KR20130013824A

KR20130013824A - 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조

Info

Publication number: KR20130013824A
Application number: KR1020110075665A
Authority: KR
Inventors: 이재원
Original assignee: 이재원
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-02-06

Abstract

본 발명은 고강도 콘크리트에서 정착구와 콘크리트에 받는 압축응력과 인장응력을 완충시키고, 급격한 취성파괴를 줄여주도록 구성한 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조에 관한 것이며, 프리스트레스트 콘크리트 구조물에 설치되는 정착구 둘레에 균형적으로 압축력을 가하도록 고장력인장스프링(10)을 나선형으로 형성하여 설치하는 것을 특징으로 한다.

Description

프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조 { A reinforcement structure for a anchorage component of prestressed concrete }

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고강도 콘크리트에서 정착구와 콘크리트에 받는 압축응력과 인장응력을 완충시키고, 급격한 취성파괴를 줄여주도록 구성한 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조에 관한 것이다.

철근콘크리트 구조물은 인장에 취약한 콘크리트의 성능을 보강하기 위해 단면내에서 인장력을 지지하도록 철근을 보강하지만 콘크리트 부분에서의 균열은 피할 수 없다.

따라서 사용하중 하에서 콘크리트의 균열을 제어하여 단면의 강성을 확보하고, 나아가 구조물의 장경간화를 위해 콘크리트에 프리스트레싱을 가하는 프리스트레스트 콘크리트 구조물이 널리 사용되고 있다.

이러한 PS 콘크리트는 피아노선·특수강선 등의 강연선을 사용해 미리 부재 내에 응력을 줌으로써 사용시 받는 외력을 없애 버리는 것이다. 일반적으로 콘크리트는 인장변형력을 받아 균열이 생기는 경우가 많은데, 그러한 곳에는 미리 강연선으로 그 부재에 강한 압축변형력을 부여해 두면, 인장변형력이 강연선에 의한 압축변형력에 의해 소거(消去)되기 때문에 부재 그 자체가 실질적으로 큰 인장변형력을 받지 않게 된다.

프리스트레스를 콘크리트에 주는 방법에는, 강연선에 인장력을 준 상태에서 콘크리트를 타설하여 경화한 후 강연선의 양단부를 벗겨 콘크리트에 압축력으로서 부담을 시키는 프리텐셔닝(pretensioning), 콘크리트가 경화된 후 사전에 만들어 둔 부재 속의 구멍에 강연선을 넣어 잡아당겨 양단을 콘크리트 부재 단부에 고정하는 포스트텐셔닝(posttensioning)이 있다. 조립 철근콘크리트 구조용 부재 외에, 교량의 PC빔 등에 널리 사용된다.

프리스트레스 콘크리트 구조물용 정착구는 건설비용적인 측면에서는 작은 요소지만, 인장에 취약한 콘크리트를 보완하기 위한 기술적인 측면에서 없어서는 안될 필수요소이다.

현재 콘크리트 강도는 40 Mpa ~ 60 Mpa를 사용하고 PS 강연선은 1900 Mpa급을 사용하고 있으나 향후 1 ~ 2년내에 2400Mpa급 강연선이 개발되어 사용될 예정으로 2400Mpa급 강연선이 적용될 때 구조물에 적용되는 정착구가 기존 1900 Mpa급과 동일하게 사용할 경우 정착구가 받는 인장응력과 긴장시 콘크리트가 받는 압축응력을 완화시켜주는 구조가 더욱 정교하게 필요하였다.

종래에 정착구가 받는 인장응력을 완화시키기 위해 보강근 철근을 현장에서 원형 밴딩기를 이용하여 나선형으로 가공하여 정착구 부분에 시공하고 있으나, 현장에서 가공하여 사용하기 때문에 나선 간격과 규격이 일정하지 않아 현장에서 균일한 품질을 얻기 힘든 실정이다. 또한 이러한 구조는 일반 콘크리트 구조에 적용되는 구조로 고강도 콘크리트를 대상으로 하기에는 적합하지 않는 점이 있었다.

이와 같이 철근을 원형 밴딩기를 사용하여 시공하였을 경우 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 콘크리트가 파손되는 문제가 발생한다. 이는 배근되는 철근의 양이 과다하여 제대로 콘크리트와 철근이 결합되지 않고, 철근에 비해 콘크리트가 적어 부착강도가 떨어지는 문제가 있었다.

콘크리트의 파괴는 콘크리트의 기하학적 배열에 의존하는 것 이외에도 재하속도 크기효과 등 여러 요소가 있다.

축압축력을 받는 기둥은 이러한 압축파괴를 수반하게 될 경우 취성적 파괴를 하게 되므로 이러한 문제점을 보완하기 위하여 보강근이 좁을수록 그리고 사각형 보강근보다는 나선형 보강근이 효과적이라는 것을 알고 있으나, 전술한 바와 같이 철근을 현장에서 나선형으로 정확한 간격과 품질로 가공하는 것이 어려워 제대로된 효과가 나오지 않는 문제가 있다.

이러한 나선근을 고강도콘크리트에 사용하였을 경우 내력증대에 영향을 미치는 구속효과가 감소하고, 최대하중 이후에 강도저감이 급격하게 진행되는 문제가 있다. 고강도 콘크리트는 보통강도 콘크리트에 비해 모르타르 강도가 크기 때문에 골재와 시멘트 페이스트의 부착파괴가 아닌 골재를 관통하는 급격한 취성파괴로 이루어진다.

도 4에서 볼 수 있듯이, 보통강도 콘크리트와 달리 고강도 콘크리트는 골재를 관통하는 급격한 취성파괴를 나타내고 있고, 도 5에서 볼 수 있듯이 고강도 콘크리트는 최대 압축강도 이후에 급격한 취성파괴 특성을 나타내므로 기둥과 보 등 고강도 콘크리트를 적용한 부재는 균열발생 이후의 연성능력의 저하를 초래한다. 이 때문에 부재의 내진성능 등을 확보할 수 있는 설계방법 등에 대한 고려가 절대적으로 필요한 부분이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 고강도콘트리트에 적용된 정착구에 받는 인장응력에 대하여 정착구 인장스프링에 의해 완충시켜 긴장 작업시 정착구 파괴 및 콘크리트 균열을 억제 시켜 품질을 향상시키고자 하는 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조를 제공하고자 하는 목적이 있다.

보통 강도 콘크리트와 달리 골재를 관통하는 급격한 취성파괴가 발생하는 고강도 콘크리트에서 콘크리트 균열을 제어하고 단면의 강성을 확보하고자 한다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 프리스트레스트 콘크리트 구조물에 설치되는 정착구 둘레에 균형적으로 압축력을 가하도록 고장력인장스프링(10)을 나선형으로 형성하여 설치하고, 고장력인장스프링(10)의 몸체(11)에 일정 간격으로 돌기(12)가 형성되어 콘크리트와의 부착강도를 증대시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조를 제공한다.

그리고 정착구의 전면에 지압판(1)이 형성되고, 지압판의 후방으로 다수개의 리브(6)가 형성되며, 정착구에 쉬스관(3)이 형성되어 내부로 강연선(4)이 삽입되어 정착쐐기(5)로 헤드(2)에 고정되고, 지압판(1)의 후방으로 고장력인장스프링(10)이 위치하게 되며, 고장력인장스프링(10)은 Mn-Si계 고장력강인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조를 제공한다.

또한 프리스트레스트 콘크리트 구조물에 설치되는 플랫타입 정착구 둘레에 지압판(21)의 후방에서 균형적으로 압축력을 가하도록 타원형인장스프링(30)을 나선형으로 형성하여 설치하며, 타원형인장스프링(30)의 몸체(31)에 일정 간격으로 돌기(32)가 형성되어 콘크리트와의 부착강도를 증대시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조를 제공한다.

본 발명은 프리스트레스 콘크리트를 사용한 장대교량 및 일반교량, 일반 건축물등에 긴장력을 도입하는 구조물, 특히 고강도 콘크리트를 사용하는 구조물에는 고장력 인장 스프링을 사용하므로 콘크리트의 품질을 월등히 향상 시키는 효과가 나타난다.

기존에 사용하는 나선형 철근은 현장에서 원곡기를 이용하여 나선형 철근을 가공하여 사용하고 있으나, 정확한치수(나선형철근 지름,나선철근간격,나선갯수등)로 가공하기 어려워 품질을 저해하는 요인이 발생되고 있으나, 고장력 인장스프링은 원하는 규격 및 치수를 정확히 생산 가공할수 있어서 제품의 품질을 확보 공급할 수있는 효과가 있다.

FLAT TYPE의 나선형 철근은 가공할 수 있는 장비가 없어서 일반 철근을 사각형으로 가공하여 사용하거나, 나선형 철근을 사용하지 않고 시공하고 있으나, 고장력 인장스프링을 생산하여 현장에 적용하면 FLAT TYPE 정착구 보강 및 고강도 콘크리트에 대한 응력을 완화하여 콘크리트 균열예방 및 취성파괴를 억제를 할 수 있다.

과거에는 일반 콘크리트에 나선형철근 항복강도도 400Mpa를 사용하고있으나, 현재는 PSC 콘크리트는 고강도 콘크리트(40Mpa이상)를 사용하는데도 종래의 나선형 철근을 사용하여 시급히 고강도 콘크리트에 적합한 항복강도 550Mpa를 개발하여 적용하여야 품질을 확보할 수 있으며, 국제규격에도 부합할 수 있을 것으로 기대한다.

향후 PC SLAB , PC - Girder등 PC정착구가 사용되는 모든 구조물에 균일한 제품을 적용하여 구조물의 품질을 확보하고, 내구성을 증대시키는 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 종래의 콘크리트 정착구의 파손상태를 도시한 사진.
도 4는 고강도 콘크리트의 콘크리트 균열 진전 및 파괴형태를 도시한 도면.
도 5는 콘크리트의 응력 변형률 곡선에 대한 그래프
도 6은 본 발명의 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조를 도시한 사시도.
도 7는 본 발명의 플랫타입 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조를 도시한 사시도.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명은 철근콘크리트 구조물은 인장에 취약한 콘크리트의 성능을 보강하기 위해 단면내에서 인장력을 지지하도록 철근을 보강하지만 콘크리트 부분에서의 균열을 피할 수 없다. 따라서 사용하중 하에서 콘크리트 균열을 제어하여 단면의 강성을 확보하고 나아가 구조물의 장경간화를 위해 콘크리트에 프리스트레싱을 가하는 프리스트레스트 콘크리트 구조물이 사용되고, 이러한 프리스트레스트 콘크리트에 사용되는 강연선의 정착구 둘레에 가해지는 응력을 효과적으로 제거하기 위한 보강구조를 제안한다.

본 발명에서 프리스트레스트 콘크리트 구조물에 설치되는 정착구 둘레에 균형적으로 압축력을 가하도록 고장력인장스프링(10)을 나선형으로 형성하여 설치한다. 콘크리트 타설전 정착구 및 쉬스관(3)을 설치하고, 보강근 조립시 고장력인장스프링(10)을 설치한다. 콘크리트가 긴장을 할 수 있을 정도로 콘크리트를 양생하고, 쉬스관(3)을 통해 강연선(4)을 설치한다.

프리스트레싱은 콘크리트를 타설하기 전에 미리 강연선을 긴장했다가 콘크리트가 굳은후 강연선의 긴장장치를 제거하는 프레텐션 방식을 사용하거나 콘크리트가 다 굳은 후 강연선을 인장하여 콘크리트에 프리스트레싱을 하는 포스트텐션 방식이 있는데 시공상 편리한 포스트텐션 방식을 주로 한다.

현재 콘크리트 강도는 급속하게 발전하고 있고, 인장강도 2200MPa급에 해당하는 고강도 강연선이 개발되었지만, 그에 맞는 보강구조가 없어서 콘크리트가 파단되는 문제를 본 발명의 고장력인장스프링(10)으로 해결할 수 있다.

콘크리트와 부착강도를 증대시키기 위하여 고장력인장스프링(10)의 몸체(11)에 일정 간격으로 돌기(12)가 형성한다. 고장력인장스프링(10)의 몸체(11)인 고탄소강봉의 둘레에 나선형 또는 둘레를 따라 단면이 반원형으로 돌출된 돌기(12)를 형성한다. 따라서 돌기(12)에 의해 콘크리트와 접촉면적이 증대하여 콘크리트와의 부착강도가 증대된다.

본 발명에 사용되는 정착구는 정착구의 전면에 지압판(1)이 형성되고, 지압판(1)의 후방으로 다수개의 리브(6)가 형성된다. 리브(6)는 콘크리트와의 부착력을 증대시키기 위하여 형성하고, 하나 이상 형성할 수 있다.

그리고 정착구의 후단에 쉬스관(3)이 형성되어 내부로 강연선(4)이 삽입되어 정착쐐기(5)로 헤드(2)에 고정된다.

정착구의 전단에 형성되는 지압판(1)의 후방으로 고장력인장스프링(10)이 정착구를 감싸도록 위치하고, 이러한 고장력인장스프링(10)은 Mn-Si계 고장력강 또는0.7중량% 이상의 탄소함유 강을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 이러한 고장력인장스프링(10)은 항복강도 550 이상의 것을 사용한다.

다른 실시예로 플랫타입 정착구는 직사각형의 형상을 가지고 있기 때문에 정착구 둘레에 지압판(21)의 후방에서 균형적으로 압축력을 가하도록 타원형인장스프링(30)을 나선형으로 형성하여 설치한다.

전술한 고장력인장스프링(10)과 마찬가지로 타원형인장스프링(30)의 몸체(31)에도 일정 간격으로 돌기(32)가 형성되어 콘크리트와의 부착강도를 증대시킨다.

따라서 정착구의 후단에 플랫덕트를 두어 강연선(4)을 설치한다. 타원형인장스프링(30) 또한 고장력강 또는 고탄소강을 사용하여 급격하게 발생하는 응력에 대항하는 힘을 작용하게 한다.

이와 같이 고장력인장스프링을 원형 또는 타원형으로 형성하여 정착구 둘레에 설치하므로 미리 공장에서 정착구의 크기 강연선의 수량에 따라 제작을 하여 사용하고, 인장스프링의 굵기, 지름, 간격을 정확한 설계에 의하여 제작할 수 있어 균일한 품질을 얻을 수 있다.

따라서 고강도콘크리트에서 고장력인장스프링으로 보강하여 사용하므로 콘크리트의 품질이 월등히 향상된다.

1 : 지압판 2 : 헤드
3 : 쉬스관 4 : 강연선
5 : 정착쐐기 6 : 리브
10 : 고장력인장스프링 11 : 몸체
12 : 돌기 20 : 헤드
21 : 지압판 22 : 리브
30 : 타원형 인장스프링 31 : 몸체
32 : 돌기

Claims

프리스트레스트 콘크리트 구조물에 설치되는 정착구 둘레에 균형적으로 압축력을 가하도록 고장력인장스프링(10)을 나선형으로 형성하여 설치하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조.
제 1 항에 있어서,
고장력인장스프링(10)의 몸체(11)에 일정 간격으로 돌기(12)가 형성되어 콘크리트와의 부착강도를 증대시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조.
제 1 항에 있어서,
정착구의 전면에 지압판(1)이 형성되고, 지압판의 후방으로 다수개의 리브(6)가 형성되며, 정착구에 쉬스관(3)이 형성되어 내부로 강연선(4)이 삽입되어 정착쐐기(5)로 헤드(2)에 고정되고, 지압판(1)의 후방으로 고장력인장스프링(10)이 위치하게 되며, 고장력인장스프링(10)은 Mn-Si계 고장력강인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조.
프리스트레스트 콘크리트 구조물에 설치되는 플랫타입 정착구 둘레에 지압판(21)의 후방에서 균형적으로 압축력을 가하도록 타원형인장스프링(30)을 나선형으로 형성하여 설치하며, 타원형인장스프링(30)의 몸체(31)에 일정 간격으로 돌기(32)가 형성되어 콘크리트와의 부착강도를 증대시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 정착구 보강구조.