KR20190035340A - 모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법 - Google Patents

모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법 Download PDF

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KR20190035340A
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛은, 형상기억합금으로 마련되어 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해서 변형되는 변형 부재를 포함하고, 상기 변형 부재는 모듈러 부재 내에 매립되고, 상기 변형 부재는 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 형상 변화 또는 길이 수축이 유도될 수 있다.

Description

모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법{CONNECTION UNIT FOR MODULAR MEMBER AND CONSTRUCTION METHOD OF MODULAR STRUCTURE}
본 발명은 모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연결 유닛에 의해 복수 개의 모듈러 부재 간의 구조적 연속성을 확보하고 결합 성능을 향상시킬 수 있는 모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법에 관한 것이다.
최근 건설분야에서는 시공기간의 획기적인 단축과 구조물의 품질향상을 위하여 모듈러 부재를 이용한 조립식 구조가 각광받고 있다. 조립식 구조는 대형 구조물을 단위부재 단위로 분할하여 제작한 후 현장에서 조립하는 구조형식이다. 보통 모듈러 부재라고 불리는 단위부재는 품질과 작업성을 확보할 수 있는 환경조건 하에서 제작된다. 또한 모듈러 부재의 제작단가와 생산성, 그리고 부재의 이송과정과 현장에서의 설치과정을 고려하여 일정한 크기와 형상을 갖도록 하고 있다.
모듈러 부재로 구성된 구조계는 각 부재의 구조적 연속성과 충분한 연결성능이 확보되어야 한다. 모듈러 부재의 연결부에서 변형 및 부재간의 상대변위가 발생하게 되면, 전체 구조계에서 원활한 하중전달이 이루어질 수 없다. 따라서 모듈러 부재의 형식뿐만 아니라 연결방식도 조립식 구조가 성립되기 위한 중요한 필요조건이다. 따라서 많은 연구자들에 의해서 현재까지 다양한 형식의 모듈러 구조와 연결방식이 제안되고 있다.
모듈러 부재를 연결하는 방법은 크게 포스트 텐션을 이용한 방법과 연결재를 이용한 기계적 결합 방법으로 구분된다.
첫 번째 방법은 부재들을 관통하는 텐던을 이용하여 포스트 텐션을 도입하여 압축력에 의해서 부재들이 결합되는 방식이다.
두 번째 방법은 모듈러 부재 제작시 연결부의 기능을 할 수 있도록 노출된 철근 혹은 커플러를 설치한 후 현장에서 인접한 모듈러 부재와 연결하는 방식이다. 이 때 노출된 철근을 겹이음하거나 커플러를 이용하여 철근을 잇는 방법뿐만 아니라, 강판 등으로 제작된 별도의 연결부재를 이용하여 연결하는 방법이 존재한다.
하지만 기존 방식은 시공성 측면과 유지관리 측면에서 개선되어야 할 사항이 있다.
포스트 텐션 방식의 경우, 긴장력 도입을 위한 별도의 장비가 요구되어 시공성과 작업성이 저하될 수 있고, 별도의 정착구 및 쉬스관 매립에 따른 철근상세가 복잡해질 수 있다. 텐던에 긴장력을 도입한 후 쉬스관에 그라우팅 후 텐던의 장기손실을 막을 수 있으나, 추후 재긴장이 불가능하여 유지관리용 정착장치를 별도로 요구하게 된다. 또한 포스트 텐션의 경우 즉시손실이 발생함에 따라 짧은 구간에 적용이 어려울 수 있다.
또한, 기계적 이음 방식의 경우, 시공이 매우 복잡하고, 접합면에 압축력이 도입되지 않기 때문에 하중 재하 시 경계면에서 인장력이 발생함에 따라 균열이 매우 쉽게 발생할 수 있다. 따라서 공용 중 결합부 균열 및 단차 발생의 위험이 있고, 누수와 철근 부식 등의 문제가 발생할 수 있다.
등록특허공보 제10-1704291호(2017.02.01) 등록특허공보 제10-1479613호(2014.12.30)
일 실시예에 따른 목적은 모듈러 부재의 이음부에 매설된 연결 유닛에 의해 모듈러 부재의 부착력을 향상시킬 수 있으며, 현장타설부(CIP부) 및 사전제작부(PC부) 경계면에서의 결합력을 증대시킬 수 있는 모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 모듈러 부재의 이음부에 설치되어 기존의 포스트 텐션 방식의 장점과 기계적 이음 방식의 장점을 융합하여 시공성 및 유지 관리성을 향상시킬 수 있는 모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 형상기억합금을 사용하여 연결 유닛을 매설함에 있어서 발생할 수 있는 시공성 저하를 최소화시키고, 공용 중 발생할 수 있는 경계면에서의 균열에 대한 제어 및 회복이 가능한 모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 공용 중에 경계면의 손상 발생 시 경계면의 균열을 닫을 수 있는 결합력(또는 부착력)을 추가로 발생시켜 보수/보강을 실시할 수 있는 모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛은, 형상기억합금으로 마련되어 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해서 변형되는 변형 부재를 포함하고, 상기 변형 부재는 모듈러 부재 내에 매립되고, 상기 변형 부재에는 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 형상 변화 또는 길이 수축이 유도될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 변형 부재의 일부는 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 형상이 변화되고, 상기 변형 부재의 다른 일부는 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 길이가 수축될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 변형 부재는 복수 개로 마련되고, 상기 복수 개의 변형 부재가 연결되는 이음 부재를 더 포함하고, 상기 복수 개의 변형 부재는 상기 이음 부재의 길이방향을 따라 서로 이격 배치될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 복수 개의 변형 부재는 서로 다른 상변태 온도를 갖고, 서로 다른 방향으로 변형될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 복수 개의 변형 부재는 상기 이음 부재의 길이방향에 대하여 수직하는 방향으로 연장된 중심축을 중심으로 대칭되도록 배치되거나, 상기 복수 개의 변형 부재는 서로 다른 상변태 온도를 갖는 변형 부재가 교대로 배치될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 변형 부재에 연결되어 상기 변형 부재에 인가되는 열 또는 자기장을 조절하는 조절 부재를 더 포함하고, 상기 조절 부재에 의해 상기 변형 부재의 일부 및 상기 변형 부재의 다른 일부의 형상이 개별적으로 제어될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 모듈러 구조물의 시공 방법은, 제1 모듈러 부재 및 제2 모듈러 부재를 제작하기 위한 성형 틀에 이음 부재 및 상기 이음 부재에 연결되고 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 변형되는 복수 개의 변형 부재를 포함하는 연결 유닛을 각각 제공하는 단계; 상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재를 제작하는 단계; 및 상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재를 연결하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 모듈러 부재 및 제2 모듈러 부재에는 현장 타설 영역이 각각 구비되고, 상기 연결 유닛의 일부는 상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재 내에 매립되고, 상기 연결 유닛의 나머지 일부는 현장 타설 영역에 의해 외부에 노출될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재를 제작하는 단계는, 상기 성형 틀에 콘크리트를 타설하는 단계; 및 상기 복수 개의 변형 부재 중 일부에 열 또는 자기장을 인가하는 단계;를 포함하고, 상기 복수 개의 변형 부재 중 일부는 상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재 내에서 변형이 유도될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재를 연결하는 단계는, 상기 현장 타설 영역에 타설재를 타설하는 단계; 및 상기 복수 개의 변형 부재 중 나머지 일부에 열 또는 자기장을 인가하는 단계;를 포함하고, 상기 복수 개의 변형 부재 중 나머지 일부는 상기 현장 타설 영역 내에서 변형이 유도될 수 있다.
일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법에 의하면, 모듈러 부재의 이음부에 매설된 연결 유닛에 의해 모듈러 부재의 부착력을 향상시킬 수 있으며, 현장타설부(CIP부) 및 사전제작부(PC부) 경계면에서의 결합력을 증대시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법에 의하면, 모듈러 부재의 이음부에 설치되어 기존의 포스트 텐션 방식의 장점과 기계적 이음 방식의 장점을 융합하여 시공성 및 유지 관리성을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법에 의하면, 형상기억합금을 사용하여 연결 유닛을 매설함에 있어서 발생할 수 있는 시공성 저하를 최소화시키고, 공용 중 발생할 수 있는 경계면에서의 균열에 대한 제어 및 회복이 가능할 수 있다.
일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛 및 모듈러 구조물의 시공 방법에 의하면, 공용 중에 경계면의 손상 발생 시 경계면의 균열을 닫을 수 있는 결합력(또는 부착력)을 추가로 발생시켜 보수/보강을 실시할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛이 모듈러 부재에 적용된 모습을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛의 정면도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛의 측면도를 도시한다.
도 4는 변형 부재의 형상기억효과를 도시한다.
도 5(a) 내지 (c)는 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛의 거동 방식을 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 모듈러 구조물의 시공 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7(a) 내지 (d)는 일 실시예에 따른 모듈러 구조물의 시공 절차를 도시한다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛이 모듈러 부재에 적용된 모습을 도시하고, 도 2는 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛의 정면도를 도시하고, 도 3은 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛의 측면도를 도시하고, 도 4는 변형 부재의 형상기억효과를 도시하고, 도 5(a) 내지 (c)는 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛의 거동 방식을 도시한다.
도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛(10)은 복수 개의 모듈러 부재, 예를 들어 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2)의 이음부(또는 결합부)(C)에 배치될 수 있다.
구체적으로, 제1 모듈러 부재(PC1)에는 제1 현장 타설 영역(A1)이 구비되고, 제2 모듈러 부재(PC2)에는 제2 현장 타설 영역(A2)이 구비될 수 있다.
제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2)가 사전 제작된 후에, 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2)의 이음부(C)를 연결하고, 제1 현장 타설 영역(A1) 및 제2 현장 타설 영역(A2)에 콘크리트와 같은 현장 타설재를 타설함으로써, 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2)를 접합시킬 수 있다.
이때, 모듈러 부재용 연결 유닛(10)이 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2)의 이음부(C)와 인접한 표면에 매설될 수 있으며, 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2)의 결합력 또는 접합력을 향상시키기 위한 표면처리부재로서 기능할 수 있다.
도 1에는 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2)의 상단 표면에 제1 현장 타설 영역(A1) 및 제2 현장 타설 영역(A2)이 구비되어, 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2)의 상단 표면에 모듈러 부재용 연결 유닛(10)이 매설되는 것으로 도시되었으나, 모듈러 부재용 연결 유닛(10)의 배치는 이에 국한되지 아니하며, 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2)에 구비된 제1 현장 타설 영역(A1) 및 제2 현장 타설 영역(A2)의 배치에 따라서 다양하게 될 수 있음은 당연하다.
특히, 도 2 또는 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛(10)은, 이음 부재(100) 및 변형 부재(200)를 포함할 수 있다.
상기 이음 부재(100)는 예를 들어 일 방향으로 연장된 플레이트 형상으로 마련될 수 있다.
이때, 일 방향은 이음 부재(100)의 길이방향으로서, 예를 들어 제1 현장 타설 영역(A1) 또는 제2 현장 타설 영역(A2)의 내측면을 따라 연장된 방향이 될 수 있고, 제1 현장 타설 영역(A1) 또는 제2 현장 타설 영역(A2)의 세 내측면을 따라 연장되도록 배치될 수 있다.
상기 제1 현장 타설 영역(A1) 또는 제2 현장 타설 영역(A2)의 내측면은 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제1 현장 타설 부재(미도시)의 경계면 또는 제1 모듈러 부재(PC2) 및 제2 현장 타설 부재(미도시)의 경계면이 될 수 있다.
또한, 이음 부재(100)의 일부는 제1 모듈러 부재(PC1)의 표면에 매설되고, 이음 부재(100)의 나머지 일부는 제1 현장 타설 부재의 표면에 매설될 수 있다. 또는 이음 부재(100)의 일부는 제2 모듈러 부재(PC2)의 표면에 매설되고, 이음 부재(100)의 나머지 일부는 제2 현장 타설 부재의 표면에 매설될 수 있다.
그러나 이음 부재(100)의 형상은 이에 국한되지 아니하며, 이음 부재(100)에 연결된 적어도 하나의 변형 부재(200)를 제 위치에 유지시키고, 변형 부재(200)의 하중 전달 거동의 연속성을 확보할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
상기 이음 부재(100)에는 변형 부재(200)가 연결될 수 있다.
상기 변형 부재(200)는 형상기억합금(SMA)으로 마련될 수 있으며, 온도 변화 또는 자기장 변화를 통해서 변형될 수 있다.
특히, 도 4를 참조하여, 형상기억효과는 임의의 형상을 기억하고 있는 합금을 냉각하여 마르텐사이트로 만든 후, 형상을 변화시키고, 가열하여 오스테나이트로 만들면 원래의 형상으로 복원되는 현상을 말한다.
이러한 형상기억효과를 적용하여, 변형 부재(200)에 온도 변화 또는 자기장 변화를 유도하여 형상을 변화시키거나 길이를 수축시킬 수 있으며, 이를 통하여 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2) 사이에 부착력 또는 결합력을 도입시킬 수 있다.
또한, 변형 부재(200)에 열 또는 자기장을 인가함으로써 온도 변화 또는 자기장 변화를 유도할 수 있으며, 변형 부재(200)에 인가하는 열 또는 자기장을 조절함으로써 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2) 사이에 도입되는 부착력 또는 결합력을 조절할 수 있다.
상기 변형 부재(200)는 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 갈고리 형상으로 변화될 수 있다.
여기에서는 변형 부재(200)가 갈고리 형상으로 변화되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 변형 부재(200)의 변화된 형상은 이에 국한되지 아니하며, 제1 모듈러 부재(PC1)와 제1 현장 타설 부재 사이에 또는 제2 모듈러 부재(PC2)와 제2 현장 타설 부재 사이에 부착력 형성에 용이한 형상이라면 어느 것이든지 가능하다.
이하에서는 변형 부재(200)가 갈고리 형상으로 변화되는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
이때, 변형 부재(200)의 일부는 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 형상이 변화되고, 변형 부재(200)의 다른 일부는 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 길이가 변화될 수 있다.
다시 도 2 또는 3을 참조하여, 변형 부재(200)는 제1 변형 부재(210)를 포함할 수 있다.
상기 제1 변형 부재(210)는 제1 변형 부분(212), 제2 변형 부분(214) 및 제3 변형 부분(216)을 포함할 수 있다.
상기 제1 변형 부분(212)은 이음 부재(100)의 하단에 연결되고 온도 변화에 의해 형상이 변화할 수 있다. 예를 들어, 제1 변형 부분(212)은 온도 변화에 의해 제1 방향으로 형상이 변화될 수 있다. 구체적으로, 제1 변형 부분(212)은 제1 상변태 온도를 가질 수 있고, 제1 변형 부분(212)에 인가되는 열에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향과 같이 다양한 방향 중 하나로 변형될 수 있다.
상기 제1 변형 부분(212)의 단부에는 제2 변형 부분(214)이 연결될 수 있다. 상기 제2 변형 부분(214)은 자기장 변화에 의해 길이가 수축될 수 있다. 따라서, 제2 변형 부분(214)의 변형 여부에 따라서 제1 변형 부재(210)의 전체 길이가 축소되거나 초기 길이에서 유지될 수 있다.
상기 제2 변형 부분(214)의 단부에는 제3 변형 부분(216)이 연결되고, 제1 변형 부분(212)과 마찬가지로 온도 변화에 의해 형상이 변화할 수 있다. 예를 들어, 제3 변형 부분(216)은 온도 변화에 의해 제1 방향으로 형상이 변화될 수 있다. 구체적으로, 제3 변형 부분(216)은 제1 상변태 온도를 가질 수 있고, 제3 변형 부분(216)에 인가되는 열에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향과 같이 다양한 방향 중 하나로 변형될 수 있다.
전술된 제1 변형 부재(210)는 제1 변형 부분(212) 및 제3 변형 부분(216)의 변형에 의해 초기 곧은 형상에서 굽은 형상으로, 예를 들어 갈고리 형상으로 변화될 수 있다. 그런 다음, 제2 변형 부분(214)의 길이 수축에 의해 모듈러 부재, 예를 들어 도 1의 제1 모듈러 부재(PC1) 및 제2 모듈러 부재(PC2) 사이에 부착력 또는 결합력을 도입할 수 있다.
그러나, 경우에 따라서는, 제2 변형 부분(214)의 길이가 수축되지 않도록 하여 제1 변형 부재(210)의 초기 길이가 유지되게 할 수 있음은 당연하다.
또한, 제1 변형 부분(212), 제2 변형 부분(214) 및 제3 변형 부분(216) 모두가 온도 변화에 의해 형상이 변화되거나 길이가 변화될 수 있고, 제1 변형 부분(212), 제2 변형 부분(214) 및 제3 변형 부분(216) 모두가 자기장 변화에 의해 형상이 변화되거나 길이가 변화될 수 있다.
또는, 이음 부재(100)에 제1 변형 부분(212), 제2 변형 부분(214) 및 제3 변형 부분(216)이 연결되는 순서가 다르게 구성될 수 있음은 당연하다.
한편, 변형 부재(200)는 복수 개로 마련될 수 있고, 이음 부재(100)에 복수 개의 변형 부재(200)가 연결될 수 있다.
구체적으로, 복수 개의 변형 부재(200)는 이음 부재(100)의 길이방향을 따라 서로 이격 배치될 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 변형 부재(200)는 전술된 제1 변형 부재(210)뿐만 아니라, 제2 변형 부재(220), 제3 변형 부재(230), 제4 변형 부재(240) 및 제5 변형 부재(250)를 더 포함할 수 있다.
도 2에는 복수 개의 변형 부재(200)가 총 5개의 변형 부재(200)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 변형 부재(200)의 개수는 이에 국한되지 아니하며, 5보다 많거나 적은 다양한 개수로 마련될 수 있음은 당연하다.
이하에서는 복수 개의 변형 부재(200)가 제1 변형 부재(210), 제2 변형 부재(220), 제3 변형 부재(230), 제4 변형 부재(240) 및 제5 변형 부재(250)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
상기 제2 변형 부재(220)는 이음 부재(100)의 하단에서 제1 변형 부재(210)에 인접하게 연결될 수 있다.
상기 제2 변형 부재(220)는 제4 변형 부분(222), 제5 변형 부분(224) 및 제6 변형 부분(226)을 포함할 수 있다.
상기 제4 변형 부분(222)은 온도 변화에 의해 형상이 변화할 수 있다. 예를 들어, 제4 변형 부분(222)은 온도 변화에 의해 제2 방향으로 형상이 변화될 수 있다. 구체적으로, 제4 변형 부분(222)은 제2 상변태 온도를 가질 수 있고, 제4 변형 부분(222)에 인가되는 열에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향과 같이 다양한 방향 중 하나로 변형될 수 있다.
이때, 제2 상변태 온도는 전술된 제1 상변태 온도와 다른 온도가 될 수 있고, 제2 방향은 전술된 제1 방향과 다른 방향이 될 수 있다.
이에 의해 복수 개의 변형 부재(200)에 전체적으로 온도 변화가 유도되는 경우, 제1 변형 부재(210)는 변형되고 제2 변형 부재(220)는 변형되지 않거나, 제1 변형 부재(210)는 변형되지 않고 제2 변형 부재(220)는 변형될 수 있다.
또한, 제1 변형 부재(210)가 시계 방향으로 형상이 변화되는 경우, 제2 변형 부재(220)는 반시계 방향으로 형상이 변화될 수 있다.
상기 제4 변형 부분(222)의 단부에는 제5 변형 부분(224)이 연결될 수 있다. 상기 제5 변형 부분(224)은 자기장 변화에 의해 길이가 수축될 수 있다. 따라서, 제5 변형 부분(224)의 변형 여부에 따라서 제2 변형 부재(220)의 전체 길이가 축소되거나 초기 길이에서 유지될 수 있다.
상기 제5 변형 부분(224)의 단부에는 제6 변형 부분(226)이 연결되고, 제4 변형 부분(222)과 마찬가지로 온도 변화에 의해 형상이 변화할 수 있다. 예를 들어, 제6 변형 부분(226)은 온도 변화에 의해 제2 방향으로 형상이 변화될 수 있다. 구체적으로, 제6 변형 부분(226)은 제2 상변태 온도를 가질 수 있고, 제6 변형 부분(226)에 인가되는 열에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향과 같이 다양한 방향 중 하나로 변형될 수 있다.
이와 같이 제2 변형 부재(220)는 제4 변형 부분(222) 및 제6 변형 부분(226)의 변형에 의해 초기 곧은 형상에서 굽은 형상으로, 예를 들어 갈고리 형상으로 변화될 수 있다. 그런 다음, 제5 변형 부분(224)의 길이 수축에 의해 모듈러 부재, 예를 들어 도 1의 제1 현장 타설 영역(A1) 또는 제2 현장 타설 영역(A2) 내에 타설될 제1 현장 타설 부재 및 제2 현장 타설 부재 사이에 부착력 또는 결합력을 도입할 수 있다.
그러나, 경우에 따라서는, 제5 변형 부분(224)의 길이가 수축되지 않도록 하여 제2 변형 부재(220)의 초기 길이가 유지되게 할 수 있음은 당연하다.
한편, 제3 변형 부재(230)는 제1 변형 부재(210)와 동일한 형태로 마련될 수 있고, 제4 변형 부재(240)는 제2 변형 부재(220)와 동일한 형태로 마련될 수 있고, 제5 변형 부재(250)는 제1 변형 부재(210)와 동일한 형태로 마련될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 복수 개의 변형 부재(200)는 이음 부재(100)의 길이방향에 대하여 수직하는 방향으로 연장된 중심축을 중심으로 대칭되도록 배치되거나 서로 다른 상변태 온도를 갖는 변형 부재가 교대로 배치될 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 변형 부재(200)가 3개의 변형 부재로 구성된 경우, 이음 부재(100)에 제1 변형 부재(210), 제2 변형 부재(220) 및 제3 변형 부재(230) 순서로 연결될 수 있다.
또는 복수 개의 변형 부재(200)가 4개의 변형 부재로 구성된 경우, 이음 부재(100)에 제1 변형 부재(210), 제2 변형 부재(220), 제2 변형 부재(220)와 동일한 형태로 마련된 변형 부재, 및 제1 변형 부재(210)와 동일한 형태로 마련된 변형 부재 순서로 연결될 수 있다.
그러나 이음 부재(100)에 연결되는 복수 개의 변형 부재(200)의 배치는 이에 국한되지 아니하며, 제1 모듈러 부재(PC1)와 제1 현장 타설 부재 사이에 또는 제2 모듈러 부재(PC2)와 제2 현장 타설 부재 사이에 결합력 또는 부착력을 효과적으로 도입할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
또한, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 모듈러 부재용 연결 유닛(10)은 변형 부재(200)에 연결되어 변형 부재(200)에 인가되는 열 또는 자기장을 조절하는 조절 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 조절 부재는 제1 변형 부분(212), 제2 변형 부분(214), 및 제3 변형 부분(216)에 개별적으로 연결되거나, 복수 개의 변형 부재(200)에 개별적으로 연결될 수 있다.
이에 의해 온도 변화에 의해 변형되는 변형 부재(200)의 일부 및 자기장 변화에 의해 변형되는 변형 부재(200)의 다른 일부의 형상이 개별적으로 제어되거나, 복수 개의 변형 부재(200)의 형상이 개별적으로 제어될 수 있다.
특히, 도 5(a) 내지 (c)를 참조하여, 전술된 모듈러 부재용 연결 유닛(10)의 거동 방식은 다음과 같이 될 수 있다.
도 5(a)는 제1 상변태 온도(T1) 상태이며, 제1 변형 부재(210)가 PC부(예를 들어, 도 1의 제1 모듈러 부재(PC1) 또는 제2 모듈러 부재(PC2)) 내에서 변형될 수 있다.
구체적으로, 온도 변화에 의해 PC부 내에서 제1 변형 부분(212) 및 제3 변형 부분(216)의 형상이 예를 들어 갈고리 형상으로 변화되고, 제2 변형 부분(214)의 길이는 변화되지 않을 수 있다.
또한, 제2 변형 부재(220)는 변형되지 않은 상태로 유지될 수 있으며, CIP부(예를 들어, 도 1의 제1 현장 타설 영역(A1) 또는 제2 현장 타설 영역(A1))에 곧은 형태로 노출된 상태로 될 수 있다.
이에 의해 제1 현장 타설 영역(A1) 또는 제2 현장 타설 영역(A1)에 CIP부 형성 시 수월하게 작업할 수 있다.
도 5(b)는 제2 상변태 온도(T2) 상태이며, 제2 변형 부재(220)가 CIP부 내에서 변형될 수 있다.
구체적으로, 온도 변화에 의해 CIP부 내에서 제4 변형 부분(222) 및 제6 변형 부분(226)의 형상이 예를 들어 갈고리 형상으로 변화되고 제5 변형 부분(224)의 길이는 변화되지 않을 수 있다.
도 5(c)는 자기장 인가 상태이며, 자기장 변화에 의해 PC부 및 CIP부 내에서 제1 변형 부재(210)의 제2 변형 부분(214) 및 제2 변형 부재(220)의 제5 변형 부분(224)의 길이가 수축될 수 있다.
이와 같이 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛은 모듈러 부재의 이음부에 매설되어 모듈러 부재의 부착력을 향상시킬 수 있으며, 현장타설부(CIP부) 및 사전제작부(PC부) 경계면에서의 결합력을 증대시킬 수 있고, 형상기억합금을 사용하여 연결 유닛을 매설함에 있어서 발생할 수 있는 시공성 저하를 최소화시키고, 공용 중 발생할 수 있는 경계면에서의 균열에 대한 제어 및 회복이 가능할 수 있다.
이상 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛에 대하여 설명되었으며, 이하에서는 일 실시예에 따른 모듈러 부재용 연결 유닛을 이용한 모듈러 구조물의 시공 방법에 대하여 설명된다.
도 6은 일 실시예에 따른 모듈러 구조물의 시공 방법을 나타내는 순서도이고, 도 7(a) 내지 (d)는 일 실시예에 따른 모듈러 구조물의 시공 절차를 도시한다.
도 6을 참조하여, 모듈러 구조물은 다음과 같이 시공될 수 있다.
우선, 제1 모듈러 부재 및 제2 모듈러 부재를 제작하기 위한 성형 틀에 이음 부재 및 상기 이음 부재에 연결되고 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 변형되는 복수 개의 변형 부재를 포함하는 연결 유닛을 각각 제공한다(S10).
구체적으로, 제1 모듈러 부재를 제작하기 위한 성형 틀에 연결 유닛을 제공하고, 제2 모듈러 부재를 제작하기 위한 성형 틀에 연결 유닛을 제공한다.
예를 들어, 제1 모듈러 부재 및 제2 모듈러 부재를 제작하기 위한 성형 틀에는 복수 개의 연결 유닛이 제공될 수 있으며, 복수 개의 연결 유닛은 성형 틀 내에서 높이 방향 또는 폭 방향으로 서로 이격 배치될 수 있다.
그런 다음, 제1 모듈러 부재 및 제2 모듈러 부재를 제작한다(S20).
특히, 도 7(a)를 참조하여, 제1 모듈러 부재(PC1)는 성형 틀에 콘크리트를 타설하고(S22), 복수 개의 변형 부재 중 일부(210)에 열 또는 자기장을 인가한다(S24)
이때, 복수 개의 변형 부재 중 일부(210)는 제1 모듈러 부재(PC1)의 내부를 향하여 결합력 확보에 용이한 형상으로 변형될 수 있고, 복수 개의 변형 부재 중 나머지 일부(220)는 거푸집 작업에 용이하도록 제1 모듈러 부재(PC1)와 현장 타설 부재(CIP) 사이의 경계면 상에 평평한 상태를 유지할 수 있다.
도 7(a)에는 구체적으로 도시되지 않았으나, 제2 모듈러 부재 또한 제1 모듈러 부재(PC1)와 동일한 방식으로 제작될 수 있다.
이어서, 제1 모듈러 부재 및 제2 모듈러 부재를 연결한다(S30).
구체적으로, 제1 모듈러 부재 및 제2 모듈러 부재에는 각각 현장 타설 영역(도 7(a)의 A1)이 구비되고, 제1 모듈러 부재 및 제2 모듈러 부재에 각각 구비된 현장 타설 영역이 서로 접하도록 제1 모듈러 부재 및 제2 모듈러 부재가 연결된다.
특히, 도 7(b)를 참조하여, 제1 모듈러 부재(PC1)에 구비된 현장 타설 영역(A1)에 타설재를 타설하고(S32), 복수 개의 변형 부재 중 나머지 일부(220)에 열 또는 자기장을 인가한다(S34).
이때, 복수 개의 변형 부재 중 나머지 일부(220)는 현장 타설 부재(CIP)의 내부를 향하여 결합력 확보에 용이한 형상으로 변형될 수 있다.
도 7(b)에 구체적으로 도시되지 않았으나, 제2 모듈러 부재에 구비된 현장 타설 영역에 타설재를 타설하고, 복수 개의 변형 부재 중 나머지 일부에 열 또는 자기장을 인가한다.
이후에, 도 7(c)에 도시된 바와 같이 제1 모듈러 부재(PC1) 및 현장 타설 부재(CIP)의 경계면에 균열이 발생하게 되면, 도 7(d)에 도시된 바와 같이 예를 들어 열 또는 자기장 인가를 통해서 2차 변형을 유도할 수 있는 환경을 조성하여, 제1 모듈러 부재(PC1) 및 현장 타설 부재(CIP)의 경계면에 발생된 균열을 치유할 수 있다.
이와 같이 일 실시예에 다른 모듈러 구조물의 시공 방법은, 공용 중에 경계면의 손상 발생 시 경계면의 균열을 닫을 수 있는 결합력(또는 부착력)을 추가로 발생시켜 보수/보강을 실시할 수 있고, 모듈러 부재의 이음부에 설치되어 기존의 포스트 텐션 방식의 장점과 기계적 이음 방식의 장점을 융합하여 시공성 및 유지 관리성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 모듈러 부재용 연결 유닛
100: 이음 부재
200: 변형 부재

Claims (9)

  1. 형상기억합금으로 마련되어 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해서 변형되는 변형 부재;
    를 포함하고,
    상기 변형 부재는 모듈러 부재 내에 매립되고,
    상기 변형 부재는 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 형상 변화 또는 길이 수축이 유도되는, 모듈러 부재용 연결 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변형 부재의 일부는 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 형상이 변화되고, 상기 변형 부재의 다른 일부는 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 길이가 수축되는, 모듈러 부재용 연결 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변형 부재는 복수 개로 마련되고,
    상기 복수 개의 변형 부재가 연결되는 이음 부재;
    를 더 포함하고,
    상기 복수 개의 변형 부재는 상기 이음 부재의 길이방향을 따라 서로 이격 배치되는, 모듈러 부재용 연결 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 변형 부재는 서로 다른 상변태 온도를 갖고, 서로 다른 방향으로 변형되는, 모듈러 부재용 연결 유닛.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 변형 부재는 상기 이음 부재의 길이방향에 대하여 수직하는 방향으로 연장된 중심축을 중심으로 대칭되도록 배치되거나,
    상기 복수 개의 변형 부재는 서로 다른 상변태 온도를 갖는 변형 부재가 교대로 배치되는, 모듈러 부재용 연결 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변형 부재에 연결되어 상기 변형 부재에 인가되는 열 또는 자기장을 조절하는 조절 부재;
    를 더 포함하고,
    상기 조절 부재에 의해 상기 변형 부재의 일부 및 상기 변형 부재의 다른 일부의 형상이 개별적으로 제어되는, 모듈러 부재용 연결 유닛.
  7. 제1 모듈러 부재 및 제2 모듈러 부재를 제작하기 위한 성형 틀에 이음 부재 및 상기 이음 부재에 연결되고 온도 변화 또는 자기장 변화에 의해 변형되는 복수 개의 변형 부재를 포함하는 연결 유닛을 각각 제공하는 단계;
    상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재를 제작하는 단계; 및
    상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재를 연결하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 모듈러 부재 및 제2 모듈러 부재에는 현장 타설 영역이 각각 구비되고, 상기 연결 유닛의 일부는 상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재 내에 매립되고, 상기 연결 유닛의 나머지 일부는 현장 타설 영역에 의해 외부에 노출되는, 모듈러 구조물의 시공 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재를 제작하는 단계는,
    상기 성형 틀에 콘크리트를 타설하는 단계; 및
    상기 복수 개의 변형 부재 중 일부에 열 또는 자기장을 인가하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 변형 부재 중 일부는 상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재 내에서 변형이 유도되는, 모듈러 구조물의 시공 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 모듈러 부재 및 상기 제2 모듈러 부재를 연결하는 단계는,
    상기 현장 타설 영역에 타설재를 타설하는 단계; 및
    상기 복수 개의 변형 부재 중 나머지 일부에 열 또는 자기장을 인가하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 복수 개의 변형 부재 중 나머지 일부는 상기 현장 타설 영역 내에서 변형이 유도되는, 모듈러 구조물의 시공 방법.
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