KR20160052019A - 테이퍼 나사산을 이용한 후설치 확장형 앵커 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물에 장착되는 확장형 앵커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 앵커와 콘크리트 간의 접합 및 연결부위의 응력 집중현상을 완화하면서 인장하중에 대한 저항성능의 향상과 구조의 단순화로 시공성과 경제성을 향상시키며 안전성을 높인 테이퍼 나사산을 이용한 후설치 앵커에 관한 것이다.
이를 위해 콘크리트 건축 구조물에 부착물을 고정시키기 위해 볼트 본체(1)와 볼트 머리(2)를 갖춘 앵커볼트(3)와 너트(4)를 구비하여 이루어진 앵커에 있어서, 상기 앵커볼트(3)의 볼트 본체(1) 외주면에는 수나사(5)가 형성되고, 상기 너트(4)는 직경방향으로 확장 가능하도록 원통부로 형성되며, 상기 너트(4)의 초기 불필요한 변형을 잡아주기 위해 신축부재(6)가 너트(4) 바깥 둘레면에 장착된 구조로 되어 있다.

Description

테이퍼 나사산을 이용한 후설치 확장형 앵커{Post-installed epansion anchor with tapered thread}

본 발명은 콘크리트 구조물에 장착되는 확장형 앵커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 앵커와 콘크리트 간의 접합 및 연결부위의 응력 집중현상을 완화하면서 인장하중에 대한 저항성능의 향상과 구조의 단순화로 시공성과 경제성을 향상시키며 안전성을 높인 테이퍼 나사산을 이용한 후설치 앵커에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 콘크리트 건축 구조물의 벽체 내지는 바닥에 연결되는 기기, 배관 등을 구조물과 부착, 고정을 위해 앵커가 사용된다.

콘크리트 건축 구조물과 부착물의 연결을 위해 사용되는 앵커는 시공단계에서 미리 매립하여 설치하는 것이 바람직하지만, 현실적으로 그렇지 못한 실정이다.

즉, 건물에는 전선, 전등, 칸막이, 철골, 엘리베이터 등 수많은 부착물들이 존재하며 설계 단계에서부터 모든 시공조건을 고려하여 매립하는 것은 거의 불가능하다. 이에 따라 콘크리트 구조물 시공 후에 구조물의 천공을 통해 앵커를 시공하는 후설치 앵커의 사용이 요구되며 널리 활용되고 있다.

후설치 앵커의 주요 종류로는 모재인 콘크리트 재료와의 접합을 위해 기계적인 마찰 혹은 맞물림을 이용한 기계적 후설치 앵커와 화학 경화재를 이용한 부착식 후설치 앵커를 들 수 있다. 기계적 앵커는 다시 비틀림제어 확장앵커, 언더컷 앵커, 반위제어 확장앵커, 관통볼트 등으로 분류될 수 있다.

일반적으로 후설치 앵커는 앵커볼트와, 쐐기형태로 이루어져 앵커볼트에 체결되는 콘과, 콘의 이동에 의해 외경이 확장되도록 마련되는 확장 슬리브를 포함하는 등 그 구성이 복잡하다.

또한 종래의 후처리 앵커는 확장 슬리브가 피라미드 혹은, 원추형태로 말단부의 외경이 확장되도록 구성된다. 따라서 종래의 후처리 앵커는 확장 슬리브의 말단부에 응력이 집중되어 앵커를 구성하는 확장 슬리브, 또는 볼트의 강재파괴 보다는 콘크리트 파괴가 유발되는 문제점이 있다.

그리고 비틀림 제어 확장앵커(Torque controlled expansion anchor)는 앵커를 콘크리트 구멍 안에서 확장시켜 지지시키는 앵커로 쐐기 확장앵커와 슬리브 확장앵커가 있다.

도 1에 도시된 종래 쐐기형 확장앵커는 앵커 웨지 구성체(200)가 앵커 본체(201 ~ 206)에 동일한 중심축으로 연결되어, 콘 형상의 볼트 선단(201)과 앵커 웨지 구성체의 축 방향이동 제어장치(202) 간에 끼워진 채로 천공홀에 삽입된 후, 앵커 머리부분(206)의 6각볼트 혹은 너트를 토크 렌치로 돌리면 볼트 외부의 나사산(204) 거동에 따라 콘크리트에 설치된 앵커의 몸체(203)가 외부방향으로 이동하게 되는데 이때 앵커의 웨지 구성체(200)가 확장되는 타입의 쐐기 확장 앵커이다.

즉, 천공홀(207)에 앵커가 삽입된 이후 와셔(205)를 사이에 두고 정착판(208)과 밀착된 앵커 머리부분(206)의 6각 볼트 혹은 너트를 토크 렌치로 돌려 토크를 가력하면, 나사산(204) 거동에 따라 콘크리트(209)에 관입된 앵커의 몸체(203)가 외부방향으로 이동하게 되고, 이때 콘 형상의 볼트 선단(201)이 앵커 웨지 구성체(200)와의 접촉면에서 미끄러짐을 통해 앵커 축을 따라 외부방향으로 이동함에 의해 앵커 웨지 구성체(200)의 갈라진 부분들에 점차 벌어지면서 확장되어 웨지부분(210)이 콘크리트(209)에 물려 접합되는 타입이 쐐기 확장 앵커이다.

또한, 종래 다른 슬리브 확장앵커는 도 2에 도시된 바와 같이 확장 슬리브(302)가 볼트(310)와 동일한 중심 축을 가지며, 볼트 외곽 및 플라스틱 재료의 확장 슬리브 초기 고정장치(303)와 콘(301) 사이에 위치한다.

즉, 천공홀(311)에 삽입된 후, 와셔(312)를 사이에 두고 정착판(313)과 밀착된 앵커 머리부분의 6각 볼트 혹은 너트를 토크 렌치로 돌려 토크를 가력하면, 볼트 외부의 나사산과 콘(301) 내부의 나사산이 상호 진행함에 따라 콘(301)이 확장슬리브((302)를 앵커 외부방향으로 밀어서 콘크리트에 확장시켜 콘크리트에 접합되어 지지력을 발휘하게 되는데, 이 부분에서 마찰력과 걸림턱이 동시에 작용하도록 되어 있다.

그런데, 종래 쐐기형 앵커 및 슬리브 확장앵커는 앵커 축 방향으로의 인장력이 작용할 때, 앵커를 구성하는 볼트의 강재파괴 보다는 콘크리트 파괴가 유발된다. 예를 들면, 앵커 웨지부분과 콘크리트 접합부위에서 응력이 집중되어 콘크리트 파괴가 진행된다.

즉, 도 3에서 앵커에 앵커 축방향으로의 인장이 작용하면, 앵커의 웨지(903)와 콘크리트(900) 간의 접합부(901)에 응력이 집중되어 균열이 유발되고 집중되며, 피라미트 혹은 원추형의 파괴면(902)을 형성하며 파괴된다.

종래 이러한 콘크리트 파괴는 앵커볼트의 강재 연성 파괴와는 달리 급작스럽게 일어나는 취성 파괴이므로 설계시에 보다 높은 감소계수 적용을 통해 성능을 저감하여 적용하고 있으며, 구조적으로는 연성파괴에 비해서 안정성 측면에서 불리한 거동이다. 이러한 경향은 쐐기 확장앵커 뿐만 아니라 슬리브 확장앵커에서도 동일하게 발생되었다.

[문헌 1] 대한민국 등록실용신안공보 제20-0308709호(2003. 03. 13) [문헌 2] 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0126431호(2009. 12. 09)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 종래의 앵커에서 웨지와 콘크리트 간의 접합부에 응력이 집중되어 균열이 유발되어서 피라미드 혹은 원추형의 파괴면을 형성하여 파괴되는 경향을 해결한 테이퍼 나사산을 이용한 후설치 확장형 앵커를 제공함에 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 앵커와 콘크리트 간의 접합 및 연결부위를 분산시킴을 통해, 앵커와 콘크리트 접합부위에서의 응력 집중현상을 완화하고, 이을 통해 외부 인장하중에 대해 콘크리트 초기균열 발현시점을 지연시켜 인장하중에 대한 저항성능을 향상시키는 앵커장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 앵커시스템을 구성하는 세부구성을 단순화하여 시공성 및 경제성을 향상하고, 나아가 앵커 부착부위에서의 콘크리트 파괴 대신 앵커 자체의 강재파괴를 유도하여 안전성이 높은 앵커를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 확장 슬리브 대신에 방사방향으로의 확장이 가능하고, 외주면에 돌기 등이 형성되어 콘크리트와의 맞물림을 형성할 수 있도록 한 확장형 너트를 이용한 앵커를 제안하였으며, 이를 구현하기 위해 확장형 너트의 내주면과 볼트의 외주면은 테이퍼 나사산(볼트의 직경이 길이방향을 따라 변하는 나사산)을 적용한 구조로 되어 있다.

이러한 본 발명에 따른 테이퍼 나사산을 이용한 후설치 확장형 앵커는 종래기술대비 구성 및 시공이 간단하며, 지지대 이설 혹은 설치부위 콘크리트 손상 등에 따른 요구에 의해 앵커 제거가 필요한 경우, 천공홀을 추가 확장하거나 손상시키지 않고서는 앵커를 제거할 수 없는 한계가 있는 반면, 설치시의 토크와 반대방향의 토크를 작용하여, 볼트와 확장형 너트의 나사산 결합 해제를 통해 쉽게 제거 가능하도록 앵커시스템을 구성하여 교체가 용이해진다.

또한, 방사방향으로의 확장을 가능하게 함을 통해 콘크리트 등으로 제작된 모재와의 접합부위를 늘려, 응력을 분산시켜 구조물의 파괴 대신 앵커자체의 파괴를 유도하여 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 확장형 앵커의 설치상태 단면도,
도 2는 종래 다른 확장형 앵커의 설치상태 단면도,
도 3은 종래 확장형 앵커의 콘크리트 파괴상태를 보여주는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 확장형 앵커의 분리 사시도,
도 5는 본 발명의 콘크리트에 장착된 상태를 보여주는 단면도,
도 6 (A)와 (B)는 볼트와 확장가능한 너트의 확장 전과 확장 후를 보여주는 부분확대 단면도들,
도 7 (C)와 (D)는 확장 가능한 너트의 확장 전과 확장 후를 보여주는 평면도들이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 테이퍼 나사산을 이용한 후설치 확장형 앵커의 분리 사시도이고, 도 5는 도 4의 앵커가 콘크리트에 장착된 상태를 보여주는 장착 단면도이다.

본 발명은 콘크리트 건축 구조물에 부착물을 고정시키기 위해 볼트 본체(1)와 볼트 머리(2)를 갖춘 앵커볼트(3)와 너트(4)를 구비하여 이루어진 앵커에 있어서, 상기 앵커볼트(3)의 볼트 본체(1) 외주면에는 수나사(5)가 형성되고, 상기 너트(4)는 직경방향으로 확장 가능하도록 원통부로 형성되며, 상기 너트(4)의 초기 불필요한 변형을 잡아주기 위해 신축부재(6)가 너트(4) 바깥 둘레면에 장착된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 볼트 본체(1)는 볼트 머리(2)의 반대방향으로 점차 외경이 축소되는 형태의 원뿔형태로 이루어질 수 있다.

확장형 너트(4)는 확장 가능하도록 분리되는 원통형태로 이루어지되, 확장형 너트(4)는 내면에 볼트 머리(2)의 반대방향으로 점차 내경이 축소되는 형태의 내면 나사산(7)이 형성될 수 있다. 또한 초기에 확장형 너트의 불필요한 변형을 잡아주기 위한 신축부재(6)는 외부 띠 형태로 고무소재, 우레탄 소재, 신축력이 좋은 천소재 등 다양하게 적용될 수 있다.

상기 앵커볼트(3)가 확장형 너트(4)에 체결되어감에 따라 확장형 너트(4)의 외면이 점차 방사방향으로 확장되어 감에 따라 이를 둘러싼 콘크리트 홀(8)에 접합된다.

여기서 상기 볼트 본체(1)의 길이는 확장형 너트(4)의 전체길이와 거의 유사하거나, 더 길게 마련되는 것이 바람직하다.

또한 상기 확장형 너트(4)는 콘크리트(9)와 같은 기초에 균열이 발생되는 것을 방지하기 위하여 균일한 압력으로 가압하는 것이 바람직하며, 인장하중 작용시에 응력을 분담해줌이 바람직하다.

따라서 상기 확장형 너트(4)는 선단부로부터 말단부에 이르기까지 동일한 외경을 가지며, 길이방향으로 형성되는 복수 개의 절단선에 의해 앵커볼트(3)를 중심으로 하는 방사형으로 분리될 수 있으며, 적절하게 분포된 외부돌기(10) 등을 통해 콘크리트(9)와의 접합을 더욱 용이하게 할 수 있다.

도면 중 미설명부호 11은 정착판이다.

도 6 (A)와 (B)는 상기 볼트 본체(1)에 확장형 너트(4)가 나선 체결되어 확장전 직경(d_i)와 확장후 직경(d_h)의 상태를 보여주고, 도 7 (C)와 (D)는 상기 너트(4)의 확장적 직경(d_i)와 확장후 직경(d_h)를 보여주고 있다.

1 : 볼트 본체, 2 : 볼트 머리,
3 : 앵커볼트, 4 : 너트,
5 : 수나사, 6 : 신축부재,
7 : 나사산, 8 : 홀,
9 : 콘크리트, 10 : 외부돌기.

Claims (4)

1. 콘크리트 건축 구조물에 부착물을 고정시키기 위해 볼트 본체(1)와 볼트 머리(2)를 갖춘 앵커볼트(3)와 너트(4)를 구비하여 이루어진 앵커에 있어서,
   상기 앵커볼트(3)의 볼트 본체(1) 외주면에는 수나사(5)가 형성되고, 상기 너트(4)는 직경방향으로 확장 가능하도록 원통부로 형성되며, 상기 너트(4)의 초기 불필요한 변형을 잡아주기 위해 신축부재(6)가 너트(4) 바깥 둘레면에 장착된 것을 특징으로 하는 테이퍼 나사산을 이용한 후설치 확장형 앵커.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 볼트 본체(1)는 볼트 머리(2)의 반대방향으로 점차 외경이 축소되는 형태의 원뿔형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 테이퍼 나사산을 이용한 후설치 확장형 앵커.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 신축부재(6)는 외부 띠 형태로 고무소재, 우레탄 소재, 신축력이 좋은 천소재로 된 것을 특징으로 하는 테이퍼 나사산을 이용한 후설치 확장형 앵커.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 볼트 본체(1)의 길이는 확장형 너트(4)의 전체길이와 거의 유사하거나, 더 길게된 것을 특징으로 하는 테이퍼 나사산을 이용한 후설치 확장형 앵커.

Images