KR101859494B1 - 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기둥 내진 성능 보강 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 선형 부재를 이용하여 기둥을 보강시 기둥의 상하부 접합부에 플레이트를 설치하고, 플레이트에 적어도 하나의 선형 부재를 함께 설치하여 프리스트레싱을 도입하여 보강함으로써 기둥의 접합부 내진 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법에 관한 것이다.

Description

선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법{METHOD FOR REINFORCING EARTHQUAKE-PROOF PERFORMANCE OF PILLAR USING LINEAR MEMBER AND PLATE}

본 발명은 기둥 내진 성능 보강 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 선형 부재를 이용하여 기둥을 보강시 기둥의 상하부 접합부에 플레이트를 설치하고, 플레이트에 적어도 하나의 선형 부재를 함께 설치하여 프리스트레싱을 도입하여 보강함으로써 기둥의 접합부 내진 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법에 관한 것이다.

콘크리트 구조물의 기둥 등과 같은 콘크리트부재의 경우, 그 상측 구조물의 하중뿐만 아니라, 외부로부터 가해지는 충격, 지진 등의 외력에 대해서도 충분히 견딜 수 있어야 한다. 따라서 콘크리트 구조물을 시공한 후 콘크리트 구조물의 노후화나 지진 등에 대비하기 위해 콘크리트부재를 보강하는 방법으로, 일반적으로 콘크리트부재의 외곽을 철근콘크리트, 섬유, 강판 등으로 둘러싸서 보강하는 방법이 사용된다.

그러나, 콘크리트부재를 철근콘크리트로 보강하는 경우에는 중량이 증가하며, 공사 기간과 비용이 많이 소요되고, 시공이 복잡하다. 또한, 섬유로 보강하는 경우에는 콘크리트부재의 강성 증대가 불가능하며, 강판으로 보강하는 경우에는 강판과 기존의 콘크리트부재와의 접합이 용이하지 않고, 용접 등의 작업시 숙련된 기술자가 필요하며, 강판의 크기에 따라 강판을 설치하기 위한 별도의 장비가 필요할 수 있다.

따라서, 상기 보강방법들의 문제를 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제10-1506110호의 "콘크리트 구조물 보강방법", 대한민국 공개특허 제10-2015-0081408호의 "콘크리트 구조물 보강장치 및 이를 이용한 보강방법", 대한민국 등록특허 제10-1738526호의 " 콘크리트 구조물 보강장치 및 보강방법", 대한민국 등록특허 제10-1738525호의 " 콘크리트 구조물 보강장치 및 보강방법" 등이 개시되어 있다.

이들은 콘크리트 구조물의 모서리부마다 정착재를 배치하고, 상기 정착재들 사이에 보강재(강재)를 설치하여, 상기 보강재와 정착재의 나사 체결력에 의해 보강재에 인가되는 인장력을 통해 콘크리트 구조물에 직교하는 단면 중심방향으로 작용하는 구속력을 가하여 콘크리트 구조물을 보강하는 보강장치 또는 보강방법(BR 공법)이다.

한편, 이러한 보강장치의 내진 성능을 확인하기 위하여 실험체를 제작하여 실험을 수행하였다.

1. 개요

실험체에 BR(내진 보강) 공법을 설치하여 BR보강 전ㅇ후의 거동(연성도 등)을 파악하는 것을 목적으로 한다.

2. BR(내진 보강) 공법

1) 기둥의 외주면에 일정 간격으로 보강재(강봉)와 정착재를 배치하여, 기존 RC구조물의 연성도 및 전단내력을 향상시키는 공법

3. 실험 조건

3.1 실험체 제원

1) 기둥 : 300×300㎜, 8D16, D10@150

2) 보 : 300×350㎜, 상단근 4D16, 하단근 4D16, D10@150

3) 기둥 순 높이 : 1,575㎜

4) 보 순 스팬높이 : 2,200㎜

5) 실험체 콘크리트 압축강도 = 35.9MPa

6) 철근 항복강도 = 367.6MPa(주근), 440.2MPa(전단 보강근)

7) 보강 전, 보강후 실험체는 동일 조건

3.2 내진시험방법

1) 하중재하 방법(하중재하사이클)

2) BR실험체 규격

3) 실험체 사진

보강전	보강후

4. 실험 결과

4.1 최종 파괴

1) 보강 전

전체 사진
세부 사진

2) 보강 후

전체 사진
세부 사진

4.2 하중이력곡선

보강 전(하중~변위각)

보강 후(하중~변위각)

4.2 백본 커브(Backbone curve)의 비교

백본 커브(Backbone curve)의 비교

4.3 보강 전·후 연성도 비교

보강 전·후 연성도 비교

위의 실험 결과를 통해 기둥의 외주면에 일정 간격으로 보강재(강봉)와 정착재를 배치하였을 때 RC구조물의 연성도 및 전단내력이 향상되는 것을 확인할 수 있으나, 기둥 상부와 보가 연결되는 접합 부위와, 기둥 하부와 슬래브가 연결되는 접합 부위가 집중적으로 파손되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 선형 부재를 이용하여 기둥을 보강시 기둥의 상하부 접합부에 플레이트를 설치하고, 플레이트에 적어도 하나의 선형 부재를 함께 설치하여 프리스트레싱을 도입하여 보강함으로써 기둥의 접합부 내진 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상부 고정판에 설치된 선형 부재의 정착재에 상부 연결재를 설치하고, 상부 연결재에 고정된 지주핀의 높이를 조정한 상태에서 하부에 설치되는 선형 부재의 정착재를 지주핀에 안착시킴으로서 선형 부재를 등간격으로 용이하게 설치하여 작업 시간을 단축하도록 하는 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

정착재와 보강재로 이루어지는 선형 부재를 이용하여 기둥 내진 성능 보강 공법에 있어서, 보와 슬래브와 연결되는 기둥의 상하 접합부 4면에 플레이트를 면접시키고, 상기 플레이트를 앵커를 이용하여 보와 슬래브에 각각 고정시키는 플레이트 고정 공정과; 어느 하나의 플레이트와 이웃하는 플레이트를 상기 정착재와 보강재를 이용하여 연결 설치하되, 상기 플레이트에 적어도 1단 이상으로 상기 선형 부재를 설치하여 프리스트레싱을 도입하는 1차 선형 부재 설치 공정과; 상기 플레이트에 추가 앵커를 설치하는 추가 앵커 설치 공정과; 상기 기둥의 상하부 접합부에 설치된 각각의 상기 플레이트에 연결재를 상기 기둥에서 수직 방향으로 설치하는 연결재 설치 공정; 및 상기 연결재에 상기 정착재를 안착시킨 다음 어느 하나의 정착재와 이웃하는 정착재 사이를 상기 보강재로 연결 설치하되, 상기 기둥 상하부에 적어도 1단 이상으로 상기 선형 부재를 설치하여 프리스트레싱을 도입하는 2차 선형 부재 설치 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 플레이트는 강재 재질로 "L"자 형태로 절곡되어 기둥의 상하부 접합부 4면에 각각 위치하고, 수평부에 상기 앵커의 관통이 가능하도록 길이 방향으로 복수의 앵커홀이 형성된다.

여기에서 또한, 상기 플레이트는 상기 선형 부재의 보강재와의 연결이 가능하도록 상호 이격된 한 쌍의 플레이트용 정착재가 구비된다.

여기에서 또, 상기 연결재는 바 형태로 형성되되, 일단에 받침판이 구비되고, 길이 방향으로 중앙부에 슬라이딩 홀이 형성되며, 상기 슬라이딩 홀을 중심으로 양단 직각 방향으로 지주핀 홀이 등간격을 가지며 확장 형성되는 본체와; 후방에 상기 정착재가 안착되는 안착부가 형성되고, 전방에 손잡이가 형성되도록 사각 블록 형태로 형성되되, 상기 본체의 슬라이딩 홀에 삽입되어 상기 슬라이딩 홀에서 회전되도록 양측면에 가이드 홈이 형성되고, 상기 가이드 홈의 양측에 상기 지주핀 홀에 삽입되도록 고정 돌기가 돌출 형성되는 지주핀으로 이루어진다.

여기에서 또, 상기 플레이트는 상기 연결재의 본체에 구비된 받침판이 결합되도록 연결재 볼트홀이 구비된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법에 따르면, 선형 부재를 이용하여 기둥을 보강시 기둥의 상하부 접합부에 보강판을 설치하고, 보강판에 적어도 하나의 선형 부재를 함께 설치하여 프리텐션을 도입하여 보강함으로써 기둥의 접합부 내진 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 상부 고정판에 설치된 선형 부재의 정착재에 상부 연결재를 설치하고, 상부 연결재에 고정된 지주핀의 높이를 조정한 상태에서 하부에 설치되는 선형 부재의 정착재를 지주핀에 안착시킴으로서 선형 부재를 등간격으로 용이하게 설치하여 작업 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법이 적용된 기둥의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1중 플레이트와 선형 부재 및 연결재의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 4a 내지 도 4는 본 발명에 따른 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법을 설명하기 위한 설명도이다.

이하, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법이 적용된 기둥의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법이 적용된 기둥의 모습을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1중 플레이트와 선형 부재 및 연결재의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법이 적용된 기둥(1)은 플레이트(10)와, 선형 부재(20) 및 연결재(30)를 구비한다.

먼저, 플레이트(10)는 강재 재질로 "L"자 형태로 절곡 형성되어 기둥(1)의 상하부 접합부 4면에 각각 위치하고, 수평부에 앵커(A)의 관통이 가능하도록 길이 방향으로 복수의 앵커홀(11)이 형성된다. 이때, 플레이트(10)는 기둥이 사각 단면인 경우 4개가 구비되고, 원형인 경우 지름에 따라 2개 이상이 구비된다.

여기에서, 플레이트(10)는 선형 부재(20)의 보강재(23)와의 연결이 가능하도록 상호 이격된 한 쌍의 플레이트용 정착재(13)가 구비되고, 하기에서 설명할 연결재(30)의 본체(31)에 구비된 받침판(31a)이 결합되도록 연결재 볼트홀(15)이 구비된다.

또한, 선형 부재(20)는 통상의 구조로 정착재(21)와 보강재(23)로 이루어져서 플레이트(10) 및 기둥(1)의 상하부 접합부에 각각 설치된다. 이때, 정착재(21)에는 연결재(30)의 본체(31)를 고정하기 위한 볼트홀(미도시)이 구비될 수도 있다.

또, 연결재(30)는 본체(31)와, 지주핀(33)으로 구성된다.

본체(31)는 금속 또는 합성수지 재질로 바 형태로 형성되되, 일단에 받침판(31a)이 구비되고, 길이 방향으로 중앙부에 슬라이딩 홀(31b)이 형성되며, 슬라이딩 홀(31b)을 중심으로 양단 직각 방향으로 지주핀 홀(31c)이 등간격을 가지며 확장 형성된다.

지주핀(33)은 후방에 정착재(21)가 안착되는 안착부(33a)가 형성되고, 전방에 손잡이(33b)가 형성되도록 금속 또는 합성수지 재질로 사각 블록 형태로 형성되되, 본체(31a)의 슬라이딩 홀(31b)에 삽입되어 슬라이딩 홀(31b)에서 회전되도록 양측면에 가이드 홈(33c)이 형성되고, 가이드 홈(33c)의 양측에 지주핀 홀(31c)에 삽입되도록 고정 돌기(33d)가 돌출 형성된다.

이하, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 4a 내지 도 4는 본 발명에 따른 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법을 설명하기 위한 설명도이다.

본 발명에 따른 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법은 플레이트 고정 공정(S10)과, 1차 선형 부재 설치 공정(S20)과, 추가 앵커 설치 공정(S30)과, 연결재 설치 공정(S40) 및 2차 선형 부재 설치 공정(S50)으로 이루어진다.

《플레이트 고정 공정-S10》

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이 보(B)와 슬래브(S)와 연결되는 기둥(1)의 상하 접합부 4면에 플레이트(10)를 면접시키고, 플레이트(10)를 앵커(A)를 이용하여 보(B)와 슬래브(S)에 각각 고정시킨다.

《1차 선형 부재 설치 공정-S20》

플레이트(10)의 설치가 완료되면, 도 4b에 도시된 바와 같이 어느 하나의 플레이트와 이웃하는 플레이트를 정착재(21)와 보강재(23)를 이용하여 연결 설치하여 프리스트레싱을 도입한다. 이때, 플레이트(10)에 적어도 1단 이상으로 선형 부재(20)를 설치하는 것이 바람직하며, 도면에서는 선형 부재(20)를 1단으로 설치한 것을 도시하였고, 2단 이상으로 설치하는 경우 플레이트(10)의 높이를 보다 높게 형성하는 것이 바람직하다.

《추가 앵커 설치 공정-S30》

선형 부재(20)를 통해 프리스트레싱이 도입되면, 도 4c에 도시된 바와 같이 플레이트(10)에 추가 앵커(A)를 설치한다.

《연결재 설치 공정-S40》

플레이트(10)에 추가 앵커(A')의 설치가 완료되면, 도 4d에 도시된 바와 같이 기둥(1)의 상하부 접합부에 설치된 각각의 플레이트(10)에 연결재(30)를 기둥(1)에서 수직 방향으로 설치한다. 이때, 연결재(30)의 지주핀(33)을 손잡이(33b)를 이용하여 수직으로 세운 상태에서 슬라이딩 홀(31b)에 안착부(33a)를 삽입하여 슬라이딩 홀(31b)과 가이드 홈(33c)을 일치시킨 상태에서 원하는 위치의 지주핀 홀(31c)로 이동시킨 다음, 손잡이(33b)를 이용하여 지주핀(33)을 90ㅀ회전시켜 가이드 홈(33c)의 양측에 구비된 고정 돌기(33d)가 지주핀 홀(31c)에 삽입시켜 고정시킨다.

《2차 선형 부재 설치 공정-S50》

연결재(30)의 설치가 완료되면, 도 4e에 도시된 바와 같이 연결재(30)의 지주핀(33)에 구비된 안착부(33a)에 각각의 정착재(21)를 안착시킨 다음 어느 하나의 정착재와 이웃하는 정착재 사이를 보강재(23)로 연결 순차적으로 설치하여 프리스트레싱을 도입하여 보강을 완료한다. 이후 연결재(30)를 플레이트(10)에서 제거한다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 기둥 10 : 플레이트
20 : 선형 부재 21 : 정착재
23 : 보강재 30 : 연결재
31 : 본체 33 : 지주핀

Claims (5)

1. 정착재와 보강재로 이루어지는 선형 부재를 이용하여 기둥 내진 성능 보강 공법에 있어서,
   보와 슬래브와 연결되는 기둥의 상하 접합부 4면에 상기 선형 부재의 보강재와의 연결이 가능하도록 상호 이격된 한 쌍의 플레이트용 정착재가 구비된 플레이트를 면접시키고, 상기 플레이트를 앵커를 이용하여 보와 슬래브에 각각 고정시키는 플레이트 고정 공정과;
   어느 하나의 플레이트와 이웃하는 플레이트를 상기 정착재와 보강재를 이용하여 연결 설치하되, 상기 플레이트에 적어도 1단 이상으로 상기 선형 부재를 설치하여 프리스트레싱을 도입하는 1차 선형 부재 설치 공정과;
   상기 플레이트에 추가 앵커를 설치하는 추가 앵커 설치 공정과;
   상기 기둥의 상하부 접합부에 설치된 각각의 상기 플레이트에 연결재를 상기 기둥에서 수직 방향으로 설치하는 연결재 설치 공정; 및
   상기 연결재에 상기 정착재를 안착시킨 다음 어느 하나의 정착재와 이웃하는 정착재 사이를 상기 보강재로 연결 설치하되, 상기 기둥 상하부에 적어도 1단 이상으로 상기 선형 부재를 설치하여 프리스트레싱을 도입하는 2차 선형 부재 설치 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 플레이트는,
   강재 재질로 "L"자 형태로 절곡되어 기둥의 상하부 접합부 4면에 각각 위치하고, 수평부에 상기 앵커의 관통이 가능하도록 길이 방향으로 복수의 앵커홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 연결재는,
   바 형태로 형성되되, 일단에 받침판이 구비되고, 길이 방향으로 중앙부에 슬라이딩 홀이 형성되며, 상기 슬라이딩 홀을 중심으로 양단 직각 방향으로 지주핀 홀이 등간격을 가지며 확장 형성되는 본체와;
   후방에 상기 정착재가 안착되는 안착부가 형성되고, 전방에 손잡이가 형성되도록 사각 블록 형태로 형성되되, 상기 본체의 슬라이딩 홀에 삽입되어 상기 슬라이딩 홀에서 회전되도록 양측면에 가이드 홈이 형성되고, 상기 가이드 홈의 양측에 상기 지주핀 홀에 삽입되도록 고정 돌기가 돌출 형성되는 지주핀으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 플레이트는,
   상기 연결재의 본체에 구비된 받침판이 결합되도록 연결재 볼트홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 선형 부재와 플레이트를 이용한 기둥 내진 성능 보강 공법.

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