KR20130078940A - 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명은 에프알피(FRP,Fiber Reinforced Polymer) 재질의 튜브를 형성하는 단계와, 튜브의 내부에 콘크리트를 충진하여 침목을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 튜브의 하부에 파형의 굴곡부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
이에 따르면 에프알피 튜브와 충진 된 콘크리트가 완전 합성체로 거동하여 제작 과정이 간단하여 제조공수를 절감할 수 있고, 구조적으로 성능이 향상될 수 있으며, 파형의 구조로 인해 횡저항력이 향상될 수 있고, 지면과의 접촉되는 단면적이 증가되어 견고한 고정력이 발휘될 수 있는 효과가 있다.

Description

콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목 및 그 제조방법{CONCRETE FIELD FRP TUBE TIE AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 레일 침목에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에프알피 재질의 튜브 내부에 콘크리트를 충진하여 형성되며 철도분야에서 레일에 작용하는 하중을 도상으로 전달하는데 사용되는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

철도 분야에서 침목은 레일에 작용하는 차량 하중을 도상으로 전달하고 궤도의 간격을 일정하게 유지시켜 안전한 차량의 운행을 가능하도록 하는 부재이다. 이러한 침목의 재질로는 목재나 콘크리트가 사용되었다. 목재의 경우 비나 눈 등의 외부 침투 물질에 의해서 부식이 발생 되고 목재의 재질적 특성상 강도가 약한 문제가 있으며, 콘크리트의 경우 목재의 단점인 강도 문제는 해결되나 무겁고 방진성이나 방음성이 떨어지며 균열이 발생 되는 문제가 있다.

상기 목재와 콘크리트의 단점을 보완하기 위해 수지 함침 목재 침목, 합성 수지 우레탄 침목, FRP(Fiber Reinforced Plastic) 침목 등이 개발되었으나, 높은 가격으로 인해 실제 현장에 적용하기에는 어려운 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 선행기술이 한국등록실용신안공보 제20-0429951호(2006.10.25) "표면보호 합성구조물 침목"에 개시되어 있다. 상기 선행기술은 구조용 각형강관 PC 침목 제작을 위해서 구조용 각형 강관 양측면을 강선 통과 구멍이 뚫린 판으로 막고, 강선 통과 구멍에 여러 개의 강선을 넣은 후 잭을 이용하여 인장 한 상태에서 구조용 각형 강관 상부 구멍으로 콘크리트를 채우며, 콘크리트가 채워진 구조용 강형 강관 PC 침목의 육면체 표면에 일정한 간격으로 앵커 못을 용접하여 부착하고 레일 체결 장치를 좌우 레일 밑 침목 상부에 용접하여 붙인 다음 프라이머를 도포하고, FRP를 1차 적층하여 FRP 중창막을 형성한 후 앵커 못을 구부려 고정하고 그 위에 다시 FRP를 2차 적층 마무리하여 부식되지 않고 고강도가 될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 선행기술은 콘크리트의 외측을 FRP 층으로 마무리하여 종래의 합성 재질만으로 침목을 제조하는 것에 비하여 비용이 감소 되고, 부식과 균열은 물론 강도를 증가 되는 이점이 있다. 다만, 이미 경화 된 PC 침목에 FRP를 도포하고 그 합성을 위하여 L형 연결재를 붙이는 방법으로 제조되므로 제조 과정이 복잡하고, 부분 합성 거동을 하므로 연결재 접합부분에 응력 집중이 발생 되며, 부분 합성 구조로 인하여 FRP층과 기존의 콘크리트 간에 재료분리가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 완전 합성체로 거동하며 제작 과정도 간단하여 제작비의 절감과 에프알피 튜브와 콘크리트의 합성작용 및 구속효과로 인하여 구조적으로 성능이 향상되는 에프알피 튜브를 이용한 침목 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 에프알피(FRP,Fiber Reinforced Polymer) 재질의 튜브를 형성하는 단계와, 튜브의 내부에 콘크리트를 충진하여 침목을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따르면 에프알피 튜브와 충진 된 콘크리트가 완전 합성체로 거동하여 제작 과정이 간단하여 제조공수를 절감할 수 있고, 구조적으로 성능이 향상될 수 있으며, 파형의 구조로 인해 횡저항력이 향상될 수 있고, 지면과의 접촉되는 단면적이 증가되어 견고한 고정력이 발휘될 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법을 도시한 흐름도,
도 2 는 도 1에 도시된 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 공정도,
도 3 및 도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법을 도시한 흐름도,
도 5a, 도 5b는 도 3 및 도 4에 도시된 방법에 의해 제조된 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목을 도시한 사시도,
도 6 는 도 5a의 V-V선에 따른 단면도,
도 7 는 도 5에 도시된 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 측면이 튜브 없이 개방된 상태를 나타낸 사시도,
도 8 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법을 도시한 흐름도,
도 9 는 도 8에 도시된 방법에 의해서 제조된 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목을 도시한 사시도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법을 도시한 흐름도이고, 도 2 는 도 1에 도시된 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 공정도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법은 에프알피(FRP,Fiber Reinforced Polymer) 재질의 튜브를 형성하는 단계(P10)와, 상기 형성된 튜브의 내부에 콘크리트를 충진하여 침목을 형성하는 단계(P20)를 포함하여 이루어진다.

에프알피(FRP,Fiber Reinforced Polymer) 튜브(T)는 고강도인 동시에 연성 재료로서 강도 증진과 함께 균열의 방지, 소음 및 진동의 저감 효과가 있으며, 내부식성이 매우 뛰어나 부식에 의한 부재의 노후화 문제는 전혀 고려할 필요가 없어 유지 보수에 매우 효과적인 이점이 있다.

에프알피 튜브(T)는 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 침목부(10)와 상기 침목부(10)를 연결하는 연결부(20)가 일체가 되도록 형성되며, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 에프알피 튜브(T)의 일측에는 콘크리트가 충진 되는 홀(H)이 형성되고, 이 홀(H)은 콘크리트의 주입이 완료된 후 바람직하게는 도 2c에 도시된 바와 같이 캡(M)으로 마감 처리된다.

다른 실시예로써 도 5a 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 에프알피 튜브(T)는 하부면에 요철부(50)가 형성된다. 즉 다수의 오목부와 볼록부가 연속 형성되어 요철부(50)가 형성된다.

그리고 볼록부에는 콘크리트가 주입될 수 있고, 경화된 콘크리트가 외부로 노출될 수 있도록 다수의 통공(52)이 형성된다.

요철부(50)를 형성하는 오목부 및 볼록부는 에프알피 튜브(T)의 단변에 대해 평행되는 직선형태로 형성되거나 또는 사선형으로도 형성될 수 있다.

요철부(50)를 형성함으로써 마찰력이 증대되고 횡저항력이 확대될 수 있으며, 지반과의 접촉 면적이 확장될 수 있다. 또한 내부에 충진된 콘크리트가 통공(52)을 통해 외부로 노출됨으로써 마찰력이 증대될 수 있어 슬립현상이 방지될 수 있다.

도 3 및 도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법을 도시한 흐름도이고, 도 5 는 도 3 및 도 4에 도시된 방법에 의해 제조된 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목을 도시한 사시도이고, 도 6 은 도 5의 V-V선에 따른 단면도이고, 도 7 는 도 5에 도시된 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 측면이 튜브 없이 개방된 상태를 나타낸 사시도이다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법은 도 3에 도시된 바와 같이 에프알피 튜브를 형성하는 단계(S10), 형성된 튜브에 프리스트레싱부를 설치하는 단계(S20), 상기 프리스트레싱부가 설치된 튜브에 콘크리트를 충진하는 단계(S30)을 포함한다. 여기서, 앞에 도시된 도면과 동일한 부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리키며, 앞의 실시예와 차이점인 프리스트레싱부를 설치하는 단계를 중점으로 설명한다.

프리스트레싱부(30)를 설치하는 단계(S20)는 에프알피 튜브(T)에 콘크리트가 충진된 후 콘크리트에 일어나는 인장 응력을 상쇄하기 위하여 미리 압축 응력을 주는 것이다.

즉 에프알피 튜브(T)에 PC 강재(31)를 설치하고 여기에 콘크리트를 충진 한 후 콘크리트가 굳어진 후 너트 등의 체결부재(32)를 조이는 단계로 이루어진다.

콘크리트를 충진하는 단계(S30)는 전술한 바와 같이 바람직하게는 에프알피 튜브(T)의 일측에 홀을 형성하고 이 홀을 통해서 주입되며, 도 7에 도시된 바와 같이 에프알피 튜브(T)의 일측면 또는 양측면이 개방되었을 경우 개방된 면은 판넬 등의 차단부재에 의해서 밀폐된다.

도 5 내지 도 7는 전술한 방법에 의해서 제조된 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목(1)을 도시한 것으로서, 일체로 형성된 에프알피 튜브(T)의 내부에 충진 된 콘크리트(C)는 고강도의 에프알피 튜브(T)에 의해서 3축 구속되며, 실제의 콘크리트 강도보다 향상된 강도와 연성을 갖게 되어 뛰어난 성능을 발휘한다.

구속된(confined) 콘크리트와 구속되지 않은(unconfined) 콘크리트의 강도를 비교하면, 이론적으로 콘크리트는 구속 응력의 증가에 따라 무한대까지 강도를 증진시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 에프알피 튜브(T)의 두께 및 강도 조절을 통하여 최소 2배 이상의 강도를 증진시킬 수 있다.

따라서 고강도 콘크리트가 아닌 저렴한 일반 콘크리트를 사용하여 고강도 콘크리트 이상의 강도 발현이 가능한 이점이 있다.

또한 전술한 바와 같이 에프알피 튜브(T)의 재질적 특성에 의해서 강도 증진과 균열의 방지, 소음 및 진동의 저감 효과도 함께 발휘되며, 내부식성이 뛰어나 부식에 의한 노후화 문제는 전혀 고려할 필요가 없어 유지 보수에 매우 효과적인 이점이 있다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 에프알피 침목의 제조방법은 도 4에 도시된 바와 같이 에프알피 튜브를 형성하는 단계(S100), 형성된 에프알피 튜브에 바람직하게는 쉬스(sheath)관과 같은 홀형성부재(미도시)를 설치하는 단계(S200), 홀형성부재가 설치된 에프알피튜브에 콘크리트를 충진하는 단계(S300), 홀형성부재에 의해 형성된 홀에 프리스트레싱부(30)를 설치하는 단계(S400)를 포함하여 이루어진다.

상기 다른 실시예는 프리스트레싱부(30)를 콘크리트가 충진 된 후에 설치하는 점에서 전술한 실시예와 차이점이 있고, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에서는 홀에 설치되는 PC 강재(31)의 직경에는 제한이 있지만 너트 등의 체결부재(32)가 체결되는 부분의 직경을 다르게 할 수 있으므로(예를 들어 홀 내부에서 맞닿는 PC 강재(31)의 단부가 나사 결합, 홈과 돌기에 의한 걸림 결합) 체결부재(32)의 직경과 크기에 의해 압축 응력의 크기를 선택할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 에프알피 침목의 제조방법은 도 8에 도시된 바와 같이 침목부 형상의 에프알피 튜브를 형성하는 단계(R10), 상기 에프알피 튜브에 콘크리트를 충진 하는 단계(R20), 콘크리트가 충진 된 에프알피 튜브를 연결부(120)에 의해서 연결하는 단계(R30)를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예는 에프알피 튜브(T)를 일체로 형성하지 않는 점 즉 에프알피 튜브(T)로는 침목부(110) 만을 형성하고 형성된 침목부(110)를 바람직하게는 강봉이나 강재 빔과 같은 연결부(120)로 연결한 점에서 전술한 실시예와 차이점이 있다.

도 9 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에프알피 침목의 제조방법에 의해서 제조된 에프알피 튜브(T)를 이용한 침목(100)을 도시한 사시도로써, 전술한 실시예와 달리 에프알피 튜브(T)를 일체로 형성하지 않고 강봉이나 강재 빔과 같은 별도의 연결부(120)에 의해서 침목부(110)가 연결되므로 일체형에 비해서 재료비를 절감할 수 있고, 강봉이나 강재 빔과 같은 연결부(120) 부분은 구조적으로 안정하게 사용할 수 있는 이점이 있다. 한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의해서 제조된 에프알피 침목은 전술한 특성에 의해서 콘크리트 도상에 설치되는 것이 적합하다.

전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 미 도시되었지만 철근 등의 강도 보강 부재가 삽입될 수 있으며, 일체형 구조에서 FRP튜브 내부에 Stiffener와 다이아프램의 역할을 할 수 있는 리브를 설치한 후 콘크리트를 충진하여 합성효과와 휨강도 증진을 이룰 수 있으며, 에프알피 튜브를 먼저 제작한 후 현장에서 콘크리트를 주입하여 사용하는 등 다양한 형태로 실시될 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

1,1',100 : 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목 10 : 침목부
20 : 연결부 30 : 프리스트레싱부
31 : PC 강재 32 : 체결부재
T : 에프알피 튜브 C : 콘크리트

Claims (11)

1. 에프알피(FRP,Fiber Reinforced Polymer) 재질의 튜브를 형성하는 단계;
   상기 튜브의 내부에 콘크리트를 충진하여 침목을 형성하는 단계
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 튜브는 침목부와 연결부로 형성되며, 상기 침목부와 연결부는 내부에 충진되는 콘크리트에 의해서 일체로 성형 되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 튜브는 하부면에 다수의 오목부와 볼록부가 연속 형성시켜 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 다수의 볼록부에는 콘크리트가 주입되는 통공이 각기 형성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 콘크리트에 일어나는 인장 응력을 상쇄하기 위해서 미리 압축 응력을 주는 프리스트레싱단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 프리스트레싱단계는 튜브의 내부에 콘크리트를 충진하기 전에 PC 강재를 설치하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법.
   
7. 제 5항에 있어서,
   상기 프리스트레싱단계는 상기 튜브의 내부에 콘크리트를 충진하는 과정에서 형성된 홀에 PC 강재를 설치하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법.
   
8. 제 2항에 있어서,
   상기 튜브의 일측면 또는 양측면은 개방된 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목의 제조방법.
   
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법으로 제조되는 것으로,
   에프알피 재질로 성형되며, 양단부에 형성된 침목부와, 상기 침목부를 연결하는 연결부로 이루어지며 저면에 요철부가 형성된 튜브;
   상기 튜브의 내부에 주입되어 경화되는 콘크리트
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 요철부는
    다수의 오목부와 볼록부로 이루어지며,
    상기 다수의 볼록부에는 콘크리트를 주입하는 통공이 각기 형성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목.
    
11. 제 9항에 있어서,
    상기 튜브를 관통하여 결합되는 PC 강재;
    상기 PC 강재의 양단부에 체결되어 상기 튜브의 외면에 고정되는 체결부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전 에프알피 튜브 침목.
    
    

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