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KR20130121596A - 약축보강형 비좌굴 가새 - Google Patents

약축보강형 비좌굴 가새 Download PDF

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KR20130121596A
KR20130121596A KR1020120044953A KR20120044953A KR20130121596A KR 20130121596 A KR20130121596 A KR 20130121596A KR 1020120044953 A KR1020120044953 A KR 1020120044953A KR 20120044953 A KR20120044953 A KR 20120044953A KR 20130121596 A KR20130121596 A KR 20130121596A
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South Korea
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brace
coupling portion
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노광근
박노준
최성모
김도범
Original Assignee
(주)티섹구조엔지니어링기술사사무소
(주)희상리인포스
한국동서발전(주)
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Abstract

본 발명의 약축보강형 비좌굴 가새는 철골 기둥과 보로 이루어지는 철골구조물을 보강하는 가새에 있어서, 웨브와 플랜지로 구성되는 H형강으로 형성된 심재; ㄷ 자 단면형상의 본체와, 본체의 양단부가 외측부로 절곡된 형상의 제 1결합부로 형성되어 심재의 플랜지의 양방향에서 상호 결합되어 심재의 길이방향의 중앙부를 둘러싸도록 구성되는 제 1보강재; 사다리꼴 단면형상으로 오목부를 형성하는 본체와, 본체의 양단부가 절곡되어 형성된 결합부로 구성되며, 상기 심재의 길이방향으로 심재와 제 1보강재의 사이에 구성되는 제 2보강재;로 형성되어, 단면성능을 향상시켜 인장만 받도록 하는 것이 아니라 압축시에도 좌굴이 일어나지 않도록 하여 인장 가새에서의 압축 내력을 확보하도록 보강하여 비좌굴 가새를 형성하도록 하는 것이다.

Description

약축보강형 비좌굴 가새{Buckling-Restrained Braces}
본 발명은 약축보강형 비좌굴 가새에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 H형강으로 형성된 심재를 둘러싸도록 제 1보강재를 구성하고, 제 1보강재와 심재의 사이에 심재의 길이방향으로 제 2보강재를 구성하여, 심재의 약축을 보강하고 심재의 단면을 확대하여 단면성능을 향상시켜, 인장만 받도록 하는 것이 아니라 압축시에도 좌굴이 일어나지 않도록 하여 인장 및 압축을 동시에 받을 수 있도록 한 약축보강형 비좌굴 가새에 관한 것이다.
일반적으로 기간시설물이나 플랜트 등에서는 철골구조물이 많이 사용되어 왔으며, 기존 구조물 들을 당시 국가 설계(지진) 기준에서 요구하는 조건들에 맞도록 구조 설계가 이루어졌으나, 지속적 지진 연구를 통해 보다 강화되고 개선된 내진 설계기준은 기존 시설물에 대한 보강설계를 통한 보강구조를 설치하는 것으로 판정된다. 대부분 가새는 인장력을 받도록 설계되어 세장비가 크고, 압축력을 받을 때에는 탄성좌굴을 일으켜 가새의 역할을 하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제0938978호 "비좌굴가새 및 이에 의한 비좌굴가새 유닛"(특허문헌 1)이 있다.
상기 배경기술에서는 도 5에서와 같이 중공튜브(50); 상기 중공튜브(50)의 중공으로 삽입되는 금속재 코어(60) 및; 상기 코어(60)의 외주면을 따라 등간격으로 고정되어 코어(60)와 함께 상기 중공튜브(50)에 삽입되고, 외주면이 중공튜브(50)의 내주면에 밀착되어 실질적으로 코어(60)를 중공튜브(50)에 지지시키며, 축력에 따른 중공튜브(50)의 변형시 중공튜브(50)의 내주면과 슬라이딩 마찰하는 복수개의 금속재 평판링(70);을 포함하는 비좌굴 가새를 제안한다.
그러나 상기 배경기술은 종래의 철골구조물에 많이 사용되는 H형강에 적용하기 어렵고, 별도로 금속재 코어(60)를 구성하는등 구성이 복잡하고 제작이 어려운 문제점이 있었다.
특허등록 제0938978호 "비좌굴가새 및 이에 의한 비좌굴가새 유닛"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, H형강으로 형성된 심재를 둘러싸도록 보강재를 구성하여 세장비가 큰 가새의 단면 2차반경을 증가시켜 세장비를 줄이고 좌굴강도를 증가시켜 단면성능을 향상시키고, 인장만 받도록 하는 것이 아니라 압축시에도 좌굴이 일어나지 않도록 하여 인장 및 압축을 동시에 받을 수 있도록 한 약축보강형 비좌굴 가새를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 철골 기둥과 보로 이루어지는 철골구조물을 보강하는 가새에 있어서, 웨브와 플랜지로 구성되는 H형강으로 형성된 심재; ㄷ 자 단면형상의 본체와, 본체의 양단부가 외측부로 절곡된 형상의 제 1결합부로 형성되어 심재의 플랜지의 양방향에서 상호 결합되어 심재의 길이방향의 중앙부를 둘러싸도록 구성되는 제 1보강재; 사다리꼴 단면형상으로 오목부를 형성하는 본체와, 본체의 양단부가 절곡되어 형성된 결합부로 구성되며, 상기 심재의 길이방향으로 심재와 제 1보강재의 사이에 구성되는 제 2보강재;로 형성되는 약축보강형 비좌굴 가새를 제공하고자 한다.
또한, 제 1결합부는 외측으로 절곡된 형상의 보강결합부가 연장되어 형성되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제 1보강재는 ㄱ 자형상의 절곡부재의 결합으로 이루어지며, 절곡부재의 상호 결합되는 단부는 외측으로 절곡된 형상의 제 2결합부가 구성되도록 할 수 있고, 제 2결합부는 외측으로 절곡된 형상의 보강결합부가 연장되어 형성되도록 할 수 있다.
또한, 제 2보강재의 본체의 오목부에는 충전재가 충전되도록 구성할 수 잇다.
또한, 상호 결합되는 제 1보강재의 제 1결합부의 사이로 인입되어 단부가 제 2보강재의 본체의 중앙부의 길이방향에 접하도록 구성되는 보강부재가 추가로 구성되도록 할 수 있다.
본 발명의 약축보강형 비좌굴가새는 H형강으로 형성된 심재를 둘러싸도록 보강재를 구성하여, 심재 웨브의 약축을 보강하고 심재의 단면을 확대하여 단면성능을 향상시켜, 인장만 받도록 하는 것이 아니라 압축시에도 좌굴이 일어나지 않도록 하여 지진과 같은 반복되는 하중에서도 안정적인 이력거동을 유도하여 철골구조물의 안정성을 증대시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 약축보강형 비좌굴 가새의 설치상태의 일실시예를 도시한 도,
도 2는 상기 도 1의 A-A선을 따른 단면도,
도 3은 상기 도 1의 B-B선을 따른 제 1실시예의 단면도,
도 4는 상기 도 1의 B-B선을 따른 제 2실시예의 단면도,
도 5는 상기 도 1의 B-B선을 따른 제 3실시예의 단면도,
도 6은 상기 도 1의 B-B선을 따른 제 4실시예의 단면도,
도 7은 종래의 실시예에 의한 비좌굴가새의 사시도.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 약축보강형 비좌굴 가새의 설치상태의 일실시예를 도시한 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 비좌굴 가새(10)는 철골 기둥(2)과 보(3)로 이루어지는 철골구조물을 보강하는 가새로 사용된다.
일반적으로 인장을 받는 가새가 반대로 지진시 압축력에 의해 압축을 받을 수 있으며, 플랜트 등의 구조물들은 핀접합되어 있기 때문에, 유일한 횡저항요소는 가새가 된다. 그러나 가새는 인장력을 받도록 설계되어 세장비가 크고, 압축력을 받을 때에는 탄성좌굴을 일으켜 가새의 역할을 하지 못하는 문제점이 있었기 때문에 본 발명의 약축보강형 비좌굴 가새(1)에서는 심재(1)의 약축을 보강하도록 제 1보강재(100) 및 사다리꼴 단면형상으로 상기 심재(10)의 길이방향으로 구성되는 제 2보강재(200)를 구성하여 단면 2차 반경을 증가시켜 인장 가새에서의 압축 내력을 확보하도록 보강하여 비좌굴 가새를 형성하도록 하는 것이다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 약축보강형 비좌굴 가새(1)는 다양한 방법에 의하여 양단부가 보(3)에 결합되거나, 기둥(2)과 보(3)의 중심에 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 보(3)와 약축보강형 비좌굴 가새(1)의 사이에는 가새플레이트(4)가 각각 설치되고, 가새(1)와 가새플레이트(4)는 용접 및 연결부재(5)에 의해 연결되도록 구성하였다.
도 2는 상기 도 1의 A-A선을 따른 단면도이다.
본 발명의 약축보강형 비좌굴 가새(1)는 H형강으로 형성된 심재(10)와, 상기 심재(10)를 플랜지의 양방향에서 상호 결합하여 외부를 감싸도록 구성되는 제 1보강재(100) 및 사다리꼴 단면형상으로 상기 심재(10)의 길이방향으로 구성되는 제 2보강재(200)로 구성된다.
도 3은 상기 도 1의 B-B선을 따른 제 1실시예의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1보강재(100)는 ㄷ 자형 단면으로 구성된 본체(110)와, 본체(110)의 양단부가 외측으로 절곡된 형상의 제 1결합부(120)로 이루어진다. 제 1보강재(100)의 본체(110)가 심재(10)의 플랜지를 양쪽에서 덮는 형태로 위치시키고, 마주보는 제 1보강재(100)의 제 1결합부(120)를 볼트결합, 용접 등의 방법으로 결합하여 마주보는 두개의 제 1보강재(100)를 결합시킨다.
심재(10)는 H형강을 사용하는데, H형강은 2개의 축방향을 갖도록 공장 제작되어 있으며, 보 부재로 사용시에 효과적이다. 이와 같은 H형강은 압축력 작용시 좌굴영향을 줄이기 위하여 일정 구간의 단면을 보강하여야 하며, 보강시 기둥부재의 단면의 축에서 방향성을 고려하여 단면 2차 반경이 작게 나오는 쪽으로 보강을 한다. 즉, H형강의 경우 약축에 대한 보강을 하여야 한다.
심재(10)와 제 1보강재(100)는 직접 결합하는 면이 없도록 비부착되어 심재(10)의 좌굴에 대해서만 보강하도록 하는데, 단지 제 1보강재(100)의 상호결합에 의해서 제 1보강재(100)가 심재(10)의 외부에 고정결합되는 것이다.
제 1보강재(100)의 본체(110)는 ㄷ자 단면 형상으로 구성되며, 이는 심재(10)의 플랜지 부분을 덮도록 구성하기 위해서이다. 즉, 심재(10)의 플랜지가 본체(100)의 오목한 부분으로 인입되어 구성되며, 본체(110)의 양단부는 심재(10)의 웨브의 중앙부에 위치하게 되는 것이다. 제 1보강재(100)의 양단부는 외부로 절곡된 형상의 제 1결합부(12)를 구성하는 데, 이는 제 1보강재(100)를 심재(10)의 양 플랜지 방향에서 결합하였을 때 접하는 제 1보강재(100)의 맞닿는 면적을 넓혀 결합을 용이하도록 하고, H형강으로 구성된 심재(10)의 단면 2차반경을 증가시켜 약축을 보강하여 좌굴강도를 증가시키기 위해서이다. 이와 같이 구성하여 가새의 단면내력 만큼 압축저항력을 확보할 수 있게 된다.
제 1보강재(100)는 심재(10)의 양단부를 제외한 길이방향의 중심부에 결합구성된다.
도 4는 상기 도 1의 B-B선을 따른 제 2실시예의 단면도이다.
제 2보강재(200)는 단면이 사다리꼴 형상으로 장변이 뚫려 있는 형상의 본체(210)가 형성되며, 본체(210)의 오목한 부분인 오목부(211)를 형성하게 된다. 제 2 보강재(200)의 오목부(211)가 보(3)의 웨브와 면접하도록 한다. 또한, 상기 제 2보강재(200)의 본체(210)의 양단부를 절곡한 형상의 결합부(220)가 구성되는데, 본체(210)의 양단부에서 외부로 절곡한 형상으로 결합부(220)를 형성하여 보(3)의 플랜지의 단부에 결합부(220)가 안착이 되도록 할 수 있다.
심재(10)와 제 1보강재(100) 및 제 2보강재(200)는 직접 결합하는 면이 없도록 비부착되어 심재(10)의 좌굴에 대해서만 보강하도록 하는데, 제 2보강재(200)가 제 1보강재(100)에 결합되고, 제 1 보강재(100)의 상호결합에 의해서 심재(10)의 외부에 고정결합되는 것이다.
제 1보강재(100) 및 제 2보강재(200)는 강재, FRP 등의 복합소재, 알루미늄 등 다양한 재질로 구성될 수 있다.
도 5는 상기 도 1의 B-B선을 따른 제 3실시예의 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 오목부(211)에는 충전재(212)가 충전시켜 세장비가 큰 심재(10)의 압축내력을 추가적으로 확보할 수 있다. 충전재(212)는 콘크리트 등 다양한 충전재를 사용할 수 있다.
충전재(212)는 심재(10)와 직접 결합되지 않도록 접하고 있으며, 충전재(212)의 단부와 심재(10)의 웨브에는 슬립이 일어나도록 한다. 또한 충전재의 내부에는 중공(213)을 형성하여 중량을 저감시킬 수 있다.
도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1보강재(100)의 제 1결합부(120)는 외측으로 한 번 절곡시킨 형상으로 보강결합부(121)를 형성하도록 할 수 있다. 이는 추가적으로 단면을 증가시키고, 한번 더 절곡된 형상으로 좌굴에 대한 강성을 증가시켜 약축을 보강하기 위해서이다.
상기 본체(110)는 ㄱ 자형상의 절곡부재(110a)(110b)의 결합으로 이루어지며, 절곡부재(110a)(110b)의 상호 결합되는 단부는 외측으로 절곡된 형상의 제 2결합부(130)가 구성되도록 할 수 있다.
본체(110)는 상기와 같이 하나의 부재로 형성될 수도 있지만, 동일한 형상의 두개의 부재의 결합으로 구성될 수도 있다. 동일한 형상의 두개의 부재의 결합을 위해서는 상기 제 1보강재(100)의 본체(110)는 ㄱ 자형상의 절곡부재(110a)(110b)의 결합으로 이루어지도록 한다.
두개의 절곡부재(110a)(110b)의 상호 결합을 용이하게 하기 위하여, 절곡부재(110a)(110b)가 맞닿는 부분을 외측으로 절곡하여 제 2결합부(130)를 형성하도록 한다. 상기 제 2결합부(130)는 절곡부재(110a)(110b)의 일측 단부가 절곡된 형상의 구성되고, 상기의 제 2결합부(130)의 상호 결합으로 절곡부재(110a)(110b)가 일체화 되어 보강재(100)를 형성하게 되는 것이다. 이때, 보강재(100)의 양단부를 형성하는 절곡부재(110a)(110b)의 타측 단부는 제 1보강재(100)가 1개의 부재로 이루어진 형상과 동일하게 외측으로 절곡된 형상의 제 1결합부(120)가 구성된다.
상기와 같이 제 1결합부(120)의 보강결합부(121)와 동일한 형상을 갖도록, 제 2결합부(130)는 외측으로 절곡된 형상의 보강결합부(131)가 연장되어 형성되도록 할 수 있다.
이는 추가적으로 단면을 증가시키고, 한번 더 절곡함으로써 약축을 보강하기 위해서이다.
도 6은 상기 도 1의 B-B선을 따른 제 4실시예의 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상호 결합되는 제 1보강재(100)의 제 1결합부(120)의 사이로 인입되어 단부가 제 2보강재(200)의 본체(210)의 중앙부의 길이방향에 접하도록 구성되는 보조 보강부재(300)가 추가로 구성되도록 할 수 있다.
이와 같이, 보조 보강부재(300)를 구성하는 것은 심재(10)의 약축을 보강하기 위해서 구성되며, 보조 보강부재(300)의 단부가 제 2보강재(200)의 본체(210)의 중앙부에 결합되어 구성된다.
보조 보강부재(300)의 결합은 상호 결합되는 보강재(100)의 제 1결합부(120)의 결합시에, 보조 보강부재(300)도 같이 결합한다. 보조 보강부재(300)는 상호 결합되는 보강재(100)의 제 1결합부(120)의 사이에 끼워져 구성되기 때문에, 상호 결합되는 보강재(100)의 제 1결합부(120)의 상호 결합시에 보조 보강부재(300)도 같이 결합하도록 하여, 보강재(100)와 일체로 거동하도록 한다.
상기 보조 보강부재(300)는 단면이 판재형, T형, I형 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
1 : 비좌굴 가새
2 : 기둥
3 : 보
4 : 가새플레이트
5 : 연결부재
10 : 심재
100 : 제 1보강재
110 : 본체
110a, 110b : 절곡부재
120 : 제 1결합부
121, 131 : 보강 결합부
130 : 제 2결합부
200 : 제 2보강재
210 : 본체
211 : 오목부
212 : 충전재
220 : 결합부
300 : 보조 보강부재

Claims (6)

  1. 철골 기둥(2)과 보(3)로 이루어지는 철골구조물을 보강하는 가새에 있어서,
    웨브(11)와 플랜지(12)로 구성되는 H형강으로 형성된 심재(10);
    ㄷ 자 단면형상의 본체(110)와, 본체(110)의 양단부가 외측부로 절곡된 형상의 제 1결합부(120)로 형성되어 심재(10)의 플랜지의 양방향에서 상호 결합되어 심재(10)의 길이방향의 중앙부를 둘러싸도록 구성되는 제 1보강재(100);
    사다리꼴 단면형상으로 오목부(211)를 형성하는 본체(210)와, 본체(210)의 양단부가 외측으로 절곡되어 형성된 결합부(220)로 구성되며, 상기 심재(10)의 길이방향으로 심재(10)와 제 1보강재(100)의 사이에 구성되는 제 2보강재(200);로 형성되는 것을 특징으로 하는 약축보강형 비좌굴 가새.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1결합부(120)는 외측으로 절곡된 형상의 보강결합부(121)가 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 약축보강형 비좌굴 가새.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 본체(110)는 ㄱ 자형상의 절곡부재(110a)(110b)의 결합으로 이루어지며, 절곡부재(110a)(110b)의 상호 결합되는 단부는 외측으로 절곡된 형상의 제 2결합부(130)가 구성되는 것을 특징으로 하는 약축보강형 비좌굴 가새.
  4. 제 3항에 있어서,
    제 2결합부(130)는 외측으로 절곡된 형상의 보강결합부(131)가 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 약축보강형 비좌굴 가새.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2보강재(200)의 본체(210)의 오목부(211)에는 충전재(212)가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 약축보강형 비좌굴 가새.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상호 결합되는 제 1보강재(100)의 제 1결합부(120)의 사이로 인입되어 단부가 제 2보강재(200)의 본체(210)의 중앙부의 길이방향에 접하도록 구성되는 보강부재(300)가 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 약축보강형 비좌굴 가새.



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