KR20030030791A - Composite structural material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 보, 기둥 또는 파일 등으로 사용되는 합성구조재의 기술에 관한 것이다. 특히 본 발명은 보, 기둥 또는 파일 등의 구조체의 길이를 장대화 하여, 백화점, 주차장, 체육관, 교량 등 장대보를 요구하는 구조물 또는 지진 등에 의한 예기치 못한 외력에도 유리한 보 또는 파일 등의 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to the description of composite structural materials used as beams, columns or piles. In particular, the present invention relates to a structure such as a beam, a pillar or a pile to increase the length of the structure, such as a structure that requires a long beam such as department stores, parking lots, gymnasiums, bridges, or the like, or a structure such as a beam or pile that is advantageous to unexpected external force due to an earthquake. .
일반적으로 보의 길이를 장대화하기 위한 합성보로는 프리플렉스구조를 들 수 있다.In general, a composite beam for increasing the length of the beam may be a preflex structure.
프리플렉스구조는 형강을 수평방향으로 캠버를 두고 여기에 하중을 가한 상태에서 인장응력이 발생하는 반대편의 플렌지에 콘크리트를 타설하고, 콘크리트가 양생된 후 하중을 제거함으로써 상기 콘크리트에 압축응력을 도입하고, 이러한 압축응력이 보의 정모멘트에 의해 발생하는 인장응력에 대응하고자 하는 것이다. 그러나 이러한 프리플렉스구조는 형강을 곡선형으로 제작하여야하는 제작상의 문제점이 있고, 또한 어느 일방향에만 응력을 도입하는 것을 목적으로 하기 때문에 지진 등에 의한 반대하중이 가해지는 경우에는 보가 무력해 지게 된다. 또한 일부 출원에서는 상기의 프리플렉스보에서 반대하중을 가하여, 즉 보의 정모멘트가 발생하는 보의 중앙부분을 상승시켜 보의 상부플렌지에도 압축응력을 도입하기도 한다. 특허출원 93-5489는 연속보의 구조에서 보의 중간지점을 다시 상승하여 보의 상부 플렌지에 인장응력을 발생시킨 후 콘크리트를 타설하여 상기 콘크리트에 압축응력이 도입되도록 한다. 그러나 이 구조는 중간 지점에 발생하는 부모멘트에 대응하기 위해 그 부분에만 압축응력을 도입하고자 하는 것이다. 특허출원 98-19378은 단순보의 프리플렉스구조에서 보의 중앙에 가지지점을 설치하여 이를 상승시켜 보의 상부 플렌지에 콘크리트를 타설하여 이를 다시 하강시켜 상부 플렌지에 압축응력을 도입하고는 있으나, 이는 하부 플렌지의 압축콘크리트가 양생되면서 건조수축에 의한 크리프 등에 의한 압축 응력의 감소를 보정하고자 하는 것이다. 이상과 같이 상기 구조들은 보의 압축플렌지 부분에도 압축응력을 도입하기는 하나, 이들 모두 형강에 미리 캠버가 형성되는 관계로 그 도입응력의 정도가 그리 크지 아니하고, 단지 하부 플렌지의 압축응력손실을 보정하거나 지점에서 발생하는 부모멘트구간에 대응하는 소극적인 응력도입에 불과하다고 할 수 있다. 한편으로, 최근에는 횡하중이나지진 등에 의한 파일의 변위발생을 방지하기 위하여 프리플렉스보의 복부 콘크리트에 PC강선을 배치하고 프리텐션 방법에 의한 프리스트레스트 압축응력을 도입하는 방법이 실용신안등록출원 2000-11805로 출원된 바 있다. 그러나 상기 프리스트레스트 압축응력의 도입은 프리플렉스보의 제작과정과는 별개로 이루어 지는 것이기 때문에 강재의 특성을 충분히 활용하지 못하고 있고, 또한 각각 공정이 별도로 이루어지는 것이므로 더 많은 공사기간을 필요로 하는 문제점이 있다.The preflex structure has a camber in the horizontal direction and puts concrete on the opposite flange where tensile stress is generated while applying a load to it, and introduces compressive stress to the concrete by removing the load after the concrete is cured. This compressive stress is intended to counteract the tensile stress generated by the static moment of the beam. However, such a preflex structure has a manufacturing problem in that the shaped steel must be manufactured in a curved shape, and the beam becomes incapable when an opposite load due to an earthquake or the like is applied because of the purpose of introducing stress in only one direction. In some applications, the compressive stress is also introduced to the upper flange of the beam by applying the opposite load in the preflex beam, that is, raising the central portion of the beam where the positive moment of the beam occurs. Patent application 93-5489 raises the middle point of the beam again in the structure of the continuous beam to generate a tensile stress on the upper flange of the beam and then cast concrete so that the compressive stress is introduced into the concrete. However, this structure is intended to introduce compressive stress in only that part in order to cope with the parent moment occurring at the midpoint. Patent application 98-19378 installs a branch point in the center of a beam in a simple beam preplex structure, raises it, puts concrete in the upper flange of the beam, and lowers it again to introduce compressive stress in the upper flange. It is intended to compensate for the reduction of compressive stress due to creep due to dry shrinkage as the compressed concrete of the lower flange is cured. As described above, the structures introduce compressive stress to the compressed flange portion of the beam, but since both of them are formed with cambers in advance, the degree of the introduced stress is not so great, and only the compressive stress loss of the lower flange is corrected. In addition, it can be said that it is only a passive stress introduction corresponding to the parental section generated at the point. On the other hand, in recent years, in order to prevent displacement of piles due to lateral loads or earthquakes, a method of arranging PC steel wires in the abdominal concrete of preflex beams and introducing prestressed compressive stresses by the pretension method is proposed. Filed in 11805. However, since the introduction of the prestressed compressive stress is made separately from the manufacturing process of the preflex beam, the characteristics of the steel are not fully utilized, and since the process is performed separately, it requires more construction period. have.
따라서 본 발명의 주된 목적은 강재의 탄성력을 이용하여 합성구조재의 양면에 모두 압축응력을 도입함과 함께, PC강선과 같은 긴장재에 의한 콘크리트에의 응력도입을 서로 유기적인 관계속에서 이루어지게 함으로써 응력의 도입을 효율적으로 도모하여 구조체의 장대화를 이루고, 또한 필요에 따라 구조체의 모든 방향에 응력이 도입되게 함으로써 지진 등의 예기치 못한 반대하중에도 대응할 수 있는 합성구조재의 구조를 제공하는데 있다.Therefore, the main object of the present invention is to introduce the compressive stress on both sides of the composite structural material by using the elastic force of the steel, and to make the stress introduction into the concrete by the tension material such as PC steel wire in an organic relationship with each other The present invention provides a structure of a composite structural material that can cope with unexpected counter loads such as an earthquake by efficiently introducing a structure to lengthen the structure and by introducing stress into all directions of the structure as necessary.
제1도는 합성구조재의 개략적인 제작공정의 흐름도1 is a flow chart of a schematic manufacturing process of a composite structural material
제2도 (a)는 하중(P1)이 재하된 상태의 합성구조재의 상태도FIG. 2 (a) is a state diagram of the composite structural material in the state where the load P 1 is loaded.
(b)는 상기 (a)도의 종단면도(b) is a longitudinal cross-sectional view of the above (a)
제3도 (a)는 형강의 하부에 콘트리트를 타설한 합성구조재의 상태도FIG. 3 (a) is a state diagram of a composite structural material in which concrete is poured on the lower part of the section steel
(b)는 상기 (a)도의 종단면도(b) is a longitudinal cross-sectional view of the above (a)
제4도 (a)는 제3도에서 하중(P1)을 제거한 합성구조재의 상태도FIG. 4 (a) is a state diagram of the composite structural material from which the load P 1 is removed from FIG.
(b)는 상기 (a)도의 종단면도(b) is a longitudinal cross-sectional view of the above (a)
제5도 (a)는 제4도에서 하중 P1과 반대방향에서 하중(P2)이 재하된 상태의 합성구조재의 상태도FIG. 5 (a) is a state diagram of the composite structural material with the load P 2 loaded in the direction opposite to the load P 1 in FIG.
(b)는 상기 (a)도의 종단면도(b) is a longitudinal cross-sectional view of the above (a)
제6도 (a)는 형강의 상부에 콘크리트를 타설한 합성구조재의 상태도6 (a) is a state diagram of a composite structural material in which concrete is poured on top of the steel
(b)는 상기 (a)도의 종단면도(b) is a longitudinal cross-sectional view of the above (a)
제7도 (a)는 제6도에서 하중(P2)을 제거하여 완성된 합성구조재의 상태도FIG. 7 (a) is a state diagram of the composite structural material completed by removing the load (P 2 ) in FIG.
(b)는 상기 (a)도의 종단면도(b) is a longitudinal cross-sectional view of the above (a)
제8도는 긴장재를 형강의 외측에 배치한 것으로,8 is a tension member disposed outside of the section steel,
(a)∼(c)는 콘크리트 피복의 정도에 따른 합성구조재의 각 종단면도(a) to (c) are longitudinal cross-sectional views of composite structural materials according to the degree of concrete cover;
제9도는 하중을 플렌지면의 방향으로 하중을 가하여 제작한 합성구조재로,9 is a composite structure produced by applying the load in the direction of the flange surface,
(a)와 (b)는 긴장재의 배치에 따른 합성구조재의 각 종단면도(a) and (b) are longitudinal cross-sectional views of composite structural members according to the arrangement of tension members
제10도는 王형강을 사용한 경우의 합성구조재의 종단면도10 is a longitudinal sectional view of a composite structural material when using Wang-Kang Steel.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 ... H형강 2 ... 상부 플렌지1 ... H-beam 2 ... upper flange
3 ... 하부 플렌지 4 ... 웨이브3 ... lower flange 4 ... wave
5 ... 상부 공간 6 ... 하부공간5 ... upper space 6 ... lower space
7, 9 ... 긴장재 8 ... 쉬스7, 9 ... tension 8 ... sheath
10, 11 ... 콘크리트10, 11 ... concrete
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 H형강 또는 I형강 등 형강의 일측에 형강의 탄성변형 한계의 범위 내로 하중을 가한 상태에서 형강의 압축부분에는 긴장재를 배치하여 응력을 도입하고 그 반대편의 인장부분에 콘크리트를 타설·양생한 후 상기 하중을 제거하고, 이번에는 다시 형강의 반대측에 역시 형강의 탄성변형 한계의 범위 내로 하중을 가하여 상기와는 응력상태가 반대로 되게 한 후 형강의 압축부분(긴장재가 배치된 부분)에는 콘크리트를 타설·양생하고, 인장부분(기 콘크리트가 타설된 부분)에는 긴장재를 배치하고 응력을 도입시킨 후 상기 하중을 제거하게 된다.In order to achieve the above object, the present invention, by applying a tension to the compression portion of the section steel in the state in which a load is applied to one side of the section steel, such as H-beam or I-beam within the range of the elastic deformation limit of the section steel, and the tension of the opposite side After placing and curing concrete on the part, the load is removed, and this time again, the load is applied to the opposite side of the section within the limit of elastic deformation of the section, so that the stress state is reversed from the above section. Is placed on the concrete), and the tension is placed on the tension portion (part where the concrete is placed), the tension member is placed and the stress is introduced and then the load is removed.
이하, 본 발명의 합성구조재 제작과정의 바람직한 실시예를 도면과 함께 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the composite structure manufacturing process of the present invention will be described with the drawings.
제2도는 H형강(1)의 중앙에 플렌지면에 수직하방으로 1차 하중(P1)을 가하여 H형강(1)이 탄성변형의 한계내에서 변형된 상태를 나타낸다. H형강(1)의 중앙에 1차 하중(P1)이 가해지면, H형강(1)의 상부 플렌지(2)에는 압축응력이 발생하고 하부 플렌지(3)에는 인장응력이 발생하게 된다. 아울러 H형강(1)의 상부 플렌지(2)의 길이는 α만큼 감소하게 되고 하부 플렌지(3)의 길이는 반대로 α만큼 증가하게 된다. 이와 같이 1차 하중 (P1)이 가해진 상태에서 상부 플렌지(2) 아래의 상부공간(5)에는 긴장재(7)를 H형강에 고정된 임시 앵커링을 이용하여 배치하고 이를 긴장시켜 응력을 도입하고, 하부 플렌지(3) 위의 하부공간(6)에는 콘크리트(10)를 타설한다. 이때 향후 긴장재의 배치를 위한 쉬스(8)가 상기 콘크리트(10)내에 매입되어야 한다. 콘크리트(10)가 양생된 후 일차 하중(P1)을 제거하면, H형강(1)의 복원하려는 힘에 의해 상부 공간(5)에 배치된 긴장재(7)에는 1차 추가 응력이 도입되고, 하부 공간에 타설된 콘크리트(10)에는 압축응력이 도입된다. 여기에서 제3도는 1차 하중(P1)이 가해진 상태에서 긴장재(7)를 배치하고 콘크리트(10)를 타설한 상태를 나타내며, 제4도는 상기 콘크리트(10)가 양생된 후 1차 하중(P1)을 제거하여 합성구조재의 형태가 복귀된 상태를 나타낸다.2 shows a state in which the H-shaped steel 1 is deformed within the limits of elastic deformation by applying a primary load P 1 to the center of the H-shaped steel 1 perpendicularly downward to the flanking surface. When the primary load P 1 is applied to the center of the H-shaped steel 1, the compressive stress is generated in the upper flange 2 of the H-shaped steel 1, and the tensile stress is generated in the lower flange 3. In addition, the length of the upper flange 2 of the H-shaped steel 1 is reduced by α and the length of the lower flange 3 is increased by α on the contrary. As described above, the tension member 7 is disposed in the upper space 5 under the upper flange 2 using the temporary anchoring fixed to the H-beam in the state where the primary load P 1 is applied, and the stress is introduced by tensioning the tension member 7. , Concrete 10 is poured into the lower space 6 on the lower flange (3). At this time, the sheath 8 for future placement of the tension material should be embedded in the concrete 10. When the primary load P 1 is removed after the concrete 10 is cured, the primary additional stress is introduced into the tension member 7 disposed in the upper space 5 by the force to restore the H-shaped steel 1, Compression stress is introduced into the concrete 10 placed in the lower space. Here, FIG. 3 shows a state in which the tension member 7 is disposed and the concrete 10 is poured while the primary load P 1 is applied, and FIG. 4 shows the primary load after curing of the concrete 10. P 1 ) is removed to show a state in which the shape of the composite structural material is returned.
제5도는 H형강(1)의 중앙에 수직상방으로 2차 하중(P2)을 가하여 H형강(1)이 탄성변형의 한계내에서 변형된 상태를 나타낸다. H형강(1)의 중앙에 하중(P2)이 가해지면, H형강(1)의 상부 플렌지(2)에는 상기와는 반대로 인장응력이 발생하고 하부 플렌지(3)에는 압축응력이 발생하게 된다. 아울러 H형강(1)의 상부 플렌지(2)의 길이는β만큼 증가하게 되고 하부 플렌지(3)의 길이는β만큼 감소하게 된다. 이에 따라 상부공간(5)에 배치된 긴장재(7)에는 2차의 추가응력이 또 도입되고, 하부공간(6)의 콘크리트(10)에도 2차의 추가압축응력이 도입된다. 이와 같이 2차 하중 (P2)이 가해진 상태에서 상부 플렌지(2) 아래의 상부공간(5)에는 콘크리트(11)를 타설하고, 하부 플렌지(3) 위의 콘크리트(10)가 이미 타설된 하부공간(6)에는 긴장재(9)를 배치하여 응력을 도입한다. 물론 상부공간(5)에 긴장재(7)에 응력도입을 하기 위하여 H형강(1)에 고정 설치되었던 임시앵커링은 콘크리트(11)에 설치된 앵커링으로 대체된다. 제6도는 2차 하중(P2)가 유지된 상태에서 긴장재(9)가 배치되고, 상부공간(6)에 콘크리트(11)가 타설된 상태를 나타낸다. 상기 콘크리트(11)를 양생한 후 2차 하중(P2)을 제거하면, 역시 강재의 복원력에 의해 상부공간(6)상의 콘크리트(11)에는 압축응력이 도입됨과 함께 하부공간(5)의 콘크리트상에 배치된 긴장재(9)에는 추가응력이 도입된다. 물론 상기 2차 하중(P2)의 재하시 도입되었던 상부공간(5)의 긴장재(7)와 하부공간(6)의 콘크리트(10)의 2차 응력은 제거되나, 1차 하중(P1)의 제거시에 도입되었던 1차 응력들은 잔류하게 된다. 제7도는 이러한 상태를 보여주고 있다.5 shows a state in which the H-shaped steel 1 is deformed within the limits of elastic deformation by applying a secondary load P 2 vertically upward to the center of the H-shaped steel 1. When a load P 2 is applied to the center of the H-shaped steel 1, tensile stress is generated in the upper flange 2 of the H-shaped steel 1 as opposed to the above, and a compressive stress is generated in the lower flange 3. . In addition, the length of the upper flange 2 of the H-shaped steel 1 is increased by β and the length of the lower flange 3 is reduced by β . Accordingly, the secondary additional stress is further introduced into the tension member 7 disposed in the upper space 5, and the secondary additional compressive stress is also introduced into the concrete 10 of the lower space 6. As such, when the secondary load P 2 is applied, the concrete 11 is poured into the upper space 5 under the upper flange 2, and the concrete 10 on the lower flange 3 is already poured. The tension member 9 is arranged in the space 6 to introduce a stress. Of course, the temporary anchoring that was fixed to the H-shaped steel 1 in order to stress the tension member 7 in the upper space 5 is replaced by the anchoring installed in the concrete (11). 6 shows a state in which the tension member 9 is disposed while the secondary load P 2 is maintained, and the concrete 11 is poured into the upper space 6. When the secondary load (P 2 ) is removed after curing the concrete (11), the compressive stress is introduced into the concrete (11) on the upper space (6) by the restoring force of the steel, and the concrete of the lower space (5). Additional stress is introduced into the tension member 9 arranged on the bed. Of course, the secondary stresses of the tension member 7 of the upper space 5 and the concrete 10 of the lower space 6, which were introduced in the secondary load P 2 , were removed, but the primary load P 1 was removed. The primary stresses that were introduced upon removal of X remain. 7 shows this condition.
상기의 실시예에서는 H형강을 사용하였으나, 이에 국한되지 않고 I형강이나 그 밖의 다른 형강을 사용할 수도 있고, 더욱이 제10도에서 와 같이 王형의 형강을 사용하면 복부의 보강은 물론 시공측면에서도 보다 유리할 수 있다. 또한 상기 실시예에서는 하중의 재하방향을 H형강의 플렌지면에 수직인 방향으로 하고, 긴장재를 형강의 내부공간에 배치하였으나, 합성구조재의 사용목적, 즉 응력을 도입하고자 하는 위치에 따라 하중의 재하방향과 긴장재의 위치를 달리할 수 있다. 즉 따라서는 H형강의 방향을 90°로 돌려 플렌지면의 방향으로 할 수도 있고, 긴장재의 배치위치를 형강의 외부면, 즉 플렌지의 외부면에 둘 수도 있다. 또한 캠버가 형성된 기존의 프리플렉스보에에도 이를 적용할 수 있음은 물론이다. 제8도는 플렌지의 외측으로 긴장재를 배치한 것으로, 보의 경우 춤은 커지나 형강의 변형 및 복귀에 따른 긴장재의 응력을 보다 크게 하고 형강에 대한 별도의 피복공정이 생략될 수 있는 잇점이 있다. 제10도는 王형의 형강을 사용한 것으로, 콘크리트 타설을 위한 거푸집의 설치 등 시공이 용이하고 아울러 형강의 복부에 형성된 플렌지에 의해 전단응력이 증가된다. 제9도는 H형강의 플렌지면의방향으로 하중을 가하여 응력을 도입하는 것을 나타낸다. 이때, 도입하고자 하는 응력의 위치에 따라 (a)와 같이 플렌지방향으로 긴장재를 배치할 수 있고, (b)와 같이 플렌지의 수직방향으로 배치할 수도 있다. 또한 합성구조재의 제작시 양단부를 단순보의 형식으로 제작 할 수도있고, 적어도 일단을 고정단으로도 할 수 있다.In the above embodiment, H-shaped steel is used, but not limited thereto, I-shaped steel or other shaped steels may be used. Moreover, when the wang-shaped steel is used as shown in FIG. May be advantageous. In addition, in the above embodiment, the loading direction of the load is perpendicular to the flange surface of the H-beam, and the tension member is disposed in the inner space of the steel, but the load of the load depends on the purpose of using the composite structure, that is, the position where the stress is to be introduced. The direction and location of the tension member can be different. In other words, the direction of the H-beam can be turned to 90 ° so as to be in the direction of the flange surface, and the position of the tension member may be placed on the outer surface of the steel, that is, on the outer surface of the flange. In addition, it can be applied to the existing preflex beam formed camber of course. FIG. 8 shows that the tension member is disposed on the outside of the flange. In the case of the beam, the dance increases, but the stress of the tension member due to deformation and return of the steel beam is increased, and a separate coating process for the steel beam can be omitted. FIG. 10 is a wang shaped steel, which is easy to install, such as the installation of formwork for concrete pouring, and the shear stress is increased by the flange formed on the abdomen of the steel. 9 shows the introduction of stress by applying a load in the direction of the flange surface of the H-beam. At this time, depending on the position of the stress to be introduced, the tension member may be arranged in the flange direction as shown in (a), and may be arranged in the vertical direction of the flange as shown in (b). In addition, both ends may be manufactured in the form of a simple beam when manufacturing the composite structural material, and at least one end may be a fixed end.
본 발명은 강재의 탄성력을 이용하여 콘크리트에 압축응력을 도입함과 함께 긴장재의 응력도입을 보다 용이하게 해 주고, 보의 춤을 크게 하지 않고서도 장대보를 얻을 수 있어, 기둥에 의한 건축물의 공간활용제한을 극복할 수 있을 뿐만 아니라, 이를 파일에 적용할 때에는 지진 등 예기치 못하는 방향에서의 하중에 대하여도 매우 유리한 구조체의 역할을 수행한다.The present invention uses the elastic force of the steel to introduce a compressive stress to the concrete and to facilitate the introduction of stress of the tension material, to obtain a long beam without increasing the dancing of the beam, to utilize the space of the building by the pillar In addition to overcoming the limitations, when applied to piles, it also plays a very advantageous role against loads in unexpected directions such as earthquakes.
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