KR20220045773A - 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥 및 그 보강 방법 - Google Patents

방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥 및 그 보강 방법 Download PDF

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Abstract

피보강 콘크리트기둥에 횡방향 구속력을 추가하는 제1 그리드 보강재, 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하는 제2 그리드 보강재 및 전단력을 보강하는 제3 및 제4 그리드 보강재가 모두 결합된 상태로 그리드 보강재를 배치함으로써, 피보강 콘크리트기둥의 띠철근에 횡방향 구속력을 추가하고, 휨모멘트를 보강하며, 전단력에 대해서 동시에 보강할 수 있고, 또한, 그리드 보강재의 고정시, 유기제 접착제인 경화수지를 사용하지 않고 젖은 기둥이나 동절기에 시공이 가능하며, 불연소재의 그리드 보강재를 적용함으로써 종래의 기술에 따른 FRP 보강재 피복 공법에 비하여 내화성능이 우수하며, 또한, 시멘트 모르타르에 컬러를 추가함으로써 미장 효과가 있는, 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥 및 그 보강 방법이 제공된다.

Description

방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥 및 그 보강 방법 {CONCRETE COLUMN OF SEISMIC RETROFIT USING GRID REINFORCEMENT WITH DIRECTIONALITY AND CEMENT MORTAR, AND SEISMIC RETROFIT METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 콘크리트 기둥의 보강 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 방향성을 갖는 그리드 보강재와 시멘트 모르타르(또는 콘크리트)를 이용하여 콘크리트 기둥의 구조내력과 내진성능을 동시에 향상시키기 위한 콘크리트 기둥 및 그 보강 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 건축 구조물 또는 토목 구조물에 있어서 콘크리트 기둥(Concrete Column)은 지붕이나 바닥 슬래브로부터 전달되는 축하중을 하부기둥이나 기초로 전달하는 수직부재로서, 축압력 지지를 위주로 하며, 또한, 풍하중 등 수평하중이나 보의 단부 모멘트 등에 의하여 휨모멘트도 어느 정도 지탱하게 된다.
도 1a는 통상적인 사각 기둥 구조물의 횡방향 단면도이고, 도 1b는 통상적인 원형 기둥 구조물의 횡방향 단면도이며, 도 2a는 도 1a에 도시된 사각 기둥 구조물의 종방향 단면도이고, 도 2b는 도 1b에 도시된 원형 기둥 구조물의 종방향 단면도이다.
도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 콘크리트 기둥 구조물(10a, 10b)은, 콘크리트 부재(11a, 11b)와 상기 콘크리트 부재 내부에 구비되는 주철근(12a, 12b) 및 횡방향 보강철근(13a, 13b)을 포함하여 구성된다.
주철근(12a, 12b)은 중력하중과 작용방향을 나란하게 기둥의 길이 방향으로 배근된 철근으로서, 축압력을 기둥콘크리트와 분담하면서 휨에 의한 인장응력을 지지하는 기능을 갖는다.
횡방향 보강철근(13a, 13b)은 주철근(12a, 12b)을 둘러싼 형태로 설치되어 주철근(12a, 12b)의 배근 위치를 고정시키면서 세장한 기둥에서 높은 압축응력을 받는 주철근(12a, 12b)의 좌굴을 억제하는 기능을 한다. 또한, 횡방향 보강철근(13a, 13b)은 압축 콘크리트의 파괴시 횡방향 벌어짐을 구속하여 압축력에 대한 콘크리트의 연성을 증가시킬 수 있다.
이러한 횡방향 보강철근(13a, 13b)의 종류에는 사각기둥에 폐쇄된 직사각형 형태로 설치되는 띠철근과, 원형 기둥에 일정한 피치로 연속적으로 감아 올라간 형태로 설치되는 나선철근이 있다. 다시 말하면, 주철근(12a, 12b)을 둘러싸는 형태로 설치되어 주철근을 고정하면서 좌굴을 억제하는 횡방향 보강철근(13a, 13b)은, 기둥의 길이방향으로 배근된 주철근(12a, 12b) 주위에 단순한 띠 형태로 설치되거나 또는 주철근(12a, 12b) 주위를 일정 피치로 나선형으로 감아 올라가는 형태로 설치되는 형태에 따라 띠철근 도는 나선철근으로 구분된다.
전술한 바와 같이, 콘크리트 기둥은 원형 또는 구형의 단면을 갖고 기둥방향으로 주철근이 배근되며, 기둥의 직각방향으로 주철근을 폐합하는 띠철근이 배근된다.
이러한 콘크리트 기둥은 주로 압축력을 지지하므로 설계시 가정했던 설계하중 이외에 추가 하중이 없는 경우에는 구조적 문제가 발생되는 경우가 거의 없다. 하지만, 내진설계가 적용되지 않은 기둥의 경우, 지진에 의한 수평력이 작용하면 콘크리트가 피복이 탈락하고 띠철근이 구속력을 상실하면서 기둥이 좌굴되거나 전단 또는 휨파괴가 발생하게 된다.
과거에는 기둥의 단면을 증설하는 공법을 적용하였으나 기둥의 단면적이 증가하므로 최근에는 섬유보강 플라스틱(Fiber Reinforced Plastic: FRP)과 같은 고강도 보강재로 기둥을 감아서 구속력을 증가시키는 피복 공법을 가장 일반적으로 적용하고 있다. 예를 들면, 이러한 FRP 보강재는 1방향 유리섬유나 탄소섬유로 제작되어 방향성을 갖는데, 예를 들면, 후술하는 도 7의 a)에 도시된 바와 같이, 기둥의 원주방향과 0°방향성을 갖도록 시공되어 구속력을 증가시킴으로써 연성 거동을 유도하고 하중저항 능력을 향상시키고 있다.
한편, 도 3은 종래의 기술에 따른 FRP 와이어를 기둥구조물에 감는 와인딩 장치를 예시하는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 FRP 와이어를 기둥구조물에 감는 와인딩 장치(20)는, 하나 혹은 다수의 권선기(21)를 탑재한 회전프레임(22); 및 상승프레임(23) 자체를 회전 및 상승시키면서 기둥 구조물(24)에 와이어 형태의 보강섬유를 감도록 되어 있다.
종래의 기술에 따른 FRP 와이어를 기둥구조물에 감는 와인딩 장치(20)를 이용하여 보강섬유를 기둥 구조물(24)에 감고, 감겨진 보강섬유를 레진 등과 같은 경화수지를 입혀 경화시킴으로써 기둥 구조물(24)을 보강할 수 있는 공법의 경우, 육상은 물론 수중에 시공된 교각 또는 우물통과 같은 기둥 구조물의 형식, 단면 형상, 크기 등에 구애받지 않고서도 효율적으로 보강섬유를 기둥 구조물에 감을 수 있다.
하지만, 이러한 경화수지를 입히는 방식과 관련하여 단순히 함침시키는 방법으로는 원하는 기둥 구조물 보강에 큰 효과가 없고, 우수에 노출되거나 누수가 발생하는 경우 유기계 접착제를 형성하는 경화수지의 접착력이 상실되어 FRP 보강재가 탈락될 수 있는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1290175호에는 "다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 종래의 기술에 따른 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공 방법은, a) FRP 와이어의 일단부(S1)를 기둥구조물 표면에 접하도록 하고 수회 기둥구조물(30)을 FRP 와이어가 감싸도록 한 후, 강력 접착제에 의하여 기둥구조물(30) 표면에 FRP 와이어를 고정시키는 단계; b) 상기 FRP 와이어를 기둥구조물(30) 표면에 상방으로 소정의 높이까지 긴장력을 주면서 감는 단계; c) 상기 FRP 와이어의 타단부(S2)를 강력 접착제로 기둥구조물(30) 표면에 부착시켜 기둥구조물(30)에 제1 층의 FRP 와이어 쟈켓(A1)을 형성시키는 단계; d) 상기 제1 층의 FRP 와이어 쟈켓(A1)에 상기 a) 내지 c) 단계를 반복하여 다층의 FRP 와이어 쟈켓을 기둥구조물(30)에 형성시키는 단계; 및 e) 상기 다층의 FRP 와이어 쟈켓중 최외곽측의 FRP 와이어 쟈켓(A2)에 에폭시를 도포하는 단계를 포함하여 이루어진다.
종래의 기술에 따른 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공 방법에 따르면, FRP 와이어가 인장강성이 크지 않아 인력에 의해서도 긴장시킬 수 있어 기둥을 감는 과정에서 용이하게 긴장력을 도입할 수 있고, 또한, FRP 와이어를 감는 과정에서 고정을 강력접착제를 이용해서 하기 때문에 기둥표면에 앵커 등 고정을 위한 장치를 설치할 필요가 없으며, 이로 인한 기둥표면 손상발생을 방지할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 FRP 보강재 피복방법의 경우, 유기계 접착제를 사용하여 FRP와 기둥, 그리고 겹침 부위를 접착하고 있으나, 이러한 유기계 접착제는 화재에 취약해서 화재발생시 보강 효과가 상실되며, 또한, 우수에 노출되거나 누수가 발생하는 경우 유기계 접착제를 형성하는 수지의 접착력이 상실되어 FRP 보강재가 탈락될 수 있는 문제점이 있다.
한편, 격자형 지오그리드(이하 "그리드"라 함)는 토목공사시 옹벽보강, 사면보강, 지반보강 등의 용도로 사용되는 보강재이다. 이러한 그리드는 내시공성, 마찰특성 등의 특성 이외에도 그 용도상 높은 인장강도와 낮은 인장 변형률(저신도)이 요구된다.
전술한 그리드와 관련된 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1593943호에는 "콘크리트 구조물의 보수보강 및 내진보강 공법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.
도 5a는 종래의 기술에 따른 콘크리트 구조물의 보수보강 및 내진보강 공법의 동작흐름도이고, 도 5b는 종래의 기술에 따른 격자형 섬유 그리드와 고정 섬유판 및 고정수단의 결합관계를 나타내는 분해 사시도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 콘크리트 구조물의 보수보강 및 내진보강 공법은, 표면처리 단계; 격자형 섬유 그리드 고정 단계; 모르타르 도포 단계; 및 표면보호제 도포 단계로 이루어진다.
표면처리 단계에서는, 종래의 기술에 따른 콘크리트 구조물의 보수 보강 및 내진 보강을 실시하고자 하는 작업면을 건전한 상태로 유지하기 위한 것으로, 특히, 열화된 표면을 제거하면서 표면의 평탄도를 형성함과 동시에 표면에 부착된 이물질을 제거한다.
격자형 섬유 그리드 고정 단계에서는, 격자형 섬유 그리드를 연장하여 고정시킬 때에, 각각의 격자형 섬유 그리드의 겹쳐지는 이음부분에는 각각의 격자형 섬유 그리드 단부에 고정 섬유판을 말아놓은 후, 이를 고정 섬유판과 고정수단을 이용하여 콘크리트 구조물에 고정시킨다.
여기서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 격자형 섬유 그리드(40)는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유, 바잘트 섬유 중 선택된 어느 하나 이상의 섬유를 횡방향 섬유(41)와 종방향 섬유(42)로 제작한 후 이를 서로 교차시켜 격자형으로 제작된 격자형 섬유 그리드(40)를 이용하게 되며, 콘크리트 구조물(C)에 고정시에는 내측에 하나 이상의 앵커 결합홀(51)과 모서리 부분에 라운드(52)가 형성되어 있는 고정 섬유판(50)과 매커니컬 앵커로 이루어진 고정수단(60)을 이용하여 결합하게 된다.
이후, 콘크리트 구조물(C)에 고정수단(60)의 결합이 완료되면 고정하고자 하는 격자형 섬유 그리드(40)의 일측에 고정 섬유판(50)을 배치한 상태에서 격자형 섬유 그리드(40)를 고정 섬유판(50) 외측을 감아서 결합하고, 콘크리트 구조물(C)에 형성한 고정수단(60)에 격자형 섬유 그리드(40)가 감겨진 고정 섬유판(50)의 앵커 결합홀(51)을 결합시킨 다음, 너트(N)를 고정수단(60)에 체결함으로써 격자형 섬유 그리드(40)의 일측을 고정시킨다.
다음으로, 모르타르 도포 단계에서는, 상기 격자형 섬유 그리드가 고정되어 있는 콘크리트 구조물에 시멘트, 실리카 흄, 필러, 골재 및 첨가제로 이루어져 있는 모르타르를 도포한다.
표면보호제 도포 단계에서는, 모르타르 도포 단계 이후 표면보호제를 코팅한다.
종래의 기술에 따른 콘크리트 구조물의 보수보강 및 내진보강 공법에 따르면, 격자형 섬유 그리드를 이용한 콘크리트 구조물 보강시 격자형 섬유 그리드를 고정 섬유판과 고정수단을 이용해 콘크리트 구조물에 단단히 고정함으로써 콘크리트 구조물이 하중에 의한 변형시 발생하는 힘에 의해 격자형 섬유 그리드의 탈락현상을 방지함으로써 보강력을 향상시킬 수 있다. 또한, 격자형 섬유 그리드를 고정하기 위해 이용하는 고정 섬유판은 유리섬유와 합성수지로 이루어져 있어 인장력이 강해 고정 섬유판의 취성을 보완할 수 있음은 물론, 내화학성, 내부식성, 내산성이 탁월하여 그 자체로서도 보강재로서의 역할을 수행할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 콘크리트 구조물의 보수보강 및 내진보강 공법의 경우, 콘크리트 구조물에 고정 결합되는 격자형 섬유 그리드를 단단히 고정하여 콘크리트 구조물의 보강력을 향상시킬 수 있지만, 콘크리트 기둥과 같은 구조물의 전단력을 보강하는데 한계가 있다,
한편, 또 다른 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2020-52728호에는 "에프알피 시트 및 종방향으로 분절된 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 종래의 기술에 따른 에프알피 시트 및 종방향으로 분절된 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 종래의 기술에 따른 에프알피 시트 및 종방향으로 분절된 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법은, a) 기둥(70) 표면에 이물질을 제거하고, 부착판과 상기 부착판의 외측면으로 돌출하도록 횡방향 일정 간격마다 결합볼트가 구성되는 보드 결합부재를 기둥(70)의 각변의 길이방향 상단부와 하단부에 설치하는 단계; b) 기둥(70) 표면에 에폭시를 도포한 후 에프알피 시트를 랩핑하는 단계; c) 에프알피 시트의 표면에 일정두께로 모르타르(81)를 도포하는 단계; d) 기둥(70)의 각 코너에 ㄴ형 단면의 코너보강재(82)를 부착하는 단계; e) 코너보강재(82)와 코너보강재(82)의 사이 구간의 기둥(70) 표면에 기둥(70)의 길이와 동일한 길이로 형성되며 길이방향 양단부에 각각 결합공이 통공되는 종방향으로 분절된 시멘트보드(83)를 보드 결합부재의 결합볼트에 결합공을 끼워 설치하고, 너트로 결합하여 기둥(70)의 각 변의 횡방향으로 연속하여 부착하는 단계를 포함하여 이루어진다.
종래의 기술에 따른 에프알피 시트 및 종방향으로 분절된 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법에 따르면, 콘크리트 기둥 또는 CFT(Concrete Filled Tube) 기둥의 표면에 에프알피 시트를 부착하여 내력을 증진시키도록 하고, 종방향으로 분절된 단위부재 형태의 시멘트보드를 기둥의 각변마다 횡방향으로 연속되도록 복수개를 부착하여 접착제 등의 화재의 취약한 성질을 개선하도록 하면서도 지진 등으로 기둥에 수평변위가 발생시에 종방향으로 분절된 시멘트보드가 길이방향 양단부를 축으로 기둥과 동시에 거동하도록 함으로써 전달되는 에너지를 흡수하여 시멘트보드가 훼손되거나 이탈하지 않게 한다.
하지만, 종래의 기술에 따른 에프알피 시트 및 종방향으로 분절된 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법의 경우, 단지 기둥에 수평변위 발생시 종방향으로 분절된 시멘트보드(83)가 길이방향 양단부를 축으로 기둥과 동시에 거동하도록 할 뿐이며, 기둥의 횡방향 구속력을 향상시키거나 전단력을 보강하는데 한계가 있다.
전술한 바와 같이, 콘크리트 기둥은 보 또는 슬래브와 강결되어 있기 때문에 지진하중이 작용할 경우 축력, 전단력 및 휨모멘트를 동시에 받을 수 있고, 이에 따라, 기둥은 해당 부재력을 지지할 수 있도록 보강되어야 한다.
그러나 기둥 보강을 위한 FRP 보강재는 스트랜드 형태 또는 시트 형태 모두 방향성을 갖기 때문에 기둥의 원주방향과 0°방향성을 갖도록 1방향으로 시공하는 것은 어렵지 않지만, 원주방향과 소정 각도의 방향성을 갖도록 시공하는 것은 매우 어렵다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-1290175호(등록일: 2013년 7월 22일), 발명의 명칭: "다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1937536호(등록일: 2019년 1월 4일), 발명의 명칭: "내진보강용 FRP 보강판, 및 그 FRP 보강판과 섬유보강 콘크리트를 이용한 내진보강 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1593943호(등록일: 2016년 2월 4일), 발명의 명칭: "콘크리트 구조물의 보수보강 및 내진보강 공법" 대한민국 등록특허번호 제10-471509호(등록일: 2005년 2월 2일), 발명의 명칭: "구축물의 보강 방법, 보강 구조체 및 고연성재" 대한민국 공개특허번호 제2020-52728호(공개일: 2020년 5월 15일), 발명의 명칭: "에프알피 시트 및 종방향으로 분절된 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법" 대한민국 공개특허번호 제2013-75238호(공개일: 2013년 7월 5일), 발명의 명칭: "철근콘크리트 기둥 내진 보강 장치" 대한민국 공개특허번호 제2013-75995호(공개일: 2013년 7월 8일), 발명의 명칭: "횡방향 보강재, 이를 갖는 합성 콘크리트 기둥구조물 그리고 그 시공방법"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 피보강 콘크리트기둥에 횡방향 구속력을 추가하는 제1 그리드 보강재, 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하는 제2 그리드 보강재 및 전단력을 보강하는 제3 및 제4 그리드 보강재가 모두 결합된 상태로 그리드 보강재를 배치함으로써, 피보강 콘크리트기둥의 띠철근에 횡방향 구속력을 추가하고, 휨모멘트를 보강하며, 전단력에 대해서 동시에 보강할 수 있는, 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥 및 그 보강 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 그리드 보강재의 고정시, 유기제 접착제인 경화수지를 사용하지 않고 젖은 기둥이나 동절기에 시공이 가능하며, 불연소재의 그리드 보강재를 적용할 수 있는, 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥 및 그 보강 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥은, 횡방향 구속력 추가, 휨모멘트 보강 및 전단력 보강을 위해 표면 처리되는 피보강 콘크리트기둥; 격자 형태의 보강재로서, 상기 피보강 콘크리트기둥 제원에 대응하여 선택되어, 상기 피보강 콘크리트기둥 외주면에 방향성을 갖고 거치되는 그리드 보강재; 상기 그리드 보강재를 상기 피보강 콘크리트기둥의 외주면에 고정시키는 그리드 고정장치; 상기 그리드 고정장치에 의해 고정된 상기 그리드 보강재 전면에 타설되어, 상기 피보강 콘크리트기둥 및 상기 그리드 보강재를 일체화시키는 시멘트 모르타르를 포함하되, 상기 그리드 보강재는, 상기 피보강 콘크리트기둥에 횡방향 구속력을 추가하는 제1 그리드 보강재, 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하는 제2 그리드 보강재 및 전단력을 보강하는 제3 및 제4 그리드 보강재가 결합된 상태로 모두 배치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 그리드 보강재는, 횡방향 구속력을 추가하도록 상기 피보강 콘크리트기둥의 외주면으로 원주방향에 대해 0°방향성을 갖는 제1 그리드 보강재; 상기 피보강 콘크리트기둥에 작용하는 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하도록 90°방향성을 갖는 제2 그리드 보강재; 및 상기 피보강 콘크리트기둥에 작용하는 전단력을 보강하도록 -45°및 +45°의 방향성을 갖는 제3 및 제4 그리드 보강재를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 그리드 고정장치는, 상기 그리드 보강재에 긴장력을 도입한 상태에서 앵커핀을 타입하여 상기 피보강 콘크리트기둥에 상기 그리드 보강재를 부착 고정할 수 있다.
여기서, 상기 그리드 보강재를 상기 피보강 콘크리트기둥에 부착 고정시, 상기 피보강 콘크리트기둥의 내화 성능을 향상시키도록 유기계 접착제 대신에 강재 재질의 앵커핀을 타카 또는 타정기를 사용하여 타입할 수 있다.
여기서, 상기 시멘트 모르타르의 배합시 폴리비닐알콜(PVA) 재질의 단섬유를 혼입하되, 100중량부의 시멘트를 기준으로 1중량부가 혼입되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 시멘트 모르타르의 배합시 미장 효과를 위해 컬러를 나타내는 재료를 추가로 배합할 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법은, a) 횡방향 구속력 추가, 휨모멘트 보강 및 전단력 보강을 위한 피보강 콘크리트기둥의 제원을 확인하고, 표면 처리하는 단계; b) 상기 피보강 콘크리트기둥 제원에 대응하여 격자 형태의 그리드 보강재를 선택하는 단계; c) 상기 피보강 콘크리트기둥 외주면에 상기 그리드 보강재를 거치하는 단계: d) 그리드 고정장치를 사용하여 상기 그리드 보강재를 고정시키는 단계; 및 e) 상기 그리드 보강재 전면에 시멘트 모르타르를 타설하는 단계를 포함하되, 상기 그리드 보강재는, 상기 피보강 콘크리트기둥에 횡방향 구속력을 추가하는 제1 그리드 보강재, 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하는 제2 그리드 보강재 및 전단력을 보강하는 제3 및 제4 그리드 보강재가 결합된 상태로 모두 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법은, f) 상기 시멘트 모르타르가 타설되어 경화된 표면에 표면처리제를 도포하여 콘크리트 기둥 보강을 완료하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 피보강 콘크리트기둥에 횡방향 구속력을 추가하는 제1 그리드 보강재, 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하는 제2 그리드 보강재 및 전단력을 보강하는 제3 및 제4 그리드 보강재가 모두 결합된 상태로 그리드 보강재를 배치함으로써, 피보강 콘크리트기둥의 띠철근에 횡방향 구속력을 추가하고, 휨모멘트를 보강하며, 전단력에 대해서 동시에 보강할 수 있다. 즉, 구조가 간단하고 시공방법이 간편한 그리드 보강재와 시멘트 모르타르를 이용함으로써, 피보강 콘크리트기둥의 구조내력 보강과 내진 보강을 동시에 실시할 수 있다.
본 발명에 따르면, 그리드 보강재의 고정시, 유기제 접착제인 경화수지를 사용하지 않고 젖은 기둥이나 동절기에 시공이 가능하며, 불연소재의 그리드 보강재를 적용함으로써 종래의 기술에 따른 FRP 보강재 피복 공법에 비하여 내화성능이 우수하다.
본 발명에 따르면, 시멘트 모르타르에 컬러를 추가함으로써 미장 효과가 있다.
도 1a는 통상적인 사각 기둥 구조물의 횡방향 단면도이고, 도 1b는 통상적인 원형 기둥 구조물의 횡방향 단면도이다.
도 2a는 도 1a에 도시된 사각 기둥 구조물의 종방향 단면도이고, 도 2b는 도 1b에 도시된 원형 기둥 구조물의 종방향 단면도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 FRP 와이어를 기둥구조물에 감는 와인딩 장치를 예시하는 도면이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 종래의 기술에 따른 콘크리트 구조물의 보수보강 및 내진보강 공법의 동작흐름도이고, 도 5b는 종래의 기술에 따른 격자형 섬유 그리드와 고정 섬유판 및 고정수단의 결합관계를 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 종래의 기술에 따른 에프알피 시트 및 종방향으로 분절된 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥에서 보강 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥에 적용되는 텍스타일 그리드 보강재를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥에서 그리드 보강재를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법의 동작흐름도이다.
도 12 내지 도 16은 각각 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
먼저, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥에서 보강 원리를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 1방향을 갖는 보강재를 기준으로 콘크리트 기둥(100)의 구조내력과 내진보강을 동시에 보강하는 방법을 도 7의 a) 내지 도 7의 d)를 참조하여 설명한다.
콘크리트 기둥(100)의 구속력을 향상시키기 위해서는 도 7의 a)에 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 기둥(100)의 원주방향과 0°를 갖도록 보강재를 시공해야 한다.
또한, 상기 콘크리트 기둥(100)에 휨모멘트가 작용하는 경우, 기둥에는 추가적으로 인장 축력이 발생할 수 있는데, 이에 저항하기 위해서는 도 7의 b)에 도시된 바와 같이, 수직방향 보강이 필요하다.
또한, 상기 콘크리트 기둥(100)은 전단력도 지지해야 하는데, 통상적으로 전단 파괴는 상기 콘크리트 기둥(100)의 원주방향과 -45°방향 및 +45°방향으로 발생하므로, 이에 대향하여 도 7의 c)에 도시된 바와 같이, 대각선 또는 나선 방향으로 보강해야 한다.
이에 따라, 띠철근에 구속력 추가, 휨모멘트, 전단력에 대해서 보강하기 위해서는 도 7의 d)에 도시된 바와 같이, 보강재를 설치하여 보강할 수 있다. 즉, 격자 형태로 제작된 그리드 보강재(120)를 0°와 +45°방향으로만 보강하게 되면 콘크리트 기둥(100)의 구조내력과 내진성능을 동시에 향상시킬 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥을 설명하고, 도 11 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법을 설명한다.
[방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥]
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥을 나타내는 도면으로서, 도 8의 a)는 사시도이고, 도 8의 b)는 평면도이다.
도 8의 a) 및 b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥(100)은 피보강 콘크리트기둥(110), 그리드 보강재(120), 그리드 고정장치(130) 및 시멘트 모르타르(140)를 포함하여 구성된다.
피보강 콘크리트기둥(110)은 횡방향 구속력 추가, 휨모멘트 보강 및 전단력 보강을 위해 표면 처리된다.
그리드 보강재(120)는 격자 형태의 보강재로서, 상기 피보강 콘크리트기둥(110) 제원에 대응하여 선택되어, 상기 피보강 콘크리트기둥(110) 외주면에 방향성을 갖고 거치된다. 이때, 상기 그리드 보강재(120)는, 후술하는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 횡방향 구속력을 추가하는 제1 그리드 보강재(121), 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하는 제2 그리드 보강재(122) 및 전단력을 보강하는 제3 및 제4 그리드 보강재(123, 124)가 결합된 상태로 모두 배치된다.
그리드 고정장치(130)는 상기 그리드 보강재(120)를 상기 피보강 콘크리트기둥(110)의 외주면에 고정시킨다. 여기서, 상기 그리드 고정장치(130)는, 상기 그리드 보강재(120)에 긴장력을 도입한 상태에서, 예를 들면, 도 15의 b)에 도시된 앵커핀(133)을 타입하여 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 상기 그리드 보강재(120)를 부착 고정할 수 있고, 이에 따라, 상기 그리드 보강재(120)를 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 부착 고정시, 상기 피보강 콘크리트기둥(110)의 내화 성능을 향상시키도록 유기계 접착제 대신에 강재 재질의 앵커핀(133)을 타카 또는 타정기를 사용하여 타입할 수 있다.
시멘트 모르타르(140)는 상기 그리드 고정장치(130)에 의해 고정된 상기 그리드 보강재(120) 전면에 타설되어, 상기 피보강 콘크리트기둥(110) 및 상기 그리드 보강재(120)를 일체화시킨다. 여기서, 상기 시멘트 모르타르(140)를 두께가 얇게 시공하는 경우, 건조수축 균열이 발생할 수 있으므로, 상기 시멘트 모르타르(140)의 배합시 폴리비닐알콜(PVA) 재질의 단섬유를 혼입하되, 100중량부의 시멘트를 기준으로 1중량부가 혼입되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 그리드 보강재(120)와 콘크리트 기둥(100)을 일체화시키는 상기 시멘트 모르타르(140)는 일반적인 포틀랜드 시멘트 모르타르를 사용할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 상기 시멘트 모르타르(140)의 배합시 미장 효과를 위해 컬러(Color)를 나타내는 재료를 추가로 배합할 수 있다.
특히, 한국건설기술연구원 구조실험결과에 따르면, 상기 그리드 보강재(120)와 시멘트 모르타르(140)를 콘크리트 기둥 모형체 표면에 두께 20㎜로 시공하고, 파괴실험을 진행한 결과, 보강된 시멘트 모르타르(140)가 파괴시까지 콘크리트 기둥 모형체로부터 탈락하지 않고 부착강도가 매우 우수하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥(100)의 경우, 특히, 그리드 보강재(120)의 고정시, 유기제 접착제인 경화수지를 사용하지 않기 때문에 젖은 기둥이나 동절기에 시공이 가능하고, 불연소재의 그리드 보강재(120)를 적용함으로써 종래의 기술에 따른 FRP 보강재 피복 공법에 비하여 내화성능이 우수하다.
한편, 그리드 보강재(120)를 제조하는 방법으로서, 일반적으로 플라스틱을 사출하거나 또는 압출한 후, 소정 간격으로 구멍을 뚫은 다음에 일축 또는 이축으로 연신시켜 제조하는 방법을 이용하고 있다. 하지만, 사출된 플라스틱을 이용한 격자형 그리드는 인장강도가 낮고 연속공정으로 제조하기 어려우며, 그 크기나 모양에 있어 형태의 제약을 받는다.
최근에는 고강도 섬유를 이용하여 격자 형태의 직물로 제직하거나 편직함으로써 텍스타일 그리드 원단을 준비한 다음, 폴리비닐클로라이드, 역청, 아크릴, 라텍스 및 고무계 수지 등의 수지 코팅액으로 그 표면을 피복하고, 이후, 고온 열처리를 실시하여 제조한 텍스타일 그리드 보강재(Textile Grid Reinforcement)가 콘크리트 구조물 신설 및 보강에 효과적으로 활용되고 있다.
이러한 텍스타일 그리드 보강재는 플라스틱 그리드 보강재에 비해 고강도 섬유를 사용하기 때문에 인장강도가 크고 인장 변형률이 낮은 특성을 나타내며, 이에 따라, 구조물 축조 및 보강에 우수한 구조재료적 특성을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥에 적용되는 텍스타일 그리드 보강재를 설명하기 위한 도면으로서, 도 9의 a)는 텍스타일 그리드 보강재를 나타내고, 도 9의 b)는 제직 방법으로 생산된 텍스타일 그리드 보강재를 나타내는 도면이다.
도 9의 a)에 도시된 바와 같이, 텍스타일 그리드 보강재(120)는 탄소섬유, 아라미드섬유 등 고강도 섬유를 이용하여 격자 형태의 직물로 직조(Weaving)하거나 편직(Knitting)함으로써, 텍스타일 그리드를 제작한 후 에폭시, 폴리에스테르, 아크릴레이트, SBR 수지 등으로 함침시켜 텍스타일 그리드 보강재(120)를 제조하고 있다.
이러한 텍스타일 그리드 보강재(120)는, 도 9의 b)에 도시한 바와 같이, 위사(Weft)와 경사(Warp)로 구성되는데, 위사)와 경사 각각은 섬유다발(120-1)과 수지(120-2)가 함침되어 있지만, 완성된 텍스타일 그리드 보강재(120)는 롤(Roll) 형태로 권취할 수 있을 정도로 연성을 갖는다. 이러한 제직방법으로 생산되는 텍스타일 그리드 보강재(120)는 경사를 꼬아서 제직하기 때문에 주방향인 직선으로 배치되는 위사의 위사방향에 비하여 경사 방향의 연신율이 크다는 특징이 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥에서 그리드 보강재를 예시하는 도면이다.
도 10의 a)에 도시된 제1 방향 그리드 보강재(120a)는 횡방향 구속력을 추가하도록 상기 피보강 콘크리트기둥(110)의 외주면으로 원주방향에 대해 0°방향성을 갖는 제1 그리드 보강재(121); 및 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 작용하는 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하도록 90°방향성을 갖는 제2 그리드 보강재(122)를 포함한다.
도 10의 b)에 도시된 제2 방향 그리드 보강재(120b)는 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 작용하는 전단력을 보강하도록 -45°및 +45°의 방향성을 갖는 제3 및 제4 그리드 보강재(123, 124)를 포함한다.
도 10의 c)에 도시된 그리드 보강재(120)는, 도 10의 a)에 도시된 제1 방향 그리드 보강재(120a) 및 도 10의 b)에 도시된 제2 방향 그리드 보강재(120b)를 모두 포함하도록 일체화된 것을 나타낸다.
다시 말하면, 격자 형태인 그리드 보강재(120) 2장을 각 다른 방향으로 시공할 수도 있고, 또한, 시공 전에 그리드 보강재(120) 2장을 0°와 +45°방향으로 일체화시킨 후 콘크리트 기둥(100)을 보강할 수도 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥에 따르면, 피보강 콘크리트기둥에 횡방향 구속력을 추가하는 제1 그리드 보강재, 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하는 제2 그리드 보강재 및 전단력을 보강하는 제3 및 제4 그리드 보강재가 모두 결합된 상태로 그리드 보강재를 배치함으로써, 피보강 콘크리트기둥의 띠철근에 횡방향 구속력을 추가하고, 휨모멘트를 보강하며, 전단력에 대해서 동시에 보강할 수 있다.
[방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법]
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법의 동작흐름도이고, 도 12 내지 도 16은 각각 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법은, 먼저, 횡방향 구속력 추가, 휨모멘트 보강 및 전단력 보강을 위한 피보강 콘크리트기둥(110)의 제원을 확인하고, 표면 처리한다(S110). 구체적으로, 도 12의 a)에 도시된 바와 같이, 콘크리트 기둥(100)의 직경(D) 및 길이(H)를 확인하고, 또한, 도 12의 b)에 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 기둥(100) 내의 주철근(111), 띠철근(112) 및 콘크리트(113)를 확인한 후, 표면 처리를 실시한다.
다음으로, 상기 피보강 콘크리트기둥(110) 제원에 대응하여 격자 형태의 그리드 보강재(120)를 선택한다(S120). 구체적으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 여기서, 상기 그리드 보강재(120)는, 횡방향 구속력을 추가하도록 상기 피보강 콘크리트기둥(110)의 외주면으로 원주방향에 대해 0°방향성을 갖는 제1 그리드 보강재(121); 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 작용하는 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하도록 90°방향성을 갖는 제2 그리드 보강재(122); 및 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 작용하는 전단력을 보강하도록 -45°및 +45°의 방향성을 갖는 제3 및 제4 그리드 보강재(123, 124)를 포함한다.
다음으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 피보강 콘크리트기둥(110) 외주면에 상기 그리드 보강재(120)를 거치한다(S130).
다음으로, 그리드 고정장치(130)를 사용하여 상기 그리드 보강재(120)를 고정시킨다(S140). 구체적으로, 여기서, 상기 그리드 고정장치(130)는, 도 15의 a) 및 b)에 도시된 바와 같이, 리테이닝 클립(131), 스페이서(132) 및 앵커핀(133)을 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 이때, 상기 그리드 보강재(120)에 긴장력을 도입한 상태에서 앵커핀(133)을 타입하여 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 상기 그리드 보강재(120)를 부착 고정할 수 있다. 또한, 상기 그리드 보강재(120)를 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 부착 고정시, 상기 피보강 콘크리트기둥(110)의 내화 성능을 향상시키도록 유기계 접착제 대신에 강재 재질의 앵커핀(133)을 타카 또는 타정기를 사용하여 타입한다.
다음으로, 상기 그리드 보강재(120) 전면에 시멘트 모르타르(140)를 타설한다(S150). 구체적으로, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 시멘트 모르타르(140)의 배합시 폴리비닐알콜(PVA) 재질의 단섬유를 혼입하되, 100중량부의 시멘트를 기준으로 1중량부가 혼입되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 시멘트 모르타르(140)의 배합시 미장 효과를 위해 컬러(Color)를 나타내는 재료를 추가로 배합할 수 있다.
다음으로, 상기 시멘트 모르타르(140)가 타설되어 경화된 표면에 표면처리제를 도포하여 콘크리트 기둥 보강을 완료한다(S160).
이에 따라, 상기 그리드 보강재(120)는, 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 횡방향 구속력을 추가하는 제1 그리드 보강재(121), 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하는 제2 그리드 보강재(122) 및 전단력을 보강하는 제3 및 제4 그리드 보강재(123, 124)가 결합된 상태로 모두 배치된다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 구조가 간단하고 시공방법이 간편한 그리드 보강재와 시멘트 모르타르를 이용함으로써, 피보강 콘크리트기둥의 구조내력 보강과 내진 보강을 동시에 실시할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 그리드 보강재의 고정시, 유기제 접착제인 경화수지를 사용하지 않고 젖은 기둥이나 동절기에 시공이 가능하며, 불연소재의 그리드 보강재를 적용함으로써 종래의 기술에 따른 FRP 보강재 피복 공법에 비하여 내화성능이 우수하며, 또한, 시멘트 모르타르에 컬러를 추가함으로써 미장 효과가 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 콘크리트 기둥
110: 피보강 콘크리트기둥 120: 그리드 보강재
120a: 제1 방향 그리드 보강재
120b: 제2 방향 그리드 보강재
130: 그리드 고정장치 140: 시멘트 모르타르
121: 제1 그리드 보강재 122: 제2 그리드 보강재
123: 제3 그리드 보강재 124: 제4 그리드 보강재
131: 리테이닝 클립 132: 스페이서
133: 앵커핀

Claims (13)

  1. 횡방향 구속력 추가, 휨모멘트 보강 및 전단력 보강을 위해 표면 처리되는 피보강 콘크리트기둥(110);
    격자 형태의 보강재로서, 상기 피보강 콘크리트기둥(110) 제원에 대응하여 선택되어, 상기 피보강 콘크리트기둥(110) 외주면에 방향성을 갖고 거치되는 그리드 보강재(120);
    상기 그리드 보강재(120)를 상기 피보강 콘크리트기둥(110)의 외주면에 고정시키는 그리드 고정장치(130);
    상기 그리드 고정장치(130)에 의해 고정된 상기 그리드 보강재(120) 전면에 타설되어, 상기 피보강 콘크리트기둥(110) 및 상기 그리드 보강재(120)를 일체화시키는 시멘트 모르타르(140)를 포함하되,
    상기 그리드 보강재(120)는, 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 횡방향 구속력을 추가하는 제1 그리드 보강재(121), 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하는 제2 그리드 보강재(122) 및 전단력을 보강하는 제3 및 제4 그리드 보강재(123, 124)가 결합된 상태로 모두 배치되는 것을 특징으로 하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥.
  2. 제1항에 있어서, 상기 그리드 보강재(120)는,
    횡방향 구속력을 추가하도록 상기 피보강 콘크리트기둥(110)의 외주면으로 원주방향에 대해 0°방향성을 갖는 제1 그리드 보강재(121);
    상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 작용하는 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하도록 90°방향성을 갖는 제2 그리드 보강재(122); 및
    상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 작용하는 전단력을 보강하도록 -45°및 +45°의 방향성을 갖는 제3 및 제4 그리드 보강재(123, 124)를 포함하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그리드 고정장치(130)는, 상기 그리드 보강재(120)에 긴장력을 도입한 상태에서 앵커핀(133)을 타입하여 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 상기 그리드 보강재(120)를 부착 고정하는 것을 특징으로 하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 그리드 보강재(120)를 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 부착 고정시, 상기 피보강 콘크리트기둥(110)의 내화 성능을 향상시키도록 유기계 접착제 대신에 강재 재질의 앵커핀(133)을 타카 또는 타정기를 사용하여 타입하는 것을 특징으로 하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트 모르타르(140)의 배합시 폴리비닐알콜(PVA) 재질의 단섬유를 혼입하되, 100중량부의 시멘트를 기준으로 1중량부가 혼입되는 것을 특징으로 하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시멘트 모르타르(140)의 배합시 미장 효과를 위해 컬러(Color)를 나타내는 재료를 추가로 배합하는 것을 특징으로 하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 보강 콘크리트 기둥.
  7. a) 횡방향 구속력 추가, 휨모멘트 보강 및 전단력 보강을 위한 피보강 콘크리트기둥(110)의 제원을 확인하고, 표면 처리하는 단계;
    b) 상기 피보강 콘크리트기둥(110) 제원에 대응하여 격자 형태의 그리드 보강재(120)를 선택하는 단계;
    c) 상기 피보강 콘크리트기둥(110) 외주면에 상기 그리드 보강재(120)를 거치하는 단계:
    d) 그리드 고정장치(130)를 사용하여 상기 그리드 보강재(120)를 고정시키는 단계; 및
    e) 상기 그리드 보강재(120) 전면에 시멘트 모르타르(140)를 타설하는 단계를 포함하되,
    상기 그리드 보강재(120)는, 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 횡방향 구속력을 추가하는 제1 그리드 보강재(121), 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하는 제2 그리드 보강재(122) 및 전단력을 보강하는 제3 및 제4 그리드 보강재(123, 124)가 결합된 상태로 모두 배치되는 것을 특징으로 하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    f) 상기 시멘트 모르타르(140)가 타설되어 경화된 표면에 표면처리제를 도포하여 콘크리트 기둥 보강을 완료하는 단계를 추가로 포함하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 b) 단계의 그리드 보강재(120)는,
    횡방향 구속력을 추가하도록 상기 피보강 콘크리트기둥(110)의 외주면으로 원주방향에 대해 0°방향성을 갖는 제1 그리드 보강재(121);
    상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 작용하는 휨모멘트를 보강하도록 인장축력에 저항하도록 90°방향성을 갖는 제2 그리드 보강재(122); 및
    상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 작용하는 전단력을 보강하도록 -45°및 +45°의 방향성을 갖는 제3 및 제4 그리드 보강재(123, 124)를 포함하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 d) 단계의 그리드 고정장치(130)는, 상기 그리드 보강재(120)에 긴장력을 도입한 상태에서 앵커핀(133)을 타입하여 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 상기 그리드 보강재(120)를 부착 고정하는 것을 특징으로 하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 그리드 보강재(120)를 상기 피보강 콘크리트기둥(110)에 부착 고정시, 상기 피보강 콘크리트기둥(110)의 내화 성능을 향상시키도록 유기계 접착제 대신에 강재 재질의 앵커핀(133)을 타카 또는 타정기를 사용하여 타입하는 것을 특징으로 하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 e) 단계의 시멘트 모르타르(140)의 배합시 폴리비닐알콜(PVA) 재질의 단섬유를 혼입하되, 100중량부의 시멘트를 기준으로 1중량부가 혼입되는 것을 특징으로 하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 시멘트 모르타르(140)의 배합시 미장 효과를 위해 컬러(Color)를 나타내는 재료를 추가로 배합하는 것을 특징으로 하는 방향성을 갖는 그리드 보강재 및 시멘트 모르타르를 이용한 콘크리트 기둥의 보강 방법.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100471509B1 (ko) 2001-06-11 2005-03-08 고조 힌시츠 호쇼켄큐쇼 가부시키가이샤 구축물의 보강 방법, 보강 구조체 및 고연성재
KR20130075238A (ko) 2011-12-27 2013-07-05 주식회사 포스코 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치
KR20130075995A (ko) 2011-12-28 2013-07-08 경희대학교 산학협력단 횡방향 보강재, 이를 갖는 합성 콘크리트 기둥구조물 그리고 그 시공방법
KR101290175B1 (ko) 2011-06-01 2013-07-30 최은수 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법
KR101593943B1 (ko) 2015-07-16 2016-02-15 (주)우암건설 콘크리트 구조물의 보수보강 및 내진보강 공법
KR101937536B1 (ko) 2016-11-17 2019-01-10 경상대학교산학협력단 내진보강용 ｆｒｐ보강판, 및 그 ｆｒｐ보강판과 섬유보강 콘크리트를 이용한 내진보강 방법
KR20200052728A (ko) 2018-11-07 2020-05-15 서울시립대학교 산학협력단 에프알피 시트 및 종방향으로 분절된 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100471509B1 (ko) 2001-06-11 2005-03-08 고조 힌시츠 호쇼켄큐쇼 가부시키가이샤 구축물의 보강 방법, 보강 구조체 및 고연성재
KR101290175B1 (ko) 2011-06-01 2013-07-30 최은수 다층 에프알피 와이어 자켓을 이용한 기둥구조물 시공방법
KR20130075238A (ko) 2011-12-27 2013-07-05 주식회사 포스코 철근 콘크리트 기둥 내진 보강 장치
KR20130075995A (ko) 2011-12-28 2013-07-08 경희대학교 산학협력단 횡방향 보강재, 이를 갖는 합성 콘크리트 기둥구조물 그리고 그 시공방법
KR101593943B1 (ko) 2015-07-16 2016-02-15 (주)우암건설 콘크리트 구조물의 보수보강 및 내진보강 공법
KR101937536B1 (ko) 2016-11-17 2019-01-10 경상대학교산학협력단 내진보강용 ｆｒｐ보강판, 및 그 ｆｒｐ보강판과 섬유보강 콘크리트를 이용한 내진보강 방법
KR20200052728A (ko) 2018-11-07 2020-05-15 서울시립대학교 산학협력단 에프알피 시트 및 종방향으로 분절된 시멘트보드를 이용한 기둥 보강방법

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