KR20090041015A - 압착돌기가 부착된 에프알피 긴장재용 정착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 FRP 긴장재의 외주면에 정착용 몰드의 중공부에 삽입될 수 있을 정도의 크기를 갖는 압착돌기를 다수 이격, 부착하고 이러한 FRP 긴장재를 정착용 몰드 내에 삽입시켜 정착되도록 하여, FRP 긴장재와 정착용 몰드 사이의 정착 성능을 크게 향상시킴으로서 FRP 긴장재의 인장강도를 최대한 이용하여 프리스트레스를 도입할 수 있도록 하고 정착용 몰드의 소형화를 가능하게 하기 위한 FRP 긴장재용 정착장치에 관한 것이다.

FRP 긴장재, 정착장치, 충진재, 압착돌기, 프리스트레스

Description

압착돌기가 부착된 에프알피 긴장재용 정착장치{ANCHORAGE APPARATUS FOR FIBER TENDON WITH PRESSED PROJECTIONS}

본 발명은 콘크리트 구조물 등에 프리스트레스 도입시 사용되는 FRP 긴장재용 정착장치 및 이를 이용한 프리스트레스 도입방법에 관한 것으로, FRP 긴장재와 정착용 몰드 사이의 정착 성능을 높임으로서 FRP 긴장재의 인장강도를 최대한 이용할 수 있도록 하거나 정착용 몰드의 소형화를 가능하게 하는 FRP 긴장재용 정착장치에 관한 것이다.

통상 콘크리트 구조물 등에 프리스트레스를 도입할 때 사용되는 긴장재의 재료로는 PS강선이 주축을 이루고 있으나, 최근 탄소섬유재나 유리섬유재와 같은 신소재를 재료로 한 FRP 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 방법이 연구, 개발되고 있으며 그 대표적인 예로는 탄소섬유보강복합재료(CFRP)를 이용한 FRP 긴장재가 있다.

이러한 FRP 긴장재를 이용하여 긴장력을 도입하고자 할 경우에는, 긴장력 도입이 필요한 콘크리트 구조물에 FRP 긴장재를 정착시킨 후 긴장력을 도입하게 되는데, 종래에 PC강선의 정착시에 사용되어 온 쐐기형 정착장치는 FRP 긴장재가 1방향 인장부재로서 길이방향으로는 높은 인장강도를 가지는 반면에 국부응력, 전단응력에는 취약하기 때문에 정착장치 쐐기의 나사산에 의해 가해지는 조임력에 의해 FRP 긴장재의 단면이 쉽게 손상되고, 이에 긴장력을 증대시키면 증대시킬수록 단면손상은 더욱 증가하게 되어 최종적으로는 FRP 긴장재의 최대 인장강도에 이르기도 전에 FRP 긴장재가 파괴되는 일이 빈번하게 발생하게 되므로, 적용이 불가능하다는 문제점이 있었다.

따라서 FRP 긴장재의 경우에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 중공부가 형성된 원통형상의 정착용 몰드(10)에 FRP 긴장재(20)를 삽입하고 그 사이 공간에 접착용 충진재(30)를 채워 넣어 성형시킴으로서 FRP 긴장재(20)에 긴장력을 도입할 수 있는 접착형 정착장치가 주로 이용되고 있는 실정이다.

상기 접착형 정착장치의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 상기 접착형 정착장치는 FRP 긴장재(20), FRP 긴장재가 삽입되도록 중공부가 형성된 원통형상의 정착용 몰드(10), 정착용 몰드 양 단부에 형성된 패킹재(40) 및 정착용 몰드 내부에 형성되는 충진재(30)를 포함하여 구성되어 있다.

그러나 상기와 같은 접착형 정착장치를 이용하는 방법은 FRP 긴장재의 정착이 FRP 긴장재(20)와 정착용 몰드(10) 사이의 접착력, 특히 FRP 긴장재(20)와 충진재(30) 사이의 접착력에 의존하게 되므로,

긴장력이 접착력을 초과하게 되면 FRP 긴장재가 정착장치로부터 이탈하는 문제가 발생하고, 이를 보완하기 위해 큰 접착력을 도입하고자 하는 경우에는 정착용 몰드의 길이를 길게 해야만 하나, 이는 이러한 정착장치의 사용에 제한을 가하게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 FRP 긴장재, FRP 긴장재가 삽입되도록 중공부가 형성된 정착용 몰드, 정착용 몰드 양 단부에 형성된 패킹재 및 정착용 몰드 내부에 형성되는 충진재로 구성된 FRP 긴장재용 정착장치에 있어서, FRP 긴장재와 정착용 몰드 사이의 정착 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 FRP 긴장재용 정착장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, FRP 긴장재, FRP 긴장재가 삽입되도록 중공부가 형성된 정착용 몰드(100), 정착용 몰드 단부에 형성된 내측 패킹재(410), 외측 패킹재(400) 및 정착용 몰드 내부에 형성되는 충진재(300)로 구성된 FRP 긴장재용 정착장치에 있어서, FRP 긴장재의 외주면에 정착용 몰드(100)의 중공부에 삽입될 수 있을 정도의 크기를 갖는 압착돌기(500)를 다수 이격, 부착하고 FRP 긴장재(200)를 정착용 몰드(100) 내에 삽입시켜 정착되도록 하였다.

또한 FRP 긴장재(200)에 긴장력 도입 시 인발저항력을 높일 수 있도록 내측 패킹재(410)의 외주면과 이에 접하는 정착용 몰드(100) 내주면에 나사산이 형성되도록 하여 기계적인 체결력을 확보할 수 있도록 하였다.

본 발명에 따른 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치는 FRP 긴장재와 정착용 몰드 사이의 정착 성능, 특히 FRP 긴장재와 충진재 사이의 정착 성능을 크 게 향상시키므로 FRP 긴장재의 인장강도를 최대한 이용하여 프리스트레스를 도입할 수 있는 효과를 갖게 되며, 또한 정착용 몰드의 소형화를 가능하여 활용성을 높이는 효과를 갖게 된다.

본 발명은 FRP 긴장재와 정착용 몰드 사이의 정착 성능을 높일 수 있는 FRP 긴장재용 정착장치를 제공하기 위한 것으로서, 본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치의 구성에 대하여 도 3 및 도 4를 기준으로 상세히 설명한다.

본 발명의 정착용 몰드(100)는 길이방향으로 중앙에 중공부를 갖는 슬리브로서 봉형 긴장재에 대해서는 원통형상, 판형 긴장재에 대해서는 각관형상으로 사용하고 일반적으로 강재로 이루어지며, 이하 봉형 긴장재 및 원통형상의 정착용 몰드를 기준으로 설명한다.

정착용 몰드(100)의 횡단면 형상은 반드시 긴장재의 형태와 동일한 것에 한정되지 않으나 FRP 긴장재(200)와 정착용 몰드(100) 사이에 균일한 접착력이 작용하도록 하기 위해서는 긴장재의 단면과 동일한 형태의 단면이 바람직하며, 정착용 몰드(100)의 길이에 따라 접착력이 비례하는 관계에 있으므로 그 길이는 소요되는 긴장력에 따라 적의 조절될 수 있다.

상기 정착용 몰드(100)의 양 단부에는 FRP 긴장재(200)가 삽입될 수 있도록 중공이 형성된 원형단면의 마개 형태를 가진 외측 패킹재(400) 및 내측 패킹재(410)가 설치되는데, 기본적으로 이들은 충진재(300)가 정착용 몰드(100)의 내부에 충진될 때, 외부로 흘러나오지 않도록 하는 역할을 하며, 내부 충진재(300)가 구속되도록 하는 역할을 한다.

상기 충진재(300)는 정착용 몰드(100)의 내부 중공부에 주입되어 밀실하게 채워지는 것으로서 일종의 접착제의 역할을 한다.

즉, FRP 긴장재(200)로부터 전달되는 긴장력은 정착용 몰드(100)를 통하여 최종 콘크리트 구조물(A)에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 하는데,

이 때 FRP 긴장재(200)와 정착용 몰드(100) 사이에는 충진재(300)를 매개로 하여 FRP 긴장재(200)와 충진재(300) 사이의 접착력 및 충진재(300)와 정착용 몰드(100) 사이의 접착력에 의해 긴장력이 전달되는 것이다.

이 때, FRP 긴장재(200)와 충진재(300) 사이의 접촉면적보다는 충진재(300)와 정착용 몰드(100) 사이의 접촉 면적이 더 크기 때문에 FRP 긴장재(200)와 충진재(300) 사이의 접착력이 FRP 긴장재(200)와 정착용 몰드(100) 사이의 정착 성능을 좌우하게 된다.

상기 정착용 몰드(100) 내부로 삽입되어 정착되는 FRP 긴장재(200)는 인장강도가 우수하고 긴장력 도입 후 시간이 경과함에 따라 인장력이 감소하는 릴렉세이션(Relaxation)과 부식의 위험이 적은 탄소섬유재 또는 유리섬유재를 사용하여 원형봉 또는 로프, 판 등의 형태로 구성되고, 그 대표적인 예로는 탄소섬유보강복합 재료(CFRP)를 이용한 FRP 긴장재가 있다.

정착용 몰드(100)에 삽입되어 정착되는 부분의 FRP 긴장재(200) 외주면에는 FRP 긴장재(200)와 충진재(300) 사이의 접착력을 향상시키고자 압착돌기(500)를 다수 이격, 부착하였으며, 상기 압착돌기(500)가 부착된 FRP 긴장재(200)에 본 발명의 기술적 특징이 있다.

상기 압착돌기(500)는 중앙에 중공부를 갖는 원통형상의 슬리브로서 그 내경은 FRP 긴장재(200)에 압착돌기(500)가 끼워질 수 있을 정도로 FRP 긴장재(200)의 직경보다 약간 크게 제작되고, 그 외경은 정착용 몰드(100)의 내부에 압착돌기(500)가 삽입될 수 있도록 정착용 몰드(100)의 내경보다 작게 제작되도록 하되, 압착돌기(500)의 두께는 정착용 몰드(100)의 내주면과 압착돌기(500)의 외주면이 충분한 간격을 갖도록 선택되어 충진재(300)가 사이에 채워질 수 있도록 하며,

또한 압착돌기(500)의 길이는 정착용 몰드(100) 내에 다수개의 압착돌기(500)가 충분히 삽입될 수 있도록 선택될 수 있다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 압착돌기(500)의 압착 순서도를 도시한 것으로, 상기 압착돌기(500)는 도 5a와 같이 FRP 긴장재(200)에 끼워진 상태에서 통상의 압착장치에 의해 도 5b와 같이 압착돌기(500)의 중심축 방향으로 조임력을 가함으로서 도 5c와 같이 FRP 긴장재(200)의 외주면에 부착되며, 압착돌기(500)의 내주면 또는 FRP 긴장재(200)의 외주면에는 부착 효과를 더욱 높이기 위하여 접착제가 더 포설될 수도 있다.

이 때, 종래의 쐐기형 정착장치에 있어서는 긴장력의 증가에 따라 쐐기의 조 임력이 커짐으로서 FRP 긴장재를 손상시킬 수도 있게 되는데 반하여, 상기 압착돌기(500)는 긴장력과는 무관하게 FRP 긴장재(200)의 허용전단응력 내에서 일정한 조임력에 의하여 FRP 긴장재(200)에 부착되므로, 조임력에 의해 FRP 긴장재가 손상되는 것을 미연에 방지하게 된다.

FRP 긴장재(200)에 압착돌기(500)를 부착하는 작업은 공장에서 미리 이루어져 압착돌기(500)가 부착된 FRP 긴장재(200)를 현장에 반입하여 이용할 수도 있으며, 현장에서 FRP 긴장재(200)에 압착돌기(500)를 압착하여 이용할 수도 있을 것이다.

상기 압착돌기(500)는 결국 압착에 의해 FRP 긴장재(200)에 부착되기 때문에 그 재료적 특징은 어느 정도의 연성을 가져야 하며, 따라서 금속재료로 이루어짐이 바람직하며, 강재, 알루미늄, 구리 또는 이들의 합금을 이용할 수 있을 것이나, 비금속재료의 적용을 배제하지는 않는다.

상기 압착돌기(500)가 부착된 FRP 긴장재(200)는 결국 압착돌기(500)로 인하여 충진재(300)와의 접촉면적이 증가하게 되므로 접착력이 커지게 되어 정착용 몰드(100)에 보다 큰 긴장력을 전달할 수 있게 되며,

뿐만 아니라, 압착돌기(500)와 충진재(300) 사이의 기계적 맞물림에 의한 전단저항으로 인하여 정착용 몰드(100)에 긴장력을 전달할 수도 있게 되어,

결국 FRP 긴장재(200)와 충진재(300) 사이의 정착 성능을 크게 향상시킬 수 있어 보다 큰 긴장력을 전달할 수 있게 된다.

따라서 FRP 긴장재(200)의 인장강도를 최대한 이용하여 프리스트레스를 도입 할 수 있으며, 또한 정착용 몰드(100)의 길이에 제한이 있는 곳에서는 보다 작은 정착용 몰드(100)에 의해서도 소정의 프리스트레스를 도입할 수 있게 된다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 압착돌기(500)의 변형예를 도시한 것으로, 도 6a는 압착돌기(500)의 외주면에 원주 방향으로 홈(501)을 형성한 것이다.

원주 방향으로 형성된 홈(501)으로 인하여 압착돌기(500)와 충진재(300) 사이의 기계적 맞물림에 의한 전단저항을 더욱 크게 하므로 FRP 긴장재(200)와 정착용 몰드(100)와의 정착 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

도 6b는 압착돌기(500)의 외주면에 길이 방향으로 홈(502)을 형성한 것으로, 길이 방향으로 형성된 홈(502)으로 인하여 압착돌기(500)와 충진재(300) 사이의 접촉 면적을 더욱 크게 함으로서 압착돌기(500)와 충진재(300) 사이의 접착력을 더욱 크게 할 수 있고, 결과적으로 FRP 긴장재(200)와 정착용 몰드(100)와의 정착 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

이 때, 본 발명의 압착돌기(500)에 의해 FRP 긴장재(200)와 충진재(300) 사이의 접착력 및 전단저항력이 오히려 충진재(30)와 정착용 몰드(100) 사이의 접착력보다 크게 되는 경우도 발생하게 되며, 이 경우에는 충진재(300)와 정착용 몰드(100) 사이의 접착력이 FRP 긴장재(200)와 정착용 몰드(100) 사이의 정착 성능을 좌우하게 된다.

이에 콘크리트 구조물(A) 내측으로 접하는 정착용 몰드(100)의(도 4에서는 우측) 일단부에 내측 패킹재(410)를 설치하게 된다.

상기 내측 패킹재(410)는 기본적으로 종래의 외측 패킹재(400)와 같이 FRP 긴장재(200)가 삽입될 수 있도록 중공이 형성되며, 정착용 몰드(100)의 내부에 충진되는 충진재(300)가 외부로 흘러나오지 않도록 하는 역할을 할 뿐만 아니라,

내측 패킹재(410)의 외주면과 이에 접하는 정착용 몰드(100) 내주면에 나사산을 형성하여 결합시킴으로써, 내측 패킹재(300)와 정착용 몰드(100) 사이의 기계적 맞물림에 의한 전단저항으로 인하여 FRP 긴장재(200)로부터 충진재(300)에 긴장력이 전달될 때, 이에 저항할 수 있도록 하였다.

즉, FRP 긴장재(200)를 긴장, 정착시킬 때, 국부적으로 가장 큰 응력이 발생하는 부위는 상기 내측 패킹재(410)가 설치되는 부위가 되기 때문에 본 발명에서는 내측 패킹재(410)가 정착용 몰드(100)에 나사체결방식으로 그 전단저항이 증가될 수 있도록 하였고, 내측 패킹재(410)와 정착용 몰드(100)와 접하는 부위가 커지도록 하여 외측 패킹재(400)보다 더 크게 형성되도록 함을 알 수 있다.

결국 본 발명에 따른 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치에 있어서 긴장력의 전달과정을 살펴보면, FRP 긴장재(200)에 긴장력이 도입되면, 우선 압착돌기(500)가 부착된 FRP 긴장재(200)와 충진재(300) 사이에 접착력과 전단저항에 의해 긴장력이 충진재(300)로 전달되고, 다시 충진재(300)와 정착용 몰드(100) 사이의 접착력과 내측 패킹재(410)의 전단저항으로 긴장력이 정착용 몰드(100)에 전달되며, 최종적으로 콘크리트 구조물(A)에 긴장력이 전달되어 프리스트레스가 도입된다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치의 다른 실시예를 도시한 것으로, 판형 FRP 긴장재(210) 및 각관형상의 정착용 몰 드(110)를 이용하는 경우의 압착돌기(510)를 나타낸 것이며, 상기 압착돌기(510)는 정착용 몰드(110)와 유사한 각관형상으로 이루어져 있음을 알 수 있다.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 도 7과 같이 사각구체 형태로서 판형 FRP 긴장재(210)가 삽입될 수 있도록 일자형 삽입홈이 형성된 외측 패킹재(420)가 정착용 몰드(110)의 일단부(좌측)에 삽입되어 장착되도록 하고 있음을 알 수 있으며,

판형 FRP 긴장재(210)에는 납작한 각관형상의 압착돌기(510)가 압착되어 형성되도록 하고 있음을 알 수 있으며,

일자형 삽입홈이 형성된 내측 패킹재(430)가 정착용 몰드(110)의 일단부(우측)에 삽입되어 장착되도록 하고 있음을 알 수 있다.

다만, 상기 내측 패킹재(430)는 사각구체 형태이기 때문에 외주면에 나사산이 형성되지는 않고, 내측 패킹재(430)와 정착용 몰드(110)가 접하는 부위가 커지도록 하여 외측 패킹재(420)보다 더 크게 형성되도록 한다.

나아가 정착용 몰드(110) 내부에는 충진재(300)가 채워지게 된다.

이러한 판형 FRP 긴장재(210) 및 각관형상의 정착용 몰드(110)를 이용하는 경우에도 긴장력의 전달과정은 상기 설명한 봉형의 FRP 긴장재(200) 및 원통형상의 정착용 몰드(100)를 이용한 경우와 동일하다.

즉 판형 FRP 긴장재(210)에 긴장력이 도입되면, 우선 압착돌기(510)가 부착된 판형 FRP 긴장재(210)와 충진재(300) 사이에 접착력과 전단저항에 의해 긴장력이 충진재(300)로 전달되고, 다시 충진재(300)와 정착용 몰드(110) 사이의 접착력과 내측 패킹재(430)의 전단저항으로 긴장력이 정착용 몰드(110)에 전달되며, 최종 적으로 콘크리트 구조물(A)에 긴장력이 전달되어 프리스트레스가 도입된다.

따라서 본 발명에 따른 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치는 FRP 긴장재의 형상에 제한되지 않고 FRP 긴장재의 형상에 따라 다양한 형상으로 제작되어 이용될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 FRP 긴장재용 정착장치의 사시도를 도시한 것이다.

도 2는 종래의 FRP 긴장재용 정착장치의 단면도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치를 절개하여 바라본 사시도를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치의 단면도를 도시한 것이다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 압착돌기의 압착 순서도를 도시한 것이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 압착돌기의 변형예를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치의 다른 실시예를 절개하여 바라본 사시도를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치의 다른 실시예의 단면도를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100,110:정착용 몰드 200,210:FRP 긴장재

300:충진재 400,420:외측 패킹재

410,430:내측 패킹재 500,510:압착돌기

A:콘크리트 구조물

Claims (8)

1. FRP 긴장재, FRP 긴장재가 삽입되도록 중공부가 형성된 정착용 몰드, 정착용 몰드 단부에 설치된 패킹재 및 정착용 몰드 내부에 형성되는 충진재를 포함하여 구성된 FRP 긴장재용 정착장치에 있어서,

   상기 FRP 긴장재의 외주면에는 압착돌기가 더 부착되어 정착용 몰드에 삽입되는 것을 특징으로 하는 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 FRP 긴장재가 봉형인 경우에 상기 정착용 몰드 및 압착돌기는 중앙에 중공부를 갖는 원통형상의 슬리브인 것을 특징으로 하는 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 FRP 긴장재가 판형인 경우에 상기 정착용 몰드 및 압착돌기는 중앙에 중공부를 갖는 각관형상의 슬리브인 것을 특징으로 하는 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 압착돌기는 다수가 서로 이격되어 다수가 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치.
5. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 정착용 몰드는 콘크리트 구조물에 접하 는 내측 일단부 내주면에 나사산이 형성되고, 상기 나사산에 체결되어 설치되는 내측 패킹재는 외주면에 대응하는 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치.
6. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 압착돌기는 외주면에 원주방향 또는 길이방향으로 홈이 더 형성된 것을 특징으로 하는 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치.
7. 제 1항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압착돌기는 적어도 강재, 알루미늄 또는 구리 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치.
8. 제 1항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압착돌기 내주면에는 접착제가 더 포설되어 FRP 긴장재와 접하도록 하는 것을 특징으로 하는 압착돌기가 부착된 FRP 긴장재용 정착장치.

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