KR20190047394A - 인덕션 히팅용 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물 - Google Patents

인덕션 히팅용 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물 Download PDF

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KR20190047394A
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이종한
정치영
우태련
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Abstract

본 발명은 인덕션 히팅을 위한 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물에 관한 것으로서, 콘크리트 구조물의 길이 방향으로 배근되는 다수의 주철근(130); 상기 주철근(130)을 감싸도록 나선형으로 배근되는 나선철근(140); 상기 주철근(130)과 나선철근(140)이 매립되도록 타설되는 콘크리트(120); 및, 상기 콘크리트(120) 타설시 혼입되어 함께 타설되는 형상기억합금(110);을 포함하여 구성되고, 상기 나선철근(140)의 양측 단부는 각각 상기 콘크리트(120)의 외부로 노출되어 전원 연결이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

인덕션 히팅용 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물{Induction Heating Spiral Reinforcement Concrete Structure}
본 발명은 콘크리트 구조물의 내부에 혼입되어 매설된 형상기억합금을 효율적으로 가열할 수 있는 새로운 콘크리트 구조물에 관한 것으로서, 나선형으로 배근된 나선철근에 전류를 인가하여 나선철근의 내부에 강력한 전자기장이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
형상기억 합금(SMA, Shape Memory Alloy)은 1964년 미국 해군 연구소에서 니티노르라는 니켈-티탄 합금의 형상기억 효과가 발견된 것이 시초인데, 형상기억 효과란 고온에서 기억시킨 형상을 기억하고 저온에서 아무리 심한 변형을 가해도 미리 설정된 온도로 가열하면 즉시 본래의 형태로 복원되는 현상을 말한다.
형상기억 합금은 고온과 저온에서 결정(結晶)의 배열이 현저하게 다르기 때문에 저온측에서 형태에 변형을 가해도 일정한 온도(역변태 온도) 이상으로 가열하면 본래의 형태(모상)로 돌아오게 되는데, 현재 개발된 형상기억 합금에는 니켈-티탄 합금과 동-아연 합금, 금-카드뮴 합금, 인듐-탈륨 합금 등이 있다.
이러한 형상기억합금을 이용하여 콘크리트 구조물에 발생한 균열의 회복 및 구조물에 프리스트레스를 도입하기 위한 기술들이 일부 개발되고 있는데, 이러한 기술들은 대부분 형상기억합금을 이용한 역학적인 구조물의 성능 향상에만 초점이 맞추어져 있으며, 형상기억합금을 효율적으로 가열하는 기술에 대한 것이 거의 없는 실정이다.
종래에는 비연속적으로 배치된 형상기억합금을 가열하기 위해서 콘크리트의 수화열을 이용한 방법과 콘크리트 외부에 존재하는 열원으로부터 콘크리트를 매질로 한 전도열을 이용한 방법 등이 사용되어 왔고. 연속적으로 배치된 형상기억합금을 가열하기 위해서 외부 전원장치와 연결하여 주울히팅(Joule heating) 방법이 사용되어 왔으나 이러한 방법들은 형상기억합금으로 충분한 열이 전달되기까지 매우 많은 시간이 필요하거나, 전원장치의 연결 및 전원공급시스템의 신뢰성과 내구성에 대한 확보가 이루어져야 한다는 문제점이 있다.
아울러, 전자기유도현상에 의해 주변의 금속(도체)을 가열하는 인덕션히터를 사용하여 콘크리트 구조물에 포함된 형상기억합금을 가열하는 방법도 고려해 볼 수 있는데, 콘크리트 구조물 내부에 다수의 전단철근이 배근되어 있는 경우 전자기장이 철근에 흡수되어 단면 내부에 존재하는 형상기억합금에 제대로 도달하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
[선행기술문헌]
등록특허 제10-0950861호
등록특허 제10-0622390호
공개특허 제10-2011-0006072호
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명은 콘크리트 구조물의 외부에 인덕션 히팅 장치를 별도로 설치하지 않고, 콘크리트 구조물의 내부에 나선형으로 배근되는 철근을 인던션 히팅 장치로 활용하여 콘크리트 구조물의 내부에 포함된 형상기억합금을 보다 효율적으로 가열하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 구성은 다음과 같다.
본 발명은 인덕션 히팅을 위한 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물에 관한 것으로서, 콘크리트 구조물의 길이 방향으로 배근되는 다수의 주철근(130); 상기 주철근(130)을 감싸도록 나선형으로 배근되는 나선철근(140); 상기 주철근(130)과 나선철근(140)이 매립되도록 타설되는 콘크리트(120); 및, 상기 콘크리트(120) 타설시 함께 타설되는 형상기억합금(110); 을 포함하여 구성되고, 상기 나선철근(140)의 양측 단부는 각각 상기 콘크리트(120)의 외부로 노출되어 전원 연결이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 콘크리트 구조물의 내부에 포함된 형상기억합금(110)을 가열하기 위하여 별도의 가열수단을 구비할 필요가 없다.
다시 말하면, 콘크리트(120)의 외부로 노출된 나선철근(140)의 양측단부에 전원만 연결하면 나선철근(140) 자체가 인덕션 히팅 기능을 수행하여 콘크리트(120) 내부에 포함된 형상기억합금(110)을 효율적으로 가열할 수 있다.
둘째, 콘크리트 구조물 내부에 매립되는 나선철근(140)을 인덕션 히팅 장치로 활용함으로써 외부에 별도의 인덕션 히팅 장치를 설치하는 경우에 비하여 주철근(130)에 의한 전자기장 흡수 현상을 최소화되고, 형상기억합금(110)의 효율적 가열이 가능하다.
셋째, 나선철근(140)을 인덕션 히팅 장치와 구조재로 이중 활용하여 경제성을 향상시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 구체적 실시예를 도시한다.
도2는 본 발명의 다른 구체적 실시예로서, 콘크리트(120)와 함께 혼입되는 형상기억합금(110)이 없고, 주철근(130)의 일부 또는 전부가 형상기억합금으로 제작되는 경우를 도시한다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 인덕션 히팅을 위한 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물에 관한 것이다.
본 발명은 도1에 도시된 것처럼 주철근(130), 나선철근(140), 콘크리트(120) 및 형상기억합금(110)으로 구성된다.
주철근(130)은 콘크리트 구조물의 길이 방향으로 배근되는 다수의 철근을 말한다.
나선철근(140)은 이러한 주철근(130)을 감싸도록 나선형으로 배근되며, 주철근(130)과 나선철근(140)이 만나는 부위는 결속선 등으로 연결할 수 있다.
나선철근(140)은 표면에 절연처리가 되어 주철근(130)과 맞닿아도 전기 전도가 방지되는데, 이러한 절연처리는 나선철근(140)의 표면을 따라 절연재 피복을 입히거나 에나멜과 같은 절연재 코팅을 하는 방식으로 이루어질 수 있다.
콘크리트(120)는 주철근(130)과 나선철근(140)이 매립되도록 타설되어 콘크리트 구조물을 완성하게 된다.
콘크리트(120)가 타설되어 양생되더라도 나선철근(140)의 양측 단부는 각각 콘크리트(120)의 외부로 노출되어 전원 연결이 가능한 구조가 되어야 한다.
형상기억합금(110)은 콘크리트(120) 타설시 혼입되어 함께 타설되어 콘크리트(120) 단면 내부에 무작위로 분포하게 된다.
이러한 형상기억합금(110)는 미리 설정된 규격과 형태로 절단된 다수의 금속섬유 형태가 콘크리트(120)와 함께 혼입되어 무작위로 분포하게 된다.
첨부도면에 별도로 도시하지 않았으나 이러한 형상기억합금(110)이 무작위로 분포되지 않고 일정한 방향성을 가지도록 규칙적으로 분포될 수도 있다.
이와 같은 콘크리트 구조물의 표면으로 노출된 나선철근(140)의 양측 단부에 도1에 도시된 것처럼 전원을 연결하면, 나선철근(140) 내부 영역에 강력한 전자기장이 형성되어 형상기억합금(110)이 인덕션 히팅 방식으로 가열되면서 형상기억 효과에 의하여 콘크리트 구조물의 인장 성능이 향상되거나 균열의 보수나 보강, 또는 지진 발생으로 변형이 발생한 경우 변형회복 등이 이루어질 수 있다.
즉, 콘크리트 구조물의 균열이나 변형에 의하여 형상기억합금(110)의 형태가 변형될 경우 이를 가열하여 원래의 형태로 복원시킴으로써 균열의 보수나 변형회복이 가능하게 되는 것이다.
아울러 주철근(130)의 전부 또는 일부도 형상기억합금으로 제작될 수도 있으며, 이런 경우에는 형상기억합금으로 제작된 주철근(130)의 경우 콘크리트(120)와 함께 혼입되어 무작위 또는 규칙적으로 분포하는 형상기억합금(110)과 함께 나선철근(140)에 의하여 가열되면서 형상기억 효과를 배가시킬 수 있다.
도2는 본 발명의 다른 구체적 실시예로서, 콘크리트(120)와 함께 혼입되는 형상기억합금(110)이 없고, 주철근(130)의 일부 또는 전부가 형상기억합금으로 제작되는 경우를 도시한다. 이런 경우에도 지진 등에 의하여 구조물의 변형이 발생하여 주철근(130)의 변형이 수반될 경우 나선철근(140)에 전원을 공급하여 주철근(130)을 가열함으로써 형상기억 효과에 따라 주철근(130)을 원래의 형태로 복원시키는 방법으로 변형회복이 가능하게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
110:형상기억합금
120:콘크리트
130:주철근
140:나선철근

Claims (6)

  1. 인덕션 히팅을 위한 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물에 관한 것으로서,
    콘크리트 구조물의 길이 방향으로 배근되는 다수의 주철근(130);
    상기 주철근(130)을 감싸도록 나선형으로 배근되는 나선철근(140);
    상기 주철근(130)과 나선철근(140)이 매립되도록 타설되는 콘크리트(120); 및,
    상기 콘크리트(120) 타설시 혼입되어 함께 타설되는 형상기억합금(110);
    을 포함하여 구성되고,
    상기 나선철근(140)의 양측 단부는 각각 상기 콘크리트(120)의 외부로 노출되어 전원 연결이 가능한 것을 특징으로 하는 인덕션 히팅용 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물.
  2. 인덕션 히팅을 위한 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물에 관한 것으로서,
    콘크리트 구조물의 길이 방향으로 배근되는 다수의 주철근(130);
    상기 주철근(130)을 감싸도록 나선형으로 배근되는 나선철근(140); 및,
    상기 주철근(130)과 나선철근(140)이 매립되도록 타설되는 콘크리트(120);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 나선철근(140)의 양측 단부는 각각 상기 콘크리트(120)의 외부로 노출되어 전원 연결이 가능하고, 상기 주철근(130)의 전부 또는 일부는 형상기억합금으로 제작되는 것을 특징으로 하는 인덕션 히팅용 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물.
  3. 제1항에서,
    상기 형상기억합금(110)는 미리 설정된 규격과 형태로 절단된 다수의 금속섬유 형태인 것을 특징으로 하는 인덕션 히팅용 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물.
  4. 제1항 또는 제3항에서,
    상기 주철근(130)의 일부 또는 전부도 형상기억합금으로 제작되는 것을 특징으로 하는 인덕션 히팅용 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물.
  5. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 나선철근(140)은,
    표면에 절연처리가 되어 상기 주철근(130)과 맞닿아도 전기 전도가 방지되는 것을 특징으로 하는 인덕션 히팅용 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물.
  6. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 나선철근(140) 표면의 절연처리는,
    상기 나선철근(140)의 표면을 따라 절연재 피복을 입히거나 절연재 코팅을 하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인덕션 히팅용 나선철근이 배근된 콘크리트 구조물.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113123630A (zh) * 2021-04-12 2021-07-16 陕西省建筑科学研究院有限公司 一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法

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