KR20230056612A

KR20230056612A - 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조

Info

Publication number: KR20230056612A
Application number: KR1020220135177A
Authority: KR
Inventors: 박규현
Original assignee: (주)진영코리아
Priority date: 2021-10-20
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2023-04-27

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물 상에서 비구조요소를 설치하는 데 이용되는 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조로서, 상기 콘크리트 구조물에 매립되는 3차원 격자 트러스 구조체; 및 상기 3차원 격자 트러스 구조체에 고정되며, 상기 콘크리트 앵커가 결합되는 앵커체;를 포함하며, 상기 3차원 격자 트러스 구조체의 트러스 요소의 인장 특성에 의해 상기 앵커체가 콘크리트 구조물로부터 인발되지 않는 저항 특성이 개선되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조에 대해 개시하며, 이러한 구조에서 상기 콘크리트 구조물은 상기 앵커체의 인발 과정에서 상기 3차원 격자 트러스 구조체의 작용에 의해 확장된 파괴각 및 파괴면을 가짐으로써 앵커체의 인발에 대한 저항 특성이 배가되는 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조{SEISMIC PERFORMANCE IMPROVEMENT STRUCTURE FOR CONCRETE ANCHOR}

본 발명은 지진에 대비하여 구조물에 설비를 고정, 부착함에 있어서 앵커의 내진성능을 향상시킬 수 있는 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 앵커가 설치되는 콘크리트 내부에 3차원 격자 트러스 구조체를 위치시킴으로써 지진시 앵커의 정착력과 부착력이 증가하도록 구성하여 내진성능을 향상시키고, 상시 3차원 격자 트러스 구조체에 의하여 인장응력에 대한 저항 성능을 향상시켜 균열 발생을 최소화할 수 있는 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조에 관한 것이다.

최근 지진피해의 양상은 내진설계 기술의 발전으로 보, 기둥, 슬래브 등 구조요소에 대한 피해보다 구조요소의 내, 외부에 설치된 기계, 전기, 통신, 방송, 소방 등 비구조요소에 대한 피해가 보다 심각하다. 상기 비구조요소의 공사비는 일반적인 상업용 건물의 경우 전체 공사비의 70% 수준으로 지진피해 발생 시 재산피해 규모를 증가시키는 주요한 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 또한, 상기 비구조요소는 구조요소와 달리 고유의 기능, 예컨대 전기설비의 전기 공급 기능, 소방설비의 화재 시 소화 기능 등을 갖고 있기 때문에 지진재해 발생 후에도 정상적인 기능유지가 요구되는 등 구조요소 보다 높은 지진 안전성이 요구된다. 그러므로 국내외 시설물의 설계기준에서는 상기 비구조요소에 대한 내진성능을 확보할 수 있는 대책을 마련하도록 요구하고 있다.

종래 지진재해 발생 시 상기 비구조요소의 안전성을 확보할 수 있는 대책으로 다양한 방법이 고안되고 있다. 그 중 가장 기본적인 방법은 상기 비구조요소가 설치되는 구조요소에 부착, 정착 등의 방법으로 고정함으로써 지진 등에 의한 진동에도 상기 비구조요소가 전도, 전복되지 않도록 하는 내진설계방법이다. 이러한 내진설계방법은 중약진지역인 국내에서 유효한 방법으로서, 콘크리트 구조물인 경우 앵커가 고정될 앵커체를 해당 구조물의 조성 시점에서 함께 선시공하는 방법과 또는 구조물 조성 후에 기계적, 화학적 방법 등에 의해 앵커를 후시공하는 방법으로 구분될 수 있다.

상기 선시공 방법은 정착성능을 향상시키는 구조로 앵커체를 구성하고 콘크리트를 타설하는 방법으로 수행되기 때문에 후시공 방법 대비 높은 저항 성능을 확보할 수 있는 장점이 있으나, 앵커체가 정확한 위치에 시공되기 위해서는 거푸집 타설 시 앵커체를 구성하기 위한 별도의 부품을 설치해야 하는 번거로움이 있다. 또한 국내에서는 비교적 최근에서야 선시공 방법으로 앵커체가 설치되고 있기 때문에 대부분의 기존 시설물에 내진보강을 위한 앵커체의 설치는 후시공하는 방법에 의하고 있다.

한편 상기 후시공 방법은, 구조물 내로 앵커 삽입 후 토크력을 가하여 앵커 단부가 확장되면서 고정되는 방법과, 팽창성 화학재료를 주입, 응결시켜 앵커를 고정하는 방법으로 크게 분류될 수 있다. 앵커 자체의 파괴가 발생하지 않는다면, 앵커의 주요 파괴 모드는 앵커가 인발되는 방향으로 콘 형상으로 발생하는 콘크리트 파괴와 측면파열 파괴, 콘크리트 균열 파괴가 대표적이다. 즉, 콘크리트에 후시공되는 앵커는 인장하중에 대해 저항성능이 낮은 콘크리트가 먼저 파괴되면서 앵커의 기능을 상실하게 된다.

그러므로 기존 콘크리트 구조물에 내진성능이 개선된 앵커를 신규로 설치하는 데 있어서는 상술한 선시공 방법에서의 번거로운 시공방법 및 절차를 개선하고, 상기 후시공 방법에서 인장성능 또는 부착성능 향상이 만족스럽지 못한 부분을 개선할 수 있는 새로운 방안이 요구된다.

대한민국 등록특허공보 10-1325460

종래기술에 따른 상기한 문제점을 고려해 안출된 본 발명의 목적은, 기존 콘크리트 구조물에서 비구조요소를 고정하는 앵커체 및 앵커 시공시, 종래의 선시공 방법에 따른 번거로움 및 절차를 개선할 수 있고, 또한 종래의 후시공 방법에 따른 상대적으로 낮은 인장성능 및 부착성능을 개선할 수 있는 새로운 시공 방식 및 수단을 갖는 콘크리트 앵커의 내진 구조를 제공하는 것이다.

상기 해결과제에 대한 인식에 기초한 본 발명의 요지는 청구범위에 기재된 것과 동일한 아래의 내용이다.

(1) 콘크리트 구조물 상에서 비구조요소를 설치하는 데 이용되는 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조로서, 상기 콘크리트 구조물에 매립되는 3차원 격자 트러스 구조체; 및 상기 3차원 격자 트러스 구조체에 고정되며, 상기 콘크리트 앵커가 결합되는 앵커체;를 포함하며, 상기 3차원 격자 트러스 구조체의 트러스 요소의 인장 특성에 의해 상기 앵커체가 콘크리트 구조물로부터 인발되지 않는 저항 특성이 개선되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조.

(2) 상기 콘크리트 구조물은 상기 앵커체의 인발 과정에서 상기 3차원 격자 트러스 구조체의 작용에 의해 확장된 파괴각 및 파괴면을 가짐으로써 앵커체의 인발에 대한 저항 특성이 배가되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조.

(3) 상기 앵커체는 상기 3차원 격자 트러스 구조체의 격자 사이에 고정되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조.

(4) 상기 앵커체는 상기 3차원 격자 트러스 구조체의 격자 크기와 동일한 외경을 가지며, 외주면에 형성되는 외부 나사산을 이용해 회전에 의해 상기 3차원 격자 트러스에 탈부착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 상기 (3)의 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조.

(5) 상기 콘크리트용 앵커는 상기 앵커체의 내부에 형성된 내부 나사산을 이용해 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조.

상기와 같은 본 발명의 구성에 따르면, 비구조요소 등의 고정용 앵커를 설치하기 위한 상기 앵커체(310)가 상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)를 매개로 설치됨으로써, 종래 앵커체(310)를 소정 위치에 설치하는 작업으로 인해 거푸집을 고정, 설치하는 작업이 번거로웠던 부분이 훨씬 간소화될 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)의 트러스 요소의 인장 특성에 의해 상기 앵커체가 콘크리트 구조물(100)로부터 인발되지 않는 저항 특성이 개선될 수 있고, 특히 상기 콘크리트 구조물(100)은 상기 앵커체(310)의 인발 과정에서 상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)의 작용에 의해 확장된 파괴각(120) 및 파괴면(130)을 가짐으로써 앵커체(310)의 인발에 대한 저항 특성이 배가됨으로써, 전체적으로 정착력 및 부착력이 증강되어 콘크리트 앵커에 대한 내진성능이 크게 향상될 수 있는 구조를 제공하게 된다.

도 1은 종래기술에 따라 일반적인 슬래브 구조요소(100)에 비구조요소(200)가 설치된 일 실시예이다.
도 2는 종래기술에 따라 일반적인 슬래브 구조요소(100)에 앵커체(110)가 설치된 일 실시예이다.
도 3은 본 발명에 따라 앵커체(310)가 결합된 3차원 격자 트러스 구조체(300)가 일반적인 슬래브 구조요소(100)에 설치된 일 실시예이다.
도 4는 종래기술에 따라 일반적인 슬래브 구조요소(100)에 앵커체(110)가 설치된 것을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따라 일반적인 슬래브 구조요소(100)에 3차원 격자 트러스 구조체(300)와 앵커체(310)가 결합된 구조를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따라 3차원 격자 트러스 구조체(300)에 삽입되어 결합되는 앵커체(310)의 단면도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 받침장치 무수축 콘크리트에 대한 실험 성적서를 나타낸다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구조에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.

도 1은 종래기술에 따라 일반적인 슬래브 구조요소(100)에 비구조요소(200)가 설치된 일 실시예이다. 콘크리트 슬래브 상에 설치되는 비구조요소(200), 예컨대 전기배전반이 내진성능을 갖기 위해서는 비구조요소의 하부가 앵커로 단단히 고정되어야 한다. 도 1의 이러한 일반적인 슬래브 구조요소(100)에 앵커를 시공하기 위한 일반적인 앵커체(110)는 도 2와 같이 설치되고 있고, 이 경우 앵커체(110)를 소정의 위치에 설치하기 위해서는 거푸집 등에 고정된 별도의 부품 또는 장치가 요구되고 있어 그 작업이 번거롭다.

또한 도 2와 같이 앵커체(110)가 설치되는 구조에서 앵커의 인발력에 대해 콘크리트 구조물(100)만이 저항하고, 이에 따라 일반적인 슬래브 구조요소(100)에는 그 파괴 과정에서 도 4에 도시된 바와 같은 소정의 파괴각(120)과 파괴면(130)이 생성된다. 이 경우 상기 파괴각(120)은 일반적으로 45도 이하로 비교적 가파르기 때문에 앵커 인발에 대한 저항력은 본질적으로 제한된다.

보다 구체적으로 인장하중 및 전단하중을 받는 앵커의 콘크리트 파열파괴강도는 45°콘파괴이론 및 CCD(Concrete Capacity Design) 방법을 이용하여 평가하고 있으나, 1994년 미국 Northridge 지진 시 많은 앵커의 파괴가 보고되었으며, 국내에서는 설계자와 시공자가 신뢰할 수 있는 명확한 설계기준이 없는 상태이다. 종래 일반적으로 낮은 저항력을 갖는 것으로 알려져 있는 단일 앵커의 인발 시 파열파괴 형상은 원추형 형상을 가지고 있으며, 파괴각(120)은 약 10°°의 범위에서 파괴면의 길이(130)를 타나내고 있다.

나아가 도 2, 도 4의 경우에도 그 내부에 철근 등이 배근되는 경우에는 파괴각(120)이 증가하면서 저항력이 증가될 수도 있지만, 여전히 인장하중에 대한 저항성능이 낮은 콘크리트 구조물(100)이 먼저 파괴되면서 앵커의 기능을 상실할 가능성이 높기 때문에 저항특성 개선에 한계가 있다.

도 3은 본 발명에 따라 앵커체(310)가 결합된 3차원 격자 트러스 구조체(300)가 일반적인 슬래브 구조요소(100)에 설치된 일 실시예이다. 도 3의 본 발명 실시예에 따르면, 앞서 도 2에서와 같이 앵커체(110)를 소정의 위치에 설치하기 위해서는 거푸집 등에 고정된 별도의 부품 또는 장치가 요구되는 것과는 달리, 앵커체(310)가 3차원 격자 트러스 구조체(300)에 결합하는 구조이어서 그 자립이 가능하기 때문에 거푸집 등의 시공 작업이 훨씬 간소화될 수 있는 장점이 있다.

상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)는 공간상에서 서로 일정한 방위각을 갖도록 3방향 이상의 연속된 와이어 군을 교차하여 조립 형성된 3차원 격자 트러스 구조체(300)로서 선행기술에서 제시하는 바와 동일한 구조일 수 있으며, 바람직하게는 강재로 제작될 수 있다. 이러한 상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)는 연속한 와이어로 제작되기 때문에 와이어 진행방향으로 인장 저항성능이 우수한 특징이 있다.

도 3에서 상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)는 실시예에서와 같이 콘크리트 구조물(100) 조성시 함께 선시공 방법으로 구현되는 것이 이상적이지만 이에 제한되지 않는다. 즉, 프리캐스팅에 의해 콘크리트 패널 형태로 제작되어 유지보수용으로 제공되는 것과 같은 선시공에 유사한 방식은 물론, 기존 콘크리트 구조물(100)에서 유지보수 부위의 일부 콘크리트를 제거한 후 3차원 격자 트러스 구조체(300)를 배치한 후 현장 타성하는 후시공 방법으로도 구현될 수 있다. 또한 이러한 후식공 방식으로 구현되는 경우에도 앵커체(110)을 소정 위치에 설치하기 위해서 거푸집 등에 고정된 별도의 부품 또는 장치가 요구되지도 않는다.

도 5는 일반적인 슬래브 구조요소(100)에 본 발명의 3차원 격자 트러스 구조체(300)와 앵커체(310)가 결합된 상태에서 도시된 단면도를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이 3차원 격자 트러스 구조체(300) 및 이에 결합된 앵커체(310)를 이용한 내진성능 향상 구조에 따르면, 도 4의 종래기술에 따라 일반적인 슬래브 구조요소(100)에 일반적인 앵커체(110)가 설치된 경우에 비하여 3차원 격자 트러스 구조체(300) 자체에 의한 인장에 대한 저항특성에 수반하여, 상기 앵커체(310)의 인발 과정에서 상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)의 작용에 의해 콘크리트 구조물(100)이 확장된 파괴각 및 파괴면(330)을 가짐으로써 앵커체(310)의 인발에 대한 저항 특성이 배가될 수 있다.

이 경우, 앵커의 묻힘 깊이가 증가할수록 인장에 대한 저항성능이 증가하기 때문에, 3차원 격자 트러스 구조체(300)와 앵커체(310)가 결합된 구조가 깊어질수록 그에 의하여 앵커 인발 시 파괴각(120) 및 파괴면(130)의 길이가 더욱 증가되어, 결국 앵커의 내력 및 에너지 소산능력이 향상됨으로써 앵커에 의해 고정되는 비구조요소(200)의 내진성능도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

한편 본 발명에서 상기 앵커체(310)는 단순히 콘크리트 구조물(100)에 매립되는 것이 아니고, 상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)의 격자 사이에 직접 고정되는 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로 상기 앵커체(310)는 상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)의 격자 크기와 동일한 외경을 가지며, 외주면에 형성되는 외부 나사산을 이용해 회전에 의해 상기 3차원 격자 트러스 구조체(310)에 탈부착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

도 6은 본 발명의 3차원 격자 트러스 구조체(300)에 삽입되는 앵커체(310)의 단면도를 도시한 것이다. 앵커체(310)의 외경이 3차원 격자 트러스 구조체(300)가 만드는 공간과 동일하기 때문에 3차원 격자 트러스 구조체(300)와 단단히 결합될 수 있다. 결합방법은 앵커체(310)에 설치된 나사산 구조를 이용하여 앵커체(310) 회전에 의해 쉽게 설치할 수 있다.

또한 도 3에 따른 내진 구조에 있어서, 비구조요소(200)는 3차원 격자 트러스 구조체(300)를 매개로 하여 콘크리트 구조물(100) 내부에 설치된 앵커체(310)에 콘크리트용 앵커(도면 미도시)를 고정시키는 방식으로 설치되며, 이를 위해 콘크리 트용 앵커는 상기 앵커체의 내부에 형성된 내부 사사산(도면 미도시)을 이용해 나사 결합되는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 받침장치 무수축 콘크리트에 대한 실험 성적서로서, 해당 실험 성적서은 FITI 시험연구기관에서 약 23℃에서의 실험환경에서 면진장치 시험평가 시스템을 이용해 수행한 결과를 나타내고 있다. 도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 수직/수평하중 재하 시험 후 모르타르 부위의 균열 및 파손여부를 테스트 한 결과 균열 및 파손이 없음을 확인하였다.

이상과 같이 본 발명의 구성에 따르면, 비구조요소 등의 고정용 앵커를 설치하기 위한 상기 앵커체(310)가 상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)를 매개로 설치됨으로써, 종래 앵커체(310)를 소정 위치에 설치하는 작업으로 인해 거푸집을 고정, 설치하는 작업이 번거로웠던 부분이 훨씬 간소화될 수 있다. 또한 본 발명에 따르면 상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)의 트러스 요소의 인장 특성에 의해 상기 앵커체가 콘크리트 구조물(100)로부터 인발되지 않는 저항 특성이 개선될 수 있고, 특히 상기 콘크리트 구조물(100)은 상기 앵커체(310)의 인발 과정에서 상기 3차원 격자 트러스 구조체(300)의 작용에 의해 확장된 파괴각(120) 및 파괴면(130)을 가짐으로써 앵커체(310)의 인발에 대한 저항 특성이 배가됨으로써, 전체적으로 정착력 및 부착력이 증강되어 콘크리트 앵커에 대한 내진성능이 크게 향상될 수 있는 구조를 제공하게 된다.

100: 구조요소
200: 비구조요소
110, 310: 앵커체
120: 파괴각
300: 3차원 격자 트러스 구조체
130, 330: 파괴면

Claims

콘크리트 구조물 상에서 비구조요소를 설치하는 데 이용되는 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조로서,
상기 콘크리트 구조물에 매립되는 3차원 격자 트러스 구조체; 및 상기 3차원 격자 트러스 구조체에 고정되며, 상기 콘크리트 앵커가 결합되는 앵커체;를 포함하며,
상기 3차원 격자 트러스 구조체의 트러스 요소의 인장 특성에 의해 상기 앵커체가 콘크리트 구조물로부터 인발되지 않는 저항 특성이 개선되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조.
제1항에 있어서, 상기 콘크리트 구조물은 상기 앵커체의 인발 과정에서 상기 3차원 격자 트러스 구조체의 작용에 의해 확장된 파괴각 및 파괴면을 가짐으로써 앵커체의 인발에 대한 저항 특성이 배가되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조.
제1항에 있어서, 상기 앵커체는 상기 3차원 격자 트러스 구조체의 격자 사이에 고정되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조.
제3항에 있어서, 상기 앵커체는 상기 3차원 격자 트러스 구조체의 격자 크기와 동일한 외경을 가지며, 외주면에 형성되는 외부 나사산을 이용해 회전에 의해 상기 3차원 격자 트러스에 탈부착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘크리트용 앵커는 상기 앵커체의 내부에 형성된 내부 나사산을 이용해 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 앵커의 내진성능 향상 구조.