KR100388848B1 - 프리스트레스를 도입한 보의 조합을 통한 연속합성보구조물 및 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속형 교량 구조물에 있어서, 부모멘트 구간에 부착되지 않은 긴장재(Unbonded Tendon)를 사용하여 이를 재긴장(Retensioning)이 가능하도록 한 별도의 프리스트레스트 보(Prestressed Beam)를 추가 배치하여 구조물의 자중 증가에 따른 단면력의 영향을 최소화하며 하중의 변화에 따라 단계적으로 프리스트레스를 추가 도입할 수 있는 프리스트레스를 도입한 보의 조합을 통한 연속합성보 구조물 및 시공방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 연속형 구조물의 길이방향으로 배치된 복수의 보(11)를 구비한 복수의 정모멘트 구간(10)들과, 복수의 정모멘트 구간(10) 사이에 위치하여 정모멘트 구간(10)과 연결되며 연속형 구조물(100)의 길이방향으로 배치된 복수의 보(31)를 구비한 한 개 이상의 부모멘트 구간(30)이 연결되어 형성되는 연속형 구조물에 있어서, 부모멘트 구간(30)에 배치된 복수의 보(31) 사이에는 보(31)와 평행하게 위치하며 한 개이상의 프리스트레스(Prestress) 긴장재(37)를 구비한 한 개이상의 추가보(35)가 설치되는 연속형 구조물이 제공된다.

Description

프리스트레스를 도입한 보의 조합을 통한 연속합성보 구조물 및 시공방법{Continuous composite beam structure with prestressed beam and its construction method}

본 발명은 연속형 교량 구조물에 관한 것이며, 특히, 정모멘트 구간의 사이를 연결하는 부모멘트 구간의 강성 확보 및 교량 구조물의 형고를 줄이고 장대화할 수 있도록 별도의 프리스트레스트 보(Prestressed Beam)를 추가 배치한 부모멘트 구간을 포함하는 연속합성보 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

프리스트레스트 합성보는 고강도의 강재 및 콘크리트를 효과적으로 활용하는 공법으로 교량 구조물 및 건축 구조물에서 널리 활용되고 있다. 프리스트레스트 합성보(Prestressed Composite Beam)는 콘크리트 단면에 고강도의 긴장재(Prestress- ing Tendon)를 효율적으로 배치하고 긴장시킴으로서, 교량 구조물의 설계하중에 의해 발생하는 응력을 감소 또는 상쇄시킬 수 있다. 이런 프리스트레스트 합성형 가설 공법에서는 부재가 장대하거나, 혹은 연속형일 경우에는 형고가 지나치게 커지거나 혹은 연속화 처리에 어려움이 따른다.

한편, 프리스트레스트 합성보를 연속화하기 위해서는 강선의 만곡이나 보의 강선 연결과정 등이 필요하며, 가설재를 이용한 보의 제작과 거치시에 많은 비용과 노력이 소요된다.

이런 프리스트레스트 합성보 구조물 중에 대표적인 한 예인 교량의 시공에 있어서, 중소규모의 교량공사에는 시공성 및 경제성 등을 고려하여 단순형으로 제작된 각각의 프리스트레스트 보를 단순 거치후 부모멘트 구간 지점부에 콘크리트 채움방식 등을 이용하여 연속화하는 공법이 많이 사용되고 있으나, 상부 슬래브의 균열 발생 등으로 인해 교량 구조물의 내구성이 저하되며 기존 단순형교에 비해 형고를 줄이거나 경간장을 크게 늘이지 못하게 된다.

또한, 연속형 구조물의 사하중(死荷重) 및 활하중(活荷重)이 작용될 때 발생되는 휨모멘트의 구조적인 특성을 보면, 부모멘트 구간의 휨모멘트가 정모멘트 구간의 휨모멘트에 비해 상대적으로 크게 작용하여 구조물 규격을 결정하는데 있어서, 부모멘트 구간이 교량 구조물 규격을 지배적으로 좌우한다. 한편, 기존 연속화 구조물의 경우에 있어서 부모멘트 구간의 단면력에 대한 적절한 강성확보 및 보강조치가 미흡하여 연속형의 구조적인 장점을 살리지 못하고, 연속형교에 비하여 상대적으로 큰 단순 정모멘트 구간의 단면력에 의존하여 구조물을 계획 설계함에 따라 구조물 경간장 확보에 한계가 있고, 형고를 줄이지 못하는 단점을 가지고 있다.

도면에서, 도 1은 동일한 조건하에서 등분포 하중에 따른 단순형, 2경간 연속형 및, 3경간 연속형 교량의 휨모멘트를 비교한 도면이다. 여기에서, 도 1의 (a)는 단순형 교량이고, (b)는 2경간 연속형 교량이며, (c)는 3경간 연속형 교량이다.

도 1의 (a),(b),(c)에 도시된 바와 같이, 2경간 연속형의 정모멘트는 단순형의 정모멘트(0.125 wl²)에 비하여 약 56%(0.070wl²)에 불과하고 부모멘트 절대치는 단순형의 정모멘트와 유사하게 나타나며, 3경간 연속형의 정모멘트에서 외측경간의 정모멘트는 단순형 정모멘트에 비해 64%(0.080 wl²)이고 내측경간의 정모멘트는 단순형 정모멘트에 비해 20%(0.025 wl²)로 단순형의 정모멘트와 현격한 차이를 보이며 부모멘트 절대치는 단순형 정모멘트의 80%(0.100 wl²) 수준임을 알 수 있다.

이와 같이 연속형 구조물의 구조적인 모멘트는 단순형의 구조적인 모멘트와큰 차이를 보이며, 연속형 구조물의 구조적인 모멘트에 부합되도록 구조물을 계획하기 위해서는 정모멘트 구간의 단면에 비하여 부모멘트 구간의 강성을 충분하게 확보하고 충분한 프리스트레스를 도입해야 한다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 부모멘트 구간에 부착시키지 않은 긴장재(Unbonded Tendon)를 적용하여 재긴장(Retensioning)이 가능하도록 한 부보를 추가 설치하여 부보의 단계적 프리스트레싱으로 부모멘트 및 정모멘트 구간에 단계적으로 스트레스 도입이 가능하도록 하고 부모멘트 구간의 강성을 충분하게 확보함으로써, 구조물의 형고를 줄이고 장대화가 가능하게 하는 프리스트레스를 도입한 보의 조합을 통한 연속합성보 구조물 및 시공방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 단순형과 연속형 구조물의 동일한 조건에서의 등분포 하중에 대한 모멘트 분포를 비교한 개요도이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 프리스트레스를 도입한 부모멘트 구간을 포함하는 연속합성보 교량 구조물을 나타낸 조립 사시도이고,

도 3은 도 2에 도시된 2경간 연속합성보 교량 구조물에서 외측경간의 주보(Main Beam)의 강선배치 및 그 모멘트를 나타낸 개요도이고,

도 4는 3경간 이상의 연속합성보 교량 구조물에서 내측경간의 주보(Main Beam) 및 그 모멘트를 나타낸 개요도이고,

도 5는 도 2에 도시된 연속합성보 교량 구조물에서 부모멘트 구간의 부보의 강선배치 방법 및 그 모멘트를 나타낸 개요도이고,

도 6은 도 2에 도시된 연속합성보 교량 구조물의 주보와 부보 및 횡보의 연결관계 및 부보의 강선인장에 따른 그 모멘트와 축력의 형태를 나타낸 개요도이고,

도 7은 도 6에 도시된 연속합성보 교량 구조물의 각 보에 작용하는 모멘트의 형태를 범용 구조해석 프로그램을 이용하여 해석한 결과를 나타낸 단면력도이고,

도 8은 본 발명의 연속합성보 교량 구조물 시공방법에 따라 2경간 연속형 교량 구조물을 시공하는 순서도이고,

도 9는 본 발명의 연속합성보 교량 구조물 시공방법에 따라 2경간 연속형 교량 구조물을 동바리 및 거푸집을 이용하여 시공하는 순서도이고,

도 10은 도 8에 도시된 연속형 교량 구조물 시공방법을 응용하여 3경간 연속형 교량 구조물을 시공하는 순서도이고,

도 11은 도 9에 도시된 연속형 교량 구조물 시공방법을 응용하여 3경간 연속형 교량 구조물을 시공하는 순서도이고,

도 12는 프리스트레스 콘크리트 합성형교 외에 타 형식으로 시공되는 교량 구조물을 본 발명의 연속형 교량 구조물 시공방법을 응용하는 개략도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

10 : 정모멘트 구간 11 : 정모멘트 구간의 주보

13 : 정모멘트 구간의 횡보 30 : 부모멘트 구간

31 : 부모멘트 구간의 주보 17, 32, 37 : 강선

33 : 부모멘트 구간의 횡보 35 : 부모멘트 구간의 부보

39 : 정착구 50 : 슬래브

70 : 교량받침 90 : 거푸집

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 연속형 구조물의 길이방향으로 배치된 복수의 보를 구비한 복수의 정모멘트 구간들과, 상기 복수의 정모멘트 구간 사이에 위치하여 상기 정모멘트 구간과 연결되며 상기 연속형 구조물의 길이방향으로 배치된 복수의 보를 구비한 한 개 이상의 부모멘트 구간이 연결되어 형성되는 연속형 구조물에 있어서, 상기 부모멘트 구간에 배치된 복수의 보 사이에는 상기 보와 평행하게 위치하며 재긴장이 가능한 한 개이상의 프리스트레스(Prestress) 긴장재를 구비한 한 개이상의 추가보가 설치되는 연속형 구조물이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 보를 구비한 정모멘트 구간들과 상기 정모멘트 구간들 사이를 연결하는 한 개이상의 부모멘트 구간을 상호 연결하여 형성하는 연속형 교량 구조물의 시공방법에 있어서, 프리스트레스(Prestress)를 도입한 복수의 보를 제작하여 상기 교량의 길이만큼 평행하게 교량받침 위치에 단순 거치시키는 단계와, 상기 부모멘트 구간에 배치된 복수의 보들 사이에 상기 보와 평행하게 위치하며 한 개이상의 프리스트레스 긴장재를 구비한 추가보를 설치하는 단계와, 상기 부모멘트 구간의 상기 보와 추가보를 상기 교량의 폭방향으로 위치하는 횡보에 연결하고 상부 슬래브를 설치하는 단계와, 상기 보와 추가보를 상호 연결하는 배근과 상기 횡보 및 상부 슬래브에 콘크리트를 타설 양생하는 단계 및, 상기 긴장재를 긴장시켜 상기 교량의 하중에 대해 저항 모멘트 및 압축력으로 프리스트레스를 발생시키는 단계를 포함하는 연속형 교량 구조물의 시공방법이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 프리스트레스를 도입한 보의 조합을 통한 연속합성보 구조물 및 시공방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

아래에서, 정모멘트 구간과 부모멘트 구간으로 구분되는 보를 '주보'라 칭하며 부모멘트 구간에 추가 배치하는 별도의 보를 '부보'라 칭한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 프리스트레스를 도입한 부모멘트 구간을 포함하는 연속합성보 교량 구조물을 나타낸 조립 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 2경간 연속합성보 교량 구조물에서 외측경간의 주보 및 그 모멘트를 나타낸 개요도이고, 도 4는 도 2에 도시된 3경간 이상의 연속합성보 교량 구조물에서 내측경간의 주보 및 그 모멘트를 나타낸 개요도이고, 도 5는 도 2에 도시된 연속합성보 교량 구조물에서 부모멘트 구간의 부보의 강선배치 방법 및 그 모멘트를 나타낸 개요도이고, 도 6은 도 2에 도시된 연속합성보 교량 구조물의 주보와 부보 및 횡보의 연결관계 및 부보의 강선 인장에 따른 모멘트와 축력의 형태를 나타낸 개요도이며, 도 7은 도 6에 도시된 연속합성보 교량 구조물의 각 보에 작용하는 모멘트의 형태를 범용 구조해석 프로그램을 이용하여 해석한 결과를 나타낸 단면력도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 연속합성보 교량(100)은 크게 정모멘트 구간(10)과 부모멘트 구간(30)으로 구분할 수 있고, 부모멘트 구간(30)이 두 정모멘트 구간(10)의 사이를 연결하며, 이런 부모멘트 구간(30)은 교량받침(70)에 의해 지지된다. 한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 정모멘트 구간(10)은 교량(100)의 길이방향으로 3개의 주보(11)가 평행하게 위치하며, 교량(100)의 폭방향으로 평행하게 다수 개의 횡보(13)가 위치하여 3개의 주보(11)와 연결된다.

그리고, 본 발명의 부모멘트 구간(30)의 주보(31)와 정모멘트 구간(10)의 주보(11)는 편의상 구분을 한 것이고, 실제로 부모멘트 구간(30)의 주보(31)와 정모멘트 구간(10)의 주보(11)는 동일한 부재이며, 이런 부모멘트 구간(30)에서의 3개의 주보(31) 사이에는 각각 부보(35)가 위치하며, 3개의 주보(31)와 2개의 부보(35)는 다수 개의 횡보(33)에 의해 연결된다.

한편, 도 3의 (a)는 2경간 이상의 구조를 가지는 교량에 있어서, 외측경간의 주보(11)에 형성된 강선(17)의 배치관계를 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 도 3의(a)와 같이 배치된 주보(11)의 모멘트를 나타낸 그래프이다.

그리고, 도 4의 (a)는 3경간 이상의 구조를 가지는 교량(100)에 있어서, 내측경간의 주보(31)에 형성된 강선(32)의 배치관계를 나타낸 도면이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)와 같이 배치된 주보(31)의 모멘트를 나타낸 그래프이다.

도 3 및 도 4에 도시된 강선(17, 32)을 배치할 시에 강선편심을 적절하게 조정하고, 강선을 긴장하여 주보(11, 31)의 거치 및 연속화 한 후에 하중이 작용될 때에 발생되는 모멘트를 상쇄하기에 적합한 형태의 모멘트가 발생되도록 하면, 주보(11, 31)의 상단과 하단에 연속형의 단면력에 부합되는 적정한 스트레스가 도입된다.

한편, 부모멘트 구간(30)의 부보(35)는 도 5에 보이듯이 강선배치를 하게 되는데, 그 강선(37)의 배치가 주보(31)의 중립축을 기준으로 배치된 강선(32)과 반대방향으로 배치된다.

연속형 구조물의 상황 및 목적에 적합한 스트레스를 조정하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 부보(35)의 강선편심을 조정하게 되는데, 그 예로서, 2경간 연속형 교량에서의 강선의 편심조정은 동일한 형태의 강선편심(e1)과 강선편심(e2)을 가지도록 조정하며, 정모멘트 구간의 보강이 필요한 경우에는 부보(35) 단부를 정모멘트 구간의 단부까지 연장하여 도 5의 (d)와 같은 모멘트가 발생되도록 강선편심(e1)과 강선편심(e2)을 조정하여 배치하고, 정모멘트에 비하여 부모멘트가 구조물 구성에 지배적으로 작용하는 경우에는 부보(35)의 단부를 부모멘트 구간 내 또는 변곡점 부근에 위치하도록 부보(35)의 길이를 조절하여 도 5의 (b) 및 도 5의(c)와 같은 모멘트가 발생하도록 강선편심을 조정함으로써, 집중적으로 구조물의 부모멘트 구간을 보강할 수 있도록 한다.

한편, 도 5의 (b)는 강선편심(e1)을 보의 중립축 상부에 위치시켜 강선 인장력(T)에 의한 수직 및 수평력에 의해 정모멘트 및 압축력이 발생하도록 하는 방식으로서, 이는 주로 연속 구조물의 정모멘트 구간의 보강보다는 부모멘트 구간의 보강을 목적으로 하는 것이며, 도 5의 (d)의 경우보다 연속 구조물 부모멘트 구간에 부보(35)의 길이가 짧게 계획된 경우에 유효한 부보 제작방식이다.

또한, 도 5의 (c)는 강선(37)을 만곡하지 않고 강선편심(e1)과 강선편심(e2), 강선편심(e3)을 동일하게 보의 중립축 상단에 위치시켜 강선 인장력(T)에 의해 압축력 및 압축력의 편심에 의한 정모멘트가 발생되도록 한 것으로서, 도 5의 (b)와 유사한 효과를 기대할 수 있으며, 연속 구조물 부모멘트 구간에 부보(35)의 길이를 짧게 잡고 부모멘트 구간의 보강을 주목적으로 하는 부보 제작방식이다.

그리고, 도 5의 (d)는 강선편심(e1)을 보의 중립축 하단에 위치시켜 압축력과 정모멘트 및 부모멘트가 동시에 발생되도록 한 것으로서, 부모멘트 구간의 부보(35) 길이를 연속 구조물의 정모멘트와 부모멘트가 교차되는 변곡점보다 크게 하여 부모멘트 구간의 보강 외에 정모멘트 구간까지 보강할 수 있게 한 방법이며, 도 5의 (d)의 방식은 도 5의 (b) 또는 도 5의 (c)의 방식보다 보강범위가 넓고 주보(11, 31)의 하중부담을 크게 줄일 수 있다.

그리고, 도 5의 (e)는 필요에 따라 강선편심(e1)과 강선편심(e2)을 다르게조정하여 부보(35)의 단부에서 정모멘트 및 부모멘트가 발생하도록 강선(37)을 배치한 방식이다.

이러한 방식은 3경간 이상의 연속형 구조물에 유효하게 적용되는데, 3경간 연속형 교량에서 등간격의 지간장으로 구조물을 계획하거나 필요에 의해 외측경간장을 내측경간장보다 크게 하는 경우에 유효하게 이용될 수 있다.

즉, 부보 배치계획을 세움에 있어서, 주보(11, 31)의 외측경간 정모멘트 구간의 보강이 필요할 경우에는 외측경간에 포함되는 부보의 길이를 연장하여 부보의 단부가 주보의 정모멘트 구간까지 연장되도록 하여 도 5의 (d)의 -M1이 크게 유발되도록 강선편심(e1)을 조절한다.

그리고, 정모멘트보다 부모멘트가 지배적으로 작용되도록 경간장을 구성한 연속합성보 구조물의 경우들로서, 주보(11, 31)의 정모멘트 구간에 부보(35)에 의한 보강이 필요하지 않을 정도로 여유있게 부보(35) 배치계획을 세울 경우에는 외측경간에 포함되는 부보의 단부를 부모멘트 구간(30) 또는 변곡점 부근에 위치시키고 도 5의 (b) 또는 도 5의 (c)와 같이 부모멘트 발생을 최소화하고 정모멘트가 최대로 발생되도록 강선편심(e1)과 강선편심(e2)을 중립축 근방에 배치하여, 연속형 구조물의 정모멘트 구간(10)보다는 부모멘트 구간(30)의 부보(35)에 의해 정모멘트 및 압축력이 최대로 발생할 수 있도록 하여 부모멘트 구간의 보강 및 상부 슬래브의 압축응력 도입 위주로 배치계획을 세운다.

그리고, 부보(35)의 길이를 상대적으로 길게 계획하여 주보(11, 31)의 정모멘트 구간 및 부모멘트 구간을 동시에 보강하기 위해서는 도 5의 (d)와 같은 형식의 강선배치로 주보의 보강과 부모멘트 구간의 상부 슬래브의 압축응력 도입을 할 수 있도록 한다.

그리고, 3경간 연속형 구조물의 경간 구성에 따라 외측경간의 정모멘트가 크게 발생되고 상대적으로 내측경간의 정모멘트가 작게 나타나는 경우에 있어서는 외측경간에 포함되는 부보의 단부를 구조물의 정모멘트 구간까지 연장하고 내측경간에 포함되는 부보의 단부를 구조물의 부모멘트 구간 또는 변곡점 근방에 위치시키고 강선편심(e1)과 강선편심(e2)을 조정하여 도 5의 (e)와 같은 모멘트가 발생되도록 한다. 한편, 이와 같은 부보를 제작 배치하여 연속형 구조물의 거동에 대한 적정한 보강이 가능하도록 하면 부모멘트 구간의 상부 슬래브에 압축력을 도입할 수 있게 된다.

이런 도 5의 (b) 내지 도 5의 (e)에 도시된 부보들이 어느 종류의 연속형 교량에 적합한가는 단정할 수 없으며, 각각의 교량 구조물의 상황 등을 고려하여 구조물의 용도 및 주목적에 부합하는 부모멘트 구간의 부보를 채택하여 설치한다.

한편, 앞에서 설명한 부보에는 1개 이상의 강선(37)이 설치되는데 이런 부보(35)의 콘크리트 내부에 쉬스(sheath)관(도면에 도시안됨)이 설치되고 쉬스관의 내부에 위치한 강선(37)의 양단부는 정착구(39)에 의해 고정되어 강선(37)은 콘크리트와 부착되지 않으며, 설치된 부보(35)에 추가적인 하중이 가해질 경우에 1회 이상 강선(37)을 긴장과정 및 정착과정을 반복할 수 있도록 하여 추가 프리스트레스를 도입하는 포스트텐션(Post-Tension) 방식의 비부착 강선(Unbonded Tendon)을 적용한다.

이런 부보(35)에 배치된 강선(37)을 인장할 경우, 구조물에 도입되는 하중은 주보(11, 31)와 부보(35)를 연결하고 있는 횡보(13, 33)에 의하여 하중이 상호작용함에 따라 부보(35) 자체의 프리스트레스 도입뿐만 아니라 주보(11, 31)에 추가적인 하중이 작용되는데, 구조물 완성시에 작용되는 외력에 의한 구조물 거동은 종방향 보와 횡방향 보가 일체로 작용되는 격자구조의 구조적 메커니즘을 가지고 있는 구조물에 부합되는 합리적인 하중 도입방법이다. 따라서, 주보와 부보의 상호 작용은 이를 연결하고 있는 횡보에 의해 이루어진다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 연속형 교량(100)의 주보(11, 31) 거치 후에 부모멘트 구간(30)의 부보(35)를 배치하고, 횡보(13, 35) 및 주보(11, 31)의 이음부를 연속화 처리한 후에 부보(35)의 강선(37) 인장에 의한 구조물의 정모멘트 및 부모멘트 그리고 축력의 발생과정을 격자해석을 통해 분석하였다. 이런 분석의 결과로서, 부보에 하중을 작용시키면 부보에 부재력이 발생되는데 이때, 주보에도 부보의 하중의 영향을 부보와 동일하게 받고 있음을 알 수 있다.

도 6에서 (a)는 주보(11, 31)의 연속화와 부보(35)의 설치 및 횡보(13, 33) 설치 후의 부보(35) 강선(37) 인장 단계의 구조물 배치를 나타낸 것이며, 도 6의 (b)는 부보(35)의 강선 인장에 따른 하중형태를 나타낸 도면이다.

그리고, 도 6의 (c)는 부보(35)의 강선인장(T)에 따른 수직분력(V)과 수평분력(H)의 편심에 의한 주보 및 부보에 발생되는 모멘트를 도시하였으며, 도 6의 (d)는 수평분력(H)에 의한 주보 및 부보에 발생되는 축력(P)을 도시한 것이다.

여기에서, 도 6의 (c)와 도 6의 (d)에 표현된 K1과 K2 및 K3은 주보와 부보를 연결하고 있는 횡보의 수직과 수평 및 회전에 대한 각각의 강성을 표현한 것이고, 도 6의 (c)와 도 6의 (d)에서는 부보(35)의 거동에 의한 주보(11, 31)의 영향은 횡보(13, 33)에 의해 이루어지고 있음을 보여주고 있는데, 이는 범용 구조해석 프로그램을 통한 검증 작업의 실시예이며 그 결과를 나타낸 것이다.

도 7은 범용 구조해석 프로그램을 이용하여 도 6의 조건을 고려한 구조해석을 실시한 결과이며, 도 7의 (a)는 구조물의 모델링을 나타낸 것이고, 도 7의 (b)는 강선인장에 따른 수직분력(V)과 수평분력(H)의 편심에 의한 주보 및 부보에 발생되는 모멘트를 도시한 휨모멘트도이며, 도 7의 (c)는 주보와 부보에 발생되는 축력을 도시한 축력도이다.

도 7에 보이듯이, 도 6에 표현한 주보(11, 31)와 부보(35)의 단면력 특성과 일치하는 결과를 보이고 있으며, 이는 본 발명에서 연속형 구조물에 적용하는 기본적인 원리를 제공하고 있다.

본 발명은 이와 같은 원리를 이용하여 구조물 제작 공정에 따라 부가되는 사하중을 필요한 시기에 부보(35)의 강선(37)을 적절하게 조정하여 제어하고, 구조물의 하중 증가에 대해 수차례에 걸쳐 강선의 재긴장작업이 가능하며, 재료적인 특성을 최대한 이용할 수 있으므로 구조물의 재료절감 및 장대화 시공이 가능하도록 한 것이다.

본 발명은 도 1에서 본 바와 같이, 연속형 교량(100)에서는 정모멘트 구간(10)보다 부모멘트 구간(30)의 하중이 절대적으로 크게 작용하므로, 부보(35)의 배치로서, 구조물 완성시점에서 정모멘트 구간(10)에 비해 부모멘트 구간(30)의충분한 단면 강성 확보가 가능하여 연속형 거동에 효과적으로 대처할 수 있도록 구조물의 배치가 이루어지는 합리적인 구조체 형성이 가능하다.

또한, 도 6에 도시된 원리를 이용하여 구조물 제작시 부보(35)에 설치된 재긴장 가능한 강선(37)의 제어로 구조물에 발생된 과다한 처짐에 대해서도 보정이 가능하며 구조물 유지관리시에 주보(11, 31)의 보수 및 보강 외에 부보(35) 강선(37)의 재긴장만으로 이완된 프리스트레스를 보상하여 구조물 전체에 대한 보강이 가능하여 최소의 유지보수 비용으로 유지관리를 할 수 있고, 구조물 공용기간이 고려된 구조물의 경제성을 고려할 때 경제적인 구조물 생산이 가능하게 된다.

또한, 부모멘트 구간의 상부 슬래브에 압축력을 도입하여 연속형 구조물의 중앙지점부 슬래브의 인장 균열의 발생을 막을 수 있으므로 일반적으로 연속형 구조물의 부모멘트 구간에 배치되는 주인장 철근이 필요하지 않아 공사비 절감 및 시공성을 크게 개선할 수 있게 된다.

아래에서는 이와 같은 부보의 제작 및 설치관계에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 8은 본 발명의 연속합성보 교량 구조물 시공방법에 따라 2경간 연속형 교량 구조물을 시공하는 순서도이고, 도 9는 본 발명의 연속합성보 교량 구조물 시공방법에 따라 2경간 연속형 교량 구조물을 동바리 및 거푸집을 이용하여 시공하는 순서도이고, 도 10은 도 8에 도시된 연속형 교량 구조물 시공방법을 응용하여 3경간 연속형 교량 구조물을 시공하는 순서도이고, 도 11은 도 9에 도시된 연속형 교량 구조물 시공방법을 응용하여 3경간 연속형 교량 구조물을 시공하는 순서도이고, 도 12는 프리스트레스 콘크리트 합성형교 외에 타 형식으로 시공되는 교량 구조물을 본 발명의 연속형 교량 구조물 시공방법을 응용하는 개략도이다.

연속형 교량 구조물의 제작 및 시공방법은 도 8에 도시된 바와 같이, 주보(11, 31) 거치후 미리 성형된 부보(35)를 설치하고 부보(35)의 강선(도 5의 37)을 추가 긴장하여 프리스트레스를 도입하는 방법과 도 9에 도시된 바와 같이, 주보(11, 31) 거치후 주보(11, 31)를 이용하여 부보(35) 성형에 필요한 동바리 및 거푸집(90) 설치 및 강선(37)을 배치하고 콘크리트의 현장 타설과 양생 후에 부보(35)에 배치된 강선(37)의 긴장작업을 통해 프리스트레스를 도입하는 방법으로 나눌 수 있다.

도 8의 (a)는 지면에서 제작하는 프리스트레스를 도입한 상태의 주보(11, 31)를 나타내고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)와 같이 제작된 주보(11, 31)를 단순 거치한 상태이며, 도 8의 (c)는 주보(11, 31)를 단순 거치한 상태에서 미리 제작된 부보(35)를 중앙 지점부에 거치하는 단계이고, 도 8의 (d)는 주보(31) 및 부보(35)의 거치 후에 부보(35) 구간의 횡보(33)와 상부 슬래브(50) 및 주보(31)가 연결되는 접합부의 배근과 콘크리트 타설 및 양생과정을 나타내는 단계로서, 콘크리트가 양생된 후 부보(35)에 배치된 강선(37)을 긴장하여 1차로 지점부 상부 슬래브(50)와 사하중 추가에 의해 프리스트레스가 이완된 주보(11, 31) 및 부보(35)에 추가 프리스트레스를 도입 및 상부 슬래브에 1차로 압축응력을 도입하는 단계로서, 이 단계에서 연속화가 이루어지게 된다.

도 8의 (e)는 정모멘트 구간(10)의 상부 슬래브(50)와 주보(11)를 연결하는횡보(13)의 철근 배근 및 콘크리트 타설과 양생과정을 나타내고 있는데 구조물의 응력상태에 따라 부보(35)의 강선(37)을 재긴장하여 주보(11, 31) 및 부보(35)에 추가 프리스트레스를 도입할 수 있고, 부모멘트 구간의 상부 슬래브에 추가 사하중 및 콘크리트 건조 수축 및 크리프(Creep) 기타 응력손실에 대한 추가 압축력을 도입할 수 있으며, 도 8의 (f)는 주보(11, 31)와 부보(35) 및 상부 슬래브(50)의 시공이 완료된 후 방호벽 및 아스콘 포설 등 추가 사하중이 재하되고 구조물이 완성되는 단계로서, 추가된 사하중에 의한 프리스트레스 손실 및 활하중 재하에 따른 단면력 및 크리프(Creep), 건조수축 등에 의한 프리스트레스 손실 등을 고려하여 부보(35)의 강선(37)을 재긴장하여 최적의 프리스트레스를 조절하게 된다.

또한 추가 사하중, 크리프, 건조수축 및 기타의 원인에 의해 발생되는 프리스트레스 손실과 활하중 재하에 따른 단면력 등에 의해 부모멘트 구간의 상부 슬래브에 소요되는 추가 압축응력을 부보의 강선을 재긴장하여 프리스트레스를 조절하게 되며 보의 처짐 등을 보정할 수 있게 된다.

한편, 도 9의 경우에는 미리 제작된 주보(11, 31)를 거치한 후에 거치된 주보(11, 31)를 이용하여 부보(35)를 제작하는 방식으로서, 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)와 동일한 단계이며, 도 9의 (c)는 단순 거치된 주보(11, 31)를 이용하여 부보(35)가 설치되는 구간에 부보(35)와 횡보(33) 그리고 상부 슬래브(50) 및 주보 이음부에 필요한 철근배근과 강선(37)을 배치한 후 동바리 및 거푸집(90)을 설치하는 단계이며, 도 9의 (d)는 콘크리트의 타설 및 양생으로 부보(35)의 설치가 이루어지고, 부보구간의 슬래브(50)와 횡보(33)의 설치가 이루어지는 단계로서, 부보(35)에 배치된 강선(37)을 긴장하여 부보구간에 추가된 사하중에 의해 주보(11)의 프리스트레스의 이완을 보상하며 부모멘트 구간(30)의 상부 슬래브(50)에 프리스트레스를 도입하는 단계이다. 이 단계에서 주보(11, 31)의 연속화가 이루어지게 된다.

한편, 도 9의 (e)는 정모멘트 구간(10)의 상부 슬래브(50) 및 주보(11)를 연결하는 횡보(13)의 철근 배근 및 콘크리트 타설과 양생과정을 나타낸 것이며, 이때의 구조물 응력상태에 따라 부보(35)의 강선(37)을 재긴장하여 주보(11, 31) 및 부보(35)에 추가 프리스트레스를 도입할 수 있게 된다. 그리고, 도 9의 (f)는 도 8의 (f)와 같이 주보와 부보 및 상부 슬래브의 시공이 완료된 후 방호벽 및 아스콘 포설 등 추가 사하중이 재하되고 구조물이 완성되는 단계로서, 추가된 사하중에 의한 프리스트레스 손실 및 활하중 재하에 따른 단면력 및 크리프, 건조수축 등에 의한 프리스트레스 손실 등을 고려하여 부보의 강선을 재긴장하여 최적의 프리스트레스를 조절하게 된다.

이 또한 도 8에서와 같이, 추가 사하중, 크리프, 건조수축 및 기타의 원인에 의해 발생되는 프리스트레스 손실과 활하중 재하에 따른 단면력 등에 의해 부모멘트 구간의 상부 슬래브에 소요되는 추가 압축응력을 부보의 강선을 재긴장하여 프리스트레스를 조절하게 되며 보의 처짐 등을 보정할 수 있게 된다.

이런 도 8 및 도 9에 도시된 부보의 제작 및 설치단계는 2경간 연속형교의 단계별 제작 및 설치 단계를 보여주고 있다. 이와 같은 원리를 이용하여 도 10 및 도 11과 같이, 3경간 연속형에 적용이 가능하며 또한 4경간 연속형교도 같은 단계로 본 발명의 원리를 그대로 적용이 가능하도록 하였다.

도 8 및 도 9와 같은 단계별 공정을 이용하여 프리스트레스 콘크리트 합성보뿐만 아니라 프리플렉스 합성형보나 주보에 해당하는 주형의 프리스트레스 도입 유무에 관계없이 대부분의 연속형 구조물에 적용이 가능하다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 연속형의 경우 정모멘트보다 부모멘트가 구조물의 구조적 거동에 지배적이고 따라서, 프리스트레스가 도입되지 않은 빔(beam)교의 경우에도 부모멘트 구간에 배치되는 부보의 역할은 정모멘트 구간의 단면보다 부모멘트 구간의 강성을 크게 향상시키며 부보에 배치된 강선의 인장으로 주보 및 부보의 정모멘트 및 부모멘트 도입이 가능하기 때문에 프리스트레스가 도입되지 않은 빔교에 적용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 프리플렉스(Preflex) 합성형교나 티(T)형 알씨(RC; Reinforced concrete) 슬래브교 등 다양한 교량형태에도 본 발명의 특성을 충분히 활용할 수 있는 적용성이 큰 공법으로서, 도 12에 도시된 바와 같이, 다양한 교량 형식에 본 발명을 적용할 수 있다.

도 12의 (a)는 프리플렉스(Preflex) 합성형교에 본 발명을 적용한 상태를 나타낸 개략도로서, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같은 공정을 적용하여 프리플렉스 빔의 거치 후 강형의 현장이음으로 일체화하여 연속화한 후, 부보의 강선을 인장하여 부모멘트 구간의 상부 슬래브의 압축력 도입 및 프리플렉스빔 하부 케이싱 콘크리트에 압축력을 추가하는 공법이다.

종래의 연속 프리플렉스 합성형교에서는 부모멘트 구간의 뚜렷한 단면 강성확보 방안이 없었으나, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 프리플렉스 빔의 사용 수를 정모멘트 구간의 부재력에 의한 결정으로 최소화하고, 부모멘트 구간의 단면 강성 확보 및 추가 프리스트레스 도입을 부보의 사용으로 보완하므로 경제적인 단면구성이 가능하게 된다.

또한, 도 12의 (b)와 도 12의 (c)는 각각 티(T)형 알씨(RC; Reinforced concrete) 슬래브교와 강판형교(Steel Plate Girder Bridge) 형태에 본 발명을 적용한 것으로 부모멘트 구간에 별도의 티(T)형 보의 확보 및 강선을 배치한 후 콘크리트를 일체로 타설하고, 콘크리트 양생 후 강선의 인장을 통해 부모멘트 구간의 강성 확보 및, 정모멘트와 부모멘트 구간에 프리스트레스를 도입하여 지간장의 장대화 및 형고를 최소화하여 경제적인 구조물 생산이 가능하다.

한편, 앞에서 설명한 본 발명의 구성요소로서의 프리스트레스 긴장재인 강선을 대신하여 강연선 및 강봉을 사용하여도 본 발명의 목적 및 효과를 발휘할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 프리스트레스를 도입한 보의 조합을 통한 연속합성보 구조물 및 시공방법은 연속형 구조물에서 부재력의 분포 및 특성 등을 합리적으로 고려하여 추가 배치되는 프리스트레스트 보(Prestressed Beam)의 사용으로 구조물 자중 증가에 따른 영향을 최소화하면서, 구조물 강성을 조절할 수 있고 추가 배치되는 프리스트레스트 보(Prestressed Beam)의 강선 재긴장작업을 통해 주형 및 부모멘트 구간의 상부 슬래브에 압축응력의 도입 및 구조물 주요 부재에 스트레스의 조정이 가능함에 따라 대부분의 보(beam) 및 거더(Girder)를 주형으로 하는 연속형 구조물의 내구성 확보가 우수하며 또한 연속화 공정이 간단하여 공기를 단축할 수 있고 형고 확보 및 장경간화 할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 프리스트레스를 도입한 보의 조합을 통한 연속합성보 구조물 및 시공방법은 추가 배치되는 프리스트레스트 보의 강선을 재긴장 가능함에 따라 하중 추가에 따라 스트레스를 추가적으로 도입할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 프리스트레스를 도입한 보의 조합을 통한 연속합성보 구조물 및 시공방법은 연속형 교량구조물의 과다한 처짐에 대한 보정이 간단하고 구조물의 유지 보수 시에 별도의 조치없이 강선의 재긴장만으로 프리스트레스 회복이 가능하여 유지관리 비용을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 프리스트레스를 도입한 보의 조합을 통한 연속합성보 구조물 및 시공방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (10)

1. 연속형 구조물의 길이방향으로 배치된 복수의 보를 구비한 복수의 정모멘트 구간들과, 상기 복수의 정모멘트 구간 사이에 위치하여 상기 정모멘트 구간과 연결되며 상기 연속형 구조물의 길이방향으로 배치된 복수의 보를 구비한 한 개 이상의 부모멘트 구간이 연결되어 형성되는 연속형 구조물에 있어서,

   상기 부모멘트 구간에 배치된 복수의 보 사이에는 상기 보와 평행하게 위치하며 재긴장이 가능한 한 개이상의 프리스트레스(Prestress) 긴장재를 구비한 한 개이상의 추가보가 설치되는 것을 특징으로 하는 연속형 구조물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 부모멘트 구간에 배치된 상기 복수의 보와 한 개이상의 추가보에 대하여 횡방향으로 위치한 횡보에 의해 상기 보와 추가보가 연결되는 것을 특징으로 하는 연속형 구조물.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 프리스트레스 긴장재는 강선과 강연선 및 강봉 중에서 어느 하나로서, 상기 긴장재의 양단부는 정착구에 의해 추가보 양단부에 각각 위치하고, 상기 긴장재의 중간부는 상기 부모멘트의 중립축 상부방향으로 볼록하게 위치하며, 상기 긴장재는 쉬스관 내에 위치하여 상기 부모멘트 구간의 콘크리트에 부착되지 않고 재긴장이 가능한 상태로서, 상기 긴장재를 긴장시켜 모멘트 및 축력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 연속형 구조물.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 프리스트레스 긴장재는 강선과 강연선 및 강봉 중에서 어느 하나로서, 상기 긴장재의 양단부는 각각 정착구에 의해 상기 추가보 중립축의 양단 상부에 위치하고, 상기 긴장재의 중간부는 상기 중립축과 평행하게 위치하며, 상기 긴장재는 쉬스관 내에 위치하여 상기 부모멘트 구간의 콘크리트에 부착되지 않고 재긴장이 가능한 상태로서, 상기 긴장재를 긴장시켜 모멘트 및 축력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 연속형 구조물.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 한 개이상의 프리스트레스 긴장재의 양단부는 상기 추가보의 중립축의 상부에 위치하고, 중간부는 상부방향으로 볼록하게 위치하여 상기 부모멘트 구간을 보강하는 것을 특징으로 하는 연속형 구조물.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 한 개이상의 프리스트레스 긴장재의 양단부는 상기 부모멘트 구간의 중립축의 하부에 위치하고, 중간부는 상기 중립축의 상부에 위치하도록 상부방향으로 볼록하게 위치하여 상기 부모멘트 구간 및 정모멘트 구간을 보강하는 것을 특징으로 하는 연속형 구조물.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 한 개이상의 프리스트레스 긴장재의 일단부는 상기 추가보의 중립축의 하부에 위치하고, 타단부는 상기 중립축의 상부에 위치하며, 중간부는 상기 중립축의 상부에 위치하도록 상부방향으로 볼록하게 위치하여 상기 부모멘트 구간 및 정모멘트 구간을 보강하는 것을 특징으로 하는 연속형 구조물.
8. 보를 구비한 정모멘트 구간들과 상기 정모멘트 구간들 사이를 연결하는 한 개이상의 부모멘트 구간을 상호 연결하여 형성하는 연속형 교량 구조물의 시공방법에 있어서,

   프리스트레스(Prestress)를 도입한 복수의 보를 제작하여 상기 교량의 길이만큼 평행하게 교량받침 위치에 단순 거치시키는 단계와,

   상기 부모멘트 구간에 배치된 복수의 보들 사이에 상기 보와 평행하게 위치하며 한 개이상의 프리스트레스 긴장재를 구비한 추가보를 설치하는 단계와,

   상기 부모멘트 구간의 상기 보와 추가보를 상기 교량의 폭방향으로 위치하는 횡보에 연결하고 상부 슬래브를 설치하는 단계와,

   상기 보와 추가보를 상호 연결하는 배근과 상기 횡보 및 상기 상부 슬래브에 콘크리트를 타설 양생하는 단계 및,

   상기 긴장재를 긴장시켜 상기 교량의 하중에 대해 저항 모멘트 및 압축력으로 프리스트레스를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속형 교량 구조물의 시공방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 추가보를 설치하는 단계에서는 배근과 쉬스관을 이용하여 긴장재를 배치하고 상기 단순 거치된 보에 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설하고 양생시키는 것을 특징으로 하는 연속형 교량 구조물의 시공방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 추가보를 설치하는 단계에서는 지상에서 상기 추가보를 제작하고 상기 단순 거치된 보와 평행하게 추가보를 위치시킨 후에 배근을 이용하여 상기 거치된 보와 추가보를 연결 고정하는 것을 특징으로 하는 연속형 교량 구조물의 시공방법.