KR20160023130A - 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부 보강장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부 보강장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 전단력과 부모멘트에 취약한 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부에 전단력과 부모멘트를 지탱할 수 있는 보강부재를 보강함과 더불어 전단력과 부모멘트의 일부를 분산할 수 있는 지지수단을 설치함으로써 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부를 매우 효과적으로 지지할 수 있는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부 보강장치에 관한 것이다.
본 발명은, 박스형 콘크리트 구조물 내부의 모서리부에 설치되어 모서리부에 발생하는 전단력과 부모멘트를 분산시키고 이에 저항하기 위한 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부 보강장치에 있어서, 적어도 양단부가 상기 박스형 콘크리트 구조물 내부의 모서리부에 밀착되어 모서리부에 작용하는 전단력과 휨모멘트에 저항하기 위한 보강부재; 상기 보강부재를 상기 박스형 구조물 내부의 모서리에 고정하기 위한 고정부재; 상기 보강부재의 양단부에 결합하여 양단부를 서로 멀어지는 방향으로 가압하기 위한 가압부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치를 제공한다.

Description

박스형 콘크리트 구조물의 모서리부 보강장치{Reinforcement apparatus for Corner of Box-type Reinforced Concrete Sturcture}

본 발명은 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부 보강장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 전단력과 부모멘트에 취약한 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부에 전단력과 부모멘트를 지탱할 수 있는 보강부재를 보강함과 더불어 전단력과 부모멘트의 일부를 분산할 수 있는 지지수단을 설치함으로써 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부를 매우 효과적으로 지지할 수 있는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부 보강장치에 관한 것이다.

박스형 콘크리트 구조물은 지하차도, 지하철, 수로, 전력선이나 가스관 등을 수용하기 위한 공동구로 주로 사용되며, 대부분 지하에 매립되어 사용된다. 이러한 박스형 콘크리트 구조물은 모서리 부에서 가장 큰 모멘트와 전단력이 작용하게 된다.

이러한 박스형 구조물의 사용 연한이 늘어남에 따라 구조물이 노화되어 모서리 부에 작용하는 모멘트나 전단력에 비하여 구조물이 저항할 수 있는 모멘트나 전단력이 작아져 구조물을 보강해야 하는 경우도 발생하고 박스형 구조물의 상부에 추가적인 성토나 차량 등에 의하여 설계시에 작용하는 것으로 가정한 하중에 비하여 큰 하중이 작용하여 구조물을 보강해야 하는 경우도 발생한다.

가장 쉽게 생각할 수 있는 방법은 노후한 구조물이나 추가된 하중에 지탱할 수 있는 기존의 구조물을 철거하고 새로운 구조물을 시공하는 방법이지만 이런 경우 시간과 비용이 매우 많이 소요되므로 구조물을 보강할 수 있는 방법을 찾는 것이 일반적이다.

구조물의 보강하기 위한 방법으로 박스형 콘크리트 구조물의 외부에서 보강하는 방법이 있다. 외부에서 보강하는 방법은 구조물을 철거하고 새로 시공하는 방법에 비하여 공기가 짧고 비용이 적게 소모되지만, 박스형 콘크리트 구조물의 외부에서 보강을 하기 위해서는 지하에 매립되어 사용되는 박스형 콘크리트 구조물의 특성상 굴착을 해야하는데 굴착을 위해서는 기본적으로 많은 비용이 소요되며, 굴착을 위해서 차량 통제 등을 해야하는 경우에는 굴착비용 이외에도 차량 통제나 이로 인한 교통혼잡 등의 사회적인 비용이 발생하기도 한다. 따라서 박스형 콘크리트 구조물의 내부에서 보강하는 것이 가장 효과적인 방법이다.

그런데 박스형 구조물의 내부에서 보강하는 것에도 구조물에 따라 제약사항이 있는 경우가 있다. 지하철로로 사용되는 박스형 구조물의 경우 차량의 통행에 방해가 되지 않는 크기로 제작되어야 하는 등의 제약이다.

박스형 콘크리트 구조물의 내부에서 보강을 하는 방법으로 철판 또는 수지를 함침시킨 강화섬유판을 내벽에 부착하여 콘크리트 구조물의 강도를 증가시키는 방법이 사용되었는데 시간이 지남에 따라 강도가 저하되어 보강력이 떨어지고, 강화섬유판이 콘크리트의 내벽으로부터 쉽게 탈락하여 보강재로서의 기능을 전혀 못하는 경우가 발생하기도 했다. 대한민국 등록특허 제10-558089호는 이러한 문제점을 해결하기 위한 발명으로 제시되었는데 상부와 좌우 측 벽체의 내부 면에 박스형 보수보강장치를 설치하여 박스형의 단면을 키워 구조물을 보강하고자 하였으나 주로 경량 H빔에 의한 보강이므로 보강효과가 크지 않고, 큰 보강효과를 위하여 과다하게 H빔을 추가하는 경우에는 넓은 면적을 차지하게 되어 작업성이 떨어지기도 하고 내부에서 보강할 때 발생하는 제약 사항에 의해 설치가 불가능한 문제 등이 있다.

전술한 문제를 보강하기 위하여 본 출원의 발명자에 의하여 대한민국 등록특허 제10-1150357호가 제시되었는데 상기 특허의 경우 지탱가능한 보강력에 한계가 있고, 좌굴하중에 지탱하기 위하여 일정 이상의 단면적이 유지되어야 하므로 보강 장치를 만드는데 고가의 비용이 발생하는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공간을 최소한으로 차지하면서도 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부를 효과적으로 보강할 수 있도록 보강부재와 가압부재를 포함하는 박스형 콘크리트 구조물의 보강장치를 제공하는 것이다.

전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,

박스형 콘크리트 구조물 내부의 모서리부에 설치되어 모서리부에 발생하는 전단력과 부모멘트를 분산시키고 이에 저항하기 위한 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부 보강장치에 있어서,

적어도 양단부가 상기 박스형 콘크리트 구조물 내부의 모서리부에 밀착되어 모서리부에 작용하는 전단력과 휨모멘트에 저항하기 위한 보강부재;

상기 보강부재를 상기 박스형 구조물 내부의 모서리에 고정하기 위한 고정부재;

상기 보강부재의 양단부에 결합하여 양단부를 서로 멀어지는 방향으로 가압하기 위한 가압부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치를 제공한다.

상기 가압부재는 상기 보강부재의 양단부에 각각 고정되는 한 쌍의 고정부와,

상기 한 쌍의 고정부 각각에 힌지 결합하는 한 쌍의 연결부와,

상기 한 쌍의 연결부에 적어도 일단부가 나사 결합하되 양단부가 나사 결합하는 경우 그 나사산의 방향이 서로 다르게 형성되는 회전부를 포함하며,

상기 회전부를 회전시켜 상기 한 쌍의 고정부를 서로 멀어지는 방향으로 가압하여 상기 보강부재의 양단부를 서로 멀어지는 방향으로 가압하는 것이 좋다.

상기 보강부재는 모서리부에 밀착되는 제1플랜지와 웹과 제2플랜지를 포함하는 H형강 형태의 강재 또는 강화섬유 플라스틱 재질인 것이 바람직하다.

상기 보강부재는 모서리부에 밀착되는 판상의 강재 또는 강화섬유 플라스틱 재질인 것이 바람직하다.

상기 보강부재는 모서리부에 밀착되는 판상의 벽판과 상기 벽판에 수직 방향으로 결합하는 판상의 리브판의 형태로 구성되며 강재 또는 강화플라스틱 재질인 것이 좋다

상기 고정부재는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리에 고정되는 앵커 볼트와 그 앵커 볼트에 체결되는 너트로 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면 전단력이나 휨모멘트의 일부를 부담하기 위한 추가적 단면을 제공하는 보강부재와 모서리부에 하중을 재하 함으로써 전단력이나 휨모멘트의 일부를 지지하는 가압부재를 동시에 사용함으로써 크기를 최소화하면서도 모서리부를 효과적으로 보강할 수 있는 박스형 콘크리트 구조물의 보강장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치를 설명하기 위한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 가압부재의 단면도.
도 3은 헌치부가 없는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치를 설명하기 위한 도면.
도 4는 바닥부와 벽부의 사이에 설치되는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치를 설명하기 위한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치를 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 6에 표시된 Ⅶ-Ⅶ선의 단면도.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 하나의 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가압부재의 단면도이다.

본 실시예에 따른 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치는 지하철로, 수로, 전선이나 배관을 수용하는 공동구 등으로 사용되는 것으로서 주로 지하에 매립되어 사용되는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부를 보강하기 위한 장치이다.

본 실시예에 따른 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치는 보강부재(10), 고정부재(20) 및 가압부재(30)를 포함하여 구성된다.

상기 보강부재(10)는 모서리부에 작용하는 전단력과 휨 모멘트의 일부를 지지하는 구성으로서 적어도 그 양단부가 상기 박스형 콘크리트 구조물 (100) 내부의 모서리부에 밀착되는 구성이다. 도 1에 도시된 실시예의 경우 박스형 콘크리트 구조물의 천정부(101)와 벽(102) 사이에 헌치부(103)가 마련되어 있으며, 보강부재(10)는 양단부가 천정부(101)와 벽부(102)에 밀착되고, 중앙의 일부는 헌치부(103)에도 밀착되어 전체적으로 모서리부에 밀착되도록 구성되어 있다. 물론 보강부재(10)의 양단부만 모서리부에 밀착되도록 구성되고 중앙의 일부는 일정거리 이격되도록 구성할 수도 있다.

본 실시예에서 상기 보강부재(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1플랜지(11), 웹(12) 및 제2플랜지(13)로 구성되는 H형강 형태의 구성으로서 제1플랜지(11)가 모서리부에 밀착된다. 본 실시예에서는 보강부재(10)의 재질로 강재가 사용되는데 강재 이외에도 강화섬유 플라스틱 재질이 사용될 수도 있다. 보강부재(10)의 형상 역시 H형강 형상과 다른 형상으로 제작될 수 있는데 이에 대해서는 후술하기로 한다.

상기 고정부재(20)는 상기 보강부재(10)를 상기 박스형 콘크리트 구조물의 모서리에 고정하는 구성으로서 상기 모서리부에 고정되는 앵커 볼트(21)와 상기 앵커 볼트(21)에 체결되는 너트(22)로 구성된다.

본 실시예에서 상기 앵커 볼트(21)는 상기 제1플랜지(11)를 관통한 상태로 너트(22)가 체결되어 보강부재(10)를 모서리부에 고정하게 된다.

상기 가압부재(30)는 상기 보강부재(10)의 양단부 쪽에 결합하며 보강부재(10)의 양단부를 서로 멀어지는 방향으로 가압하는 구성으로서 고정부(31), 연결부(32) 및 회전부(33)로 구성된다.

상기 고정부(31)는 한 쌍이 마련되며 상기 보강부재(10)의 양단부에 고정된다. 본 실시예에서 상기 보강부재(10)는 H형강의 형태이고 고정부(31)는 보강부재(10)의 제2플랜지(13)의 양단부에 각각 결합한다.

상기 연결부(32)는 한 쌍이 마련되며 각각 상기 한 쌍의 고정부(31)에 각각 힌지 결합한다. 본 실시예에서 연결부(32)에는 도 2에 도시된 바와 같이 암나사부가 형성되어 있는데 각각의 연결부(32)에 마련되는 나사산은 서로 반대방향이다. 연결부(32)의 한쪽에만 암나사부가 형성될 수도 있다.

상기 회전부(33)는 적어도 일단부가 연결부(32)에 나사 결합하는데 본 실시예에서는 그 양단부가 한 쌍의 연결부(32) 각각에 나사 결합한다. 연결부(32)의 나사산의 방향이 서로 다르게 형성되어 있어서, 회전부(33)를 돌리는 경우 한 쌍의 연결부(32)가 서로 멀어지는 방향 또는 가까워지는 방향으로 이동하게 된다. 상기 회전부(33)에는 관통공(331)이 마련되어 있어서 관통공(331)에 강봉을 끼워 회전시킬 수 있도록 한다.

만약 하나의 연결부(32)에만 암나사부가 형성된 경우 회전부(33)의 일단부는 암나사부가 형성된 연결부(32)에 나사결합하고 타단부는 연결부(32)에 회전가능하게 결합하게 되며, 회전부(33)를 돌리는 경우 타단부 쪽은 공회전하게 된다.

상기 가압부재(30)가 보강부재(10)의 양단부를 서로 멀어지는 방향으로 가압하는 원리는 회전부(33)를 회전시켜 한 쌍의 고정부(31)를 서로 멀어지는 방향으로 가압함으로써 보강부재(10)의 양단부가 멀어지는 방향으로 가압을 하는 것이다.

본 발명에서 보강부재(10)는 기 설치된 박스형 콘크리트 구조물에 설치되어 단면이 추가되는 효과를 발생시키게 되며, 보강부재(10)가 가진 구조적인 저항력에 의해 모서리에 작용하는 전단력과 휨모멘트의 일부를 부담하게 된다.

가압부재(30)는 모서리에 작용하는 전단력과 휨모멘트와 반대방향의 하중을 재하 함으로써 모서리에 작용하는 전단력과 휨모멘트의 일부를 상쇄시키는 역할을 한다.

본 발명에서는 보강부재(10)와 가압부재(30)를 효과적으로 조합함으로써 박스형 콘크리트 구조물의 모서리에 작용하는 전단력과 휨모멘트에 효과적으로 저항하게 함으로써 모서리부를 매우 효율적으로 보강하게 하는 것이다.

도 3은 헌치부가 없는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치와 다른 점은 보강부재(10)의 형태인데, 도 3에 도시된 보강부재는 전면이 모서리에 밀착한 형태인데, 도 1에 도시된 보강부재(10) 형태를 이용하는 경우에도 보강부재(10)의 양단부는 모서리에 밀착할 수 있으므로, 헌치부가 없는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치에도 도 1에 도시된 형태의 모서리 보강장치가 사용될 수 있다.

도 4는 바닥부와 벽부의 사이에 설치되는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치를 설명하기 위한 도면이다. 벽부(101)와 바닥부(104) 사이의 형태는 다양하게 제작될 수 있는데 벽부(101)와 바닥부(104)의 형태에 맞추어 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치를 제작할 수 있다는 것을 보여주기 위한 도면이다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치를 도시한 도면으로서 앞선 실시예와 다른 점은 보강부재의 형태이다.

도 5에는 판상의 보강부재(10')를 사용한 실시예가 도시되어 있다. 앞선 실시예의 경우 보강부재(10)가 H형강의 형태라는 점에서 차이가 있다. 본 실시예의 보강부재(10')는 앞선 실시예의 보강부재(10)와 마찬가지로 강재나 섬유강화 플라스틱 재질로 제작할 수 있다. 도 5에는 일정한 폭을 가지는 보강부재(10')가 도시되어 있으나 판상의 보강부재(10')가 반드시 도시된 형태일 필요는 없으며, 지하구조물 전체에 걸쳐 부착될 수도 있다.

도 6에는 벽판(11")과 리브판(12")으로 구성되는 보강부재(10")를 사용한 실시예가 도시되어 있으며 이는 도 7의 단면도에 보다 명확히 도시되어 있다. 본 실시예의 보강부재(10") 역시 앞선 실시예의 보강부재(10, 10')와 마찬가지로 강재나 섬유강화 플라스틱 재질로 제작할 수 있다. 도 6에 도시된 벽판(11")의 경우 일정한 폭을 가진 형태가 도시되어 있으나 벽판(11")이 반드시 도시된 형태일 필요는 없으며, 지하구조물 전체에 걸쳐 부착될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 몇 가지 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 않는 범위 안에서 다양한 형태의 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치로 구체화될 수 있다.

10 : 보강부재 11 : 제1플랜지
12 : 웨브 13 : 제2플랜지
20 : 고정부재 30 : 가압부재

Claims (6)

1. 박스형 콘크리트 구조물 내부의 모서리부에 설치되어 모서리부에 발생하는 전단력과 부모멘트를 분산시키고 이에 저항하기 위한 박스형 콘크리트 구조물의 모서리부 보강장치에 있어서,
   적어도 양단부가 상기 박스형 콘크리트 구조물 내부의 모서리부에 밀착되어 모서리부에 작용하는 전단력과 휨모멘트에 저항하기 위한 보강부재;
   상기 보강부재를 상기 박스형 구조물 내부의 모서리에 고정하기 위한 고정부재;
   상기 보강부재의 양단부에 결합하여 양단부를 서로 멀어지는 방향으로 가압하기 위한 가압부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가압부재는 보강부재의 양단부에 각각 고정되는 한 쌍의 고정부와,
   상기 한 쌍의 고정부 각각에 힌지 결합하는 한 쌍의 연결부와,
   상기 한 쌍의 연결부에 적어도 일단부가 나사 결합하되 양단부가 나사 결합하는 경우 그 나사산의 방향이 서로 다르게 형성되는 회전부를 포함하며,
   상기 회전부를 회전시켜 상기 한 쌍의 고정부를 서로 멀어지는 방향으로 가압하여 상기 보강부재의 양단부를 서로 멀어지는 방향으로 가압하는 것을 특징으로 하는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보강부재는 모서리부에 밀착되는 제1플랜지와 웨브와 제2플랜지를 포함하는 H형강 형태의 강재 또는 강화섬유 플라스틱 재질인 것을 특징으로 하는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보강부재는 모서리부에 밀착되는 판상의 강재 또는 강화섬유 플라스틱 재질인 것을 특징으로 구성되는 것을 특징으로 하는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보강부재는 모서리부에 밀착되는 판상의 벽판과 상기 벽판에 수직 방향으로 결합하는 판상의 리브판의 형태로 구성되며 강재 또는 강화플라스틱 재질인 것을 특징으로 하는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치.
   
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고정부재는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리에 고정되는 앵커 볼트와 그 앵커 볼트에 체결되는 너트인 것을 특징으로 하는 박스형 콘크리트 구조물의 모서리 보강장치.
   

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