KR20090001754U - 홈을 가지는 전단연결재 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전단연결재에 관한 것으로서, 여러개의 플랜지를 반대방향으로 배치하고, 이러한 플랜지사이에 안착홈을 형성하고 여기에 철근을 배치하는 방법으로 시공이 용이하고, 작업성이 우수한 전단연결재에 관한 것이다. 또한 이러한 방법으로 강판과 콘크리트 슬래브의 일체화가 가능하다. 본 고안에 따른 안착홈을 가지는 전단연결재는 전단연결재의 몸체의 상부를 절곡시킨 복수 개의 플랜지를 형성하고 이 플랜지들의 이웃한 사이사이에는 철근이 놓여질 수 있도록 상방으로 개방된 안착홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

전단연결재, 플랜지, 안착홈.

Description

홈을 가지는 전단연결재{Shear connector with recess}

본 고안은 전단연결재에 관한 것으로서, 여러개의 플랜지를 반대방향으로 배치하고, 이러한 플랜지사이에 안착홈을 형성하고 여기에 철근을 배치하는 방법으로 시공이 용이하고, 작업성이 우수한 전단연결재에 관한 것이다. 또한 이러한 전단연결재로 강판과 콘크리트 슬래브의 일체화가 가능하다.

일반적으로 건축, 토목 분야에서 강판과 콘크리트 사이의 합성효과를 기대할 목적으로 스터드 커넥터를 전단연결재로 사용하여 이종재료인 H-형강보와 콘크리트 슬래브간의 면내 전단력을 전달하도록 하고 있다.

스터드 커넥터는 헤드와 몸체가 일체로 된 구성으로서 현장이나 공장에서 강판에 반자동 용접 또는 손 용접 방식으로 용이하게 부착할 수 있으므로 가장 광범위하게 사용되고 있는 전단연결재이다. 반면에 사용되는 강판의 종류나 직경(최대 22mm)에 제한이 따르므로 콘크리트 속에 매입되었을 경우 단면의 저항능력이 작으며 수평력에 대한 저항 강성도 작다.

또한 헤드가 작아 상방향 인발력에 대해 재료분리 방지 및 정착효과 등의 측면에서 충분한 합성효과를 발휘하지 못하기 때문에 많은 양을 매우 조밀하게 설치 하여야 한다.

도 1은 종래의 발명에 따른 ㄱ자형 유공판을 갖는 전단연결재(10)의 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 ㄱ자형 유공판을 갖는 전단연결재(10)는 콘크리트가 강판에 형성된 홀(13)을 따라 흘러들어가 도웰을 형성함으로써 수평방향의 전단에 저항하고 수직방향의 분리를 방지한다. 또한 플랜지의 상부를 여러 갈래로 찢어 교호적으로 절곡한 것을 볼 수 있다.

이와 같이 플랜지를 반대방향으로 찢어지게 배치한 것은 콘크리트가 충전되지 못하는 효과를 막기 위함이다. 즉 한쪽 방향으로만 플랜지(11)를 구부리게 되면 콘크리트가 부분적으로 충전되어 버린다. 만약 이러한 기공이 ㄱ자형을 가지는 전단연결재(10)의 플랜지(11)와 강판(42) 사이에 존재하면 응력집중 현상과 외부 하중이 작용할 때 균열이 진전되는 효과가 발생하게 된다. 이를 막기 위해서 전단연결재(10)를 구부려서 플랜지(11)를 만들고 이러한 플랜지(11)를 여러 갈래로 찢어서 배치하는 구성을 취하였다.

도 2는 종래의 발명에 따른 ㄱ자형 유공판을 갖는 전단연결재(10)에 철근(41)을 배치한 것을 보여주는 설치상태도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, ㄱ자형 유공판을 갖는 전단연결재(10)의 경우 홀(13)에 철근(41)이 배치되면, 이에 대한 강도 측정치가 도 1에 도시된 홀(13)만이 형성된 전단연결재와 차이가 나게 된다.

이처럼 홀(13)에 철근(41)을 배치하지 않은 경우 홀(21)을 통하여 콘크리트 슬래브가 위치하게 되면서 전단연결재(10)를 콘크리트 슬래브가 관통한다. 이것은 콘크리트의 연속성을 확보하기 위함이다. 하지만 이러한 콘크리트의 연속성에도 불 구하고 콘크리트 슬래브와 전단연결재(10)의 용접부위에서 파괴가 발생한다. 이는 콘크리트의 연속성으로는 하중 저항능력이 증가함을 확보하지 못한다는 단적인 증거가 된다.

뿐만 아니라, 최대 내력시 발생하는 변위가 상대적으로 미소하여 합성구조체의 파괴 거동시 취성적인 거동특성을 나타내며, 유공강판의 단부 수직면과 인접한 콘크리트에는 매우 높은 지압응력이 발생하는 단점을 가지고 있다.

이로 인하여 유공강판과 나란하게 콘크리트에는 종방향의 균열이 발생하게 되며 최종파괴는 유공강판에 의한 콘크리트의 국부지압성 파괴가 된다.

뿐만 아니라, 이러한 전단연결재(10)의 부착면에 대한 취성파괴를 방지하기 위해 홀(13)에 철근(41)을 배치하는 방법으로 수평방향의 전단 응력에 저항할 수 있도록 철근(41)을 배치하는 방법이 사용되어 왔다. 하지만 이 역시 시공시 홀(13)마다 일일이 철근(41)을 끼워야 하므로 현장에서 작업을 하여야 하는 불편이 있고, 작업 지연의 요인이 되어 왔다.

게다가 전단연결재(10)의 플랜지(11)를 지그 재그 방식으로 제조하려면 플랜지(11)와 플랜지(11)사이에 균열이 발생하기 쉽다. 이는 프레스 벤딩이라는 작업을 통해서 작업 공정을 진행하기 때문에 발생하는 현상이다. 이것 또한 전단연결재(10)를 제조할 때 방지해야 하는 어려움이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제를 해결하고자 안출한 것으로써, 전단연결재의 플랜지와 플랜지 사이에 U자형 홈을 만들어 철근이 위에서 아래로 배근하도록 하여 배근 작업을 용이하게 하는 것이 본 고안의 제 1목적이다.

또한 전단연결재의 플랜지 사이에 철근을 배치하는 것을 통해 하중 저항능력을 향상시켜 취성파괴를 연성파괴로 전환하고자 하는 것이 본 고안의 제 2 목적이다.

게다가 위와 같은 플랜지와 플랜지사이의 방향을 서로 반대방향으로 향하게 만들 때 그 간격을 두고, 곡률을 크게 함으로써 플랜지와 플랜지사이에 응력집중을 완화하고 이로써 균열이 발생하는 것을 방지하는 것이 본 고안의 제 3목적이다.

고안의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

본 고안에 따른 안착홈을 가지는 전단연결재는 전단연결재의 몸체의 상부를 절곡시킨 복수 개의 플랜지를 형성하고 이 플랜지들의 이웃한 사이사이에는 철근이 놓여질 수 있도록 상방으로 개방된 안착홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

특히, 본 고안에 따른 이웃하는 외측 플랜지와 내측 플랜지가 서로 반대방향으로 절곡되어 있다.

특히, 플랜지사이의 안착홈은 U자형으로 형성되어 있어서 전단연결재의 제 조시에 플랜지와 플랜지사이에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

특히, 이러한 U자형 홈은 외측 플랜지와 내측 플랜지 사이에 개방됨으로써 철근이 위에서 아래로 배근될 수 있다.

특히, 안착홈의 너비는 철근의 직경과 같거나 이보다 크게 구성되어 있어서 철근이 안착될 수 있다. 또한 이 안착홈은 철근의 직경이상의 깊이를 가지고 있다.

특히, 전단연결재는 외부의 응력에 대하여 탄성 특성을 보이는 강재로 구성되어 있다.

특히, 전단연결재의 길이 방향 양단에는 외측 플랜지가 각각 형성되고, 이러한 외측 플랜지의 사이에는 외측플랜지의 폭과 다른 폭을 갖는 내측플랜지가 하나 이상 형성되도록 구성되어 있다.

특히, 내측 플랜지의 폭은 상기 외측플랜지의 폭보다 더 크게 구성되어있다.

본 고안에 따른 홈을 갖는 전단연결재의 경우에는 플랜지 사이에 반경이 큰 홈을 만들고 이러한 플랜지 사이에 철근을 배치하는 작업이 쉬워서 시공공정이 간편하고 용이하게 된다.

뿐만 아니라, 이러한 플랜지를 다수 개 형성하는 방법을 통하여 콘크리트의 타설시 발생하기 쉬운 콘크리트의 분리를 방지할 수 있는 효과가 있다. 이러한 콘크리트의 분리방지로 강판과 콘크리트 슬래브가 하나로 일체화된다.

이처럼 강판과 콘크리트 슬래브를 하나로 일체화시키면, 외부 하중에 대한 저항 능력이 상승하게 된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안에 따른 안착홈(21)을 갖는 전단연결재(100)의 형상을 보여주는 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 외측, 내측 플랜지(11a,11b)는 전단연결재(100)를 구부린 것과 같은 모양을 취하고 있다. 또한 이러한 전단연결재(100)의 사이에는 U자형의 홈(21)이 형성되어 있다.

그리고 본 고안에 따른 안착홈(21)을 갖는 전단 연결재(100)는 외측 플랜지(11b)와 내측 플랜지(11a)를 가지고 있다. 그리고 이웃하는 내측 플랜지(11a)와 외측 플랜지(11b)는 서로 반대 방향으로 절곡되어 있다. 이는 콘크리트 타설 작업시 타설이 한 군데로 몰리면서 콘크리트가 채워지지 않는 것을 막기 위한 구성이다.

또한 이러한 외측 플랜지(11b)와 내측 플랜지(11a)의 절곡된 길이는 일정길이 이상이 되도록 구성되어야 양방향으로 콘크리트의 수축에 대한 저항 효과가 가능하다. 만일 이러한 내외측 플랜지(11b,11a)의 절곡된 길이를 너무 짧게 구성하면 내외측 플랜지(11a,11b)를 설치하고자 하는 취지가 몰각된다. 즉 콘크리트 슬래브와 강판(42)의 연결부위에서 파괴가 발생하고 이렇게 되면 원하는 하중 강도에 대한 저항력을 얻을 수 없다. 그렇다고 너무 길게 하면 콘크리트가 절곡된 외측, 내측 플랜지(11a,11b)를 모두 채울 수 없게 된다. 이를 막기 위해서 외측, 내측 플랜지(11a,11b)의 길이를 30mm 정도로 동일하게 구성을 하게 된 것이다.

물론 이처럼 전단 연결재(100)의 내외측 플랜지(11a, 11b)를 관통하지 않고 U자형 홈(21)으로 전단 연결재(100)를 구성하면 콘크리트 슬래브가 홈을 갖는 전단연결재(100)를 관통하지 않는다. 이로 말미암아 콘크리트 슬래브와 강판(42)의 일체화 효과는 발생하지 않는다. 하지만 외측 플랜지(11a)와 내측 플랜지(11b) 사이가 일정간격이상으로 벌어져 있기 때문에 이웃하는 내외측 플랜지(11a,11b)들의 사이에 균열이 발생하지 않는다. 이는 앞에서 상술한 바와 같이 홈을 갖는 전단연결재(100)의 제조공정에서 나타나는 균열 발생에 대한 해결책이 된다.

그리고 외측 플랜지(11b)와 내측 플랜지(11a)의 사이와 내측 플랜지(11a)와 내측 플랜지(11a)사이에는 도 3에 도시된 바와 같은 U자형 홈(21)이 배치되어 있다, 이러한 U자형 홈(21)을 통해서 콘크리트가 채워지게 된다. 이렇게 되면 홈(21)을 갖는 전단연결재(100)는 콘크리트 안에 쐐기를 박은 것과 같은 효과를 일으킨다. 이는 외부하중에 대한 저항력을 증가시키는 수단이 된다.

게다가 본 고안과 같이 외측, 내측 플랜지(11a,11b)의 폭을 작게 하고 그 사이사이에 안착홈(21)을 두게 되면 콘크리트 슬래브는 이러한 U자형 홈을 채우면서 연결된다. 이를 통해 콘크리트와 홈(21)을 갖는 전단 연결재(100)의 일체화가 이루어진다. 이로써 이종의 물질이지만 하나의 물질처럼 행동한다. 이러한 구성은 본 고안에서 얻고자 하는 취성파괴를 전단 연결재(100)와 철근(41)의 연결부위에 대한 연성파괴로 만들기 위한 전제조건으로써 필요하다.

여기서 외측 플랜지(11a)와 내측 플랜지(11b)사이에 존재하는 안착홈(21)의 형상은 U자형인 것이 바람직하다. 하지만 꼭 U자형에 한정되는 것은 아니다. 다만 여기에 철근(41)이 배치되어야 하므로 철근(41)이 안정적으로 놓여질 수 있는 일정정도의 이상의 너비가 필요하다. 본 고안에서는 이러한 일정정도의 너비를 30mm~40mm 의 폭을 갖도록 안착홈을 갖는 전단 연결재(100)를 구성하였다. 이는 철근(41)의 규격을 고려하여 설정된 간격으로써 U자형 홈(21)의 너비는 이러한 철근(41)의 직경보다 크게 설치되는 것이 바람직하다. 또한 안정적으로 철근(41)을 배근하기 위해서 안착홈(21)의 깊이는 안착홈(41)의 너비보다 길게 구성하는 것이 바람직하다.

도 3에 도시된 것은 바깥쪽에 외측 플랜지(11a)를 두고, 내측 플랜지(11b)를두 개 두는 것에 한정하였지만, 필요에 따라서 내측 플랜지(11b)는 세 개 이상이여도 무방하다. 이는 철근(41)의 배치 작업을 용이하게 하고 철근(41)의 외부하중에 대한 저항력을 높이기 위한 구성이므로 작업의 신속성이 필요하다면 변경이 가능함을 의미한다.

또한 U자형 홈(21)의 경우에는 위쪽으로 개방이 되어 있다. 이로부터 하나의 철근(41)을 놓을 경우 일정 이상의 길이를 갖는 철근(41)의 경우에도 연속적인 작업이 가능하다. 이렇게 함으로써 작업공정의 수월함을 도모할 수 있고, 신속성을 확보할 수 있다. 또한 3m이상의 긴 길이를 갖는 철근의 경우에도 여러 개의 안착홈(21)을 갖는 전단연결재(100)에 대하여 일괄 공정으로 작업이 가능하므로 배근 작업이 아주 용이하게 이루어진다.

또한 U자형 홈의 모서리 부위는 라운딩이 되어 있는 것이 바람직하다. 이는 모서리 응력집중에 의한 피로균열을 방지하기 위함이다.

도시하지 않았지만 본 발명의 일실시 예로서 홈을 갖는 전단연결재(100)의 경우 U자형 홈(21)의 너비는 35mm가 되도록 구성이 되어 있다. 이에 반해 내측 플랜지(11b)의 폭은 105mm이다. 반면에 외측 플랜지(11a)는 폭이 42mm이다. 이는 하나의 홈(21)을 갖는 전단연결재(100)의 다음에 전단 연결재(100)를 배치하기 위한 구성이다. 이로써 이웃하는 전단연결재(100)의 외측 플랜지(11a)가 서로 반대 방향으로 절곡되어 있고 한쪽으로 콘크리트가 몰려서 수축이 일어나는 현상을 방지한다.

도 4는 본 고안에 따른 강판(42) 위에 용접된 U자형 홈(21)을 갖는 전단연결재(100)에 철근(41)을 배치한 것을 보여주는 설치상태도이다. 앞에서 상술한 바와 같이 U자형 홈(21)은 위쪽으로 개방되어 있으므로 철근(41)이 자중으로 배치되는 것이 가능하다. 그리고 이러한 철근(41)의 위에 놓여 있는 콘크리트가 철근(41)을 누르면서 철근(41)의 흔들림을 막는다.

물론 철근(41)과 콘크리트는 이종의 물질이므로 서로 열팽창 계수 등에서 차이를 보이고 이는 외부하중이 이종물질의 계면에 집중되는 효과를 일으킨다. 본 고안에 따른 전단 연결재(100)의 경우에는 콘크리트 타설작업 전에 전단연결재(100)와 강판(42)의 용접작업을 먼저 한다. 따라서 동일한 물질로 구성되어 있는 전단 연결재(100)와 강판(42)이 일체화된다. 본 고안에 따른 홈(21)을 갖는 전단 연결재(100)의 경우에는 강판(42)과 동일한 재질인 강재로 구성되어 있다.

그리고 비중이 큰 콘크리트를 강판(42)위로 덮어 씌운다. 이렇게 하는 작업공정 중에는 콘크리트의 수축이 필연적으로 수반된다. 이러한 콘크리트의 수축은 전단연결재(100)와 강판(42)의 용접부위를 약화시킨다. 또는 강판(42) 위에 배치되는 콘크리트의 수축이 콘크리트와 강판(42)의 분리현상을 유도할 수도 있다. 이러한 콘크리트와 강판(42)의 분리 현상을 막고, 전단연결재(100)와 철근(41) 쪽으로 외부 하중을 분산시키는 것이 전단연결재(100)의 역할이다. 이를 수행하기 위해서 전단 연결재(100)가 내외측 플랜지(11a,11b)를 가지고 있음은 전술한 바와 같다.

본 고안의 경우 강판(42)위에 이러한 홈(21)을 갖는 전단 연결재(100)의 배치와 절곡을 통하여 외부 하중에 대한 저항능력을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 철근(41)을 전단 연결재(100)의 홈(21)사이에 배치하는 것을 통해 취성파괴를 연성파괴로 유도하는 것이 가능하다. 이러한 사항은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로 자세한 설명은 생략해도 무방하다.

도 1은 종래의 발명에 따른 ㄱ형 유공판을 갖는 전단연결재의 사시도.

도 2는 종래의 고안에 따른 ㄱ형 유공판을 갖는 전단연결재에 철근이 배치된 것을 보여주는 설치상태도.

도 3는 본 고안에 따른 홈을 갖는 전단연결재의 사시도.

도 4는 본 고안에 따른 강판 위에 용접된 U자형 홈을 갖는 전단연결재에 철근을 배치한 것을 보여주는 설치상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10:ㄱ자형 유공판을 갖는 전단연결재,

11:플랜지,

11a:내측 플랜지,

11b:외측 플랜지,

13:홀,

21:U자형 홈,

41:철근.

42:강판,

100:U자형홈을 갖는 전단연결재.

Claims (9)

1. 전단연결재(100)에 있어서,

   상기 전단연결재(100) 몸체의 상부를 소정간격마다 절곡시켜 복수개의 플랜지(11)를 형성하고,

   상기 플랜지(11)들의 이웃하는 사이에는 철근(41)이 놓여질 수 있도록 상방으로 개방된 안착홈(21)이 형성된 것을 특징으로 하는 홈을 갖는 전단연결재.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 플랜지(11)는 외측 플랜지(11b)와 내측 플랜지(11a)가 서로 반대방향으로 절곡되어 구성된 것을 특징으로 하는 홈을 갖는 전단연결재.
3. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 안착홈(21)은 U자형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 홈을 갖는 전단연결재.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 U자형 홈(21)은 상기 내측 플랜지(11a)와 외측 플랜지(11b)사이에서 개방됨으로써 상기 철근(41)이 위에서 아래로 배근될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 홈을 갖는 전단연결재.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 안착홈(21)의 너비는 상기 철근(41)의 직경과 동일하거나 이보다 크게 구성된 것을 특징으로 하는 홈을 갖는 전단연결재.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 안착홈(21)의 깊이는 상기 안착홈(21)의 너비보다 크게 구성된 것을 특징으로 하는 홈을 갖는 전단연결재.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 전단연결재(100)는 강재로 구성된 것을 특징으로 하는 홈을 갖는 전단연결재.
8. 제 2항에 있어서,

   상기 전단연결재(100)의 길이 방향 양단에는 상기 외측 플랜지(11b)가 각각 형성되고, 상기 외측 플랜지(11b) 사이에는 외측 플랜지(11b)의 폭과 다른 폭을 갖는 내측 플랜지(11a)가 하나 이상 형성된 것을 특징으로 하는 홈을 갖는 전단연결재.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 내측 플랜지(11a)의 폭이 상기 외측 플랜지(11b)의 폭보다 더 크게 구성된 것을 특징으로 하는 홈을 갖는 전단연결재.

Images