KR200241299Y1 - 콘크리트구조물의 외부강선 보강용 정착장치 - Google Patents

Abstract

중차량의 통과나 교통량의 증가에 따라 균열이 발생하고, 손상이 가속화되고 있는 교량 중 거더교나 특히 슬래브교와 같은 콘크리트구조물을 보강하기 위한 정착장치가 개시된다. 본 고안에 의한 손상된 교량 주형이나 슬래브교의 보강공법은 강선을 이용한 외부프리스트레싱 정착장치에 관한 것으로, 기존의 강선을 이용한 외부프리스트레싱 장치의 경우 거더나 슬래브의 단부에 정착구를 설치할 때 앵커볼트의 전단력만으로 긴장력을 받아줌으로 많은 수의 앵커볼트가 필요하고, 또한 이로 인해 넓은 정착구가 필요하며 형상 또한 복잡해지는 반면 본 고안은 정착구 위치의 콘크리트 면에 홈을 파서 정착구의 앵커키를 끼워 넣는 정착장치를 사용하여 기존의 앵커볼트만 이용한 정착장치보다 월등하게 큰 내하력을 얻을 수 있다. 또한 설치 앵커 볼트의 수가 현저히 줄어들고, 더욱 간단한 형태의 작은 정착장치만으로도 큰 긴장력을 받아줄 수 있게 되므로 시공이 간편해진다.

Description

콘크리트구조물의 외부강선 보강용 정착장치{External steel wire reinforcement anchoring apparatus for concrete structure}

본 고안은 과하중 또는 교통량의 증가에 따라 균열이 발생되어 심하게 손상된 슬래브교나 거더교와 같은 콘크리트구조물을 보수 보강하는 기술에서의 외부강선 보강용 정착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부강선의 효율적인 정착을 위해 거더 단부나 슬래브의 단부에 홈을 파서 정착구의 앵커키를 삽입함으로써 내하력을 대폭 증가시켜주는 콘크리트구조물의 외부강선 보강용 정착장치에 관한 것이다.

통상, 콘크리트구조물에서는 내하력이 부족한 경우, 즉 도 1에 도시한 바와 같이 슬래브(10)에 휨 또는 처짐에 의한 휨균열이 발생하고 이를 방치할 경우, 궁극적으로는 교량의 붕괴로 이어진다. 현재 교량의 보수 보강 기술은 강판 또는 탄소섬유 등의 보강재를 이용한 부착식 보수보강기술과, 본 고안에서 다루고자 하는 외부강선 보강기술로 대별된다.

그러나, 상기 부착식 보수 보강기술은 재료와 시공의 품질관리를 철저히 하지 않으면 추후 보강재의 탈락 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에 품질관리에 신중을 기해야 하는 어려움이 있다. 또한 피로강도가 낮고 장기간 외기에 노출되는 경우 내구성이 떨어지는 문제점 등이 있어 토목 구조물에서는 사용이 어려운 실정이다.

반면에 외부강선을 이용한 보강기술은 콘크리트 교량의 내하력을 증대시키는 능동적인 보강기술로 매우 경제적이고, 효율적인 보강기술로서 지금까지 건설된 교량 중에 외부강선을 이용한 보수, 보강이 가능한 형식의 교량은 PSC빔교, T빔교, 박스교, 슬래브교 등 거의 대부분의 교량을 포함하고 있다. 이러한 외부강선 보강공법 중 거더교의 경우는 거더의 측면에 정착장치를 설치하여 강선을 긴장하고, 슬래브교의 경우는 주로 슬래브의 하단에 앵커볼트를 이용하여 정착구를 설치하여 강선을 이 정착구에 긴장 고정하는 방식을 사용하고 있다. 이러한 기존의 외부강선 보강기술은 앵커볼트만으로 정착구에 작용하는 긴장력을 받아주기 때문에 많은 수의 앵커 볼트가 필요하고, 이로 인해 정착판의 크기가 증가하여 형상 또한 복잡해지며 외형상으로도 보기가 나쁜 단점이 있다.

그리고 긴장시에도 강선긴장기를 이용하기 위한 공간을 확보하기 위해 정착구가 교량의 끝단으로부터 적정한 거리를 두고 설치되어야 하므로 정착구 주변에 균열이 발생하거나 외부강선의 보강효과가 교량의 끝까지 미치지 못하고 경간의 일부에서만 발휘되는 단점을 갖고 있다.

또한, 슬래브교의 경우 거의 대부분 교량 하부 공간에 여유가 없을 경우 형고가 낮은 교량을 건설하는 경우가 대부분이므로 외부강선이 슬래브의 하단에서 멀리 떨어져 쳐져있으면 교량 하부 공간이 줄어들게 되어 외부강선 보강기술을 사용하기가 어려운 경우가 많다.

본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상술한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여, 이미 균열이 발생한 거더교의 측면, 하면이나, 슬래브교의 하면에 외부강선 보강기술을 이용하는데 있어서, 교량의 콘크리트 단부에 강선 정착구를 부착하기 위한 홈을 파서 정착구의 앵커키를 끼워 넣고, 에폭시를 주입함으로써 정착구의 내하력의 증대를 가져오고, 이를 통해 앵커볼트 수의 감소와 정착구의 크기를 감소시켜, 보다 간단하면서도, 내구성이 있고, 공학적으로 신뢰성이 있는 외부강선 보강용 정착장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안에 의한 정착장치를 이용하여 외부강선 보강된 손상된 슬래브교의 정면도이다.

도 2는 본 고안의 정착장치를 이용하여 그 단부가 외부강선 보강된 보강공법을 설명하기 위한 손상된 거더의 정면도이다.

도 3은 본 고안에 의한 정착장치의 정면도이다.

도 4는 도 3의 정착장치의 평면도이다.

도 5는 도 3의 정착장치의 단면도이다.

도 6은 본 고안에 의한 외부강선이 슬래브에 밀착된 본 고안에 의한 정착장치의 다른 실시예에 따른 정면도이다.

도 7은 본 고안에 의한 외부강선을 슬래브에 묻어버린 본 고안에 의한 정착장치의 다른 실시예에 따른 정면도이다.

도 8은 도 6과 도 7에 도시된 다른 실시예에 따른 정착장치의 평면도이다.

도 9는 본 고안에 의한 정착장치의 다른 실시예에 따른 단면도이다.

도 10은 본 고안에 의한 정착장치의 또다른 실시예에 따른 단면도이다.

도 11은 강선의 긴장을 위하여 정착장치에 강봉 등을 이용한 긴장방법을 설명하기 위한 정면도이다.

도 12는 도 11의 평면도이다.

도 13은 타이 케이블이나 나사 강봉을 이용하여 긴장력을 가하는 긴장방법을 설명하기 위한 정면도이다.

도 14는 도 13의 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1...고정단 정착구, 2...긴장단 정착구

10...손상된 슬래브, 11...강선

21...앵커키, 22...앵커키 보강판

24...정착판, 25...정착대

26...보강판, 28...배기구

30...너트, 35...나사강봉

40...앵커볼트, 50...보조정착대

60...강선 정착기, 70...강선연결구

80...정착판 간극재, 95...타이 케이블 또는 나사강봉

상기 과제를 이루기 위한 본 고안은 외부강선 보강기술에 있어 정착구의 정착방법을 콘크리트구조물에 홈을 파서 정착구의 일면에 구비된 앵커키를 끼워 넣고 에폭시를 주입함으로써 긴장력을 앵커 볼트만이 아닌 앵커키와 콘크리트의 지압력으로 받아줌으로 정착구의 내하력 및 정착력을 향상시키는 외부강선 보강용 정착장치를 제공한다.

바람직하기로는, 강선의 긴장에 있어서도 통상의 강선긴장기를 이용한 긴장이 아닌 일정길이의 강봉을 설치하여 강봉의 끝에 강선을 고정시켜주고, 이 강봉 끝의 너트를 조임으로써 강선을 긴장시키는 방법으로 긴장력이 지점부까지 미치면서도 긴장작업은 공간적으로 여유있는 경간의 중앙부 쪽에서 긴장하는 것이 가능하다.

또한 정착구 사이의 긴장재는 타이케이블이나 나사 강봉을 사용하게 되면 긴장력의 효율적 이용뿐만 아니라 불필요한 작업공간의 확보가 필요 없어짐으로써 정착구가 지점부근에 설치되어 긴장 또한 손쉽게 할 수 있는 장점이 있다.

본 고안의 PS강선을 이용한 외부프리스트레싱 보강기술의 정착장치의 설치 및 긴장 공정단계를 보면 1단계로 우선 슬래브에 가로 세로 방향의 홈을 판다. 2단계로 정착장치 상부의 앵커키를 홈에 끼워 넣고, 3단계로 정착장치 고정을 위한 앵커볼트를 설치한다. 정착장치의 설치가 끝나면 4단계로 앵커키와 콘크리트 사이의 공간에 에폭시를 주입하여 두 부재 사이의 공간을 채운다. 이때 에폭시의 주입을 용이하게 하기 위하여 정착장치의 상단까지 배기구가 설치되어 있어야 한다. 마지막으로 강선을 배치하여 정착구에 고정시키고, 강선긴장기로 강선을 긴장하거나 강봉의 너트를 조임으로서 긴장작업을 하면 보강공사가 마무리된다.

또 다른 일 실시예로서 도 8에 도시된 정착 장치를 이용하면 강선을 더욱 슬래브와 가깝게 설치할 수 있고, 쐐기 등의 장치들이 정착구와 콘크리트 사이로 들어가게 되어 외형이 단순해지며, 고정장치 등이 외기에 노출되지 않음으로서 보강공사의 내구성이 증가는 장점이 있다.

본 고안의 다른 측면에 의하면 콘크리트속에 설치되어 내하력을 지탱하는 앵커볼트에 의해 콘크리크 구조물에 설치되는 고정단 정착구 및 긴장단 정착구 사이에 외부강선 등의 긴장재를 긴장시켜 콘크리트구조물의 손상된 부분을 보강하기 위한 외부강선 보강용 정착장치에 있어서, 상기 정착구의 적어도 하나가 콘크리트속에 타설되는 앵커키를 포함하는 정착장치를 제공함으로써, 정착장치를 더욱 작게 만들 수 있으며, 훨씬 적은 수의 앵커볼트만으로 내하력을 확보할 수 있다.

바람직하기로는 상기 정착장치는 상기 앵커키를 보강하는 앵커키보강판을 더 포함한다.

바람직하기로는, 상기 정착장치는 상기 앵커키를 콘크리트구조물에 밀착시킬 수 있도록, 에폭시를 주입할 수 있는 배기구를 더 포함한다.

바람직하기로는, 상기 정착구 사이의 긴장재로 강선대신에 타이케이블이나 나사 강봉을 사용함을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 의한 손상된 슬래브교나 거더교와 같은 콘크리트구조물의 외부강선 보강용 정착장치의 실시예들에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 의하면, 본 고안에 의한, 균열이나 처짐이 과다하게 발생한 슬래브의 외부강선 보강기술을 설명하기 위한 것으로, 슬래브(10) 하단에 고정단 정착구(1)와 긴장단 정착구(2)를 설치하고, 외부강선(11)을 이 정착구(1, 2)들에 고정하여 긴장하면 손상된 슬래브를 보강할 수 있다.

도 2에는 본 고안에 의한 정착구를 이용한 외부강선 보강기술을 거더교에 적용한 보강기술이 도시되어 있다. 거더(9)의 양단에 고정단 정착구(1)와 긴장단 정착구(2)를 설치하고 거더의 중간부에는 하나 이상의 새들(5)을 설치하여 외부강선(11)을 이 정착구들(1, 2)에 고정하여 긴장하면 손상된 거더를 보강할 수 있다. 이렇게 새로운 정착장치에 의한 외부강선 보강기술을 이용하면 거더 단부에 일반적으로 설치되어 있는 가로보를 철거하거나 구멍을 뚫지 않고도 정착장치를 설치할 수 있으므로 시공이 매우 간단해지는 장점이 있다.

도 3은 본 고안에 의한 정착구를 보다 자세히 설명하기 위한 상세도이다. 새로운 정착구는 정착판(24)이 콘크리트구조물에 밀착되어 있고, 또 앵커볼트(40)를 이용하여 고정되어 있는 점등에 있어서는 기존의 정착장치와 마찬가지이다. 또한 정착대(25)와 이를 지지하기 위한 보강판(26)을 갖고 있는 구조나 필요시 보조 정착대(50)를 사용할 수 있는 점도 기존 정착구와 같다고 할 수 있다. 본 고안에 의한 정착구의 가장 큰 특징은 앵커키(21)와 이를 보강하기 위한 앵커키 보강판(22)에 있으며, 이러한 앵커키(21)를 구조물에 밀착시킬 수 있도록, 추후에 에폭시를 주입할 수 있도록 앵커키 상단까지 연장된 배기구(28)도 갖고 있다. 본고안에 의한 정착구에 정착되는 외부강선(11)은 통상적인 강선 정착기(60)를 이용하여 고정될 수 있다.

도 4는 도 3의 본 고안에 의한 정착구의 평면도로서 앵커볼트(40)를 이용하여 정착판(24)의 네 모서리를 콘크리트구조물에 고정하고 있다. 또한 정착대(25)를 보강판(26)들이 지지하고 있으며, 정착대를 보강하기 위한 보조 정착대(50)를 사용할 수도 있고, 이 정착장치에 강선(11)을 통상적인 강선 정착기(60)로 고정하고 있다.

도 5는 도 3의 본 고안에 의한 정착구의 단면도로서 콘크리트구조물(34) 속에 묻혀있는 앵커키(21)와 앵커키를 지지하는 앵커키 보강판(22)이 있으며, 이 앵커키는 철근(33)이 있기 때문에 철근 아래까지만 삽입되도록 되어 있다. 이 도면에서 앵커키의 면적에 해당하는 부분이 본 정착구가 견딜 수 있는 정착력과 비례한다. 즉 이 앵커키의 면적을 키우는 것이 앵커키의 내하력을 증대시키는 방법인 것이다. 같은 도면에 콘크리트 표면에 노출되어 있는 정착대(25)와 보강판(26), 배기구(28) 그리고 강선 정착기(60)의 단면이 도시되어 있다.

도 6에는 본 고안에 의한 정착구의 다른 형태의 일 실시예로서 외부강선(11)을 보다 콘크리트구조물(12)에 밀착시키기 위하여 강선을 정착구의 내부에 오도록 배치한 정착구이다. 이러한 형태의 정착구는 앵커키(21)와 앵커키 보강판(22)이 앞서 제시된 정착구보다 약간 길어지게 되며, 앵커볼트(40)를 이용하여 정착구를 고정하는 것은 기존 기술과 마찬가지이다. 정착판(44)과 콘크리트 사이의 간격은 강선 정착기(60)를 포함할 수 있는 간격 이상이어야 하며, 이러한 간격을 유지하기위해서는 정착판 간극재(80)가 삽입되어야 한다. 또한 필요시에는 정착대 뒤에 보조 정착대(50)를 설치할 수 있다.

도 7에는 본 고안에 의한 정착구의 또 다른 형태의 일 실시예로서 외부강선(11)을 콘크리트구조물(12) 속으로 삽입하여 슬래브 아래로 강선이 노출되지 않도록 시공하는 정착구이다. 이러한 형태의 정착구는 앵커키(21)와 앵커키 보강판(22)이 앞서 제시된 정착구와 마찬가지로 약간 길어지고 정착판(44)은 콘크리트의 표면에 밀착하게 되며, 강선 정착기(60)를 수용하기 위하여 강선 정착기 위치의 콘크리트를 파 내야하는 공정이 필요하게 된다. 또한 강선을 슬래브에 묻는 형태이므로 강선을 묻기 위해서 슬래브 전 구간에 길이 방향의 길다란 홈을 파야하는 공정도 필요하다. 그러나 이렇게 시공하게 되면 슬래브 아래로 노출되는 부분이 거의 없어 슬래브의 하부 공간의 손실이 없다는 장점이 있다. 또한 이 방법의 정착구를 사용하기 위해서는 앵커키(21)가 철근(33)보다 깊게 설치되어야 할 것이다.

도 8은 도 6의 평면도로서 정착판(24) 하부에 설치되는 정착판 간극재(80)의 위치를 보여주고 있다. 정착판 간극재(80)는 4개의 앵커(40) 주변에 배치되어 정착판(24)과 콘크리트 표면사이의 공간을 채워주는 역할을 하게 된다. 정착판(24)의 하부에 앵커키(21)와 앵커키 보강판(22)을 볼 수 있으며, 이들 정착구는 앵커(40)로 콘크리트구조물에 고정되어 있다. 강선(11)을 통상적인 정착기(60)로 고정하는 것은 기존 기술과 같다.

도 9는 도 5에 제시된 정착구 단면도의 다른 일 실시예로서 앵커키(21)의 단면적이 긴장력을 견디기에 충분한 면적을 제공하지 못하는 경우에 철근(33)을 우회하여 콘크리트구조물(34) 속으로 보다 깊이 앵커키를 설치하기 위한 공법을 설명하기 위한 도면이다. 정착판(24)은 콘크리트구조물(34)의 표면에 밀착되어 있으며, 앵커키(21)는 앵커키 보강판(22)으로 보강되어 있다. 또한 강선을 고정하는 통상적인 강선 고정장치(60)도 도시되어 있다.

도 10은 도 9의 또 다른 일 실시예로서 앵커키(21)를 깊게 만들 경우 철근(33)을 피하여 설치하는 대신 도면처럼 철근을 절단하여 설치하는 공법으로서, 정착구의 앵커키(21)와 앵커키 보강판(22)을 콘크리트구조물(34) 속으로 깊게 묻을 수 있는 정착구이며, 정착대(21)에 고정된 강선 고정장치(60)가 도시되어 있는, 본 정착구의 내하력을 더욱 더 크게 증대시킬 수 있는 일 실시예이다. 다만 이 방법은 철근이 큰 인장력을 받는 경우에는 사용이 곤란할 것으로 판단된다.

도 11은 강선(11)을 긴장하기 위해서는 통상적으로 유압장비(65)를 사용하는데, 대개의 경우는 정착장치가 슬래브의 단부에 최대한 가깝게 배치되기 때문에 유압장비를 설치할 만한 공간이 없게된다. 따라서 많은 경우에 정착구(2)로부터 유압장비를 설치할 수 있을 만한 공간을 두고서 강선 연결구(70)를 설치하여 강선(11)을 고정하는 것이 일반적이다. 이 경우 강선(11)은 강선 정착기(60)에 의하여 고정되고, 강선 연결구(70)는 정착구(2)와 나사강봉(35)으로 연결되며, 나사강봉의 양단은 정착용 너트(30)로 고정된다. 이렇게 되면 유압잭등의 유압장비(65)를 정착구(2)와 강선 연결구(70)사이에 설치하여 강선(11)을 긴장할 수 있게 된다.

도 12는 도 11의 평면도로서 정착구(2)와 강선 연결구(70), 그리고 강선 연결구(70)에 고정된 강선(11)과 나사강봉(35)이 도시되어 있다. 나사강봉(35)은 너트(30)로 고정되는 것이 일반적이고 강선은 강선 정착기(60)를 사용하여 고정하는 것이 일반적이다. 또한 강선을 긴장하기 위한 유압장비(65)는 강선 정착기(60)와 정착구(2) 사이에 위치하게 된다.

도 13은 강선을 긴장하기 위한 다른 일 실시예로서 슬래브의 양단에 도면과 같은 앵커키(21)를 갖는 정착구(1)를 설치하고 이들 정착구(1)를 강선대신 타이 케이블(95)이나 나사강봉(95)과 같이 긴장재의 양단에 나사골이 형성되어 있어 양단에 위치한 너트(30)를 조임으로써 긴장력을 가하는 장치를 도시한 것이다. 일반적으로 너트(30)와 정착대(25) 사이에는 와셔(31)가 있는 경우가 많다.

도 14는 도 13의 평면도로서 정착구(1)의 정착대(25)에 직접 너트(30)와 와셔(31)로 고정되어 있는 타이 케이블(95)의 형태 또는 나사강봉(95)의 형태를 도시하고 있다.

상술한 바와 같이, 본 고안은 기존의 많은 수의 앵커 볼트 대신에 콘크리트 교량의 단부에 홈을 파고 거기에 앵커키(21)가 있는 정착구를 끼워 넣고 에폭시를 주입함으로써 정착구에 작용하는 긴장력의 대부분을 앵커키가 받게 함으로써 앵커볼트만 사용하는 기존의 정착장치에 비하여 훨씬 더 큰 힘을 받아 줄 수 있게 하였다. 이로 인해 정착구의 내하력이 증대되어 충분한 안전성을 확보할 수 있고, 훨씬 적은 수의 앵커볼트 만으로도 시공이 가능하므로 정착구의 크기 또한 상당히 작아지게 되어 시공이 간편하고 경제적인 공법을 가능하게 한다. 또한 긴장시에도 기존의 강선긴장기를 이용한 방식을 사용하거나 강봉(35)의 볼트와 너트를 이용하여 긴장을 하는 방법등 현장 상황에 따라 적절한 공법을 사용함으로써 좁은 공간에서도 손쉽게 긴장이 가능하도록 되었다.

본 고안에 적용될 수 있는 다른 긴장방법으로는 요즘 사용이 늘어가고 있는 타이 케이블(95)을 이용하여 특별한 쐐기나 긴장장비 없이 케이블의 양단의 너트(90)를 조여줌으로써 간단히 긴장할 수 있는 방법 등 강선의 배치나 긴장방법에 있어서 현재 사용되고 있는 대부분의 방법에 모두 적용 가능하다.

본 고안이 슬래브교에 적용되는 경우에는, 도 8의 방법에서 설명한 바와 같이 강선을 더욱 슬래브와 가깝게 밀착 설치 할 수 있어 교량하부 공간을 침해하지 않고, 쐐기 등의 부속장치들이 정착구 안으로 들어가게 되어 외형이 깨끗하고 아름다우며, 부속장치들이 외기에 노출되지 않아 내구성이 증가하는 장점이 있다.

이와 같은 강선 정착 장치로 현재 손상을 입은 슬래브교나 거더교의 보강공사를, 또는 내하력이 2등교나 3등교인 교량을 1등교로 올리는 보강공사를 손쉽고 경제적으로 할 수 있게 된다. 또한 본 고안의 보강 기술은 교량뿐 아니라 건축물을 포함한 모든 콘크리트구조물에 적용 가능하다.

상술한 바와 같이, 기존 콘크리트구조물을 외부강선 보강용 정착장치를 이용하여 보강할 경우, 정착구의 내하력이 가장 큰 문제가 되는데 본 고안에서는 기존의 앵커 볼트만을 이용한 정착장치를 변형하여 정착구의 일면에 앵커키를 구비하도록 하고, 콘크리트구조물에 홈을 파서 앵커키를 끼워 넣을 수 있도록 하여, 앵커키와 주변 콘크리트와의 지압력으로 긴장력을 받아줌으로써 정착구의 내하력을 대폭증가시키고, 정착구의 크기를 작게 할 수 있었다. 그리고 앵커 볼트의 수가 줄어듦으로써 원 콘크리트의 손상을 최소화 할 수 있게 되는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 콘크리트속에 설치되어 내하력을 지탱하는 앵커볼트에 의해 콘크리크 구조물에 설치되는 고정단 정착구 및 긴장단 정착구 사이에 외부강선 등의 긴장재를 긴장시켜 콘크리트구조물의 손상된 부분을 보강하기 위한 외부강선 보강용 정착장치에 있어서, 상기 정착구의 적어도 하나가 콘크리트속에 타설되는 앵커키를 포함하는 정착장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 앵커키를 보강하는 앵커키보강판을 더 포함하는 정착장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 앵커키를 콘크리트구조물에 밀착시킬 수 있도록, 에폭시를 주입할 수 있는 배기구를 더 포함하는 정착장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 정착구 사이의 긴장재로 강선대신에 타이케이블을 사용함을 특징으로 하는 정착장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 정착구 사이의 긴장재로 강선대신에 나사 강봉을 사용함을 특징으로 하는 정착장치.