KR101993578B1 - 교량용 고내열피복 와이어로프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량용 와이어로프 내열에 관한 것으로, 산간 계곡이나 소하천에 설치되어 와이어로프에 의해 하중을 지지하는 교량에 있어서, 와이어로프의 외면에 충전홀이 형성된 일정두께의 고내열밴드를 감싸서 피복하고 상기 충전홀에 고내열도료를 충전하여 균일한 두께로 고내열피복을 형성함으로써, 교량 주변에서 산불이 발생될 경우 화염이 와이어로프의 외면에 직접 접촉되어 고열이 와이어로프로 전달되는 것을 방지하는 효과가 발생되는 교량용 고내열피복 와이어로프에 관한 발명이다.

Description

교량용 고내열피복 와이어로프{High heat coating wire rope for bridges}

본 발명은 교량용 와이어로프(wire rope) 내열(耐熱)에 관한 것으로, 산간 계곡이나 소하천에 설치되어 와이어로프에 의해 하중을 지지하는 교량에 있어서, 교량 주변에서 발생되는 산불의 화염이 와이어로프의 외면에 접촉되어 고열에 의해 와이어로프가 열화 손상되는 것을 방지하는 교량용 고내열피복 와이어로프에 관한 기술이다.

일반적으로 산간 지역에 형성되는 계곡 또는 소형 하천에는 현수교나 사장교 또는 아치교 형태로 이루어지는 보도용 교량이 설치되고 있으며, 이러한 교량은 교량 구조물을 매달거나 지반에 지지하기 위한 하중 지지용 와이어로프가 사용되고 있는데, 상기 와이어로프는 강재 소선(素線) 여러 가닥을 스틸코어에 꼬아서 스트랜드를 형성하고, 스트랜드를 여러 가닥 꼬아서 일정 굵기로 형성하고 있다.

와이어로프를 구성하는 소선은 인장강도를 기준으로 E종(135kg/㎟급), G종(150kg/㎟급), A종(165kg/㎟급), B종(180kg/㎟급)이 일반적으로 사용되고 있으며, 이러한 와이어로프는 고열을 받을 경우 소선에 열손상이 발생되고, 열손상된 와이어로프는 교체하는 건설 기준들이 운용되고 있다.

즉, 강재 소선으로 형성하는 와이어로프는 고열이 가해지면 소선이 열화 됨에 따라 기계적 특성 중 인장강도가 저하되는 손상이 발생되어 결국 안전도가 떨어지기 때문에 교체하여야 하는 것이다.

이러한 기준이 나타나 있는 자료(서적)로서 2009. 05. 15. (사)한국공간구조학회에서 발행된 ‘케이블구조 설계기준 및 해석’이 있는데, 이 서적의 129페이지에는 케이블 재료가 화염에 직접 노출될 경우 내화온도 350℃로 내화피복하여 설계할 필요가 있는 것으로 기재하고 있다.

한편, 한국 산림청의 2017년 산불통계 연보(2018. 2)에는 2017년 682건, 최근 10년 평균 394건의 산불이 발생되었으며, 피해면적도 2017년 1480ha, 최근 10년 평균 478ha인 것으로 발표하였다.

이처럼 산림이 나날이 울창해지고 울창한 산림에 더 많은 사람들이 출입함으로 인해 산불이 큰 폭으로 늘어나고 있으며, 산림이 울창하고 낙엽이 많이 쌓인 지역에서 발생되는 산불은 일반적으로 화염 중심부의 온도가 약 1200℃에 이르고 주변 연기의 온도 또한 약 600℃에 이르며, 불기둥은 20m ~ 30m에 이르는 것으로 알려져 있다.

이러한 산불에 의해 산간 지역의 계곡이나 소하천에 사장교 또는 현수교 방식으로 설치되는 교량의 와이어로프 중에 내열피복되지 않은 와이어로프는 단시간이라도 화염에 직접 접촉될 경우, 고열을 전달받아 손상될 것이 자명하며, 이로 인해 교량의 와이어로프를 교체하여야 하는 문제가 발생되고 있다.

특히 산불 화염에 의해 와이어로프가 손상된 경우, 산불진압 요원들이 안전성이 저하된 교량을 이용하면서 교량이 붕괴되어 인명피해가 발생될 수 있는 문제가 있고, 또한 산불에 의한 교량의 와이어로프 안전도 저하에 따라 교량을 통해 산불진압 요원 투입이 어려워 산불진화 작업이 불가능하거나 지체되는 문제가 있다.

따라서 산간 지역에 설치되는 현수교, 사장교 또는 아치교 방식 또는 이와 유사한 형태의 교량 하중 지지용 와이어로프는 내열구조를 구비하여 안전도를 향상시켜야 하는 실정인데, 내열구조를 구비하는 교량 하중 지지용 와이어로프에 대한 종래기술은 공지되었거나 공연히 실시된 것을 찾아 볼 수 없다.

그나마 다소 유사한 종래기술로서 한국 등록특허 제10-756056호 광섬유 복합 강연선과 그 광섬유 복합 강연선의 제조방법 및 변형률 측정 방법이 공지되어 있는데, 여기에는 도 1에 도시한 바와 같이, 관통공(111)이 형성된 제1강연선(112)에 광섬유 격자 브래그 센서를 삽입하고, 강연선(113)의 외주면에 에폭시(114)를 충전하는 기술이 공지되어 있으나, 이는 광섬유 격자 브래그 센서를 보호하기 위한 것일 뿐, 산불로부터 강연선의 열화를 보호하는 기술에 대하여는 아무런 동기나 암시된 사항을 찾아 볼 수 없다.

또한 케이블의 내열과 관련된 종래기술로서 도 2에 도시한 바와 같이 소방용 내화 케이블에서 950℃/180min 정도까지 견디는 마이카테이프(운모테이프) 내화층(내열층)을 와이어로프에 피복하는 기술이 공지되어 있다.

그러나 이러한 마이카테이프를 와이어로프에 피복할 경우 마이카테이프가 탈락되지 않도록 와이어로프에 부착시키거나 마이카테이프의 외면에 또 다른 피복을 장착하여야 하므로 그 구조와 제조공정이 복잡하고 마이카테이프 가격이 고가이어어서 내열케이블 제조비용이 증가하는 문제가 있다.

또한 구조물의 내열피복과 관련된 종래기술로서 건물의 철골구조물 외면에 내화 또는 내열 페인트를 칠하여 화재 발생시 철골구조물이 화염의 열로 인한 영향을 받는 시간을 늦추거나 방지하여 구조물의 붕괴를 방지하는 기능을 수행하되 화염으로부터 철재 빔의 변형을 보호받는 시간은 1시간용 도료와 2시간용 도료가 있다.

내화 또는 내열 페인트 도포 방식은 칠하기와 스프레이 방식이 있는데, 칠하기 방식은 규정 이상의 두께를 얻기 위해 여러 번 칠해야 하고, 스프레이 방식은 일정 두께를 얻기 좋은 반면에 페인트의 손실이 큰 단점이 있다.

이처럼 내화 또는 내열 페인트를 원형 단면을 가지는 와이어로프의 외면에 칠하기 또는 스프레이 방식으로 도포하여 내열구조를 형성하는 경우 앞에서 언급한 것처럼, 내열효과가 발생되도록 일정두께로 도포하기 위해서는 여러 번 반복해서 덧칠 또는 반복 스프레이 작업을 해야 하며, 이에 따른 페인트 손실이 많고, 특히 덧칠하기나 스프레이 도포작업을 통해서는 길이가 길은 와이어로프의 외면에 일정한 두께의 내열층을 균일하게 형성하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 상세하게 산간 지대의 계곡이나 소형 하천에 설치되되 하중 지지용 와이어로프를 사용하는 교량에 있어서, 산불 등의 화재 발생시 화염이 와이어로프에 직접 접촉을 방지하고 화염으로부터 전달되는 고열을 차단하여 교량의 안전성과 내구성을 확보하는 교량용 고내열피복 와이어로프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해소하기 위하여, 본 발명은 교량의 하중 지지용 와이어로프에 있어서, 와이어로프의 외주면에 충전홀이 형성된 일정두께의 고내열밴드를 감싸서 피복하고 상기 충전홀에 고내열도료를 충전하여 일정한 두께의 고내열피복을 균일한 두께로 형성한 고내열피복 와이어로프를 제공하도록 한다.

또는 본 발명은 교량의 하중 지지용 와이어로프에 있어서, 일정두께의 고내열호스에 상기 와이어로프를 끼어넣어 일정한 두께의 고내열피복을 균일한 두께로 형성한 고내열피복 와이어로프를 제공하도록 한다.

상기 충전홀은 고내열밴드 전체면에 다각형 또는 원형의 구멍을 인접 배치하여 형성하되, 상부 구멍 면적은 좁고 하부 구멍 면적은 넓은 상협하광의 경사홀이 되도록 형성하도록 한다.

상기 고내열밴드의 충전홀은 면적이 넓은 하부가 와이어로프의 외주면에 접촉되고 면적이 좁은 상부가 외측에 위치하도록 와이어로프를 나선형으로 감싸서 피복하고, 상단부를 통해 고내열도료를 충전하고, 충전된 고내열도료가 모세관 현상에 의해 충전홀로부터 유출되지 않고 와이어로프의 나선형 홈을 포함하는 외주면에 충전 접착된 다음 응고시켜 와이어로프의 외주면에 일정두께의 고내열피복이 균일한 두께로 피복하도록 한다.

또한 상기 충전홀에 고내열도료를 충전한 상태에서, 고내열도료가 응고되기 전에 고내열밴드의 외주면에 조밀한 눈금의 내열부재를 더 감아서 피복하여, 와어어로프의 외주면에 고내열도료와 고내열밴드 및 내열부재가 적층 응고 결합된 내열부재부 고내열피복을 형성하도록 한다.

그리고 와이어로프의 양단부와 중간부에 결합되는 연결구의 결합부위는 상기 고내열피복 또는 내열부재부 고내열피복을 제거하거나 최소두께로 피복하여 연결구가 와이어로프에 견고하게 결합되도록 한다.

본 발명은 산불 등의 화재 발생시 화염이 와이어로프 외면에 직접 접촉되는 것을 방지하고 화염으로부터 전달되는 고열을 차단함으로써, 교량의 안전성과 내구성을 확보하는 효과가 발생된다.

또한 본 발명은 시중에 일반적으로 유통되는 고내열재료를 사용하여 피복재를 형성하고 고내열페인트를 사용하여 와이어로프에 일정하고 균일한 두께의 고내열피복을 형성함으로써, 화재 발생시 교량의 하중 지지용 와이어로프를 화염으로부터 안전하게 보호하는 효과가 발생된다.

도 1은 종래기술의 광섬유 복합 강연선을 도시한 도면이다.
도 2는 종래기술의 전선 케이블에 대한 내열피복을 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 하중 지지용 와이어로프가 사용된 교량의 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 금속재 와이어로프를 종류별로 촬영한 사진이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 고내열피복 와이어로프의 일실시예를 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명에 따른 고내열피복 와이어로프의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 고내열피복 와이어로프의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.

본 발명의 충분한 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 균등범위의 형태 중에서 도출될 수 있는 구성을 예를 들어 설명한 것이므로, 권리범위가 실시예로 한정되는 것이 아니고, 실시예와 균등한 범위의 구성 모두가 권리범위에 포함된다는 점을 밝혀둔다.

본 발명을 설명함에 있어 현수교, 사장교, 아치교 등의 교량과 같은 이미 공지된 기술의 주요 구성요소에 대한 유기적 결합관계는 본 발명의 요지를 분명하게 하기 위하여 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

교량 지지용 또는 하중 걸이용 와이어로프를 주요 구성요소로 사용하는 현수교 또는 사장교 또는 아치교 또는 이와 유사한 형태의 교량을 산간 지대의 계곡이나 소 하천에 설치함으로써, 등산객이나 탐방객이 험한 지형을 보다 편리하게 이동할 수 있도록 하는 동시에 구조물의 미적 감각을 향상시키고 있고, 등산 레저 활동의 증가에 따라 이러한 형태의 교량 설치 또한 지속적으로 증가하고 있다.

본 발명은 현수교, 사장교 또는 아치교 형태를 포함하여 와이어로프에 의해 하중을 지지하는 구조로 설치되는 교량에 있어서, 현수교 형태로 설치되는 교량은 도 3a에 도시한 바와 같이, 주탑(1)을 지반과 연결하여 지지하는 지지와이어로프(2)와 주탑(1) 사이를 연결하는 주와이어로프(3)와 주와이어로프에 상판조립체(4)를 매달아 거는 행어와이어로프(5)를 모두 고내열피복 와이어로프(A)로 형성한다.

그리고 사장교 형태로 설치되는 교량은 도 3b에 도시한 바와 같이, 사장교 주탑(6)과 앵커리지(7) 및 데크 세그먼트(8)를 연결하는 인장/압축 와이어로프(9)를 모두 고내열피복 와이어로프(A)로 형성하고, 또한 아치교 형태의 교량은 도 3c에 도시한 바와 같이, 아치리브(10)와 거더(11)를 연결하는 아치교 행어와이로프(12)를 모두 고내열피복 와이어로프(A)로 형성한다.

즉, 본 발명은 현수교, 사장교 또는 아치교 형태를 포함하여 와이어로프에 의해 하중을 지지하는 교량의 와이어로프는 모두 고내열재가 일정한 두께로 피복된 고내열피복 와이어로프(A)로 형성하여, 산불 등의 화재 발생시 화염이 직접 와이어로프에 접촉되는 것을 방지하고, 화염으로부터 고열이 와어어로프에 전달되는 것을 방지하여 교량의 안전성과 내구성이 확보되는 효과가 발생되도록 하는 것이다.

상기 고내열피복 와이어로프(A)는 도 4에 도시한 바와 같이, 일반적으로 사용되는 다양한 종류의 금속선재로 형성되는 와이어로프(13)를 지지 하중의 종류에 따라 선택하고, 그 외면에 고내열피복(14)을 형성한다.

상기 고내열피복 와이어로프(A)의 외면을 피복하는 고내열피복(14)의 일실시예는 도 5a에 도시한 바와 같이, 일정폭과 일정두께를 가지는 고내열밴드(15)에 일정크기의 다각형 또는 원형으로 이루어지는 다수개의 충전홀(16)을 인접 배치하여 형성한다.

그리고 도 5b에 도시한 바와 같이, 다수개의 충전홀(16)이 형성된 고내열밴드(15)를 와이어로프(13)의 외면에 감아서 피복하고, 상기 고내열밴드(15)의 외면에 일정점도를 가지는 겔상의 고내열도료(17)을 도포하여 도 5c에 도시한 바와 같이, 고내열밴드의 충전홀(16)과 와이어로프(13)의 외면에 고내열도료(17)를 고르게 충전하고, 이어서 고내열도료(17)를 응고시켜 와이어로프(13)의 전체에 걸쳐 고내열피복(14)을 일정하고 균일한 두께로 형성한다.

상기 충전홀(16)이 구비되는 고내열밴드(15)는 시중에 유통(예시 : 동진실리콘, 단시간 내열온도 350℃ 이상)되는 것으로 유연성이 확보되는 고내열실리콘고무재를 채용하여 형성하는 것이 바람직하고, 피복하는 와이어로프(13)의 종류와 굵기 및 현장 사정에 따라 적정 두께와 적정 폭 및 적정 길이로 플라스틱 성형방식 등을 통해 제조하는 것이 바람직하지만, 이외의 고내열 재료로서 충전홀을 형성하고 와이어로프를 나선형으로 감싸서 피복이 가능한 재료를 선택할 수도 있다.

상기 고내열도료(17)는 시중에서 유통되는 것으로, 스프레이 또는 붓칠 도포가 가능하고, 일정점도를 가지는 고내열성 페인트(예시 : 주식회사 KCC, 열코오트-QT6055, 단시간 내열온도 550℃)를 채용하되, 도포 후 단시간 내에 응고가 이루어지는 것을 채용하거나, 고열에서 안정적으로 피복상태를 유지하는 폴리우레탄이 첨가된 실리콘 페인트 또는 알루미늄 파우더가 첨가된 유기 실리콘 페인트(예시 : 단시간 내열온도 600℃ 이상)를 채용하는 것이 바람직하지만, 적어도 내열온도 350℃ 이상의 고내열도료를 선택하도록 한다.

상기 고내열밴드(15)에 형성하는 다수개의 충전홀(16)은 도 5a 및 5b에 도시한 바와 같이, 상단부 구멍 면적은 좁고 하단부 구멍 면적이 넓은 상협하광의 경사홀로 형성하고, 상기 하단부를 와이어로프(13)의 외주면에 접촉시켜 나선으로 감싸서 피복하며, 상기 고내열도료(17)를 충전홀(16)의 상단부를 통해 충전하여, 도 5c에 도시한 바와 같이, 고내열도료(17)가 충전홀(16)과 와이어로프(13)의 외주면을 이루는 나선형 홈에 충전되며 접착된 상태로 응고가 이루어지도록 한다.

즉, 상기 고내열도료(17)는 스프레이 또는 붓칠 도포를 통해 상협하광 형태의 고내열밴드(15) 충전홀(16)에 겔상태로 충전된 상태에서 충전홀의 상단부가 지면을 향해 위치되는 경우 응고되기 전까지 모세관현상에 의해 외부로 유출되지 않고 와이어로프(13)의 나선형 홈을 포함하는 와이어로프 외주면과 접착되면서 응고하여 일정두께의 고내열피복(14)이 균일한 두께로 형성되는 것이다.

그리고 본 발명의 고내열피복 와이어로프의 다른 실시예는 상술한 일시예와 마찬가지로 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 고내열밴드(15)에 충전홀(16)을 형성하고, 와이어로프(13)의 외주면에 고내열밴드(15)를 나선형으로 감싸서 피복하며, 고내열밴드의 외부에 고내열도료(17)를 도포하여 고내열도료를 충전홀(16)에 충전되도록 한다.

이어서 상기 충전홀(16)에 충전된 고내열도료(17)가 응고되기 전에 고내열밴드(15)의 외면에 도 6a에 도시한 바와 같은 조밀한 눈금의 내열메쉬망 또는 내열천 등의 내열부재(18)를 더 감아서 피복하여, 도 6b에 도시한 바와 같이, 와이어로프(13)의 외주면에 고내열도료(17)에 의해 고내열밴드(15)와 내열부재(18)가 적층 응고 결합된 내열부재부 고내열피복(19)을 형성한다.

상기 고내열밴드(15)와 고내열도료(17)는 앞서 설명한 일실시예와 동일한 재료로 형성하고, 상기 내열부재(18)는 고내열밴드(15)와 동일한 재료로 형성하거나, 시중에 일반적으로 사용되는 내열실리콘 또는 그라스울과 같은 내열재료를 채용하여 형성하는 것이 바람직하다.

이처럼 내열부재(18)를 고내열밴드(15)의 충전홀(16)에 충전된 고내열도료(17)가 응고되기 전에 더 감아서 내열부재부 고내열피복(19)을 형성하는 이유는 충전홀(16)에 충전된 고내열도료가 응고되기 전 겔상태에서 충격 등에 의해 충전홀(16)부터 흘러나와 이탈되는 것을 방지하는 효과가 발생되도록 한 것이다.

고내열피복 와이어로프의 또 다른 실시예는 도 7에 도시한 바와 같이, 시중에서 일반적으로 사용되는 일정두께의 고내열호스(20)에 와이어로프(13)를 끼어넣어 고내열재가 균일한 두께로 피복된 고내열피복 와이어로프를 형성할 수도 있다.

또한 현수교나 사장교 또는 아치교 형태를 포함하여 와이어로프(13)에 의해 하중을 지지하는 구조를 포함하는 교량에 있어서, 상기 와이어로프(13)의 양단부에 결합되는 턴버클 또는 중간부에 결합되는 각종 연결구의 결합부위는 상기 고내열피복(14) 또는 내열부재부 고내열피복(19)을 제거하거나 최소두께로 형성하고, 고내열호스를 끼워서 피복하는 경우에는 고내열호스를 제거하고 형성하여, 상기 연결구가 와이어로프의 외면에 맞닿은 상태로 압착되며 결합되어 결합구가 와이어로프(13)에 견고하게 결합된 상태가 유지될 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 교량 구조에 포함되는 하중지지용 와이어로프(13)에 고열에 견디는 고내열피복(14) 또는 내열부재부 고내열피복(19) 또는 고내열호스(20)를 피복하여 고내열피복 와이어로프를 형성함으로써, 산불 등의 화재 발생시 화염이 와이어로프 외면에 직접 접촉되는 것을 방지하고 고열이 전달되는 것을 차단하여, 고열에 의한 와이어로프(13)의 소손 또는 손상을 방지하는 효과가 발생되는 것이다.

A : 고내열피복 와이어로프
1 : 현수교 주탑 2 : 지지와이어로프
3 : 주와이어로프 4 : 상판조립체
5 : 행어와이어로프 6 : 사장교 주탑
7 : 앵커리지 8 : 세그먼트
9 : 인장/압축 와이어로프 10 : 아치리브
11 : 거더 12 : 아치교 행어와이어로프
13 : 와이어로프 14 : 고내열피복
15 : 고내열밴드 16 : 충전홀
17 : 고내열도료 18 : 내열부재
19 : 내열부재부 고내열피복 20 : 고내열호스

Claims (7)

1. 교량의 하중 지지용 와이어로프에 있어서,
   상기 와이어로프의 외주면에 충전홀이 형성된 일정두께의 고내열밴드를 감싸서 피복하고 상기 충전홀에 고내열도료를 충전하여 일정하고 균일한 두께의 고내열피복을 형성하며,
   상기 충전홀은 고내열밴드 전체면에 다각형 또는 원형의 구멍을 인접 배치하여 형성하되, 상단부 구멍 면적은 좁고 하단부 구멍 면적이 넓은 상협하광의 경사홀로 형성하는 것을 특징으로 하는 교량용 고내열피복 와이어로프.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 고내열밴드의 충전홀은 면적이 넓은 하부가 와이어로프의 외주면에 접촉되고 면적이 좁은 상부가 외측에 위치하도록 와이어로프를 나선형으로 감싸서 피복하는 것을 특징으로 하는 교량용 고내열피복 와이어로프.
5. 제4항에 있어서,
   상기 충전홀의 상단부를 통해 고내열도료를 충전하여, 충전된 고내열도료가 모세관 현상에 의해 충전홀로부터 유출되지 않고 와이어로프의 나선형 홈을 포함하는 외주면에 충전 접착된 다음 응고시켜 와이어로프의 외주면에 일정두께의 고내열피복이 균일한 두께로 피복되도록 하는 것을 특징으로 하는 교량용 고내열피복 와이어로프.
6. 제4항에 있어서,
   상기 충전홀에 고내열도료를 충전한 상태에서,
   고내열도료가 응고되기 전에 고내열밴드의 외주면에 조밀한 눈금의 내열부재를 더 감아서 피복하여,
   와어어로프의 외주면에 고내열도료와 고내열밴드 및 내열부재가 적층 응고 결합된 내열부재부 고내열피복을 형성하는 것을 특징으로 하는 교량용 고내열피복 와이어로프.
7. 제1항에 있어서,
   상기 와이어로프의 양단부 또는 중간부에 결합되는 각종 연결구의 결합부위는 상기 고내열피복을 제거하거나 최소두께로 형성하여 연결구가 와이어로프에 견고하게 결합된 상태가 유지될 수 있도록 형성하는 것을 특징으로 하는 교량용 고내열피복 와이어로프.

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