KR100414163B1 - Construction method of prestressed ramen-type steel sidewalks to reduce the cross-sectional force of the foundation by introducing horizontal force into the upper girder. - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강재 라멘교 형식으로 시공되는 보도육교에 있어서, 시공중 기둥 상부의 거더에 수평력을 도입하면서 상부거더 연결부를 체결시키는 간편한 방법으로 설계하중 특히, 온도하중 재하 시 기둥하단 및 기초에 발생하는 단면력을 현저하게 감소시킨 것으로, 기초의 설계 및 시공과정에서 발생하는 기존 라멘교 공법의 문제점을 크게 개선하여 라멘교의 구조적인 특성을 극대화시킨 것이다.According to the present invention, in a sidewalk overpass constructed in the form of steel ramen bridge, a simple method of fastening the connection of the upper girder while introducing a horizontal force to the girder of the upper pillar during construction is a design load, in particular, which occurs at the lower end and the foundation during the temperature load. Significantly reduced cross-sectional force is to greatly improve the problems of the existing ramen bridge construction method that occurs during the design and construction of the foundation to maximize the structural characteristics of the ramen bridge.
Description
본 발명은 강재 라멘교 형식으로 시공되는 보도육교에 있어서 구조적인 안전성와 경제성을 크게 향상시킨 프리스트레스된 라멘형 보도육교의 시공법 및 그 구조에 관한 것으로, 시공 중 간편한 방법으로 기둥 상부에 수평력을 도입하여 설계하중 특히, 온도하중 재하 시 기둥 및 기초에 발생하는 단면력(전단력과 휨모멘트)을 현저하게 감소시켜 기초의 설계 및 시공과정에서 발생하였던 기존 라멘교 공법의 문제점을 크게 개선하고 특히 라멘교의 구조적인 특성을 극대화시키는 데 그 목적이 있다.The present invention relates to a construction method and structure of a prestressed ramen type sidewalk overpass which greatly improves the structural safety and economical efficiency in a sidewalk overpass constructed in a steel ramen bridge type, and is designed by introducing a horizontal force on an upper portion of a column by a simple method during construction. Significantly reduces the cross-sectional forces (shear and bending moments) in the columns and foundations under loads, especially during thermal loads, greatly improving the problems of the existing ramen bridge construction methods, which have occurred during the design and construction of foundations. The purpose is to maximize.
보도육교의 구조형식은 거더의 지간 길이 등을 종합하여 결정하며, 일반적으로 단경간의 보도육교는 단순보 형식으로 그리고 중경간 이상의 보도육교는 라멘교 형식으로 시공하는 것이 경제적인 것으로 알려져 있다. 단순보형 보도육교는 상부 거더의 설계 시 거더의 중앙에 발생하는 최대 휨모멘트에 의하여 단면의 크기를 결정하므로 중지간 이상의 구조물에 적용하는 경우 일반적으로 비경제적이고 미관이 투박하며, 특히 처짐이 과다하게 발생하는 등 여러 가지 문제점으로 단경간에 국한하여 적용되고 있다.It is known that it is economical to construct the pedestrian bridge over the length of the girder, and the construction of the pedestrian bridge over the short span is simple and the pedestrian bridge over the medium span is economical. Simple beamwalk bridges are generally uneconomical and clunky when applied to more than suspension structures because the size of the cross section is determined by the maximum bending moment occurring at the center of the girder when designing the upper girders. It has been applied to only a short span due to various problems.
그러나 단순보 형식의 보도육교에 비하여 단면력 및 처짐 등에 있어서 장점을 갖는 라멘교 형식의 보도육교는 도1에 나타낸 바와 같이 구조 특성상 설계하중 재하 시 기둥(11) 및 기초부(12)에는 상당한 크기의 단면력(전단력 및 휨모멘트)이 발생하며 그 값은 경간의 길이가 길수록 크게된다. 따라서, 이를 안전하게 지지할수 있는 기초의 시공을 위해서는 기초가 상당히 커야하고 기초 하부에 많은 수의 파일이 필요한 점 등 재료가 과다하게 사용되고 있다는 점에서 비경제적이라는 결점을 피할 수 없다. 또한, 라멘교 형식의 보도육교는 도1의 (나)에서와 같이 일반적으로 상부거더(13)와 기둥(11)은 현장에서 용접으로 연결되며, 따라서 그 위치를 정확히 맞추어 시공하기 위해서는 상당한 시간과 노력이 소요되며 용접부(14)에 단차가 발생하는 등 반복하중에 대한 피로에 매우 불리하게 작용할 수 있다.However, the pedestrian bridge of the ramen bridge type, which has advantages in cross section force and deflection compared to the pedestrian bridge of the simple beam type, has a considerable size in the column 11 and the base 12 during the design load due to the structural characteristics as shown in FIG. Sectional forces (shear and bending moments) occur and the value increases with longer span. Therefore, it is inevitable that the construction of the foundation that can safely support it is uneconomical in that the material is excessively used, such as the foundation must be quite large and a large number of piles beneath the foundation. In addition, as in the pedestrian bridge in the form of a ramen bridge, the upper girder 13 and the pillar 11 are generally welded in the field as shown in FIG. 1 (b). Effort is required and can cause very adverse effects on fatigue against repeated loads, such as a step in the weld 14.
또한, 이러한 경제적 측면에서의 불이익을 감수한 상태에서도 라멘교 형식의 보도육교가 단순보 형식의 보도육교와 비교하여 경쟁력이 있는 공법으로 채택된 경우라 하여도 단순보 형식보다 기초의 규모가 비교적 크므로 기초가 시공될 위치의 보도의 폭이 좁거나 또는 인접건물이나 지장물의 간섭 등의 현장의 열악한 작업조건으로 기초의 시공이 불가능한 경우도 종종 발생하고 있는 실정이다.In addition, even in the face of such economic disadvantages, even if the pedestrian overpass of the Ramen Bridge type is adopted as a competitive method compared to the pedestrian overpass of the simple beam type, the size of the foundation is relatively larger than that of the simple beam type. It is often the case that the construction of the foundation is not possible due to the narrow working sideways of the location where the foundation is to be constructed or the poor working conditions of the site such as the interference of adjacent buildings or obstacles.
도1에 나타낸 기존 라멘형 보도육교의 설계 및 시공과정을 참조하여 도2에 예시한 지간 60m의 보도육교를 하중단계별로 구조해석한 결과를 요약하여 나타내면 다음의 [표1] 과 같다. [표1] 에서 알 수 있는 바와 같이 기존의 라멘교 공법에서는 라멘교 형식의 철근콘크리트 구조물과는 달리 거더 지점부에서의 단면력이 오히려 중앙부에서의 단면력에 비하여 작게 나타났다. 이는 일반적인 라멘교 형식의 철근콘크리트 구조물은 상부거더의 콘크리는 타설 시 콘크리트 양생 이전의 경우 자중은 전적으로 동바리에 지지되고 동바리 제거 시 그 자중은 기둥과 거더가 일체로 된 부정정 구조물이 지지하게되나, 기존의 강재 라멘교 공법의 경우에는 상부거더와 기둥이 연결되기 전 상부구조가 가설 벤트에 놓여지고 본 구조물 기둥상에는 하중이 전달되지 않는 상태로 얹혀있는 단순보형 구조이므로 이때 거더 지점부에는 휨모멘트가 발생하지 않기 때문이다. 한편, 기존의 강재 라멘교 공법에서 발생하는 단면력의 양상을 라멘교 형식의 철근콘크리트 구조물과 같게 하기 위해서는 즉, 상부거더의 지점부에서의 단면력을 중앙부에서의 단면력보다 크게 하여 외관이 날렵한 구조물로 설계될 수 있도록 하기 위해서는 거더와 기둥을 일체로 체결한 후 전체를 들어올려 기초 상에 거치하여야 하나, 시공성 및 작업의 어려움 등을 감안할 때 중지간 이상의 구조물의 경우 이는 불가능한 것으로 판단된다.Referring to the design and construction process of the existing ramen type sidewalk overpass shown in Figure 1 summarized the results of the structural analysis of the sidewalk pedestrian bridge over 60m exemplified in Figure 2 as shown in Table 1 below. As can be seen from [Table 1], the conventional ramen bridge construction method has a smaller cross-sectional force at the girder point than the cross-sectional force at the center, unlike the reinforced concrete structure of the ramen bridge type. In the case of the reinforced concrete structure of the general ramen bridge type, when the concrete of the upper girder is placed before the concrete curing, the self-weight is fully supported by the copper bar, and when the copper bar is removed, the self-weight is supported by the unified structure consisting of the pillar and the girder. In the case of the existing steel ramen bridge construction method, the upper structure is placed in the temporary vent before the upper girder and the column are connected, and the simple moment structure is placed on the pillar without the load being transmitted. It does not occur. On the other hand, in order to make the aspect of cross-sectional force generated in the existing steel ramen bridge construction method the same as that of the reinforced steel structure of the ramen bridge type, that is, the cross-sectional force at the point of the upper girder is larger than the cross-sectional force at the center part, and it is designed as a slender structure. In order to be able to be able to be integrated, the girders and pillars must be fastened integrally, then the whole must be lifted and mounted on the foundation.
이와 같은 기존의 라멘형 보도육교에서 나타난 문제점을 해소시키기 위한 본 발명도 거더에 발생되는 전단력 및 휨모멘트 등 구조적인 측면과 활하중 재하 상태에서의 처짐 등 사용성 측면을 종합적으로 감안하여 부재의 크기를 결정한다는 점에 있어서 기존의 라멘교 형식의 보도육교의 설계 방법과 큰 차이점은 없다.The present invention for solving the problems in the conventional ramen-type sidewalk overpass also determines the size of the member in consideration of structural aspects such as shear force and bending moment generated in the girder and usability aspects such as deflection under the live load state In that respect, there is no big difference from the design method of the pedestrian overpass in the existing ramen style.
그러나, 본 발명에서는 기존의 라멘교 형식의 보도육교가 도 1의 (나)에 나타낸 바와 같이 피로에 대하여 취약한 부위인 거더-기둥의 접속부에서 현장용접으로 연결되었던 것과는 달리 휨모멘트가 지배적인 단면력으로 작용되지 않는 곳에 그 연결부의 위치를 선정하였고, 시공과정에서 기둥 상단에 수평력을 도입하여 기둥 하단 및 기초부에 작용하는 단면력을 현저하게 감소시켜 라멘교의 구조적인 특성을 극대화하는데 초점을 두고 수행하였다.However, in the present invention, the bending moment is the dominant cross-sectional force, unlike the conventional pedestrian bridge of the pedestrian bridge type, which is connected by spot welding at the connection of the girder-pillar, which is a vulnerable part to fatigue, as shown in FIG. The location of the connection part was selected where it was not in operation, and the horizontal force was applied to the top of the column during construction to significantly reduce the cross-sectional force acting on the bottom and the base of the column, focusing on maximizing the structural characteristics of the ramen bridge.
또한, 본 발명에서는 경제성과 안전성 및 작업의 용이성 등을 종합적으로 감안하여 보도육교 시공 중 기둥 상단에 PS 강재를 설치한 후 이를 거더 축방향으로간편하게 긴장한 상태에서 거더를 체결시킴으로 기둥 및 기초에 외력에 의해 발생하는 단면력에 상쇄되는 단면력(프리스트레스힘)을 도입할 수 있도록 하였다.In addition, in the present invention, in consideration of economic efficiency, safety, and ease of operation, the PS steel is installed on the top of the pillar during the construction of the sidewalk, and then the girder is fastened in the girder axially and easily to the external force on the pillar and the foundation. The cross-sectional force (pre-stress force) canceled by the cross-sectional force which arises by this can be introduce | transduced.
도1은 기존의 강재 라멘교 형식의 보도육교에 대한 시공 개요도를 나타낸 것으로,1 is a view showing the construction of a conventional steel bridge ramen bridge pedestrian overpass,
도1의 (가)는 기초 콘크리트에 강재 기둥을 설치한 상태를 나타낸 정면도.Figure 1 (a) is a front view showing a state in which the steel pillars are installed on the foundation concrete.
도1의 (나)는 기둥과 상부거더와의 연결을 위해 기둥 상부에 거더를 얹어놓은 상태를 나타낸 정면도.Figure 1 (b) is a front view showing a state in which the girder is mounted on the top of the pillar for connection between the pillar and the upper girder.
도1의 (다)는 기둥과 상부 거더가 연결된 상태의 정면도.Figure 1 (c) is a front view of the column and the upper girder connected.
도2는 기존의 강재 라멘교 형식의 보도육교의 시공사례로 지간 L=60m의 보도육교의 정면도 및 단면도.2 is a front view and a sectional view of a sidewalk overpass of L = 60m in a construction example of a conventional steel bridge ramen bridge type overpass.
도3은 본 발명의 수평력을 도입한 강재 라멘교 형식의 보도육교에 대한 시공 개요도를 나타낸 것으로,Figure 3 is a schematic view showing the construction of the pedestrian bridge of the steel ramen bridge type incorporating the horizontal force of the present invention,
도3의 (가)는 지점부의 상부거더와 일체로 시공된 기둥을 기초 콘크리트 위에 설치한 상태를 나타낸 정면도.Figure 3 (a) is a front view showing a state installed on the foundation concrete pillars constructed integrally with the upper girder of the point.
도3의 (나)는 기둥 사이에 설치한 가설벤트 위에 중앙부의 상부 거더를 얹어 놓은 상태를 나타낸 정면도.Figure 3 (b) is a front view showing a state in which the upper girder on the center portion is placed on the temporary vent installed between the pillars.
도3의 (다)는 상부거더의 연결을 위해 수평력을 도입한 상태를 나타낸 정면도.Figure 3 (c) is a front view showing a state in which a horizontal force is introduced for the connection of the upper girder.
도3의 (라)는 상부 거더의 연결 후 수평력과 가설벤트를 제거한 상태를 나타낸 정면도.Figure 3 (d) is a front view showing a state in which the horizontal force and the temporary vent removed after the connection of the upper girder.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
11, 31 : 강재 기둥 13, 32, 36 : 강재 거더11, 31: steel pillars 13, 32, 36: steel girders
12, 33 : 콘크리트 기초 14 : 용접 연결부12, 33: concrete foundation 14: welded connection
34 : 앙카볼트 35 : 가설벤트34: anchor bolt 35: temporary vent
H : 수평력 R : 벤트에 작용하던 거더 자중H: Horizontal force R: Weight of girder acting on vent
본 발명의 기술적 구성을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the technical configuration of the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.
첫번째, 도3의 (가)는 강재 기둥(31)을 미리 시공한 기초 콘크리트(33)에 앙카볼트(34)로 고정하여 설치한 상태를 나타낸 것으로, 이때 기둥과 일체로 시공된 상부거더(32)의 연장은 설계하중 재하 시 휨모멘트가 지배적인 단면력으로 작용되지 않는 위치까지로 하며 상부 거더의 연장을 L이라 할 때 그 위치는 약 1/10L ∼ 1/8L 부근이다.First, Figure 3 (a) shows a state in which the steel pillar 31 is fixed to the foundation concrete 33 pre-constructed by anchor bolt 34 and installed, wherein the upper girder 32 integrally constructed with the pillar The extension of) is to the position where the bending moment does not act as the dominant sectional force during the design load, and when the extension of the upper girder is L, the position is about 1 / 10L ~ 1 / 8L.
두번째, 도3의 (나)에 나타낸 바와 같이 기둥 사이의 2개소에 가설벤트(35)를 설치한 후 기둥과 일체 시공된 지점부 상부거더(32) 간의 내측 거리보다 소정의 길이만큼 짧게 제작된 중앙부의 거더(36)를 벤트 위에 얹어 놓은 상태로, 이때 중앙부 거더의 자중은 단지 중앙부 거더만이 저항하는 상태이다.Second, as shown in (b) of FIG. 3, the temporary vents 35 are installed at two positions between the pillars, and shorter than the inner distance between the pillars and the upper girder 32, which is integrated with the pillars, by a predetermined length. With the center girders 36 placed on the vents, the weight of the center girders is such that only the center girders resist.
세번째, 도3의 (다)에 나타낸 바와 같이 기둥 상단에 수평력(H)을 도입하는 단계 즉, 수평력을 도입한 상태에서 지점부의 상부거더(32)와 중앙부의 상부거더(36)를 고장력 볼트로 견고하게 체결하는 단계로, 이때 기둥 하단에는 외력에 의해 발생하는 단면력에 상쇄되는 가장 큰 단면력이 발생하며 중앙부의 거더에는 아무런 단면력도 발생하지 않는다.Third, the step of introducing the horizontal force (H) to the upper end of the column, as shown in Figure 3 (c), that is, the upper girder 32 and the upper girder 36 of the center portion with a high tension bolt in the state of introducing the horizontal force In the step of tightening firmly, at the bottom of the column, the largest cross-sectional force generated by the external force generated by the external force is canceled, and no cross-sectional force is generated in the girder at the center.
네번째, 도3의 (라)에 나타낸 바와 같이 상부거더의 연결이 종료된 후 기둥 상단에 가하였던 수평력(H)과 기둥 사이의 가설 벤트(35)를 제거하는 단계로, 정정 구조물 상태인 상기 세번째 단계와 부정정 구조물 상태인 현재 네번째 단계에서 발생하는 단면력의 차이만큼 기둥 하단 등에는 프리스트레스가 도입되며, 이 값이 설계하중 재하 시 발생하는 단면력을 상쇄시킬 수 있는 것이다.Fourth, as shown in (d) of FIG. 3, after the connection of the upper girder is terminated, a step of removing the temporary force 35 between the pillar and the horizontal force H applied to the top of the pillar is performed. Prestress is introduced at the bottom of the column by the difference of the cross-sectional force generated in the fourth stage, which is the state of the stage and indefinite structure, and this value can offset the cross-sectional force generated during the design load.
도3에 제시한 본 발명의 공법으로 도2에 예시한 지간 L=60m의 보도육교(기존의 라멘교 공법의 경우에 적용한 것과 동일한 조건의 단면제원을 갖는 것으로 가정)를 하중단계별로 구분하여 구조해석한 결과를 요약하여 나타내면 다음의 [표2] 와 같다.The structure of the sidewalk pedestrian bridge of section L = 60m illustrated in FIG. 2 (assumed to have a cross-sectional specification of the same conditions as applied in the case of the existing Ramen bridge construction method) shown in FIG. The results of the analysis are summarized in the following [Table 2].
[표2] 에서 하중단계 6, 7, 8 즉, 2차 고정하중, 활하중 및 온도하중 재하 시 발생하는 단면력은 기존의 라멘교에서와 동일한 값임을 알 수 있으며, 설계하중 재하 시 본 발명의 공법과 기존의 라멘교 공법의 최대 단면력의 증감정도를 비교하여 나타내면 다음 [표3] 과 같다.In Table 2, it can be seen that the cross-sectional forces generated during the loading stages 6, 7, 8, that is, the secondary fixed load, the live load and the temperature load are the same values as those of the conventional ramen bridge. Table 3 shows the comparison between the maximum and the maximum cross-sectional force of the existing ramen bridge method.
지간 L=60m의 보도육교를 기존의 라멘교 공법과 본 발명의 공법으로 적용하여 시행한 구조해석 결과를 참조할 때, 본 발명의 공법 적용 시 예상되는 기대효과는 다음과 같다.Referring to the results of the structural analysis performed by applying a sidewalk overpass of L = 60m between the existing Ramen bridge construction method and the construction method of the present invention, the expected effects when applying the construction method of the present invention are as follows.
첫째, 본 발명의 공법은 기존의 라멘교 공법과 비교하여 기둥 기초부에 발생하는 단면력을 크게 절감할 수 있는 것으로 나타났으며, 지간에 따라 그 정도의 차이는 있을 것으로 예상되나 L=60m의 경우 휨모멘트는 32.5%나 감소될 수 있는 것으로 나타났다.First, the method of the present invention was found to be able to significantly reduce the cross-sectional force generated in the base of the column compared to the conventional ramen bridge method, it is expected that there will be a difference in the degree depending on the distance, but L = 60m The bending moment can be reduced by 32.5%.
둘째, 본 발명의 공법을 적용한 경우, 상부거더 중앙부에 발생하는 휨모멘트는 기존의 라멘교 공법과 비교하여 크게 감소하는 것으로 나타났으며, 지간에 따라 그 정도의 차이는 있을 것으로 예상되나 L=60m의 경우 휨모멘트는 14.1%나 감소될 수 있는 것으로 나타났다.Second, when the method of the present invention is applied, the bending moment occurring in the center of the upper girder is significantly reduced compared to the conventional ramen bridge method, and it is expected that there will be a difference in the degree depending on the length, but L = 60m In this case, the bending moment can be reduced by 14.1%.
셋째, 본 발명의 공법은 기존의 라멘교 공법과 비교하여 상부거더 지점부에서의 단면력이 L=60m 지간의 경우 16.3% 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 지점부에서의 거더의 소요 높이는 중앙부보다 커야하며, 이는 일반적인 라멘교 형식의 철근콘크리트 구조물의 단면력과 비슷한 양상으로 미관적인 측면에서는 오히려 유리하게 작용 하는 것으로 판단된다.Third, the method of the present invention was found to increase 16.3% of the cross-sectional force at the point of the upper girder compared to the conventional ramen bridge method in the L = 60m area. Therefore, the required height of the girder at the point should be larger than the center, which is similar to the cross-sectional force of the reinforced concrete structure of the general ramen bridge type.
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| KR20010044518A (en) | 2001-06-05 |
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