KR102213216B1 - 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법 및 프리캐스트 기둥 구조물 - Google Patents

Abstract

프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법이 개시되며, 상기 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법은, (a) 기초의 적어도 일부를 형성하고, 상기 기초의 적어도 일부 상에 하부블록을 거치하는 단계; (b) 내부블록 및 상기 내부블록을 소정의 간격을 두고 감싸는 중공형의 외부블록을 상기 하부블록 상에 교번 적층된 상태로 배치하여 중간 기둥부를 형성하는 단계; (c) 상기 중간 기둥부 상에 상부블록을 적치한 다음, 상기 상부블록과 상기 내부블록을 긴장재에 의한 압축력 도입을 통해 결합시키는 단계; 및 (d) 상기 소정의 간격에 의해 형성되는 사이 공간에 시멘트질 재료를 충진하여 상기 내부블록과 상기 외부블록을 합성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법 및 프리캐스트 기둥 구조물{CONSTRUCTION METHOD FOR PRECAST COLUMN STRUCTURE AND PRECAST COLUMN STRUCTURE}

본원은 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법 및 프리캐스트 기둥 구조물에 관한 것이다.

대표적인 압축과 휨을 받는 구조물에는 교량의 교각이 있다. 교각은 교량을 받치는 기둥으로 상부구조가 2경간 이상이 되는 경우에 설치되며 상부구조의 하중을 기초지반에 전달하는 구조물이다. 교각의 구성은 코핑부, 기둥, 교각기초로 이루어지며 형태에 따라 T형 교각, 벽식 교각, 라멘식 교각, 역A형 교각 등으로 구분된다.

이러한 교각을 콘크리트 현장타설로 시공할 경우, 유의할 점은 콘크리트의 품질을 유지한 채로 거푸집 속에 밀실하게 타설함으로써 결함이 없는 콘크리트 구조물을 확보하는 일이다. 이에 따라, 타설과 다지기가 반복될 수 있는데, 기둥 콘크리트의 경우 과대측압과 이로 인한 거푸집의 변형 등이 발생하여 연속 타설이 금지되어 있다. 이에 따라 자연히 공기가 길어지는 결과가 초래될 수 있다.

또한, 교각은 프리캐스트 콘크리트 공법으로 시공될 수 있는데, 프리캐스트 콘크리트 공법은 각각의 부재를 공장에서 생산하여 현장에서 각 부재끼리 결합하여 완성하는 공법으로 난이도가 높은 작업은 주로 공장에서 이루어지고 현장에서는 최소한의 작업만으로 구조물을 완성함으로써 품질의 균질성과 함께 현장인력을 최소한으로 줄일 수 있는 이점이 있는 공법이다. 즉, 프리캐스트 콘크리트 기둥은 현장타설 기둥에 비하여 거푸집 설치와 제거 공정을 생략할 수 있어 공정이 간단하며 콘크리트 경화를 위한 양생시간이 생략되므로 시공시간을 단축할 수 있는 장점을 갖는다.

그런데, 프리캐스트 콘크리트 기둥은 세그먼트별 연결부에 따라 그 성능 및 특징이 크게 나타난다. 연결부의 결합방식으로는 강봉 등을 기초에 연결하여 세우고 그 강봉에 프리캐스트 세그먼트(프리캐스트 블록)를 끼워 넣어 쌓아 올린 후 끝에 볼트 등을 체결하여 결합하거나, 강연선을 삽입 후 긴장하여 결합하는 방식이 있다.

그런데, 이러한 연결부 결합 방식 중 강봉 등을 세워 미리 연결부가 뚫려 있는 프리캐스트 블록을 끼워 넣어 쌓아 올린 후 그 끝을 볼트체결 등으로 연결하는 방법은 연결에 따른 축방향 강도가 발생하지 않아 압축력에 대한 강도 저하는 없지만 현장타설 일체형 교각과 비교하여 휨에 대한 저항력이 줄어드는 경향이 있다. 즉, 상기 방법에 따르면 횡방향력에 대하여 불리한 형상이 될 수 있다. 또한, 이를 보완한 강연선을 이용하여 긴장력을 도입하는 방법은 휨에 대한 저항력을 긴장력으로 보완하였으나 자중 이외에 프리스트레스력으로 인한 축방향 하중이 발생하여 축력에 대한 저항력이 감소하는 문제점이 있다.

본원의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2013-0076534호에 개시되어 있다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기둥 압축강도의 저하를 최소화하고 기둥의 휨에 대한 저항력을 높일 수 있는 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법 및 프리캐스트 기둥 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 측면에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법은, (a) 기초의 적어도 일부를 형성하고, 상기 기초의 적어도 일부 상에 하부블록을 거치하는 단계; (b) 내부블록 및 상기 내부블록을 소정의 간격을 두고 감싸는 중공형의 외부블록을 상기 하부블록 상에 교번 적층된 상태로 배치하여 중간 기둥부를 형성하는 단계; (c) 상기 중간 기둥부 상에 상부블록을 적치한 다음, 상기 상부블록과 상기 내부블록을 긴장재에 의한 압축력 도입을 통해 결합시키는 단계; 및 (d) 상기 소정의 간격에 의해 형성되는 사이 공간에 시멘트질 재료를 충진하여 상기 내부블록과 상기 외부블록을 합성하는 단계를 포함한다.

또한, 본원의 일 측면에 따른 프리캐스트 기둥 구조물은, 기초의 적어도 일부; 상기 기초의 적어도 일부 상에 거치되는 하부블록; 내부블록 및 상기 내부블록을 소정의 간격을 두고 감싸는 중공형의 외부블록이 상기 하부블록 상에 교번 적층된 상태로 배치되는 중간 기둥부; 및 상기 중간 기둥부 상에 적치되고, 긴장재에 의한 압축력 도입을 통해 상기 내부블록과 결합되는 상부블록; 및 상기 내부블록과 상기 외부블록이 합성되도록 상기 소정의 간격에 의해 형성되는 사이 공간에 충진 형성되는 시멘트질 재료부를 포함하되, 상기 긴장재에 의한 압축력 도입은, 상기 내부블록과 상기 외부블록이 합성되기 이전에 이루어진다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 상부블록과 중간 기둥부의 합성 후, 외부블록과 내부블록 사이에 시멘트질 재료가 채워져 내부블록과 외부블록이 합성될 수 있다. 이에 따라, 프리캐스트 블록들(외부블록, 내부블록, 상부블록 등)을 결합하기 위한 프리스트레스력은 중간 기둥부의 내부블록에만 작용하게 되고 외부블록은 상부블록의 자중 및 결합을 위한 프리스트레스력으로부터 하중을 받지 않는 영응력 상태가 될 수 있어, 내부블록이 프리스트레스력으로 인한 압축력을 받으며 영응력 상태로 합성된 외부블록이 휨에 저항할 수 있어, 기둥 압축강도의 저하를 최소화하고 기둥의 휨에 대한 저항력을 높일 수 있는 프리캐스트 기둥 구조물이 시공될 수 있다.

또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 내부블록과 외부블록이 이러한 교번 적층된 상태를 가지고 합성되므로, 보다 견고한 구조를 가지고 모멘트 저항 효과가 높아진 기둥 구조물이 구현될 수 있다.

또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 내부블록과 외부블록이 교번 적층될 수 있으므로, 중간 기둥부의 시공시 전도에 대한 위험을 줄일 수 있다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제1 단계를 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제2 단계를 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제2 단계의 제1 외부블록을 적층하는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제2 단계의 제1 내부블록을 적층하는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제2 단계의 제2 외부블록을 적층하는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제3 단계의 상부블록이 중간 기둥부 상에 적치되는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제3 단계의 상부블록과 상기 내부블록을 긴장재에 의한 압축력 도입을 통해 결합시키는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제4 단계를 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법에 의해 시공되는 프리캐스트 기둥 구조물에 작용하는 하중에 대해 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되거나 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치와 관련된 용어(상측, 상부, 상단, 하측, 하부, 하단 등)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설정한 것이다. 예를 들면, 도 1 내지 도 8을 보았을 때, 전반적으로 12시 방향이 상측, 전반적으로 12시 방향을 향하는 부분이 상부, 전반적으로 12시 방향을 향하는 단부가 상단, 전반적으로 6시 방향이 하측, 전반적으로 6시 방향을 향하는 부분이 하부, 전반적으로 6시 방향을 향하는 단부가 하단 등이 될 수 있다.

본원은 프리캐스트 세그먼트, 이를 포함하는 기둥 구조물, 이를 이용한 기둥 구조물의 시공 방법에 관한 것이다.

본원은 기둥 구조물의 시공시 이용된다. 본원에서 기둥은 교량의 교각 또는 교대, 건축물의 기둥 등일 수 있다. 다만, 본원의 기둥은 이에만 한정되는 것은 아니고 건설 분야(토목/건축 분야)에서 다양하게 이용되는 기둥 타입에 대하여 폭넓게 적용될 수 있음은 물론이다. 즉, 본원은 뼈대 구조를 갖는 토목 구조물 또는 건축 구조물의 기둥 및 그러한 기둥의 시공에 적용이 가능하다. 또한, 본원에서의 기둥이라는 용어는 기둥 뿐만 아니라 벽체까지 포괄하는 넓은 개념으로 이해함이 바람직하다. 또한 본원은 프리캐스트 기둥 분야에 적용이 가능하며, 단면이 원형인 기둥뿐만 아니라 단면이 다각형(이를 테면 사각형)인 기둥, 단면이 트랙형인 기둥 등, 다양한 형상의 단면을 갖는 기둥에 적용이 가능하다. 또한, 본원은 휨과 압축을 받는 프리캐스트 기둥 분야에 적용 응용이 가능하다.

먼저, 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법(이하 '본 시공 방법'이라 함)에 대해 설명한다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제1 단계를 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 시공 방법은 기초의 적어도 일부(1)를 형성하고 기초의 적어도 일부(1) 상에 하부블록(2)을 거치하는 단계(제1 단계)를 포함한다. 예를 들어, 제1 단계는 기초의 적어도 일부(1)를 형성하기 위해 기초 철근을 배치하고 콘크리트를 현장 타설할 수 있다(1차 타설). 또한, 제1 단계는 기초의 적어도 일부(1)를 형성하기 위한 콘크리트 타설 후 충분한 양생이 이루어지고 난 다음, 하부블록(2)을 기초의 적어도 일부(1) 상에 거치할 수 있으며, 이때, 기초의 적어도 일부(1)와 하부블록(2)을 철근(11)으로 연결할 수 있다.

또한, 도 1을 참조하면, 하부블록(2)에는 하부 주철근(5)이 배치되도록 상하 방향으로 통공되고 후술할 외부블록(32)의 외부 주철근 삽입 홀과 연통하는 하부 주철근 삽입 홀이 형성될 수 있다. 또한, 제1 단계에서, 기초의 적어도 일부(1)는 하부 주철근(5)의 하단 측이 그 내부에 매입된 상태로 상향 연장되어 하부 주철근 삽입 홀을 통해 하부블록(1) 상측으로 돌출되게 구비되도록 형성될 수 있다.

또한, 하부블록(2)은 하측블록유닛(21) 및 하측블록유닛(21)의 중간부로부터 상측으로 돌출되는 상측블록유닛(22)을 포함할 수 있다. 후술하는 제2 단계에서, 하부블록(2) 상에 적층되는 내부블록(31)은 하부블록(2)의 상측블록유닛(22) 상에 적층될 수 있고, 하부블록(2) 상에 적층되는 외부블록(32)은 하부블록(2)의 하측블록유닛(21)의 테두리부(중간부 외측의 둘레부) 상에 적층될 수 있으며, 외부블록(32) 중 하부블록(2)과 접촉되는 첫번째단 외부블록(32')은 상측블록유닛(22)을 소정의 간격을 두고 감쌀 수 있다(도 3 참조). 이를 위해, 상측블록유닛(22)의 단면(수평 방향으로 절개한 단면) 스펙(단면 형상, 단면 폭 등)은 내부블록(31)의 단면 스펙과 대응될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상측블록유닛(22)은 그 상면 상에서의 내부블록(31)의 적층이 안정적으로 이루어질 수 있는 단면 형상으로 형성됨이 바람직하며, 이를 테면, 상측블록유닛(22)의 단면 폭(원형 단면일 경우 직경)은 내부블록(31)의 단면 폭(원형 단면일 경우 직경) 이상일 수 있다. 다만, 상측블록유닛(22)은 첫번째단 외부블록(32')이 상측블록유닛(22)을 소정의 간격을 두고 외측으로 이격된 상태에서 감쌀 수 있도록, 외부블록(32)의 규격 또한 고려한 스펙(형상 및 크기)을 가질 수 있다. 또한, 하측블록유닛(21)은 그의 테두리부 상에 외부블록(32)이 거치될 수 있는 스펙을 가질 수 있으며, 이를 테면, 그의 테두리부의 두께가 외부블록의 두께 이상이 되도록 형성될 수 있다.

이러한 하부블록(2)은 중간 기둥부(3)를 통해 작용된 하중을 기초에 전달해주는 역할을 하며 특히 교각 및 교대에서는 프리캐스트 기둥과 현장타설로 형상된 기초를 연결해주는 역할을 할 수 있다.

도 2는 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제2 단계를 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이고, 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제2 단계의 제1 외부블록을 적층하는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이며, 도 4는 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제2 단계의 제1 내부블록을 적층하는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이고, 도 5는 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제2 단계의 제2 외부블록을 적층하는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 시공 방법은 내부블록(31) 및 내부블록(31)을 소정의 간격을 두고 감싸는 중공형의 외부블록(32)을 하부블록(2) 상에 교번 적층된 상태로 배치하여 중간 기둥부(3)를 형성하는 단계(제2 단계)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 제2 단계에서 교번 적층된 상태는, 상하로 이웃하는 2개의 외부블록(32) 사이의 외부블록 경계면과 상하로 이웃하는 2개의 내부블록(31) 사이의 경계면이 높이 방향에 대해 서로 불일치하고 어긋나도록 적층된 상태일 수 있다. 내부블록(31)과 외부블록(32)이 이러한 교번 적층된 상태를 가지고 후술할 제4단계에 의해 합성되면 중간 기둥부(3)는 보다 견고한 구조를 갖게 될 수 있다.

또한, 제2 단계에서, 중간 기둥부(3)는 하부블록(2) 또는 하측 외부블록 상에 적층되는 제1외부블록(32), 제1 외부블록(32) 내부에 일부만 삽입되고 나머지 일부는 제1 외부블록(32)보다 상향 돌출되도록 적층되는 제1 내부블록(31) 및 제1 내부블록(31)의 상단보다 상향 돌출되도록 적층되는 제2 외부블록(32)을 포함할 수 있다. 참고로, 제1 외부블록과 제2 외부블록은 모두 외부블록으로서 동일한 도면부호 32를 부여하여 도시하였으나, 제1 외부블록은 제2 외부블록보다 상대적으로 하측으로 이웃하는 외부블록을 지칭하고, 제2 외부블록은 제1 외부블록보다 상대적으로 상측으로 이웃하는 외부블록을 지칭하는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 제1 외부블록은 하부블록(2)의 바로 위에 적층되는 외부블록일 수도 있고, 또는 그보다 하측에 기적층된 외부블록(하측 외부블록)의 위에 적층되는 외부블록일 수도 있다.

이를 테면, 제2 단계는, 제1 외부블록(32)의 적층, 제1 내부블록(31)의 적층 및 제2 외부블록(32)의 적층의 순서로 수행될 수 있다. 또한, 제1 내부블록(31)의 적층 및 제2 외부블록(32)의 적층은 순차적으로 교번하여 1회 이상 수행될 수 있다. 다만, 외부블록(32)과 내부블록(31)을 적층하는 순서는 이에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 내부블록(31)을 둘 이상 적층한 다음 외부블록(32)을 둘 이상 적층할 수도 있다. 반대로, 외부블록(32)을 먼저 둘 이상 적층한 다음 내부블록(31)을 둘 이상 적층할 수도 있다. 하지만 이하에서는 외부블록과 내부블록이 교대로 상향 돌출되도록 순차적으로 교번하여 적층하는 순서에 따른 엇갈림 적층 시공 방법을 중심으로 설명하기로 한다.

구체적으로, 제2 단계는, 하부블록(2) 또는 하측 외부블록 상에 제1 외부블록(32)을 적층하는 단계, 제1 외부블록(32) 내부에 일부만 삽입되고 나머지 일부는 제1 외부블록(32)보다 상향 돌출되도록 제1 내부블록(31)을 적층하는 단계 및 제1 내부블록(31)의 나머지 일부를 감싸되, 그 상단이 제1 내부블록(31)의 상단보다 상향 돌출되도록 제2 외부블록(32)을 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 제1 내부블록(31)을 적층하는 단계 및 제2 외부블록(32)을 적층하는 단계는 순차적으로 교번하여 1회 이상 수행될 수 있다.

예를 들어, 제1 외부블록(32)이 첫번째단 외부블록(32')인 경우를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도 3을 참조하면, 제1 외부블록(32)은 하부블록(2) 상에 적층될 수 있다. 또한, 도 4를 참조하면, 첫번째단 외부블록(32') 내부에 일부(하부)만 삽입되고 나머지 일부(상부)는 첫번째단 외부블록(32')보다 상향 돌출되도록 첫번째단 내부블록(31')이 제1 내부블록(31)으로서 적층될 수 있다. 또한, 도 5를 참조하면, 첫번째단 내부블록(31')의 나머지 일부(상부)를 감싸되 그 상단이 첫번째단 내부블록(31')의 상단보다 상향 돌출되도록 첫번째단 외부블록(32')과 상측으로 이웃하는 두번째단 외부블록(32'')이 제2 외부블록(32)으로서 적층될 수 있다. 이후에는, 내부블록(31)과 외부블록(32)이 제1 내부블록(31) 및 제2 외부블록(32)으로서 교번하여 적층될 수 있다. 참고로, 도 5에는 두번째단 외부블록(32'')의 적층 이후, 첫번째단 내부블록(31')과 상측으로 이웃하는 두번째단 내부블록(31'')이 적층된 단계까지 수행된 상태가 도시되었다.

이와 같이, 제2 단계가 내부블록(31)과 외부블록(32)이 교대로 상향 돌출되는 형태로 교번하여 적층되도록 순차적으로 수행되면, 내부블록(31)이 적치 중 전도되려고 할 때 그 주변을 감싸고 있는 외부블록(32)이 전도를 방지하는 방향으로 지지할 수 있고, 외부블록(32)이 적치 중 전도되려고 할 때 외부블록(32)의 내부에 삽입되어 있는 내부블록(31)이 전도를 방지하는 방향으로 지지할 수 있어, 시공중 내부블록(31)의 전도 위험 및 시공중 외부블록(32)의 전도 위험을 모두 크게 낮출 수 있다.

또한, 도 2를 참조하면, 상술한 바에 따르면, 제2 단계는, 마지막단(최상측) 외부블록(32)의 상단이 마지막단(최상측) 내부블록(31)의 상단보다 상향 돌출된 상태로 중간 기둥부(3)가 형성되게 할 수 있다. 자세히 후술하겠지만, 후술할 제3 단계에서 상부블록(4)은 하부의 적어도 일부가 마지막단 외부블록(32)의 중공부 내로 삽입되게 적치될 수 있다.

또한, 내부블록(31)과 외부블록(32)의 소정의 간격은 후술할 제4 단계에서 소정의 간격에 의해 형성되는 사이 공간에 시멘트질 재료가 충진되어 내부블록(31)과 외부블록(32)을 합성할 수 있는 이격 거리를 가질 수 있다.

또한, 참고로, 도 4를 참조하면, 제1 외부블록(32) 내부에 제1 내부블록(31)이 삽입되는 깊이(h1)는 내부블록(31)만 적층하는 것 대비 제1 내부블록(31)의 시공 중 전도 가능성을 상대적으로 낮추거나, 시공 완료(합성 완료) 후 휨 저항 성능을 상대적으로 높이는 크기(깊이)로 설정될 수 있다. 또한, 제2 외부블록(32)이 감싸는 제1 내부블록(31)의 나머지 일부의 돌출 높이(h3)는 외부블록(32)만 적층하는 것 대비 제2 외부블록(32)의 시공중 전도 가능성을 상대적으로 낮추거나, 시공 완료(합성 완료) 후 휨 저항 성능을 상대적으로 높이는 크기(높이)로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 내부블록(31)이 제1 외부블록(32) 내부에 삽입되는 깊이(h1)는 제1 외부블록(32)의 깊이(h2)의 대략 1/2일 수 있고, 제1 내부블록(21)의 돌출 높이(h3)는 제1 외부블록(32)의 깊이(h2)의 대략 1/2일 수 있으나, 제1 내부블록(31)의 삽입 깊이(h1) 및 제1 내부블록(31)의 돌출 높이(h2)는 이에만 한정되는 것은 아니다.

또한, 제1 내부블록(31)은 제1 외부블록(32) 내부에 일부(하부)만 삽입되고 나머지 일부(상부)는 제1 외부블록(32)보다 상향 돌출되도록 적층될 수 있는데, 도 4를 참조하면, 첫번째단 내부블록(31')의 경우, 전술한 상측블록유닛(22) 상에 적층됨으로써, 일부(하부)는 제1 외부블록(32) 내부에 삽입되고 나머지 일부(상부)는 제1 외부블록(32)보다 상향 돌출되도록 배치될 수 있다.

또한, 참고로, 내부블록(31)과 외부블록(32)은 서로 다른 강도의 콘크리트로 제작될 수 있다.

또한, 도 2를 참조하면, 외부블록(32)에는 주철근(6)이 배치되도록 상하 방향으로 통공된 외부 주철근 삽입 홀(321)이 형성될 수 있다. 또한, 제2 단계에서, 외부블록(32)의 외부 주철근 삽입 홀(321)에 배치되는 주철근(6)은 상술한 하부 주철근(5)과 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 단계는 외부 주철근 삽입 홀(321)에 주철근(6)이 삽입될 수 있도록 외부블록(32)을 적층할 수 있다. 또한, 제2 단계는, 상측으로 연장된 상태인 주철근(6)을 외부 주철근 삽입 홀(321)에 삽입하며 외부블록(32)을 적층할 수 있고, 필요할 경우, 주철근(6)을 하측으로 이웃하는 하부 주철근(5) 또는 주철근(6)과 연결하며 주철근(6)을 외부 주철근 삽입 홀(321)에 삽입하며 외부블록(32)을 적층할 수 있다, 참고로, 주철근(6)과 하부 주철근(5)의 연결은 용접 이음, 커플러 연결 등을 통해 이루어질 수 있다.

또한, 참고로, 외부블록(32)은 상면 및 하면 중 어느 하나에 전단키(shear key)가 형성되고 상면 및 하면 중 다른 하나에 전단키와 대응하는 전단키 맞물림 홈이 형성될 수 있다. 외부블록(32)은 그 표면에 형성된 전단키에 의해 제 위치에 적치될 수 있다.

도 6은 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제3 단계의 상부블록이 중간 기둥부 상에 적치되는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이고, 도 7은 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제3 단계의 상부블록과 상기 내부블록을 긴장재에 의한 압축력 도입을 통해 결합시키는 것을 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 시공 방법은 중간 기둥부(3) 상에 상부블록(4)을 적치한 다음, 상부블록(4)과 내부블록(31)을 긴장재(4)에 의한 압축력 도입을 통해 결합시키는 단계(제3 단계)를 포함한다.

예를 들어, 상부블록(4)은 교각의 코핑부, 교대의 벽체상부블록 등으로 이용되거나, 일반 건축물 기둥의 상부마감블록 등으로 이용될 수 있다. 또한, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상부블록(4)의 하부의 적어도 일부는 중간 기둥부(3)의 외부블록(32) 내에 삽입될 수 있다. 상술한 바와 같이, 중간 기둥부(3)의 최상측 외부블록(32)은 최상측 내부블록(31)보다 상향 돌출될 수 있으며, 이에 따라 최상측 외부블록(32)의 중공부 중 상부 공간은 중공 상태로 비어 있을 수 있고, 상부블록(4)은 이러한 최상측 외부블록(32)의 중공부의 상부 공간에 삽입될 수 있다.

또한, 도 6을 참조하면, 상부블록(4)에는 긴장재(7)가 배치되도록 상하 방향으로 통공된 상부 긴장재 배치 홀(41)이 형성될 수 있다. 또한, 내부블록(31)에는 긴장재(7)가 배치되도록 상하 방향으로 통공되고 상부 긴장재 배치 홀(41)과 연통하는 내부 긴장재 배치 홀(311)이 형성될 수 있다. 또한, 하부블록(2)에는 긴장재(7)의 정착을 위한 쉬스관(23)이 내부 긴장재 배치 홀과 연통하고 정착 단부가 하부블록(2)의 외주면 측에 노출되도록 구부러진 상태로 구비될 수 있다. 또한, 도 7을 참조하면, 제3 단계는 상부 긴장재 배치 홀(41), 내부 긴장재 배치 홀(311) 및 쉬스관(23)에 대한 긴장재(7)를 배치 및 정착하여 압축력 도입을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상부블록(4)은 중간 기둥부(3)의 내부블록(31)과 긴장을 통한 결합을 할 수 있다. 참고로, 긴장재(7)는 강연선, 강봉 등 긴장이 이루어질 수 있는 부재를 넓게 포괄하는 개념으로 이해될될 수 있다.

또한, 도면에 자세히 도시되지는 않았지만, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상술한 제2 단계 또는 제3 단계에서, 하부블록(2) 상에 배치되는 첫번째단 외부블록(32')과 첫번째단 내부블록(31') 사이의 사이 공간에는 휨저항성 및 전단저항성을 높이는 심부구속 효과의 증대를 위해 철근망이 삽입될 수 있다. 또한, 철근망은 하부블록(2)의 적어도 일부(이를 테면, 상측블록유닛(22)와 첫번째단 외부블록(32')의 사이에 개재되는 부분을 포함할 수 있다. 하부블록(2)의 적어도 일부와 첫번째단 외부블록(32')에는 휨 및 휨에 의한 휨-전단이 크게 발생할 수 있는데, 철근망 중 적어도 일부가 하부블록(2)과 첫번째단 외부블록(32') 사이 또는 첫번째단 내부블록(31')과 첫번째단 외부블록(32') 사이에 삽입되면 심부구속 효과가 높아져 휨-전단저항이 높아질 수 있다.

도 8은 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법의 제4 단계를 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 시공 방법은 소정의 간격에 의해 형성되는 사이 공간(s)에 시멘트질 재료(8)를 충진하여 내부블록(31)과 외부블록(32)을 합성하는 단계(제4 단계)를 포함한다. 예를 들어, 시멘트질 재료는 몰타르(mortar)일 수 있다. 다른 예로, 시멘트질 재료는 콘크리트일 수 있다.

제4 단계에서, 외부블록(32)은 제3 단계에서의 압축력의 영향력을 받지 않는 영응력 상태로 내부블록(31)과 합성될 수 있다. 구체적으로 본 시공 방법은 상부블록(4)과 중간 기둥부(3)의 합성 후, 외부블록(32)과 내부블록(31) 사이에 시멘트질 재료(몰타르)를 채워 합성할 수 있다. 이때, 프리캐스트 블록들(외부블록(32), 내부블록(31), 상부블록(4) 등)을 결합하기 위한 프리스트레스력은 중간 기둥부(3)의 내부블록(3)에서만 받게 되고 외부블록(32)은 상부블록(4)의 자중 및 결합을 위한 프리스트레스력으로부터 하중을 받지 않는 영응력 상태가 될 수 있다. 즉, 내부블록(31)이 프리스트레스력으로 인한 압축력을 받으며 영응력 상태로 합성된 외부블록(32)이 휨에 저항할 수 있다.

또한 도 7 및 도 8을 참조하면, 상부블록(4)은 마지막단(최상측) 외부블록(32)의 상단으로부터 소정의 높이(h4)만큼 이격된 상태로 적치될 수 있도록 구비됨이 바람직하다. 소정의 높이(h4)만큼의 이격을 통해 형성된 공간을 통해 상술한 시멘트질 재료(몰타르)가 투입될 수 있다. 즉, 소정의 높이(h4)는 시멘트질 재료를 외부블록(32)과 내부블록(31) 사이의 사이 공간(s)에 투입할 수 있는 장비에 의한 작업이 이루어질 수 있는 높이로 설정될 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 제1 단계에서 기초의 적어도 일부(1)에 대한 1차 타설이 이루어지는데, 제3 단계 이후 또는 제4 단계 이후에, 기초의 나머지 일부에 대한 2차 타설이 이루어질 수 있다. 예시적으로 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 2차 타설은 하부블록(2)의 외주면 측에 노출되어 있는 정착 단부가 외부에 노출되지 않도록 기초가 하부블록(2)의 외주면의 적어도 일부를 감싸는 형태가 되도록 이루어질 수 있다.

본 시공 방법은 프리캐스트 콘크리트 기둥의 교량 하부 구조(교각, 교대)에 대한 발명으로 적용 가능하며, 급속 시공이 필요한 현장에 적용되어 공기를 단축시킬 수 있다. 또한, 본원은 압축을 받는 구조의 뼈대를 갖는 건축구조물의 기둥 시공에도 적용이 가능하다. 이러한, 본 시공 방법은 중공을 갖는 프리캐스트 콘크리트를 이용한 기둥 구조물의 시공 방법이라고 할 수 있을 것이며, 후술하는 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물은 중공을 갖는 프리캐스트 콘크리트를 이용한 기둥 구조물이라 할 수 있을 것이다.

도 9는 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법에 의해 시공되는 프리캐스트 기둥 구조물에 작용하는 하중에 대해 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.

압축과 휨을 받는 프리캐스트 기둥 구조물의 경우 휨에 저항하기 위하여 프리스트레스 긴장력을 도입하는 방법이 널리 사용되고 있다. 긴장력을 도입함으로써 합성의 효과는 커지지만 그로 인해 기둥의 본질인 압축력의 저항력 감소가 발생할 수 있다. 즉, 압축을 받는 부재에 긴장력을 도입함으로써 압축력이 작용하기 때문이다.

도 9를 참조하면, 본 시공 방법은 휨을 받는 부재와 압축을 받는 부재를 구분하여 제작 및 시공함으로써 휨에 대한 저항력도 크면서 휨 발생이 최대가 되는 구간에는 긴장에 의한 압축력이 도입되지 않는 기둥부재를 구축할 수 있게 하며, 압축과 휨을 동시에 받는 기둥 구조물에서 힘의 영향에 따라 부재의 합리적인 단면구성이 가능하여 경제적인 설계를 구현할 수 있다.

또한, 본원은 상술한 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법에 따라 제조되는 프리캐스트 기둥 구조물을 제공할 수 있다.

또한, 본원은 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물을 제공한다. 이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물(이하 '본 프리캐스트 기둥 구조물'이라 함)에 대해 설명한다. 다만, 본 프리캐스트 기둥 구조물은 상술한 본 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법과 발명의 카테고리만 달리할 뿐, 동일하거나 상응하는 기술적 특징을 갖는 발명이라 할 것이므로, 앞서 살핀 본원의 일 실시예에 따른 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.

본 프리캐스트 기둥 구조물은 기초의 적어도 일부(1)를 포함한다.

또한, 본 프리캐스트 기둥 구조물은 기초의 적어도 일부(1) 상에 거치되는 하부블록(2)을 포함한다.

또한, 본 프리캐스트 기둥 구조물은 내부블록(31) 및 내부블록(31)을 소정의 간격을 두고 감싸는 중공형의 외부블록(32)이 하부블록(2) 상에 교번 적층된 상태로 배치되는 중간 기둥부(3)를 포함한다.

또한, 본 프리캐스트 기둥 구조물은 중간 기둥부(3) 상에 적치되고, 긴장재(7)에 의한 압축력 도입을 통해 내부블록(31)과 결합되는 상부블록(4)을 포함한다.

또한, 본 프리캐스트 기둥 구조물은 내부블록(31)과 외부블록(32)이 합성되도록 소정의 간격에 의해 형성되는 사이 공간에 충진 형성되는 시멘트질 재료부(8)를 포함한다.

또한, 본 프리캐스트 기둥 구조물에 있어서, 긴장재(7)에 의한 압축력 도입은 내부블록(31)과 외부블록(32)이 합성되기 이전에 이루어진다.

또한, 본 프리캐스트 기둥 구조물에 있어서, 외부블록(32)은 긴장재(7)에 의해 도입된 압축력의 영향을 받지 않는 영응력 상태로 내부블록(31)과 합성될 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 기초의 적어도 일부
2: 하부블록
21: 하측블록유닛
22: 상측블록유닛
23: 쉬스관
3: 중간 기둥부
31: 내부블록
311: 내부 긴장재 배치 홀
32: 외부블록
321: 외부 주철근 삽입 홀
4: 상부블록
41: 상부 긴장재 배치 홀
5: 하부 주철근
6: 주철근
7: 긴장재
8: 시멘트질 재료

Claims (10)

1. 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법에 있어서
   (a) 기초의 적어도 일부를 형성하고, 상기 기초의 적어도 일부 상에 하부블록을 거치하는 단계;
   (b) 내부블록 및 상기 내부블록을 소정의 간격을 두고 감싸는 중공형의 외부블록을 상기 하부블록 상에 교번 적층된 상태로 배치하여 중간 기둥부를 형성하는 단계;
   (c) 상기 중간 기둥부 상에 상부블록을 적치한 다음, 상기 상부블록과 상기 내부블록을 긴장재에 의한 압축력 도입을 통해 결합시키는 단계; 및
   (d) 상기 소정의 간격에 의해 형성되는 사이 공간에 시멘트질 재료를 충진하여 프리캐스트 콘크리트 블록인 상기 내부블록과 상기 외부블록을 합성하는 단계를 포함하되,
   상기 외부블록에는, 주철근이 배치되도록 상하 방향으로 통공된 외부 주철근 삽입 홀이 형성되고,
   상기 (b) 단계에서, 상기 외부블록의 외부 주철근 삽입 홀에는 주철근이 배치되며,
   상기 (d) 단계에서, 상기 외부블록은 상기 (c) 단계에서의 압축력의 영향을 받지 않는 영응력 상태로 상기 내부블록과 합성되고,
   상기 외부블록은 상기 영응력 상태로 합성되어 휨에 저항함으로써, 상기 내부블록에 도입된 압축력의 영향을 받도록 합성된 경우보다 휨 발생이 최대가 되는 구간에서의 압축력 발생이 저감되는 것인, 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계에서, 상기 교번 적층된 상태는, 상하로 이웃하는 2개의 외부블록 사이의 외부블록 경계면과 상하로 이웃하는 2개의 내부블록 사이의 내부블록 경계면이 높이 방향에 대해 서로 불일치하고 어긋나도록 적층된 상태인 것인, 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 (b) 단계에서,
   상기 중간 기둥부는,
   상기 하부블록 또는 하측 외부블록 상에 적층되는 제1 외부블록;
   상기 제1 외부블록 내부에 일부만 삽입되고 나머지 일부는 상기 제1 외부블록보다 상향 돌출되도록 적층되는 제1 내부블록; 및
   상기 제1 내부블록의 나머지 일부를 감싸되, 그 상단이 상기 제1 내부블록의 상단보다 상향 돌출되도록 적층되는 제2 외부블록을 포함하는 것인, 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 (b) 단계는, 상기 제1 외부블록의 적층, 상기 제1 내부블록의 적층, 및 상기 제2 외부블록의 적층의 순서로 수행되고,
   상기 제1 내부블록의 적층 및 상기 제2 외부블록의 적층은 순차적으로 교번하여 1회 이상 수행되는 것인, 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 상부블록에는, 긴장재가 배치되도록 상하 방향으로 통공된 상부 긴장재 배치 홀이 형성되고,
   상기 내부블록에는, 긴장재가 배치되도록 상하 방향으로 통공되고 상기 상부 긴장재 배치 홀과 연통하는 내부 긴장재 배치 홀이 형성되고,
   상기 하부블록에는, 긴장재의 정착을 위한 쉬스관이 상기 내부 긴장재 배치 홀과 연통하고 정착 단부가 상기 하부블록의 외주면 측에 노출되도록 구부러진 상태로 구비되고,
   상기 (c) 단계는, 상기 상부 긴장재 배치 홀, 상기 내부 긴장재 배치 홀 및 상기 쉬스관에 대한 긴장재를 배치 및 정착하여 압축력 도입을 수행하는 것인, 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 하부블록에는, 하부 주철근이 배치되도록 상하 방향으로 통공되고 상기 외부 주철근 삽입 홀과 연통하는 하부 주철근 삽입 홀이 형성되고,
   상기 (a) 단계에서, 상기 기초의 적어도 일부는, 하부 주철근의 하단 측이 그 내부에 매입된 상태로 상향 연장되어 상기 하부 주철근 삽입 홀을 통해 상기 하부블록 상측으로 돌출되게 구비되도록 형성되고,
   상기 (b) 단계에서, 상기 외부블록의 외부 주철근 삽입 홀에 배치되는 주철근은 상기 하부 주철근과 직접 또는 간접적으로 연결되는 것인, 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계 또는 상기 (c) 단계에서, 상기 하부블록 상에 배치되는 첫번째단 외부블록과 첫번째단 내부블록 사이의 사이 공간에는, 휨저항성 및 전단저항성을 높이는 심부구속 효과의 증대를 위해 철근망이 삽입되는 것인, 프리캐스트 기둥 구조물의 시공 방법.
9. 프리캐스트 기둥 구조물에 있어서,
   기초의 적어도 일부;
   상기 기초의 적어도 일부 상에 거치되는 하부블록;
   내부블록 및 상기 내부블록을 소정의 간격을 두고 감싸는 중공형의 외부블록이 상기 하부블록 상에 교번 적층된 상태로 배치되는 중간 기둥부; 및
   상기 중간 기둥부 상에 적치되고, 긴장재에 의한 압축력 도입을 통해 상기 내부블록과 결합되는 상부블록; 및
   프리캐스트 콘크리트 블록인 상기 내부블록과 상기 외부블록이 합성되도록 상기 소정의 간격에 의해 형성되는 사이 공간에 충진 형성되는 시멘트질 재료부를 포함하되,
   상기 긴장재에 의한 압축력 도입은, 상기 내부블록과 상기 외부블록이 합성되기 이전에 이루어지고,
   상기 외부블록에는, 주철근이 배치되도록 상하 방향으로 통공된 외부 주철근 삽입 홀이 형성되고,
   상기 외부블록의 외부 주철근 삽입 홀에는 주철근이 배치되며,
   상기 외부블록은 상기 긴장재에 의해 도입된 압축력의 영향을 받지 않는 영응력 상태로 상기 내부블록과 합성되고,
   상기 외부블록은 상기 영응력 상태로 합성되어 휨에 저항함으로써, 상기 내부블록에 도입된 압축력의 영향을 받도록 합성된 경우보다 휨 발생이 최대가 되는 구간에서의 압축력 발생이 저감되는 것인, 프리캐스트 기둥 구조물.
10. 삭제

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