KR20200004129A - 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보강 효과가 뛰어나면서도 구조물 외부로 돌출되는 부분을 최소화할 수 있고, 시공 후 유지 관리가 필요 없는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법에 대한 것이다.
본 발명 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법은 기존 콘크리트 구조물을 보강하기 위한 것으로, (a) 보강할 구조물 면을 면처리하는 단계; (b) 인장력 작용 방향으로 한 쌍의 제1정착구를 서로 이격되게 구조물 면에 고정 설치하는 단계; (c) 상기 한 쌍의 제1정착구에 제1긴장재를 설치하는 단계; (d) 상기 제1긴장재를 긴장하여 긴장력을 도입하는 단계; (e) 상기 제1정착구 사이의 구조물 면에 제1긴장재를 감싸도록 응력전달부재를 형성하는 단계; 및 (f) 상기 응력전달부재의 일측 또는 양측으로 노출된 제1긴장재의 일단 또는 양단을 절단하여 응력전달부재를 통해 구조물에 프리스트레스력을 도입하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법{Strengthening method of concrete structures by pretensioning}
본 발명은 보강 효과가 뛰어나면서도 구조물 외부로 돌출되는 부분을 최소화할 수 있고, 시공 후 유지 관리가 필요 없는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법에 대한 것이다.
콘크리트 부재는 인장 강도가 약하므로, 부재의 인장 응력이 생기는 부분에 미리 압축의 프리스트레스를 주어 콘크리트의 인장 강도를 겉보기로 증가시킨 프리스트레스트 콘크리트(PSC: Prestressed Concrete)가 많이 이용된다.
콘크리트 구조물은 활하중의 증가와 시간 경과에 따른 구조물의 내하력 손실이 발생한다. 특히, PSC 구조물은 긴장 이완으로 인한 긴장력 손실에 의해 최대 모멘트 구간에서 인장 응력이 지속적으로 증가한다. 또한, 콘크리트 구조물은 지속적으로 주기적인 인장 하중에 노출되면서 균열이 발생하게 되고, 이러한 균열이 진행되면서 부재의 단면력 감소, 철근 부식 등 구조적 손상을 유발한다.
이에 사용 중 콘크리트 구조물을 보강하기 위한 여러 가지 공법이 개발되었다.
이러한 공법의 하나로 외부 강선에 의한 포스트 텐션 보강 공법이 있다(도 1, 공개특허 제10-1999-0084496호).
상기 공법은 교량 거더, 교각 코핑부 등의 보강에 주로 사용되는 것으로, 앵커 등에 의해 정착구를 콘크리트 구조물에 고정하고 긴장재를 설치한 후 긴장함으로써 콘크리트 구조물에 프리스트레스력을 도입하여 인장력을 상쇄시킨다.
이러한 포스트 텐션 보강 공법은 정착구를 통해 긴장재의 긴장력을 구조물에 전달하여 프리스트레스력을 가하므로, 정착구에는 긴장재의 긴장력이 상시 작용한다.
따라서 정착구 부근에서 응력 집중이 크게 발생하여 콘크리트 구조물에 균열을 발생시키는 등 손상 우려가 있다. 이에 균열 등에 의해 손상된 부분에 별도의 보수·보강이 필요하다.
또한, 다경간에서 단부 연속인 거더의 경우, 정착구 설치를 위한 단부판 시공에 제약이 있다.
아울러 정착구나 긴장재가 외부로 노출되므로 부식 방지를 위해 HDPE 등으로 피복하여야 하여 공사비가 증가할 우려가 있고, 보강 자재가 외부로 노출되어 외관을 해치는 단점이 있다.
뿐만 아니라, 긴장재 양단의 정착구 사이를 잇는 직선 방향으로 프리스트레스가 작용하므로, 곡선 부재에 적용시 부재 외주면을 제대로 보강하지 못하는 문제가 있다.
한편, 사용 중 콘크리트 구조물을 보강하기 위한 다른 방법의 하나로 부재 단면 개선 공법이 있다.
상기 공법은 콘크리트 구조물의 보강면에 보강철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 구조물 단면을 확대하거나 FRP 시트 등을 부착하여 부재 단면을 개선한다.
이러한 부재 단면 개선 공법은 구조물의 인장력을 감소시키는 것이 아니라 단순히 저항력을 증가시켜 부재를 보강한다. 즉, 콘크리트에 프리스트레스가 가해지는 것이 아니라 외력에 의해 추가로 발생하는 인장력을 증설된 콘크리트나 FRP가 받는 구조이다.
그러나 콘크리트에 의한 단면 증설은 부재 단면 크기가 지나치게 커질 뿐 아니라 인장 응력 대응에 한계가 있다. 그리고 FRP에 의한 부재 단면 개선은 FRP가 취성 거동을 하는 재료이므로 구조물의 연성 거동에 제한이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 보강 효과가 뛰어나면서도 시공 후 유지 관리가 필요 없는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 구조물 외부로 돌출되는 부분을 최소화할 수 있는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 직선 부재뿐만 아니라 곡선 부재의 외주면에도 적용 가능한 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법을 제공하고자 한다.
바람직한 실시예에 따른 본 발명은 기존 콘크리트 구조물을 보강하기 위한 것으로, (a) 보강할 구조물 면을 면처리하는 단계; (b) 인장력 작용 방향으로 한 쌍의 제1정착구를 서로 이격되게 구조물 면에 고정 설치하는 단계; (c) 상기 한 쌍의 제1정착구에 제1긴장재를 설치하는 단계; (d) 상기 제1긴장재를 긴장하여 긴장력을 도입하는 단계; (e) 상기 제1정착구 사이의 구조물 면에 제1긴장재를 감싸도록 응력전달부재를 형성하는 단계; 및 (f) 상기 응력전달부재의 일측 또는 양측으로 노출된 제1긴장재의 일단 또는 양단을 절단하여 응력전달부재를 통해 구조물에 프리스트레스력을 도입하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (e) 단계 이전의 어느 한 단계에서, 상기 응력전달부재가 설치될 위치의 구조물 면에 복수의 전단연결재가 돌출되도록 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (b) 단계에서, 한 쌍의 제1정착구 사이에는 한 쌍의 제2정착구가 서로 이격되게 구조물 면에 고정 설치되고, 상기 (c) 단계에서, 한 쌍의 제2정착구에 제2긴장재가 설치되며, 상기 (d) 단계에서, 제1긴장재 긴장 후에 제2긴장재를 긴장하여 긴장력이 도입되고, 상기 (e) 단계에서, 상기 제2정착구 및 제2긴장재는 응력전달부재의 내부에 매입되는 것을 특징으로 하는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 전단연결재는 제2정착구 사이에는 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (b) 단계에서, 한 쌍의 제2정착구가 상기 한 쌍의 제1정착구와 일정 구간 겹치도록 구조물 면에 고정 설치되고, 상기 (c) 단계에서, 한 쌍의 제2정착구에 제2긴장재가 설치되며, 상기 (d) 단계에서, 제1긴장재의 긴장 후에 또는 제1긴장재와 동시에 제2긴장재를 긴장하여 긴장력이 도입되고, 상기 (e) 단계에서, 내측 제1정착구와 내측 제2정착구가 응력전달부재의 내부에 매입되며, 상기 (f) 단계에서, 응력전달부재의 일측으로 노출된 제1긴장재 및 제2긴장재의 일단을 절단하여 응력전달부재를 통해 구조물에 프리스트레스력이 도입되는 것을 특징으로 하는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 긴장력이 도입된 제1긴장재의 외부에 응력전달부재를 형성한 후 응력전달부재의 외측으로 노출된 제1긴장재의 단부를 절단함으로써, 제1긴장재와 응력전달부재의 부착력에 의해 응력전달부재에 프리텐션을 도입할 수 있다. 이에 따라 프리텐션이 도입된 응력전달부재가 전 길이에 걸쳐 전단력으로 구조물에 프리스트레스를 도입한다.
그러므로 정착구 부근에 응력 집중이 없어 구조물의 손상을 방지할 수 있다.
아울러 절단된 정착구를 제거하면, 구조물 외부로 정착구가 노출되지 않아 유지 관리가 용이하고, 외관이 우수하다.
또한, 직선 부재 뿐만 아니라 곡선 부재의 외주면에도 적용하여 우수한 보강 효과를 기대할 수 있다.
둘째, 제1긴장재 주변을 응력전달부재가 감싸고 있으므로 제1긴장재의 시간적 응력 손실을 최소화할 수 있다.
셋째, 한 쌍의 제1정착구 사이에 설치된 제2정착구 및 제2긴장재가 응력전달부재 내부에 매입되도록 설치하면, 부재 중앙부와 양단부를 각각 포스트텐션 및 프리텐션에 의해 보강할 수 있어 구조적으로 효율성을 높이면서 하이브리드 보강이 가능하다.
넷째, 제1긴장재와 제2긴장재가 부재 중앙에서 일부 구간 중복되도록 배치하여 구조물을 이중 보강하면, 중앙 구간은 제1긴장재와 제2긴장재에 의한 이중 프리스트레스력 도입으로 단부보다 큰 프리스트레스력을 도입할 수 있어 매우 효율적인 구조를 구성할 수 있다.
도 1은 종래 외부 강선에 의한 포스트 텐션 보강 공법이 적용된 보 부재를 도시하는 정면도.
도 2는 일실시예에 의한 본 발명 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법의 단계별 공정을 도시하는 측면도.
도 3은 본 발명에 의해 보강된 거더를 도시하는 단면도.
도 4는 전단 보강에 본 발명을 적용한 실시예를 도시하는 정면도.
도 5는 곡선 부재 보강에 본 발명을 적용한 실시예를 도시하는 평면도.
도 6은 구조물에 전단연결재가 설치된 상태를 도시하는 측면도.
도 7은 다른 실시예에 의한 본 발명 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법의 단계별 공정을 도시하는 측면도.
도 8은 제1긴장재와 제2긴장재가 배치된 거더를 도시하는 저면도.
도 9는 도 7의 실시예에 의해 보강된 거더의 모멘트도.
도 10은 도 7의 실시예에 의한 보강 방법에서 전단연결재의 배치 상태를 도시하는 측면도.
도 11은 본 발명 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법의 또 다른 실시예에 의해 보강된 거더를 도시하는 저면도.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 일실시예에 의한 본 발명 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법의 단계별 공정을 도시하는 측면도이고, 도 3은 본 발명에 의해 보강된 거더를 도시하는 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법은 기존 콘크리트 구조물(1)을 보강하기 위한 것으로, (a) 보강할 구조물(1) 면을 면처리하는 단계; (b) 인장력 작용 방향으로 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)를 서로 이격되게 구조물(1) 면에 고정 설치하는 단계; (c) 상기 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)에 제1긴장재(22)를 설치하는 단계; (d) 상기 제1긴장재(22)를 긴장하여 긴장력을 도입하는 단계; (e) 상기 제1정착구(21a, 21b) 사이의 구조물(1) 면에 제1긴장재(22)를 감싸도록 응력전달부재(25)를 형성하는 단계; 및 (f) 상기 응력전달부재(25)의 일측 또는 양측으로 노출된 제1긴장재(22)의 일단 또는 양단을 절단하여 응력전달부재(25)를 통해 구조물(1)에 프리스트레스력을 도입하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 보강 효과가 뛰어나면서도 구조물(1)의 외부로 돌출되는 부분을 최소화할 수 있고, 시공 후 유지 관리가 필요 없는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서는 먼저 (a) 보강할 구조물(1) 면을 면 처리한다(도 2의 (a)).
상기 (a) 단계에서는 콘크리트 구조물(1)의 보강할 면의 이물질을 제거하고 거친 면 처리한다.
그리고 (b) 인장력 작용 방향으로 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)를 서로 이격되게 구조물(1) 면에 고정 설치한다(도 2의 (b)).
즉, 콘크리트 구조물(1)의 인장력 작용 방향으로 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)를 서로 이격되게 구조물(1) 면에 고정 설치한다.
이때, 일측의 제1정착구(21a, 21b)는 고정단이고, 타측의 제1정착구(21a, 21b)는 긴장단이다.
상기 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)는 각각 앵커 볼트 등에 의해 콘크리트 구조물(1) 면에 고정한다.
다음으로, (c) 상기 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)에 제1긴장재(22)를 설치한다(도 2의 (c)).
상기 제1긴장재(22)는 양단이 각각 긴장단인 일측 제1정착구(21a, 21b)와 고정단인 타측 제1정착구(21a, 21b)에 연결되어 설치된다.
상기 제1긴장재(22)는 복수 개 설치 가능하다.
이후, (d) 상기 제1긴장재(22)를 긴장하여 긴장력을 도입한다(도 2의 (d)).
상기 제1긴장재(22)는 긴장단 측에서 긴장하여 긴장력을 도입한다.
상기 (d) 단계에서는 제1긴장재(22) 양측의 제1정착구(21a, 21b)에 의해 포스트텐션 방식으로 콘크리트 구조물(1)에 프리스트레스가 일시적으로 도입된다.
그리고 (e) 상기 제1정착구(21a, 21b) 사이의 구조물(1) 면에 제1긴장재(22)를 감싸도록 응력전달부재(25)를 형성한다(도 2의 (e)).
상기 (e) 단계에서는 긴장력이 도입된 제1긴장재(22)의 외부에 거푸집을 설치하고, 모르타르를 타설하여 경화시킨 후 거푸집을 탈형하거나 숏크리트를 분사하여 응력전달부재(25)를 형성한다.
상기 응력전달부재(25)는 구조물(1) 면과 일체화되어 응력전달부재(25)의 응력을 구조물(1)에 전달한다.
본 발명에서는 제1긴장재(22)의 긴장력에 의해 응력전달부재(25)에 프리텐션이 가해지고, 프리텐션이 도입된 응력전달부재(25)에 의해 구조물(1)에 프리스트레스가 가해진다. 따라서 제1긴장재(22)의 긴장력이 응력전달부재(25)에 온전히 전달되도록 하기 위해서는 상기 (c) 단계에서 제1긴장재(22)를 구조물(1) 면과 일정 간격 이격되도록 설치한다. 이에 따라 제1긴장재(22)가 응력전달부재(25)의 내부에 완전히 매입되도록 함으로써, 제1긴장재(22)가 응력전달부재(25) 내부에 완전 부착되도록 하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 거더 보강의 경우 상기 제1긴장재(22)는 거더의 하부 측면에도 배치하여 충분한 개수의 제1긴장재(22)가 설치되도록 구성할 수 있다. 이 경우에는 응력전달부재(25)도 거더의 하부 측면까지 확장 형성한다.
마지막으로, (f) 상기 응력전달부재(25)의 일측 또는 양측으로 노출된 제1긴장재(22)의 일단 또는 양단을 절단하여 응력전달부재(25)를 통해 구조물(1)에 프리스트레스력을 도입한다(도 2의 (f)).
상기 (e) 단계에서 응력전달부재(25)를 형성한 후, (f) 단계에서는 응력전달부재(25)의 외측으로 노출된 제1긴장재(22)의 일단 또는 양단을 절단하여 제1긴장재(22)와 응력전달부재(25)의 부착력에 의해 응력전달부재(25)에 프리텐션을 도입한다.
프리텐션이 도입된 응력전달부재(25)는 구조물(1)과의 경계면에서 전단 응력에 의해 구조물(1)에 프리스트레스를 가하게 된다. 즉, 구조물(1)에 앵커링된 제1정착구(21a, 21b)에 의해 구조물(1)에 프리스트레스가 도입되는 것이 아니라 응력전달부재(25)의 전 길이에 걸쳐 전단력으로 구조물(1)에 프리스트레스를 도입한다.
이에 따라 제1정착구(21a, 21b) 부근에 응력 집중이 없어 구조물(1)의 손상을 방지할 수 있다.
상기 (f) 단계에서 절단된 측의 제1정착구(21a, 21b)는 제거 가능하다.
상기 제1긴장재(22)의 양단이 절단된 경우에는 양측 제1정착구(21a, 21b)를 모두 제거한다.
이에 따라 정착구(21a, 21b)가 외부로 노출되지 않아 유지 관리가 용이하고, 외관이 우수하다.
도 4는 전단 보강에 본 발명을 적용한 실시예를 도시하는 정면도이고, 도 5는 곡선 부재 보강에 본 발명을 적용한 실시예를 도시하는 평면도이다.
본 발명은 교량의 거더나 교각의 코핑부 등과 같은 휨 부재에 적용 가능하다.
그뿐만 아니라 벽체나 거더의 측면 등 전단력이 크게 작용하는 경우에도 주응력의 직각 방향으로 긴장재를 배치하여 전단 보강 가능하다.
즉, 도 4의 (a)와 같이, 주응력에 직각 방향이 되도록 제1정착구(21a, 21b) 및 제1긴장재(22)를 설치한 후, 도 4의 (b)와 같이 응력전달부재(25)를 형성하고 제1긴장재(22)의 단부 절단 및 제1정착구(21a, 21b)의 제거를 통하여 구조물(1)을 보강할 수 있다.
도 4의 (a)와 (b)에서 'A'는 예상 균열 선을 의미한다.
또한, 도 5와 같이 콘크리트 옹벽 등 인장력이 작용하는 콘크리트 구조물(1) 등에 적용할 수 있으며, 직선 부재뿐 아니라 곡선 부재에도 본 발명을 적용할 수 있다.
도 6은 구조물에 전단연결재가 설치된 상태를 도시하는 측면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 (e) 단계 이전의 어느 한 단계에서는 상기 응력전달부재(25)가 설치될 위치의 구조물(1) 면에 복수의 전단연결재(26)가 돌출되도록 고정 설치할 수 있다.
보강될 구조물(1) 면은 치핑 등에 의해 거친 면 처리하여 응력전달부재(25)와 구조물(1)을 보다 일체화하도록 구성할 수 있다. 그런데 이러한 경우라 하더라도 응력전달부재(25)에 의해 전달되는 프리스트레스력이 클 경우, 응력전달부재(25)와 구조물(1)의 부착 응력만으로는 응력 전달이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
따라서 응력전달부재(25)의 형성 전에 응력전달부재(25)와 구조물(1) 면에 상호 맞물리는 전단연결재(26)를 소정의 간격으로 배치하여, 전단연결재(26)의 전단력에 의해 프리스트레스가 구조물(1)로 완전하게 전달되도록 구성할 수 있다.
상기 구조물(1)이 도 6과 같이 휨부재인 경우 단부의 전단력이 중앙부보다 상대적으로 크므로 단부 쪽에 상기 전단연결재(26)를 보다 촘촘하게 배치하는 것이 바람직하다.
도 7은 다른 실시예에 의한 본 발명 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법의 단계별 공정을 도시하는 측면도이고, 도 8은 제1긴장재와 제2긴장재가 배치된 거더를 도시하는 저면도이며, 도 9는 도 7의 실시예에 의해 보강된 거더의 모멘트도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 (b) 단계에서, 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b) 사이에는 한 쌍의 제2정착구(23a, 23b)가 서로 이격되게 구조물(1) 면에 고정 설치되고, 상기 (c) 단계에서, 한 쌍의 제2정착구(23a, 23b)에 제2긴장재(24)가 설치되며, 상기 (d) 단계에서, 제1긴장재(22) 긴장 후에 제2긴장재(24)를 긴장하여 긴장력이 도입되고, 상기 (e) 단계에서, 상기 제2정착구(23a, 23b) 및 제2긴장재(24)는 응력전달부재(25)의 내부에 매입되도록 구성할 수 있다.
이는 제1긴장재(22)와 제2긴장재(24)를 통한 구조물(1)의 다단 보강에 대한 실시예이다.
상기 (b) 단계에서는 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)를 설치하고, 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b) 사이에 한 쌍의 제2정착구(23a, 23b)를 서로 이격되게 구조물(1) 면에 고정 설치한다(도 7의 (a)).
도 8에 제1긴장재(22)와 제2긴장재(24)가 배치된 거더의 실시예가 도시된다.
상기 제2긴장재(24)는 도 8과 같이 제1긴장재(22)와 평면상 교대로 설치할 수 있으며, 도면에는 미도시되었으나 내측에 제1긴장재(22), 외측에 제2긴장재(24)를 설치할 수도 있고 외측에 제1긴장재(22), 내측에 제2긴장재(24)를 설치할 수도 있다.
상기 (c) 단계에서는 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)에 제1긴장재(22)를 설치하고, 한 쌍의 제2정착구(23a, 23b)에 제2긴장재(24)를 설치한다(도 7의 (b)).
그리고 상기 (d) 단계에서는 제1긴장재(22)를 긴장한 후(도 7의 (c)), 제2긴장재(24)를 긴장하여 긴장력을 도입한다(도 7의 (d)).
아울러 상기 (e) 단계에서는 모르타르를 타설하거나 숏크리트를 분사하여 응력전달부재(25)를 시공한다(도 7의 (e)).
이때, 상기 제1긴장재(22)와 제2정착구(23a, 23b) 및 제2긴장재(24)가 응력전달부재(25)의 내부에 매입되도록 구성된다.
마지막으로 응력전달부재(25)의 외측으로 노출된 제1긴장재(22)의 일단 또는 양단을 절단하는 (f) 단계가 실시된다(도 7의 (f)).
상기 (f) 단계에서는 절단된 제1정착구(21a, 21b)를 제거할 수 있다.
이때, 상기 제2정착구(23a, 23b)는 제거되지 않고, 응력전달부재(25) 내부에 영구 매입된다.
이에 따라 중앙은 포스트텐션에 의해 프리스트레스가 도입 및 유지된다.
즉, 부재 중앙부는 포스트텐션, 부재 양단부는 프리텐션에 의한 하이브리드 보강이 가능하다.
도 2와 관련하여 전술한 제1긴장재(22)를 이용하여 프리텐션에 의해 구조물(1)에 프리스트레스를 가할 경우, 보강되는 전 구간에 걸쳐 동일한 크기의 부모멘트가 발생한다.
그러나 거더 등과 같은 휨 부재는 중앙부에서 정모멘트가 크게 작용한다. 그러므로 부재 중앙부의 정모멘트 크기를 기준으로 도입할 프리스트레스의 크기를 결정할 경우, 다른 구간에서는 프리스트레스에 의한 부모멘트가 커져 비효율적이게 된다.
따라서 도 7과 관련하여 서술한 바와 같이, 중앙부에 제2긴장재(24)를 설치하고 제2긴장재(24)의 포스트텐션에 의해 프리스트레스를 추가로 도입하면, 기존 구조물(1)의 내하력 손실에 따른 정모멘트에 대해 가장 근사한 값으로 부모멘트를 발생시켜 구조적으로 효율성을 높일 수 있다.
도 7에 도시된 실시예에 의한 보강 방법에서 부재에 발생하는 모멘트를 살펴보면 다음과 같다.
도 9의 (a)에는 기존 콘크리트 구조물(1)의 내하력 손실에 의한 정모멘트(M0)의 크기가 도시된다. 이에 따라 목표 보강량을 설정할 수 있다.
도 9의 (b)에는 제1긴장재(22)의 긴장에 의한 부모멘트(M1)가 도시된다.
그리고 도 9의 (c)에는 제2긴장재(24)의 긴장에 의한 중앙부 추가 부모멘트(M2)가 도시된다. 이에 따라 중앙부의 총 모멘트 크기는 M1+M2가 된다.
도 9의 (d)에는 응력전달부재(25) 형성시 모멘트가 도시된다. 응력전달부재(25) 형성에 의한 모멘트의 크기는 변화가 없다.
도 9의 (e)에는 제1긴장재(22)의 절단에 의한 응력전달부재(25)의 프리텐션시 모멘트가 도시된다. 이 경우 프리텐션 구간은 전단연결재(26)의 간격에 따라 계단식으로 모멘트가 발생한다.
도 10은 도 7의 실시예에 의한 보강 방법에서 전단연결재의 배치 상태를 도시하는 측면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 전단연결재(26)는 제2정착구(23a, 23b) 사이에는 배치되지 않도록 구성할 수 있다.
상기 제1정착구(21a, 21b)와 제2정착구(23a, 23b)가 중복되는 중복 중앙 구간은 프리텐션이 아니라 양단의 제2정착구(23a, 23b)에 의해 구조물(1)에 긴장력이 전달되는 포스트텐션에 의해 프리스트레스력이 도입 및 유지된다.
그러므로 응력전달부재(25)와 구조물(1) 면을 일체화하기 위한 전단연결재(26)의 설치가 필요하지 않다.
이에 따라 중앙 중복 구간에서는 전단연결재(26)를 생략하는 것이 경제적이다.
도 11은 본 발명 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법의 또 다른 실시예에 의해 보강된 거더를 도시하는 저면도이다.
도 11을 참고하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 (b) 단계에서, 한 쌍의 제2정착구(23a, 23b)가 상기 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)와 일정 구간 겹치도록 구조물(1) 면에 고정 설치되고, 상기 (c) 단계에서, 한 쌍의 제2정착구(23a, 23b)에 제2긴장재(24)가 설치되며, 상기 (d) 단계에서, 제1긴장재(22)의 긴장 후에 또는 제1긴장재(22)와 동시에 제2긴장재(24)를 긴장하여 긴장력이 도입되고, 상기 (e) 단계에서, 내측 제1정착구(21b)와 내측 제2정착구(23b)가 응력전달부재(25)의 내부에 매입되며, 상기 (f) 단계에서, 응력전달부재(25)의 일측으로 노출된 제1긴장재(22) 및 제2긴장재(24)의 일단을 절단하여 응력전달부재(25)를 통해 구조물(1)에 프리스트레스력이 도입되도록 구성 가능하다.
이는 제1긴장재(22)와 제2긴장재(24)가 부재 중앙에서 일부 구간 중복되도록 구성하여 구조물(1)을 이중 보강하는 경우에 대한 실시예이다.
도 11의 (a)에는 제1긴장재(22) 및 제2긴장재(24)가 설치된 본 발명 (c) 단계가 도시된다.
상기 (d) 단계에서 제2긴장재(24)는 제1긴장재(22)의 긴장 후 긴장할 수 있다. 다만, 시공 안정성을 위해 제2긴장재(24)는 제1긴장재(22)와 동시에 긴장하는 것이 바람직하다.
상기 (e) 단계에서, 내측 제1정착구(21b)와 내측 제2정착구(23b)는 응력전달부재(25)의 내부에 영구 매입 가능하다.
상기 내측 제1정착구(21b)와 내측 제2정착구(23b)는 단순히 긴장재(22, 24)가 정착되는 고정단이므로 크기를 최소화할 수 있다. 따라서 응력전달부재(25)의 두께 증가가 필요 없다.
긴장단인 외측 제1정착구(21a)와 외측 제2정착구(23a)는 유압잭 설치 및 지지를 위해 어느 정도 크기가 필요하다.
경우에 따라서는 내측 제1정착구(21b)와 제2정착구(23b) 부근의 응력전달부재(25)에 포켓부를 형성하고, 후술할 (f) 단계에서 각각에 결합된 제1긴장재(22)와 제2긴장재(24)의 타단을 절단한 후 상기 내측 제1정착구(21b)와 제2정착구(23b)를 제거할 수도 있다.
도 11의 (b)에는 응력전달부재(25) 형성 후 제1긴장재(22) 및 제2긴장재(24)의 외측 일단을 절단하고, 외측 제1정착구(21a)와 외측 제2정착구(23a)가 제거된 (f) 단계가 도시된다.
이에 따라 구조물(1)의 중앙 구간은 제1긴장재(22)와 제2긴장재(24)에 의한 이중 프리스트레스력 도입으로, 단부보다 큰 프리스트레스력을 도입하여 매우 효율적인 구조를 구성할 수 있다.
1: 콘크리트 구조물
21a, 21b: 제1정착구
22: 제1긴장재
23a, 23b: 제2정착구
24: 제2긴장재
25: 응력전달부재
26: 전단연결재

Claims (5)

  1. 기존 콘크리트 구조물(1)을 보강하기 위한 것으로,
    (a) 보강할 구조물(1) 면을 면처리하는 단계;
    (b) 인장력 작용 방향으로 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)를 서로 이격되게 구조물(1) 면에 고정 설치하는 단계;
    (c) 상기 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)에 제1긴장재(22)를 설치하는 단계;
    (d) 상기 제1긴장재(22)를 긴장하여 긴장력을 도입하는 단계;
    (e) 상기 제1정착구(21a, 21b) 사이의 구조물(1) 면에 제1긴장재(22)를 감싸도록 응력전달부재(25)를 형성하는 단계; 및
    (f) 상기 응력전달부재(25)의 일측 또는 양측으로 노출된 제1긴장재(22)의 일단 또는 양단을 절단하여 응력전달부재(25)를 통해 구조물(1)에 프리스트레스력을 도입하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 (e) 단계 이전의 어느 한 단계에서, 상기 응력전달부재(25)가 설치될 위치의 구조물(1) 면에 복수의 전단연결재(26)가 돌출되도록 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 프리텐션를 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 (b) 단계에서, 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b) 사이에는 한 쌍의 제2정착구(23a, 23b)가 서로 이격되게 구조물(1) 면에 고정 설치되고,
    상기 (c) 단계에서, 한 쌍의 제2정착구(23a, 23b)에 제2긴장재(24)가 설치되며,
    상기 (d) 단계에서, 제1긴장재(22) 긴장 후에 제2긴장재(24)를 긴장하여 긴장력이 도입되고,
    상기 (e) 단계에서, 상기 제2정착구(23a, 23b) 및 제2긴장재(24)는 응력전달부재(25)의 내부에 매입되는 것을 특징으로 하는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 전단연결재(26)는 제2정착구(23a, 23b) 사이에는 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 (b) 단계에서, 한 쌍의 제2정착구(23a, 23b)가 상기 한 쌍의 제1정착구(21a, 21b)와 일정 구간 겹치도록 구조물(1) 면에 고정 설치되고,
    상기 (c) 단계에서, 한 쌍의 제2정착구(23a, 23b)에 제2긴장재(24)가 설치되며,
    상기 (d) 단계에서, 제1긴장재(22)의 긴장 후에 또는 제1긴장재(22)와 동시에 제2긴장재(24)를 긴장하여 긴장력이 도입되고,
    상기 (e) 단계에서, 내측 제1정착구(21b)와 내측 제2정착구(23b)가 응력전달부재(25)의 내부에 매입되며,
    상기 (f) 단계에서, 응력전달부재(25)의 일측으로 노출된 제1긴장재(22) 및 제2긴장재(24)의 일단을 절단하여 응력전달부재(25)를 통해 구조물(1)에 프리스트레스력이 도입되는 것을 특징으로 하는 프리텐션을 이용한 콘크리트 구조물 보강 방법.
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