KR102188276B1 - 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법 및 그에 의해 보강된 기둥구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내진 설계가 반영되어 있지 않은 교량의 교대, 교각 건축구조물의 철근콘크리트 기둥과 같은 기존 또는 신설 구조체 외측에 홈과 구멍을 형성하여 주철근을 매입 고정한 후, 외표면에 띠철근과 클립 유니트 그리고 마감재를 감싸는 보강을 실시하여 지진 발생시 소요(小搖:약하고 잔잔한 농현)의 내진성능을 발휘하여 인명 및 재산 피해를 최소화 할 수 있게 한 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법 및 그에 의해 보강된 기둥구조에 관한 것이다.
이는, 기존 기둥 구조체에 일정 간격을 두고 고정H빔 레일을 고정 설치하는 단계; 전용 그라인더와 전용 천공기를 착탈할 수 있는 궤도운행 스탠드장치를 상기 고정H빔 레일에 궤도 운행 가능하게 연결 설치한 후, 기존 기둥 구조체의 외표면과 바닥에 일정 폭과 깊이 그리고 간격으로 그루브홈과 기초부 구멍을 형성하는 단계; 상기 그루브홈과 기초부 구멍에 주철근을 수직 기립된 상태로 삽입 위치시킨 후 에폭시 수지를 충진하여 고정하는 단계; 상기 연직 상태로 삽입 설치된 주철근의 외측면에 띠철근을 등간격으로 배근하는 단계; 상기 띠철근에 클립 유니트를 연결 설치하여 기둥에 고정하는 단계; 및 상기 띠철근이 배근된 기둥 구조체의 외표면에 피복재를 피복하는 단계;를 일체로 포함하여 이루어진 특징이 있다.

Description

주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법 및 그에 의해 보강된 기둥구조{The Method of Improving Seismic Performance of Columns by Buying Main Reinforcement and the Column Structure Strengthened}

본 발명은 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법 및 그에 의해 보강된 기둥구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내진 설계가 반영되어 있지 않은 교량의 교대, 교각 건축구조물의 철근콘크리트 기둥과 같은 기존 또는 신설 구조체 외측에 홈과 구멍을 형성하여 주철근을 매입 고정한 후, 외표면에 띠철과 클립 유니트 그리고 마감재로 감싸는 보강을 실시하여 지진 발생시 소요(小搖:약하고 잔잔한 농현)의 내진성능을 발휘하여 인명 및 재산 피해를 최소화 할 수 있게 한 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법 및 그에 의해 보강된 기둥구조에 관한 것이다.

교량의 교대, 교각, 건축물의 기둥 구조체는 판상 내지 괴상의 구조물과 구조물로서 상부에 위치하는 상부구조물들을 물리적으로 지지하는 기둥으로 이루어지는 것이 일반적이며, 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, 철근 콘크리트 기둥은 구조체는 지진에 대한 내진설계가 매우 중요한데, 상부 구조체로부터 전해오는 연직방향의 축방향력과 지진하중, 풍하중, 유목 충돌하중과 같은 수평력에 의해 발생하는 휨모멘트에 동시에 저항하기 위하여 철근과의 합성 구조체로 이루어진다.

이러한 철근 콘크리트 기둥 구조체는 상기의 연직 하중과 수평 하중에 의한 휨모멘트에 저항하기 위해 기둥의 연직 방향으로 다수의 축방향 철근이 기둥의 기초부까지 연장되어 설치되며 주철근을 감싸는 횡방향 띠철근이 일정간격으로 설치된다.

내진 설계시에는 이러한 주철근과 띠철근이 합리적 설계에 의해 배근되어지나, 내진 설계가 반영되어 있지 않은 기둥의 경우에는 연직 방향 주철근과 이를 감싸는 띠철근의 내진 보강이 필연적이다.

내진 설계가 반영된 철근 콘크리트 기둥 구조체는 지진 하중과 같은 수평하중 작용시 기둥의 파괴점이라 불리우는 소성 힌지 구간에 충분한 양의 주철근과 띠철근이 잘 배근되어 지진시 이에 저항하는 구조이나, 내진 설계가 반영되지 않은 경우에는 띠철근의 이탈, 탈락으로 기둥 주철근의 압축 좌굴 현상이 발생하며 이로 인해 지진시 파괴 현상이 발생되게 된다.

이에 따른 콘크리트 기둥 구조체를 보강하기 위한 방법으로는 섬유보강, 강판보강, 단면확대 등과 같은 여러 방법이 현장에 이미 적용되고 있다.

이는, 콘크리트 기둥의 외부를 일방향 섬유쉬트, 섬유판 및 강판, 콘크리트로 감싸는 형식이며, 에폭시수지를 이용하여 상기 섬유쉬트 등을 콘크리트 기둥에 부착시키는 것이 일반적이었다.

예컨데 도 9와 같은, 공지의 콘크리트 구조물용 난연/준불연 내진 보강 섬유복합체 및 이를 이용한 콘크리트 보강공법(등록특허10-1737554호)은 초기 탄성계수가 콘크리트보다 작은 섬유를 소재로 이루어져 지진 발생시 콘크리트 표면에서 콘크리트 파괴에 따른 외관 체적 팽창을 구속할 수 있도록 연성의 시트 형태를 가지며, 아라미드필라멘트, 카본필라멘트, 유리섬유필라멘트, 초고분자량 폴리에틸렌섬유, 바잘트섬유 중 어느 하나 이상으로 형성되는 제1경사와, 상기 제1경사와 교호하게 배열되며 폴리에스테르, 나일론 중 어느 하나 이상인 합성섬유 멀티필라멘트로 형성되는 제2경사와, 폴리에스테르, 나일론 중 어느 하나 이상인 합성섬유 멀티필라멘트로 형성되는 위사를 포함하여 직조되며, 상기 제1경사는 5000~20000d/5~20fila, T/M 50~80이고, 상기 제2경사는 150~300d/48fila이며, 상기 위사는 150~2000d/40~96fila로 이루어진 내진섬유와;

상기 내진섬유에 도포되어 함침되는 수지와;

수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄산칼슘(CaCO3) 중에서 선택된 어느 한 종의 무기분말과,

코어성분은 수산화알루미늄(Al(OH)3)이고 멜라민이 상기 수산화알루미늄 입자의 표면에 쉘의 형태로 결합되어 이루어진 수산화알루미늄-멜라민 복합입자를 포함하여 이루어지며, 상기 수지에 첨가되어 난연성을 향상시켜주는 무독성의 무기난연제와;

상기 내진섬유에 도포되어 함침된 수지가 경화되기 전에 상기 내진섬유의 콘크리트 부착면에 살포되어 외측으로 돌출된 형태로 위치하며 친수성으로서 콘크리트 구조물의 시멘트와 수소결합에 의해 더욱 견고한 부착을 가능하게 하고 콘크리트 표면에 대한 접착면적을 넓혀주도록 한 세리사이트 광물분말과;

상기 내진섬유 중 콘크리트 구조물 표면에 부착되는 부착면의 반대측 면에 도포되되 상기 내진섬유와 에폭시 수지와 무기난연제로 이루어진 내진난연 복합부재 0.1 내지 3mm 두께에 대하여 0.1 내지 5mm의 두께로 도포되는 난연 마감재를 포함하며, 상기 수지는 에폭시 수지로 구비되어 상기 내진섬유에 도포되어 함침된 후 콘크리트 구조물 표면에 대해 상기 내진섬유를 접착시켜주는 역할과 함께 상기 무기난연제를 상기 내진섬유에 고착시켜주는 역할을 하도록 하며,

상기 내진난연 복합부재와 콘크리트 구조물 표면 사이에서 다열배치된 상태로 상기 내진난연 복합부재와 함께 콘크리트에 부착되어 연성인 상기 내진난연 복합부재의 강도를 보강할 수 있도록 한 아라미드 스트립이 더 구비되고, 상기 아라미드 스트립은 초기 탄성계수가 콘크리트보다 작아 지진 발생시 콘크리트 표면에서 콘크리트 파괴에 따른 외관 체적 팽창을 구속할 수 있도록 한 아라미드 섬유 원사가 나란하게 다열배치된 상태에서 난연성무기분말 첨가된 에폭시 수지와 함께 풀트루전(Pulltrusion) 공정에 의해 압출되어 경화되며, 상기 아라미드 스트립에 포함된 난연성 무기분말은 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄산칼슘(CaCO3) 중 어느 한 종이며, 상기 난연성 무기분말에는 수산화알루미늄-멜라민 복합입자가 더 포함되되, 상기 복합입자의 코어성분은 수산화알루미늄(Al(OH)3)이고, 멜라민이 상기 수산화알루미늄 입자의 표면에 쉘의 형태로 결합되어 이루어진 것으로 100nm 내지 5㎛의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 도 10과 같은, 공지의 기둥구조물 보강용 섬유쉬트 와인딩장치(등록특허10-0554276호)은 기둥구조물(100)의 외측에 등간격으로 수직되게 설치되는 다수의 지주프레임(2)과;

상기 기둥구조물(100)의 외측을 감싸도록 설치된 이동레일부(62)가 일측에 장착되고, 상기 지주프레임(2)에 끼움결합된채 승하강되는 가이드장치(6)와;

일측에는 상기 이동레일부(62)와 결합되는 구동장치(50)가 구비되고, 타측에는 길이를 조절할 수 있는 실린더장치(58)가 구비되어 기둥구조물(100)의 외주연을 따라 구동되는 구동부(5)와;

섬유쉬트(340)를 수지에 함침시키는 함침조(36)와, 함침된 섬유쉬트(340)를 기둥구조물의 외주연에 권회시킬 수 있는 권회장치(32)로 구성되어, 상기 실린더장치(58)의 일단에 장착되는 헤드부(3)와;

사전에 입력된 프로세서에 의해 상기 지주프레임(2)과, 가이드장치(6), 구동부(5), 헤드부(3)의 동작을 제어할 수 있는 제어부를;포함하여 이루어진 것이다.

하지만 탄소섬유 또는 아라미드섬유와 같은 섬유쉬트를 이용한 콘크리트 기둥의 보강방법은 기둥의 내하력증진 효과가 탁월한 반면에 횡방향의 유연성 증가에는 그 증진효과가 미약하다는 문제점이 있었다.

또한, 섬유쉬트를 일반적인 에폭시수지를 이용하여 기둥의 표면에 부착하는 경우, 시공시 부착면에 형성되는 기포를 제거하는 작업이 매우 번거롭다는 문제점이 있었다.

그리고, 도 11과 같은, 공지의 콘크리트 기둥의 내진능력을 향상시키는 보강방법 및 그에 의해 보강된 콘크리트 기둥(공개특허10-2004-0021018호)는 (1)콘크리트 기둥(20)의 표면에 폭 2 내지 5㎜, 깊이 5 내지 20㎜의 수직방향의 홈을 일정간격으로 형성시킨 후, 탄소섬유 복합체(30)와 에폭시수지를 삽입, 고정시켜 압축보강시키는 1차보강단계; 및

(2) 상기 1차보강단계에서 보강된 상기 콘크리트 기둥(20)의 표면에 수증기 통기성 에폭시수지가 함침된 수평강화 유리섬유직물(10)을 2 내지 5회 권회시켜 직물보강층을 형성시키는 2차보강단계;들을 포함하여 이루어진 것이다.

하지만 콘크리트기둥의 표면에 홈을 형성하여 탄소섬유 복합체와 에폭시수지를 삽입 고정한 후 수평강화 유리섬유를 감싸 보강하는 이러한 방법은 작업 매우 번거로워 공기가 오래 소요되는 문제점과 이 역시 내하력증진 효과가 탁월한 반면에 횡방향의 유연성 증가에는 그 증진효과가 미약한 문제점이 있었다.

(1) 등록특허10-1737554호 (1) 등록특허10-0554276호 (1) 공개특허10-2004-0021018호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상세하게는 의도하는 내진 설계가 반영되어 있지 않은 교량의 교대, 교각 건축구조물의 철근콘크리트 기둥과 같은 기존 또는 신설 구조체 외측에 홈과 구멍을 형성하여 주철근을 매입 고정한 후, 외표면에 띠철근과 클립 유니트 그리고 마감재를 감싸는 보강을 실시하여 지진 발생시 소요(小搖:약하고 잔잔한 농현)의 내진성능을 발휘하여 인명 및 재산 피해를 최소화 할 수 있게 한 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법 및 그에 의해 보강된 기둥구조를 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

(1)기존 기둥 구조체에 일정 간격을 두고 고정H빔 레일을 고정 설치하는 단계;

전용 그라인더와 전용 천공기를 착탈할 수 있는 궤도운행 스탠드장치를 상기 고정H빔 레일에 궤도 운행 가능하게 연결 설치한 후, 기존 기둥 구조체의 외표면과 바닥에 일정 폭과 깊이 그리고 간격으로 그루브홈과 기초부 구멍을 형성하는 단계;

상기 그루브홈과 기초부 구멍에 주철근을 수직 기립된 상태로 삽입 위치시킨 후 에폭시 수지를 충진하여 고정하는 단계;

상기 연직 상태로 삽입 설치된 주철근의 외측면에 띠철근을 등간격으로 배근하는 단계;

상기 띠철근에 클립 유니트를 연결 설치하여 기둥에 고정하는 단계; 및

상기 띠철근이 배근된 기둥 구조체의 외표면에 피복재를 피복하는 단계;를 일체로 포함하여 이루어진 특징이 있다.

(2)상기 (1)에 있어서, 상기 그루브홈은 기둥 구조체의 소성힌지구간의 외표면에 수직 길이 방향으로 이루어지고, 각 그루브홈의 하부에는 기초부 구멍이 천공되어 이루어진 특징이 있다.

(3)상기 (1)에 있어서, 상기 피복재는 몰탈 또는 에폭시와 같은 마감재를 사용하여 이루어진 특징이 있다.

(4)상기 (1)에 있어서, 상기 주철근의 하부는 확장형정착단부가 형성된 특징이 있다.

(5)상기 (1)에 있어서, 상기 클립 유니트는 오메가 형태로 이루어진 특징이 있다.

(6)상기 (1)에 있어서, 상기 궤도 운행 스탠드장치는, 상부 중앙에는 레일홈이 형성되고, 하부에는 고정H빔 레일에 연결을 취해 궤도 운행이 가능한 롤러부가 형성된 베이스판;

전방이 개구되어 있되, 하부는 상기 베이스판의 레일홈에 전,후방으로 이동가능하게 연결 설치되고, 양내측면에는 가이드돌기가 형성되며, 상부에는 승,하강 이송축이 하부에 구비된 모터가 구비되고, 외측에는 스위치부가 구비된 스탠드;

상기 스탠드의 승,하강 이송축에 승,하강 가능하게 축설되어 있고, 전방 양측에는 수 개의 고정나사를 통해 전용 그라인더와 전용 천공기를 착탈 고정 및 전원을 공급할 수 있는 고정대가 구비된 승,하강 고정구; 및

상기 베이스판의 전방 내측에 삽입 설치되어 스탠드를 후방측으로 탄지하는 유압스프링;으로 이루어진 특징이 있다.

(7)상기 (6)에 있어서, 상기 롤러부는, 내측 상부에는 바퀴롤러가 구비되고, 하부에는 전,후방에 폭조절이 가능하게 설치된 이탈방지핀이 구비되며, 하부 전방에 형성된 돌출편에는 잠금고정구가 구비된 특징이 있다.

(8)상기 (6)에 있어서, 상기 전용 그라인더와 전용 천공기의 후방 양측면에는 상기 고정대로부터 전원을 공급 받을 수 있는 전원공급단자와 착탈홈이 형성되고, 상기 기둥 구조체의 외표면과 바닥에 일정 폭과 깊이의 그루브홈과 기초부 구멍을 형성시 발생되는 분진을 자체 흡입 저장할 수 있는 진공흡입구가 구비된 특징이 있다.

이와 같이, 본 발명은 상세하게는 의도하는 내진 설계가 반영되어 있지 않은 교량의 교대, 교각 건축구조물의 철근콘크리트 기둥과 같은 기존 또는 신설 구조체 외측에 홈과 구멍을 형성하여 주철근을 매입 고정한 후, 외표면에 띠철과 오메가형클립 유니트 그리고 마감재로 감싸는 보강을 실시하여 지진 발생시 소요(小搖)의 내진성능을 발휘하여 인명 및 재산 피해를 최소화 할 수 있게 한 효과가 있다.

또한, 전용 그라인더와 천공기를 통한 스탠드 장치를 이용하여 신속 용이하고도 경제적으로 이룰 수 있게 한 효과가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명 실시 예인 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법을 설명하기 위한 플로차트,
도 2는 본 발명 실시 예인 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법에 의해 보강된 기둥 구조를 형성하기 위한 과정을 보인 평단면도,
도 3은 본 발명 실시 예인 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법에 의해 보강된 기둥 구조를 보인 평단면도,
도 4는 본 발명 실시 예인 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법에 의해 보강된 기둥 구조를 형성하기 위한 과정을 보인 측면도,
도 5는 본 발명 실시 예인 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법에 의해 보강된 기둥 구조를 보인 측면도,
도 6은 본 발명 실시 예인 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법에 의해 보강된 기둥 구조를 형성하기 위해 이용되는 주요 구성부를 보인 분해사시도,
도 7은 본 발명 실시 예인 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법에 의해 보강된 기둥 구조를 형성하기 위해 이용되는 주요 구성부를 확대하여 보인 분해사시도,
도 8은 본 발명 실시 예인 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법에 의해 보강된 기둥 구조를 형성하기 위해 이용되는 주요 구성부를 확대하여 보인 측면도,
도 9는 종래 콘크리트 구조물용 난연/준불연 내진 보강 섬유복합체를 보인 사시도
도 10은 종래 기둥구조물 보강용 섬유쉬트 와인딩장치를 보인 사시도,
도 11은 종래 콘크리트 기둥의 내진능력을 향상시키는 보강방법 및 그에 의해 보강된 콘크리트 기둥을 보인 평단면도

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

참고로 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우에는 그 상세한 설명을 생략하였다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운영자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것임은 물론이다.

본 발명의 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법은 도 1내지 도 8에 도시된 바와 같이 크게, 기존 기둥 구조체에 일정 간격을 두고 고정H빔 레일(140)을 고정 설치하는 단계(S1)와, 전용 그라인더(202)와 전용 천공기(204)를 착탈할 수 있는 궤도운행 스탠드장치(200)를 상기 고정H빔 레일(140)에 궤도 운행 가능하게 연결 설치한 후, 기존 기둥 구조체(10)의 외표면과 바닥에 일정 폭과 깊이 그리고 간격으로 그루브홈(12)과 기초부 구멍(14)을 형성하는 단계(S2)와, 상기 그루브홈(12)과 기초부 구멍(14)에 주철근(100)을 수직 기립된 상태로 삽입 위치시킨 후 에폭시 수지(150)를 충진하여 고정하는 단계(S3)와, 상기 수직기립된 상태로 삽입 설치된 주철근(100)의 외측면에 띠철근(110)을 등간격으로 배근하는 단계(S4)와, 상기 띠철근(110)에 클립 유니트(120)를 연결 설치하여 기둥 구조체(10)에 고정하는 단계(S5)와, 상기 띠철근(110)이 배근된 기둥 구조체(10)의 외표면에 피복재(150)를 피복하는 단계(S6)로 이루어진다.

여기서, 상기 고정H빔 레일(140)에는 바닥에 앙카 고정을 이룰 수 있는 앙카공(144)이 등간격으로 형성된다.

한편, 상기 고정H빔 레일(140)은 도시된 예에서는 반원형체로 밴딩된 2개의 H빔을 원형체가 되게 연결 조합하여 이루었으나 꼭 이러한 형상과 개수에 한정하지 않는다.

즉, 현장상황에 따라 밴딩된 다수 개의 H빔을 연결 조합하여 원형체를 이룰 수도 있으며, 사각면체와 같은 기둥 구조체(10)에도 적용할 수 있게 직선구간과 절곡구간이 형성되게 다수 개의 H빔을 연결 조합하여 이룰 수도 있기 때문이다.

그리고, 상기 그루브홈(12)은 기둥 구조체(10)의 소성힌지구간(P) 외표면에 수직 길이 방향으로 형성되고, 각 그루브홈(12) 하부에는 기초부 구멍(14)이 마련된다.

한편, 상기 그루브홈(12)과 기초부구멍(14)은 내진설계에 의해 결정되는 연직 주철근(110)의 직경과 설치 간격만큼 기둥 구조체(10)의 소성힌지구간(P) 외표면에 형성되므로 도시 예에서와 같은 폭과 깊이 그리고 간격 형상에 한정하지 않는다.

또한, 상기 피복재(150)는 몰탈 또는 에폭시와 같은 마감재를 사용하면 된다.

또, 상기 주철근(100)의 하부는 확장형 정착단부(112)가 형성된다.

상기 확장형 정착단부(112)는 도시된 예에서와 같이 상협하광(上狹下廣)진 형태로 형성하였으나 꼭 이러한 형상에 한정하지 않는다.

또, 상기 클립 유니트(120)는 도시된 예에서는 오메가 형태로 형성된 것이 사용되었으나 꼭 이러한 형상에 한정하지 않는다

또, 상기 궤도운행 스탠드장치(200)는, 상부 중앙에는 레일홈(211)이 형성되고, 양측면에는 그루브홈(12) 깊이를 조정할 수 있는 조정핀(212)을 삽입 고정할 수 있는 고정공(213) 형성되며, 하부에는 고정H빔 레일(140)에 연결을 취해 궤도 운행이 가능한 롤러부(214)가 형성된 베이스판(210)과,

전방이 개구되어 있되, 하부는 상기 베이스판(210)의 레일홈(212)에 전,후방으로 이동가능하게 연결 설치되고, 양내측면에는 수직 길이방향으로 가이드돌기(222)가 형성되며, 상부에는 승,하강 이송축(224)이 하부에 구비된 모터(226)가 구비되고, 외측에는 스위치부(228)가 구비된 스탠드(220)와,

상기 스탠드(220)의 승,하강 이송축(224)에 승,하강 가능하게 축설되어 있고, 전방 양측에는 고정나사(232)를 통해 전용 그라인더(202)와 전용 천공기(204)를 착탈 고정 및 전원을 공급할 수 있는 고정대(234)가 구비된 승,하강 고정구(230)와,

상기 베이스판(210)의 전방 내측에 삽입 설치되어 스탠드(220)를 후방측으로 탄지하는 유압실린더(240)로 이루어진다.

여기서, 상기 롤러부(214)는 내측 상부에는 바퀴롤러(215)가 구비되고, 하부에는 전,후방에 폭조절이 가능하게 설치된 이탈방지핀(216)이 구비되며, 하부 전방에 형성된 돌출편(217)에는 잠금고정구(218)가 구비된다.

또한, 상기 전용 그라인더(202)와 전용 천공기(204)의 후방 양측면에는 상기 고정대(234)로부터 전원을 공급 받을 수 있는 전원공급단자(206a),(206b)와 착탈홈(208a),(208b)이 형성되고, 상기 기둥 구조체(10)의 외표면과 바닥에 일정 폭과 깊이의 그루브홈(102)과 기초부 구멍(104)을 형성시 발생되는 분진을 자체 흡입 저장할 수 있는 진공흡입구(209)가 각각 구비된다.

이하 본 발명에 따른 작용을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 제 1실시예를 나타낸 것으로서, 이에 도시된 바와 같이, 실사용시에는 먼저 기존 기둥 구조체(10)와 인접한 바닥면에 일정간격을 두고 고정H빔 레일(140)을 앙카를 통해 고정 설치하면 된다.

뒤이어, 고정H빔 레일(140) 상에 궤도운행 스탠드장치(200)를 연결하면 된다.

즉, 궤도운행 스탠드장치(200)의 하부에 구비된 롤러부(214) 이탈방지핀(216) 간격을 벌려 바퀴롤러(218)가 고정H빔 레일(140)의 상부에 안치될 수 있게 한 후, 다시 이탈방지핀(216)의 간격을 좁히면 된다.

그리고, 이렇게 연결된 궤도운행 스탠드장치(200)를 잠금고정구(218)를 통해 고정H빔 레일(100)에 정위치되게 고정시키고, 작업자가 의도하는 깊이만큼 궤도운행 스텐드장치(200)가 이동될 수 있게 베이스판(210) 고정공(213)에 조정핀(212)을 꽂은 후, 스위치부(228)에 위치한 전용 그라인더(202) 작동버튼(미도시하였음)을 누르면 된다.

그러면, 전용 그라인더(202)는 고속 회전하게 되는데, 이렇게 고속 회전하는 전용 그라인더(202)는 정회전과 역회전을 연속 반복하게 되는 모터(226)에 의해 맞닿는 기둥 구조체(10) 외표면에 그루브홈(12)을 절삭 형성하게 된다.

이때, 절삭 깊이는 유압스프링(240)에 의해 기둥 구조체(10) 방향으로 탄지되는 궤도운행 스탠드장치(200)가 조정핀(212)에 닿게 되는 거리만큼 이루어지게 되고, 상,하로 이루어지는 절삭 길이는 내진설계에 의해 결정되는 소성힌지구간(P)을 포함하여 이루어지게 된다.

또한, 이러한 절삭과정에서 발생하는 분진은 전용 그라인더(202)에 일체로 형성된 진공흡입구(209a)에 의해 흡입 청소되게 된다.

이러한 그루브홈(12) 절삭 작업을 고정H빔 레일(140) 상으로 부터 궤도운행 스탠드장치(200)를 운행해 가며 연속 반복하여 기둥 구조체(10) 외표면에 일정 깊이의 연직 그루브홈(12)을 등간격으로 형성하면 된다.

그리고, 뒤이어 상기 전용 그라인더(202)를 해체하고, 전용 천공기(204)를 승,하강 고정구(230)에 고정 설치한 후, 그루브홈(12) 내의 바닥에 일정 깊이의 기초부 구멍(14)을 형성하면 된다.

즉, 기초부 구멍(14)을 천공하고자 하는 그루브홈(12) 내에 전용 천공기(204)가 정위치되게 궤도운행 스텐드장치(200)를 고정H빔 레일(140) 상에 이동 위치 시킨 후, 잠금고정구(218)를 통해 고정시키고, 스위치부(228)에 위치한 전용 천공기(204) 작동버튼(미도시하였음)을 누르면 된다.

그러면 전용 천공기(204)는 고속 회전하게 되고, 동시에 모터(226)는 승,하강 이송축(224)을 정회전시켜 전용 천공기(202)가 고정 설치된 승,하강 고정구(230)를 하강 시키게 된다.

이때도 이러한 천공 과정에서 발생하는 분진은 전용 천공기(204)에 일체로 형성된 진공흡입구(209b)에 의해 흡입 청소되게 된다.

한편, 이러한 기초부 구멍(14)의 깊이는 기설정해 놓은 모터(226)의 작동시간 또는 승,하강 이송축(224)을 따라 하강하게 되는 승,하강 고정구(230)의 하강지점 값에 의해 이루어지게 된다.

이후, 각 그루브홈(12) 내에 주철근(16)을 삽입한 후 에폭시 수지(17)를 충진하여 경화하면 된다.

여기서, 상기 주철근(16)의 하부는 상협하광(上狹下廣)진 확장형정착단부(112)로 형성되어 있어, 주철근(16)의 마찰력이 증대되고, 주변 구조물과의 결합력이 향상되어 기초부와의 부착능력을 향상시키게 된다.

그리고, 상기 주철근(16)의 외측면에 띠철근(130)을 등간격으로 배근하고, 상기 띠철근(110)에 클립 유니트(120)를 이용하여 기둥 구조체(10)에 고정하며, 상기 띠철근(110)이 배근된 기둥 구조체(10)의 외표면에 몰탈 또는 에폭시와 같은 피복재(150)를 피복하면 된다.

이러한 본 발명의 효과를 실험 분석을 통해 살펴본다.

실험 개요

1.1 실험 목적

내진설계가 반영되지 않은 교량의 교각 기둥 또는 건축물의 기둥 구조체, 특히 필로티 타입의 건축물 기둥 구조체에 대해 주철근 매입에 의한 보강을 한 경우, 철근콘크리트 기둥의 지진 시 구조거동 특성을 실험적으로 분석하였다.

비교 대상 부재는 설계 단계에서 내진설계 개념이 도입 되지 않아 심부 구속철근을 배치하지 못한 경우를 가정하였다.

본 실험에서는 이러한 내진 설계가 반영되지 않은 철근콘크리트 기둥을 대상으로 본 발명과 같이 보강을 실시하여 그 성능을 비교 평가하였다.

1.2 실험체 단면 설계

실험체의 전체 형태는 원형기둥 형태이며 축소모형을 실험을 위해 기초부와 기둥부로 설계하였다.

기초부는 1,200 X 600 X 600 (mm)으로 철근과 콘크리트로 구성 되었으며, 기둥부는 직경 400mm, 높이 1,250mm의 크기로 철근콘크리트로 구성하였다.

1.3 실험체 제작

본 실험에서 제작하여 실험한 실험체는 총 2개로 실내에서 타설 및 양생을 하였다.

타설 후 양생한 실험체에 특허 제시 내용처럼 보강을 실시하였다.

총 2개의 실험체의 식별번호는 CN-0-0, CR-8-100-A이며, CN-0-0은 내진설계가 반영되지 않았다.

즉, 심부 구속철근이 없는 경우인 무보강의 일반 실험체이며 CR-10-100-A는 본발명의 내용대로 제작한 실험체이다.

본 실험에서는 소성힌지 구간을 계산한 후 위험단면을 접합부로부터 500mm 구간으로 산정하여 이 구간에 대한 보강을 본 발명과 같이 실시하였다.

실험체 이름의 중간에 위치한 숫자의 의미는 사용된 띠철근의 직경을 의미하며 단위는 mm이다.

마지막의 숫자는 위험단면 내에서 보강된 띠철근의 간격(mm)을 의미한다.

아래 [그림 1]은 각각의 실험체 전경이다.

[그림 1] 실험체 전경

2. 실험방법

2.1 내진성능 실험

일반적으로 교각의 지진거동특성 및 내진성능을 파악하기 위한 실험은 크게 진동대 실험(Shaking Table Test), 유사 동적 실험(Pseudo-Dynamic Test) 그리고 준정적 실험(Quasi-Static Test)이 있다.

본 실험에서는 가용 할 수 있는 장비를 고려하여 준정적 실험을 수행하였다.

준정적 실험은 구조물에 횡방향의 반복 수평하중을 재하하여 구조물의 공급역량 곡선을 얻는 가장 일반적인 실험 방법이다.

수평하중은 아래 [그림 2]와 같이 Hydraulic Actuator를 이용하여 변위 제어 방식으로 재하하고 하중의 증분은 항복변위의 배수 또는 교각의 드리프트 비(Drift Ratio)의 배수로 선택하는 것이 일반적이다.

본 실험에서는 드리프트 비를 이용한 변위 제어방식으로 실험하였다.

[그림 2] 준정적 실험방법 모식도

2.2 횡하중 가력 방법 및 실험 변수

Actuator의 횡력 변위제어는 최대 변위를 가용할 수 있는 최대 범위인 150mm로 하중을 가하였으며, 교각의 주철근이 항복하였을 때 변위를 항복변위(

)로 정하였다.

본 실험에 사용된 실험체의 항복변위는 실험결과

=22mm이며 결과에 따른 Drift Level(

)은, 0.25%(5.5mm), 0.5%(11mm), 0.75%(16.5mm), 1.0%(22mm), 1.5%(33mm), 2.0%(44mm), 2.5%(55mm), 3.0%(66mm), 4.0%(88mm), 5.0%(110mm)이다.

가력 시 초기에 교각의 급작스런 파괴를 방지하기 위하여 처음 1.0%까지는 0.25%씩 변위를 증가시켰고, 1.0%이후부터는 0.5%씩, 3.0%부터는 교각이 1.0%씩 증가시키면서 동일변위의 제어하중을 반복 재하하며 교각의 내진성능을 확인하였다.

실험체는 총 2개로, 분류는 무보강 일반 실험체, 본 발명 실험체 등 총 2개이다.

아래 [표 1]에 실험체의 분류를 나타내었다.

실험체의 분류

실험체	콘크리트 강도 (MPa)	띠철근			비고
		보강여부	직경 (mm)	간격 (mm)
CN-0-0	24	X	-	-	-
CR-8-100-A	24	○	8	100	특허출원 내용

3. 실험결과의 분석

3.1 CN-0-0 실험체

본 실험체는 내진설계가 반영되어 있지 않은 무 보강 실험체이다.

최대하중 10.96ton까지 휨거동을 보이다가 Drift Level 2.5% 이후 소성힌지 구간 콘크리트 피복이 약 70%이상 탈락하며 주철근이 노출된 후 심하게 좌굴이 발생하기 시작하였다.

Drift Level 3.0% 이후 심부구속 콘크리트 파괴가 발생하며 급격히 횡구속 능력이 낮아졌다.

이 후부터의 변위에서 주철근의 Slip 현상이 발생하였고, 상당히 많은 구간에서 좌굴을 보였다.

아래 [그림 3]은 실험 중, [그림 4]는 실험 종료 후의 모습이며, 접합부의 소성힌지 발생구간에서 기둥 주철근이 압축 좌굴되어 기둥이 파괴되는 것을 확인할 수 있다.

[그림 3] CN-0-0 실험체 실험 중 파괴 양상

[그림 4] CN-0-0 실험체 실험 후 파괴 양상

3.2 CR-8-100-A 실험체

본 발명의 실험체로써, 아래 [그림 5]는 실험 중 파괴양상 모습이며, [그림 6]은 실험 종료 후의 모습이다.

내진보강이 이루어지 않은 실험체에 비해서 실험체가 받은 최대하중은 20% 증가된 12.22ton에서 휨거동이 발생하였다.

또한 Drift Level 1.5%(변위 33mm)에서 최대하중을 받은 이후 항복을 시작하여 실험 종료 시까지 매우 높은 에너지 흡수율을 보여주고 있다.

특히 최대하중 작용 이후에도 [그림 6]에서처럼 띠철근의 심부구속 효과로 인해 주철근이 좌굴되지 않아, 지진 시 급작스러운 기둥의 파괴를 방지 할 수 있어 본 발명과 같이 내진보강을 실시한 경우, 보다 높은 내진성능 증진 효과가 있음을 실험적으로 확인하였다.

[그림 5] CR-8-100-A 실험체 실험 중 파괴 양상

[그림 6] CR-8-100-A 실험체 실험 후 파괴 양상

S1 : 고정H빔설치단계
S2 : 그루브홈과 기초부구멍 형성단계
S3 : 주철근 삽입설치단계
S4 : 띠철근 배근단계
S5 : 고정구 설치단계
S6 : 피복단계
P : 소성힌지구간
10: 기둥 구조체 12 : 그루브홈
14 : 기초부 구멍
100 : 주철근 112 : 확장형 정착단부
110 : 띠철근
120 : 클립 유니트 122 :오메가형 클립 유니트
130 : 피복재
140 : 고정 H빔 레일 142 : 구멍
150 : 에폭시 수지
200 : 궤도운행 스탠드장치 201 : 손잡이
202 : 전용 그라인더
204 : 전용 천공기 207: 커버
206a,206b : 전원공급단자
208a,208b : 착탈홈 209 : 진공흡입구
210 : 베이스판 211 : 레일홈
212 : 조정핀 213 : 고정공
214 : 롤러부 215 : 바퀴롤러
216 : 이탈방지핀 217 : 돌출편
218 : 잠금고정구
220 : 스탠드 222 : 가이드돌기
224 : 승,하강 이송축 226 : 모터
228 : 콘트롤스위치부
230 : 승,하강 고정구 232 : 고정나사
234 : 고정대 236 : 전원공급단자
240 : 유압스프링

Claims (8)

1. 레일을 고정 설치하는 단계와, 전용 그라인더와 전용 천공기를 착탈할 수 있는 궤도운행 스탠드장치를 상기 레일에 궤도 운행 가능하게 연결 설치한 후 기존 기둥 구조체의 외표면과 바닥을 깍고 다듬는 단계와, 기존 기둥 구조체의 외표면과 바닥에 수직보강재를 설치하고 에폭시 수지를 충진하여 고정하는 단계와, 상기 수직보강재의 외측면에 수평보강재을 배근하는 단계와, 기존 기둥 구조체의 외표면에 피복재를 피복하는 단계를 포함하여 이루어지는 기존 기둥의 내진 성능 향상 보강방법에 있어서,
   상기 레일은 기존 기둥 구조체에 일정 간격을 두고 고정설치되는 고정H빔 레일이고;
   상기 기존 기둥 구조체의 외표면과 바닥에 일정 폭과 깊이 그리고 간격으로 그루브홈과 기초부 구멍을 형성하되 상기 그루브홈은 기둥 구조체의 소성힌지구간의 외표면에 수직 길이 방향으로 이루어지고 각 그루브홈의 하부에는 기초부 구멍이 천공되어 이루어며;
   상기 수직보강재는 상기 그루브홈과 기초부 구멍에 수직 기립된 상태로 삽입되는 일정 지름의 주철근이고;
   상기 수평보강재는 상기 연직 상태로 삽입 설치된 주철근의 외측면에 등간격으로 배근되는 일정 지름의 띠철근이며;
   상기 띠철근은 클립 유니트에 의해 연결 설치하여 기둥에 고정되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법.
2. 기존 기둥 구조체의 외표면과 바닥에 일정 폭과 깊이 그리고 간격으로 형성되는 그루브홈과 기초부 구멍;
   상기 그루브홈과 기초부 구멍에 수직 기립된 상태로 삽입 위치시킨 주철근;
   주철근이 삽입된 상기 그루브홈과 기초부 구멍에 충진되어 주철근을 고정시키는 에폭시 수지;
   상기 연직 상태로 삽입 설치된 주철근의 외측면에 상하부로 등간격 배근되는 띠철근;
   상기 띠철근을 기둥에 고정시키는 클립 유니트; 및
   상기 띠철근이 배근된 기둥 구조체의 외표면에 일정 두께로 피복되는 피복재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강 구조.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 궤도운행 스탠드장치는, 상부 중앙에는 레일홈이 형성되고, 하부에는 고정H빔 레일에 연결을 취해 궤도 운행이 가능한 롤러부가 형성된 베이스판;
   전방이 개구되어 있되, 하부는 상기 베이스판의 레일홈에 전,후방으로 이동가능하게 연결 설치되고, 양내측면에는 가이드돌기가 형성되며, 상부에는 승,하강 이송축이 하부에 구비된 모터가 구비되고, 외측에는 스위치부가 구비된 스탠드;
   상기 스탠드의 승,하강 이송축에 승,하강 가능하게 축설되어 있고, 전방 양측에는 수 개의 고정나사를 통해 전용 그라인더와 전용 천공기를 착탈 고정 및 전원을 공급할 수 있는 고정대가 구비된 승,하강 고정구; 및
   상기 베이스판의 전방 내측에 삽입 설치되어 스탠드를 후방측으로 탄지하는 유압스프링;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 롤러부는, 내측 상부에는 바퀴롤러가 구비되고, 하부에는 전,후방에 폭조절이 가능하게 설치된 이탈방지핀이 구비되며, 하부 전방에 형성된 돌출편에는 잠금고정구가 구비된 것을 특징으로 하는 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 전용 그라인더와 전용 천공기의 후방 양측면에는 상기 고정대로부터 전원을 공급 받을 수 있는 전원공급단자와 착탈홈이 형성되고, 상기 기둥 구조체의 외표면과 바닥에 일정 폭과 깊이의 그루브홈과 기초부 구멍을 형성시 발생되는 분진을 자체 흡입 저장할 수 있는 진공흡입구가 구비된 것을 특징으로 하는 주철근 매입에 의한 기둥의 내진 성능 향상 보강방법.

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