KR20110006072A - Crack controlling structure in reinforced concrete beams using shape memory alloys and hyduration heat - Google Patents

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KR20110006072A
KR20110006072A KR1020090063535A KR20090063535A KR20110006072A KR 20110006072 A KR20110006072 A KR 20110006072A KR 1020090063535 A KR1020090063535 A KR 1020090063535A KR 20090063535 A KR20090063535 A KR 20090063535A KR 20110006072 A KR20110006072 A KR 20110006072A
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Abstract

PURPOSE: A crack control structure of a reinforced concrete flexural member using concrete hydration heat and shape memory alloys is provided to effectively control crack generation by applying tensile force to a reinforced concrete flexural member. CONSTITUTION: A crack control structure(100) of a reinforced concrete flexural member using concrete hydration heat and shape memory alloys is composed as follows. A support body(110) of a shape memory alloy is integrally fixed to a main reinforcing bar(150) of a reinforced concrete flexural member using multiple couplers(120). After concrete is placed, recovering stress is applied to the support body using hydration heat. Cracks on the reinforced concrete flexural member are controlled by applying compressive force to the reinforced concrete flexural member.

Description

콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조{CRACK CONTROLLING STRUCTURE IN REINFORCED CONCRETE BEAMS USING SHAPE MEMORY ALLOYS AND HYDURATION HEAT}CRACK CONTROLLING STRUCTURE IN REINFORCED CONCRETE BEAMS USING SHAPE MEMORY ALLOYS AND HYDURATION HEAT}

본 발명은 형상기억합금의 봉, 와이어 또는 케이블을 이용하여 철근 콘크리트 보의 균열을 제어하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 형상기억효과를 가지는 형상기억합금의 봉, 와이어 또는 케이블을 그 제작과정에서 미리 인장하여 변형을 발생시킨 후, 철근콘크리트의 주철근에 구속시키고 콘크리트를 타설하며, 콘크리트 양생시의 수화열을 이용하여 형상기억합금의 봉, 와이어 또는 케이블에 회복 응력을 발생시키고, 양생이 다 이루어진 다음에는 형상기억합금의 잔류 응력을 이용하여 철근콘크리트 휨부재의 균열을 제어하도록 된 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a device for controlling cracks in reinforced concrete beams using rods, wires, or cables of shape memory alloys, and more particularly, manufacturing processes for rods, wires, or cables of shape memory alloys having a shape memory effect. After pre-tensioning to generate deformation, it is constrained to the reinforcement of the reinforcement concrete and cast concrete, and by using the heat of hydration during curing of the concrete to generate a recovery stress on the rod, wire or cable of the shape memory alloy, curing is completed Next, the present invention relates to the crack control structure of reinforced concrete flexural members using concrete heat of hydration and shape memory alloys to control cracking of reinforced concrete flexural members using residual stresses of shape memory alloys.

일반적으로 철근콘크리트 휨부재에서 인장균열은 휨부재의 내구성에 큰 영향을 미친다. 그러나 균열발생을 방지할 수 없기 때문에 균열의 폭을 제한하고, 콘크리트 피복두께를 기준이상으로 설치하여 내부의 철근을 보호한다. In general, tensile cracking in reinforced concrete flexural members greatly affects the durability of flexural members. However, since the cracks cannot be prevented, the width of the cracks is limited, and the thickness of the concrete cover is installed above the standard to protect the internal reinforcing bars.

이와 같은 종래의 철근콘크리트 휨부재(1)가 도 1에 도시되어 있다. 이와 같 은 종래의 철근콘크리트 휨부재(1)에서 외부 하중으로부터 발생되는 인장균열(10)은 보통 철근콘크리트 휨부재(1)의 중간지점에서 주철근(20)의 하부측방향으로 발생된다.Such a conventional reinforced concrete bending member 1 is shown in FIG. 1. In the conventional reinforced concrete flexural member 1, the tensile crack 10 generated from the external load is usually generated in the lower side of the main reinforcing bar 20 at the intermediate point of the reinforced concrete flexural member 1.

이와 같은 종래의 철근콘크리트 휨부재(1)는 이와 같은 균열(10) 발생으로 인하여 강도의 저하가 일어난다. 따라서 이와 같은 철근콘크리트 휨부재(1)의 균열(10) 발생을 방지시키거나, 발생된 균열(10)을 제거시키기 위한 기술개발이 당업계에서는 필요한 것이다.Such a conventional reinforced concrete bending member 1 is reduced in strength due to the occurrence of such a crack (10). Therefore, it is necessary in the art to develop a technology for preventing the crack 10 of the reinforced concrete bending member 1 or to remove the crack 10 generated.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 형상기억합금을 이용하여 철근콘크리트 휨부재에 보조적으로 적용함으로써 철근콘크리트의 휨부재에서 발생되는 균열발생 또는 균열폭을 효과적으로 제어할 수 있도록 개선된 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, its purpose is to effectively control the crack generation or crack width generated in the bending member of the reinforced concrete by applying auxiliary to the reinforced concrete bending member using a shape memory alloy To provide a crack control structure of reinforced concrete flexural members using improved heat of hydration of concrete and shape memory alloy.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, NiTi 합금 또는 NiTiNb 합금 등을 포함하고, 마텐사이트로부터 오스텐나이트로의 변태온도가 콘크리트 수화열의 온도보다 낮게 이루어지는 형상기억합금의 지지체를 미리 인장하여 기변형을 발생시킨 후, 철근콘크리트 휨부재의 주철근에 상기 지지체의 양단을 커플러를 통하여 구속시키되, 형상기억합금의 지지체가 팽팽히 긴장상태로 주철근에 고정되도록 하며, 콘크리트 타설 후, 양생시의 수화열을 이용하여 상기 지지체에 회복응력을 가한 다음, 그 잔류 응력을 이용하여 철근콘크리트 휨부재에 압착력을 가하여 균열을 제어하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a NiTi alloy or NiTiNb alloy, and the like, and in advance the support of the shape memory alloy in which the transformation temperature from martensite to austenite is lower than the temperature of heat of hydration of concrete. After the deformation is generated, both ends of the support are restrained by the coupler to the main reinforcing bar of the reinforced concrete flexural member, and the support of the shape memory alloy is fixed to the main reinforcing bar in tension, and after casting concrete, the hydration heat during curing is used. To apply the recovery stress to the support, and to control the crack by applying the compressive force to the reinforced concrete flexural member using the residual stress thereof, the crack control structure of the reinforced concrete flexural member using the heat of hydration of concrete and the shape memory alloy to provide.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 형상기억합금의 지지체는 봉, 와이어 또는 케이블 중의 어느 하나이고, 상기 변태온도는 30-40℃이며, 초기의 기변형 크기는 5-6%의 변형율임을 특징으로 하는 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조를 제공한다.And the present invention is preferably the support of the shape memory alloy is any one of a rod, a wire or a cable, the transformation temperature is 30-40 ℃, the initial deformation size is characterized in that the strain of 5-6% The crack control structure of reinforced concrete flexural members using concrete heat of hydration and shape memory alloy is provided.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 형상기억합금의 지지체는 철근콘크리트 휨부재의 중립축으로부터 일정간격을 유지하면서 벗어나서 주철근의 측면 또는 상부에 배치된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조를 제공한다.In another aspect, the present invention preferably is the support of the shape memory alloy is disposed on the side or top of the reinforcement of the concrete reinforcement and the shape memory alloy, while maintaining a certain distance from the neutral axis of the reinforced concrete bending member Provides a crack control structure of the member.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 형상기억합금의 지지체는 철근콘크리트 휨부재의 중립축으로부터 일정간격을 유지하면서 벗어나서 철근콘크리트 휨부재의 하부측 주철근에 그 중간부분의 직선부가 커플러를 통해서 고정되고, 그 양단부는 철근콘크리트 휨부재의 상부측 주철근으로 경사지게 연장하는 경사부를 형성하며, 커플러를 통하여 상부측 주철근에 일체로 연결된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조를 제공한다.And the present invention is preferably the support of the shape memory alloy is fixed while maintaining a constant distance from the neutral axis of the reinforced concrete bending member, the straight portion of the middle portion of the lower side of the reinforcement of the reinforced concrete bending member is fixed through the coupler, both ends thereof Is an inclined portion extending obliquely to the upper side of the reinforcement of the reinforced concrete bending member, and provides a crack control structure of the reinforced concrete bending member using the heat of the concrete hydration and shape memory alloy, characterized in that it is integrally connected to the upper side of the reinforcing steel through the coupler do.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 커플러는 형상기억합금의 지지체를 내측에 수용하고, 고정하기 위한 제1 클램프부와, 주철근을 내측에 수용하고, 고정하기 위한 제2 클램프부를 포함하며, 볼트고정 또는 용접고정을 통하여 상기 형상기억합금의 지지체를 주철근에 고정시키는 것임을 특징으로 하는 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조를 제공한다.In addition, the present invention preferably the coupler includes a first clamp portion for accommodating and fixing the support of the shape memory alloy inside, and a second clamp portion for accommodating and fixing the cast iron inward, bolt fixing or It provides a crack control structure of the reinforced concrete bending member using the heat of hydration and the shape memory alloy, characterized in that the fixing of the support of the shape memory alloy to the cast iron through welding fixing.

본 발명에 의하면 형상기억합금의 지지체를 미리 인장하여 기변형을 발생시키고, 철근콘크리트 휨부재의 주철근에 상기 지지체의 양단을 커플러를 통하여 구 속시키며, 콘크리트 타설 후, 양생시의 수화열을 이용하여 상기 지지체에 회복응력을 가한 다음, 철근콘크리트 휨부재에 지지체의 기발생된 응력과 추가적인 수화열에 의한 회복응력에 의해서 발생하는 응력의 잔류응력을 이용하여 철근콘크리트 휨부재에 인장력을 가하여 균열을 제어할 수 있다.According to the present invention, the support of the shape memory alloy is pre-tensioned to generate deformation, and both ends of the support are bound to the main reinforcement of the reinforced concrete bending member through a coupler, and after casting concrete, the hydration heat during curing is used. After applying the restoring stress to the support, cracking can be controlled by applying tension to the reinforced concrete flexural member by using the residual stress of the stress generated by the pre-generated stress of the support and the restoring stress caused by the additional heat of hydration. have.

따라서 본 발명에 의하면 형상기억합금의 지지체를 이용하여 철근콘크리트 휨부재에 보조적으로 적용함으로써 철근콘크리트의 휨부재에서 발생되는 균열발생 또는 균열폭을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.Therefore, according to the present invention, by using the support of the shape memory alloy to assist the reinforced concrete bending member, it is possible to effectively control the crack generation or the crack width generated in the bending member of the reinforced concrete.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명에 따른 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일정길이의 기변형이 발생된 형상기억합금의 지지체(110)를 복수의 커플러(120)를 통하여 철근콘크리트 휨부재(140)의 주철근(150)에 일체로 고정한 것이다.As shown in FIG. 2, the crack control structure 100 of the reinforced concrete bending member using the heat of hydration of concrete and the shape memory alloy according to the present invention has a plurality of supports 110 of the shape memory alloy having a predetermined length of deformation. Through the coupler 120 of the reinforced concrete bending member 140 is fixed to the main reinforcing bars 150 integrally.

상기 형상기억합금의 지지체(110)는 NiTi 합금 또는 NiTiNb 합금 등을 포함하는 형상기억합금 재료로 이루어진 것이고, 봉, 와이어 또는 케이블 중의 어느 하나로 이루어진다.The support 110 of the shape memory alloy is made of a shape memory alloy material including a NiTi alloy, NiTiNb alloy, and the like, and is made of any one of rods, wires, and cables.

상기 형상기억합금의 지지체(110)를 구성하는 형상기억합금의 특성을 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하면 아래와 같다.The characteristics of the shape memory alloy constituting the support 110 of the shape memory alloy will be described below with reference to FIGS. 3A and 3B.

이와 같은 형상기억합금는 마텐사이트 상태에서 상당한 변형이 발생하면 어 느 정도의 변형은 회복하지만 상당량은 잔류변형으로 남는다. 그러나 열을 가하여 온도를 상승시키면 마텐사이트 상태에서 오스텐나이트 상태로 변환하면서 잔류변형을 회복하게 된다. 이러한 효과를 형상기억효과라 하고 도 3a에 그래프로 도시되어 있다.The shape memory alloy recovers to a certain extent when significant deformation occurs in the martensite state, but a considerable amount remains as residual deformation. However, if the temperature is increased by applying heat, the residual strain is recovered while converting from martensite state to austenite state. This effect is called the shape memory effect and is shown graphically in FIG. 3A.

그런데 잔류변형이 있는 상태에서 변형을 구속하고 온도를 상승시키면 도 3b에 도시된 바와 같이, 변형이 회복되지 못하고 응력이 증가하게 되는데, 이러한 응력을 회복응력(recovery stress)라 한다. However, when the deformation is constrained and the temperature is increased in the state of residual deformation, as shown in FIG. 3B, the deformation is not recovered and the stress is increased. This stress is called a recovery stress.

또한, 이와 같이 회복응력을 발생시키기 위하여 종래에는 형상기억합금에서 형상기억효과에 의한 회복응력을 발생시키기 위해서 전류를 형상기억합금에 흐르게 하여 저항으로 온도를 상승시키거나, 전기저항식 히팅자켓을 이용하여 온도를 상승시켰다. 그러나 본 발명에서는 형상기억합금이 콘크리트 내부에 있기 때문에 콘크리트 양생 시, 발생하는 수화열을 이용하여 온도를 상승시킬 수 있다. In addition, in order to generate the recovery stress as described above, in order to generate the recovery stress due to the shape memory effect in the shape memory alloy, a current is flowed through the shape memory alloy to increase the temperature with resistance, or an electric resistance heating jacket is used. To increase the temperature. However, in the present invention, since the shape memory alloy is inside the concrete, the temperature may be increased by using the heat of hydration generated during concrete curing.

상기와 같은 형상기억합금이 마텐사이트에서 오스텐나이트 상태로 변환하는 변태온도를 30-40℃로 제작하면, 콘크리트 수화열이 약 50-70℃이기 때문에 수화열을 이용하여 형상기억합금의 온도를 상승시킬 수 있다. If the shape memory alloy is transformed from martensite to an austenite state at 30-40 ° C., the heat of hydration of concrete is about 50-70 ° C., so the temperature of the shape memory alloy can be increased by using the heat of hydration. Can be.

따라서 본 발명은 이러한 형상기억합금의 지지체(110) 제작과정에서 미리 인장하여 기변형을 발생시킨 후, 철근콘크리트의 주철근(150)에 구속시키고 콘크리트를 타설하며, 형상기억합금의 변형을 구속시킨 상태에서 수화열에 의하여 온도를 상승시켜서 회복응력을 발생시킨다. 그리고 콘크리트의 양생이 다 이루어진 철근콘크리트 휨부재(140)에는 형상기억합금의 기변형에 의해서 발생된 응력과 수화열에 의한 추가적인 회복응력으로부터 얻어지는 잔류응력이 남게 되며, 이를 이용하여 철근콘크리트 휨부재(140)의 균열을 제어할 수 있게 된다. Therefore, the present invention after the tension in advance in the manufacturing process of the support 110 of the shape memory alloy to generate a deformation, restrained to the cast iron 150 of the reinforced concrete, the concrete is poured, the deformation of the shape memory alloy The recovery stress is generated by increasing the temperature by the heat of hydration at. In addition, the reinforced concrete flexural member 140, which has been fully cured of concrete, is left with the residual stress obtained from the stress generated by the deformation deformation of the shape memory alloy and the additional recovery stress caused by the heat of hydration. ) Cracks can be controlled.

한편, 상기 형상기억합금의 지지체(110)에 가해지는 초기의 기변형 크기는 5-6%의 변형율이며, 이와 같이 미리 인장하여 기변형을 발생시킨 후, 상기 지지체(110)의 양단을 커플러(120)를 통하여 구속시킨다. 이와 같은 경우 상기 형상기억합금의 지지체(110)가 팽팽히 긴장상태로 주철근(150)에 고정되도록 한다.On the other hand, the initial deflection size applied to the support 110 of the shape memory alloy has a strain of 5-6%, and after tensioning in advance to generate the deflection, both ends of the support 110 are coupled to a coupler ( 120). In this case, the support 110 of the shape memory alloy is fixed to the main reinforcing bars 150 in a tense state.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 형상기억합금의 지지체(110)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 철근콘크리트 휨부재(140)의 중립축(L)으로부터 일정간격(T)을 유지하면서 벗어나서 주철근(150)의 측면 또는 상부에 배치된 구조로 이루어질 수 있다.In addition, the present invention preferably, the support 110 of the shape memory alloy is separated from the neutral shaft (L) of the reinforced concrete bending member 140 while maintaining a predetermined distance (T) from the main reinforcement 150 as shown in FIG. It may be made of a structure disposed on the side or the top.

또는 다르게는 상기 형상기억합금의 지지체(110)는 도 4 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 철근콘크리트 휨부재(140)의 중립축(L)으로부터 일정간격(T)을 유지하면서 벗어나서 철근콘크리트 휨부재(140)의 하부측 주철근(150)에 그 중간부분의 직선부(112)가 커플러(120)를 통해서 고정되고, 그 양단부는 철근콘크리트 휨부재(140)의 상부측 주철근(150)으로 경사지게 연장하는 경사부(114)를 형성하며, 커플러(120)를 통하여 상부측 주철근(150)에 일체로 연결된 구조로 이루어질 수 있다.Alternatively, as shown in FIGS. 4 and 5B, the support 110 of the shape memory alloy is separated from the neutral shaft L of the reinforced concrete bending member 140 while maintaining a predetermined distance T from the reinforced concrete bending member. A straight portion 112 of the middle portion of the lower side main reinforcing bar 150 of 140 is fixed through the coupler 120, and both ends thereof are inclined to the upper side main reinforcing bar 150 of the reinforced concrete bending member 140. To form the inclined portion 114, it may be made of a structure integrally connected to the upper side main reinforcing bars 150 through the coupler 120.

이와 같은 구조에서 상기 커플러(120)는 부식을 방지하기 위하여 표면에 도금처리된 철제 재료로 이루어지고, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 형상기억합금의 지지체(110)를 내측에 수용하고, 고정시키기 위한 제1 클램프부(122)와, 주철 근(150)을 내측에 수용하고, 고정하기 위한 제2 클램프부(124)를 포함하며, 볼트고정 또는 용접고정을 통하여 상기 형상기억합금의 지지체(110)를 주철근(150)에 일체로 고정시킨다. 따라서 이와 같은 커플러(120)의 구조를 통하여 작업자는 쉽게 기변형이 가해진 형상기억합금의 지지체(110)를 주철근(150)에 일체로 고정시킨다.In this structure, the coupler 120 is made of an iron material plated on the surface in order to prevent corrosion, and as shown in Figures 2 and 4, to receive the support 110 of the shape memory alloy inside And a first clamp part 122 for fixing and a second clamp part 124 for accommodating and fixing the cast iron bar 150 therein, and through the bolt fixing or the welding fixing, The support 110 is integrally fixed to the cast iron 150. Therefore, through the structure of the coupler 120, the operator easily secures the support 110 of the shape memory alloy to which the deformation is applied to the cast iron 150 integrally.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조(100)는 먼저 형상기억합금 재료로 이루어진 지지체(110), 즉 봉, 와이어 또는 케이블을 제작한다. The crack control structure 100 of the reinforced concrete bending member using the heat of hydration of concrete and the shape memory alloy according to the present invention configured as described above first manufactures a support 110 made of a shape memory alloy material, that is, a rod, a wire or a cable.

그리고 이와 같이 형상기억합금의 지지체(110)를 제작하는 과정에서 충분한 기변형을 가한다. 이와 같은 경우, 기변형의 크기는 5-6%의 변형율을 준다. In this way, sufficient deflection is applied in the process of manufacturing the support 110 of the shape memory alloy. In this case, the size of the deflection gives a strain of 5-6%.

또한 지지체(110)를 구성하는 형상기억합금의 변태온도 Af(오스텐나이트 변화가 끝나는 온도)는 30-40℃로서 콘크리트 수화열의 온도인 약 50-70℃ 보다 낮게 제작해야 한다. 여기에서 상기 형상기억합금의 조성은 다양하게 구성할 수 있으며, NiTi 합금 또는 NiTiNb 합금 등이 일반적으로 사용될 수 있다. In addition, the transformation temperature A f (the temperature at which the austenite change ends) of the shape memory alloy constituting the support 110 should be made lower than about 50-70 ° C., which is the temperature of the heat of hydration of concrete. Herein, the shape memory alloy may have various compositions, and a NiTi alloy or a NiTiNb alloy may be generally used.

이와 같이 제작된 봉, 와이어 또는 케이블 형태의 형상기억합금의 지지체(110)를 커플러(120)를 활용하여 주철근(150)에 고정한다. 이때 형상기억합금의 지지체(110)는 팽팽히 긴장된 상태로 주철근(150)에 고정된다. 이때 형상기억합금의 지지체(110) 배치는 주철근(150) 측면 또는 상부에 배치할 수 있으며, 철근콘크리트 휨부재(140)의 중립축(L)에서 되도록 먼 곳에 배치해야 그 효과가 크다. The support 110 of the shape memory alloy in the form of rods, wires or cables formed as described above is fixed to the main reinforcing bar 150 using the coupler 120. At this time, the support 110 of the shape memory alloy is fixed to the cast iron 150 in a tense state. At this time, the support 110 of the shape memory alloy may be disposed on the side or the upper side of the main reinforcing bar 150, and the effect should be placed as far away from the neutral axis (L) of the reinforced concrete bending member 140.

그리고 철근콘크리트 휨부재(140)의 주철근(150) 사이에 배치하는 경우, 주 철근(150)의 간격 기준을 유지할 수 있도록 해야 한다. 만약, 철근콘크리트 휨부재(140)의 커버 콘크리트의 두께가 충분하다면 주철근(150) 하부에 배치할 수도 있다.And when placed between the main reinforcing bars 150 of the reinforced concrete bending member 140, it should be able to maintain the spacing standards of the main reinforcing bars 150. If the thickness of the cover concrete of the reinforced concrete bending member 140 is sufficient, it may be disposed below the main reinforcing bar 150.

상기와 같이 철근콘크리트 휨부재(140)를 주철근(150)에 결합시킨 상태에서 일반적인 방법으로 거푸집에 콘크리트를 타설한다. 콘크리트 타설 후 양생에 의해서 콘크리트 수화열이 50-70℃에서 발생되는데, 이와 같은 수화열은 마텐사이트에서 오스텐나이트 상태로 변환하는 형상기억합금의 지지체(110) 변태온도인 30-40℃보다 높으므로, 콘크리트 양생중에 수화열을 이용하여 형상기억합금의 지지체(110) 온도를 상승시킬 수 있다. As described above, in the state in which the reinforced concrete bending member 140 is coupled to the main reinforcing bar 150, the concrete is poured into the formwork. The heat of hydration of concrete is generated at 50-70 ℃ by curing after concrete casting. Since the heat of hydration is higher than the transformation temperature of 30-40 ℃ of the support 110 of the shape memory alloy which is converted from martensite to austenite state, The heat of hydration may be used during concrete curing to increase the temperature of the support 110 of the shape memory alloy.

따라서 본 발명은 이러한 형상기억합금의 지지체(110) 제작과정에서 미리 인장하여 변형을 발생시킨 후, 철근콘크리트의 주철근(150)에 구속시키고 콘크리트를 타설하면, 형상기억합금의 변형을 구속시킨 상태에서 수화열에 의하여 온도가 상승하면서 형상기억합금의 지지체(110) 회복응력이 발생한다. 그리고 콘크리트의 양생이 다 이루어진 철근콘크리트 휨부재(140)에는 형상기억합금의 기변형에 의해서 발생된 응력과 수화열에 의한 회복응력이 가해지는 상태에서 그 변형이 콘크리트에 의해서 구속된 상태이므로 형상기억합금의 지지체(110)는 프리스트레스드(Pre-stressed) 상태가 된다.Therefore, the present invention, after the tension in advance in the manufacturing process of the support 110 of the shape memory alloy to generate a deformation, when restrained to the cast steel 150 of reinforced concrete and cast concrete, in the state of restraining the deformation of the shape memory alloy As the temperature increases due to the heat of hydration, the support 110 of the shape memory alloy recovers stress. In addition, since the deformation is constrained by the concrete in the state in which the reinforced concrete flexural member 140, which is cured of concrete, is subjected to the stress generated by the deformation of the shape memory alloy and the heat of hydration, the shape memory alloy The support 110 is in a pre-stressed state.

이와 같이 회복응력이 발생한 후, 콘크리트의 양생이 완료되어 수화열이 제거되고, 온도가 상온으로 내려가면 프리스트레스드(Pre-stressed) 상태의 응력의 일부가 상실되고, 잔류응력이 남게 된다. 따라서 철근콘크리트 휨부재(140) 속의 형상기억합금의 지지체(110)는 이러한 잔류응력 상태에서 휨에 의한 인장을 받게 되고, 균열을 제거한다. After the recovery stress is generated, the curing of the concrete is completed, the heat of hydration is removed, and when the temperature is lowered to room temperature, part of the stress in the pre-stressed state is lost, and the residual stress remains. Therefore, the support 110 of the shape memory alloy in the reinforced concrete bending member 140 is subjected to tension by bending in such a residual stress state, and removes cracks.

이와 같이 프리스트레스드(Pre-stressed) 상태의 잔류응력에 관련된 설명도면이 도 6에 그래프로서 도시되어 있다.An explanatory drawing related to the residual stress in the pre-stressed state is shown as a graph in FIG. 6.

도 6에 도시된 그래프에서 형상기억합금은 초기에 6%의 변형을 가하여 하중을 제거하면 3.2% 변형율의 잔류변형이 남는다. 이때, 변형을 구속하고 선(K)으로 도시된 바와 같이, 온도를 상승시키면 110 MPa의 회복응력이 발생하고, 온도저하 후 37 MPa의 잔류응력이 남는다. 이런 상태에서 인장을 받으면 초기의 변형율인 6%까지는 점탄성 거동과 유사하게 거동을 하면서 잔류변형이 전혀 남지 않는다.  In the graph shown in FIG. 6, the shape memory alloy is initially subjected to 6% strain to remove the load, leaving a residual strain of 3.2% strain. At this time, restraining the deformation and as shown by the line K, when the temperature is raised, a recovery stress of 110 MPa occurs, and after the temperature decreases, a residual stress of 37 MPa remains. Under tension in this state, the initial strain up to 6% behaves similar to viscoelastic behavior, leaving no residual strain.

그러나 초기변형인 6%에 도달한 후에는 잔류응력이 0으로 감소하고 이후에 더 큰 변형이 가해지면 잔류변형이 남는다. 따라서 잔류변형이 없이 사용할 수 있는 변형량은 변형율 3.2%에서 6%까지인 2.8% 구간(P)이다. However, after reaching the initial strain of 6%, the residual stress is reduced to zero, and after further strain is applied, the residual strain remains. Therefore, the amount of deformation that can be used without residual deformation is the 2.8% section (P), from 3.2% to 6% strain.

이와 같은 변형율 2.8%는 일반적인 철근콘크리트 휨부재(140)의 휨거동에서 발생할 수 없는 아주 큰 값으로 실용적으로 사용하기에 충분히 크다. 또한 철근콘크리트 휨부재(140) 내부의 잔류응력 변형 하에서의 형상기억합금의 거동은 하중을 제거하면 잔류변형이 전혀 남지 않는다고 볼 수 있기 때문에, 철근콘크리트 휨부재(140) 상에 외부 하중에 의해서 발생한 균열은 하중을 제거하면 형상기억합금에 의해서 닫히게 되어 균열이 제거된다. Such a strain of 2.8% is large enough to be practically used as a very large value that cannot occur in the bending behavior of the general reinforced concrete flexural member 140. In addition, since the behavior of the shape memory alloy under the residual stress deformation in the reinforced concrete bending member 140 can be seen that no residual deformation remains after removing the load, the crack generated by the external load on the reinforced concrete bending member 140. When the silver load is removed, it is closed by the shape memory alloy and the crack is removed.

상기와 같이 본 발명은 형상기억합금의 지지체(110)를 미리 인장하여 기변형을 발생시키고, 철근콘크리트 휨부재(140)의 주철근(150)에 상기 지지체(110)의 양 단을 커플러(120)를 통하여 구속시키며, 콘크리트 타설 후, 양생시의 수화열을 이용하여 상기 지지체(110)에 회복응력을 가한 다음, 수화열이 제거되어도 철근콘크리트 휨부재(140)에 지지체(110)의 기발생된 응력과 추가적인 수화열에 의한 회복응력에 의해서 발생하는 잔류응력을 이용하여 균열을 제어할 수 있다. 따라서 형상기억합금의 지지체(110)를 이용하여 철근콘크리트 휨부재(140)에 보조적으로 적용함으로써 철근콘크리트 휨부재(140)에서 발생되는 균열발생 또는 균열폭을 효과적으로 제어할 수 있게 된다.As described above, the present invention tensions the support 110 of the shape memory alloy in advance to generate deformation, and couplers 120 to both ends of the support 110 on the main reinforcement 150 of the reinforced concrete bending member 140. After restraining through concrete, and applying a recovery stress to the support 110 using the heat of hydration during curing, even after the hydration heat is removed, the pre-generated stress of the support 110 to the reinforced concrete bending member 140 and Cracks can be controlled by using residual stresses generated by recovery stress from additional heat of hydration. Therefore, by assisting the reinforced concrete bending member 140 by using the support 110 of the shape memory alloy, it is possible to effectively control the crack generation or the crack width generated in the reinforced concrete bending member 140.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.An embodiment of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications are within the scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.

도 1은 종래의 기술에 따른 철근콘크리트 휨부재에서 균열이 발생되는 상태를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a state in which a crack occurs in a reinforced concrete bending member according to the prior art.

도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조에 구비된 형상기억합금의 지지체와 커플러를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a supporter and a coupler of a shape memory alloy provided in a crack control structure of a reinforced concrete bending member using a heat of hydration of concrete and a shape memory alloy according to the present invention.

도 3a 및 도 3b는 통상적인 오스텐나이트 및 마텐사이트 상태의 형상기억합금 거동을 도시한 그래프이다.3A and 3B are graphs showing the shape memory alloy behavior in a typical austenite and martensite state.

도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조에서, 직선부와 경사부를 구비한 형상기억합금의 지지체와 커플러를 도시한 사시도이다.4 is a perspective view illustrating a supporter and a coupler of a shape memory alloy having a straight portion and an inclined portion in the crack control structure of the reinforced concrete bending member using the heat of hydration of concrete and the shape memory alloy according to the present invention.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조가 철근콘크리트 휨부재에 적용되어 균열을 제거하는 상태를 도시한 단면도이다.5A and 5B are cross-sectional views illustrating a state in which the crack control structure of the reinforced concrete bending member using the heat of hydration of concrete and the shape memory alloy is applied to the reinforced concrete bending member to remove the crack.

도 6은 본 발명에 따른 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조에서 잔류응력하에서의 형상기억합금의 거동을 도시한 그래프도이다.6 is a graph showing the behavior of shape memory alloys under residual stress in the crack control structure of reinforced concrete flexural members using heat of hydration of concrete and shape memory alloy according to the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

1..... 종래의 철근콘크리트 휨부재 10..... 인장균열1 ..... Conventional reinforced concrete flexural member 10 ..... Tensile crack

20.... 주철근 20 .... Cast Iron

100.... 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조100 .... Crack Control Structure of Reinforced Concrete Flexural Members Using Concrete Hydration Heat and Shape Memory Alloy

110.... 형상기억합금의 지지체 112.... 직선부 110 .... Support of shape memory alloy 112 .... Straight part

114.... 경사부 120.... 커플러114 .... slope 120 .... coupler

122... 제1 클램프부 124..... 제2 클램프부122 ... first clamp part 124 ..... second clamp part

140.... 철근콘크리트 휨부재 150.... 주철근140 .... reinforced concrete flexural members 150 ... cast iron

K..... 온도상승선 L..... 중립축 K ..... Temperature Rise L ..... Neutral Shaft

P..... 잔류변형 없는 변형율 구간 T..... 일정간격P ..... Strain section without residual strain T ..... constant interval

Claims (5)

NiTi 합금 또는 NiTiNb 합금 등을 포함하고, 마텐사이트로부터 오스텐나이트로의 변태온도가 콘크리트 수화열의 온도보다 낮게 이루어지는 형상기억합금의 지지체(110)를 미리 인장하여 기변형을 발생시킨 후, 철근콘크리트 휨부재(140)의 주철근(150)에 상기 지지체(110)의 양단을 커플러(120)를 통하여 구속시키되, 형상기억합금의 지지체(110)가 팽팽히 긴장상태로 주철근(150)에 고정되도록 하며, 콘크리트 타설 후, 양생시의 수화열을 이용하여 상기 지지체(110)에 회복응력을 가한 다음, 그 잔류 응력을 이용하여 철근콘크리트 휨부재(140)에 압착력을 가하여 균열을 제어하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조.Reinforced concrete warp after pre-tensioning the support body 110 of the shape memory alloy including NiTi alloy or NiTiNb alloy and the transformation temperature from martensite to austenite is lower than the temperature of the heat of hydration of concrete. Both ends of the support 110 to the main reinforcing bars 150 of the member 140 through the coupler 120, the support 110 of the shape memory alloy is fixed to the main reinforcing bars 150 in a tense state, concrete After pouring, using a heat of hydration during curing to apply a recovery stress to the support 110, and then apply a compressive force to the reinforced concrete bending member 140 using the residual stress to control the cracks of concrete Control Structure of Reinforced Concrete Flexural Members Using Cement and Shape Memory Alloys. 제1항에 있어서, 상기 형상기억합금의 지지체(110)는 봉, 와이어 또는 케이블 중의 어느 하나이고, 상기 변태온도는 30-40℃이며, 초기의 기변형 크기는 5-6%의 변형율임을 특징으로 하는 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조.According to claim 1, wherein the support 110 of the shape memory alloy is any one of a rod, a wire or a cable, the transformation temperature is 30-40 ℃, the initial deformation size is 5-6% strain Crack control structure of reinforced concrete flexural members using concrete heat of hydration and shape memory alloy. 제2항에 있어서, 상기 형상기억합금의 지지체(110)는 철근콘크리트 휨부재(140)의 중립축(L)으로부터 일정 간격(T)을 유지하면서 벗어나서 주철근(150)의 측면 또는 상부에 배치된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조.According to claim 2, wherein the support body 110 of the shape memory alloy is disposed on the side or top of the main reinforcing bars 150 while maintaining a predetermined distance (T) from the neutral axis (L) of the reinforced concrete bending member 140 A crack control structure of reinforced concrete flexural members using concrete heat of hydration and shape memory alloy. 제3항에 있어서, 상기 형상기억합금의 지지체(110)는 철근콘크리트 휨부재(140)의 중립축(L)으로부터 일정간격(T)을 유지하면서 벗어나서 철근콘크리트 휨부재(140)의 하부측 주철근(150)에 그 중간부분의 직선부(112)가 커플러(120)를 통해서 고정되고, 그 양단부는 철근콘크리트 휨부재(140)의 상부측 주철근(150)으로 경사지게 연장하는 경사부(114)를 형성하며, 커플러(120)를 통하여 상부측 주철근(150)에 일체로 연결된 것임을 특징으로 하는 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조.According to claim 3, wherein the support body 110 of the shape memory alloy is removed while maintaining a predetermined distance (T) from the neutral axis (L) of the reinforced concrete bending member 140, the lower side main reinforcement of the reinforced concrete bending member (140) ( The straight portion 112 of the middle portion thereof is fixed to the 150 through the coupler 120, and both ends thereof form an inclined portion 114 that is inclinedly extended to the upper main reinforcement 150 of the reinforced concrete bending member 140. And, the crack control structure of the reinforced concrete bending member using the concrete heat of hydration and shape memory alloy, characterized in that integrally connected to the upper side main reinforcing bars 150 through the coupler (120). 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 커플러(120)는 형상기억합금의 지지체(110)를 내측에 수용하고, 고정하기 위한 제1 클램프부(122)와, 주철근(150)을 내측에 수용하고, 고정하기 위한 제2 클램프부(124)를 포함하며, 볼트고정 또는 용접고정을 통하여 상기 형상기억합금의 지지체(110)를 주철근(150)에 고정시키는 것임을 특징으로 하는 콘크리트 수화열과 형상기억합금을 이용한 철근콘크리트 휨부재의 균열제어 구조.5. The method of claim 3, wherein the coupler 120 accommodates the support 110 of the shape memory alloy therein, and accommodates the first clamp portion 122 and the main reinforcing rod 150 therein. And a second clamp portion 124 for fixing and fixing the support 110 of the shape memory alloy to the cast iron 150 through bolt fixing or welding fixing. Crack control structure of reinforced concrete flexural members
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