KR102587667B1 - 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법 - Google Patents

형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비내진 기둥구조물을 대상으로 하는 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법에 관한 것으로, (a) 시공대상 기둥구조물 외주면에 표면 구속용 스페이서를 시공하는 단계; (b) 상기 표면 구속용 스페이서의 외주면으로부터 일정 간격 이격하여 형상기억합금 메쉬를 가설치하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 가설치된 상기 형상기억합금 메쉬에 열을 가함으로써 상기 형상기억합금 메쉬를 수축시켜 상기 표면 구속용 스페이서를 압박하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법은 기둥구조물 표면에 형상기억합금 메쉬를 가설치하고 열을 가함으로써 수축하여 시공자가 직접 형상기억합금 메쉬를 체결하여 프리스트레스를 가할 필요없이 기둥구조물 표면에 구속력을 발생시킬 수 있으며, 기둥구조물 표면에 표면 구속용 스페이서를 마련하여 각형의 기둥구조물이라도 형상기억합금 메쉬의 구속력이 기둥구조물 표면에 전달될 수 있고, 표면 구속용 스페이서 표면에 이탈방지용 홈이 마련되어 형상기억합금 메쉬의 수축과정 중 메쉬가 이탈하거나 표면 구속용 스페이서가 손상되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법{A seismic reinforcement method using a shape memory alloy mesh}
본 발명은 비내진 기둥구조물을 대상으로 하는 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 RC 기둥의 외면에 표면 구속용 스페이서를 시공하고, 스페이서 외면에 형상기억합금 와이어로 구성된 메쉬를 시공함으로써 형상기억함금 메쉬의 수축에 의한 구속력으로 RC 기둥의 강성과 연성 거동이 변화하여 내진성능을 향상시킬 수 있는 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 구조물은 시멘트, 골재, 혼화재 등 서로 물성이 다른 재료들이 혼합되어 이루어져 있으며, 최근 들어 구조물의 고강도화 및 환경문제로 인한 내구성능의 저하에 따른 구조적 보수, 보강 뿐 아니라 구조물의 노후화나 내진 규정의 강화에 따른 구조물의 내진보강에 대한 요구가 증가하고 있다.
최근 콘크리트 구조물의 형태가 다양화되고 복잡해짐에 따라, 설계하중보다 많은 하중이 가해지는 경우가 많으며, 콘크리트 구조물의 노화로 인한 성능 저하나 균열 등의 손상 등을 방지하는 경우 콘크리트 구조물 자체의 붕괴나 내진 성능이 떨어지는 등 대형 사고로 확대될 위험성도 존재하게 된다.
한편, 기존 콘크리트 구조물의 내진보강 방법에는 크게 3가지가 있으며, 첫째로는 구조물의 인성을 증대시키는 방법, 둘째로는 구조물의 수평 내력을 증대시키는 방법, 그리고 구조물에 대한 지진입력을 감소시키는 방법이 있다.
이 중 구조물의 인성을 증대시키는 방법으로는 콘크리트 기둥을 구속하면, 콘크리트의 강도가 개선됨과 동시에 인성이 향상되는 것으로 알려져 있으며, 종래에는 탄소 섬유나 아라미드 섬유로 구성되는 섬유 시트를 콘크리트 표면에 섬유 강화 플라스틱(FRP)으로서 시공하여 구조물의 강도나 인성을 향상시키는 공법이 이루어지고 있다.
또 다른 구조물의 인성을 증대시키는 방법으로는 콘크리트 기둥에 와이어를 감는 방법이 있으며, 다수의 와이어를 서로 연결하여 메쉬 형상으로 만들어 기둥의 외주면에 감는 방법이 있다. 그러나 이러한 와이어 또는 메쉬의 시공은 콘크리트 기둥에 구속력을 발생시키기 위해 시공자가 프리스트레스를 가해야하는데 와이어 또는 메쉬의 형상에 있어 프리스트레스를 가하기에 어려움이 있다. 최근에는 시공자가 직접 프리스트레스를 가할 필요없이 와이어 또는 메쉬를 형상기억합금으로 제조하여 열을 가함으로써 기둥구조물에 대한 구속력을 발생시키는 기술이 등장했으며 이에 대한 구체적인 구성은 하기 [특허문헌 1]에 상세히 개시되어 있다.
[특허문헌 1은] 건설 구조물용 보강 구조체로서, 콘크리트 기둥의 외측을 감싸고, 메쉬(Mesh) 형상의 형상기억합금으로 만들어진 와이어메쉬, 상기 와이어메쉬의 양 단부를 고정 결합하는 고정수단, 및 상기 와이어메쉬에 열을 공급할 수 있는 히터부를 포함하는 구성으로, 형상기억합금으로 만들어진 와이어메쉬에 열을 가할 경우 수축되어 콘크리트 기둥의 내하력 및 내진성능을 향상시킬 수 있다.
그러나, [특허문헌 1]은 각형기둥에 대해 시공할 경우 기둥 모서리 등에 응력이 집중되어 기둥 표면 전체에 구속력을 가하기 곤란하고, 콘크리트 기둥 표면에 메쉬가 직접 시공되기 때문에 기둥 표면이 손상되는 등의 문제가 있다.
[특허문헌 1] 한국등록특허 제10-1443444호(2014.09.23. 공고)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 기둥구조물 표면에 형상기억합금 메쉬를 가설치한 후 열을 가해 형상기억합금 메쉬를 수축시킴으로써 시공자가 직접 프리스트레스를 가할 필요없이 기둥구조물에 구속력을 가할 수 있는 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 기둥구조물 표면에 기둥구조물의 표면 구속용 스페이서를 설치함으로써 각형의 기둥구조물에도 형상기억합금 메쉬를 통해 구속력을 발휘할 수 있고, 또한 표면 구속용 스페이서의 표면에 이탈방지용 홈을 형성함으로써 형상기억합금 메쉬의 수축과정 중 메쉬가 이탈하거나 스페이서가 손상되는 것을 방지할 수 있는 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법은 비내진 기둥구조물의 내진보강 방법으로서, (a) 시공대상 기둥구조물 외주면에 표면 구속용 스페이서를 시공하는 단계, (b) 상기 표면 구속용 스페이서의 외주면으로부터 일정 간격 이격하여 형상기억합금 메쉬를 가설치하는 단계, (c) 상기 (b) 단계에서 가설치된 상기 형상기억합금 메쉬에 열을 가함으로써 상기 형상기억합금 메쉬를 수축시켜 상기 표면 구속용 스페이서를 압박하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표면 구속용 스페이서는 상기 형상기억합금 메쉬와의 접촉면적을 증가시킬 수 있도록 원형 또는 타원형의 기둥형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표면 구속용 스페이서의 표면에는 상기 형상기억합금 메쉬의 종선과 횡선 중 적어도 어느 하나가 압입되는 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 형상기억합금 메쉬는 양단부가 전개되며, 상기 각각의 단부를 고정 결합하는 체결수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 형상기억합금 메쉬는 중공의 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법은 기둥구조물 표면에 형상기억합금 메쉬를 가설치하고 열을 가함으로써 수축하여 시공자가 직접 형상기억합금 메쉬를 체결하여 프리스트레스를 가할 필요없이 기둥구조물 표면에 구속력을 발생시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법은 기둥구조물 표면에 표면 구속용 스페이서를 마련하여 각형의 기둥구조물이라도 형상기억합금 메쉬의 구속력이 기둥구조물 표면에 전달될 수 있고, 표면 구속용 스페이서 표면에 이탈방지용 홈이 마련되어 형상기억합금 메쉬의 수축과정 중 메쉬가 이탈하거나 표면 구속용 스페이서가 손상되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강이 시공된 내진보강체를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강이 시공된 내진보강체를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 표면 구속용 스페이서를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 표면 구속용 스페이서를 나타낸 도면, 및
도 5는 본 발명에 따른 체결수단이 적용된 형상기억합금 메쉬를 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명함으로써 본 발명을 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한 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.
도 1과 도 2는 각각 본 발명의 제1실시예와 제2실시예에 따른 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강이 시공된 내진보강체를 나타낸 도면이고, 도 3과 도 4는 각각 본 발명의 제1실시예와 제2실시예에 따른 표면 구속용 스페이서를 나타낸 도면, 도 5는 본 발명에 따른 체결수단이 적용된 형상기억합금 메쉬를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 구조체(1)는 내진보강을 요하는 시공대상 기둥구조물(10, 11) 외주면에 표면 구속용 스페이서(20, 21)가 시공되고, 표면 구속용 스페이서(20, 21) 외주면에 시공되어 표면 구속용 스페이서(20, 21)에 구속력을 가하는 형상기억합금 메쉬(30)를 포함하여 구성된다.
또한, 일실시예에 따라 상기 형상기억합금 메쉬(30)는 각각의 단부를 고정결합하는 체결수단(40)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
기둥구조물(10, 11)은 예를 들어, 비내진으로 시공된 손상 및 비손상 RC 기둥일 수 있으며, 구속력을 가함으로써 내진성능을 보강하기 위한 시공대상물이다. 본 발명의 제1실시예에서 기둥구조물은 원형기둥(10)이고, 제2실시예는 각형기둥(11) 예를 들어, 사각기둥으로 구성하였다.
표면 구속용 스페이서(20, 21)는 중공의 기둥형상의 간격재로, 상기 기둥구조물(10, 11)의 표면을 감싸 후술하는 형상기억합금 메쉬(30)에 의해 발생하는 구속력을 기둥구조물(10, 11)에 전달한다.본 발명의 제1실시예에서 표면 구속용 스페이서는 외주면이 원형 또는 타원형이고, 내면은 원형기둥(10)의 외주면과 대응하는 원형 형상의 제1스페이서(20)이고, 본 발명의 제2실시예에서 표면 구속용 스페이서는 외주면이 원형 또는 타원형이고, 내면은 각형기둥(11)의 외주면과 대응하는 각형 형상 예를 들어, 사각 형상의 제2스페이서(20)로 구성하였다.
또한, 제1스페이서(20), 제2스페이서(21)의 외주면에는 후술하는 형상기억합금 메쉬(30)의 프리스트레싱 과정에서 형상기억합금 메쉬(30)가 틀어져 스페이서를 이탈하거나 스페이서에 손상이 발생하는 것을 방지하기 위해 이탈방지홈(22, 23)이 형성될 수 있다. 이탈방지홈(22, 23)에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
형상기억합금 메쉬(30)는 중공의 원통형 망으로 표면 구속용 스페이서(20, 21)의 외주면에 하나 이상이 설치되고 프리스트레싱 되어 표면 구속용 스페이서(20, 21)에 구속력을 가하는 메쉬부재로, 메쉬를 구성하는 와이어가 형상기억합금으로 구성된다.
형상기억합금은 힘을 가해서 변형을 시켜도 본래의 형상을 기억하고 있어 조금만 가열해도 본래의 형상으로 복원하는 형상기억 효과를 가지는 합금으로, 본 발명의 형상기억합금은 니켈-티탄 합금과 동-아연 합금, 금-카드뮴 합금, 인듐-탈륨을 사용할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 본 발명에서 형상기억합금 메쉬(30)는 상기 기둥구조물(10, 11), 및 표면 구속용 스페이서(20, 21)에 구속력이 가해지는 방향으로 형상기억되는 것을 특징으로 한다.
상기 형상기억합금으로 제조된 와이어의 제직을 통해 제1,2스페이서(20, 21)에 구속력을 가하기 위한 메쉬를 제작한다. 메쉬(30)의 직조 방법으로는 평직(Plain Weave), 능직(Twilled Weave), 첩직(Dutch Weave), 능첩직(Twilled Dutch Weave) 방식으로 제조될 수 있으나, 가장 일반적인 제작법으로는 종횡선 상호 상하 직각으로 교차하여 제직하는 평직 형상으로 종횡선이 평행하고 같은 간격으로 망이 구성할 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니며 종선과 횡선이 사선으로 제직될 수 있다.
또한, 형상기억합금 메쉬(30)는 중공의 원통형 망의 일체로 제조될 수 있으나, 원통형 메쉬가 전개되는 망 형상으로 제조될 수 있으며, 이 경우 형상기억합금 메쉬(30)의 양단부에는 각각의 단부를 체결함으로써 원통형 망을 형성할 수 있는 체결부재(40)를 포함할 수 있다.
체결부재(40)는 상기 형상기억합금 메쉬(30)의 양단부가 체결되도록 각각의 단부가 서로 체결력을 갖는 역할을 수행한다면 형상이나 체결 방법은 한정하는 것은 아니며 다양할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 형상기억합금 메쉬(30)가 형상기억 효과를 발휘하도록 내진보강 구조체(1)의 외부에서 형상기억합금 메쉬(30)에 열을 가하는 가열부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 가열부는 형상기억합금 메쉬(30)에 형상기억 효과를 일으키는 기능을 수행한다면 전기히터, 온풍기, 온수 등 한정하지 않는다.
한편, 상술한 바와 같은 형상기억합금 메쉬(30)는 가열부에 의해 열이 가해지면 형상기억 효과로 상기 기둥구조물(10, 11), 및 표면 구속용 스페이서(20, 21)를 구속하는 방향 즉, 형상기억합금 메쉬(30)의 내측으로 수축하여 표면 구속용 스페이서(20, 21)를 구속한다. 이때, 형상기억합금 메쉬(30)는 스페이서(20, 21)를 구속하는 과정에서 스페이서(20, 21)의 외주면을 이탈하여 온전한 구속력을 가할 수 없게 되거나 특정 부위에 응력이 집중되거나 스페이서(20, 21)의 파손이 일어날 수 있다.
본 발명에서 표면 구속용 스페이서(20, 21)는 형상기억합금 메쉬(30)가 외주면으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위한 이탈방지 홈(22, 23)을 포함할 수 있다. 이탈방지 홈(22, 23)은 형상기억합금 메쉬(30)를 구성하는 종선과 횡선 중 적어도 어느 하나가 표면 구속용 스페이서(20, 21)에 압입될 수 있도록 표면 구속용 스페이서(20, 21)의 외주면에 형성된 홈으로, 형상기억합금 메쉬(30)의 종선이 압입되는 제1홈(22), 형상기억합금 메쉬(30)의 횡선이 압입되는 제2홈(23)이 형성되거나, 또는 제1홈(22)과 제2홈(23)이 모두 형성되어 형상기억합금 메쉬(30)가 표면 구속용 스페이서(20, 21)에 압입될 수 있다.
이와 같이 구성되는 내진보강 구조체(1)는 기둥구조물(10, 11) 표면에 형상기억합금 메쉬(30)를 가설치하고 열을 가함으로써 수축하여 시공자가 직접 형상기억합금 메쉬(30)를 체결하여 프리스트레스를 가할 필요없이 기둥구조물(10, 11) 표면에 구속력을 발생시킬 수 있으며, 기둥구조물(10, 11) 외주면에 설치된 표면 구속용 스페이서(20, 21)의 외주면에 형상기억합금 메쉬(30)의 이탈을 방지하는 이탈방지용 홈(22. 23)이 마련되기 때문에 메쉬(30)의 구속력이 기둥구조물(10, 11) 표면에 온전히 전달될 수 있고, 형상기억 효과에 의한 수축과정 중 메쉬(30)가 이탈되거나 표면 구속용 스페이서(20, 21)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법은 (a) 시공대상 기둥구조물 외주면에 표면 구속용 스페이서를 시공하는 단계, (b) 상기 표면 구속용 스페이서의 외주면으로부터 일정 간격 이격하여 형상기억합금 메쉬를 가설치하는 단계, (c) 상기 (b) 단계에서 가설치된 상기 형상기억합금 메쉬에 열을 가함으로써 상기 형상기억합금 메쉬를 수축시켜 상기 표면 구속용 스페이서를 압박하는 단계를 포함하여 구성된다.
먼저, 시공대상인 기둥구조물(10, 11)의 외주면에 표면 구속용 스페이서(20, 21)를 설치한다. 이때, 기둥구조물이 원형기둥(10)일 경우에는 외주면이 원형 또는 타원형이고 내면이 상기 원형기둥(10)에 대응하는 제1스페이서(20)를 설치하고, 기둥구조물이 각형기둥(11)일 경우에는 외주면이 원형 또는 타원형이고 내면이 상기 각형기둥(11)에 대응하는 제2스페이서(21)를 설치한다. (단계 (a))
다음으로, 상기 표면 구속용 스페이서(20, 21)의 외주면으로부터 일정간격 이격되도록 형상기억합금 메쉬(30)를 가설치한다. 이때, 형상기억합금 메쉬(30)는 내진보강 이전에 상기 표면 구속용 스페이서(20, 21)를 압박하는 형상으로 형상기억된 상태이며, 형상기억합금 메쉬(30)의 가설치는 중공의 원통형 메쉬를 표면 구속용 스페이서(20, 21) 외주 방향에 위치시키거나 전개된 형상기억합금 메쉬(30)의 양단부에 위치한 체결부재(40)를 체결함으로써 설치할 수 있다. (단계 (b))
다음으로, 상기 가설치된 형상기억합금 메쉬(30)에 도시되지 않은 가열부가 열을 가하면, 형상기억합금 메쉬(30)는 형상기억 효과로 표면 구속용 스페이서(20, 21) 방향으로 수축하게 되고, 표면 구속용 스페이서(20, 21)에 구속력이 발생하게 된다. 표면 구속용 스페이서(20, 21)는 형상기억합금 메쉬(30)에 의한 구속력을 기둥구조물(10, 11)에 전달함으로써 기둥구조물(10, 11)의 강성과 인성이 증가하여 내진보강 효과가 발휘된다. (단계 (c))
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.
1 : 내진보강구조체 10 : 원형기둥
11 : 각형기둥 20 : 제1스페이서
21 : 제2스페이서 22 : 제1홈
23 : 제2홈 30 : 형상기억합금 메쉬
40 : 체결부재

Claims (5)

  1. 비내진 기둥구조물의 내진보강 방법으로서,
    (a) 시공대상 기둥구조물 외주면에 표면 구속용 스페이서를 시공하는 단계;
    (b) 상기 표면 구속용 스페이서의 외주면으로부터 일정 간격 이격하여 형상기억합금 메쉬를 가설치하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서 가설치된 상기 형상기억합금 메쉬에 열을 가함으로써 상기 형상기억합금 메쉬를 수축시켜 상기 표면 구속용 스페이서를 압박하는 단계를 포함하되,
    상기 형상기억합금 메쉬는, 복수의 종선과 횡선이 서로 직각으로 교차하여 제직되되 상기 종선과 횡선이 평행하고 같은 간격으로 이루어진 망으로 구성되며,
    상기 표면 구속용 스페이서의 외주면에는 상기 형상기억합금 메쉬의 복수의 종선 및 횡선에 대응하는 복수의 이탈방지 홈이 형성되고,
    상기 (b) 단계에서, 상기 형상기억합금 메쉬의 복수의 종선 및 횡선이 상기 표면 구속용 스페이서의 외주면에 형성된 복수의 이탈방지 홈에 압입되어 상기 형상기억합금 메쉬가 가설치되며,
    상기 (c) 단계에서, 상기 형상기억합금 메쉬가 상기 표면 구속용 스페이서를 압박하여 발생하는 구속력이 상기 기둥구조물에 전달되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면 구속용 스페이서는 상기 형상기억합금 메쉬와의 접촉면적을 증가시킬 수 있도록 원형 또는 타원형의 기둥형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형상기억합금 메쉬는 양단부가 전개되며, 상기 각각의 단부를 고정 결합하는 체결수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 형상기억합금 메쉬는 중공의 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법.
KR1020210171007A 2021-12-02 2021-12-02 형상기억합금 메쉬를 활용한 내진보강 방법 KR102587667B1 (ko)

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