KR20060112502A

KR20060112502A - Ｆｒｐ 폼에 콘크리트를 충전한 합성보

Info

Publication number: KR20060112502A
Application number: KR1020050035020A
Authority: KR
Inventors: 염경수; 이수연
Original assignee: 염경수
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-01
Also published as: KR100646103B1

Abstract

본 발명은 다양한 형상과 다양한 보강구조를 가지도록 용이하게 제작할 수 있고 경량이면서 우수한 인장강도를 발휘하는 섬유강화플라스틱소재인 FRP를 영구 보형틀로 성형 제작하여 영구거푸집과 인장철근의 역할을 동시에 수행하도록 한 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보에 관한 것이다.

본 발명의 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보는 합성보를 구성하는 보형틀로 섬유강화플라스틱소재인 FRP를 성형하여 제작된 것을 채택한다는데 그 기술적 특징이 있다. 종래 FRP는 건축재료로서 보수보강용도로만 사용되어 왔으나, 본 발명에서는 본격적으로 구조재로서 활용하고 있다. FRP는 플라스틱소재이므로 공장에서 일정한 형상으로 성형 가공하는데 유리하고 그 성질상 가볍고, 열전도율이 낮으며, 내구성·내충격성·내마모성·인장강도 등이 우수하므로 본 발명에서와 같이 합성보를 구성하는 영구거푸집겸 인장재로 활용하기에 적합하다. 또한, FRP소재는 볼트접합만으로 간편하게 조립할 수 있으므로 그 현장작업이 상당히 간편해지며, 재료생산 및 부재제작시 강재에 비해 적은 에너지를 소모하므로 연료사용에 의한 환경문제를 최소화할 것으로 기대된다.

FRP, 섬유강화플라스틱, 합성보, 성형, 영구거푸집

Description

ＦＲＰ 폼에 콘크리트를 충전한 합성보{Hybrid beam using FRP form}

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보의 실시예이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 영구 보형틀

110: 상부면 111: 상부개구부

120: 측면 130: 하부면

140: 단턱 150: 외장수평날개

160: 외장수직리브 141, 161: 측면개구부

170: 내장리브

S: 슬래브 R: 철근

D: 데크플레이트 E: 엔드플레이트

본 발명은 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 형상과 다양한 보강구조를 가지도록 용이하게 제작할 수 있고 경량이면서 우수한 인장강도를 발휘하는 섬유강화플라스틱소재인 FRP를 영구 보형틀로 성형 제작하여 영구거푸집과 인장철근의 역할을 동시에 수행하도록 한 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보에 관한 것이다.

철근콘크리트 구조는 현장에서의 콘크리트 타설을 위한 거푸집 작업과 철근배근 작업으로 현장시공이 복잡하고 작업량이 많아지며, 별도의 양생기간을 거친 후의 거푸집 해체 등의 추가작업으로 공사기간이 길어지게 되는 단점이 있다. 또한 거푸집 폐기물 처리 등에서 환경문제를 수반하며, 시공 완료후에도 외부로 노출된 콘크리트 표면에의 균열발생으로 지속적인 보수보강이 요구되는 단점이 있다.

이와 같은 종래의 철근콘크리트 구조를 개선하는 방법으로 영구거푸집을 이용한 합성구조가 제안되고 있으며, 그 중 가장 대표적인 예로는 그 중 가장 대표적인 예로는 강재를 이용한 합성보가 있다.

강재를 이용한 합성보는 강재를 용접조립하여 콘크리트가 수용될 수 있는 공간을 확보하도록 보형틀을 제작한 후 보형틀 내부에 콘크리트를 충전하여 완성된다. 그러나, 강재를 이용한 합성보는 보형틀이 강재의 용접으로 제작되기 때문에 그 제작과정이 복잡해질 수 있고, 제작과정에서 과도한 용접으로 부재에 변형이 일어나 설계당시의 구조적인 내력 발휘에 문제가 생길 수도 있다. 또한, 공장에서 제작한 후에 상부의 고정철물이나 발판, 스터드 등을 추가로 설치해야 하는 등 작업상 번거로움을 수반한다

이에, 합성보의 구성에서 강재보다 제작 및 설치의 용이성을 가지면서 구조적으로 보완할 수 있는 새로운 부재의 선택이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 다양한 형상과 다양한 보강구조를 가지도록 용이하게 제작할 수 있고 경량이면서 우수한 인장강도를 발휘하는 섬유강화플라스틱소재인 FRP를 영구 보형틀로 성형 제작하여 영구거푸집과 인장철근의 역할을 동시에 수행하도록 한 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 영구 보형틀 제작과정에서 영구 보형틀 자체의 구성으로 간단하게 시어커넥터(shear connector)를 형성시켜 상부 슬래브와의 일체성을 증대시키면서 슬래브를 긴결하는 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 표면마감처리가 우수하고 자체에서 내화성능을 확보할 수 있는 FRP소재로서 마무리되므로 마감공정 및 내화공정을 간소화시킬 수 있는 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하고자 본 발명은 FRP를 사각파이프 형상으로 성형하여 제작되는 것으로, 상부면에 다수개의 상부개구부가 형성된 영구 보형틀; 및, 상기 상부개구부를 통해 상기 영구 보형틀 내부에 충전되는 콘크리트;를 포함하여 구성되되,

상기 영구 보형틀은 상부를 슬래브 두께보다 작은 높이로 단턱으로 형성시키면서 하부보다 보폭이 좁아지도록 성형하여 제작되며, 상기 단턱의 수직부분에 측면개구부가 다수개 형성되도록 제작된 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보를 제공한다.

또한, 본 발명은 FRP를 사각파이프 형상으로 성형하여 제작되는 것으로, 상부면에 다수개의 상부개구부가 형성된 영구 보형틀; 및, 상기 상부개구부를 통해 상기 영구 보형틀 내부에 충전되는 콘크리트;를 포함하여 구성되되,

상기 영구 보형틀은 상부면으로부터 슬래브두께보다 작은 높이의 외측면에 외장수평날개를 수평방향으로 형성시키면서 성형하여 제작되며, 상기 외장수평날개보다 위에 위치하는 영구 보형틀의 측면에 측면개구부가 다수개 형성되도록 제작된 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보를 제공한다.

상기 영구 보형틀은 상부면에 슬래브두께보다 작은 높이를 갖는 외장수직리브를 수직방향으로 형성시키면서 성형 제작되며, 상기 외장수직리브에 측면개구부가 다수개 형성되도록 제작된 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보를 제공한다.

상기 영구 보형틀은 상부면이 외측면보다 수평방향으로 더 확장되어 외장수평날개를 형성시키고 상부면에 슬래브 두께보다 작은 높이를 갖는 외장수직리브를 수직방향으로 형성시키면서 성형하여 제작되며, 상기 외장수직리브에 측면개구부가 다수개 형성되도록 제작된 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보를 제공한다.

이하, 본 발명은 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명한다.

본 발명의 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보는 합성보를 구성하는 영구 보형틀로 섬유강화플라스틱소재인 FRP를 성형하여 제작된 것을 채택한다는데 그 기술적 특징이 있다. 종래 FRP는 건축재료로서 보수보강용도로만 사용되어 왔으나, 본 발명에서는 본격적으로 구조재로서 활용하고 있다. FRP는 플라스틱소재이므로 공장에서 일정한 형상으로 성형 가공하는데 유리하고 그 성질상 가볍고 열전도율이 낮으며, 내구성·내충격성·내마모성·인장강도 등이 우수하므로 본 발명에서와 같이 합성보를 구성하는 영구거푸집겸 인장재로 활용하기에 적합하다. 또한, FRP소 재는 볼트접합만으로 간편하게 조립할 수 있으므로 그 현장작업이 상당히 간편해지며, 재료생산 및 부재제작시 강재에 비해 적은 에너지를 소모하므로 연료사용에 의한 환경문제를 최소화할 것으로 기대된다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보의 실시예로서 모두 공통적으로, FRP를 박스형상으로 성형하여 제작되는 것으로 상부면(110)에 다수개의 상부개구부(111)가 형성된 영구 보형틀(100); 및, 상기 상부개구부(111)를 통해 상기 영구 보형틀(100) 내부에 충전되는 콘크리트;를 포함하여 구성된다. 상기 영구 보형틀(100)과 내부에 충전되는 콘크리트가 일체화되면 영구 보형틀의 하부면(130)은 인장철근 역할을 하며, 영구 보형틀의 양 측면(120)은 전단철근 역할을 한다. 특히, 단면특성상 인장부분이 최외단에 위치하므로 단면효율이 극대화되어 최대의 휨성능을 발휘할 수 있게 되고, 좌굴이 발생되지 아니하여 보춤을 줄일 수 있게 된다. 또한, 영구 보형틀(100) 상부면은 슬래브(S) 구축과정에서 슬래브(S)에 매립되어 정모멘트 작용시 압축철근 역할을, 부모멘트 작용시 인장철근 역할을 하므로 슬래브 철근 배근을 최소화시킨다. 상기 영구 보형틀(100) 내부에는 철근(R)을 적절히 배근하여 합성보의 구조적인 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 영구 보형틀(100)에 형성되는 상부개구부(111)는 도시하고 있는 바와 같이 다수개가 불연속적으로 형성되는데(일정크기의 상부개구부(111)가 소정의 간격으로 배치됨. 다만 경우에 따라 배치형태 및 방법을 조절할 수 있음), 이는 상부개구부(111)와 상부개구부(111) 사이에 위치하는 영구 보형틀 상부면(110)이 영구 보형틀 양 측면(120)을 지지하여 지지대로서 역할하여 영구 보형틀(100)의 좌굴을 억제하고 원래의 형상으로 유지되도록 하기 위함이다(특히, 콘크리트 충전시에도 영구 보형틀의 변형이 일어나지 않도록 함).

영구 보형틀(100)의 내부에 충전되는 콘크리트의 구속력을 향상시키면서 영구 보형틀(100) 자체의 구조성능을 향상시키기 위해 영구 보형틀(100)의 내부에 내장리브(170)를 더 형성시킬 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 영구 보형틀 내부의 측면(120) 및 하부면(130)에 각각 내장수평리브 및 내장수직리브의 형태로 형성시키고 있으며, 다만 그 형태는 FRP소재로 성형 가공가능한 범위에서 구조적인 역할을 고려하여 자유롭게 선택할 수 있다. 또한, 구조성능을 향상시키는 방법으로 영구 보형틀(100) 성형제작시 특정부위에 탄소섬유가 보강되도록 구성할 수 있으며, 그 예로 별도의 인장철근의 사용을 생략하기 위해 영구 보형틀 하부면(130)을 탄소섬유로 추가 보강하면서 그 두께를 증가시켜 제작하는 것을 들 수 있다.

본 발명에 따른 합성보는 콘크리트가 내부에 충전되므로 소정의 내화성능을 발휘할 것으로 기대되며, 고성능의 내화력을 요구하는 경우에는 자체내화가 가능한 FRP 소재를 채택하여 영구 보형틀(100)로 제작(특히, 외부로 노출되는 영구 보형틀의 측면 및 하부면)하면 일정 이상의 효과를 발휘할 것이다.

도 1 내지 도 4는 FRP를 성형하여 제작되는 영구 보형틀(100)에서 시어커넥터(일종의 스터드) 역할을 수행하는 영구 보형틀(100)의 상부 구조 형태에 따라 각각 구별하고 있다. 도 1 내지 도 4의 영구 보형틀은 상부개구부(111)와 측면개구 부(161)를 제외한 모든 구성을 FRP 폼 제작과정에서 한번의 공정으로 동시에 형성시킬 수 있어 그 제작공정이 상당히 단순해진다.

도 1은 단턱(140)구조를 갖는 영구 보형틀로, 상부가 슬래브 두께보다 작은 높이로 단턱(140)으로 형성되면서 하부보다 보폭이 좁아지도록 성형하여 제작되며 단턱의 수직부분(140b)에는 측면개구부(141)가 다수개 형성된다.

단턱(140)구조는 그 수평부분(140a)이 슬래브(S) 공사시 데크플레이트(D)를 거치하기 위한 거치대로서 역할하도록 유도하며, 그 수직부분(140b)이 슬래브(S) 콘크리트와 긴결성을 확보하는 스터드로서 역할하도록 한다. 특히, 단턱의 수직부분(140b)에 형성된 다수개의 측면개구부(141)는 슬래브(S) 콘크리트 타설시 상기 측면개구부(161)를 통해 콘크리트가 유동하도록 하여 슬래브 콘크리트의 일체성을 강화하는 역할을 하고, 측면개구부(141)와 측면개구부(141) 사이에 위치하는 단턱의 수직부분(140b)은 합성보와 슬래브와의 긴결성을 강화시키는 스터드로서 역할하게 되는 것이다. 나아가 상기 측면개구부(141)는 영구 보형틀 내부에 콘크리트를 충전할 때 발생하는 기포를 밖으로 배출시키는 공기구멍으로서의 역할도 하여 콘크리트의 밀실한 충전에 도움을 준다. 이와 같은 측면개구부(141)의 공기구멍 역할을 감안하면 영구 보형틀 상부면에 형성된 상부개구부(111)는 콘크리트 충전에 필요한 만큼 최소화시키는 방법으로 영구 보형틀의 일부 구간에만 한정하여 형성시켜도 무방할 것이며, 그 결과 영구 보형틀 상부면이 담당하는 구조적인 역할을 극대화시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 단턱의 수평부분(140a)에는 도 1(c)에서와 같이 테두리보 구성에서 엔드플레이트(E)가 볼트접합되기도 한다. 물론 영구 보형틀(100)의 내부에 내장리브(170)를 형성시켜 구조성능을 향상시키면서 영구 보형틀 내부에 충전되는 콘크리트와 영구 보형틀의 구속력을 향상시키고 있다.

도 2는 외장수평날개(150)를 갖는 영구 보형틀로, 상기 영구 보형틀(100)은 상부면으로부터 슬래브 두께보다 작은 높이의 외측면(120)에 수평방향으로 외장수평날개(150)를 형성시키면서 성형하여 제작되며 상기 외장수평날개보다 위에 위치하는 영구 보형틀의 측면에는 측면개구부(141)가 다수개 형성된다.

상기 외장수평날개(150)는 슬래브(S) 공사시 데크플레이트(D)를 거치하기 위한 거치대로서 역할하며, 외장수평날개(150)보다 위에 위치하는 영구 보형틀의 측면(120)은 슬래브 콘크리트와 긴결성을 확보하는 스터드로서 역할하게 된다. 본 실시예의 측면개구부(141)는 도 1에서와 같이 공기구멍으로서의 역할도 한다. 다만, 상기 외장수평날개(150)와 균형을 맞추기 위해 본 실시예에서는 영구 보형틀의 하부면(130)을 측면(120)보다 수평으로 확장되도록 구성하고 있다. 도 1과 마찬가지로 본 실시예에서도 영구 보형틀의 내부에 내장리브(170)가 형성된다.

도 3은 외장수직리브(160)를 갖는 영구 보형틀로, 상부면에 슬래브 두께보다 작은 높이를 갖는 외장수직리브(160)를 수직방향으로 형성시키면서 성형 제작되며, 상기 외장수직리브(160)에는 측면개구부(161)가 다수개 형성된다.

상기 외장수직리브(160)에서 영구 보형틀의 측면(120)을 향하는 영구 보형틀의 상부면(110)은 슬래브(S) 공사시 데크플레이트(D)를 거치하기 위한 거치대로서 역할하며, 외장수직리브(160)는 슬래브 콘크리트와 긴결성을 확보하는 스터드로서 역할하게 된다. 다만, 본 실시예에서의 측면개구부(161)는 도 1 및 도 2에서의 측면개구부(141)와는 달리 공기구멍 역할을 못하는 바, 이를 감안 영구 보형틀의 상부면에는 최소의 상부개구부(111)를 두되 상부개구부(111)가 없는 부분에 별도의 공기구멍을 마련하여 콘크리트 충전이 원활히 이루지도록 한다. 본 실시예에서는 T형상의 외장수직리브(160) 한쌍이 영구 보형틀의 길이방향으로 연속하여 형성되며, T형상의 외장수직리브(160)에 다수개의 측면개구부(161)를 형성시키고 있다. 본 실시예에서도 영구 보형틀의 내부에 내장리브(170)가 형성된다.

도 4는 외장수평날개(150)와 외장수직리브(160)를 갖는 영구 보형틀로, 상부면(110)이 측면보다 수평방향으로 더 확장되어 외장수평날개(150)를 형성시키고 상부면(110)에 슬래브 두께보다 작은 높이를 갖는 외장수직리브(160)를 수직방향으로 형성시키면서 성형하여 제작되며, 상기 외장수직리브(160)에는 측면개구부(161)가 다수개 형성된다.

상기 외장수평날개(150)는 도 2의 구성과 동일한 역할을 수행하고 외장수직리브(160)는 도 3의 구성과 동일한 역할을 수행한다. 본 실시예에서도 영구 보형틀의 내부에 내장리브(170)가 형성된다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 다양한 형상과 다양한 보강구조를 가지도록 용이하게 제작할 수 있고 경량이면서 우수한 인장강도를 발휘하고 제작공정이 간편한 섬유강화플라스틱소재인 FRP를 영구 보형틀로 성형 제작하고 이를 합성보에 적용함으로써 영구 보형틀이 영구거푸집과 인장철근의 역할을 동시에 수행하게 되는 바, 거푸집의 설치 및 해체작업과 철근배근작업의 생략으로 작업성 및 경제성의 향상은 물론 공기단축을 기대할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 영구 보형틀 제작과정에서 보형틀 자체의 구성으로부터 간단하게 시어커넥터(shear connector)를 형성시켜 상부 슬래브와의 일체성을 증대시키면서 슬래브를 긴결하게 되므로, 별도의 추가적인 구성 및 작업이 불필요하게 되어 현장작업을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 표면마감처리가 우수하고 내화성을 가지는 FRP소재로서 마무리가능하므로 마감공정과 내화공정을 간소화하여 전체의 공정을 단순화시킬 수 있게 된다. 아울러, FRP소재는 재료생산 및 제작공정에서 강재에 비해 적은 에너지를 소모하므로 연료사용에 의한 환경문제를 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims

FRP를 사각파이프 형상으로 성형하여 제작되는 것으로, 상부면에 다수개의 상부개구부가 형성된 영구 보형틀; 및,

상기 상부개구부를 통해 상기 영구 보형틀 내부에 충전되는 콘크리트;

를 포함하여 구성되되,

상기 영구 보형틀은 상부를 슬래브 두께보다 작은 높이로 단턱으로 형성시키면서 하부보다 보폭이 좁아지도록 성형하여 제작되며, 상기 단턱의 수직부분에는 측면개구부가 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보.
FRP를 사각파이프 형상으로 성형하여 제작되는 것으로, 상부면에 다수개의 상부개구부가 형성된 영구 보형틀; 및,

상기 상부개구부를 통해 상기 영구 보형틀 내부에 충전되는 콘크리트;

를 포함하여 구성되되,

상기 영구 보형틀은 상부면으로부터 슬래브두께보다 작은 높이의 외측면에 외장수평날개를 수평방향으로 형성시키면서 성형하여 제작되며, 상기 외장수평날개보다 위에 위치하는 영구 보형틀의 측면에는 측면개구부가 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보.
FRP를 사각파이프 형상으로 성형하여 제작되는 것으로, 상부면에 다수개의 상부개구부가 형성된 영구 보형틀; 및,

상기 상부개구부를 통해 상기 영구 보형틀 내부에 충전되는 콘크리트;

를 포함하여 구성되되,

상기 영구 보형틀은 상부면에 슬래브두께보다 작은 높이를 갖는 외장수직리브를 수직방향으로 형성시키면서 성형 제작되며, 상기 외장수직리브에는 측면개구부가 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보.
FRP를 사각파이프 형상으로 성형하여 제작되는 것으로, 상부면에 다수개의 상부개구부가 형성된 영구 보형틀; 및,

상기 상부개구부를 통해 상기 영구 보형틀 내부에 충전되는 콘크리트;

를 포함하여 구성되되,

상기 영구 보형틀은 상부면이 외측면보다 수평방향으로 더 확장되어 외장수평날개를 형성시키고 상부면에 슬래브두께보다 작은 높이를 갖는 외장수직리브를 수직방향으로 형성시키면서 성형하여 제작되며, 상기 외장수직리브에는 측면개구부가 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,

상기 영구 보형틀은 내부에 내장리브를 더 형성시키면서 성형하여 제작되는 것을 특징으로 하는 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,

상기 영구 보형틀은 하부면이 탄소섬유가 보강되도록 성형하여 제작되는 것을 특징으로 하는 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,

상기 영구 보형틀은 측면 및 하부면이 내화재가 보강되도록 성형하여 제작되는 것을 특징으로 하는 FRP 폼에 콘크리트를 충전한 합성보.