KR20000070786A - 프리스트레스트 콘크리트 구조체, 프리스트레스트 콘크리트 성형체에 사용하는 보강부재 및 보강부재에 사용하는 시트부재 - Google Patents
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Abstract
프리스트레스트 콘크리트 구조체로서, 서로 대향하는 한쌍의 측면을 갖는 긴 콘크리트 성형체; 상기 한쌍의 측면의 한쪽으로부터 다른 측면쪽으로 상기 콘크리트 성형체의 내부를 횡단방향으로 관통하여 뻗어있고, 양 단부에서 긴장상태로 상기 콘크리트 성형체의 측면에 고정되고, 상기 콘크리트 성형체에 압축하중을 부여하는 복수의 장력부재; 상기 장력부재의 단부를 피복하도록 상기 콘크리트 성형체의 양 측면을 따라 배치된 사이드 가아드; 및 상기 사이드 가아드의 측면에 배치되어, 상기 긴장상태의 장력부재가 파단될 때 파단된 장력부재가 상기 사이드 가아드를 돌파하여 그 측면으로부터 돌출하는 것을 방지하는 보강부재를 포함하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체가 제공된다. 보강부재는 상기 사이드 가아드의 측면에서 길이방향으로 거의 신장되지 않고 횡방향으로 쉽게 신장되며, 파단의 결과로서 돌출한 장력부재의 단부에 의해 내측으로부터 밀릴 때 상기 보강부재의 박리가 사이드 가아드의 측면에서 콘크리트 성형체의 길이방향으로 전개되고 횡방향으로는 거의 전개되지 않는다.
Description
지금까지 프리스트레스트 콘크리트가 널리 알려져 왔다. 프리스트레스트 콘크리트는 사용에 앞서 압축하중을 부여하여 콘크리트의 인장하중특성을 향상시키는 기술이며, 일반적으로 교량 구조와 같은 대형 콘크리트 구조체에 사용되고 있다. 압축하중은 프리스트레스트 콘크리트에 다양한 방법으로 부여될 수 있다. 대형 콘크리트 구조체에서는 압축하중이 종종 프리텐션법, 포스트텐션법 또는 프리텐션법과 포스트텐션법의 조합에 의해 부여되고 있다.
대형 콘크리트 구조체, 특히 교량 구조에 적용되는 대형 콘크리트 구조체에서는, 교량의 길이방향과 수직인 수평횡단방향으로 뻗어있는 PC강로드 또는 PC강선에 의해 구성된 복수의 장력부재를 수평길이방향으로 병렬 배치하여, 이들 장력부재에 의해 복수의 인접 콘크리트 성형체를 함께 체결시키고, 장력부재에 큰 장력을 부여함으로써 콘크리트 성형체를 조여서 콘크리트 성형체 각각에 횡단방향의 압축하중을 부여하고 있다. 이와 같이 형성된 콘크리트 구조체에서는, 큰 장력이 부여된 장력부재가 어떤 원인으로 인해 파단되는 경우, 파단된 장력부재가 콘크리트 구조체의 측부로부터 바깥쪽으로 돌출하거나 또는 튀어나온다.
이 문제를 해결하기 위해 예컨대 일본특허 제 2742675 호에 따르면, 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측면에서 PC강재의 축선 상에 탄소섬유, 아라미드섬유 또는 이들의 조합으로 된 보강시트를 부착하고 있다. 이 보강시트에서는 경사 및 위사가 동일 재료의 섬유로 구성되어 있다. 따라서, 파단된 PC강재가 보강시트에 충돌할 때 보강시트는 대체로 균등하게 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측면으로부터 박리된다. 따라서, 보강시트가 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 에지까지 박리되면, 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측면에서의 보강시트의 접착강도가 현저하게 저하된다. 상기한 바와 같이, 보강시트는 대체로 균등하게 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측면으로부터 박리된다. 프리스트레스트 콘크리트 구조체가 교량 구조와 같은 긴 구조체이고 가늘고 긴 형상의 측면을 갖는 경우, 즉 애스펙스비가 비교적 큰 경우에는, 짧은 변과 평행인 방향으로 진행하는 박리는 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 에지에 빨리 도달하여 보강시트의 부착강도가 현저하게 저하된다.
본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 구조체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 하나의 콘크리트 성형체를 조이고 있거나 또는 복수의 콘크리트 성형체를 조이고 있는 PC강재가 파단되는 경우에 파단된 PC강재가 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측부로부터 바깥쪽으로 돌출하거나 또는 튀어나오는 것을 방지하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 요부를 예시하는 확대단면도이고,
도 2는 보강부재의 일부단면을 예시하는 정면도이고,
도 3은 교각 위의 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 사시도이고,
도 4는 보강부재의 또 다른 실시예를 예시하기 위한 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측부의 사시도이다.
본 발명은 이 문제를 해결하기 위해 이루어졌으며, 그 목적은 프리스트레스트 콘크리트 구조체에 사용되는 PC강재가 파단되는 경우에 파단된 PC강재가 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측부로부터 바깥쪽으로 돌출하거나 또는 튀어나오는 것을 방지하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 파단된 PC강재가 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측부로부터 바깥쪽으로 돌출하거나 또는 튀어나오는 것을 방지하는데 사용하는 섬유강화 수지복합재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 파단된 PC강재가 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측부로부터 바깥쪽으로 돌출하거나 또는 튀어나오는 것을 방지하는데 사용하는 시트부재를 제공하는 것이다.
발명의 개시
본 발명에 따르면, 프리스트레스트 콘크리트 구조체로서,
서로 대향하는 한쌍의 측면을 갖는 긴 콘크리트 성형체;
상기 한쌍의 측면의 한쪽으로부터 다른 측면쪽으로 상기 콘크리트 성형체의 내부를 횡단방향으로 관통하여 뻗어있고, 양 단부에서 긴장상태로 상기 콘크리트 성형체의 측면에 고정되고, 상기 콘크리트 성형체에 압축하중을 부여하는 복수의 장력부재;
상기 장력부재의 단부를 피복하도록 상기 콘크리트 성형체의 양 측면을 따라 배치된 한쌍의 사이드 가아드; 및
상기 한쌍의 사이드 가아드의 측면에 배치되어, 상기 긴장상태의 장력부재가 파단될 때 파단된 장력부재가 상기 사이드 가아드를 돌파하여 그 측면으로부터 돌출하는 것을 방지하는 보강부재
를 포함하고;
상기 보강부재는 상기 사이드 가아드의 측면에서 사이드 가아드의 측면의 길이방향으로 거의 신장되지 않고 횡방향으로 쉽게 신장되며, 파단의 결과로서 돌출된 장력부재의 단부에 의해 내측으로부터 밀릴 때 상기 보강부재의 박리가 상기 사이드 가아드의 측면에서 사이드 가아드의 측면의 길이방향으로 쉽게 전개되고 횡방향으로는 거의 전개되지 않는 프리스트레스트 콘크리트 구조체가 제공된다.
파단된 장력부재는 더이상 장력을 부여하지 못한다. 따라서, 파단된 장력부재에는 그것의 축선방향으로 큰 추력이 작용한다. 이 추력으로 인해, 파단된 장력부재가 축선방향으로 이동한다. 파단 시에 장력부재에 작용하는 추력의 크기는 파단된 장력부재의 길이, 파단 시에 장력부재에 작용하는 장력의 크기, 파단의 진행속도, 장력부재의 재질 등과 같은 조건에 따라 다르다. 특히, 장력부재가 PC강로드인 경우에는 큰 추력이 작용하는 것이 알려져 왔다. 추력이 크면, 파단된 장력부재가 종종 사이드 가아드의 측면으로부터 돌출한다.
본 발명에 따르면, 사이드 가아드를 관통하여 돌출한 장력부재는 사이드 가아드의 측면에 구비된 보강부재에 충돌한다. 보강부재는 신장되면서 사이드 가아드의 측면으로부터 박리됨으로써, 파단된 장력부재의 운동에너지를 효과적으로 흡수한다.
일반적으로, 보강부재의 박리가 전개되어 사이드 가아드의 측면에서 상하 에지에 도달함에 따라, 그 부분에서 보강부재의 사이드 가아드의 측면에의 결합력이 크게 저하되어, 파단된 장력부재의 운동에너지흡수능력이 급격하게 저하된다. 본 발명에 따르면, 보강부재는 사이드 가아드의 측면에서 길이방향으로 거의 신장되지 않고 횡방향으로 쉽게 신장된다. 따라서, 보강부재의 박리가 사이드 가아드의 표면에서 길이방향으로 전개되고 횡방향으로는 거의 전개되지 않아서 상기 문제가 완화된다.
또한, 바람직하게는 보강부재는 상기 사이드 가아드의 측면의 길이방향으로 뻗어있는 경사, 횡방향으로 뻗어있는 위사, 및 상기 경사와 상기 위사를 결합하는 수지재료를 포함하고, 상기 경사가 5000 내지 18000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖고, 상기 위사가 300 내지 4500kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖는다.
큰 인장모듈러스를 갖는 경사는 거의 신장되지 않는다. 따라서, 보강부재는 사이드 가아드의 측면에서 길이방향으로 거의 신장되지 않고 사이드 가아드의 측면으로부터 쉽게 박리된다. 위사의 인장모듈러스를 감소시키면, 보강부재는 사이드 가아드의 측면에서 횡방향으로 쉽게 신장되고 거의 박리되지 않게 된다.
본 발명의 추가의 특징은 아라미드섬유와 비아라미드섬유로 된 직물 및 이 직물을 결합하는 수지를 포함하는 섬유강화 수지복합재료로서, 상기 직물이 아라미드섬유 방향으로 3000 내지 15000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖고, 비아라미드섬유 방향으로 150 내지 3000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖는 섬유강화 수지복합재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 아라미드섬유와 비아라미드섬유로 된 직물을 함유하는 시트부재로서, 상기 직물이 아라미드섬유 방향으로 3000 내지 15000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖고, 비아라미드섬유 방향으로 150 내지 3000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖는 시트부재를 제공하는 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 서로 인접하여 배치된 복수의 콘크리트 성형체를 복수의 PC강로드 또는 PC강선에 의해 구성된 장력부재(이하 간단히 PC강재라고 함)를 사용하여 결합 및 체결시켜 형성된 프리스트레스트 콘크리트 교량 구조체로 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 3을 참조하면, 화살표 a로 나타낸 길이방향으로 소정 간격을 두고 세워져 있는 복수의 교각(1) 위에 대형의 프리스트레스트 콘크리트 구조체(10)가 설치되어 있다. 이 프리스트레스트 콘크리트 구조체(10)는 대략 T자형의 단면을 갖는 복수의 긴 콘크리트 성형체(11)를 포함하고 있고, 콘크리트 성형체(11)는 수평횡단방향으로 뻗도록 배치된 복수의 PC강재(12)에 의해 함께 커플링되고 조여져 있다. 도 3에서 PC강재(12)는 수평방향으로 1층으로 배치되어 있으나, 2층 이상의 복수의 층으로 배치될 수도 있음은 물론이다.
도 1을 참조하면, 각 콘크리트 성형체(11)는 횡단방향으로 관통하여 뻗어있는 중공의 관 또는 슬리브(13)를 갖고 있다. 슬리브(13)는 형틀(도시안함) 내에 콘크리트를 충전하기 전에 이 형틀에 미리 배치되어 있을 수 있다. PC강재(12)를 슬리브(13)에 통과시킨 다음에 잭과 같은 장력부여장치를 사용하여 긴장시킨다. PC강재(12)의 양 단부에 체결된 너트(15)를 조이고, PC강재(12)의 양 단부를 와셔(14)를 통해 최외측에 위치해 있는 콘크리트 성형체(11)의 측면(16)에 고착시킨다. PC강재(12)에 작용하는 장력으로 인해 콘크리트 성형체(11)에 압축하중이 부여된다. PC강재(12)와 슬리브(13) 사이의 틈에는 PC강재(12)의 부식을 방지하기 위해 모르타르 또는 페이스트를 충전할 수 있다.
PC강재(12)의 단부는 프리스트레스트 콘크리트 구조체(10)의 양 측면으로부터, 즉 병렬 배치된 복수의 콘크리트 성형체 중 최외측에 위치한 콘크리트 성형체의 측면(16)으로부터 돌출되어 있다. 게다가, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래부터 외측의 측면(16)에는 콘크리트 또는 모르타르제의 단면 L자형의 그라운드 커버 또는 사이드 가아드(17)가 구비되어 왔다. 사이드 가아드(17)는 교량으로부터 차량이 이탈하는 것을 방지하고 또한 장력이 부하되어 있는 PC강재(12)가 파단되는 경우에 PC강재가 프리스트레스트 콘크리트 구조체(10)의 측부로부터 돌출하거나 또는 튀어나오는 것을 방지한다. 그러나, 종래기술의 구성에 따르면, 파단 시의 조건에 따라, 파단된 PC강재(12)가 사이드 가아드(17)를 돌파하여 바깥쪽으로 튀어나올 수 있다. 파단된 PC강재가 사이드 가아드(17)를 돌파하는 것을 완전히 방지하기 위해서는, 매우 강한 대형의 사이드 가아드(17)를 형성할 필요가 있게 되어 건설비용을 증가시키게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 도 1 및 3에 도시된 바와 같이, 사이드 가아드(17)의 측면(17a)에 접착제를 사용하여 보강부재(20)를 점착시켜, 보강부재(20)에 의해 사이드 가아드(17)의 측면(17a)을 보강하고 있다. 보강부재(20)는 피복부재(21)와 백킹부재(22)를 포함하고 있다. 이 백킹부재(22)는 피복부재(21)와 사이드 가아드(17)의 측면(17a) 사이에 구비되어 있고, PC강재(12)에 대해 일직선상으로 배치되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 보강부재(20)는 사이드 가아드(17)의 길이방향의 전체길이와 거의 동일한 길이를 가질 수 있으나, 운반 또는 장착작업을 용이하게 하기 위해 분할될 수도 있다.
바람직하게는, 백킹부재(22)는 사이드 가아드(17)의 측면(17a)의 면적보다도 작은 측면을 갖고 있다. 백킹부재(22)의 면적이 사이드 가아드(17)의 측면(17a)의 면적과 거의 동등한 경우에는, 파단된 PC강재가 백킹부재(22)에 충돌할 때 보강부재(20)가 거의 신장 및 변형되지 않고, 피복부재(21)가 사이드 가아드(17)로부터 박리되기 쉽게 된다. 또한, 백킹부재(22)의 면적이 피복부재(21)의 면적보다 훨씬 더 작은 경우에는, 백킹부재(22)에 PC강재가 충돌할 때 보강부재(20)에 응력이 집중되고, PC강재가 보강부재(20)를 돌파하여 돌출하기 쉽게 될 수 있다. 바람직하게는, 백킹부재(22)의 면적은 사이드 가아드(17)의 측면(17a)의 면적의 10분의 1 내지 2분의 1이다.
도 2를 참조하면, 피복부재(21)는 보강섬유재료(31)를 수지층(32)에 의해 결합하여 얻어진 섬유강화 수지복합재료(FRP)로 형성되어 있다. 보강섬유재료(31)는 직물로 된 단층 또는 복수층의 시트부재로 형성될 수 있다. 이 직물은 도 2에서 화살표 a로 나타낸 사이드 가아드(17)의 측면(17a)의 길이방향으로 뻗어있는 아라미드섬유를 함유하는 사로 된 경사(41)와, 도 2에서 화살표 b로 나타낸 사이드 가아드(17)의 측면(17a)의 횡방향으로 뻗어있는 비아라미드섬유를 함유하는 사로 된 위사(42)를 포함하고 있다. 이하, 횡방향은 사이드 가아드(17)의 측면(17a)의 길이방향에 대해 수직방향이다.
보강섬유재료(31)를 결합하는 수지층(32)의 재료는 바람직하게는 에폭시수지, 우레탄수지, 아크릴수지 및 에스테르수지로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 가장 바람직한 재료는 에폭시수지이다.
위사(42)는 경사보다 인장모듈러스가 작다. 따라서, 위사는 경사(41)에 비하여 쉽게 신장된다. 파단된 PC강재(12)가 사이드 가아드(17)를 돌파하여 돌출하고 백킹부재(22)에 충돌하면, 피복부재(21)가 내측으로부터 밀려나온다. 피복부재(21)는 도 3에서의 화살표 a의 방향으로 거의 신장되지 않고, 즉 콘크리트 성형체(11) 또는 사이드 가아드(17)의 길이방향으로 거의 신장되지 않고, 수직방향 b로는 신장된다. 따라서, 보강부재(20)의 사이드 가아드(17)의 측면(17a)으로부터의 박리는 길이방향 a로 전개되고, 이것과 수직인 수직방향 b로는 거의 전개되지 않게 된다. 따라서, 보강부재(20)의 사이드 가아드(17)의 측면(17a)으로부터의 박리 영역은 대체로 사이드 가아드(17)의 측면(17a)의 길이방향으로 긴 직경을 갖는 타원형을 이룬다.
한편, 경사와 위사에 인장모듈러스가 높은 재료를 사용하면, 길이방향 a와 수직방향 b로 유사하게 박리가 전개된다. 보강부재(20)의 박리가 사이드 가아드(17)의 측면의 상하 에지에 도달하면, 그 부분에서 보강부재(20)의 사이드 가아드(17)의 측면(17a)에 대한 결합력이 현저하게 저하되고, 돌출하는 파단된 PC강재의 운동에너지를 더이상 흡수할 수 없게 된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 보강부재(20)의 박리가 길이방향 a로 전개되기 쉽고, 수직방향 b로 거의 전개되지 않으며; 즉 보강부재(20)가 길이방향 a로 긴 직경을 갖는 타원형을 이루면서 박리되어 상기 문제를 완화시키게 된다. 이로써, 보강부재(20)는 파단된 PC강재의 보다 큰 운동에너지를 흡수할 수 있게 된다.
이러한 특성을 갖는 재료로서, 경사(41)는 아라미드섬유 100중량%를 함유하는 사로 이루어질 수도 있고, 아라미드섬유 50중량% 이상을 함유하는 혼섬사로 이루어질 수도 있다. 또는 경사(41)는 아라미드섬유로 된 사와 다른 재료로 된 사를 교호로 배치하여 이루어질 수도 있다. 위사(42)는 유기재료로 된 비아라미드섬유를 함유하는 사로 이루어질 수 있다. 상세히 말하면, 비아라미드섬유는 폴리에스테르섬유, 비닐론섬유 및 폴리아미드섬유로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 가장 바람직하게는 나일론섬유가 사용된다.
보강섬유재료(31)는 도 2에 도시된 2축 직물에 한정되지 않고 3축 이상의 다축 직물일 수도 있다.
또한, 바람직하게는 보강섬유재료(31)는 직물의 하기 특성 A 및 B를 갖는다.
특성 A: 인장모듈러스가 150 내지 15000kgf/mm2이다.
특성 B: 인장터프니스가 400 내지 4000kgf%/mm2이다.
또한 특성 C를 갖는 것이 바람직하다.
특성 C: 인장강도가 50 내지 350kgf/mm2이다.
상기 특성은 섬유강화 수지복합재료 중의 섬유 단면적당의 값이고, 인장터프니스는 파단 시의 응력과 신도의 곱, 인장강도는 파단 시의 응력이다. 인장모듈러스, 인장강도 및 신도를 측정하기 위한 인장시험기의 조건을 하기한다.
a) 시험편의 횡방향(경사방향):
시험편 폭: 12.5mm
척의 종류: 쐐기
파지 간격: 100mm
신도검출방법: 스트레인 게이지
인장속도: 2mm/분
인장모듈러스를 구하는 방법: 응력-신도 곡선에서 파단 시의 응력의 40 내지 60% 범위에서의 직선의 기울기
b) 시험편의 길이방향(위사방향):
시험편 폭: 12.5mm
척의 종류: 쐐기
파지 간격: 100mm
신도검출방법: 인장시험기
인장속도: 50mm/분
인장모듈러스를 구하는 방법: 응력-신도 곡선에서 파단 시의 응력의 40 내지 60% 범위에서의 직선의 기울기
상기 직물의 바람직한 인장모듈러스는 150 내지 15000kgf/mm2의 범위이고, 보다 바람직하게는 200 내지 10000kgf/mm2의 범위이다. 인장모듈러스가 150kgf/mm2미만인 경우에는, 국부적 신장이 현저하게 되고 응력 집중으로 인해 섬유강화 수지복합재료가 돌파된다. 한편, 인장모듈러스가 15000kgf/mm2를 초과하는 경우에는, 파단된 PC강재의 운동에너지가 흡수되지 않고 섬유강화 수지복합재료가 사이드 가아드의 측면으로부터 박리하기 쉽게 된다. 보다 상세히 말하면, 직물은 바람직하게는 경사방향으로 3000 내지 15000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖고 위사방향으로 150 내지 3000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖는다.
직물의 바람직한 인장터프니스는 400 내지 4000kgf%/mm2의 범위이고, 보다 바람직하게는 750 내지 3500kgf%/mm2의 범위이다. 인장터프니스가 400kgf%/mm2미만인 경우에는, 운동에너지가 흡수되지 않고, 파단된 PC강재에 의해 섬유강화 수지복합재료가 돌파된다. 한편, 인장터프니스가 4000kgf%/mm2를 초과하는 경우에는, 재료가 상기 바람직한 범위의 인장모듈러스를 나타내지 못하고 운동에너지가 흡수되지 않는다. 보다 상세히 말하면, 직물은 경사방향으로 500 내지 2000kgf%/mm2의 인장터프니스를 갖고 위사방향으로 400 내지 4000kgf%/mm2의 인장터프니스를 갖는다.
직물의 바람직한 인장강도는 50 내지 350kgf/mm2의 범위이고, 보다 바람직하게는 70 내지 300kgf/mm2의 범위이다. 인장강도가 50kgf/mm2미만인 경우에는, 운동에너지가 거의 흡수되지 않고, 파단된 PC강재에 의해 섬유강화 수지복합재료가 돌파된다. 한편, 인장강도가 350kgf/mm2를 초과하는 경우에는, 재료가 상기 바람직한 범위의 인장모듈러스를 나타내지 못한다. 따라서, 운동에너지가 흡수되지 않고 섬유강화 수지복합재료가 사이드 가아드의 측면으로부터 박리하기 쉽게 된다. 보다 상세히 말하면, 직물은 경사방향으로 200 내지 350kgf/mm2의 인장강도를 갖고 위사방향으로 50 내지 150kgf/mm2의 인장강도를 갖는다.
보강섬유재료(31)는 도 2에 도시된 직물이 아니고, 도 4에 도시된 바와 같이 경사(41')와 위사(42')를 사이드 가아드(17)의 측면(17a)에 길이방향 및 수직방향으로 별개로 점착시키고 수지재료에 의해 결합시켜 얻어지는 것일 수도 있다. 바람직하게는, 경사(41')는 인장강도가 250 내지 400kgf/mm2, 인장모듈러스가 5000 내지 18000kgf/mm2, 파단신도가 2 내지 6%, 인장터프니스가 500 내지 2200kgf%/mm2이다. 바람직하게는, 위사(42')는 인장강도가 60 내지 250kgf/mm2, 인장모듈러스가 300 내지 4500kgf/mm2, 파단신도가 3 내지 30%, 인장터프니스가 300 내지 3000kgf%/mm2이다.
이러한 특성을 갖는 재료로서, 도 2의 실시예의 것과 마찬가지로 경사(41')는 아라미드섬유 100중량%를 함유하는 사로 이루어질 수도 있고, 아라미드섬유 50중량% 이상을 함유하는 혼섬사로 이루어질 수도 있다. 위사(42')는 유기재료로 된 비아라미드섬유를 함유하는 사로 이루어질 수 있다. 상세히 말하면, 비아라미드섬유는 폴리에스테르섬유, 비닐론섬유 및 폴리아미드섬유로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 가장 바람직하게는 나일론섬유가 사용된다.
상기 설명에서는 "횡방향"은 사이드 가아드(17)의 측면의 길이방향과 수직인 방향이다. 그러나, 이것에만 한정되지 않고 본 발명에 따른 "횡방향"은 참수직방향으로부터 벗어난 바이어스방향을 포함할 수 있다.
또한, 백킹부재(22)는 피복부재(21)와 마찬가지로 섬유강화 수지복합재료로 형성된 것일 수도 있고, 그 대신에 강판과 같은 금속판일 수도 있다. 백킹부재가 섬유강화 수지복합재료로 형성되는 경우에는, 그것의 인장터프니스가 피복부재(21)의 것보다 작을 수 있다.
도 1에서 보강부재(20)는 횡단면이 U자형이다. 그러나 이 형상에만 한정되지 않고 보강부재(20)는 PC강재(12)가 사이드 가아드(17)를 돌파하여 충돌할 때 집중되는 응력을 분산시킬 수 있는 한 어떤 형상이라도 좋다.
다음에, 보강부재의 작용에 대해 설명한다.
파단된 PC강재(12)가 콘크리트 또는 모르타르제의 사이드 가아드(17)를 돌파하고 보강부재(20)의 백킹부재(22)에 충돌하여 백킹부재(22)를 사이드 가아드(17)의 측면(17a)으로부터 박리시키고 피복부재(21)를 신장 및 변형시킨다. 이 때, 백킹부재(22)는 사이드 가아드(17)의 측면(17a)으로부터 박리됨에 따라 PC강재(12)의 운동에너지를 흡수한다.
아라미드섬유로 된 경사(41)는 인장모듈러스가 비교적 커서, 사이드 가아드(17)의 측면(17a)으로부터 박리됨에 따라 파단된 PC강재(12)의 운동에너지를 흡수한다. 한편, 위사(42)는 경사(41)보다 인장모듈러스가 작아서, 그렇게 많이 박리되지 않고 신장되며, 이로써 PC강재(12)의 운동에너지를 흡수한다.
상기한 바와 같이, 보강부재(20)는 다른 2개의 방향으로 전혀 다른 방식으로 작용하는 에너지흡수기구를 가지고 있다. 이들 기구를 복합한 결과로서, 보강부재(20)는 사이드 가아드(17)의 측면(17a)으로부터, 이 측면(17a)의 길이방향으로 긴 직경을 갖는 편평한 타원형상으로 박리된다. 따라서, 보강부재(20)가 전체적으로 박리되지 않고, PC강재(12)가 보강부재(20)를 돌파하여 돌출하지 않고, 파단된 PC강재(12)의 돌출이 효과적으로 방지된다.
보강부재(20)는 직물을 수지로 경화시켜 섬유강화 수지복합재료의 형태로 얻은 다음 접착제로 점착시킬 수도 있고, 직물을 수지로 피복 및 함침시킨 다음에 섬유강화 수지복합재료의 접착과 동시에 점착시킬 수도 있다.
상기 설명에서는, 복수의 콘크리트 성형체 내를 횡단방향으로 관통하여 뻗어있는 복수의 PC강재를 사용하여 복수의 콘크리트 성형체를 체결하고 조여서 형성된 대형의 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 경우를 다루었다. 그러나, 단일의 콘크리트 성형체를 사용하여 포스트텐션법으로 프리스트레스트 콘크리트 구조체를 형성하는 경우에도 동일한 작용 및 효과가 얻어진다. 이 경우, 단일 콘크리트 성형체의 양 측면에 사이드 가아드가 구비됨은 물론이다.
보강부재(20)는 상기한 바와 같이 피복부재(21)와 백킹부재(22)에 의해 구성될 수 있으나, 피복부재(21)만으로 구성될 수도 있다. 이 경우에는 길이방향과 횡방향 또는 바이어스방향으로 인장터프니스가 다른 재료를 사용할 것을 권한다.
[실시예 1]
수지에 의해 결합되는 3장의 직물을 겹쳐서 얻어진 섬유강화 수지복합재료로 된 피복부재의 내측에 강철제 백킹부재(폭 100mm, 길이 1600mm, 두께 3.2mm)를 설치하고, 에폭시수지에 의해 결합시키고, 도 1에 도시된 바와 같이 사이드 가아드의 측면에 접착시켰다.
보강섬유재료를 형성하는 직물은 경사(방향 a)를 구성하는 아라미드섬유로서 테크놀라(상표명) 섬유를, 그리고 위사(방향 b)를 구성하는 비아라미드섬유로서 나일론 6,6 섬유를 함유하고 있다.
도 1에 도시된 구성의 프리스트레스트 콘크리트 구조체에서, 직경 32mm, 전체길이 10m의 PC강로드를 인공적으로 파단하였다. 상기 보강부재로 인해, 파단된 PC강로드의 돌출이 방지되었다.
표 1에 섬유강화 수지복합재료의 특성을 나타낸다.
| 테크놀라섬유 방향 | 나일론 6,6 섬유 방향 | |
| 인장강도 | 244kgf/mm2 | 84kgf/mm2 |
| 인장신도 | 3.2% | 36.6% |
| 인장모듈러스 | 6900kgf/mm2 | 280kgf/mm2 |
| 인장터프니스 | 781kgf%/mm2 | 3074kgf%/mm2 |
또한, 보강섬유재료 및 원사는 하기하는 바와 같이 구성되었다.
보강섬유재료의 구성;
a) 직조직: 2×1 매트직
b) 직밀도:
길이방향: 38개 사/2.54cm
횡방향: 15개 사/2.54cm
c) 사:
경사(테크놀라): 1500de/1000fil
꼬임: 꼬임 없음
위사(나일론 6,6): 1890de/306fil
꼬임: 60T/M
원사의 구성;
a) 테크놀라:
데니어: 1500de
필라멘트수: 1000fil
강도: 28g/de
신도: 4.6%
인장탄성률: 590g/de
비중: 1.39
b) 나일론 6,6:
데니어: 1,890de
필라멘트수: 306fil
강도: 10.3g/de
신도: 21.7%
인장탄성률: 50g/de
비중: 1.14
[실시예 2]
보강부재를 2장의 보강섬유재료를 함유하는 섬유강화 수지복합재료로 형성하되 내측에 강철제 백킹부재를 사용하지 않았다. 이 경우에도 PC강로드의 돌출을 방지할 수 있었다. 여기서, PC강로드는 직경이 32mm, 길이가 6m이었다. 섬유강화 수지복합재료의 특성과 보강섬유재료 및 원사의 구성은 실시예 1의 경우와 동일하였다.
[실시예 3]
수지에 의해 결합되는 3장의 직물을 겹쳐서 얻어진 섬유강화 수지복합재료로 된 피복부재의 내측에 강철제 백킹부재(폭 100mm, 길이 1600mm, 두께 3.2mm)를 설치하고, 에폭시수지에 의해 결합시키고, 도 1에 도시된 바와 같이 사이드 가아드의 측면에 접착시켰다.
보강섬유재료를 형성하는 직물은 경사(방향 a)를 구성하는 아라미드섬유로서 케블라 49(상표명) 섬유를, 그리고 위사(방향 b)를 구성하는 비아라미드섬유로서 나일론 6,6 섬유를 함유하고 있다.
도 1에 도시된 구성의 프리스트레스트 콘크리트 구조체에서, 직경 32mm, 전체길이 10m의 PC강로드를 인공적으로 파단하였다. 상기 보강부재로 인해, 파단된 PC강로드의 돌출이 방지되었다.
표 2에 섬유강화 수지복합재료의 특성을 나타낸다.
| 케블라 49 방향 | 나일론 6,6 섬유 방향 | |
| 인장강도 | 220kgf/mm2 | 84kgf/mm2 |
| 인장신도 | 2.4% | 36.6% |
| 인장모듈러스 | 9000kgf/mm2 | 280kgf/mm2 |
| 인장터프니스 | 528kgf%/mm2 | 3074kgf%/mm2 |
또한, 보강섬유재료 및 원사는 하기하는 바와 같이 구성되었다.
보강섬유재료의 구성;
a) 직조직: 2×1 매트직
b) 직밀도:
길이방향: 38개 사/2.54cm
횡방향: 15개 사/2.54cm
c) 사:
경사(케블라 49): 1450de/1000fil
꼬임: 꼬임 없음
위사(나일론 6,6): 1890de/306fil
꼬임: 60T/M
원사의 구성;
a) 케블라 49:
데니어: 1450de
필라멘트수: 1000fil
강도: 22g/de
신도: 2.6%
인장탄성률: 820g/de
비중: 1.45
b) 나일론 6,6:
데니어: 1,890de
필라멘트수: 306fil
강도: 10.3g/de
신도: 21.7%
인장탄성률: 50g/de
비중: 1.14
[실시예 4]
보강부재를 2장의 보강섬유재료를 함유하는 섬유강화 수지복합재료로 형성하되 내측에 강철제 백킹부재를 사용하지 않았다. 이 경우에도 PC강로드의 돌출을 방지할 수 있었다. 여기서, PC강로드는 직경이 32mm, 길이가 6m이었다. 섬유강화 수지복합재료의 특성과 보강섬유재료 및 원사의 구성은 실시예 3의 경우와 동일하였다.
상기 실시예에서는 단면 T자형의 긴 콘크리트 성형체의 측면의 그라운드 커버 또는 사이드 가아드에 본 발명을 적용하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에만 한정되지 않고, 애스펙트비가 비교적 큰 표면에 보강부재를 점착시키는 경우에도 적용할 수 있다.
상기 설명으로부터 명백한 바와 같이 본 발명에 따르면, 파단된 장력부재가 축선방향으로 튀어나와서 보강부재에 충돌할 때, 아라미드섬유는 비교적 큰 인장모듈러스를 가져서 거의 신장되지 않으므로, 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측면으로부터 박리됨에 따라 파단 장력부재의 운동에너지를 흡수한다. 한편, 비아라미드섬유는 아라미드섬유보다 더 작은 인장모듈러스를 가져 신장되기 쉬우므로, 박리되는 대신 신장됨에 따라 파단 장력부재의 운동에너지를 흡수한다.
본 발명에 따르면, 2개의 방향으로 다른 에너지흡수기구가 복합된다. 그 결과로서, 보강부재는 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측면으로부터, 이 측면의 길이방향으로 긴 직경을 갖는 편평한 타원형상으로 박리된다. 이로써, 보강부재의 박리가 프리스트레스트 콘크리트 구조체의 측면에 도달하지 않고, 보다 상세하게는 사이드 가아드의 측면의 상하 에지에 도달하지 않게 된다. 따라서, 파단된 장력부재의 운동에너지흡수성능이 저하되지 않는다. 이로써, 파단된 장력부재가 보강부재를 돌파하여 돌출되지 않아서 매우 효과적으로 돌출이 방지된다.
게다가, 보강부재가 섬유강화 수지복합재료에 의해 일체적으로 형성되어 있으므로 취급이 용이하여, 현장에서 프리스트레스트 콘크리트 구조체 또는 그것의 사이드 가아드에 용이하게 부착될 수 있다.
Claims (27)
- 프리스트레스트 콘크리트 구조체로서,서로 대향하는 한쌍의 측면을 갖는 긴 콘크리트 성형체;상기 한쌍의 측면의 한쪽으로부터 다른 측면쪽으로 상기 콘크리트 성형체의 내부를 횡단방향으로 관통하여 뻗어있고, 양 단부에서 긴장상태로 상기 콘크리트 성형체의 측면에 고정되고, 상기 콘크리트 성형체에 압축하중을 부여하는 복수의 장력부재;상기 장력부재의 단부를 피복하도록 상기 콘크리트 성형체의 양 측면을 따라 배치된 한쌍의 사이드 가아드; 및상기 한쌍의 사이드 가아드의 측면에 배치되어, 상기 긴장상태의 장력부재가 파단될 때 파단된 장력부재가 상기 사이드 가아드를 돌파하여 그 측면으로부터 돌출하는 것을 방지하는 보강부재를 포함하고;상기 보강부재는 상기 사이드 가아드의 측면에서 사이드 가아드의 측면의 길이방향으로 거의 신장되지 않고 횡방향으로 쉽게 신장되며, 파단의 결과로서 돌출된 장력부재의 단부에 의해 내측으로부터 밀릴 때 상기 보강부재의 박리가 상기 사이드 가아드의 측면에서 사이드 가아드의 측면의 길이방향으로 쉽게 전개되고 횡방향으로는 거의 전개되지 않는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 프리스트레스트 콘크리트 구조체로서,병렬 배치된 복수의 긴 콘크리트 성형체;상기 병렬 배치된 복수의 콘크리트 성형체의 내부를 횡단방향으로 관통하여 뻗어있고, 양 단부에서 긴장상태로, 최외측에 위치한 상기 콘크리트 성형체의 외측의 측면에 고정되고, 상기 복수의 콘크리트 성형체의 전체에 압축하중을 부여하는 복수의 장력부재;상기 장력부재의 단부를 피복하도록, 최외측에 위치한 콘크리트 성형체의 외측의 측면을 따라 배치된 한쌍의 사이드 가아드; 및상기 한쌍의 사이드 가아드의 측면에 배치되어, 상기 긴장상태의 장력부재가 파단될 때 파단된 장력부재가 상기 사이드 가아드를 돌파하여 그 측면으로부터 돌출하는 것을 방지하는 보강부재를 포함하고;상기 보강부재는 상기 사이드 가아드의 측면에서 사이드 가아드의 측면의 길이방향으로 거의 신장되지 않고 횡방향으로 쉽게 신장되며, 파단의 결과로서 돌출된 장력부재의 단부에 의해 내측으로부터 밀릴 때 상기 보강부재의 박리가 상기 사이드 가아드의 측면에서 사이드 가아드의 측면의 길이방향으로 쉽게 전개되고 횡방향으로는 거의 전개되지 않는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보강부재는 상기 사이드 가아드의 측면의 길이방향으로 뻗어있는 경사, 횡방향으로 뻗어있는 위사, 및 상기 경사와 상기 위사를 결합하는 수지재료를 포함하고, 상기 경사가 5000 내지 18000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖고, 상기 위사가 300 내지 4500kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 3 항에 있어서, 상기 경사는 500 내지 2200kgf%/mm2의 인장터프니스를 갖고, 상기 위사는 300 내지 3000kgf%/mm2의 인장터프니스를 갖는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 3 항에 있어서, 상기 경사는 250 내지 400kgf/mm2의 인장강도를 갖고, 상기 위사는 60 내지 250kgf/mm2의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 4 항에 있어서, 상기 경사가 아라미드섬유를 함유하고, 상기 위사가 비아라미드섬유를 함유하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 6 항에 있어서, 상기 위사가 폴리에스테르섬유, 비닐론섬유 및 폴리아미드섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보강부재가 아라미드섬유와 비아라미드섬유를 사용한 섬유강화 수지복합재료로 이루어지고, 하기 특성 A 및 B를 갖는 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.특성 A: 인장모듈러스가 150 내지 15000kgf/mm2이다.특성 B: 인장터프니스가 400 내지 4000kgf%/mm2이다.
- 제 8 항에 있어서, 상기 직물은 상기 콘크리트 성형체의 길이방향으로 배향된 경사와 횡방향으로 배향된 위사를 함유하고, 경사는 아라미드섬유 50중량% 이상을 함유하는 사를 사용하고, 위사는 비아라미드섬유를 함유하는 사를 사용하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 9 항에 있어서, 상기 위사가 폴리에스테르섬유, 비닐론섬유 및 폴리아미드섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보강부재가 아라미드섬유와 비아라미드섬유를 사용한 섬유강화 수지복합재료로 이루어지고, 아라미드섬유 방향으로 3000 내지 15000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖고, 비아라미드섬유 방향으로 150 내지 3000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖는 직물을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 11 항에 있어서, 상기 직물이 아라미드섬유 방향으로 500 내지 2000kgf%/mm2의 인장터프니스를 갖고, 비아라미드섬유 방향으로 400 내지 4000kgf%/mm2의 인장터프니스를 갖는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 12 항에 있어서, 상기 직물이 아라미드섬유 방향으로 200 내지 350kgf/mm2의 인장강도를 갖고, 비아라미드섬유 방향으로 50 내지 150kgf/mm2의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직물은 상기 콘크리트 성형체의 길이방향으로 배향된 경사와 횡방향으로 배향된 위사를 함유하고, 경사는 아라미드섬유 50중량% 이상을 함유하는 사를 사용하고, 위사는 비아라미드섬유를 함유하는 사를 사용하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 14 항에 있어서, 상기 위사가 폴리에스테르섬유, 비닐론섬유 및 폴리아미드섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강부재가 상기 사이드 가아드의 측면과 상기 보강부재의 내면 사이에 배치된 백킹부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 제 16 항에 있어서, 상기 백킹부재가 금속판인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 구조체.
- 아라미드섬유와 비아라미드섬유로 이루어지는 직물 및 이 직물을 결합하는 수지를 포함하는 섬유강화 수지복합재료로서, 상기 직물이 아라미드섬유 방향으로 3000 내지 15000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖고, 비아라미드섬유 방향으로 150 내지 3000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖는 것을 특징으로 하는 섬유강화 수지복합재료.
- 제 18 항에 있어서, 상기 직물이 아라미드섬유 방향으로 500 내지 2000kgf%/mm2의 인장터프니스를 갖고, 비아라미드섬유 방향으로 400 내지 4000kgf%/mm2의 인장터프니스를 갖는 것을 특징으로 하는 섬유강화 수지복합재료.
- 제 19 항에 있어서, 상기 직물이 아라미드섬유 방향으로 200 내지 350kgf/mm2의 인장강도를 갖고, 비아라미드섬유 방향으로 50 내지 150kgf/mm2의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 섬유강화 수지복합재료.
- 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직물은 경사로서 아라미드섬유 50중량% 이상을 함유하는 사를 사용하고, 위사로서 비아라미드 섬유를 함유하는 사를 사용하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 수지복합재료.
- 제 21 항에 있어서, 상기 위사가 폴리에스테르섬유, 비닐론섬유 및 폴리아미드섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 섬유강화 수지복합재료.
- 아라미드섬유와 비아라미드섬유로 이루어지는 직물을 함유하는 시트부재로서, 상기 직물이 아라미드섬유 방향으로 3000 내지 15000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖고, 비아라미드섬유 방향으로 150 내지 3000kgf/mm2의 인장모듈러스를 갖는 것을 특징으로 하는 시트부재.
- 제 23 항에 있어서, 상기 직물이 아라미드섬유 방향으로 500 내지 2000kgf%/mm2의 인장터프니스를 갖고, 비아라미드섬유 방향으로 400 내지 4000kgf%/mm2의 인장터프니스를 갖는 것을 특징으로 하는 시트부재.
- 제 24 항에 있어서, 상기 직물이 아라미드섬유 방향으로 200 내지 350kgf/mm2의 인장강도를 갖고, 비아라미드섬유 방향으로 50 내지 150kgf/mm2의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 시트부재.
- 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직물은 경사로서 아라미드섬유 50중량% 이상을 함유하는 사를 사용하고, 위사로서 비아라미드 섬유를 함유하는 사를 사용하는 것을 특징으로 하는 시트부재.
- 제 26 항에 있어서, 상기 위사가 폴리에스테르섬유, 비닐론섬유 및 폴리아미드섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 시트부재.
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