KR200196824Y1

KR200196824Y1 - 곡선철근의 이음구조

Info

Publication number: KR200196824Y1
Application number: KR2020000011095U
Authority: KR
Inventors: 오민수; 김해수
Original assignee: 주식회사청석엔지니어링; 신우특수건설주식회사
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2000-09-15
Also published as: KR20010096392A

Abstract

본 고안은 기둥, 교각 등의 원형구조물로 시공되는 구조물의 수직 주철근을 감싸는 보조철근을 일정 곡률로 구부리면서 연속적으로 연결하는 나선형철근으로 형성할 수 있도록 하기 위한 것으로, 그 나선철근의 일정부위마다 곡선으로 연결되는 이형곡선철근의 이음구조에 관한 것이다. 그 기술적 구성은 단면상으로 원통형으로 형성되고 길이방향으로는 곡률을 가지는 이음슬리브(20)와, 상기 이음슬리브(20)의 일측 내부에 삽입되어 결합되는 일측이형곡선철근(30)과, 상기 이음슬리브(20)의 타측 내부에 삽입되어 결합되는 타측이형곡선철근(30a)으로 구성하되, 상기 이음슬리브(20) 및 일,타측이형곡선철근(30)(30a)은 그 구조물에 일정한 곡률로 배근되는 나선철근(51)의 곡률과 동일한 곡률로 형성하여 결합되고, 상기 일,타측이형곡선철근(30)(30a)의 각 마디(k)의 사이에 형성된 공간(s)에 상기 이음슬리브(20)의 내면이 압착되어 들어가도록 압착시킨 것이다.

Description

곡선철근의 이음구조{Jointing Structure of Spiral Bars}

본 고안은 기둥, 교각 등의 원형구조물로 시공되는 구조물의 수직 주철근을 감싸는 보조철근을 일정 곡률로 구부리면서 연속적으로 연결하는 나선형철근으로 형성할 수 있도록 하기 위한 것으로, 그 나선철근의 일정부위마다 곡선으로 연결되는 곡선철근의 이음구조에 관한 것이다.

기둥이나 교각 같은 구조물은 사각형 또는 육각형 등의 다각형 구조물 보다 원형구조물로 시공하는 것이 구조 역학적으로 볼 때 유리한데 그 이유는 상하로 배근되는 주철근을 감싸는 보조철근으로서 일정높이마다 배근되는 띠철근을 사용하지 않고 연속적으로 연결되는 나선형 철근으로 배근할 수 있기 때문이다. 따라서 교량이나 대형건물의 지진에 대비한 공사 즉 내진설계가 요구되는 오늘날에는 건물의 기둥이나 교량의 교각의 내진에 효과적인 형태가 곡선형태로서 이형철근인 나선철근을 보조철근으로서 배근하는 원형구조물이 요구된다.

그런데, 원형구조물은 배근철근을 연속적으로 연결하기 위한 이음부가 중요한데 상하 직선방향으로 배근되는 주철근은 겹침이음(도1a참조), 용접이음(도1b참조) 및 압착슬리브이음(도1c참조) 등으로 직선방향으로 이음되는 직선이음부에는 별 문제가 없지만, 문제는 주철근을 감싸는 보조철근인 나선형철근의 곡선이음부를 그 나선형의 곡률과 동일한 곡률로 연결할 수 있느냐가 중요한 과제이다. 곡선이음부가 나선형철근의 둘레부분의 곡률과 동일하게 연결될 때만이 그 구조물에서 가장 효과적인 구조적 강도를 발휘할 수 있다.

종래, 나선형철근 등의 곡선철근이음은 도2a에서 도시하는 바와 같이, 일측철근(1)과 타측철근(2)을 커플러(3)로 연결시키는 것이 있다. 그러나, 상기한 커플러 이음구조는 일측철근(1)과 타측철근(2)을 둘레부분과 동일한 곡률로는 구부릴 수 있지만 커플러(3) 자체는 곡률 형성이 곤란하다. 왜냐하면 커플러는 나사로 결합되는 것으로 곡률을 주면 나사결합이 이루어지지 않기 때문이다. 그러므로 상기한 커플러 이음구조는 이음부분이 직선으로 될 수밖에 없다. 이같은 이음구조는 일측철근(1)과 타측철근(2)의 둘레부분은 일정한 곡률을 갖는 것인 반면에 이음부분은 여전히 직선으로 연결된다. 따라서 상기한 이음구조는 둘레부분은 곡률을 갖지만 이음부분은 직선으로 연결되므로 곡률반경이 지나치게 크고 구조 역학적으로 불리할 뿐만 아니라 기둥 단면적이 증가되는 문제가 있다.

종래, 또 다른 곡선철근이음으로서 도2b에서 도시하는 바와 같이, 일측철근(4)과 타측철근(5)을 슬리브(6)로 연결시키는 것이 있다. 즉, 슬리브(6)의 내부에 일측철근(4)과 타측철근(5)을 삽입하되 소정각도를 가지면서 꺾여지도록 삽입한 후 몰탈(7)을 충전시킨다. 이 같은 슬리브 이음구조는 상기 커플러 이음구조에 비하여 각이 형성된다는 점에서 진일보된 것이라 할 수 있으나, 철근의 둘레부분과는 여전히 곡률의 차이가 심할 뿐만 아니라 슬리브(6) 자체도 직선형태이므로 구조 역학적으로 불리할 뿐만 아니라 기둥 단면적이 증가되는 문제가 있다. 또한, 슬리브 내부에 충전되는 몰탈을 경화시키는데 시간이 필요하므로 작업시간이 많이 소요되는 문제까지 있다.

이와 같이, 상기한 종래 곡선철근이음들로는 원형구조물에 효과적인 나선철근 배근에 문제점이 있는 관계로 실무에서 많이 적용되고 있는 기술로서는, 도3에서와 같이, 주철근(8)을 감싸면서 일정 높이마다 배근되는 띠철근(9)과, 주철근(8) 내부에 횡방향으로 배근되는 구속철근(10)으로 배근하여 나선철근 효과를 내고 있다.

이러한 띠철근(9) 및 구속철근(10)으로 나선철근 효과를 내게 함으로서 여러 가지 문제점이 발생된다. 첫째는 구속철근의 간격이 너무 조밀하게 배근되므로 작업공간이 협소하고, 둘째는 콘크리트 타설시 미경화콘크리트가 골고루 채워지기 어려워 품질확보가 어려우며, 셋째는 철근 배근량 증가 및 작업시간이 증가될 뿐만 아니라 구조 역학적인 문제를 여전히 안고 있다.

본 고안의 목적은 기둥, 교각 등의 원형구조물로 시공되는 구조물의 보조철근을 일정곡률로 형성되고 연속적으로 연결되는 나선형철근으로 형성시키기 위한 것으로, 일정 곡률로 형성되는 나선철근의 연결부를 슬리브로 연결하되 그 연결부를 나선철근의 곡률과 동일한 곡률로 연결할 수 있는 이형곡선철근의 이음구조 및 이음방법을 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 상기한 곡선철근의 이음방법으로 연결한 나선철근망을 시공하고자 하는 원형구조물에 이송하여 배근하는 나선철근망의 배근방법을 제공하는데 있다.

도 1a는 종래의 직선이형철근의 겹침이음한 예시도,

도 1b는 종래의 직선이형철근의 용접이음한 예시도,

도 1c는 종래의 직선이형철근의 압착슬리브이음한 예시도,

도 2a는 종래의 이형곡선철근의 커플러이음한 예시도,

도 2b는 종래의 이형곡선철근의 슬리브이음한 예시도,

도 3은 종래 원형구조물의 철근배근을 나타내는 예시도,

도 4a는 본 고안에 따른 이음슬리브의 압착 이전 상태를 나타내는 예시도,

도 4b는 본 고안에 따른 이음슬리브에 이형곡선철근이 삽입된 단면도,

도 4c는 본 고안에 따른 이음슬리브로 이음하여 압착한 이형곡선철근 이음체를 나타내는 예시도,

도 4d 및 4e는 본 고안에 따른 이음슬리브에 이형곡선철근을 삽입한 후 유압잭의 누름다이스에 의해 곡률을 고려하여 압착하는 상태의 예시도,

도 4f 및 4g는 본 고안에 따른 이형곡선철근이 삽입된 상태에서 이음슬리브를 압착하는 순서를 나타내는 예시도,

도 5a는 본 고안에 따른 이음슬리브로 이형곡선철근을 연결한 예시도,

도 5b는 본 고안에 따른 이음방법으로 완성된 나선철근망을 나타내는 예시 도,

도 6은 본 고안에 따른 완성된 나선철근망의 배근을 위한 운반 방법을 나타내는 예시도,

도 7은 본 고안에 따른 나선철근망을 원형기둥에 거치시키는 방법을 나타내는 예시도,

도 8은 본 고안에 따른 나선철근망이 원형기둥의 주철근 외측에 삽입된 상태를 나타내는 예시도,

도 9는 본 고안에 따른 나선철근 간격을 확보하고 나선철근망을 원형기둥 주철근과 결속시키는 것을 나타내는 예시도,

도 10a 및 10b는 본 고안에 따른 나선철근망의 간격을 확보하기 위한 간격재를 나타내는 예시도,

도 11은 본 고안에 따른 나선철근망의 배근이 완료된 상태를 나타내는 예시도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

20:이음슬리 30:일측이형곡선철근

30a:타측이형곡선철근 40:유압잭

41:누름다이스 42:지압부

50:나선철근망 51:나선철근

52:기나선철근 60:지지대

61:갈고 62:걸고리

70:크레인 71:케이블

80:구조물 81:주철근

90:간격재 91:상부철근삽입부

92:하부철근삽입부 93:간격지지부

k:마디 s:공간

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따르면, 단면상으로 원통형으로 형성되고 길이방향으로는 곡률을 가지는 이음슬리브와, 상기 이음슬리브의 일측 내부에 삽입되어 결합되는 일측이형곡선철근과, 상기 이음슬리브의 타측 내부에 삽입되어 결합되는 타측이형곡선철근으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이형곡선철근의 이음구조가 제공된다.

(실시예)

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

본 고안 곡선철근의 이음구조는 도4a 내지 도4c에서 도시하는 바와 같이, 단면상으로 원통형으로 형성되고 길이방향으로는 곡률을 가지는 이음슬리브(20)와, 상기 이음슬리브(20)의 일측 내부에 삽입되어 결합되는 일측이형곡선철근(30)과, 상기 이음슬리브(20)의 타측 내부에 삽입되어 결합되는 타측이형곡선철근(30a)으로 구성하되,

상기 이음슬리브(20) 및 일,타측이형곡선철근(30)(30a)은 그 구조물에 일정한 곡률로 배근되는 나선철근(51)의 곡률과 동일한 곡률로 형성하여 결합되고, 상기 일,타측이형곡선철근(30)(30a)의 각 마디(k)의 사이에 형성된 공간(s)에 상기 이음슬리브(20)의 내면이 압착되어 들어가도록 압착시킨다.

여기에서, 이음슬리브(20)는 배근되는 나선철근(51)과 동일한 곡률로 형성하되, 그 만드는 방법은 강관 소재를 압연 가공함으로 만들 수 있다. 또한 도4c에서와 같이, 일,타측이형곡선철근(30)(30a)의 각 마디(k)의 사이에 형성된 공간(s)에 이음슬리브(20)의 내면을 압착시켜 넣는 이유는 일,타측이형곡선철근(30)(30a)이 이음슬리브(20)로부터 이탈되지 않도록 하기 위함이다. 따라서 슬리브(20)에 끼워진 일,타측이형곡선철근(30)(30a)은 외부의 힘에 쉽게 빠지지 않는다(도4b참조).

한편, 본 고안에서 곡선형 이음슬리브(20)를 압착시키는 방법이 중요한데 이는 종래의 직선이음슬리브(도1c참조)를 압착한 것과는 달리, 도4d 및 도4e에서와 같이 누름다이스(41)가 부착된 유압잭(40)으로 압착하되 그 누름다이스(41)의 지압부(42)는 이음하고자 하는 철근의 곡률이나 슬리브(20)의 곡률과 동일하게 이루어진 지압부(42)로 압착시킨 것이다. 따라서 본 고안은 누름다이스(41)의 지압부(42)가 이음하고자 하는 철근의 곡률이나 슬리브(20)의 곡률과 동일한 곡률을 갖기 때문에 곡선형 이음슬리브(20)를 일,타측이형곡선철근(30)(30a)의 각 마디(k) 사이의 공간(s)에 압착시켜 넣는 것이 가능한 것이다(도4f참조).

이와 같은 본 고안 이음구조의 이음방법을 설명하면 a) 단면상으로는 원통형상으로 형성되고 길이방향으로는 곡률을 가지되 철근의 이음부와 동일한 곡률을 가지는 이음슬리브(20)의 일측 내부에 일측이형곡선철근(30)을 삽입하는 일측이형곡선철근의 삽입단계와(도4b참조),

b) 상기 이음슬리브(20)의 타측 내부에 동일한 곡률을 갖는 또 다른 타측이형곡선철근(30a)을 삽입하는 타측이형곡선철근의 삽입단계와(도4b참조),

c) 상기 이음슬리브(20)를 누름다이스(41)가 부착된 유압잭(40)으로 압착하되 그 누름다이스(41)의 지압부(42)는 이음하고자 하는 철근의 곡률이나 슬리브(20)의 곡률과 동일하게 이루어진 지압부(42)로 압착시켜 일,타측이형곡선철근(30)(30a)의 각 마디(k)의 사이에 형성된 공간에 상기 이음슬리브(20)의 내면이 압착되어 들어가도록 압착하는 이음슬리브의 압착단계로 완료됨을 특징으로 특징으로 한다(도4c,도4d참조).

상기에서, 이음슬리브의 압착단계에는 누름다이스(41)가 부착된 유압잭(40)으로 이음슬리브(20)를 압착하되 도4e에서와 같이, 그 이음슬리브(20)의 중앙부에서 시작하여 일측끝으로 압착한 후 다시 중앙부에서 타측끝으로 압착함이 바람직하다.

상기한 방법으로 8m, 10m, 12m 등 일정길이로 공장제작된 이형철근을 기둥의 수직 주철근들로 이루어진 원형의 직경에 맞추어 일정곡률의 이형철근으로 가공된 철근들을 도5a와 같이, 이음슬리브(20)로 이형철근(30)(30a)을 서로 이음하여 도 5b와 같은 하나의 나선철근망(50)을 조립하게 된다.

이하, 상기한 본 고안의 이형곡선철근 이음방법으로 이음한 나선철근망의 설치방법을 설명하면, 도6 내지 도11에서 도시하는 바와 같이, a) 상기한 본고안의 슬리브로 곡선철근을 이어서 하나의 나선철근망(50)을 조립하는 나선철근망의 조립단계와(도5b참조),

b) 상기 나선철근망(50)을 운반용 지지대(60)를 이용하여 크레인(70)으로 들어올려 이미 타설된 구조물(80)에 배근된 원형기둥의 주철근(81) 외부로 삽입하는 나선철근망의 거치단계와(도6, 도7참조),

c) 상기 거치된 나선철근망(50)을 상기 구조물(80)에 이미 배근된 기나선철근(52)과 연결하는 기나선철근과의 연결단계와(도7, 도8참조),

d) 상기 나선철근망(50)의 나선철근 사이마다 간격재(90)를 설치하여 간격을 확보하여 주면서 주철근(81)에 결속시키는 나선철근망의 결속단계로 완료됨을 특징으로 한다(도9, 도10a, 도10b, 도11참조).

본 나선철근망의 설치방법을 좀더 구체적으로 설명하면, 상기 나선철근망의 거치단계에서 나선철근망(50)을 운반하는 지지대(60)는 도6에서와 같이 하부에는 갈고리(62) 형상으로 절곡되고 상부에는 크레인의 케이블(71)을 걸수 있는 걸고리(62) 형상을 갖게 한다. 따라서 하부 갈고리(62)에는 철근망(50)의 하부를 받쳐 지지시키고 상부 걸고리(62)에는 크레인의 케이블(71)에 걸어서 들어 올려서 구조물(80)의 수직주철근(81) 외측으로 삽입하게 된다(도7참조).

상기 기나선철근과의 연결단계에서는 도7에서와 같이, 구조물의 수직주철근(81)으로 삽입된 나선철근망(50)에서 지지대(60)를 해체하면 기 타설된 기초구조물(80)에서부터 미리 배근되어 있는 기나선철근(52)과 구조물의 주철근(81)에 삽입한 나선철근망(50)의 하부 끝단과 연결을 하게 된다. 이때, 연결하는 방법은 현장에서 도4e와 같은 본 고안의 이형곡선철근 이음방법으로 연결한다.

나선철근망(50)의 운반 및 주철근(81)에 삽입을 종료한 뒤에 지지대(60)를 해체하면 도8과 같은 형상을 나타내게 된다. 이때 나선철근망(50)을 제위치에 배근을 하기 위해서 나선철근망(50)의 상부끝단에 별도의 케이블(71)을 체결한 후에 크레인(70)을 이용하여 상승시키면 나선철근 간격이 생기게 된다(도9참조).

구조물의 주철근(81)에 삽입된 나선철근망(50)은 나선철근의 수직간격, 즉 피치를 정확히 규칙적으로 하기 위해서 간격재(90)를 설치한다. 이때 간격재(90)는 도10에서와 같이, 상부에는 위쪽이 벌어진 U자형으로 형성되는 상부철근삽입부(91)와, 하부에는 아래쪽이 벌어진 역U자형으로 형성되는 하부철근삽입부(92)와, 상기 상,하부철근삽입부(91)(92)를 상호 연결하며 콘크리트 입도 분포가 용이토록 구멍들이 있는 간격지지부(93)로 구성된다(도11참조). 따라서 본 간격재(90)는 나선철근의 수직간격을 정확하게 유지하면서 콘크리트 타설에 따른 입도 분포를 용이하게 하여 준다. 그리고 나선철근사이에 간격재(90)를 설치한 후 결속선을 이용하여 주철근(81)과 나선철근을 결속시킴으로서 나선철근망의 배근을 완료하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 일정 곡률로 형성되는 나선철근의 연결부를 곡선 이음슬리브로 연결하되 그 이음슬리브를 배근되는 나선철근의 곡률과 동일한 곡률로 가공한 상태에서 연결하게 됨으로써, 교량의 원형교각이나 대형건물의 원형기둥에서 나선철근을 사용하기에 곤란했던 문제점들을 해소할 수 있다.

곡선철근 이음을 위한 종래 이음기술의 문제점들인 철근겹이음 위치 및 간격이 너무 조밀하고 지진발생시 나선철근 배근 효과가 없는 문제점, 현장용접에 의해 곡선철근을 이음함에 따라 나타나는 주변 환경변화(온도, 풍향, 풍속)에 따라 품질불량 및 용접작업의 난이 등의 문제점, 직선슬리브를 변형시켜서 나선철근의 곡률과 슬리브의 곡률이 상이하고 곡률반경이 크며 슬리브 외형이 이형철근의 외형과 동일하지 않은 상태에서 콘크리트와 슬리브와의 부착력 등의 문제점을 본 고안의 사용으로 해소할 수 있다.

또한, 곡선철근 이음을 위한 종래 이음기술의 적용 곤란으로 부득히 띠철근으로 나선철근 효과를 나타내도록 하는 종래의 교각기둥의 설계 및 시공법에 비하여 나선철근을 배근한 교각기둥을 다음과 같은 구조역학적 장점이 있다.

나선철근기둥과 띠철근 기둥의 구조적 거동이 상이함에 따라 각국의 콘크리트 시방서에서는 공칭기둥의 강도감소계수를 각기 적용하고 있다. 공칭 축하중을 받는 교각이나 건물 기둥의 공칭강도에 구조물의 안전율(위험도) 개념인 강도감소계수를 적용한 후 작용 외력에 충분히 저항할 수 있도록 설계한다. 한국 콘크리트 구조설계기준 3.3.3절(1999년)과 미국의 ACI 318-95 CODE 9.3.2.2(1995년)에서는 띠철근의 경우에 0.70, 나선철근의 경우에 0.75의 강도감소계수를 적용하게 된다. 즉, 띠철근 기둥에서 30%, 나선철근 기둥에서는 25%의 공칭 능력을 감소시켜 적용하게 된다. 또한, 최소편심의 영향을 고려하기 위해서 띠철근 기둥에서는 20% 나선 철근 기둥에서는 15% 공칭강도를 감소시켜 설계하게 된다.(참조. 한국콘크리트 구조설계 기준 6.2.2, ACI 318-95 CODE 10.3.5.3)

여기서,

위 식에서 알 수 있듯이 나선철근을 배근한 기둥은 띠철근을 배근한 기둥에 비하여 약 14%이상의 기둥단면 감소를 유도할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

단면상으로 원통형으로 형성되고 길이방향으로는 곡률을 가지는 이음슬리브(20)와, 상기 이음슬리브(20)의 일측 내부에 삽입되어 결합되는 일측이형곡선철근(30)과, 상기 이음슬리브(20)의 타측 내부에 삽입되어 결합되는 타측이형곡선철근(30a)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이형곡선철근의 이음구조.
제1항에 있어서, 상기 이음슬리브(20) 및 일,타측이형곡선철근(30)(30a)은 그 구조물에 일정한 곡률로 배근되는 나선철근(51)의 곡률과 동일한 곡률로 형성하여 결합되고, 상기 일,타측이형곡선철근(30)(30a)의 각 마디(k)의 사이에 형성된 공간(s)에 상기 이음슬리브(20)의 내면이 압착되어 들어가도록 압착시킨 것을 특징으로 하는 이형곡선철근의 이음구조.