KR20200110637A - 부착형 슬래브 보강장치 및 이를 이용한 보강방법, 그에 따른 구조설계방법 - Google Patents

Abstract

본원발명은 구조체의 천장에 부착하는 형태의 보강장치 및 그 보강장치를 이용한 보강방법에 관한 것이다.
구조체의 상부 슬래브를 구조적으로 보강하는 장치로서, 상기 구조체의 표면에 일정하게 이격되어 앵커 볼트로 부착 고정되는 2개 이상의 사이드 픽싱 플레이트(side fixing plate), 상기 사이드 픽싱 플레이트들 사이이며, 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부의 아래에 위치하며, 양측이 상기 사이드 픽싱 플레이트들과 긴장력을 유지하는 케이블(cable) 또는 스틸 바(steel bar)로 연결된 보텀 플레이트(bottom plate), 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부에 부착 고정되며 상기 보텀 플레이트 위에 위치하는 판 형태의 톱 플레이트(top plate), 상기 보텀 플레이트에는 상기 톱 플레이트를 밀어 올리는 가압(加壓)수단이 형성되어, 상기 가압수단에 의하여 상기 보텀 플레이트와 상기 톱 플레이트의 간격을 넓히며, 상기 톱 플레이를 통하여 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부를 가압하면서, 상기 케이블 또는 스틸 바에 의하여 상기 사이드 픽싱 플레이트 사이에 마주보고 대응하는 수평력을 발생시키게 하는 것을 특징으로 하는 보강장치 등을 개시한다.
본원발명에 따르면 구조물의 구조적 보강장치 및 이를 이용한 보강방법을 상부 슬래브에 부착형으로 적용할 수 있다. 뿐만 아니라 본원발명에 따른 구조는 그 효율을 증대시킨다.

Description

부착형 슬래브 보강장치 및 이를 이용한 보강방법, 그에 따른 구조설계방법{REINFORCEMENT APPARATUS AND METHOD THEREOF}

본원발명은 구조체의 천장에 부착하는 형태의 보강장치 및 그 보강장치를 이용한 보강방법에 관한 것이다. 본 명세서는 상기 구조체의 대표적인 예로써 암거나 터널 등을 든다. 본원발명의 기술적 사상이 이러한 예들에 국한되는 것은 아니다.

본원발명은 예를 들어 암거의 상부 슬래브 하부, 즉 천장(天障)에 본원발명의 장치를 부착한 후 상기 상부 슬래브에 가압(加壓)을 함으로써 보강을 하게 된다. 이를 통하여 상부 슬래브의 보강에 따른 두께 증가 최소화와 통수 능력을 확보하면서 암거 상부 하중을 안전하게 지지할 수 있는 보강공법을 제공할 수 있다.

교통용 터널에 적용한다면, 중간 지주를 설치하는 등 교통 흐름을 방해하는 문제없이 상부 슬래브를 보강할 수 있다.

구조물을 구조적으로 보강할 필요한 경우가 있다. 특히 콘크리트에 의한 상부 슬래브의 경우 그 필요성이 더 크다. (물론, 애초 설계 시에 보강장치나 보강방법을 적용할 수도 있다.)

예를 들어, 용수나 배수용의 수로가 도로, 철도, 제방 등의 아래에 매설되었을 때, 이를 암거(culvert, 暗渠)라 하는데, 노후화되거나 상부 하중이 증가하는 경우, 암거의 상부 슬래브에 처짐이 발생하므로 상부 슬래브에 대한 보강이 필요하다. 하지만, 중앙에 지지 기둥을 세우는 방법은 암거에 흐르는 용수와 간섭이 발생한다. (예를 들어 터널의 경우라면, 교통 흐름에 방해가 될 수밖에 없다.) 관련 선행기술은 다음과 같은 것이다.

제1: 대한민국특허청 등록특허공보 제0722547호 (2007. 6. 27.)

제1 선행기술은 '표면 개질된 에프알피 보강재와 이 에프알피 보강재를 이용한 피씨 암거의 내부 보강'에 관한 것으로서, PC암거를 보강하기 위하여 콘크리트와 접착력이 우수하게 표면 개질이 된 FRP(섬유강화 플라스틱) 보강재를 PC암거를 제조할 때에 미리 PC암거의 내부에 삽입하는 기술이다. 보다 상세하게는 규사 처리가 된 유리섬유 또는 탄소섬유 강화 플라스틱 보강재를 PC암거 성형 시에 콘크리트 하단 내부에 삽입하여 PC암거를 보강하는 방법에 관한 것이다.

제1 선행기술은 보강재로서 구조물을 보강하였다는 점에서 본원발명과 공통점이 있다.

본원발명에 따르면 구조물의 구조적 보강장치 및 이를 이용한 보강방법을 상부 슬래브에 부착형으로 적용할 수 있는데, 이는 사후 필요에 따라 추가적으로 적용할 수 있는 것이다. 물론, 애초 설계 시에 본원발명을 고려할 수도 있을 것이다. 선행기술 1은 단지 피씨암거를 제조 또는 시공하는 과정에서 적용할 수 있을 뿐이어서 본원발명과 같은 효과를 기대할 수 없다.

제2: 대한민국 등록특허공보 제1310580호 (2013. 9. 23.)

*제2 선행기술은 '하수암거를 포함한 대형 관로 시설물 보수 보강공법'에 관한 것으로서, 하수 또는 유수가 흐르는 하수암거를 포함한 대형 관로 시설물 보수 보강하기 위하여, 내부 물 돌리기를 실시하는 공정과, 대형 관로 시설물의 치핑을 실시하는 공정과, 치핑부를 세척하는 공정과, 상부 시공 시에는 바퀴 부착형 이동식 가설대를 설치하는 공정과, 바퀴 부착형 이동식 가설대의 외면에 상부 보강재를 거치하는 공정과, 상부 보강재와 바퀴 부착형 이동식 가설대를 보수 대상 위치로 이동시키는 공정 … 대형 관로 시설물의 내면에 프라이머를 도포하는 공정과, 프라이머 상에 보수 모르타르를 타설하는 공정과, 보수 모르타르를 양생시키는 공정과, 양생된 보수 몰탈 상에 마감코팅제를 도포하는 공정을 제공한다.

제2 선행기술은 본원발명과 같이 구조체의 내부에서 사후적으로 보강을 한다는 점에서 공통점이 있다. 특히 제2 선행기술의 물길을 돌린다거나, 이동식 가설대를 이용한다는 것 등은 본원발명에서도 유효하게 적용될 수 있다.

제2 선행기술은 구조체의 두께를 키우는 기술이라는 점에서 본원발명과 대별된다. (제2 선행기술은 그 과정을 방법을 특징으로 한다.)

본원발명의 구조적 보강장치 및 이를 이용한 보강방법을 상부 슬래브에 부착형으로 적용할 수 있다. 뿐만 아니라 본원발명에 따른 구조는 그 효율을 증대시킨다. 하지만 선행기술 2는 상부 슬래브의 부착형이라 할 수 없다. 본원발명은 상부 슬래브의 부착과 가압 수단 모두가 슬래브 표면의 부착 고정을 통한 것이다. 또한 선행기술 2에서는 구조적 효율을 증대시키는 구성을 찾아볼 수 없다.

제3: 대한민국특허청 등록특허공보 제1686993호 (2016. 12. 9.)

제3 선행기술은 '암거 보강 공법'에 관한 것이다. 제3 선행기술은 캠버(camber)가 형성된 빔 부재로 상부 슬래브에 상향력을 가하여 상부 슬래브 하부에 압축력이 도입되도록 함으로써, 상부 슬래브 보강에 따라 상부 슬래브의 두께 증가를 최소화하여 통수 능력을 확보하면서 암거 상부 하중을 안전하게 지지할 수 있는 암거 보강 공법에 대한 것이다.

제3 선행기술은 '캠버가 형성된 빔 부재'를 사용한다. 이는 본원발명과 같이 표면 부착형이라고 표현할 여지가 있다.

하지만 선행기술 3은 본원발명과 같이 기초부인 사이드 픽싱 플레이트와 가압부인 톱 플레이트 및 보텀 플레이트가 가지는 효과가 없다. 본원발명은 보텀 플레이트로 가압을 하지만, 선행기술 3은 양 측벽에서 각각 가압을 하는 형태이어서 바람직하지 않다. 케이블이나 스틸 바를 이용하는 본원발명과 같은 효과를 기대할 수 없는 것이다.

제4: 대한민국 등록특허공보 제1658390호 (2016. 9. 21.)

제4 선행기술도 '암거 보강 공법'에 관한 것이다. 제4 선행기술은 암거의 상부 슬래브 하부에 위치되는 보강재에 프리스트레스 도입력을 가하여 상부 슬래브를 보강함으로써, 상부 슬래브의 두께 증가 최소화로 통수 능력을 확보하면서 암거 상부 하중을 안전하게 지지할 수 있는 암거 보강공법에 대한 것이다.

기본적으로 선행기술 4는 본원발명과 달리 중간지주를 활용한다. 중간지주로 치올림하여 캠버(camber)를 형성하는 것이다. 이 공법 진행 중 본원발명과 같이 일부 부착형이라 할 수 있는 구성이 나열되기도 하여, 본원발명과 일부 공통점이 인정된다.

*하지만 선행기술 4는 본원발명과 같이 기초부인 사이드 픽싱 플레이트와 가압부인 톱 플레이트 및 보텀 플레이트가 가지는 효과가 없다. 본원발명은 보텀 플레이트로 가압을 하지만, 선행기술 4는 그런 형태가 아니다. 가운데 부분에 가압을 하더라도 중간 지주를 활용할 뿐이다.

대한민국특허청 등록특허공보 제0722547호 (2007. 6. 27.) 대한민국 등록특허공보 제1310580호 (2013. 9. 23.) 대한민국특허청 등록특허공보 제1686993호 (2016. 12. 9.) 대한민국 등록특허공보 제1658390호 (2016. 9. 21.)

상부 슬래브에 부착하는 보강장치 및 이를 이용한 보강방법을 제안하고자 한다. 뿐만 아니라 그 효율을 증대시키는 구조를 제안하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본원발명은 구조체의 상부 슬래브를 구조적으로 보강하는 장치로서, 상기 구조체의 표면에 일정하게 이격되어 앵커 볼트로 부착 고정되는 2개 이상의 사이드 픽싱 플레이트(side fixing plate), 상기 사이드 픽싱 플레이트들 사이이며, 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부의 아래에 위치하며, 양측이 상기 사이드 픽싱 플레이트들과 긴장력을 유지하는 케이블(cable) 또는 스틸 바(steel bar)로 연결된 보텀 플레이트(bottom plate), 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부에 부착 고정되며 상기 보텀 플레이트 위에 위치하는 판 형태의 톱 플레이트(top plate), 상기 보텀 플레이트에는 상기 톱 플레이트를 밀어 올리는 가압(加壓)수단이 형성되어, 상기 가압수단에 의하여 상기 보텀 플레이트와 상기 톱 플레이트의 간격을 넓히며, 상기 톱 플레이를 통하여 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부를 가압하면서, 상기 케이블 또는 스틸 바에 의하여 상기 사이드 픽싱 플레이트 사이에 마주보고 대응하는 수평력을 발생시키게 하는 것을 특징으로 하는 보강장치를 개시한다.

바람직하게는 본원발명의 상기 보텀 플레이트는 스크루 홀(screw hole)이 형성되어 있는 보텀 너트 플레이트(bottom nut plate)이고, 상기 스크루 홀에 끼워져 회전에 따라 위로 올라가면서 상기 톱 플레이트를 밀어 올림으로써 상기 톱 플레이트가 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부를 가압(加壓)하는 전진 스크루(forward screw)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는 본원발명의 상기 톱 플레이트에는 상기 전진 스크루에 대응하여 안착부(pushing part)가 형성되고, 상기 안착부는 가운데가 함몰되고, 주변이 돌출된 형태인데, 그 가운데 함몰된 부분으로 상기 전진 스크루의 위쪽 끝단이 안착되어, 힘을 가하여 상기 전진 스크루를 회전시키는 과정에서 상기 전진 스크루가 이탈되는 것을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는 본원발명의 상기 톱 플레이트와 상기 케이블 또는 스틸 바의 중간 부분을 연결하고, 긴장력을 유지하는 링크 케이블 또는 링크 스틸 바를 더 포함하여, 상기 톱 플레이트와 상기 보텀 플레이트의 간격이 넓어지면서 상기 링크 케이블 또는 링크 스틸 바에 의하여 상기 보텀 플레이트와 상기 케이블 또는 스틸 바가 이루는 각도가 커지면서 상기 가압하는 힘의 크기를 증대시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는 본원발명의 상기 보텀 플레이트와 이에 대응하는 상기 톱 플레이트가 상기 픽싱 플레이트들 사이에 인접하여 2개 이상 설치되고, 상기 사이드 픽싱 플레이트에 연결되는 양측은 상기 2개 이상 설치된 보텀 플레이트의 양 끝단의 각 구조체 방향인 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는 본원발명의 상기 사이드 픽싱 플레이트는 상기 구조체의 내측 벽에 부착 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본원발명은 위 구조체 보강장치로 구조체를 보강하는 방법으로서, 기초부인 사이드 픽싱 플레이트를 구조체의 상부 슬래브 천장 또는 내측 벽에 부착 고정하는 단계, 톱 플레이트를 구조체의 상부 슬래브 천장 중 픽싱 플레이트들 사이에 부착 고정하는 단계, 보텀 플레이트를 케이블 또는 스틸 바로 상기 픽싱 플레이트와 연결하여 상기 톱 플레이트 아래에 설치하는 단계, 상기 톱 플레이트와 상기 보텀 플레이트의 간격을 증가시켜, 상기 톱 플레이트가 상기 구조체의 상부 슬래브를 가압하여 상기 슬래브를 보강하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강방법을 제공한다.

바람직하게는 본원발명의 상기 톱 플레이트와 상기 케이블 또는 스틸 바의 중간 부분을 연결하는 링크부재를 추가로 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본원발명은 상술한 보강장치를 적용하거나, 보강방법을 적용한 구조설계방법도 제안한다.

본원발명에 따르면 구조물의 구조적 보강장치 및 이를 이용한 보강방법을 상부 슬래브에 부착형으로 적용할 수 있다. 뿐만 아니라 본원발명에 따른 구조는 그 효율을 증대시킨다.

도 1은 일반적인 지중 구조체의 하중 형태와 보강 개념을 보이기 위한 개념도이다.
도 2는 일반적인 지중 구조체의 하중 형태로서, 전단력도를 보인 것이고, 도 3은 모멘트도를 보인 것이다.
도 4는 본원발명에 따른 제1 실시 예인 구조체 보강장치가 구조체에 작용하는 힘을 보인 개념도이다.
도 5는 본원발명에 따른 제1 실시 예인 구조체 보강장치를 보인 것이다.
도 6은 본원발명에 따른 제1 실시 예인 구조체 보강장치의 작동을 개념적으로 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 본원발명에 따른 제1 실시 예인 구조체 보강장치의 작용효과를 보인 것으로, 본원발명에 따른 제1 실시 예인 구조체 보강장치의 작용 후 구조체의 전단력도를 보인 것은 도 7이고, 모멘트도를 보인 것은 도 8이다.
도 9는 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치가 구조체에 작용하는 힘을 보인 개념도이다.
도 10은 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치를 보인 것이다.
도 11은 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치의 작동을 개념적으로 도시한 것이다.
도 12 및 도 13은 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치의 작용효과를 보인 것으로, 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치의 작용 후 구조체의 전단력도를 보인 것은 도 12이고, 모멘트도를 보인 것은 도 13이다.
도 14는 본원발명에 따른 제3 실시 예인 구조체 보강장치가 구조체에 작용하는 힘을 보인 개념도이다.
도 15는 본원발명에 따른 제3 실시 예인 구조체 보강장치를 보인 것이다.
도 16 및 도 17은 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치의 작동과 설치 후 상태를 개념적으로 도시한 것이다.
도 18 및 도 19는 본원발명에 따른 제3 실시 예인 구조체 보강장치의 작용효과를 보인 것으로, 본원발명에 따른 제3 실시 예인 구조체 보강장치의 작용 후 구조체의 전단력도를 보인 것은 도 18이고, 모멘트도를 보인 것은 도 19이다.
도 20은 본원발명에 따른 제4 실시 예인 구조체 보강장치가 구조체에 작용하는 힘을 보인 개념도이다.
도 21은 본원발명에 따른 제4 실시 예인 구조체 보강장치와 그것의 설치 후 상태를 개념적으로 도시한 것이다.
도 22 및 도 23은 본원발명에 따른 제3 실시 예인 구조체 보강장치의 작용효과를 보인 것으로, 본원발명에 따른 제4 실시 예인 구조체 보강장치의 작용 후 구조체의 전단력도를 보인 것은 도 22이고, 모멘트도를 보인 것은 도 23이다.

이하, 본원발명의 일 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본원발명은 이하에서 개시되는 일 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본원발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

본 명세서에서 위 또는 상(上)은 구조체의 상부 슬래브에서 위쪽 방향을 의미하고, 아래 또는 하(下)는 상기 상부 슬래브에서 아래쪽 방향을 의미한다. 이하에서는 본원발명의 특징을 명확히 할 수 있는 지중(地中) 구조체인 암거로서 본원발명의 특징을 설명한다.

도 1은 일반적인 지중 구조체의 하중 형태와 보강 개념을 보이기 위한 개념도이다. 구조체의 외측 표시되 화살표는 구조체에 걸리는 하중의 방향을 나타낸 것이다. 구조체의 내측에 표시된 화살표는 보강 방향을 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 모든 하중의 형태는 구조체의 안쪽으로 향한다. 상기 구조체의 안쪽으로 향하는 하중을 상쇄시키는 경우 상기 구조체가 구조적으로 보강이 되는 효과가 있다.

참고로, 도 2는 일반적인 지중 구조체의 하중 형태로서, 전단력도를 보인 것이고, 도 3은 모멘트도를 보인 것이다. 구조체의 상부 슬래브 중 모멘트에 의한 취약부는 상부 슬래브의 중앙 부분인 것을 도 3을 통하여 확인할 수 있다. 반면에 상부 슬래브의 전단력은 양 측벽으로 갈수록 커지는 것을 알 수 있다.

도 4는 본원발명에 따른 제1 실시 예인 구조체 보강장치가 구조체에 작용하는 힘을 보인 개념도이다. 본원발명은 구조체의 상부 슬래브를 보강하기 위하여 구조체의 모멘트 취약부에 위 방향으로 누르는 힘(예를 들면 도 4의 2P)을 가하고, 이에 대응하여 상기 누르는 힘이 가해지는 모멘트 취약부의 양 쪽에 각각 상기 힘에 대응하는 반력(예를 들면 도 4의 P)이 작용하도록 하는 것이다. 상기 반력을 형성하는 기초부(후술하는 사이드 픽싱 플레이트)는 횡 방향으로 대응하는 수평력(예를 들면 도 4의 10P)이 발생한다. 상기 압축력과 상기 수평력의 작용에 의하여 상기 구조체가 지압에 의하여 파괴되지 않도록 보강되는 것이다.

도 5는 본원발명에 따른 제1 실시 예인 구조체 보강장치를 보인 것이다. 도 5의 좌측 하단에는 X-X 단면이 도시되어 있다.

구조체의 상부 슬래브를 구조적으로 보강하는 장치인 본원발명의 제1 실시 예는 상기 구조체의 표면에 일정하게 이격되어 앵커 볼트로 부착 고정되는 2개 이상의 사이드 픽싱 플레이트(side fixing plate, 기초부 역할), 상기 사이드 픽싱 플레이트들 사이이며, 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부의 아래에 위치하며, 양측이 상기 사이드 픽싱 플레이트들과 긴장력을 유지하는 케이블(cable) 또는 스틸 바(steel bar)로 연결된 보텀 플레이트(bottom plate)를 포함한다.

상기 모멘트 취약부는 일반적으로 상기 상부 슬래브의 중앙부분이 될 것이다.

상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부에 부착 고정되며 상기 보텀 플레이트 위에 위치하는 판 형태의 톱 플레이트(top plate) 등은 가압 기능을 수행한다.

상기 보텀 플레이트에는 상기 톱 플레이트를 밀어 올리는 가압(加壓)수단이 형성되어 있다. 상기 가압수단에 의하여 상기 보텀 플레이트와 상기 톱 플레이트의 간격을 넓히며, 상기 톱 플레이를 통하여 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부를 가압하면서, 상기 케이블 또는 스틸 바에 의하여 상기 사이드 픽싱 플레이트 사이에 마주보고 대응하는 수평력을 발생시키게 한다.

제1 실시 예에 의한 상기 가압장치를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 보텀 플레이트는 보텀 스크루 홀(screw hole)이 형성되어 있는 보텀 너트 플레이트(bottom nut plate)이다. 너트 기능도 하는 것이어서 이와 같이 칭한 것이다.

본 제1 실시 예는 상기 스크루 홀에 끼워져 회전에 따라 위로 올라가면서 상기 톱 플레이트를 밀어 올림으로써 상기 톱 플레이트가 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부를 가압(加壓)하는 전진 스크루(forward screw)를 더 포함한다.

상기 톱 플레이트는 앵커 볼트(anchor bolt)로 상기 상부 슬래브에 부착 고정될 수 있다. 상기 사이드 픽싱 플레이트는 본원발명에 따른 구조체 보강장치의 기초부로서 작용한다.

상기 보텀 너트 플레이트에 형성된 스크루 홀과 전진 스크루는 통상의 나사산이 형성된 암·수의 스크루와 스크루 홀의 기능을 이용한 것이다. 상기 전진 스크루를 회전시키면, 상기 보텀 너트 플레이트가 밀려서 아래 방향으로 이동하게 된다.

상기 톱 플레이트에는 상기 전진 스크루에 대응하여 안착부(pushing part)가 형성될 수 있다. 상기 안착부는 가운데가 함몰되고, 주변이 돌출된 형태인데, 그 가운데 함몰된 부분으로 상기 전진 스크루의 위쪽 끝단이 안착되어, 힘을 가하여 상기 전진 스크루를 회전시키는 과정에서 상기 전진 스크루가 이탈되는 것을 방지한다.

한편, 상기 사이드 픽싱 플레이트는 충분하게 수평력 등에 대응할 수 있도록 그 크기(도면에 따른 본 실시 예의 경우 길이를 키우는 것이 유력)와 앵커 볼트의 수를 증가시키는 것이 가능하다. 이와 같은 구조체 보강장치는 구조물의 길이 방향으로 연속되게 설치가 가능하다. 도 5의 '보감범위'를 길게 연장할 수도 있다.

도 6은 본원발명에 따른 제1 실시 예인 구조체 보강장치의 작동을 개념적으로 도시한 것이다.

도 7 및 도 8은 본원발명에 따른 제1 실시 예인 구조체 보강장치의 작용효과를 보인 것으로, 본원발명에 따른 제1 실시 예인 구조체 보강장치의 작용 후 구조체의 전단력도를 보인 것은 도 7이고, 모멘트도를 보인 것은 도 8이다. 도 7 및 도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이 본원발명은 구조체에 작용하는 부(負)모멘트와 전단력에 대하여 보강효과가 있다. (다만, 상부 슬래브의 정모멘트에 대한 효과가 크지는 않다.)

본원발명에 따른 제2 실시 예를 설명한다. 기본적인 구조는 이미 설명한 제1 실시 예와 같으므로, 이는 생략하고, 제2 실시 예의 특징인 각도조절장치(angel control part)인 링크 케이블 또는 스틸 바(link cable or link steel bar, 이하 '링크 부재'라고도 함)를 중심으로 설명한다. 도 9는 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치가 구조체에 작용하는 힘을 보인 개념도이다.

제2 실시 예에서 보인 본원발명의 특징은 링크 케이블을 이용하여 기초부인 사이드 픽싱 플레이트에 걸리는 낮은 수준의 힘(아래로 빠지려는 힘)에도 불구하고 보다 높은 수준의 가압 효과를 보장하기 위한 것이다. 도 9에서 보인 바와 같이 기초부에 작용하는 인장력은 P이지만, 상부 슬래브를 가압하는 힘은 4P로서 제1 실시 예보다 효율적으로 높은 가압 수준을 보인다.

도 10은 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치를 보인 것이다.

본 제2 실시 예는 상기 톱 플레이트와 상기 케이블 또는 스틸 바의 중간 부분을 연결하고, 긴장력을 유지하는 링크 케이블 또는 링크 스틸 바를 더 포함한다.

상기 톱 플레이트와 상기 보텀 플레이트의 간격이 넓어지면서 상기 링크 케이블 또는 링크 스틸 바에 의하여 상기 보텀 플레이트와 상기 케이블 또는 스틸 바가 이루는 각도가 지면을 기준으로 커지면서 상기 가압하는 힘의 크기를 증대시킨다.

상기 '중간 부분'이라 함은 케이블 또는 스틸 바의 양 끝단이 아닌 일정한 부분을 의미하는 것으로 단어의 순수한 의미인 가운데 부분만을 의미하는 것은 아니다.

상기 링크 부재가 링크 스틸 바인 경우 상기 링크 부재의 양 끝단은 상기 보텀 플레이트 또는 상기 스틸 바에 회동(회전) 가능하게 힌지 등으로 결합되어야 한다. 어떤 형태이든지 상기 링크 부재에 긴장력이 도입되면서 상기 케이블 또는 상기 스틸 바의 각도를 중간 부분에서 변형시켜, 상기 모멘트 취약부에 가해지는 힘을 증대시키면 된다.

도 11은 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치의 작동을 개념적으로 도시한 것이다. 각도조절장치에 의하여 케이블 또는 스틸 바의 중간 부분의 각도의 변화가 생김으로써 가압하는 힘이 증가하는 것을 확인할 수 있다.

도 12 및 도 13은 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치의 작용효과를 보인 것으로, 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치의 작용 후 구조체의 전단력도를 보인 것은 도 12이고, 모멘트도를 보인 것은 도 13이다. 시험 예에 따라 다를 수 있으나, 본 실시 예를 예시적으로 적용해 본 결과, 정모멘트는 28,17%, 부모멘트는 12.53%, 전단력은 12.23% 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

본원발명에 따른 제3 실시 예를 설명한다. 기본적인 구조는 이미 설명한 제1 또는 제2 실시 예와 같으므로, 이는 생략하고, 제3 실시 예의 특징인 상술한 톱 플레이트와 보텀 플레이트 등으로 구성되는 가압부의 개수를 증가시킨 것을 주로 설명한다.

도 14는 본원발명에 따른 제3 실시 예인 구조체 보강장치가 구조체에 작용하는 힘을 보인 개념도이다. 구조체의 상부 슬래브 모멘트 취약부를 2개의 곳에서 가압하는 것을 확인할 수 있다.

도 15는 본원발명에 따른 제3 실시 예인 구조체 보강장치를 보인 것이다.

필요에 따라, 구조체의 상부 슬래브 모멘트 취약부를 2개의 곳에서 가압하기 위해 상기 보텀 플레이트와 이에 대응하는 상기 톱 플레이트가 상기 픽싱 플레이트들 사이에 인접하여 2개 이상 설치된다. 상기 사이드 픽싱 플레이트에 연결되는 양측은 상기 2개 이상 설치된 보텀 플레이트의 양 끝단의 각 구조체 방향이다.

도 16 및 도 17은 본원발명에 따른 제2 실시 예인 구조체 보강장치의 작동과 설치 후 상태를 개념적으로 도시한 것이다.

도 18 및 도 19는 본원발명에 따른 제3 실시 예인 구조체 보강장치의 작용효과를 보인 것으로, 본원발명에 따른 제3 실시 예인 구조체 보강장치의 작용 후 구조체의 전단력도를 보인 것은 도 18이고, 모멘트도를 보인 것은 도 19이다. 시험 예에 따라 다를 수 있으나, 본 실시 예를 예시적으로 적용해 본 결과, 정모멘트는 62.23%, 부모멘트는 39.35%, 전단력은 36.71% 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

본원발명에 따른 제4 실시 예를 설명한다. 기본적인 구조는 이미 설명한 제1 내지 제4 실시 예와 같으므로, 이는 생략한다. 제4 실시 예의 특징은 필요에 따라 구조체의 상부 슬래브 전면(全面)을 보강하는 방안을 제시한 것이다.

도 20은 본원발명에 따른 제4 실시 예인 구조체 보강장치가 구조체에 작용하는 힘을 보인 개념도이다. 구조체의 측벽에 기초부인 사이드 픽싱 플레이트가 부착 고정하여, 수평력을 제공하고, 케이블 또는 스틸 바가 이루는 각도에 따라 여러 개의 가압부에 힘이 작용하고 있는 것을 확인할 수 있다.

도 21은 본원발명에 따른 제4 실시 예인 구조체 보강장치와 그것의 설치 후 상태를 개념적으로 도시한 것이다. 본 제4 실시 예의 상기 사이드 픽싱 플레이트는 상기 구조체의 내측 벽에 부착 고정되어 있는 것을 확인할 수 있다.

도 22 및 도 23은 본원발명에 따른 제3 실시 예인 구조체 보강장치의 작용효과를 보인 것으로, 본원발명에 따른 제4 실시 예인 구조체 보강장치의 작용 후 구조체의 전단력도를 보인 것은 도 22이고, 모멘트도를 보인 것은 도 23이다. 시험 예에 따라 다를 수 있으나, 본 실시 예를 예시적으로 적용해 본 결과, 정모멘트는 59.02%, 부모멘트는 49.59%, 전단력은 54.56% 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

참고로, 제2 내지 제4 실시 예의 효과를 대비한 표는 아래와 같다.

모든 실시 예가 보강 효과가 있으며, 제3 및 제4 실시 예의 효과가 가장 유력함을 확인할 수 있다.

이하 보강방법 또는 구조설계방법을 설명한다. 보강방법에서 쓰이는 구성에 관한 명칭은 전술한 바와 같으므로 이에 대한 설명은 생략한다.

상술한 구조체 보강장치로 구조체를 보강하는 방법은 기초부인 사이드 픽싱 플레이트를 구조체의 상부 슬래브 천장 또는 내측 벽에 부착 고정하는 단계, 톱 플레이트를 구조체의 상부 슬래브 천장 중 픽싱 플레이트들 사이에 부착 고정하는 단계, 보텀 플레이트를 케이블 또는 스틸 바로 상기 픽싱 플레이트와 연결하여 상기 톱 플레이트 아래에 설치하는 단계, 상기 톱 플레이트와 상기 보텀 플레이트의 간격을 증가시켜, 상기 톱 플레이트가 상기 구조체의 상부 슬래브를 가압하여 상기 슬래브를 보강하는 단계를 포함한다.

상기 톱 플레이트와 상기 케이블 또는 스틸 바의 중간 부분을 연결하는 링크부재를 추가로 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이를 적용한 구조설계방법도 본원발명의 기술적 사상에 따른 것이다.

본원발명은 특정한 실시 예를 들어 설명하였으나, 본원발명은 이에 한정하는 것은 아니다. 본원발명의 기술적 사상의 범주 내에서는 얼마든지 수정 및 변형 실시가 가능함은 물론이다.

사이드 픽싱 플레이트(side fixing plate)
케이블 또는 스틸 바(cable or steel bar)
톱 플레이트(top plate)
보텀 스크루 홀(screw hole)
보텀 너트 플레이트(bottom nut plate)
전진 스크루(forward screw)
안착부(pushing part)
각도조절장치(angel control part)
링크 케이블 또는 스틸 바(link cable or link steel bar)

Claims (7)

1. 구조체의 상부 슬래브를 구조적으로 보강하는 장치로서,
   상기 구조체의 표면에 일정하게 이격되어 앵커 볼트로 부착 고정되는 2개 이상의 사이드 픽싱 플레이트,
   상기 사이드 픽싱 플레이트들 사이이며, 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부의 아래에 위치하며, 양측이 상기 사이드 픽싱 플레이트들과 긴장력을 유지하는 케이블 또는 스틸 바로 연결된 보텀 플레이트,
   상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부에 부착 고정되며 상기 보텀 플레이트 위에 위치하는 판 형태의 톱 플레이트,
   상기 보텀 플레이트에는 상기 톱 플레이트를 밀어 올리는 가압수단이 형성되어,
   상기 가압수단에 의하여 상기 보텀 플레이트와 상기 톱 플레이트의 간격을 넓히며, 상기 톱 플레이를 통하여 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부를 가압하면서, 상기 케이블 또는 스틸 바에 의하여 상기 사이드 픽싱 플레이트 사이에 마주보고 대응하는 수평력을 발생시키게 하되,
   상기 톱 플레이트와 상기 케이블 또는 스틸 바의 중간 부분을 연결하고, 긴장력을 유지하는 링크 케이블 또는 링크 스틸 바를 더 포함하여, 상기 톱 플레이트와 상기 보텀 플레이트의 간격이 넓어지면서 상기 링크 케이블 또는 링크 스틸 바에 의하여 상기 보텀 플레이트와 상기 케이블 또는 스틸 바가 이루는 각도가 커지면서 상기 가압하는 힘의 크기를 증대시키는 것을 특징으로 하는
   보강장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 보텀 플레이트는 스크루 홀이 형성되어 있는 보텀 너트 플레이트이고,
   상기 스크루 홀에 끼워져 회전에 따라 위로 올라가면서 상기 톱 플레이트를 밀어 올림으로써 상기 톱 플레이트가 상기 상부 슬래브의 모멘트 취약부를 가압하는 전진 스크루를 포함하는 것을 특징으로 하는
   보강장치.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 톱 플레이트에는 상기 전진 스크루에 대응하여 안착부(pushing part)가 형성되고,
   상기 안착부는 가운데가 함몰되고, 주변이 돌출된 형태인데, 그 가운데 함몰된 부분으로 상기 전진 스크루의 위쪽 끝단이 안착되어, 힘을 가하여 상기 전진 스크루를 회전시키는 과정에서 상기 전진 스크루가 이탈되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는
   보강장치.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 보텀 플레이트와 이에 대응하는 상기 톱 플레이트가
   상기 픽싱 플레이트들 사이에 인접하여 2개 이상 설치되고,
   상기 사이드 픽싱 플레이트에 연결되는 양측은 상기 2개 이상 설치된 보텀 플레이트의 양 끝단의 각 구조체 방향인 것을 특징으로 하는
   보강장치.
   
5. 제1 항에 있어서, 상기 사이드 픽싱 플레이트는 상기 구조체의 내측 벽에 부착 고정되는 것을 특징으로 하는
   보강장치.
   
6. 제1 항의 구조체 보강장치로 구조체를 보강하는 방법으로서,
   기초부인 사이드 픽싱 플레이트를 구조체의 상부 슬래브 천장 또는 내측 벽에 부착 고정하는 단계,
   톱 플레이트를 구조체의 상부 슬래브 천장 중 픽싱 플레이트들 사이에 부착 고정하는 단계,
   보텀 플레이트를 케이블 또는 스틸 바로 상기 픽싱 플레이트와 연결하여 상기 톱 플레이트 아래에 설치하는 단계,
   상기 톱 플레이트와 상기 보텀 플레이트의 간격을 증가시켜, 상기 톱 플레이트가 상기 구조체의 상부 슬래브를 가압하여 상기 슬래브를 보강하는 단계를 포함하되,
   상기 톱 플레이트와 상기 케이블 또는 스틸 바의 중간 부분을 연결하는 링크부재를 추가로 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   보강방법.
   
7. 제1 항의 보강장치를 적용하거나, 제6 항의 보강방법을 적용한
   구조설계방법.
   

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