KR102442976B1 - 관형 지지물의 암접합부 보강 장치 및 보강 방법 - Google Patents

관형 지지물의 암접합부 보강 장치 및 보강 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 관형 지지물의 암접합부 보강 장치에 관한 것이다. 상세하게, 관형 지지물의 암접합부 보강 장치는 암접합부를 구비하는 관형 지지물의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되는 제1 보강부; 상기 제1 보강부의 하단에 배치되고 상기 제1 보강부와 소정 간격으로 이격되어 관형 지지물의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되는 제2 보강부; 상기 제1 보강부와 제2 보강부를 서로 연결하도록 형성되는 상하 연결부를 포함한다. 나아가, 상기 제1 보강부와 제2 보강부는, 관형 지지물을 둘러싸도록 형성된 밴드부와, 상기 밴드부에서 관형 지지물의 외측으로 돌출된 복수개의 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부 사이에 제1 보강 강판이 끼움 삽입되어 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

관형 지지물의 암접합부 보강 장치 및 보강 방법{Arm connecting part reinforcing apparatus and joint method for tubular steel pole}
본 발명은 원형 및 다각형 관(tube) 형태의 강재로 제작되는 가공 송전설비 지지물인 관형 지지물의 국부 좌굴 파괴를 방지하도록 형성된 보강 장치 및 보강 방법에 관한 것이다.
도 1에 개시된 종래의 사각골조 형태의 입체 트러스 구조인 송전용 철탑은 도 2에 개시된 관형 지지물로 대체되고 있다. 관형 지지물은 원형 및 다각형 관 형태의 강재로 제작되어 설치 장소가 협소한 곳이나 도심 인근지를 중심으로 환경 조화형 송전설비로 사용이 점차 증가하는 추세에 있다.
관형 지지물은 주체부인 주부재와 전선이 설치되는 암부재로 구성된다. 주부재에 결합되어 형성되는 암부재로 인하여 관형 지지물은 구조적으로 국부 좌굴 파괴가 발생할 수 있다. 즉, 암부재의 연결부는 관형 지지물의 취약한 단점으로 작용한다. 따라서, 이에, 관형 지지물의 암부재가 주체부에 접합될 때 접합 면적을 증가시켜 주부재에 발생하는 응력을 완화하거나, 띠 모양의 링형상의 강판을 주체부 둘레에 용접 시공하여 국부 좌굴을 방지하는 보강이 수행되어 왔다.
이러한 관형 지지물의 국부 좌굴을 방지하기 위한 조치는 관형 지지물 현장 조립 이전인 제작 단계에서 적용되고 있다. 하지만 용접에 의한 강재 변형으로 인해 주체부의 안정성이 저하될 우려가 높다.
한편, 기설 관형 지지물의 경우, 지상에서 30m 이상의 높이에서 암부재의 하중 증가에 따라 보강이 이루어질 수밖에 없는데 이 작업은 암접합부를 활선 상태에서 강판(steel plate)과 같은 보강물을 용접하는 것으로 매우 위험하며 현실적으로 불가능한 작업이다.
상세하게, 2012년도 이전에 설치된 관형 지지물의 경우 일부 철탑에서 암접합부 보강이 이루어지지 않아 안전성 문제가 제기된 바가 있다. 이에, 기설 관형 지지물의 암접합부 국부 좌굴에 대한 안전성 확보를 위해 관형 주체부 보강 기술이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 관형 지지물의 암접합부 보강 장치 및 보강 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 관형 지지물의 암접합부 보강 장치에 관한 것이다. 상세하게, 관형 지지물의 암접합부 보강 장치는 암접합부를 구비하는 관형 지지물의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되는 제1 보강부; 상기 제1 보강부의 하단에 배치되고 상기 제1 보강부와 소정 간격으로 이격되어 관형 지지물의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되는 제2 보강부; 상기 제1 보강부와 제2 보강부를 서로 연결하도록 형성되는 상하 연결부를 포함한다. 나아가, 상기 제1 보강부와 제2 보강부는, 관형 지지물을 둘러싸도록 형성된 밴드부와, 상기 밴드부에서 관형 지지물의 외측으로 돌출된 복수개의 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부 사이에 제1 보강 강판이 끼움 삽입되어 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1 보강부와 제2 보강부는 관형 지지물에 부착되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1 보강부와 제2 보강부의 사이에 상기 암접합부가 배치되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1 보강 강판은 사다리꼴로 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 돌출부의 측면 상기 제1 보강 강판의 빗면이 끼움 삽입되도록 형성되는 제1 홈을 가지고, 복수의 돌출부 사이의 상기 밴드부 상에는 강판 접촉부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 강판 접촉부는 자석을 구비하여 상기 제1 보강 강판과 자기력으로 부착되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 강판 접촉부는 상기 관형 지지물의 외측으로 돌출되는 탄성 지지부를 구비하고, 상기 탄성 지지부는 한쌍의 원호형상으로 형성되어 사이에 상기 제1 보강 강판이 끼움 삽입되어 고정되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 상하 연결부는 상기 제1 보강부와 제2 보강부의 돌출부와 직선상에 배치되고, 상기 제1 보강부와 제2 보강부가 마주하는 상기 돌출부에 제2 홈이 구비되고, 상기 상하 연결부는 상기 제1 보강부와 제2 보강부의 제2 홈에 끼움 삽입되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 상하 연결부의 외측면에 제3 홈이 구비되고, 상기 제2 홈과 제3 홈에 제2 보강 강판이 끼움 삽입되도록 형성되고, 상기 상하 연결부 외측면에는 외측으로 돌출되는 탄성 지지부 및 자석을 더 구비한다.
실시예에 있어서, 상기 제1 보강부와 제2 보강부는 섬유강화플라스틱 복합재로 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1 보강부와 제2 보강부는 각각 한 쌍으로 구성되어 관형 지지물의 암접합부를 기준으로 전후면에 각각 부착 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 관형 지지물의 보강 방법을 개시한다. 상세하게, 암접합부를 구비하는 관형 지지물의 외주면에 제1 보강부와 제2 보강부를 소정 간격으로 이격 배치하는 보강부 배치 단계; 상기 제1 보강부와 제2 보강부 사이에 상하 연결부를 끼움 삽입하여 상기 제1 보강부와 제2 보강부를 연결하는 보강부 연결 단계; 상기 제1 보강부와 제2 보강부에 제1 보강 강판을 끼움 삽입하는 제1 보강 강판 배치 단계; 및 상기 상하 연결부에 제2 보강 강판을 끼움 삽입하는 제2 보강 강판 배치 단계를 포함하고, 상기 제1 보강부와 제2 보강부는, 관형 지지물을 둘러싸도록 형성된 밴드부와, 상기 밴드부에서 관형 지지물의 외측으로 돌출된 복수개의 돌출부를 구비하고, 상기 제1 보강 강판 배치 단계에서 상기 돌출부 사이에 제1 보강 강판이 끼움 삽입되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 보강부 배치 단계에서 상기 제1 보강부와 제2 보강부는 상기 관형 지지물에 부착 결합하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 보강부 배치 단계에서 상기 제1 보강부와 제2 보강부의 사이에는 상기 암접합부가 배치되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1 보강 강판 배치 단계는 상기 제1 보강부와 제2 보강부에 형성된 제1 홈을 가이드로 하여 삽입되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1 보강 강판 배치 단계는 상기 밴드부에 구비되는 강판 접촉부에 구비된 자석으로 인한 자기력으로 부착되고, 상기 강판 접촉부는 상기 돌출부 사이에 구비되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1 보강 강판 배치 단계는 한쌍의 원호형상으로 형성되는 탄성 지지부에 상기 제1 보강 강판이 끼움 삽입되어 고정되고, 상기 탄성 지지부는 상기 강판 접촉부에 상기 관형 지지물의 외측으로 돌출되는 구조물인 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 보강부 연결 단계는 상기 제1 보강부와 제2 보강부의 돌출부를 상하로 일직선 상에 배치하고, 상하로 일직선으로 배치된 제1 보강부와 제2 보강부의 돌출부 사이에 상기 상하 연결부를 끼움 배치하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 보강부 연결 단계에서 상기 상하 연결부는 상기 제1 보강부와 제2 보강부가 마주하는 상기 돌출부에 제2 홈이 구비되고, 상기 상하 연결부는 상기 제2 홈에 끼움 삽입되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 제2 보강 강판 배치 단계는 제2 홈과 상기 상하 연결부의 외측면에 형성된 제3 홈에 제2 보강 강판이 끼움 삽입되도록 형성되고, 상기 상하 연결부 외측면에는 외측으로 돌출되는 탄성 지지부 및 자석을 더 구비하여 상기 제2 보강 강판이 끼움 삽입되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 제1 보강부와 제2 보강부는 각각 한 쌍으로 구성되어 관형 지지물의 암접합부를 기준으로 전후면에 각각 부착 결합한다.
본 발명에 따른 관형 지지물의 암접합부 보강 장치 및 보강 방법에 의하면, 암접합부 미보강 관형 지지물에 암접합부 보강 장치를 시공하여 주부재의 국부 좌굴에 대한 안정성을 향상할 수 있다.
또한, 관형 지지물을 둘러싸고 섬유강화플라스틱으로 형성된 밴드부에 제1 홈, 제2 홈, 탄성 지지를 구비하여 제1 보강 강판과 제2 보강 강판을 삽입하는 것으로 간단한 방법으로 주부재를 보강할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 암접합부 보강 장치를 관형 지지물에 보강 시공할 때, 관형 지지물에 제1 보강부와 제2 보강부를 접착하는 방법으로 결합하는 방법이 적용되어 용접 과정이 배제되므로 기설치된 관형 지지물에 안전하게 작업할 수 있고, 주체부 강재의 변형 없이 관형 지지물의 암접합부를 보강할 수 있다는 장점이 있다.
덧붙여, 본 발명에 따른 암접합부 보강 장치는 탄성지지부와 자석을 구비하는 보조 접촉부를 구비하여, 밴드부에 결합되는 제1 보강 강판과 제2 보강 강판의 결합을 더욱 견고히 할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 사각골조 형태의 입체 트러스구조인 송전용 철탑이다.
도 2는 원형 및 다각형 관(Tube) 형태의 강재로 제작 및 설치한 가공 송전설비 지지물인 송전용 관형 지지물이다.
도 3은 관형 지지물 암접합부의 주체부 국부 좌굴 형성의 비선형 유한요소해석 결과이다.
도 4는 본 발명의 관형 지지물 암접합부 보강 장치의 개념도이다.
도 5a는 관형 지지물 암접합부 보강 전후 파괴모드 및 국부 좌굴 강도를 비교한 비선형 유한요소해석 결과이다.
도 5b와 도 5c는 관형 지지물 암접합부 보강 전후 파괴모드를 도시한 결과이다.
도 6은 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 투시도이다.
도 8은 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치를 상부에서 바라본 도면이다.
도 9는 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치를 정면에서 바라본 도면이다.
도 10은 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 다른 예를 나타낸 투시도이다.
도 11과 도 12는 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 또 다른 예를 나타낸 투시도이다.
도 13은 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 탄성 지지부에서 보강 강판의 끼움 삽입을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 제1 보강부와 제2 보강부를 형성하는 재질의 일 실시예이다.
도 15는 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 보강 방법을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 관형 지지물의 암접합부를 보강할 수 있는 장치에 관한 것으로 용접없이 강재에 부착 가능하다. 상세하게, 강재에 섬유강화플라스틱(Fiber reinforced plastics, FRP) 복합재 재질의 밴드부를 관형 지지물의 외주면의 둘레에 격자형으로 부착한 다음 보강 강판(steel plate)을 끼움 삽입하는 것으로 관형 지지물의 암접합부를 보강할 수 있다. 이에, 관형 주체부의 국부 좌굴(local buckling)에 가장 영향을 미치는 좌굴 길이(폭)를 감소시켜 국부 좌굴을 방지할 수 있다.
밴드부를 형성하는 섬유강화플라스틱(FRP) 복합재는 다양한 형태로 제작할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 관형 지지물과 같은 강재에 용접이 아닌 접착제를 이용하여 부착하는 방법으로 설치가 이루어지기 때문에 시공성이 우수하다는 장점이 있다. 또한, 부착하는 방법으로 설치되므로 용접에서 발생하는 강재의 변형에서 자유롭다는 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치는 신설 관형 지지물의 접합부 보강뿐만 아니라 기설 관형 지지물의 암접합부에도 용이하게 적용할 수 있기 때문에 구조적으로 취약한 암접합부의 국부 좌굴을 사전에 방지하여 안정성 향상에 크게 기여할 수도 있다.
도 3은 관형 지지물 암접합부의 주체부 국부 좌굴 형성의 비선형 유한요소해석 결과이다.
도 3을 참조하면, (a)는 정상적인 암접합부의 주체부를 도시하였으며, (b)는 국부 좌굴이 발생하는 경우의 암접합부 주체부를 도시하는 비선형 유한요소해석 결과이다. 일반적으로 구조 부재의 요소가 너무 얇아 부재의 일부분에 국부적으로 좌굴이 일어나는 경우 전체 좌굴 모드에 상응하는 강도가 발현되지 않으나 이런 유형의 불안정성을 제한된 위치에서 국부 좌굴이라 이른다. 국부 좌굴이 발생하는 경우 단면은 전체가 유효하지 못하고 부재는 파괴된다. 따라서 관형 지지물과 같은 얇은 판을 갖는 단면 구조는 암접합부 인근 영역에서 국부 좌굴이 일어나기 쉽다.
국부 좌굴이 일어날 가능성을 측정 수단할 수 있는 수단은 단면요소에 대한 폭(D)-두께비(t)이며, 일반적으로 국부 좌굴 강도는 폭(D)에 반비례하고, 두께(t)에 비례한다.
하기 표 1과 같이 한국전력공사에서는 관형 지지물의 강재 좌굴응력에 대한 일반구매규격(GS-5445-0001) 기준을 세워 좌굴 응력을 규정하여 관형 지지물에 대한 강재의 국부 좌굴 파괴 방지를 관리하고 있다.
3. 강재의 좌굴응력(Local Buckling Stress)
3.1 단면이 원형일 경우
D/t < 267165/Fy → Fcc = Fy
267165/Fy < D/t < 843679/Fy → Fcc = 0.75Fy + 66791/(D/t)
D/t < 421839/Fy → Fcb = Fy
421839/Fy < D/t < 843679/Fy → Fcb = 0.75Fy + 126552/(D/t)
표 1을 참조하면, 폭(D)이 커질수록 좌굴응력이 작아짐을 알 수 있고, 이는 좌굴 파괴에 취약해짐을 의미한다. 하지만, 관형 지지물의 경우, 주체부 관 안쪽에 국부 좌굴 방지를 위한 별도의 보강재가 설치되어 있지 않으며, 시공이 완료되면 용접과 같은 방법으로 보강할 수 없다는 점에서 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치가 요구된다.
도 4는 본 발명의 관형 지지물 암접합부 보강 장치의 개념도이다.
도 4를 참조하면, (a)는 암접합부의 보강이 없는 종래의 관형 지지물이고, (b)는 관형 지지물의 암접합부 국부 좌굴을 방지하기 위한 주체부 강판 보강이 이루어진 개념도이다. (b)의 개념도는 본 발명의 암접합부 보강 장치의 도입을 간략하게 시뮬레이션하기 위한 개념도로서 전술한 것과 같이 관형 지지물의 시공이 완료되면 용접과 같은 방법으로 보강할 수 없다는 점에서 암접합부의 국부 좌굴의 방지하기 위해 주체부의 강판 보강을 모사한 개념도이다.
도 5a는 관형 지지물 암접합부 보강 전후 파괴모드 및 국부 좌굴 강도를 비교한 비선형 유한요소해석 결과이고, 도 5b와 도 5c는 관형 지지물 암접합부 보강 전후 파괴모드를 도시한 결과이다.
도 5a 내지 도 5c에서는 앞서 설명된 도 4에서 모사된 종래의 관형 지지물과 주체부 강판 보강이 이루어진 관형 지지물의 3차원 재료 및 기하 비선형 유한요소해석을 수행하였다.
도 5a를 참조하면, 관형 지지물 암접합부 보강 후 암접합부의 국부 좌굴 강도가 2배 정도 증가된 것으로 나타났다. 또한, 주체부 국부 좌굴 파괴가 지배적인 구조에서 암부재의 파괴모드로 전환된 것을 확인할 수 있다. 상세하게, 도 5b는 관형 지지물 암접합부 보강 장치 설치 전으로 주부재 소성화 파괴가 발생하여 관형 지지물의 좌굴을 유발할 수 있는 상태이다. 한편, 도 5c는 관형 지지물 암접합부 보강 후로 강도 및 강성이 증가하였으며, 그에 따른 주부재의 강도 증가로 암부재만 파괴되는 양상이 관찰되었다.
즉, 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 개념도 및 비선형 유한요소해석을 통해서 알 수 있는 점은 관형 지지물 암접합부의 국부 좌굴 파괴에 대한 강도를 증가시키기 위하여 강판을 추가하는 것으로 관형 주체부의 국부 좌굴에 가장 큰 영향을 미치는 좌굴길이(폭)를 감소시켜 국부 좌굴을 방지하는 보강할 수 있다는 점이다. 나아가, 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치는 용접을 하지 않고 관형 지지물을 보강하는 방법으로 밴드부에 섬유강화플라스틱(FRP) 복합재를 활용하여 제작하고, 강판을 삽입하여 일체화시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치 및 보강 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치(10)의 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 관형 지지물의 암접합부 보강 장치(10)는 제1 보강부(100), 제2 보강부(200), 상하 연결부(300), 제1 보강 강판(400) 및 제2 보강 강판(500)을 포함한다.
상세하게, 제1 보강부(100), 제2 보강부(200)는 각각 한 쌍으로 이루어진다. 한 쌍으로 이루어진 제1 보강부(100)는 관형 지지물의 암접합부 상부에서 관형 지지물의 외주면을 둘러싸도록 형성된다. 도시와 같이 관형 지지물을 둘레를 감싸도록 반원형의 밴드부(110)를 가지는 형태로 한쌍이 관형 지지물을 둘러싼다.
제2 보강부(200)도 제1 보강부(100)와 마찬가지로 관형 지지물을 둘레를 감싸도록 반원형의 밴드부(210)를 가지는 형태로 한쌍이 관형 지지물을 둘러싸도록 형성된다. 제2 보강부(200)의 배치는 제1 보강부(100)의 하단에 소정 간격으로 이격된다. 구체적으로 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200) 사이에는 암접합부가 배치될 수 있다. 즉, 관형 지지물 주부재 관(tube) 전체 둘레에 걸쳐 상단 및 하단에 횡방향으로 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)를 부착 결합한다. 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)는 관형 지지물의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된다. 이에, 관형 지지물의 주부재 관의 보강이 횡방향으로 이루어질 수 있다. 나아가, 각각 한 쌍의 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)는 관형 지지물의 둘레를 전체 감싸는 것 또한 가능하다.
제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)는 관형 지지물을 둘러싸도록 형성되는 밴드부(110, 210)와 관형 지지물의 외측으로 돌출된 복수개의 돌출부(120, 120', 220, 220')를 구비한다. 인근한 돌출부(120, 120', 220, 220')의 사이에는 제1 보강 강판(400)이 끼움 결합되어 전술된 도 4의 (b)와 같이 관형 지지물의 암접합부 국부 좌굴을 방지하기 위한 주체부 강판 보강이 이루어질 수 있다. 돌출부(120, 120', 220, 220')의 개수와 간격은 설계에 따라 가변할 수 있다.
돌출부(120, 120', 220, 220')의 측면 상기 제1 보강 강판(400)의 빗면이 끼움 삽입되도록 형성되는 제1 홈(121, 121', 221, 221')을 가지고, 복수의 돌출부 사이의 밴드부(110, 210) 상에는 강판 접촉부(123, 223)를 구비하여 제1 보강 강판(400)과 접촉하도록 형성된다. 강판 접촉부(123, 223)에는 제1 보강 강판(400)의 접촉면과 대응하는 홈이 구비되어 제1 보강 강판(400)의 고정력을 향상할 수도 있다.
제1 보강 강판(400)은 원통형의 주부재 관을 둘러싸는 밴드부(110, 210)의 외주면을 따라 보강하는 형태이므로 사다리꼴로 형성되는 것이 마땅하다. 나아가, 제1 보강 강판(400)은 등변사다리꼴의 형태인 것이 더욱 바람직하다.
나아가, 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)는 상하 연결부(300)를 구비하여 이들을 서로 연결한다. 상하 연결부(300)는 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)의 돌출부(120, 120', 220, 220')와 직선상에 배치된다. 또한, 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)가 마주하는 돌출부(120, 120', 220, 220')에 제2 홈(122, 222)이 구비된다. 상하 연결부(300)는 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)에 구비된 제2 홈(122, 222)에 대응되는 끼움부(311)를 구비한다. 상세하게, 상하 연결부(300)는 제2 홈(122, 222)에 끼움부(311)가 끼움 삽입되어서 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)를 서로 연결할 수 있다.
덧붙여, 상하 연결부(300)의 외측면에는 제2 홈(122, 222)과 직선상에 배치되는 제3 홈(310)이 구비될 수 있다. 이에, 제2 홈(122, 222)과 제3 홈(310)에 제2 보강 강판(500)이 끼움 삽입되어 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)의 연결을 더욱 견고히 할 수 있다. 더욱이, 상하 연결부(300) 또한 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)와 마찬가지로 접착제에 의한 접착으로 주부재관에 결합을 형성할 수 있다. 나아가, 상하 연결부(300)와 제2 보강 강판(500)의 결합으로 관형 지지물의 암접합부 보강 장치(10)의 강도가 증가할 수 있다.
도 7은 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 투시도이고, 도 8은 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치를 상부에서 바라본 도면이다. 덧붙여, 도 9는 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치를 정면에서 바라본 도면이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 암접합부 보강 장치(10)가 관형 지지물에 설치된 모습을 나타낸다. 전술한 것과 같이, 각각 한 쌍으로 이루어진 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)는 관형 지지물의 주부재 관(1)을 둘러싸도록 형성된다. 나아가, 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200) 사이에 암접합부(2)가 배치되어 주부재 관(1)의 강도를 증가시키도록 형성된다.
도시를 참조하면, 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)와 상하 연결부(300)는 주부재 관(1)에 접착 결합되어 제1 보강 강판(400)과 제2 보강 강판(500)이 삽입 가능한 격자 형태로 형성되는데, 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)의 간격, 돌출부(120, 120', 220, 220') 및 상하 연결부(300)의 갯수와 위치는 도면과 같이 한정되는 것이 아니라 설계에 따라 유연하게 가변될 수 있다.
또한, 이하 설명되는 다른 실시 예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 10은 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치(10a)의 다른 예를 나타낸 투시도이다.
도 10을 참조하면, 관형 지지물의 암접합부 보강 장치(10a)는 암접합부를 감싸도록 형성되는 상하 연결부(300')를 더 포함하여 주부재 관(1)에 접착 결합을 더욱 견고히 할 수도 있다. 전술된 상하 연결부(300)와 유사하게 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)에 상하 연결부(300')에 대응되는 홈을 형성하여 끼움으로 결합이 형성되도록 할 수 있다.
도 11와 도 12는 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치(10b, 10c)의 또 다른 예를 나타낸 투시도이다.
도 11을 참조하면, 돌출부(120, 120', 220, 220') 사이 영역의 밴드부(110, 210) 상의 강판 접촉부(123, 223)에 보조 접촉부를 구비할 수 있다. 이하에서 보조 접촉부에 대한 설명은 밴드부(210) 상에 구비된 것으로 설명하나, 보조 접촉부는 밴드부(110)상에도 동일 또는 유사하게 보조 접촉부가 구비될 수 있다.
상세하게, 보조 접촉부(223’)는 주부재 관(1)의 외측으로 돌출되는 한 쌍의 탄성 지지부(223a)를 구비한다. 탄성 지지부(223a)는 한 쌍의 원호형상으로 형성되어 제1 보강 강판(400)과 닿은 지지점에 작용하여 제1 보강 강판(400)을 횡방향으로 고정하도록 형성된다. 탄성 지지부(223a)는 밴드부(110, 210)와 동일한 재질로 밴드부(110, 210)의 제조 시 함께 제조되어 이음새가 없이 일체형의 형태로 제조될 수 있다. 이에, 외부의 바람과 같은 외부의 힘에도 이음새가 배제되어 탄성 지지부(223a)의 파손 확률이 줄어들 수 있다.
나아가, 탄성 지지부(223a) 사이에는 자석(223b)을 구비하여 밴드부(110, 210)와 제1 보강 강판(400)의 결합을 더욱 견고히 한다. 상세하게, 자석(223b)은 강판과 인력이 작용하는 초강력 자석으로 형성된다. 자석(223b)은 밴드부(110, 210) 상에 매립되어 제1 보강 강판(400)이 삽입될 때 강한 자력으로 강판을 잡아 당겨 제1 보강 강판(400)의 길이(종)방향으로 고정하도록 형성된다.
도 12를 참조하면, 관형 지지물의 암접합부 보강 장치(10c)는 상하 지지부(300) 상에 제2 강판(500)이 접촉하는 영역에 보조 접촉부(323’)를 구비하여 제2 강판(500)의 접촉을 더욱 견고히 할 수 있다. 보조 접촉부(323’) 및 보조 접촉부(323‘)에 구비된 탄성 지지부(323a)와 자석(323b)에 대한 설명의 앞선 보조 접촉부(223’)의 설명으로 갈음한다.
도 13은 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 탄성 지지부(223a, 323a)에서 보강 강판의 끼움 삽입을 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 보조 접촉부(223’)는 탄성 지지부(223a)와 자석(223b)을 구비하여 제1 보강 강판(400)의 결합을 더욱 견고히 할 수도 있다. 탄성 지지부(223a)는 한 쌍의 원호형상으로 형성되어 사이에 제1 보강 강판(400)이 끼움되어 고정되도록 형성된다. 상세하게, 탄성 지지부(223a)는 서로 대칭되는 판으로 구성되며, 한 쌍의 사이 공간에 제1 보강 강판(400)이 삽입되면 원호형상이 변형되어 원위치로 되돌아가려는 탄성 복원력이 제1 보강 강판(400)과 닿은 지지점에 작용하여 제1 보강 강판(400)을 횡방향으로 고정하도록 형성된다.
또한, 자석(223b)은 밴드부(110, 210)의 내주면 방향으로 역 T 형태로 매립되어 제1 보강 강판(400)이 삽입될 때 발생하는 자력에 의하여 이탈하지 않도록 형성된다. 마찬가지로 상하 연결부(300)에 구비된 보조 접촉부(323’) 또한 보조 접촉부(223’)와 동일 또는 유사하게 이루어진다.
도 14는 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 제1 보강부와 제2 보강부를 형성하는 재질의 일 실시예이다.
도 14를 참조하면, 제1 보강부와 제2 보강부를 형성하는 재질의 일 실시예이다. 제1 보강부와 제2 보강부는 섬유강화플라스틱(FRP) 복합재를 활용하여 구성한다. 도시와 같이 제1 보강부와 제2 보강부를 형성하는 재질은 섬유, 몰타르, 합성수지 등 다층구조로 이루어져 있다. 이에, 다양한 형태로 제작 및 구성이 용이하다. 또한, 섬유강화플라스틱(FRP) 복합재를 활용하므로 관형 지지물의 주체부에 용접이 아닌 접착제를 이용해 부착하는 방법이 가능하다는 장점이 있다.
도 15는 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 보강 방법을 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 보강 방법을 설명할 수 있다. 관형 지지물의 암접합부 보강 장치의 보강 방법은 보강부 배치 단계(a), 보강부 연결 단계(b), 제1 보강 강판 배치 단계(c) 및 제2 보강 강판 배치 단계(d)를 포함한다.
먼저, 보강부 배치 단계(a)는 암접합부를 구비하는 관형 지지물의 외주면에 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)를 소정 간격으로 이격 배치한다. 이때, 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)는 관형 지지물의 주체부 관(1)에 부착 결합되며, 접착제를 이용하여 결합 될 수 있다. 보강부 배치 단계(a)에서 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)의 사이에는 상기 암접합부(2)가 배치된다. 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)는 각각 한 쌍으로 구성되어 관형 지지물의 암접합부를 기준으로 전후면에 각각 부착 결합된다. 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)의 부착은 용접을 배재한 방법으로 부착하며 일 실시예로 접착제로 관형 지지물의 외주면에 부착될 수 있다.
보강부 연결 단계(b)는 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200) 사이에 상하 연결부(300)를 끼움 삽입하여 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)를 연결을 견고히 한다. 상세하게, 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)의 돌출부를 상하로 일직선 상에 배치하고, 상하로 일직선으로 배치된 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)의 돌출부 사이에 상하 연결부(300)를 끼움 배치한다. 나아가, 상하 연결부(300)는 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)가 마주하는 상기 돌출부에 형성된 제2 홈을 가이드로 하여 끼움된다. 상하 연결부(300)부 또한 보조적으로 전술된 접착제를 이용하여 관형 지지물의 외주면에 결합 될 수 있다.
제1 보강 강판 배치 단계(c)에서 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)에 제1 보강 강판(400)을 끼움 삽입한다. 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)는 주체부 관을 둘러싸도록 형성된 밴드부와 상기 밴드부에서 주체부 관의 외측 방향으로 돌출된 복수개의 돌출부를 구비한다. 상기 돌출부 사이에 도시와 같이 제1 보강 강판(400)을 끼움 삽입할 수 있다.
상세하게, 제1 보강 강판은 제1 보강부(100)와 제2 보강부(200)에 형성된 제1 홈을 가이드로 하여 삽입된다. 또한, 상기 밴드부 상 상기 복수의 돌출부 사이 영역인 강판 접촉부에 배치되는 보조 접촉부의 도움으로 제1 보강 강판(400)의 결합을 더욱 견고히 할 수도 있다. 보조 접촉부는 한쌍의 원호형상으로 형성되는 탄성 지지부를 구비하여 제1 보강 강판(400)을 횡방향으로 고정하도록 형성한다. 또한, 상기 자성의 강한 자력으로 제1 보강 강판(400)을 잡아당기는 것으로 종방향의 고정력을 향상하도록 형성된다.
제2 보강 강판 배치 단계(d)에서 상하 연결부(300)에 제2 보강 강판(500)을 끼움 삽입한다. 제2 보강 강판 배치 단계는 전술된 제2 홈과 상하 연결부(300)의 외측면에 형성된 제3 홈에 제2 보강 강판(500)이 끼움 삽입된다. 나아가, 상하 연결부(300) 상에도 원호형상의 탄성 지지부와 자석을 포함하는 보조 접촉부가 구비되어 제2 보강 강판(500)의 결합을 더욱 견고히 할 수 있다.
이에, 본 발명의 관형 지지물의 보강 방법으로 보강된 관형 지지물은 구조적으로 취약한 암접합부의 국부 좌굴을 사전에 방지하여 안정성 향상에 크게 기여할 수도 있다. 특히, 제1 보강부(100), 제2 보강부(200) 및 상하 연결부(300)가 관형 지지물에 부착되는 방식은 용접이 배제되고, 제1 보강부(100), 제2 보강부(200) 및 상하 연결부(300)에 제1 보강 강판(400)과 제2 보강 강판(500)이 삽입되어 관형 지지물을 보강하므로 주체부 강제의 변형 없이 암접합부를 보강할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서 설명한 관형 지지물의 암접합부 보강 장치 및 보강 방법은 위에서 설명된 실시 예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (21)

  1. 암접합부를 구비하는 관형 지지물의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되는 제1 보강부;
    상기 제1 보강부의 하단에 배치되고 상기 제1 보강부와 소정 간격으로 이격되어 관형 지지물의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성되는 제2 보강부; 및
    상기 제1 보강부와 제2 보강부를 서로 연결하도록 형성되는 상하 연결부를 포함하고,
    상기 제1 보강부와 제2 보강부는,
    관형 지지물을 둘러싸도록 형성된 밴드부와,
    상기 밴드부에서 관형 지지물의 외측으로 돌출된 복수개의 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부 사이에 제1 보강 강판이 끼움 삽입되어 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 암접합부 보강 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보강부와 제2 보강부는 관형 지지물에 부착되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 암접합부 보강 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보강부와 제2 보강부의 사이에 상기 암접합부가 배치되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 암접합부 보강 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보강 강판은 사다리꼴로 형성되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 암접합부 보강 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부의 측면 상기 제1 보강 강판의 빗면이 끼움 삽입되도록 형성되는 제1 홈을 가지고,
    복수의 돌출부 사이의 상기 밴드부 상에는 강판 접촉부를 구비하는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 암접합부 보강 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 강판 접촉부는 자석을 구비하여 상기 제1 보강 강판과 자기력으로 부착되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 암접합부 보강 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 강판 접촉부는 상기 관형 지지물의 외측으로 돌출되는 탄성 지지부를 구비하고,
    상기 탄성 지지부는 한쌍의 원호형상으로 형성되어 사이에 상기 제1 보강 강판이 끼움 삽입되어 고정되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 암접합부 보강 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상하 연결부는 상기 제1 보강부와 제2 보강부의 돌출부와 직선상에 배치되고,
    상기 제1 보강부와 제2 보강부가 마주하는 상기 돌출부에 제2 홈이 구비되고,
    상기 상하 연결부는 상기 제1 보강부와 제2 보강부의 제2 홈에 끼움 삽입되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 암접합부 보강 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상하 연결부의 외측면에 제3 홈이 구비되고,
    상기 제2 홈과 제3 홈에 제2 보강 강판이 끼움 삽입되도록 형성되고,
    상기 상하 연결부 외측면에는 외측으로 돌출되는 탄성 지지부 및 자석을 더 구비하는 관형 지지물의 암접합부 보강 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보강부와 제2 보강부는 섬유강화플라스틱 복합재로 형성되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 암접합부 보강 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보강부와 제2 보강부는 각각 한 쌍으로 구성되어 관형 지지물의 암접합부를 기준으로 전후면에 각각 부착 결합되도록 형성되는 암접합부 보강 장치.
  12. 암접합부를 구비하는 관형 지지물의 외주면에 제1 보강부와 제2 보강부를 소정 간격으로 이격 배치하는 보강부 배치 단계;
    상기 제1 보강부와 제2 보강부 사이에 상하 연결부를 끼움 삽입하여 상기 제1 보강부와 제2 보강부를 연결하는 보강부 연결 단계;
    상기 제1 보강부와 제2 보강부에 제1 보강 강판을 끼움 삽입하는 제1 보강 강판 배치 단계; 및
    상기 상하 연결부에 제2 보강 강판을 끼움 삽입하는 제2 보강 강판 배치 단계를 포함하고,
    상기 제1 보강부와 제2 보강부는,
    관형 지지물을 둘러싸도록 형성된 밴드부와,
    상기 밴드부에서 관형 지지물의 외측으로 돌출된 복수개의 돌출부를 구비하고,
    상기 제1 보강 강판 배치 단계에서 상기 돌출부 사이에 제1 보강 강판이 끼움 삽입되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 보강 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 보강부 배치 단계에서 상기 제1 보강부와 제2 보강부는 상기 관형 지지물에 부착 결합하는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 보강 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 보강부 배치 단계에서 상기 제1 보강부와 제2 보강부의 사이에는 상기 암접합부가 배치되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 보강 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 보강 강판 배치 단계는 상기 제1 보강부와 제2 보강부에 형성된 제1 홈을 가이드로 하여 삽입되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 보강 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 보강 강판 배치 단계는 상기 밴드부에 구비되는 강판 접촉부에 구비된 자석으로 인한 자기력으로 부착되고,
    상기 강판 접촉부는 상기 돌출부 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 보강 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 보강 강판 배치 단계는 한쌍의 원호형상으로 형성되는 탄성 지지부에 상기 제1 보강 강판이 끼움 삽입되어 고정되고,
    상기 탄성 지지부는 상기 강판 접촉부에 상기 관형 지지물의 외측으로 돌출되는 구조물인 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 보강 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 보강부 연결 단계는 상기 제1 보강부와 제2 보강부의 돌출부를 상하로 일직선 상에 배치하고,
    상하로 일직선으로 배치된 제1 보강부와 제2 보강부의 돌출부 사이에 상기 상하 연결부를 끼움 배치하는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 보강 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 보강부 연결 단계에서 상기 상하 연결부는 상기 제1 보강부와 제2 보강부가 마주하는 상기 돌출부에 제2 홈이 구비되고,
    상기 상하 연결부는 상기 제2 홈에 끼움 삽입되는 것을 특징으로 하는 관형 지지물의 보강 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    제2 보강 강판 배치 단계는 제2 홈과 상기 상하 연결부의 외측면에 형성된 제3 홈에 제2 보강 강판이 끼움 삽입되도록 형성되고,
    상기 상하 연결부 외측면에는 외측으로 돌출되는 탄성 지지부 및 자석을 더 구비하여 상기 제2 보강 강판이 끼움 삽입되는 관형 지지물의 보강 방법.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 제1 보강부와 제2 보강부는 각각 한 쌍으로 구성되어 관형 지지물의 암접합부를 기준으로 전후면에 각각 부착 결합하는 관형 지지물의 보강 방법.
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