KR20020043447A - 개별 보호 스트랜드, 이의 건설업에서의 사용과, 제조방법 - Google Patents

Abstract

스트랜드는 꼬인 금속 와이어(2)의 다발, 플라스틱 외피(sheath)(4) 및 다발의 꼬인 와이어들 사이에 있는 내부 틈(interstice)(5)과 다발의 주변과 외피의 내면사이에 있는 주변 틈(6)을 채우는 유연한 충진 혼합물(3)을 구성한다. 상기 주변 틈은 스트랜드의 단면에서, P x e_min와 0.6 x S2 사이의 면적을 가지며, 여기에서 P는 와이어 다발의 외부 주변 길이이고, e_min= 0.05mm와 S2는 다발의 주변과 다발이 내접된 가장 작은 원(C)사이에 있는 틈(7)의 누적 면적(cumulative area)이다.

Description

개별 보호 스트랜드, 이의 건설업에서의 사용과, 제조방법{INDIVIDUALLY PROTECTED STRAND, ITS USE IN CONSTRUCTION, AND MANUFACTURING PROCESS}

본 발명은 특히 프리스트레스(prestress) 또는 현수 구조물 부분을 위한 토목 구조물에서 사용되는 개별 보호 스트랜드에 관한 것이다.

상기 스트랜드는 보통은 갯수가 일곱개인 서로 꼬인 금속 와이어의 조립체를 구성한다. 상기 금속 와이어에는 종종 내식성을 제공하는 전기 화학 처리(갈바나이징(galvanizing), 갈파나이징(galfanizing)등)가 가해진다.

통상적으로는 부식 환경에서 사용되지 않은 점을 고려하여 코팅되지 않은 스트랜드를 사용한다. 상기 스트랜드는 콘크리트 안에 직접 배치되거나, 또는 시멘트 그라우트(cement grout)로 채워지거나 혹은 페트롤륨 왁스나 그리스로 채워진 집단외피(sheath) 내부에 놓이게 된다. 시멘트의 부동성 또는 페트롤륨기 제품의 내식성이 부식 보호를 강화한다.

또한 보통 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 에폭시로 만들어지고 금속 와이어 둘레에 밀봉 배리어를 제공하는 플라스틱 외피에 의해 개별적으로 보호되는 스트랜드도 공지되어 있다. 몇 가지 종류(왁스, 그리스, 폴리머 등)로 이루어진 충진 혼합물이 스트랜드의 부식 보호를 강화하기 위해서 금속 와이어와 개별 외피사이에 있는 갭(gap)을 채운다.

상기 충진 혼합물은, 스트랜드 금속 와이어를 그 각각의 외피(그리스로 피복되거나 왁스로 피복된 스트랜드)에 대하여 미끌리도록 하거나, 이와 반대로 외피와 스트랜드(결합된 스트랜드)사이에서 전단력이 전달될 수 있도록 외피와 스트랜드가 접착되게 한다.

접착식 스트랜드에서, 일반적으로 충진 혼합물은 와이어에 그리고 외피의 내측에 들러붙는 폴리머이다. 접착식 스트랜드는 일례로, 각 행거에 의해 전달된 하중이 행거를 체결시킨 클램프에서 케이블에 접선력을 발생시키므써 현수교를 지지하는 케이블의 경우에서 처럼, 특히 외피에서 금속 와이어로 전단력을 전달하기 위해 필요할 때 사용될 수 있다(EP-A-0 855 471 참고하라).

그리스로 피복되거나 왁스로 피복된 스트랜드에서, 충진 혼합물은 윤활제이다. 이는 다음과 같은 몇 가지 장점을 가진다.

(a) 스트랜드의 금속 와이어들사이의 접촉을 윤활시킴으로써 스트랜드의 피로 특성을 개선하고,

(b) 스트랜드의 형상으로 인하여, 그리고 외피에 균열을 야기하고 이에 따라 금속이 부식제에 노출되어 더 이상 밀봉을 제공할 수 없게 하는 스트랜드의 특정 부분에서의 전단 및/또는 인장 응력 집중으로 인하여, 스트랜드가 받게될 인장이 발생하는 것을 방지하고,

(c) 어떤 형상에서는, 외피는 구조물내에서 제자리에 남아 있게 하면서 스트랜드를 차례로 대체시킬 수 있게 한다.

사용에 있어서, 하나 이상의 그리스로 피복거나 왁스로 피복된 스트랜드를 구성하는 케이블은 인장 변화와 온도 변화에 영향을 받는다. 상기 변화는 일반적으로 플라스틱과 금속이 동일한 탄성과 열팽창계수를 가지지 않기 때문에 외피와 스트랜드 와이어가 서로 다르게 연신되게 한다.

특히, 보통 외피는 와이어보다 더 높은 열팽창 계수를 가진다. 만약 상기 스트랜드의 종류에서 폭 넓게 사용된 강과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 경우를 고려한다면, 두 개의 열팽창계수 비율은 20정도이다. 이것은, 가열될 때 너무 많이 연신되면 외피에 손상을 초래하고, 또는 반대로 냉각될 때 외피가 너무 많이 수축되면 케이블의 단부에서의 밀봉 감손을 초래한다.

본 발명의 목적은 그리스로 피복되거나 왁스로 피복된 스트랜드의 여러 장점들 중 적어도 일부의 장점을 유지하면서 상기 결점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 스트랜드는 꼬인 금속 와이어의 다발, 상기 다발을 포함한 플라스틱 외피 및 다발의 꼬인 와이어들 사이에 있는 내부 틈(interstice)과 다발의 주변과 외피의 내면사이에 있는 주변 틈을 채우는 유연한 충진 혼합물을 구성한다. 본 발명에 따라서, 상기 주변 틈은 스트랜드의 단면에서, P x e_min와 0.6 x S2 사이의 면적을 가지는 것으로, 여기에서 P는 와이어 다발의 외부 주변 길이이고, e_min= 0.05mm와 S2는 다발의 주변과 다발이 내접된 가장 작은 원사이에 있는 틈의 누적 면적(cumulative area)이다.

따라서 유연한 충진 혼합물의 규정 양이 개별 외피가 금속 와이어의 거시적 변형의 이행을 여전히 확보하는 동안 그리스로 피복된 스트랜드의 장점 (a)와 (b)의 보유를 가능하게 만드는 "반-접착(semi-adherent)" 스트랜드를 얻는 것을 가능하게 한다.

외피의 내면에 존재한 나선형 리브(rib)는 인접한 주변 와이어사이에 형성된 홈을 관통한다. 상기 리브와 상기 홈사이의 협력은 거시적 변형의 조화를 허용한다. 충진 혼합물의 양은 형상 부착에 의해 와이어 위로 외피의 고착을 야기하고 따라서 외피를 파열시키기 쉬운 응력, 특히 전단 응력을 발생시킬 수 있어 침투가 너무 크지 않도록 조절된다.

본 발명의 바람직한 실시에서, 스트랜드의 외피는 Φ/5 이상의 두께를 가지는 것으로, 여기에서 Φ는 꼬인 와이어 다발의 주변에 있는 와이어의 직경이다.

본 발명의 다른 양상은 건축 구조물내에서 인장이 작용하는 구조적 부재로서 상기에 정의된 바와 같이 스트랜드의 사용에 관한 것이다. 특히, 스트랜드는 구조물을 위한 현수 시스템의 받침 케이블, 또는 구조물을 위한 압축 케이블의 일부를형성할 수 있다.

본 발명의 세 번째 양상은 스트랜드를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로,

- 혼합물이 다발의 스트랜드 와이어들사이에 있는 내부 틈을 채우고 다발의 주변에 돌출하도록 유연한 충진 혼합물로 꼬인 금속 와이어 다발을 코팅하고,

- 다발의 단위 길이당 충진 혼합물의 규정된 양을 허용하기 위해서 코팅된 다발의 주변을 와이핑하는 것으로, 상기 양은 S1 + (P x e_min)과 S1 + (0.6 x S2)사이의 단위 길이당 부피를 나타내고, 여기에서 S1은 스트랜드의 단면에 대한 상기 내부 틈의 누적 면적이고, P는 꼬인 와이어 다발의 외부 주변 길이이고, e_min= 0.05mm와 S2는 다발의 원주와 다발이 내접된 가장 작은 원사이에 있는 틈의 누적 면적(cumulative)이고,

- 상기 충진 혼합물의 양으로 코팅된 와이어 다발 둘레에 플라스틱 외피를 밀어내는 단계를 구성한다.

바람직하게 상기 와이핑 단계는 코팅된 와이어 다발이 공급되어지므로써 선회하게 장착된 형판(template) 수단에 의해 실행된다.

본 발명의 추가 형태 및 장점들이 첨부된 도면들에 관계하여 제한되지 않은 일례의 방법을 통해 제공된 그의 실시중 하나로 다음 기술을 통해 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스트랜드의 단면도.

도 2는 상기 스트랜드의 금속 와이어 다발에 대한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위해 적당한 설비의 다이어그램.

도 4는 도 3에서 도시된 설비의 와이핑 수단에 대한 다이어그램.

도 1에 도시된 스트랜드(1)는 수에 있어서 일곱개, 즉 중앙 와이어와 여섯개의 주변 와이어가 서로 꼬인 복 수개의 강 와이어(2)를 구성한다.

스트랜드 와이어(2)의 다발은 폴리올레핀, 특히 HDPE 또는 폴리아미드와 같은 유연한 플라스틱 재료로 이루어진 외부 외피(4)내부에 포함된다.

유연한 충진 혼합물(3), 예를 들면 비결정질 폴리머 또는 페트롤륨 그리스 또는 왁스가 외피의 내부 와이어(2)에 의해 형성된 틈을 채운다. 바람직하게, 상기 혼합물(3)은 윤활 특성을 가진다. 상기 전술된 틈은,

- 단면이 세 개의 인접한 와이어의 원주 부를 구성하는 측부가 있고 곡선 트라이앵글 형태인 내부 틈(5)과,

- 스트랜드의 주변 와이어와 그의 외피(4)의 내면사이에 있는 주변 틈(6)을 구성한다.

도 2를 참고로, S1은 수에 있어서 여섯 개인 내부 틈(5)에 상응한 전술된 곡선 트라이앵글의 누적 면적이다. 또한 S2는 스트랜드의 단면에서 강 와이어(2) 다발의 주변과 상기 다발이 내접된 내부 가장 작은 원(C)사이에 있는 갭(7)의 누적 면적이다. 또한 상기 갭(7)은 수에 있어서 여섯 개이고, 원(C)은 스트랜드의 여섯 개 주변 와이어에 접한다. 마지막으로, P는 와이어 다발의 외부 주변을 나타내고 Φ는 주변 와이어의 직경을 나타낸다. 대표 값은 Φ = 5mm 이고, 중심 와이어는 약간 큰 직경, 예를 들면 5.7mm를 가진다.

주변 틈(6)은 스트랜드의 단면에서, P x e_min와 0.6 x S2 사이의 면적을 가지는 것으로, 여기에서 e_min는 0.05mm와 동등한 혼합물(3)의 최소 두께를 나타낸다. 외부 외피(4)의 최소 두께는 바람직하게 Φ/5 이상이다.

그러한 스트랜드의 제조는 종래 와이어 드로잉 방법에 의해 얻어진 꼬인 와이어의 다발로 출발한다. 상기 와이어(2)는 공지된 방법을 통해, 그들의 내식성을 강화하기 위한 목적으로 갈바나이징 또는 갈파나이징과 같은 전기화학 처리되어진다.

도 3을 참고하면, 스트랜드의 한 부분은 그의 와이어(2)를 펴기 위해서 외피 (4)의 플라스틱을 밀어내기 위한 다이(10)를 관통하여 통과되기 전에는 꼬이지 않는다. 이러한 과정은, 스트랜딩 피치에 대한 반대 개념으로서의 상대 스트랜드 결합을 겪게되는 두 개의 조(jaw)(11)를 통해 상기 스트랜드의 한 부분의 단부를 잡음으로로써 실행될 수 있다. 유연한 충진 혼합물은 꼬이지 않은 부분 내부로 분사되고 주입됨으로써 도입된다. 조(11)가 해제되어진 후, 와이어는 차단되고, 내부 틈(5)에 혼합물(3)을 내쏘고 상기 혼합물이 와이어 다발의 주변에 돌출하도록 만든다. 다음, 처리된 부분은 꼬인 와이어 다발로 혼합물(3)의 적당한 양을 보내기 위해 사용된 와이핑 형판(12)을 통하여 공급된다. 형판(12)의 하류에는 외피의 두께(e)와 그의 외부 형상을 형성하기 위해서 외피(4)의 플라스틱을 주입하기 위한 시스템(16)과 그 다음에 스트랜드를 당기는 압출 다이(10)가 있다.

와이핑 형판(12)에 의해 보내진 혼합물(3)의 양은 주변 틈(6)의 면적에 대하여 전술된 조건을 맞추기 위해서 스트랜드의 단위 길이당 S_min= S1 + (P x e_min)과 S_max= S1 + (0.6 x S2)사이의 부피를 나타낸다.

상기 와이핑 형판(12)이 도 4에 설명되었다. 상기는 회전을 자유롭게 하기 위해서 볼 베어링(13)의 내부 링위에 장착된다. 혼합물(3)로 코팅된 스트랜드는 형판(12)내 개구(14)를 통하여 관통하고, S + S_min와 S + S_max사이의 면적을 가지며, S는 일곱개 와이어(2)의 단면에 대한 누적 면적이다. 상기 개구(14)의 형상은 주변 틈(6)과 관계된 와이어 다발의 틈과 맞추어진다. 따라서 그의 주변은 스트랜드의 주변 와이어들 사이에 있는 그루브 내부로 맞추어지는 여섯 개의 이(tooth)를 가진다. 스트랜드가 이를 관통하여 당겨질 때 형판(12)의 자유 회전은 혼합물(3)의 바람직한 양을 유지하는 동안 그루브의 나선형 통로를 따르기 위한 상기 이(15)를 허용한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 따라 제조된 스트랜드는 건축 구조물에서 인장이 작용하는 구조물 부재를 형성하기 위해 적용되고, 서론에서 언급된 요구 사항을 충분히 만족시킨다. 상기는 바람직하게 받침대 케이블(예를 들어, EP-A-0 323 285를 참조) 또는 프리스트레스 케이블에서 바람직하게 사용되어진다.

Claims (8)

1. 꼬인 금속 와이어(2)의 다발, 상기 다발을 포함한 플라스틱 외피(sheath)(4) 및 다발의 꼬인 와이어들 사이에 있는 내부 틈(interstice)(5)과 다발의 주변과 외피의 내면사이에 있는 주변 틈(6)을 채우는 유연한 충진 혼합물(3)을 구성하는 것으로,

   상기 주변 틈은 스트랜드의 단면에서, P x e_min와 0.6 x S2 사이의 면적을 가지며, 여기에서 P는 와이어 다발의 외부 주변 길이이고, e_min= 0.05mm와 S2는 다발의 주변과 다발이 내접된 가장 작은 원(C)사이에 있는 틈(7)의 누적 면적 (cumulative area)인 것을 특징으로 하는 스트랜드.
2. 제 1 항에 있어서,

   외피(4)는 φ/5 이상의 두께를 가지며, 여기에서 φ는 다발의 주변에 있는 와이어의 직경인 것을 특징으로 하는 스트랜드.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 스트랜드를 건물 구조물에서 인장 상태로 작용하는 구조용 부재용인 것을 특징으로 하는 스트랜드의 용도.
4. 제 3 항에 있어서,

   스트랜드(1)는 구조물을 위한 현수 시스템의 받침 케이블(stay cable)의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 스트랜드의 용도.
5. 제 3 항에 있어서,

   스트랜드(1)는 구조물의 프리스트레스 케이블(pre-stress cable)의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 스트랜드의 용도.
6. 혼합물이 스트랜드 와이어 다발의 사이에 있는 내부 틈(5)을 채우고 다발의 주변에 돌출하도록 유연한 충진 혼합물(3)로 꼬인 금속 와이어 다발(2)을 코팅하는 단계와,

   다발의 단위 길이당 충진 혼합물의 규정된 양을 허용하기 위해서 코팅된 다발의 주변을 와이핑하는 단계와,

   상기 양은 S1 + (P x e_min)과 S1 + (0.6 x S2)사이의 단위 길이당 부피를 나타내고, 여기에서 S1은 스트랜드의 단면에 대한 상기 내부 틈의 누적 면적이고, P는 꼬인 와이어 다발의 외부 주변 길이이고, e_min= 0.05mm와 S2는 다발의 주변과 다발이 내접된 가장 작은 원(C)사이에 있는 갭 (gap)(7)의 누적 면적이고,

   상기 충진 혼합물의 양으로 코팅된 와이어 다발 둘레에 플라스틱 외피(4)를 밀어내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트랜드(1)의 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 와이핑 단계는 코팅된 와이어 다발이 공급되어지므로써 선회하게 장착된 형판(template)(12)의 수단에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 스트랜드의 제조 방법.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   외피(4)는 φ/5 이상의 두께(e)가 제공되고, 여기에서 φ는 다발의 주변에 있는 와이어의 직경인 것을 특징으로 하는 스트랜드의 제조방법.