KR200329418Y1 - 긴장재를 이용한 구조물의 보강구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 강재 빔, 콘크리트 빔, 합성 빔, 슬래브, 가교 구조물 등과 같은 기존의 콘크리트 또는 강재 구조물을 보수, 보강하거나 또는 신설 구조물을 보강함에 있어서, 반력대 장치를 보강대상 구조물에 설치하고 긴장재를 반력대 장치에 감아 긴장하므로써 보강대상 구조물에 긴장력을 도입하여 구조물의 내하력을 증가시키므로써 간편하게 보강하는 새로운 구조물 보강구조에 관한 것이다.

본 고안에서는 구조물의 일면에는 긴장재(1)를 감아서 지지하게 되는 원기둥 형태의 지주로 이루어진 반력대 장치(2)가 보강이 필요한 구간에 서로 이격된 상태로 고정되어 설치되고; 상기 반력대 장치(2)에는 하나로 연결된 긴장재(1)가 감겨지고; 상기 반력대 장치(2)에 감겨진 긴장재(1)는 일단에서 긴장되어 정착장치(3)에 정착되므로써 상기 구조물에 긴장력을 도입하여 구조물을 보강하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강구조가 제공된다.

Description

긴장재를 이용한 구조물의 보강구조{Structure for Reinforcing Structure Using Tendonr}

본 고안은 긴장재를 이용한 구조물의 보강구조에 관한 것으로서, 구체적으로는 강재 빔, 콘크리트 빔, 합성 빔, 슬래브, 가교 구조물 등과 같은 기존의 콘크리트 또는 강재 구조물을 보수, 보강하거나 또는 신설 구조물을 보강함에 있어서, 반력대 장치를 보강대상 구조물에 설치하고 긴장재를 반력대 장치에 감아 긴장하므로써 보강대상 구조물에 긴장력을 도입하여 구조물을 간편하게 보강할 수 있도록 하는 새로운 구조물 보강구조에 관한 것이다.

구조물을 보강하거나 보수하는 방법으로서 구조물에 작용하는 응력에 대응하여 반대 방향의 응력을 가하는 방법이 많이 사용된다. 예를 들면, 콘크리트 구조물의 경우, 인장 측에 압축응력을 가하여 인장응력으로 인한 균열 발생 등을 방지하는 것이다.

작용하는 인장응력에 대응하는 압축응력을 보강력으로 가하기 위하여 종래에는 긴장재를 구조물 전체에 감아서 긴장력을 도입하는 방안이 제안되었다. 예를 들어, 교각의 코핑부를 보강하는 경우 교각의 코핑부 전체를 긴장재로 감아서 긴장력을 도입하는 방안이 제시되어 있다. 그러나, 이러한 종래의 방법에서는 보강이나 보수가 필요하지 아니한 부분에도 긴장력을 도입하게 되므로 효율이 낮게 된다.

한편, 콘크리트 빔의 경우에는, 빔의 양측에 각각 강봉 등의 긴장재를 긴장하여 정착할 수 있는 브라켓 장치를 설치한 후, 유압식 또는 기계식 장치를 이용하여 각각의 긴장재를 긴장하므로써 긴장력을 도입하여 보강하는 방안이 제시되고 있다.

그러나, 위와 같은 방안에서는 양측에 각각의 긴장재를 별도로 긴장하기 때문에 양측 긴장재의 긴장력이 서로 동일하지 않게 될 가능성이 매우 높다. 양측의 긴장재에 의한 긴장력이 서로 상이한 경우, 구조물에는 일종의 편심력이 작용하게 되고, 경우에 따라서는 버클링 등을 발생시켜 오히려 구조물에 악영향을 줄 수도 있다. 양측의 긴장력을 일치시키는 경우에도 계측기를 이용하여 이를 맞추어야 하므로 번거로운 작업이 필요하게 된다.

따라서, 위와 같은 단점을 해소할 수 있도록 간단한 구조를 통하여 다양한 구조물에 손쉽게 적용할 수 있는 보강기술이 절실히 요구되고 있다.

본 고안은 위와 같이 업계의 필요성을 충족하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 강재 빔, 콘크리트 빔, 합성 빔, 슬래브, 가교 구조물 등과 같은 기존의 콘크리트 또는 강재 구조물을 보수, 보강하거나 또는 신설 구조물을 보강함에 있어서, 반력대 장치를 보강대상 구조물에 설치하고 긴장재를 반력대 장치에 감아긴장하므로써 보강대상 구조물에 긴장력을 도입하여 구조물을 간편하게 보강할 수 있도록 하는 새로운 구조물 보강구조를 제공하는 것을 고안의 목적으로 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 고안에 따른 보강구조가 적용되는 구조물의 일예로서 콘크리트 빔(10)을 보강하는 형상을 도시한 개략도로서, 도 1a는 개략적인 측면도이고, 도 1b는 콘크리트 빔(10)의 하면이 위로 오도록 뒤집어서 도시한 사시도이다.

도 2a 내지 도 2c는 대상 구조물의 종류에 따라 선택하여 사용할 수 있는 반력대 장치(2)의 예들을 도시한 개략도이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 고안에서 새로이 제안되는 긴장재 정착장치(3)의 개략도로서, 도 3a는 개략적인 사시도이고, 도 3b는 내부의 구조를 보여주기 위한 단면도이며, 도 3c는 복수의 긴장재를 정착할 수 있는 실시예의 하나로서 4개의 긴장재를 정착할 수 있는 정착장치의 단면도이다.

도 4는 긴장재(1)를 겹치게 배치한 본 고안의 또다른 실시예에 대한 측면도이다.

도 5에는 본 고안에 따라 강재 빔(20)을 보강한 실시예를 도시한 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 긴장재 2 반력대 장치

3 긴장재 정착장치

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에서는 구조물의 일면에는 긴장재를 감아서 지지하게 되는 원기둥 형태의 지주로 이루어진 반력대 장치가 보강이 필요한 구간에 서로 이격된 상태로 고정되어 설치되고; 상기 반력대 장치에는 하나로 연결된 긴장재가 감겨지고; 상기 반력대 장치에 감겨진 긴장재는 일단에서 긴장되어 정착장치에 정착되므로써 상기 구조물에 긴장력을 도입하여 구조물을 보강하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강구조가 제공된다.

또한, 본 고안에서는 상기한 보강구조의 구체적인 실시예로서, 상기 반력대 장치는 상기 긴장재가 감기게 되는 원기둥 형태의 지주부를 구비하고 있으며, 상기 지주부의 상단부에는 상기 지주부에 감겨진 긴장재가 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지 부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강구조가 제공된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안에 따른 일실시예의 구성과 작용효과에 대하여 설명한다. 우선, 보강 대상 구조물로서 콘크리트 빔을 예시하여 본 고안을 설명한다. 그러나, 후술하는 바와 같이 본 고안이 적용되는 대상 구조물은 콘크리트 빔에 한정되지 아니한다.

도 1a 및 도 1b에는 본 고안에 따른 보강구조 및 방법이 적용되는 구조물의일예로서 콘크리트 빔(10)을 보강하는 형상이 도시되어 있는데, 도 1a는 개략적인 측면도이고, 도 1b는 콘크리트 빔(10)의 하면이 위로 오도록 뒤집어서 도시한 사시도이다.

본 고안에서는 보강이 필요한 구조물의 일면에 PC 강연선 등과 같은 긴장재(1)를 배치하여 긴장하므로써 보강력을 도입하게 되는데, 이를 위하여 도 1a 및 도 1b에 도시된 것과 같이 구조물의 일면에는 긴장재(1)를 감아서 지지하게 되는 원기둥 형태의 지주로 이루어진 반력대 장치(2)를 보강이 필요한 구간에 각각 설치한다. 상기 반력대 장치(2)는 긴장재(1)가 감기게 되는 원기둥 형태의 지주부(21)를 구비하고 있으며, 상기 지주부(21)의 하단부 즉, 구조물의 표면 방향의 단부에는 장착 플레이트(22)가 구비되어 있다. 상기 지주부(21)의 상단부 즉, 구조물 표면의 반대 방향 단부에는 지주부(21)에 감겨진 긴장재(1)가 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지 부재(23)가 구비되어 있다.

상기 반력대 장치(2)를 설치하는 구조는 보강 대상 구조물이 콘크리트 구조물인지 아니면 강재 구조물인지, 그리고 기설 구조물인지 또는 신설 구조물인지에 따라서 다소 차이가 있다.

도 2a 내지 도 2c에는 대상 구조물의 종류에 따라 선택하여 사용할 수 있는 반력대 장치(2)의 예들이 도시되어 있는데, 도 2a에 도시된 반력대 장치(2)는 신설 콘크리트 구조물 또는 기설 콘크리트 구조물에 사용되는 반력대 장치(2)이다. 도 2a에 도시된 반력대 장치(2)에는, 장착 플레이트(22) 하면에 돌출된 단일 앵커부(24)가 형성되어 있어, 상기 단일 앵커부(24)가 콘크리트 구조물의 일면에매립되므로써 구조물에 설치된다.

구체적으로, 기설의 콘크리트 구조물에 반력대 장치(2)를 설치하는 경우, 콘크리트 구조물의 일면을 블록아웃하여 상기 단일 앵커부(24)가 설치될 수 있을 정도의 공간을 확보한다. 블록아웃된 공간에 상기 단일 앵커부(24)를 위치시키고, 에폭시, 무수축 몰탈 등과 같은 충진재를 이용하여 블록아웃된 공간을 충진시키므로써 상기 반력대 장치(2)를 콘크리트 구조물의 일면에 견고하게 설치하게 된다. 한편, 신설 콘크리트 구조물의 경우에는, 상기 단일 앵커부(24)가 콘크리트에 완전히 매립되도록 위치시킨 후 콘크리트를 타설하여 상기 반력대 장치(2)가 콘크리트 구조물에 일체로 매립되어 설치되도록 한다.

도 2b에 도시된 반력대 장치(2)는 장착 플레이트(22)에 앵커공을 설치하여 두고 앵커 볼트 등과 같은 체결수단(25)을 구조물에 체결하여 설치하게 된다. 따라서, 도 2b에 도시된 반력대 장치(2)는 기설 콘크리트 구조물에 적당하다. 그러나, 신설 콘크리트 구조물에도 도 2b에 도시된 반력대 장치(2)를 사용할 수 있는데, 상기 체결수단(25)이 콘크리트 타설시에 미리 콘크리트에 매립되도록 하므로써 신설 콘크리트 구조물에 사용할 수 있다. 또한, 상기 체결수단(25)으로서 고장력 볼트 등을 이용하게 되면 도 2b에 도시된 반력대 장치(2)를 기설 또는 신설 강재 구조물에도 적용할 수 있다. 한편, 도 2a에 도시된 예에서, 이탈방지 부재(23)가 소정의 금속편으로 이루어져 있으나, 반드시 이에 한정되지 아니하며, 도 2b에 도시된 예에서와 같이 지주부(21)보다 더 큰 원형의 판재 등의 다양한 형태로 이탈방지 부재(23)가 구비될 수 있다.

도 2c에 도시된 반력대 장치(2)는 기설 또는 신설의 강재 구조물에 사용하기에 적합한 것으로서, 상기 장착 플레이트(22)의 가장자리를 강재 구조물에 용접하여 보강 대상 구조물에 설치하게 된다.

상기한 반력대 장치(2)는 부식에 따른 손상을 방지하기 위하여 스테인레스 스틸로 제작되거나 섬유보강 복합소재(Fiber Reinforced Plastic)로 제작되는 것이 바람직하다. 그러나 반드시 이러한 재질에 한정되는 것은 아니며 일반 강재를 이용하여 제작할 수도 있다.

위와 같은 구조의 반력대 장치(2)를 보강 대상 구조물에 설치한 후에는 긴장재(1)를 양측 반력대 장치(2)의 지주부(21)에 감아서 설치하게 된다. 상기 긴장재(1)로는 비접착식 텐던(Unbonded Tendon)을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 양측 반력대 장치(2)에 감겨진 긴장재(1)는 긴장장치를 이용하여 긴장된 후 정착되는데, 긴장된 상기 긴장재(1)를 정착하는 장치로서는 본 고안에서 제안하는 다음과 같은 구성을 가진 신규한 정착장치(3)를 이용하여 긴장재(1)를 정착하는 것이 바람직하다.

도 3a 내지 도 3c에는 본 고안에서 새로이 제안되는 긴장재 정착장치(3)의 개략도가 도시되어 있는데, 도 3a는 개략적인 사시도이고, 도 3b는 내부의 구조를 보여주기 위한 단면도이며, 도 3c는 복수의 긴장재를 정착할 수 있는 실시예의 하나로서 4개의 긴장재를 정착할 수 있는 정착장치의 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 고안에서 제안되는 긴장재 정착장치(3)는 내부에 양쪽 방향의 긴장재(1) 각각이 관통하는 관통공(31)이 나란하게 형성되어 있고,상기 관통공(31)의 일측은 긴장재(1)가 각각 당겨지는 방향으로 테이퍼진 웨지부(32)가 각각 형성되어 있다. 상기 각각의 관통공(31)에 배치된 긴장재(1)가 웨지(33)에 물려진 상태로 당겨지면 상기 웨지(33)가 상기 웨지부(32)에 끼워지므로써 정착된다. 즉, 긴장재(1)의 일측 단부가 웨지(33)에 물려져 상기 웨지부(32)에 끼워진 상태에서 긴장재(1)가 상기한 양측의 반력대 장치(2)를 감은 후 그 긴장재(1)의 타측 단부가 또다른 웨지(33)에 물려진 상태에서 긴장되므로써 상기 긴장재(1)의 타측 단부에 설치된 웨지(33)가 웨지부(32)에 끼워져 긴장재(1)가 정착되는 것이다.

도면에서 부재번호 34는 상기 정착장치(3)를 구조물에 부착하기 위한 설치공(34)인데, 상기 설치공(34)에 앵커 볼트 등과 같은 체결수단을 삽입하여 구조물에 설치하므로서 상기 정착장치(3)가 구조물의 외면에 밀착되도록 한다. 한편, 부재번호 35는 충진재 주입공(35)인데, 긴장재(1)의 긴장 및 정착이 완료된 후 상기 충진재 주입공(35)을 통하여 에폭시 등과 같은 충진재를 상기 관통공(31) 내부로 주입하여 채움으로써 긴장재(1)의 정착부분이 외기에 의하여 부식되거나 손상되는 것을 방지함과 동시에 긴장재(1)의 정착상태를 견고하게 유지하게 된다. 도 3c에 도시된 바와 같이 관통공(31)을 다수개 형성하면 다수개의 긴장재를 하나의 긴장장치를 이용하여 정착할 수 있게 된다.

한편, 긴장재(1)가 배치되어 긴장, 정착된 상태에서 긴장재(1)의 배치 간격을 유지하기 위하여 도 1b에 도시된 바와 같이, 긴장재(1)를 붙잡아 간격을 유지하게 되는 긴장재 간격유지부재(4)를 설치할 수도 있다. 상기 긴장재간격유지부재(4) 상, 하부로 구성되어 양측에 긴장재(1)가 지나갈 수 있도록 하는 오목부(41)가 형성되어 있고, 상기 오목부(41) 내에 긴장재(1)에 위치시킨 후에 체결수단(42)에 의하여 상, 하부가 결합되어 긴장재(1)의 간격을 유지하게 된다.

도 4에는 긴장재(1)의 배치 형태를 달리한 또다른 실시예의 측면도가 도시되어 있는데, 콘크리트 빔(10)의 하면에 긴장재(1)를 배치함에 있어서, 도 4에 도시되어 있듯이 양측에 각각 2개씩의 반력대 장치(2)를 설치하여 긴장재(1)를 겹치도록 설치할 수도 있다. 만일 보강 대상 구조물이 슬래브인 경우에는 긴장재(1)가 각각 서로 교차하도록 겹쳐지게 배치할 수도 있다.

한편, 위의 실시예와 같이 콘크리트 빔(10)에 반력대 장치(2)를 설치하는 방안 이외에도, 콘크리트 빔(10)의 측면 양단부에 반력대 장치(2)를 설치하고, 콘크리트 빔(10)의 중앙(정모멘트 구간)에 디비에이터를 설치하여 긴장재(1)가 콘크리트 빔(10)의 양 단부로부터 중앙으로 갈수록 콘크리트 빔(10)의 중앙에 위치하도록 배치한 후 긴장재(1)를 긴장, 정착하므로써 콘크리트 빔(10)을 보강할 수도 있다.

도 5에는 본 고안에 따라 강재 빔(20)을 보강한 실시예가 도시되어 있는데, 도 5 역시 편의상 강재 빔(20)의 하면이 상부에 오도록 뒤집어서 도시하였다. 도 5에 도시되어 있듯이, 강재 빔(20)의 하부플랜지(201)에 도 2b 내지 도 2c에 도시된 바와 같은 반력대 장치(2)를 볼트 이음 또는 용접(도 5에서는 용접에 의하여 설치되어 있음)에 의하여 설치한 후 긴장재(1)를 감아 긴장하여 정착하므로써 강재 빔(20)의 하부에 긴장력을 도입할 수 있다.

이상에서는 콘크리트 빔과 강재 빔을 예시하여 본 고안의 구조를 설명하였는데, 본 고안은 위와 같은 빔 구조물에만 적용되는 것이 아니라, 기둥 구조물, 토류 구조물(구체적으로는 터파기 시설에 설치된 파일, 띠장 구조물 등), 가교 구조물 등에 모두 적용할 수 있는 것이다.

또한, 기존의 구조물을 보수 및 보강하는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 신설 구조물에 위와 같은 반력대 장치(2)를 미리 설치하여 두고 추후 보수 내지 보강이 필요할 때 긴장재(1)를 감아 긴장력을 도입하는데 이용할 수 있다.

또한, 본 고안에 의한 보강구조 및 방법은 구조물의 하면에만 적용되는 것이 아니라 긴장재의 긴장력에 의한 보강이 필요한 부분이면 어디에든 적용할 수 있는 것으로서, 빔의 경우 정모멘트 구간 뿐만 아니라 부모멘트 구간에서 빔의 상면을 보강하기 위하여 빔의 상면에 위와 같은 보강구조가 설치될 수도 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에 따르면, 구조물의 표면에 반력대 장치(2)를 설치하고 상기 반력대 장치(2)에 긴장재(1)를 감아 긴장하여 정착하므로써 구조물에 긴장력을 도입하여 구조물을 보수 내지 보강하게 된다.

따라서, 종래의 기술에 비하여 매우 간단한 구조로서 구조물을 보수 내지 보강할 수 있게 된다.

특히, 본 고안은 기설 구조물의 보수 내지 보강 뿐만 아니라, 신설 구조물에도 적용할 수 있는 것이어서 그 적용 범위가 매우 넓다.

한편, 본 고안에서는, 신규한 긴장재 정착장치를 사용하는 바, 상기한 긴장재 정착장치는 긴장재를 반력대 장치에 감은 후 매우 용이하게 정착할 수 있는 구조를 가지고 있다. 이러한 본 고안에 따른 긴장재 정착장치는 그 적용 범위가 본 고안에 따른 보강구조에만 한정되는 것이 아니라, 어떠한 긴장재를 어떠한 형태로 배치하든 긴장재의 양측 단을 한 곳에서 정착하는 경우에 사용할 수 있다.

또한, 긴장재에 의하여 도입되는 긴장력이 양측에서 모두 동일하므로, 긴장재를 각각 별도로 설치하여 별도로 긴장하는 종래의 기술에서와 같이 양측 긴장재에 의한 긴장력의 차이로 인하여 발생하는 버클링 등의 문제점도 원천적으로 해결할 수 있게 된다.

이상에서는 본 고안의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 고안은 설명된 실시예에 한정되지 아니하며, 본 고안의 기술적 사상 및 실용신안등록청구범위 내에서 자유로운 변형과 개선이 이루어질 수 있다.

Claims (2)

1. 구조물의 일면에는 긴장재(1)를 감아서 지지하게 되는 원기둥 형태의 지주로 이루어진 반력대 장치(2)가 보강이 필요한 구간에 서로 이격된 상태로 고정되어 설치되고;

   상기 반력대 장치(2)에는 하나로 연결된 긴장재(1)가 감겨지고;

   상기 반력대 장치(2)에 감겨진 긴장재(1)는 일단에서 긴장되어 정착장치(3)에 정착되므로써 상기 구조물에 긴장력을 도입하여 구조물을 보강하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 반력대 장치(2)는 상기 긴장재(1)가 감기게 되는 원기둥 형태의 지주부(21)를 구비하고 있으며, 상기 지주부(21)의 상단부에는 상기 지주부(21)에 감겨진 긴장재(1)가 이탈되는 것을 방지하는 이탈방지 부재(23)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강구조.