KR102115909B1 - Strengthening and Deformation Recovery Method using Characteristics of Recovery Stress of Iron based Shape Memory Alloly for Deteriorated Reinforced Concrete Structures in Use - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기존 콘크리트 구조물이 환경조건, 하중조건, 사용조건등의 변화 및 필요성에 의해 사용중 균열 및 변형발생 그리고 내하력 저하 시 철계형상기억합금 보강재를 이용해 보강하고 접촉식 또는 비접촉식 가열방법으로 회복응력을 유발시켜 프리스트레스와 유사한 효과를 얻을 수 있으며, 이로부터 기존 콘크리트 구조물에 발생한 균열이나 변형 그리고 내하력을 원하는 정도로 회복시킬 수 있는 보강공법에 관한 것이다.In the present invention, the existing concrete structure is reinforced with an iron-based reinforcing alloy reinforcement when cracks and deformations occur during use and the load capacity decreases due to changes and necessity of environmental conditions, load conditions, use conditions, etc., and recovers stress by contact or non-contact heating method. It is related to a reinforcing method capable of recovering cracks, deformations, and load carrying capacity in an existing concrete structure to a desired degree.
토목 및 건축에 있어서 가장 널리 사용되고 있는 재료는 강재와 콘크리트이다. 강재는 저비용으로 얻을 수 있는 고장력 재료이고, 콘크리트 또한 저비용의 고압축성 재료일 뿐만 아니라, 이들은 서로 부착성이 좋고 열팽창 계수도 유사하므로 강재와 콘크리트를 이용하여 내구성이 높고 공정비용이 저렴한 콘크리트 구조물을 건설할 수 있다. 이러한, 콘크리트 구조물은 사용 중에 과부하나 환경조건에 의해 변형이 발생할 수 있다.The most widely used materials in civil engineering and architecture are steel and concrete. Steel is a high-strength material that can be obtained at low cost, and concrete is not only a low-cost high-compression material, but they also have good adhesion and similar thermal expansion coefficients, so they use steel and concrete to construct a durable, low-cost concrete structure. can do. The concrete structure may be deformed due to overload or environmental conditions during use.
이러한, 콘크리트 구조물의 변형 시 이를 보강하기 위해서는 다양한 방법이 있다.There are various methods to reinforce the concrete structure when it is deformed.
우선, 콘크리트 구조물을 보강하는 방법으로는 보강재를 부착하는 방법이 가장 일반적이다. 즉, 콘크리트 구조물의 휨 인장력이 집중되는 부위에 보강재를 부착하여 보강함으로써 예상되는 인장파괴나 전단파괴를 방지하도록 하는 방법인 것이다.First, as a method of reinforcing a concrete structure, a method of attaching a reinforcing material is most common. That is, it is a method to prevent the expected tensile or shear failure by attaching and reinforcing the reinforcement by attaching the reinforcement to the area where the flexural tensile force of the concrete structure is concentrated.
이러한 보강재를 부착하는 보강방법은 그 보강재의 특성에 따라 보강의 효과가 달라지므로 보강재의 종류도 다변화되어 현장에서 응용되고 있는데, 그 대표적인 예로는 강판을 부착하여 보강하는 방법과 특수 섬유재를 부착하여 보강하는 방법을 들 수 있다.Reinforcing methods for attaching these reinforcing materials have various types of reinforcing materials and are applied in the field because the effect of reinforcing varies depending on the characteristics of the reinforcing materials. Typical examples include reinforcing methods by attaching steel sheets and special fiber materials. And a method of reinforcing.
상기 예들을 각각 살펴보면 우선, 강판을 부착하여 보강하는 방법은 재료비가 비교적 저렴하므로 가장 보편적으로 이용되는 방법이나, 강판 자체의 무게가 무거워 중장비를 동원해야 하는 등 협소한 장소에서의 작업이 어려운 문제점이 있고, 보강재인 강판자체의 부식, 강판 부착부위의 균열(crack) 발생, 용접부위의 변형 및 균열파괴 등이 문제되므로 보강효과가 일시적이고 공정별 시공비가 비싸다.Looking at each of the above examples, first, the method of attaching and reinforcing the steel sheet is the most commonly used method because the material cost is relatively inexpensive, but the weight of the steel sheet itself is heavy, so it is difficult to work in a narrow place such as the need to mobilize heavy equipment. There is a problem of corrosion of the steel sheet itself, which is a reinforcing material, crack generation at the steel sheet attachment site, deformation of the welding site, and crack fracture, so the reinforcing effect is temporary and the construction cost is high for each process.
다음으로, 특수 섬유재를 부착하여 보강하는 방법을 살펴보면 상술한 강판 자체로부터 야기되는 문제점을 해결하기 위하여 특수 제작된 소재를 부착 보강하는 방법으로서 그 소재의 특성이 보강의 효과를 높여준다고 볼 수 있으며, 국내 건설현장에서 이용되는 것은 탄소섬유가 가장 대표적이므로 탄소섬유를 이용한 보강방법을 살펴본다.Next, looking at a method of attaching and reinforcing a special fiber material, as a method of attaching and reinforcing a specially manufactured material to solve the problems caused by the above-mentioned steel sheet itself, it can be seen that the properties of the material enhance the effect of reinforcement. , Carbon fibers are the most representative of those used in construction sites in Korea.
탄소섬유를 부착하여 보강하는 방법은 일방향으로 배열된 탄소섬유시트(Carbon Fiber Sheet)를 프라이머(primer) 및 에폭시 접착제를 이용하여 보강될 부위에 함침 부착시키는 방법과, 탄소판 컴퍼지트(Carbon Fiber Composite)를 에폭시 접착제로 부착시키는 방법으로 나누어 볼 수 있다.The method of attaching and reinforcing the carbon fiber is a method of impregnating and attaching a carbon fiber sheet arranged in one direction to a portion to be reinforced using a primer and an epoxy adhesive, and a carbon fiber composite. It can be divided into a method of attaching with an epoxy adhesive.
우선, 탄소섬유시트를 부착하여 보강하는 방법은 기존 구조물의 보강하고자 하는 부위를 표면처리하고, 시공표면의 높낮이를 조정하여 그 표면에 프라이머를 도포하고 난 후, 에폭시 접착제를 사용하여 탄소섬유시트를 접착시키고, 다시 탄소섬유시트 표면에 탑 코트(top coat)로 함침시키는 방법이다. 별도의 중장비를 동원하지 않고 수작업으로 할 수 있는 방법으로서 소재는 부식이 없고 내구성이 우수하며, 콘크리트면 접착이 확실하고 전단보강 및 보강될 부위를 감싸서 보강할 수 있다는 등의 장점이 있다.First, in the method of attaching and reinforcing the carbon fiber sheet, the surface to be reinforced of the existing structure is treated, and the height of the construction surface is adjusted to apply the primer on the surface, and then the carbon fiber sheet is used using an epoxy adhesive. It is a method of bonding and impregnating the surface of the carbon fiber sheet with a top coat again. As a method that can be performed manually without mobilizing additional heavy equipment, the material has advantages such as no corrosion and excellent durability, reliable adhesion to the concrete surface, and reinforcement by wrapping the area to be reinforced and reinforced.
그러나, 탄소섬유시트를 이용한 보강방법은 상술한 바와 같이 번거롭고 복잡한 수작업 과정을 거쳐야 하며, 보강효과를 높이기 위하여 적층매수를 늘리면 적층 매수에 따른 보강효과가 비례적이지 아니하며, 공정시간이 길어지고 균일한 적층폭으로 시공하기가 난해하므로 치수안전성에 문제가 있다.However, the reinforcing method using the carbon fiber sheet has to go through a cumbersome and complicated manual process as described above, and if the number of laminated sheets is increased to increase the reinforcing effect, the reinforcing effect according to the number of laminated sheets is not proportional, and the process time is long and uniform. There is a problem in dimensional safety because it is difficult to construct with a lamination width.
또한, 보강의 효과는 넓은 범위에 걸쳐 상기한 탄소섬유시트를 부착해야만 그 효과가 나타나는 것으로 이러한 경우 통기성이 없으며, 구비해야 하는 소재의 양에 따른 시공단가가 높아지는 등의 문제점이 있었다.In addition, the effect of reinforcing is that the effect is exhibited only when the above-described carbon fiber sheet is attached over a wide range. In this case, there is a problem in that there is no breathability, and the construction cost increases according to the amount of material to be provided.
다음으로, 콘크리트 구조물의 시공시 프리스트레싱하여 프리스트레스트 콘크리트를 제작하는 방법도 있다.Next, there is a method of producing prestressed concrete by prestressing the concrete structure during construction.
여기서, 콘크리트 구조물에 프리스트레스를 주기 위한 방법으로 콘크리트를 타설하기 전에 PS강선을 긴장하여 설치하는 경우는 프리텐션방식이라 하고, 콘크리트가 경화한 후 PS강선을 긴장하는 방법을 포스트텐션방식이라 한다.Here, as a method for prestressing the concrete structure, when the PS steel wire is tensioned and installed before pouring concrete, it is called a pretension method, and the method of tensioning the PS steel wire after the concrete is cured is called a post tension method.
(특허문헌 1) KR10-0537407 B1 보강재 수직 삽입식 구조물의 보강방법(Patent Document 1) KR10-0537407 B1 Reinforcing material Reinforcement method of vertically inserted structure
(특허문헌 2) KR10-1255471 B1 프리스트레스 도입 방향이 자유로운 긴장재 및 이를 이용한 비정형 콘크리트 구조물의 긴장재 정착구조(Patent Document 2) KR10-1255471 B1 Prestressed tension material with free orientation and tension member fixing structure of atypical concrete structure using the same
하지만, 상기에서 언급된 보강재를 이용한 방법에서 보강재의 재료특성상 가장 보편적으로 사용되는 철근과 유사한 재료적 특성을 갖는 보강재 사용이 설계특성상 가장 유리하지만 탄소섬유와 같은 섬유보강재는 철근과 그 역학특성이 매우 달라 보강설계에 어려움이 있고 경제적이지 못하다. 재료적인 특성이 철근과 비슷한 강판을 단순히 앵커를 이용하여 부착하는 방법은 모체 손상뿐 아니라 강판에 의한 자중만을 증가시키기 때문에 중량대비 보강성능이 매우 비효율적이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 프리스트레스트 콘크리트 구조물을 제작하는 방법은 보강재의 중량대비 보강효율을 증가시킬 수 있는 문제점은 해결할 수 있었으나, 콘크리트와의 부착 혹은 구조물 전체와의 결합을 위해서는 별도의 기계적 장치가 필요하고, 제작과정이 복잡하여 제작시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다. However, in the method using the above-mentioned reinforcing material, the use of reinforcing material having a material characteristic similar to that of the most commonly used reinforcing material is most advantageous in terms of design properties, but fiber reinforcement materials such as carbon fiber have very strong reinforcing bars and their mechanical properties. Because it is different, it has difficulties in reinforcement design and is not economical. The method of simply attaching a steel plate with similar material properties to reinforcing bars using an anchor increases the weight of the steel plate as well as the damage to the matrix, so the reinforcement performance against weight is very inefficient. The method of manufacturing the prestressed concrete structure to solve this problem could solve the problem of increasing the reinforcement efficiency compared to the weight of the reinforcement material, but a separate mechanical device is required for attaching to the concrete or combining with the entire structure. And, there was a problem that the production process was complicated and the production time was long.
또한, 현존하는 구조물에서 상당 부분은 지하구조물이며 대부분은 부정정 구조 형식을 취하고 있다. 이러한 구조물에서의 보강은 기존 보강방법으로 보강이 이루어지기 어렵거나 아예 구조물을 개축하여 경제적인 손실을 발생시키는 경우가 있다.In addition, many of the existing structures are underground structures, and most of them take the form of indeterminate structures. Reinforcement in such structures may be difficult to reinforce with existing reinforcement methods, or may result in economic loss by remodeling the structure altogether.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 철계형상기억합금의 회복능력특성을 이용한 기존 철근콘크리트 구조물의 균열, 변형회복 및 내하력 보강공법은 보강재로서 콘크리트 구조물에 가장 많이 사용되는 철근과 역학적 성질이 유사한 Fe-Mn-Si계 형상기억합금에 Ti 및 과량 분산된 C를 석출경화 열처리를 통해 미세한 Ti-C 석출상을 석출하여 철계형상기억합금의 별도의 트레이닝 작업 없이도 회복응력의 향상과 더불어 기계적 강도인 항복강도를 높이되, Fe-Mn-Si계 형상기억합금에 Ti 및 과량 분산된 C가 동시에 포함되며, Cr의 함량을 낮추면서 C의 함량을 상대적으로 높이되 Ti와 C의 중량비 조정을 통해 Ti-C 석출상을 원활히 형성함으로써 크롬산탄화물(Cr23C6) 석출물이 만들어지지 않도록 하여 기계적 특성을 향상시킨 철계형상기억합금을 제작하여 작업효율성이 높아짐은 물론, 이로 인한 생산성, 비용절감 효과를 얻을 수 있는 철계형상기억합금의 회복능력특성을 이용한 기존 철근콘크리트 구조물의 균열, 변형회복 및 내하력 보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the cracking, deformation recovery and load bearing reinforcing method of the existing reinforcing concrete structure using the recoverability characteristics of the iron-based reinforcing alloy according to the present invention is a reinforcing material that has the most used reinforcing bars and mechanical properties. Similar to Fe-Mn-Si-based shape memory alloys, Ti and excessively dispersed C are precipitated through a precipitation hardening heat treatment to precipitate fine Ti-C precipitation phases. The phosphorus yield strength is increased, but the Fe-Mn-Si-based shape memory alloy contains Ti and excessively dispersed C at the same time, and the content of C is relatively increased while the content of Cr is lowered, but the weight ratio of Ti and C is adjusted. By forming the Ti-C precipitation phase smoothly, chromium carbide (Cr23C6) precipitates are not formed, and the iron-based memory alloy with improved mechanical properties is manufactured to increase work efficiency and to reduce productivity and cost. The purpose is to provide a method of reinforcing the cracking, deformation recovery, and load carrying capacity of existing reinforced concrete structures using the recoverability characteristics of the iron-based memory alloy.
본 발명의 또 다른 목적은 철계형상기억합금을 사전 변형시킨 철계형상기억합금 보강재를 이용하여 기존 콘크리트 구조물을 보강한 후 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일로 철계형상기억합금 보강재를 가열하여 변형된 일부 또는 전부를 회복시켜 프리스트레싱력이 부가되게 함으로써 기존 콘크리트 구조물에 발생한 균열 및 변형을 제어하여 기존 콘크리트 구조물의 균열, 변형회복 및 내하력을 증진할 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to reinforce the existing concrete structure by using an iron-based reinforcing material reinforced with an iron-based reinforcing alloy pre-deformed, and then partially or modified by heating the iron-based reinforcing material with a contact or non-contact electric induction coil. It is intended to improve the cracking, deformation recovery and load carrying capacity of existing concrete structures by controlling the cracks and deformations occurring in the existing concrete structures by restoring the whole and adding the prestressing force.
본 발명의 또 다른 목적은 철계형상기억합금 보강재를 도입하여 콘크리트의 축력, 전단력, 휨모멘트, 비틀림모멘트 저항력 향상, 연성증가, 내진성능 향상시킴으로써 보강 설계시 단면적을 줄일 수 있어 비용절감, 작업시간 단축, 공간 활용성 및 구조물의 경량화를 유도할 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to improve the axial force, shear force, bending moment, torsional moment resistance, increase ductility, and seismic performance of concrete by introducing an iron-based memory alloy reinforcement, thereby reducing the cross-sectional area during reinforcement design, reducing cost and reducing work time , In order to induce space utilization and weight reduction of structures.
본 발명의 또 다른 목적은 기존 콘크리트 구조물의 보강시 복잡한 기계장치를 사용하지 않고 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일로 가열하여 철계형상기억합금 보강재에 회복응력을 부여하기 때문에 작업시간이 단축되어 교통문제 및 사용중지 현상을 방지함으로써 경제적 손실을 줄일 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to improve the existing concrete structure without using a complicated mechanical device using a contact type or non-contact type electric induction coil to provide a recovery stress to the iron-based suppository reinforcement material, thus shortening the working time and reducing transportation problems and It is intended to reduce economic losses by preventing discontinuation.
본 발명의 또 다른 목적은 기존 콘크리트 구조물에 회복응력의 정도를 사전에 검토하여 보강 후 사용중 변형이 발생할 경우 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일로 가열하여 철계형상기억합금 보강재의 회복응력을 활성화시켜 재긴장 효과를 얻을 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to re-tension by activating the recovery stress of the iron-based reinforcing alloy reinforcement by heating with a contact or non-contact electric induction coil when deformation occurs during use after reinforcement by reviewing the degree of recovery stress in advance in the existing concrete structure. It is to help you get the effect.
본 발명의 또 다른 목적은 지하구조물이나 부정정 구조물과 같이 기존 보강방법으로는 보강이 어려운 상황에서도 보강을 실시할 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to enable reinforcement even in situations in which reinforcement is difficult with existing reinforcement methods such as underground structures or irregular structures.
본 발명은 보강재로서 콘크리트 구조물에 가장 많이 사용되는 철근과 역학적 성질이 유사한 Fe-Mn-Si계 형상기억합금에 Ti 및 과량 분산된 C를 석출경화 열처리를 통해 미세한 Ti-C 석출상을 석출하여 철계형상기억합금의 별도의 트레이닝 작업 없이도 회복응력의 향상과 더불어 기계적 강도인 항복강도를 높이되, Fe-Mn-Si계 형상기억합금에 Ti 및 과량 분산된 C가 동시에 포함되며, Cr의 함량을 낮추면서 C의 함량을 상대적으로 높이되 Ti와 C의 중량비 조정을 통해 Ti-C 석출상을 원활히 형성함으로써 크롬산탄화물(Cr23C6) 석출물이 만들어지지 않도록 하여 기계적 특성을 향상시킨 철계형상기억합금을 제작하여 작업효율성이 높아짐은 물론, 이로 인한 생산성, 비용절감 효과를 얻을 수 있다.The present invention is a Fe-Mn-Si-based shape memory alloy having similar mechanical properties to rebars most frequently used in concrete structures as reinforcing materials, and precipitates fine Ti-C precipitates through precipitation hardening heat treatment of C and Ti dispersed in excess. The recovery stress is improved and the yield strength, which is the mechanical strength, is increased without separate training of the shape memory alloy, but Ti and excessively dispersed C are simultaneously included in the Fe-Mn-Si type shape memory alloy, and the content of Cr is lowered. While the content of C is relatively high, Ti-C precipitation phase is smoothly formed by adjusting the weight ratio of Ti and C to prevent the formation of chromium carbide (Cr23C6) precipitates, and the work is made by manufacturing an iron-type memory alloy with improved mechanical properties. In addition to increasing efficiency, productivity and cost reduction effects can be obtained.
또한, 철계형상기억합금을 사전 변형시킨 철계형상기억합금 보강재를 이용하여 기존 콘크리트 구조물을 보강한 후 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일로 철계형상기억합금 보강재를 가열하여 변형된 일부 또는 전부를 회복시켜 프리스트레싱력이 부가되게 함으로써 기존 콘크리트 구조물에 발생한 균열 및 변형을 제어하여 기존 콘크리트 구조물의 균열, 변형회복 및 내하력을 증진할 수 있다.In addition, after reinforcing the existing concrete structure using the iron-based reinforcing material reinforced with the iron-based reinforcing alloy pre-deformed, the iron-based reinforcing material is heated with a contact-type or non-contact electric induction coil to recover some or all of the deformed material, and prestressing. By applying a force, it is possible to control the cracks and deformations occurring in the existing concrete structures to improve the cracks, deformation recovery and load carrying capacity of the existing concrete structures.
그리고 철계형상기억합금 보강재를 도입하여 콘크리트의 축력, 전단력, 휨모멘트, 비틀림모멘트 저항력 향상, 연성증가, 내진성능 향상시킴으로써 보강 설계시 단면적을 줄일 수 있어 비용절감, 작업시간 단축, 공간 활용성 및 구조물의 경량화를 유도할 수 있다.In addition, by introducing the iron-based reinforcing material reinforcement material, the axial force, shear force, bending moment, torsional moment resistance, and increase in ductility and seismic performance of concrete can be reduced to reduce the cross-sectional area during reinforcement design, thereby reducing cost, reducing work time, reducing space utilization, and structure It can induce lighter weight.
또한, 기존 콘크리트 구조물의 보강시 복잡한 기계장치를 사용하지 않고 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일로 가열하여 철계형상기억합금 보강재에 회복응력을 부여하기 때문에 작업시간이 단축되어 교통문제 및 사용중지 현상을 방지함으로써 경제적 손실을 줄일 수 있다.In addition, when reinforcing the existing concrete structure, the working time is shortened and traffic problems and stoppage are prevented because the recovery stress is applied to the iron-based stiffener alloy reinforcement by heating with a contact or non-contact electric induction coil without using a complicated mechanical device. By doing so, economic losses can be reduced.
그리고 기존 콘크리트 구조물에 회복응력의 정도를 사전에 검토하여 보강 후 사용중 변형이 발생할 경우 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일로 가열하여 철계형상기억합금 보강재의 회복응력을 활성화시켜 재긴장 효과를 얻을 수 있다.In addition, if the deformation occurs during use after reinforcement by reviewing the degree of recovery stress in the existing concrete structure in advance, it is possible to obtain a retension effect by activating the recovery stress of the iron-based reinforcing alloy reinforcement by heating with a contact or non-contact electric induction coil.
아울러, 지하구조물이나 부정정 구조물과 같이 기존 보강방법으로는 보강이 어려운 상황에서도 보강을 실시할 수 있는 유용한 발명이다.In addition, it is a useful invention that can be reinforced even in situations where reinforcement is difficult with existing reinforcement methods, such as underground structures or irregular structures.
도 1은 본 발명에서의 철계형상기억합금의 제조방법을 도시한 블록도.
도 2는 철계형상기억합금의 U-bending test를 위한 테스터를 도시한 사진.
도 3은 U-bending test 후 시료의 상하변위를 측정하는 상태를 도시한 사진.
도 4는 철계형상기억합금의 가열 전과 후의 U-bending test의 결과값을 도시한 사진.
도 5는 철계형상기억합금의 형상 회복시험 결과를 도시한 도표.
도 6의 (a)는 본 발명에서의 철계형상기억합금 보강재를 이용한 부착강도가 좋지 않은 보 또는 슬래브의 휨보강 상태를 도시한 정면도이고, 도 6의 (b)는 측면도.
도 7의 (a)는 본 발명에서의 철계형상기억합금 보강재를 이용한 부착강도가 좋은 보 또는 슬래브의 휨보강 상태를 도시한 정면도이고, 도 7의 (b)는 측면도.
도 8의 (a)는 본 발명에서의 철계형상기억합금 보강재를 이용한 보 또는 슬래브의 전단보강 상태를 도시한 정면도이고, 도 8의 (b)는 측면도.
도 9는 본 발명에서의 철계형상기억합금 보강재를 이용한 기둥의 보강 상태를 도시한 정면도.
도 10은 본 발명에서의 철계형상기억합금 보강재를 이용한 암거의 전단보강 상태를 도시한 정면도.
도 11은 본 발명의 철계형상기억합금 보강재를 이용한 개구부가 형성된 구조물의 보강상태를 도시한 평면도.
도 12는 본 발명에서 스테이플러침형태의 철계형상기억합금 보강재를 이용한 균열이 형성된 구조물의 보강상태를 도시한 평면도.
도 13은 본 발명에서의 철계형상기억합금 보강재에 열을 가하는 상태를 도시한 상태도.1 is a block diagram showing a method of manufacturing an iron-based memory alloy in the present invention.
Figure 2 is a photograph showing a tester for the U-bending test of the iron-based memory alloy.
Figure 3 is a photograph showing the state of measuring the vertical displacement of the sample after the U-bending test.
Figure 4 is a photograph showing the results of the U-bending test before and after the heating of the iron-based memory alloy.
Figure 5 is a diagram showing the results of the shape recovery test of the iron-based memory alloy.
Figure 6 (a) is a front view showing the bending reinforcement state of the beam or slab is not good adhesion strength using the iron-based memory alloy reinforcement in the present invention, Figure 6 (b) is a side view.
Figure 7 (a) is a front view showing the bending reinforcement state of the beam or slab with good adhesion strength using the iron-based memory alloy reinforcement in the present invention, Figure 7 (b) is a side view.
Figure 8 (a) is a front view showing the shear reinforcement state of the beam or slab using the iron-based reinforcing material reinforcement in the present invention, Figure 8 (b) is a side view.
Figure 9 is a front view showing the reinforcement state of the pillar using the iron-based reinforcing material reinforcement in the present invention.
Figure 10 is a front view showing the shear reinforcement state of the culvert using the iron-based stiffener alloy reinforcement in the present invention.
11 is a plan view showing a reinforcement state of a structure in which an opening is formed using the iron-based memory alloy reinforcement of the present invention.
12 is a plan view showing a reinforcement state of a crack-formed structure using a staple-type iron-based reinforcing alloy reinforcement in the form of a stapler in the present invention.
13 is a state diagram showing a state of applying heat to the iron-based reinforcing material reinforcement in the present invention.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 대해 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
가. 철계형상기억합금 보강재 제작단계end. Steel-type memory alloy reinforcement manufacturing step
본 단계는 철계형상기억합금으로 이루어진 보강재(20)를 제조하기 위한 공정이다.This step is a process for manufacturing a reinforcing
여기서, 본 단계에서의 철계형상기억합금은 Mn 14 ∼ 19wt%, Si 3 ∼ 7wt%, Cr 4.5 ∼ 5.5wt%, Ti 0.1 ∼ 2wt%, C 0.05 ∼ 0.3wt%, Ni 3.5 ∼ 4.5wt% 및 잔부 Fe를 포함하되, 석출경화 열처리를 통해 Ti-C 석출상을 석출하여 이루어져 있으며, 이때에, Ti-C 석출상을 구성하는 Ti와 C는 3.8 ∼ 4.2 : 1의 중량비율로 이루어져 있다.Here, the iron-based spheroidal alloy in this step is
이를 위해 본 발명에서는 철계형상기억합금을 제조한다.To this end, in the present invention, an iron-based memory alloy is manufactured.
상기 철계형상기억합금은 Mn 14 ∼ 19wt%, Si 3 ∼ 7wt%, Cr 4.5 ∼ 5.5wt%, Ti 0.1 ∼ 2wt%, C 0.05 ∼ 0.3wt%, Ni 3.5 ∼ 4.5wt% 및 잔부 Fe를 포함하되, 석출경화 열처리를 통해 Ti-C 석출상을 석출시켜 형성되며, 이때에, Ti-C 석출상을 구성하는 Ti와 C는 3.8 ∼ 4.2 : 1의 중량비율로 이루어진다.The iron-based memory alloy includes
이러한, 철계형상기억합금은 Mn 14 ∼ 19wt%, Si 3 ∼ 7wt%, Cr 4.5 ∼ 5.5wt%, Ti 0.1 ∼ 2wt%, C 0.05 ∼ 0.3wt%, Ni 3.5 ∼ 4.5wt% 및 잔부 Fe를 포함하는 인고트를 제조하고, 상기 인고트를 열간압연하여 1차 철계형상기억합금을 제조한 후, 상기 1차 철계형상기억합금을 700 ∼ 1,000℃의 온도에서 석출경화 열처리를 진행하여 Ti-C 석출상을 석출시켜 제조할 수 있게 된다.This, iron-based storage alloy includes
여기서, 상기 C를 임계치 미만으로 혼합할 경우에는 기계적특성을 기대하기 어렵고, 임계치를 초과할 경우에는 기계적 강도는 향상되나 다양항 형상으로의 작업이 어려움은 물론, 대량생산이 힘들어 상업적 응용에 제약을 받게 된다.Here, when the C is mixed below the threshold, it is difficult to expect mechanical properties, and when it exceeds the threshold, mechanical strength is improved, but it is difficult to work in various shapes, and mass production is difficult, which limits restrictions on commercial applications. Will receive.
또한, Ti는 Cr보다 C와의 반응성이 높아 C와 우선반응 하기 때문에 C가 다량 첨가되더라도 재료의 강도에 지대한 악영향을 미치는 조대한 크롬산탄화물(Cr23C6) 석출물이 나타나지 않는다.In addition, Ti has higher reactivity with C than Cr, so it reacts preferentially with C, so even if a large amount of C is added, coarse chromium carbide (Cr23C6) precipitates having a significant adverse effect on the strength of the material are not exhibited.
이러한 Ti와 C는 3.8 ∼ 4.2 : 1의 중량비율로 이루어져 있는데, 임계치 미만일 경우에는 높은 기계적 강도인 항복강도 및 형상회복력을 기대하기 어렵고, 임계치를 초과할 경우에는 다른 조성물의 함량비가 달라지게 되어 의미가 없다.These Ti and C are made of a weight ratio of 3.8 to 4.2: 1, and when it is less than the threshold, it is difficult to expect high mechanical strength yield strength and shape recovery strength, and when it exceeds the threshold, the content ratio of other compositions is changed. There is no
상기와 같은 Ti-C 석출상을 포함하는 철계형상기억합금은 Fe-Mn-Si계 형상기억합금에 Ti 및 과량 분산된 C를 석출경화 열처리를 통해 미세한 Ti-C 석출상을 석출하여 회복응력의 향상과 더불어 기계적 강도인 항복강도를 동시에 향상시킬 수 있으며, 특히, Fe-Mn-Si계 형상기억합금에 Ti 및 과량 분산된 C가 동시에 포함되며, Cr의 함량을 낮추면서 C의 함량을 상대적으로 높이되 Ti와 C의 중량비 조정을 통해 Ti-C 석출상을 원활히 형성함으로써 크롬산탄화물(Cr23C6) 석출물이 만들어지지 않도록 하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있게 된다.The iron-based precipitating alloy containing the Ti-C precipitated phase as described above precipitates fine Ti-C precipitated phase through precipitation hardening heat treatment of Ti and excessively dispersed C in a Fe-Mn-Si-based shape memory alloy to recover the recovery stress. In addition to the improvement, it is possible to simultaneously improve the yield strength, which is the mechanical strength, and in particular, Ti and excessively dispersed C are simultaneously included in the Fe-Mn-Si-based shape memory alloy, and the content of C is relatively reduced while the content of Cr is lowered. By increasing the weight ratio of Ti and C, Ti-C precipitates are smoothly formed, thereby preventing the formation of chromium carbide (Cr23C6) precipitates, thereby improving mechanical properties.
상기와 같은 형상기억합금의 실시 예에 대해 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at the embodiment of the shape memory alloy as described above in more detail as follows.
[실시 예][Example]
가. 제1단계 end.
본 단계를 실시하기 위해 하기 표 1에서와 같이 다양한 성분으로 이루어진 철계형상기억합금의 인고트를 제작하였다.In order to carry out this step, as shown in Table 1 below, an ingot of an iron-based memory alloy made of various components was prepared.
(Fe-17Mn-5Si-5Cr)Mother alloy (g)
(Fe-17Mn-5Si-5Cr)
(g)sum
(g)
(C는 부분합금(Fe-4.8%C alloy)을 사용하였음)상기 표 1에서와 같이 시료 1 ∼ 시료 6에 대한 각각의 조성 별 용해를 실시하여 바형태의 잉코트를 제조하였다.(C used a partial alloy (Fe-4.8% C alloy)) As shown in Table 1 above,
나. 제2단계
상기 제1단계에서의 각각의 잉고트를 1,100℃에서 24시간 균질화 열처리를 실시한 후, 1,000℃에서 1시간 동안 잉고트 열간 압연을 진행하였고, 두께 6mm까지 단계적으로 열간 압연을 1,000℃에서 5분간 진행하였으며, 최종 열간 압연이 완료된 후 수냉방식으로 냉각하여 시료 1 ∼ 시료 6의 제1 철계형상기억합금을 제조하였다.Each ingot in the first step was subjected to a homogenization heat treatment at 1,100 ° C. for 24 hours, followed by hot rolling at ingot for 1 hour at 1,000 ° C., and hot rolling at 1,000 ° C. for 5 minutes at a stepwise thickness of 6 mm. After the final hot rolling was completed, it was cooled by a water-cooling method to prepare a first iron-based memory alloy of
다. 제3단계 Everything .
상기 제2단계에서 제작한 제1 철계형상기억합금에서 Ti-C 석출상을 석출하기 위해 800℃의 온도에서 2 시간 진행하였으며, 이후에 평탄화 작업을 하여 최종적으로 시료 1 ∼ 시료 6의 철계형상기억합금을 제조하였다.In order to precipitate the Ti-C precipitation phase from the first iron-based memory alloy produced in the second step, the temperature was performed for 2 hours at a temperature of 800 ° C., after which a flattening operation was performed to finally obtain the iron-based memory of
[실험 1] : U-bending test[Experiment 1]: U-bending test
도 2에서와 같이 다수의 시료의 형상복원특성을 알아보기 위해 두께 0.7mm, 폭 3mm의 스트립 형태의 시료 1 ∼ 6을 준비하고 직경 20mm의 공구를 이용하여 시료 ∼ 6을 U자형태로 구부렸으며, 이때에 최대굽힘점(변형률 4%)까지 굽혀진 시료 1 ∼ 6을 각각 100℃, 150℃, 200℃로 예열된 오븐에 2시간 동안 넣었다가 식혀서 다시 복원되는 정도를 도 3에서와 같이 측정하였으며, 그 결과 값은 도 4와 같다.As shown in Fig. 2,
여기서, 도 4의 batch 1 ∼ 6은 시료 1 ∼ 6을 의미한다.Here,
도 4에서와 같이 150℃의 온도에서부터 형상복원이 일어남을 알 수 있으며, 특히, 추가요소 C를 함유한 시료 5와 추가요소 C, Ti를 함유한 시료 6의 형상복원량이 월등히 향상됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that the shape restoration occurs from a temperature of 150 ° C., and in particular, it can be seen that the amount of shape restoration of the
[실험 2] : Uni-axial tensile test[Experiment 2]: Uni-axial tensile test
본 테스트는 1축 인장시험기를 이용하여 시료 1 ∼ 6을 측정하였으며, 다만, 시료 1의 경우 실험 중 기계적 특성인 항복강도의 수치가 너무 낮아 실험을 진행하지 않았으며, 그에 따른 결과값은 도 5에서와 같으며, 도 5에서 σy는 항복강도를 의미한다.In this test,
상기 도 5에서와 같이 항복강도(σy)가 가장 높은 시료는 시료 2, 3이었고, 그 다음으로 항복강도(σy)가 높은 것은 시료 6이었다.As shown in FIG. 5, samples with the highest yield strength (σy) were
통상적으로 높은 회복응력을 얻기 위해서는 재료의 항복강도가 높으면서도 일정 수준 이상의 형상회복력을 보이는 것이 이상적이지만, 일반적인 합금설계로는 항복강도가 높아지면 형상회복력이 급격히 저하되지만, 본 발명은 열처리를 통해 조절가능한 Ti-C 석출상이 분산되는 경우 항복강도를 높이면서도 상당 수준의 형상회복력을 형성할 수 있다.In general, in order to obtain a high recovery stress, it is ideal to show a shape recovery force of a certain level or higher while the yield strength of a material is high, but in general alloy design, the shape recovery force rapidly decreases when the yield strength increases, but the present invention is adjusted through heat treatment. When the Ti-C precipitation phase is dispersed, it is possible to form a considerable level of shape recovery while increasing the yield strength.
특히, 실험결과에서 알 수 있듯이 Ti가 함유된 시료 6의 경우 Ti가 함유되지 않은 시료 5에 비해 약 0.2%의 재료의 항복강도가 높으면서도 형상회복력에서도 시료 5와 아주 많이 감소하지 않은 결과를 확인할 수 있었으며, 이러한 결과는 Ti가 C와 반응하여 기계적 강도를 향상시키면서도 형상회복력을 높여주는 Ti-C 석출상을 만들었기 때문이다.In particular, as can be seen from the experimental results, in the case of the
상기 실시 예 및 실험들을 통해 확인 하였듯이 본 발명에서의 철계형상기억합금은 별도의 트레이닝 과정 없이도 충분한 강도를 얻을 수 있으며, 특히, 인장 변형을 시킨 후 열원을 가하면 원래 상태로 회복될 수 있게 된다.As confirmed through the above examples and experiments, the iron-based memory alloy in the present invention can obtain sufficient strength without a separate training process, and in particular, it can be restored to its original state by applying a heat source after tensile deformation.
그런 후, 상기 철계형상기억합금에 외력을 가하여 강제로 길이를 변형시킨 철계형상기억합금으로 이루어진 철계형상합금 보강재(20)를 제작한다.Thereafter, an iron-based
여기서, 상기 철계형상기억합금을 이용하여 철계형상합금 보강재(20)의 제작시 형상은 원형 또는 이형 또는 판형태 또는 중공형, 스테이플러침형태 중 어느 하나의 형태로 제작할 수 있다.Here, when manufacturing the iron-based
나. 기존 콘크리트 구조물 바탕면 정리단계I. Stage of rearranging the base surface of the existing concrete structure
본 단계는 사용중 과부하에 의해 변형되어 보강을 필요로 하는 기존 콘크리트 구조물(10)의 표면을 정리하는 단계이다.This step is a step of arranging the surface of the existing
즉, 기존 콘크리트 구조물(10) 표면의 이물질 제거가 이루어질 수 있고, 때에 따라서는 평탄작업 및 세척작업을 실시하여 건전한 바탕면이 형성될 수 있도록 정리를 실시하여 본 단계를 마무리할 수 있다.In other words, the removal of foreign substances from the surface of the existing
다. 철계형상기억합금 보강재 부착단계All. Iron-based memory alloy reinforcement attachment step
본 단계는 상기 기존 콘크리트 구조물 바탕면 정리단계를 통해 기존 콘크리트 구조물(10)의 정리된 표면에 철계형상기억합금 보강재(20)를 부착하는 단계이다.This step is a step of attaching the iron-based
여기서, 상술한 기존 콘크리트 구조물(10)은 도 6 내지 도 11에서와 같이 보 또는 슬래브 형태이거나, 기둥일 수도 있으며, 수직방향의 개구부(14)가 형성되는 구조물 형태일 수도 있고, 특히, 본 단계에서 철계형상기억합금 보강재(20)를 고정하기 위해 앵커볼트(30)를 추가로 이용하거나 또는 섬유보강 모르타르(40)를 더 도포하여 본 단계를 완료할 수 있다.Here, the above-described existing
본 발명은 기존 콘크리트 구조물(10)의 구조 및 상태에 따라 다양한 방법으로 철계형상기억합금 보강재(20)를 부착할 수 있다.The present invention can be attached to the iron-based
예컨대, 도 6에서와 같이 기존 콘크리트 구조물(10)이 부착력이 좋지 않은 보 또는 슬래브인 경우의 휨보강시에는 바탕면에 철계형상기억합금 보강재(20)를 배치한 후 앵커볼트(30)를 이용해 양 단을 고정시킬 수 있다.For example, as shown in FIG. 6, when the existing
이때에, 상기 철계형상기억합금 보강재(20)의 최초의 지지는 지지대(도면에 미도시)를 받쳐서 철계형상기억합금 보강재(10)를 지지한 후 앵커볼트(30)를 이용해 철계형상기억합 보강재(20)의 양 단을 기존 콘크리트 구조물(10)에 고정시키는 과정이 완료되면 지지대(도면에 미도시)를 제거하는 방식으로 철계형상기억합금 보강재(20)를 고정할 수 있다.At this time, the first support of the iron-based
또한, 본 발명에서는 상기와 같이 기존 콘크리트 구조물(10)에 철계형상기억합금 보강재(20)의 고정이 완료된 상태에서 철계형상기억합금 보강재(20) 및 철계형상기억합금 보강재(20)가 고정된 기존 콘크리트 구조물(10)의 부착면에 섬유보강 모르타르(40)를 수작업 또는 숏크리트를 이용하여 도포할 수 있다.In addition, in the present invention, in the state in which the fixing of the iron-based
여기서, 상술한 섬유보강 모르타르(40)는 철계형상기억합금 보강재(20) 표면에 도포되어 철계형상기억합금 보강재(20)의 부식을 방지하면서 철계형상기억합금 보강재(20)와의 부착력을 통해 프리스트레스 효과를 얻을 수 있도록 하기 위해 포함된다.Here, the above-described fiber-reinforced
또한, 도 7에서와 같이 기존 콘크리트 구조물(10)이 콘크리트 부착강도가 좋은 보 또는 슬래브인 경우의 휨보강시에는 기존 콘크리트 구조물(10)에 콘크리트 홈(13)을 형성한 후 그 콘크리트 홈(13)에 철계형상기억합금 보강재(20)를 결합하여 보강할 수 있으며, 철계형상기억합금 보강재(20)가 결합된 기존 콘크리트 구조물(10)의 부착면에는 그라우트재(60)를 도포함으로써, 철계형상기억합금 보강재(20)를 기존 콘크리트 구조물(10)에 고정할 수 있게 된다.In addition, as shown in FIG. 7, when the existing
그리고 도 8에서와 같이 기존 콘크리트 구조물(20)이 보 또는 슬래브인 경우의 전단보강시에는 도 8에서와 같이 철계형상기억합금 보강재(20)를 U자 형태로 제작한 후 기존 콘크리트 구조물(10)의 측면 및 양 측면을 감싸는 형태로 배치한 후 앵커볼트(30)를 이용하여 결합할 수 있다.And when shear reinforcement in the case where the existing
여기서, 보 또는 슬래브의 전단보강시 U자 형태의 철계형상기억합금 보강재(20)와 함께 판형태로 되어 있는 철계형상기억합금 보강재(20)를 같이 사용할 수 있으며, 특히, 기존 콘크리트 구조물(10)의 균열이 대각선 형태로 발생하는 점을 감안하여 판형태의 철계형상기억합금 보강재(20)는 균열이 발생한 기울기와 직각이 되는 각도로 기존 콘크리트 구조물(10)에 부착할 수 있을 것이다.Here, when shear reinforcement of a beam or a slab, the U-shaped iron-based memory
또한, 도 9에서와 같이 기존 콘크리트 구조물(10)인 기둥인 경우의 보강시에는 나선형 철근형태로 철계형상기억합금 보강재(20)를 기존 콘크리트 구조물(10)에 결합하여 보강할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 9, in the case of reinforcement in the case of a pillar that is the existing
특히, 상기와 같이 기둥형태의 기존 콘크리트 구조물(10) 보강시 나선형으로 철계형상기억합금 보강재(20)를 결합할 때에는 철계형상기억합금 보강재(20)가 부착되는 부착면에 에폭시(도면에 미도시)를 도포하여 철계형상기억합금 보강재(20)를 임시 부착시킨 후 철계형상기억합금 보강재(20)의 양 단에 앵커볼트(30)를 결합하여 고정을 완료할 수 있다.Particularly, when the iron-based memory
그리고 도 10에서와 같이 기존 콘크리트 구조물(10)이 암거형태인 경우의 전단보강시에는 도면에는 도시되지 않았지만 도 2에서와 같은 콘크리트 홈(13)을 형성한 후 그 콘크리트 홈(13)에 철계형상기억합금 보강재(20)를 삽입하여 보강을 실시할 수 있으며, 이때에 철계형상기억합금 보강재(20)는 수직, 수평방향 및 기존 콘크리트 구조물(10)의 균열이 대각선 형태로 발생하는 점을 감안하여 판형태의 철계형상기억합금 보강재(20)를 균열이 발생한 기울기와 직각이 되는 각도로 기존 콘크리트 구조물(10)에 부착할 수 있다.And as shown in Figure 10, when the existing
더욱이, 도 10에서는 도시되지는 않았으나, 철계형상기억합금 보강재(20)의 부착 후 섬유보강 모르타르를 도포할 수도 있다.Moreover, although not shown in FIG. 10, the fiber-reinforced mortar may be applied after the iron-based reinforcing
또한, 기존 콘크리트 구조물(10)이 수직방향으로 개구부(14)를 형성하고 있는 형태의 구조물인 경우의 보강시에는 개구부(14)의 보강을 위해 개구부(14)의 주변에 도 7에서와 같은 콘크리트 홈(13)을 개구부의 모서리를 대각선 방향으로 연결하는 선에 수직되는 방향으로 형성하고, 그 콘크리트 홈(13)에 철계형상기억합금 보강재(20)를 결합할 수 있으며, 이때에도 철계형상기억합금 보강재(20)의 탈락을 방지하기 위해 섬유보강 모르타르(40)를 수작업 또는 숏크리트를 이용하여 더 도포하여 시공할 수 있다.In addition, when the existing
아울러, 균열(15)이 발생한 기존 콘크리트 구조물(10)인 경우의 보강은 도 13에서와 같이 스테이플러침형태의 철계형상기억합금 보강재(20)를 균열(15)이 발생한 기울기와 직각이 되는 각도로 기존 콘크리트 구조물(10)에 부착할 수 있다.In addition, the reinforcement in the case of the existing
라. 시공완료단계la. Construction completion stage
본 단계는 기존 콘크리트 구조물(10)에 부착된 철계형상기억합금 보강재(20)를 가열하여 프리스트레싱력을 기존 콘크리트 구조물(10)에 작용시켜 시공을 완료하기 위한 단계이다.This step is a step for completing the construction by applying the prestressing force to the existing
본 단계를 위해 본 발명에서는 철계형상기억합금 보강재(20)를 가열하기 위한 수단으로서 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일(50)을 이용할 수 있다.For this step, in the present invention, a contact-type or non-contact type
상기 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일(50)은 휴대용으로서 이동이 편리하면서 철계형상기억합금 보강재(20)와 직접 접촉하지 않으면서 열원을 가하게 되는데, 도 8에서와 같이 섬유보강 모르타르(40)가 도포된 상태에서도 열원을 전달할 수 있다.The contact-type or non-contact type
이때에, 본 발명에서는 가열시간이나 가열온도 등의 가열조건을 변화시켜 회복응력을 컨트롤 할 수 있게 된다.At this time, in the present invention, it is possible to control the recovery stress by changing heating conditions such as heating time or heating temperature.
특히, 섬유보강 모르타르(40)의 두께가 두껍게 시공되거나 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일(50) 만으로는 열원 전달이 부족한 기존 콘크리트 구조물(10)에는 중공형의 철계형상기억합금 보강재(20)를 이용한다.Particularly, a hollow iron-based
그런 후, 도면에서는 상세히 도시하지는 않았지만 철계형상기억합금 보강재(20)의 중공형 내부에 니크롬선을 U자 형태로 삽입하여 양 단부를 외부에 노출되도록 시공한 후에 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일(50)을 통한 열원 전달 작업 이후 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일(50) 만으로는 열원전달이 부족한 위치에는 니크롬선에 전원을 인가하여 전기저항에 의한 열원을 추가로 발생시킴으로써 본 단계를 완료할 수 있게 된다.Thereafter, although not shown in detail in the drawings, the nichrome wire is inserted into the hollow shape of the iron-based
상기와 같은 공법을 통한 기존 콘크리트 구조물(10)의 변형 회복공법은 Ti-C 석출상을 포함하는 철계형상기억합금은 Fe-Mn-Si계 형상기억합금에 Ti 및 과량 분산된 C를 석출경화 열처리를 통해 미세한 Ti-C 석출상을 석출하여 회복응력의 향상과 더불어 기계적 강도인 항복강도를 동시에 향상시킬 수 있으며, 특히, Fe-Mn-Si계 형상기억합금에 Ti 및 과량 분산된 C가 동시에 포함되며, Cr의 함량을 낮추면서 C의 함량을 상대적으로 높이되 Ti와 C의 중량비 조정을 통해 Ti-C 석출상을 원활히 형성함으로써 크롬산탄화물(Cr23C6) 석출물이 만들어지지 않도록 하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있어, 제조공정이 단순화되어 작업효율성이 높아지게 됨은 물론, 이로 인해 생산성이 높아지게 되어 비용절감 효과를 얻을 수 있게 된다.Deformation recovery method of the existing
또한, 상기와 같은 철계형상기억합금을 사전 변형시켜 제작된 철계형상기억합금 보강재(20)는 전기유도코일(50)의 열원에 의해 회복응력을 활성화시키면 그 자체로서 프리스트레싱력을 형성하고 있기 때문에, 기존 콘크리트 구조물(10)의 보강시 철계형상기억합금 보강재(20)를 포함시킨 이후 전기유도코일(50)로 철계형상기억합금 보강재(20)를 가열하여 회복응력을 활성화시키면 능동적으로 콘크리트(11)에 압축력을 가하여 콘크리트(11)의 축력, 전단력, 휨모멘트, 비틀림모멘트에 대한 저항력 향상, 연성 및 내진성능을 개선 및 이를 통해 기존 콘크리트 구조물(10)에서 발생한 균열이나 변형을 제어하여 균열, 변형을 방지할 수 있게 된다.In addition, since the iron-based reinforcing
더욱이, 상기와 같은 콘크리트(11)의 축력, 전단력, 비틀림모멘트에 대한 저항력 향상, 연성 및 내진성능 개선을 통해 기존 콘크리트 구조물(10)의 보강 설계시 단면적을 줄여서 설계를 하더라도 충분한 강도를 형성하기에 그에 따른 비용절감, 단면 축소로 인한 공간활용성 및 단면 축소로 인한 기존 콘크리트 구조물(10)의 경량화를 유도할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Moreover, by improving the axial force, shear force, and torsional moment of the concrete 11 as described above, and improving the ductility and seismic performance, it is possible to form sufficient strength even if the design is reduced by reducing the cross-sectional area during the reinforcement design of the existing
특히, 상술한 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일(50)로 기존 콘크리트 구조물(10)에 열을 가하여 회복응력을 활성화시킬 때에 구조물의 중요도에 따라 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일(50)의 온도 및 시간과 같은 가열조건을 변화시켜 회복응력의 크기를 컨트롤하여 구조물에 작용하는 프리스트레싱력을 조정할 수 있다.In particular, the temperature and time of the contact or non-contact
또한, 본 발명에 의한 회복공법은 회복공법에 의해 기존 콘크리트 구조물(10)이 회복된 후 다시 사용중 과부하에 의해 기존 콘크리트 구조물(10)의 변형이 다시 발생하더라도 다시 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일(50)을 이용하여 기존 콘크리트 구조물(10)을 회복시킬 수 있다.In addition, the recovery method according to the present invention is a contact or non-contact electric induction coil (50) even if the deformation of the existing
아울러, 본 발명은 복잡한 기계장치 없이 전기유도코일(50)을 이용하여 철계형상기억합금 보강재(20)에 회복응력을 활성화시키기 때문에 작업시간이 단축되어 교통문제 및 사용중지 현상을 방지함으로써 경제적 손실을 줄일 수 있다.In addition, since the present invention activates the recovery stress on the iron-based reinforcing
더욱이, 기존 콘크리트 구조물(10)의 시공 후 사용중 변형이 발생할 경우 접촉식 또는 비접촉식 전기유도코일(50)로 가열하여 철계형상기억합금 보강재(50)에 회복응력을 활성화시키기 때문에 도 5 내지 6의 부정정 구조물과 같이 보강이 어려운 상황에서도 보강을 실시할 수 있는 효과도 얻을 수 있게 된다.Moreover, when deformation occurs during use after construction of the existing
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자들에게 있어 명백한 것이다.Although the above-described embodiment is described for the most preferred example of the present invention, it is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It is obvious to the engineers.
10 : 기존 콘크리트 구조물
11 : 콘크리트 12 : 보강재 13 : 콘크리트 홈 14 : 개구부 15 : 균열
20 : 철계형상기억합금 보강재
30 : 앵커볼트
40 : 섬유보강 모르타르
50 : 전기유도코일
60 : 그라우트재10: existing concrete structure
DESCRIPTION OF
20: iron-based memory alloy reinforcement
30: anchor bolt
40: fiber reinforced mortar
50: electric induction coil
60: grout material
Claims (8)
보강하고자 하는 보 또는 슬래브, 기둥, 수직방향의 개구부가 형성된 구조물 중 어느 하나로 이루어진 기존 콘크리트 구조물의 표면을 정리하는 기존 콘크리트 구조물 바탕면 정리단계;
상기 기존 콘크리트 구조물에 철계형상기억합금 보강재를 부착하는 철계형상기억합금 보강재 부착단계;
상기 기존 콘크리트 구조물에 부착된 철계형상기억합금 보강재를 접촉식 또는 비접촉식 전기코일의 가열조건을 변화시켜 회복응력의 크기를 조절하고 이에 따른 프리스트레싱력을 기존 콘크리트 구조물에 작용시켜 보강을 완료하는 시공완료단계;를 포함하여 이루어지되,
상기 철계형상합금 보강재 제작단계에서의 철계형상기억합금은 Mn 14 ∼ 19wt%, Si 3 ∼ 7wt%, Cr 4.5 ∼ 5.5wt%, Ti 0.1 ∼ 2wt%, C 0.05 ∼ 0.3wt%, Ni 3.5 ∼ 4.5wt% 및 잔부 Fe를 포함하는 인고트를 제조하고, 상기 인고트를 열간압연하여 1차 철계형상기억합금을 제조한 후, 상기 1차 철계형상기억합금을 700 ∼ 1,000℃의 온도에서 석출경화 열처리를 진행하여 Ti-C 석출상을 석출시키되,
상기 Ti-C 석출상을 구성하는 Ti와 C는 3.8 ∼ 4.2 : 1의 중량비율로 이루어지고, 크롬산탄화물(Cr23C6) 석출물이 나타나지 않도록 하며,
상기 철계형상기억합금 보강재 제작단계에서 철계형상기억합금은 원형, 이형, 판형태, 중공형, 스테이플러침형태 중 선택된 어느 하나의 형태로 이루어지고,
상기 철계형상기억합금 보강재 부착단계에서 보 또는 슬래브의 전단보강일 경우에는 철계형상기억합금 보강재를 U자 형태로 제작한 후 기존 콘크리트 구조물의 양 측면을 감싸는 형태로 배치한 후 앵커볼트를 이용하여 결합하되, U자 형태의 철계형상기억합금 보강재와 함께 판형태로 되어 있는 철계형상기억합금 보강재를 같이 사용하고, 판형태의 철계형상기억합금 보강재는 균열이 발생한 기울기와 직각이 되는 각도로 기존 콘크리트 구조물에 부착하며, 철계형상기억합금 보강재의 부착 후 섬유보강 모르타르를 더 도포하는 것에 특징이 있는 철계형상기억합금의 회복능력특성을 이용한 기존 철근콘크리트 구조물의 균열, 변형회복 및 내하력 보강공법.
An iron-based memory alloy reinforcing material fabrication step of producing a reinforcing material made of the iron-based memory alloy that is deformed by forcibly increasing the length of the iron-based memory alloy that is restored to its original state by a heat source after tensile deformation;
An existing concrete structure foundation cleanup step of arranging the surface of the existing concrete structure made of any one of a beam or slab to be reinforced, a column, and a structure in which vertical openings are formed;
Attaching an iron-based memory alloy reinforcing material to the existing concrete structure;
Construction completion step of completing the reinforcement by adjusting the size of the recovery stress by changing the heating conditions of the contact-type or non-contacting electric coil of the iron-based memory alloy reinforcing material attached to the existing concrete structure and applying the prestressing force to the existing concrete structure. Including, but,
In the manufacturing step of the iron-type alloy reinforcement, the iron-based memory alloy is Mn 14 ∼ 19 wt%, Si 3 ∼ 7 wt%, Cr 4.5 ∼ 5.5 wt%, Ti 0.1 ∼ 2 wt%, C 0.05 ∼ 0.3 wt%, Ni 3.5 ∼ 4.5 After preparing an ingot containing wt% and the balance Fe, and hot rolling the ingot to prepare a primary iron-based memory alloy, the primary iron-based memory alloy is precipitate hardened at a temperature of 700 to 1,000 ° C. Proceed to precipitate the Ti-C precipitation phase,
Ti and C constituting the Ti-C precipitation phase is made of a weight ratio of 3.8 to 4.2: 1, and prevents chromium carbide (Cr23C6) precipitates from appearing.
In the manufacturing step of the iron-based memory alloy reinforcing material, the iron-based memory alloy is made of any one selected from among circular, molded, plate-shaped, hollow, and stapled shapes,
In the case of shear reinforcement of a beam or slab in the step of attaching the iron-based reinforcing alloy reinforcement, the iron-based reinforcing alloy reinforcing material is manufactured in a U-shape, placed on both sides of the existing concrete structure, and then combined using anchor bolts. However, the U-shaped iron-based spheroidal alloy reinforcement is used together with the iron-based spheroidal alloy reinforcement in the form of a plate. Attached to, and after the adhesion of the reinforcing metal alloy reinforcing material, the method of cracking, deforming and reloading the existing reinforcing concrete structure using the recovery ability characteristics of the iron reinforcing metal alloy characterized by further applying a fiber-reinforced mortar.
보강하고자 하는 보 또는 슬래브, 기둥, 수직방향의 개구부가 형성된 구조물 중 어느 하나로 이루어진 기존 콘크리트 구조물의 표면을 정리하는 기존 콘크리트 구조물 바탕면 정리단계;
상기 기존 콘크리트 구조물에 철계형상기억합금 보강재를 부착하는 철계형상기억합금 보강재 부착단계;
상기 기존 콘크리트 구조물에 부착된 철계형상기억합금 보강재를 접촉식 또는 비접촉식 전기코일의 가열조건을 변화시켜 회복응력의 크기를 조절하고 이에 따른 프리스트레싱력을 기존 콘크리트 구조물에 작용시켜 보강을 완료하는 시공완료단계;를 포함하여 이루어지되,
상기 철계형상합금 보강재 제작단계에서의 철계형상기억합금은 Mn 14 ∼ 19wt%, Si 3 ∼ 7wt%, Cr 4.5 ∼ 5.5wt%, Ti 0.1 ∼ 2wt%, C 0.05 ∼ 0.3wt%, Ni 3.5 ∼ 4.5wt% 및 잔부 Fe를 포함하는 인고트를 제조하고, 상기 인고트를 열간압연하여 1차 철계형상기억합금을 제조한 후, 상기 1차 철계형상기억합금을 700 ∼ 1,000℃의 온도에서 석출경화 열처리를 진행하여 Ti-C 석출상을 석출시키되,
상기 Ti-C 석출상을 구성하는 Ti와 C는 3.8 ∼ 4.2 : 1의 중량비율로 이루어지고, 크롬산탄화물(Cr23C6) 석출물이 나타나지 않도록 하며,
상기 철계형상기억합금 보강재 제작단계에서 철계형상기억합금은 원형, 이형, 판형태, 중공형, 스테이플러침형태 중 선택된 어느 하나의 형태로 이루어지고,
상기 철계형상기억합금 보강재 부착단계에서 기존 콘크리트 구조물이 암거형태인 경우의 전단보강시에는 콘크리트 홈을 형성한 후 콘크리트 홈에 철계형상기억합금 보강재를 삽입하여 보강하고, 철계형상기억합금 보강재는 수직, 수평방향 및 판형태의 철계형상기억합금 보강재를 균열이 발생한 기울기와 직각이 되는 각도로 기존 콘크리트 구조물에 부착하며, 철계형상기억합금 보강재의 부착 후 섬유보강 모르타르를 더 도포하는 것에 특징이 있는 철계형상기억합금의 회복능력특성을 이용한 기존 철근콘크리트 구조물의 균열, 변형회복 및 내하력 보강공법.
An iron-based memory alloy reinforcing material fabrication step of producing a reinforcing material made of the iron-based memory alloy that is deformed by forcibly increasing the length of the iron-based memory alloy that is restored to its original state by a heat source after tensile deformation;
An existing concrete structure foundation cleanup step of arranging the surface of the existing concrete structure made of any one of a beam or slab to be reinforced, a column, and a structure in which vertical openings are formed;
Attaching an iron-based memory alloy reinforcing material to the existing concrete structure;
Construction completion step of completing the reinforcement by adjusting the size of the recovery stress by changing the heating conditions of the contact-type or non-contacting electric coil of the iron-based memory alloy reinforcing material attached to the existing concrete structure and applying the prestressing force to the existing concrete structure. Including, but,
In the manufacturing step of the iron-type alloy reinforcement, the iron-based memory alloy is Mn 14 ∼ 19 wt%, Si 3 ∼ 7 wt%, Cr 4.5 ∼ 5.5 wt%, Ti 0.1 ∼ 2 wt%, C 0.05 ∼ 0.3 wt%, Ni 3.5 ∼ 4.5 After preparing an ingot containing wt% and the balance Fe, and hot rolling the ingot to prepare a primary iron-based memory alloy, the primary iron-based memory alloy is precipitate hardened at a temperature of 700 to 1,000 ° C. Proceed to precipitate the Ti-C precipitation phase,
Ti and C constituting the Ti-C precipitation phase is made of a weight ratio of 3.8 to 4.2: 1, and prevents chromium carbide (Cr23C6) precipitates from appearing.
In the manufacturing step of the iron-based memory alloy reinforcing material, the iron-based memory alloy is made of any one selected from among circular, molded, plate-shaped, hollow, and stapled shapes,
When shear reinforcement when the existing concrete structure is in the form of a culvert in the step of attaching the iron-based reinforcing material to the reinforcing alloy, the steel-type reinforcing alloy reinforcing material is inserted into the concrete groove and reinforced. Iron-based shape characterized by attaching the iron-based reinforcing material reinforcement in the horizontal direction and plate form to the existing concrete structure at an angle perpendicular to the slope where the crack occurred, and further applying fiber-reinforced mortar after the iron-based reinforcing material reinforcement is attached. Cracking, deformation recovery and load-bearing reinforcement method of existing reinforced concrete structures using memory alloy's recovery ability characteristics.
보강하고자 하는 보 또는 슬래브, 기둥, 수직방향의 개구부가 형성된 구조물 중 어느 하나로 이루어진 기존 콘크리트 구조물의 표면을 정리하는 기존 콘크리트 구조물 바탕면 정리단계;
상기 기존 콘크리트 구조물에 철계형상기억합금 보강재를 부착하는 철계형상기억합금 보강재 부착단계;
상기 기존 콘크리트 구조물에 부착된 철계형상기억합금 보강재를 접촉식 또는 비접촉식 전기코일의 가열조건을 변화시켜 회복응력의 크기를 조절하고 이에 따른 프리스트레싱력을 기존 콘크리트 구조물에 작용시켜 보강을 완료하는 시공완료단계;를 포함하여 이루어지되,
상기 철계형상합금 보강재 제작단계에서의 철계형상기억합금은 Mn 14 ∼ 19wt%, Si 3 ∼ 7wt%, Cr 4.5 ∼ 5.5wt%, Ti 0.1 ∼ 2wt%, C 0.05 ∼ 0.3wt%, Ni 3.5 ∼ 4.5wt% 및 잔부 Fe를 포함하는 인고트를 제조하고, 상기 인고트를 열간압연하여 1차 철계형상기억합금을 제조한 후, 상기 1차 철계형상기억합금을 700 ∼ 1,000℃의 온도에서 석출경화 열처리를 진행하여 Ti-C 석출상을 석출시키되,
상기 Ti-C 석출상을 구성하는 Ti와 C는 3.8 ∼ 4.2 : 1의 중량비율로 이루어지고, 크롬산탄화물(Cr23C6) 석출물이 나타나지 않도록 하며,
상기 철계형상기억합금 보강재 제작단계에서 철계형상기억합금은 원형, 이형, 판형태, 중공형, 스테이플러침형태 중 선택된 어느 하나의 형태로 이루어지고,
상기 철계형상기억합금 보강재 부착단계에서 기존 콘크리트 구조물이 수직방향으로 개구부를 형성하고 있는 경우에는 개구부의 주변에 개구부의 모서리를 대각선 방향으로 연결하는 선에 수직되는 방향으로 콘크리트 홈을 형성하고, 콘크리트 홈에 철계형상기억합금 보강재를 결합하며, 철계형상기억합금 보강재의 부착 후 섬유보강 모르타르를 더 도포하는 것에 특징이 있는 철계형상기억합금의 회복능력특성을 이용한 기존 철근콘크리트 구조물의 균열, 변형회복 및 내하력 보강공법.
An iron-based memory alloy reinforcing material fabrication step of producing a reinforcing material made of the iron-based memory alloy that is deformed by forcibly increasing the length of the iron-based memory alloy that is restored to its original state by a heat source after tensile deformation;
An existing concrete structure foundation cleanup step of arranging the surface of the existing concrete structure made of any one of a beam or slab to be reinforced, a column, and a structure in which vertical openings are formed;
Attaching an iron-based memory alloy reinforcing material to the existing concrete structure;
Construction completion step of completing the reinforcement by adjusting the size of the recovery stress by changing the heating conditions of the contact-type or non-contacting electric coil of the iron-based memory alloy reinforcing material attached to the existing concrete structure and applying the prestressing force to the existing concrete structure. Including, but,
In the manufacturing step of the iron-type alloy reinforcement, the iron-based memory alloy is Mn 14 ∼ 19 wt%, Si 3 ∼ 7 wt%, Cr 4.5 ∼ 5.5 wt%, Ti 0.1 ∼ 2 wt%, C 0.05 ∼ 0.3 wt%, Ni 3.5 ∼ 4.5 After preparing an ingot containing wt% and the balance Fe, and hot rolling the ingot to prepare a primary iron-based memory alloy, the primary iron-based memory alloy is precipitate hardened at a temperature of 700 to 1,000 ° C. Proceed to precipitate the Ti-C precipitation phase,
Ti and C constituting the Ti-C precipitation phase is made of a weight ratio of 3.8 to 4.2: 1, and prevents chromium carbide (Cr23C6) precipitates from appearing.
In the manufacturing step of the iron-based memory alloy reinforcing material, the iron-based memory alloy is made of any one selected from among circular, release, plate, hollow, and staple types.
When the existing concrete structure is forming an opening in the vertical direction in the step of attaching the iron-based memory alloy reinforcement, a concrete groove is formed in a direction perpendicular to a line connecting the edges of the opening diagonally around the opening, and the concrete groove To the iron-based reinforcing material reinforcement material, and after attaching the iron-based reinforcing material reinforcement material, the fiber-reinforced mortar is further applied to crack, deform and recover loads of the existing reinforcing concrete structure using the recoverability characteristics Reinforcement method.
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KR1020190130036A KR102115909B1 (en) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Strengthening and Deformation Recovery Method using Characteristics of Recovery Stress of Iron based Shape Memory Alloly for Deteriorated Reinforced Concrete Structures in Use |
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KR102632972B1 (en) * | 2023-06-27 | 2024-02-02 | 한상훈 | Strengthening method for civil structures and building structures using round type ion-based shape memory alloy reinforcing member |
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-
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- 2019-10-18 KR KR1020190130036A patent/KR102115909B1/en active IP Right Grant
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