KR100395993B1 - 온도프리스트레싱을 이용한 교량의 보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도프리스트레싱을 이용한 교량의 보강공법에 관한 것으로서, 교량의 주형 하부나 측면에 보강을 위한 강형을 설치한 후, 온도프리스트레싱에 의한 보강용 강형의 상향변위에 의해 기존 구조물에 발생하는 단면력으로 교량에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중에 의한 단면력의 일부를 상쇄하여 교량의 내하력을 향상시키는데 그 목적이 있다.

본 발명은 교량 하부의 교대나 교각의 지점부에 보강용 강형을 고정시키고, 교량의 하부에 보강용 강형을 배치하고 열원을 제공하여 강형의 변형을 유발하고, 기 설치된 지점부와의 현장이음을 수행한 후 강형과 교량의 주형사이의 공간을 소정간격을 남기고 받침과 첨첩판을 이용하여 채우는 단계와; 상기 온도구배를 제거함으로써 구조물에 보강용 강형에 의한 상향력이 작용하여 사하중과 활하중에 의한 단면력과 반대되는 단면력이 발생되도록 온도변형을 도입하는 단계를 포함한다.

보강용 강형에 발생시킨 온도프리스트레싱을 이용하여 교량에 사하중 및 활하중에 의해 발생하는 응력을 부분적으로 상쇄시킬수 있도록 하는 교량의 보강공법을 개발하는 것임.

Description

온도프리스트레싱을 이용한 교량의 보강공법 {Rehabilitation Method of Bridges Using Thermal Prestressing}

본 발명은 강형의 온도변형 특성을 이용하여 노후되거나 내하력이 부족한 교량을 보강하는 교량의 보강공법에 관한 것으로, 특히 교량의 주형 하부나 측면에 보강을 위한 강형을 설치한 후, 보강용 강형의 일부 구간에 시공단계에서 한시적으로 인위적인 온도구배를 부여하고, 기 설치된 지점부와 현장이음을 체결한 후 인위적인 온도구배를 제거하여 이때 발생하는 보강용 강형의 상향변위에 의해 보강용 강형과 기존 구조물이 일체화되도록 하며, 이때의 상향변위에 의해 기존 구조물에 발생하는 단면력으로 교량에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중에 의한 단면력의 일부를 상쇄하여 교량의 내하력을 향상시키는 강형의 온도변형을 이용한 교량의 보강공법에 관한 것이다.

현재까지 교량의 내하성능 증진을 위해 사용되고 있는 보강공법들과 비교하여 인위적인 온도구배 제거시 발생하는, 보강용 강형의 상향변위에 의해 보강용 강형과 기존 구조물이 확실하게 일체화되어 거동하며, 보강용 강형의 상향변위에 의해 기존 구조물에 요구되는 수준에 적합한 상향력이 도입되게 되어 확실한 내하성능 증가효과를 얻을 수 있는 공법으로, 본 발명과 같이 프리스트레싱 텐던을 사용하지 않고 보강용 강형에 상향변위를 도입하는 공법은 현재까지 제시되지 않고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 노후되거나 내하력이 부족한 교량의 보강을 위하여 안출된 것으로써, 교량의 주형 하부나 측면에 보강을 위한 강형을 설치한후, 보강용 강형의 일부 구간에 시공단계에서 한시적으로 인위적인 온도구배를 부여하고, 현장이음을 체결한 후 제거하여 이때 발생하는 보강용 강형의 상향변위에 의해 보강용 강형이 기존 구조물과 확실하게 일체화되게 하며, 또한 보강용 강형의 상향변위에 의해 보강되는 구조물에 발생하는 단면력으로 교량에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중에 의한 단면력의 일부를 상쇄하여 전체적인 교량의 내하력을 향상시키는, 강형의 온도변형 특성을 이용한 교량의 보강공법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 간단한 장비구성으로 강형의 온도변형을 이용한 교량의 보강공법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

도1은 보강용 강형을 연결하기 위해 교대에 설치한 지점부를 나타낸 모식도

도2a 및 도2b는 일반적인 강형부재의 단면을 나타낸 모식도

도3은 보강용 강형을 조립대 위로 운반하는 과정을 나타낸 모식도

도4는 강형부재에 인위적으로 도입한 온도구배를 나타낸 모식도

도5는 인위적인 온도구배를 부여하여 보강용 강형이 변형된 상태에서 현장이음을 체결했을 때 구조시스템의 형상을 나타낸 모식도

도6은 보강용 강형의 현장이음을 체결하고 인위적인 온도구배를 제거한 후에 구조시스템에 발생하는 상향의 변형을 나타낸 모식도

도7a 내지 도7d는 도2a에 도시된 강뼈대 부재 단면에 온도구배의 적용에 따른 형태를 나타낸 모식도

도8은 전열선에 의한 히터를 이용하여 보강용 강형 단면에 온도구배를 부여하는 장치의 일실시예로서의 구성도*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 강거더, 2: 히터, 3: 온도측정센서, 4: 차양막

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 보강용 강형을 고정시키기 위한 지점부를 설치하는 제 1 단계; 보강용 강형을 배치하는 제 2 단계; 필요한 구간의 강형단면에 온도구배를 가지도록 열원을 제공하는 제 3 단계; 상기 제 3 단계에서 제공된 열원에 의해 온도구배를 가지는 강형단면과 상기 제 1 단계에서 설치한 지점부와의 현장이음을 수행하고 강형과 교량의 주형 사이의 공간을 요구되는 간격을 남기고 받침과 첨첩판을 이용하여 채우는 제 4 단계; 및 상기 제 4 단계 수행후 상기 인위적 온도구배를 제거함으로써 상기 보강용 강형에 상향변위를 발생하게 함으로써 보강용 강형과 기존 구조물이 일체화되게 함은 물론이며, 기존 구조물에 보강용 강형에 의한 상향력이 작용하여 사하중(고정하중)과 활하중에 의한 단면력과 반대되는 단면력이 발생되도록 온도변형을 도입하는 제 5 단계를 포함하는 교량의 보강공법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 교량의 보강공법에서 보강용 강형에 온도구배를 발생시키는 장치는, 상기 강형에 설치되며 강형 부재를 연결하여 체결이 완료될 때 까지 인위적인 온도구배를 부여하도록 열원을 제공하는 수단; 상기 강형에 장착되며 상기 열원제공 수단으로부터 설정된 온도구배가 유지되도록 제공되는 열원에 의해 변화되는 온도를 감지하여 출력하는 온도감지수단; 및 상기 온도감지수단의 신호를 인가받도록 연결되어 있으며 상기 강형 부재의 연결이 완료될 때 까지 상기 강형에 소정 크기의 인위적 온도구배를 유지하도록 제어하는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 노후되거나 내하력이 부족한 교량에서, 교량의 주형 하부나 측면에 보강을 위한 강형을 설치한 후, 보강용 강형의 일부 구간에 시공단계에서 한시적으로 인위적인 온도구배를 부여하고, 지점부와 현장이음을 체결한 후 제거하여 이때 발생하는 보강용 강형의 상향변위에 의해 보강용 강형과 기존 구조물이 일체화되게 하며, 보강용 강형에 의한 상향력에 의해 기존 교량의 주형에 발생하는 단면력으로 교량에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중에 의한 단면력의 일부를 상쇄하여 교량의 내하력을 향상시키는, 강형의 온도변형을 이용한 교량의 보강공법을 제공하는 것을 특징으로 하는 교량의 보강공법을 제공한다.

이하, 첨부된 도1 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

노후되거나 내하력이 부족한 교량에 도1과 같이 교각이나 교대에 보강용 강형을 연결할 수 있는 이음부 구조를 가지는 지점부를 설치하고, 도2(a)와 같은'I'형 단면을 가지며, 도2(b)와 같이양 끝단으로부터 가운데로 갈수록 상향으로 완만하게 굽은 굴곡을 이루는 종단구배를 가지는 강형을 도3과 같이교각(또는 교대)의 이음부 구조가 구비된 지점부에 연결 설치하고, 외부구속이 없는 상태에서 보강용 강형 부재의 일부구간에 열원을 이용하여 가열하여, 도4와 같이강형 단면의 상단부에서부터 하단부까지 선형적인 온도구배가 발생되도록가열시키면, 보강용 강형에는 무응력 상태의 변형이 발생한다. 이때 지점부는 고정지점이나 힌지지점, 그리고 롤러지점 중에서 필요에 따라 선택하여 사용할 수 있다.

상기의 변형이 발생한 상태를 유지시키면서 보강용 강형을 기 설치된 고정지점부에 현장이음으로 연결하면, 구조시스템은 열응력이 작용하지 않은 상태에서 도5와 같은 변형상태를 가진다.

상기의 현장이음이 완료되면 교량의 중앙부에서는 주형과 강형 사이에 도5에서 보이는 바와 같은 공극이 발생하게 되는데, 이 공극은 필요한 공간을 남기고 받침과 첨첩판을 이용하여 채우고, 상기의 보강용 강형에 작용시켰던 열원을 제거하면 보강용 강형과 교량에는 도6과 같은 상향의 변형이 발생하는데, 이때 발생하는 변형은 보강용 강형과 기존 교량시스템이 일체화되도록 하며, 또한 교량시스템에 상향력이 발생하게 하고, 이 상향력은 상기 교량시스템에 사하중(고정하중) 및 활하중 등으로 인해 발생하는 단면력을 감쇄시킬 수 있는 특징이 있다.

보강용 강형이나 기존 교량구조물에는 접촉부에 발생하는 집중하중에 대한 적절한 보강재가 설치되어야 할 것이다. 또한, 상기 실시예는 지간중앙부에서 상형력이 작용되는 형식이지만 필요에 따라서는 지간의 어느 위치에서도 1개 이상의 상향력이 작용될 수 있도록 접촉부(받침)를 설치할 수 있다. 교량의 보강효과를 정확히 예측하기 위해서는 받침과 첨첩판을 설치하기 이전에 기존 구조물과 보강용 강형 사이에 충분한 여유공간을 확보한 상태에서 인위적인 온도구배를 제거하여, 이때 발생하는 상향변위량을 확인함으로써 받침과 첨첩판을 설치할 때 여유간격을 적절히 조정하여 요구되는 상향력을 정확히 결정할 수 있다.

본 실시 예에서, 상기 보강용 강형 단면의 상단부가 가지는 상온은 대기온도에 의해 강형의 상부플랜지가 유지하는 온도를 의미하며, 도4에 예시된 상기 강형 단면에 작용하는 온도구배는 상기 강형 단면의 상단부와 하단부의 온도차이만을 나타내는 온도구배이다.

한편, 본 실시예에서는 상기 강형의 경우에는 도2a에 도시된 바와 같이 I-형 단면으로 한정한 예를 제시하고 있지만, 이에 국한하는 것은 아니며 경우에 따라 H-형 단면이나 기타 강부재 단면을 이용할 수도 있다.

상기 도2a에 도시된 강형 단면은 필요에 따라 도7a 내지 도7d에 도시된 바와 같은 온도구배를 가질 수 있다.

한편, 상기 강부재 단면에 온도구배를 부여하기 위한 본 발명의 온도구배 발생 장치는 도8에 도시된 바와 같다.

도8은 전열선에 의한 히터를 이용하여 보강용 강형 단면에 온도구배를 부여하는 장치를 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 상기 보강용 강형(1)에 부착 설치되어 체결이 완료될 때까지 온도구배를 부여하도록 열원을 제공하는 히터(2)와, 상기 보강용 강형(1)에 장착되며 히터(2)로부터 제공되는 열원의 온도가 설정된 온도구배가 되도록 조절하는 온도측정센서(3)와, 상기 온도측정센서(3)의 신호를 인가받을 수 있으며 상기 보강용 강형의 체결이 완료될 때까지 소정 온도구배를 유지하도록 제어하는 콘트롤러로 구성된다. 여기서, 상기 히터(2)는 하부플랜지와 복부판 그리고 상부플랜지중 적어도 한 부위를 가열점으로 하여 배치하며, 필요에 따라 상기 보강용 강형(1)에 제공되는 온도가 외부 대기온도로부터 영향을 받지 않도록 상기 보강용 강형(1)의 둘레에 보온단열재를 설치할 수도 있다. 또한, 필요에 따라 차양막(4)을 설치하여 태양복사열에 의해 다른 온도분포를 갖지 않도록 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같이 본 발명에 따르면, 노후되거나 내하력이 부족한 교량의 주형 하부나 측면에 보강을 위한 강형을 설치한 후, 강형의 일부 구간에 시공단계에서 한시적으로 인위적인 온도구배를 부여하고, 기 설치된 지점부와 현장이음을 체결한 후 인위적인 온도구배를 제거하여 이때 발생하는 보강용 강형의 상향변위에 의해 보강용 강형과 기존 구조물이 일체화되도록 하며, 이때의 상향변위에 의해 기존 구조물에 발생하는 단면력으로 교량에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중에 의한 단면력의 일부를 상쇄하여 교량의 내하력을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 보강을 수행할 교량 하부의 교대나 교각에 보강용 강형을 고정시키기 위한 지점부를 설치하는 제1 단계;

   상기 교량의 하부에 보강용 강형을 배치하는 제2 단계;

   상기 보강용 강형 부재의 일부 필요한 구간에 온도구배를 가지도록 열원을 제공하여 보강용 강형의 변형을 유발하는 제3 단계;

   상기 제3 단계에서 제공된 열원에 의해 소정의 온도구배를 가지는 강형 단면과 상기 제1 단계에서 설치한 지점부와의 현장이음을 수행하고 강형과 교량의 주형사이의 공간을 요구되는 간격을 남기고 받침과 첨첩판을 이용하여 채우는 제4 단계;

   상기 제4 단계 수행 후, 상기 보강형 강형 단면에 형성된 인위적 온도구배를 제거함으로써 보강용 강형에 상향변위를 발생시켜 보강용 강형과 기존 구조물이 일체화되게 함은 물론이며, 기존 구조물에 보강용 강형에 의한 상향력이 작용하여 사하중(고정하중)과 활하중에 의한 단면력과 반대되는 단면력이 발생되도록 온도변형을 도입하는제5 단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는교량의 보강을 위한 시공방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기제1 단계에서의 강형의 부재 단면이 I-형 단면, H-형 단면 및 통상적인 강부재 단면 중 어느 하나의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 교량의 보강을 위한 시공방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제2 단계는 상기 보강용 강형 단면의 하단부에 설정온도를 유지시키고, 상단부로 갈수록 상기 설정 온도보다 낮은 온도로 분포되도록 하여 소정크기의 온도구배를 형성하는 교량의 보강을 위한 시공방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 보강용 강형 부재의 상단부의 온도는 자연대기 상태하의 강형부재의 온도이거나, 인위적인 열원에 의해 강형 부재의 열전달로 인해 발생하는 온도인 것을 특징으로 하는 교량의 보강을 위한 시공방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제4 단계에서 열원제거 시기는 상기 보강용 강형 부재의 현장이음이 완료되는 시점으로 정한 것을 특징으로 하는 교량의 보강을 위한 시공방법.
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