KR20020057924A - 탄소섬유를 보강한 고인장 h 형강 보의 생산 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존 H 형강 보의 인장부분인 저판에 탄소 섬유를 보강 함으로써 인장력이 증가되므로 강구조물 건설에서 부재의 크기를 줄일 수 있고 가시설 공사에서는 경간의 길이를 늘일 수가 있으며 특히 개착식 공법으로 시공하는 지하철공사 등의 가시설 공사에 적용하면 중간파일을 생략할 수가 있으므로 상당히 공사기간과 공사비를 줄일 수가 있다

Description

탄소섬유를 보강한 고인장 H 형강 보의 생산{Production of high yield H-Steel beam strengthening by fiber glass }
본 발명은 기존 H형강의 저판을 탄소섬유로 보강하여 인장응력을 강화 시킴으로써 H형강으로 설치하는 가시설 구조물의 경우 경간의 길이를 늘일 수 있고 또한 강구조로 설계하는 구조물에서는 경간의 길이를 늘이거나 부재의 크기를 줄일 수 있는 방법이다.
일반적으로 강구조물의 설계나 가시설의 설계시 형강의 인장강도는 3000kg/㎠이므로 이에 따라 강구조물의 부재단면의 크기가 결정되고 가시설 공사의 개착식 공법에서 사용되는 H형강의 가로보는 인장강도의 범위내에서 경간의 길이가 결정된다.
따라서, 종래의 일반적인 강구조물의 H형강의 부재 단면의 크기는 인장응력의 한계 내에서 결정되고 지하철 공사등의 가시설 구조물의 경우의 가로보 설치 시에는 인장응력의 한계로 중간파일을 설치하는 방법으로 설계하였다. 또한 오버 헤드 크레인의 경우 거더의 전단면에 따라 거더의 길이가 결정되므로 경간의 길이는 한정 되었다.
강재를 사용하여 구조물을 건설 할 경우 항복응력 이내에서 설계를 하여야 하므로 경간의 길이가 이미 결정된 구조물의 경우에는 부재 단면의 크기가 한정될 수밖에 없다. 또 가시설을 설치하는 공사에서는 경간의 길이가 길 경우에 가로보를 설치하려면 강재의 인장응력의 한계로 중간파일을 설치하여야 한다. 이때 중간파일의 간섭으로 본 구조물의 공사에 효율성과 품질이 크게 저하된다.
본 발명은 단순보에 하중이 가해질 때 보의 저면에는 인장 응력이 상면에는 압축 응력이 발생하는데 저면의 인장응력을 증가시키면 허용 모멘트도 커질 수 있고 허용 모멘트가 커짐으로써 경간의 길이도 길어질 수 있는 것이 그 기본 원리이다. 이는 가시설의 가로보를 H형강을 사용하여 설치하는 경우 H형강의 저판에 인장력을 증가시킴으로 그 효과를 얻을 수 있고 인장력을 늘림으로써 경간의 길이를 길게 할수 있는 H형강을 만드는 것이다.
도1은 기성제품인 H 형강 보의 저판에 탄소섬유 보강 후 추가로 섬유보강 부재를 보호하기 위하여 철판을 부착시킨 도면임.
=(M/I)y 에서 (=인장응력, M=모멘트, y=중심축으로 부터의 거리, I=단면2차 모멘트) 인장응력과 모멘트는 비례하고 M=PL/4에서 (M=모멘트, P= 하중, L= 경간길이) 모멘트와 경간의 길이는 비례하므로 인장응력을 늘리면 경간의 길이도 늘릴 수 있다. 또한 이론적으로는 아래 그림에서 보는 바와 같이 최대모멘트의 증가는 경간 길이에 비례하므로 L3=L2-L1, L3/L2=M3/M2이고 이로써 L3=( M3/M1) L1, M3=(L3/L1)M1이 된다. 즉 경간의 길이가 L3만큼 길어지면 모멘트는 길이의 증가분에 비례하여 커지며 이는 경간의 중간부분에 L3의 길이에 해당하는 곳에 모멘트가 M3만큼 증가한다. 즉 저판의 중간 부분에 L3만큼만 탄소섬유로 보강하면 된다.
예를 들어 탄소섬유의 인장강도는 35500kg/㎠ 이므로 400x400x13x21의 H형강의 (저판 두께 21mm) 경우 2.5mm의 탄소섬유 합성 패널을 보강하면 저판의 인장응력을 3,000kg/㎠에서 35,500kg/㎠으로 늘일 수 있으므로 기존의 H형강으로 가시설을 할 경우 보다 경간의 길이를 1.5배 늘일 수 있다. 또한 300x300x10x15의 H형강 저판에 2mm의 탄소섬유 합성 패널을 보강하면 경간의 길이를 1.5배 늘일 수 있다.
탄소섬유를 레진으로 H형강 저판에 판재로 성형시켜 부착시키고 그위에 탄소섬유 판재를 보호하는 철판을 중첩하여 접합함으로써 완성된다.
본 발명은 지하철 공사 등의 개착식 터파기 공사 현장에서 복공판 공사 시공시 경간의 길이를 늘려 중간파일을 생략하여 본구조물의 시공성을 높일 수가 있으며 하천통과 가설교량 등에도 적용하면 교대와 교대간의 길이를 늘일 수가 있어 하천 통수단면을 줄이지 않고 가설교량을 설치할 수가 있다. 또한 오버 헤드 크레인에서 거더(레일)의 전단면이 같을 경우에 거더의 길이를 늘일수 있는 등 그 용도가 다양하다.

Claims (1)

  1. 강구조물 및 가시설 공사 등에서 사용되는 H형강의 저판을 탄소섬유로 보강하여 인장응력을 증가시킨 합성 보를 생산.
KR1020020033423A 2002-06-14 2002-06-14 탄소섬유를 보강한 고인장 h 형강 보의 생산 KR20020057924A (ko)

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