KR100416217B1 - 합성구조재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강재의 탄성력을 이용하여 콘크리트에의 응력도입과, PC강선과 같은 긴장재에 의한 콘크리트에의 응력도입을 서로 유기적인 관계속에서 이루어지게 함으로써 보의 장대화를 도모하고, 지진 등에 유리한 파일 등 합성구조재를 제공하고자 하는 것으로, H형강 또는 I형강 등 형강의 일측에 형강의 탄성변형 한계의 범위 내로 하중을 가한 상태에서 형강의 압축부분에는 긴장재를 배치하여 응력을 도입하고 그 반대편의 인장부분에 콘크리트를 타설·양생한 후 상기 하중을 제거하고, 이번에는 다시 형강의 반대측에 역시 형강의 탄성변형 한계의 범위 내로 하중을 가하여 상기와는 응력상태가 반대로 되게 한 후 형강의 압축부분(긴장재가 배치된 부분)에는 콘크리트를 타설·양생하고, 인장부분(기 콘크리트가 타설된 부분)에는 긴장재를 배치하고 응력을 도입시킨 후 상기 하중을 제거하는 단계를 통하여 이루어 진다.

Description

합성구조재{omitted}

본 발명은 보, 기둥 또는 파일 등으로 사용되는 합성구조재의 기술에 관한 것이다. 특히 본 발명은 보, 기둥 또는 파일 등의 구조체의 길이를 장대화 하여, 백화점, 주차장, 체육관, 교량 등 장대보를 요구하는 구조물 또는 지진 등에 의한 예기치 못한 외력에도 유리한 보 또는 파일 등의 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 보의 길이를 장대화하기 위한 합성보로는 프리플렉스구조를 들 수 있다.

프리플렉스구조는 형강을 수평방향으로 캠버를 두고 여기에 하중을 가한 상태에서 인장응력이 발생하는 반대편의 플렌지에 콘크리트를 타설하고, 콘크리트가 양생된 후 하중을 제거함으로써 상기 콘크리트에 압축응력을 도입하고, 이러한 압축응력이 보의 정모멘트에 의해 발생하는 인장응력에 대응하고자 하는 것이다. 그러나 이러한 프리플렉스구조는 형강을 곡선형으로 제작하여야하는 제작상의 문제점이 있고, 또한 어느 일방향에만 응력을 도입하는 것을 목적으로 하기 때문에 지진 등에 의한 반대하중이 가해지는 경우에는 보가 무력해 지게 된다. 또한 일부 출원에서는 상기의 프리플렉스보에서 반대하중을 가하여, 즉 보의 정모멘트가 발생하는 보의 중앙부분을 상승시켜 보의 상부플렌지에도 압축응력을 도입하기도 한다. 특허출원 93-5489는 연속보의 구조에서 보의 중간지점을 다시 상승하여 보의 상부 플렌지에 인장응력을 발생시킨 후 콘크리트를 타설하여 상기 콘크리트에 압축응력이 도입되도록 한다. 그러나 이 구조는 중간 지점에 발생하는 부모멘트에 대응하기 위해 그 부분에만 압축응력을 도입하고자 하는 것이다. 특허출원 98-19378은 단순보의 프리플렉스구조에서 보의 중앙에 가지지점을 설치하여 이를 상승시켜 보의 상부 플렌지에 콘크리트를 타설하여 이를 다시 하강시켜 상부 플렌지에 압축응력을 도입하고는 있으나, 이는 하부 플렌지의 압축콘크리트가 양생되면서 건조수축에 의한 크리프 등에 의한 압축 응력의 감소를 보정하고자 하는 것이다. 이상과 같이 상기 구조들은 보의 압축플렌지 부분에도 압축응력을 도입하기는 하나, 이들 모두 형강에 미리 캠버가 형성되는 관계로 그 도입응력의 정도가 그리 크지 아니하고, 단지 하부 플렌지의 압축응력손실을 보정하거나 지점에서 발생하는 부모멘트구간에 대응하는 소극적인 응력도입에 불과하다고 할 수 있다. 한편으로, 최근에는 횡하중이나지진 등에 의한 파일의 변위발생을 방지하기 위하여 프리플렉스보의 복부 콘크리트에 PC강선을 배치하고 프리텐션 방법에 의한 프리스트레스트 압축응력을 도입하는 방법이 실용신안등록출원 2000-11805로 출원된 바 있다. 그러나 상기 프리스트레스트 압축응력의 도입은 프리플렉스보의 제작과정과는 별개로 이루어 지는 것이기 때문에 강재의 특성을 충분히 활용하지 못하고 있고, 또한 각각 공정이 별도로 이루어지는 것이므로 더 많은 공사기간을 필요로 하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 주된 목적은 강재의 탄성력을 이용하여 합성구조재의 양면에 모두 압축응력을 도입함과 함께, PC강선과 같은 긴장재에 의한 콘크리트에의 응력도입을 서로 유기적인 관계속에서 이루어지게 함으로써 응력의 도입을 효율적으로 도모하여 구조체의 장대화를 이루고, 또한 필요에 따라 구조체의 모든 방향에 응력이 도입되게 함으로써 지진 등의 예기치 못한 반대하중에도 대응할 수 있는 합성구조재의 구조를 제공하는데 있다.

제1도는 합성구조재의 개략적인 제작공정의 흐름도

제2도 (a)는 하중(P₁)이 재하된 상태의 합성구조재의 상태도

(b)는 상기 (a)도의 종단면도

제3도 (a)는 형강의 하부에 콘트리트를 타설한 합성구조재의 상태도

(b)는 상기 (a)도의 종단면도

제4도 (a)는 제3도에서 하중(P₁)을 제거한 합성구조재의 상태도

(b)는 상기 (a)도의 종단면도

제5도 (a)는 제4도에서 하중 P₁과 반대방향에서 하중(P₂)이 재하된 상태의 합성구조재의 상태도

(b)는 상기 (a)도의 종단면도

제6도 (a)는 형강의 상부에 콘크리트를 타설한 합성구조재의 상태도

(b)는 상기 (a)도의 종단면도

제7도 (a)는 제6도에서 하중(P₂)을 제거하여 완성된 합성구조재의 상태도

(b)는 상기 (a)도의 종단면도

제8도는 긴장재를 형강의 외측에 배치한 것으로,

(a)∼(c)는 콘크리트 피복의 정도에 따른 합성구조재의 각 종단면도

제9도는 하중을 플렌지면의 방향으로 하중을 가하여 제작한 합성구조재로,

(a)와 (b)는 긴장재의 배치에 따른 합성구조재의 각 종단면도

제10도는 王형강을 사용한 경우의 합성구조재의 종단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 ... H형강 2 ... 상부 플렌지

3 ... 하부 플렌지 4 ... 웨이브

5 ... 상부 공간 6 ... 하부공간

7, 9 ... 긴장재 8 ... 쉬스

10, 11 ... 콘크리트

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 H형강 또는 I형강 등 형강의 일측에 형강의 탄성변형 한계의 범위 내로 하중을 가한 상태에서 형강의 압축부분에는 긴장재를 배치하여 응력을 도입하고 그 반대편의 인장부분에 콘크리트를 타설·양생한 후 상기 하중을 제거하고, 이번에는 다시 형강의 반대측에 역시 형강의 탄성변형 한계의 범위 내로 하중을 가하여 상기와는 응력상태가 반대로 되게 한 후 형강의 압축부분(긴장재가 배치된 부분)에는 콘크리트를 타설·양생하고, 인장부분(기 콘크리트가 타설된 부분)에는 긴장재를 배치하고 응력을 도입시킨 후 상기 하중을 제거하게 된다.

이하, 본 발명의 합성구조재 제작과정의 바람직한 실시예를 도면과 함께 설명한다.

제2도는 H형강(1)의 중앙에 플렌지면에 수직하방으로 1차 하중(P₁)을 가하여 H형강(1)이 탄성변형의 한계내에서 변형된 상태를 나타낸다. H형강(1)의 중앙에 1차 하중(P₁)이 가해지면, H형강(1)의 상부 플렌지(2)에는 압축응력이 발생하고 하부 플렌지(3)에는 인장응력이 발생하게 된다. 아울러 H형강(1)의 상부 플렌지(2)의 길이는 α만큼 감소하게 되고 하부 플렌지(3)의 길이는 반대로 α만큼 증가하게 된다. 이와 같이 1차 하중 (P₁)이 가해진 상태에서 상부 플렌지(2) 아래의 상부공간(5)에는 긴장재(7)를 H형강에 고정된 임시 앵커링을 이용하여 배치하고 이를 긴장시켜 응력을 도입하고, 하부 플렌지(3) 위의 하부공간(6)에는 콘크리트(10)를 타설한다. 이때 향후 긴장재의 배치를 위한 쉬스(8)가 상기 콘크리트(10)내에 매입되어야 한다. 콘크리트(10)가 양생된 후 일차 하중(P₁)을 제거하면, H형강(1)의 복원하려는 힘에 의해 상부 공간(5)에 배치된 긴장재(7)에는 1차 추가 응력이 도입되고, 하부 공간에 타설된 콘크리트(10)에는 압축응력이 도입된다. 여기에서 제3도는 1차 하중(P₁)이 가해진 상태에서 긴장재(7)를 배치하고 콘크리트(10)를 타설한 상태를 나타내며, 제4도는 상기 콘크리트(10)가 양생된 후 1차 하중(P₁)을 제거하여 합성구조재의 형태가 복귀된 상태를 나타낸다.

제5도는 H형강(1)의 중앙에 수직상방으로 2차 하중(P₂)을 가하여 H형강(1)이 탄성변형의 한계내에서 변형된 상태를 나타낸다. H형강(1)의 중앙에 하중(P₂)이 가해지면, H형강(1)의 상부 플렌지(2)에는 상기와는 반대로 인장응력이 발생하고 하부 플렌지(3)에는 압축응력이 발생하게 된다. 아울러 H형강(1)의 상부 플렌지(2)의 길이는β만큼 증가하게 되고 하부 플렌지(3)의 길이는β만큼 감소하게 된다. 이에 따라 상부공간(5)에 배치된 긴장재(7)에는 2차의 추가응력이 또 도입되고, 하부공간(6)의 콘크리트(10)에도 2차의 추가압축응력이 도입된다. 이와 같이 2차 하중 (P₂)이 가해진 상태에서 상부 플렌지(2) 아래의 상부공간(5)에는 콘크리트(11)를 타설하고, 하부 플렌지(3) 위의 콘크리트(10)가 이미 타설된 하부공간(6)에는 긴장재(9)를 배치하여 응력을 도입한다. 물론 상부공간(5)에 긴장재(7)에 응력도입을 하기 위하여 H형강(1)에 고정 설치되었던 임시앵커링은 콘크리트(11)에 설치된 앵커링으로 대체된다. 제6도는 2차 하중(P₂)가 유지된 상태에서 긴장재(9)가 배치되고, 상부공간(6)에 콘크리트(11)가 타설된 상태를 나타낸다. 상기 콘크리트(11)를 양생한 후 2차 하중(P₂)을 제거하면, 역시 강재의 복원력에 의해 상부공간(6)상의 콘크리트(11)에는 압축응력이 도입됨과 함께 하부공간(5)의 콘크리트상에 배치된 긴장재(9)에는 추가응력이 도입된다. 물론 상기 2차 하중(P₂)의 재하시 도입되었던 상부공간(5)의 긴장재(7)와 하부공간(6)의 콘크리트(10)의 2차 응력은 제거되나, 1차 하중(P₁)의 제거시에 도입되었던 1차 응력들은 잔류하게 된다. 제7도는 이러한 상태를 보여주고 있다.

상기의 실시예에서는 H형강을 사용하였으나, 이에 국한되지 않고 I형강이나 그 밖의 다른 형강을 사용할 수도 있고, 더욱이 제10도에서 와 같이 王형의 형강을 사용하면 복부의 보강은 물론 시공측면에서도 보다 유리할 수 있다. 또한 상기 실시예에서는 하중의 재하방향을 H형강의 플렌지면에 수직인 방향으로 하고, 긴장재를 형강의 내부공간에 배치하였으나, 합성구조재의 사용목적, 즉 응력을 도입하고자 하는 위치에 따라 하중의 재하방향과 긴장재의 위치를 달리할 수 있다. 즉 따라서는 H형강의 방향을 90°로 돌려 플렌지면의 방향으로 할 수도 있고, 긴장재의 배치위치를 형강의 외부면, 즉 플렌지의 외부면에 둘 수도 있다. 또한 캠버가 형성된 기존의 프리플렉스보에에도 이를 적용할 수 있음은 물론이다. 제8도는 플렌지의 외측으로 긴장재를 배치한 것으로, 보의 경우 춤은 커지나 형강의 변형 및 복귀에 따른 긴장재의 응력을 보다 크게 하고 형강에 대한 별도의 피복공정이 생략될 수 있는 잇점이 있다. 제10도는 王형의 형강을 사용한 것으로, 콘크리트 타설을 위한 거푸집의 설치 등 시공이 용이하고 아울러 형강의 복부에 형성된 플렌지에 의해 전단응력이 증가된다. 제9도는 H형강의 플렌지면의방향으로 하중을 가하여 응력을 도입하는 것을 나타낸다. 이때, 도입하고자 하는 응력의 위치에 따라 (a)와 같이 플렌지방향으로 긴장재를 배치할 수 있고, (b)와 같이 플렌지의 수직방향으로 배치할 수도 있다. 또한 합성구조재의 제작시 양단부를 단순보의 형식으로 제작 할 수도있고, 적어도 일단을 고정단으로도 할 수 있다.

본 발명은 강재의 탄성력을 이용하여 콘크리트에 압축응력을 도입함과 함께 긴장재의 응력도입을 보다 용이하게 해 주고, 보의 춤을 크게 하지 않고서도 장대보를 얻을 수 있어, 기둥에 의한 건축물의 공간활용제한을 극복할 수 있을 뿐만 아니라, 이를 파일에 적용할 때에는 지진 등 예기치 못하는 방향에서의 하중에 대하여도 매우 유리한 구조체의 역할을 수행한다.

Claims (7)

1. 형강의 정모멘트가 최대가 되는 지점에, 형강의 변위가 탄성한계의 범위내가 되도록 수직 하방으로 1차 하중을 가하고, 이러한 상태를 유지한 가운데 형강의 상부에는 긴장재를 배치하여 긴장하고, 형강의 하부에는 쉬스를 매입함과 함께 하부 콘크리트를 타설하는 단계; 상기 하부 콘크리트를 양생한 후, 상기 1차 하중을 제거하는 단계; 상기 1차 하중이 가해진 지점에서 수직 상방으로 2차 하중을 가하고, 이러한 상태를 유지한 가운데 긴장재가 배치된 형강의 상부에 상부 콘크리트를 타설하고, 형강의 하부에는 긴장재를 배치하여 긴장하는 단계; 상기 상부 콘크리트를 양생한 후, 상기 2차 하중을 제거하는 단계;를 특징으로 하는 합성구조재의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 하중의 재하 방향이 플렌지면에 수직방향인 것을 특징으로 하는 합성구조재의 제조방법
3. 제1항에 있어서, 하중의 재하 방향이 플렌지면에 수평방향인 것을 특징으로 하는 합성구조재의 제조방법
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 합성구조재의 단부가 단순보 형식인 것을 특징으로 하는 합성구조재의 제조방법
5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 구조재의 단부중 적어도 1단을 고정단으로 하는 것을 특징으로 하는 합성구조재의 제조방법
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 형강은 H형강, I형강, 王형강 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 합성구조재의 제조방법
7. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 합성구조재