WO2018199697A1

WO2018199697A1 - 3d 섬유강화복합체, 이를 이용한 콘크리트 기둥의 보강구조 및 보강방법

Info

Publication number: WO2018199697A1
Application number: PCT/KR2018/004950
Authority: WO
Inventors: 김승직; 장준호; 권영태
Original assignee: (주)에스엘씨티
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2018-11-01
Also published as: WO2018199697A9; WO2018199509A1

Abstract

본 발명은 보강지지부재와, 보강지지부재와 일체화되도록 보강지지부재의 내부에 매립 설치되고, 입체적인 3D패턴구조로 형성되어 보강지지부재를 지지하는 보강섬유부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 섬유강화복합체를 제공한다. 상기한 바에 따르면, 3D 섬유강화복합체와 전단키수단이 조립형태로 구성되어 결합 및 조립이 용이하여 시공 시간을 단축시킬 수 있으며, 결합 및 조립이 용이하여 시공성 및 작업성을 향상시킬 수 있으며, 3D 섬유강화복합체를 프리캐스트(Precast) 제품으로 구성함으로써, 현장에서 직접 보강하는 공법에 비하여 균일한 품질의 현장시공이 가능하고 시공 시 넓은 공간 확보가 불필요하며, 제조공장에서 제조 후 현장에서 조립 결합하는 방식이기 때문에 현장 시공으로 인한 품질관리의 어려움을 해소할 수 있다.

Description

3D 섬유강화복합체, 이를 이용한 콘크리트 기둥의 보강구조 및 보강방법

본 발명은 3D 섬유강화복합체, 이를 이용한 콘크리트 기둥의 보강구조 및 보강방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 균일한 품질의 현장시공이 가능하고 초기강성확보를 할 수 있어 중요도가 높은 건축물에의 적용도 가능한 3D 섬유강화복합체, 이를 이용한 콘크리트 기둥의 보강구조 및 보강방법에 관한 것이다.

일반적으로 건축물은 판상 내지 괴상의 구조물과 구조물로서 상부에 위치하는 상부구조물들을 물리적으로 지지하는 기둥으로 이루어지는 것이 일반적이다.

따라서 기둥은 구조물의 하중 기타 그 위에서 가해지는 여러 하중들을 충분히 견딜 수 있어야 하며, 또한 지진이나 풍압 등 수평방향에서 가해지는 외력에 대해서도 충분히 견딜 수 있어야 한다.

만일 기둥이 이를 견디지 못한다면 붕괴되며, 그에 물리적으로 지지되는 상부구조물들 또한 붕괴를 면할 수 없게 된다.

특히, 콘크리트 기둥의 지진에 대한 내진설계는 매우 중요하다.

콘크리트 기둥을 보강하는 방법으로 섬유보강, 강판보강, 단면확대 등 여러 방법이 현장여건에 따라 적용되는데, 이러한 방법은 콘크리트 기둥의 외부를 일방향 섬유쉬트, 섬유판 및 강판, 콘크리트로 감싸는 형식이며, 에폭시수지를 이용하여 상기 섬유쉬트 등을 콘크리트 기둥에 부착시키는 것이 일반적이다.

상기한 콘크리트 기둥의 보강방법에 대한 기술의 예로 대한민국 등록특허 제10-1568016호는 콘크리트로 형성된 기둥의 외주면을 감싸도록 설치되는 복수개의 보강판과, 상기 기둥을 중심으로 일측의 보강판에 설치되는 제1 체결부재와, 상기 기둥을 중심으로 타측의 보강판에 지지되는 헤드부와, 상기 헤드부로부터 상기 기둥에 형성되어 있는 관통홀을 통해 상기 제1 체결부재를 향해 연장되는 와이어와, 상기 와이어의 단부에 형성되며 상기 제1 체결부재와 나사결합되는 나사결합부를 포함하는 제2 체결부재를 구비하며, 상기 제1 체결부재에 상기 나사결합부를 체결하여 상기 와이어에 인장력이 걸리게 함으로써 상기 기둥에 포스트텐션이 도입되도록 형성된 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강장치가 개시된 바 있다.

한편, 현행 국·내외 내진기준에서 일반건물에 대하여 기대하고 있는 기본성능목표에 대하여 살펴보면, 도 1에 나타난 바와 같이 기능수행(operational)의 경우 지진발생 이전의 강성/강도를 유지하고, 거의 손상이 없는 경우이고, 즉시입주(Immediate occupancy)의 경우 구조체에 대한 손상은 거의 없으나 청소나 경미한 수신이 필요할 수 있는 정도이다.

또한, 인명안전(DBE, Life safety)의 경우 구조체/비구체 모두에 상당한 손상이 발생하나 인명안전은 달성하므로 보수/보강 이후 거주가 가능한 경우이고, 붕괴방지(MCE, Collapse prevention)의 경우 지진발생 이전의 횡력에 대한 강성/강도 거의 손실되고, 기둥이나 벽체가 중력하중을 겨우 떠받치고 있는 붕괴직전 수준으로, 여진에 의한 붕괴 가능성이 높은 경우이다.

이에, 내진보강공법으로는 전통적으로 강판보강법, 단면증설법, 섬유보강법 등이 있으며, 고강도 FRP(Fiber reinforced polymer) 시트나 판을 이용한 부착공법은 높은 인장력, 경량성, 비부식성, 및 구조물과의 일체화 등의 장점이 있어 많이 사용되고 있는 보강방법이다.

그런데, 상기한 종래의 섬유시트를 이용한 보강법은 휨파괴를 유도하여 연성능력을 향상시키는 효과는 얻을 수 있는 반면, 부착파괴와 균일한 품질의 현장시공이 어려운 단점이 있으며, 화재에 취약하고, 시공 시간이 많이 걸리고 시공시 넓은 공간 확보가 필요한 문제점이 있었다.

또한, 관공서, 학교 등 중요도가 높은 건축물의 경우에는 요구되는 내진성능수준이 기능수행수준 또는 즉시 복구수준으로서 지진 하중 하에 상대적으로 작은 층간변위가 요구되기 때문에 초기강성 확보를 통한 강도 증진이 필요한데 비해 종래의 섬유시트를 이용한 보강법은 초기강성확보가 어려워 중요도가 높은 건축물에의 적용은 힘든 문제점이 있었다.

본 발명은, 현장시공이 용이함은 물론 시공시간을 단축시킬 수 있고, 시공 시 넓은 공간확보를 할 필요가 없을 뿐만 아니라 초기강성확보가 가능한 3D 섬유강화복합체, 이를 이용한 콘크리트 기둥의 보강구조 및 보강방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 보강지지부재와, 상기 보강지지부재와 일체화되도록 상기 보강지지부재의 내부에 매립 설치되고, 입체적인 3D 패턴구조로 형성되어 상기 보강지지부재를 지지하는 보강섬유부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 섬유강화복합체를 제공한다.

여기서, 상기 보강지지부재는, 시멘트 모르타르를 포함하는 셀프-레벨링제(self-leveling compound)가 경화되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 보강섬유부재는, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 보강섬유부재는, 상기 보강지지부재의 상면과 하면을 따라 서로 이격되게 배열된 제1부재들과, 측면을 따라 배열되어 상기 제1부재들을 서로 연결하는 제2부재를 포함하여 입체적인 3D패턴구조로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1부재는, 격자구조 또는 허니컴구조로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 콘크리트 기둥의 외측에 부착되고, 프리캐스트 패널로 제조된 3D 섬유강화복합체와, 상기 3D 섬유강화복합체의 외측에 결합하는 전단키수단과, 상기 3D 섬유강화복합체와 상기 전단키수단을 서로 결합시키는 결합수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강구조를 제공한다.

여기서, 상기 3D 섬유강화복합체는, 복수개가 상기 콘크리트 기둥의 높이방향을 따라 적층 조립될 수 있다.

또한, 상기 3D 섬유강화복합체는, 에폭시를 포함하는 접착수단을 통하여 상기 콘크리트 기둥의 외측에 부착될 수 있다.

또한, 상기 3D 섬유강화복합체는, 보강지지부재와, 상기 보강지지부재와 일체화되도록 상기 보강지지부재의 내부에 설치되고, 입체적인 3D패턴구조로 형성되어 상기 보강지지부재를 지지하는 보강섬유부재를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 보강지지부재는, 시멘트 모르타르를 포함하는 셀프-레벨링제(self-leveling compound)가 경화되어 형성되고, 상기 보강섬유부재는,UHMWPE(초고분자량 폴리에틸렌) 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1부재는, 격자구조 또는 허니컴구조로 형성되될 수 있다.

한편, 상기 콘크리트 기둥은 사각기둥형상으로 형성되고, 상기 전단키수단은, 'ㄱ'자 형상으로 절곡되게 형성되어 상기 콘크리트 기둥의 모서리부분에 결합할 수 있다.

여기서, 상기 결합수단은, 상기 3D 섬유강화복합체와 상기 전단키수단을 관통하는 체결볼트와, 상기 체결볼트와 결합하는 체결너트를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 프리캐스트 패널형식으로 이루어진 3D 섬유강화복합체를 제조하는 단계와, 콘크리트 기둥의 외측면에 상기 3D 섬유강화복합체를 적층 조립하여 부착하는 단계와, 상기 3D 섬유강화복합체의 외측으로 전단키수단을 결합하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강방법을 제공한다.

여기서, 상기 3D 섬유강화복합체를 제조하는 단계는, 몰드 내부에 입체적인 3D패턴구조로 형성되고, UHMWPE 재질로 형성된 보강섬유부재를 설치하는 단계와, 상기 몰드 내로 시멘트 모르타르를 포함하는 셀프-레벨링제를 타설한 후 경화시켜 상기 보강섬유부재가 매립된 보강지지부재를 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 보강섬유부재는, 상기 보강지지부재의 상면과 하면을 따라 서로 이격되게 배열되고 격자구조 또는 허니컴구조로 형성되는 제1부재들과, 측면을 따라 배열되어 상기 제1부재들을 서로 연결하는 제2부재를 포함하여 입체적인 3D패턴구조로 형성될 수 있다.

또한, 상기 콘크리트 기둥의 외측면에 상기 3D 섬유강화복합체를 부착하는 단계는, 상기 콘크리트 기둥의 외측면에 에폭시를 포함하는 접착수단을 도포한 후 상기 3D 섬유강화복합체를 적측시켜 조립 부착하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 3D 섬유강화복합체의 외측으로 전단키수단을 결합하는 단계는, 일측 단부가 외부로 노출되고 타측은 상기 3D 섬유강화복합체에 매립되도록 결합수단을 설치하는 단계와, 상기 결합수단의 일측 단부에 상기 전단키수단을 관통되게 끼워 결합하여 상기 3D 섬유강화복합체에 상기 전단키수단을 결합하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 결합수단을 설치하는 단계는, 상기 3D 섬유강화복합체 제조 시, 상기 몰드 내에 상기 결합수단을 설치한 후 상기 결합수단의 일측 단부가 노출되도록 상기 셀프-레벨링제를 타설 후 경화시켜 구성될 수 있다.

한편 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있으며, 특정 실시예들은 상세한 설명에서 구체적으로 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해서 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어 야 한다.

또한 본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 3D 섬유강화복합체, 이를 이용한 콘크리트 기둥의 보강구조 및 보강방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 3D 섬유강화복합체와 전단키수단이 조립형태로 구성되어 결합 및 조립이 용이하여 시공 시간을 단축시킬 수 있으며, 결합 및 조립이 용이하여 시공성 및 작업성을 향상시킬 수 있다.

둘째, 3D 섬유강화복합체를 프리캐스트(Precast) 제품으로 구성함으로써, 현장에서 직접 보강하는 공법에 비하여 균일한 품질의 현장시공이 가능하고 시공 시 넓은 공간 확보가 불필요하며, 제조공장에서 제조 후 현장에서 조립 결합하는 방식이기 때문에 현장 시공으로 인한 품질관리의 어려움을 해소할 수 있다.

셋째, 보강섬유부재가 3D UHMWPE섬유 재질로 형성되어 연성 및 강도 증진 효과가 탁월하고, 셀프-레벨링제의 피복역할로 내화성능을 향상시킬 수 있으며, 초기강성확보를 할 수 있어 중요도가 높은 건축물에의 적용도 가능하다.

넷째, 3D 섬유강화복합체가 조립식 모듈의 구성으로 이루어져 있기 때문에 보강 후 부분 교체가 가능하여, 재보수율을 절감할 수 있다.

도 1은 국내외 내진기준에서 일반건물에 대하여 기대하고 있는 기본성능목표를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 섬유강화복합체의 구성을 나타내기 위한 정단면도 및 보강섬유부재를 나타내는 평면도,

도 3은 도 2의 보강섬유부재의 패턴구조의 다른 실시예를 나타내는 도면,

도 4는 도 3의 3D 섬유강화복합체의 제조과정을 나타내는 사진,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 기둥의 보강구조를 나타내는 평단면도,

도 6은 도 5의 콘크리트 기둥의 보강구조의 보강방법을 나타내는 도면,

도 7은 도 5의 콘크리트 기둥의 보강구조의 성능을 시험하기 위하여 실험체를 제작하는 과정을 나타내는 사진,

도 8은 도 5의 콘크리트 기둥의 보강구조에서 3D 섬유강화복합체를 보강과정을 나타내는 사진,

도 9는 실험체의 성능시험 시 시행되는 하중의 가력정보를 나타내는 그래프,

도 10은 실험체 중 무보강 실험체의 파괴양상을 나타내는 사진,

도 11은 실험체 중 2D 형상의 섬유 보강 철근콘크리트 기둥의 균열양상을 나타내는 사진,

도 12는 실험체 중 3D 형상의 섬유 보강 철근콘크리트 기둥의 균열양상을 나타내는 사진,

도 13은 무보강 실험체 대비 CRF실험체 전단강도를 비교한 그래프,

도 14는 무보강 실험체 대비 ARF실험체 전단강도를 비교한 그래프,

도 15는 무보강 실험체 대비 RARF실험체 전단강도를 비교한 그래프,

도 16은 무보강 실험체 대비 3DRF4실험체 전단강도를 비교한 그래프,

도 17은 무보강 실험체 대비 3DRF6실험체 전단강도를 비교한 그래프,

도 18은 실험에서 항복 및 극한변위를 정의한 그래프,

도 19는 무보강 실험체 대비 2D 및 3D 섬유강화복합체 보강 실험체의 평균 포락곡선을 비교한 그래프,

도 20은 무보강 실험체 대비 2D 및 3D 보강 실험체의 누적에너지 소산량을 비교한 그래프이다.

본 발명은 최선의 형태로, 보강지지부재와; 상기 보강지지부재와 일체화되도록 상기 보강지지부재의 내부에 매립 설치되고, 입체적인 3D패턴구조로 형성되어 상기 보강지지부재를 지지하는 보강섬유부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 섬유강화복합체를 제시한다.

또한, 콘크리트 기둥의 외측에 부착되고, 프리캐스트 패널로 제조된 3D 섬유강화복합체와; 상기 3D 섬유강화복합체의 외측에 결합하는 전단키수단과; 상기 3D 섬유강화복합체와 상기 전단키수단을 서로 결합시키는 결합수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강구조를 제시한다.

그리고, 프리캐스트 패널형식으로 이루어진 3D 섬유강화복합체를 제조하는 단계와; 콘크리트 기둥의 외측면에 상기 3D 섬유강화복합체를 적층 조립하여 부착하는 단계와; 상기 3D 섬유강화복합체의 외측으로 전단키수단을 결합하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강방법을 제시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 3D 섬유강화복합체(300)에 대하여 살펴보기로 한다.

상기 3D 섬유강화복합체(300)는 건축물의 내진성능 등을 향상시킬 수 있도록 건축물에 보강 설치되는 것으로서, 보강지지부재(100)와, 보강섬유부재(200)를 포함하여 구성된다.

상기 보강지지부재(100)는, 프리캐스트 패널 형식으로 형성되어, 현장설치가 아닌 제조회사에서 미리 프리캐스트 방식으로 제조되어, 현장에서 건축물의 형태에 따라 작업자가 복수개를 선택하여 조립 결합할 수 있도록 되어 있다.

상기 보강지지부재(100)는, 보강섬유부재(200)와 일체화를 위해 골재를 사용하지 않고도 물의 혼입만으로 원하는 강도를 나타낼 수 있으며, 높은 유동성으로 인하여 타설 후 특별한 다짐을 하지 않아도 섬유보강부재 사이에 혼입되는 셀프-레벨링제(self-leveling compound)를 사용하고 이를 경화되어 형성될 수 있다.

여기서, 상기 보강지지부재(100)는 셀프-레벨링제로 시멘트 모르타르를 적용하는 것이 바람직하나 상기한 목적을 달성할 수 있다면 그 외 다른 구성도 적용할 수 있음은 물론이다.

상기 보강섬유부재(200)는, 보강지지부재(100)와 일체화되도록 보강지지부재(100)의 내부에 매립 설치되어 보강지지부재(100)의 강성을 향상시키고, 보강지지부재(100)를 지지하는 역할을 한다.

상기 보강섬유부재(200)는, 입체적인 3D패턴구조로 형성되어 보강지지부재(100)의 강성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있도록 되어 있다.

상세하게, 상기 보강섬유부재(200)는, 입체적인 3D패턴구조를 위하여 (a)에 나타난 바와 같이 보강지지부재(100)의 상면과 하면을 따라 서로 이격되게 배열된 제1부재(210,220)들과, 측면을 따라 배열되어 상기 제1부재(210,220)들을 서로 연결하는 제2부재(230)를 포함하여 입체적인 3D패턴구조로 형성된다.

즉, 상기 보강섬유부재(200)는, 폭과 너비를 따라 제1부재(210,220)가 그물망처럼 형성되고, 높이방향을 따라 배열된 제2부재(230)가 제1부재(210,220)에 결합하여 입체적인 3D패턴 구조가 형성된다.

한편, 상기 제1부재(210,220)는, 메쉬형태로 (b)에 나타난 바와 같이 격자구조로 이루어질 수 있다.

또는, 상기 3D 섬유강화복합체(300a)는 도 3에 나타난 바와 같이 제1부재(310,320)가 허니컴구조로 형성되고, 제2부재(330)가 연결될 수 있다.

상기한 바와 같이 상기 제1부재(210,220,310,320)은 격자구조 또는 허니컴구조로 이루어져 보다 치밀한 패턴구조를 갖도록 함으로써 보다 향상된 강성을 확보할 수 있다.

한편, 도면에서는 상기 제1부재(210,220,310,320)가 격자 또는 허니컴 구조인 경우를 실시예로 나타내었으나, 이는 일 실시예로 이 외 다양한 형상의 메쉬형태도 형성가능함은 물론이다.

상기 보강섬유부재(200)는, UHMWPE(초고분자량 폴리에틸렌) 재질로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 바람직한 실시예로 이외 다양한 재질이 적용될 수 있다.

한편, 도 4는 상기한 3D 섬유강화복합체(300,300a)의 제조과정을 나타내는 도면으로서, 이를 참조하면 먼저 입체적인 3D 패턴구조를 갖는 보강섬유부재(200)를 몰드 내에 고정하고, 그런 다음 몰드 내에 경화 후 보강지지부재(100)가 되는 셀프-레벨링제를 타설 후 양생하고, 경화된 3D 섬유강화복합체(300,300a)를 탈영하여 제작을 완료한다.

이때, 셀프-레벨링재의 타설 전 몰드에 결합수단(500)을 미리 설치하여 보강지지부재(100)에 매립되어 고정 설치되도록 한다.

이하에서는, 전술한 3D 섬유강화복합체(300,300a)를 이용한 콘크리트 기둥(10)의 보강구조에 대하여 살펴보기로 한다.

여기서, 이하의 도면에서는 도 2의 3D 섬유강화복합체(300)를 적용한 경우를 나타내었으나, 도 3의 3D 섬유강화복합체(300a)도 동일하게 적용함은 물론이다.

도 5를 참조하면, 상기 콘크리트 기둥(10)의 보강구조는, 3D 섬유강화복합체(300)와, 전단키수단(400)과, 결합수단(500)을 포함하여 구성된다.

상기 3D 섬유강화복합체(300)는, 프리캐스트 패널로 제조되어 콘크리트 기둥(10)의 외측에 부착되며, 복수개가 상기 콘크리트 기둥(10)의 높이방향을 따라 적층 조립된다.

이때, 상기 3D 섬유강화복합체(300)는, 콘크리트 기둥(10)의 외측면에 접착수단(600)을 도포하고, 이를 통하여 콘크리트 기둥(10)의 외측에 부착된다.

여기서, 상기 접착수단(600)은 콘크리트용 에폭시를 적용하는 것이 바람직하나 이에 한정하지는 않는다.

상기 3D 섬유강화복합체(300)는, 보강지지부재(100)와, 상기 보강지지부재(100)와 일체화되도록 상기 보강지지부재(100)의 내부에 설치되고, 입체적인 3D패턴구조로 형성되어 상기 보강지지부재(100)를 지지하는 보강섬유부재(200)를 포함하여 구성되며, 전술하였으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 일반적으로 콘크리트 기둥(10)이 사각기둥 형상인 경우 이러한 형태에서 모서리 부분이 하중에 대하여 가장 취약하다.

이에, 상기 콘크리트 기둥(10)에 전단키수단(400)을 설치함으로써 이러한 취약부분을 보강할 수 있도록 할 수 있다.

상기 전단키수단(400)은, 3D 섬유강화복합체(300)의 외측에 결합하여 콘크리트 건축물을 보강하는 역할을 하며, 사각기둥의 콘크리트 기둥(10)의 형상에 대응하여 'ㄱ'자 형상으로 절곡되게 형성되어 콘크리트 기둥(10)의 모서리부분에 결합한다.

한편, 상기 전단키수단(400)은 하나의 몸체로 구성되어 콘크리트 기둥(10)의 길이방향을 따라 세워져 결합될 수 있지만, 도시된 바와 같이, 콘크리트 기둥(10)을 따라 복수개의 전단키들이 수직한 방향으로 적층되어 결합될 수 있다.

이러한 전단키들은 설정된 높이와 형태를 갖도록 모듈화하여, 공장에서 제조한 후 현장에서 콘크리트 기둥(10)의 형상 및 크기 등에 대응하여 그 개수를 달리하여 설치할 수 있다.

한편, 상기 전단키들은 수직한 방향으로 적층되는 만큼 서로의 적층위치확보 및 이탈을 방지하도록 수직한 방향으로 서로 대면하는 전단키 각각의 상단부와 하단부에 돌출부와 돌출홈을 각각 형성하여, 상하부의 전단키들이 서로 조립되어 끼움 결합되도록 할 수 있다.

이때 상기 돌출부와 돌출홈은 사각형상 또는 삼각형상 등 상하방향 및 전후방향으로 끼움이 용이한 형상이라면 다양한 형상도 적용 가능하다.

이와 더불어, 상기 전단키들은 상기한 돌출부와 돌출홈 외에 다른 실시예로 수직한 방향으로 서로 대면하는 전단키 각각의 상단부와 하단부에 마그네틱을 결합하여, 인력에 의하여 서로 부착되도록 할 수 있다.

이때 서로 대면하는 마그네틱은 인력이 발생할 수 있도록 서로 극성을 달리하여 배치한 후 설치한다.

나아가, 상기 전단키수단(400)는 모서리부가 직각인 사각기둥 형상외 모서리부가 직각이 아닌 다양한 형상을 갖는 콘크리트 기둥(10)의 형상에 대응할 수 있도록 모서리의 각도를 변경할 수 있도록 구성할 수 있다.

이에 대하여 살펴보면, 상기 전단키수단(400)은 콘크리트 기둥(10)의 제1측면 방향에 위치하는 제1전단키와, 콘크리트 기둥(10)의 제1측면과 인접하는 제2측면 방향에 위치하는 제2전단키와, 제1전단키와 제2전단키이 서로 회동 가능하도록 제1전단키와 제2전단키와 각각 연결되는 힌지부를 포함하도록 구성하여, 힌지부를 통하여 제1전단키와 제2전단키가 서로 회동하도록 구성된다.

여기서, 상기 힌지부의 구성은 제1전단키와 제2전단키에 각각 형성된 끼움부에 관통되는 힌지축 등을 포함하는 구성으로 할 수 있으며, 이러한 힌지부의 구성은 공지의 구성을 적용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 결합수단(500)은, 3D 섬유강화복합체(300)와 전단키수단(400)을 서로 결합시켜 전단키수단(400)의 위치를 고정하는 역할을 한다.

상세하게, 상기 결합수단(500)은, 상기 3D 섬유강화복합체(300)와 상기 전단키수단(400)을 관통하는 체결볼트와, 상기 체결볼트와 결합하는 체결너트를 포함하여 구성될 수 있으며, 체결볼트에 전단키수단(400)이 관통 결합되면 체결너트를 조여 전단키수단(400)을 결합시킨다.

한편, 상기 결합수단(500)은 3D 섬유강화복합체(300)의 제조 시 보강지지부재(100)에 매립되게 설치하여, 3D 섬유강화복합체(300)와 일체화되게 할 수 있으며, 도시된 바와 같이 절곡되게 형성된 양측 단부에 각각 설치되는 것이 바람직하다.

이하에서는, 도 6을 참조하여 전술한 콘크리트 기둥의 보강구조의 콘크리트 기둥(10)의 보강방법에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저, 프리캐스트 패널형식으로 이루어지고, 보강지지부재(100) 내에 보강섬유부재(200)가 매립된 3D 섬유강화복합체(300)를 제조한다.

이러한 3D 섬유강화복합체(300)의 제조과정에 대하여 상세하게 살펴보면, 3D 섬유강화복합체(300)는 우선 몰드 내부에 입체적인 3D패턴구조로 형성된 보강섬유부재(200)를 설치하고, 그런 다음 몰드 내로 셀프-레벨링제를 타설한 후 경화시켜 제조한다.

이때, 상기 몰드는 사각프레임 형상으로 형성되어 내부로 보강섬유부재(200)를 고정되게 설치하고, 셀프-레벨링제의 타설 후 경화되면 분리한다.

한편, 상기 3D 섬유강화복합체(300)는 셀프-레벨링제의 타설 전 몰드 내에 결합수단(500)을 미리 설치하여 결합수단(500)이 보강지지부재(100)와 일체화되게 매립설치되도록 하며, 결합수단(500)의 일측 단부가 노출되도록 하여 이후 공정에서 전단키수단(400)이 결합되게 한다.

상기한 바에 따라 3D 섬유강화복합체(300)를 제조하면, 콘크리트 기둥(10)의 외측면에 에폭시를 포함하는 접착수단(600)을 도포하고, 이 상태에서 (b)에 나타난 바와 같이 콘크리트 기둥(10)의 외측면에 3D 섬유강화복합체(300)를 적층조립하여 부착한다.

이렇게 3D 섬유강화복합체(300)가 콘크리트 기둥(10)에 조립 설치되면, 3D 섬유강화복합체(300)의 외측으로 전단키수단(400)을 결합한다. 여기서, 상기 전단키수단(400)의 결합은 3D 섬유강화복합체(300)에 매립 설치된 결합수단(500)에 관통되게 설치된 후 체결너트 등을 통하여 그 위치가 고정되게 한다.

한편, 상기 전단키수단(400)을 결합하는 단계는, 3D 섬유강화복합체(300,300a)의 외측을 따라 복수개의 전단키들이 수직한 방향으로 적층 결합하고, 수직한 방향으로 서로 대면하는 전단키의 상단부와 하단부에 각각 위치변화 감지센서(미도시)들이 설치되어, 전단키들이 수평방향으로 위치가 변경되면 위치변경신호를 무선 송신하도록 구성되어, 콘크리트 기둥(10)의 변형 등을 측정 및 확인할 수 있다.

이하에서는, 상기한 3D 섬유강화복합체(300,300a)를 철근콘크리트 기둥(10)에 적용하여 무보강 및 종래의 섬유보강 실험체 대비 전단강도, 연성도 및 에너지 소산량의 향상률을 평가하여 철근콘크리트 기둥(10)의 성능 평가 실험에 대하여 살펴보기로 한다.

- 실험 개요

우선 이러한 실험을 위한 구조실험체는 RC사각기둥으로 하되, 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이 무보강 RC기둥, 2D 섬유보강 RC기둥과, 3D 섬유강화복합체 보강 RC기둥을 분류하여 실험을 실시하였다.

또한, 섬유 보강 철근콘크리트 기둥의 실험적 성능평가를 위한 변수는 섬유 복합체의 유형(3D 섬유강화복합체, 2D섬유보강)을 선정하고, 3D 섬유강화복합체의 경우 3D UHMWPE 섬유크기에 따라 단면적당 섬유량이 미치는 영향을 확인하기로 하였다.

한편, 철근콘크리트 기둥 보강을 위한 2D섬유로는 Polyarylate/maramid hybrid 섬유, UHMWPE/Carbon 섬유 및 기존의 Aramid 섬유를 사용하였으며, 3D 섬유강화복합체는 3D UHMWPE 섬유를 적용하고 25×12×6 및 18×10×4의 크기를 적용하였다.

실험체	변수	실험체 이름
무보강 RC 기둥	기준 실험체	NRF
2D 섬유보강 RC 기둥	아라미드(+백트란) 섬유	ARF
	탄소(+백트란) 섬유	CRF
	기존 아라미드 섬유	RARF
3D 섬유강화복합체 보강 RC기둥	H-4mm 3D 섬유	3DRF4
3D 섬유강화복합체 보강 RC기둥	H-6mm 3D 섬유	3DRF6

실험체 명	변수	단면크기(mm)	기둥높이(mm)	스트럽 간격(mm)
NRF	무보강	200 ×200	600	150
3DRF4	H-4mm 3D UHMPE 섬유	200 ×200	600	150
3DRF6	H-6mm 3D UHMPE 섬유	200 ×200	600	150
CRF	2D UHMPE / Carbon 섬유	200 ×200	600	150
ARF	2D Polyarylate / m-Aramid 섬유	200 ×200	600	150
RARF	기존 Aramid 섬유	200 ×200	600	150

표 3은 실험을 위하여 사용된 실험기기 및 측정장치 내역을 나타낸 표로서, 기둥의 높이 600mm 지점에서 반복재하 시험을 진행하였으며, 기둥의 변위를 측정하기 위하여 기둥의 높이 600mm지점에서 및 100mm LVDT 및 string potentiometer를 설치하였으며, 기초 부분에서 엑츄에이터 하중으로 인한 회전이 발생 할 수 있음을 가정하여 기초 상/하부에 50mm 및 10mm LVDT를 측정하였다.

구분	실험기기	용량	수량
가력 장치	Actuator	500kN	1
가력 장치	Load Cell	100kN (축력)	1
측정 장치	LVDT	100 mm	1
		50 mm	1
		10 mm	1
	String Potentiometer	500 mm	1
	Strain Gauge	FLA-5-11-5L(철근용)	20
Data 입력장치	Data Logger		1

그리고 스트레인 게이지는 주철근과 전단철근에 설치하고, 주철근 부위에 4개씩 100mm간격으로 부착하였으며, Data 입력장치 채널 수의 제한으로 인하여 4번째 주철근의 스트레인 게이지는 중요 부위 2군데에만 부착을 하며, 전단철근은 층당 2개씩 150mm간격으로 총 6개를 부착하였다.

도 7은 철근콘크리트 기둥 실험체의 제작과정을 나타낸다. 먼저, (a)는 3D 섬유강화복합체 적용을 위한 RC기둥 실험체의 센서부착 및 골조작업과정을 나타내는 사진으로, 스트레인 게이지를 부착 후 스트레인 게이지 선을 정리하고, 그런 다음 콘크리트를 타설 후 양생하는 과정을 나타내는 사진이다.

(b)는 입체적인 3D패턴 구조의 3D 섬유강화복합체의 제조과정을 나타내는 사진으로서, 3D 섬유강화복합체는 별도의 몰드를 제작 한 후 전단키수단을 고정하기 위한 볼트에 섬유를 고정하였으며 모르타르와 일체화를 위하여 사용된 셀프-레벨링제를 배합한 후 타설한다.

(c)는 3D 섬유강화복합체와 전단키수단과 결합수단을 이용한 RC기둥 보강과정을 나타낸 사진으로, 콘크리트용 에폭시를 사용하여 3D 섬유강화복합체를 철근콘크리트 기둥에 부착하고, 3D 섬유강화복합체를 4면에 한 개씩 1세트로 하여 부착한 후 전단키수단을 결합수단을 통하여 고정한다.

(d)는 2D 섬유를 기둥의 외측면에 랩핑한 RC기둥 보강을 나타내는 사진으로서, 부착성을 위하여 글라인더를 이용하여 표면 평탄화작업 후 프라이머를 도포하여 표면을 보호하고, 프라이머가 경화된 후 주제와 경화제를 혼합한 에폭시 도포한 후 2D형상 섬유를 랩핑하여 함침작업을 실시하여 보강한다. 도 8은 도 7에서 3D 섬유강화복합체의 보강과정을 보다 세부적으로 나타낸 사진이다.

- 하중가력계획

표 4는 하중 가력계획을 나타낸 표이고 도 9는 이와 대응되는 사이클에 대한 Drift Ratio 관계를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 재하실험은 일정한 축력(0.08A_gf_ck) 하에서 변위제어에 의한 반복 횡하중을 가력하는 정적반복가력실험으로 수행하고, 횡력은 500kN 용량의 엑추에이터(Actuator)로 가력하고, 변위제어는 Drift Ratio 1%까지는 3Cycle로 가력하고, 1% 이 후에는 2Cycle씩 반복적으로 가력하는 조건으로 하였다.

Drift Ratio(%)	0.33	0.67	1	1.5	2	2.5	3	4	5	6	7	8	9	10
Displacement(mm)	2	4	6	9	12	15	18	24	30	36	42	48	54	60
No, of Cycle	3	3	3	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2

- 성능시험 결과

성능시험 결과는 모든 실험체의 반복가력실험에서 하중재하는 변위제어로 이루어 졌기 때문에 Drift Ratio를 기준으로 분석하였다.

(1) 각 실험체의 파괴양상

도 10에 나타난 바와 같이 무보강 실험체(NRF 실험체)의 균열을 분석하면 층간변위비 0.67%부터 첫 균열이 발생하기 시작하였으며 1%에서부터 많은 균열이 발생 후 전단 균열이 크게 발생하기 시작하였다.

또한, 전단 균열이 크게 발생함에 따라 ‘X'형 전단 균열이 발전되어 사인장 균열폭이 증가하면서 콘크리트 박리 및 코어 콘크리트의 파괴 및 전단파괴가 발생하였다.

또한, 도 11을 참조하면, 2D형상의 섬유 보강 철근콘크리트 기둥의 파괴양상은 철근콘크리트 기둥의 표면이 보강섬유로 감싸져 있어 균열의 진행여부를 확인 할 수 없었으며, 따라서 소리나 기타 징후들로 균열의 진행여부를 확인하였으며 실험 종료 후 보강섬유를 해체 후 균열 양상을 확인하였다.

또한, 2D형상의 섬유 보강 철근콘크리트 기둥의 경우 보강 섬유로 인한 구속력이 증대되어 하중이 증진되었으며 기초 부분에 균열이 발생하면서 큰 소리가 발생하였으며, 또한 기초 후면에서 저면까지 많은 휨균열이 발생되었다.

실험이 종료한 후 2D 보강 섬유를 제거하고 난 뒤 균열을 확인한 결과 전형적인 휨파괴 양상을 띄고 있으며 일부 전단균열의 패턴은 보이고 있으나 무보강 실험체에 비하면 월등히 안정적인 거동과 적은 균열을 보여줌을 확인할 수 있다.

3D 섬유강화복합체 보강 철근콘크리트 기둥의 경우에는 보강재와 구조물간 완벽한 일체화를 이루어 보강재가 떨어져 나가는 경우가 발생하지 않았으며, 도 12에 나타난 바와 같이 무보강 실험체와 비슷하게 3D 섬유강화복합체의 표면에 전단균열 및 'X'형 전단균열이 발생하였으며, 3D 섬유강화복합체의 경우 모르타르의 균열은 무보강 실험체와 비슷하게 발생하였지만 내부의 3D UHMPWE섬유의 성능이 발휘되면서 강도가 증진되며 연성능력이 향상됨을 확인할 수 있다.

(2) 전단강도 향상률 분석

표 5는 각각의 실험구조체의 Force-Drift 데이터를 나타낸 표로서 각 실험체의 실험 결과 중 최대 하중 및 무보강 실험체 대비 섬유 보강 및 3D 섬유강화복합체 보강 실험체의 전단강도 향상률을 나타내고 있다.

ReferenceName	Push				MaximumForce(kN)	Increase Ratio(%)
ReferenceName	Drift Ratio(%)	Force(kN)	Drift Ratio(%)	Force(kN)	MaximumForce(kN)	Increase Ratio(%)
NRF	2.40	79.12	2.09	80.00	80.00	-
CRF	4.71	86.92	3.61	88.33	88.33	10.41
ARF	4.81	88.99	3.72	85.69	88.99	11.24
RARF	4.49	93.17	4.57	92.98	93.17	16.46
3DRF4	3.68	90.56	2.62	92.51	92.51	15.64
3DRF6	3.56	95.40	2.59	85.12	95.40	19.25

도 13 내지 도 17은 각 섬유보강 실험체 대비 무보강 실험체의 전단강도 비교를 나타낸 그래프이다.

도면을 참조하면, 2D 형상의 섬유로 보강된 철근콘크리트 기둥(CRF,ARF)의 최대강도는 88.33kN 및 88.99kN으로 비교 기준인 무보강 실험체(NRF) 최대강도 80.00kN과 비교하여 10.41% 및 11.24%의 전단강도 향상률을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.

또한, 3D 섬유강화복합체로 보강된 철근콘크리트 기둥(3DRF4,3DRF6)의 최대강도는 92.51kN 및 95.40kN 으로 비교 기준인 무보강 실험체(NRF) 최대강도 80.00kN과 비교하여 15.64% 및 19.25%의 우수한 전단강도 향상률을 나타내고 있으며, 기존의 섬유 보강된 실험체(RARF) 전단강도 향상률 16.46%와 비교하여도 우수함을 확인할 수 있다.

이를 살펴보았을 때 소성구간은 보강하지 않고 상부만 3D 섬유강화복합체로 보강한 실험체의 경우 다른 보강 실험체보다 전단강도 향상률은 높지 않았지만 4.79% 정도 향상되었음을 확인할 수 있었으며, 3D 섬유강화복합체의 경우 철근콘크리트 기둥과 일체화된 거동을 함에 따라 모르타르의 손상이 생기더라도 3DUHMWPE섬유로 인해 강도 증진 효과를 나타내고 있었다.

(3) 연성도 향상률 분석

연성비(Ductility ratio,μ)는 수학식 1과 같이 기둥의 극한상태에서의 변위(du)를 항복상태에서의 변위(dy)비를 이용하여 나타내었다.

한편, 연성비의 항복상태에서의 변위는 도 18 (a)과 같이 전단력 변위 관계에 대한 평균 포락곡선에서 초기 강성으로 최대 하중 지점까지 도달 할 때의 변위를 항복 변위로 선정하였으며, 극한상태에서의 변위는 도 18 (b)와 같이 전단력 변위 관계 곡선에서 하중이 최대 지점에 도달할 때의 변위를 선정하였다.

표 6은 각 실험체의 강성 항복변위 극한변위 및 연성비를 나타낸 데이터로서, 2D 형상의 섬유로 보강된 철근콘크리트 기둥(CRF 및 ARF) 및 의 경우 무보강 실험체 와 비교하여 항복 변위는 감소하였으며 극한 변위는 증진됨으로서 연성비 129.30% 및 126.50%증진되었음을 확인할 수 있었다.

또한, 3D 섬유강화복합체로 보강된 철근콘크리트 기둥(3DRF 및 3DRF6)의 경우에는 무보강 실험체와 비교하여 항복 변위는 감소하였으며 극한 변위는 증진되었다. 따라서 무보강 대비 연성비 향상률이 162.10% 및 182.01%로 2D형상으로 보강된 철근콘크리트 기둥보다 높은 향상률을 나타내고 있다. 또한 3DRF6 실험체의 경우 기존 실무에서 실제로 사용되어지고 있는 아라미드 섬유로 보강된 철근콘크리트 기둥 보다도 연성비 향상률이 약 10% 높게 나타났다.

ReferenceName	Stiffness	YieldingDisplacement[mm]	UltimateDisplacement[mm]	Ductility	DuctilityIncreaseRatio[%]
NRF	13.55	5.865	12.55	2.140	-
CRF	19.35	4.524	22.20	4.907	129.30
ARF	18.83	4.630	22.44	4.847	126.50
RARF	20.09	4.623	26.95	5.830	172.43
3DRF4	24.93	3.646	20.45	5.609	162.10
3DRF6	25.59	3.521	21.25	6.035	182.01

한편, 도 19는 무보강 실험체 대비 2D 섬유 보강 실험체 평균 포락곡선 비교그래프와(a), 무보강 실험체 대비 3D 섬유 보강 실험체 평균 포락곡선 비교그래프(b)이다.

(4) 에너지 소산량 향상률 분석

소산된 에너지는 하중 변위 이력곡선의 내부면적으로 정의하고 누적에너지 소산량은 각 사이클 내부면적의 합으로 계산하였다.

표 7은 누적에너지 소산량 향상률을 나타내고, 도 20는 각 실험체에 대한 누적에너지 소산량을 비교한 그래프이다. 이를 참조하면, 무보강 실험체 의 경우 최대하중에 도달 한 뒤 하중이 약 60%이상 저하됨에 따라 22싸이클에서 실험을 종료하였음 따라서 다른 실험체는 23싸이클까지 실험을 진행한 반면 무보강 실험체의 경우 22싸이클까지의 에너지 소산량을 이용하여 비교하였다.

2D 형상의 섬유 보강을 통한 철근콘크리트 기둥(CRF 및 ARF)의 누적에너지 소산량 향상률은 무보강 실험체와 비교하여 169.79% 및 171.61%가 향상되었으며(a), 3D 섬유강화복합체 보강을 통한 철근콘크리트 기둥(3DRF4 및 3DRF6)의 누적에너지 소산량 향상률은 112.37% 및 123.45%로 나타났다(b).

Reference	Final Stage
Reference	Cumulative Energy(kN-mm)	Comparison to NRF(%)
NRF	3832	-
CRF	11233	193.1
ARF	11299	194.9
RARF	11377	196.9
3DRF4	10812	182.1
3DRF6	10486	173.6

- 결론

무보강 기둥(NRF)의 힘-drift ratio 이력곡선은 전단거동의 특성인 강도 및 강성의 저하와 Pinching 효과를 보여주고 있으며, 결과적으로는 실험수행중 심한 사인장균열이 발생하여 전단파괴가 일어났음을 확인할 수 있다.

또한, 섬유로 보강된 기둥의 경우에는 휨 파괴가 유도되어, 섬유보강재를 이용하여 구조물의 파괴모드가 바꿀 수 있음을 확인할 수 있으며, NRF 실험체와 비교하여 2D 섬유 보강 및 3D 섬유보강 실험체의 최대하중은 각각 평균 12.7% 와 17.4%가 증가하였으며, 3D 섬유보강 실험체의 경우 최대 19.3%가 증가함을 알수 있고, NRF 실험체의 연성비와 누적에너지 소산량의 경우, 2D 섬유와 3D 섬유가 150%이상 증가함을 확인할 수 있다.

따라서 상기한 본 실시예에 따른 3D패턴구조를 갖는 3D 섬유강화복합체를 이용한 내진보강구조는 2D 섬유보강실험체와 비교하여 연성비 및 에너지 소산능력에서 유사한 우수한 성능을 보이고 있는 것을 확인할 수 있으며, 강도측면에서도 기존 보강법 보다 우수한 성능을 나타내고 있음을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

보강지지부재와;

상기 보강지지부재와 일체화되도록 상기 보강지지부재의 내부에 매립 설치되고, 입체적인 3D패턴구조로 형성되어 상기 보강지지부재를 지지하는 보강섬유부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 섬유강화복합체.
제 1 항에 있어서,

상기 보강지지부재는,

시멘트 모르타르를 포함하는 셀프-레벨링제(self-leveling compound)가 경화되어 형성됨을 특징으로 하는 3D 섬유강화복합체.
제 1 항에 있어서,

상기 보강섬유부재는,

초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 섬유강화복합체.
제 1 항에 있어서,

상기 보강섬유부재는,

상기 보강지지부재의 상면과 하면을 따라 서로 이격되게 배열된 제1부재들과, 측면을 따라 배열되어 상기 제1부재들을 서로 연결하는 제2부재를 포함하여 입체적인 3D패턴구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 섬유강화복합체.
제 4 항에 있어서,

상기 제1부재는,

격자구조 또는 허니컴구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 섬유강화복합체.
콘크리트 기둥의 외측에 부착되고, 프리캐스트 패널로 제조된 3D 섬유강화복합체와;

상기 3D 섬유강화복합체의 외측에 결합하는 전단키수단과;

상기 3D 섬유강화복합체와 상기 전단키수단을 서로 결합시키는 결합수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강구조.
제 6 항에 있어서,

상기 3D 섬유강화복합체는,

복수개가 상기 콘크리트 기둥의 높이방향을 따라 적층되어 부착 설치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강구조.
제 7 항에 있어서,

상기 3D 섬유강화복합체는,

에폭시를 포함하는 접착수단을 통하여 상기 콘크리트 기둥의 외측에 부착되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강구조.
제 7 항에 있어서,

상기 3D 섬유강화복합체는,

보강지지부재와, 상기 보강지지부재와 일체화되도록 상기 보강지지부재의 내부에 설치되고, 입체적인 3D패턴구조로 형성되어 상기 보강지지부재를 지지하는 보강섬유부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강구조.
제 9 항에 있어서,

상기 보강지지부재는, 시멘트 모르타르를 포함하는 셀프-레벨링제(selfleveling compound)가 경화되어 형성되고,

상기 보강섬유부재는, UHMWPE(초고분자량 폴리에틸렌) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강구조.
제 9 항에 있어서,

상기 보강섬유부재는,

상기 보강지지부재의 상면과 하면을 따라 서로 이격되게 배열된 제1부재들과, 측면을 따라 배열되어 상기 제1부재들을 서로 연결하는 제2부재를 포함하여 입체적인 3D패턴구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강구조.
제 11 항에 있어서,

상기 제1부재는,

격자구조 또는 허니컴구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강구조.
제 6 항에 있어서,

상기 콘크리트 기둥은 사각기둥 형상으로 형성되고,

상기 전단키수단은,

'ㄱ'자 형상으로 절곡되게 형성되어 상기 콘크리트 기둥의 모서리부분에 결합하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강구조.
제 13 항에 있어서,

상기 결합수단은,

상기 3D 섬유강화복합체와 상기 전단키수단을 관통하는 체결볼트와, 상기 체결볼트와 결합하는 체결너트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강구조.
프리캐스트 패널형식으로 이루어진 3D 섬유강화복합체를 제조하는 단계와;

콘크리트 기둥의 외측면에 상기 3D 섬유강화복합체를 적층 조립하여 부착하는 단계와;

상기 3D 섬유강화복합체의 외측으로 전단키수단을 결합하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강방법.
제 15 항에 있어서,

상기 3D 섬유강화복합체를 제조하는 단계는,

몰드 내부에 입체적인 3D패턴구조로 형성되고, UHMWPE 재질로 형성된 보강섬유부재를 설치하는 단계와,

상기 몰드 내로 시멘트 모르타르를 포함하는 셀프-레벨링제를 타설한 후 경화시켜 상기 보강섬유부재가 매립된 보강지지부재를 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강방법.
제 15 항에 있어서,

상기 보강섬유부재는,

상기 보강지지부재의 상면과 하면을 따라 서로 이격되게 배열되고 격자구조

또는 허니컴구조로 형성되는 제1부재들과, 측면을 따라 배열되어 상기 제1부재들을 서로 연결하는 제2부재를 포함하여 입체적인 3D패턴구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강방법.
제 15 항에 있어서,

상기 콘크리트 기둥의 외측면에 상기 3D 섬유강화복합체를 부착하는 단계는,

상기 콘크리트 기둥의 외측면에 에폭시를 포함하는 접착수단을 도포한 후 상기 3D 섬유강화복합체를 적층시켜 조립 부착하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강방법.
제 16 항에 있어서,

상기 3D 섬유강화복합체의 외측으로 전단키수단을 결합하는 단계는,

일측 단부가 외부로 노출되고 타측은 상기 3D 섬유강화복합체에 매립되도록 결합수단을 설치하는 단계와,

상기 결합수단의 일측 단부에 상기 전단키수단을 관통되게 끼워 결합하여 상기 3D 섬유강화복합체에 상기 전단키수단을 결합하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강방법.
제 16 항에 있어서,

상기 결합수단을 설치하는 단계는,

상기 3D 섬유강화복합체 제조 시, 상기 몰드 내에 상기 결합수단을 설치한 후 상기 결합수단의 일측 단부가 노출되도록 상기 셀프-레벨링제를 타설 후 경화시켜 구성됨을 특징으로 하는 콘크리트 기둥의 보강방법.