KR100403158B1 - 교량의 교좌부와 교좌장치 성능 보강 공법 및 그 교좌장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량에 있어서 교좌장치와 교좌부가 오랜 사용으로 균열 및 파손되었을 때 유지보수를 하는 공법에 관한 것으로, 특히 동 하중을 받으면서도 시공 할 수 있게 한 공법 및 그 교좌장치에 관한 것이다.

상기 목적을 구현하기 위해 본 발명의 공법단계는, 유압 나사잭의 설치공간을 확보하는 단계와; 유압 나사잭이 설치될 위치의 상부 거더에 수직 보강재로써, 주형보강을 실시하는 단계와; 유압 나사잭을 설치하여 잭 업(JACK-UP)하는 단계와; 기존의 거북등형 교좌장치 및 교좌부의 콘크리트를 철거하는 단계와; 교좌부의 바닥에 철근을 배근하고, 앵커볼트를 설치하는 단계와; 동시에 기존 교좌장치의 평면상 최장둘레가 삽입 연접되는 절결공을 중앙에 갖는 베이스 플레이트를 용접하여 고정하되, 이 플레이트의 모서리부에는 체결공을 천공하여서된 교좌장치를 교좌부 중앙에 세팅하는 단계와; 교좌부의 둘레에 거푸집을 설치한 후, 무 수축성 몰탈로써 콘크리트를 타설 양생시키는 단계와; 유압 나사잭을 잭 다운하는 단계로 이루어진다.

한편 상기 공법에 사용되는 교좌장치는 종래 교좌장치의 둘레에; 사귀부에 체결공을 갖고, 중앙에는 상기 교좌장치의 평면상 최장둘레에 연접되는 절결공을 갖는 베이스 플레이트를 용접하여 고정된 것을 특징으로 한다.

Description

교량의 교좌부와 교좌장치 성능 보강 공법 및 그 교좌장치{Method for Reinforcing the Performance of the bearing structure ＆ its bearing apparatus for bridge ＆ the bearing apparatus}

본 발명은 교량에 있어서 상부구조의 반력을 하부구조에 전달하고, 완충의기능을 갖고있어 반력의 전달 기능을 위해 교각상부와 거더 사이에 견고히 연결되는 교좌장치가 오랜 사용으로 균열 및 파손되었을 때 유지보수를 하는 공법에 관한 것으로, 특히 동 하중을 받으면서도 시공할 수 있게 하고, 늘어나는 교통량과 부하하중을 고려해 교좌장치의 성능을 보다 개선되게 하면서 유지보수하게 한 공법 및 그 교좌장치에 관한 것이다.

일반적으로 오래된 교좌장치는 현재의 공사 시방서나 설계기준에 성능기준이 미달되고, 따라서 늘어나는 교통량과 부하하중으로 인하여 교좌부에서 파손 및 균열이 일어나고 있으며, 특히 교량의 교좌장치에는 열차나 중차량이 통행하여 과중하고 복잡한 하중이 집중되므로 성능이 다소 부족할 경우 교량의 심각한 손상과 운행사고가 발생할 수 있는 것이다.

그렇다고 해서 교좌부의 기능이 일부분 부족하다고 하여 교좌장치를 교체할 경우에는 과다한 공사비가 낭비되므로 종래 교좌부 및 교좌장치의 효과적인 성능 보강을 통하여 공사비를 절감하면서 보다 그 성능 향상을 이루게 하는 것이 바람직하다.

이러한 교좌장치(10)는 도 1에서와 같이 거북등형의 상부구조(11)와 저면에 십자형 키(12)를 갖는 구조로써, 상기 거북등형 상부 길이방향으로는 요입형 돌출리브(11A)가 형성된 슈로써 이루어진다.

한편 교량의 거더(20)에 부착되는 H형 솔 플레이트(21)(SOLE PLATE)가 돌출리브(11A)의 요입부(a)에 삽입 안착되어 양단의 돌출부(b)에 의해 구속되어 고정단형 교좌장치의 기능을 가지며(도 1의 좌측도시 교좌장치), 사각형 솔 플레이트(22)가 교좌장치의 돌출리브(11A)의 요입부(a)에 장착되어 일 방향으로 가이드될 수 있는 가동단형 교좌장치(도 1의 우측도시 교좌장치)로써 작용한다.

한편, 그 하부 즉 교각(100)의 상부에는 콘크리트 매트(30)가 설치되어 교좌부를 이루고 있다.

또한 현재의 시방서 상에는 이 콘크리트 매트(30)의 내부에 철근을 배근하도록 되어 있으나, 과거 무근 콘크리트 매트(30)식으로 설치된 교좌부의 보강을 위한 보수공사에 있어서도, 협소한 공간과 교량의 인상을 회피하고, 비교적 빠른 시간 내에 보수공사를 한다는 이유(일반적으로 철도교의 경우 열차가 운행하지 않는 시간이 하루 24시간중 3 내지 4시간 정도밖에 되지 않기 때문에 한정된 시간대에 신속히 보강함에 구속될 수밖에 없다)로 철근 배근을 할 수 없는 것이 현 실정이며, 따라서 철판(31) 등을 고여 놓는 수준으로 교좌장치(10)를 유지 지탱하고 에폭시 몰탈로 콘크리트(32) 충진 양생하는 수준으로 교좌부를 이루고 있다.

이러한 종래의 교좌부 성능 보강공법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

파손 및 균열이난 교좌장치(10) 하부의 콘크리트(32)를 걷어내고, 그 사이에 받침편으로써 철판(31) 등을 다수매 적층하여 교좌장치(10)를 유지 지탱한 후, 거푸집을 치고 에폭시 몰탈로 된 콘크리트(32)를 부어 양생하도록 하여 보수를 마감한다.

그러나 그 내부에 철근이 배근되지 못함으로 인하여, 수직, 수평 응력이 부족하여, 얼마되지 못하고, 교좌부의 균열 및 파손이 발생된다.

또한 교좌장치(10)의 지지와 철근 대용으로 개재시킨 철판(31) 들은 열차 등의 운행시 동 하중이 반복됨에 따라 쿠션역할을 하기는 하나, 오히려 이 쿠션작용에 의해 콘크리트 매트(30)내에 공극을 발생시켜 교좌장치(10)의 침하 내지는 균열 및 파손을 일으키는 원인이 된다.

또 열차의 운행 중에는 교좌부에 부반력이 미치게 되는데, 종래의 교좌장치는(10) 이를 잡아줄 수단이 없어서 역시 교좌부의 침하와 균열 및 파손을 발생시키는 문제점이 있다.(도 2 참조)

한편 이러한 종래의 교좌장치는 일반 압연강재나 주철로 그 재질이 이루어져, 열차나 중 차량의 과중한 하중이 작용할 때 충격흡수가 전혀 이루어지지 않으며, 마찰계수가 높아 가동단형 교좌장치에서 교량의 상부구조가 온도 등에 따른 신축을 해야 할 때 그 작동이 원활치 못한 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로써, 유압 나사잭으로 잭업하여 시공함으로써, 열차 등의 운행중에도 실시할 수 있는 공법을 제공함으로써, 교좌부의 양생을 충분히 하여 그 구조적 강도를 충분히 유지할 수 있는 시공을 이루는 교좌장치 성능 보강 공법 및 그 교좌장치를 제공하여 보다 안전하고 확실한 보수공사를 이룰 수 있게 한 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 부가적인 목적으로 가동단형 교좌장치의 교량 상부 구조가 온도에 따른 신축 작용시 그 미끄럼을 원활하게 함과 동시에 고정단형 교좌장치 측에서는 충격 흡수가 잘 이루어지도록 한 것에 있다.

본 발명은 유압 잭으로써, 교량의 상부구조라 할 수 있는 거더를 포함한 상부를 인상 지지시키면서 동 하중을 받는 상황에서도 시간적 여유를 가지고, 교좌부의 철근 배근과 더불어서 교좌장치에 베이스 플레이트를 용접하여 앵커를 설치함으로써 부반력에 의한 과부하를 흡수함과 동시에 충격하중의 흡수와 온도에 따른 신축 미끄럼을 원활하게 한 보강공법 및 그 교좌장치를 제공한다.

상기 목적을 구현하기 위해 본 발명의 공법단계는, 교량의 교좌장치 상부에 설치된 거더를 유압 잭으로 인상하기 위한 공간을 확보하는 단계와,

유압 잭이 설치될 위치의 상부 거더에 수직 보강재로써, 주형보강을 실시하는 단계와,

유압 잭을 설치하여 잭 업(JACK-UP)하여 교량의 상부 구조를 인상하는 단계와,

기존의 평면형 교좌장치 및 교좌부의 콘크리트를 철거하는 단계와,

교좌부의 바닥에 철근을 배근하고, 앵커볼트를 설치하는 단계와,

동시에 기존 교좌장치의 평면상 최장둘레가 삽입 연접되는 절결공을 중앙에 갖는 베이스 플레이트를 용접하여 고정하되, 이 플레이트의 모서리부에는 체결공을 천공하여서된 교좌장치를 교좌부 중앙에 세팅하는 단계와,

상기 교좌장치의 돌출리브 요입부에 온도에 따른 신축 및 부하 하중의 충격 흡수를 위한 충격 및 신축변위 흡수장치를 세팅하는 단계와,

교좌부의 둘레에 거푸집을 설치한 후, 무 수축성 몰탈로써 콘크리트를 타설 양생시키는 단계와,

유압 잭을 잭 다운하여 철거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편 상기 공법에 사용되는 본 발명의 교좌장치는, 거북등형의 상부구조와 저면에 십자형 키를 갖는 구조로써 상기 거북등형 상부 길이방향으로는 돌출리브에 요입부가 형성된 교좌장치에 있어서,

사귀부에 앵커볼트 관통하여 너트로 고정하기 위한 체결공을 갖고, 중앙에는 상기 교좌장치의 평면상 최장둘레에 연접되는 절결공을 갖는 베이스 플레이트를 용접하여 고정된 것을 특징으로 한다.

또한 온도에 따른 신축 및 부하 하중의 충격 흡수를 위한 충격 및 신축변위 흡수장치의 구성은 거북등형 상부구조의 요입부에 안착되는 홈을 갖는 H빔으로써 그 상부홈 바닥면으로부터 탄성패드와, 불소수지판과, 스테인레스판을 순차 적층한 구성으로 된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 교좌장치 설치상태 단면도.

도 2는 종래 교좌장치의 균열 및 파손을 보인 평면도.

도 3은 본 발명의 교좌장치의 분리 사시도.

도 4는 본 발명의 교좌장치 설치상태 단면도.

도 5는 본 발명의 공법 플로우챠트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10A: 교좌장치 14: 베이스 플레이트

14H: 절결공 14h: 체결공

34: 앵커볼트 35: 너트

이하에서 본 발명을 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.본 발명에서 열차운행중에 교좌장치를 보수하는 이유는;오래된 교좌장치는 현재의 공사 시방서나 설계기준에 성능기준이 미달되고, 따라서 늘어나는 교통량과 부하 하중으로 인하여 교좌부에서 파손 및 균열이 일어나고 있으며, 특히 교량의 교좌장치에는 열차나 중차량이 통행하여 과중하고 복잡한 하중이 집중되므로 성능이 다소 부족할 경우 교량의 심각한 손상과 운행사고가 발생할 수 있기 때문이며, 또한 열차는 도로의 보수와 달리 항시 그 철도가 아니면 우회갈 수 없기 때문에 열차가 다니지 않는 시간때에 신속히 보수공사를 해야 하는 필요가 있다.예컨대, 경부선의 경우 4시간 차단시 철도청 영업이익이 일일 71억 감소(화물,승객) 및 국민편익이 불편하고, 교좌장치 보수작업의 특성상 장기간 작업시간이 필요한 공정이 있어 시간 미확보시 품질 및 안전확보 곤란(예: 교좌부 철근배근 및 교좌부 몰탈 양생시간, 교좌장치 설치위치 설정 등)하다.또한 야간열차 차단후 공사진행시 작업자 안전확보 곤란(야간작업 고소높이, 중량물 낙하 등)한 문제가 있기 때문이다.

우선 본 발명의 보수공법에 있어서는, 교좌장치(10) 상부에 설치된 거더(20)를 유압 잭(40)으로 인상하기 위한 공간이 확보 되냐는 것을 확인하는 일로부터 시작이 된다.

만약 유압 잭(40)을 설치할 수 있는 공간이 확보되지 않는 상태이더라도 본 발명의 출원인이 특허받은 특허 제214386호, 특허 제214387호의 기술 또는 기타 주지의 방법으로 유압 잭(40)의 설치 공간을 확보한다. (A 단계)

이후 유압 잭(40)이 설치될 위치의 상부 거더(20)에 수직 보강재(24)로써, 주형보강을 실시한다 [이는 유압 잭(40)으로 거더를 인상하기 위해서 집중하중을받는 부분의 보강 필요성으로 실시한다.] (B단계)

이후 유압 잭(40)을 설치하여 잭 업(JACK-UP)을 하여 교량의 상부구조를 인상시킨 후, 기존의 평면형 교좌장치(10) 및 콘크리트 매트(30)를 철거한다. (C, D 단계)

이후 철거된 교좌부의 바닥에 철근(33)을 배근하고(E단계), 동시에 종래 교좌장치(10)의 평면상 최장둘레에는 상기 교좌장치의 둘레가 삽입되는 절결공(14H)을 갖는 베이스 플레이트(14)를 용접하여 고정하되, 이 플레이트의 모서리부에는 체결공(14h)을 천공한다. 이 교좌장치(10A)를 교좌부의 중앙에 세팅한다.(F단계)

그리고 상기 교좌장치(10A)의 돌출리브(11A) 요입부(a)에 온도에 따른 신축 및 부하 하중의 충격 흡수를 위한 충격 및 신축변위 흡수장치(10B)를 세팅하는 단계를 갖는다.

상기 철근(33)의 배근에서는 상기 베이스 플레이트(14)의 체결공(14h)에 관통 돌출되는 앵커볼트(34)를 설치한다. (F단계)

이때 앵커볼트(34)는 소켓형으로 설치하여 향후의 보수를 편리하게 함이 바람직하다.

이후 교좌부의 둘레에 거푸집을 설치한 후, 무 수축성 몰탈로써 콘크리트 (32A)타설 양생시키고 난 후(G단계), 유압 잭(40)을 잭 다운(JACK-DOWN)하여 철거함으로써 완성된다. (H단계)

본 발명에서 상기 교좌장치(10A)의 구성은 다음과 같다.

거북등형의 상부구조(11)와 저면에 십자형 키(12)를 갖는 구조로써 상기 거북등형 상부 길이방향으로는 요입형 돌출리브(11A)가 형성된 교좌장치에 있어서, 사귀부에 앵커볼트(34)를 관통하여 너트(35)로 고정하기 위한 체결공(14h)을 갖고, 중앙에는 상기 교좌장치의 평면상 최장둘레에 연접되는 절결공(14H)을 갖는 베이스 플레이트(14)를 용접하여 고정된 것을 특징으로 한다.이에 따른 작용은 기존 교좌장치(10)를 이용함으로써 적은 비용으로 효과적인 성능 보강이 이루어지고 앵커볼트(34)와 너트(35)로 고정되기 때문에 향후 보수 및 교체가 간단함과 특히 기존 교좌장치는 대부분 주철로 형성되어 있어서, 앵커볼트 설치를 위한 홀의 천공이 불가능한데, 그 이유는 주물공정에 의해 제조되어 인위적인 천공시 천공부에 반복 하중이 작용할 경우 균열이 발생되기 때문이다.이에 따른 기존 교좌장치의 베이스플레이트 용접효과는 교좌장치 지압면적 확대로 교좌부 몰탈 응력 발생이 감소하고, 베이스플레이트에 앵커볼트를 설치함에 따라서 교좌장치에 작용하는 수평력에 대한 저항력이 감소하며, 교좌장치 설치높이 조절이 용이하고, 무반력(상향)을 구속시킬 수 있어 열차운행이 안전하다.즉, 유압잭(40)으로 거더를 인상하여 받치고 있는 상태에서 교좌장치를 교체하게 되면 보수공사 시간에 구애가 없는 작업을 가능하게 한다.

상기 교좌장치의 돌출리브(11A) 요입부(a)에 설치되는 온도에 따른 신축 및 부하 하중의 충격 흡수를 위한 충격 및 신축변위 흡수장치(10B)의 구성은 도 3에서와 같이 거북등형 상부구조(11)의 요입부(a)에 안착되는 홈을 갖는 H빔(15)으로써 그 상부홈 바닥면으로부터 탄성패드(16)와, 불소수지판(17)과, 스테인레스판(18)을 순차 적층한 구성으로 된 것을 특징으로 한다.상기에서 탄성패드(16)와 불소수지판(17) 및 스테인레스판(18)을 순차 적층한 이유는 마찰계수를 적게 하여 온도 등의 신축에 따른 작용을 원활하게 하기 위함이다.

이상과 같은 단계와 교좌장치(10A) 및 충격 및 신축변위 흡수장치(10B)로 이루어지는 본 발명의 작용효과를 설치순서에 따라 순차적으로 설명하면 아래와 같다. 본 발명에서 유압 잭은 바람직하게 유압 나사잭으로 함이 좋다.

유압 잭(40) 설치공간 확인 및 설치공간 확보단계 - 거더(20)에 수직 보강재 (24)로 주형보강 단계 - 유압 잭(40) 설치 및 잭 업단계 - 기존 교좌장치(10) 및 교좌부의 콘크리트 매트(30) 철거단계 - 철근 배근(33) 및 앵커볼트(34) 설치단계 - 동시에 종래의 교좌장치(10)에 베이스 플레이트(14) 용접 고정 및 본 발명의 교좌장치(10A) 세팅단계 - 충격 및 신축변위 흡수장치(10B)를 세팅하는 단계 - 거푸집 설치후, 무 수축성 몰탈 콘크리트(32A) 타설 및 양생단계 - 잭 다운 후 유압 잭 철거단계. (도 5 참조)

상기와 같은 단계로 교좌장치의 보수를 시험 시공한 결과 기존의 교좌장치는주철(GC 250)이고, 베이스 플레이트(14)는 일반 압연구조강재(SS 400)를 사용함으로써, 주철용 특수 용접봉을 사용하여 특수용접을 실시하였다.

이때 용접은 베이스 플레이트(14)와 연접된 종래 교좌장치(10)의 상,하면으로 홈용접을 실시한다.

이렇게 교좌장치를 개량한 구조로써 베이스 플레이트(14)를 부착함으로써, 앵커 볼트(34)를 설치할 수 있도록 됨으로써, 구조적으로 지압 응력 증가를 통해 교좌장치 침하 및 교좌부의 파손 및 균열을 방지할 수 있었다.

이 앵커볼트(34)는 소켓형으로 설치되어 향후의 보수공사를 쉽게 한다.

이는 구체적 시험시공에서 교좌장치 충격 및 진동의 처짐변형률 등을 계측한 결과, 당초 0.8∼1.5mm에서 0.15∼0.36mm로 감소되어 구조적 보강 효과가 우수함을 알 수 있었다.

즉, 본 발명에서는 교좌장치의 성능이 보강됨으로써 수평력, 부반력, 지압응력이 향상되었고, 유압 잭으로 인상 후 작업함으로써, 시공공간의 확보에 유리하여 철근(33)의 배근에 무리가 없고, 교좌장치(10A)의 위치조절 세팅이 가능해지며, 종래 받침철판(31)을 개재함으로써 발생되는 문제점을 일소하고, 철근(33)을 배근 함으로써 교좌부(보자리)의 강도가 향상된다.

또한 본 발명에서의 거북등형 상부구조(11)의 요입부(a)에 안착되는 홈을 갖는 H빔(15)으로써 그 상부홈 바닥면으로부터 탄성패드(16)와, 불소수지판(17)과, 스테인레스판(18)을 순차 적층한 충격 및 신축변위 흡수장치(10B)는 교량의 수직 하중에 대한 충격을 H형 솔 플레이트(21)를 통하여 적층된 탄성패드(16)와, 불소수지판(17)과, 스테인레스판(18)에 미쳐서 탄성패드(16)에 의하여 그 충격을 충분히 흡수하는 작용을 함과 동시에 사가형 솔 플레이트(22)가 불소수지 판(17)과 미끄럼 개재되어 있는 스테인레스판(18)과 접하여 온도 신축에 따른 변위를 미끄럼작용으로 원활하게 해주는 작용을 갖는다.

이상과 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 유압 잭으로 잭업하여 시공함으로써, 열차 등의 운행 중에도 실시할 수 있는 공법을 제공함으로써, 교좌부의 양생을 충분히 하여 그 구조적 강도를 충분히 유지할 수 있는 시공을 이루는 교좌부와 교좌장치 성능 보강 공법 및 그 교좌장치를 제공하여 보다 안전하고 확실한 보수공사를 이룰 수 있는 효과가 있다.

또한 교좌장치를 기존의 것을 활용함으로써 적은 비용으로 그 장치를 새로 제공함으로써, 자원의 낭비가 없고, 폐기물의 발생을 최소화하면서 종래에 부반력 등을 잡아주지 못하는 단점을 일거에 해소시키는 효과와 소켓형 앵커볼트의 설치로 향후의 보수 및 교체가 용이한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 교량의 교좌장치 상부에 설치된 거더를 유압 잭으로 인상하기 위한 공간을 확보하는 단계와,

   유압 잭이 설치될 위치의 상부 거더(20)에 수직 보강재(24)로써, 주형보강을 실시하는 단계와,

   유압 잭(40)을 설치하고 잭 업(JACK-UP)하여 교량의 상부 구조를 인상하는 단계와,

   기존의 평면형 교좌장치(10) 및 교좌부의 콘크리트 매트(30)를 철거하는 단계와,

   교좌부의 바닥에 철근(33)을 배근하고, 앵커볼트(34)를 설치하는 단계와,

   동시에 기존 교좌장치(10)의 평면상 최장둘레가 삽입 연접되는 절결공(14H)을 중앙에 갖는 베이스 플레이트(14)를 용접하여 고정하되, 이 베이스 플레이트의 사귀부에는 체결공(14h)을 천공하여서된 교좌장치(10A)를 교좌부 중앙에 세팅하는 단계와,

   상기 교좌장치의 돌출리브 요입부(a)에 온도에 따른 신축 및 부하 하중의 충격 흡수를 위한 충격 및 신축변위 흡수장치(10B)를 세팅하는 단계와,

   교좌부의 둘레에 거푸집을 설치한 후, 무 수축성 몰탈로써 콘크리트(32A)타설 양생시키는 단계와,

   유압 잭을 잭 다운하여 철거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한 교량의 교좌부와 교좌장치 성능 보강 공법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 교좌장치(10A)의 돌출리브(13) 요입부(a)에 설치되는 온도에 따른 신축 및 부하 하중의 충격 흡수를 위한 충격 및 신축변위 흡수장치 (10B)는 거북등형 상부구조(11)의 요입부(a)에 안착되는 홈을 갖는 H빔(15)으로써 그 상부홈 바닥면으로부터 탄성패드(16)와, 불소수지판(17)과, 스테인레스판(18)을 순차로 적층한 것을 특징으로 한 교량의 교좌부와 교좌장치 성능 보강 공법.
3. 거북등형의 상부구조(11)와 저면에 십자형 키(12)를 갖는 구조로써 상기 거북등형 상부 길이방향으로는 요입형 돌출리브(13)가 형성된 교좌장치에 있어서,

   사귀부에 앵커볼트(34)를 관통하여 너트(35)로 고정하기 위한 체결공(14h)을 갖고, 중앙에는 상기 교좌장치의 평면상 최장둘레에 연접되는 절결공(14H)을 갖는 베이스 플레이트(14)를 용접하여 고정된 것을 특징으로 한 교좌장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 교좌장치(10A)의 돌출리브(13) 요입부(a)에 설치되는 충격 및 신축변위 흡수장치(10B)로써, 상기 거북등형 상부구조(11)의 요입부(a)에 안착되는 홈을 갖는 H빔(15)과, 그 상부홈 바닥면으로부터 탄성패드(16)와, 불소수지판(17)과, 스테인레스판(18)을 순차 적층한 구성으로 된 것을 특징으로 한 교좌장치.