KR20200004077A

KR20200004077A - 구조물의 보강 구조체 및 이에 사용되는 힌지 구조체

Info

Publication number: KR20200004077A
Application number: KR1020180077088A
Authority: KR
Inventors: 오석환
Original assignee: 주식회사 씨브이코어텍
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2020-01-13
Also published as: KR102133710B1

Abstract

본 발명은 구조물의 보강 구조 및 이에 사용되는 힌지 구조체에 관한 것으로, 회전축을 중심으로 피봇 회전되는 제1부재와 제2부재의 피봇 회전 상태를 고정하는 힌지 구조체로서, 상기 회전축의 축선 방향에 제1관통공이 형성되고, 상기 제1부재와 일체로 회전하고, 상기 제2부재와 대향하는 표면에 제1-1요철이 형성된 제1걸림체와; 상기 회전축의 축선 방향에 제2관통공이 형성되고, 상기 제2부재와 일체로 회전하고, 상기 제1-1요철과 맞물리는 제1-2요철이 형성된 제2걸림체와; 상기 제1걸림체와 상기 제2걸림체가 서로 멀어지는 방향으로 탄성 복원력이 작용하는 스프링과; 상기 제1관통공과 상기 제2관통공을 관통하여 상기 제1-1요철과 상기 제1-2요철이 상호 맞물린 상태로 상기 제1걸림체와 상기 제2걸림체를 조립하는 고정체를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 힌지 구조체를 제공한다. 이를 통해, 본 발명은, 구조물의 보강 공정을 행하는 과정이나 유지 보수 공정을 행하는 과정에서, 요철의 맞물림 상태를 간단히 해제하여 현장 작업자가 제1부재와 제2부재 중 어느 하나에 대하여 다른 하나를 회전시켜 구조물의 벽면에 밀착시키는 공정을 매우 수월하게 할 수 있는 효과가 얻어진다.

Description

구조물의 보강 구조체 및 이에 사용되는 힌지 구조체 {REINFORCED STRUCTURE AND HINGE USED THEREIN}

본 발명은 구조물의 보강 구조 및 이에 사용되는 힌지 구조체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 지하 등에 설치되어 공용 중에 지속적인 하중을 받는 박스 형태의 콘크리트 구조물이나 라멘 형태의 콘크리트 구조물에서 내벽이나 우각부를 내측에서 확실하게 보강하면서도 유지 보수가 용이한 구조물의 보강 구조 및 이에 사용되는 힌지 구조체에 관한 것이다.

일반적으로, 지하 차도, 지하철 및 수로 등을 형성하기 위하여 시공되는 콘크리트 구조물은 상부에 성토를 하거나 상부를 통행하는 차량에 의하여 추가 하중이 공용 중에 재하된다.

즉, 지하 차도 등을 형성하는 콘크리트 구조물(10)은 토압이나 차량 통행 등에 의한 하중(Fs)에 의하여, 구조물(10)의 각 벽면과 모서리에서 Mx로 표시된 휨 모멘트가 작용하므로, 도1에 도시된 직선 영역(A1)의 내측부분과 코너 진 우각부(A2)의 외측 부분에 인장 응력이 작용하게 되고, 직선 영역(A1)의 외측부분과 우각부(A2)의 내측 부분에는 압축 응력이 작용하게 된다. 그리고, 콘크리트 재료는 인장 응력에 취약하므로, 인장 응력이 작용하는 영역에는 보강 철근(12, 14)이 시공 단계에서 내설된다.

그러나, 지하나 차도를 지지하는 데 사용되는 콘크리트 구조물(10)에는 설계 당시에 비하여 보다 높은 하중(Fs)이 공용 중에 작용하기도 하고, 차량의 통행에 따른 충격과 진동 등의 반복 하중이 구조물(10)에 작용하기도 하며, 시공 이후에 장시간이 경과하여 콘크리트 자체의 저항 능력이 낮아짐에 따라, 구조물(10)의 내하 능력을 높이는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

도1을 참조하면, 박스 구조물(10)의 직선 영역(A1)에서는 내벽면(Si)에 보강재를 설치하는 것에 의해 작용하는 인장력을 어느정도 수월하게 보강할 수 있다. 이에 반하여, 구조물(10)의 우각부(A2)에서는 구조물(10)의 외측 단면(Eo)에 보강재를 설치해야 하는 데, 외측 단면은 토사에 의하여 덮여 있는 상태이므로, 우각부(A2)의 외측 단면(Eo)의 보강은 현실적으로 매우 어려운 한계가 있다.

이와 같은 한계를 극복하기 위하여, 대한민국 등록특허공보 제10-1416206호에 따르면, 도2a에 도시된 바와 같이, 우각부(A2)의 각도(A2ang)에 비하여 가장자리 부재(91, 92)가 보다 더 큰 각도(90ang)로 벌어진 보강재(90)를 오무린 후, 도2b에 도시된 바와 같이 보강재(90)를 우각부(A2)에 끼워 넣는 것(55)에 의해 구조물의 우각부 외측 단면(Eo)을 보강하는 기술을 개시하고 있다. 즉, 구조물(10)의 우각부(A2)에 끼워진 보강재(90)는 벌어진 원래의 모양(도2a)으로 복원하려는 힘이 구조물(10)의 모서리를 바깥으로 밀어내면서 압축 응력이 도입되게 하는 보강력으로 작용하므로, 구조물(10)의 우각부의 외측 단면(Eo)을 보강할 수 있다.

그러나, 실제로 시공되는 박스 구조물(10)은 거푸집으로 콘크리트를 타설하는 당시에, 우각부에 인접한 2개의 내벽면(S1, S2)이 예정된 수직인 각도로 정확하게 시공되지 못하는 문제가 있다. 이 뿐만 아니라, 우각부에 인접한 2개의 내벽면(S1, S2)이 예정된 90도의 각도로 정확하게 시공되더라도, 토사 등의 추가 하중에 의하여 변형이 불가피하고, 보강 시점이 공용 중인 경우에는 공용에 따른 노후화로 인하여 90도를 유지하는 것이 매우 어렵다. 또한, 내부 통로를 형성하는 박스 구조물(10)은 깊이 방향을 따라 일정하게 시공하기도 어려울 뿐 아니라, 토사 등의 추가 하중의 편차도 생기므로, 우각부에 인접한 2개의 내벽면(S1, S2)이 이루는 각도는 깊이 방향을 따라 다른 값을 갖는다.

이와 유사하게, 박스 구조물(10)의 우각부(A2)에 인접한 내벽면(S1, S2)을 연결하는 헌치면(S3)이 형성되는 경우에도, 도2a의 점선(S3')과 같이 일정한 길이와 각도로 시공되지 못하고 헌치면(S3)이 내벽면(S1, S2)을 임의로 경사지게 연결하도록 시공되기도 하였고, 설령 정확한 각도로 시공되더라도, 토사 등의 추가 하중에 의하여 우각부의 틀어짐 변형이 발생되어 우각부에 인접한 내벽면(S1, S2)이 서로 다른 값을 갖게 된다.

이에 따라, 도2a에 도시된 보강재(90)의 가장자리 부재(91, 92)를 오무린 상태로, 보강재(90)를 우각부(A)의 내벽면에 끼우고자 하더라도, 우각부의 내벽면(S1, S2)이 이루는 각도가 일정하지 않으므로, 보강재(90)의 가장자리 부재(91, 92)가 의도한 대로 우각부의 내벽면에 끼워지지 못하고 삐뚤게 끼워지거나 헐겁게 끼워지므로, 보강재(90)의 탄성 복원력이 우각부의 외측 단면(Eo)에 의도한 값만큼 전달되지 못하여 보강 효과의 편차가 발생되고 보강 효과도 매우 낮아지는 심각한 문제가 야기되었다.

한편, 콘크리트 구조물의 우각부를 보강하는 다른 방안으로서, 대한민국 등록특허공보 제10-1046159호에는, 탄성력을 갖는 받침 부재를 탄성 변형시켜 탄성 복원력에 의하여 우각부를 직접 가압하는 구성이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 받침 부재가 직접 콘크리트 내벽면을 가압함에 따라, 가압력이 가압되는 위치에만 국부적으로 집중되면서 우각부에 전달되는 보상력이 매우 미미해져 보강 효과가 낮은 한계가 있었다.

한편, 한편, 콘크리트 구조물의 우각부를 보강하는 또 다른 방안으로서, 대한민국 등록특허공보 제10-1306055호에는, 우각부에 인접한 내벽면에 슬라이딩 결합부재가 설치되고, 슬라이딩 결합부재에 지지 보강재를 경사지게 고정하여, 우각부의 비틀림 변위를 구속하는 변위 고정 방식을 개시하고 있다. 그러나, 박스 구조물의 콘크리트 내벽면은 콘크리트 타설과정에서 일정하지 않은 형상으로 형성됨에 따라, 슬라이딩 결합부재에 지지 보강재를 삽입하기 위하여 마련된 슬라이딩 판에도 불구하고 지지 보강재가 끼워지지 않거나 너무 헐거워 실질적으로 보강재의 역할을 하지 못하는 한계가 있었다.

이에 따라, 콘크리트 구조물의 우각부의 단면 형상이 예정된 각도와 치수에 대하여 오차를 갖더라도, 콘크리트 구조물의 우각부 내측에서 우각부의 외측 단면에 작용하는 인장력을 보강하는 방안의 필요성이 절실히 대두되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 지하 등에 설치되어 공용 중에 지속적인 하중을 받는 박스 형태의 콘크리트 구조물 또는 라멘 콘크리트 구조물을 효율적으로 보강하는 구조물의 보강 구조 및 이에 사용되는 힌지 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은, 콘크리트 구조물의 내측에서 외측 단면을 보강할 수 있게 하며, 콘크리트 구조물의 우각부에 대해서도 우각부 내측에서 우각부 외측에 작용하는 인장력을 상쇄시키는 것을 포함하여 제공한다.

무엇보다도, 본 발명은, 콘크리트 구조물의 우각부나 내벽면의 형상이 설계도와 다르게 시공되거나 토사 등의 작용하중에 의하여 우각부 등의 비틀림 변형이 위치별 다르게 발생된 경우에도, 콘크리트 구조물의 내측 벽면에 밀착하여 구조물의 외측에 작용하는 인장 변위를 상쇄시키는 보상력으로 확실하게 보강하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 콘크리트 구조물의 내측(예를 들어, 우각부의 내측)에서 동일한 힘을 가하더라도 콘크리트 구조물의 외측 단면(예를 들어, 우각부의 외측 단면)에 보상력이 보다 크게 도입되게 하여 보강 효과를 높이는 것을 목적으로 한다.

이와 동시에, 본 발명은, 한번의 시공으로 우각부 단면 보강과 함께 전단 보강을 함으로써, 시공의 편의와 보강 효과를 극대화하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 콘크리트 구조물의 우각부 및 그 주변의 내벽면 형상이 설계도와 다르게 시공되더라도, 우각부 내측에서 우각부의 비틀림 변위를 억제하는 구조를 제안하여, 우각부의 비틀림 변형을 물리적으로 구속하는 구조를 보다 용이하게 시공할 수 있게 하여 보강 효과를 높이는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은, 구조물의 우각부 등을 보강한 이후에, 소정의 시간이 경과한 상태에서 추가적인 하중을 부가하거나 보강 부재를 밀착시켜야 하는 유지 보수 공정을 보다 쉽고 정확하게 할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 구조물의 우각부를 보강하는 보강 부재를 현장에서 보다 쉽게 회전시켜 벽면에 밀착시키고 고정하는 공정을 수월하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 회전축을 중심으로 피봇 회전되는 제1부재와 제2부재의 피봇 회전 상태를 고정하는 힌지 구조체로서, 상기 회전축의 축선 방향에 제1관통공이 형성되고, 상기 제1부재와 일체로 회전하고, 상기 제2부재와 대향하는 표면에 제1-1요철이 형성된 제1걸림체와; 상기 회전축의 축선 방향에 제2관통공이 형성되고, 상기 제2부재와 일체로 회전하고, 상기 제1-1요철과 맞물리는 제1-2요철이 형성된 제2걸림체와; 상기 제1걸림체와 상기 제2걸림체가 서로 멀어지는 방향으로 탄성 복원력이 작용하는 스프링과; 상기 제1관통공과 상기 제2관통공을 관통하여 상기 제1-1요철과 상기 제1-2요철이 상호 맞물린 상태로 상기 제1걸림체와 상기 제2걸림체를 조립하는 고정체를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 힌지 구조체를 제공한다.

무엇보다도, 상기 제1걸림체와 제2걸림체가 멀어지는 방향으로 탄성 복원력이 작용하는 스프링이 형성됨에 따라, 상기 힌지 구조체를 이용하여 구조물의 보강 공정을 행하는 과정이나 유지 보수 공정을 행하는 과정에서, 고정체를 조이지 않은 상태에서는, 스프링의 탄성 복원력에 의하여 제1부재의 제1-1요철과 제2부재의 제1-2요철이 상호 맞물린 상태로부터 해제되므로, 현장 작업자가 제1부재와 제2부재 중 어느 하나에 대하여 다른 하나를 회전시켜 구조물의 벽면에 밀착시키는 공정이 매우 수월해지는 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같은 힌지 구조체는 콘크리트 구조물의 내벽면이나 우각부를 보강하는 용도로 활용될 수 있으며, 그 밖에 다양한 토목 건축 분야에서 교량 등에 널리 활용될 수 있다.

한편, 본 발명은, 구조물을 보강하는 보강구조로서, 상기 구조물의 제1벽면에 밀착 고정되는 제1보강부재와, 상기 구조물의 제2벽면에 밀착 고정되는 제2보강부재를 포함하고, 상기 제1보강부재와 상기 제2보강부재는 힌지 구조체에 의해 서로에 대하여 피봇 회전이 가능한 보강 부재를; 포함하고, 상기 구조체는 회전이 허용되는 상태로부터 회전이 구속된 비회전 상태로 록킹 가능하고, 상기 힌지 구조체의 회전이 허용된 상태에서 상기 제1보강부재와 상기 제2보강부재가 각각 상기 제1벽면과 상기 제2벽면에 밀착되고, 상기 제1보강부재와 상기 제2보강부재가 상기 제1벽면과 상기 제2벽면에 밀착된 상태에서 상기 힌지 구조체의 회전이 비회전 상태로 구속되게 록킹되어, 상기 보강 부재가 하나의 몸체로 상기 구조물을 보강하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조를 제공한다.

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '힌지 구조체'라는 용어는 도면에 도시된 구성으로 국한되지 아니하며 '회전 변위를 허용하되, 회전 변위를 구속하여 비회전 상태로 록킹될 수 있는 힌지'로 정의한다.

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '내벽면', '벽면' 및 이와 유사한 용어는 콘크리트 구조물의 우각부에서 보강 구조가 설치되는 표면을 지칭하는 것으로 정의한다. 그리고, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '내벽면' 또는 '벽면'이라는 용어는, 보강 부재가 우각부의 콘크리트 벽면에 고정된 표면의 반대측 표면을 지칭하는 것으로 정의한다.

본 명세서 및 청구범위에서 '외측' 및 이와 유사한 용어는 콘크리트 구조물(10)의 중공부(10a)를 기준으로 바깥쪽 방향을 지칭하고, 본 명세서 및 청구범위에서 '내측' 및 이와 유사한 용어는 구조물(10)의 중공부(10a)를 기준으로 안쪽 방향을 지칭하는 것으로 정의한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 제1보강부재와 제2보강부재를 직접 또는 경사 부재를 매개로 연결하는 힌지 구조체가 회전을 허용하는 상태와 회전을 구속하여 비회전 상태로 록킹시키는 상태로 설정할 수 있게 구성됨에 따라, 힌지 구조체에 의해 회전이 허용된 상태로 제1보강부재와 제2보강부재를 우각부의 벽면에 밀착시키고, 이 상태에서 회전을 구속하여 비회전 상태로 록킹시키는 것에 의하여, 보강 부재의 전체가 하나의 몸체인 것처럼 우각부의 비틀림 변위에 대한 저항 능력을 보다 향상시킬 수 있다.

이를 통해, 콘크리트 구조물의 내벽면 및 우각부 주변의 벽면, 헌치면이 이루는 각도의 편차가 있더라도, 보강부재를 우각부의 벽면에 밀착시키고, 힌지 구조체를 록킹 상태로 회전 구속함에 따라, 보강 부재의 전체가 처음부터 하나의 몸체인 것처럼 일체 거동하여, 우각부의 비틀림 변위에 대한 저항 능력을 보다 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명은, 콘크리트 구조물의 제1벽면과 제2벽면에 힌지 구조체에 의해 연결된 제1보강부재와 제2보강부재를 밀착시킨 상태에서, 유압잭이나 연결 부재 등을 이용하여 제1보강부재와 제2보강부재가 콘크리트 구조물의 제1벽면과 제2벽면을 가압하는 힘을 인가한 상태에서, 힌지 구조체의 회전 상태를 구속시키는 것에 의하여, 보강 부재가 콘크리트 구조물의 벽면을 가압하여 보다 높은 보강 효과를 얻을 수도 있다.

또한, 본 발명은, 콘크리트 구조물의 우각부를 보강하는 데 탁월한 효과가 있을 뿐만 아니라, 콘크리트 구조물의 천장면이나 측면, 또는 내부 벽면을 시공 이후에 보강할 수 있으므로, 기존의 주택, 토목 구조물이나 가설물 등의 콘크리트 구조물의 보강에 유리하다.

무엇보다도, 본 발명은, 콘크리트 구조물의 우각부 주변의 콘크리트 내벽면의 길이와 각도 등의 형상이 설계와 다르게 시공되어 설치된 경우에도, 제1보강부재와 제2보강부재가 힌지 구조체에 의하여 서로 피봇 연결됨에 따라, 보강 부재를 우각부의 벽면에 밀착시킬 수 있으므로, 연결 부재에 의한 보강 효과를 확실하게 보장할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 본 발명은, 제1보강부재와 제2보강부재의 힌지구조체가 비회전 상태로 구속 가능하게 형성됨에 따라, 제1보강부재와 제2보강부재를 포함하는 보강 부재가 처음부터 하나의 몸체로 형성된 것과 같이 제 형상을 유지하면서 우각부의 단면을 보강하는 효과를 얻을 수 있다.

이를 활용하여, 본 발명은, 힌지구조체에 의하여 피봇 회전 가능한 부재로 연결된 보강 부재를 콘크리트 구조물의 내벽면에 밀착시킨 상태에서, 힌지구조체의 회전 상태를 구속하는 것에 의하여, 연결 부재나 유압잭 등 보강 부재를 가압하는 수단을 제거하더라도, 보강 부재의 탄성 복원력을 이용하여 콘크리트 구조물의 측벽, 천장면, 또는 우각부의 내벽면을 가압하는 보상력을 인가할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이에 의하여, 본 발명은 유압잭이나 연결 부재 등을 최종 시공 완료된 상태에서 제거함으로써, 박스 구조물과 같이 박스 내부 단면의 통수 능력을 저해하는 것을 사실상 완전히 해소하는 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명은, 제1보강부재와 제2보강부재의 힌지 구조체를 톱니 형태의 맞물림 구조를 양방향으로 구속함으로써, 피봇 회전되는 힌지구조체를 어느 방향으로도 회전이 구속되는 비회전 상태를 완전히 구현하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 연결 부재의 양단부에 접촉 돌기가 형성되어, 탄성 변형된 연결 부재의 단부에서 접촉 돌기가 보강 부재의 내벽면과 접촉하므로, 연결 부재의 탄성 변형량에 무관하게 항상 접촉 돌기가 보강 부재를 가압하는 가압력이 도입되므로, 연결 부재의 탄성 복원력에 의한 가압 위치를 연결 부재의 끝단부의 접촉 돌기 위치로 특정하는 것이 가능해지고, 설계치에서 예정된 가압력을 정확하게 인가할 수 있을 뿐만 아니라, 우각부를 보강하는 경우에는, 동일한 탄성 변형량이더라도 보강 부재에 인가하는 가압력을 보다 크게 작용시켜 우각부에 도입하는 보강력의 크기를 극대화하는 이점을 얻을 수 있다

이처럼, 본 발명은, 보강 부재와 연결 부재의 설치만으로도, 콘크리트 구조물의 단면 및 전단력을 보강하며, 제1벽면과 제2벽면의 사잇 영역이 예각, 직각이나 둔각을 이루는 경우에 사이 영역(예를 들어, 우각부)에서의 비틀림 변위를 구속하고, 동시에 보상력을 인가하는 작용을 일거에 할 수 있으므로, 시공의 편의와 보강 효과를 극대화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도1은 지하에 설치되는 콘크리트 박스 구조물의 횡단면도,
도2a 및 도2b는 도1의 'A'부분의 확대도로서, 보강재에 의한 우각부의 바깥단면에 보상력이 도입되는 종래 구성을 도시한 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 우각부에서의 보강 구조가 적용된 콘크리트 박스 구조물의 구성을 도시한 횡단면도,
도4는 도3의 'B'부분의 확대도로서 연결 부재를 유지 부재에 설치한 상태를 도시한 도면,
도5는 도3의 보강 구조체의 구성을 도시한 사시도,
도6a은 도5의 정면도,
도6b 및 도6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보강 구조체의 구성을 도시한 도면,
도7은 도5의 'C'부분의 확대도,
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성을 도시한 도면,
도9는 본 발명에 따른 보강 구조를 라멘 교량에 적용한 구성을 도시한 도면,
도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보강 구조의 구성을 도시한 사시도,
도11은 도5의 힌지구조체에 적용가능한 힌지 구조체가 보강 부재(돌출 부재)에 설치된 형상을 도시한 분해 사시도,
도12는 도11의 힌지 구조체의 확대 분해 사시도,
도13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 힌지 구조체가 보강 부재(돌출 부재)에 설치된 형상을 도시한 분해 사시도,
도14a는 보다 조밀한 힌지 구조체의 구성을 도시한 분해 사시도,
도14b는 도14b의 'D'부분의 제1걸림체의 확대도,
도15는 도5의 힌지에 적용 가능한 다른 실시 형태에 따른 힌지 구조체가 보강 부재(돌출 부재)에 설치된 형상을 도시한 분해 사시도,
도16은 도15의 힌지 구조체의 'E'부분의 확대도,
도17a는 도15의 결합 사시도,
도17b는 도17a의 'E'부분의 확대 사시도,
도18a 및 도18b는 우각부에 보강 부재를 설치하는 시공 순서에 따른 구성을 도시한 도면,
도19는 상기 보강 구조체를 이용한 제1실시예에 따른 보강 구조를 도시한 도면,
도20은 상기 보강 구조체를 이용한 제2실시예에 따른 보강 구조를 도시한 도면,
도21a 내지 도21c는 상기 보강 구조체를 이용한 제3실시예에 따른 보강 구조의 시공 순서에 따른 구성을 도시한 도면,
도22a 내지 도22c는 상기 보강 구조체를 이용한 제4실시예 및 제5실시예에 따른 보강 구조의 시공 순서에 따른 구성을 도시한 도면,
도23a 내지 도23c는 상기 보강 구조체를 이용한 제6실시예에 따른 보강 구조의 시공 순서에 따른 구성을 도시한 도면,
도24a는 도6c에 도시된 보강 구조체를 이용한 콘크리트 구조물의 천장면 및 우각부 보강 구조를 도시한 도면,
도24b는 도6c에 도시된 보강 구조체를 이용한 아치형 콘크리트 구조물의 천장면 및 측면 보강 구조를 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 보강 구조는, 하중이 작용하는 콘크리트 구조물(10)을 보강 구조체(100)를 이용하여 보강하기 위한 것이다. 이하에서는, 먼저, 콘크리트 구조물(10)의 우각부(A2)를 보강하는 구성에 대하여 상술한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 보강 구조는, 우각부(A1)의 내측 벽면(S1, S2, S3; Si)에 밀착 고정되는 보강 부재(110)와, 보강 부재(110)의 내벽면(110s)에 접촉하여 연결 지지하는 연결 부재(120)와, 연결 부재(120)의 중앙부가 우각부(A2)를 향하여 탄성 변형된 상태를 유지시키는 유지 부재(130)를 포함하여 구성된다.

상기 구조물(10)은 도3에 도시된 바와 같이, 내부에 중공부(10a)가 형성된 구조물로서, 차량이나 지하철이 통행하는 지하 차도를 형성할 수도 있고, 보행자가 통행하는 지하 보도를 형성할 수도 있으며, 하수가 흐르는 하수관을 형성할 수도 있고, 전선 등이 설치되는 공동구를 형성할 수도 있으며, 자중이나 토사 등에 의한 하중(Fs)이 작용하는 위치에 설치된다.

구조물(10)은 주로 철근 콘크리트 구조물로 형성되지만, 이에 국한되지 아니하고 다양한 재질의 구조물로 형성될 수도 있다. 도1 및 도3에 도시된 바와 같이, 토사에 덮힌 상태로 지하에 설치되므로, 토압 등에 의한 면압 하중(Fs)으로 발생되는 휨 모멘트(Mx)에 의하여 인장 응력이 작용하는 영역에 보강 철근(12, 14)이 배근된다. 즉, 구조물(10)의 우각부(A2)에는 바깥 단면(Eo)에 보강 철근(14)이 배근되고, 우각부(A2)의 사잇 영역에는 내측 단면(Ei)에 보강 철근(12)이 배근된다.

한편, 구조물(10)은 도3의 박스 구조물에 국한되지 않으며, 도9에 도시된 바와 같이, 교대(70)와 거더(30) 사이에 우각부(32)가 형성되는 라멘 교량(20)일 수도 있다. 그리고, 구조물은 도24a 및 도24b에 도시된 바와 같은 일반적인 아치형 구조물(10") 또는 박스 구조물(10)일 수도 있다.

상기 보강 부재(110)는, 콘크리트 구조물(10)의 제1벽면(S1)에 밀착 설치되는 제1보강부재(111)와, 제2벽면(S2)에 밀착 설치되는 제2보강부재(112)와, 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)의 사이를 연결하는 헌치면(S3)에 밀착 설치되는 경사 부재(113)를 포함하여 구성되며, 높은 단면 저항 능력을 구현하도록 강재 등의 금속 재질로 형성된다.

여기서, 보강 부재(110)가 밀착 설치되는 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)은 대략 90도를 이루는 우각부(A2)일 수도 있고(도8), 이들(S1, S2)의 사이가 예각 또는 둔각을 이루는 벽면일 수도 있으며, 이들(S1, S2)이 아치형 벽면을 이룰 수도 있다. 이하에서는, 도4에 도시된 바와 같이, 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)이 적용성이 높은 우각부(A2)인 구성을 주된 실시 형태로 설명하기로 한다.

제1보강부재(111)와 경사 부재(113)는 제1힌지구조체(H1)에 의하여 피봇 회전 가능하게 연결되며, 제2보강부재(112)와 경사부재(113)는 제2힌지구조체(H2)에 의하여 피봇 회전 가능하게 연결된다. 이에 따라, 콘크리트 박스 구조물(10) 등의 시공 시에 거푸집을 정확하게 설치하지 못하여 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2) 및 헌치면(S3)이 이루는 각도가 설계도에 표시된 값과 차이가 있더라도, 제1보강부재(111)와 경사부재(113) 및 제3보강부재(113)가 힌지 구조체(H1, H2; H)에 의해 회전이 허용된 상태에서 회전하여 우각부(A2)의 내벽면(Si)에 밀착 설치될 수 있다.

여기서, 경사 부재(113)는 그 길이(113L)가 신축되게 조절 가능하게 형성될 수 있다. 즉, 도7에 도시된 바와 같이, 경사 부재(113)는, 제1경사부재(113a)와, 제1경사부재(113a)에 대하여 슬라이딩 이동하는 제2경사부재(113b)와, 제1경사부재(113a)와 제2경사부재(113b)의 위치를 고정하는 고정핀(113x)을 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같이, 제1경사부재(113a)와 제2경사부재(113b)가 서로에 대하여 113z 로 표시된 길이만큼 상호간의 슬라이딩 이동(113d)하여 제1경사부재(113a)와 제2경사부재(113b)의 양끝단 길이(113L)가 조절되게 구성되고, 이들(113a, 113b) 중 어느 하나에는 장공(113y)이 관통 형성되고 다른 하나에는 고정 핀(113x)의 단면보다 조금 큰 단공(미도시)이 관통 형성되어, 장공(113y)과 단공(미도시)을 함께 고정핀(113x)이 관통하여 고정함으로써, 경사 부재(113)의 길이(113L)가 조절 가능해진다.

여기서, 고정 핀(113x)은 제1경사부재(113a)와 제2경사부재(113b)의 관통공을 함께 관통하는 볼트, 리벳, 막대 등 다양한 수단이 적용될 수 있다. 그리고, 제1경사부재(113a)와 제2경사부재(113b)의 위치를 고정하기 위하여, 이들을 고정시키는 클립이나, 현장 용접 등 다양한 고정 수단이 적용될 수 있다.

이와 같이, 콘크리트 구조물(10)의 헌치면(S3)에 밀착하는 경사 부재(113)는 길이(113L)가 조절됨에 따라, 우각부(A2)의 헌치면(S3)의 길이에 맞게 보강 부재(110)의 경사 부재(113)를 조절하고, 경사 부재(113)의 양단의 힌지구조체(H)로 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)의 회전각을 조절하는 것에 의하여, 보강 부재(110)를 내벽면(Si)에 완전히 밀착시키는 것이 가능해진다. 이와 같이, 보강 부재(110)가 우각부의 내벽면(Si)에 완전히 밀착되면, 고정용 앵커 볼트(88) 등으로 보강 부재(110)를 우각부의 내벽면(Si)에 고정시킨다.

한편, 보강 부재(110)의 힌지구조체(H)는 각각 연결하는 부재(111, 113; 112, 113)의 회전 변위를 허용하게 하면서도, 이들 부재(111, 112, 113)가 내벽면( Si 의 표면에 밀착하도록 회전 변위가 허용된 이후에는, 힌지구조체(H)의 회전이 구속되어 비회전 상태로 록킹된다.

이와 같은 구성은 다양하게 구성될 수 있는데, 예를 들어, 힌지구조체(H1, H2; H)는 끝단부에 수나사산이 있는 원형 단면의 핀 형태로 형성되고, 원형 단면의 핀의 끝단에 고정 너트(91a, 92a)를 세게 조여 회전 변위를 구속할 수도 있고, 이에 더하여, 고정 너트(91a, 92a)에 관통공이 마련되어, 현장에서 경사 부재(113)에 관통공(도면에서는 경사 부재(113)에 일체로 형성된 돌출 부재(118)에 관통공)을 천공하여, 고정 핀을 끼우는 것 등에 의해 구현할 수 있다.

보다 바람직하게는, 도11 내지 도14b에 도시된 힌지 구조체(900, 900', 901)를 이용하여 보강 부재(110)의 힌지를 구성할 수 있으며, 돌출 부재가 2겹씩으로 형성되는 경우에는 도15 내지 도17b에 도시된 힌지 구조체(900")를 이용하여 보강 부재(110)의 힌지를 구성할 수 있다. 힌지 구조체(900, 900', 901, 900")에 대해서는 후술하기로 한다.

이와 같이, 보강 부재(110)는 힌지구조체(H)에 의하여 회전 변위가 허용되지만, 우각부의 내벽면(Si)에 밀착된 상태에서는 회전 변위를 구속하여 비회전 상태로 록킹(locking)시키는 것에 의하여, 보강 부재(110)는 제1보강부재(111)와 경사부재(113)와 제2경사부재(112)가 처음부터 하나의 단일 몸체로 형성된 것처럼 작용할 수 있게 되어, 우각부의 내벽면(Si)에서의 비틀림 변형에 관한 저항을 위한 단면 보강 효과를 보다 크게 얻을 수 있게 된다.

여기서, 보강 부재(110)는 그 두께(t1)가 10mm 이상으로 충분히 두껍게 형성되며, 150mm 정도로 블록 형태로 형성될 수도 있다. 이를 통해, 보강 부재(110)는 우각부의 내벽면(Si)의 단면을 보강하는 효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이, 연결 부재(120)를 탄성 변형된 상태로 설치하는 경우에는, 연결 부재(120)에 의한 가압력을 콘크리트 우각부에 전달하는 하중을 골고루 분산시켜, 우각부 내벽면에 응력이 집중되지 않고, 우각부의 외측 단면(Eo)에 보상력(R)이 크게 작용하도록 유도할 수 있다. 연결 부재(120)는 높은 휨 강성을 구현하기 위하여 강재 등의 금속 재질로 형성될 수 있으며, 탄성 변형된 상태로 설치되는 경우에는 높은 탄성 복원력을 발휘할 수 있는 스프링 강 등으로 형성될 수도 있다.

즉, 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)이 서로 평행하지 않은 경우에, 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)에 고정된 제1보강부재(111)와 제2보강부재(112)에 충분한 휨 강성을 갖는 연결 부재(120)의 양단부를 고정시키도록 구성되어, 제1벽면과 제2벽면의 사이 영역에서 비틀림 변형을 연결 부재(120)의 휨 강성으로 구속하여 제한할 수 있고, 이에 따라 우각부 외측에 인장응력이 크게 작용하는 것을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)의 내벽면(110s)은 매끄러운 평탄면으로 형성되고, 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)의 내벽면(110s)에는 연결 부재(120)의 탄성 변형 시에 그 끝단을 안내하는 제1돌출 부재(116)와 제2돌출 부재(117)가 2열로 연속 형태로 각각 돌출 형성된다. 여기서, 제1돌출 부재(116)와 제2돌출 부재(117)는 연결 부재(120)가 구비되지 않는 경우에도 충분한 두께를 갖는 2열의 연속 형태로 각각 돌출 형성되어, 보강 부재(111, 112)의 단면 보강 효과 등을 높이는 구조 부재의 역할을 할 수도 있다. 이하, 제1돌출 부재(116)와 제2돌출 부재(117)를 통칭하여 '돌출 부재(116, 117)'라고 칭하기로 한다.

이에 따라, 연결 부재(120)가 탄성 변형되면서 연결 부재(120)의 양단부가 슬라이딩 이동하는 경로는 2열의 돌출 부재(116, 117)의 사잇 공간의 범위로 제한된다. 따라서, 연결 부재(120)의 양단부가 슬라이딩 이동하는 경로가 보강 부재(110)에 돌출된 돌출 부재(116, 117)에 의해 제한되어 안내되고, 이에 따라 연결 부재(120)의 휨 변형 방향이 작업자의 숙련도에 무관하게 일정해짐에 따라, 연결 부재(120)의 탄성 변형되는 변형량 및 변형 방향이 틀어짐없이 항상 일정해져, 우각부(A2)에 작용하는 외부 면압(Fs)을 상쇄시키는 보상력(R)을 신뢰성있게 도입할 수 있게 된다.

즉, 연결 부재가 탄성 변형이 되는 동안에, 연결 부재의 양단부가 탄성 변형되는 경로가 돌출 부재(116, 117)에 의해 예정된 형태로 일정해짐으로써, 연결 부재가 탄성 변형이 되면서 틀어지는 변형을 억제하여, 설계치에서 예상한 탄성 복원력이 정확하게 보강 부재에 도입하는 이점을 얻을 수 있다.

그리고, 돌출 부재(116, 117)는 도면에 도시된 바와 같이, 10mm 이상 150mm 이하의 충분히 큰 두께(t2)로 돌출 형성된다. 이와 함께, 연결 부재(120)의 단부와 접촉하지 않는 경사 부재(113)에도 돌출 부재(118)가 돌출 형성된다. 이에 따라, 보강 부재(110)를 이루는 각 부재들(111, 112, 113)에 충분한 두께로 일체로 돌출 형성된 돌출 부재(116, 117, 118)가 돌출 형성됨에 따라, 보강 부재(110)와 함께 우각부 콘크리트의 단면을 보강하며 전단 저항도 크게 향상시킬 수 있다.

이 때, 상기 돌출 부재는 10mm 내지 150mm의 충분히 두꺼운 두께로 형성되어, 연결 부재로부터의 작용하는 탄성 복원력을 분산시키고 연결 부재의 탄성 변형을 보다 확실하게 안내할 뿐만 아니라, 우각부 주변에 작용하는 전단력에 저항하는 구조 부조의 역할을 함으로써, 보강 부재를 설치하는 한번의 시공으로 단면 보강 효과 및 전단 보강 효과를 함께 얻을 수 있다.

한편, 보강 부재(110)의 각 부재(111, 112, 113)를 피봇 회전 가능하게 연결하는 힌지구조체(H)는, 우각부의 내벽면(S1, S2, S3)에 밀착되는 보강 부재(111, 112, 113)에 형성될 수도 있으며, 도면에 도시된 바와 같이, 보강 부재(110)에 일체로 구비되는 돌출 부재(116, 117, 118)에 형성될 수도 있다.

이 때, 힌지구조체(H)에 의해 연결되는 부재(111, 113; 113, 112) 사이의 각도(ang)를 작업자가 읽을 수 있도록, 도6b에 도시된 바와 같이, 힌지구조체(H)에는 눈금(99)이 표시될 수 있다. 도면에 도시되지 않았지만, 이웃한 2개의 피봇 회전하는 부재(111, 113; 113, 112) 사이의 각도(ang)를 눈금, 디지탈 표시기 등으로 표시될 수도 있다.

이에 의하여, 힌지부를 회전이 구속되는 록킹 상태로 조작하기에 앞서, 보강부재를 설치하고자 하는 제1벽면과 제2벽면 사이의 각도를 작업자가 읽고, 이를 기초로 콘크리트 구조물의 벽면(우각부를 포함함)에 인가하고자 하는 보상력을 인가하는 기초 자료로 활용하거나, 보강 구조체(100,...)를 설치하면서 구조물의 깊이에 따른 각 내벽면의 각도를 모니터링하는 자료로 활용할 수도 있다.

상기 연결 부재(120)는, 도5 내지 도6c에 도시된 바와 같이, 충분히 높은 휨 강성을 갖는 단면으로 형성되어, 양 끝단부가 보강 부재(110)에 고정되어, 제1보강부재(111)와 제2보강부재(112)를 연결 지지한다. 즉, 연결 부재(120)는 구조 부재로서의 역할을 한다.

상기 연결 부재(120)는 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 우각부를 향하여 곡선 형태로 볼록한 형상이거나 우각부에 대하여 직선 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 연결 부재는 원호 형태로 형성될 수도 있고, 'ㄷ'자 형태와 같이 꼭지점을 형성하는 직선 형태로 형성될 수 있으며, 원호 형태와 'ㄷ'자 형태가 함께 조합된 형태로 형성될 수도 있다.

상기 연결 부재는 제1벽면과 제2벽면이 예각이나 직각을 이루는 우각부에 설치되는 것이 효과적이지만, 콘크리트 구조물의 내벽면이 둔각을 이루는 경우에도 효과적으로 적용될 수 있다.

여기서, 연결 부재(120)의 양끝단부에는 다수의 관통공이 형성되어, 보강 부재(110)의 돌출 부재(116, 117)에 형성된 관통공을 가로질러 고정 볼트(111a)로 구속킴으로써, 연결 부재(120)는 우각부의 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)에 밀착 고정된 제1보강부재(111)와 제2보강부재(112)의 사이 간격을 일정하게 유지하여, 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)에 작용하는 외력에 의한 우각부의 비틀림 변형을 제한하는 역할을 할 수도 있다.

연결 부재(120)는 제1보강부재(111)와 제2보강부재(112)를 연결 지지할 수도 있지만, 도면에 도시된 바와 같이, 중앙부가 우각부(A2)에 보다 근접하는 방향으로 힘(120F)을 가하여 탄성 변형시키고, 유지 부재(130)에 의하여 연결 부재(120)의 탄성 변형 상태를 유지시키는 것에 의하여, 연결 부재(120)의 양단부에서 콘크리트 내벽면(S1, S2)을 향하는 가압력(Rx, Ry)를 보강 부재(110)를 통해 도입할 수 있다.

이 때, 연결 부재(120)의 양단부에는 보강 부재(110)의 내벽면(110s)과 접촉하는 접촉 돌기(120x)가 돌출 형성될 수 있다. 이에 따라, 연결 부재의 중앙부가 우각부(A2)를 향하여 보다 근접하도록 탄성 변형시키면, 연결 부재(120)의 탄성 변형량에 따라, 연결 부재(120)의 양단이 보강 부재(110)의 내벽면(110s)과 들뜨므로, 연결 부재(120)의 탄성 복원력에 의한 가압력(Rx, Ry)의 인가 지점이 보다 우각부에 근접한 위치로 치우쳐 위치하고, 연결 부재(120)의 양단에서 작용하는 탄성 복원력에 비하여 보다 작은 탄성 복원력이 작용하게 되므로 비효율적일 수 있다.

그러나, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 도6a에 도시된 바와 같이, 연결 부재(120)의 양단에 접촉 돌기(120x)가 돌출 형성되어, 연결 부재(120)의 탄성 변형량의 크기에 무관하게 항상 접촉 돌기(120x)가 보강 부재(110)의 내벽면(110s)과 접촉하므로, 연결 부재(120)에 의한 가압력(Rx, Ry)을 항상 단부에 위치한 접촉 돌기(120x)를 통해 보강 부재(110)에 전달하여, 동일한 탄성 변형 량에 대하여 보다 큰 가압력(Rx, Ry)을 보강 부재(110)에 인가하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 연결 부재(120)의 탄성 변형에 따른 탄성 복원력을 직접 우각부의 콘크리트 내벽면(S1, S2)에 도입하지 아니하고, 충분한 두께를 갖는 보강 부재(110)를 거쳐 콘크리트 내벽면(S1, S2)에 도입함에 따라, 연결 부재(120)에 의하여 가압하는 가압력(Rx, Ry)이 콘크리트 내벽면(S1, S2)의 표면에 국부적으로 집중되지 아니하고, 보강 부재(110)에 의하여 골고루 분산된 하중이 콘크리트 내벽면(S1, S2)에 작용함에 따라, 우각부 외측 단면(Eo)에 큰 보상력(R)으로 작용하게 하는 이점을 얻을 수 있다.

이와 같이, 연결 부재(120)의 양단부가 우각부(A2)를 내측에서 바깥으로 보상력(R)이 상시 작용하므로, 공용 중에 토압 등에 의하여 구조물(10)에 전달되는 진동 및 토압 등의 하중(Fs)에 의하여 우각부(A2)의 외측 단면(Eo)에 작용하는 인장 응력을 상쇄시킬 수 있게 된다.

특히, 구조물(10)의 중공부(10a) 내부에서 설치하는 방식으로 제어가 간편하면서도 정확한 보상력(R)을 우각부(A2) 외측 단면(Eo)에 도입할 수 있을 뿐만 아니라, 연결 부재(120)의 탄성 변형량에 따라 우각부(A2)에 도입하는 보상력이 조절되므로, 구조물(10)의 하중 조건에 따라 보상력(R)을 자유자재로 변동시킬 수 있는 잇점도 얻어진다.

도면에 도시되지 않았지만, 연결 부재(120)가 정해진 양만큼 탄성 변형된 상태에서 연결 부재(120)와 우각부(A2) 사이의 사잇 공간(Xe)을 채움 콘크리트로 채워, 채움 콘크리트에 의해 연결 부재(120)와 콘크리트 구조물(10)의 우각부(A2)가 일체화되게 구성될 수도 있다. 이와 같이, 채움 콘크리트에 의해 연결 부재(120)의 탄성 변형 상태를 영구적으로 고정시킴으로써, 보강 설치 이후에 진동 등이 발생되어 유지 부재(130)의 구속 상태가 풀리는 등의 문제가 야기되더라도, 연결 부재(120)의 탄성 복원력에 의해 우각부를 보강하는 보상력을 장기간동안 확실하게 유지할 수 있다.

한편, 우각부의 보강 시공 현장에서 필요로 하는 보강 능력은 현장마다 차이가 있는데, 현장마다 보강 부재(110) 및 연결 부재(120) 등을 제각각 제작하여 시공하는 것은 비효율적이다. 따라서, 하나 또는 소수의 형태 및 크기로 보강 부재(110)를 제작하고, 하나 또는 2~3개의 보강 부재(110)에 다양한 단면을 갖는 형태의 연결 부재(120)를 설치할 수 있게 모듈 형태로 구성함으로써, 보강 부재(110) 및 연결 부재(120)의 조합에 의하여 다양한 보강 능력을 만족시킬 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 보강 구조가 적용되는 콘크리트 구조물을 보강하고자 하는 보강 능력이 서로 다른 경우에도, 정해진 치수의 보강 부재에 다양한 단면의 연결 부재를 함께 병행 설치하는 모듈화에 의하여, 각 부재를 표준화하여 생산 및 시공이 가능해지는 이점을 얻을 수 있다.

상기 유지 부재(130)는 일부가 구조물(10)의 우각부(A2)에 박힌 상태로 설치되며, 외주면에 수나사산이 형성되어 걸림 너트(132)가 유지 부재(130)의 길이 방향을 따라 나사 체결 형태로 이동할 수 있게 형성된다.

유지 부재(130)는 구조물(10)의 우각부(A2)에 앵커 볼트 형태로 박힌 상태로 고정 설치될 수도 있지만, 도5에 도시된 바와 같이, 구조물 우각부(A2)의 헌치면(S3)에 밀착 고정 설치되는 경사 부재(113)의 암나사공에 고정 설치될 수도 있다.

도면에 예시된 바와 같이, 유지 부재(130)는 하나의 나사봉(131)만으로 형성될 수도 있지만, 연결 부재(120)의 단면이 충분히 큰 경우에는 2개 이상의 나사봉으로 형성될 수도 있다. 그리고, 경사부재(113)의 암나사공에 체결 고정되는 유지 부재(130)의 일단의 반대편에 체결 고정되는 걸림 너트(132)는 나사봉(131)과 일체로 형성된 볼트 머리부일 수도 있다. 도면에는 하나의 수나사봉마다 걸림 너트(132)가 하나인 것으로 도시되어 있지만, 2개 이상의 이중 너트 구조로 걸림 너트(132)가 설치되어 연결 부재(120)의 탄성 복원력에 의하여 걸림 너트(132)가 제자리로부터 풀리는 것을 방지할 수도 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 보강 구조(100)는 보강 부재(110)와, 연결 부재(120)와 유지 부재(130)를 포함하여 구성되지만, 본 발명에 따른 보강 구조는 이들 부재(110, 120, 130)의 일부만으로 구성될 수도 있다.

즉, 도6b에 도시된 바와 같이, 연결 부재(120)는 탄성 변형되지 않고, 양단부가 고정 볼트(111a, 112a)에 의하여 구속되게 고정된 상태로만 설치되어, 우각부의 보강 구조(101)를 구성할 수 있다. 이 때, 연결 부재(120)는 보강 부재(110)의 단면에 비하여 더 큰 휨 강성을 갖는 것이 바람직하다. 이를 통해, 연결 부재(120)의 휨 강성에 의하여 우각부의 찌그러지는 비틀림 변형을 억제할 수 있다.

한편, 도6a의 연결 부재(120)의 중앙부가 우각부를 향하여 볼록하게 휨 변형시키고, 이에 따라 연결 부재(120)의 탄성 복원력에 의하여 연결 부재(120)의 양단부가 제1보강부재(111)의 내벽면과 제2보강부재(112)의 내벽면을 가압한 상태가 되면, 제1보강부재(111)와 제2보강부재(112)는 우각부의 내벽면을 가압하면서 약간의 휨 변형이 발생된다. 이 때, 보강 부재(110)의 힌지구조체(H1, H2)를 비회전 상태로 구속(LOCK, Hx)하면 보강 부재(110)는 처음부터 하나의 몸체인 것과 동일한 상태가 되고, 연결 부재(120)의 탄성 복원력은 보강 부재(110)를 내벽면을 향하여 밀어내어 보강 부재(110)의 탄성 변형이 발생된 상태로 구속된다. 그리고 나서, 도6c에 도시된 바와 같이, 연결 부재(120)를 제거하면, 연결 부재(120)로부터 전달받은 탄성 복원력의 일부가 보강 부재(110)의 탄성 복원력으로 남아 우각부의 내벽면을 가압하여 보상력(R)으로 작용하므로, 보강 부재(110)만으로 우각부의 보강 구조(102)를 구성할 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 보강 구조(100')는, 도8에 도시된 바와 같이, 콘크리트 구조물(10')의 우각부의 단면에는 헌치면(S3)이 형성되지 않고 구성될 수 있다.

상기 보강 부재(110')는, 헌치면(S3)과 접촉하는 경사 부재(113)를 제외하고, 제1보강부재(111')와 제2보강부재(112')가 힌지구조체(H)로 연결되어 피봇 회전 가능하게 구성될 수 있다. 이에 따라, 우각부의 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)이 이루는 각도가 90도가 아니라 75도 또는 105도로 큰 편차를 갖고 시공된 경우라도, 제1보강부재(111')와 제2보강부재(112')는 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)에 밀착 고정될 수 있다.

전술한 실시예와 마찬가지로, 힌지구조체(H)는 비회전 상태로 구속 가능하게 형성되어, 제1보강부재(111')와 제2보강부재(112')의 고정 설치 이후에 힌지구조체(H)에서의 회전 변위를 구속하여, 보강 부재(110')가 하나의 몸체로 저항하여 단면을 보강하고 우각부의 비틀림 변위에 저항하는 역할을 하게 된다.

도6b에 도시된 실시 형태와 유사하게, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 연결 부재(120)을 제1보강부재와 제2보강부재에 연결하고 탄성 변형시키지 않는 상태로 설치될 수도 있다.

그리고, 도6c에 도시된 실시 형태와 유사하게, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도8의 연결 부재(120)의 중앙부가 우각부에 근접하게 볼록한 휨 변형을 시켜 보강 부재(111, 112)를 통해 우각부의 내벽면에 가압력(Rx, Ry)을 가한 상태에서, 보강 부재(111, 112)의 힌지구조체(H)를 비회전 록킹 상태로 고정시키고, 연결 부재(120)를 제거하는 형태로 설치될 수도 있다. 경우에 따라서는, 보강 부재(111, 112)를 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)에 밀착시킨 상태에서, 힌지 구조체(H)를 비회전 상태로 록킹시키는 것에 의해, 처음부터 하나의 단일 몸체였던 것처럼 일체화된 보강 부재(111, 112)에 의하여 우각부의 비틀림 변형을 억제하게 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도10에 도시된 바와 같이, 보강 구조체(200)는, 연결 부재(220)의 형상이 중앙부가 우각부를 향하여 볼록한 곡면으로 형성되지 않을 수 있다.

즉, 연결 부재(220)가 대각선 방향(제1벽면과 제2벽면을 연결하는 방향)으로 직선 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 형상에도, 연결 부재(220)에 힘(220F)을 가하여 탄성 복원력에 의한 가압력을 보강 부재(210)를 통해 우각부로 도입할 수 있다.

이 때, 연결 부재(220)의 일단부(220e1)는 제1보강부재(211)의 내벽면과 면접촉하도록 절곡 형성되고, 연결 부재(220)의 타단부(220e2)도 제2보강부재(212)의 내벽면과 면접촉하도록 절곡 형성되어, 우각부의 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)의 비틀림 변형에 대하여 보다 높은 저항 능력을 구현할 수 있다.

여기서, 우각부의 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)가 설계치인 수직으로 형성되지 아니하고 편차가 있는 경우에는, 연결 부재(220)의 절곡된 단부와 제1보강부재(211)와 제2보강부재(212)의 내벽면 사이에 쉼 플레이트(shim plate)를 적정량 끼워넣어 고정시켜, 연결 부재(220)의 단부(220e1, 220e2)와 보강 부재(210)의 내벽면이 면접촉하게 조절할 수 있다.

한편, 우각부의 헌치면(S3)에서 작용하는 하중에 보다 효과적으로 견딜 수 있도록, 제1보강부재(211)와 제2보강부재(212)에 피봇 연결된 경사 부재(213)는 박스 단면으로 형성되어 보다 높은 단면 강성을 확보할 수도 있다. 이 때, 헌치면(S3)과 맞닿는 접촉 표면(213s1)과 대향하는 노출 표면(213s2)에 암나사공(213a)이 형성되어, 유지 부재(230)의 나사봉(231)의 조절 길이를 보다 길게 확보할 수 있다.

이하, 보강 구조체(100,...)에 적용 가능한 일례의 힌지 구조체를 상술한다.

도11 및 도12에 도시된 바와 같이, 힌지 구조체(900)는, 제1보강부재(111)와 제2보강부재(112) 및 경사 부재(113)에 일체 형성된 돌출 부재(116, 117, 118)를 피봇 회전 가능한 상태에서 비회전 상태로 구속하도록 구성될 수 있다.

편의상, 힌지 구조체는 다양한 부재를 피봇 회전 가능하게 연결하므로, 도면에 예시된 제2보강부재(112)의 제2돌출 부재(117)를 '제1부재(117)'라고 칭하고, 경사 부재(113)의 제1돌출 부재(118)를 '제2부재(118)'라고 칭하여 설명하기로 한다.

상기 힌지 구조체(900)는, 피봇 회전축을 중심으로 피봇 회전하는 제1부재(117)와 제2부재(118)의 회전을 비회전 상태로 구속하여 고정하기 위하여, 제1부재(118)의 끝단에 일체 형성되는 제1걸림체(910)와, 제1걸림체(910)와 마주보고 제2부재(118)에 일체 형성된 제2걸림체(920)와, 제2걸림체(920)와 마주보는 형태로 제2걸림체(920)와 맞물린 상태로 설치되는 걸림 너트(930)와, 제1걸림체(910)와 걸림 너트(930)가 서로 멀어지는 방향으로 탄성 복원력이 작용하는 스프링(950)과, 제1걸림체(910)의 중앙 관통공(910a)과 걸림 너트(930)의 중앙 관통공을 관통하여 이들(910, 920, 930)의 요철이 서로 맞물린 상태로 조립하는 고정체(92, 92a; 91, 91a)로 구성되어, 도3 내지 도11의 힌지(H)에 적용될 수 있다.

여기서, 제1걸림체(910)에는 피봇 회전축의 축선 방향으로 다수의 제1-1요철(911)이 삼각형 단면으로 돌출 형성되고, 제2걸림체(920)의 판면을 대향한 상태로 피봇 회전 방향을 따라 원형으로 배열된다. 그리고, 제2걸림체(920)에도 피봇 회전축의 축선 방향으로 다수의 제1-2요철(921)이 삼각형 단면으로 돌출 형성되고, 제1걸림체(910)의 판면을 대향한 상태로 피봇 회전 방향을 따라 원형으로 배열된다. 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 제1-1요철(911)과 제1-2요철(921)은 피봇 회전 방향을 따라 일부 원호의 각도만큼 곡선으로 배열될 수도 있다.

이 때, 제1-1요철(911)과 제1-2요철(921)은 정삼각형 형태의 돌기로 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 도면에 도시된 바와 같이, 일측 경사면(911a,..)이 타측 경사면(911b,...)에 비하여 차이가 큰 삼각 단면인 톱니 형태의 단면으로 돌출 형성된다. 이를 통해, 경사가 급한 경사면(911a,...)의 간섭으로 인하여 일방으로의 피봇 회전을 확실하게 억제할 수 있다.

이와 동시에, 제1걸림체(910)에는 제1-1요철(911)이 형성된 표면의 내측에 다수의 제2-1요철(912)이 삼각형 단면으로 돌출 형성된다. 마찬가지로, 제2-1요철(912)은 일측 경사면(912a,..)이 타측 경사면(912b,...)에 비하여 차이가 큰 삼각 단면인 톱니 형태의 단면으로 돌출 형성될 수 있으며, 제2-1요철(912)의 톱니 단면의 방향은 제1-1요철(911)의 톱니 단면의 방향과 반대 방향으로 형성된다. 즉, 도12에 도시된 바와 같이, 제1-1요철(911)은 경사도가 거의 수직인 급한 경사면(911a)이 반시계 방향을 향하고, 제2-1요철(912)은 경사도가 거의 수직인 급한 경사면(912a)이 시계 방향을 향하도록 배치된다.

그리고, 제2걸림체(920)에는 상기 제1-2요철(921)이 형성된 판면의 반대측 판면에 제3-2요철(923)이 삼각형 단면으로 돌출 형성된다. 마찬가지로, 제3-2요철(923)은 톱니 형태의 단면으로 형성될 수 있으며, 제1-2요철(921)과 동일한 방향을 향하도록 배치된다.

여기서, 제1걸림체(910) 및 제2걸림체(920)는 미리 기계 가공된 상태에서, 제1부재(118) 및 제2부재(117)에 용접 등의 접합 방식으로 일체 결합될 수 있다.

그리고, 걸림 너트(930)에는 제2걸림체(920)의 제3-2요철(923)과 맞물리는 제3-1요철(933)이 톱니 형태의 단면으로 형성되고, 그 내측에 제1걸림체(910)의 제2-1요철(912)와 맞물리는 제2-2요철(932)이 톱니 형태의 단면이 형성된다. 제2-2요철(932)은 제2걸림체(920)의 중앙 관통공(920a)를 통과하여 제1걸림체(910)의 제2-1요철(912)과 맞물리도록, 제3-1요철(933)에 비하여 돌출된 표면에 형성된다.

상기 스프링(950)은 제1걸림체(910)와 걸림 너트(930)의 사이에 압축된 상태로 설치되어, 제1걸림체(910)와 걸림 너트(930)의 사이를 벌리는 탄성 복원력(Fk)이 작용하게 설치된다. 스프링(950)은 판 스프링 등 다양한 형태의 스프링이 적용될 수 있으며, 고정체(92)를 이루는 볼트를 감싸는 형태의 코일 스프링이 적용되는 것이 바람직하다.

여기서, 스프링(950)이 안착되는 위치는 제1걸림체(910)의 제2-1요철(912)의 내측 중앙부 영역(910v)과, 걸림 너트(930)의 제2-2요철(932)의 내측 중앙부 영역(도14a의 930v)에 지지되어, 스프링(950)에 의해 각각의 요철(911, 912, 921, 923, 932, 933)이 간섭되지 않는다.

이에 따라, 스프링(950)의 탄성 복원력(Fk)에 의해 제1걸림체(910)와 걸림 너트(930)는 서로 멀어지려는 힘이 작용하므로, 걸림체 볼트(92)에 고정 너트(92a)가 견고하게 조여진 상태에서는 요철 간의 맞물림이 유지되지만, 걸림체 볼트(92)의 고정 너트(92a)를 조금씩 풀어주면 요철 간의 맞물림이 해제되어, 작업자가 현장에서 제1부재(117)와 제2부재(118) 사이의 각도를 조절할 수 있는 상태가 된다.

특히, 제1부재(117)와 제2부재(118)는 구조물의 단면 보강을 위하여 강성이 높은 강재로 형성되므로, 작업자가 별도의 장비를 사용하지 않고 조작하는 데에는 중량이 부담스러울 수 있다. 그러나, 고정체 볼트(92)와 고정 너트(92a)의 조임 정도를 작업자가 현장에서 조절하는 것에 의해, 스프링(950)에 의하여 걸림체(910, 920)와 걸림 너트(930)의 요철(911, 912, 921, 923, 932, 933)의 맞물림 상태를 간단히 조절할 수 있으므로, 구조물 보강 현장에서 제1부재(117)와 제2부재(118)의 각도를 미세하게 조절하거나, 이미 설치된 보강 현장에서 제1부재(117)와 제2부재(118)의 각도를 추가로 조절하는 유지 보수 공정이 보다 용이하고 수월해지는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도면에는 스프링(950)이 제1고정체(910)와 걸림 너트(930)에 양단이 지지된 상태로 설치되는 구성이 개시되어 있지만(이를 위해서는 제2고정체(920)의 제2관통공(920c)이 스프링(950)이 통과하는 단면 크기로 형성되어야 함), 스프링(950)은 제1고정체(910)와 제2고정체(920)의 사이와 제2고정체(920)와 걸림 너트(930)의 사이에 각각 형성될 수도 있다. 이 경우에도, 스프링(950)은 고정체 볼트(92)를 감싸는 2개의 코일 스프링으로 형성될 수 있다.

즉, 스프링은, 도면에 도시되지 않았지만, 걸림 너트(930)의 제3-1요철(933)의 내측에 위치한 중앙부 영역과 제2걸림체(920)의 제3-2요철(923)의 내측에 위치한 중앙부 영역의 사이에 설치되고, 제2걸림체(920)의 제1-2요철(912)의 내측에 위치한 중앙부 영역과 제1걸림체(910)의 제1-1요철(911)의 내측에 위치한 중앙부 영역의 사이에 각각 위치하여, 압축 상태로 설치된다. 도면에는 제2걸림체(920) 중앙부의 제2관통공(920c)이 크게 형성되지만, 스프링을 제1걸림체(910)와 걸림 너트(930)에 각각 지지하기 위해서는, 제2걸림체(920)에는 요철이 형성되지 않은 영역이 리브 형태로 내향 형성되어 스프링의 단부를 지지한다.

이를 통해, 고정체 볼트(92)와 고정 너트(92a)의 사이의 조임 정도를 조절하는 것에 의하여, 제1고정체(910)와 제2고정체(920)의 사이 간격과 제2고정체(920)와 걸림 너트(930)의 사이 간격이 동시에 벌어지면서, 제1부재(117)와 제2부재(118)를 회전시키기 위한 요철(911, 912, 921, 923, 932, 933)의 맞물림 상태를 보다 정확하게 해제시키거나 맞물림 상태로 조절할 수 있다.

상기 고정체(92, 92a)는 제1걸림체(910)의 중앙 관통공(910a)과, 고정 너트(930)의 중앙 관통공(930a)를 관통하여 설치되고, 고정 너트(930)의 제3-1요철(933)이 형성된 원기둥부(930b)는 제2걸림체(320)의 중앙 관통공(920a)을 관통하는 고정체 볼트(92)와, 이에 체결되는 고정 너트(92a)로 구성된다. 즉, 고정체 볼트(92)는 제1부재(118)와 제2부재(117)의 피봇 회전축을 형성하며, 요철들이 서로 맞물려 고정되기 이전에는 자유롭게 제1부재(118)와 제2부재(117)의 피봇 회전을 허용하고, 요철들(911, 912, 921, 923, 932, 933)이 서로 맞물린 상태에서는 제1부재(118)와 제2부재(117)의 피봇 회전 변위를 구속하여 비회전 상태로 되게 한다.

이를 위하여, 고정체(92, 92a)는, 도면에 도시된 바와 같이, 고정체 볼트(92)와 고정 너트(92a)로 체결 결합되는 형태로 형성될 수도 있고, 리벳이나 핀 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 고정체 볼트(92)와 고정 너트(92a)로 나사 체결 형태로 고정체가 형성되는 경우에는, 고정 너트(92a)를 풀어주고 조이는 것에 의하여, 제1걸림체(910)와 제2걸림체(920) 및 걸림 너트(930)의 요철 간의 맞물림 상태를 간단히 조절할 수 있으므로, 제1부재(117)와 제2부재(118)의 각도를 조절하는 것이 매우 용이해진다.

즉, 고정체(92)의 볼트에 고정 너트(92a)가 완전히 체결된 상태에서는, 제1걸림체(910)와 제2걸림체(920)와 걸림 너트(930)의 대향면이 서로 밀착하여, 제1걸림체(910)의 제1-1요철(911)은 제2걸림체(920)의 제1-2요철(912)에 맞물린 상태가 되고, 제1걸림체(910)의 제2-1요철(912)은 걸림 너트(930)의 제2-2요철(932)에 맞물린 상태가 되며, 제2걸림체(920)의 제3-2요철(923)는 걸림 너트(930)의 제3-1요철(933)과 맞물린 상태가 된다.

이에 따라, 제1-1요철(911)의 급한 경사면(911a)이 반시계 방향을 향하도록 배열되어 제2걸림체(920)가 제1걸림체(910)에 대하여 반시계 방향으로의 회전(90r2)하는 것이 억제되며, 제2-1요철(912)의 급한 경사면(912a)이 시계 방향을 향하도록 배열되어 걸림 너트(930)가 제1걸림체(910)에 대하여 시계 방향으로의 회전(90r1)하는 것이 억제된다. 따라서, 상기와 같이 맞물린 상태에서는 톱니 형태의 요철의 급한 경사면이 맞닿는 면의 방향에 의하여, 시계 방향(90r1)과 반시계 방향(90r2)으로의 회전이 모두 억제되므로, 제1부재(118)와 제2부재(117)의 피봇 회전은 완전히 억제된 상태가 된다. 이 때, 걸림 너트(930)의 제3-1요철(933)은 톱니 형태의 돌기가 제2-2요철(932)와 반대 방향으로 배치되어 제2걸림체(920)의 제3-2요철(923)과 맞물림으로써, 걸림 너트(930)도 시계 방향 및 반시계 방향으로 모두 구속된 록킹 상태가 된다.

그리고, 고정체(92)의 볼트에 고정 너트(92a)가 헐겁게 체결된 상태에서는, 스프링(950)의 탄성 복원력에 의하여 제1걸림체(910)와 제2걸림체(920) 및 걸림 너트(930)의 사이 간격이 벌어지면서, 이들의 요철 간의 맞물림 상태가 해제된다. 따라서, 제1부재(117)와 제2부재(118)가 피봇 회전축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 상태가 된다.

이렇듯, 상기와 같이 구성된 힌지 구조체(900)는 톱니 형태의 요철 배열 방향을 서로 다르게 하고, 이들을 서로 맞물리는 간섭 형태로 구성함으로써, 보강 부재(111, 112) 및 경사 부재(113)를 피봇 회전시켜 우각부에 고정 설치한 후에 비회전 상태로 완전히 구속함으로써, 구조 부재로서 우각부의 보강에 활용할 수 있게 된다. 또한, 도면에 도시되지 않았지만, 상기와 같이 구성된 힌지 구조체(900)는 우각부의 보강 용도 이외에 교량 등의 다양한 토목 건축 구조물에서, 피봇 회전을 허용하였다가 구속하는 용도로 널리 활용될 수 있다.

도면에는, 걸림체(910, 920)와 걸림 너트(930)를 조합한 구성이 예로 들었지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 제2걸림체(920)의 제3-2요철(923)을 없애고 걸림 너트(930)를 배제한 구성만으로, 약간의 회전 변위가 요철의 경사면을 통해 허용되는 용도에 활용될 수도 있다. 이 경우에는, 요철(911, 912,...)의 단면 형태가 톱니 모양이 아닌 경우에도 적용 가능하다.

앞에서는, 제1부재(117)와 제2부재(118) 간의 피봇 회전축에 힌지 구조체(900)가 적용된 예를 설명하였지만, 도11 및 도12에 도시된 바와 같이, 제2부재(118)와 제3부재(116) 간의 피봇 회전축에도 힌지 구조체(900)가 적용될 수 있다.

한편, 힌지 구조체(900)가 적용되는 구성은 도3 내지 도10의 돌출 부재(116, 117, 118)를 서로 연결하는 형태로 적용될 수도 있다. 즉, 힌지 구조체(900)는, 전술한 제1부재(117)로서 도3 내지 도10의 제2돌출 부재(117)이고, 전술한 제2부재(118)는 도3 내지 도10의 제2돌출 부재(118)이며, 마찬가지로 제3부재(116)는 도3 내지 도10의 제1돌출부재(116)로 적용될 수 있다.

한편, 도11 및 도12에 도시된 힌지 구조체(900)는, 제2부재(118)에 제1걸림체(910)가 형성되고, 걸림 너트(930)가 독자적인 형태로 형성된 것으로 도시되어 있지만, 도13에 도시된 힌지 구조체(900')에서와 같이, 걸림 너트(930)와 제1걸림체(910)는 서로 이격된 제2부재(118)에 고정되는 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 걸림 너트(930)는 독자적으로 분리된 형태로 형성되는 것에 국한되지 않는다. 이 때, 서로 이격된 제2부재(118)는 하나의 보강 부재 또는 경사 부재(113)에 일체 형성된 제3돌출부재(도3 내지 도10의 118)를 형성할 수 있다.

한편, 힌지 구조체(900)는 돌출 부재(116, 117, 118)에 적용되지 않더라도, 보강 부재(111, 112) 및 경사 부재(113)의 단면 형상을 적절히 조절하여 힌지 구조체(900)가 적용될 수도 있다.

도11 및 도12에서는 이해의 편의를 위하여 요철의 피치가 크게 형성된 구성을 예시하였지만, 도14a 및 도14b에 도시된 바와 같이, 힌지 구조체(901)는 걸림체(910', 920)의 요철을 형성하는 돌기는 보다 조밀한 폭(보다 작은 피치)으로 형성될 수 있다.

즉, 걸림체(910', 920)의 원주 방향으로의 1바퀴에 90개 내지 150개로 형성되어, 걸림체(910', 920) 간의 맞물림에 의한 조절 각도(도6c의 ang_ctrl)를 보다 세밀하게 정할 수 있다. 여기서, 제1걸림체(910') 및 걸림 너트(930)는 피봇 회전축으로부터 어느정도 이격된 거리로부터 반경 끝단까지는 요철(911, 912, 911', 912', 932, 933)이 형성되지만, 마찬가지로 피봇 회전축을 기준으로 하는 중앙부 영역(910v, 930v)에는 요철이 형성되지 않는다.

이는, 콘크리트 구조물(10, 10', 10")을 보강하기 위한 보강부재(돌출 부재 등 보강 부재에 일체로 형성된 부재를 모두 포함한다)에 형성된 걸림체(910, 920) 및 걸림 너트(930)에 요철을 형성함에 있어서, 보강 부재(111, 112, 113)들 간의 조절 각도(ang_ctrl)의 단위를 가능한 작게 형성하면서, 요철의 높이를 충분히 높게 하여 회전 변위를 구속하는 효과를 높이기 위함이다.

보다 구체적으로는, 제1걸림체(910) 및 걸림 너트(930)의 요철을 1바퀴(원주 길이)에 120개를 형성하여 요철 하나의 돌기가 엇갈릴때마다 3도씩 회전하는 경우에, 피봇 회전축을 중심으로 반경 방향으로 멀리 이격된 걸림체 또는 걸림 너트의 가장자리 위치에서는 삼각형, 사각 걸형 또는 톱니 형태 등의 단면 형태를 회전을 구속하기에 충분한 높이로 1바퀴에 120개의 요철을 형성하는 것이 문제되지 않지만, 회전 중심에 근접한 영역(910v, 930v)에서는 충분한 높이로 요철을 형성하는 가공이 곤란해진다. 따라서, 걸림체(910) 또는 걸림 너트(930)의 중앙부 영역에 요철이 형성되지 않는 영역(910v, 930v)을 구비하는 것에 의하여, 제1걸림체(910, 910')와 제2걸림체(920)가 맞물리는 요철의 단면 높이를 충분히 높게 형성하여 회전 변위를 충분한 구속력으로 제한하면서 요철의 가공을 보다 원활하게 할 수 있게 된다.

한편, 도14a 및 도14b에 도시된 힌지 구조체(901)는, 제2걸림체(920)의 제1-2요철(921)과 맞물리는 제1-1요철(911) 및 제1-1'요철(911')이 제1걸림체(910)의 양면(both sides)에 각각 형성된다는 점에서도, 도11 및 도12에 도시된 힌지 구조체와 그 구성의 차이가 있다. 여기서, 제1걸림체(910)의 일면에 형성된 제1-1요철(911)과 타면에 형성된 제1-1'요철(911')은 동일한 피치(p)로 다수의 돌기가 회전 방향에 따라 원주 방향으로 형성되며, 도14b에 도시된 바와 같이, 제1걸림체(910')의 일면에 형성된 제1-1요철(911)과 제1걸림체(910')의 타면에 형성된 제1-1'요철(911')과는 1/2의 피치(p/2)만큼 어긋나게 배열된다.

이에 따라, 제2걸림체(920)의 제1-2요철(921)과 맞물리는 제1걸림체(910')의 요철은 일면의 제1-1요철(911)일수도 있고 타면의 제1-1'요철(911')일 수도 있다. 즉, 제1걸림체(910')를 뒤집어 제2걸림체(920)와 결합하는 것에 의하여, 제1걸림체(910')의 제1-1요철(911) 또는 제1-1'요철(911') 중 어느 하나와 결합하며, 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)가 이루는 각도에 의해 제1걸림체(910')의 어느 요철(911, 911')과 결합되는지 여부를 결정할 수 있다.

다시 말하면, 제1걸림체(910')의 일면에 형성된 제1-1요철(911)이 제2걸림체(920)의 제1-2요철(921)과 맞물리는 것과, 제1걸림체(910')의 타면에 형성된 제1-1'요철(911')이 제2걸림체(920)의 제1-2요철(921)과 맞물리는 것의 편차를 요철의 1피치(one pitch)보다 작은 범위 내에서 변동할 수 있으므로, 제1걸림체(910')와 제2걸림체(920)의 맞물림 상태에서 조절할 수 있는 각도의 분해능(ang_ctrl)을 보다 정교하게 조절할 수 있다.

예를 들어, 도14b에 도시된 바와 같이, 제1걸림체(910')의 제1-1요철(911)이 1바퀴에 120개 형성되고, 제1걸림체(910')의 일면에 형성된 제1-1요철(911)과 제1걸림체(910')의 타면에 형성된 제1-1'요철(911')이 1/2피치(p/2)만큼 편차를 두고 형성된 경우에, 제1걸림체(910')의 일면에 형성된 제1-1요철(911)이 제2걸림체(920)의 제1-2요철(921)과 맞물리는 상태에서, 제1보강부재(111)와 경사 부재(113)가 이루는 각도는, 제1걸림체(910')의 타면에 형성된 제1-1'요철(911')이 제2걸림체(920)의 제1-2요철(921)과 맞물리는 상태에서 제1보강부재(111)와 경사 부재(113)가 이루는 각도에 비하여 1.5도만큼 차이를 갖는다. 따라서, 제1걸림체(910')의 양면 중 어느 하나의 제1-1요철(911) 또는 제1-1'요철(911')과 제2걸림체(920)의 제1-2요철(921)과 맞물리게 하는 것에 의하여 제1보강부재(111)와 경사 부재(113) 사이의 각도를 제1-1요철(911), 제1-2요철(921)의 피치보다 더 작은 간격으로 정교한 분해능(ang_ctrl, resolution)으로 조절할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

한편, 제1부재(118)와 제2부재(117) 중 어느 하나 이상이 각각 2개 이상의 복수 열을 이루는 형태로 형성될 수 있다. 이 경우에는, 도11 및 도12에 도시된 힌지 구조체(900)와 유사하게, 도15 내지 도17b에 도시된 바와 같이, 복수의 부재(118, 117)의 끝단부에 각각 제1걸림체(910, 910')와 제2걸림체(920, 920')를 배치하고, 서로 맞물리는 요철(911, 912,..)을 형성하여 맞물리게 구성하는 것에 의하여, 복수의 열에 대해서도 피봇 회전 및 회전 구속을 시계 방향 및 반시계 방향으로 모두 구속할 수 있는 힌지 구조체(900")를 구성할 수 있다.

보다 구체적으로는, 도면부호 900X로 표시된 영역의 구성은, 제1걸림체(910")의 상면에도 제1-1요철(911')과 제2-1요철(912')이 형성된다는 것을 제외하고는, 앞서 설명한 힌지 구조체(900)와 동일하다. 그리고, 힌지 구조체(900)의 기본 구성(900X)에 기초하여, 요철이 서로 맞물리는 형태로 걸림체(920', 910')를 교대로 배치하고, 이들 걸림체(910', 920')에는 서로 반대 방향을 향하도록 톱니 모양의 돌기를 피봇 회전 방향으로 배치하여 양방향으로의 회전을 구속시키고, 고정체(92)의 양끝단에 걸림 너트(930, 930')로 고정시키는 형태로 적층시키면서, 다수의 열로 형성된 부재(117, 118,...)를 피봇 연결하고 회전 구속시키는 구성을 확장할 수 있다.

이 경우에, 각 피봇 회전축에 포함되는 스프링(950)은 전술한 힌지 구조체(900, 901)에 비하여 2배로 고정체 볼트(92)를 감싸는 형태로 설치된다.

즉, 도16을 참조하면, 하측 제1부재(118)의 상측에 배치된 제2걸림체(920')에는 제1걸림체(910")의 제1-1요철(911')과 맞물리는 제1-2요철(921')이 형성되어, 하측의 제1부재(118)와 상측의 제2부재(117)의 회전 변위가 제1걸림체(910")와 제2걸림체(920')의 맞물림에 의하여 비회전 상태로 구속된다.

그리고, 상측 제2부재(117')의 제2걸림체(920')의 상면에는 제4-2요철(924')이 톱니 형태로 형성되고, 상측 제1부재(118')의 제1걸림체(910')의 저면에는 제4-2요철(924')와 맞물리는 제4-1요철(914')이 형성되어, 상측의 제2부재(117')와 상측의 제1부재(118')의 회전 변위가 제2걸림체(920')와 제1걸림체(910')의 맞물림에 의하여 비회전 상태로 구속된다.

그리고, 상측 제1부재(118')의 제1걸림체(910')의 상면에는 제5-1요철(915')이 톱니 형태로 형성되고, 상측 걸림 너트(930')의 저면에는 제5-1요철(915')과 맞물리는 제5-2요철(935')가 형성되어, 상측의 제1부재(118)는 걸림 너트(930')와 비회전 상태로 구속된다. 이와 동시에, 상측 걸림 너트(930)의 저면에 형성된 제6-1요철(936')이 제5-2요철(935')와 반대 방향의 톱니 형태로 형성되면서 제1걸림체(910')의 제6-2요철(916')과 맞물림으로써, 상측 제1부재(118')와 걸림 너트(930')는 양방향으로 구속된 비회전 상태가 된다.

이와 같은 방식으로, 제1부재(118, 118')를 1개로 형성하고, 제2부재(117, 117')를 2개로 형성할 수도 있고, 이와 반대로 형성할 수도 있다. 즉, 서로 맞물리는 요철을 톱니 모양으로 형성하고, 양방향을 동시에 구속하는 것에 의하여, 2개 이상의 열로 형성된 부재를 힌지 연결하였다가 회전 변위를 구속하여 양방향으로 백래쉬를 허용하지 않는 비회전 상태로 고정하는 구성을 구현할 수 있다.

또한, 고정체 볼트(92)와 고정 너트(92a)의 조임 상태를 약간 풀어줌으로써, 제1걸림체(910)와 제2걸림체(920)와 걸림 너트(930) 사이의 간격을 벌려주는 스프링(950)의 탄성 복원력(Fk)에 의하여, 이들 요철(911, 912, 921, 923, 932, 933)의 간섭이 해제되면서 제1부재(117)와 제2부재(118)가 자유롭게 회전할 수 있는 상태로 간단히 조작할 수도 있다.

이를 통해, 보강 부재(111, 112) 및/또는 경사 부재(113)를 구조물의 벽면(S1, S2)에 밀착시키는 공정이 보다 수월해지며, 이미 보강 시공이 완료된 이후에 유지 보수가 필요한 경우에도, 고정체 볼트(92)와 고정 너트(92a)의 조임 상태를 조절하는 것에 의해 보강 부재(111, 112) 및/또는 경사 부재(113)의 위치 및 가압력을 재조정하는 것이 매우 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 콘크리트 구조물의 보강 구조(101)를 우각부에 적용한 보강 방법을 상술한다. 본 발명에 따른 보강 방법은 공용 중인 구조물을 보강하는 경우에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 최초로 구조물을 시공하는 단계에서도 적용될 수 있다.

단계 1: 먼저, 구조물(10)의 우각부(A2)에 보강 부재(110)를 설치한다.

이 때, 도18a에 도시된 바와 같이, 우각부의 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)과 헌치면(S3)이 설계도의 수치와 길이(L3) 및 각도 편차(e1, e2, y)가 있는 경우가 많다. 다시 말하면, 콘크리트 구조물(10)을 시공하기 위하여 거푸집으로 콘크리트를 타설하는 당시에, 우각부에 인접한 2개의 내벽면(S1, S2)이 예정된 수직인 각도로 정확하게 시공되지 못하며, 헌치면(S3)도 그 길이와 각도의 편차가 생기는 문제가 있다. 이 뿐만 아니라, 우각부에 인접한 2개의 내벽면(S1, S2)이 예정된 90도의 각도로 정확하게 시공되더라도, 토사 등의 추가 하중에 의하여 변형되기도 하고, 내부 통로를 형성하는 박스 구조물(10)은 깊이 방향을 따라 일정하게 시공되지 않으며, 토사 등의 추가 하중에 따른 비틀림 변형에 따른 각도 편차가 생기므로, 우각부에 인접한 2개의 내벽면(S1, S2)이 이루는 각도는 깊이 방향을 따라 다른 값을 갖는 경우가 대부분이다.

따라서, 전술한 구성의 힌지 구조체(900,...; 이하 간단히 'H'라고 명시함)에 의해 회전이 가능하게 연결된 제1보강부재(111)와, 제2보강부재(112)와 경사 부재(113)로 이루어진 보강 부재(110)를 준비하고, 힌지 구조체(H)의 고정체 볼트(91, 92)에 고정 너트(91a, 92a)를 헐겁게 체결하여, 제1보강부재(111)와 제2보강부재(112)와 경사 부재(113)가 자유롭게 회동할 수 있는 상태가 되게 한다.

그리고 나서, 힌지구조체(H)에 의하여 피봇 회전이 가능한 제1보강부재(111)와, 제2보강부재(112)와 경사 부재(113) 간의 각도를 조절(Hr)하여, 도18b에 도시된 바와 같이, 보강 부재(110)의 각 부재(111, 112, 113)를 우각부의 내벽면(Si)에 밀착시킨다. 필요에 따라, 경사 부재(113)의 길이(113L)를 조절하여, 보강 부재(110)의 전체 표면이 우각부의 내벽면(Si)에 밀착되게 하는 것을 보조할 수도 있다.

이 때, 도12 내지 도17b에 도시된 힌지 구조체(H)를 이용하여 시공하는 경우에는, 양방향으로의 회전 구속 효과가 탁월하지만, 각 요철이 차지하는 회전각만큼 힌지구조체(H)의 회전각이 불연속적으로 고정된다. 예를 들어, 힌지 구조체(900,...)의 걸림체에 각 요철이 1바퀴에 120개씩 형성된 경우에는, 힌지 구조체(900)는 3도 간격으로 회전각을 고정시킬 수 있게 된다. 그런데, 우각부의 제1벽면(S1)과 헌치면(S3)의 사잇각이 41도인 경우에는, 제1보강부재(111)와 경사 부재(113)가 서로 고정되는 각도는 39도 또는 42도로 정해질 수 밖에 없다.

따라서, 고정체를 이루는 고정 볼트(92)와 고정 너트(92a)를 체결하여 고정시키기에 앞서, 작업자는 제1보강부재(111)와 경사 부재(113)를 우각부의 벽면(S1, S3)에 밀착시켜 눈금(99) 등의 각도 표시부를 통하여 41도라는 것을 예비적으로 확인할 수 있다.

그 다음, 제1보강부재(111)와 경사 부재(113) 사이의 각도를, 측정값인 41도 보다 크면서 힌지부의 록킹 고정이 가능한 가장 작은 각도인 42도로 미리 조정해둔다. 이와 유사하게, 제2보강부재(111)와 경사 부재(113) 사이의 각도를 측정값(예를 들어, 50도)보다 그 다음으로 높은 록킹 가능한 가장 작은 각도인 51도로 미리 조정해둔다. 이와 같이, 우각부의 내벽면의 사잇 각도는 41도, 50도이지만, 이들 부재의 사잇 각도는 42도, 51도로 셋팅 시킨 상태에서, 보강 부재(110)를 헌치부의 내벽면에 끼어 넣는다. 약 1~2도 정도의 오차는 보강 부재의 휨 변형에 의하여 수용 가능하고, 경우에 따라서는 유압잭을 이용하여 보강 부재(110)를 구조물의 벽면(S1, S2)에 밀착되게 눌러 끼우는 것도 가능하다.

이를 통해, 보강 부재(110)는 헌치부의 내벽면(S1, S2, S3)에 밀착된 상태로 확실하게 끼워져 설치될 수 있게 된다.

그 다음, 보강 부재(110)에 미리 형성된 장공을 관통하여 앵커 볼트(88)를 내벽면에 박아 보강 부재(110)를 고정시킨다. 이 때, 앵커 볼트(88)를 완전히 박아 견고하게 보강 부재(110)를 고정시킬 수도 있지만, 유압잭이나 연결 부재(120)를 이용하여 추가적인 보상력(R)을 도입하고자 하는 경우에는, 고정 부재(110)가 정해진 위치에서 이탈하지 않을 정도로 앵커 볼트(88)를 다소 헐겁게 박은 상태로 둘 수도 있다.

필요에 따라, 경사 부재(113)도 우각부의 헌치면(S3)에 고정시킬 수도 있다.

단계 2: 그리고 나서, 도19에 도시된 바와 같이, 보강 부재(110)에 비하여 보다 더 높은 휨 강성을 갖는 연결 부재(120)를 준비하여, 연결 부재(120)의 양단부의 관통공과 돌출 부재(116, 117)의 관통공(116a, 117a)을 고정 핀(111a, 112a)으로 이들 관통공을 체결하여, 연결 부재(120)를 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)의 내벽면과 연결시킨다.

이에 의하여, 연결 부재(120)의 양단부는 각각 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)와 일체로 연결된 상태가 되어, 연결 부재의 휨 강성에 의한 변위 구속력(Fx)에 의하여,우각부의 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)이 찌그러지는 비틀림 변형을 억제한다. 이와 함께, 보강 부재(110)의 힌지구조체(H)가 비회전 록킹 상태로 구속(Hx)되어, 하나의 몸체가 된 보강 부재(110)에 의하여 비틀림 변형을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 필요에 따라, 보강 부재(110)의 힌지구조체(H)의 피봇 회전을 구속하여 보강 부재(110)가 하나의 몸체로 거동하도록 함으로써, 보다 높은 보강 능력을 구현할 수 있다.

그 밖에, 보강 부재(110)의 단면에 의하여 우각부의 단면이 보강되며, 연속적인 형태로 연장 형성된 돌출 부재(116, 117, 118)에 의하여 전단 보강되는 효과도 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 우각부의 내벽면(S1, S2, S3) 사이의 각도가 힌지 구조체(900,...)의 요철의 크기에 따른 록킹 각도(즉, 힌지부의 록킹 상태에서 힌지부에 연결된 부재가 이루는 각도)가 완전히 일치하지 않으므로, 눈금(99) 등을 이용하여 보강 부재(110)를 우각부의 내벽면에 설치한 상태에서, 보강 부재의 록킹 각도를 우각부 내벽면의 각도(e1, e2)보다 1~2도 범위 내에서 약간 크게 한 상태로 록킹시키고, 록킹 상태의 보강 부재(110)를 우각부의 내벽면에 끼워 설치하는 것에 의하여, 보강 부재(110)로만 우각부를 보강할 수도 있다.

도면에 도시된 제1실시예의 보강 구조는 콘크리트 구조물의 우각부에 설치되는 구성이 예시되었지만, 제1보강부재(111)가 접촉하는 제1벽면(S1)과 제2보강부재(112)가 접촉하는 제2벽면(S2)이 둔각을 이루는 경우에도 적용될 수 있다.

이하, 도20을 참조하여, 본 발명에 따른 제2실시예에 따른 콘크리트 구조물의 보강 구조(100)를 이용한 보강 방법을 상술한다.

단계 1: 도18a 및 도18b을 참조하여 전술한 제1실시예와 동일하게 행해진다.

단계 2: 그리고 나서, 유지 부재(130)의 나사봉(131)을 연결 부재(120)의 관통공을 관통시킨 상태로 경사 부재(113)에 적당량 체결하고, 머리부(132) 또는 고정 너트(132)에 연결 부재(120)의 외표면(120s)이 간섭되도록 한다. 경우에 따라서는, 유지 부재(130)의 나사봉(131)은 콘크리트 구조물(10)에 박아 설치할 수도 있다.

그 다음, 유지 부재(130)의 나사봉을 조여 연결 부재(120)의 중앙부가 우각부를 향하여 보다 근접해지는 방향으로 탄성 변형이 발생되도록 힘(120F)을 가한다.

연결 부재(120)의 탄성 변형이 정해진 양만큼 이루어지면, 유지 부재(130)의 머리부(132)에 의하여 연결 부재(120)는 탄성 변위가 구속된 상태이므로, 연결 부재(120)의 양단부에 돌출 형성된 접촉 돌기(120x)가 보강 부재(110)의 내벽면(110s)과 접촉하면서, 탄성 변형에 따른 탄성 복원력을 연결 부재(120)의 양끝단에서 항상 보강 부재(110)에 가압력(Rx, Ry)으로 가압하게 된다.

단계 3: 단계 2에서 연결 부재(120)의 탄성 변형이 예정된 만큼 행해지면, 연결 부재(120)의 양끝단의 관통공은 돌출 부재(116, 117)의 관통공(116a, 117a)과 정렬된 상태가 된다. 이 때, 고정 핀(111a, 112a)으로 이들 관통공을 체결하는 것에 의하여, 연결 부재(120)의 양단부는 각각 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)와 일체로 연결된 상태가 되어, 연결부재 고정단계가 행해진다.

여기서, 고정 핀(111a, 112a)은 고정 볼트, 리벳 등 다양한 수단을 포함하며, 연결 부재(120)의 단부와 보강 부재(110)를 일체화하는 다양한 체결, 결합 수단을 포함하는 것으로 정의한다.

이와 같이, 제1벽면(S1)에 고정된 제1보강부재(111)와 제2벽면(S2)에 고정된 제2보강부재(112)가 연결 부재(120)에 의하여 연결 지지됨에 따라, 연결 부재(120)에 의하여 콘크리트 구조물(10)의 우각부에서의 비틀림 변형을 구속하여 제한하여, 우각부의 외측 단면의 비틀림 변형에 따라 우각부 외측에 인장응력이 작용하는 것을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

단계 4: 그리고 나서, 필요에 따라, 보강 부재(110)의 힌지구조체(H)의 회전 허용 상태를 구속(Hx)하여 비회전 상태로 변경한다. 이에 의하여, 보강 부재(110)는 하나의 몸체로서 우각부의 내벽면을 접촉하여 단면을 보강하고 비틀림 변위를 자체 휨 강성으로 저항하는 역할을 높일 수 있다.

그리고, 앵커 볼트(88)를 완전히 박아(88x), 보강 부재(110)가 콘크리트 구조물(10)의 내벽면(S1, S2)에 완전히 밀착된 상태로 고정시킨다.

이를 통해, 보강 부재(110)는 우각부의 단면을 보강하는 역할을 하며, 높은 휨 강성을 갖는 연결 부재(120)의 휨 강성에 의한 변위 구속력(Fx)에 의하여 우각부의 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)이 찌그러지는 비틀림 변형을 억제한다. 동시에, 연결 부재(120)의 탄성 복원력에 의하여 우각부에 큰 보상력(R)을 도입하므로, 콘크리트 구조물의 우각부 외측에 작용하는 인장력을 상쇄시킬 수 있다.

한편, 도면에는 연결 부재(120)가 휨 강성이 높은 단면 및 재질로 형성된 구성이 예시되었지만, 판스프링 등과 같이 탄성 복원력이 높지만 휨 강성이 높지 않은 연결 부재로도 적용 가능하다.

도면에 도시된 제2실시예의 보강 구조는 콘크리트 구조물의 우각부에 설치되는 구성이 예시되었지만, 제1보강부재(111)가 접촉하는 제1벽면(S1)과 제2보강부재(112)가 접촉하는 제2벽면(S2)이 둔각을 이루는 경우에도 적용될 수 있다.

이하, 도21a 내지 도21c를 참조하여, 본 발명에 따른 제3실시예에 따른 콘크리트 구조물의 보강 구조(102)를 이용한 보강 방법을 상술한다.

단계 2: 도21a에 도시된 바와 같이, 연결 부재(120)의 중앙부가 우각부를 향하여 보다 근접해지는 방향으로 탄성 변형이 발생되도록 연결 부재(120)에 힘(120F)을 가한다. 전술한 제2실시예에서와 같이, 유지 부재(130)를 설치하여 연결 부재(120)에 힘(120F)을 가할 수도 있지만, 연결 부재(120)는 최종 시공된 상태에서 제거되므로, 유지 부재(130)없이 유압잭 등을 이용하여 연결 부재(120)의 중앙부가 우각부를 향하여 볼록한 휨 변형이 발생되도록 힘(120F)을 가할 수도 있다.

단계 3: 단계 2에서 연결 부재(120)의 탄성 변형이 예정된 만큼 행해지면, 도21b에 도시된 바와 같이, 보강 부재(110)의 힌지구조체(H)의 회전 허용 상태를 구속(Hx)하여 비회전 상태로 변경하여, 보강 부재(110)가 하나의 몸체로 작용하게 된다. 힌지구조체(H)를 비회전 록킹 상태로 구속(Hx)할때까지 연결 부재(120)에 도입된 힘(120F)은 계속 유지된다.

단계 4: 그리고 나서, 도21c에 도시된 바와 같이, 연결 부재(120)를 보강 부재(110)로부터 제거한다. 이를 통해, 연결 부재(120)에 의하여 가압력(Rx, Ry)이 작용한 상태에서 하나의 몸체로 구속된 보강 부재(110)는, 연결 부재(120)가 제거되었더라도 가압된 상태를 유지하고자 탄성 복원력이 작용하여 우각부의 내벽면(S1, S2)을 가압(Rx', Ry')하므로, 우각부 외표면(So)에 작용하는 인장력을 상쇄시키는 보상력(R)이 작용하게 된다.

이를 통해, 보강 부재(110)는 우각부의 단면을 보강하는 역할을 하며, 자체의 탄성 복원력에 의하여 우각부에 보상력(R)을 작용하고, 동시에 보강 부재(110)의 내측에 돌출되는 단면적이 매우 작으므로, 박스 구조물의 경우에 통수능이 매우 우수해지는 이점을 얻을 수 있다.

도면에 도시된 제3실시예의 보강 구조는 콘크리트 구조물의 우각부에 설치되는 구성이 예시되었지만, 제1보강부재(111)가 접촉하는 제1벽면(S1)과 제2보강부재(112)가 접촉하는 제2벽면(S2)이 둔각을 이루거나, 도24b의 아치형 콘크리트 구조물의 곡면 천장면에도 적용될 수 있다.

이하, 도22a 내지 도22c를 참조하여, 본 발명에 따른 제4실시예 및 제5실시예에 따른 콘크리트 구조물의 보강 구조를 이용한 보강 방법을 상술한다.

단계 2: 도22a에 도시된 바와 같이, 제1보강부재(111)의 내벽면과 제2보강부재(112)의 내벽면을 연결하는 형태로 유압잭(220)을 설치한다. 이 때, 유압잭(220)의 플런저의 끝단이 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)를 가압하면서 미끄러질 수 있도록, 장공 형태 또는 가이드부가 별도로 마련된 상태로 설치된다.

그리고, 유압잭(220)이 신장되는 방향으로 작동하여 힘(220F)을 가하는 것에 의하여 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)에 우각부 내벽면(S1, S2)을 밀어내는 가압력(Rx,Ry)을 작용시킨다. 도면에는 하나의 인장잭을 이용하였지만, 서로 다른 2개의 인장잭으로 각각 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)를 가압할 수도 있다.

단계 3: 단계 2에서 정해진 크기의 가압력(Rx Ry)이 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)에 작용하면, 도22b에 도시된 바와 같이, 보강 부재(110)의 힌지구조체(H)의 회전 허용 상태를 구속(Hx)하여 비회전 상태로 변경하여, 보강 부재(110)가 하나의 몸체로 작용하게 된다. 힌지구조체(H)를 비회전 록킹 상태로 구속(Hx)할 때까지 유압잭(220)으로 도입하는 힘(220F)은 계속 유지된다.

단계 4: 그리고 나서, 도22c에 도시된 바와 같이, 연결 부재(120)를 보강 부재(110)로부터 제거한다. 이를 통해, 유압잭(220)에 의하여 가압력(Rx, Ry)이 작용한 상태에서 하나의 몸체로 구속된 보강 부재(110)는, 유압잭(220)이 분리되어 제거되었더라도, 가압된 상태를 유지하고자 탄성 복원력이 작용하여 우각부의 내벽면(S1, S2)을 가압하는 가압력(Rx', Ry')이 작용하여, 우각부 외표면(So)에 작용하는 인장력을 상쇄시키는 보상력(R)이 작용하게 된다.

한편, 단계 1 내지 단계 3만으로 구성되어, 제1보강부재(111)의 내벽면과 제2보강부재(112)의 내벽면을 연결하여 지지하는 유압잭(220)에 의하여, 유압잭(220)의 길이 신장에 의하여 유압잭(220)의 양단부에서 보강 부재를 경유하여 우각부 내벽면을 가압하는 가압력(Rx, Ry)을 도입하는 것에 의하여, 우각부의 비틀림 변위를 발생시키는 힘을 상쇄시키는 제4실시예의 구성을 시공할 수도 있다.

이 경우에는, 필요에 따라, 보강 부재(110)의 힌지구조체(H)를 구속(Hx)하여, 보강 부재(110)가 하나의 몸체로서 거동함으로써, 구조물 우각부에서의 비틀림 변위에 대하여 보다 높은 보강 효과를 얻을 수도 있다.

유압잭(220)이 각각의 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)에 벽면을 향해 별개로 가압하는 경우에는, 도24a 및 도24b에 도시된 직선 형태의 천장면이나 측면의 보강에 적용될 수 있다.

이하, 도23a 내지 도23c를 참조하여, 본 발명에 따른 제6실시예에 따른 콘크리트 구조물의 보강 구조를 이용한 보강 방법을 상술한다.

단계 2: 도23a에 도시된 바와 같이, 제1보강부재(111)의 내벽면과 제2보강부재(112)의 내벽면을 연결하는 형태로 유압잭(220)을 설치한다. 이 때, 유압잭(220)의 플런저의 끝단이 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)를 가압하면서 미끄러질 수 있도록, 장공 형태 또는 가이드부가 별도로 마련된 상태로 설치된다.

그리고, 유압잭(220)이 신장되는 방향으로 작동하여 힘(220F)을 가하는 것에 의하여 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)에 우각부 내벽면(S1, S2)을 밀어내는 가압력(Rx,Ry)을 작용시킨다.

단계 3: 단계 2에서 정해진 크기의 가압력(Rx Ry)이 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)에 작용하면, 도23b에 도시된 바와 같이, 높은 휨 강성을 갖는 연결 부재(120)를 준비하여, 연결 부재(120)의 양단부의 관통공과 돌출 부재(116, 117)의 관통공(116a, 117a)을 고정 핀(111a, 112a)으로 이들 관통공을 체결하여, 연결 부재(120)를 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)의 내벽면과 연결시킨다.

이 때, 하나의 인장잭을 이용하는 구성이 도면에 예시되어 있지만, 서로 다른 2개의 인장잭으로 각각 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)를 가압하여, 유압잭(220)과 연결 부재(120)의 간섭 문제를 해결할 수도 있다. 이에 의하여, 연결 부재(120)의 양단부는 각각 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)와 일체로 연결된 상태가 되어, 연결 부재의 휨 강성에 의한 변위 구속력(Fx)에 의하여,우각부의 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)이 찌그러지는 비틀림 변형을 억제할 수 있다.

그 다음, 보강 부재(110)의 힌지구조체(H)의 회전 허용 상태를 구속(Hx)하여 비회전 상태로 변경하여, 보강 부재(110)가 하나의 몸체로 거동하게 한다. 힌지구조체(H)를 비회전 록킹 상태로 구속(Hx)할 때까지 유압잭(220)으로 도입하는 힘(220F)은 계속 유지된다.

단계 4: 그리고 나서, 도23c에 도시된 바와 같이, 유압잭(220)을 보강 부재(110)로부터 제거한다. 이를 통해, 유압잭(220)에 의하여 가압력(Rx, Ry)이 작용한 상태에서 하나의 몸체로 구속된 보강 부재(110)는, 유압잭(220)이 분리되어 제거되었더라도, 가압된 상태를 유지하고자 탄성 복원력이 작용하여 우각부의 내벽면(S1, S2)을 가압하는 가압력(Rx', Ry')이 작용하여, 우각부 외표면(So)에 작용하는 인장력을 상쇄시키는 보상력(R)이 작용하게 된다.

또한, 유압잭(220)에 의하여 제1보강 부재(111) 및 제2보강부재(112)가 우각부 내벽면을 가압된 상태에서, 연결 부재(120)의 양단부가 각각 제1보강부재(111) 및 제2보강부재(112)와 일체로 연결된 상태가 되므로, 유압잭(220)으로부터 전달받은 보강 부재(110)의 가압력(Rx,Ry)은 연결 부재(120)에 의하여 보다 크게 유지되어 우각부에 보다 큰 보상력(R)을 작용시킬 수 있고, 동시에 연결 부재(120)의 높은 휨 강성에 의한 변위 구속력(Fx)에 의하여, 우각부의 제1벽면(S1)과 제2벽면(S2)이 찌그러지는 비틀림 변형을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

즉, 도면에 예시된 실시예는 주로 박스 형태의 콘크리트 구조물의 우각부를 보강하는 구성을 예로 들었지만, 이와 동일하거나 유사한 구성으로 라멘교의 우각부(도9)를 보강하는 데 적용될 수 있으며, 보강 부재를 힌지구조체(H)에 의해 보다 다수로 연결하여 도24a에 도시된 바와 같이 우각부 이외에 평탄면을 보강하는 데 적용할 수 있으며, 도24b에 도시된 바와 같이 완만한 곡면을 이루는 아치형 콘크리트 구조물의 내측면을 보강하는 데에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 보강 구조는 콘크리트 구조물의 내벽면의 천장면과 측면 중 어느 하나 이상을 전체적으로 덮는 형태일 수 있다.

한편, 도23a 및 도24b에 도시된 구성은 보강 부재(110)가 다수로 이루어지고 힌지구조체(H)에 의하여 연결된 구성만 최종적으로 콘크리트 구조물(10, 10")에 설치된 구성이 도시되어 있는데, 각각의 보강 부재(110)가 콘크리트 구조물(10, 10")의 벽면에 설치되는 각각의 벽면 간의 각도가 예각이거나 수직, 또는 130도 이하의 둔각인 위치에서는, 일부의 보강 부재(110)에 연결 부재 등이 결합된 형태로 설치되는 것이 조합될 수도 있다.

10, 10', 20: 콘크리트 구조물 12, 14: 보강 철근
91: 제1힌지부 92: 제2힌지부
100, 101, 102, 100', 101', 102', 200: 보강 구조체
110: 보강 부재
111: 제1보강부재 112: 제2보강부재
113: 경사 부재 116, 117, 118: 돌출 부재
120, 220: 연결 부재 130: 유지 부재
S1: 제1벽면 S2: 제2벽면
S3: 헌치면 A2: 우각부
900: 힌지 구조체 910: 제1걸림체
920: 제2걸림체 930: 걸림 너트
950: 스프링

Claims

회전축을 중심으로 피봇 회전되는 제1부재와 제2부재의 피봇 회전 상태를 고정하는 힌지 구조체로서,
상기 회전축의 축선 방향에 제1관통공이 형성되고, 상기 제1부재와 일체로 회전하고, 상기 제2부재와 대향하는 표면에 제1-1요철이 형성된 제1걸림체와;
상기 회전축의 축선 방향에 제2관통공이 형성되고, 상기 제2부재와 일체로 회전하고, 상기 제1-1요철과 맞물리는 제1-2요철이 형성된 제2걸림체와;
상기 제1걸림체와 상기 제2걸림체가 서로 멀어지는 방향으로 탄성 복원력이 작용하는 스프링과;
상기 제1관통공과 상기 제2관통공을 관통하여 상기 제1-1요철과 상기 제1-2요철이 상호 맞물린 상태로 상기 제1걸림체와 상기 제2걸림체를 조립하는 고정체를;
포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 1항에 있어서,
상기 제1-1요철과 상기 제1-2요철은 정해진 피치의 삼각 돌기가 회전하는 원주 방향을 따라 배치된 것을 특징으로 하는 힌지 구조체
제 1항에 있어서,
상기 제1-1요철과 상기 제1-2요철은 돌기의 제1경사면과 제2경사면이 서로 다른 경사도를 갖는 톱니 모양 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 1항에 있어서,
상기 제1걸림체와 상기 제2걸림체 중 어느 하나 이상에는 회전축에 근접한 중심부에는 상기 제1-1요철과 상기 제1-2요철이 형성되지 않는 영역인 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 1항에 있어서,
상기 제1걸림체에는 상기 제1-1요철이 양면(both sides)에 각각 형성되되, 일면에 형성된 제1-1요철과 타면에 형성된 제1-1'요철은 피치가 서로 어긋나게 배치되어, 상기 제1걸림체는 상기 제2걸림체에 대하여 일면과 타면 중 어느 하나에 형성된 제1-1요철 또는 제1-1'요철이 상기 제2걸림체의 상기 제1-2요철과 맞물리는 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 1항에 있어서,
상기 힌지 구조체에는 각도를 읽을 수 있는 각도 표시부가 형성된 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 1항에 있어서,
상기 제1걸림체에는 상기 제1-1요철이 형성된 표면에 제2-1요철이 형성되고,
상기 고정체가 관통하는 관통공이 형성되고 상기 제2-1요철과 맞물리는 제2-2요철이 형성되어, 상기 제2-2요철이 상기 제2걸림체의 제2관통공을 관통하여 상기 제2-1요철과 맞물린 상태로 설치되는 걸림 너트를;
더 포함하여 구성되고, 상기 고정체는 상기 걸림 너트의 상기 제2-2요철과 상기 제1걸림체의 상기 제2-1요철과 맞물린 상태로 상기 걸림 너트와 상기 제1걸림체를 조립하는 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 1항에 있어서,
상기 제1-1요철과 상기 제1-2요철은 톱니 모양의 단면 형태로 배치되고, 상기 제2-1요철과 상기 제2-2요철도 톱니 모양의 단면 형태로 배치되되, 상기 제1-1요철의 톱니 배열과 상기 제2-1요철의 톱니 배열은 서로 반대 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 1항에 있어서,
상기 스프링은 상기 고정체를 둘러싸는 코일 스프링으로서 압축된 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 9항에 있어서,
상기 스프링은 상기 걸림 너트와 상기 제1걸림체의 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 10항에 있어서,
상기 걸림 너트의 상기 제2-2요철의 내측에 위치한 중앙부 영역과 상기 제1걸림체의 상기 제2-1요철의 내측에 위치한 중앙부 영역에 상기 스프링의 양단부가 지지되게 설치되는 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 7항에 있어서,
상기 스프링은 상기 걸림 너트와 상기 제2걸림체의 사이와, 상기 제2걸림체와 상기 제1걸림체 사이에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 12항에 있어서,
상기 걸림 너트에는 상기 제2걸림체를 향하여 제3-1요철이 형성되고,
상기 제2걸림체에는 상기 걸림 너트에 마주보는 면에 제3-2요철이 형성되어, 상기 걸림 너트와 상기 제2걸림체가 조립된 상태에서 상기 제3-1요철과 상기 제3-2요철이 맞물리는 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 13항에 있어서,
상기 제3-1요철은 상기 제2-2요철과 반대 방향의 톱니 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 12항에 있어서,
상기 걸림 너트의 상기 제3-1요철의 내측에 위치한 중앙부 영역과 상기 제2걸림체의 상기 제3-2요철의 내측에 위치한 중앙부 영역의 사이와, 상기 제2걸림체의 제1-2요철의 내측에 위치한 중앙부 영역과 상기 제1걸림체의 제1-1요철의 내측에 위치한 중앙부 영역의 사이에 각각 스프링이 위치한 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정체는 상기 걸림너트와 상기 제1걸림체와 상기 제2걸림체를 관통하고 외주면의 일부 이상에 수나사산이 형성된 걸림체 볼트와, 상기 걸림체 볼트의 상기 수나사산에 체결되는 고정 너트를 포함하여 이루어지고,
상기 고정 너트와 상기 걸림체 볼트의 조임 정도를 조절하여 상기 스프링의 탄성 복원력으로 상기 걸림 너트와 상기 제1걸림체 사이의 간격이 조절되는 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1부재 및 상기 제2부재는 복수의 열로 형성되고, 상기 제1걸림체는 복수의 상기 제1부재의 끝단부에 각각 형성되고, 상기 제2걸림체는 복수의 상기 제2부재의 끝단부에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
구조물을 보강하는 보강구조로서,
상기 구조물의 제1벽면에 밀착 고정되는 제1보강부재와, 상기 구조물의 제2벽면에 밀착 고정되는 제2보강부재를 포함하고, 상기 제1보강부재와 상기 제2보강부재는 힌지 구조체에 의해 서로에 대하여 피봇 회전이 가능한 보강 부재를;
포함하고, 상기 구조체는 회전이 허용되는 상태로부터 회전이 구속된 비회전 상태로 록킹 가능하고, 상기 힌지 구조체의 회전이 허용된 상태에서 상기 제1보강부재와 상기 제2보강부재가 각각 상기 제1벽면과 상기 제2벽면에 밀착되고, 상기 제1보강부재와 상기 제2보강부재가 상기 제1벽면과 상기 제2벽면에 밀착된 상태에서 상기 힌지 구조체의 회전이 비회전 상태로 구속되게 록킹되어, 상기 보강 부재가 하나의 몸체로 상기 구조물을 보강하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 18항에 있어서,
상기 제1벽면과 상기 제2벽면의 사이에 'ㄱ'자 형태의 우각부를 형성하고, 상기 힌지 구조체는 상기 제1벽면과 상기 제2벽면의 교차점에 배치되는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 18항에 있어서,
상기 우각부는 상기 제1벽면과 상기 제2벽면의 사이에 경사진 헌치면이 형성되고;
상기 보강 부재는 상기 제1보강부재와 상기 제2보강부재를 경사지게 연결하여 경사 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 20항에 있어서,
상기 경사 부재는 길이가 조절되는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 18항에 있어서,
상기 제1보강부재는 드러난 표면에 연속 형태로 돌출 형성된 제1돌출 부재를 포함하고, 상기 제2보강부재는 드러난 연속 형태로 돌출 형성된 제2돌출 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 18항에 있어서,
상기 제1벽면에 고정된 상기 제1보강부재와 상기 제2벽면에 고정된 상기 제2보강부재는 서로 평행하지 않은 자세로 설치되고, 상기 제1보강부재의 내벽면과 상기 제2보강부재의 내벽면을 연결하여 지지하는 연결 부재를;
더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 23항에 있어서,
상기 연결 부재는 상기 제1보강부재 및 상기 제2보강부재와 접촉하는 지점에 가압력을 인가하도록 휨 변형되고,
상기 연결 부재의 휨변형된 상태를 유지하는 유지 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 18항에 있어서,
상기 제1보강부재의 내벽면과 상기 제2보강부재의 내벽면을 연결 부재로 연결하고, 상기 힌지 구조체의 회전을 허용하여, 상기 연결 부재의 휨 변형에 의해 상기 제1보강부재 및 상기 제2보강부재와 상기 연결 부재가 접촉하는 지점에서 가압력을 인가한 상태에서, 상기 힌지 구조체의 회전을 구속한 후 상기 연결 부재가 제거되는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 18항에 있어서,
상기 제1보강부재는 드러난 표면에 연속 형태의 2열로 돌출 형성된 제1돌출 부재를 포함하고, 상기 제2보강부재는 드러난 연속 형태의 2열로 돌출 형성된 제2돌출 부재를 포함하고;
상기 제1보강부재 및 상기 제2보강부재와 접촉하는 지점에 가압력을 인가하도록 휨 변형되는 연결 부재를 더 포함하고,
상기 제1돌출부재와 상기 제2돌출부재는 상기 연결 부재를 휨 변형시키는 동안에 상기 연결 부재의 끝단부의 슬라이딩 이동 경로를 안내하는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 18항에 있어서,
상기 제1보강부재의 내벽면과 상기 제2보강부재의 내벽면을 연결하는 유압잭과;
상기 유압잭의 길이를 신장시켜 상기 제1보강부재 및 상기 제2보강부재가 상기 제1벽면과 상기 제2벽면에 가압력을 인가하는 상태에서, 상기 힌지 구조체의 회전을 구속하여 상기 힌지 구조체를 상기 비회전 상태로 록킹하고, 상기 유압잭이 제거되는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제27항에 있어서,
상기 유압잭에 의하여 상기 제1보강부재 및 상기 제2보강부재가 상기 제1벽면과 상기 제2벽면에 가압력을 인가하는 상태에서, 상기 제1보강부재와 상기 제2보강부재를 연결하는 연결 부재를;
더 포함하고, 상기 힌지 구조체의 회전을 구속하여 상기 비회전 상태를 구현하고, 상기 연결 부재가 설치된 상태에서 상기 유압잭이 제거되는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 18항에 있어서,
상기 보강 구조는 중공부가 마련된 콘크리트 박스 구조물에 깊이 방향을 따라 이격되게 다수 설치되는 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 18항에 있어서,
상기 보강 구조는 교대의 일측면을 상기 제1벽면으로 하고, 라멘 거더의 저면을 상기 제2벽면으로 하여, 라멘 교량 구조물에 설치된 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 18항에 있어서,
상기 제1벽면과 상기 제2벽면은 연속하는 벽면이고,
상기 보강 구조는 구조물의 내벽면의 천장면과 측면 중 어느 하나이상을 덮는 형태인 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 22항에 있어서,
상기 제1돌출부재와 상기 제2돌출부재는 단면을 보강하는 구조 부재인 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 22항에 있어서,
상기 힌지 구조체는 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 힌지 구조체이고, 상기 제1부재는 상기 제1돌출 부재이고, 상기 제2부재는 상기 제2돌출 부재인 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.
제 33항에 있어서,
상기 제1부재 및 상기 제2부재는 복수의 열로 형성되고, 상기 제1걸림체는 복수의 상기 제1부재의 끝단부에 각각 형성되고, 상기 제2걸림체는 복수의 상기 제2부재의 끝단부에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 힌지 구조체.
제 18항에 있어서,
상기 힌지 구조체는 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 힌지 구조체이고, 상기 제1부재는 상기 제1보강부재이고, 상기 제2부재는 상기 제2보강부재인 것을 특징으로 하는 구조물의 보강 구조.