KR20160015255A - 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법 및 이 방법을 적용한 철골 구조물 - Google Patents

철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법 및 이 방법을 적용한 철골 구조물 Download PDF

Info

Publication number
KR20160015255A
KR20160015255A KR1020157035406A KR20157035406A KR20160015255A KR 20160015255 A KR20160015255 A KR 20160015255A KR 1020157035406 A KR1020157035406 A KR 1020157035406A KR 20157035406 A KR20157035406 A KR 20157035406A KR 20160015255 A KR20160015255 A KR 20160015255A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon fiber
steel
band
reinforced
steel structure
Prior art date
Application number
KR1020157035406A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102267298B1 (ko
Inventor
마수드 모타발리
엘리아스 그하푸리
Original Assignee
에스앤피 클래버 리인포스먼트 컴퍼니 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스앤피 클래버 리인포스먼트 컴퍼니 아게 filed Critical 에스앤피 클래버 리인포스먼트 컴퍼니 아게
Publication of KR20160015255A publication Critical patent/KR20160015255A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102267298B1 publication Critical patent/KR102267298B1/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D22/00—Methods or apparatus for repairing or strengthening existing bridges ; Methods or apparatus for dismantling bridges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D6/00—Truss-type bridges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/24—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of metal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/04—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
    • E04C3/10—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal prestressed
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/085—Tensile members made of fiber reinforced plastics
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D2101/00—Material constitution of bridges
    • E01D2101/30—Metal
    • E01D2101/32—Metal prestressed

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)
  • Rod-Shaped Construction Members (AREA)
  • Reinforcement Elements For Buildings (AREA)

Abstract

본 방법에 따르면, 적어도 하나의 탄소섬유 강화 폴리머 밴드가 끝단에서 철골 구조물에 연결되어 인장력을 전달한다. 다음으로, 단부 정착구(5) 사이의 영역에서 강화된 철제 거더(3)와 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4) 사이에 배치된 적어도 하나의 리프팅 부재(7)가 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)에 대해 실질적으로 수직으로 확장된다. 따라서 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)의 끝단 사이에 인장응력이 생성된다. 그리고, 상기 방법으로 처리된 철제 거더는 끝단에서 철골 구조물에 연결된 적어도 하나의 탄소섬유 강화 폴리머 밴드를 포함하여 인장력을 전달한다. 이들 끝단 사이의 영역에서 리프팅 부재(7)가 강화된 철제 거더(3)와 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4) 사이에 배치되어, 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)를 철제 거더(3)로부터 들어올림으로써 탄소섬유 강화 폴리머 밴드가 인장응력을 받게 된다. 이 인장력은 단부 정착구(5)를 경유하여 철제 거더(3)로 전달된다.

Description

철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법 및 이 방법을 적용한 철골 구조물{Method for pre-stressing a steel structure, and steel structure pre-stressed using said method}
본 발명은 철골 구조물에 프리스트레스(pre-stress)를 적용하는 방법 및 이 방법을 적용한 철골 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신규 시공물 및 바람직하게는 기존 시공물, 특히 교량 건축물에 존재하는 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법 및 이 방법을 적용한 철골 구조물에 관한 것이다.
Bien J, Elfgren L, 및 Olofsson J의 연구 "Sustainable Bridges, Assessment for Future Traffic Demands and Longer Lives", Wroclaw, Dolnoslaskie Wydawnictwo Edukacyjne, 2007에 의하면, 유럽 철도국(European Railway Authorities)은 유럽에만 약 220,000개의 철도 교량이 존재하며 이들 철도 교량은 다양한 기후의 지역에 분포하고 있다고 확인하였다. 상기 철도 교량의 약 22%는 종종 강교(steel bridge)라고도 불리는 금속 또는 철골 구조물로 되어 있다. 그 중 3%는 주철 교량, 25%는 용접 철골 구조물, 53%는 강철, 그리고 약 20%는 명확히 밝혀지지 않은 소재로 제작되었다. 이들 금속 구조물의 28%는 100년 이상 오래된 것들이며, 상기 교량의 거의 70%는 50년이 넘은 구조물이다. 오늘날 열차는 더욱 길고, 무겁고, 빨라지고 있기 때문에, 이들 교량이 받는 하중도 그만큼 증가하고 있다. 각 차축 하중(axle load)으로 인해 진동이 발생하고, 그 결과 시간이 지남에 따라 작은 균열과 틈이 생기게 된다. 차량의 피로 현상도 역시 훨씬 더 빠르게 진행되고 있다.
스위스 두벤도르프(Dubendorf)에 위치한 EMPA에서의 실험에 따르면, 철제 거더(steel girder)는 원칙적으로 탄소섬유 강화 폴리머(Carbon Fiber Reinforced Polymers: CFRP)을 사용하여 강화될 수 있다는 것을 알 수 있다. 상기 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP)는 접착제로 철제 거더에 부착되어 인장응력을 흡수할 수 있다. 따라서 균열 형성의 속도를 느리게 하거나 중지시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 접착제를 부분적으로만 적용할 수 있다는 한계가 있다. 이는 강철이 태양광에 의해 고온으로 가열되고 그로 인해 접착제에 유리 전이가 일어나기 때문이다. 이 점에 있어서는 Elsevier Journal(www.elsevier.com)에서 발행한 Engineering Structures, vol. 45, 2012, pp. 270-283과 International Journal of Fatigue, vol. 44, 2012, pp. 303-315의 발표를 따라야 한다.
또 다른 문제는 갈바닉 부식(galvanic corrosion)이다. 비록 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP) 자체는 부식되지 않지만 강철과 결합되었을 때는 갈바닉 전지를 형성한다. 그리고 많은 리벳 접합된 강교가 있다. 여기에서 문제는 편평한 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP) 밴드를 어떻게 잘 철제 거더에 부착하는가 이다. 그리고 마지막으로, 종종 유적 보호를 고려해야 할 때가 있다. 예를 들면 역사적으로 중요한 구조물을 원상태로 복원해야 하는 경우가 있는데, 그런 작업은 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP) 밴드 상의 접착제를 사용해서는 거의 불가능하다. 그리고 마지막으로, 구조물을 강화시킬 뿐 아니라 프리스트레스(pre-stress)를 적용함으로써 이미 존재하는 균열과 틈을 완전히 좁히고 상기 균열과 틈이 더 이상 성장하는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 그러므로 강화 시스템의 가장 중요한 목적 중의 하나는 기계적 앵커링 시스템을 적절히 선택하는 것인데, 이로써 충분한 체결력을 발생시키고 부식을 최소한으로 막는 것이다. 그리고 가능하다면 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP) 밴드가 강철에 직접 접촉하지 않도록 하여 상기 앵커링 시스템에서 응력발생이 서서히 일어나도록 하는 것이다.
본 발명의 목적은 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법 및 이 방법을 적용한 철골 구조물을 명확히 제공하는 것이다.
상기 목적은 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법에 의해 달성될 수 있다. 상기 방법은, 적어도 하나의 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)를 철골 구조물(1)의 철제 거더에 결합시키고 상기 밴드의 끝단을 강화함으로써 인장력을 전달할 수 있고, 이어서 강화된 상기 철제 거더와 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드 사이에 배치된 적어도 하나의 리프팅 부재가 단부 정착구 사이의 영역에서 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드에 실질적으로 수직으로 연장되어, 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드의 끝단 사이에 인장응력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
나아가 상기 목적은 다음과 같은 철골 구조물에 의해 달성될 수 있다. 상기 철골 구조물은, 적어도 하나의 탄소섬유 강화 폴리머 밴드를 철골 구조물의 철제 거더에 결합시켜 상기 밴드의 끝단을 강화함으로써 인장력을 전달할 수 있고, 강화된 상기 철제 거더와 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드 사이에 배치된 적어도 하나의 리프팅 부재가 상기 끝단 사이의 영역에 배치되고, 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드를 수직으로 들어올려 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드가 상기 철제 거더로부터 인장응력을 받는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 프리스트레스 적용 방법에 따르면, 신규 또는 기존의 철골 구조물에 대하여 균열이 형성되는 것을 방지할 수 있고, 이미 존재하는 균열을 좁힐 수 있다. 또는 상기 균열이 더 이상 성장하는 것을 막거나 적어도 성장속도를 늦출 수 있다.
본 발명은 이하 도면들에 개략적으로 나타나 있으며, 이하 예시적인 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 방법 및 그에 의해 강화된 철골 구조물의 작용에 대하여 설명한다.
도 1은 하부 버팀대를 구비한 강교 형태의 철골 구조물을 나타내며, 상기 철골 구조물에서 장력을 받는 하부면은 CFRP 밴드와 느슨하게 연결되어 있다.
도 2는 도 1의 철골 구조물에 한 개의 리프팅 부재를 삽입한 경우를 나타낸다.
도 3은 도 1의 철골 구조물에 두 개의 리프팅 부재를 삽입한 경우를 나타낸다.
도 4는 상부 버팀대를 구비한 강교 형태의 철골 구조물을 나타내며, 상기 철골 구조물에서 장력을 받는 하부면은 CFRP 밴드와 느슨하게 연결되어 있다.
도 5는 도 4의 철골 구조물에 세 개의 리프팅 부재를 삽입한 경우를 나타낸다.
도 6은 아치형 하부 버팀대를 구비한 강교 형태의 철골 구조물을 나타내며, 상기 철골 구조물은 프리스트레스를 적용하기 위한 CFRP 밴드와 소정의 개수의 리프팅 부재를 구비한다.
도 1에서, 철골 구조물은 하부 버팀대(2)를 포함한 강교(steel bridge)(1)의 형태로 표현된다. 여기서 가장 낮은 수평 철제 거더(steel girder)(3)는 인장응력을 받는다. 이러한 강교에는 압축응력을 받는 철제 거더와 인장응력을 받는 철제 거더가 항상 존재한다. 또한 예를 들어 열차가 교량 위를 지나갈 때와 같이 교량에 일시적으로 하중이 가해질 경우, 교량이 구부러지는 순간이 발생한다. 각 차축 하중(axle load)은 진동을 일으키고 물질 피로도에 영향을 미치기 때문에 수 년에 걸쳐 철제 거더에 균열이 발생하여 점진적으로 철제 거더가 약화될 수 있다. 이런 과정을 중단시키거나 적어도 늦추는 것이 중요하다. 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(Carbon Fiber-Reinforced Polymer band, 이하 'CFRP 밴드'라 한다)는 특히 인장응력에 대하여 매우 강하며 어떠한 부식도 발생하지 않기 때문에, 인장응력을 받는 철제 거더를 강화시킨다. 가장 효율적인 접근 방법으로는 상기 밴드에 의해 인장응력을 받는 철제 거더에 프리스트레스를 적용하는 것이 있다. 인장강도를 향상시키기 위해 프리스트레스트가 적용된 밴드에 의하여 콘크리트 구조물을 후속적으로 강화하는 방법들이 제안된 바 있다. 이 경우, 상기 밴드는 특별한 장치를 통해 고도로 프리스트레싱되고 에폭시 수지 접착제에 의해 콘크리트 상에 적층된다. 상기 접착제가 굳은 후에 응력을 발생시키고 유지시키던 상기 장치는 제거된다. 그 결과, 프리스트레스가 적용된 CFRP 밴드는 계속적으로 구조물에 응력을 전달한다. 그러나 이러한 방법은 철골 구조물에는 사용될 수 없다. 첫째, 일반적으로 철골 구조물의 표면이 매끄럽지 않고, 둘째, 강렬한 태양광 아래 철골 구조물은 높은 온도로 가열되어 접착제가 경계부로 밀리거나 끌려 올라갈 수 있기 때문에 철제 거더에 접착제를 사용하는 것은 그다지 적절하지 않다. 더욱이, 주변 환경이나 공간부족으로 인하여 상기 밴드를 프리스트레싱하기 위해 사용되는 무거운 장치를 수송하는 것이 가능하지 않은 경우가 많다. 특히 교량이 매우 높고 매우 길게 뻗어 있는 경우에는 이 방법을 사용할 수 없다.
도 1에 따른 교량은 하부 버팀대(2)를 포함한다. 즉, 가장 낮은 수평 버팀대(2)는 인장응력을 받으며 CFPR 밴드(4)에 의해 강화될 수 있다. CFPR 밴드(4)는 양 끝단 영역이 접합되어 인장응력을 전달한다. 예를 들어, CFPR 밴드(4)는 인장응력을 받는 구조물 부분의 일부 또는 전체 위에 배치될 수 있다. 이를 위해서, 예를 들어 고정 교좌장치(clamping shoes)의 형태로 최첨단의 단부 정착구(end anchorage)(5)가 제공될 수 있다. 이를 통해 상기 밴드(4)가 철제 거더(3)에 기계적으로 접합되어, 영구적으로 크게 인장응력을 전달할 수 있다. 본 실시예에 나타난 바와 같이, CFPR 밴드(4)는 하부 수평 철제 거더(3)의 하부면 전체 길이에 걸쳐 뻗어 있으며 단부 정착구(5)가 철제 거더(3)의 끝단 부근의 양측에 부착되어 있다. 따라서 상기 밴드(4)는 느슨하게 인장되어 있다. 또한 본 실시예에 나타난 바와 같이, CFPR 밴드(4)의 가운데에 하나의 리프팅 부재(7)가 철제 거더(3)와 CFPR 밴드(4) 사이에 설치된다. 리프팅 부재(7)는 유압, 공기압, 전기 또는 기계에 의해 작동될 수 있으며, 높은 양력, 예를 들어 수십 kN(Newton)을 생성할 수 있다. 따라서 비교적 긴 작용 경로(action path)를 통해 짧은 반응 경로(reaction path)가 생성된다. 상기 양력이 끝단이 매여 있는 CFPR 밴드(4)에 대해 실질적으로 수직방향으로 작용하여 CFPR 밴드(4)가 철제 거더(3)로부터 들려 올려지면, 높은 인장응력이 발생하여 CFPR 밴드(4) 자체에 폭넓게 전달되고 이어서 단부 정착구(5)를 경유하여 구조물(1)로 전달된다. 따라서 이러한 방식으로 프리스트레싱된 철제 거더(3)는 대단히 크게 강화될 수 있다. 만약 이미 미세한 균열 또는 심지어 심각한 균열이 있다 하더라도, 많은 경우에 상기 프리스트레싱을 통해 상기 균열을 좁히거나 적어도 균열이 더 성정하지 않도록 할 수 있다. 하나의 CFPR 밴드(4)가 부착될 수 있을 뿐만 아니라 다수의 CFPR 밴드(4)가 교량의 폭을 걸쳐서 설치될 수 있다. 또는 교량의 길이 방향으로 구획을 나누어 몇 개의 연속된 CFPR 밴드(4)가 부착되거나 길이 방향으로 서로 중첩된 CFPR 밴드(4)가 서로 평행하게 연장되어 인접하게 위치거나, 또는 높이 방향으로 중첩하여 서로 겹치거나 가로지르게 할 수도 있다. 이 경우, 밴드(4)는 철제 거더 자체의 방향으로 정확하게 놓이지는 않고 약간 비스듬한 각도로 위치하게 되어, 밴드(4)가 서로 교차하게 된다.
도 2는 도 1의 철골 구조물에 한 개의 리프팅 부재(7)를 삽입한 경우를 나타낸 것이다. 리프팅 부재(7)는 느슨하게 인장되도록 부착된 CFRP 밴드(4) 아래에 설치되는데, 예를 들어 용접 또는 볼트에 의해 철제 거더(3)와 기계적으로 연결된다. 상기 리프팅 부재(7)는 리프팅 잭(lifting jack)과 유사하게 구성될 수 있으며, 외부 유압 펌프를 통해 유압으로 상승될 수 있다. 여기서 사용되는 유압 파이프는 리프팅 부재(7)와 일시적으로 연결된다. 이로 인해 충분히 큰 힘이 발생할 수 있다. 이어서 기계적 래치(latch)나 기계적 지지부를 통해 상승된 상태가 고정된다. 상기 기계적 지지부는 리프팅 부재(7)의 작동 행정이 완료된 후에 설치되며, 리프팅 부재(7)는 마지막으로 달성한 인장응력 이상으로 약간 상승한다. 상기 기계적 지지부는 강화된 철제 거더(3) 및 밴드(4) 사이에 설치된다. 이어서 리프팅 부재(7)를 다시 약간 풀어줌으로써, 목표한 응력에 도달하고 지지부가 지지력을 흡수한다. 변형예로서, 리프팅 부재(7)는 공기압으로 작동될 수 있다. 그리고 압축 공기 파이프를 부착할 수 있으며, 공기압을 기반으로 충분히 전달함으로써 리프팅 부재(7)를 수축할 수 있다. 마지막으로, 리프팅 부재(7)의 전기적 변형도 가능하다. 여기서 봉인된 EL-MotorTM가 짧은 전달을 통해, 예를 들어 스핀들(spindle)과 레버(lever) 등을 통해 충분히 큰 양력을 발생시킨다. 이 경우, 단지 전선이 리프팅 부재(7)로 향하도록 해야 하며 필요한 경우 쉽게 조정될 수 있다. 마지막으로 스핀들 및/또는 레버를 하게 갖춘 것과 유사하게 순수 기계적 실시예도 가능하다. 여기서 필요한 양력은 수동으로 생성되거나 크랭크 암이 부착된 모터에 의해 생성될 수 있다. 어떤 경우에도, 느슨하게 인장된 CFRP 밴드(4)는 리프팅 부재(7)을 통해 인장되고, 이어서 리프팅 작용으로 인하여 밴드(4) 상에는 높은 인장응력이 생성된다. 이는 대부분 양력보다 더 크다. 단부 정착구(5)가 실제적으로 정지되어 있거나 구조물을 따라 미미하게 움직이는 동안, 리프팅 부재(7)는 수 cm 정도 이동할 수 있다. 이 경우 기하학적 구조 때문에 10k N의 x배의 해당하는 매우 높은 인장응력이 구조물로 전달된다.
도 3은 도 1의 철골 구조물에 두 개의 리프팅 부재(7)를 삽입한 경우를 나타낸다. 두 개의 리프팅 부재(7)를 삽입하는 경우, 동시에 이들을 연장시켜 밴드의 길이 방향에 걸쳐 균일하게 응력을 형성할 수 있다. 변형예로서, 하나의 리프팅 부재(7)을 약간 연장시키고 이어서 두 번째 리프팅 부재를 비슷하게 연장시키고, 다음으로 다시 첫 번째 리프팅 부재, 두 번째 리프팅 부재 등등을 반복적으로 연장시킴으로써, 두 개의 리프팅 부재(7)로 어느 정도까지 교대로 인장력을 발생시킬 수 있다.
도 4는 상부 버팀대(6)를 구비한 강교 형태의 철골 구조물을 나타내며, 상기 철골 구조물에서 장력을 받는 하부면은 CFRP 밴드(4)와 느슨하게 연결되어 있다. 이 경우, 설치된 CFRP 밴드(4)가 가장 낮은 수평 철제 거더를 따라 연장된다. 교량을 따라 연상된 몇 개의 철제 거더가 실제로 존재한다. 그리고 각각은 적어도 하나의 CFRP 밴드(4)를 구비한다. 그리고 각 밴드는 끝단에 상기 철제 거더 또는 구조물에 결합되는 두 개의 단부 정착구(5)를 구비하여 인장력을 전달할 수 있다.
도 5는 도 5의 철골 구조물에 세 개의 리프팅 부재(7)을 삽입한 경우를 나타낸다. 상기 리프팅 부재(7)는 각 CFRP 밴드(4)의 길이 방향에 걸쳐 분포하도록 배치되고 다음으로 동시에 연장될 수 있다. 또는 양쪽 바깥에 위치한 리프팅 부재가 약간 연장되고 그 후에 가운데 리프팅 부재가 좀 더 연장될 수 있다. 이로써, CFRP 밴드(4)의 전체 길이에 걸쳐 균일한 인장응력이 발생되도록 한다.
마지막으로 도 6은 아치형 하부 버팀대(2)를 구비한 강교 형태의 또 다른 철골 구조물을 나타낸다. 여기서, 교량(1)의 자체 무게와 그에 대한 하중으로 인하여, 인장력이 교량 끝에 위치한 아치형의 긴 거더(8)에 작용한다. 이 경우, CFRP 밴드(4)는 만곡된 철제 거더(8)을 따라 배치되어 조립된다. 본 실시예에 나타난 바와 같이, 하나의 CFRP 밴드(4)는 하부 거더(8)을 따라 전체 교량 길이에 걸쳐 연장되고 그 곳에 부착된 단부 정착구(5)에 의해 양 끝단에서 강교(1)의 철제 거더(8)에 단단히 결합된다. 본 실시예에서는, 5개의 리프팅 부재(7)가 밴드 길이를 걸쳐 균일하게 분포되도록 삽입되어 있다. CFRP 밴드(4)에 가장 균일하거나 등질의 응력을 발생시키기 위해, 이들 리프팅 부재들을 동시에 상승시킬 수 있다. 이러한 인장력은 단부 정착구(5)를 경유하여 구조물(1)로 전달된다.
이와 같은 강화 방법에 의해, 철골 구조물, 즉 장력을 받는 요소에 발생한 균열 또는 틈을 좁혀서 막을 수 있다. 다른 경우에, 이러한 균열 및 틈이 더욱 성장하는 것을 방지하거나, 적어도 실질적으로 늦출 수 있다. 전체적으로 구조물이 확실히 강화되고 안정될 수 있어서, 사용 수명을 연장시키거나 선택적으로 하중 용량을 높일 수 있다.
1: 철골 구조물 2: 하부 버팀대
3: 철제 거더 4: 탄소섬유 강화 폴리머 (CFRP) 밴드
5: 단부 정착구 6: 상부 버팀대
7: 리프팅 부재 8: 철제 거더

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)를 철골 구조물(1)의 철제 거더에 느슨하게 결합시키고 접착제 없이 순수 마찰력을 기반으로 고정 교좌장치(clamping shoes) 형태의 단부 정착구(5)와 함께 상기 밴드의 끝단을 강화함으로써 인장력을 전달할 수 있고,
    이어서 상기 단부 정착구(5) 사이의 영역에서, 강화된 상기 철제 거더(3, 8)와 상기 강화 폴리머 밴드(4) 사이에 배치되어 유압, 공기압, 전기 또는 기계에 의해 작동되는 적어도 하나의 리프팅 부재(7)가 최종적으로 도달하는 상기 인장응력 이상으로 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)에 대하여 수직으로 연장되어 수십kN의 양력을 발생시키고,
    상승된 상기 폴리머 밴드(4)는 기계적 래치에 의해 고정되고, 이어서 상기 철골 구조물(10)과 상기 폴리머 밴드(4) 사이에 지지부가 위치하고,
    이어서 상기 리프팅 부재(7)를 다시 풀어줌으로써, 목표한 응력에 도달하고 각 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)의 단부들 사이에 영구적인 인장력을 제공하기 위하여 상기 지지부가 상기 지지력을 흡수하는,
    철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)는 강화된 상기 철제 거더(3, 8)의 길이 방향 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)는 강화된 상기 철제 거더(3, 8)의 길이 방향 상에 서로 평행하게 배치되고, 각 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드는 상기 철재 거더(3, 8)의 전체 길이 상에 동일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)는 강화된 상기 철제 거더(3, 8)의 길이 방향으로, 서로 평행하게 배치된 상기 철제 거더(3, 8)의 길이 중 일부 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)는 강화된 상기 철제 거더(3, 8)의 길이 방향으로, 서로 평행하게 배치된 상기 철제 거더(3, 8)의 길이 중 일부 위에 배치되어, 상기 밴드들은 서로 인접하게 배치되고 길이방향으로 일부 겹치는 것을 특징으로 하는 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)는 강화된 상기 철제 거더(3, 8)의 길이 방향으로부터 벗어나도록 연장되고 서로 교차하여 배치되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법.
  7. 적어도 하나의 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)를 철골 구조물(1)의 철제 거더에 결합시켜 상기 밴드의 끝단을 강화함으로써 인장력을 전달할 수 있고,
    강화된 상기 철제 거더(3, 8)와 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4) 사이에 배치된 적어도 하나의 리프팅 부재(7)가 상기 끝단 사이의 영역에 배치되고, 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)를 수직으로 들어올려 상기 탄소섬유 강화 폴리머 밴드(4)가 상기 철제 거더(3, 8)로부터 인장응력을 받고,
    지지부가 상기 리프팅 부재의 양면 상에서 상기 철골 구조물과 상기 폴리머 밴드(4) 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 리프팅 부재(7)는 유압, 공기압, 전기 또는 기계에 의해 작동되며, 상기 리프팅 부재는 반응 경로로서 일부만 전달되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 리프팅 부재(7)에 추가하여, 상기 리프팅 부재의 작동 행정이 완료된 후에 상기 리프팅 부재를 풀어주기 위하여, 기계적 지지부가 강화된 상기 철제 거더(3, 8)과 상기 밴드(4) 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물.

KR1020157035406A 2013-05-14 2014-04-16 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법 및 이 방법을 적용한 철골 구조물 KR102267298B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH950/2013 2013-05-14
CH00950/13A CH706630B1 (de) 2013-05-14 2013-05-14 Verfahren zum Vorspannen eines Stahlbauwerkes sowie damit vorgespanntes Stahlbauwerk.
PCT/CH2014/000049 WO2014183224A1 (de) 2013-05-14 2014-04-16 Verfahren zum vorspannen eines stahl-bauwerkes, sowie damit vorgespanntes stahl-bauwerk

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160015255A true KR20160015255A (ko) 2016-02-12
KR102267298B1 KR102267298B1 (ko) 2021-06-21

Family

ID=49773102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157035406A KR102267298B1 (ko) 2013-05-14 2014-04-16 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법 및 이 방법을 적용한 철골 구조물

Country Status (14)

Country Link
US (2) US20160145815A1 (ko)
EP (1) EP2997197B1 (ko)
KR (1) KR102267298B1 (ko)
CN (1) CN105518218A (ko)
AU (1) AU2014268098B2 (ko)
BR (1) BR112015028588B1 (ko)
CA (1) CA2918395C (ko)
CH (1) CH706630B1 (ko)
EA (1) EA031304B1 (ko)
ES (1) ES2802887T3 (ko)
NZ (1) NZ713701A (ko)
PT (1) PT2997197T (ko)
WO (1) WO2014183224A1 (ko)
ZA (1) ZA201509090B (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH706630B1 (de) 2013-05-14 2013-12-31 S & P Clever Reinforcement Company Ag Verfahren zum Vorspannen eines Stahlbauwerkes sowie damit vorgespanntes Stahlbauwerk.
GB2533817A (en) * 2015-01-05 2016-07-06 Bae Systems Plc Mobile bridge module
GB2533818B (en) 2015-01-05 2021-03-03 Bae Systems Plc Mobile bridge apparatus
PT108710A (pt) * 2015-07-21 2017-01-23 António Saraiva Pires Da Fonseca João Sistema para estrutura de ponte de arco, com mobilização de reacções exteriores através de tirantes definitivos.
JP2017214699A (ja) * 2016-05-30 2017-12-07 東日本旅客鉄道株式会社 桁の補強構造
CN107060349A (zh) * 2017-06-20 2017-08-18 中国华西企业有限公司 一种大跨度钢梁高空吊装就位系统及其施工工法
CN107152078B (zh) * 2017-06-29 2023-04-07 中国建筑第二工程局有限公司 铰接装置及利用其释放钢连廊焊接内应力的施工方法
CN108103965B (zh) * 2018-01-12 2019-04-09 长沙理工大学 一种加固用预应力贝雷梁及其施工方法
WO2019175065A1 (de) * 2018-03-15 2019-09-19 Re-Fer Ag Verfahren zum erstellen einer vorspannung an einem bauteil aus stahl, metall oder einer legierung, mittels einer sma-platte sowie ein derart vorgespanntes bauteil
CN108867393A (zh) * 2018-08-02 2018-11-23 中铁二院工程集团有限责任公司 一种大跨连续刚构桥体外预应力加载体系
CN109537475B (zh) * 2018-11-26 2023-07-14 山东交通学院 使用碳纤维进行盖梁加固的方法及加固结构
JP7115324B2 (ja) * 2019-01-09 2022-08-09 日本製鉄株式会社 鋼部材の補強構造及び補強方法
CN111395210B (zh) * 2020-04-07 2021-10-22 浙江大学 一种用体外预应力筋提高桁架梁桥承载能力的方法
CN112412097B (zh) * 2020-11-29 2022-03-25 恒上建设有限公司 一种气膜建筑顶部承重防凹陷可调式顶升加固装置
CN112942144B (zh) * 2021-01-27 2022-05-10 招商局重庆交通科研设计院有限公司 一种基于热膨胀原理的钢筋混凝土拱桥加固方法
CN112942890A (zh) * 2021-04-07 2021-06-11 上海悍马建筑科技有限公司 同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法
CN114457706A (zh) * 2022-02-28 2022-05-10 广西交科集团有限公司 一种双曲拱桥装配式腹拱圈的加固方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100438113B1 (ko) * 2002-03-30 2004-07-02 조병완 프리스트레스트 콘크리트 구조물용 비금속 정착장치 및이를 이용한 프리스트레스트 도입방법
KR20100098177A (ko) * 2009-02-27 2010-09-06 서울시립대학교 산학협력단 3차원 교차형 양방향 긴장 정착구 및 이를 이용해 프리스트레스가 도입된 강재보
KR101013914B1 (ko) * 2002-09-04 2011-02-14 아사히 엔지니어링 가부시키가이샤 트러스교 또는 아치교의 보강구조

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US238130A (en) * 1881-02-22 Bridge
US762632A (en) * 1904-02-18 1904-06-14 Joseph W Headley Truss-bridge.
US3427811A (en) * 1967-03-22 1969-02-18 Claude C White Mine roof support system
US3909863A (en) * 1972-09-11 1975-10-07 Krupp Gmbh Bridge crane girder
BE810043A (fr) * 1974-01-22 1974-05-16 Procede de mise en precontrainte et en contreflexion de poutres mixtes en acier et beton.
US4021875A (en) * 1975-04-10 1977-05-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Pivotable and extensible tension post for a cable bridge structure
GB1576322A (en) * 1976-05-19 1980-10-08 Gleeson M J Frameworks for buildings and like structures
US4129915A (en) * 1978-04-14 1978-12-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Cable tensioning means for king post structuring
FR2520777A1 (fr) * 1982-01-29 1983-08-05 Bouygues Sa Procede et dispositifs pour la realisation d'un tablier de pont et structures similaires, et ouvrages obtenus
US4631772A (en) * 1983-12-28 1986-12-30 Bonasso S G Tension arch structure
FR2629111B1 (fr) * 1988-03-25 1990-11-30 Muller Jean Tablier pour pont de grande longueur
US5313749A (en) * 1992-04-28 1994-05-24 Conner Mitchel A Reinforced steel beam and girder
US6170209B1 (en) * 1996-11-05 2001-01-09 University Of Maine Prestressing system for wood structures and elements
GB2340144B (en) * 1998-08-06 2000-06-28 Keller Ltd Ground anchorage
DE19849605A1 (de) * 1998-10-28 2000-05-04 Goehler Andrae Und Partner Ber Spannvorrichtung für ein bandförmiges Zugglied
KR100301431B1 (ko) * 1998-11-07 2001-10-29 박상일 긴장력조정이가능한프리스트레스트콘크리트거더
US6065257A (en) * 1999-05-24 2000-05-23 Hubbell, Roth & Clark, Inc. Tendon alignment assembly and method for externally reinforcing a load bearing beam
KR20010036486A (ko) * 1999-10-08 2001-05-07 박상일 다단계 긴장식 프리스트레스트 거더의 설계 방법 및 거더의 제조방법
KR20000063499A (ko) * 2000-07-18 2000-11-06 박창열 교량 성능개선을 위한 ｐｓ 강재의 긴장공법.
US20020194808A1 (en) * 2001-06-22 2002-12-26 Ratliff Frank W. Lightweight high load capacity reinforced beam and method of making same
DE10237968B3 (de) * 2002-08-20 2004-02-05 Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI GmbH Verfahren zum Anbringen von Zuggliedern an Tragwerken sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE10249266B3 (de) * 2002-10-23 2004-04-08 Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI GmbH Spannvorrichtung für bandförmige Zugglieder
US7748180B1 (en) * 2005-06-23 2010-07-06 Plavidal Richard W Joist stiffening system
US7895799B2 (en) * 2006-01-13 2011-03-01 HC Bridge Company, LLC Hybrid composite beam and beam system
US8904721B2 (en) * 2008-06-12 2014-12-09 University Of Utah Research Foundation Anchoring, splicing and tensioning elongated reinforcement members
CA2727295A1 (en) * 2008-06-12 2009-12-17 University Of Utah Research Foundation Anchoring, splicing and tensioning elongated reinforcement members
US20120180407A1 (en) * 2011-01-13 2012-07-19 Rees Kyle J Roof truss kit to enable support of solar panels on roof structures
CN102140780A (zh) * 2011-04-08 2011-08-03 浙江省电力设计院 一种桥下体外预应力钢绞线加固桥梁的方法及加固装置
CN102322025B (zh) * 2011-08-22 2014-07-30 陈东军 预应力加固拓宽的桥梁结构
CH706630B1 (de) 2013-05-14 2013-12-31 S & P Clever Reinforcement Company Ag Verfahren zum Vorspannen eines Stahlbauwerkes sowie damit vorgespanntes Stahlbauwerk.

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100438113B1 (ko) * 2002-03-30 2004-07-02 조병완 프리스트레스트 콘크리트 구조물용 비금속 정착장치 및이를 이용한 프리스트레스트 도입방법
KR101013914B1 (ko) * 2002-09-04 2011-02-14 아사히 엔지니어링 가부시키가이샤 트러스교 또는 아치교의 보강구조
KR20100098177A (ko) * 2009-02-27 2010-09-06 서울시립대학교 산학협력단 3차원 교차형 양방향 긴장 정착구 및 이를 이용해 프리스트레스가 도입된 강재보

Also Published As

Publication number Publication date
CA2918395A1 (en) 2014-11-20
PT2997197T (pt) 2020-07-03
CA2918395C (en) 2021-10-26
AU2014268098B2 (en) 2018-04-26
KR102267298B1 (ko) 2021-06-21
ES2802887T3 (es) 2021-01-21
WO2014183224A1 (de) 2014-11-20
EA031304B1 (ru) 2018-12-28
US20160145815A1 (en) 2016-05-26
EP2997197A1 (de) 2016-03-23
AU2014268098A1 (en) 2015-11-26
CH706630B1 (de) 2013-12-31
BR112015028588A2 (pt) 2018-07-24
BR112015028588B1 (pt) 2021-11-23
EP2997197B1 (de) 2020-04-22
CN105518218A (zh) 2016-04-20
US11326313B2 (en) 2022-05-10
EA201501078A1 (ru) 2016-06-30
US20200299911A1 (en) 2020-09-24
NZ713701A (en) 2019-01-25
ZA201509090B (en) 2017-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102267298B1 (ko) 철골 구조물에 프리스트레스를 적용하는 방법 및 이 방법을 적용한 철골 구조물
Quantrill et al. The flexural rehabilitation of reinforced concrete beams by the use of prestressed advanced composite plates
El-Hacha et al. Flexural strengthening of reinforced concrete beams using prestressed, near-surfacemounted CFRP bars.
US5617685A (en) Method and apparatus for increasing the shear strength of a construction structure
JP4271146B2 (ja) 引張り部材を支持フレームに取り付ける方法及びこの方法を実施する装置
JP7118880B2 (ja) Ｐｃ箱桁橋のせん断補強工法
CN105544415A (zh) 混凝土桥梁加固方法及加固结构
CN106836021B (zh) 一种预应力frp片材抗剪加固混凝土梁实验装置
CN101463590B (zh) 旧桥加固用体外预应力之钢结构锚固转向体系及加固方法
KR100592196B1 (ko) 다수개의 지지장치가 설치된 브라켓을 이용하여 교량을지지할 수 있도록 설치된 다중지점 지지브라켓 및 이의설치방법
KR100897060B1 (ko) 프리스트레싱 강판을 구비한 연속 지점부 구조체 및 그시공방법
US7832178B2 (en) Segmented support assembly
JPH04285247A (ja) プレストレス導入部材およびプレストレス導入方法
Siwowski et al. Strengthening bridges with prestressed CFRP strips
Makarov et al. Strengthening bridge spans by composite materials
JP2010159568A (ja) 既設単純桁橋梁の補強構造及び補強方法
CN113846868A (zh) 一种基于多层纤维布预应力施加的加固装置及加固方法
KR100254056B1 (ko) 교량 주형의 보수 보강 방법 및 장치
KR101818153B1 (ko) 콘크리트 구조물 보강장치 및 이를 이용한 보강 공법
CN109898883A (zh) 一种钢筋混凝土梁底粘贴碳纤维板材的锚固技术措施
KR100271229B1 (ko) 손상된교량주형의복합적보수보강방법
CN109930467B (zh) 钢-ecc-混凝土组合梁及其制备方法
KR20130103970A (ko) 콘크리트 복공 슬래브 어셈블리와 제조방법 및 이를 적용한 가설교량
KR200326106Y1 (ko) 보강재에 긴장력을 도입, 접착한 후에 보강재의양측단부에 정착장치를 이용하여 보강재를 고정정착한다음 긴장력을 릴리스하여 프리스트레스를 도입한 보강구조
Yang et al. A new concept for sustainable refurbishment of existing bridges using FRP materials

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant