KR20070083474A - 전단력 보강 구조 및 전단력 보강부재 - Google Patents

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KR20070083474A
KR20070083474A KR1020077002411A KR20077002411A KR20070083474A KR 20070083474 A KR20070083474 A KR 20070083474A KR 1020077002411 A KR1020077002411 A KR 1020077002411A KR 20077002411 A KR20077002411 A KR 20077002411A KR 20070083474 A KR20070083474 A KR 20070083474A
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요시히로 다나카
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다이세이 겐세쓰 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 전단력 보강 구조(1)는 기설의 철근 콘크리트조의 측벽(W)과, 이 측벽(W)의 주근과 교차하는 방향으로 형성된 바닥이 있는 보강부재 삽입공(10)의 내부에 배치되는 전단보강부재(20)와, 보강부재 삽입공(10)에 충전되는 충전재(30)로 구성되어 있으며, 전단보강부재(20)가 전단보강 철근(21)과, 그 기단부와 선단부에 각각 고정된 플레이트 헤드(23) 치 링 헤드(22)로 구성되어 있고, 보강부재 삽입공(10)이 전단보강 철근(21)의 철근 직경보다 크고, 플레이트 헤드(23)의 폭보다 작은 내경의 일반부(12)와, 보강부재 삽입공(10)의 기단부에 형성되며 플레이트 헤드(23)의 폭보다 큰 내경의 기단폭확장부(11)로 구성되어 있다. 이와 같은 전단력 보강 구조 및 전단력 보강 구조에 의해 간단하고 확실하게 소정의 인발 강성을 확보할 수 있게 된다.

Description

전단력 보강 구조 및 전단력 보강부재{Shearing force reinforcing structure and shearing force reinforcing member}
본 발명은 전단력이 작용하는 기설(旣設)의 철근 콘크리트조(이하, 철근 콘크리트를 「RC」라고 하는 경우가 있다) 구조물의 전단력 보강 구조 및 전단력 보강부재에 관한 것이다.
일본 한신(阪神) 대지진 이전에 설계 및 시공된 지하철, 상하수도 정화시설 등의 각종시설에 있어서, 그 구조물의 몸체를 구성하는 RC조의 박스 컬버트(culvert)나 RC조의 지중매설 구조물의 측벽, 바닥 슬래브, 중간벽, 중간 슬래브나, 교량의 벽식 교각 등의 철근 콘크리트 구조물(이하, 「RC 구조체」라고 하는 경우가 있다)은, 레벨2 지진동에 대한 전단 내력이 부족하다는 것이 각종 내진진단의 결과로 명확해졌고 조속히 내진보강을 행할 필요성이 지적되고 있다.
종래, 이러한 RC 구조체의 보강 구조로서, RC 구조체의 면을 따라 주근 및 배력철근을 배근하여 콘크리트를 타설하는 두께증대(增厚) 공법이나, RC 구조체의 주위에 강판을 감아 세우고, RC 구조체와 강판 사이에 모르타르나 수지 등의 충전재를 충전하는 강판 라이닝(lining) 공법 등이 채용되고 있었다. 그러나, 이들의 구조에서는, 보강 후에 측벽이나 바닥 슬래브 등의 두께가 증대되어 몸체의 내공 (內空) 단면이 감소하게 되기 때문에 각종 문제가 발생하곤 하였다(예를 들면, 상하수도 정화시설의 경우에는 저수 능력이나 처리 능력이 감소해버리거나, 지하철의 경우에는 건축한계를 만족하지 않게 되므로 사용할 수 없게 되어 버리는 경우가 생긴다).
또한, 두께증대 공법은 주근이 증가하여 전단력이 향상되는 반면, 굽힘 내력도 증가하기 때문에 보강 후에 있어서 전단 선행 파괴형을 굽힘 선행 파괴형으로 이행시키라는 요청을 실현하기 어려웠다.
또한, 보강 철근이나 강판 등의 보강부재의 반입이나 조립에 대형 기중기를 필요로 하고, 지하구조물 안이나 교량 등의 한정된 공간에서는 이들 기중기의 제약이 있어 시공하기 어려운 경우가 있었다. 또한, 공용중의 도로 터널 내나 철도 터널 내의 전단보강에서는, 그 교통량이나 열차운행의 제약에 의해 야간의 한정된 시간대 내에서의 급속 시공의 요구에 대하여 상기 종래의 보강 방법은 시공이 불가능한 경우가 있었다.
그래서, 상기 문제점을 해결하기 위해서, 일본 공개특허 2003-3556호 공보에 기재되어 있는 컬버트의 전단보강방법은, 컬버트의 외벽 내면측으로부터 소정의 간격으로 연직방향으로 슬릿을 형성하고, 상기 슬릿 내에 소정의 강판을 삽입한 후에 상기 슬릿 내에 그라우트재를 충전해서 상기 강판과 상기 외벽을 일체화시키고 있다.
그러나, 상기 보강 방법에서는 단순히 슬릿 내에 소정의 강판을 삽입하는 것 뿐으로, 강판에 인발력이 발생하였을 때, 충분한 강성(인발력에 대한 인발 저항의 크기, 이하 「인발 강성」이라고 한다)을 얻을 수 없다는 새로운 문제점이 생기게 되었다.
그래서, 본 발명자는, 상기 종래 기술의 문제에 대처하기 위해 연구개발을 진행하여 본 발명을 창안하기에 이르렀다. 즉, 간단하면서 확실하게 소정의 인발 강성을 확보할 수 있게 되는, 기설 RC 구조체의 전단력 보강 구조(이하, 간단히「전단력 보강 구조」라고 한다) 및 전단력 보강부재를 제공하는 것이 본 발명의 일측면이다.
더 구체적으로는, 본 발명의 일측면으로서의 전단력 보강 구조는, 기설의 철근 콘크리트 구조물과, 이 철근 콘크리트 구조물에 형성된 보강부재 삽입공의 내부에 배치되는 선재(線材)를 주체(主體)로 한 전단보강부재와, 상기 보강부재 삽입공에 충전되는 충전재를 포함하여 이루어지는 전단력 보강 구조로서, 상기 보강부재 삽입공이 상기 선재의 직경보다 큰 내경의 일반부와, 상기 보강부재 삽입공의 기단부(基端部)에 형성되며 상기 일반부보다 큰 내경을 갖는 기단폭확장부를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조에 있어서, 상기 보강부재 삽입공의 선단부에는 상기 일반부보다 큰 내경을 갖는 선단폭확장부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조에 있어서, 상기 전단보강부재가, 상기 선재인 전단보강 철근과, 상기 전단보강 철근의 기단부에 형성되며 상기 전단보강 철근의 철근 직경보다 단면형상이 큰 기단정착부재를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조에 있어서, 상기 전단보강 철근의 선단부에 상기 전단보강 철근의 철근 직경보다 단면형상이 큰 선단정착부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
여기에서, 본 발명에 의한 보강의 대상 부재는 전단보강이 필요한 부재이며, 각종의 기설의 철근 콘크리트 구조물의 면재(面材; 벽 등) 또는 판재(바닥 슬래브, 중간 슬래브, 천장 슬래브 등)(이하 「RC조 면판재」라고 한다)에 적용가능하며, 또한 시공 대상에 관해서 현장설치품이나 프리캐스트 콘크리트 제품 등의 종류는 문제삼지 않는다.
또한 전단보강부재는, 기설의 철근 콘크리트 구조물인 RC조 면판재의 두께 방향의 내면측 단면 및 외면측 단면으로부터 소정의 피복 콘크리트 두께를 확보함과 아울러, 미리 배근되어 있는 주근 및 배력철근을 피하도록 배치될 필요가 있다.
또한, 충전재는 전단보강부재와 RC조 면판재의 콘크리트를 견고하게 일체화시키기 위해서 충전하는 것으로, 에폭시 수지, 시멘트계 밀크 혹은 시멘트계 모르타르 등을 사용할 수 있다.
시멘트계 밀크 혹은 시멘트계 모르타르의 배합으로서, 이들 충전재의 재료가 경화한 후에 건조수축이나 자기수축에 의해 보강부재 삽입공과 이들 충전재료 사이에 미소한 간격이 발생하여 RC 구조체와 일체가 되지 않는 것이 고려될 수 있으므로, 이들 충전재료에 팽창제를 혼입하여 이들 충전재료가 경화한 후에도 무수축의 재료로서 RC 구조체와 전단보강부재와의 일체성을 도모하는 것이 바람직하다. 또한 보강부재 삽입공의 방향에 의해, 충전중의 충전재가 흘러 나오지 않도록 충전재에 가소성이 있는 재료를 사용하는 것도 바람직하다.
본 발명에 의하면, 전단보강부재와 RC 구조물의 콘크리트가 충전재를 통해 일체화되어 있기 때문에, 상기 RC 구조물에 면외의 전단력이 작용한 경우에 발생하는 경사 방향의 인장응력에 대하여, 전단보강부재와 RC 구조물이 일체가 되어서 저항하게 된다. 따라서, 기설의 RC 구조물의 전단 내력을 향상시키고 지진 등에 의한 파괴 형태를 취성(脆性)적인 파괴로부터 인성(靭性)적인 파괴로 이행시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, RC 구조물의 콘크리트 두께를 증가시키지 않고 직접적으로 전단보강부재를 구조체의 내부에 매설함으로써, 전단 내력과 인성성능의 증대를 효율적으로 실현할 수 있어, 보강 후에 몸체의 내공 단면이 감소하게되는 문제가 생기는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 주근을 증가시키는 일이 없으므로, 굽힘 내력을 증가시키지 않고, 면외 전단 내력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 레벨2의 지진시에 전단 선행 파괴형의 가능성이 있는 RC 구조물을 굽힘 선행 파괴형으로 이행시킬 수 있다.
또한 전단보강부재에 있어서, 선재인 전단보강 철근의 기단부 또는 기단부 및 선단부에, 상기 전단보강 철근보다 단면형상이 큰 정착부재(기단정착부재 및 선단정착부재)가 마련되어 있으면, 상기 전단보강부재의 정착 효과를 높일 수 있는 동시에, 전단보강 철근의 인장저항과 정착부재의 내측 콘크리트에 발생하는 압축 응력에 의해 더욱 효과적으로 전단 내력의 향상과 인성성능의 향상을 꾀할 수 있다. 여기에서, 선재는 철근에 한정되지 않으며, 탄소 선재, 강봉, PC강연선 등 모든 선재가 적용가능하다. 또한 본 명세서에 있어서, 정착부재의 「폭치수」는, 정착부재의 형상이 사각형, 다각형이면 대각선 길이, 원형이면 직경, 타원형이면 장변길이로 통일하는 것으로 한다. 또한 이하의 설명에 있어서, 「기단측 정착부재 」와 「선단측 정착부재 」를 구별하지 않을 때는 단순히 「정착부재」라고 할 경우가 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조에 있어서, 상기 선재가 이형 철근인 경우에 상기 충전재의 부착강도가 60N/mm2이상인 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 충전재로서 선재(예를 들면 이형 철근 등)와의 부착강도가 60N/mm2이상의 재료를 사용하면, 전단보강부재가 선재만으로 이루어진 경우라 해도 면외 전단 내력을 향상시킬 수 있게 된다. 또, 전단보강부재가 선재만으로 이루어질 경우에는, 보강부재 삽입공의 천공직경을 작게 할 수 있는 동시에 전단보강부재 가공의 수고를 생략할 수 있게 되어 바람직하다.
또한 상기 전단력 보강 구조로서, 상기 충전재가 시멘트계 매트릭스에 섬유가 혼합된 섬유보강 시멘트계 혼합재료인 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조에서의 상기 섬유보강 시멘트계 혼합재료가, 시멘트와, 최대입경이 2.5mm 이하의 골재와, 입자직경이 0.01~15μm의 포졸란계 반응 입자와, 적어도 1종류의 분산재와, 물을 혼합하여 얻어지는 시멘트계 매트릭스에, 직경이 0.05 내지 0.3mm 이고 길이가 8 내지 16mm의 섬유를, 상기 시멘트계 혼합체의 용적에 대하여 1 내지 4%정도 혼입하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 충전재로서, 시멘트와, 최대입경이 2.5mm 이하, 바람직하게는 2mm 이하의 골재와, 입자직경이 0.01~15μm, 바람직하게는 0.01~0.5μm의 활성도가 높은 포졸란계 반응 입자와, 0.1~15μm의 활성도의 낮은 포졸란 반응입자와, 적어도 1종류의 분산재와, 물을 혼합하여 얻어지는 시멘트계 매트릭스에, 직경이 0.05mm 내지 0.3mm이고 길이가 8mm 내지 16mm의 섬유를, 상기 시멘트계 매트릭스의 용적에 대하여 1% 내지 4%정도 혼입하여 이루어지는 섬유보강 시멘트계 혼합재료를 사용하면, 압축강도가 200N/mm2, 굽힘 인장강도가 40N/mm2, 이형 철근에 대한 부착강도가 60-80N/mm2가 되어, 강성이 높은 정착 효과를 실현한다.
또한 상기 전단력 보강 구조에 있어서, 상기 철근 콘크리트 구조물의 표면에 섬유 시트가 접착되어 있고, 상기 섬유 시트와 상기 전단보강부재는 일체화되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조에 있어서, 상기 철근 콘크리트 구조물의 표면과, 상기 기단정착부재의 표면에 섬유 시트가 접착되어 있을 수도 있고, 상기 섬유 시트와 상기 전단보강부재는 일체화되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 전단보강부재 또는 기단정착부재와 RC 구조물이, 섬유 시트에 의해 일체로 접착되어 있으면, 콘크리트의 벗겨져나감을 방지하므로, 더욱 효과적으로 인성성능의 향상을 도모할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 일측면으로서의 전단력 보강 구조는, 기설의 철근 콘크리트 구조물과, 상기 철근 콘크리트 구조물에 형성된 제1 보강부재 삽입공의 내부에 배치되는 제1 전단보강부재 및 제2 보강부재 삽입공의 내부에 배치되는 제2 전단보강부재와, 상기 제1 보강부재 삽입공 및 제2 보강부재 삽입공에 충전되는 충전재를 포함하여 이루어지는 전단력 보강 구조로서, 상기 제1 전단보강부재는, 제1 선재와 상기 제1 선재의 기단부에 형성되며 상기 제1 선재의 직경보다 큰 폭을 갖는 제1 기단정착부재를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조에 있어서, 상기 제1 보강부재 삽입공이, 상기 제1 선재의 직경보다 큰 내경의 제1 일반부와, 상기 제1 보강부재 삽입공의 기단부에 형성되며 상기 제1 일반부보다 큰 내경을 갖는 제1 기단폭확장부를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조의 상기 제1 보강부재 삽입공의 선단부에는 상기 제1 일반부보다 큰 내경을 갖는 제1 선단폭확장부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조에 있어서, 상기 제2 전단보강부재는, 제2 선재와 상기 제2 선재의 기단부에 형성되며 상기 제2 선재의 직경보다 큰 폭을 갖는 제2 기단정착부재로 구성되고 있고, 상기 제1 기단정착부재는, 상기 제2 기단정착부재의 폭보다 큰 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조의 상기 제1 전단보강부재의 선단부에 상기 제1 선재의 직경보다 큰 폭을 갖는 제1 선단정착부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조의 상기 제1 전단보강부재와 상기 제2 전단보강부재의 선단부에, 각각 상기 제1 선재의 직경보다 큰 폭을 갖는 제1 선단정착부재와 상기 제2 선재의 직경보다 큰 폭을 갖는 제2 선단정착부재가 형성되어 있을 수도 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조에 있어서, 상기 철근 콘크리트 구조물은 라멘(rahmen) 구조로 이루어지고, 상기 제1 보강부재 삽입공은 상기 철근 콘크리트 구조물의 모서리부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조의 상기 제1 기단정착부재는, 상기 제1 선재의 직경의 5배 이상 20배 이하의 폭, 바람직하게는 10배 이상 15배 이하의 폭으로 된 플레이트 형상의 부재가 상기 제1 선재의 기단부에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조의 상기 철근 콘크리트 구조물의 내면에는 섬유 시트가 접착되어 있고, 상기 섬유 시트는 상기 제1 선재와 일체화되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강 구조로서, 상기 철근 콘크리트 구조물의 내면에는 섬유 시트가 접착되어 있고, 상기 섬유 시트는 상기 철근 콘크리트 구조물의 표면과, 상기 제1 선재의 상기 제1 기단정착부재의 표면에 접착되어서 일체화되어 있을 수 있다.
따라서, 소성 힌지가 발생할 것으로 여겨지는 부근(이하, 「제1 영역」이라고 할 경우가 있다)의 전단보강부재인 제1 전단보강부재의 제1 기단정착부재가, 제1 전단보강 철근(제1 선재)의 10배~15배 정도의 폭을 갖는 플레이트 형상의 부재로 형성되어 있으면, 상기 제1 기단정착부재보다 외면측의 콘크리트를 구속하여 더욱 효과적으로 인성성능의 향상을 꾀할 수 있기 때문에 바람직하다. 나아가, 이들 플레이트 형상의 제1 기단정착부재의 표면과 RC 구조물의 표면에 섬유 시트가 일체로 접착되어 있으면 콘크리트의 벗겨져나감을 방지하기 때문에 더욱 효과적으로 인성성능의 향상을 도모할 수 있게 된다. 여기에서, 선재는 이형 철근이나 원형 철근에 한정되지 않으며, 탄소 선재, 강봉, PC강연선 등 모든 선재가 적용가능하다.
또한 본 발명의 전단력 보강 구조는, 다른 2종류의 전단보강부재를 사용하고 있으며, 콘크리트 구조물에 발생하는 응력에 대하여 이들 다른 2종류의 전단보강부재를 적절에 설치하면 더욱 효과적으로 전단 내력을 증대시키고, 또한 인성성능을 향상시킬 수 있게 되어 바람직하다. 또한 다른 응력이 작용하는 각 영역(예를 들면 소성 힌지가 발생할 것으로 여겨지는 영역과, 그 외의 영역)에 있어서, 배치되는 전단보강부재의 형상을 그 응력에 따라 형성시키면 재료비를 필요 최소한으로 제한할 수 있게되기 때문에 바람직하다.
즉, 본 발명의 전단력 보강 구조에 의하면, RC 구조물이 거대 지진 등에 의한 수평력을 받았을 때, 모서리부 부근에 발생하는 소성 힌지의 변형능력을 크게 함으로써 지반의 변형량에 의한 손상을 작게 할 수 있게 된다. 그 때문에 전단파괴와 동시에 상측 하중을 지지할 수 없게 되어 RC 구조물 전체가 파괴되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 일측면으로서의 전단력 보강부재는, 기설의 철근 콘크리트 구조물에 형성된 보강부재 삽입공의 내부에 배치되는 전단보강부재로서, 상기 보강부재 삽입공의 전체길이보다 짧은 길이의 선재와, 상기 선재의 직경보다 큰 폭치수를 가지며, 이 선재의 기단부 및 선단부에 각각 고정된 기단정착부재 및 선단정착부재를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강부재에 있어서, 상기 선단정착부재는, 폭치수가 상기 선재의 직경의 120% 내지 250%로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강부재에 있어서의 상기 선재에는, 그 선단부에 수나사 부재가 일체로 형성되어 있고, 상기 선단정착부재는 두께 치수가 상기 선재의 직경의 80% 내지 120%, 폭치수가 상기 선재의 직경의 200% 내지 300%의 원형 또는 다각형의 형상을 한 강제 플레이트로 이루어지며, 상기 강제 플레이트에는 암나사가 형성되어 있고, 이 암나사에 상기 선재의 수나사 부재를 나사체결함으로써 상기 선재의 선단부에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기 전단력 보강부재에 있어서의 상기 선재에는, 그 선단부에 수나사가 가공되어 있고, 상기 선단정착부재는 두께 치수가 상기 선재의 직경의 80% 내지 120%, 폭치수가 상기 선재의 직경의 200% 내지 300%의 원형 또는 다각형의 형상을 한 강제 플레이트로 이루어지며, 이 강제 플레이트에는 암나사가 형성되어 있고, 이 암나사에 상기 선재의 수나사를 나사체결함으로써 상기 선재의 선단부에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강부재에 있어서의 상기 선재는, 나사 철근으로 구성되어 이루어지고, 상기 선단정착부재는 두께 치수가 상기 선재의 직경의 80% 내지 120%, 폭치수가 상기 선재의 직경의 200% 내지 300%의 원형 또는 다각형의 형상을 한 강제 플레이트로 이루어지며, 이 강제 플레이트에는 암나사가 형성되어 있고, 이 암나사에 상기 선재를 나사체결함으로써 상기 선재의 선단부에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한 상기 전단력 보강부재에 있어서의 상기 기단정착부재는, 두께 치수가 상기 선재의 직경의 30% 내지 120%, 폭치수가 상기 선재의 직경의 130% 내지 300%의 원형 또는 다각형의 형상을 한 강제 플레이트가 상기 선재의 기단부에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기한 본 발명의 여러 측면 및 효과, 그리고 다른 효과 및 더 많은 특징은 첨부 도면을 참조하여 후술하는 본 발명의 예시적 또 비제한적인 실시예의 상세한 설명에 의해 더욱 더 명확해질 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 전단력 보강 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 보강부재 삽입공을 나타내는 도면으로, (a)는 정단면도, (b)는 측단면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 전단보강부재의 전체 사시도이다.
도 4의 (a)는 제1 실시예에 따른 전단보강부재의 링 헤드를 나타내는 사시도이며, (b)~(g)는 링 헤드의 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 5는 링 헤드의 주위에 선단폭확장부를 마련한 경우의 응력 상태를 나타내는 측단면도이다.
도 6의 (a), (b)는 플레이트 헤드를 갖는 전단보강 철근과, 단부에 반원형상의 후크를 형성한 전단보강 철근의 인발 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 전단력 보강 구조를 나타내는 단면도이다.
도 8은 제2 실시예에 따른 전단보강부재의 전체 사시도이다.
도 9는 제3 실시예 및 제4 실시예에 따른 보강 방법의 보강부재 삽입공의 천공 공정을 나타내는 도면으로, (a)는 측단면도, (b)는 정단면도이다.
도 10은 제3 실시예에 따른 전단력 보강 방법의 각 공정을 나타내는 정단면도로, (a)는 충전재 충전공정, (b)는 보강 철근 삽입공정, (c) 및 (d)는 전단보강부재 배치공정을 나타내고 있다.
도 11의 (a)는 제3 실시예에 따른 전단보강부재의 분해 사시도이며, (b) 및 (c)는 전단보강부재의 변형예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 12는 제3 실시예에 따른 보강 구조를 적용한 벽에 전단력이 작용한 경우의 응력상태를 나타내는 정단면도이다.
도 13의 (a), (b)는 플레이트 헤드를 갖는 전단보강 철근과, 단부에 반원형상의 후크를 형성한 전단보강 철근의 인발 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 제4 실시예에 따른 전단력 보강 방법의 각 공정을 나타내는 정단면도로, (a)는 보강 철근 삽입공정, (b)는 전단보강부재 배치공정, (c) 및 (d)는 충전재 충전공정을 나타내고 있다.
도 15는 제5 실시예에 따른 전단력 보강 방법의 각 공정을 나타내는 정단면도로, (a)는 보강 철근 삽입공정, (b)는 보강 철근 삽입공정, (c)은 충전재 충전공 정, (d)은 전단보강부재 배치공정을 나타내고 있다.
도 16은 제6 실시예에 따른 전단력 보강 구조를 나타내는 단면도이며, (b) 및 (c)은 그 변형예이다.
도 17의 (a)는 전단력 보강 구조의 배치 관계를 나타내는 개략적인 단면도이며, (b)는 보강부재 삽입공의 확대 단면도이다.
도 18은 제6 실시예에 따른 전단보강부재의 전체 사시도이다.
도 19는 제6 실시예에 따른 전단력 보강 구조에 전단력이 작용한 경우의 응력상태를 나타내는 측단면도이다.
도 20의 (a), (b)는 플레이트 헤드를 갖는 전단보강 철근과, 단부에 반원형상의 후크를 형성한 전단보강 철근의 인발 실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 21은 제7 실시예에 따른 전단력 보강 구조를 나타내는 단면도이다.
도 22는 제1 전단보강부재를 나타내는 도면으로, (a)는 설치 상황을 나타내는 단면도, (b)는 전체를 나타내는 사시도이다.
도 23은 제2 전단보강부재를 나타내는 도면으로, (a)는 설치 상황을 나타내는 단면도, (b)는 전체를 나타내는 사시도이다.
도 24는 지반에 매설된 박스 컬버트의 지진에 의한 변형 상황을 나타내는 도면으로, (a)는 평상시, (b)는 지진 시, (c)는 지진 시의 굽힘 모멘트도이다.
도 25는 제8 실시예에 따른 전단력 보강 구조를 나타내는 단면도이다.
도 26은 제8 실시예에 따른 제1 전단보강부재의 설치 상황을 나타내는 단면도이다.
본 발명의 보강 방법의 바람직한 실시예에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서는, 지중의 지반(G)에 매설된 기설의 철근 콘크리트 구조물인 측벽 또는 중간벽을 전단보강 할 경우에 관하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 동일요소에는 동일한 부호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다. 여기에서, 본 명세서에 있어서 「외면 」이란 RC 구조체의 면재 또는 판재의 지면(地面)에 면해 있는 측의 면을 말하고, 「내면 」이란 그 면재 또는 판재의 외면에 대향하는 면이며, 지면에 면해 있지 않은 측의 면을 말한다.
<제1 실시예>
제1 실시예에 따른 전단력 보강 구조(1)는 도 1에 도시한 바와 같이 기설의 철근 콘크리트조의 측벽(W)에, 측벽(W)의 내면측으로부터 주근과 교차하는 방향으로 형성된 바닥이 있는 보강부재 삽입공(10)의 내부에 배치되는 전단보강부재(20)와, 상기 보강부재 삽입공(10)에 충전되는 충전재(30)로 구성되어 있다.
여기에서, 전단보강부재(20)는, 선재인 전단보강 철근(21)과, 이 전단보강 철근(21)의 선단부에 고정된 링 헤드(선단정착부재)(22)와, 전단보강 철근(21)의 기단부에 고정된 플레이트 헤드(기단정착부재)(23)로 구성되어 있다(도 3 참조).
[0049] 또한 보강부재 삽입공(10)은, 전단보강 철근(21)의 철근 직경 및 링 헤드(22)의 외경보다 크고, 플레이트 헤드(23)의 폭보다 작은 내경의 일반부(12)와, 보강부재 삽입공(10)의 기단부에 형성되며 플레이트 헤드(23)의 폭보다 큰 내경의 기단폭확장부(11)로 구성되어 있다. 여기에서, 본 명세서에 있어서, 정착부재 의 「폭」은 정착부재의 형상이 사각형, 다각형이면 대각선 길이, 원형이면 직경, 타원형이면 장변길이로 통일하는 것으로 한다.
그리고, 기단폭확장부(11)의 플레이트 헤드(23)보다 내면측의 공간은 충전재(30)에 의해 충전되어 있다.
이하, 제1 실시예에 따른 전단력 보강 구조(1)의 세부에 관하여 설명한다.
[0051] 보강부재 삽입공(10)은, 측벽(W)의 내면측에서 외면측을 향하여 전단보강부재(20)를 설치하기 위해서 천공된 것으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 기설의 RC 구조체의 시공시 배근도나 비파괴시험의 정보를 기초로, 천공시에 주근(R1) 및 배력철근(R2)에 손상을 주는 일이 없도록 가로간격은 주근(R1)과, 세로간격은 배력철근(R2)과 동일간격으로 양쪽 철근의 중앙에 배치되어 있다. 도 2(b)에 도시한 바와 같이 보강부재 삽입공(10)의 천공은 측벽(W)의 내면측(일면측)으로부터 지반(G)과 접해 있는 외면측(다른면측)방향이며 측벽(W)면에 대략 수직한 방향으로, 임팩트 드릴이나 로터리 해머 드릴, 코어 드릴 등의 천공수단을 이용하여, 외면측의 주근(R1)이 있는 위치의 깊이까지 행해져 있다. 또한 보강부재 삽입공(10)은, 약간 아래 방향의 경사를 가지며 천공되어 있고, 다른 면측에 소정치수의 피복 콘크리트 두께를 뺀 길이 치수로 설치하는 동시에, 구멍의 직경은 도 3에 나타내는 전단보강부재(20)의 선단부에 부착되어 있는 링 헤드(22)의 외경에 약간의 여유를 예상한 값으로 형성되어 있다.
보강부재 삽입공(1O)이 약간 하향의 경사를 가지며 형성되는 이유는, 전단보강부재(20)의 삽입시, 충전재(30)를 충전할 때 내부의 공기를 배출하기 쉽게 하기 위해서이며, 이렇게 함으로써 상기 충전재(30)의 충전을 보다 완전하게 행할 수 있게 된다.
또한 보강부재 삽입공(1O)의 기단부에는, 전단보강부재(20)의 기단부(말단부)에 부착되어 있는 플레이트 헤드(23)의 주연부(周緣部)가 걸려 멈춰지도록, 상기 천공수단을 이용하여 천공직경을 확장시킴으로써 기단폭확장부(11)가 형성되어 있다. 또, 이 기단폭확장부(11)의 천공 깊이는 플레이트 헤드(23)의 두께에 피복 콘크리트 두께를 가산한 값이 되어 제1 실시예에서는 내면측의 주근(R1) 위치까지 천공되어 있다.
전단보강부재(20)는 도 3에 도시한 바와 같이 이형 철근으로 된 전단보강 철근(21)과, 상기 전단보강 철근(21)의 선단부 및 기단부에 설치되어 있는 상기 전단보강 철근(21)보다 단면형상이 큰 링 헤드(22) 및 플레이트 헤드(23)로 구성되어 있다. 그리고, 전단보강부재(20)는, 도 1에 도시한 바와 같이 보강부재 삽입공(10)에 삽입된 상태에서 플레이트 헤드(23)의 주연부가 기단폭확장부(11)에 걸려 멈춰지는 동시에, 링 헤드(22)의 선단이 보강부재 삽입공(10) 선단의 바닥에 접하는 길이를 가지고 있다. 여기에서, 전단보강 철근(선재)(21)로서 이형 철근을 사용하는 것으로 하였으나, 선재(21)는 이형 철근에 한정되지 않으며, 선상의 보강재료로서의 기능을 발휘하는 것이면 예를 들면 나사 철근, 강봉, PC강연선, 탄소 선재 등을 사용할 수 있다.
링 헤드(22)는, 도 3 또는 도 4(a)에 도시한 바와 같이 연강이나 알루미늄합금 등의 비교적 가공하기 쉬운 금속제 재료를 사용하고, 두께가 전단보강 철근(21) 직경의 15%~40%, 길이가 전단보강 철근(21) 직경의 100%~250%의 형상을 갖는 원통체를 준비한다. 이것을, 전단보강 철근(21)의 선단부에 씌우고, 이 주위를 반원고리를 두 개 맞춘 그리퍼를 이용하여 주위로부터 눌러 찌그러뜨림으로써, 또는, 철근의 스퀴즈·조인트에 사용하는 원통체를 조여 넣듯이(스퀴즈하듯이) 하여 원통체를 소성 변형시켜서 전단보강 철근(21)과 일체로 함으로써 제조되어 있다.
링 헤드(22)는 상술한 것에 한정되지 않으며, 적절하게 적당한 방법에 의해 그 폭치수가 전단보강 철근의 직경의 120%~250%로 형성하면 좋다. 예를 들면 도 4(b)에 나타내는 링 헤드(22b)와 같이, 전단보강 철근(21)으로서 나사 철근을 이용하여 선단부에 고정 너트를 조여 넣고, 전단보강 철근(21)과 고정 너트의 덜거덕거리기를 제거하기 위해서 더블 너트로 하거나, 너트 내부의 틈새에 에폭시 수지와 같은 충전재를 주입하는 방법 중 어느 한 방법에 의해, 링 헤드(22b)로서 두께가 전단보강 철근의 직경의 150%~250%, 길이가 전단보강 철근의 직경의 100%~250%가 되도록 제조할 수도 있다.
또한, 도 4(c)에 나타내는 링 헤드(22c)와 같이, 두께가 전단보강 철근(21) 직경의 30%~80%, 폭이 전단보강 철근(21) 직경의 140%~200%의 원형강제 플레이트를 전단보강 철근(21)의 선단부에 마찰압접(A) 함으로써 제조할 수도 있다. 또한 도 4(d)나 도 4(e)에 도시한 바와 같이 두께가 전단보강 철근(21) 직경의 30%~80%, 폭이 전단보강 철근(21) 직경의 140%~200%의 다각형 강제 플레이트나, 두께가 전단보강 철근(21) 직경의 30%~80%, 장축이 전단보강 철근(21) 직경의 140%~200%의 타원형(계란형이나 원의 측부를 잘라낸 듯한 형상도 포함한다)강제 플레이트로 제조할 수도 있다. 이렇게 하면, 보강부재 삽입공(10)과의 사이에 틈새가 형성되게 되므로 보강부재 삽입공(10)에 충전되어 있는 충전재(30)에 의한 삽입 저항을 저감할 수 있고, 링 헤드(22d, 22e)의 후방에 공기를 남기지 않는 전단보강부재(20)를 삽입할 수 있다.
또한, 상기 원형강제 플레이트, 다각형 강제 플레이트, 타원형 강제 플레이트에 구멍(h)을 마련함으로써, 충전재(30)에 의한 삽입 저항을 저감할 수 있고, 링 헤드(22f)의 후방에 공기를 남기는 일 없이 전단보강부재(20)를 삽입할 수 있는 구성으로 할 수도 있다(도 4(f) 참조). 또한, 도 4(g)에 도시한 바와 같이 링 헤드(22g)의 전단보강 철근과 접합된 면과 반대측의 면을 볼록한 모양의 구면형상으로 함으로써 삽입 저항을 저감하는 구성으로 할 수도 있다.
여기에서, 링 헤드(22)와 전단보강 철근(21)의 접합 방법은, 상술한 방법에 한정되지 않으며, 마찰 압접접합, 가스 압접접합, 아크 용접접합 등, 그 일체화가 가능하면 된다.
플레이트 헤드(23)는, 도 3에 도시한 바와 같이 두께가 전단보강 철근(21) 직경의 40%~80%, 폭이 전단보강 철근(21) 직경의 150%~300%의 사각형상의 강제 플레이트가 전단보강 철근(21)의 기단부에 일체로 고정되어 형성된다. 플레이트 헤드(23)의 전단보강 철근(21)에의 고정은, 마찰압접기계를 이용하여, 고정된 전단보강 철근(21)에 회전시킨 강제 플레이트를 눌러붙임으로써 회전하는 강제 플레이트에 소정의 압력으로 마찰열을 발생시켜서 강제 플레이트를 전단보강 철근(21)에 용착(마찰압접(A)) 시킴으로써 간단하게 수행할 수 있다.
여기에서, 플레이트 헤드(23)와 전단보강 철근(21)과의 접합 방법은 마찰압접(A)에 한정되지 않으며, 가스압접접합, 아크 용접접합 등, 그 일체화가 가능하면 된다. 또한, 플레이트 헤드(23)의 형상은 사각형에 한정되지 않으며, 원형, 타원형, 다각형 등이어도 좋다.
또, 양단부의 링 헤드(22)와 플레이트 헤드(23)의 조합은, 보강을 행하는 측벽(W)의 배근 상태, 콘크리트 강도, 벽두께 등의 요인에 맞춰서 자유롭게 선택할 수 있다.
충전재(30)에는 가소성이 있는 시멘트계 모르타르로 이루어지고, 상향으로 충전하더라도 흘러내리지 않는 성질을 갖는 것을 사용한다. 여기에서, 가소성이 있는 시멘트계 모르타르는 시멘트와 실리카흄이나 석영분 등의 포졸란 물질과 증점재와 물로 구성되는 재료이다. 또, 충전재(30)의 재질 등은, 같은 특성을 갖는 것이면 이것에 한정되지 않는다.
본 발명의 전단력 보강 구조는, 도 1에 나타낸 바와 같이 면외의 전단력(S)이 작용할 때에 발생하는 경사 방향의 균열(c)에 대하여 직접적으로 전단보강부재(20)로 보강하여 전단 내력을 향상시키는 것이다.
즉, 면외의 전단력(S)이 측벽(W)에 작용하면 경사 방향의 균열(c)이 발생하려고 하는데, 전단보강부재(20)에 인장력이 작용하기 때문에 양단부의 링 헤드(22)나 플레이트 헤드(23)에 인발력(ft)이 작용한다. 이 때문에, 링 헤드(22) 및 플레이트 헤드(23)의 내측에 있는 콘크리트(이하 「내부 콘크리트」라고 한다)에는, 그 반력으로서 내부 콘크리트에 지압력(支壓力)이 작용하여 압축 응력(fc)의 장이 형 성된다. 즉, 내부 콘크리트는 횡방향의 구속을 받아 경사 방향의 인장에 대해서 저항력을 증대시키는 결과가 된다. 이 때문에, 단부에 각각 링 헤드(22)와 플레이트 헤드(23)가 붙은 전단보강부재(20)에 의해 측벽(W)의 면외 전단 내력이 증대되는 동시에, 내부 콘크리트에 압축 응력(fc)이 발생함(압축 응력장이 형성됨)에 따른 인성성능의 증대도 꾀할 수 있게 된다.
또한 제1 실시예에 있어서, 링 헤드(22)의 주위에 선단폭확장부(13)를 마련할 수도 있으며, 그 경우에는 도 5에 나타내는 전단력 보강 구조(1')와 같이 링 헤드(22)의 정착 효과와 인성성능이 증대된다. 즉 링 헤드(22)에 인발력(ft)이 작용할 때, 천공 내벽과 충전재(30) 사이에서 부착 미끄러짐이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 인발 강성을 증대시킬 수 있다. 나아가, 링 헤드(22)에 작용하는 지압반력이 내부 콘크리트에 유효하게 작용하여, 큰 압축 응력(fc)의 장이 형성되기 때문에 내부 콘크리트의 구속 효과가 더욱 높아지고 인성성능이 증대된다.
또한 제1 실시예에 따른 전단력 보강 구조(1)에 의한 보강을 행한 경우에, 링 헤드(22)와 플레이트 헤드(23)가 존재함으로 인해 정착 부분이 증대되게 된다. 이 정착 효과를 알아보기 위해서, 플레이트 헤드(23)를 갖는 전단보강 철근(21)과, 단부에 반원형상의 후크를 형성한 전단보강 철근(이하 「비교예」라고 한다)의 인발 실험을 수행한 결과의 일례를 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타낸다. 도 6(a)는, 이형 철근(D16)을 사용하고, RC 부재중에 직경 25mm의 보강부재 삽입공을 천공하고, 상기 보강부재 삽입공에 두께 9mm, 직경 35mm의 원형의 플레이트 헤드(23)를 갖는 전단보강부재와 비교예를 삽입하여, 충전재를 충전시켜서 경화시킨 경우의 각 전단보 강부재의 인장응력과 인발변위의 관계를 구한 것이다.
도 6(b)는, 마찬가지로 이형 철근(D22)을 사용하고, RC 부재중에 직경 32mm의 보강부재 삽입공을 천공하고, 상기 보강부재 삽입공에 두께 16mm, 직경이 45mm의 원형의 플레이트 헤드를 갖는 전단보강부재와 비교예를 삽입하고, 각 전단보강부재의 인장응력과 인발변위의 관계를 구한 것이다.
이 결과에 의하면, 본 발명에 따른 플레이트 헤드(23)를 갖는 전단보강 철근은 비교예와 비교하면 인발변위가 작고 (인발 강성이 높고), 정착 효과가 현격히 우수하다는 것이 실증되게 되었다.
제1 실시예에 따른 전단력 보강 구조(1)의 구축은 보강부재 삽입공(1O)을 측벽(W)에 천공한 후, 일반부(12)에의 충전재(30)의 충전을 행하고 보강부재 삽입공(10)에 선단보강부재(20)를 삽입하여, 기단폭확장부(11)에 충전재(30)를 충전함으로써 행한다. 여기에서, 일반부(12)에의 충전재(30)의 충전과, 보강부재 삽입공(10)에의 전단보강부재(20)를 삽입하는 순서는 한정되지 않으며, 전단보강부재(20)를 보강부재 삽입공(10)에 삽입한 후에 충전재(30)를 충전하는 구성으로 해도 된다. 이 경우에, 충전재(30)의 일반부(12)에의 충전은, 플레이트 헤드(23)에 주입공을 형성하고 이 주입공으로부터 주입함으로써 행하면 된다.
<제2 실시예>
제2 실시예에 따른 전단력 보강 구조(2)는, 도 7에 도시한 바와 같이 기설의 철근 콘크리트 구조물인 측벽(W)과, 이 측벽(W)의 주근과 교차하는 방향으로 형성된 바닥이 있는 보강부재 삽입공(10)의 내부에 배치되는 전단보강부재(20')와, 상 기 보강부재 삽입공(10)에 충전되는 충전재(30)로 구성되어 있다.
여기에서, 전단보강부재(20')는, 도 8에 도시한 바와 같이 선재인 전단보강 철근(21')과, 상기 전단보강 철근(21')의 기단부에 고정된 플레이트 헤드(기단정착부재)(23)로 구성되어 있다.
또한 보강부재 삽입공(10)은, 도 7에 도시한 바와 같이 전단보강 철근(21')의 철근 직경보다 크고, 플레이트 헤드(23)의 폭보다 작은 내경의 일반부(12)와, 상기 보강부재 삽입공(10)의 기단부에 형성되어 플레이트 헤드(23)의 폭보다 큰 내경의 기단폭확장부(11)로 구성되어 있다.
또한 충전재(30)는 제1 실시예에서 사용한 충전재(30)와 마찬가지의 것을 사용한다.
이하, 제2 실시예에 따른 전단력 보강 구조의 세부에 관하여 설명한다.
보강부재 삽입공(10)은, 측벽(W)의 내면측에서 외면측을 향하여 전단보강부재(20')를 설치하기 위해서 천공된 것으로, 도 2에 도시한 바와 같이 기설의 RC 구조체의 시공시의 배근도나 비파괴시험의 정보를 바탕으로, 천공 시에 주근(R1) 및 배력철근(R2)에 손상을 주지 않도록, 가로간격은 주근(R1)과, 세로간격은 배력철근(R2)과 동일간격으로 양 철근의 중앙에 배치되어 있다. 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 보강부재 삽입공(10)의 천공은 측벽(W)의 내면측(일면측)으로부터 지반(G)과 접해 있는 외면측(다른 면측)방향이며 측벽(W)면에 대략 수직한 방향으로 임펙트·드릴이나 로터리 해머 드릴, 코어 드릴 등의 천공수단을 이용하여 외면측의 주근(R1)이 있는 위치의 깊이까지 행하여져 있다. 또한, 보강부재 삽입공(10)은, 약 간 하향의 경사를 갖고 천공되어 있고, 다른 면측에 소정 치수의 피복 콘크리트 두께를 뺀 길이 치수로 설치하는 동시에, 구멍의 직경은 도 8에 나타내는 전단보강 철근(21')의 철근 직경에 약간의 여유를 예상한 값으로 형성되어 있다.
또한, 보강부재 삽입공(10)의 기단부에는, 전단보강부재(20')의 기단부(말단부)에 부착되어 있는 플레이트 헤드(23)의 주연부가 걸려 멈춰지도록 상기 천공수단을 이용하여 천공직경을 확대함으로써 기단폭확장부(11)가 형성되어 있다. 이 기단폭확장부(11)의 천공 깊이는 플레이트 헤드(23)의 두께에 피복 콘크리트 두께를 가산한 값이 되어 있으며, 본 실시예에서는 제1 실시예와 마찬가지로 내면측의 주근(R1)의 위치까지 천공되어 있다.
전단보강부재(20')는, 도 8에 도시한 바와 같이 그 선단에 첨예부(25)를 갖는 전단보강 철근(21')과, 상기 전단보강 철근(21')의 기단부에 마찰압접(A)에 의해 설치되어 있는 상기 전단보강 철근(21')보다 단면형상이 큰 플레이트 헤드(23)로 구성되어 있다. 또, 전단보강 철근(21')의 기단부와 플레이트 헤드(23)의 마찰압접(A)에 의한 고정 방법은, 제1 실시예에서 설명한 방법과 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다. 또한 플레이트 헤드(23)의 형상도 제1 실시예에서 설명한 것과 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 전단보강부재(20')는 도 7에 도시한 바와 같이 보강부재 삽입공(10)에 삽입한 상태에서, 플레이트 헤드(23)의 주연부가 기단폭확장부(11)에 걸려 멈춰지는 동시에, 전단보강 철근(21')의 선단이 보강부재 삽입공(10)의 선단의 바닥에 접하는 길이를 가지고 있다.
전단보강부재(20')의 첨예부(25)의 가공 방법은, 전단보강 철근(21')의 선단 부를 예각으로 잘라 내거나 가열하여 변형시키는 등, 한정되지 않는다. 전단보강 철근(21')의 선단부에 첨예부(25)를 마련함으로써, 전단보강부재(20')의 삽입전에 충전재(30)를 충전할 경우, 전단보강부재(20')를 삽입할 때 공기가 말려드는 것을 방지할 수 있게 된다.
또, 플레이트 헤드(23) 내면측의 기단폭확장부(11)에 생긴 공간은, 시멘트계 모르타르로 된 충전재(30)를 흙손으로 문질러 넣음함으로써 충전되어 있다.
이어서 본 실시예에 의한 전단보강의 메커니즘에 대해서 도 7을 사용하여 설명한다.
면외의 전단력이 측벽(W)에 작용하면 경사 방향의 균열(c)이 발생하려고 하지만, 전단보강 철근(21')이 있어서 이 전단보강 철근(21')에 인장력이 작용하여 단부의 플레이트 헤드(23)에 인발력(ft)이 작용한다. 이 때문에, 플레이트 헤드(23)의 내측에 있는 콘크리트에는 플레이트 헤드(23)로부터의 지압력이 작용하여 측벽(W)내부의 콘크리트에는 압축 응력(fc)이 작용한다. 즉 플레이트 헤드(23) 내측의 콘크리트는 횡구속을 받아 경사방향의 인장에 대하여 저항력을 증대시키는 결과가 된다. 이 때문에, 단부에 플레이트 헤드(23)가 부착된 철근보강에 의해 측벽(W)의 면외 전단 내력이 증대되는 동시에 내부 콘크리트에 압축 응력(fc)이 형성되어 있는 것에 의한 인성성능도 증대된다.
본 실시예에 의하여 보강한 경우에도, 정착 효과를 알아보기 위해서 제1 실시예에서 행하여진 인발 실험을 수행한 바, 도 6(a), (b)와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
제2 실시예에 따른 전단력 보강 구조(2)의 구축은, 보강부재 삽입공(10)을 측벽(W)에 천공한 후 일반부(12)에의 충전재(30)의 충전을 행하고, 보강부재 삽입공(10)에 전단보강부재(20')를 삽입하여 기단폭확장부(11)에 충전재(30)를 충전함으로써 행한다.
제3 내지 제5 실시예에 따른 전단력 보강 구조(3)는, 기설의 철근 콘크리트조의 중간벽(W')과, 이 중간벽(W')의 주근과 교차하는 방향으로 중간벽(W')을 관통한 보강부재 삽입공(10)의 내부에 배치되는 전단보강부재(40)와, 상기 보강부재 삽입공(10)에 충전되는 충전재(30)로 구성되어 있다(도 10(d), 도 14(d), 도 15(d)참조). 설명에 있어서 「좌」,「우」는 도 9(b)에 나타낸 방향으로 통일한다.
전단보강부재(40)는 선재인 전단보강 철근(41)과, 이 기단부와 선단부에 각각 고정된 기단 플레이트 헤드(기단정착부재)(43)와, 선단 플레이트 헤드(선단정착부재)(42)로 구성되어 있다.
또한 보강부재 삽입공(10)은, 전단보강 철근(41)의 철근 직경보다 크고, 기단 플레이트 헤드(43)의 폭치수보다 작은 내경의 일반부(12)와, 보강부재 삽입공(10)의 기단부에 형성된, 기단 플레이트 헤드(43)의 폭치수보다 큰 내경의 폭확장부(11)와, 보강부재 삽입공(10)의 선단부에 형성된, 선단 플레이트 헤드(42)의 폭치수보다 큰 내경의 폭확장부(11)로 구성되어 있다.
이하, 제3 내지 제5 실시예에 따른 전단력 보강 구조의 구축 방법 및 세부의 구성에 관하여 설명한다.
<제3 실시예>
제3 실시예에 따른 보강 방법은, (1) 보강부재 삽입공 천공공정과, (2) 충전재 충전공정과, (3) 보강 철근 삽입공정과, (4) 전단보강부재 배치공정의 각 공정을 주요부로 해서 구성되어 있다.
(1) 보강부재 삽입공의 천공공정
본 공정은 기설의 RC 구조체 중간벽을 관통하는, 전단보강부재를 설치하기 위한 보강부재 삽입공을 천공하는 공정이다.
도 9(a)에 도시한 바와 같이, 보강부재 삽입공(10)은, 기설의 RC 구조체의 시공시의 배근도나 비파괴시험의 정보를 바탕으로, 천공 시에 주근(R1) 및 배력철근(R2)에 손상을 주지 않도록, 가로간격은 주근(R1)과, 세로간격은 배력철근(R2)과 동일간격으로 양 철근의 중앙에 배치한다. 도 9(b)에 도시한 바와 같이, 보강부재 삽입공(10)은, 중간벽(W')의 측면에 대략 수직한 방향으로 관통되어 있고, 임펙트·드릴, 레그 드릴, 로터리 해머 드릴, 코어 드릴 등의 천공수단을 이용하여 천공된다. 이 보강부재 삽입공(10)의 구멍의 직경은, 도 10(b)에 나타내는 전단보강 철근(41)의 철근 직경에 약간의 여유를 예상한 값으로 한다.
그 후 전단보강부재(40)의 기단부(말단부)에 부착되어 있는 기단 플레이트 헤드(기단측 정착부재)(43)와 선단부에 부착되어 있는 선단 플레이트 헤드(선단측 정착부재)(42)의 주연부가 구멍 내에 걸려 멈춰지도록(도 10(c) 참조), 상기 천공수단을 이용하여 보강부재 삽입공(10)의 천공직경을 확대(이하, 이 천공직경이 확대된 부분을 「폭확장부(11)」라고 한다)한다. 이 폭확장부(11)의 천공 깊이는 각각 선단 플레이트 헤드(42)와 기단 플레이트 헤드(43)의 두께에 피복 콘크리트 두 께를 가산한 값으로 할 필요가 있다. 즉, 전단보강부재(40)를 보강부재 삽입공(10)에 배치한 상태에서 선단 플레이트 헤드(42)와 기단 플레이트 헤드(43)가 주근(R1)과 동등한 피복 콘크리트 두께를 확보하고 있다. 이 폭확장부(11)의 직경은 각각 선단 플레이트 헤드(42)와 기단 플레이트 헤드(43)의 폭(원형의 경우에는 직경)에 약간의 여유를 예상한 값으로 한다. 이하, 보강부재 삽입공(10)에서 천공직경이 확대되지 않은 부분을 일반부(12)이라고 칭한다.
그리고, 보강부재 삽입공(10)의 폭확장부(11)의 천공이 완료되면 상기 구멍 내에 천공으로 인해 생긴 콘크리트 가루를 제거한다.
(2) 충전재 충전공정
본 공정은 도 1O(a)에 도시한 바와 같이 보강부재 삽입공 천공공정에서 천공된 보강부재 삽입공(10)의 일반부(12)에 충전재(30)를 압입 기계(M)에 의해 충전하는 공정이다.
도 10(a)에 도시한 바와 같이 보강부재 삽입공(10)의 천공이 완료한 후, 압입 기계(M)에 의해 일반부(12)에 가소성이 있는 시멘트계 모르타르로 된 충전재(30)를 충전한다. 여기에서, 보강부재 삽입공(10)의 일반부(12)의 우측 단부에는 목제 혹은 플라스틱제의 마개(30a)가 설치되어 있어 충전재(30)의 유출을 방지하고 있다.
가소성이 있는 시멘트계 모르타르는 시멘트와 실리카흄이나 석영분 등의 포졸란 물질과 증점재와 물로 구성되는 재료로서, 상향으로 충전하더라도 흘러내리는 일이 없는 성질을 갖고 있는 충전재(30)가 있으므로, 보강부재 삽입공(10)의 방향 에 한정되는 일 없이 충전하는 것이 가능하다. 또, 충전재(30)의 재질 등은 마찬가지 특성을 갖는 것이면 이것에 한정되지 않는다. 또한 충전재(30)의 보강부재 삽입공(10)에의 충전은 압입 기계(M)에 의한 충전에 한정되지 않으며, 기타 공지의 방법에 의해 충전할 수도 있다.
(3) 전단보강 철근 삽입공정
본 공정은, 도 10(b)에 도시한 바와 같이 충전재 충전공정에서 일반부(12)에 충전재(30)가 충전된 보강부재 삽입공(10)에 전단보강 철근(41)과, 전단보강 철근(41)의 기단부에 설치되어 있는, 상기 전단보강 철근(41)보다 단면형상이 큰 기단 플레이트 헤드(43)를 삽입하는 공정이다.
전단보강 철근(41)의 보강부재 삽입공(10)에의 삽입은, 보강부재 삽입공(10)의 마개(30a)가 설치되어 있지 않은 좌측의 개구부로부터, 그 기단부에 기단 플레이트 헤드(43)가 고정된 전단보강 철근(41)을, 그 선단이 마개(30a)에 접할 때까지 삽입함으로써 행한다. 이 때, 보강부재 삽입공(10)은 전단보강 철근(41)의 철근 직경에 여유를 예상해서 형성되어 있기 때문에, 보강부재 삽입공(10)의 일반부(12) 내에 충전재(30)가 충전되어 있더라도 전단보강 철근(41)의 삽입이 가능하도록 되어 있다. 또, 전단보강 철근(41)을 보강부재 삽입공(10)에 삽입할 때, 전단보강 철근(41)의 선단부에 탄환 형상의 고무제 혹은 플라스틱제의 캡을 부착함으로써 충전재의 삽입 저항을 작게 하는 구성으로 할 수도 있다.
여기에서, 제3 실시예에 따른 전단보강 철근(41)은 도 11(a)에 도시한 바와 같이 이형 철근으로 이루어지고, 그 기단부(도 11(a)에서 좌단부)에는 기단 플레이 트 헤드(43)가 마찰압접(A)에 의해 고정되어 있다. 또한 전단보강 철근(41)의 선단부(도 11(a)에서 우단부)에는 후술하는 선단 플레이트 헤드(42)를 접합하기 위한 수나사 부재(41a)가 마찰압접(A)에 의해 고정되어 있다. 여기에서, 전단보강 철근(선재)(41)으로서 이형 철근을 사용하는 것으로 하였으나, 선재(41)는 이형 철근에 한정되지 않으며, 선상의 보강재료로서의 기능을 발휘하는 것이면, 예를 들면 나사 철근, 강봉, PC강연선, 탄소선재 등을 사용할 수도 있다.
또한 기단 플레이트 헤드(43)는, 도 11(a)에 도시한 바와 같이 두께 치수가 전단보강 철근(41)의 철근 직경의 30%~120%, 폭치수가 전단보강 철근(41)의 철근 직경의 200%~300%의 사각형상을 한 강제 플레이트를, 전단보강 철근(41)의 기단부에 접합함으로써 구성되어 있다.
기단 플레이트 헤드(43)의 전단보강 철근(41)에의 접합 방법은, 도시하지 않은 마찰압접기계을 이용하여, 고정된 전단보강 철근(41)에 회전시킨 강제 플레이트를 눌러 붙임으로써, 회전하는 강제 플레이트에 소정의 압력으로 마찰열을 발생시켜서 강제 플레이트를 전단보강 철근(41)에 용착(마찰압접(A))시킴으로써 수행한다.
여기에서, 기단 플레이트 헤드(43)와 전단보강 철근(41)과의 접합 방법은 마찰압접(A)에 한정되지 않으며, 가스압접접합이나 아크 용접접합 등 그 일체화가 가능하면 된다. 또한 기단 플레이트 헤드(43)의 형상은 사각형에 한정되지 않으며, 그 밖의 다각형, 원형, 타원형이어도 된다.
(4) 전단보강부재 배치공정
본 공정은, 도 10(c) 및 도 10(d)에 도시한 바와 같이 보강부재 삽입공(10)의 우측으로부터, 전단보강 철근(41)보다 단면형상이 큰 선단 플레이트 헤드(42)를 삽입하고, 전단보강 철근 삽입공정에서 보강부재 삽입공(10)에 삽입된 전단보강 철근(41)의 선단부에 고정한 후, 폭확장부(11) 내의 공간(11a)에 충전재(30)를 충전함으로써 중간벽(W')의 내부에 전단보강부재(40)를 배치하는 공정이다.
선단 플레이트 헤드(42)는, 보강부재 삽입공(10)의 일반부(12)의 우단부에 설치된 마개(30a)를 뗀 다음, 상기 일반부(12)의 단면(폭확장부(11)의 바닥면)에 선단 플레이트 헤드(42)의 후술하는 암나사(42a)가 배치되도록, 보강부재 삽입공(10)의 우측으로부터 삽입한다. 그리고, 전단보강 철근(41)의 선단을 암나사(42a)에 나사체결함으로써 전단보강 철근(41)과 선단 플레이트 헤드(42)를 고정시켜 중간벽(W')의 내부에 전단보강부재(40)를 형성한다.
그리고, 선단 플레이트 헤드(42)의 우측의 폭확장부(11)에 생긴 공간(11a) 및 기단 플레이트 헤드(43)의 좌측의 폭확장부(11)에 생긴 공간(11a)을 시멘트계 모르타르로 된 충전재(30)를 흙손으로 문질러 넣음함으로써 충전한다. 충전이 완료되면, 충전재(30)가 그 유동성에 의해 변형되지 않도록 거푸집(46)을, 폭확장부(11)를 막도록 중간벽(W')의 표면에 설치한다. 거푸집(46)은 충전재(30)가 경화된 후에 철거한다. 이 경우에, 보강부재 삽입공(10)이 제3 실시예와 같이 횡방향일 경우에는, 충전재(30)가 변형될 일이 없기 때문에 거푸집(46)을 설치할 필요가 없는 경우도 있다. 또한, 보강부재 삽입공(10)이 세로 방향인 경우, 또는 경사져 있을 경우에는 하측이 되는 폭확장부(11)에만 거푸집(46)을 설치하면 된다. 거푸 집(46)의 재질, 형상, 설치 방법은 폭확장부(11)로부터의 충전재(30)의 유출을 억제할 수 있으면 되며 한정되지 않는다. 이 보강부재 삽입공(10)의 내부에는 미리 충전재(30)가 충전되어 있으므로, 전단보강부재(40)를 삽입하여 충전재가 경화됨으로써 전단보강부재(40)가 틈새 없이 보강부재 삽입공(10) 내에 고정되어 중간벽(W')과의 일체화가 가능해진다.
여기에서, 제3 실시예에 따른 선단 플레이트 헤드(42)는, 도 11(a)에 도시한 바와 같이 두께가 전단보강 철근(41)의 철근 직경의 80%~120%, 폭치수가 전단보강 철근(41)의 철근 직경의 200%~300%의 사각형상을 한 강제 플레이트의 중앙에 암나사(42a)가 형성되어 있고, 이 암나사(42a)에 전단보강 철근(41)의 수나사 부재(41a)를 나사체결할 수 있게 되어 있다. 선단 플레이트 헤드(42)의 형상은 사각형에 한정되지 않으며, 그 밖의 다각형, 원형, 타원형(계란형이나 원의 측부를 잘라 낸 것 같은 형상도 포함한다)이어도 좋다. 또한 선단 플레이트 헤드(42)의 전단보강 철근(41)과의 접합부의 형상도 한정되지 않으며, 도 11(c)에 나타내는 선단 플레이트 헤드(42')와 같이 그 내면에 전단보강 철근(41)의 선단의 형상에 맞추어서 암나사가 형성된 통 모양의 부재(42a')를 고정하는 구성이어도 된다. 이 경우에, 통 모양의 부재(42a')로서는 너트를 사용할 수 있다.
또한 전단보강 철근(41)으로서, 이형 철근의 선단에 수나사 부재(41a)를 마찰압접(A)에 의해 접합한 것을 사용하는 것으로 하였으나, 이것에 한정되지 않으며 예를 들면 도 11(b)에 도시한 바와 같이 전단보강 철근(41')으로서, 이형 철근의 선단부에 수나사(41a')를 가공한 것을 사용할 수도 있고, 또는 도 11(c)에 도시한 바와 같이 전단보강 철근(41")으로서 나사 철근을 사용할 수도 있다.
또한 충전재 충전공정에 있어서, 마개(30a) 대신에 선단 플레이트 헤드(42)를 일반부(12)의 우단에 배치하여, 상기 선단 플레이트 헤드(42)의 주위에 밀봉재를 개재함으로써 일반부(12)의 우단을 차폐한 후, 충전재(30)를 충전하는 구성으로 할 수도 있다. 이에 의해, 전단보강 철근 삽입공정에 있어서 전단보강 철근(41)을 보강 철근삽입 구멍(10)에 삽입하고, 선단 플레이트 헤드(42)에 그 선단을 고정함으로써 중간벽(W')의 내부에 전단보강부재(40)를 설치할 수 있게 된다.
본 발명의 보강 방법에 의해 보강된 RC 구조체는, 도 12에 나타낸 바와 같이 면외의 전단력(S)이 작용하였을 때에 발생하는 경사 방향의 균열(c)에 대하여, 직접적으로 전단보강부재(40)로 보강하여 전단 내력을 향상시키는 것이다.
즉, 면외의 전단력(S)가 중간벽(W')에 작용하면 경사 방향의 균열(c)이 발생하려고 하는데, 전단보강부재(40)에 인장력이 작용하기 때문에 양단부의 선단 플레이트 헤드(42)나 기단 플레이트 헤드(43)에 인발력(ft)이 작용한다. 이 때문에, 선단 플레이트 헤드(42) 및 기단 플레이트 헤드(43)의 내측에 있는 콘크리트(이하 「내부 콘크리트」라고 한다)에는, 그 반력으로서 내부 콘크리트에 지압력이 작용하여 압축 응력(fc)의 장이 형성된다. 즉, 내부 콘크리트는 횡구속을 받아 경사방향의 인장에 대하여 저항력을 증대시키는 결과가 된다. 이 때문에, 단부에 각각 선단 플레이트 헤드(42)와 기단 플레이트 헤드(43)가 부착된 전단보강부재(40)에 의하여 중간벽(W')의 면외 전단 내력이 증대되는 동시에, 내부 콘크리트에 압축 응력(fc)이 발생하는(압축 응력장이 형성되는) 것에 의한 인성성능의 증대도 도모할 수 있 게 된다.
또한 본 실시예에 의한 보강을 행한 경우에, 선단 플레이트 헤드(42)와 기단 플레이트 헤드(43)가 존재함으로 인해 정착 부분이 증대되게 된다. 이 정착 효과를 알아보기 위해, 기단 플레이트 헤드(43)를 갖는 전단보강 철근(41)과, 단부에 반원형상의 후크를 형성한 전단보강 철근(이하 「비교예」라고 한다)의 인발 실험을 수행한 결과의 일례를 도 13(a) 및 도 13(b)에 나타낸다.
도 13(a)는, 이형 철근(D16)을 사용하고, RC 부재중에 직경 25mm의 보강부재 삽입공을 천공하고, 상기 보강부재 삽입공에 두께 9mm, 직경 35mm의 원형상의 기단 플레이트 헤드를 갖는 전단보강부재와 비교예를 삽입하여 충전재를 충전시켜서 경화시켰을 경우의, 각 전단보강부재의 인장응력과 인발변위의 관계를 구한 것이다.
도 13(b)는, 마찬가지로 이형 철근(D22)을 사용하고, RC 부재중에 직경 32mm의 보강부재 삽입공을 천공하고, 상기 보강부재 삽입공에 두께 16mm, 직경이 45mm의 원형상의 기단 플레이트 헤드를 갖는 전단보강부재와 비교예를 삽입하여 각 전단보강부재의 인장응력과 인발변위의 관계를 구한 것이다.
이 결과에 의하면, 본 발명에 따른 기단 플레이트 헤드를 갖는 전단보강 철근은 비교예와 비교하면 인발변위가 작고(인발 강성이 높고), 정착 효과가 현격히 우수하다는 것이 실증되게 되었다.
<제4 실시예>
제4 실시예에 따른 보강 방법은, (1) 보강부재 삽입공 천공공정과, (2) 보강 철근 삽입공정과, (3) 전단보강부재 배치공정과, (4) 충전재 충전공정의 각 공정을 주요부로 하여 구성되어 있다.
(1) 보강부재 삽입공 천공공정
본 공정은, 제3 실시예에서 설명한 보강부재 삽입공 천공공정과 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다.
(2) 전단보강 철근 삽입공정
본 공정은, 도 14(a)에 도시한 바와 같이 보강부재 삽입공 천공공정에서 중간벽(W')에 관통된 보강부재 삽입공(10)에 전단보강 철근(41)과, 전단보강 철근(41)의 기단부에 설치되어 있는, 상기 전단보강 철근(41)보다 단면형상이 큰 기단 플레이트 헤드(43)를 삽입하는 공정이다.
전단보강 철근(41)의 보강부재 삽입공(10)에의 삽입은, 보강부재 삽입공(10)의 좌측의 개구부로부터, 그 기단부에 기단 플레이트 헤드(43)가 고정된 전단보강 철근(41)을 기단 플레이트 헤드(43)가 좌측의 폭확장부(11)의 선단부에 접할 때까지 삽입함으로써 행한다.
여기에서, 기단 플레이트 헤드(43)에는 후술하는 충전재(30)의 충전시의 공기빼기구멍(43a)이 미리 형성되어 있다. 또, 제4 실시예에 따른 전단보강 철근(41) 및 기단 플레이트 헤드(43)의 그 밖의 구성은 제3 실시예에 나타낸 구성과 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다.
(3) 전단보강부재 배치공정
본 공정은, 도 14(b)에 도시한 바와 같이 보강부재 삽입공(10)의 우측으로부터, 전단보강 철근(41)보다 단면형상이 큰 선단 플레이트 헤드(42)를 삽입하고, 전 단보강 철근 삽입공정에서 보강부재 삽입공(10)에 삽입된 전단보강 철근(41)의 선단부에 고정함으로써, 중간벽(W')의 내부에 전단보강부재(40)를 배치하는 공정이다.
선단 플레이트 헤드(42)는, 보강부재 삽입공(10)의 일반부(12)의 우단부(폭확장부의 바닥면)에 선단 플레이트 헤드(42)의 암나사(42a)가 배치되도록 보강부재 삽입공(10)의 우측으로부터 삽입한다. 그리고, 전단보강 철근(41)의 선단을 암나사(42a)에 나사체결함으로써 전단보강 철근(41)과 선단 플레이트 헤드(42)를 고정시켜 중간벽(W')의 내부에 전단보강부재(40)를 형성한다. 그리고, 선단 플레이트 헤드(42) 및 기단 플레이트 헤드(43)의 주위에는, 밀봉재(44)를 개재하여 후술하는 충전재 충전공정에서 충전재(30)를 주입하였을 때 충전재(30)가 누설되는 것을 방지한다.
여기에서, 제4 실시예에 따른 선단 플레이트 헤드(42)에는 후술하는 충전재(30)의 충전시의 주입공(42b)이 미리 형성되어 있다. 또한 선단 플레이트 헤드(42)의 그 밖의 구성은 제3 실시예에 나타낸 구성과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
(4) 충전재 충전공정
본 공정은, 도 14(c) 및 도14(d)에 도시한 바와 같이 전단보강부재(40)가 설치된 보강부재 삽입공(10)에 충전재(30)를 충전하는 공정이다.
우선, 도 14(c)에 도시한 바와 같이, 비닐 튜브 등으로 이루어지는 주입관(31)을 선단 플레이트 헤드(42)의 주입공(42b)에 삽입하여 보강부재 삽입공(10) 의 일반부(12)까지 관통시킨다. 또한, 기단 플레이트 헤드(43)의 공기빼기구멍(43a)에는 비닐 튜브 등으로 이루어지는 공기빼기관(32)을 보강부재 삽입공(10)의 일반부(12)까지 관통시킨다.
그리고, 주입관(31)으로부터 공지의 주입 장치를 이용해서 충전재(30)를 일반부(12)에 주입(충전) 한다. 또, 충전재(30)의 주입은, 공기빼기관(32)으로부터 충전재(30)가 배출될 때까지 행하는 것으로 하여 일반부(12)와 전단보강 철근(41)과의 틈새를 완전히 충전한다. 또한, 일반부(12)의 양단에는 그 주위가 밀봉재(44)에 의해 개재된 선단 플레이트 헤드(42) 및 기단 플레이트 헤드(43)에 의해 차폐되어 있기 때문에 충전재(30)가 누설되는 일이 없다.
일반부(12)에의 충전재(30)의 충전이 완료되면, 선단 플레이트 헤드(42)의 우측의 폭확장부(11)에 생긴 공간(11a) 및 기단 플레이트 헤드(43)의 좌측의 폭확장부(11)에 생긴 공간(11a)을, 시멘트계 모르타르로 된 충전재(30)를 흙손으로 문질러 넣음함으로써 충전한다. 공간(11a)에의 충전재(30)의 충전 방법은, 제3 실시예에서 나타낸 방법과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
이에 의해, 충전재(30)가 경화됨으로써 전단보강부재(40)가 틈새 없이 보강부재 삽입공(10) 내에 고정되어서, 중간벽(W')과의 일체화가 가능해져 전단력 보강 구조(4)가 완성된다.
또한, 제4 실시예에 의한 전단보강의 메커니즘 및 정착 효과는 제3 실시예에서 기재한 내용과 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다.
<제5 실시예>
제5 실시예에 따른 보강 방법은, (1) 보강부재 삽입공 천공공정과, (2) 보강 철근 삽입공정과, (3) 충전재 충전공정과, (4) 전단보강부재 배치공정의 각 공정을 주요부로 하여 구성되어 있다.
(1) 보강부재 삽입공 천공공정
본 공정은, 제3 실시예에서 설명한 보강부재 삽입공 천공공정과 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다.
(2) 전단보강 철근 삽입공정
본 공정은, 도 15(a)에 도시한 바와 같이 보강부재 삽입공 천공공정에서 중간벽(W')에 관통된 보강부재 삽입공(10)에 전단보강 철근(41)과, 전단보강 철근(41)의 기단부에 설치되어 있는, 상기 전단보강 철근(41)보다 단면형상이 큰 기단 플레이트 헤드(43)를 삽입하는 공정이다.
전단보강 철근(41)의 보강부재 삽입공(10)에의 삽입은, 보강부재 삽입공(10)의 좌측의 개구부로부터, 그 기단부에 기단 플레이트 헤드(43)가 고정된 전단보강 철근(41)을, 기단 플레이트 헤드(43)가 좌측의 폭확장부(11)의 바닥면(일반부의 좌단부)에 접할 때까지 삽입함으로써 행한다. 그리고, 기단 플레이트 헤드(43) 주위에는 밀봉재(44)를 개재하여 후술하는 충전재 충전공정에서 충전재(30)를 주입하였을 때에 충전재(30)가 누설되는 것을 방지한다.
여기에서, 제5 실시예에 따른 전단보강 철근(41) 및 기단 플레이트 헤드(43)의 그 밖의 구성은, 제3 실시예에 나타낸 구성과 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다.
(3) 충전재 충전공정
본 공정은, 도 15(b)에 도시한 바와 같이 전단보강 철근(41)이 설치된 보강부재 삽입공(10)의 일반부(12)에 충전재(30)를 충전하는 공정이다.
우선, 도 15(b)에 도시한 바와 같이 비닐 튜브 등으로 된 주입관(31)을 일반부(12)의 우측 개구부로부터, 그 선단이 좌측의 기단 플레이트 헤드(43) 부근에 배치되도록 삽입한다. 그리고, 주입관(31)으로부터 공지의 주입 장치를 이용해서 충전재(30)를 일반부(12)의 좌측으로부터 주입한다. 여기에서, 주입관(31)은 일반부(12)에 충전이 완료될 때까지, 그 선단이 항상 주입된 충전재(30)의 내부에 배치되면서 충전재(30)의 충전과 함께 서서히 우측으로 인발되어 간다. 또, 일반부(12)의 좌단은 그 주위가 밀봉재(44)에 의해 개재된 기단 플레이트 헤드(43)에 의해 차폐되어 있기 때문에 충전재(30)가 누설되는 일이 없다.
(4) 전단보강부재 배치공정
본 공정은, 도 15(c) 및 도 15(d)에 도시한 바와 같이 보강부재 삽입공(10)의 우측으로부터, 전단보강 철근(41)보다 단면형상이 큰 선단 플레이트 헤드(42)를 삽입하고, 전단보강 철근 삽입공정에서 보강부재 삽입공(10)에 삽입된 전단보강 철근(41)의 선단부에 고정한 후, 폭확장부(11) 내의 공간(11a)에 충전재(30)를 충전함으로써 중간벽(W')의 내부에, 전단보강부재(40)를 배치하는 공정이다.
본 공정은, 제3 실시예에서의 전단보강부재 배치공정과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 제5 실시예에 따른 선단 플레이트 헤드(42)의 구성은 제3 실시예에 나 타낸 구성과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
이에 의해 충전재(30)가 경화됨으로써 전단보강부재(40)가 틈새 없이 보강부재 삽입공(10) 내에 고정되어서 중간벽(W')과의 일체화가 가능져, 전단력 보강 구조(5)가 완성된다.
또한, 제5 실시예에 의한 전단보강의 메커니즘 및 정착 효과는 제3 실시예에서 기재한 내용과 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다.
<제6 실시예>
제6 실시예에 따른 전단력 보강 구조(6)는, 도 16(a)에 도시한 바와 같이 기설의 철근 콘크리트조의 측벽(W)과, 이 측벽(W)의 내면측으로부터 주근과 교차하는 방향으로 형성된 바닥이 있는 보강부재 삽입공(10)의 내부에 배치되는 전단보강부재(20)와, 상기 보강부재 삽입공(10)에 충전되는 충전재(30)로 구성되어 있다.
전단보강부재(20)는, 선재인 전단보강 철근(21)과, 이 전단보강 철근(21)의 선단부에 형성된 선단돌기(선단정착부재)(22)와, 전단보강 철근(21)의 기단부에 고정된 플레이트 헤드(기단정착부재)(23)로 구성되어 있다.
또한, 보강부재 삽입공(10)은, 전단보강 철근(21)의 철근 직경 및 선단돌기(22)의 외경보다 크고, 플레이트 헤드(23)의 폭보다 작은 내경의 일반부(12)와, 보강부재 삽입공(10)의 기단부에 형성되며 플레이트 헤드(23)의 폭보다 큰 내경의 기단폭확장부(11)와, 보강부재 삽입공(10)의 선단에 형성되며 일반부(12)의 내경보다 큰 내경의 선단폭확장부(13)로 구성되어 있다. 본 명세서에 있어서, 정착부재의 「폭」은, 정착부재의 형상이 사각형, 다각형이면 대각선 길이, 원형이면 직경, 타 원형이면 장변길이로 통일하는 것으로 한다.
그리고, 기단폭확장부(11)의 플레이트 헤드(23)보다 내면측의 공간은 충전재(30)에 의해 충전되어 있다.
이하, 제6 실시예에 따른 전단력 보강 구조(6)의 세부에 관하여 설명한다.
보강부재 삽입공(10)은, 측벽(W)의 내면측으로부터 외면측을 향해서 전단보강부재(20)를 설치하기 위해서 천공된 것으로, 도 17에 도시한 바와 같이 기설의 RC 구조체의 시공시의 배근도나 비파괴시험의 정보를 바탕으로, 천공 시에 주근(R1) 및 배력철근(R2)에 손상을 주는 일이 없도록, 가로 간격은 주근(R1)과, 세로 간격은 배력철근(R2)과 동일간격으로 양 철근의 중앙에 배치되어 있다. 보강부재 삽입공(10)의 천공방법은 제1 실시예에 나타낸 방법과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 보강부재 삽입공(10)은 약간 하향의 경사를 가지며 천공되어 있고, 외면측에 소정 치수의 피복 콘크리트 두께를 뺀 길이 치수로 설치하는 동시에, 일반부(12)의 구멍의 직경은 도 18에 나타내는 전단보강부재(20)의 선단부에 형성되어 있는 선단돌기(22)의 외경에 약간의 여유를 예상한 값으로 형성되어 있다.
또한 보강부재 삽입공(10)의 기단부에는 전단보강부재(20)의 기단부(말단부)에 부착되어 있는 플레이트 헤드(23)의 주연부가 걸려 멈춰지도록, 상기 천공수단을 이용하여 천공직경을 확대함으로써 기단폭확장부(11)가 형성되어 있다. 또, 이 기단폭확장부(11)의 천공 깊이는 플레이트 헤드(23)의 두께에 피복 콘크리트 두께를 가산한 값으로 되어 있으며 제6 실시예에서는 내면측의 주근(R1)의 위치까지 천 공되어 있다.
나아가, 보강부재 삽입공(1O)의 선단부에는 상기 천공수단의 선단에 바닥확대용 비트(미도시)를 부착하여 선단부의 폭을 확대함으로써 선단폭확장부(13)가 형성되어 있다. 또, 제6 실시예에서는 선단폭확장부(13)의 바닥부는 외면측의 주근(R1) 위치의 깊이까지 행해져 있고 소정치수의 피복 콘크리트 두께가 확보되어 있다.
전단보강부재(20)는, 도 16(a) 및 도 18에 도시한 바와 같이 이형 철근으로 된 전단보강 철근(21)과, 상기 전단보강 철근(21)의 선단부 및 기단부에 형성되어 있는, 상기 전단보강 철근(21)보다 단면형상이 큰 선단돌기(22) 및 플레이트 헤드(23)로 구성되어 있다. 여기에서, 전단보강 철근(선재)(21)으로서 이형 철근을 사용하는 것으로 하였으나, 선재(21)는 이형 철근에 한정되지 않으며, 선 형상의 보강재료로서의 기능을 발휘하는 것이면, 예를 들면 나사 철근, 강봉, PC강연선, 탄소선재 등을 사용할 수도 있다.
제6 실시예에 따른 선단돌기(22)는 전단보강 철근(21)의 선단을 달군 상태에서 축방향으로 프레스 혹은 타격함으로써 도 18에 도시한 바와 같이 전단보강 철근(21)의 철근 직경보다 큰 직경으로 형성된 것이다.
선단돌기(22)는 상술한 것에 한정되지 않으며, 도 4에 나타내는 제1 실시예의 링 헤드(22)의 변형예와 같은 방법에 의해, 적절한 방법으로 소정 형상(폭치수가 전단보강 철근 직경의 130%~200%)으로 형성할 수도 있다.
또, 선단돌기(22)의 형성 방법은 한정되지 않으며, 마찰압접접합, 가스압접 접합, 아크 용접접합 등, 그 일체화가 가능하면 된다.
플레이트 헤드(23)는, 도 18에 도시한 바와 같이 두께가 전단보강 철근(21) 직경의 40%~80%, 폭이 전단보강 철근(21) 직경의 130%~300%의 사각형상의 강제 플레이트를 전단보강 철근(21)의 기단부에 일체로 고정하여 이루어진다. 플레이트 헤드(23)의 전단보강 철근(21)에의 고정은, 마찰압접기계을 이용하여, 고정한 전단보강 철근(21)에 회전시킨 강제 플레이트를 눌러 붙임으로써, 회전하는 강제 플레이트에 소정의 압력으로 마찰열을 발생시켜 강제 플레이트를 전단보강 철근(21)에 용착(마찰압접(A)) 시킴으로써 간단하게 수행할 수 있다.
또, 플레이트 헤드(23)와 전단보강 철근(21)의 접합 방법은 마찰압접(A)에 한정되지 않으며, 가스압접접합, 아크 용접접합 등 그 일체화가 가능하면 된다. 또한 플레이트 헤드(23)의 형상은 사각형에 한정되지 않으며, 원형, 타원형, 다각형 등이어도 좋다.
여기에서, 전단보강부재(2O)의 구성은 상술한 구성에 한정되지 않으며, 예를 들면 도 16(b)에 나타내는 전단력 보강 구조(6')와 같이, 전단보강 철근(21)의 기단부에도 선단부에 형성된 선단돌기(22)와 동일한 기단 돌기(23')을 형성하는 구성으로 할 수도 있다.
또한 측벽(W)에 가해지는 전단력에 대하여, 충분한 인발력을 발현할 수 있다면, 도 16(c)에 나타내는 전단력 보강 구조(6")와 같이, 선단부 및 기단부의 어느 쪽에도 정착부재를 형성하지 않은 전단보강 철근(21)을 배치하는 구성으로 할 수도 있다.
충전재(30)에는, 시멘트와 최대입경이 2.5mm 이하의 골재와 입자직경 0.01~0.5μm의 활성도가 높은 포졸란계 반응 입자인 실리카흄과 입자직경 0.1~15μm의 활성도가 낮은 포졸란 반응입자인 용광로 슬러그 혹은 플라이애시와, 적어도 1종류의 분산재와 물을 혼합하여 얻어지는 시멘트계 매트릭스에, 직경이 0.05mm~0.3mm이고 길이가 8mm~16mm의 섬유를, 시멘트계 매트릭스의 용적에 대하여 1%~4%정도 혼입하여 이루어진 섬유보강 시멘트계 혼합재료(이하 「고강도섬유충전재(30)」라고 칭한다)가 사용되고 있고, 압축강도가 200N/mm2, 굽힘 인장강도가 40N/mm2, 이형 철근에 대한 부착강도가 60~80N/mm2가 되어 강성이 높은 정착 효과가 실현되고 있다.
본 발명의 전단력 보강 구조(6)는, 도 19에 나타낸 바와 같이 면외의 전단력(S)가 작용하였을 때에 발생하는 경사 방향의 균열(c)에 대하여, 직접적으로 전단보강부재(20)로 보강하여 전단 내력을 향상시키는 것이다.
즉, 면외의 전단력(S)이 측벽(W)에 작용하면 경사 방향의 균열(c)이 발생하려고 하지만, 전단보강부재(20)에 인장력이 작용하기 때문에 양단부의 선단돌기(22)나 플레이트 헤드(23)에 인발력(ft)이 작용한다. 선단돌기(22)와 플레이트 헤드(23)는 선단폭확장부(13) 및 기단폭확장부(11)에 충전된 초고강도의 고강도섬유충전재(30)에 의해 선단폭확장부(13) 및 기단폭확장부(11)와 일체가 되고, 인발력(ft)에 대해서 충분한 구속 효과를 달성한다. 이 때문에, 선단돌기(22) 및 플레이트 헤드(23)의 내측에 있는 콘크리트(이하 「내부 콘크리트」라고 한다)에는, 그 반력으로서 내부 콘크리트에 지압력이 작용하여 압축 응력(fc)의 장이 형성된다. 즉, 내부 콘크리트는 횡구속을 받아 경사방향의 인장에 대하여 저항력을 증대시키는 결과가 된다. 이 때문에, 단부에 각각 선단돌기(22)와 플레이트 헤드(23)가 부착된 전단보강부재(20)와 선단폭확장부(13) 및 기단폭확장부(11)에 의해 측벽(W)의 면외 전단 내력이 증대되는 동시에, 내부 콘크리트에 압축 응력(fc)이 발생(압축 응력장이 형성)함에 따른 인성성능의 증대도 도모할 수 있게 된다.
제6 실시예에 따른 전단력 보강 구조(6)에 의한 보강을 행한 경우에, 보강부재 삽입공(10)에 선단폭확장부(13)와 기단폭확장부(11)가 존재함에 의해 전단보강부재(20)의 정착 효과가 증대되게 된다. 이 정착 효과를 알아보기 위해서, 폭확장부를 단부에 갖는 보강부재 삽입공(10)에 의해 전단보강부재(20)의 인발 실험을 한 결과와, 단부에 폭확장부를 갖지 않는 보강부재 삽입공(10)에 의해 전단보강부재(20)의 인발 실험(이하 「비교예」라고 한다)을 한 결과를, 각각 도 20(a) 및 도 20(b)에 나타낸다.
도 20(a)는, 폭확장부를 가진 보강부재 삽입공(10)에, 각각 고강도섬유충전재(30)를 50mm(C-50), 80mm(C-80), 110mm(C-110)의 깊이로 충전하여 전단보강부재(20)를 삽입한 시험체에 대해서 인발 실험을 한 그래프이며, 세로축에 인장하중, 가로축에 인발 변위가 나타나 있다. 또 도 20(b)는, 폭확장부를 갖지 않는 보강부재 삽입공(10)에, 각각, 고강도섬유충전재(30)를 50mm(B-50), 10Omm(B-100), 150mm(B-150)의 깊이로 충전하여 전단보강부재(20)를 삽입한 시험체에 대해서 인발 실험을 한 그래프이며, 세로축에 인장하중, 가로축에 인발 변위가 나타나 있다.
양자의 결과를 비교하면, 충전재(30)의 깊이가 같은 50mm의 경우에도, 폭확장부를 설치한 쪽이 좋은 정착 효과를 얻어지는 것이 나타나 있다. 또한 폭확장부를 가진 구성이면, 충전재(30)의 깊이를 80mm로 하면 비교예의 충전재(30)의 깊이가 150mm의 경우와 대략 동일한 정착 효과를 얻을 수 있게 되어 그 정착 효과가 큰 것이 나타나 있다. 따라서, 보강부재 삽입공의 단부에 폭확장부를 설치함으로써 전단보강부재와 폭확장부가 일체가 되어 인장력에 저항하는 것이 실증되고, 벽두께가 얇은 경우라도 뛰어난 정착 효과를 얻을 수 있기 때문에 면재 또는 판재의 면외 전단 내력이 증대되는 동시에, 내부 콘크리트에 압축 응력이 발생함에 따른 인성성능의 증대도 도모할 수 있기 때문에 바람직하다.
여기에서, 제6 실시예에 따른 전단력 보강 구조(6)의 구축은, 보강부재 삽입공(10)을 측벽(W)에 천공한 후, 일반부(12) 및 선단폭확장부(13)에의 충전재(30)의 충전을 행하고, 보강부재 삽입공(10)에 전단보강부재(20)를 삽입하여 기단폭확장부(11)에 충전재(30)를 충전함으로써 행한다. 또, 일반부(12) 및 선단폭확장부(13)에의 충전재(30)의 충전과, 보강부재 삽입공(10)에의 전단보강부재(20)의 삽입의 순서는 한정되지 않으며, 전단보강부재(20)를 보강부재 삽입공(10)에 삽입한 후, 충전재(30)를 충전하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우에, 충전재(30)의 일반부(12) 및 선단폭확장부(13)에의 충전은 플레이트 헤드(23)에 주입공을 형성하고, 이 주입공으로부터 주입함으로써 행하면 된다.
다음에 제7 내지 제8 실시예에 관하여 설명한다.
<제7 실시예>
제7 실시예에 따른 전단력 보강 구조(7)는 도 21에 도시한 바와 같이 기설의 철근 콘크리트조의 박스 컬버트(B)와, 이 박스 컬버트(B)에서 지진력에 의해 소성 힌지가 발생할 것으로 여겨지는 위치(도 24 참조) 및 그 근방의 영역인 제1 영역(I)에 형성된 제1 보강부재 삽입공(10')의 내부에 배치되는 제1 전단보강부재(20')와, 그 밖의 영역인 제2 영역(II)에 형성된 제2 보강부재 삽입공(15)의 내부에 배치되는 제2 전단보강부재(25)와, 제1 보강부재 삽입공(10') 및 제2 보강부재 삽입공(15)에 채워지는 충전재(30)로 구성되어 있다. 이하, 「제1 보강부재 삽입공(10')」과 「제2 보강부재 삽입공(15)」를 구별하지 않는 경우에는, 이들을 「보강부재 삽입공(10)」이라고 할 경우가 있다. 또한 「제1 전단보강부재(20')」와 「제2 전단보강부재(25)」를 구별하지 않는 경우에는 이들을 「전단보강부재(20)」라고 할 경우가 있다.
제1 전단보강부재(20')는, 도 22에 도시한 바와 같이 이형 철근으로 된 제1 전단보강 철근(제1 선재)(21')과, 이 제1 전단보강 철근(21')의 선단부에 형성되며, 상기 제1 전단보강 철근(21')보다 그 단면형상이 큰 돌기부(24)와, 제1 전단보강 철근(21')의 기단부에 형성되어 돌기부(24)보다 단면형상이 큰 플레이트 헤드(제1 기단정착부재)(23)로 구성되어 있다. 그리고, 제1 전단보강부재(20')의 전체 길이는 제1 보강부재 삽입공(10')의 깊이보다 짧고, 제1 보강부재 삽입공(10')에 배치한 상태에서 완전히 매설된다(도 21 또는 도 22(a) 참조).
플레이트 헤드(23)는, 도 22에 도시한 바와 같이 두께가 제1 전단보강 철근(21') 직경의 40%~80%, 폭이 제1 전단보강 철근(21')의 철근 직경의 10배~15배 정도의 사각형상의 강제 플레이트로 이루어지며, 제1 전단보강 철근(21')의 기단부에 일체로 고정되어 있다. 플레이트 헤드(23)의 제1 전단보강 철근(21')에의 고정은 마찰압접기계를 이용하여, 고정된 제1 전단보강 철근(21')에 회전시킨 강제 플레이트를 눌러 붙임으로써, 회전하는 강제 플레이트에 소정의 압력으로 마찰열을 발생시켜서, 강제 플레이트를 제1 전단보강 철근(21')에 용착(마찰압접(A))시킴으로써 간단하게 행할 수 있다.
여기에서, 플레이트 헤드(23)와 제1 전단보강 철근(21')의 접합 방법은 마찰압접(A)에 한정되지 않으며, 가스압접접합, 아크 용접접합 등 그 일체화가 가능하면 된다. 또한 플레이트 헤드(23)의 형상은 사각형에 한정되지 않으며, 원형, 타원형, 다각형 등이어도 좋다.
또한 돌기부(24)는 제1 전단보강 철근(21')의 선단을 가열한 상태에서 축방향으로 타격 혹은 프레스함으로써 도 22(b)에 도시한 바와 같이 제1 전단보강 철근(21')의 철근 직경의 120%~130%의 폭으로 형성된 것이다. 본 명세서에 있어서, 플레이트 헤드(23)나 돌기부(24) 등의 정착부재의 「폭」은, 정착부재의 형상이 사각형, 다각형이면 대각선 길이, 원형이면 직경, 타원형이면 장변길이로 통일하는 것으로 한다.
제2 전단보강부재(25)는, 도 23에 도시한 바와 같이 이형 철근으로 된 제2 전단보강 철근(제2 선재)(26)과, 이 제2 전단보강 철근(26)의 기단부에 형성되며 상기 제2 전단보강 철근(26)보다 단면형상이 큰 돌기부(제2 기단정착부재)(27)와, 마찬가지로 제2 전단보강 철근(26)의 선단부에 형성되며 상기 제2 전단보강 철 근(26)보다 단면형상이 큰 돌기부(28)로 구성되어 있다. 그리고, 제2 전단보강부재(25)의 전체 길이는, 제2 보강부재 삽입공(15)의 깊이보다 짧고, 제2 보강부재 삽입공(15)에 배치한 상태에서 제2 보강부재 삽입공(15)의 내부에 완전하게 매설된다(도 21 또는 도 23(a) 참조).
제2 전단보강부재(25)의 기단부 및 선단부에 형성되는 돌기부(27, 28)는, 제1 전단보강부재(20')의 선단부에 형성된 돌기부(24)와 마찬가지 방법에 의해, 제2 전단보강 철근(26)의 철근 직경의 120%~130%의 폭으로 형성되어 있다.
여기에서, 각 전단보강부재(20)에 따른 제1 전단보강 철근(21') 및 제2 전단보강 철근(26)(이하, 「제1 전단보강 철근(21')」과 「제2 전단보강 철근(26)」을 구별하지 않는 경우에는, 단지 「전단보강 철근(21', 26)」이라고 할 경우가 있다)은, 이형 철근에 한정되지 않으며, 선상의 보강재료로서의 기능을 발휘하는 것이면, 예를 들면 나사 철근, 강봉, PC강연선, 탄소선재 등을 사용할 수도 있다.
또한 제1 전단보강부재(20')의 선단에 형성된 돌기부(24)는 상술한 것에 한정되지 않으며, 도 4에 나타내는 제1 실시예의 링 헤드(22)의 변형예와 마찬가지 방법에 의해, 적절한 방법에 의해 소정의 형상(폭이 전단보강 철근(21') 직경의 120%~130%)으로 형성할 수도 있다.
또, 돌기부(24)의 형성 방법은 한정되지 않으며, 마찰압접접합, 가스압접접합, 아크 용접접합 등 그 형성이 가능하면 된다.
플레이트 헤드(23)와 돌기부(24)의 조합은, 보강을 행하는 측벽(W)의 배근상태, 콘크리트 강도, 벽두께 등의 요인에 맞춰서 자유롭게 선택할 수 있다. 또한 제 2 전단보강부재(25)의 기단부에 형성된 돌기부(27) 및 선단부에 형성된 돌기부(28)는, 제1 전단보강부재(20')의 돌기부(24)와 마찬가지로 상술한 각종 방법에 의해 형성하여도 좋다.
보강부재 삽입공(10)은, 도 21에 도시한 바와 같이 전단보강부재(20)를 설치하기 위해서, 박스 컬버트(B)의 내면측으로부터 외면측을 향하여 천공된 것이다. 제7 실시예에서는 상하의 제1 영역(I)에 각각 2군데씩 형성된 제1 보강부재 삽입공(10')과, 제2 영역(II)에 3군데 형성된 제2 보강부재 삽입공(15)의 총 7곳에서 형성되어 있다.
제1 보강부재 삽입공(10')은, 도 22(a)에 도시한 바와 같이 제1 전단보강 철근(21')의 철근 직경의 120%~130%로 돌기부(24)의 폭보다 큰 내경으로 이루어진 제1 일반부(12')와, 제1 보강부재 삽입공(10')의 기단부에 형성되어 플레이트 헤드(23)의 폭보다 큰 내경을 갖는 제1 기단폭확장부(11')와, 제1 보강부재 삽입공(10')의 선단부에 형성되어 제1 일반부(12')의 내경보다 큰 내경을 갖는 제1 선단폭확장부(13')로 구성되어 있다.
또한 제2 보강부재 삽입공(15)은, 도 23(a)에 도시한 바와 같이 제2 전단보강 철근(26)의 철근 직경의 120%~130%로 돌기부(28)의 폭보다 큰 내경으로 이루어진 제2 일반부(16)와, 제2 보강부재 삽입공(15)의 기단부에 형성되어 제2 일반부(16)의 폭보다 큰 내경을 갖는 제2 기단폭확장부(17)와, 제2 보강부재 삽입공(15)의 선단부에 형성되어 제2 일반부(16)의 내경보다 큰 내경을 갖는 제2 선단폭확장부(18)로 구성되어 있다.
여기에서, 제7 실시예에서는 도 21에 도시한 바와 같이 제1 일반부(12')와 제2 일반부(16) 및 제1 선단폭확장부(13')와 제2 선단폭확장부(18)의 형상이 동일한 형상으로 형성되어 있다.
보강부재 삽입공(1O)의 천공방법은, 제1 실시예에서 나타낸 방법과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다. 또한 보강부재 삽입공(10)의 구멍의 직경은, 도 22 및 도 23에 나타내는 전단보강부재(20)의 선단부에 부착되어 있는 돌기부(24)의 외경에 약간의 여유를 예상한 값으로 형성되어 있다.
또한 제1 기단폭확장부(11') 및 제2 기단폭확장부(17)는 상기 천공수단을 이용하여 천공직경을 확대함으로써 형성되어 있다. 또, 이 제1 기단폭확장부(11')의 천공 깊이는 플레이트 헤드(23)의 두께에 여유를 예상한 값으로 되어 있으며, 제7 실시예에서는 제1 전단보강부재(20')가 설치된 상태에서 플레이트 헤드(23)가 완전하게 매설되는 위치까지 천공되어 있다. 또한, 제7 실시예에서는 제2 기단폭확장부(17)의 천공 깊이가 제1 기단폭확장부(11')의 천공 깊이와 같은 깊이에 형성되어 있지만, 제2 기단폭확장부(17)의 깊이를 제2 전단보강 철근(26)의 기단부에 형성된 돌기부(27)의 두께에 피복 콘크리트 두께를 가산한 값으로 하여, 제2 전단보강부재(25)를 제2 보강부재 삽입공(15)에 배치한 상태에서 돌기부(27)가 주근(R1)과 동등한 피복 콘크리트 두께를 확보하면, 지진 등에 의해 주근(R1)보다 외측의 콘크리트가 박리된 경우에도 우수한 전단보강기능을 유지할 수 있기 때문에 바람직하다.
나아가, 제1 선단폭확장부(13') 및 제2 선단폭확장부(18)는 상기 천공수단의 선단에 직경 확대용 비트를 부착하여 선단부의 직경을 확대함으로써 형성되어 있 다. 또, 본 실시예에서는 제1 선단폭확장부(13') 및 제2 선단폭확장부(18)의 바닥은 외면측의 주근 위치의 깊이까지 행해져 있고, 소정치수의 피복 콘크리트 두께가 확보되어 있다.
충전재(30)는 보강부재 삽입공(10)과 전단보강부재(20)의 사이에 형성된 틈새에 충전되어 있다. 또한 도 22(a)에 도시한 바와 같이 플레이트 헤드(23)의 내면측에 형성된 제1 기단폭확장부(11')의 공간에는 흙손 등에 의해 박스 컬버트(B)의 표면에 요철이 생기지 않도록 충전한다.
충전재(30)에는 시멘트와 최대입경 2.5mm 이하의 골재와 입자직경 0.01~0.5μm의 활성도가 높은 포졸란계 반응 입자인 실리카흄과 입자직경 0.1~15μm의 활성도가 낮은 포졸란 반응 입자인 용광로 슬러그 혹은 플라이애시와, 적어도 1종류의 분산재와 물을 혼합하여 얻어지는 시멘트계 매트릭스에, 직경이 0.05mm~0.3mm이고 길이가 8mm~16mm의 섬유를, 시멘트계 매트릭스의 용적에 대하여 1%~4%정도 혼입하여 이루어진 섬유보강 시멘트계 혼합재료(이하 「고강도섬유충전재」라고 칭한다)가 사용되고 있고, 압축강도가 200N/mm2, 굽힘 인장강도가 40N/mm2, 이형 철근에 대한 부착강도가 60-80N/mm2가 되어, 강성이 높은 정착 효과가 실현되고 있다. 또한 충전재(30)는 가소성이 있고, 상향으로 충전하더라도 흘러내리지 않는 성질을 가지고 있다.
제7 실시예에서는 도 22(a) 및 도 23(a)에 도시한 바와 같이 충전재(30)에 의해 보강부재 삽입공(10)이 외부와 차단되도록 충전된다.
제7 실시예에 따른 전단력 보강 구조(7)의 구축은, 보강부재 삽입공(10)의 천공, 보강부재 삽입공(10)에의 충전재(30)의 충전, 전단보강부재(20)의 보강부재 삽입공(10)에의 설치의 순서로 행한다.
보강부재 삽입공(1O)의 천공은 상술한 천공수단에 의해, 각각, 소정의 위치에 소정의 형상이 형성되도록 행한다. 그리고, 천공 후, 구멍내에 천공으로 인해 생긴 콘크리트 가루를 제거한다.
다음으로, 압입 기계 등에 의해 보강부재 삽입공(1O)으로 충전재(30)를 충전한다. 이 때, 제1 보강부재 삽입공(10')에의 충전재(30)의 충전은, 제1 일반부(12') 및 제1 선단폭확장부(13')에만 행한다.
그리고, 충전재(30)가 충전된 보강부재 삽입공(10)에 전단보강부재(20)를 삽입한다. 제1 보강부재 삽입공(10')에서는 제1 전단보강부재(20')의 삽입 후, 제1 기단폭확장부(11')의 플레이트 헤드(23)의 내면측의 공간에 흙손 등을 이용하여, 제1 기단폭확장부(11')내에 공간이 생기지 않고, 또한 박스 컬버트(B)의 내면에 요철이 생기지 않도록 충전재를 충전한다. 또한 제2 보강부재 삽입공(15)에 관해서도, 박스 컬버트(B)의 내면에 요철이 생기지 않도록 충전재를 충전하여 그 표면을 정돈한다.
또, 전단력 보강 구조(7)의 구축에 있어서, 보강부재 삽입공(10)에의 충전재의 충전과, 보강부재 삽입공(10)에의 전단보강부재(20)의 삽입의 순서는 한정되지 않으며, 전단보강부재(20)를 보강부재 삽입공(10)에 삽입한 후에 충전재(30)를 충전하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우에, 충전재(30)의 제1 일반부(12') 및 제1 선단폭확장부(13')에의 충전은 플레이트 헤드(23)에 주입공을 형성하고, 이 주입공으로부터 주입함으로써 행하면 된다.
다음으로, 제7 실시예의 전단력 보강 구조(7)에 의한 면외 전단 내력의 보강 효과 및 굽힘 인성성능의 향상 효과에 관하여 설명한다.
도 24(a)에 나타내는 땅속에 매설된 박스 컬버트(B)의 주변에 큰 지진력(P)이 생겼을 경우, 도 24(b)에 도시한 바와 같이 주변지반의 지반변형 분포(D)와 같은 변형에 따라 박스 컬버트(B)에도 변형이 생긴다. 이 때문에, 라멘 구조인 박스 컬버트(B)에는, 도 24(c)에 도시한 바와 같은 굽힘 모멘트(M)가 작용하고 모서리부에 굽힘 모멘트(M)가 집중되기 때문에, 이 모서리부 부근의 소성 힌지(PH)에 손상이 집중한다.
전단력 보강 구조(7)에 의하면, 지진시에 굽힘 모멘트(M)가 커지는 소성 힌지(PH)근방에 배치된 제1 전단보강부재(20')의 기단부에는 큰 플레이트 부재로 이루어진 플레이트 헤드(23)가 형성되어 있기 때문에, 지진력(P)에 의해 측벽 내측의 철근이 인장항복하여 피복 콘크리트가 벗겨져나가려고 하더라도 플레이트 헤드(23)가 콘크리트를 구속하는 동시에 콘크리트에 압축 응력장을 만들 수 있기 때문에, 전단 내력의 향상과 인성성능의 향상을 도모할 수 있다. 따라서 소성 힌지(PH)의 위치를 필연적으로 모서리부에서 중앙부로 이동시키게 되고, 박스 컬버트(B)로서 붕괴에 대한 저항 성능을 증대시키게 된다. 모서리부의 외측의 주근과 피복 콘크리트에 관해서는,제1 선단폭확장부(13')의 충전재(30)에 의해 플레이트 헤드(23)와 마찬가지의 효과를 나타내는데, 박스 컬버트(B)의 내면측과 비교하면 외면측은 지 반(G)이 있어서 지반(G)의 토압에 의한 피복 콘크리트의 벗겨져나감을 방지할 수 있다.
이 때문에, 굽힘 모멘트(M)에 의해 주근이 항복한 뒤에도 높은 인성성능을 나타내고 지반의 변형에 대응하기 때문에, 손상 피해를 작게 할 수 있다.
<제8 실시예>
제8 실시예에 따른 전단력 보강 구조(7')는, 도 25에 도시한 바와 같이 기설의 철근 콘크리트조의 박스 컬버트(B)와, 이 박스 컬버트(B)에서 지진력에 의해 소성 힌지가 발생될 것으로 상정되는 위치(도 24참조) 및 그 근방의 영역인 제1 영역(I)에 형성된 제1 보강부재 삽입공(10')의 내부에 배치되는 제1 전단보강부재(20')와, 그 밖의 영역인 제2 영역(II)에 형성된 제2 보강부재 삽입공(15)의 내부에 배치되는 제2 전단보강부재(25)와, 제1 보강부재 삽입공(10') 및 제2 보강부재 삽입공(15)에 충전되는 충전재(30)와, 제1 전단보강부재(20')의 플레이트 헤드(23)의 표면과 박스 컬버트(B)의 표면에 일체로 접착된 섬유 시트(31)로 구성되어 있다(도 26참조).
보강부재 삽입공(10)은 도 25에 도시한 바와 같이 박스 컬버트(B)의 내면측으로부터 외면측을 향해서 보강부재(20)를 설치하기 위해서 천공된 것이며, 제8 실시예에서는 상측의 제1 영역(Ia)의 측벽부에 두 곳과, 하측의 제1 영역(Ib)의 측벽부의 두 곳과, 홍예(hanunch)부의 한 곳과, 제2 영역(II)의 세 곳의 총 8 곳이 형성되어 있다. 제8 실시예에 따른 보강부재 삽입공(10)의 그 밖의 구성이나 형성 방법 등은 제7 실시예에 나타낸 내용과 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다.
전단보강부재(20)는 도 25에 도시한 바와 같이 박스 컬버트(B)의 상측의 모서리부 부근의 제1 영역(Ia)에 형성된 두 곳과, 하측의 모서리부 부근의 제1 영역(Ib)의 측벽에 형성된 두 곳과, 홍예부에 형성된 한 곳의 총 5 곳의 제1 보강부재 삽입공(10')에 배치되는 제1 전단보강부재(20')와, 박스 컬버트(B)의 측벽의 중앙부근의 제2 영역(II)에 형성된 세 곳의 제2 보강부재 삽입공(15)에 삽입되는 제2 전단보강부재(25)를 가지고 있다.
제1 전단보강부재(2O')는 제1 보강부재 삽입공(1O')의 깊이와 대략 같은 길이를 가지며 있고, 제1 보강부재 삽입공(10')에 배치한 상태에서 플레이트 헤드(23)의 제1 전단보강 철근(21')과의 접합면과 반대측의 표면이 박스 컬버트(B)의 내면과 일치하도록 형성되어 있다.
제1 전단보강부재(20')의 그 밖의 상세한 구성 등은 제7 실시예에 나타낸 내용과 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다. 또한 제2 전단보강부재(25)의 구성 등은 제7 실시예에 나타낸 내용과 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다. 또한 충전재(30)는 제7 실시예에서 사용한 충전재(30)와 마찬가지의 것을 사용한다.
도 25에 도시한 바와 같이 박스 컬버트(B)의 하측의 제1 영역(Ib)의 3개의 제1 전단보강부재(20')의 플레이트 헤드(23,23, ···)와 박스 컬버트(B)의 내면은, 섬유 시트(31)가 접착되어 있여 일체화되어 있다. 섬유 시트(31)의 재질은 탄소섬유 시트, 아라미드 섬유 시트 등의 고강도섬유 시트이면 한정되지 않는다.
제8 실시예에 따른 전단력 보강 구조(7')의 구축은 제7 실시예에서 나타낸 전단력 보강 구조(7)의 구축 방법과 마찬가지로 보강부재 삽입공(10)의 천공, 충전 재(30)의 충전, 전단보강부재(20)의 배치를 수행한 후, 하측의 제1 영역(Ib)에 배치된 제1 전단보강부재(20')의 플레이트 헤드(23,23, ···)의 표면과 박스 컬버트(B)의 내면에 섬유 시트(31)을 접착하여 일체화함으로써 행한다.
다음에 제8 실시예의 전단력 보강 구조(7')에 의한 면외 전단 내력의 보강 효과 및 굽힘 인성성능의 향상 효과 대해서 설명한다.
전단력 보강 구조(7')에 의하면 도 24(c)에 나타내는 소성 힌지(PH)의 손상에 대하여 제7 실시예에 나타낸 전단력 보강 구조(7)의 효과에 더하여 인성성능의 향상을 더 도모할 수 있게 하고 있다. 즉, 제1 전단보강부재(20')의 플레이트 헤드(23)에 직접 섬유 시트(31)가 접착되어 있으므로 섬유 시트(31)가 면외로 박리될 일은 없고 플레이트 헤드(23)와 서로 내부 콘크리트의 구속 효과를 기대할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 전단력 보강 구조는 기설의 RC조 면판재의 콘크리트 두께를 증가시키지 않고 직접적으로 전단보강부재가 RC조 면판재 내부에 매설되어 있기 때문에 전단 내력과 인성성능의 증대를 효율적으로 실현할 수 있고, 따라서 종래의 철근 콘크리트 두께증대 공법 등과 같이 보강후에 내공단면이 감소하게 되는 문제가 생기는 것을 방지할 수 있다. 덧붙여, 주근을 증가시키는 일이 없으므로, 굽힘 내력을 증가시키지 않고 면외 전단 내력을 향상시킬 수 있어 전단 선행 파괴형의 가능성이 있는 RC 구조체를 굽힘 선행 파괴형으로 이행할 수 있다.
또한 제1 실시예에 따른 전단보강부재(20)에 있어서의 전단보강 철근(21)의 선단부에 마련된 링 헤드(22)에 의한 천공직경의 증대는 전단보강 철근(21)의 철근 직경과 비교해서 30%~50% 정도뿐이기 때문에, 보강부재 삽입공(10)의 시공이 용이할뿐만 아니라 경제적으로 보강을 실행할 수 있다. 또한 소정의 인발 강성을 확보한 뒤에 보강부재 삽입공(10)의 시공 및 정착재의 가공을 효율적으로 행할 수 있다.
또한 전단보강 철근의 기단부에 마련되어 있는 기단정착부재 및 선단부에 마련되어 있는 선단정착부재는 충분한 정착 효과를 얻을 수 있는 동시에, 면외 전단력이 발생하면 전단보강 철근(21)에 인장력이 작용하기 때문에 기단정착부재 또는 선단정착부재 및 기단정착부재에 지압력이 작용하여, 내부 콘크리트에는 압축 응력장이 형성되기 때문에, 전단에 대하여 내부 콘크리트 자신의 전단저항력이 증대되어 효과적인 전단보강이 이루어진다.
또한, 보강부재 삽입공(10)은 충전재(30)에 의해 외부와 차단되므로 보강후의 내구성의 관점에서 열화의 억제를 기대할 수 있다.
또한 제2 실시예에 의한 전단력 보강 구조는 보강부재 삽입공(10)의 천공직경이 전단보강 철근(21')의 철근 직경의 120%~130% 정도로 형성되어 있기 때문에, 작업 효율이 좋고, 또한 충전재(30)가 충전된 보강부재 삽입공(10)에 전단보강부재(20')를 삽입하여 플레이트 헤드(23)의 내면측의 공간에 충전재(30)를 충전하는 것 만으로 측벽(W)과의 일체화가 완료되기 때문에, 전단보강부재(20)를 삽입한 후에 충전재(30)를 충전하는 방법에 비해서 시공성이 우수하다. 그러나, 선단부가 첨예부(25)로 되어 있기 때문에 선단부부근에서의 정착 효과를 그다지 기대할 수 없다.
또한 제3 실시예~제5 실시예에 따른 전단력 보강 방법에 의하면, RC조 면판재의 면외 전단보강을 직접적으로 전단보강 철근과 전단보강 철근의 양단부에 마련되어진 각 플레이트 헤드를 RC조 면판재의 내부에 형성함으로써, 전단 내력과 인성성능의 증대를 효율적으로 실현할 수 있다.
또한 제3 실시예~제5 실시예에 따른 전단력 보강 방법에 의하면, 보강부재 삽입공(10)의 일반부의 천공직경이 전단보강 철근(41, 41')의 철근 직경의 120%~130% 정도로 좋으며 작업 효율이 좋고 시공성이 우수하다.
또한, 전단보강 철근의 선단에 고정하는 선단 플레이트 헤드는 용이하게 부착할 수 있는데, 고정도는 높고 전단보강 철근의 정착의 효과를 충분히 발휘할 수 있다.
또한 제3 실시예에 따른 전단력 보강 방법은, 가소성의 시멘트계 모르타르를 충전한 후에, 전단보강부재를 배치하여 전단보강부재의 양단에 고정된 각 플레이트 헤드의 외측 공간에 충전재를 흙손으로 문질러 넣는 것만으로 시공이 완료하기 때문에 종래의 두께증대 공법이나 강판 라이닝 공법과 비교하면 시공 기간의 단축이 가능해 지고, 경제적으로도 뛰어나다.
또한 전단보강부재를 삽입하기 위한 천공직경은 선단정착부재 또는 전단보강 철근의 외경보다 약간 크면 되고, 천공직경이 작기 때문에 급속시공이 가능하며 작업 효율이 좋다.
또한 제6 실시예에 따른 고강도섬유충전재는, 전단보강부재와 일체로 되고, 보강부재 삽입공의 양단의 폭확장부에서 강성이 높은 정착 효과를 실현한다. 그 때 문에 보강부재 삽입공의 양단의 폭확장부와 전단보강부재와의 고정도가 높고, 전단보강부재의 정착의 효과를 충분히 발휘할 수 있다.
또한 보강부재 삽입공은, 충전재에 의해 외부와 차단되므로 보강후의 내구성의 관점에서 열화의 억제를 기대할 수 있다.
또한 제7 실시예 및 제8 실시예에 따른 전단력 보강 구조(7, 7')에 의하면, 보강부재 삽입공(10)은 충전재(30) 또는 섬유 시트(31)에 의해 외부와 차단되므로 보강후의 내구성의 관점에서 열화의 억제를 기대할 수 있다.
또한 지진시에 발생하는 굽힘 모멘트의 분포에 따라 전단보강부재(20)의 기단부의 형상을 선택함으로써, 인성성능을 발휘하는 합리적인 구조를 구축함으로써 경제적인 구성으로 보강할 수 있게 된다.
또한, 일반적으로는 박스 컬버트(B)의 바닥 슬래브는 전단보강을 할 수 없지만 박스 컬버트(B) 전체로 안전성능이 향상되기 때문에 바닥 슬래브의 전단보강을 필요로 하지 않는다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 전술의 각 실시예에 한정되지 않으며, 상기의 각 구성요소에 대해서는 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절한 설계변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
특히, 본 발명의 전단력 보강 구조가 대상으로 삼는 RC 구조체는 상기 실시예에 한정되지 않으며, 컬버트나 벽식 교각, 기반(footing) 등의 구조일 수도 있다.
또한 보강 대상인 기설의 RC 구조체는, RC조이면 좋고 현장설치 철근 콘크리 트구조체나, 프리캐스트 콘크리트구조체 등 그 종류는 관계없으며, 보강을 행하는 부위에 대해서도 한정되지 않으며 바닥 슬래브 등에도 적용가능하다.
또한 전단보강부재의 삽입 간격·삽입수는 상기 실시예에 한정되지 않으며, 적당하게 정할 수 있다.
또한 전단보강부재의 선단에 마련되어지는 링 헤드가 보강부재 삽입공으로 삽입될 때 전단보강부재의 선단에서 공기가 말려들지 않도록 예각으로 형성되어 있어도 된다.
또한 제2 실시예에서는 전단보강부재로서 그 선단부에 첨예부가 형성된 것을 사용했지만, 이에 한정되지 않으며, 예를 들면 선단부에 아무런 가공을 하지 않은 것이나 선단부를 가열한 후 철판 등에 눌러 붙임으로써 그 철근 직경보다 큰 단면형상의 정착부를 형성한 것 등을 사용할 수도 있다.
또한 보강 대상인 기설의 RC 구조체는, RC조이면 좋으며 현장설치 철근 콘크리트구조체나, 프리캐스트 콘크리트구조체 등 그 종류는 관계없으며, 보강을 행하는 부위에 대해서도 한정되지 않는다.
또한 제3 실시예~제5 실시예에서는 전단보강 철근을 중간벽의 좌측으로부터 삽입하는 구성으로 하였으나, 그 삽입 방향은 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다. 또한 상기 각 실시예의 기단 플레이트 헤드는 사각형의 강판 플레이트를 마찰압접에 의해 전단보강 철근에 고정해서 이루어지는 구성으로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 기단 플레이트 헤드에 암나사를 구성하고 전단보강 철근의 기단부에도 선단부와 마찬가지로 수나사를 가공해 전단보강 철근을 기단 플 레이트 헤드에 나사체결하는 구성이나 전단보강 철근에 나사 철근을 사용해 전단보강 철근을 기단 플레이트 헤드에 나사체결하는 구성으로 할 수도 있다.
또한 기설의 RC조의 측벽과, 이 측벽에 형성된 보강부재 삽입공에 배치된 기단정착부재를 갖는 전단보강부재와, 이 보강부재 삽입공에 충전되는 충전재와, 측벽의 표면과 전단보강부재의 기단정착부재의 표면에 접착되어서 일체화가 된 섬유 시트로 이루어지는 전단력 보강 구조를 구축함으로써, 상기 측벽의 전단 내력의 보강과 인성성능을 향상시켜도 된다.
또한 제8 실시예에 있어서, 섬유 시트를 플레이트 헤드에 직접 접착하는 구성에 대해서 설명하였으나, 제1 기단측 폭확장부에 충전되는 충전재로서, 제1 전단보강 철근과 충분한 정착력을 발현하여 제1 전단보강 철근과의 일체화가 가능한 재질의 것을 사용한다면, 섬유 시트를 플레이트 헤드에 직접 접착하지 않아도 충전재의 표면에 접착함으로써 그 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한 제8 실시예에서는 하측의 제1 영역에만 섬유 시트를 접착하는 구성으로 하였으나 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 상측의 제1 영역에 섬유 시트를 접착하거나 박스 컬버트의 내면전체에 섬유 시트를 접착할 수도 있다.
또한 상기 제7 실시예 및 제8 실시예에서는 제2 전단보강부재로서, 그 양단에 돌기부가 형성된 부재를 사용하는 것으로 하였으나, 제2 선단폭확장부 및 제2 기단폭확장부의 내부에 충전된 충전재가 지진시의 인장력에 대하여 충분한 정착력을 갖고, 상기 충전재와 제2 전단보강부재와의 일체화가 가능하다면 제2 전단보강부재의 양단에 돌기부가 형성되지 않아도 된다.
마찬가지로, 제1 전단보강부재의 선단에 형성된 돌기부도 지진시의 인장력에 대한 충전재와의 정착력에 따라 생략할 수 있다.
또한 제1 전단보강부재의 기단부에 형성된 기단정착부재의 형상은 RC 구조물에 작용하는 응력에 따라 적당하게 설정됨은 물론이다.
또한 상기 실시예에서는 제1 선단정착부재와, 제2 선단정착부재와, 제2 기단정착부재가 동일한 구성으로 하였으나, 각 정착부재가 동일할 필요가 없는 것은 말할 필요도 없다.
또한 제1 기단정착부재로서, 제1 선재의 10배~15배의 폭을 갖는 플레이트재를 사용하는 것으로 하였으나, 제1 기단정착부재의 크기는 이것에 한정되지 않는다.
또한 상기 각 실시예에서는 보강부재 삽입공 전체에 섬유보강 시멘트계 재료로 이루어지는 충전재를 충전하는 구성으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 선단폭확장부 및 기단폭확장부에만 고강도섬유충전재를 충전하고, 일반부는 보통 강도의 충전재를 충전하는 구성으로 할 수도 있다.
또한 충전재를 구성하는 골재 및 포졸란계 반응 입자의 배합은 상기 실시예에서 기재한 것에 한정되지 않으며, 골재는 최대입경이 2.5mm 이하, 포졸란계 반응 입자는 입자직경이 0.01~15μm의 범위내이면 좋다.
또한 충전재에 실리카흄을 혼합하는 구성으로 하였으나, 포졸란계 반응 입자는 실리카흄에 한정되지 않는다.
또한 충전재는, 소정의 압축강도(200N/mm2이상), 소정의 굽힘 인장강도(40N/mm2이상), 소정의 이형 철근과의 부착강도(60-80N/mm2)을 발현가능하면, 예를 들어 시멘트계 모르타르나 에폭시 수지 등을 사용할 수도 있으며, 상기 실시예의 것에 한정되지 않는다.
본 발명에 의하면, 간단하면서 확실하게 소정의 인발 강성을 확보할 수 있게 되는, 기설 RC 구조체의 전단력 보강 구조 및 전단력 보강부재가 제공된다.

Claims (25)

  1. 기설(旣設)의 철근 콘크리트 구조물과, 이 철근 콘크리트 구조물에 형성된 보강부재 삽입공의 내부에 배치되는 선재(線材)를 주체(主體)로 한 전단(剪斷)보강부재와, 상기 보강부재 삽입공에 충전되는 충전재를 포함하여 이루어지는 전단력 보강 구조로서,
    상기 보강부재 삽입공이, 상기 선재의 직경보다 큰 내경의 일반부와, 상기 보강부재 삽입공의 기단부(基端部)에 형성되며 상기 일반부보다 큰 내경을 갖는 기단폭확장부를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강부재 삽입공의 선단부에는, 상기 일반부보다 큰 내경을 갖는 선단폭확장부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전단보강부재가, 상기 선재인 전단보강 철근과, 상기 전단보강 철근의 기단부에 형성되며 상기 전단보강 철근의 철근 직경보다 단면형상이 큰 기단정착부재를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전단보강 철근의 선단부에, 상기 전단보강 철근의 철근 직경보다 단면형상이 큰 선단정착부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충전재가, 상기 선재가 이형 철근인 경우에 그 부착강도가 60N/mm2이상인 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충전재가, 시멘트계 매트릭스에 섬유가 혼합된 섬유보강 시멘트계 혼합재료인 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 섬유보강 시멘트계 혼합재료가, 시멘트와, 최대입경이 2.5mm 이하의 골재와, 입자직경이 0.01~15μm의 포졸란계 반응 입자와, 적어도 1종류의 분산재와, 물을 혼합하여 얻어지는 시멘트계 매트릭스에,
    직경이 0.05 내지 0.3mm 이고 길이가 8 내지 16mm의 섬유를, 상기 시멘트계 혼합체의 용적에 대하여 1 내지 4%정도 혼입하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 철근 콘크리트 구조물의 표면에 섬유 시트가 접착되어 있고, 상기 섬유 시트와 상기 전단보강부재는 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 철근 콘크리트 구조물의 표면과 상기 기단정착부재의 표면에 섬유 시트가 접착되어 있고,
    상기 섬유 시트와 상기 전단보강부재는 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  10. 기설(旣設)의 철근 콘크리트 구조물과,
    상기 철근 콘크리트 구조물에 형성된 제1 보강부재 삽입공의 내부에 배치되는 제1 전단보강부재 및 제2 보강부재 삽입공의 내부에 배치되는 제2 전단보강부재와,
    상기 제1 보강부재 삽입공 및 제2 보강부재 삽입공에 충전되는 충전재를 포함하여 이루어지는 전단력 보강 구조로서,
    상기 제1 전단보강부재는,
    제1 선재와,
    상기 제1 선재의 기단부에 형성되며 상기 제1 선재의 직경보다 큰 폭을 갖는 제1 기단정착부재를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 보강부재 삽입공이, 상기 제1 선재의 직경보다 큰 내경의 제1 일반부와,
    상기 제1 보강부재 삽입공의 기단부에 형성되며 상기 제1 일반부보다 큰 내경을 갖는 제1 기단폭확장부를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 보강부재 삽입공의 선단부에는 상기 제1 일반부보다 큰 내경을 갖는 제1 선단폭확장부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 전단보강부재는, 제2 선재와, 상기 제2 선재의 기단부에 형성되어 그 제2 선재의 직경보다 큰 폭을 갖는 제2 기단정착부재로 구성되고 있고,
    상기 제1 기단정착부재는, 상기 제2 기단정착부재의 폭보다 큰 폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전단보강부재의 선단부에 상기 제1 선재의 직경보다 큰 폭을 갖는 제1 선단정착부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전단보강부재와 상기 제2 전단보강부재의 선단부에, 각각 상기 제1 선재의 직경보다 큰 폭을 갖는 제1 선단정착부재와, 상기 제2 선재의 직경보다 큰 폭을 갖는 제2 선단정착부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 철근 콘크리트 구조물은 라멘 구조로 이루어지고, 상기 제1 보강부재 삽입공은 상기 철근 콘크리트 구조물의 모서리부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1 기단정착부재는, 상기 제1 선재의 직경의 5배 이상 20배 이하의 폭, 바람직하게는 10배 이상 15배 이하의 폭으로 된 플레이트 형상의 부재가 상기 제1 선재의 기단부에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 철근 콘크리트 구조물의 내면에는 섬유 시트가 접착되어 있고, 상기 섬유 시트는 상기 제1 선재와 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 철근 콘크리트 구조물의 내면에는 섬유 시트가 접착되어 있고, 상기 섬유 시트는 상기 철근 콘크리트 구조물의 표면과, 상기 제1 선재의 상기 제1 기단정착부재의 표면에 접착되어서 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강 구조.
  20. 기설(旣設)의 철근 콘크리트 구조물에 형성된 보강부재 삽입공의 내부에 배치되는 전단보강부재로서,
    상기 보강부재 삽입공의 전체길이보다 짧은 길이의 선재와, 상기 선재의 직경보다 큰 폭치수를 가지며, 상기 선재의 기단부 및 선단부에 각각 고정된 기단정착부재 및 선단정착부재를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전단보강부재.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 선단정착부재는 폭치수가 상기 선재의 직경의 120% 내지 250%로 형성되 어 있는 것을 특징으로 하는 전단력 보강부재.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 선재에는 그 선단부에 수나사 부재가 일체로 형성되어 있고,
    상기 선단정착부재는 두께 치수가 상기 선재의 직경의 80% 내지 120%, 폭치수가 상기 선재의 직경의 200% 내지 300%의 원형 또는 다각형의 형상을 한 강제 플레이트로 이루어지며, 상기 강제 플레이트에는 암나사가 형성되어 있고, 이 암나사에 상기 선재의 수나사 부재를 나사체결함으로써 상기 선재의 선단부에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전단력 보강부재.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 선재에는 그 선단부에 수나사가 가공되어 있고,
    상기 선단정착부재는 두께 치수가 상기 선재의 직경의 80% 내지 120%, 폭치수가 상기 선재의 직경의 200% 내지 300%의 원형 또는 다각형의 형상을 한 강제 플레이트로 이루어지며, 이 강제 플레이트에는 암나사가 형성되어 있고, 이 암나사에 상기 선재의 수나사를 나사체결함으로써 상기 선재의 선단부에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전단력 보강부재.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 선재는 나사 철근으로 구성되어 이루어지고,
    상기 선단정착부재는 두께 치수가 상기 선재의 직경의 80% 내지 120%, 폭치수가 상기 선재의 직경의 200% 내지 300%의 원형 또는 다각형의 형상을 한 강제 플레이트로 이루어지며, 이 강제 플레이트에는 암나사가 형성되어 있고, 이 암나사에 상기 선재를 나사체결함으로써 상기 선재의 선단부에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전단력 보강부재.
  25. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기단정착부재는 두께 치수가 상기 선재의 직경의 30% 내지 120%, 폭치수가 상기 선재의 직경의 130% 내지 300%의 원형 또는 다각형의 형상을 한 강제 플레이트가 상기 선재의 기단부에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전단력 보강부재.
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