KR20070111508A - 금속 관구조와 이를 이용한 구조물을 보강하기 위한 방법 - Google Patents

금속 관구조와 이를 이용한 구조물을 보강하기 위한 방법 Download PDF

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KR20070111508A
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Abstract

본 발명은 금속 관구조(1)를 보강하는 방법에 관한 것이고 본 방법은 상기 금속 관구조(1)내에 소정의 값 이상의 인장 강도를 갖는 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)를 도입하는 단계; 및 경화성 채움제가 상기 금속 관구조(1)의 내면과 접착하고 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)를 코팅하도록, 상기 금속 관구조(1)내에 상기 경화성 채움제를 주입하는 단계;를 포함한다.
금속 관구조, 경화성 채움제, 대략 선형의 엘리먼트

Description

금속 관구조와 이를 이용한 구조물을 보강하기 위한 방법{METHOD FOR REINFORCING A METAL TUBULAR STRUCTURE}
본 발명은 금속 관구조를 보강하기 위한 방법에 관한 것이다.
금속 관구조는 예컨대 관형 엘리먼트 격자로 구성되는 타입이 있다. 이것은 조립된 복수의 금속 관 부로 구성되어 있다.
금속 구조의 형상은 대체로 용도에 맞게 개조된다. 따라서 특히 라디오 방송용의 마스트 지지 무선 송신선이나 해양 구조물등을 형성할 수 있다.
모든 경우에 있어서, 이러한 구조는 다양한 힘을 받는다. 예컨대 이러한 구조가 무선 전송 마스트로 구성되면, 이러한 힘은 특히 마스트에 위치하는 공중선의 무게는 물론 강설량, 풍압, 지진등의 외부 영향의 효과를 받게된다.
따라서, 이러한 구조를 설계할 때 거기에 설치되는 장비에 따라, 예컨대 마스트에 걸친 공중선의 수와 형태에 따라 사용 하중과 우발 하중을 견디도록 설계된다.
기술의 발전과 운영의 한계로 서로 다른 장비 아이템에 의해 사용된 장치를 대체하게 하거나 기타 장치를 부가하기도 한다. 따라서 작동 하중과 외부 응력의 영향성이 수정되게 되고 그 결과 구조를 적절하게 보강하거나 대체할 필요가 있다.
잘 알려진 보강법은 금속 구조의 엘리먼트를 적절히 부가하거나 대체하여 원하는 비율로 금속부를 증가시킴으로써 새로운 응력에 적합하도록 하는 것으로 되어있다. 이러한 보강법은 대체로 복잡한데 특히 구조의 조립 지점 부분에서 특히 복잡하다. 더욱이 이러한 방법은 동작 주기동안 공중선 등의 설치 장비를 철거하는데 관련한 작업에 방해가 되거나 중단원인이 된다. 이러한 중단으로 운영자에게는 비용이 많이 소모하게하고 매우 제한적이되게끔 한다. 또한, 이러한 방법은 구조의 외형을 변형시키므로 작업을 상당히 더디게할 수 있는 사전 작업 승인을 얻어야 하도록 할 수 있다.
WO 2004/038106호 공보에 금속 관구조를 보강하는 방법이 개시되어 있는데, 여기서 관 구조의 내면에서 소정 거리에 금속 보강층을 형성하여 상기 보강층과 관 구조간의 공동을 형성하게 한다. 이 공동안에 플라스틱이나 폴리머를 주입하여 경화시킨 후 보강층과 관 구조 내면에 접착하게 한다.
이러한 방법은 만곡시에 금속 관구조를 보강하게 하지만 이러한 구조에서 가장 중요한 인장 강도 및/또는 압축 강도를 향상시키지는 못한다.
본 발명의 일 목적은 상기 단점을 제거하고 인장 및/또는 압축시 금속 관구조를 보강하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 구조를 동반한 작업에 방해가 되거나 중단되게 함이 없이 금속 관구조를 보강하는 것이다.
따라서 본 발명은 금속 관구조를 보강하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 상기 금속 관구조내에 소정의 값 이상의 인장 강도를 갖는 대략 선형의 복수의 엘리먼트를 도입하는 단계; 및 경화성 채움제가 상기 금속 관구조의 내면과 접착하고 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트를 코팅하도록, 상기 금속 관구조내에 상기 경화성 채움제를 주입하는 단계;를 포함한다.
대략 선형의 엘리먼트를 관구조내에 도입함으로써 인장 시 구조를 보강할 수 있다. 경화성 채움제를 주입하는 것 또한 인장 및 압축 시 작업을 할 수 있는 모놀리식 복합구조를 형성할 수 있게 한다. 이런식으로, 관구조의 내 하중부는 증가하고 관성이 참작된다. 또한 이러한 금속 관구조의 내부 보강으로 외형을 변화시키지는 않는다.
본 발명의 실시예에 따라, 이하의 임의의 방식으로 함께 가능하며, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 탄소봉을 포함한다.
상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 쓰레드 및/또는 연선을 포함한다.
상기 금속 관구조는 고정된 하단부와 고정되지 않은 상단부를 갖도록 설치되고, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 상기 금속 관구조의 상기 상단부로부터 도입된다.
상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 기하적 분포가 미리결정된 다발을 형성하도록 금속 관구조내로 도입된다.
상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 상기 금속 관구조에 연결된 메쉬의 각각의 홀을 통해 상기 금속 관구조내로 도입된다.
상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 상기 금속 관구조내로 도입된 후 메쉬에 고정된다.
상기 금속 관구조는 고정된 하단부와 고정되지 않은 상단부를 갖도록 설치되고, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 밸러스트 웨이트의 홀을 통해 상기 금속 관구조의 상기 상단부로부터 도입되고, 상기 밸러스트 웨이트의 홀은 상기 메쉬의 홀에 대략 대응하는 식으로 분포되고, 상기 밸러스트 웨이트는 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트를 상기 메쉬에 고정한 후 상기 메쉬로부터 상기 금속 관구조의 하단부를 향해 케이블의 보조로 낮아진다.
상기 경화성 채움제는 시멘트 그라우트를 포함한다.
상기 경화성 채움제는 광물성 또는 합성 결합제를 포함한 액체 콘크리트를 포함한다.
상기 경화성 채움제는 수지를 포함한다.
상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트가 상기 금속 관구조내로 도입되기 전에 수지의 보조로 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트의 경계에 골재가 접착된다.
상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 경계상에 톱니모양의 부분을 뚜렷이 갖고 있다.
상기 쓰레드는 상기 금속 관구조를 더 보강하기 위하여 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트의 적어도 몇몇의 적어도 일부상에 부착된다.
본 발명은 또한 상기 관구조내로 주입된 경화성 채움제의 보조로 보강된 금속 관구조를 제공한다. 상기 금속 관구조는 소정의 값 이상의 인장 강도를 갖는 대략 선형의 복수의 엘리먼트를 포함하고, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 금속 관구조내에 위치된다. 경화 후 채움제를 금속 관구조의 내면에 접촉하게 하여 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트를 코팅한다.
본 발명의 실시예에 따라 이하의 모든 방식으로 결합 가능하며, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 탄소봉을 포함한다.
상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 쓰레드 및/또는 연선을 포함한다.
상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 기하적 분포가 미리결정된 다발을 형성한다.
상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 금속 관구조에 연결된 메쉬의 각각의 홀을 통해 금속 관구조내로 도입되고 금속 관구조내에 도입된 후 메쉬상에 고정된다.
상기 경화성 채움제는 시멘트 그라우트를 포함한다.
상기 경화성 채움제는 광물성 또는 합성 결합제를 포함한 액체 콘크리트를 포함한다.
상기 경화성 채움제는 수지이다.
수지의 보조로 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트의 경계에 골재가 부착된다.
상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트는 경계상에 톱니모양과 같은 부분을 뚜렷이 갖는다.
상기 금속 관구조의 대응부를 더 보강하기 위하여 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트의 적어도 몇몇의 적어도 일부에 쓰레드를 부착한다.
상기 금속 관구조는 조립되는 속이 빈 금속 관부를 포함한다.
상기 금속 관구조는 무선 전송선을 지지하는 마스트를 형성하도록 배치된다.
상기 금속 관구조는 해양 구조물을 형성하도록 배치된다.
도 1은 본 발명에 따라 보강된 금속 관구조를 도시한 도, 및
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 금속 관구조를 보강하는데 사용되는 탄소봉의 일부를 도시한 도.
본 발명의 기타 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조한 이하의 비제한적 상세한 설명으로 명백해질 것이다.
도 1에 본 발명에 따라 보강된 금속 관구조를 도시하고 있다. 구조(1)는 예컨대 그 상단부에서 전자파 전송이나 중계를 위한 라디오 방송용 무선 전송선을 지지하는 마스트를 형성하는데 사용된다. 대안으로 도 1의 구조(1)는 바다에서 사용되는 해양 구조물의 일부를 형성할 수도 있다. 이러한 구조는 도 1에 도시된 바와 같이 상단부에는 아무것도 고정되지 않고 하단부에는 예컨대 (도시안된) 지면에 고정될 수 있다.
도 1의 구조(1)는 몇몇 관부를 포함하고, 그 중 2개(1a, 1b)가 도면에 도시되어 있다. 이러한 관부는 용접된 빈 구간을 형성한다. 각각의 구간은 예컨대 대략 10미터에 이르는 높이를 가질 수 있다. 관부는 고정 볼트(3b)로 플랜지(3a)를 고정하여 현장에서 조립된다. 플랜지는 본 발명이 특히 보강하고자 하는 구조(1) 내에 연약점을 갖는다. 변형예로서, 금속 관구조는 특히 높이가 낮다면 하나의 피스로 제작될 수 있다.
본 발명에 따른 관구조(1)의 보강법은 소정값보다 큰 인장 강도를 갖는 실질적으로 선형인 복수의 엘리먼트를 구조(1)내부에 도입하는 것을 포함한다. 상기 값은 구조에 발휘될 것 같은 응력에 따라 선택될 수 있다. 예컨대 대략 6mm의 소직경 탄소섬유(4)로 제작된 합성봉을 사용할 수 있다. 이러한 탄소봉은 바람직하게는 도 1에 도시된 바와 같이 관구조 구간을 따라 뻗어있도록 도입된다. 유리하게는 강도와 인장탄성계수가 대략 2400MPa 및 160GPa인 다발로 위치시킨다.
탄소봉(4)은 유연하고 가벼운 이점을 갖는다. 또한 길게 말 수 있어 운반이 용이하다. 또한 슬리빙에 의해 이음매를 형성할 필요가 없다. 더욱이, 높은 곳에서 어려운 작업 환경에서 수작업을 용이하게한다. 이러한 작업은 탄소봉을 말거나 푼 후 뻗뻗함과 잔여 변형이 없음으로 인해 특히 용이하게된다.
변형예로서, 탄소봉대신 예컨대 섬유나 연선형태의 탄소 쓰레드 등 기타의 선형 엘리먼트를 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 예에서, 탄소봉(4)은 예컨대 아무것도 고정되지 않은 상단부에서 관구조(1)내부로 도입된다. 유리하게도 관구조내부로 도입하는 것은 탄소봉이 도입된 후 기하적 분포가 미리결정지워진 다발을 형성하게끔 수행된다.
이는 예컨대 관구조(1)의 상단부에 연결된 메쉬(6)의 보조로 수행된다. 이러한 메쉬(6)에는 탄소봉(4)이 각각 관구조(1)내로 도입되는 홀이 있다. 이런식으로 탄소봉을 정렬하여 서로간의 일정 간격을 유지한다. 일단 탄소봉이 관구조(1) 내로 도입되면 탄소봉은 유리하게도 앵커리지(9)의 보조로 메쉬(4)에 부착된다.
관구조(1) 상단에서 일정 거리로 봉(4) 다발의 기하적 분포를 유지하기 위해서, 메쉬(6) 아래에 천공형 밸러스트 웨이트(7)를 위치시킨다. 밸러스트 웨이트(7)는 메쉬(6)와 같은 홀 배치를 갖는다. 따라서 탄소봉은 메쉬(6)의 각각의 홀과 천공형 밸러스트 웨이트(7)의 각각의 대응 홀을 통해 관구조(1)내로 도입된다. 탄소봉이 도입되고 경우에 따라서 메쉬(6)에 고정되면 천공형 밸러스트 웨이트(7)는 케이블(8)의 보조로 관구조(1)내에서 도 1에 파선으로 도시된 위치로 낮아진다. 따라서 탄소봉(4)간 원하는 간극이 관구조(1)의 상단부와 천공형 밸러스트 웨이트(7)의 최종 위치사이에서 유지된다.
탄소봉(4)은 차례로 또는 다발로 동시에 관구조(1)내로 도입될 수 있음을 유의하여야 한다.
관구조의 보강에 사용된 탄소봉(4)이나 기타 임의의 다른 대략 선형의 엘리먼트가 하단부에서 이 구조내로 도입될 수도 있음을 유의하여야한다. 이를 위해, 봉이 도입되도록 구조의 바닥 부재내에 소직경의 구멍을 낼 수 있다.
탄소봉(4)이 관구조(1)내로 도입되면 구조내에 경화성 채움제를 주입하여 관구조(1)의 내면과 접촉하게 하고 탄소봉(4)을 코팅한다. 탄소봉간에 간극이 유지되어야하는 실시예에서, 바람직하게는 채움제가 봉간에 침투하여 그 각각의 완전한 코팅을 가능하게끔 간극을 선택한다.
관구조(1)내로 주입된 채움제는 예컨대 시멘트 그라우트이다. 이러한 그라우트는 충분히 유체상태로 주입되어 관구조(1)의 내부 공간(2)을 채워서 관구조(1) 의 내면과 접착하게하고 탄소봉(4)을 코팅한다. 경화후, 시멘트 그라우트는 대략 65MPa의 28일의 압축강도를 얻는다.
봉으로 보강한 이러한 모놀리식 복합구조는 관구조(1)의 내 부하부를 증가시키고 따라서 인장강도와 압축강도 성능을 상당히 향상시킨다. 심지어 연약지점, 특히 조립 플랜지(3a) 영역에도 강도가 증가하는데 이는 시멘트 그라우트가 부가된 탄소봉을 포함하는 보강물이 관구조(1)의 모든 구간에 걸쳐 분포되고 특히 연약지점을 교차하고 있기 때문이다.
변형예로서,관구조(1)내에 주입된 경화성 채움제는 예컨대 초고 섬유강화성 성능을 가진 광물성 결합제를 포함한 액체 콘크리트나 합성 결합제를 포함한 콘크리트 또는 그라우트일 수 있고 채움 수지로 구성될 수도 있다.
관구조(1)의 내면과 채움제의 접착은 예컨대 결속효과나 구조내의 용접 비드와 경화제로써 향상될 수 있다.
도 2는 일부가 수지(11)로 코팅된 탄소봉(4)을 도시하고 있다. 이러한 수지는 바람직하게는 합성 수지이다. 예컨대 수지는 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 탄소봉(4)에 부착되도록 하기 위해 에폭시 수지에 골재 침적물(10)을 부가하였다. 이러한 골재는 예컨대 0.8mm크기의 건조 모래를 포함할 수 있다. 모래(10)와 탄소봉(4)은 관구조(1) 내부를 채우는 혼성 매트릭스와 같은 특성의 수지를 보조로 이런식으로 서로 접착된다. 탄소봉(4)과 시멘트 그라우트의 접착력은 모래의 광물경계와 봉의 경계에 나 있는 거칠기에 의해 증가된다.
유리하게도, 탄소봉(4)은 또한 그 경계에 톱니모양과 같은 부분을 또렷이 갖 고 있고 이는 시멘트 그라우트와 형상에 관계한 접착을 훨씬 증가시킨다. 탄소봉보다 연선이 관구조내에 도입되는 경우에는 나선형면이 이러한 형상 접착을 가능하게한다.
본 발명의 유리한 실시예에 따라, 특히 보강이 요구되는 관구조(1)의 일부에 대응하는 몇몇 탄소봉(4)의 일부에 쓰레드가 부착된다.

Claims (14)

  1. 금속 관구조(1)를 보강하는 방법으로서,
    상기 금속 관구조(1)내에 소정의 값 이상의 인장 강도를 갖는 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)를 도입하는 단계; 및
    경화성 채움제가 상기 금속 관구조(1)의 내면과 접착하고 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)를 코팅하도록, 상기 금속 관구조(1)내에 상기 경화성 채움제를 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)는 탄소봉을 포함하는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)는 쓰레드 및/또는 연선을 포함하는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 관구조(1)는 고정된 하단부와 고정되지 않은 상단부를 갖도록 설치되고, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)는 상기 금속 관구조(1)의 상기 상단부로부터 도입되는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)는 기하적 분포가 미리결정된 다발을 형성하도록 금속 관구조(1)내로 도입되는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)는 상기 금속 관구조(1)에 연결된 메쉬(6)의 각각의 홀을 통해 상기 금속 관구조(1)내로 도입되는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)는 상기 금속 관구조(1)내로 도입된 후 메쉬(6)에 고정되는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속 관구조(1)는 고정된 하단부와 고정되지 않은 상단부를 갖도록 설치되고, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)는 밸러스트 웨이트(7)의 홀을 통해 상기 금속 관구조(1)의 상기 상단부로부터 도입되고, 상기 밸러스트 웨이트(7)의 홀은 상기 메쉬(6)의 홀에 대략 대응하는 식으로 분포되고, 상기 밸러스트 웨이트(7)는 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)를 상기 메쉬(6)에 고정한 후 상기 메쉬(6)로부터 상기 금속 관구조(1)의 하단부를 향해 케이블(8)의 보조로 낮아지는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화성 채움제는 시멘트 그라우트를 포함하는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화성 채움제는 광물성 또는 합성 결합제를 포함한 액체 콘크리트를 포함하는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화성 채움제는 수지를 포함하는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)가 상기 금속 관구조(1)내로 도입되기 전에 수지(11)의 보조로 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)의 경계에 골재(10)가 접착되는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)는 경계상에 톱니모양의 부분을 뚜렷이 갖고 있는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쓰레드는 상기 금속 관구조(1)를 더 보강하기 위하여 상기 대략 선형의 복수의 엘리먼트(4)의 적어도 몇몇의 적어도 일부상에 부착되는 것을 특징으로하는 금속 관구조(1)의 보강 방법.
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