KR102203241B1 - 균열방지형 전단키 - Google Patents

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KR102203241B1
KR102203241B1 KR1020200022406A KR20200022406A KR102203241B1 KR 102203241 B1 KR102203241 B1 KR 102203241B1 KR 1020200022406 A KR1020200022406 A KR 1020200022406A KR 20200022406 A KR20200022406 A KR 20200022406A KR 102203241 B1 KR102203241 B1 KR 102203241B1
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crack prevention
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crack
shear key
corner
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KR1020200022406A
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지용수
김봉식
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주식회사 펜타드
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
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Abstract

본 발명은 지지 대상물과 설치 대상물 사이에 제공되는 균열방지형 전단키에 관한 것으로, 무수축 몰탈 매트로 접착되는 하부 플레이트의 각 모서리에서 응력집중으로 발생되는 균열을 제어할 수 있도록 구성된다.
이를 위해서, 본 발명은 하부 플레이트의 각 모서리 하면에 배치된 앵커와 체결을 돕는 결속부와 이 결속부에서 전진 및/또는 후진이동가능하게 결합되고 응력분산을 돕는 균열방지부를 구비한 균열방지구를 포함하는데, 바람직하기로 균열방지구는 하부 플레이트의 각 모서리 주위를 감싸도록 호형상의 균열방지판을 무수축 몰탈 매트에 매립되게 배치한다.

Description

균열방지형 전단키{Crack preventing type shear key}
본 발명은 균열방지형 전단키에 관한 것으로, 특히 지지 대상물과 설치 대상물 사이에 시공되는 전단키의 위치고정을 위해 경화되는 시멘트 몰탈(혹은 콘크리트)에 발생될 균열을 방지 및/또는 억제할 수 있도록 구성된 전단키에 관한 것이다.
일반적으로, 교량 등의 구조물에서는 구조물의 안정성을 확보하는 한편 구조물의 내구 수명을 증가시키기 위해 교좌장치를 채용하고 있다.
예컨대, 교량용 교좌장치는 교량의 상부 구조물과 이의 하중을 지지하는 교각의 접접에 개재되어, 상부 구조물에서 작용하는 수직 하중과, 기온변화, 풍력, 지진 등의 충격에 의한 이동 변위를 수용할 수 있을 뿐만 아니라 하부 구조물을 기초로 하여 상부 구조물을 지지할 수 있어 구조물의 안전을 도모하는 기능을 제공할 수 있다.
당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, 교량은 앞서 기술된 교좌장치 등과 함께 전단키를 적용할 수 있는바, 이러한 전단키(shear key)는 온도 변화에 따른 신축력, 지진 등에 의한 급격한 변위 발생시 상부 구조물과 교각의 상대적 변위량을 마찰력에 의해 흡수하여 교량 상판의 낙교 등의 위험성을 방지할 수 있다.
전단키는 하부 플레이트를 교각 상부에 올려놓고 하부 플레이트 둘레에 거푸집을 설치한 후 무수축 몰탈을 타설하여 경화되는 콘크리트 매트에 안착된다. 예컨대, 이러한 구조에서 온도변화, 건조수축 등의 환경에 노출로 인해 콘크리트의 부피가 변화되고 변화된 부피에 대응하여 응력이 발생하게 된다. 응력은 하부 플레이트(200)와 콘크리트 매트(21) 사이의 경계 모서리(200a)에 집중되며, 응력집중(stress concentration)에 의해 콘크리트의 파괴 양상을 야기하게 된다(도 11 참조). 콘크리트 균열(혹은 파손)은 지속적으로 균열 범위가 확장되어 콘크리트 구조물의 안정성에 큰 영향을 미치게 된다.
특허문헌 1에서 확인할 수 있듯이, 교량에 작용하는 수평력에 대한 교량의 저항력과 내구성을 향상시킬 수 있는 전단키를 창출하는 데에만 주안점을 두고 있다. 즉, 종래기술에서 콘크리트 매트의 균열방지를 통해 전단키의 위치고정을 개선하는 취지의 발명을 발견할 수 없다.
대한민국 등록특허공보 제10-0742974호
본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 무수축 몰탈 매트에 접촉하는 하부 플레이트의 각 모서리 부분에서 콘크리트 균열을 방지할 수 있는 전단키를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 일방향 전단키는 하면에 하방으로 돌출된 전단 블록을 구비하고, 지지 대상물의 하부에 설치되는 상부 플레이트와; 상면에 전단 블록의 양쪽에 위치되어 결합되는 한쌍의 가이드 블록과 각 모서리 하면에 배치된 앵커를 구비하고, 상부 플레이트와 대면하도록 설치 대상물의 상부에 고정하기 위해 앵커를 무수축 몰탈 매트에 매립 설치하는 하부 플레이트;로 이루어지는데,
앵커 외주면에 체결되는 결합링과, 이 결합링에서 외부방향으로 길이연장된 체결 연장관을 구비한 결속부와; 응력 분산을 위해 호형상으로 만곡된 균열방지판과, 균열방지판의 내주면에서 길이연장되고 체결 연장관에 삽입결합되는 체결돌기를 구비한 균열방지부;로 구성된 균열방지구를 포함할 수 있다. 여기서, 균열방지구는 하부 플레이트의 각 모서리 주위를 감싸도록 균열방지판을 무수축 몰탈 매트에 매립되게 배치하여, 하부 플레이트의 각 모서리 주위에서 경화되는 무수축 몰탈 매트에서 발생하는 균열을 제어할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서, 균열방지구는 균열방지부를 왕복이동을 가능하도록 구성할 수 있다.
구체적으로, 체결 연장관은 내부 중공의 내주면에 암나사산을 형성하고, 체결돌기는 체결 연장관과 나사체결되도록 외주면에 숫나사산을 형성할 수 있다.
본 발명의 균열방지부는 체결돌기의 끝단에서 균열방지판의 외주면을 상향 경사지게 배치하는데, 체결돌기의 끝단에서 가상의 수직선을 기준으로 하여 균열방지판을 0°~ 60°, 바람직하기로 45°로 상향 경사지게 배치할 수 있다.
선택가능하기로, 균열방지판은 외주면 중심에서 수직방향으로 길게 뻗은 삼각 단면형상의 응력집중 유도용 돌기를 추가로 구비할 수 있다.
선택가능하기로, 균열방지판은 균열방지판의 중심 부위에 요철형상판을 추가로 배치할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 전단키는 하면에 하방으로 돌출된 원통형상의 전단 블록을 구비하고, 지지 대상물의 하부에 설치되는 상부 플레이트와; 상면에 전단 블록을 수용하는 컵형상의 가이드 블록과 각 모서리 하면에 배치된 앵커를 구비하고, 상부 플레이트와 대면하도록 설치 대상물의 상부에 고정하기 위해 앵커를 무수축 몰탈 매트에 매립 설치하는 하부 플레이트;로 이루어지는데,
앵커 외주면에 체결되는 결합링과, 결합링에서 외부방향으로 길이연장된 체결 연장관을 구비한 결속부와; 응력 분산을 위해 호형상으로 만곡된 균열방지판과, 균열방지판의 내주면에서 길이연장되고 체결 연장관에 삽입결합되는 체결돌기를 구비한 균열방지부;로 구성된 균열방지구를 포함할 수 있다. 여기서, 균열방지구는 하부 플레이트의 각 모서리 주위를 감싸도록 균열방지판을 무수축 몰탈 매트에 매립되게 배치하여, 하부 플레이트의 각 모서리 주위에서 경화되는 무수축 몰탈 매트에서 발생하는 균열을 제어할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서, 균열방지구는 균열방지부를 왕복이동을 가능하도록 구성할 수 있다.
구체적으로, 체결 연장관은 내부 중공의 내주면에 암나사산을 형성하고, 체결돌기는 체결 연장관과 나사체결되도록 외주면에 숫나사산을 형성할 수 있다.
본 발명의 균열방지부는 체결돌기의 끝단에서 균열방지판의 외주면을 상향 경사지게 배치하는데, 체결돌기의 끝단에서 가상의 수직선을 기준으로 하여 균열방지판을 0°~ 60°, 바람직하기로 45°로 상향 경사지게 배치할 수 있다.
선택가능하기로, 균열방지판은 외주면 중심에서 수직방향으로 길게 뻗은 삼각 단면형상의 응력집중 유도용 돌기를 추가로 구비할 수 있다.
선택가능하기로, 균열방지판은 균열방지판의 중심 부위에 요철형상판을 추가로 배치할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 전단키의 하부 플레이트의 모서리 주위, 구체적으로 하부 플레이트의 모서리와 무수축 몰탈 매트의 경계 부분에 발생될 균열을 방지할 수 있도록 제공된다.
본 발명은 전단키의 하부 플레이트 바닥면에 교좌부를 형성하기 위해 하부 플레이트와 설치 대상물(교각) 상부 사이에 공급 타설되는 무수축 몰탈에 단순 구조의 균열방지구를 매립 설치하여 모서리 부위에 집중되는 응력을 분산시켜 무수축 몰탈 균열의 확산 또는 성장을 제어할 수 있다. 이를 통해서, 본 발명은 궁극적으로 무수축 몰탈을 타설하여 경화되는 무수축 몰탈 매트의 균열을 방지하여 교량의 내구성을 향상시킬 수 있다.
덧붙여서, 본 발명은 전단키의 앵커에 용이하게 체결가능할 뿐만 아니라 균열방지판과 결합링 간에 이격 거리를 시공 현장에 맞춰 조정할 수 있도록 구성되어 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 균열방지형 전단키를 위에서 바라본 분해사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 균열방지형 전단키를 아래에서 바라본 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 균열방지형 전단키의 사용 상태도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 균열방지형 전단키를 위에서 바라본 분해사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 균열방지형 전단키를 아래에서 바라본 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 균열방지형 전단키의 사용 상태도이다.
도 7은 본 발명의 균열방지형 전단키에 채용된 균열방지구를 개략적으로 도시한 부분절개도이다.
도 8은 본 발명에 따른 균열방지형 전단키에 의한 균열방지 성능을 확인하기 위한 실험예에서 균열방지판의 장착 각도에 대한 균열비 분포도이다.
도 9는 본 발명의 균열방지형 전단키에 채용될 균열방지구의 다른 일례를 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 10은 본 발명의 균열방지형 전단키에 채용될 균열방지구의 또 다른 일례를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 균열방지구를 배제한 전단키를 교각 상에 시공 설치한 상태를 개략적으로 도시한 평면도로, 하부 플레이트의 모서리 주위에 경화된 콘크리트 매트에서 발생하는 균열 양상을 도해하고 있다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 첨부 도면에 있어서, 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명은 균열방지형 전단키에 관한 것으로, 전단키의 하부 플레이트와 교각 상부 사이에 공급 타설되는 무수축 몰탈 매트를 통해 전단키와 교각 사이의 신뢰할 수 있는 접합상태를 유지하는데 하부 플레이트의 가장자리 둘레, 특히 하부 플레이트의 모서리 부분에서 시작되는 균열을 제어할 수 있도록 설계되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 지지 대상물(10)과 설치 대상물(20) 사이에 개재되는 전단키(1a;shear key)를 포함하는데, 이 전단키(1a)는 지지 대상물의 하부에 설치되는 상부 플레이트(100)와, 상부 플레이트(100)와 대면하도록 설치 대상물의 상부에 고정되는 하부 플레이트(200), 및 하부 플레이트(200)의 앵커에 결속되는 균열방지구(300)를 포함한다. 당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전단키(1a)는 교량의 교축직각방향으로 수평변위를 제어할 수 있는 일방향 전단키로 구성되어 있다. 필요에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전단키(1a)는 교량의 교축방향으로 수평변위를 제어할 수 있도록 교각 상에 배치될 수도 있다. 여기서, 교축방향은 교량의 길이방향 혹은 차량의 진행방향을 의미할 수 있으며, 교축직각방향은 유수방향을 의미할 수도 있다.
참고로, 지지 대상물(10)은 교량의 상부 구조물(상판)일 수 있으며, 선택적으로 레일, 컴퓨터 서버, 통신장치, 실험장치, 의료장치 등의 장비나 기기일 수 있다. 이와 대응되게, 설치 대상물(20)은 교량의 교각(교대)일 수 있으며, 선택적으로 침목, 지면, 건축물, 생산 라인일 수도 있다.
본 발명의 이하 상세한 설명에서는 교량의 상부 구조물과 이의 하중을 지지하는 교각의 접점에 개재된 전단키(1a)를 기초로 하여 기술하도록 한다.
상부 플레이트(100)는 교량의 상부 구조물 하부에 설치고정되는데, 앵커, 스터드 등으로 고정될 수 있다. 상부 플레이트(100)는 이의 하면에 하방으로 돌출된 전단 블록(110a)을 구비한다. 전단 블록(110a)은 상부 플레이트(100)의 하면에서 일방향, 바람직하기로는 교량의 교축방향으로 길이연장될 수 있다.
하부 플레이트(200)는 설치 대상물(20)에 해당하는 교각 상부에 무수축 몰탈 매트(21)로 이루어진 교좌부에 안착될 수 있다. 하부 플레이트(200)는 상부 플레이트(100)의 전단 블록(110a)을 수용하여 상부 플레이트(100)를 상대 이동가능하도록 하부 플레이트의 상면에 상방으로 돌출된 한쌍의 가이드 블록(210a)을 구비한다. 한쌍의 가이드 블록(210a)은 하부 플레이트(200)의 상면에서 상호 평행하게 전단 블록의 양쪽에 위치결합되도록 전단 블록의 길이방향과 동일한 일방향, 바람직하기로는 교량의 교축방향으로 길이연장될 수 있다. 본 발명은 상부 플레이트의 전단 블록(110a)을 하부 플레이트의 한쌍의 가이드 블록(210a) 사이의 공간에서 슬라이드되도록 삽입배치한다. 이는 교량의 교축직각방향으로 작용하는 수평력을 지지하여, 상부 구조물의 교축직각방향 이동을 제한할 수 있다.
도시된 바와 같이, 상부 플레이트(100)의 교축방향 길이는 하부 플레이트(200)의 교축방향 길이보다 길게 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전단키(1a)는 전단 블록(110a)과 가이드 블록(210a) 사이에 마찰 패드(참조부호 없음)를 삽입할 수 있다. 마찰 패드는 전단 블록과 가이드 블록 사이에 마찰력을 제공할 뿐만 아니라 전단력의 일부를 흡수하여 접촉 충격을 완화시킬 수 있다.
덧붙여서, 하부 플레이트(200)는 교량의 교각 상부의 베드 블록(혹은 베드 콘크리트;도 3 참조)에 무수축 몰탈을 타설하여 경화되는 무수축 몰탈 매트(21; 또는 콘크리트 매트)를 수단으로 하여 하부 플레이트의 하면에 구비된 다수의 앵커(230)를 매립 설치하여 고정될 수 있다. 다수의 앵커(230)는 도시되었듯이 하부 플레이트의 각 모서리(200a)에 인접하게 설치된다.
부언하자면, 본 발명은 각 모서리 하면에 앵커를 갖춘 하부 플레이트(200)를 무수축 몰탈 매트(21)를 수단으로 하여 설치 대상물(20)의 상부에 접착될 수 있는 어떠한 유형의 전단키여도 무방하며, 상술한 바와 같은 형상에 한정되지 않는다.
앞서 기술된 바와 같이, 전단키(1a)는 베드 블록에 형성된 무수축 몰탈 매트(21)를 수단으로 하여 하부 플레이트(200)를 설치 대상물(20), 다시 말하자면 교각 상부에 접착한다. 이를 위해서, 전단키가 교각 상부의 베드 블록 상에 거치하고서 전단키의 하부 플레이트(200) 둘레에 거푸집을 설치한 이후에 무수축 몰탈을 타설하여 양생시켜 하부 플레이트(200)의 바닥면과 접하는 무수축 몰탈 매트(21)로 이루어진 교좌부를 형성할 수 있다. 이외에도, 무수축 몰탈 매트(21)는 거푸집을 대신하여 교각 상부의 베드 블록의 상면 내에서 오목하게 형성된 홈(미도시) 상에 전단키를 배치하고 이의 하부 플레이트와 홈 사이에 공극을 통해 공급될 무수축 몰탈을 타설 및 양생하여 형성될 수도 있다.
일반적으로, 콘크리트 구조물의 돌출부, 예컨대 직각 부분에 작용하는 응력방향에 대하여 직각으로 균열 양상이 야기되는 한편 이렇게 발생된 균열은 무수축 몰탈의 건조수축, 온도변화 등의 외적 요인에 지속적으로 혹은 반복적으로 노출되면서 더욱 성장하게 된다. 발생된 균열은 보수가 어렵고 이의 유지보수 비용도 많이 들어갈 뿐만 아니라 구조물의 내구성에 상당한 악영향을 미치게 된다.
본 발명에 따른 균열방지형 전단키를 적용하지 않은 무수축 몰탈 매트(21)로 이루어진 교좌부에서는 도 11에 도시되었듯이 하부 플레이트(200)의 각 모서리(200a) 부분에서 사선(약 45°) 방향으로 콘크리트 균열이 진행되는 것을 확인할 수 있다.
이에, 본 발명은 응력집중되는 하부 플레이트(200)의 각 모서리 주위에서 바람작하기로 사선 방향으로 균열방지구(300)를 배치하여 각 모서리에서 발생하는 균열의 확산 및 진행을 차단할 수 있는 것을 특징으로 한다. 균열방지구(300)는 앵커(230)와의 결속을 돕는 결속부(310)와, 이 결속부(310)에 결합되는 균열방지부(320)로 이루어진다. 이에 대해 후술을 참고하기로 한다.
본 발명은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 지지 대상물(10)과 설치 대상물(20) 사이에 개재되는 전단키(1b)를 포함하는데, 이 전단키(1b)는 지지 대상물의 하부에 설치되는 상부 플레이트(100)와, 상부 플레이트(100)와 대면하도록 설치 대상물의 상부에 고정되는 하부 플레이트(200), 및 하부 플레이트(200)의 앵커에 결속되는 균열방지구(300)를 포함한다. 당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전단키(1b)는 교량의 교축방향 및 교축직각방향으로 수평변위를 제어할 수 있는 양방향(고정단) 전단키로 구성되어 있다. 여기서, 교축방향은 교량의 길이방향 혹은 차량의 진행방향을 의미할 수 있으며, 교축직각방향은 유수방향을 의미할 수도 있다.
참고로, 지지 대상물(10)은 교량의 상부 구조물(상판)일 수 있으며, 선택적으로 레일, 컴퓨터 서버, 통신장치, 실험장치, 의료장치 등의 장비나 기기일 수 있다. 이와 대응되게, 설치 대상물(20)은 교량의 교각(교대)일 수 있으며, 선택적으로 침목, 지면, 건축물, 생산 라인일 수도 있다.
본 발명의 이하 상세한 설명에서는 교량의 상부 구조물과 이의 하중을 지지하는 교각의 접점에 개재된 전단키(1b)를 기초로 하여 기술하도록 한다.
상부 플레이트(100)는 교량의 상부 구조물 하부에 설치고정되는데, 앵커, 스터드 등으로 고정될 수 있다. 상부 플레이트(100)는 이의 하면에 하방으로 돌출된 원통형상의 전단 블록(110b)을 구비하는데, 이에 국한되지 않고 원뿔대형상 또는 타원형상의 전단 블록(미도시)을 구비할 수도 있다.
하부 플레이트(200)는 설치 대상물(20)에 해당하는 교각 상부에 무수축 몰탈 매트(21)로 이루어진 교좌부에 안착될 수 있다. 하부 플레이트(200)는 이의 상면에 상방으로 돌출된 속이 비어 있는 컵형상의 가이드 블록(210b)을 구비하는데, 바람직하기로 상부 플레이트(100)의 전단 블록(110b)을 컵형상의 가이드 블록의 내부 홈에 수용될 수 있는 크기와 형상으로 형성될 수 있다. 이는 교량의 교축방향 및 교축직각방향으로 작용하는 수평력을 지지하여, 상부 구조물의 교축방향 및 교축직각방향 이동을 제한할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전단키(1b)는 전단 블록(110b)과 가이드 블록(210b) 사이에 마찰 패드(참조부호 없음)을 삽입할 수 있다. 마찰 패드는 전단 블록과 가이드 블록 사이에 마찰력을 제공할 뿐만 아니라 전단력의 일부를 흡수하여 접촉 충력을 완화시킬 수 있다.
덧붙여서, 하부 플레이트(200)는 교량의 교각 상부의 베드 블록(혹은 베드 콘크리트; 도 6 참조)에 무수축 몰탈을 타설하여 경화되는 무수축 몰탈 매트(21; 또는 콘크리트 매트)를 수단으로 하여 하부 플레이트의 하면에 구비된 다수의 앵커(230)를 매립 설치하여 고정될 수 있다. 다수의 앵커(230)는 도시되었듯이 하부 플레이트의 각 모서리(200a)에 인접하게 설치된다.
부언하자면, 본 발명은 각 모서리 하면에 앵커를 갖춘 하부 플레이트(200)를 무수축 몰탈 매트(21)를 수단으로 하여 설치 대상물(20)의 상부에 접착될 수 있는 어떠한 유형의 전단키여도 무방하며, 상술한 바와 같은 형상에 한정되지 않는다.
앞서 기술된 바와 같이, 전단키(1b)는 베드 블록에 형성된 무수축 몰탈 매트(21)를 수단으로 하여 하부 플레이트(200)를 설치 대상물(20), 다시 말하자면 교각 상부에 접촉한다. 이를 위해서, 전단키가 교각 상부의 베드 블록 상에 거치하고서 전단키의 하부 플레이트(200) 둘레에 거푸집을 설치한 이후에 무수축 몰탈을 타설하여 양생시켜 하부 플레이트(200)의 바닥면과 접하는 무수축 몰탈 매트(21)로 이루어진 교좌부를 형성할 수 있다. 이외에도, 무수축 몰탈 매트(21)는 거푸집을 대신하여 교각 상부의 베드 블록이 상면 내에서 오목하게 형성된 홈(미도시) 상에 전단키를 배치하고 이의 하부 플레이트와 홈 사이에 공극을 통해 공급될 무수축 몰탈을 타설 및 양생하여 형성될 수 있다.
일반적으로, 콘크리트 구조물의 돌출부, 예컨대 직각 부분에 작용하는 응력방향에 대하여 직각으로 균열 양상이 야기되는 한편 이렇게 발생된 균열은 무수축 몰탈의 건조수축, 온도변화 등의 외적 요인에 지속적으로 혹은 반복적으로 노출되면서 더욱 성장하게 된다. 발생된 균열은 보수가 어렵고 이의 유지보수 비용도 많이 들어갈 뿐만 아니라 구조물의 내구성에 상당한 악영향을 미치게 된다.
본 발명에 따른 균열방지형 전단키를 적용하지 않은 무수축 몰탈 매트(21)로 이루어진 교좌부에서는 도 11에 도시되었듯이 하부 플레이트(200)의 각 모서리(200a) 부분에서 사선(약 45°) 방향으로 콘크리트 균열이 진행되는 것을 확인할 수 있다.
이에, 본 발명은 응력집중되는 하부 플레이트(200)의 각 모서리 주위에서 바람직하기로 사선 방향으로 균열방지구(300)를 배치하여 각 모서리에서 발생하는 균열의 확산 및 진행을 차단할 수 있는 것을 특징으로 한다. 균열방지구(300)는 앵커(230)와의 결속을 돕는 결속부(310)와, 이 결속부(310)에 결합되는 균열방지부(320)로 이루어진다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 일방향 전단키(1a) 및/또는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양방향 전단키(1b)의 앵커에 장착될 균열방지구를 개략적으로 도해하고 있다.
결속부(310)는 하부 플레이트(200)의 하면에서 하방으로 뻗어 설치 대상물(20), 예컨대 교량의 교각과의 고정상태를 유지하는 앵커(230;도 1 및 도 4에 도시됨) 외주면에 체결되어 균열방지부(320)의 위치고정을 돕는 구성부재이다. 도시된 바와 같이, 결속부(310)는 앵커를 수용할 수 있는 크기와 형상으로 형성된 O-링 형상으로 형성된 결합링(311)과, 이 결합링(311)의 외주면에서 외부 방향으로 길이연장된 체결 연장관(312)을 구비한다. 물론 이에 국한되지 않고, 결합링(311)은 앵커의 외주면 둘레를 감싸 균열방지구의 위치고정을 도울 수 있는 밴드(band) 클램프, 타이(tie) 등과 같은 다양한 유형의 결속부재로도 충분히 대체가능하다.
바람직하기로, 체결 연장관(312)은 내부 중공의 내주면에 암나사산(참조부호 없음)을 형성할 수 있다.
균열방지부(320)는 균열방지판(321)과 이 균열방지판(321)의 내주면에서 길이연장된 체결돌기(322)를 구비한다. 바람직하기로, 균열방지판(321)은 하부 플레이트의 각 모서리(200a) 주위를 감싸 모서리의 종방향과 횡방향으로 교차하여 직교하는 응력이 부딪혀 분산될 수 있도록 하기 위해 호(弧)형상으로 만곡되어 있다. 또한, 균열방지부(320)는 하부 플레이트(200)의 모서리(200a)를 중심으로 하여 균열방지판의 양측을 동일한 범위로 둘러쌀 수 있도록 호형상으로 형성된 균열방지판(321)의 내주면 중심에서 수평방향으로 길게 뻗은 체결돌기(322)를 구비한다. 균열방지판(321)은 이의 내부영역에 타설 공급될 무수축 몰탈의 관통을 허용하는 다수의 관통공(321a)을 형성할 수 있다.
덧붙여서, 체결돌기(322)는 결속부(310)의 체결 연장관(312)과 나사체결될 수 있게 외주면에 숫나사산(참조부호 없음)을 형성할 수 있다.
앞서 기술된 바와 같이, 균열방지구(300)는 결속부(310)의 체결 연장관(312)에 균열방지부(320)의 체결돌기(322)를 삽입 회전시켜 상호 나사체결방식으로 고정될 수 있다. 이러한 나사체결방식을 통해, 균열방지구(300)는 체결 연장관(312)의 길이방향으로 균열방지부(320)를 왕복운동, 즉 전진 및/또는 후진이동가능하게 구성되어 있기에 균열방지판(321)과 하부 플레이트(200)의 모서리(200a) 사이에 간격을 조절할 수 있다.
균열방지구(300)는 결속부(310)의 결합링(311)을 통해 앵커(230)를 중심으로 하여 균열방지부(320)의 위치를 원형 이동궤적을 따라 회전시켜 가변시킬 수 있다. 다시 말하자면, 균열방지부(320)가 하부 플레이트의 각 모서리(200a)에서 균열이 발생하는 방향에 대해 직각으로 대치되도록 배치될 수 있기 때문에, 응력이 집중되는 하부 플레이트(200)의 모서리(200a) 부분에서 발생되는 균열은 균열방지부(320)의 균열방지판(321)에 가로막혀 응력이 분산되어 무수축 몰탈 매트(21)로 더 이상 확산 진행되지 않게 된다.
또한, 균열방지구(300)는 균열방지판(321)의 외주면이 상향 경사지게 배치할 수 있다. 이는 도 3 또는 도 6에 도시되었듯이 무수축 몰탈 매트(21)의 상부 가장자리 둘레를 따라 형성된 모따기 형태와 대응되게 균열방지판(321)을 경사지게 배치함으로써 무수축 몰탈 매트(21)의 가장자리와 균열방지판 사이의 수축 거리를 감소시켜 무수축 몰탈 매트의 작용 수축력을 감소시킬 수 있다.
무수축 몰탈 매트(21)의 양생 초기에, 무수축 몰탈 매트의 상부 표면층에 수분이 증발하면서 건조에 의한 수축작용이 야기되는 반면에 무수축 몰탈 매트의 내부층은 수분을 함유하고 있어 내부층이 표면층의 수축작용을 구속하게 되고 이에 무수축 몰탈 매트의 표면층에 인장력이 발생하면서 표면 균열이 형성하게 된다. 본 발명에 따른 균열방지형 전단키는 이러한 문제점을 해소하기 위해 균열방지구(300)를 무수축 몰탈 매트(21)의 표면층과 인접하게 매립 설치하도록 한다. 즉, 균열방지판(321)의 상단부는 무수축 몰탈 매트(21)의 표면층과 동일 높이(혹은 동일 수준(level))로 배치(도 3 또는 도 6 참조)될 수 있으며, 균열방지판의 상단부를 무수축 몰탈 매트의 표면층 위로 돌출시켜 균열방지판의 상단부를 외부와 노출되게 위치될 수도 있다. 이와 달리, 균열방지구는 무수축 몰탈 매트(21) 내부에 매립되어 균열방지판의 상단부 노출을 회피할 수도 있다.
균열방지부(320)가 전술되었듯이 무수축 몰탈 매트(21)의 표면층에 인접하게 매립 설치되는 경우에 균열방지판(321)과 하부 플레이트의 모서리 간에 불필요한 충돌로 인해 균열방지판의 변형, 파손 등을 미연에 방지할 수 있도록 체결돌기(322)의 길이(l)를 앵커(230)의 외주면과 모서리(200a) 사이의 거리(d) 보다 길거나 동일한 길이로 길이연장될 수 있도록 한다(도 3 및 도 6 참조).
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 콘크리트 균열방지 성능을 확인하기 위한 실험예에서 균열방지판(321;도 1 또는 도 4 참조)의 장착 각도를 가변시켜 그에 따른 균열비 분포도이다.
이 실험은 무수축 몰탈을 타설하여 경화되는 무수축 몰탈 매트(21)에 균열방지판의 설치 유무에 따른 균열방지 성능을 확인하는 것으로, 무수축 몰탈 매트는 실온 하에서 양생하였다.
여기서, 균열비(crack ratio)는 콘크리트 인장강도와 수축시 발생하는 온도 응력에 대한 비(ratio)로서 균열비가 클수록 건조수축의 안정화가 높은 것을 의미한다. 즉, 건조수축이 안정화되면 균열방지 효과가 향상될 것으로 기대된다. 참고로, 균열비의 최대값은 20 이다.
도 8(a)는 균열방지판을 미장착한 무수축 몰탈 매트(21)에 균열비를 도해한 분포도이며, 무수축 몰탈 매트 시편의 전체 영역에서 측정된 균열비의 평균값은 9.87이다.
도 8(b)는 균열방지판을 장착한 무수축 몰탈 매트(21)에 균열비를 도해한 분포도이며, 무수축 몰탈 매트 내에 매립된 균열방지판의 장착 각도는 0°로 설정되어 균열방지판이 수직방향으로 입설된다. 무수축 몰탈 매트 시편의 전체 영역에서 측정된 균열비의 평균값은 13.5 이며 균열방지판을 미장착한 무수축 몰탈 매트 시편의 평균 균열비에 비해 37%의 균열방지 효과를 기대할 수 있다.
참고로, 장착 각도는 도 3 또는 도 6에 도시된 바와 같이 체결돌기(322)의 끝단에 배치된 균열방지판과 가상의 수직선 사이에 각도(θ)를 의미하는바, 가상의 수직선은 체결돌기와 직각을 이룬다.
도 8(c)는 균열방지판을 장착한 무수축 몰탈 매트(21)에 균열비를 도해한 분포도이며, 무수축 몰탈 매트 내에 매립된 균열방지판의 장착 각도는 45°로 설정되어 균열방지판의 외주면을 상향 경사지게 배치한다. 무수축 몰탈 매트 시편의 전체 영역에서 측정된 균열비의 평균값은 16.5 이며 균열방지판을 미장착한 무수축 몰탈 매트 시편의 평균 균열비에 비해 67%의 균열방지 효과를 기대할 수 있다.
도 8(d)는 균열방지판을 장착한 무수축 몰탈 매트(21)에 균열비를 도해한 분포도이며, 무수축 몰탈 매트 내에 매립된 균열방지판의 장착 각도는 60°로 설정되어 균열방지판의 외주면을 상향 경사지게 배치한다. 무수축 몰탈 매트 시편의 전체 영역에서 측정된 균열비의 평균값은 16.9 이며 균열방지판을 미장착한 무수축 몰탈 매트 시편의 평균 균열비에 비해 71%의 균열방지 효과를 기대할 수 있다.
균열방지판
미장착		 균열방지판 장착 (장착 각도,θ)
θ= 0° θ= 20° θ= 45° θ= 60°
평균 균열비 9.87 13.5 13.8 16.5 16.9
증가율 - 37% 40% 67% 71%
표 1에서 확인할 수 있듯이, 본 발명은 전단키의 하부 플레이트의 각 모서리 부분을 둘러싸는 균열방지판을 통해 무수축 몰탈 매트에서 콘크리트 균열방지 성능을 기대할 수 있으며, 균열방지판의 장착 각도를 가상의 수직선을 기준으로 하여 0°~ 60°, 바람직하기로 45°로 상향 경사지게 배치하면 더욱 효과적으로 콘크리트 균열의 방지할 수 있다.
균열방지판의 장착 각도(θ)가 60°를 초과하는 경우에, 균열방지판(321)은 체결돌기(322)와 거의 동일하게 수평배치되어 무수축 몰탈을 타설하는 과정에서 균열방지판 내주면에 모여 있던 공기가 빠져나가지 못해 공극이 발생될 소지가 있으며 공급 타설시 아래에서부터 차오르는 무수축 몰탈에 영향으로 균열방지판의 위치선정에 영향을 미치게 될 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 균열방지형 전단키에 채용될 균열방지구(300)의 다른 일례를 위와 아래에서 바라본 분해사시도이다. 도 9에 도해된 균열방지구는 도 1 내지 도 7에 도시된 균열방지구의 다른 변형예로서, 균열방지판의 형상을 제외하고는 매우 유사한 구조로 이루어져 있기 때문에, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성에 대한 설명은 여기서 배제할 것이다.
균열방지구(300)는 결속부(310)와 함께 이 결속부의 체결 연장관(312)에 나사체결되며 회전을 통해 전진 및/또는 후진 이동가능한 균열방지부(320)로 이루어지는데, 여기서 균열방지부(320)는 체결 연장관(312)에 나사체결되는 체결돌기(322)와 호형상의 균열방지판(321)을 구비한다(도 7 참조).
호형상의 균열방지판(321)은 이의 외주면 중심에 수직방향으로 길게 뻗은 삼각 단면형상의 응력집중 유도용 돌기(323)를 구비한다. 응력집중 유도용 돌기(323)는 균열방지판(321)의 외주면에 접하는 무수축 몰탈 매트(21)의 부위에 삼각 단면형상의 홈을 형성하게 된다. 당해분야의 숙련자들에게 알려져 있듯이, 경화된 콘크리트에 작용하는 하중은 저항 능력이 약한 부위로 집중하게 된다. 이러한 사실을 기초로 하여, 콘크리트에 작용하는 하중이 무수축 몰탈 매트(21)에 인위적으로 형성된 삼각 단면형상의 홈으로 집중되어 무수축 몰탈 매트(21)에 발생되는 균열을 최소화시킬 수 있다. 응력집중 유도용 돌기(323)는 무수축 몰탈 매트(21)에 매립되어 있기 때문에 무수축 몰탈 매트의 양생 후 내부의 팽창 혹은 수축 변형에 대응할 수 있도록 콘크리트와 친화성이 없는 연질 합성수지 재질, 바람직하기로는 신축가능한 실리콘 재질로 제작될 수 있다.
선택가능하기로, 호형상의 균열방지판(321)은 응력집중 유도용 돌기(323)와 배향되게 내주면 중심에서 수직방향으로 길이연장된 내측 응력집중 유도용 돌기(참조부호 없음)를 추가로 구비할 수도 있다.
도 10은 본 발명에 따른 교좌장치의 무수축 몰탈 균열방지구조에 채용될 균열방지구의 또 다른 실례를 도시한 도면으로, 균열방지구(300)는 결속부(310)와 균열방지부(320)로 구성된다(도 7 참조).
균열방지구(300)는 균열방지판(321)에 작용하는 응력을 완화시키기 위해 균열방지판의 중심 부위를 요철형상판(321b)으로 형성할 수 있다. 즉, 균열방지판의 요철형상판(321b)은 내주면 중심에서 체결돌기(322)를 수평방향으로 배치하는바, 체결돌기를 통해 콘크리트에 작용하는 하중에 의한 요철형상판의 과도한 변형을 방지할 수 있다.
이상 본 발명은 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 균열방지형 전단키는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1a, 1b ----- 전단키,
10 ----- 지지 대상물,
20 ----- 설치 대상물,
100 ----- 상부 플레이트,
200 ----- 하부 플레이트,
300 ----- 균열방지구,
310 ----- 결속부,
320 ----- 균열방지부.

Claims (12)

  1. 하면에 하방으로 돌출된 전단 블록(110a)을 구비하고, 지지 대상물(10)의 하부에 설치되는 상부 플레이트(100)와;
    상면에 상기 전단 블록(110a)의 양쪽에 위치되어 결합되는 한쌍의 가이드 블록(210a)과 각 모서리(200a) 하면에 배치된 앵커(230)를 구비하고, 상기 상부 플레이트(100)와 대면하도록 설치 대상물(20)의 상부에 고정하기 위해 상기 앵커(230)를 무수축 몰탈 매트(21)에 매립 설치하는 하부 플레이트(200);를 구비한 일방향 전단키(1a)에 있어서,
    상기 앵커(230) 외주면에 체결되는 결합링(311)과, 상기 결합링(311)에서 외부방향으로 길이연장되고 내부 중공의 내주면에 암나사산을 형성한 체결 연장관(312)을 구비한 결속부(310)와;
    응력 분산을 위해 호(弧)형상으로 만곡된 균열방지판(321)과, 상기 균열방지판(321)의 내주면에서 길이연장되고 상기 체결 연장관(312)의 내부 중공에 삽입되어 나사체결되도록 외주면에 숫나사산을 형성한 체결돌기(322)를 구비한 균열방지부(320);로 구성된 균열방지구(300)를 포함하는데,
    상기 균열방지부(320)가 나사회전에 의해 상기 결속부(310)의 상기 체결 연장관(312)의 길이방향을 따라 전진 또는 후진 이동가능하게 결합되고,
    상기 균열방지구(300)는 상기 하부 플레이트(200)의 각 모서리(200a) 주위를 감싸도록 상기 균열방지판(321)을 상기 무수축 몰탈 매트(21)에 매립되게 배치하여, 상기 하부 플레이트의 각 모서리 주위에서 경화되는 무수축 몰탈 매트에서 발생하는 균열을 제어하는 것을 특징으로 하는 균열방지형 전단키.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 균열방지부(320)는 상기 체결돌기(322)의 끝단에서 가상의 수직선을 기준으로 하여 상기 균열방지판(321)을 0°~ 60°, 바람직하기로 45°로 상향 경사지게 배치하는 것을 특징으로 하는 균열방지형 전단키.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 균열방지판(321)은 외주면 중심에서 수직방향으로 길게 뻗은 삼각 단면형상의 응력집중 유도용 돌기(323)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 균열방지형 전단키.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 균열방지판(321)은 상기 균열방지판의 중심 부위에 요철형상판(321b)을 추가로 배치하는 것을 특징으로 하는 균열방지형 전단키.
  7. 하면에 하방으로 돌출된 원통형상의 전단 블록(110b)을 구비하고, 지지 대상물(10)의 하부에 설치되는 상부 플레이트(100)와;
    상면에 상기 전단 블록(110b)을 수용하는 컵형상의 가이드 블록(210b)과 각 모서리(200a) 하면에 배치된 앵커(230)를 구비하고, 상기 상부 플레이트(100)와 대면하도록 설치 대상물(20)의 상부에 고정하기 위해 상기 앵커(230)를 무수축 몰탈 매트(21)에 매립 설치하는 하부 플레이트(200);를 구비한 양방향 전단키(1b)에 있어서,
    상기 앵커(230) 외주면에 체결되는 결합링(311)과, 상기 결합링(311)에서 외부방향으로 길이연장되고 내부 중공의 내주면에 암나사산을 형성한 체결 연장관(312)을 구비한 결속부(310)와;
    응력 분산을 위해 호(弧)형상으로 만곡된 균열방지판(321)과, 상기 균열방지판(321)의 내주면에서 길이연장되고 상기 체결 연장관(312)의 내부 중공에 삽입되어 나사체결되도록 외주면에 숫나사산을 형성한 체결돌기(322)를 구비한 균열방지부(320);로 구성된 균열방지구(300)를 포함하는데,
    상기 균열방지부(320)가 나사회전에 의해 상기 결속부(310)의 상기 체결 연장관(312)의 길이방향을 따라 전진 또는 후진 이동가능하게 결합되고,
    상기 균열방지구(300)는 상기 하부 플레이트(200)의 각 모서리(200a) 주위를 감싸도록 상기 균열방지판(321)을 상기 무수축 몰탈 매트(21)에 매립되게 배치하여, 상기 하부 플레이트의 각 모서리 주위에서 경화되는 무수축 몰탈 매트에서 발생하는 균열을 제어하는 것을 특징으로 하는 균열방지형 전단키.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 균열방지부(320)는 상기 체결돌기(322)의 끝단에서 가상의 수직선을 기준으로 하여 상기 균열방지판(321)을 0°~ 60°, 바람직하기로 45°로 상향 경사지게 배치하는 것을 특징으로 하는 균열방지형 전단키.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 균열방지판(321)은 외주면 중심에서 수직방향으로 길게 뻗은 삼각 단면형상의 응력집중 유도용 돌기(323)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 균열방지형 전단키.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 균열방지판(321)은 상기 균열방지판의 중심 부위에 요철형상판(321b)을 추가로 배치하는 것을 특징으로 하는 균열방지형 전단키.
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