KR200348600Y1

KR200348600Y1 - 동시다중 균등긴장 긴장디스크

Info

Publication number: KR200348600Y1
Application number: KR20-2003-0024225U
Authority: KR
Inventors: 이영환
Original assignee: 이영환
Priority date: 2003-07-26
Filing date: 2003-07-26
Publication date: 2004-05-03

Abstract

본 고안은 프리스트레스트 콘크리트 구조물에 긴장력을 도입하는 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 다수의 프리스트레싱 긴장재를 동시에 긴장하는 동시다중긴장(simutaneous multi-wire(or multi-strand) jacking)방법에서 모든 긴장재(12)의 긴장력이 자동으로 동일하게 되도록 고안한 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)의 제공에 관한 것이다.

종래에 사용하는 프리스트레싱 긴장재의 긴장 시스템은 단 한 조의 중앙구멍 실린더(31,32)와 피스톤(33)으로 이루어지는 인장기(30)와 단순히 구멍만 뚫린 긴장디스크(41)로 구성되기 때문에 한 그룹의 다수 프리스트레싱 긴장재(12)를 긴장할 때 각각의 긴장재에 서로 다른 크기의 긴장력이 가해지게 되는 문제점을 안고 있다. 동시에 긴장하는, 한 그룹의 긴장재들 사이에 긴장력의 불균등이 있는 것보다는 없는 것이 구조물의 안전성 확보에 명백히 더 유리하므로 시간적 및 경제적 손실이 추가되지 않는 범위 내에서 긴장력 불균등이 발생하지 않는 방법이 있다면 그 방법을 사용하는 것이 합당하다.

본 고안은 이러한 방법을 실현하는 고안으로서, 다수의 모든 긴장재(12) 각각에 한 조의 중앙구멍 실린더(51,52)와 피스톤(53)을 제공하고 실린더들 사이에는 유체(44)가 이동할 수 있는 유체이동통로(54)들을 설치함으로써 각각의 중앙구멍 피스톤(53)에 동일한 밀어내기 압력이 작용하게 하여 모든 긴장재(12)에 동일한 긴장력이 가해지게 하는 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)를 제공한다.

Description

동시다중 균등긴장 긴장디스크 {Simultaneous Multiple Iso-tensioning Jacking Disk}

본 고안은 프리스트레스트 콘크리트 구조물에 긴장력을 도입하는 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 한 그룹의 다수 프리스트레싱 긴장재를 동시에 긴장하는 동시다중긴장(simutaneous multi-wire(or multi-strand) jacking) 방법에 있어서 모든 긴장재(12)의 긴장력이 자동으로 동일하게 되도록 고안한 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)의 제공에 관한 것이다.

도 1, 2, 6은 동시다중긴장을 실시하는 종래 긴장 시스템의 구성과 작용을 보이며 이를 설명하면 다음과 같다. 동시에 긴장하고자 하는 한 그룹의 긴장재(12)들에 지지판(21)과 정착디스크(22)를 끼우고 인력(人力)으로 각 긴장재를 순차적으로 팽팽하게 당기면서 정착쐐기(23)를 끼운 후 인장기 안착 디스크(25)와 인장기(30) 및 긴장디스크(41)와 긴장쐐기(42)를 긴장재들에 차례로 끼워 통과시키면 긴장작업 준비가 완료된다.

인장기(30)에 유압을 공급하여 중앙구멍피스톤(33)을 후방으로 이동시키면 긴장쐐기(42)들이 긴장재들을 따라 긴장디스크(41)의 원추형 구멍(43)으로 밀려들어가면서 긴장재들을 무는 작용으로 긴장재들이 긴장디스크(41)를 따라 후방으로 당겨짐으로써 긴장재들이 긴장되게 된다. 이 때 정착쐐기(23)도 정착쐐기 활동공간(24) 범위 내에서 긴장재를 따라 후방으로 약간 이동하면서 정착디스크(22)의 원추형 구멍(23')으로부터 빠지게 되어 구조물 내에 배치된 전체 길이에 걸쳐 긴장재들이 긴장되게 된다.

피스톤(33)이 최대 이동 거리에 도달하거나 긴장재의 소요 신장량 또는 소요 총 긴장력이 얻어지면 유압을 빼게 된다. 그러면 정착쐐기(23)가 정착디스크(22)의 원추형 구멍(23')에 끼워지면서 긴장재를 물게 되어 정착이 이루어지게 되고 긴장쐐기(42)는 긴장디스크(41)의 원추형 구멍(43)으로부터 빠지게 되어 피스톤(33) 및 모든 구성품들을 긴장 직전의 준비 상태로 원위치 시킨 후 상기 과정을 반복하거나 정착디스크(22)와 정착쐐기(23)를 제외한 모든 장비를 빼 내어 긴장작업을 완료하게 된다.

그런데 이러한 종래의 긴장시스템은 필연적으로 각 긴장재들에 서로 다른 크기의 긴장력을 가하게 되는 문제점을 안고 있다. 그 차이가 크든 작든 관계 없이 긴장력들이 완전하게 동일하게 되는 것은 불가능한데, 그 이유는 다음과 같다.

덕트(11)에 한 그룹의 긴장재를 삽입하는 것은 각각의 긴장재(12)를 순차적으로 삽입하는 방법에 의한다. 따라서 긴장재들은 덕트(11) 내에서 평행하게 정렬되지 않고 일반적으로 서로 꼬이게 되며 이러한 꼬임은 긴장재들의 팽팽한 정도를 다르게 만든다. 대부분의 PSC 구조물에서 덕트는 곡선으로 배치되므로 이러한 현상은 일반적으로 필연적이다. 정착쐐기(23)를 정착디스크(22)에 끼울 때 인력(人力)으로 긴장재를 팽팽하게 잡아 당기는 작업을 하지만 통상 30m가 넘는 긴장재의 길이와 무게를 고려할 때 이러한 작업이 긴장재의 팽팽함을 효과적으로 비슷하게 만드는지는 불확실하다.

이렇게 긴장재들의 팽팽함이 서로 다른 상태에서 인장기(30)에 유압을 공급하여 피스톤(33)을 후방으로 밀면 긴장쐐기(42)들은 거의 동일한 위치에서 긴장재를 물게 되므로 조금이라도 더 팽팽한 긴장재부터 먼저 긴장되기 시작하고 상대적으로 느슨한 긴장재는 뒤늦게 긴장되기 시작한다. 따라서 결과적으로 긴장재들의 신장량은 다르게 되며 이에 따라 긴장력도 긴장재들 간에 달라지게 된다. 유압을 제거할 때 정착쐐기(23)가 긴장재를 물게 되는 위치 또한 모든 긴장재에서 동일하므로 긴장작업이 반복되어도 긴장재 간의 불균등 긴장력 상태는 계속 유지되게 된다.

동시에 긴장하는 한 그룹의 긴장재들 사이에 긴장력의 불균등이 있는 것 보다는 없는 것이 구조물의 안전성 확보에는 명백히 더 유리하다. 따라서 시간적, 경제적 손실의 추가가 없는 범위 내에서 이러한 긴장력 불균등이 발생하지 않는 방법이 있다면 그 방법을 사용하는 것이 합당하다.

이에 본 고안에서는 동시다중긴장 방법에 의한 긴장 작업시 하나의 경로 또는 하나의 덕트에 배치된 한 그룹의 모든 긴장재(강선 또는 강연선)에 완전히 동일한 긴장력이 자동으로 가해지게 하는 긴장디스크 장치를 제공함을 목적으로 한다.

도 1 : 종래 동시다중 긴장시스템의 긴장 직전 상태의 단면도

도 2 : 종래 동시다중 긴장시스템으로 긴장재를 긴장 중인 상태의 단면도

도 3 : 긴장력 균등분배 긴장디스크를 종래 인장기에 설치한 긴장시스템의 긴장 직전 상태 단면도

도 4 : 긴장력 균등분배 긴장디스크를 종래 인장기에 설치한 긴장시스템으로 긴장재를 긴장 중인 상태의 단면도

도 5 : 긴장력 균등분배 긴장디스크의 단면도

도 6 : 종래 동시다중 긴장시스템의 긴장 직전과 긴장 중 상태의 입체도 및 반절단면도

도 7 : 긴장력 균등분배 긴장디스크를 종래 인장기에 설치한 긴장시스템의 긴장 직전과 긴장 중 상태의 입체도 및 반절단면도

도 8 : 긴장력 균등분배 긴장디스크 구성품들의 입체도 및 반절단면도

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

10 : 콘크리트

11 : 프리스트레싱 덕트

12 : 긴장재

13 : 덕트 내부 공간

17 : 유체 관로

18 : 유압펌프

21 : 지지판 (bearing plate)

22 : 정착디스크 (anchor disk)

23 : 정착쐐기 (anchor wedge)

23' : 정착쐐기 안착 원추형 구멍

24 : 정착쐐기 활동공간

25 : 인장기 안착 디스크 (jack chair disk)

30 : 종래의 중앙구멍 피스톤 인장기 (conventional center hole piston

jacking machine)

31 : 종래 인장기의 중앙구멍 실린더 내벽 (external cylinder wall)

32 : 종래 인장기의 중앙구멍 실린더 외벽 (internal cylinder wall)

33 : 종래 인장기의 중앙구멍 피스톤 (center hole piston)

34 : 종래 인장기의 피스톤 중앙 구멍 (piston center hole)

35 : 종래 인장기 실린더 내벽의 외면 하단 환턱

36 : 종래 인장기의 실린더 내부 공간

37 : 종래 인장기 피스톤의 외면 하단 환턱

38 : 종래 인장기 실린더 외벽의 내면 상단 환턱

39 : 유체 출입구

41 : 종래의 긴장디스크

42 : 긴장쐐기

43 : 긴장쐐기 안착 원추형 구멍

44 : 실린더 내부 유체

45 : 튜브피스톤 상단면

46 : 튜브실린더 상단면

47 : 유체 주입구 마개

50 : 긴장력 균등분배 긴장디스크

51 : 튜브실린더 내벽

52 : 튜브실린더 외벽

53 : 튜브피스톤

54 : 튜브실린더들 사이의 유체 이동 통로

55 : 튜브실린더 내벽의 외면 하단 환턱

56 : 튜브실린더 내부 공간

57 : 튜브피스톤 외면 하단 환턱

58 : 튜브실린더 외벽의 내면 상단 환턱

59 : 유체 주입구

60 : 튜브실린더 내벽 디스크

61 : 튜브실린더 외벽 디스크

63 : 튜브피스톤의 중앙 구멍

64 : 긴장재 통과가이드 경사면

65 : 긴장쐐기 정착 경사면

66 : 튜브피스톤 가이드 실린더 디스크

본 고안은 하나의 인장기로 긴장하는 다수의 모든 긴장재(12) 각각에 한 조의 실린더(51,52)-피스톤(53)을 제공하고 각각의 피스톤(53)에 동일한 밀어내기 압력이 작용하게 함으로써 모든 긴장재에 동일한 긴장력이 가해지게 하는 것을 아이디어로 한다.

도 3, 4, 5, 7, 8은 본 고안의 이러한 아이디어를 종래의 긴장디스크(41)에 적용하여 얻은 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)의 구성과 작용을 보인다. 콘크리트체(10)부터 인장기(30)까지의 구성은 종래와 동일하므로 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)의 구성과 작용만을 설명한다.

긴장력 균등분배 긴장디스크(50)는 긴장재 개수 만큼의 중앙구멍 튜브실린더 내벽(52)과 그를 감싸는 동일 개수의 튜브실린더 외벽(51) 및 그 두 실린더 벽 사이에 끼어서 움직이는 동일 개수의 튜브피스톤(53), 그리고 튜브실린더 내부의 공간(56)과 그 공간에 채워지는 유체(44) 및 튜브실린더들을 연결하는 유체이동통로(54)로 구성된다. 이 외에 튜브피스톤이 튜브실린더 하단면까지 도달함으로써 유체이동통로(54)가 막히게 되는 현상을 방지하기 위한 튜브실린더 내벽의 외면 하단 환턱(55)과 튜브피스톤이 긴장디스크(50) 후방으로 빠져나가는 것을 방지하기 위한 튜브실린더 외벽의 내면 상단 환턱(58) 및 튜브피스톤 외면의 하단 환턱(57), 그리고 긴장디스크(50)에 유체를 채워 넣기 위한 유체 주입구(59) 및 유체주입구 마개(47)로 구성된다.

긴장력 균등분배 긴장디스크(50)의 유체(44)는 공장에서 제작될 때 주입되고, 사용 기간 중에는 유체가 감소할 때만 보충하게 된다. 즉, 긴장작업 중에는 긴장디스크(50)에 유체가 유입되거나 유출되는 것이 아니다. 따라서 유체를 보충할 때 외에는 유체주입구 마개(47)가 유체주입구(59)에 항상 꽂혀 있는 상태가 된다. 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)에 주입되는 유체의 양은 모든 튜브피스톤들의 상단면(45)이 튜브실린더 상단면(46)에 동시에 일치하게 되는 양이다.

본 고안의 아이디어에 의한 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)에의 긴장재 삽입은 다음과 같다. 종래 인장기(30) 피스톤(33)의 중앙홀(34)을 통해 나온 긴장재들은 동일 개수의 튜브실린더 내벽(52)의 중앙구멍과 튜브피스톤(53)의 중앙구멍 및 긴장쐐기(42) 각각에 끼워진다. 튜브피스톤(53) 중앙구멍의 상단부 바깥쪽 내면은 긴장쐐기(42)가 위치될 수 있도록 원추형 경사면(65)으로 만들어지고(긴장쐐기 정착 경사면) 상단부 안쪽의 내면도 긴장재가 걸리지 않고 매끄럽게 통과될 수 있도록 원추형 경사면(64)으로 만들어진다(긴장재 통과가이드 경사면).

이렇게 긴장재들을 동일 개수의 구멍 각각에 삽입하고 긴장쐐기(42)를 튜브피스톤(53) 쪽으로 가볍게 두들겨서 긴장재(12)들 각각을 튜브피스톤의 긴장쐐기 정착 경사면(65)에 고정시키는 것으로 긴장작업 준비가 완료된다. 종래의 방법과 비교할 때 작업 내용 자체에서는 상이함이 없다.

이렇게 긴장작업이 준비된 본 고안의 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)의 작용은 다음과 같다. 유압펌프(18)를 작동하여 인장기(30)에 유압을 공급하면 인장기의 피스톤(33)이 후방으로 이동하면서 본 고안의 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)도 후방으로 움직인다. 그러면 긴장쐐기(42)들이 긴장재(12)들을 따라 튜브피스톤의 원추형 경사 구멍(65)으로 밀려들어가면서 긴장재(12)들을 물게 되고정착쐐기(23)는 정착쐐기 활동공간(24) 범위 내에서 긴장재를 따라 후방으로 약간 이동하면서 정착디스크(22)의 원추형 구멍(23')으로부터 빠지게 된다.

그런데 이 때, 종래 긴장디스크(41)의 경우에는 모든 긴장재가 인장기의 피스톤(33)과 동일한 변위로 후방으로 움직이지만 본 고안의 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)에서는 긴장디스크(50)의 안쪽으로 들어가는 튜브피스톤(53)들이 있는가 하면 긴장디스크(50)의 바깥쪽 방향으로 빠져 나오는 튜브피스톤들도 나타나게 된다.

이렇게 되는 이유를 자세히 설명하면 다음과 같다. 긴장작업이 준비된 상태에서 어떤 긴장재는 긴장이 바로 개시될 만큼 충분히 팽팽한 반면 어떤 긴장재는 긴장이 바로 개시될 만큼 팽팽하지 않은 상태가 되는 것이 일반적이다. 긴장이 바로 개시될 만큼 충분히 팽팽한 긴장재가 없다 하더라도 긴장재들 사이의 팽팽한 정도는 일반적으로 동일하지 않다. 그 팽팽한 정도의 차이가 클 수도 있고 작을 수도 있으나 차이가 전혀 없게 되는 것은 불가능하다.

이러한 상태에서 인장기(30)의 피스톤(33)이 후방으로 이동함에 따라 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)가 후방으로 이동하면, 상대적으로 느슨한 긴장재를 물고 있는 튜브피스톤들이 존재한다는 사실과 튜브실린더(51,52)들의 내부공간(56) 유체(44)가 튜브실린더들을 연결하는 유체이동통로(54)를 통해 이동할 수 있다는 사실 때문에 긴장이 바로 개시될 만큼 팽팽한 긴장재를 물고 있는 튜브피스톤은 긴장디스크(50)와 동일한 속도로 후방으로 움직일 수 없게 된다.

좀 더 자세히 설명하면, 긴장이 시작될 만큼 팽팽한 긴장재의 튜브피스톤이긴장디스크(50)와 동일하게 후방으로 움직이려면 해당 긴장재를 긴장시킬 만큼 튜브실린더 내부 유체의 압력이 상승되어야 하지만, 느슨한 긴장재의 튜브피스톤은 그보다 현저히 낮은 압력 상승이나 또는 압력 상승이 거의 없는 상태에서 후방으로 움직일 수 있기 때문에 팽팽한 긴장재의 튜브실린더 내부 공간에 있는 유체는 유체이동통로(54)를 통해 느슨한 긴장재의 튜브실린더 내부 공간으로 이동하게 되고 이에 따라 팽팽한 긴장재의 튜브피스톤은 거의 움직이지 않고 제자리에 서 있게 됨으로써 결국 긴장디스크(50)의 안쪽으로 들어가게 되고 느슨한 긴장재의 튜브피스톤은 긴장디스크(50)의 후방 이동 속도보다 빠른 속도로 후방으로 움직임으로써 긴장디스크(50)의 바깥쪽으로 빠져 나오게 되는 것이다.

바로 긴장이 개시될 만큼 팽팽한 긴장재가 하나도 없이 모든 긴장재가 느슨한 상태인 경우에는 각 튜브피스톤을 후방으로 이동시키는데 필요한 압력 상승치의 차이와 튜브피스톤과 튜브실린더 사이의 마찰력 크기 차이 사이의 상관 관계에 따라 모든 튜브피스톤이 긴장디스크(50)과 동일하게 후방으로 이동하거나 또는 상기와 같은 튜브피스톤들의 상대적 움직임이 나타날 수 있다. 후자와 같은 움직임이 나타나는 경우는 튜브피스톤을 후방으로 이동시키는데 필요한 압력 상승치의 튜브피스톤 별 차이가 튜브피스톤과 튜브실린더 사이의 마찰력 크기 차이보다 큼으로써 유체(44)가 유체이동통로(54)를 통해 이동하게 되는 경우이다. 긴장이 개시될 만큼 팽팽한 긴장재가 존재할 때에도 나머지 느슨한 긴장재들의 튜브피스톤들은 동일한 속도로 후방으로 이동하거나 또는 상대적으로 다르게 움직일 수 있다.

유체이동통로(54)를 통한 유체의 이동과 튜브피스톤들의 이러한 상대적인 움직임은 모든 긴장재가 긴장개시 상태가 될 때까지 계속되게 된다. 이러한 과정 동안에는 어떠한 긴장재도 실질적으로 긴장되지 않기 때문에 인장기(30)의 실린더 내부 공간(36)에 유체를 공급해도 인장기 내부의 유압은 실질적으로 증가하지 않는 상태에서 인장기 피스톤(33) 및 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)와 느슨한 긴장재들 및 그 긴장재들을 물고 있는 튜브피스톤들이 후방으로 이동하게 된다. 긴장력 균등분배 긴장디스크(50)의 내부 유체(44)도 유압이 거의 증가하지 않고 단지 유체이동통로(54)를 따라 이동하기만한다. 종국적으로 어떠한 긴장재도 실질적으로 긴장이 시작되지 않은 상태에서 모든 긴장재들이 긴장개시 상태에 도달하게 되며 이 시점 직후부터 인장기 내부의 유압이 실질적으로 증가하면서 모든 긴장재들이 거의 동시에 긴장되기 시작한다. 종래의 긴장시스템에서는 상대적으로 팽팽한 긴장재가 먼저 긴장되기 시작하고 느슨한 긴장재는 뒤늦게 긴장되기 시작한다는 점이 다르다.

긴장재들이 긴장되기 시작한 이후에 결정론적으로 발생하는 튜브피스톤(53)들의 변위 차이는 긴장재 길이 차이에 따른 긴장재들의 길이방향 유연성(flexibility) 차이에 의한 변위 차이이다. 따라서 긴장 개시 이전에 발생하던 상대 변위에 비하면 거의 상대 변위가 일어나지 않게 된다. 즉, 다른 특별한 이유가 발생하지 않는 한 튜브피스톤(53)들의 상대적 위치는 거의 변하지 않는 상태로 긴장이 진행되게 된다.

긴장력이 증가하면 덕트(11) 내에서 긴장재들 사이의 마찰력이 증가하고 상호 찌그러뜨림 힘이 커지면서 긴장재들 사이의 접촉 및 꼬임 상태에 변화가 발생할수 있고 그 때마다 긴장력의 불균등이 급작스럽게 나타날 수 있다. 이러한 급작스러운 불균등 긴장력의 발생은 튜브실린더(51,52)들 간의 유체 이동과 이에 따른 튜브피스톤(53)의 상대변위를 유발하지만 점성이 있는 유체가 튜브실린더들 사이에서 순간적으로 이동할 수는 없기 때문에 튜브피스톤(53)들 간의 상대변위는 시간지연 운동으로 나타나고 일시적으로 긴장력의 불균등 상태가 나타나게 된다. 그러나 유체의 이동은 모든 긴장력이 동일하게 될 때까지 계속되므로 종국적으로는 모든 긴장재에 작용하는 힘이 반드시 동일해지게 진다. 시간지연의 정도는 유체의 점성과 유체이동통로(54)의 단면적에 의해 결정되는 유체 이동 속도에 의존한다.

인장기(30)의 피스톤(33) 또는 긴장력 균등분배 디스크(50)의 튜브피스톤(53) 중 하나가 최대 이동 거리에 도달하거나 긴장재의 소요 신장량 또는 소요 총 긴장력이 얻어지면 유압을 빼게 된다. 그러면 정착쐐기(23)들이 정착디스크(22)의 원추형 구멍(23')에 끼워지면서 긴장재들을 물게 되어 정착이 이루어지게 되고 긴장쐐기(42)들은 튜브피스톤(53)의 원추형 경사 구멍(65)으로부터 빠지게 되어 인장기(30)의 피스톤(33) 및 긴장력 균등분배 디스크(50)와 튜브피스톤(53)들을 긴장 직전의 준비 상태로 원위치 시킨 후 상기 과정을 반복하거나 정착디스크(22)와 정착쐐기(23)를 제외한 모든 장비를 빼 내어 긴장작업을 완료하게 된다.

이상과 같이 본 고안은 동시에 긴장하는 한 그룹의 모든 긴장재가 동일한 시점부터 정확히 동시에 긴장되기 시작하고 긴장을 진행하고 있는 동안에도 모든 긴장재의 긴장력이 동일하게 유지되게 하여 긴장재 긴장력의 불균등으로 인한 구조물 안전성 저하 가능성을 완전히 제거하는 고안이다. 그러면서도 종래의 긴장 시스템과 비교할 때 작업원들의 작업 내용에는 전혀 차이가 없다. 즉, 작업시간이나 비용 추가가 전혀 없다.

이 고안은 어떠한 경우에도 긴장력의 불균등이 발생하지 않게 하기 때문에 작업원의 실수나 태만으로 긴장재를 팽팽하게 당기는 작업이 부정확하게 이루어지는 상황 조차도 문제가 되지 않게 할 뿐 아니라 이러한 작업 자체를 하지 않아도 되게 하므로 오히려 작업 시간을 단축시키는 효과도 준다.

Claims

동시에 긴장하는 한 그룹의 긴장재 개수 만큼의 중앙구멍 튜브실린더(51,52)-튜브피스톤(53)을 긴장재 각각에 적용시키고 튜브실린더들을 연결하는 유체이동통로(54)를 설치하여 튜브실린더들 사이에서 유체가 이동할 수 있게 함으로써 각각의 튜브피스톤(53)에 동일한 밀어내기 압력이 작용하도록 하여 모든 긴장재에 동일한 긴장력이 가해지도록 만든 긴장력 균등분배 긴장디스크(50).