KR20120122553A

KR20120122553A - 유체충전형 구조물

Info

Publication number: KR20120122553A
Application number: KR1020110040780A
Authority: KR
Inventors: 이동규; 김진호
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-11-07

Abstract

본 발명은, 마주하게 제공되는 제1, 제2 부재 및 상기 제1, 제2 부재 사이에 제공되되, 길이방향의 압축력에 대한 저항력을 향상토록, 내부에 유체가 수용되는 압축력 보강형 부재를 포함하여 구성된 유체충전형 구조물에 관한 것으로서, 이와 같은 본 발명에 의하면, 기둥과 같은 구조물에 사용되는 강관에 유체를 충전하여 구조물의 압축력에 대한 저항력을 확보할 수 있고, 강관에 충전되는 유체로 값이 저렴한 폐유 등을 사용함으로써 재료비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

유체충전형 구조물{FLUID FILLED STRUCTURE}

본 발명은 유체충전형 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기둥과 같은 구조물에 사용되는 강관에 폐유 등의 유체를 충전하여 구조물의 압축력에 대한 저항력을 확보하고 재료비용을 감소시킬 수 있는 유체충전형 구조물에 관한 것이다.

일반적으로, 기둥과 같은 구조물에 압축력에 대해 최대한으로 지탱하면서, 구조물의 사이즈를 줄이기 위해 강관이 사용되고 있고, 기둥의 강성을 최대로 하면서 단면 사이즈를 줄여 재료를 절감할 수 있는 강관의 형태는 원형 강관이다.

그리고, 이러한 강관에 콘크리트와 철근 등을 합성하여 기둥을 제작하는 방법으로, 주로 RC(Reinforced Concrete)와 CFT(Concrete Filled Steel Tube)가 사용되고 있다. 이 중에서, RC는 철근을 배근하고 강관 바깥쪽에 거푸집을 설치하여 콘크리트를 타설하는 공법이고, CFT는 기둥의 최외각부에 강관을 설치하고 그 내부에 콘크리트를 충전하는 공법이다.

도 1에는 종래기술에 따른 CFT 기둥(100)이 도시되어 있다. 구체적으로, 원형 강관(110) 내부에 콘크리트(120)가 충전되어 있고, 원형 강관(110)의 외부에는 보(130)가 연결되어 있는 구성을 나타내고 있다.

이와 같은 CFT 기둥(100)은 충전되어 있는 콘크리트(120)가 강관(110)의 국부좌굴을 구속하여 좌굴에 따른 강관(110)의 내력저하를 방지할 수 있으며, 콘크리트(120)와 강관(110)의 상호작용인 횡구속효과에 의해 높은 항복강도와 큰 변형능력을 발휘할 수 있다.

또한, CFT 구조에서 강관(110)은 거푸집 기능을 가지므로 별도의 가설 작업을 생략할 수 있어 공사기간을 단축할 수 있고, CFT 구조는 기존 철골철근콘크리트 구조에서 강관(110)과 콘크리트(120)를 사용함으로써 미려한 외관과 부드러운 구조부재의 단면을 형성할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술을 개량하기 위하여 제안된 것으로서 그 목적 측면은, 기둥과 같은 구조물에 사용되는 강관에 유체를 충전하여 구조물의 압축력에 대한 저항력을 확보할 수 있고, 유체로 저렴한 폐유 등을 사용함으로써 재료비용을 감소시킬 수 있는 유체충전형 구조물에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 마주하게 제공되는 제1, 제2 부재 및 상기 제1, 제2 부재 사이에 제공되되, 길이방향의 압축력에 대한 저항력을 확보토록, 내부에 유체가 수용되는 압축력 보강형 부재를 포함하여 구성된 유체충전형 구조물을 제공한다.

바람직하게는, 상기 압축력 보강형 부재는, 내부에 유체를 수용토록, 중공된 형태의 원형 또는 각형 강관이다.

더 바람직하게는, 상기 압축력 보강형 부재는, 상기 압축력에 대한 저항력을 보강토록, 외면 또는 내면에 돌출 형성되는 보강용 돌출부가 구비된다.

더 바람직하게는, 상기 보강용 돌출부는, 상기 압축력 보강형 부재의 길이방향 또는 폭방향으로 길게 형성된다.

더 바람직하게는, 상기 제1, 제2 부재와 상기 압축력 보강형 부재의 결합부위에, 상기 압축력에 대한 저항력을 보강토록 제공되는 보강용 리브가 구비된다.

더 바람직하게는, 상기 압축력 보강형 부재의 내부에 구비되는 밀봉부재를 더 포함하고, 상기 밀봉부재에 상기 유체가 수용된다.

더 바람직하게는, 상기 유체는, 외기온도에 대해 민감성이 낮은 기름 또는 폐유이다.

더 바람직하게는, 상기 제1, 제2 부재 사이에, 길이방향의 인장력에 대한 저항력을 향상토록 제공되는 적어도 하나의 강선을 더 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 강선은, 상기 인장력에 대한 저항력을 향상토록, 프리스트레스가 도입된다.

이와 같은 본 발명에 따른 유체충전형 구조물에 의하면, 기둥과 같은 구조물에 사용되는 강관에 유체를 충전하여 구조물의 압축력에 대한 저항력을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 강관 외면 또는 내면에 보강용 돌출부를 구비하여, 압축력에 대한 저항력을 보강함으로써 압축력에 의해 강관이 쉽게 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 강관에 충전되는 유체로 값이 저렴한 폐유 등을 사용함으로써 재료비용을 감소시킬 수 있어 경제성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기둥에 프리스트레스가 도입된 강선을 적어도 하나 구비하여, 기둥의 길이방향 인장력에 대한 저항력을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 콘크리트 충전 강관을 나타내는 사시도
도 2는 본 발명에 따른 유체충전형 구조물을 나타내는 사시도 및 단면도
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 유체충전형 구조물의 외면 또는 내면에 보강용 돌출부 및 리브가 구비된 것을 나타내는 사시도 및 단면도
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 유체충전형 구조물 내부에 유체를 수용하는 밀봉부재가 구비된 것을 나타내는 횡단면도 및 종단면도
도 5는 본 발명에 따른 유체충전형 구조물에 강선이 구비된 것을 나타내는 사시도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유체충전형 구조물을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 유체충전형 구조물(1)을 나타내고, 도 3 내지 5는 도 2에 도시된 유체충전형 구조물(1)을 개량한 실시예들을 나타내는 것으로서, 이러한 구조물로서 건물의 기둥을 예로 들 수 있다.

구체적으로, 도 3a 및 3b는 유체(30)가 충전되는 강관(40)의 외면 또는 내면에 보강용 돌출부(50) 및 보강용 리브(60)가 구비된 것을 나타내고, 도 4a 및 4b는 상기 강관(40) 내부에 유체(30)를 수용하는 밀봉부재(70)가 구비된 것을 나타내며, 도 5는 유체충전형 구조물(1)에 인장력에 대한 저항력을 향상토록 제공되는 강선(80)이 구비된 것을 나타낸다.

먼저, 본 발명에 따른 유체충전형 구조물(1)은, 마주하게 제공되는 제1, 제2 부재(10)(20) 및 상기 제1, 제2 부재(10)(20) 사이에 부재들을 연결토록 제공되는 압축력 보강형 부재(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 압축력 보강형 부재(40)는, 기둥에 길이방향으로 작용하는 압축력에 대한 저항력을 확보하기 위해, 그 내부에 유체(30)를 수용토록 구성될 수 있다.

예를 들어, 압축력 보강형 부재(40)는, 내부에 유체(30)를 수용할 수 있는 공간이 마련되는 중공된 형태의 강관일 수 있고, 이러한 강관의 형태는 원형 또는 각형 등 다양한 형태가 가능하다. 이때, 기둥의 강성을 최대로 하면서 단면의 크기를 줄여 재료비용을 절감하기 위해 원형 강관이 바람직하다.

도 2를 참조하면, 제1, 제2 부재(10)(20)는 플레이트 형태로서 상하에 제공되고, 상기 제1, 제2 부재(10)(20) 사이에 원형 강관(40)이 결합한다. 즉, 원형 강관(40)은 양단부에서 제1, 제2 부재(10)(20)와 용접하여 결합한다.

또한, 원형 강관(40) 내부에는 유체(30)가 충전되어 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 유체충전형 구조물(1)은, 원형 강관(40) 내부에 유체(30)를 수용하도록 구성함으로써, 구조물이 압축력에 대한 저항력을 확보할 수 있는 것으로서, 그 원리는 다음과 같다.

종이컵을 예로 들면, 빈 종이컵을 세워두고 손바닥으로 윗면을 누르면 종이컵은 쉽게 찌그러진다.

반면, 종이컵 안에 액체를 가득 채우고 뚜껑을 덮어 완전 밀봉의 형태에서 종이컵은 더 이상 비어있는 것이 아닌 솔리드한 구조물이 되고, 이러한 종이컵을 손바닥으로 누르면 종이컵은 쉽게 찌그러지지 않는다.

한편, 액체가 충전된 종이컵의 옆면을 손가락으로 누르면 쉽게 들어가고, 또한 압축력을 좀 더 가하면 종이컵의 옆면이 먼저 터지고, 더 이상 힘을 받을 수 없어 찌그러지게 된다.

즉, 액체가 충전된 종이컵은 상하방향 압축력에 보다 잘 견딜 수 있다.

본 발명은 이러한 원리를 건물의 기둥에 적용하여, 기둥의 길이방향 압축력에 대한 저항력을 확보한 것으로, 특히 소규모의 2~3층 건물의 기둥 등에 적용가능할 것이다.

다음, 도 3a 및 3b를 참조하면, 압축력 보강형 부재(40)는 외면 또는 내면에 돌출 형성되는 보강용 돌출부(50)가 구비되어, 기둥의 길이방향 압축력에 대한 저항력을 보강할 수 있다.

상기한 종이컵의 예에서와 같이, 액체가 충전된 종이컵은 상하에서 일정 이상의 압축력을 받게 되면 옆면이 터질 수 있고, 이는 유체(30)가 충전된 원형 강관(40)에서도 발생할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 유체충전형 기둥을 상하에서 일정 이상의 압축력을 가하면, 유체(30)가 충전되어 있는 강관(40)의 옆면이 터질 수 있다.

이를 방지하기 위해, 본 발명에서는 유체(30)가 충전되는 강관(40)의 외면 또는 내면에 보강용 돌출부(50)가 구비될 수 있다. 도 3a는 보강용 돌출부(50)가 강관(40)의 외면에 구비되는 것을 나타내고, 도 3b는 보강용 돌출부(50)가 강관(40)의 내면에 구비되는 것을 나타낸다.

이때, 도 4의 실시예와 같이, 유체(30)가 밀봉부재(70)에 수용되어 강관(40) 내부에 충전되는 경우에는, 보강용 돌출부(50)에 의해 밀봉부재(70)가 손상되는 것을 방지하기 위해, 보강용 돌출부(50)가 강관(40)의 외면에 형성되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 이러한 보강용 돌출부(50)는, 상기 압축력 보강형 부재(40)의 길이방향 또는 폭방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 보강용 돌출부(50)가 길게 형성됨으로써, 압축력에 의해 강관(40)이 팽창되는 것을 억제하여 터지는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

여기서, 폭방향은 구조물을 정면에서 보았을 때 가로방향을 의미하는 것으로, 원형 강관(40)의 경우에는 원주방향을 의미한다.

한편, 보강용 돌출부(50)에 의해 강관(40)이 팽창되는 것을 억제할 수 있으면 되므로, 형성 방향이 강관(40)의 길이방향 또는 폭방향으로 제한되는 것은 아니고, 또한 형태도 긴 형상으로 제한되는 것은 아니다.

따라서, 보강용 돌출부(50)는 대각방향으로 길게 형성되거나, 또는 대략 원형 형태로 형성되는 등 다양한 형태가 가능하다.

또한, 제1, 제2 부재(10)(20)와 압축력 보강형 부재(40)의 결합부위에 보강용 리브(60)를 구비하여, 압축력에 대한 저항력을 보강할 수 있다.

상기한 바와 같이, 유체(30)가 충전되어 있는 강관(40)에 압축력이 작용함에 따라 강관(40)은 팽창한다. 즉, 제1, 제2 부재(10)(20)와의 결합부위에서도 강관(40)은 팽창하게 되므로, 상기 결합부위에 손상이 발생할 수 있고, 이에 따라 유체(30)가 누출될 수 있다.

이를 억제하기 위해, 도 3 내지 5에 나타난 바와 같이, 제1, 제2 부재(10)(20)와 강관(40)의 결합부위에 보강용 리브(60)가 접합되어 구비될 수 있다. 즉, 보강용 리브(60)의 일측이 제1 부재(10) 또는 제2 부재(20)에 접합되고, 인접한 일측은 강관(40)의 외면에 접합될 수 있다.

이러한 보강용 리브(60)에 의해 제1, 제2 부재(10)(20)과 강관(40)이 서로 지지하게 되므로, 강관(40)이 수직방향 압축력에 의해 수평방향으로 팽창하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 기둥이 지진 등에 의해 수평하중을 받아 휘는 경우에도, 보강용 리브(60)에 의해 제1, 제2 부재(10)(20)와 강관(40)의 결합부위의 결합력을 향상시켜 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

다음, 도 4a 및 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 유체충전형 구조물(1)은, 압축력 보강형 부재(40) 내부에 구비되는 밀봉부재(70)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 밀봉부재(70)에는 유체(30)가 수용될 수 있다.

즉, 강관(40) 내부에 시트 형태의 밀봉부재(70)를 삽입 설치하고, 유체(30)를 밀봉부재(70)에 주입 또는 충전할 수 있다. 도 4a 및 4b에 각각 도시된 유체충전형 기둥의 횡단면도 및 종단면도를 참조하면, 유체(30)는 강관(40) 내부에 구비되는 밀봉부재(70)에 의해 둘러싸여 있다.

만약, 밀봉부재(70) 없이 강관(40) 내부에 직접 유체(30)를 충전하는 경우에는, 강관(40)에 발생하는 균열에서 유체(30)가 누출될 수 있고, 또한, 유체(30)의 종류에 따라 강관(40)을 부식시킬 수도 있다.

따라서, 본 발명과 같이 밀봉부재(70)를 매개로 강관(40) 내부에 유체(30)를 충전하는 것이 바람직하다.

또한, 압축력 보강형 부재(40) 내부에 충전되는 유체(30)는, 외기온도에 대해 민감성이 낮은 기름 또는 폐유인 것이 바람직하다.

강관(40)에 충전되는 유체(30)가, 외기온도에 대해 민감성이 커 외기온도에 따라 팽창하거나 축소되는 정도가 큰 경우에는, 강관(40)이 유체(30)에 의해서도 압력을 받게 되어 파손될 위험성이 커진다.

따라서, 외기온도에 대한 민감성이 낮아 외기온도에 따라 팽창하거나 축소되는 정도가 작은 유체(30)를 강관(40)에 충전하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 이러한 유체(30)로 기름 종류를 제안하고 있으나, 유체(30)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 본 발명에서와 같이 강관(40)에 충전되는 유체(30)로 버려지는 폐유를 사용하는 경우, 폐유가 버려짐에 따라 발생하는 환경오염을 줄일 수 있고, 폐유의 가격이 콘크리트에 비해 많이 저렴하므로 재료비용을 절감할 수 있다.

다음, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 유체충전형 구조물(1)은, 제1, 제2 부재(10)(20) 사이에 적어도 하나의 강선(80)을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같이 강관(40)에 유체(30)를 충전하여 기둥에 작용하는 압축력에 대한 저항력을 확보할 수 있다.

그런데, 기둥에 지진 등의 수평하중이 작용하는 경우에는, 기둥에 휨이 발생하여 인장력이 작용하게 되므로, 인장력에 대한 저항력을 보강할 필요가 있다.

이에, 본 발명에서는 제1, 제2 부재(10)(20)를 연결하는 강선(80)을 부가하여 인장력에 대한 저항력을 보강할 수 있다. 또한, 상기한 보강용 돌출부(50) 중 강관(40)에 길이방향으로 구비되는 보강용 돌출부(50)도 강관(40)이 인장되는 것을 억제할 수 있다.

구체적으로, 도 5를 참조하면, 제1, 제2 부재(10)(20)는 사각 플레이트 형태로서 네 구석에 구멍이 마련된다. 그리고, 제1, 제2 부재(10)(20)는 대응되는 구멍 간에 강선(80)이 볼트 체결되어 연결된다. 이렇게 강선(80)이 제1, 제2 부재를 잡고 있으므로, 기둥이 인장되는 것을 억제할 수 있다.

이때, 강선(80)에 의한 인장력에 대한 저항력을 향상시키기 위해, 강선(80)에 볼트(82) 조임에 의한 프리스트레스가 도입되는 것이 바람직하다. 즉, 볼트(82)를 조여 강선(80)에 미리 긴장(또는 압축력)을 부가함으로써, 인장력에 대한 저항력을 향상시킬 수 있다.

정리하면, 본 발명에 따른 유체충전형 기둥에 의하면, 강관(40)에 유체(30)를 충전하여 압축력에 대한 저항력을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 기둥에 프리스트레스가 도입된 강선(80)을 부가하여 인장력에 대한 저항력도 향상시킬 수 있다.

더하여, 강관(40)에 길이방향 또는 폭방향 보강용 돌출부(50)를 구비하여 압축력 및 인장력에 대한 저항력을 보강할 수 있다.

또한, 이러한 본 발명에 따른 유체충전형 기둥은 단독으로 사용되거나 복수개가 연결되어 사용될 수 있다. 유체충전형 기둥 간의 연결은 제1, 제2 부재(10)(20)의 볼트결합이나 용접을 통하여 이루어질 수 있다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

1 ... 유체충전형 구조물 10, 20 ... 제1, 제2 부재
30 ... 유체 40 ... 압축력 보강형 부재, 강관
50 ... 보강용 돌출부 60 ... 보강용 리브
70 ... 밀봉부재 80 ... 강선

Claims

마주하게 제공되는 제1, 제2 부재(10)(20); 및
상기 제1, 제2 부재(10)(20) 사이에 제공되되, 길이방향의 압축력에 대한 저항력을 확보토록, 내부에 유체(30)가 수용되는 압축력 보강형 부재(40);
포함하여 구성된 유체충전형 구조물.
제1항에 있어서,
상기 압축력 보강형 부재(40)는, 내부에 유체를 수용토록, 중공된 형태의 원형 또는 각형 강관인 것을 특징으로 하는 유체충전형 구조물.
제1항에 있어서,
상기 압축력 보강형 부재(40)는, 상기 압축력에 대한 저항력을 보강토록, 외면 또는 내면에 돌출 형성되는 보강용 돌출부(50)가 구비되는 것을 특징으로 하는 유체충전형 구조물.
제3항에 있어서,
상기 보강용 돌출부(50)는, 상기 압축력 보강형 부재(40)의 길이방향 또는 폭방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 유체충전형 구조물.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 부재(10)(20)와 상기 압축력 보강형 부재(40)의 결합부위에, 상기 압축력에 대한 저항력을 보강토록 제공되는 보강용 리브(60)가 구비되는 것을 특징으로 하는 유체충전형 구조물.
제1항에 있어서,
상기 압축력 보강형 부재(40)의 내부에 구비되는 밀봉부재(70)를 더 포함하고,
상기 밀봉부재(70)에 상기 유체(30)가 수용되는 되는 것을 특징으로 하는 유체충전형 구조물.
제1항에 있어서,
상기 유체(30)는, 외기온도에 대해 민감성이 낮은 기름 또는 폐유인 것을 특징으로 하는 유체충전형 구조물.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 부재(10)(20) 사이에, 길이방향의 인장력에 대한 저항력을 향상토록 제공되는 적어도 하나의 강선(80)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체충전형 구조물.
제8항에 있어서,
상기 강선(80)은, 상기 인장력에 대한 저항력을 향상토록, 프리스트레스가 도입되는 것을 특징으로 하는 유체충전형 구조물.