KR100440802B1 - 온도프리스트레싱 보강재 접합방식을 이용한 교량의보강공법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

온도프리스트레싱 보강재 접합방식을 이용한 교량의 보강공법

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 요지

보강하고자 하는 교량의 구조적 특성에 따라 교량의 주형 상 ·하부나 측면, 또는 바닥판에 강재 보강재의 정착을 위한 볼트를 설치하여, 강재 보강재를 배치하고, 상기 강재 보강재를 시공단계에서 한시적으로 가열함으로써 인위적인 온도분포를 부여하고, 기 설치된 볼트와의 현장이음을 체결한 후 가열을 중지함으로써 상기 인위적인 온도분포를 제거하면, 온도하강으로 인한 상기 강재 보강재의 수축변형에 의해 발생하는 기존 교량 구조물의 단면력으로 교량에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중 등에 의한 단면력의 일부를 상쇄시키고, 또한 상기 강재 보강재에 의해 구조단면을 증가시킴으로써 교량의 내하력을 향상시키는데 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 교량의 주형 상 ·하부나 측면, 또는 바닥판에 강재 보강재를 정착을 위한 볼트를 설치하는 단계; 상기 교량에 정착하기 위한 강재 보강재를 배치하는 단계; 열원을 제공하여 강재 보강재의 열변형을 유발하는 단계; 기 설치된 볼트와의 체결을 수행한 후나 체결하기 직전에 상기 열원을 제거함으로써 현장이음 체결 완료후 발생하는 온도 하강에 따른 강재 보강재의 수축력에 의해 기존 교량 구조물에 사하중과 활하중에 의한 단면력과 반대되는 단면력이 발생되도록 온도변형을 도입하는 단계를 포함한다.

4. 발명의 중요한 용도

강재 보강재에 발생시킨 온도프리스트레싱을 이용하여 교량에 사하중 및 활하중에 의해 발생하는 응력을 부분적으로 상쇄시키고, 강재 보강재 설치에 의한 구조단면의 증가로 교량의 내하력을 향상시킬 수 있도록 하는 교량의 보강공법을 개발하는 것임.

Description

온도프리스트레싱 보강재 접합방식을 이용한 교량의 보강공법{Retrofitting Method of Bridges Using Thermal Prestressing Members}

본 발명은 강재 보강재의 온도변형 특성을 이용하여 노후되거나 내하력이 부족한 교량을 보강하는 교량의 보강공법에 관한 것으로, 보강되는 교량의 구조적 거동특성에 따라 교량의 주형 상 ·하부나 측면, 또는 바닥판 하부에 강재 보강재 정착을 위한 볼트를 설치하여, 강재 보강재를 배치하고, 상기 강재 보강재의 일부 구간을 시공단계에서 한시적으로 가열함으로써 인위적인 온도분포를 부여하고, 기 설치된 볼트와 현장이음을 체결한 후 가열을 중지함으로써 상기 인위적인 온도분포를 제거하면, 온도하강으로 인한 상기 강재 보강재의 수축변형에 의해 기존 구조물에 발생하는 단면력으로 교량에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중 등에 의한 단면력의 일부가 상쇄되고, 또한 상기 강재 보강판에 의해 구조단면이 증가되어 교량의 내하력을 향상시키는 강재 보강재의 온도변형을 이용한 교량의 보강공법에 관한 것이다.

현재까지 교량의 내하성능 증진을 위해 사용되고 있는 보강공법들과 비교하여, 인위적인 온도분포 제거시 발생하는 강재 보강재의 열변형에 의한 수축력을 이용하여 교량의 단면력의 일부를 상쇄하여 확실한 내하성능 증가효과를 얻을 수 있는 공법으로, 본 발명과 같이 프리스트레싱 텐던을 사용하지 않고 온도변화에 따른 강재 보강재의 수축변형을 이용하여 교량에 프리스트레싱 효과를 도입하는 공법은현재까지 제시되지 않고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 노후되거나 내하력이 부족한 교량의 보강을 위하여 안출된 것으로써, 보강하고자 하는 대상교량의 구조적 특성에 따라 교량의 주형 상 ·하부나 측면, 또는 바닥판에 강재 보강재 정착을 위한 볼트를 설치하여 강재 보강재를 배치하고, 상기 강재 보강재의 일부 구간을 가열함으로써 시공단계에서 한시적으로 인위적인 온도분포를 부여하고, 현장이음 체결 완료후의 온도하강에 따라 발생하는 강재 보강재의 수축변위에 의해 보강되는 구조물에 발생하는 단면력으로 교량에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중 등에 의한 단면력의 일부를 상쇄하고, 이와 함께 상기 강재보강재에 의해 구조단면을 증가시켜 전체적인 교량의 내하력을 향상시키는, 강재 보강재의 온도변형 특성을 이용한 교량의 보강공법을 제공함에 그 목적이 있다.

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

도1은 강재 보강재를 정착하기 위해 교량단면에 설치한 볼트를 나타낸 모식도

도2는 일반적인 강판형상의 강재 보강재의 형상을 나타낸 모식도

도3은 현장이음 체결 이전의 강재 보강재의 배치를 나타낸 모식도

도4는 가열에 의해 강재 보강재에 발생하는 온도분포의 형상을 나타낸 모식도

도5는 가열에 의해 강재 보강재가 변형된 상태에서 볼트 현장이음을 체결했을 때 구조시스템의 형상을 나타낸 모식도

도6은 강재 보강재와 볼트와의 현장이음 체결과 가열 중단이 완료된 후에 구조시스템에 발생하는 변형을 나타낸 모식도

도7a 내지 7c는 도2에 도시된 강재 보강재에 적용될 수 있는 온도분포의 실시예시도

도8은 본 발명에 의한 강재 보강재의 가열장치의 실시예시도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 볼트 또는 앵커볼트, 2: 강재 보강재, 3: 가열장치, 4: 온도측정센서

5: 보온단열재

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 강재 보강재를 정착시키기 위한 볼트를 설치하는 제 1 단계; 강재 보강재를 배치하는 제 2 단계; 상기 강재 보강재에 필요한 온도분포가 발생하도록 열원을 제공하여 열변형을 일으키는 제 3 단계; 상기 제 3 단계에서 제공된 열원에 의해 온도분포를 가지는 강재 보강재와 상기 제 1 단계에서 설치한 볼트와의 현장이음을 체결한 후 상기 인위적 온도분포를 제거하여, 온도하강에 따라 상기 강재 보강재에 수축변형이 발생하게 함으로써, 기존 교량 구조물에 사하중(고정하중)과 활하중 등에 의한 단면력과 반대되는 단면력이 발생되도록 온도변형에 의한 프리스트레싱 효과를 도입하는 제 4 단계를 포함하는 교량의 보강공법을 제공한다.

또한, 본 발명 중 상기 교량의 보강공법에서 강재 보강재에 온도분포를 발생시키는 장치는, 상기 강재 보강재에 설치되며 볼트를 이용한 강재 보강재와 교량의 현장이음이 체결이 완료되거나 체결 직전의 시점까지 인위적인 온도분포를 부여하도록 열원을 제공하는 수단; 상기 강재 보강재에 장착되며 상기 열원제공 수단으로부터 설정된 온도분포가 유지되도록 제공되는 열원에 의해 변화되는 온도를 감지하여 출력하는 온도감지수단; 상기 온도감지수단의 신호를 인가받도록 연결되어 있으며 상기 강재 보강재의 연결이 완료될 때까지 상기 강재 보강재에 소정 형태의 인위적 온도분포를 유지하도록 상기 열원 제공 수단을 제어하는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 노후되거나 내하력이 부족한 교량에서, 보강하고자 하는 교량의 구조적 거동 특성에 따라 교량의 주형 상 ·하부나 측면, 또는 바닥판에 강재 보강재를 접합시키는 보강공법으로, 기존의 보강공법과 달리 강재 보강재를 접합하기 전에 강재 보강재의 일부 구간에 가열을 통해 인위적인 온도분포를 유지한 상태에서 접합을 체결하고, 접합완료 후에 인위적인 온도분포를 제거함으로써, 상기 강재 보강재의 수축현상에 의해 발생하는 프리스트레싱 효과를 이용하여 교량에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중등에 의한 단면력의 일부를 상쇄하고, 이와 함께상기 강재 보강재에 의한 구조단면 증가효과에 의해 교량의 내하력을 향상시키는, 강재 보강재의 온도변형을 이용한 교량의 보강공법을 제공하는 것을 특징으로 한다. 여기에서 강재 보강재의 접합에는 고장력 볼트를 이용한다.

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

노후되거나 내하력이 부족한 교량에 도1과 같이 교량의 주형 상 ·하부나 측면, 또는 바닥판에 강재 보강재 정착을 위한 볼트를 설치하거나, 강합성형 교량으로서 보강시 바닥판의 재타설을 요하는 경우에는 강형의 상부에 강재 보강재를 정착시키기 위한 볼트를 설치한 후, 도2와 같이 사각 단면 형상을 갖는 강재 보강재를 도3에서 도시한 바와 같이 내하력이 부족한 교량의 하부에 배치하고, 외부구속이 없는 상태에서 강재 보강재의 정착을 위한 볼트 설치 구간을 경계로 단계별 온도차를 띄는 열원 즉, 도4에서 도시한 것처럼 강재 보강재의 정착을 위해 마련된 볼트 설치 구간을 경계로 중앙부에 최고 온도가 유지되고, 양끝단부로 갈수록 단계저긍로 낮은 온도의 열원을 공급하면, 상기 강재 보강재에는 무응력 상태의 변형이 발생한다.

상기의 변형이 발생한 상태를 유지시키면서 강재 보강재를 기 설치된 볼트에 현장이음으로 연결하면, 구조 시스템은 도5에서 도시한 바와 같이 사하중 및 활하중 등에 의하여 단면력의 일부가 상쇄되어 노후되거나 내하력이 부족한 교량의 주형 바닥판에 강재 보강재가 밀착된 형상을 갖는다.

상기의 현장이음의 체결이 완료된 후, 상기의 강재 보강재에 작용시켰던 열원을 제거하면, 상기 강재 보강재의 온도하강에 의한 수축변형에 따라 상기 교량에는 도6에서와 같이 사하중(고정하중) 및 활하중 등으로 인해 발생하게 되는 변형 및 단면력과 반대되는 변형과 단면력이 발생하여 기존 교량시스템에 가해지는 응력을 감쇄시킬 수 있는 특징이 있다.

상기 실시예는 I-형 강형단면, RC T-빔 단면, RC 슬래브단면 등을 가지는 단순지간의 교량과 2경간 연속 교량에 본 발명을 적용한 예이지만, 필요에 따라서는 어떠한 단면 형상을 가지는 다경간 교량에도 교량시스템의 사하중(고정하중) 및 활하중 등으로 인해 발생하는 단면력을 감소시킬 수 있도록 강재 보강재를 설치할 수 있다.

본 실시 예에서, 도4에 도시된 상기 강재 보강재 단면에 작용하는 온도분포는 상기 강재 보강재와 상온의 온도차이만을 나타내는 온도구배이다.

한편, 본 실시예에서는 상기 강재 보강재의 경우에는 도2에 도시된 바와 같이 사각 단면 형상을 가지는 강판부재의 형태로 한정한 예를 제시하고 있지만, 이에 국한하는 것은 아니며 경우에 따라 복수의 strip형태의 강판, I-형 단면, H-형 단면 등의 기타 강부재 단면을 이용할 수도 있다.

상기 도2에 도시된 사각 단면 형상의 강재 보강재에는 필요에 따라 도7a 내지 도7c에 도시된 바와 같은 온도분포를 가질 수 있다.특히, 도7a에서 도시한 바와 같이 강재 보강재의 정착을 위해 마련된 볼트 설치구간을 경계로 중앙부에 최고온도의 열원이 공급되고, 양끝단부로 갈수록 단계적으로 낮은 온도의 열원을 공급하되, 동일한 구간 내에서는 일정한 온도가 유지되도록 함으로써, 상기 강재 보강재의 무응력 상태의 변형에 있어서, 변형의 정도를 중앙부에 집중시킬수 있게 된다. 따라서, 사하중 및 활하중 등에 의해 단면력의 일부가 상쇄되어 노후되거나 내하력이 부족한 교량의 주형 중 변형의 정도가 심한 부위와 그렇지 않은 곳의 내부 응력 감쇄 정도를 단계별로 보강하여 전체 교량의 내부 응력 분포를 고르게 보강할 수 있게 된다.

한편, 상기 강재 보강재 단면에 온도분포를 부여하기 위한 본 발명의 온도분포 발생 장치는 도8에 도시된 바와 같다.

도8은 전열선에 의한 히터를 이용하여 강재 보강재에 온도분포를 부여하는 장치를 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 상기 강재 보강재(2)에 부착 설치되어 기존 교량 구조물에 설치된 볼트(1)와의 체결이 완료될 때까지 온도분포를 부여하도록 열원을 제공하는 히터(3)와, 상기 강재 보강재(2)에 장착되며 히터(3)로부터 제공되는 열원의 온도가 설정된 온도분포가 되도록 조절하는 온도측정센서(4)와, 상기 온도측정센서(4)의 신호를 인가받을 수 있으며 상기 보강용 강형의 체결이 완료될 때까지 소정 온도분포를 유지하도록 제어하는 콘트롤러로 구성된다. 여기서, 상기 히터(3)는 강재 보강재 중 적어도 한 부위를 가열구간으로 하여 배치하며, 필요에 따라 상기 강재 보강재(2)에 제공되는 온도가 외부 대기온도로부터 영향을 받지 않도록 상기 강재 보강재(2)에 보온단열재(5)를 설치할 수도 있다.

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 교량에서, 보강하고자 하는 교량의 구조적 거동 특성에 따라 교량의 주형 상 ·하부나 측면, 또는 바닥판에 강재 보강재를 접합시키는 보강공법으로, 기존의 보강공법과 달리 강재 보강재를 접합하기 전에 강재 보강재의 일부 구간에 가열을 통해 인위적인 온도분포를 유지한 상태에서 접합을 체결하고, 접합완료 후에 인위적인 온도분포를 제거함으로써, 상기 강재 보강재의 수축현상에 의해 발생하는 프리스트레싱 효과를 이용하여 교량에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중 등에 의한 단면력의 일부를 상쇄하고, 이와 함께 상기 강재 보강재에 의한 구조단면 증가효과에 의해 교량의 내하력을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 보강을 수행할 교량 주형의 상 ·하부나 측면, 또는 바닥판에 강재 보강재를 정착시키기 위한 볼트를 설치하는 제 1 단계;

   상기 교량의 하부에 강재 보강재를 배치하는 제 2 단계;

   상기 강재 보강재의 일부 필요한 구간에 온도분포를 가지도록 열원을 제공하여 강재 보강재의 온도변형을 유발하는 제 3 단계;

   상기 제 3 단계에서 제공된 열원에 의해 소정의 온도분포를 갖는 강재 보강재와 상기 제 1 단계에서 설치한 볼트와의 현장이음을 수행하는 제 4 단계;

   상기 제 4 단계 수행 후나 수행하기 직전에, 상기 강재 보강재에 형성된 인위적 온도분포를 제거함으로써 현장이음 체결 완료후 발생하는 강재보강재의 수축변형에 의해, 기존 구조물에 강재 보강재에 의한 프리스트레싱 효과를 도입시켜 사하중(고정하중)과 활하중 등에 의한 단면력과 반대되는 단면력이 발생되도록 하는 제 5 단계로 이루어지는 교량의 보강공법에 있어서,

   상기 제 3 단계는 상기 강재 보강재의 정착을 위해 마련된 볼트 설치구간을 경계로 중앙부에 최고 온도의 열원이 공급되고, 양끝단부로 갈수록 단계적으로 낮은 온도의 열원을 공급하되, 동일한 구간 내에서는 소정의 설정온도가 분포 되도록 하는 것으로, 상기 강재 보강재의 구간별 변형정도에 따라 교량의 내부 응력 감쇄를 다르게 보강하도록 하며,

   상기 제 5 단계에서 열원제거 시기는 상기 강재 보강재와 볼트의 현장이음의 체결이 완료되는 시점이나 현장이음의 원활한 체결을 위하여 체결 직전으로 정한 것을 특징으로 하는 교량의 보강을 위한 시공방법.
5. 삭제