KR200347605Y1 - Pre-stressed Steel Beam Using Thermal Strain - Google Patents
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Abstract
본 고안은 건축 및 토목구조물의 구조부재에 관한 것으로, 강재 H빔이나 I빔 또는 빌트업빔 등의 인장재를 강형재에 강결하되 열변형에 의한 프리스트레스를 도입함으로써 낮은 형고의 장지간 보를 가능하게 하도록 한 열변형을 이용한 프리스트레스 강재보를 제안하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a structural member of construction and civil engineering structure, which is to heat the steel H-beam, I-beam or built-up beam to a steel member, but by introducing prestress by heat deformation The purpose of this study is to propose prestressed steel beam using deformation.
이를 위해 본 고안에서는 슬래브를 지지하는 강재보가 설치되는 건축물이나 토목구조물에 있어서, 상기 강재보는 하부에 열변형 탄성 인장재와, 상부에는 탄성 강형재가 강결접합되어 이루어지되, 상기 인장재는 열변형에 의해 길이방향으로 신장된 상태에서 상기 강형재와 강결접합됨으로써 강재보의 상부에 인장력이 도입되어 형성된 것을 특징으로 하는 열변형을 이용한 프리스트레스 강재보를 제안한다.To this end, in the present invention, in a building or civil engineering structure in which a steel beam for supporting a slab is installed, the steel beam is made of a thermally deformable elastic tension member at the lower portion and an elastic steel member at the upper portion thereof. The present invention proposes a prestressed steel beam using thermal deformation, characterized in that a tensile force is introduced to an upper portion of a steel beam by steel-bonding with the steel member in a stretched direction.
Description
본 고안은 건축 및 토목구조물의 구조부재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 강재 H빔이나 I빔 또는 빌트업빔 등의 인장재를 강형재에 강결하되 열변형에 의한 프리스트레스를 도입함으로써 낮은 형고의 장지간 보를 가능하게 하도록 한 열변형을 이용한 프리스트레스 강재보에 관한 것이다.The present invention relates to a structural member of a construction and civil engineering structure and a method of manufacturing the same. A long-term beam of low span height can be achieved by introducing a pre-stress due to heat deformation while a tensile member such as steel H beam, I beam, or built-up beam is rigidly rigid. The present invention relates to a prestressed steel beam using thermal deformation.
일반적으로, 슬래브(Slab)를 횡방향으로 지지하기 위한 강재 보(Steel beam)에는 자중 및 활하중에 의한 처짐을 고려하여 소정 간격마다 기둥이 연결된다. 이렇게 소정 간격마다 설치되는 기둥은 건축물 및 토목 구조물의 설계 및 미관의 가변성을 저하시키고 공사비를 상승시키는 요인이 되고 있다. 최근에는 건축물 및 토목 구조물의 기둥을 줄일 수 있게 하는 방안으로 프리스트레스 공법과 프리플렉스 공법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이를 적용한 건축물과 토목 구조물이 나타나고 있다.In general, the steel beam for supporting the slab (Slab) in the lateral direction (Steel beam) is connected to the column at predetermined intervals in consideration of the deflection due to the self-load and live load. Thus, the pillars installed at predetermined intervals reduce the variability of the design and aesthetics of buildings and civil engineering structures and increase the cost of construction. Recently, as a way to reduce the pillars of buildings and civil structures, research on the prestress method and the preflex method has been actively conducted.
프리스트레스(Prestress) 공법과 프리플렉스(Preflex) 공법은 자중 및 활하중에 의한 강재 보의 휨 모멘트에 반대방향의 휨 모멘트(Bending moment)를 유발하는 프리스트레스를 가하여 상쇄하게 된다. 프리스트레스 공법은 교량과 같은 토목 구조물에 적용되고 있으며, 도 1과 같이 H 빔(1)의 하부 양끝단에 고정부재(2a,2b)를 설치하고 소정의 인장력을 가지는 인장선(3)의 양끝단을 고정부재(2a,2b)에 고정하게 된다.The prestress method and the preflex method are offset by applying the prestress which causes the bending moment in the opposite direction to the bending moment of the steel beam caused by the self and live load. The prestressing method is applied to a civil structure such as a bridge, and as shown in FIG. 1, fixing members 2a and 2b are installed at both ends of the lower end of the H beam 1 and both ends of the tensile line 3 having a predetermined tensile force. To be fixed to the fixing members 2a and 2b.
그러나 도 1의 방식은 H 빔의 하부에 설치된 인장선(3)에 의해 프리스트레스가 적용된 강재보는 인장선(3)과 고정부재의 폭 만큼 강재보의 폭 즉, 형고가 높아지는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 고안의 고안자는 등록실용신안20-0234927호에서 도3과 같은 형태의 인장선(3)을 제안하였다. 도 2는 장착부재(5a, 5b)와 삼각보강판(4a, 4b)의 용접설치 등 추가적인 작업이 발생하여 공기 지연 및 자재량증가의 문제점이 있다.However, the method of FIG. 1 has a disadvantage in that the steel beam to which prestress is applied by the tension line 3 installed at the lower part of the H beam has a width of the steel beam, that is, the mold height increases by the width of the tension line 3 and the fixing member. In order to solve this problem, the inventor of the present invention proposed a tension line 3 of the type shown in Figure 3 Utility Model Registration No. 20-0234927. 2 shows additional problems such as welding installation of the mounting members 5a and 5b and the triangular reinforcement plates 4a and 4b, resulting in air delay and material increase.
프리플렉스 공법은 규모가 큰 건축물에 적용되고 있으며, 도 3과 같이 H 빔(1)의 하부에 프리스트레스 부가용 철근 콘크리트(6)를 설치하여 강재 보에 프리스트레스를 적용하게 된다. 철근 콘크리트(6)는 H 빔(1)의 'U' 자형 쳐짐을 상쇄하기 위하여 '∩'형의 휨 모멘트를 가지게 된다. 도 3과 같은 프리플렉스 공법은 강재 보의 자중을 크게 함은 물론 철근 콘크리트의 제작에 따른 공사비와 공사기간 연장의 문제점을 초래한다. 나아가, 프리플렉스 공법은 시간이 경과하여 H 빔(1)의 쳐짐량이 철근 콘크리트(6)의 프리스트레스양보다 커지게 될 때 철근 콘크리트 (6)의 저면부터 전단파괴에 의한 크랙이 발생하는 문제점이 있다.The preflex method is applied to a large-scale building, and prestress is applied to steel beams by installing prestressed reinforced concrete 6 under the H beam 1 as shown in FIG. 3. The reinforced concrete 6 will have a 'moment' bending moment to offset the 'U' sag of the H beam 1. The preflex method as shown in FIG. 3 increases the weight of the steel beams, as well as incurs problems in construction cost and extension of construction time due to the production of reinforced concrete. Furthermore, the preflex method has a problem that cracks due to shear failure occur from the bottom of the reinforced concrete 6 when the deflection of the H beam 1 becomes larger than the prestress amount of the reinforced concrete 6 over time. .
따라서 본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위해 강재H빔, I빔 및 빌트업빔 등에 열변형을 갖는 인장재를 도입하여 안전하고 균일한 성능을 유지할 수 있는 강재보를 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a steel beam that can maintain a safe and uniform performance by introducing a tensile material having a thermal deformation in the steel H-beam, I-beam and built-up beam to solve the above problems.
또한 본 고안은 열변형에 의해 신장된 인장재에 강형재를 강결접합함으로써 공기를 종래에 비해 단축할 수 있는 강재보를 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention has an object to provide a steel beam that can shorten the air compared to the conventional by tightly bonding the steel member to the tensile member elongated by thermal deformation.
또한 본 고안은 프리스트레스를 도입함으로써 낮은 형고의 장지간보를 가능하게 하도록 한 강재보를 제공하는데 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a steel beam that enables low long-term intermittent news by introducing prestress.
도 1 및 도2는 종래의 프리스트레스 공법이 적용된 강재보를 나타내는 단면도이고,1 and 2 are cross-sectional views showing a steel beam to which a conventional prestress method is applied,
도 3은 종래의 프리플렉스 공법이 적용된 강재보를 나타내는 단면도이고,3 is a cross-sectional view showing a steel beam to which a conventional preflex method is applied,
도 4는 본 고안에 따른 초기 강형재와 인장재를 나타내는 도면이고,4 is a view showing an initial steel member and a tension member according to the present invention,
도 5는 열변형에 의해 신장된 인장재와 강형재를 나타내는 도면이고,5 is a view showing a tensile member and a steel member elongated by thermal deformation,
도 6a는 본 고안에 따른 강결된 합성 강재보이며,Figure 6a is a rigid composite steel beam according to the present invention,
도 6b는 본 고안에 따른 강결된 합성 강재보의 변형예이며,Figure 6b is a modification of the rigid composite steel beams according to the present invention,
도 7는 본 고안에 따른 냉각 완성된 합성 강재보를 도시한 것이고,Figure 7 illustrates a cold finished synthetic steel beam according to the present invention,
도 8a는 본 고안의 프리스트레스 강재보의 강형재와 인장재의 힘평형도을 도시한 것이고,Figure 8a shows the force balance of the steel member and the tension member of the prestressed steel beam of the present invention,
도 8b는 본 고안의 프리스트레스 강재보의 강형재와 인장재의 등가 힘평형도와 응력분포를 도시한 것이고,Figure 8b shows the equivalent force balance and stress distribution of the steel member and tension member of the prestressed steel beam of the present invention,
도 9는 본 고안의 프리스트레스 강재보에 활하중이 재하된 상태의 응력분포를 도시한 것이며,Figure 9 shows the stress distribution of the live load loaded on the prestressed steel beam of the present invention,
도 10은 본 고안의 프리스트레스 강재보가 활하중에 의한 상쇄되는 응력분포를 도시한 것이며,Figure 10 shows the stress distribution canceled by the live load of the prestressed steel beam of the present invention,
도 11은 인장재의 다양한 변형예를 보여주는 예시도이다.11 is an exemplary view showing various modifications of the tension member.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 강재보 20 : 인장재10: steel beam 20: tension member
30 : 강형재 40 : 단열재30: steel member 40: insulation
상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안에서는, 슬래브를 지지하는 강재보가 설치되는 건축물이나 토목구조물에 있어서, 상기 강재보는 하부에 열변형 탄성 인장재와, 상부에는 탄성 강형재가 강결접합되어 이루어지되, 상기 인장재는 열변형에 의해 길이방향으로 신장된 상태에서 상기 강형재와 강결접합됨으로써 강재보의 상부에 인장력이 도입되어 형성된 것을 특징으로 하는 열변형을 이용한 프리스트레스 강재보를 제안한다.In the present invention for achieving the above object, in the building or civil engineering structure in which the steel beam for supporting the slab is installed, the steel beam is made of a thermally deformable elastic tension member at the lower portion and the elastic steel member at the upper portion of the steel beam, the tension member Proposes a prestressed steel beam using heat deformation, characterized in that the tensile strength is introduced to the upper portion of the steel beam by being steel-bonded with the steel member in the state extending in the longitudinal direction by the thermal deformation.
또한, 상기 강재보는 단열재를 상기 인장재와 강형재의 사이에 삽입설치하여강결접합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 열변형을 이용한 프리스트레스 강재보가 제안된다.In addition, the steel beam is proposed a prestressed steel beam using thermal deformation, characterized in that the steel joint is formed by inserting the insulation between the tension member and the steel member.
또한, 상기 인장재는 강재 I빔 혹은 강재 H빔 혹은 강판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열변형을 이용한 프리스트레스 강재보가 제안된다.In addition, the tensile material is proposed a prestressed steel beam using heat deformation, characterized in that any one of steel I beam, steel H beam or steel sheet.
또한 상기 인장재는 개구부를 하방으로 향하도록 한 이중 ㄷ-채널 혹은 개구부를 양측면으로 구성한 이중 ㄷ-채널인 것을 특징으로 하는 열변형을 이용한 프리스트레스 강재보가 제안된다.In addition, the tension member is proposed a prestressed steel beam using heat deformation, characterized in that the double c-channel with the opening facing downward or a double c-channel consisting of both sides of the opening.
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 예시도면을 참고하여 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도면에서 도시된 것과 같이 본 고안에 따른 상부고정 프리플렉스 강재보의 제조과정을 살펴보면 우선 도 4는 탄성강형재(30)와 인장재(20)를 구비하되 상기 인장재는 길이가 열변형에 의한 신장을 고려하여 강형재보다 짧게 한다. 탄성강형재와 상기 열변형 탄성 인장재는 널리 사용되는 일반 강재면 가능하고, 그 밖에 재질의 특성에 따른 강합금도 가능한 것이나 이는 주지관용의 기술사항에 해당되므로 여기에서 자세한 기술은 생략한다. 한편 상기 탄성강형재는 강재 H빔, 강재 I빔, 현장에서 제작된 빌트업 빔을 적용할 수 있으며, 인장재는 강재 H빔, 강재 I빔, 빌트업빔, 강판, ㄷ-채널 등을 적용할 수 있다.Looking at the manufacturing process of the upper fixed preflex steel beam according to the present invention as shown in the drawings First, Figure 4 is provided with an elastic steel member 30 and the tension member 20, but the tension member is considered to be elongation due to thermal deformation To make it shorter than steel. The elastic steel member and the thermally deformable elastic tensile member may be a widely used general steel, and other steel alloys may also be used depending on the characteristics of the material. However, detailed descriptions are omitted here. Meanwhile, the elastic steel member may be applied to steel H beams, steel I beams, and built-up beams manufactured in the field, and the tensile material may be applied to steel H beams, steel I beams, built-up beams, steel sheets, and c-channels. .
상기 인장재의 준비가 이루어지면, 상기 인장재를 가열하게 된다. 가열은 열선에 의한 가열 혹은 통상적인 강재가열수단이면 족하다. 가열이 이루어진 후에는 도 5와 같이 상기 인장재와 강형재는 동일한 길이를 갖게 된다.When the tension member is prepared, the tension member is heated. The heating is sufficient if it is heated by a hot wire or ordinary steel heating means. After the heating is made, the tension member and the steel member have the same length as shown in FIG. 5.
가열이 이루어진 후에는 상기 강형재와 인장재를 강결접합하게 된다. 대개의 경우 볼트체결 혹은 용접에 의해 이루어 진다. 여기서 강형재와 인장재는 온도차를 유지해야 하므로 인장재와 강형재의 사이에 단열재(40)을 삽섭하여 강결접합할 수 있다. 상기 단열재는 통상의 단열재면 족하다. 또한 볼트체결이나 용접부위를 피해서 단열재가 삽입설치될 수 있다.After the heating is performed, the steel member and the tension member are tightly bonded. In most cases this is done by bolting or welding. In this case, since the steel member and the tension member must maintain a temperature difference, the steel member and the tension member can be steel-bonded by inserting the heat insulating material 40 between the tension member and the steel member. The said heat insulating material is sufficient as a normal heat insulating material. Insulation may also be inserted to avoid bolting or welding.
상기 합성된 강재보는 상온으로 냉각시키게 되는데, 냉각방식은 필요한 경우 강제냉각도 가능하나 자연냉각이면 족한 것이다. 도 7에서는 냉각에 의해 다시 상온으로 환원되었을 때의 상태를 도시한 것이고 우측도는 단면 및 응력분포를 도시한 것이다. 즉, 열변형에 의한 응력은 제거되었지만 길이의 차에 의해 응력분포가 발생된다. 도 8(a), 8(b)에서는 강형재와 인장재의 프리바디다이어그램(Free Body Diagram)을 도시한 것으로서 도 8(b)와 같이 강형재(30)는 압축력과 하방 휨모멘트가 작용하게 되고 아울러 인장재는 인장력과 하방 휨모멘트가 작용하는 것이다. 즉, 강형재에서는 압축응력과 하방휨모멘트로 인한 응력이 중첩된 합성응력분포는 우측도와 같이 나타나게 된다. 또한 인장재의 인장응력과 하방휨모멘트로 인한 응력이 중첩된 합성응력분포가 도시되어 있는데, 하단에서는 미약한 압축응력 혹은 인장응력이 작용된다.The synthesized steel beam is cooled to room temperature, but the cooling method is forced cooling if necessary, but is sufficient if the natural cooling. 7 shows a state when it is reduced to room temperature again by cooling, and the right view shows a cross section and a stress distribution. That is, the stress due to thermal deformation is removed, but the stress distribution is generated by the difference in length. 8 (a) and 8 (b) show a free body diagram of the steel member and the tension member (Free Body Diagram), as shown in FIG. 8 (b) the steel member 30 is a compressive force and the downward bending moment acts as well as the tension member Where tensile force and downward bending moment act. In other words, the composite stress distribution in which the stress due to the compressive stress and the downward bending moment overlaps in the steel member is shown as the right figure. In addition, a composite stress distribution is shown in which the stress due to the tensile stress and the downward bending moment of the tensile member is superimposed, and the lower compressive or tensile stress is applied.
또한 상기 인장재(20)는 열변형률이 큰 강합금으로 구성하는 것이 바람직한데, 이는 프리스트레스 작용효율을 높여줄 수 있기 때문이다.In addition, the tension member 20 is preferably composed of a steel alloy having a large thermal strain, because it can increase the prestress action efficiency.
도 9에서는 활하중재하로 인한 응력분포를 도시한 것으로 정모멘트 발생으로 합성 강재보 상단에 압축응력이 발생하고 하단에 인장응력이 발생한다. 도10은 합성 강재보의 프리스트레스 응력과 활하중 재하로 인한 응력이 서로 상쇄되는 것을 도식적으로 설명한 것이다.9 shows the stress distribution due to live load, the compressive stress occurs at the top of the composite steel beam and the tensile stress occurs at the bottom due to the generation of the static moment. FIG. 10 schematically illustrates that the prestress stress and the stress due to the live load of the composite steel beam cancel each other out.
또한 도 11에서는 인장재를 다양하게 변형한 실시예를 도시한 것으로서 강판(23)으로 할 수도 있고, 개구부를 양측면으로 형성한 이중 ㄷ-채널(21)로 할 수 있으며, 개구부를 하향하도록 형성한 이중 ㄷ-채널(22)로 할 수 있다.In addition, in FIG. 11, various examples of various modifications of the tension member may be used as a steel plate 23, a double c-channel 21 having openings formed at both sides, and a double formed to downwardly open the openings. C-channel 22 can be used.
상술한 바와 같은 본 고안의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 고안의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 물론이다.In the detailed description of the present invention as described above, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.
그러므로 본 고안의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 실용신안등록청구범위 뿐만 아니라 이 실용신안등록청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the utility model registration claims as described below and equivalents to the utility model registration claims.
상술한 바와 같이 본 고안은 장착부재 및 보강판의 제작 설치에 따른 문제점이나 철근 콘크리트 저면의 전단파괴에 따른 크랙발생 등의 폐해를 방지함은 물론 인장재의 긴장이나 철근콘트리트 타설 및 양생 등의 시간을 절감시켜 공기를 앞당길 수 있으며 시공성이 우수하고 모든 재료가 별도로 균일하게 제작되므로 품질 및 안정성이 우수하다.As described above, the present invention prevents damages such as problems caused by fabrication and installation of mounting members and reinforcement plates or cracks due to shear failure of the bottom of reinforced concrete, as well as tension tension or reinforced concrete placement and curing. It is possible to reduce the air speed by saving, excellent workability and excellent quality and stability because all materials are made uniformly separately.
또한 강재사용에 따른 자중이 감소함으로써 장스팬의 보를 구현하게 되므로고층 건축물을 설계할 수 있을 뿐만 아니라 필요한 기둥의 수를 최소화하여 가변성 있는 공간을 충분히 확보하게 되므로 장지간 교량, 낮은 형고의 교량, 공연장, 백화점, 주차장 및 체육관 등과 같은 토목 구조물 및 건축물의 미관성을 높이고 설계 가변성을 확보할 수 있다.In addition, it is possible to design high-rise buildings by minimizing the number of columns required by minimizing the number of pillars as the self-weight due to the use of steel is reduced, thereby ensuring sufficient variable space. It can increase the aesthetics of civil structures and buildings such as department stores, parking lots and gymnasiums and secure design variability.
또한, 본 고안의 실시예에 따른 강재 보의 폭 내에서 프리스트레스를 적용한 강재 보는 필요한 기둥 수를 최소화함으로써 상부 및 하부 구조의 물량감소를 가능하게 하므로 토목구조물 및 건축물의 공사비 저감과 공기 단축의 효과를 유발하는 장점이 있다.In addition, the steel beam to which the prestress is applied within the width of the steel beam according to an embodiment of the present invention enables the reduction of the volume of the upper and lower structures by minimizing the number of pillars required to reduce the construction cost of the civil structure and buildings and shorten the air There is an advantage to induce.
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Legal Events
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Payment date: 20120330 Year of fee payment: 9 |
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| EXPY | Expiration of term |