KR20140038010A - 콘크리트 부재의 조립결합장치 및 이를 이용한 콘크리트 부재의 조립결합방법 - Google Patents

콘크리트 부재의 조립결합장치 및 이를 이용한 콘크리트 부재의 조립결합방법 Download PDF

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강태성
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삼표건설 주식회사
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Abstract

본 발명은 콘크리트 부재의 대향연결면에 구비되어 콘크리트 부재를 서로 접근시키는 것만으로 용이하게 그리고 서로 견고하게 연결되어 일체화되도록 하는 콘크리트 부재의 조립결합장치 및 조립결합방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 제1고정부재(1), 제2고정부재(2), 및 결합봉(3)을 포함하며; 제1고정부재(1)와 제2고정부재(2)는, 파이프부재(10), 결합고정판(20), 및 삽입확장돌기(21)를 포함하고, 결합봉(3)에는 삽입구멍(32)과 측면 절개부(37)와 오목원주부(35)가 형성되어 있고; 파이프부재(10) 내면에는 걸림부(15)가 형성되어 있어서; 양측의 콘크리트 부재(101, 102)가 서로 마주 접하도록 가압되면, 결합봉(3)의 양단이 각각 제1고정부재(1)와 제2고정부재(2)의 파이프부재(10)에 삽입되고, 삽입확장돌기(21)에 의해 결합봉(3)의 확장단부가 벌어져서, 결합봉(3)의 확장단부가 파이프부재(10)의 내면을 가압함으로써, 인발력에 대한 인발저항력을 발휘하게 되고; 인발력에 의해 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히도록 변위되는 과정에서는, 오목원주부(35)와 결합봉(3)의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이 상기 걸림부(15)에 걸리게 되어 상기 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히는 것이 중단되는 구성을 가지도록, 양측의 콘크리트 부재(101, 102)를 일체로 조립 결합하게 되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부재의 조립결합장치와, 이를 이용한 콘크리트 부재의 조립결합방법이 제공된다.

Description

콘크리트 부재의 조립결합장치 및 이를 이용한 콘크리트 부재의 조립결합방법{Fabricating Apparatus and Method for Precast Concrete Members}
본 발명은 콘크리트 부재의 조립결합장치 및 조립결합방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 콘크리트 부재의 대향 연결면에 구비되어 콘크리트 부재를 서로 접근시키는 것만으로 용이하게 그리고 서로 견고하게 연결되어 일체화되도록 하는 콘크리트 부재의 조립결합장치 및 조립결합방법에 관한 것이다.
콘크리트 부재를 서로 조립 결합하여야 하는 경우가 토목, 건축 구조물에서는 매우 빈번하게 발생하게 된다. 예를 들면, 터널을 시공하는 공법의 일종인 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법에서는 터널 굴착기가 전진하면서 지반을 굴착함과 동시에, 굴착된 터널 굴착기의 뒤쪽으로는 곡선진 형태의 프리캐스트 콘크리트 패널을 조립하여 터널 지보 라이닝을 구축하게 되는데, 이러한 터널 지보 라이닝을 구축할 때에도 프리캐스트 콘크리트 패널을 조립하여 결합하게 된다.
대한민국 등록특허공보 제10-0639255호에는 두 개의 프리캐스트 콘크리트 부재 사이에 전단저항덕트를 삽입하여 일체화시키는 기술이 개시되어 있는데, 이러한 종래기술에 따른 결합구조에서는 단지 2개의 프리캐스트 콘크리트 부재 사이에 작용하는 전단력에 대한 저항력만이 발휘될 뿐이며, 프리캐스트 콘크리트 부재 사이를 벌려주려는 힘에 대해서는 효과적인 대항력을 발휘할 수 없다는 한계가 있다. 따라서 이러한 종래기술은 TBM 공법에서 터널 지보 라이닝을 구축하는데는 결코 적용할 수 없다.
대한민국 등록특허공보 제10-0639255호(2006.10.30.공고)참조.
본 발명은 위와 같은 종래기술의 한계를 극복하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로 본 발명의 목적은, 프리캐스트 콘크리트 부재 사이를 벌려주려는 힘에 대해서는 효과적인 대항력을 발휘하는 상태로 콘크리트 부재를 서로 일체로 조립 결합할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 TBM 공법에서 터널 지보 라이닝을 구축할 때 유용하게 이용할 수 있는 콘크리트 부재간의 조립결합 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 일측의 콘크리트 부재에 매립되는 제1고정부재; 상기 일측의 콘크리트 부재와 연속하게 되는 타측의 콘리트 부재에 매립되는 제2고정부재; 및 양단이 각각 상기 제1고정부재와 상기 제2고정부재에 결합되는 결합봉을 포함하며; 상기 제1고정부재 및 상기 제2고정부재는, 파이프부재, 상기 파이프부재의 일단에 결합되는 결합고정판, 및 상기 결합고정판의 내면에서 파이프부재의 내부로 돌출되는 삽입확장돌기를 포함하며; 상기 결합봉의 양단에는 단부면으로부터 각각 길이 방향으로 삽입구멍이 형성되어 있고, 상기 결합봉의 측면에는 절개부가 형성되어 있으며, 외경이 줄어들어서 잘록한 형상을 가지게 되는 오목원주부가 형성되어 있고; 상기 파이프부재의 내면에는 돌기 형태의 걸림부가 형성되어 있어서; 상기 콘크리트 부재가 서로 마주 접하도록 가압되면, 상기 결합봉의 양단이 각각 상기 제1고정부재와 상기 제2고정부재의 파이프부재에 삽입되고, 상기 삽입확장돌기가 결합봉의 삽입구멍으로 파고들게 되어 절개부가 형성되어 있는 결합봉의 확장단부가 벌어져서, 상기 결합봉의 확장단부가 파이프부재의 내면을 가압함으로써, 결합봉이 파이프부재로부터 뽑히도록 하는 인발력에 대한 인발저항력을 발휘하게 되고; 인발력에 의해 결합봉이 파이프부재로부터 뽑히도록 변위되는 과정에서는, 오목원주부와 결합봉의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이 상기 걸림부에 걸리게 되어 상기 결합봉이 파이프부재로부터 뽑히는 것이 중단되는 구성을 가지도록, 상기 오목원주부와 상기 결합봉의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이 상기 걸림부에 걸리게 되어 결합봉의 양단이 각각 상기 제1고정부재 및 상기 제2고정부재와 일체 결합됨으로써, 양측의 콘크리트 부재를 결합하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부재의 조립결합장치가 제공된다.
또한 본 발명에서는 상기한 조립결합장치를 2개의 마주하는 콘크리트 부재의 대향 접합면에 설치하고, 콘크리트 부재를 서로 마주 접하게 함으로써, 서로 조립 결합하는 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 콘크리트 부재의 조립결합장치는 매우 간단한 구조를 가지고 있기 때문에 장치의 제작이 매우 용이하며 소요되는 비용도 매우 저렴하다는 장점이 있다.
특히, 콘크리트 부재의 조립결합장치에서는 결합봉의 양단부에는 오목원주부가 형성되어 있고, 결합봉의 양단부가 삽입되는 파이프부재의 내면에는 걸림부가 돌출 형성되어 있는 구성을 가지고 있으므로, 결합봉의 양단부가 파이프부재에 삽입되어 결합봉의 확장단부가 벌어지게 되면, 결합봉의 확장단부가 파이프부재의 내면을 가압함으로써, 결합봉이 파이프부재로부터 뽑히도록 하는 인발력에 대한 인발저항력을 발휘하게 된다.
그리고 더 큰 인발력이 작용하게 되어 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히게 되면, 이와 같이 뽑히는 변위 과정에서는, 오목원주부와 결합봉의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이 걸림부에 걸리게 되면서 기계적인 맞물림이 생기게 되므로, 결합봉에 대해 파이프부재 밖으로 뽑아내려는 인발에 대해 매우 강한 인발저항력이 발생하게 되며, 그에 따라 결합봉이 더 이상 파이프부재로부터 뽑히는 것이 중단되고, 양측의 콘크리트 부재는 매우 견고하게 일체로 조립결합된 상태를 유지하게 되는 효과가 발휘된다.
터널 굴착기를 이용하여 터널을 시공하는 TBM 공법에 본 발명을 사용하게 되면, 터널 굴착기를 전진시킬 때 후방으로 작용하는 반력에 의해, 터널 지보 라이닝을 형성하기 위한 프리캐스트 콘크리트 패널을 밀어 주게 되고, 그에 따라 프리캐스트 콘크리트 패널을 터널 시공방향으로 순차적으로 일체로 조립결합하게 되므로, 터널 지보 라이닝 시공작업이 매우 효율적으로 이루어질 수 있게 되며, 터널 공사에 소요되는 비용과 시간을 절감하여 경제적인 터널 시공을 할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 부재의 조립결합장치를 보여주는 개략적인 분해사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 조립결합장치에서 제1고정부재는 조립되어 있고 제2고정부재는 아직 결합되지 아니한 상태를 보여주는 개략적인 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 조립결합장치에서 제1고정부재와 제2고정부재가 완전히 결합된 상태의 개략적인 조립사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 조립결합장치에서 제1고정부재가 조립되는 상태를 보여주는 도 2의 선 A-A에 따른 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 4의 상태에 후속하여 본 발명에 따른 조립결합장치에서 제2고정부재가 결합되는 상태를 보여주는 도 4에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 6은 두 개의 콘크리트 부재 사이에 본 발명의 조립결합장치가 설치되어 있되 아직 결합되지 아니한 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 6의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 7의 원 C 부분의 개략적인 확대도이다.
도 9는 두 개의 콘크리트 부재가 서로 밀착함으로써, 본 발명의 조립결합장치에 의해 서로 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 10은 도 9의 선 D-D에 따른 개략적인 단면도이다.
도 11은 도 10의 원 E 부분의 개략적인 확대도이다.
도 12는 도 11에 도시된 상태에 후속하여 인발력에 의해 걸림봉이 파이프부재로부터 뽑히는 도중에, 오목원주부와 결합봉의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이 걸림부에 걸리게 되어 걸림봉이 파이프부재로부터 더 이상 뽑히지 않는 상태를 보여주는 도 11에 대응되는 확대도이다.
도 13은 파이프부재의 내경 변화로 인한 단턱에 의해 걸림부가 형성된 실시예에 때른 조립결합장치가 서로 결합된 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 14는 터널 지보 라이닝을 시공할 때 본 발명에 따른 조립결합장치를 이용하여 프리캐스트 콘크리트 패널을 조립하는 형태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
다음에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 부재의 조립결합장치(100)(이하, '조립결합장치(100)'라고 약칭함)의 구성을 보여주는 개략적인 분해사시도이고, 도 2는 제1고정부재(1)는 조립되어 있고 제2고정부재(2)는 아직 결합되지 아니한 상태를 보여주는 개략적인 분해사시도이며, 도 3은 제1고정부재(1)와 제2고정부재(2)가 완전히 결합된 상태의 개략적인 조립사시도이다. 도 4는 제1고정부재(1)가 조립되는 상태를 보여주는 도 2의 선 A-A에 따른 개략적인 단면도이고, 도 5는 도 4의 상태에 후속하여 제2고정부재(2)가 결합되는 상태를 보여주는 도 4에 대응되는 개략적인 단면도이다.
본 발명에 따른 조립결합장치(100)에는 서로 접하여 연결 조립되는 두 개의 콘크리트 부재의 대향 측면에 각각 매립되는 제1고정부재(1)와 제2고정부재(2)가 구비되어 있다. 또한 본 발명의 조립결합장치(100)에는 양단이 각각 상기 제1고정부재(1)와 제2고정부재(2)에 삽입되어 고정되고, 그에 따라 상기 제1고정부재(1)와 제2고정부재(2)가 서로 일체화되도록 하는 결합봉(3)이 구비되어 있다.
본 발명에서 상기 제1고정부재(1)에는, 중공형태의 파이프부재(10), 및 상기 파이프부재(10)의 일측 단부를 막도록 일체로 결합되어 있는 결합고정판(20)이 구비되어 있다. 구체적으로 상기 파이프부재(10)는 중공(中空)이 형성된 부재로서 양측 단부는 완전히 개방되어 있다. 상기 결합고정판(20)은 상기 파이프부재(10)의 일측 단부에 일체로 결합되어 파이프부재(10)의 일측 단부를 폐쇄하는 부재로서, 상기 결합고정판(20)의 가장자리는 파이프부재(10)의 측면 외측으로 더 돌출될 수도 있다. 이와 같이 결합고정판(20)의 가장자리가 더 돌출되는 경우, 그 돌출된 가장자리는 후술하는 것처럼 제1고정부재(1)가 콘크리트 부재에 매립되었을 때, 앵커작용을 하게 되므로, 제1고정부재(1)가 콘크리트 부재에 견고하게 매립되는데 크게 유리하다.
한편, 상기 결합고정판(20)의 내면 즉, 파이프부재(10)의 중공 내에 위치하는 결합고정판(20)의 내면에는 결합봉(3)의 삽입구멍(32)에 끼워져서 결합봉(3)의 확장단부를 벌려주게 되는 삽입확장돌기(21)가 돌출된 상태로 구비되어 있다. 상기 삽입확장돌기(21)는 상기 삽입구멍(32)의 내경보다 더 큰 외경을 가지고 있는 것이 바람직한데, 삽입확장돌기(21)의 외경이 삽입확장돌기(21)의 전체 길이에 대해 일정할 수도 있지만, 도면에 도시된 것처럼, 삽입확장돌기(21)의 형상이 파이프부재(10)의 중공을 향하여 돌출되는 방향으로 점점 뾰족해지는 테이퍼진 형상을 가지도록, 삽입확장돌기(21)의 외경이 변화될 수 있다. 즉, 상기 삽입확장돌기(21)는 일정한 외경을 가지는 형상일 수도 있지만, 파이프부재(10)의 내부 방향(중앙 방향)으로 갈수록 단면이 작아지는 형상을 가질 수 있는 것이며, 특히, 도면에 도시된 것처럼 원뿔형상으로 이루어질 수 있는 것이다. 삽입확장돌기(21)가 위와 같이 테이퍼진 형상을 가지고 있는 경우, 더욱 용이하게 삽입구멍(32)으로 끼워져서 결합봉(3)의 확장단부를 벌려줄 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서 상기 결합고정판(20)과 상기 파이프부재(10)의 결합은, 예를 들면 상기 파이프부재(10)의 일단면이 결합고정판(20)에 닿은 상태에서 서로 용접하는 방법을 이용할 수 있다.
본 발명에서 상기 파이프부재(10)의 타단 즉, 결합고정판(20)이 결합되는 단부와 반대되는 위치에 존재하는 단부에는, 필요에 따라서 충격방지 링(40)이 더 구비될 수 있다. 상기 충격방지 링(40)은 도면에 예시된 것처럼 너트 형태의 부재로 이루어져 파이프부재(10)의 타단에 용접 등의 방법에 의해 일체로 결합될 수 있다. 서로 마주하는 두 개의 콘크리트 부재(101, 102)에 각각 제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2)가 설치될 때, 상기 충격방지 링(40)은 두 개의 콘크리트 부재(101, 102)가 서로 밀착되는 대향접합면에 위치하게 되어, 두 개의 콘크리트 부재(101, 102)가 밀착하게 될 때, 파이프부재(10)에 큰 충격이 전해지는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 또한 후술하는 것처럼, 제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2)를 콘크리트 부재(101, 102)에 매립할 때, 콘크리트 부재(101, 102)의 대향접합면을 형성하기 위한 거푸집 판에 상기 충격방지 링(40)을 고정시킨 후 콘크리트를 타설함으로써, 용이하게 제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2)를 콘크리트 부재(101, 102)에 매립할 수 있게 된다. 이와 같이 본 발명에서 상기 충격방지 링(40)은 제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2)를 콘크리트 부재(101, 102)에 매립할 때 매우 유용하게 사용될 수 있다.
제2고정부재(2) 역시 제1고정부재(1)와 동일한 구성을 가진다. 즉, 제2고정부재(2)는 파이프부재(10)와 결합고정판(20)을 포함하고 있으며, 상기 결합고정판(20)에는 삽입확장돌기(21)가 구비되어 있다. 제2고정부재(2)의 타단(제1고정부재 방향의 단부)에도 충격방지 링(40)이 더 구비될 수 있다.
상기 결합봉(3)은 막대부재 또는 봉 부재로 이루어지는데, 양단은 각각 상기 제1고정부재(1)의 파이프부재(10)와 상기 제2매립체(10)의 파이프부재(10) 내에 삽입되고, 제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2)의 결합고정판(20)에 구비된 삽입확장돌기(21)와 체결되어 일체로 결합된다. 제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2)와 결합되기 위한 상기 결합봉(3)의 단부 구성을 좀더 상세히 살펴보면, 상기 결합봉(3)의 양단에는 각각 삽입구멍(32)이 형성되어 있다. 상기 삽입구멍(32)은 결합봉(3)의 단부면으로부터 각각 길이 방향으로 길게 형성되는데, 결합봉(3) 전체를 관통하도록 형성될 수도 있고, 후술하듯이 결합봉(3)의 측면에 형성된 절개부(37)의 길이만큼만 형성될 수도 있다.
특히, 상기 결합봉(3)의 단부에서 절개부(37)가 형성된 영역에서, 단부면으로부터 내측으로 일정 거리 떨어진 지점에 오목원주부(35)가 형성되어 있다. 상기 오목원주부(35)는 결합봉(3)의 외경이 줄어들어서 잘록하게 된 부분으로서, 결합봉(3)의 원주를 따라 오목하게 파여서 형성될 수 있다. 이와 같이 오목원주부(35)가 형성된 위치로부터 결합봉(3)의 최외측 단면까지의 부분은, 추후 원주방향으로 확장되는 부분이므로 편의상 "결합봉(3)의 확장단부"라고 명명한다. 도면에 도시된 것처럼, 결합봉(3)의 확장단부는, 오목원주부(35)로부터 결합봉(3)의 단부면까지 결합봉(3)의 외경이 점점 축소되는 테이퍼진 형상을 가질 수도 있다. 이 경우, 이와 같이 확장단부의 테이퍼진 형상은 결합봉(3)의 양단 모두에 동시에 적용될 수도 있지만, 어느 한쪽 단부에만 적용될 수 있는 것이다. 즉, 결합봉(3)의 일측 확장단부는 테이퍼진 형상을 가지고 있지만, 타측의 확장단부는 일정한 외경을 가질 수 있는 것이다.
한편, 상기 결합봉(3)의 양단에는 각각 단면에서부터 중앙 방향으로 각각 소정 길이로 결합봉(3)의 측면이 절취되어 갈라져 있는 절개부(37)가 형성되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 상기 절개부(37)는 상기 결합봉(3)의 양단 각각에서 2개가 한 쌍을 이루어, 서로 대칭되는 위치에 형성될 수도 있지만 이에 한정되지 아니하며 3개 이상으로 절개부(37)가 형성될 수도 있는 것이다. 이와 같이 절개부(37)가 형성됨으로 인하여 결합봉(3)의 양단 각각은 갈라져 있는 상태를 이루고 있다.
한편, 본 발명에서, 제1고정부재(1)의 파이프부재(10) 및 제2고정부재(1)의 파이프부재(10)에 결합봉(3)의 양단이 각각 삽입되고, 그에 따라 삽입확장돌기(21)가 상기 결합봉(3)의 삽입구멍(32)에 삽입되어 결합봉(3)의 확장단부가 절개부(37)에 의해 벌어질 때, 상기 오목원주부(35)와 상기 결합봉(3)의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이 걸리게 되는 걸림부(15)가, 상기 파이프부재(10)의 내부에 형성되어 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서는 상기 걸림부(15)가 돌기 형상으로 이루어져서, 파이프부재(10)의 내면으로부터 돌출 형성되어 있다. 이와 같이 걸림부(15)가 돌기 형상으로 이루어진 경우, 결합봉(3)의 단부가 파이프부재(10)에 삽입되었을 때 상기 오목원주부(35)를 마주하는 위치에, 상기 돌기 형상의 걸림부(15)가 형성된다. 그러나 본 발명에서 상기 걸림부(15)는 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 돌기 형상으로 이루어진 것에 한정되지 아니한다. 상기 걸림부(15)에 대한 또다른 형태에 대해서는 후술한다.
다음에서는 도 6 내지 도 10을 참조하여 상기한 본 발명에 따른 조립결합장치(100)를 두 개의 콘크리트 부재 사이에 설치하여, 두 개의 콘크리트 부재를 연결하는 본 발명에 따른 콘크리트 부재의 조립결합방법에 대해 설명한다.
도 6에는 두 개의 콘크리트 부재(101, 102) 사이에 본 발명의 조립결합장치(100)가 설치되어 있되 아직 결합되지 아니한 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있으며, 도 8에는 도 7의 원 C 부분의 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 도 9에는 두 개의 콘크리트 부재(101, 102)가 서로 밀착함으로써, 본 발명의 조립결합장치(100)에 의해 서로 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 10에는 도 9의 선 D-D에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있으며, 도 11에는 도 10의 원 E 부분의 개략적인 확대도가 도시되어 있다.
도 6에 도시된 것처럼, 조립결합장치(100)의 제1고정부재(1)와 제2고정부재(2)는 각각 서로 결합될 두 개의 콘크리트 부재(101, 102)의 서로 마주하게 되는 대향 접합면에 각각 매립되어 위치하게 된다. 이 때, 일측 콘크리트 부재(101)에 매립되어 있는 제1고정부재(1)의 파이프부재(10)에는 결합봉(3)의 일단이 삽입되어 있는데, 상기 결합봉(3)의 타단은 반대편의 콘크리트 부재(102)의 제2고정부재(2)를 향하여 돌출되어 있다.
후속하여, 반대편의 콘크리트 부재(102)가 일측의 콘크리트 부재(101)에 접근하게 되면, 결합봉(3)의 타단은 접근하는 반대편 콘크리트 부재(102)에 매립된 제2고정부재(2)의 파이프부재(10) 내로 삽입되는데, 양측의 콘크리트 부재(101, 102)가 서로 일체화되는 위치까지 근접하면, 예를 들면 도면에 도 9에 도시된 것처럼, 양측의 콘크리트 부재(101, 102)의 대향접합면이 서로 맞닿도록 접근하게 되면, 조립결합장치(100)에서는 도 10에 도시된 상태가 만들어지게 되어 양측의 콘크리트 부재(101, 102)가 조립결합장치(100)에 의해 서로 결합위치를 유지하면서 견고하게 일체화된다.
구체적으로, 양측의 콘크리트 부재(101, 102)의 대향접합면이 서로 접근하게 되면서, 결합봉(3)의 양측 확장단부가 각각 결합고정판(20)과 더 근접하게 되고, 그에 따라 삽입확장돌기(21)가 결합봉(3)의 삽입구멍(32)에 끼워지게 된다. 삽입확장돌기(21)는 중앙 방향으로 갈수록 뾰족한 형상을 가지도록 테이퍼져 있고, 그에 따라 삽입확장돌기(21)의 선단부로부터 결합고정판(20)로 갈수록 삽입확장돌기(21)는 그 단면이 커지는 형상을 가지고 있으므로, 양측의 콘크리트 부재(101, 102)가 서로 접근하게 되면 삽입확장돌기(21)가 결합봉(3)의 삽입구멍(32)으로 더 파고들게 되는데, 결합봉(3)의 단부에는 절개부(37)가 형성되어 있으므로, 결합봉(3)의 확장단부가 벌어지게 된다.
본 발명에서 결합봉(3)의 확장단부 외면이 파이프부재(10)의 내면 사이의 간격이 좁은 경우에는, 결합봉(3)의 확장단부 외면이 파이프부재(10)의 내면을 가압하게 된다. 이와 같이 결합공(3)의 확장단부 외면이 파이프부재(10)의 내면을 가압함으로써, 결합봉(3)의 확장단부와 파이프부재(10) 간에는 강한 마찰력에 의한 견고한 결합이 이루어진다. 이와 같이 결합봉(3)의 확장단부가 삽입확장돌기(21)에 의해 확장되면서 파이프부재(10)와 견고하게 결합되는 것은 제1고정부재(1)와 결합봉(3) 사이에서만 발생하는 것이 아니라, 제2고정부재(2)와 결합봉(3) 사이에서도 일어난다. 즉, 양측의 콘크리트 부재(101, 102)의 대향접합면이 서로 접근하게 되면, 제2고정부재(2)에서도 결합봉(3)의 단부면에서 삽입구멍(32)에 삽입확장돌기(21)가 끼워지게 되고, 그에 따라 절개부(37)를 따라 결합봉(3)의 확장단부가 벌어져서 제2고정부재(2)의 파이프부재(10)와 결합봉(3) 간에도 확장단부의 외면이 파이프부재(10)의 내면을 가압함으로 인한 결합 및 인발저항력이 발생하게 되는 것이다.
한편, 양측 콘크리트 부재(101, 102) 사이가 벌어지도록 힘이 작용하는 경우, 우선은 앞서 설명한 것처럼 결합봉(3)의 확장단부가 파이프부재(10)의 내면을 가압함으로 인하여 발생하는 인발저항력이, 양측 콘크리트 부재(101, 102) 사이를 벌어지게 만드는 힘(인발력)에 대해 저항하게 되는데, 본 발명에서는 이에 더하여 걸림부(15)와 결합봉(3)의 단턱 간의 기계적인 걸림에 의해 추가적인 인발저항력이 발생하여 상기한 인발력에 저항하게 된다.
구체적으로, 도 4 및 도 5에 도시된 실시예의 경우, 걸림부(15)가 돌기 형태로 이루어져 있으므로, 이와 같이 결합봉(3)의 확장단부가 벌어짐에 따라 파이프부재(10)의 내면에 돌출 형성되어 있던 돌기 형태의 걸림부(15)는 상기 오목원주부(35)에 들어오게 된다. 앞서 언급한 것처럼 양측 콘크리트 부재(101, 102) 사이가 벌어지도록 인발력이 작용하는 경우, 우선 결합봉(3)의 확장단부가 파이프부재(10)의 내면을 가압함으로 인하여 발생하는 인발저항력에 의해 양측 콘크리트 부재(101, 102)가 서로 밀착된 상태를 유지하게 된다. 도 11에는 걸림봉(3)의 확장단부가 벌어져서 파이프부재(10)의 내면을 가압하여 인발력에 저항하고 있는 상태가 도시되어 있다.
그러나 인발력이 증가하여 상기한 가압에 의한 인발저항력보다 더 커지는 경우, 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히는 방향으로 변위가 발생하게 된다. 그런데 앞서 살펴본 것처럼, 본 발명의 경우, 결합봉(3)에는 오목원주부(35)와 상기 결합봉(3)의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이 존재하고, 걸림부(15)는 상기 오목원주부(35) 내로 돌출되어 있는 상태이므로, 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히는 방향으로 변위가 발생하다가 상기 단턱이 상기 걸림부(15)에 걸리게 된다.
도 12에는 인발력에 의해 걸림봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히는 도중에, 상기 오목원주부(35)와 상기 결합봉(3)의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이 상기 걸림부(15)에 걸리게 되어 인발력에 저항함으로써 걸림봉(3)이 파이프부재(10)로부터 더 이상 뽑히지 않는 상태가 도시되어 있다. 즉, 도 12에 도시된 것처럼, 결합봉(3)의 확장단부에 존재하는 단턱이 걸림부(15)에 걸리게 되는 것이다. 이와 같이 단턱이 걸림부(15)에 걸리게 되면 결합봉(3)에 대해 파이프부재(10) 밖으로 뽑아내려는 인발력에 대해, 단턱과 걸림부(15) 사이의 기계적인 맞물림에 의해 강한 인발저항력이 발생하게 되며, 따라서 결합봉(3)은 파이프부재(10)로부터 더 이상 뽑히지 않게 된다.
이와 같은 상태 즉, 삽입확장돌기(21)가 결합봉(3)의 삽입구멍(32)으로 파고들어 삽입된 상태에서 인발력에 의해 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히는 방향으로 변위가 발생하는 도중에, 상기 결합봉(3)의 확장단부 단턱이 상기 걸림부(15)에 걸리게 되어 기계적인 맞물림이 생기게 되는 것은 제1고정부재(1)와 결합봉(3) 사이에서만 발생하는 것이 아니라, 제2고정부재(2)와 결합봉(3) 사이에서도 일어난다. 즉, 양측의 콘크리트 부재(101, 102) 사이가 벌어지도록 인발력이 작용하여 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히는 방향으로 변위가 발생하는 현상은 제2고정부재(2)와 결합봉(3) 사이에 존재할 수도 있는 것이며, 그에 따라 위에서 설명한 결합봉(3)의 확장단부 단턱이 상기 걸림부(15)에 걸리게 되는 기계적인 맞물림이 역시 제2고정부재(2)와 결합봉(3) 사이에서 발생할 수 있는 것이다.
이와 같이, 양측의 콘크리트 부재(101, 102)가 서로 일체화되는 위치까지 대향접합면이 서로 접근하게 되면, 결합봉(3)의 양단과 제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2) 사이에는 각각 상기와 같이 결합봉(3)의 확장단부가 파이프부재(10)의 내면을 가압함으로 인하여 발생하는 인발저항력에 의해 양측 콘크리트 부재(101, 102)가 서로 밀착된 상태로 견고하게 결합된다. 그리고 양측 콘크리트 부재(101, 102) 사이를 벌려지게 하는 인발력이, 상기한 내면 가압에 의한 인발저항력보다 더 큰 크기로 작용하는 경우에는 양측의 콘크리트 부재(101, 102) 사이의 대향접합면 사이가 벌어지지만, 그 과정에서 결합봉(3)의 확장단부에 존재하는 단턱과 걸림부(15)간의 걸림에 의한 기계적인 맞물림이 생기게 되며, 그에 따라 강한 인발저항력이 발생하게 되며, 따라서 결합봉(3)이 제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2) 각각의 파이프부재(10)로부터 더 이상 뽑히지 않게 되고, 결국 양측의 콘크리트 부재(101, 102) 사이의 대향접합면이 더 이상 벌어지지 않은 채, 양측의 콘크리트 부재(101, 102)간의 결합상태를 유지할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서 상기 결합봉(3)은 이와 같이 양측 콘크리트 부재(101, 102) 사이를 벌어지게 하는 인발력에 대해 저항하는 것 이외에도, 양측 프리캐스트 부재(101, 102) 사이의 대향접합면에서 서로 어긋나게 작용하는 전단응력에도 저항하게 된다.
위에서 설명한 실시예의 경우에는 걸림부(15)가 돌기 형태로 이루어져 있으나, 걸림부(15)는 파이프부재(10)의 내경이 내측 단부에서 더 확장됨으로써 생기는 단턱의 형태로 이루어질 수도 있다. 도 13에는 결합봉(3)의 양단이 각각 파이프부재(10)에 삽입되고 걸림봉(3)의 확장단부가 벌어져서 파이프부재(10)의 내면을 가압함과 동시에 상기 오목원주부(35)와 상기 결합봉(3)의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이 상기 걸림부(15)에 걸려 있어서 인발력에 저항하고 있는 상태를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 본 발명에서 도 13에 도시된 것처럼, 결합봉(3)의 확장단부가 위치하게 되는 파이프부재(10)의 내측 단부(결합고정판(20) 방향으로의 단부)는 더 넓은 내경을 가질 수 있는 것이다. 즉, 결합봉(3)의 확장단부가 위치하게 되는 파이프부재(10)의 내측 단부의 내경은, 결합봉(3)의 확장단부 이외의 부분이 위치하게 되는 위치에서의 파이프부재(10) 내경보다 더 큰 것이다. 따라서 파이프부재(10)의 내부에는 내경의 변화 즉, 좁은 내경을 가지고 있다가 파이프부재(10)의 내측 단부에서는 내경이 확장됨으로 인하여 파이프부재(10)의 내면에는 단턱이 생기게 되는 것이다. 이러한 구조에 있어서, 결합봉(3)이 파이프부재(10) 내로 삽입되어 결합고정판(20)의 삽입확장돌기(21)가 결합봉(3)의 삽입구멍(32)에 끼워져서 결합봉(3)의 확장단부가 벌어진 상태에서 인발력에 의해 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히는 방향으로 변위가 발생하게 되면, 도 13에 도시되어 있듯이, 상기 오목원주부(35)와 상기 결합봉(3)의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이, 위와 같이 파이프부재(10)의 내경 변화로 인한 단턱에 의해 만들어지는 걸림부(15)에 걸리게 되고, 그에 따라 기계적인 맞물림에 의해 강한 인발저항능력을 가지게 되는 것이다. 이와 같이 걸림부(15)가 파이프부재(10)의 내경 변화로 인한 단턱 형태로 이루어진 경우, 걸림부(15)를 형성하는 것이 매우 용이하게 된다는 장점이 있다. 예를 들어, 파이프부재(10)의 개방된 상태의 양단부에서 파이프부재(10)의 내면을 절삭 가공함으로써, 파이프부재(10)의 양단부 내경을 더 크게 만들어서 상기와 같은 단턱 형태의 걸림부(15)를 쉽게 형성할 수 있기 때문이다.
한편, 위에서 설명한 여러 개의 실시형태를 포함하는 본 발명에 따른 조립결합장치(100)는 2개의 콘크리트 부재를 서로 일체로 결합하는데 유용하게 사용될 수 있는데, 특히 하나의 콘크리트 부재는 이미 설치된 상태에서 다른 콘크리트 부재를 가압하여 서로 접근시킬 때 매우 유용하다. 그 사용예로는 프리캐스트 콘크리트 패널의 조립을 이용하여 터널 지보 라이닝을 구축하는 경우를 들 수 있다.
종래의 터널시공방법으로서 터널 굴착기의 굴진을 이용한 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법이 알려져 있는데, 종래의 TBM 공법에 의한 터널 시공에서는 터널 굴착기가 전진하면서 지반을 굴착함과 동시에, 굴착된 터널 굴착기의 뒤쪽으로는 곡선진 형태의 프리캐스트 콘크리트 패널을 조립하여 터널 지보 라이닝을 구축하게 된다. 이러한 터널 지보 라이닝을 구축할 때에는 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용하여 터널 길이 방향으로 소정 폭을 가지는 링형상의 라이닝 유닛을 형성하고, 지반을 굴착하면서 굴착방향으로 이러한 링형상의 라이닝 유닛을 순차적으로 연속화시킨다. 이와 같이 이미 설치된 라이닝 유닛의 앞으로 프리캐스트 콘크리트 패널을 배치하여 새로운 라이닝 유닛을 형성할 때 터널 굴착기의 전진에 필요한 반력이 새로운 라이닝 유닛에 작용하게 되어 새로운 라이닝 유닛을 이미 설치된 라이닝 유닛 방향으로 가압하여 밀어주게 된다. 이와 같이 TBM 공법에서 터널 지보 라이닝을 시공할 때에는 후방의 콘크리트 부재를 향하여 전방의 콘크리트 부재를 밀어주는 가압력이 자연스럽게 발생할 수밖에 없으며, 따라서 본 발명에 따른 조립결합장치(100)를 이용하는 것이 매우 유리하다.
도 14는 터널 지보 라이닝을 시공할 때 본 발명에 따른 조립결합장치(100)를 이용하여 프리캐스트 콘크리트 패널을 조립하는 형태를 보여주는 개략적인 사시도이다. 도면에 도시된 것처럼, 터널 단면에 맞추어서 곡선지게 배치되어 새로운 라이닝 유닛을 형성하게 되는 전방의 콘크리트 패널과, 이미 설치된 라이닝 유닛의 콘크리트 패널의 서로 마주보는 대향면 사이에, 앞서 살펴본 것과 같이 본 발명에 따른 조립결합장치(100)를 설치한다. 터널 굴착기(미도시)가 전진하면서 발생하는 반력이 새로운 라이닝 유닛을 형성하게 되는 전방의 콘크리트 패널에 가해지게 되면, 전방의 콘크리트 패널이, 반력에 의해 이미 설치된 라이닝 유닛의 콘크리트 패널로 접근하게 되고, 그에 따라 본 발명에 따른 조립결합장치(100)에 의해, 새로운 라이닝 유닛을 형성하게 되는 전방의 콘크리트 패널과 이미 설치된 라이닝 유닛의 콘크리트 패널이 일체로 결합된다. 즉, 도 13에 예시된 것처럼, 터널 지보 라이닝을 시공하는 경우, 새로운 라이닝 유닛을 형성하게 되는 전방의 콘크리트 패널은, 앞서 설명한 것처럼 제2고정부재(2)가 설치되는 타측의 콘크리트 부재(102)에 해당하게 되는 것이고, 이미 설치된 라이닝 유닛의 콘크리트 패널은, 제1고정부재(1)가 설치되는 일측 콘크리트 부재(101)에 해당하게 되는 것이다.
그러나 본 발명에 따른 조립결합장치(100)의 용도는 이러한 터널 지보 라이닝의 구축에만 한정되지 아니하며, 콘크리트 부재를 조립 연결하는 다양한 형태의 구조물에 사용될 수 있다.
위에서는 구체적인 실시예를 예시하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 아니하므로, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형하여 실시하는 것도 가능하다.
1: 제1고정부재
2: 제2고정부재
3: 결합봉
10: 파이프부재
20: 결합고정판
21: 삽입확장돌기

Claims (6)

  1. 일측의 콘크리트 부재(101)에 매립되는 제1고정부재(1), 상기 일측의 콘크리트 부재(102)와 연속하게 되는 타측의 콘크리트 부재(102)에 매립되는 제2고정부재(2), 및 양단이 각각 제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2)에 결합되는 결합봉(3)을 포함하며;
    제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2)에는, 파이프부재(10), 상기 파이프부재(10)의 일단에 결합되는 결합고정판(20), 및 상기 결합고정판(20)의 내면에서 파이프부재(10)의 내부로 돌출되는 삽입확장돌기(21)가 포함되어 있고;
    결합봉(3)의 양단에는 각각 단부면으로부터 삽입구멍(32)이 형성되어 있고, 결합봉(3)의 측면에는 절개부(37)가 형성되어 있으며, 외경이 줄어들어서 잘록한 형상을 가지게 되는 오목원주부(35)가 형성되어 있어서, 상기 오목원주부(35)가 형성된 위치로부터 결합봉(3)의 최외측 단면까지의 부분은 결합봉(3)의 확장단부를 형성하며;
    파이프부재(10)의 내면에는 걸림부(15)가 형성되어 있어서;
    양측의 콘크리트 부재(101, 102)가 서로 마주 접하도록 가압되면, 결합봉(3)의 양단이 각각 제1고정부재(1)와 제2고정부재(2)의 파이프부재(10)에 삽입되고, 삽입확장돌기(21)가 삽입구멍(32)으로 파고들게 되어 절개부(37)가 형성되어 있는 결합봉(3)의 확장단부가 벌어져서, 결합봉(3)의 확장단부가 파이프부재(10)의 내면을 가압함으로써, 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히도록 하는 인발력에 대한 인발저항력을 발휘하게 되고;
    인발력에 의해 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히도록 변위되는 과정에서는, 오목원주부(35)와 결합봉(3)의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이 상기 걸림부(15)에 걸리게 되어 상기 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히는 것이 중단되는 구성을 가지도록, 상기 결합봉(3)의 양단이 각각 제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2)와 결합됨으로써, 양측의 콘크리트 부재(101, 102)를 조립 결합하게 되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부재의 조립결합장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입확장돌기(21)는 상기 삽입구멍(32)에 끼워지는 방향으로 단면이 줄어들도록 테이퍼진 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부재의 조립결합장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 결합봉(3)의 확장단부는, 오목원주부(35)로부터 결합봉(3)의 단부면까지 결합봉(3)의 외경이 점점 축소되는 테이퍼진 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 부재의 조립결합장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 걸림부(15)는 파이프부재(10)의 내면으로부터 돌출된 돌기로 이루어진 이루어진 것을 특징으로 하는 콘크리트 부재의 조립결합장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 결합봉(3)의 확장단부가 위치하게 되는 파이프부재(10)의 내측 단부의 내경이, 결합봉(3)의 확장단부 이외의 부분이 위치하게 되는 위치에서의 파이프부재(10) 내경보다 더 큼으로 인해 파이프부재(10)의 내면에는 단턱이 존재하며;
    상기 파이프부재(10)의 내면에 형성된 단턱이 상기 걸림부(15)를 이루는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부재의 조립결합장치.
  6. 일측의 콘크리트 부재(101)와 타측의 콘크리트 부재(102)를 서로 마주 접하여 조립 결합하는 방법으로서,
    일측의 콘크리트 부재(101)의 대향 접합면에는 제1고정부재(1)를 매립하고, 타측의 콘크리트 부재(102)의 대향 접합면에는 제2고정부재(2)를 매립하며, 상기 제1고정부재(1)와 상기 제2고정부재(2) 사이에는 결합봉(3)을 배치하되;
    제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2)에는, 파이프부재(10), 상기 파이프부재(10)의 일단에 결합되는 결합고정판(20), 및 상기 결합고정판(20)의 내면에서 파이프부재(10)의 내부로 돌출되는 삽입확장돌기(21)가 포함되어 있고; 결합봉(3)의 양단에는 각각 단부면으로부터 삽입구멍(32)이 형성되어 있고, 결합봉(3)의 측면에는 절개부(37)가 형성되어 있으며, 외경이 줄어들어서 잘록한 형상을 가지게 되는 오목원주부(35)가 형성되어 있고; 파이프부재(10)의 내면에는 걸림부(15)가 형성되어 있으며;
    상기 양측의 콘크리트 부재(101, 102)의 대향 접합면이 서로 마주 접하도록 가압하여, 결합봉(3)의 양단이 각각 제1고정부재(1)와 제2고정부재(2)의 파이프부재(10)에 삽입되도록 함으로써, 삽입확장돌기(21)가 삽입구멍(32)으로 파고들어서 절개부(37)가 형성되어 있는 결합봉(3)의 확장단부를 벌려서 결합봉(3)의 확장단부가 파이프부재(10)의 내면을 가압하게 함으로써, 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히도록 하는 인발력에 대한 인발저항력을 발휘하게 만들고;
    인발력에 의해 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히도록 변위되는 과정에서는,
    오목원주부(35)와 결합봉(3)의 확장단부 사이의 경계가 되는 단턱이 걸림부(15)에 걸리도록 하여, 상기 결합봉(3)이 파이프부재(10)로부터 뽑히는 것이 중단되도록, 상기 결합봉(3)의 양단을 각각 제1고정부재(1) 및 제2고정부재(2)와 일체 결합시켜서 양측의 콘크리트 부재(101, 102)를 조립 결합하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부재의 조립결합방법.
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CN110172910A (zh) * 2019-06-26 2019-08-27 景洪市橄榄坝至景哈乡澜沧江大桥建设指挥部 一种预制混凝土桥面板的连接结构及连接方法
CN110608051A (zh) * 2019-09-26 2019-12-24 江苏大成轨道科技有限公司 一种新型的轴向连接组件

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