KR102548474B1 - 형상기억합금 압착용 정착구 및 이를 이용한 frp긴장재 정착방법 - Google Patents

형상기억합금 압착용 정착구 및 이를 이용한 frp긴장재 정착방법 Download PDF

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Abstract

FRP긴장재를 압착형 정착장치를 이용하여 구조물에 정착시킴에 있어 형상기억합금 정착구를 이용하여, 전단응력에 취약한 FRP긴장재의 압착력 확보에 보다 효과적이면서도, 가열에 의한 정착이 가능하여 정착공간을 효율적으로 이용할 수 있어 사용성과 경제성이 뛰어난 형상기억합금 압착용 정착구 및 이를 이용한 FRP긴장재 정착방법이 개시되면 상기 형상기억합금 압착용 정착구는 정착블록, 정착홀, 내측돌기부를 포함하도록 하게 된다.

Description

형상기억합금 압착용 정착구 및 이를 이용한 FRP긴장재 정착방법{AHCHORING DEVICE USING SHAPE MEMORY ALLOY FOR COMPRESSION-TYPE FIXING SLEEVE AND FRP TENDON AHCHORING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 형형상기억합금 압착용 정착구에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 FRP긴장재를 압착형 정착장치를 이용하여 구조물에 정착시킴에 있어 형상기억합금 정착구를 이용하여, 전단응력에 취약한 FRP긴장재의 압착력 확보에 보다 효과적이면서도, 가열에 의한 정착이 가능하여 정착공간을 효율적으로 이용할 수 있어 사용성과 경제성이 뛰어난 형상기억합금 압착용 정착구 및 이를 이용한 FRP긴장재 정착방법에 관한 것이다.
도 1a는 종래 형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)의 응력-변형률 그래프를 도시한 것이다.
형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)의 특성인 형상기억은 낮은 온도에서 변형된 형상기억합금은 열이 가해질 때까지는 변형형상을 유지하지만, 열이 가해져 온도가 상승하면 원래의 모양으로 돌아가는 성질의 의미한다.
이러한 형상기억의 특징은 온도 또는 응력에 의해서 유발되는 고체의 상태변화에 의한 결과로 알려져 있다.
이에 형상기억합금은 도 1a과 같이 마텐사이트(Martensite)와 오스텐나이트(Austenite) 상태가 존재한다고 알려져 있으며, 이들은 제작과정의 열처리에 의존한다.
이때 오스텐나이트 상태에서는 하중에 의한 변형 후에 하중을 제거하면 자동적으로 원래의 상태로 변형을 회복한다.
그러나 마텐사이트 상태에서는 하중을 제거하면 회복되는 변형은 일부이고 많은 양의 변형은 회복되지 않고 잔류변형으로 남는다. 하지만 가열하여 온도를 높여주면 원래의 상태로 변형을 회복하게 되며, 변형을 구속한 상태에서 마텐사이트 상태의 형상기억합금을 열을 가하여 온도를 높이면 합금 내부에 응력이 발생하여 이러한 응력은 다른 물체를 구속 하는데 이용된다.
도 1b는 이러한 종래 형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)을 이용한 콘크리트 구조물 또는 기타 장치들에 대한 적용예들이다.
먼저 콘크리트 구조물인 기둥구조물의 경우, 오스텐나이트 상태의 형상기억합금을 이용하는 경우에는 가열수단이 없어도 원래의 형태로 변형이 회복될 수 있어 이러한 변형 회복을 구속시켜 다른 물체를 구속하는 데 효과적으로 사용될 수 있지만,
최초 설치 시 기둥구조물(31)과의 일체화 될 수 있도록 부착력을 확보하면서 기둥구조물에 설치되어야 할 필요가 있을경우, 마텐사이트 상태로 형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)을 제작하여 가열과정에서 기둥구조물과의 부착력을 확보하면서 기둥구조물을 구속시키게 된다.
이에, 도 1b의 경우 판 태의 형상기억합금(SMA, 10)과 와이어 형태의 형상기억합금(SMA,20)을 이용할 수 있음을 알 수 있고, 나아가, 이러한 판 형태의 형상기억합금(SMA)과 와이어 형태의 형상기억합금(SMA) 성질을 이용하여 댐핑장치(32), 교량받침(33)에도 적용할 수 있음을 알 수 있다.
도 1c는 종래 공구를 고정하는 공구홀더에 형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA) 적용예를 도시한 것이다.
즉, 상기 공구의 생크부(S)의 외경보다 상대적으로 작은 내경을 갖는 공구 고정공(12)을 관통 형성한 공구 장착부(11);
상기 공구 고정공보다 상대적으로 큰 내경을 갖도록 공구장착부에 형성된 링 고정공에 삽입 배치되는 적어도 하나의 형상기억합금 링(15);을 포함하고,
상기 형상기억합금 링(15)에 제공되는 가열원과 냉각원에 의한 형상기억합금 링(15)의 변형에 의해서, 공구 고정공(12)의 내경크기를 강제 가변시켜 상기 공구를 클램핑 시키거나 언 클램핑할 수 있음을 알 수 있다.
하지만 이러한 형상기억합금 링(15)은 FRP긴장재와 같이 인장응력을 받는 상태에서 정착하는 작용이 아니라 공구의 생크부(S)를 단순히 클랩핑하기 위한 형태로 형성된 것이어서 긴장에 의한 인장응력을 지속적으로 받고 있는 FRP긴장재의 정착구에 이용하는 것은 한계가 있게 된다.
도 1e는 종래 형상기억합금을 이용한 정착장치(60)의 예시도이다.
즉, PSC구조물(61)에 고정 설치되어 도입된 긴장력을 전달하는 양 정착판(62); 상기 양 정착판(62) 사이에 설치된 긴장재(63); 상기 긴장재(63)의 일측 단부에 형성되며 정착판(62)에 지지되어 긴장재를 정착시키는 수평정착구(64); 긴장재(63) 재긴장 시, 위치가 변동되지 않고 PSC구조물(61)에 고정 설치된 반력판(65); 및 긴장재(63)와 일체화된 수평정착구(64)와 수축이 구속되는 반력판(65) 사이에 일체화된 형상기억합금(SMA)재질의 블록으로서, 전기를 인가하여 긴장재(63)가 재긴장되도록 하는 방향으로 수축이 발생하는 단부정착블럭(66);을 포함하며, 상기 단부정착블럭(66)의 일단은 인출된 긴장재를 수용하면서, 수평정착구(64)와 일체화 되도록 하기 위하여 소켓 체결방식을 포함하도록 형성되어 수평정착구(64)와 일체화시키고, 상기 단부정착블럭(66)의 타측은 반력판(65)과 일체화시키는 방식으로 설치되어 탈착도 가능하여 필요한 설치크기를 조절하면서 수축량을 조정할 수 있도록 한 것이다.
이때 상기 단부정착블럭(65)은 긴장재(63)의 재긴장 방향으로 수축되는 형상기억합금(SMA)재질의 블록으로서 소켓 체결방식으로 수평정착구(64)와 반력판(65) 사이에 설치된 것이고, 긴장재(63) 자체를 정착시키기 위한 것은 아님을 알 수 있다.
도 1d는 종래 철근콘크리트 구조물의 보강 공법에 있어 연성도 특징을 나타내는 도면 및 압착형 슬리브의 형성예시도이다.
연성도(Ductility)는 철근의 항복부터 파단 직전까지의 변형의 비로 나타내며, 철근은 연성 거동하고, FRP긴장재(FRP보강재, FRP)는 취성 거동하게 되는데, 이러한 연성도가 부족할 경우, 철근콘크리트 구조물은 취성적인 구조가 될 수 있다.
이에 FRP긴장재로 보강 시 철근콘크리트 구조물의 연성도가 감소 될 수 있기 때문에 연성도 확보를 위해 임의로 비부착 구간을 형성하는 방법들이 있지만, 이와 같이 임의로 비부착 구간 형성 시 철근콘크리트 구조물 항복 이전의 강성을 떨어뜨린다는 문제점이 있었다.
이에 이러한 FRP긴장재를 정착하는 방법 중에서 특히 압착형 정착장치는 정착 길이의 감소, 정착장치의 안전성 확보 등의 장점이 있어 많이 이용되고 있다.
이러한 압착형 정착장치는 FRP긴장재 외주면에 압착슬리브(52)를 압착시키고, FRP긴장재에 압착된 압착슬리브(52)를 별도의 정착장치를 이용하여 긴장후 정착시키는 장치이다.
이에 도 1e에 의하면, FRP긴장재에 압착슬리브(52)를 압착시키기 위하여 스웨이징(Swaging) 장비를 이용하고 있음을 알 수 있다.
즉, FRP긴장재(51)에 압착슬리브(52)를 끼워 압출을 위한 유압잭(52)과 스웨이징블록(53) 사이에 정렬시키고, 유압잭(54)을 가동시켜 압착 슬리브(52)가 상기 스웨이징블록(53)을 통과하도록 하고 있음을 알 수 있다.
이때, 상기 스웨이징블록(53)의 내경은 상기 압착 슬리브(52) 외경보다 작으므로 강제적으로 압착슬리브(52)에 압착력이 발생한다.
이러한 압착슬리브(52)는 압착에 의한 변형이 가능한 원통형 슬리브로서 스웨이징블록(53)을 이용하여 압착되도록 한 것이기 때문에, 압착슬리브(52)를 별도의 정착장치에 체결시켜 고정시키게 된다.
이를 위해 압착슬리브(52)에는 통상 정착장치에 체결 및 정착을 위한 나사탭 가공이 이루어지게 되는데, 압착슬리브(52)가 압착된 상태에서 FRP긴장재(51)와 함께 가공 작업이 어려워, 통상 압착슬리브(52)에 스웨이징블록(53)을 통과할 수 있는 나사탭을 미리 형성시킨 것을 이용하게 된다.
결국, 압착형 정착장치를 이용한 FRP긴장재(51)이 긴장 및 정착작업은 압착슬리브(52)에 나사탭을 별도 형성시키고, 상기 압착슬리브(52)가 압착된 FRP긴장재(51)를 긴장한 후, 정착장치에 상기 나사탭을 체결하는 방식으로 이루어지게 되는데, 압착슬리브(52)의 나사탭 가공 등 부가적인 공정에 의한 작업성 저하, 나사탭 형성을 위해 압작 슬리브의 연장 길이 증가, 별도의 정착장치를 설치함에 따른 정착공간 확보의 어려움 때문에 작업성 및 사용성에 한계가 있었다.
대한민국 특허 제 10-0540372호(발명의 명칭: 형상기억합금 와이어를 이용한 면진장치, 공개일자: 2006년01월10일) 대한민국 특허 제 10-0622390호(발명의 명칭: 보강강판 및 형상기억합금으로 제조된 압착수단을 이용한기둥구조물 보강시스템, 공개일자: 2006년09월11일) 대한민국 공개특허 제 10-2011-0064708호(발명의 명칭: 형상기억합금을 이용한 공구 홀더 및 공구 고정방법, 공개일자: 2011년06월15일) 대한민국 등록특허 제 10-2098014호(발명의 명칭: 형상기억합금을 이용한 정착장치 및 그 시공방법, 공개일자: 2020년04월07일)
이에 본 발명은 FRP긴장재에 압착형 정착장치를 이용하여 구조물에 프리스트레스를 도입시킴에 있어서, 압착슬리브에 별도의 나사탭 등을 설치하지 않고서도 FRP긴장재를 구조물에 정착시킬 수 있도록 하고, 압착형 정착구 크기를 최소화시킬 수 있어 작업성이 뛰어나고 사용성도 개선된 형상기억합금 압착용 정착구 및 이를 이용한 FRP긴장재 정착방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
또한, 인장응력이 가해진 상태가 지속되는 형상기억합금 압착용 정착구는 전단응력이 가장 크게 작용하는 부위에서 압착력이 충분히 도입되도록 하되, 추가적으로 기계적 물림작용을 통해서 FRP긴장재에 압착력을 효과적으로 추가 확보할 수 있도록 하여 FRP긴장재 정착에 최적화시킨 형상기억합금 압착용 정착구 및 이를 이용한 FRP긴장재 정착방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 형상기억합금 압착용 정착구는,
형상기억합금(SMA)을 이용하여 블록 형태로 제작한 것으로서, 형상기억 성질을 이용하여 가열에 의하여 FRP긴장재가 내부의 정착홀에 압착되어 정착되도록 하는 정착블록; 및 상기 정착블록의 일측단부면으로부터 타측단부면을 관통하도록 하되 정착된 FRP긴장재에 전단응력이 가장 크게 발생하는 부위의 정착홀 직경(D2)을 기준으로 멀어질수록 정착홀 직경(D1)이 점진적으로 커지도록 형성시킨 정착홀;을 포함하며, 상기 정착홀에서의 탄성기억은 일측단부면에서의 정착홀이 FRP긴장재 외주면에 압착되도록 하여 일측단부면에서 타측단부면로 갈수록 직경이 작아지도록 형성된 타측단부면 주위에서 가해지는 압착력이 정착홀 전체에서 가장 크게 작용하도록 하며, 상기 정착블록의 일측단부면 주위의 정착홀 내측면에 SMA 재질의 용수철 형태로 형성된 내측돌기부를 설치하되, 상기 내측돌기부가 가열되면 형상기억 효과에 의하여 일측단부면 주위의 정착홀 내측면에 밀착되고, 작용하는 압착력에 의하여 정착돌기부로서 FRP긴장재의 정착성능이 증가되도록 하게 된다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 형상기억합금 압착용 정착구를 이용한 FRP긴장재 정착방법은
(a) 구조물에 쉬스를 설치하여 FRP긴장재를 외부에서 삽입 설치하여, 일단부가 구조물의 고정부위(A1)에 노출되고, 타단부가 구조물의 정착부위(A2)에 노출되도록 세팅하는 단계; (b) 구조물의 고정부위(A1)에 위치한 FRP긴장재의 일단부에 고정정착구를 형성시키고, 구조물의 정착부위(A2)에 위치한 FRP긴장재의 타단부에 형상기억합금 정착구를 관통시켜 설치하는 단계; 및 (c) 상기 고정정착구에 고정 설치된 FRP긴장재의 일단부를 고정단으로 하여, 형상기억합금 정착구를 관통하여 구조물의 정착부위(A2)에 위치한 FRP긴장재의 일단부를 긴장 후, 형상기억합금 정착구을 가열하여 FRP긴장재의 일단부가 형상기억합금 정착구에 정착되도록 하는 단계;를 포함하도록 하며, 상기 정착블록의 일측단부면 주위의 정착홀 내측면에 SMA 재질의 용수철 형태로 형성된 내측돌기부를 설치하되, 상기 내측돌기부가 가열되면 형상기억 효과에 의하여 일측단부면 주위의 정착홀 내측면에 밀착되고, 작용하는 압착력에 의하여 정착돌기부로서 FRP긴장재의 정착성능이 증가되도록 하게 된다.
본 발명에 의하면, FRP긴장재에 압착형 정착장치를 최소화시켜 콘크리트 구조물에 정착시킬 수 있기 때문에, 종래 PC강연선을 정착하기 위한 정착공간 정도만 구비하여도 FRP긴장재를 통해 콘크리트 구조물에 프리스트레스 도입이 가능하여 사용성 및 작업성이 향상된 형상기억합금 압착용 정착구 및 이를 이용한 FRP긴장재 정착방법 제공이 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 FRP긴장재에 압착형 정착장치를 사용하여, 전단응력에 취약한 FRP긴장재의 특성에 맞추어 정착부위에서의 취성파괴에 대한 문제를 해결할 수 있고, 압착력을 효과적으로 도입시킬 수 있어 효율적인 긴장작이 가능한 형상기억합금 압착용 정착구 및 이를 이용한 FRP긴장재 정착방법 제공이 가능하게 된다.
도 1a는 종래 형상기억합금(SMA)의 응력-변형률 그래프
도 1b는 종래 형상기억합금(SMA)을 이용한 콘크리트 구조물 또는 기타 장치들에 대한 적용예들
도 1c는 종래 공구를 고정하는 공구홀더에 형상기억합금(SMA) 적용예,
도 1d는 종래 형상기억합금을 이용한 정착장치의 예시도,
도 1e는 종래 철근콘크리트 구조물의 보강 공법에 있어 연성도 특징을 나타내는 도면 압착형 슬리브의 형성예시도,
도 2 및 도 3은 본 발명의 형상기억합금 정착구 및 설치예시도,
도 4는 본 발명의 형상기억합금 정착구를 이용한 FRP긴장재 정착예시도,
도 5는 본 발명의 형상기억합금 압착용 정착구를 이용한 FRP긴장재 정착방법 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[ 본 발명의 형상기억합금 정착구(100)]
도 2 및 도 3은 본 발명의 형상기억합금 정착구(100) 및 설치예시도, 도 4는 본 발명의 형상기억합금 정착구(100)를 이용한 FRP긴장재 정착예시도를 도시한 것이다.
상기 형상기억합금 정착구(100)는 도 2와 같이, FRP긴장재(200)가 개략 중앙부를 관통하도록 정착홀(120)을 형성시킨 것이다.
상기 형상기억합금 정착구(100)는 형상기억합금(SMA)의 특성인 낮은 온도에서 변형된 형상기억합금은 열이 가해질 때까지는 변형형상을 유지하지만, 열이 가해져 온도가 상승하면 원래의 모양으로 돌아가는 형상기억 특성을 이용한 것이다.
이에 본 발명의 형상기억합금 정착구(100)는 특히 형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)을 가열(전기 인가등의 방법이 가능)하여 FRP긴장재(200)에 압착형 정착장치로서 사용되는 정착구라는 의미이다.
이러한 형상기억합금 정착구(100)는 도 3 및 도 4를 참조하면 구조물(300) 내부를 경유하도록 설치되여 양 단부는 구조물(300) 외부로 연장 노출되도록 세팅된 FRP긴장재(200)에 있어서,
상기 FRP긴장재(200)의 일단부에 구조물(300)의 고정부위(A1)에 접하도록 설치되어 고정단 역할을 하는 고정정착구(400)가 설치되고,
구조물(300)의 정착부위(A2)에서 긴장되는 FRP긴장재(200)의 타단부에 일종의 가동정착구로서 설치된다.
즉, 상기 FRP긴장재(200)의 타단부를 긴장시킨 상태에서, 정착부위(A2)에 세팅된 형상기억합금 정착구(100)가 전기등을 이용한 가열수단(500)에 의하여 가열되도록 하여, 긴장된 FRP긴장재(200)가 형상기억합금 정착구(100)의 정착홀(120)에서 정착되도록 하게 된다.
이에 상기 형상기억합금 정착구(100)는 도 2 및 도 3과 같이, 정착블록(110), 정착홀(120), 내측돌기부(130)를 포함하게 된다.
상기 정착블록(110)은 도 2 및 도 3과 같이, 형상기억합금(SMA)을 다양한 단면이 가능한 블록 형태로 제작한 것으로서, 형상기억 성질을 이용하여 가열에 의하여 FRP긴장재(200)가 정착부위(A2)에서 정착블록(110) 내부의 정착홀(120)에 정착되도록 원래의 형상으로 복원되는 성질을 이용한 것이다.
이에 정착블록(110)은 FRP긴장재(200)가 관통하도록 하되, 압착에 의하여 FRP긴장재(200)를 내부에서 정착되도록 정착홀(120)이 내부를 관통하도록 형성시키면 되는데 도 2 및 도 3에서는 사각블록 형태로 예시되어 있지만, 원통형, 사각단면 봉부재등을 포함할 수 있다.
이때 상기 정착홀(120)은 도 2와 같이, 정착블록(110)의 일측단부면(111)에서 타측단부면(112)을 관통하도록 하되, 일측단부면(111)으로부터 타측단부면(112)으로 갈수록 정착홀(120) 직경이 점진적으로 감소(D1==>D2)하도록 테이퍼링 처리되고 있음을 알 수 있다.
이에 도 4를 참조하면 타측단부면(112) 쪽으로 FRP긴장재(200)가 긴장되어 정착홀(120) 내측면에 압착되어 정착되게 되면 타측단부면(112) 주위에서 정착블록(110)에 발생하는 전단응력이 가장 크게 발생하게 된다.
이는 전단응력에 취약한 FRP긴장재(200)에 치명적이 될 수 있으므로, 본 발명은 압착력을 상기 타측단부면(112) 주위에서 증대시켜 전단응력에 대응하도록 하고, 일측단부면(111)은 상대적으로 전단응력이 작기 때문에,
이에 도 2와 같이, 대응하는 압착력이 도입되도록 정착홀(120)을 일측단부면(111)으로부터 타측단부면(112)으로 갈수록 직경이 점진적으로 작아지는 테이퍼링된 정착홀(120)로 형성시켜, 타측단부면(112) 주위에서 압착력이 일측단부면(111)보다 커지도록 하는 효과를 가지도록 하게 된다.
즉, 상기 정착블록(110)의 정착홀(120)에서의 탄성기억은 일측단부면(111)에서의 정착홀(120)이 FRP긴장재(200) 외주면에 압착되도록 하여 일측단부면(111)에서 타측단부면(112)로 갈수록 직경이 작아지도록 형성된 타측단부면(112) 주위에서 정착홀(120)에 가해지는 압착력이 정착홀(120) 전체에서 가장 크게 작용하도록 하도록 하게 된다.
이때 타측단부면(112) 주위에서 도입되는 압착력이 일측단부면(111)보다 커지도록 하지 않고, 타측단부면(112) 주위의 작은 정착홀 직경에 맞추어 정착홀(120)의 직경이 변하지 않아 도입되는 압착력에 차이가 없도록 하는 경우, 상대적으로 과도한 압착력이 FRP긴장재(200)의 일측단부면(111) 주위에 도입될 수 있으므로 오히려 FRP긴장재(200)의 정착성능 확보에 불리할 수 있기 때문이다.
나아가 본 발명은 타측단부면(112) 주위의 직경(D2)이 일측단부면(111)의 직경(D1)보다 작게 형성됨에 따라 일측단부면 주위에 도입되는 압착력을 감소시키면서 압착력이 아닌 기계적 물림작용에 의하여 압착력을 보완시키기 위하여 내측돌기부(130)를 일측단부면(111) 주위의 정착홀(120) 내측면에 설치하게 된다.
다음으로 상기 정착홀(120)은 도 2 및 도 3과 같이, 정착블록(110)을 일측단부면(111)으로부터 타측단부면(112)을 관통하도록 하되 정착된 FRP긴장재(200)에 압착력이 가장 크게 발생하는 부위의 정착홀 직경(D2)을 기준으로 멀어질수록 정착홀 직경(D1)이 점진적으로 커지도록 형성시킨 것이다.
도 2의 경우에는 타측단부면(112) 주위의 직경(D2)이 일측단부면(111)의 직경(D1)보다 작은 정착홀(120)이 형성되도록 도시되어 있으며, 타측단부면(112) 주위의 직경(D2)은 긴장 후 정착되는 FRP긴장재(200)에 가장 큰 전단응력에 의하여 취성파괴 되려는 국부응력을 압착력에 의하여 구속시켜 전단응력이 집중에 의한 문제점을 해결할 수 있도록 정하면 된다.
이러한 정착홀(120)은 정착블록(110)을 관통하도록 설치하되 적어도 1개 이상을 설치하면 된다.
다음으로 상기 내측돌기부(130)는 도 2와 같이, 압착력이 가장 크게 도입되는 예컨대 타측단부면(112)에 대향하는 일측단부면(111) 주위의 정착홀(120)에 압착력 도입이 상대적으로 작아 정착력이 감소할 수 있음을 고려하여 상기 일측단부면(111) 주위의 정착홀(120) 내측면에 SMA 재질의 용수철 형태로 형성된 내측돌기부(130)가 탄성에 의하여 접하도록 하고, 도 4와 같이 압착력이 작용하게 되면 일종의 돌기부로서 FRP긴장재(200) 외주면에 정착돌기로 작용하도록 한 것이다.
즉, SMA재질이므로 가열되면 원래의 형태로 복원되려는 형상기억 효과에 의하여 일측단부면(111) 주위의 정착홀(120) 내측면에 밀착되고, 압착력에 의하여 FRP긴장재(200)의 정착성능이 증가될 수 있게 된다.
도 3에 의하면 상기 형상기억합금 정착구(100)를 이용한 FRP긴장재(200) 설치 예시를 확인할 수 있다.
이때 상기 형상기억합금 정착구(100)는 구조물(300)에 미리 형성시킨 FRP긴장재(200)용 쉬스(310)가 매입되도록 한 것이다.
이러한 쉬스(310)는 콘크리트로 구조물(300)을 시공할 때, 미리 내부에 매립되도록 설치한 후, 콘크리트 타설 및 양생에 의하여 양 단부가 외부에 노출되도록 하고 구조물(300) 내부를 관통하도록 형성시킨 것이다.
이에 쉬스(310) 내부로 FRP긴장재(200)를 삽입하여, FRP긴장재(200)에 구조물(300)의 고정부위(A1)에 접하면서 고정단 역할을 하는 고정정착구(400)가 설치되도록 하고,
구조물(300)의 정착부위(A2)에서 긴장되는 FRP긴장재(200)의 타단부가 본 발명의 형상기억합금 정착구(100)를 관통하도록 하고, 형상기억합금 정착구(100)가 구조물(300)의 정착부위(A2)에 접하도록 세팅하고,
상기 형상기억합금 정착구(100)을 관통하는 FRP긴장재(200)의 타단부를 긴장시킨 후,
상기 형상기억합금 정착구(100)의 정착홀(120) 내측면에 FRP긴장재(200)의 타단부가 정착되도록 형상기억합금 정착구(100)를 가열(전기 인가등)하게 된다.
이에 형상기억합금 정착구(100)에 긴장된 FRP긴장재(200)가 정착되면서 구조물(300)에는 프리스트레스가 도입될 수 있게 되며, 쉬스(310) 내부는 모르타르등으로 충진 마감시키게 된다.
[ 본 발명의 형상기억합금 정착구(100)를 이용한 FRP긴장재(200) 정착방법]
도 5는 본 발명의 형상기억합금 정착구(100)를 이용한 FRP긴장재(200) 정착방법 예시도를 도시한 것이다.
본 발명의 형상기억합금 정착구(100)를 이용한 FRP긴장재(200) 정착방법은 콘크리트로 시공되는 구조물(300)에 FRP긴장재(200)를 긴장 후 정착시켜 소요의 프리스트레스가 도입되도록 하여 구조물(300)을 보수, 보강하는 방법이라 할 수 있다.
이에 FRP긴장재(200)는 종래 PC강연선에 대비하여 부식의 우려도 없고, 인장강도가 매우 뛰어나기 때문에 인장응력이 발생하는 콘크리트에 압축응력이 도입되도록 프리스트레스를 도입시킴에 있어 매우 효과적이지만, 압착형 정착장치를 사용할 경우 FRP긴장재와 접촉면적의 확보를 위해 부피가 커지게 되고, 별도의 정착장치를 구조물(300)에 설치해야 하며, 나사탭 가공에 의한 사용성 및 작업성이 저하되는 한계가 있게 되는데,
본 발명의 형상기억합금 정착구(100)를 이용하게 되면 가열수단(500)만 구비하는 경우 제한된 크기의 형상기억합금 정착구(100)을 사용하더라도 형상기억에 의하여 필요한 압착력을 설계할 수 있기 때문에 문제점을 해결할 수 있게 된다.
이에 먼저, 도 5a와 같이 구조물(300)에 쉬스(310)를 설치하여 FRP긴장재(200)를 외부에서 삽입 설치하여, 일단부가 구조물(300)의 고정부위(A1)에 노출되고, 타단부가 구조물(300)의 정착부위(A2)에 노출되도록 세팅하게 된다.
상기 구조물(300)은 프리스트레스 도입 대상이 되는 콘크리트 구조물이고, 상기 쉬스(310)는 포스트텐션 방식에서 사용되는 FRP긴장재(200)가 관통하여 설치되도록 하는 파이프 부재이다.
이에 쉬스(310) 내부로는 콘크리트가 타설 되지 않기 때문에 구조물(300)의 고정부위(A1) 또는 구조물(300)의 정착부위(A2)에서 FRP긴장재(200)를 삽입하여 일단부가 구조물(300)의 고정부위(A1)에 노출되고, 타단부가 구조물(300)의 정착부위(A2)에 노출되도록 세팅시킬 수 있게 된다.
다음으로, 도 5b와 같이 구조물(300)의 고정부위(A1)에 위치한 FRP긴장재(200)의 일단부에 고정정착구(400)를 형성시키고, 구조물(300)의 정착부위(A2)에 위치한 FRP긴장재(200)의 타단부에 형상기억합금 정착구(100)를 관통시켜 설치하게 된다.
상기 고정정착구(400)는 FRP긴장재(200)의 타단부에 고정 정착되어 구조물(300)의 고정부위(A1)에 접하여 지지되도록 하는 것으로서 FRP긴장재(200)의 외주면에 압착슬리브를 고정 설치하여 형성시키면 된다.
이때 정착판(410)을 고정정착구(400)과 구조물(300)의 고정부위(A1) 사이에 설치하여 균일한 고정 지지력을 확보할 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 상기 정착판(410)은 FRP긴장재(200)가 관통되는 판재 형태로 형성시킨 것을 이용하면 된다.
다음으로 상기 형상기억합금 정착구(100)는 앞서 살펴본 바와 같이, 정착블록(110), 정착홀(120), 내측돌기부(130)를 포함하여 형성된 것으로서 정착홀(120)에 FRP긴장재(200)의 일단부가 관통하도록 하여 노출되도록 한 것이다.
다음으로, 도 5c와 같이 고정정착구(400)에 고정 설치된 FRP긴장재(200)의 일단부를 고정단으로 하여, 형상기억합금 정착구(100)를 관통하여 구조물(300)의 정착부위(A2)에 위치한 FRP긴장재(200)의 일단부를 긴장 후, 형상기억합금 정착구(100)을 가열하여 FRP긴장재(200)의 일단부가 형상기억합금 정착구(100)에 정착되도록 하게 된다.
이때 상기 형상기억합금 정착구(100) 가열은 전기에 의한 가열수단(500)을 포함하여 가열에 의하여 형상기억합금 정착구(100)의 정착홀(120)은 원래의 형상대로 복원되는 과정에서 FRP긴장재(200)를 압착시키게 되고, FRP긴장재(200)에 전단응력이 가장 크게 발생하는 부위에 압착력이 상대적으로 커지도록 하고, 내측돌기부(130)를 이용하여 전단응력이 상대적으로 작게 발생하는 부위는 기계격 돌기작용에 의하여 소요의 압착력을 추가로 확보할 수 있도록 하게 된다.
상기 내측돌기부(130)는 도 4를 참조하면 형상기억합금 정착구(100)의 일측단부면(111) 주위의 정착홀(120) 내측면에 SMA 재질의 용수철 형태로 형성된 내측돌기부(130)에 탄성에 의하여 접하도록 하고, 압착력이 작용하게 되면 돌기부로서 FRP긴장재(200) 외주면에 정착돌기로 작용하도록 한 것임은 살펴본 바와 같다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 형상기억합금 정착구
110: 정착블록 111: 일측단부면
112: 타측단부면 120; 정착홀
130: 내측돌기부 200: FRP긴장재
300: 구조물 310: 쉬스
400: 고정정착구 410: 정착판
500: 가열수단 D1,D2: 정착홀의 직경
A1,A2: 고정부위, 정착부위

Claims (10)

  1. 형상기억합금(SMA)을 이용하여 블록 형태로 제작한 것으로서, 형상기억 성질을 이용하여 가열에 의하여 FRP긴장재(200)가 내부의 정착홀(120)에 압착되어 정착되도록 하는 정착블록(110); 및
    상기 정착블록(110)의 일측단부면(111)으로부터 타측단부면(112)을 관통하도록 하되 정착된 FRP긴장재(200)에 전단응력이 가장 크게 발생하는 부위의 정착홀 직경(D2)을 기준으로 멀어질수록 정착홀 직경(D1)이 점진적으로 커지도록 형성시킨 정착홀(120);을 포함하며,
    상기 정착홀(120)에서의 탄성기억은 일측단부면(111)에서의 정착홀(120)이 FRP긴장재(200) 외주면에 압착되도록 하여 일측단부면(111)에서 타측단부면(112)로 갈수록 직경이 작아지도록 형성된 타측단부면(112) 주위에서 가해지는 압착력이 정착홀(120) 전체에서 가장 크게 작용하도록 하며, 상기 정착블록(110)의 일측단부면(111) 주위의 정착홀(120) 내측면에 SMA 재질의 용수철 형태로 형성된 내측돌기부(130)를 설치하되, 상기 내측돌기부(130)가 가열되면 형상기억 효과에 의하여 일측단부면(111) 주위의 정착홀(120) 내측면에 밀착되고, 작용하는 압착력에 의하여 정착돌기부로서 FRP긴장재(200)의 정착성능이 증가되도록 하는 형상기억합금 압착용 정착구.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정착블록(110)은,
    일측단부면(111)에서 타측단부면(112)을 관통하도록 하되, 일측단부면(111)으로부터 타측단부면(112)으로 갈수록 직경이 점진적으로 감소하도록 테이퍼링 처리된 정착홀(120)이 형성된 블록으로서, 가열에 의하여 FRP긴장재(200)가 상기 정착홀(120)의 내측면에 압착되어 정착되도록 하는 형상기억합금 압착용 정착구.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 정착홀(120)은,
    정착블록(110)의 타측단부면(112) 주위의 직경(D2)이 정착블록(110)의 일측단부면(111)의 직경(D1)보다 작도록 하여, 긴장 후 정착되는 FRP긴장재(200)에 전단응력에 의하여 취성파괴 되려는 국부응력을 압착력에 의하여 구속되도록 하는 것으로서, 정착블록(110)을 관통하도록 적어도 1개 이상을 형성된 형상기억합금 압착용 정착구.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 FRP긴장재(200)는,
    구조물(300) 내부를 경유하도록 설치되어 양 단부는 구조물(300) 외부로 연장 노출되도록 세팅된 것으로서,
    상기 FRP긴장재(200)의 일단부에 구조물(300)의 고정부위(A1)에 접하도록 설치되어 고정단 역할을 하는 고정정착구(400)가 설치되고, 구조물(300)의 정착부위(A2)에서 긴장되는 FRP긴장재(200)의 타단부에 가동정착구로서 형상기억합금 정착구(100)가 형성되도록 하는 형상기억합금 압착용 정착구.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구조물(300)에 미리 형성시킨 FRP긴장재(200)용 쉬스(310)가 매입되도록하되,
    상기 쉬스(310) 내부로 FRP긴장재(200)를 삽입하여, FRP긴장재(200)에 구조물(300)의 고정부위(A1)에 접하면서 고정단 역할을 하는 고정정착구(400)가 설치되도록 하고,
    구조물(300)의 정착부위(A2)에서 긴장되는 FRP긴장재(200)의 타단부가 형상기억합금 정착구(100)를 관통하도록 하고, 형상기억합금 정착구(100)가 구조물(300)의 정착부위(A2)에 접하도록 세팅하고,
    상기 형상기억합금 정착구(100)을 관통하는 FRP긴장재(200)의 타단부를 긴장시킨 후, 형상기억합금 정착구(100)의 정착홀(120) 내측면에 FRP긴장재(200)의 타단부가 정착되도록 하는 형상기억합금 압착용 정착구.
  7. (a) 구조물(300)에 쉬스(310)를 설치하여 FRP긴장재(200)를 외부에서 삽입 설치하여, 일단부가 구조물(300)의 고정부위(A1)에 노출되고, 타단부가 구조물(300)의 정착부위(A2)에 노출되도록 세팅하는 단계;
    (b) 구조물(300)의 고정부위(A1)에 위치한 FRP긴장재(200)의 일단부에 고정정착구(400)를 형성시키고, 구조물(300)의 정착부위(A2)에 위치한 FRP긴장재(200)의 타단부에 형상기억합금 정착구(100)를 관통시켜 설치하는 단계; 및
    (c) 상기 고정정착구(400)에 고정 설치된 FRP긴장재(200)의 일단부를 고정단으로 하여, 형상기억합금 정착구(100)를 관통하여 구조물(300)의 정착부위(A2)에 위치한 FRP긴장재(200)의 일단부를 긴장 후, 형상기억합금 정착구(100)을 가열하여 FRP긴장재(200)의 일단부가 형상기억합금 정착구(100)에 정착되도록 하는 단계;를 포함하며, 상기 (b) 단계의 형상기억합금 정착구(100)는,
    형상기억합금(SMA)을 이용하여 블록 형태로 제작한 것으로서, 형상기억 성질을 이용하여 가열에 의하여 FRP긴장재(200)가 내부의 정착홀(120)에 압착되어 정착되도록 하는 정착블록(110); 및 상기 정착블록(110)의 일측단부면(111)으로부터 타측단부면(112)을 관통하도록 하되 정착된 FRP긴장재(200)에 전단응력이 가장 크게 발생하는 부위의 정착홀 직경(D2)을 기준으로 멀어질수록 정착홀 직경(D1)이 점진적으로 커지도록 형성시킨 정착홀(120);을 포함하며,
    상기 정착홀(120)에서의 탄성기억은 일측단부면(111)에서의 정착홀(120)이 FRP긴장재(200) 외주면에 압착되도록 하여 일측단부면(111)에서 타측단부면(112)로 갈수록 직경이 작아지도록 형성된 타측단부면(112) 주위에서 가해지는 압착력이 정착홀(120) 전체에서 가장 크게 작용 하도록 하며, 상기 정착블록(110)의 일측단부면(111) 주위의 정착홀(120) 내측면에 SMA 재질의 용수철 형태로 형성된 내측돌기부(130)를 설치하되, 상기 내측돌기부(130)가 가열되면 형상기억 효과에 의하여 일측단부면(111) 주위의 정착홀(120) 내측면에 밀착되고, 작용하는 압착력에 의하여 정착돌기부로서 FRP긴장재(200)의 정착성능이 증가되도록 하는 형상기억합금 압착용 정착구를 이용한 FRP긴장재 정착방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 형상기억합금 정착구(100) 가열은,
    FRP긴장재(200)의 타단부를 긴장시킨 상태에서, 정착부위(A2)에 세팅된 형상기억합금 정착구(100)가 가열수단(500)에 의하여 가열되도록 하여, 긴장된 FRP긴장재(200)가 형상기억합금 정착구(100)의 정착홀(120)에서 정착되도록 하는 형상기억합금 압착용 정착구를 이용한 FRP긴장재 정착방법.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 정착블록(110)은,
    일측단부면(111)에서 타측단부면(112)을 관통하도록 하되, 일측단부면(111)으로부터 타측단부면(112)으로 갈수록 직경이 점진적으로 감소하도록 테이퍼링 처리된 정착홀(120)이 형성된 블록으로서, 가열에 의하여 FRP긴장재(200)가 상기 정착홀(120)의 내측면에 압착되어 정착되도록 하고,
    상기 정착블록(110)은, 일측단부면(111)에서 타측단부면(112)을 관통하도록 하되, 일측단부면(111)으로부터 타측단부면(112)으로 갈수록 직경이 점진적으로 감소하도록 테이퍼링 처리된 정착홀(120)이 형성된 블록으로서, 가열에 의하여 FRP긴장재(200)가 상기 정착홀(120)의 내측면에 압착되어 정착되도록 하는 형상기억합금 압착용 정착구를 이용한 FRP긴장재 정착방법.
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