표층부에 위치하도록 중공 강봉을 설치하는 단계(S21); 상기 천공홀에 설치된 중공 강봉의 엔드홀더와 정착단이 천공홀에 고정되도록 천공홀에 그라우팅제를 주입하여 중공 강봉을 천공홀에 고정시키는 단계(S22); 및 상기 중공 강봉을 천공홀에 고정시킨 후, 강관체에 결합된 가압된 강봉체를 강관체로부터 분리시켜 강관체에 형성되어 있던 인장력을 압축력으로 전환시킴으로서 중공 강봉의 주변 지반에 프리스트레스 및 구속응력을 도입시키는 단계(S23);로 구성되며, 상기 S21 단계, S22 단계, S23 단계는 작업과정에서 따라 순차적으로 진행된다.

상기 S21 단계 및 S22 단계는 중공 강봉(100)을 지반에 가공된 천공홀(H)에 설치하는 공정으로, 보강하고자 하는 길이만큼 지반을 천공을 한 다음, 중공 강봉(100)의 선단에 설치된 엔드홀더(120)가 천공홀(H)의 내측에 위치하고 중공 강봉(100)의 후단에 설치된 정착단(116)이 천공홀(H)의 표층부에 위치하도록 중공 강봉(100)을 설치하고, 상기 천공홀(H)에 그라우팅제를 주입하여 중공 강봉의 엔드홀더와 장착단을 고정시킨다(도 12 참조).

상기 S23 단계는 중공 강봉(100)을 이용하여 지반에 프리스트레스를 도입시킴으로서 지반을 보강하는 공정으로, 상기와 같은 과정을 통해 천공홀(H)에 중공 강봉(100)을 설치 및 고정 정착한 다음, 강봉체(130)의 후단부에 형성된 가압판(131)을 스패너나 렌치 등의 도구로써 회전시켜 제2중공체(112)와 일체화된 정착단(116)에 나사결합된 강봉체(130)를 강관체(110)로부터 분리하는 것으로 이루어지게 된다.

한편, 강봉체(130)와 정착단(116)의 나사결합이 와해되면, 강봉체(130)에 도입된 압축력이 해제되고, 더불어 강관체(110)에 도입된 인장력이 해제되면서 동시에 강관체(110)에 압축응력 상태인 자기프리스트레스가 도입되고, 이에 따라 중공 강봉(100)의 주변에 프리스트레스가 도입 즉, 1축, 2축 및 전단강도가 증진된 지반이 구현된다(도 13 참조).

이처럼 본 발명에 따른 중공 강봉(100)은 중공 강봉을 이용한 작업이 완료된 후, 강봉체(130)를 회전시켜 강봉체(130)와 정착단(116)의 나사결합을 해제하는 단순한 조작을 통해 강봉체(130)를 강관체(110)로부터 분리할 수 있으므로, 현장에서 이루어지는 작업의 효율성을 더욱 높일 수 있다.

또한, 강관체(110)로부터 분리된 강봉체(130)는 다른 중공 강봉(100)에 다시 사용될 수 있으므로, 자원의 재활용 측면에서도 의미가 있다.

한편, 강봉체(130)의 제거로 인하여 빈 강관체(110)의 내부에는 제2의 그라이팅제 주입으로 주변 지반이나 구조물의 부착 능력을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따는 중공 강봉은 외부로부터 압력을 전달받기 위한 가압체 즉, 가압판(131)이 강봉체(130)에 일체로 형성되어 가압 및 해제의 작업이 용이하다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 중공 강봉을 이용하여 거더에 프리스트레스를 도입하는 과정을 보인 예시도를 도시하고 있다.

거더의 프리스트레스 도입에 적용될 수 있는 본 발명에 따른 프리스트레스 도입방법은 중공 강봉을 프리스트레스를 도입하고자 하는 거더에 설치하되, 중공 강봉의 선단부에 구비된 엔드홀더가 거더의 일측에 고정되고, 중공 강봉의 후단부에 형성된 정착단이 거더의 타측에 고정되도록 중공 강봉을 거더에 설치하는 단계(S31); 및 상기 중공 강봉의 설치가 완료된 후, 강관체에 결합된 가압된 강봉체를 강관체로부터 분리시켜 강관체에 형성되어 있던 인장력을 압축력으로 전환시킴으로서 거더에 프리스트레스를 도입시키는 단계(S32);로 구성되며, 상기 S31 단계와 S32 단계는 작업과정에서 따라 순차적으로 진행된다.

상기 S31 단계는 중공 강봉(100)을 거더(G)에 설치하는 공정으로, 프리스트레스를 도입하고자 하는 구간의 위치와 단면을 고려하여 거더(G)에 중공 강봉(100)을 설치하되, 중공 강봉(100)의 엔드홀더(120)와 정착단(116)을 거더(G)에 용접 고정시킨다(도 14 참조). 필요할 경우에 엔드홀더(120)와 정착단(116)의 강성을 증가시키기 위해서 별도의 정착장치를 추가 설치할 수 있다.

상기 S32 단계는 중공 강봉을 이용하여 거더에 프리스트레스를 도입하는 공정으로, 중공 강봉(100)을 거더(G)에 설치하고 난 후, 강봉체(130)의 후단부에 형성된 가압판(131)을 스패너나 렌치 등의 도구로써 회전시켜 제2중공체(112)와 일체화된 정착단(116)에 나사결합된 강봉체(130)를 강관체(110)로부터 분리하게 된다.

한편, 강봉체(130)와 정착단(116)의 나사결합이 와해되면, 강봉체(130)에 도입된 압축력이 해제되고, 더불어 강관체(110)에 도입된 인장력이 해제되면서 동시에 강관체에 압축응력 상태인 자기프리스트레스가 도입되고, 이에 따라 중공 강봉 (100)이 설치된 거더(G)에 프리스트레스가 도입되며, 중공 강봉(100)에 의해 거더(G)에 작용하는 프리스트레스 힘으로 인하여 거더(G)에는 편심모멘트가 발생하면서 거더(G)에 작용하는 외력이나 응력을 상쇄하게 된다.(도 15 참조).

이처럼 본 발명에 따른 중공 강봉(100)은 거더(G)에 프리스트레스를 도입하고자 하는 경우에도 사용할 수 있으며, 특히 프리스트레스를 도입하고자 거더(G)에 엔드홀더(120)와 정착단(116)을 고정되게 설치한 후, 강봉체(130)를 회전시켜 강봉체(130)와 정착단(116)의 나사결합을 해제하는 단순한 조작을 통해 강봉체(130)를 강관체(110)로부터 분리할 수 있으므로, 현장에서 이루어지는 작업의 효율성을 더욱 높일 수 있다.

또한, 강관체(110)로부터 분리된 강봉체(130)는 다른 중공 강봉(100)에 다시 사용될 수 있으므로, 자원의 재활용 측면에서도 의미가 있다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따는 중공 강봉은 외부로부터 압력을 전달받기 위한 가압체 즉, 가압판(131)이 강봉체(130)에 일체로 형성되어 가압 및 해제의 작업이 용이하다.

도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉의 예시도를, 도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 강관체의 예시도를, 도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 강봉체의 예시도를, 도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉에 프리스트레스 도입된 상태를 보인 예시도를 도시하고 있다.

본 발명에 제2실시예에 따른 중공 강봉(200)은 강관체(210), 정착단(211), 엔드홀더(220), 강봉체(230), 고정장치(240)로 구성된다.

상기 강관체(210)는 양 끝단부 단면이 개방되고 내부가 빈 중공의 파이프 형태로 구성된다.

이러한 강관체(210)의 선단부에는 엔드홀더(220)가 설치되고, 후단부에는 정착단(211)이 설치된다.

상기 정착단(211)은 강관체(210)와 함께 거동하도록 강관체(210)의 후단부에 설치되고, 플랜지 형태 즉, 강관체(20) 보다 큰 직경을 구비하여 강관체(20)의 둘레 방향으로 돌출되는 구조를 갖도록 형성되며, 강관체(210)에 용접이나 나사체결 등에 의해 일체형의 구조로 고정될 수 있다.

이와 같은 정착단(211)에는 하나 이상의 제1관통홀(212)이 형성되고, 상기 제1관통홀(212)은 강관체(210)의 길이방향과 평행한 방향으로 연장되면서 정착단(211)을 관통하도록 형성되며, 다수개로 구성되는 경우 정착단(211)의 원주방향으로 상호 이격된 구조를 갖도록 형성된다.

참고로, 상기 정착단(211)은 프리스트레스를 도입시키고자 하는 구조물이나 시설물에 중공 강봉(100)을 설치할 때 중공 강봉(100)의 후단부를 구조물이나 시설물에 고정하는 기능을 제공하게 된다.

상기 엔드홀더(220)는 강관체(210)의 선단부 단면(210a)을 폐쇄하도록 강관체(210)의 선단부에 조립되는 것으로, 이러한 엔드홀더(220)는 제1실시예에서 설명된 엔드홀더(120)와 동일하게 구성될 수 있는 바 엔드홀더(220)에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 강봉체(230)는 강관체(210)의 내부로 삽입되어 강관체(210)와 조립되는 중실형의 봉재로 이루어지며, 볼록한 구형의 선단부 단면(230a)을 포함하고, 강관체(210)에 설치된 정착단(211)과 마주하는 가압판(231)이 후단부에 일체형의 구조로 형성된 것으로 구성된다.

한편, 상기 가압판(231)은 강봉체(230)의 후단부에 형성되어 중공 강봉(200)의 후방으로 돌출되며, 이러한 가압판(231)에는 정착단(211)에 형성된 제1관통홀(212)에 대응하는 제2관통홀(232)이 하나 이상 형성된다.

이와 같은 강봉체(230)는 구형의 선단부 단면(230a)이 엔드홀더(220)에 밀착되고, 후단부가 정착단(211)을 통과하여 후방으로 돌출되면서 정착단(211)과 가압판(231)이 이격된 채로 마주하는 구조를 갖도록 강관체(210)에 조립된다.

상기 고정장치(240)는 제1관통홀(212)과 제2관통홀(232)을 순차적으로 관통하는 구조로 설치되는 볼트(241)와, 상기 볼트(241)의 끝단에 체결되어 정착단(211)과 가압판(231)을 상호 결속하는 너트(242)로 구성된다.

이와 같이 구성된 제2실시예에 따른 중공 강봉(200)은 강관체(210)의 선단부에 엔드홀더(220)가 나사결합에 의해 고정되고, 강봉체(230)의 선단부가 강관체(210)의 내부로 삽입되어 조립되며, 이때 강관체(210)에 형성된 정착단(211)과 강봉체(230)에 형성된 가압판(231)은 상호 이격된 채로 마주하게 된다.

도 19는 제2실시예에 따른 강봉체의 압축과 동시에 강관체가 인장상태인 자기프리스트레스 도입을 보인 예시도를 도시하고 있다.

상기 강관체(210)에 인장상태인 프리스트레스를 도입하기 위하여 강관체(210)를 고정한 상태에서 별도의 유압장치를 이용하여 강봉체(230)의 가압판(231)을 가압하게 되면, 강봉체(230)는 압축되고, 가압판(231)은 정착단(211)에 근접하는 방향으로 이동하게 된다.

이처럼 강봉체(230)의 압축에 의해 상호 근접한 정착단(211)과 가압판(231)에 형성된 제1,2관통홀(212,232)을 관통하도록 볼트(241)를 배치하고, 볼트(241)의 끝단에 너트(242)를 체결하게 되면, 정착단(211)과 가압판(231)이 상호 결속되어 고정됨에 따라 강봉체(230)는 압축된 상태로 구속되고, 강관체(210)는 인장된 상태로 구속되며, 이러한 상태로 공장으로부터 출하된다.

도 20 내지 도 22는 본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉을 이용한 단면증설 과정을 보인 예시도를 도시하고 있다.

제2실시예에 따른 중공 강봉(200)도 콘크리트 구조물의 단면증설 뿐만 아니라, 타부재와의 합성, 사면보강, 터널 암반보강 및 거더에 프리스트레스 도입 등의 작업에 사용될 수 있으며, 도 20 내지 도 22를 참조하여 구조물의 단면증설작업을 실시하는 과정을 설명하도록 한다. 한편 타부재와의 합성작업은 단면증설작업과 동일한 방법으로 진행된다.

한편, 제2실시예에 따른 중공 강봉(200)을 이용한 구조물의 단면증설이나 타부재와의 합성작업은 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명된 제1실시예에 따른 중공 강봉(100)을 이용한 프리스트레스 도입방법과 동일한 공정순서로 진행된다.

먼저, 구조물에 가공된 천공홀(H)에 제2실시예에 따른 중공 강봉(200)을 배치한다. 이때 중공 강봉(200)의 선단에 설치된 엔드홀더(220)가 천공홀(H)의 내측에 위치하도록 중공 강봉(200)을 배치하게 되며, 이후 천공홀(H)에 1차 그라우팅제를 주입하여 중공 강봉(200)의 선단부를 구조물에 고정시킨다(도 20 참조).

이처럼 구조물에 선단부가 고정된 중공 강봉(200)을 이용하여 구조물의 단면증설이나 타부재와의 합성작업 등을 실시하게 되며, 이러한 과정에서 중공 강봉(200)의 후단부에 위치한 정착단(211)을 단면증설되는 단면 또는 합성되는 타부재에 정착하여 고정시키게 된다(도 21 참조).

이후, 정착단(211)과 가압판(231)을 상호 결속하도록 체결된 볼트(241)와 너트(242)를 상호 분리시켜 강관체(210)와 강봉체(230)의 결속을 해제함으로서 강관체(210)에 도입된 인장력을 압축력으로 전환시키게 되며, 이에 따라 중공 강봉(200)의 주변에는 프리스트레스가 도입 즉, 1축, 2축 및 전단강도가 증진된 구조물이 구현된다(도 22 참조).

도 23 및 도 24는 본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉을 이용하여 지반보강을 실시하는 과정을 보인 예시도를 도시하고 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉(200)을 이용한 지반 보강작업은 도 12 및 도 13을 참조하여 설명된 제1실시예에 따른 중공 강봉(100)을 이용한 지반 보강작업과 동일한 방식으로 진행될 수 있다.

다만, 천공홀(H)에 중공 강봉(200)을 설치한 다음, 강관체(210)에 결합되어 있는 강봉체(230)를 강관체(210)로부터 분리하여 지반에 프리스트레스를 도입시키고자 할 때, 정착단(211)과 가압판(231)을 상호 결속하도록 체결된 볼트(241)와 너트(242)를 상호 분리시켜 강관체(210)와 강봉체(230)의 결속을 해제함으로서 강관체(210)에 도입된 인장력을 압축력으로 전환시키게 되며, 이에 따라 중공 강봉(200)의 주변에는 프리스트레스가 도입 즉, 1축, 2축 및 전단강도가 증진된다.

도 25 및 도 26은 본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉을 이용하여 거더에 프리스트레스를 도입하는 과정을 보인 예시도를 도시하고 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 중공 강봉(200)을 이용한 거더(G)의 프리스트레스 도입 작업은 도 14 및 도 15를 참조하여 설명된 제2실시예에 따른 중공 강봉(100)을 이용한 거더 프리스트레스 작업과 동일한 방식으로 진행될 수 있다.

다만, 거더(G)에 중공 강봉(200)의 설치가 완료된 후, 강관체(210)에 결합되어 있는 강봉체(230)를 강관체(210)로부터 분리하여 거더(G) 프리스트레스를 도입시키고자 할 때, 정착단(211)과 가압판(231)을 상호 결속하도록 체결된 볼트(241)와 너트(242)를 상호 분리시켜 강관체(210)와 강봉체(230)의 결속을 해제함으로서 강관체(210)에 도입된 인장력을 압축력으로 전환시키게 되며, 이에 따라 중공 강봉 (100)이 설치된 거더(G)에 프리스트레스가 도입된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중공 강봉(100,200)은 강관체(110,210)와 강봉체(130,230)의 사전조립을 통해 프리스트레스가 도입된 중공 강봉(100,200)이 구성되되, 외부로부터 압력을 전달받기 위한 가압체인 가압판(131,231)이 강봉체(130,230)에 일체형의 형성되어 유압장치에서 전달되는 압력을 강봉체(130,230)로 직접 전달할 수 있으므로 가압 작업이 용이하고, 강관체(110,210)에 조립되어 있는 가압된 강봉체(130,230)를 강관체(110,210)로부터 쉽게 분리할 수 있어 구조물의 단면증설, 타부재와의 합성, 사면보강, 터널 암반보강 및 거더에 프리스트레스 도입 등의 작업의 효율성을 현저히 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 중공 강봉 110: 강관체
111: 제1중공체 112: 제2중공체
116: 정착단 120: 엔드홀더
122: 대응면 123: 관통홀
130: 강봉체 131: 가압판
140: 고정장치 141: 커플러
143: 안내부 200: 중공 강봉
210: 강관체 211: 정착단
212: 제1관통홀 220: 엔드홀더
230: 강봉체 231: 가압판
232: 제2관통홀 240: 고정장치
241: 볼트 242: 너트

Claims (10)

1. 양단부 단면이 개방된 중공의 강관체;
   상기 강관체와 함께 거동하도록 강관체의 후단부에 고정되게 형성되고, 플랜지 형태로 이루어져 프리스트레스를 도입하고자 하는 구조물이나 시설물에 고정 정착되는 정착단;
   상기 강관체의 선단부 단면을 폐쇄하도록 강관체에 조립되며 프리스트레스를 도입하고자 하는 구조물이나 시설물에 고정 정착되는 엔드홀더;
   선단부가 강관체의 내부로 삽입되어 엔드홀더에 밀착되고, 후단부는 정착단을 통과하는 구조로 강관체와 결합되게 설치되며, 정착단을 통과한 후단부에는 정착단과 마주하는 가압판이 일체형으로 형성되어 외부에서 인가되는 압력을 직접 전달받아 압축되면서 강관체를 인장을 유도하는 강봉체; 및
   가압된 강봉체를 강관체에 고정시켜 강관체에 인장력을 형성시키도록 강관체와 강봉체 중 적어도 어느 한 곳에 마련된 고정장치;를 포함하는 것으로 이루어지되,
   상기 강봉체는 볼록한 구형의 선단부 단면을 포함하고,
   상기 엔드홀더는 강봉체의 볼록한 구형 선단부 단면에 대응하는 오목한 구형 대응면 및 강관체의 내부에 충전되는 그라우팅제가 엔드홀더를 통해 엔드홀더의 외측 주변으로 확산될 수 있도록 하는 하나 이상의 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 강관체는 엔드홀더와 결합되는 제1중공체와, 상기 강봉체와 결합되어 강봉체와 함께 거동하는 제2중공체로 분할 구성되며,
   상기 고정장치는 제1중공체 또는 제2중공체의 외측에 나사결합되되, 강관체의 길이방향으로 이동하면서 제1,2중공체와 함께 나사결합되어 제1,2중공체를 상호 결속함으로서 가압된 강봉체를 그 상태로 강관체에 고정시키는 커플러로 구성된 것을 특징으로 하는 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 정착단에는 하나 이상의 제1관통홀이 형성되고,
   상기 가압판에는 제1관통홀과 연통하는 하나 이상의 제2관통홀이 형성되며,
   상기 고정장치는 제1,2관통홀을 순차적으로 관통하는 볼트와, 상기 볼트와 체결되는 너트로 구성된 것을 특징으로 하는 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉.
7. 삭제
8. 청구항 1, 4, 6 중 어느 한 항에 따른 중공 강봉을 단면증설 또는 타부재와의 합성이 요구되는 구조물에 형성된 천공홀에 설치하되, 중공 강봉의 선단부에 구비된 엔드홀더가 천공홀의 안쪽에 위치하고, 중공 강봉의 후단에 구비된 정착단이 천공홀로부터 돌출되도록 중공 강봉을 설치하는 단계(S11);
   상기 천공홀에 설치된 중공 강봉의 선단부 및 엔드홀더가 천공홀에 고정되도록 천공홀에 그라우팅제를 주입하여 중공 강봉을 천공홀에 고정시키는 단계(S12);
   상기 천공홀에 중공 강봉을 고정시킨 후, 천공홀로부터 돌출된 중공 강봉을 이용하여 단면증설을 위한 구조물을 형성하거나 합성이 요구되는 타부재를 설치하되, 중공 강봉의 후단부에 형성된 정착단을 단면증설을 위한 구조물 또는 타부재에 고정되게 설치하는 단계(S13); 및
   상기 중공 강봉을 천공홀에 고정시킨 후, 강관체에 결합된 가압된 강봉체를 강관체로부터 분리시켜 강관체에 형성되어 있던 인장력을 압축력으로 전환시킴으로서 중공 강봉의 주변 구조물에 프리스트레스 및 구속응력을 도입시키는 단계(S14);로 이루어진 것을 특징으로 하는 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉을 이용한 프리스트레스 도입방법.
9. 청구항 1, 4, 6 중 어느 한 항에 따른 중공 강봉을 지반에 형성된 천공홀에 설치하되, 중공 강봉의 선단부에 구비된 엔드홀더가 천공홀의 안쪽에 위치하고, 중공 강봉의 후단에 구비된 정착단이 천공홀의 표층부에 위치하도록 중공 강봉을 설치하는 단계(S21);
   상기 천공홀에 설치된 중공 강봉의 엔드홀더와 정착단이 천공홀에 고정되도록 천공홀에 그라우팅제를 주입하여 중공 강봉을 천공홀에 고정시키는 단계(S22); 및
   상기 중공 강봉을 천공홀에 고정시킨 후, 강관체에 결합된 가압된 강봉체를 강관체로부터 분리시켜 강관체에 형성되어 있던 인장력을 압축력으로 전환시킴으로서 중공 강봉의 주변 지반에 프리스트레스 및 구속응력을 도입시키는 단계(S23);로 이루어진 것을 특징으로 하는 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉을 이용한 프리스트레스 도입방법.
10. 청구항 1, 4, 6 중 어느 한 항에 따른 중공 강봉을 프리스트레스를 도입하고자 하는 거더에 설치하되, 중공 강봉의 선단부에 구비된 엔드홀더가 거더의 일측에 고정되고, 중공 강봉의 후단부에 형성된 정착단이 거더의 타측에 고정되도록 중공 강봉을 거더에 설치하는 단계(S31); 및
    상기 중공 강봉의 설치가 완료된 후, 강관체에 결합된 가압된 강봉체를 강관체로부터 분리시켜 강관체에 형성되어 있던 인장력을 압축력으로 전환시킴으로서 거더에 프리스트레스를 도입시키는 단계(S32);로 이루어진 것을 특징으로 하는 반작용 가압 시스템에 의해 자기프리스트레스 되는 중공 강봉을 이용한 프리스트레스 도입방법.

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