KR20040021018A - Seismic upgrading method of concrete column and concrete column reinforced thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 콘크리트 기둥의 내진능력을 향상시키는 보강방법 및 그에 의해 보강된콘크리트 기둥에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 지진에 대한 내진보강을 위하여 신설 또는 기존의 콘크리트 기둥에 일정깊이로 홈을 판 후, 탄소섬유 복합체를 사용하여 기둥의 압축능력을 향상시키고, 수평강화 유리섬유직물을 수증기 통기성 에폭시 수지로 함침시켜 기둥을 감싸는 보강을 실시하여 보강하는 콘크리트 기둥의 보강방법 및 그에 의해 보강된 콘크리트 기둥에 관한 것이다.The present invention relates to a reinforcement method for improving the seismic capacity of a concrete column and a concrete column reinforced by it. More specifically, the present invention after the groove to a certain depth to the new or existing concrete pillars for seismic reinforcement against earthquakes, to improve the compression capacity of the pillars using a carbon fiber composite, vaporized horizontally reinforced glass fiber fabric The present invention relates to a method for reinforcing concrete columns, which are reinforced by impregnating with a breathable epoxy resin, and then reinforcing the columns.
건축물은 판상 내지 괴상의 구조물과 구조물로서 상부에 위치하는 상부구조물들을 물리적으로 지지하는 기둥으로 이루어지는 것이 일반적이며, 따라서 기둥은 구조물의 하중 기타 그 위에서 가해지는 여러 하중들을 충분히 견딜 수 있어야 하며, 또한 지진이나 풍압 등 수평방향에서 가해지는 외력에 대해서도 충분히 견딜 수 있어야 한다. 만일 기둥이 이를 견디지 못한다면 붕괴되며, 그에 물리적으로 지지되는 상부구조물들 또한 붕괴를 면할 수 없게 된다. 특히, 콘크리트 기둥의 지진에 대한 내진설계는 매우 중요하다.Buildings generally consist of plate- or block-shaped structures and pillars that physically support the superstructures located above them, so that the pillars must be able to withstand the loads of the structure and other loads on it, and also the earthquake. It must be able to withstand the external force applied in the horizontal direction such as wind pressure. If the column cannot tolerate it, it will collapse, and the superstructures that are physically supported by it will also be able to escape collapse. In particular, the seismic design of earthquakes in concrete columns is very important.
콘크리트 기둥을 보강하는 방법으로 섬유보강, 강판보강, 단면확대 등 여러 방법이 현장여건에 따라 적용되는데, 이러한 방법은 콘크리트 기둥의 외부를 일방향 섬유쉬트, 섬유판 및 강판, 콘크리트로 감싸는 형식이며, 에폭시수지를 이용하여 상기 섬유쉬트 등을 콘크리트 기둥에 부착시키는 것이 일반적이다.As a method of reinforcing concrete columns, various methods such as fiber reinforcement, steel plate reinforcement, and cross-sectional expansion are applied according to site conditions. This method is a type that wraps the exterior of concrete column with one-way fiber sheet, fiber board, steel plate, and concrete. It is common to attach the fiber sheet or the like to the concrete pillar by using.
탄소섬유 또는 아라미드섬유 등의 섬유쉬트를 이용한 콘크리트 기둥의 보강방법은 기둥의 내하력증진 효과가 탁월한 반면에 횡방향의 유연성 증가에는 그 증진효과가 미약하다는 문제점이 있다. 또한, 섬유쉬트를 일반적인 에폭시수지를 이용하여 기둥의 표면에 부착하는 경우, 시공시 부착면에 형성되는 기포를 제거하는 작업이 매우 번거롭다는 문제점이 있다.The method of reinforcing a concrete column using a fiber sheet such as carbon fiber or aramid fiber has a problem in that the load capacity enhancement effect of the column is excellent while the enhancement effect is weak in increasing the flexibility in the transverse direction. In addition, when the fiber sheet is attached to the surface of the pillar using a general epoxy resin, there is a problem that the work to remove the bubbles formed on the attachment surface during construction is very cumbersome.
본 발명의 목적은 지진에 대한 내진보강을 위하여 신설 또는 기존의 콘크리트 기둥에 탄소섬유 복합체를 홈삽입시킨 후, 수평강화 유리섬유직물을 수증기 통기성 에폭시수지를 사용하여 함침 보강하는 콘크리트 기둥의 보강방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to insert a carbon fiber composite into a new or existing concrete pillar for seismic reinforcement against earthquakes, and then to reinforce the concrete pillar by impregnating and strengthening the horizontal reinforced glass fiber fabric using water vapor breathable epoxy resin. To provide.
본 발명의 다른 목적은 지진에 대한 내진보강을 위하여 신설 또는 기존의 콘크리트 기둥에 탄소섬유 복합체를 홈삽입시킨 후, 수평강화 유리섬유직물을 수증기 통기성 에폭시수지를 사용하여 함침 보강시킨 콘크리트 기둥을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a concrete column impregnated and reinforced by using a water-permeable epoxy resin of the horizontal reinforced glass fiber fabric after the carbon fiber composite grooved into a new or existing concrete column for seismic reinforcement against earthquake There is.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 기둥의 보강에 사용되는 수평강화 유리섬유직포를 개략적으로 도시한 구성도이다.1 is a schematic view showing a horizontally reinforced glass fiber woven fabric used for reinforcement of a concrete column according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 기둥의 보강방법으로 보강된 콘크리트 기둥의 부분측면도이다.2 is a partial side view of a concrete column reinforced by a method of reinforcing a concrete column according to the present invention.
도 3은 도 2의 콘크리트 기둥의 평단면도이다.3 is a plan sectional view of the concrete column of FIG.
도 4는 본 발명에 따라 보강된 콘크리트 기둥의 푸쉬-풀시험에서의 변형도를 나타내는 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the deformation in the push-pull test of the concrete column reinforced in accordance with the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
10 : 수평강화 유리섬유직물20 : 콘크리트 기둥10: horizontally reinforced glass fiber fabric 20: concrete column
30 : 탄소섬유 복합체40 : 직물층30: carbon fiber composite 40: fabric layer
본 발명에 따른 콘크리트 기둥의 보강방법은, (1) 콘크리트 기둥의 표면에 폭 2 내지 5㎜, 깊이 5 내지 20㎜의 수직방향의 홈을 일정간격으로 형성시킨 후, 탄소섬유 복합체와 에폭시수지를 삽입, 고정시켜 압축보강시키는 1차보강단계; 및 (2) 상기 1차보강단계에서 보강된 상기 콘크리트 기둥의 표면에 수증기 통기성 에폭시수지가 함침된 수평강화 유리섬유직물을 2 내지 5회 권회시켜 직물보강층을 형성시키는 2차보강단계;들을 포함하여 이루어진다.Reinforcement method of a concrete column according to the present invention, (1) after forming a groove in the vertical direction of the width 2 to 5 mm, depth 5 to 20 mm at a predetermined interval on the surface of the concrete column, the carbon fiber composite and epoxy resin A primary reinforcing step of inserting, fixing and compressing and reinforcing; And (2) a second reinforcing step of forming a fabric reinforcing layer by winding two to five horizontally reinforced glass fiber fabrics impregnated with water vapor permeable epoxy resin on the surface of the concrete column reinforced in the first reinforcing step. Is done.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 콘크리트 기둥의 보강방법은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, (1) 콘크리트 기둥(20)의 표면에 폭 2 내지 5㎜, 깊이 5 내지 20㎜의 수직방향의 홈을 일정간격으로 형성시킨 후, 탄소섬유 복합체(30)와 에폭시수지를 삽입, 고정시켜 압축보강시키는 1차보강단계; 및 (2) 상기 1차보강단계에서 보강된 상기 콘크리트 기둥(20)의 표면에 수증기 통기성 에폭시수지가 함침된 수평강화 유리섬유직물(10)을 2 내지 5회 권회시켜 직물보강층을 형성시키는 2차보강단계;들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.In the method of reinforcing a concrete column according to the present invention, as shown in Figs. 2 and 3, (1) the grooves in the vertical direction having a width of 2 to 5 mm and a depth of 5 to 20 mm on the surface of the concrete column 20. After forming at regular intervals, the primary reinforcing step of compressing and strengthening by inserting, fixing the carbon fiber composite 30 and the epoxy resin; And (2) winding the horizontally reinforced glass fiber fabric 10 impregnated with water vapor permeable epoxy resin on the surface of the concrete pillar 20 reinforced in the first reinforcing step 2 to 5 times to form a fabric reinforcing layer. Reinforcing step; characterized in that made, including.
상기 (1)의 1차보강단계는 콘크리트 기둥(20)의 표면에 폭 2 내지 5㎜, 깊이 5 내지 20㎜의 수직방향의 홈을 일정간격으로 형성시킨 후, 탄소섬유 복합체(30)와 에폭시수지를 삽입, 고정시켜 압축보강시키는 단계이다. 여기에서 상기 탄소섬유 복합체(30)는 통상의 탄소섬유를 임의의 두께를 갖도록 하여 성형한 후, 에폭시수지를 함침, 경화시킨 것으로서, 통상의 섬유강화플라스틱(FRP ; fibre reinforced plastic)과 유사한 것이며, 특히 내인성이 강한 탄소섬유를 기계적 물성 및 내후성이 강한 에폭시수지에 함침, 경화시킨 것으로서, 당업자에게는 상용적으로 이를 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것이다. 이러한 탄소섬유 복합체(30)는 상기한 바와 같이 콘크리트 기둥(20)의 표면에 폭 2 내지 5㎜, 깊이 5 내지 20㎜의 수직방향의 홈을 일정간격으로 형성시킨 후, 이 홈 내로 에폭시수지와 함께 삽입시켜 기둥(20)의 수평방향에 대한 1차적인 보강이 이루어지도록 기능한다.In the first reinforcing step of (1), the grooves in the vertical direction having a width of 2 to 5 mm and a depth of 5 to 20 mm at regular intervals are formed on the surface of the concrete column 20, and then the carbon fiber composite 30 and epoxy A step of compressing and strengthening resin is inserted and fixed. Here, the carbon fiber composite 30 is formed by impregnating and curing an ordinary carbon fiber to have an arbitrary thickness, and then impregnating and curing an epoxy resin, which is similar to a conventional fiber reinforced plastic (FRP; fiber reinforced plastic), In particular, as impregnated and hardened carbon fiber having strong endurance in an epoxy resin having high mechanical properties and weather resistance, it is well known to those skilled in the art can be purchased and used commercially. The carbon fiber composite 30 is formed on the surface of the concrete pillar 20, the grooves in the vertical direction of 2 to 5 mm in width, 5 to 20 mm in depth at regular intervals, and then the epoxy resin and Inserted together to function to make the primary reinforcement to the horizontal direction of the column (20).
상기 (2)의 2차보강단계는 상기 1차보강단계에서 보강된 상기 콘크리트 기둥(20)의 표면에 수증기 통기성 에폭시수지가 함침된 수평강화 유리섬유직물(10)을 2 내지 5회 권회시켜 직물보강층을 형성시키는 단계이다. 여기에서 사용되는 수평강화 유리섬유직물(10)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 유리섬유의 섬유수를 경사와 위사의 비를 서로 달리하여 직조한 것으로서, 특히 위사를 100으로 하여 경사를 20 내지50의 비율로 직조한 것이다. 이러한 수평강화 유리섬유직물(10)은 콘크리트 기둥(20)의 표면에 권회되어 수지함침으로 고정되는 경우, 기둥(20)의 수평방향에 대한 보강작용을 한다. 상기 수평강화 유리섬유직물(10)의 경사가 위사 100에 대해 20 이하의 비율로 직조되는 경우, 경사들이 위사들을 긴밀히 지지하지 못하여 직물 전체가 변형 등에 약화되고, 특히 수평방향에 대한 외력에 대해서도 쉽게 수평방향의 위사들의 배열이 쉽게 흐트러지는 문제점이 있을 수 있으며, 경사가 위사 100에 대해 50 이상의 비율로 직조되는 경우, 경사의 밀도가 증가하여 전체 직물에서의 유리섬유의 비중이 증가하고, 유리섬유의 사용량이 증가하는 등의 문제점이 있으며, 특별히 단위 중량 대비 수평강화의 특징이 나타나지 않게 되는 문제점이 있을 수 있다. 상기 수평강화 유리섬유직물(10)의 직조에 사용되는 유리섬유로는 바람직하게는 알칼리에 대해 내성을 갖는 알칼리 저항성 유리섬유(AR-glass)가 사용되는 것이 바람직하다. 이 알칼리 저항성 유리섬유는 당업자에게는 용이하게 구입하여 사용할 수 있을 정도로 국내외에서 공지된 것으로 이해될 수 있다. 이 알칼리 저항성 유리섬유는 특히 콘크리트 기둥(20)과 같이 보강의 대상이 되는 구조물이 알칼리성이기 때문에 그와 장기간 접촉하여도 알칼리에 의해 변성되지 않을 것이 요구되기 때문이다. 상기 수평강화 유리섬유직물(10)은 상기 콘크리트 기둥(20)의 표면에 2 내지 5회 권회시켜 직물층(40)을 형성시키는데 사용된다. 상기 직물층(40)은 일차적으로 상기 콘크리트 기둥(20)의 표면에 감기어 기둥(20)의 수평방향에서 가해지는 외력에 대한 내성을 부여하는 기능을 한다. 상기 수평강화 유리섬유직물(10)의 권회수가 2 미만으로 되는 경우, 충분한 수평강화 효과가 나타나지 않게 되는 문제점이 있을 수 있으며, 5회를 초과하는 것은 과다한 유리섬유직물(10)의 사용으로 경제적이지 못하고, 또한 수지에 의한 고정에 의해서도 유리섬유직물(10)의 과도한 두께로 인한 기둥(20)에의 밀착성이 충분히 이루어지지 않게 되는 문제점이 있을 수 있다.The secondary reinforcing step of (2) is to weave the horizontally reinforced glass fiber fabric 10 impregnated with water vapor permeable epoxy resin on the surface of the concrete column 20 reinforced in the first reinforcing step 2 to 5 times Forming a reinforcing layer. As used herein, the horizontally reinforced glass fiber fabric 10, as shown in Figure 1, is the number of fibers of the glass fiber weaved with different ratios of warp and weft yarns, in particular, the warp yarns to 100 to 20 to It is woven at the rate of 50. When the horizontally reinforced glass fiber fabric 10 is wound on the surface of the concrete pillar 20 and fixed by resin impregnation, it serves to reinforce the horizontal direction of the pillar 20. When the warp of the horizontally reinforced glass fiber fabric 10 is woven at a ratio of 20 or less with respect to the weft yarn 100, the warp yarns do not closely support the weft yarns, so that the entire fabric is weakened in deformation and the like, and particularly easily against external force in the horizontal direction. There may be a problem that the arrangement of the weft in the horizontal direction is easily disturbed, when the warp is woven at a ratio of 50 or more with respect to the weft 100, the density of the warp increases to increase the specific gravity of the glass fiber in the entire fabric, glass fiber There is a problem such as the increase in the amount of use, there may be a problem that the characteristics of the horizontal strengthening relative to the unit weight does not appear. As the glass fibers used for the weaving of the horizontally strengthened glass fiber fabric 10, it is preferable that alkali resistant glass fibers (AR-glass) having resistance to alkali are used. This alkali-resistant glass fiber can be understood to be known at home and abroad to the extent that it can be easily purchased and used by those skilled in the art. This is because alkali-resistant glass fibers are required to not be denatured by alkali even when they are in contact with them for a long time, because the structures to be reinforced, such as concrete pillars 20, are alkaline. The horizontally reinforced glass fiber fabric 10 is used to form the fabric layer 40 by winding two to five times on the surface of the concrete pillar 20. The fabric layer 40 is primarily wound on the surface of the concrete pillar 20 serves to impart resistance to external forces applied in the horizontal direction of the pillar 20. When the number of turns of the horizontally strengthened glass fiber fabric 10 is less than 2, there may be a problem that the sufficient horizontal strengthening effect does not appear, more than five times is economical by using excessive glass fiber fabric (10) In addition, there may be a problem that the adhesion to the pillar 20 due to the excessive thickness of the glass fiber fabric 10 is not sufficiently made even by fixing with a resin.
상기 수평강화 유리섬유직물(10)에 함침되는 수증기 통기성 에폭시수지는 상기 수평강화 유리섬유직물(10)을 상기 콘크리트 기둥(20)에 대해 긴밀하게 고정시키는 기능을 한다. 상기 수증기 통기성 에폭시수지는 비스페놀 에이 또는 비스페놀 에프 등 통상의 비스페놀계 에폭시 수지에 경화제로서 폴리옥시프로필렌 디아민(polyoxypropylene diamine)을 혼합하여 수득되는 에폭시수지로서, 수증기 통기성이 있으며, 당업자에게는 상용적으로 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다. 이러한 수증기 통기성 에폭시수지는 상기한 바의 경화제에 의해 경화되어 수증기 통기성 에폭시수지층을 형성하며, 이 층이 상기 수평강화 유리섬유직물(10)을 상기 콘크리트 기둥(20)에 고정시키는 역할을 한다. 상기 수증기 통기성 에폭시수지는 습윤상태의 콘크리트 기둥(20)에 대해서도 사용이 가능하며, 경화 후 수증기 등의 존재로 인한 수지층의 박리현상 등이 일어나지 않고, 수지층이 콘크리트 기둥(20)의 표면에 긴밀하게 밀착된다.The water vapor breathable epoxy resin impregnated in the horizontally strengthened glass fiber fabric 10 functions to closely fix the horizontally reinforced glass fiber fabric 10 to the concrete pillar 20. The vapor-permeable epoxy resin is an epoxy resin obtained by mixing polyoxypropylene diamine as a curing agent with a conventional bisphenol-based epoxy resin such as bisphenol A or bisphenol F, which has water vapor breathability, It can be understood to be known enough to be used. The water vapor permeable epoxy resin is cured by a curing agent as described above to form a water vapor permeable epoxy resin layer, which serves to fix the horizontally reinforced glass fiber fabric 10 to the concrete column 20. The water vapor permeable epoxy resin can be used for the concrete column 20 in the wet state, and the resin layer does not occur due to the presence of water vapor after curing, and the resin layer is formed on the surface of the concrete column 20. Close contact
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 실행에 의해 콘크리트 기둥(20)을 수평방향 및 수직방향 모두에 대해 보강이 이루어질 수 있으며, 특히 수평방향에 대한 우수한 보강이 이루어져, 내진보강이 가능하게 된다.By implementing the method according to the present invention as described above, the concrete column 20 can be reinforced in both the horizontal direction and the vertical direction, in particular, excellent reinforcement is made in the horizontal direction, seismic reinforcement is possible.
예를 들어, 콘크리트 기둥(20)의 표면에 폭 3㎜, 깊이 10㎜의 홈을 수직방향으로홈들을 서로에 대하여 일정간격으로 형성시킨 후, 통상의 에폭시수지를 사용하여 탄소섬유 복합체(30)를 홈삽입시킨 후, 별도로 수평강화 유리섬유직물(10)로서 위사 100에 대해 경사 30의 비율로 알칼리 저항성 유리섬유를 직조한 것을 폴리옥시프로필렌디아민을 경화제로 사용한 통상의 비스페놀 에이계 에폭시수지를 사용하여 함침시킨 것을 사용하여 상기 탄소섬유 복합체(30)로 보강된 기둥(20)의 표면에 상기 에폭시수지가 함침된 수평강화 유리섬유직물(10)로 5회 권회시켜 직물층(40)으로 보강한 기둥(20)(실시예 1)과 보강 전의 동일한 직경의 콘크리트 기둥(20)(비교예)을 기둥(20)의 상단과 하단을 고정시키고, 그 중간 부분에서 밀고 당기는 시험(푸시-풀 테스트)을 하여 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 보강된 콘크리트 기둥(20)의 변위는 그렇지 않은 비교예의 콘크리트 기둥(20)에 비해 보다 큰 변위에서도 취성파괴가 일어나지 않음을 확인할 수 있었다.For example, after forming grooves having a width of 3 mm and a depth of 10 mm on the surface of the concrete pillar 20 at regular intervals with respect to each other in the vertical direction, the carbon fiber composite 30 using a conventional epoxy resin After the grooves were inserted, a conventional bisphenol A-based epoxy resin using polyoxypropylene diamine as a curing agent was used as a horizontally strengthened glass fiber fabric (10). Using the impregnated to the surface of the column 20 reinforced with the carbon fiber composite 30 is wound five times with the horizontal reinforced glass fiber fabric (10) impregnated with the epoxy resin reinforced with a fabric layer (40) A test for pushing the top and bottom of the column 20 (comparative example) of the same diameter concrete pillar 20 (comparative example) before the reinforcement and pushing and pulling in the middle portion thereof (push-pull test) To that With the it is shown in Fig. As shown in Figure 4, the displacement of the reinforced concrete column 20 according to the present invention was confirmed that the brittle fracture does not occur even at a larger displacement than the concrete pillar 20 of the comparative example.
따라서, 본 발명에 의하면 기성의 콘크리트 기둥(20)에 대하여 간편하고도 효과적인 내진보강이 가능한 콘크리트 기둥의 보강방법을 제공하며, 또한 그에 의해 내진보강된 콘크리트 기둥을 제공하는 효과가 있다.Accordingly, the present invention provides a method of reinforcing a concrete column that is capable of simple and effective seismic reinforcement with respect to the ready-made concrete column 20, and also has an effect of providing a seismic reinforced concrete column.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical scope of the present invention, and such modifications and modifications are within the scope of the appended claims.
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