KR100401671B1 - 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철골보와 PC강선이 매립된 PC패널을 접합하여 일체화함으로 일반 철골보에 비해 처짐 및 진동이 적고, 강성(Stiffness)이 커서 장스팬 구조물에 적용가능하며, 현장에서는 공장생산된 철골보와 PC패널의 간단한 접합작업만으로 제작가능한 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보에 관한 것이다.

본 발명은 철골보(1): 양단부를 제외한 상기 철골보의 하부 플랜지(11)와 접합되는 것으로, 길이 방향으로 PC강선(21)이 매립되는 PC패널(2); 및, 상기 PC패널(2)에 상기 철골보(1)와의 접합을 위해 설치되는 접합수단(3, 4, 5);을 포함하여 구성한다. 접합 방법에 따라 접합수단(3, 4, 5)을 다양하게 채택될 수 있으며, 접합방법으로는 용접접합과 볼트접합, 두 가지가 사용된다.

Description

프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보{Composite beam with prestressed precast concrete panel}

본 발명은 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 철골보와 PC강선이 매립된 PC패널을 접합하여 일체화함으로 일반 철골보에 비해 처짐 및 진동이 적고, 강성(Stiffness)이 커서 장스팬 구조물에 적용가능하며, 현장에서는 공장생산된 철골보와 PC패널의 간단한 접합작업만으로 제작가능한 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보에 관한 것이다.

최근에 새로 신축되는 구조물은 규모면에서 대형화·초고층화되고 기능면에서는 복합화·다양화되고 있다. 하지만 이러한 구조물을 일반적으로 적용되는 철골 구조 또는 철근콘크리트 구조와 같은 구조로 시공하기에는, 그 재료의 특성상 건물의 요구에 부적합하고 시공조건이나 경제적인 면에서도 불리하게 작용된다. 이러한 문제를 해소하고자 다양한 혼합구조 및 복합구조가 개발되어 적용되고 있으며, 합성보의 개발은 그 일례이다.

합성보의 대표격으로는 일반 철골보의 단면 결정과정에서 응력은 만족하나 처짐에는 허용치를 만족시키기 못하는 단점을 해결하기 위하여 하부에 콘크리트를 보강하는 프리플렉스 합성보(Preflex composite beam)가 있다. 프리플렉스 합성보는 철골보에 미리 설계하중을 재하한 상태에서 철골보의 하부 플랜지에 고강도 콘크리트를 타설, 양생한 후 재하한 설계하중을 제거하여 결과적으로 콘크리트에 압축 프리스트레스가 도입되는 일종에 프리스트레스 공법으로 철골보와 프리스트레스 콘크리트 보를 혼합한 합성구조이다. 프리플렉스 합성보는 일반 철골보에 비해 강성이 커서 장스팬에 낮은 보춤으로 무거운 하중을 지지할 수 있고, 처짐 및 진동이적으며, 철근 및 철골구조와의 접합도 용이하여 건축구조물에서 장스팬이 요구되는 스포츠 및 공항시설에 널리 활용되고 있으며, 또한 무주공간의 확보로 공간활용에도 큰 이점을 갖고 있다.

하지만 이러한 프리플렉스 합성보는 소요길이의 보부재를 제작하기 위해서는 현장이나 공장의 넓은 작업공간과 대규모의 프리플렉션 장비가 요구되며, 철골보 하부 플랜지를 감싸도록 콘크리트를 타설하는 등 상당히 복잡한 공정이 수행되어야 한다. 또한 공장에서 철골보와 콘크리트를 일체로 제작되는 경우에는 중량인 프리플렉스 합성보를 현장으로 운반하는데 많은 문제점이 야기된다. 이러한 문제를 개선하기 위하여 프리플렉스 합성보 부재분할공법이 제안되고 있는데, 상기 부재분할공법은 공장에서 제작한 부재를 현장으로 반입한 후 각 부재를 조립하고, 접합부 하부 플랜지에 콘크리트를 타설, 경화시키고, 이어 접합부 하부 플랜지 콘크리트에 부분 프리스트레스를 도입하는 등 현장작업이 상당히 복잡하다.

따라서 본 발명자는 커다란 강성을 확보하여 장스팬의 구조물에 적용가능한 프리플렉스 합성보의 장점을 가지며, 현장에서는 공장생산된 철골보와 PC패널의 간단한 접합작업만으로 제작가능한 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보를 개발하게 되었다.

본 발명의 목적은 일반 철골보에 비해 처짐 및 진동이 적으며, 강성(Stiffness)이 크므로 장스팬 구조물에 적용할 수 있는 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 현장에서는 공장생산된 철골보와 PC패널의 간단한 접합작업만이 이루어지므로 작업성의 향상, 공기단축, 공장관리에 의한 품질향상 및 현장작업의 감소로 인한 노동력 절감 등의 효과를 기대할 수 있는 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 철골보와 PC패널의 크기 및 특성을 각각 다양하게 제작한 후 적합한 철골보 및 PC패널 부재를 선택할 수 있어 다양한 설계가 가능한 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보를 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명의 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보의 구체예의 종단면도(a) 및 횡단면도(b)이다.

제2도는 본 발명의 다른 구체예의 종단면도(a) 및 횡단면도(b)이다.

제3도는 본 발명의 또 다른 구체예의 종단면도(a) 및 횡단면도(b)이다.

<도면의 주요 부호의 설명>

1: 철골보 2: PC패널

3, 4, 5: 접합수단 11: 하부 플랜지

21: PC강선 31, 41: 플레이트

33: 스터드 볼트 43: 고력볼트

44, 54: 너트 53: U자형 굶힘철근

본 발명의 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보는 철골보(1), PC패널(2) 및 접합수단(3, 4, 5)을 포함하여 구성된다.

철골보(1)는 통상적으로 철골구조공사에 사용되는 구조용 강재로, H 형강 등의 형강류, 허니콤보 또는 각종 조립식 보 등 어느 것을 사용해도 무방하며, 철골공장에서 공사부위에 알맞게 제작한 것을 현장으로 반입하여 그대로 사용하거나, 장스팬의 철골보를 요하는 경우에는 공장생산된 부재를 현장에서 접합(용접, 볼트, 리벳접합 등)하여 소요 길이의 철골보로 제작한 것을 사용한다.

PC패널(2)은 양단부를 제외한 상기 철골보의 하부 플랜지(11)와 접합되는 것으로, 길이방향으로 PC강선(21)이 매립된다. 상기 PC패널(2)은 통상적으로 사용되는 프리스트레스트 콘크리트 부재와 동일한 방법으로 제작되나, 상기 철골보(1)와의 접합을 위해 후술하는 접합수단(3, 4, 5)이 설치된다는 점에 차이가 있다.

접합수단(3, 4, 5)은 상기 철골보(1)와 PC패널(2)의 접합을 위해 설치되는 것으로, 접합방법에 따라 상기 접합수단을 다양하게 채택되며 이하 도면에 따라 설명한다.

제1도 내지 제3도는 철골보와 PC패널과의 다양한 접합방법을 도시한 도면으로, 제1도는 접합방법으로 용접접합을 적용한 구체예이고 제2도 및 제3도는 접합방법으로 볼트접합를 적용한 다른 구체예이다. 용접접합 및 볼트접합 모두 탄성영역에서 강성(Stiffness)의 영향을 받으며, 용접접합의 강성은 볼트접합의 강성보다 크게 나타난다.

제1도는 철골보(1)와 PC패널(2)을 용접접합하여 본 발명의 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보를 형성하는 경우이다. 접합수단(3)은 플레이트(31)와 상기 플레이트(31) 하면에 접합되는 스터드 볼트(33)로 구성되며, 상기 플레이트(31)의 상면이 PC패널(2)의 상부면과 일치하도록 PC패널(2) 내부에 매립된다. 철골보의 하부 플랜지(11)와 상기 접합수단의 플레이트(31)를 용접하여 상기 철골보(1)와 PC패널(2)을 서로 접합하면 본 발명이 완성된다. 이때 접합수단의 플레이트(31)는 PC패널(2) 길이방향 전체에 매립될 수도 있으나, 제1a도에서 도시한 바와 같이 작은 크기로 제작된 다수개의 플레이트(31)가 매립되면 용접부위가 줄어듦으로 용접작업이 간편해진다.

제2도는 접합수단(4)으로 고력볼트(43)를 사용하는 경우이다. 철골보의 하부 플랜지(11)에는 소정의 간격으로 볼트구멍이 형성되고, 접합수단(4)은플레이트(41)와 상기 플레이트(41)를 관통하여 플레이트 상면으로 나사부가 돌출되도록 설치되는 고력볼트(43)로 구성되며 상기 플레이트(41) 상면이 PC패널(2)의 상부면과 일치하도록 PC패널(2) 내부에 매립된다. 철골보의 하부 플랜지(11)에 형성된 볼트구멍에 상기 접합수단의 고력볼트(43)를 끼운 후 너트(44)를 체결하여 고력볼트 죄기용 공구로 죄면 상기 철골보(1)와 PC패널(2)은 서로 접합하여 본 발명을 완성하게 된다.

제3도는 접합수단(5)으로 단부에 나사가공된 U자형 굶힘철근(53)을 사용하는 경우이다. 철골보의 하부 플랜지(11)에는 소정의 간격으로 볼트구멍이 형성되고, 상기 접합수단(5)은 단부에 나사가공된 U자형 굶힘철근(53)으로 PC패널(2)의 상부면으로 상기 U자형 굶힘철근(53)의 단부가 돌출되도록 PC패널(2)에 내부에 매립된다. 철골보의 하부 플랜지(11)에 형성된 볼트구멍에 상기 U자형 굶힘철근(53)을 끼운 후 너트(54)를 체결하면 상기 철골보와 상기 PC패널은 서로 접합한다.

이상과 같이 제작된 본 발명의 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보는 보통의 철골보에 비해 강성이 70% 정도 크게 증대되며, 잔류변형이 일어나지 않아 완전탄성으로 거동하여 결국 안전성을 확보하게 된다.

본 발명의 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보는 일반 철골보에 비해 처짐 및 진동이 적으며, 강성(Stiffness)이 70%정도 크므로 장스팬 구조물에 적용할 수 있으며, 현장에서는 공장생산된 철골보와 PC패널의 간단한접합작업만이 이루어지므로 작업성의 향상, 공기단축, 공장관리에 의한 품질향상 및 현장작업의 감소로 인한 노동력 절감 등의 효과를 기대할 수 있는 있다. 또한 철골보와 PC패널의 크기 및 특성을 각각 다양하게 제작한 후 적합한 철골보 및 PC패널 부재를 선택할 수 있어 다양한 설계가 가능하다.

Claims (4)

1. 하부 플랜지(11)에 소정 간격으로 볼트구멍이 형성되어 있는 철골보(1);

   길이 방향으로 PC강선(21)이 매립되는 PC패널(2); 및,

   상기 PC패널(2)과 상기 철골보(1)의 접합을 위해 설치되는 접합수단(4);

   을 포함하되,

   상기 접합수단(4)은 상면이 상기 PC패널(2)의 상부면과 일치하도록 상기 PC패널(2) 내부에 매립되는 플레이트(41)와; 양단부에 형성된 나사부가 상기 플레이트(41)를 관통하여 노출되도록 상기 PC패널(2) 내부에 매립되는 고력볼트(43);로 구성되어, 상기 철골보(1)에 형성된 볼트구멍에 상기 고력볼트(43)를 끼운 후 너트(44)를 체결함으로써 상기 철골보(1)와 상기 PC패널(2)이 접합되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보.
2. 하부 플랜지(11)에 소정 간격으로 볼트구멍이 형성되어 있는 철골보(1);

   길이 방향으로 PC강선(21)이 매립되는 PC패널(2); 및,

   상기 PC패널(2)과 상기 철골보(1)의 접합을 위해 설치되는 접합수단(5);

   을 포함하되,

   상기 접합수단(5)은 나사가공된 양단부가 노출되도록 상기 PC패널(2)의 내부에 매립 설치되는 U자형 굶힘철근(53)으로서, 상기 철골보(1)에 형성된 볼트구멍에 상기 U자형 굶힘철근(53)를 끼운 후 너트(44)를 체결함으로써 상기 철골보(1)와 상기 PC패널(2)이 접합되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 합성보.
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