KR100462925B1 - 외부 강선을 이용한 교량의 보강 공법 및 그에 적용되는강재정착물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬래브교나 라멘교등 내하력이 떨어진 교량에 적용할 수 있는 외부강선을 이용한 교량의 보강공법 및 그에 적용되는 강재정착물에 관한 것이다. 기존의 보강공법은 강선을 설치하여 긴장시키는데, 이때 필요한 장치인 강재정착물을 구조물의 양 단부측에 고정시켜야 한다. 따라서, 슬래브 교에서는 슬래브를 수직으로 관통시켜서 강봉을 사용하여 강재정착물을 고정하므로 관통 개소수가 많아 구조물에 심한 손상이 발생하였다. 또한 통과교통량이 많거나 슬래브 두께가 두꺼울 경우에 공사에 커다란 제약이 있어 이제까지는 주로 유리섬유나 탄소섬유등의 보강섬유를 슬래브하면에 부착시켜 슬래브를 보강하였으나 재료 특성상 내하력 개선에 한계가 있었다. 본 발명은 강재정착물의 고정시 슬래브를 PC강봉으로 관통하지 않고 슬래브 하면으로부터 PC강봉을 슬래브에 매입시켜 매입된 PC강봉이 정착력을 발휘하도록 하였으며, PC강봉들간에 일정거리를 유지하여 인발에 대한 안정성을 확보할 수 있는 ㄷ자형태의 강재정착물을 제공하였다. 또한 강재정착물의 플레이트 측면에 전단키를 설치하고 슬래브 바닥면을 일정 깊이 제거하여 그 내부에 고강도 무수축몰탈을 충진한 결과, 슬래브면과 정착플레이트간에 발생하는 마찰계수를 당초 0.5보다 큰 값인 1.0으로 증가시키고 강재정착물의 고정에 필요한 강봉의 인장 하중을 감소시킴으로써 강재정착물이 슬래브 하면에 마찰지지방식으로 지지되도록 하였다.

Description

외부 강선을 이용한 교량의 보강 공법 및 그에 적용되는 강재정착물{Method for reinforcing bridges using external steel wires and steel wire anchoring device applied to the same}

본 발명은 슬래브교나 라멘교등 내하력이 떨어진 교량에 적용할 수 있는 외부강선을 이용한 교량의 보강공법 및 그에 적용되는 강재정착물에 관한 것이다.

일반적으로 슬래브를 보강할 수 있는 종래의 기술은 주로 슬래브 하면에 유리섬유나 탄소 섬유를 붙여 보강을 하는 섬유 보강 공법을 사용하고 있다. 이 경우 슬래브 면에서의 박리문제, 적층수의 제약 등으로 내하력 개선 효과가 적어, 적극적인 내하력 개선에 한계가 있으며, 또한 공용 중 표면 박리가 일어날 우려가 있다, 또한 빔교에서 적용해 왔던 강선을 이용한 보강 공법을 슬래브에 적용할 경우슬래브를 수직으로 관통해서 강봉을 고정시켜야 하므로 작업 중 교량을 통과하는 차량의 통제가 필요하며, 또한 관통 개소수가 많으므로 작업시 철근이나 콘크리트의 손상이 있을 수 있으며, 열악한 환경하에 있는 상층부 슬래브 콘크리트와 방수층의 필연적인 손상이 따른다.

특히, 슬래브나 라멘구조의 교량의 경우, PC강선을 이용해서 보강할 경우 강재정착물의 설치를 위해 슬래브를 수직 관통해서 PC강봉을 고정시켜야 하므로 공사중 교량을 통과하는 차량의 통제가 필요할 뿐만 아니라, 수십 개소의 관통 작업에 의해 내부 철근과 열악한 환경 하에 있는 슬래브의 방수층이 필연적으로 손상되므로 사실상 적용이 불가능하였으며, 슬래브 하면부를 단순 천공하고 강봉을 매입하는 방법으로는 강재 정착물의 정착에 필요한 정착 하중이 커 강봉 인장시 슬래브에 매설된 강봉이 인발될 우려가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로 교량의 슬래브를 관통하지 않고 슬래브 내에 PC강봉을 확실하게 정착시켜 외부 강선을 설치하여 슬래브를 보강할 수 있는 교량의 보강공법 및 그에 적용되는 강재정착물을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 강재 정착물의 정면도이다.

도 2는 도 1의 강재 정착물의 측면도이다.

도 3은 도 1의 강재 정착물의 평면도이다.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 의한 외부 강선을 이용한 라멘교 및 슬래브교 등의 교량 보강공법의 시공 순서도이다.

도 5는 본 발명의 외부 강선을 이용한 교량 보강공법을 적용하여 보강된 라멘교를 도시한 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명에 이용되는 정착플레이트를 도시한 평면도 및 측면도이다.

도 7a 및 도 7b는 각각 도 6a의 정착플레이트에 보강플레이트 및 연결플레이트가 용접된 상태를 도시한 평면도 및 측면도이다.

도 8a 및 도 8b는 각각 도 7a의 정착플레이트에 지압빔을 연결한 상태를 도시한 평면도 및 측면도이다.

도 9a 및 도 9b는 각각 도 7a의 정착플레이트에 지압빔을 연결한 상태를 도식적으로 도시한 평면도 및 D-D 및 E-E 측면도들이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1...교량의 슬래브 하면, 2...PC 강봉

4...지압빔, 6...정착플레이트

8, 8'...천공홀, 10...PC 강선

11...홈부, 11'...몰탈충진부

12...볼트결합부, 14...임시 고정 양카 볼트

14'...앙카홀, 15...전단키

16, 163, 164...보강 플레이트, 18...에어홀

20...주입구, 161, 162...연결플레이트

본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 의하면 외부 강선을 이용하여 교량을 보강하는 공법에 있어서, 교량의 하면을 일정 부분 제거하는 단계; 상기 제거된 교량의 하면에 천공홀을 형성하는 단계; 상기 천공홀에 강봉을 매입하고 상기 천공홀의 나머지 부분에 고강도 무수축 몰탈 주입 후 양생하는 단계; 상기 강봉에 삽입되게 정착플레이트를 설치하고 상기 정착 플레이트와 상기 교량하면의 제거된 부분의 사이에 고강도 무수축 몰탈을 충진하는 단계; 상기 정착플레이트밑에 지압빔을 상기 강봉이 삽입되게 설치하고 강봉을 긴장하여 강재정착물을 형성하는 단계; 및 상기 지압빔에 강선을 설치하여 상기 교량의 하면에 설치된 다른 강재정착물과의 사이에 상기 강선을 긴장하는 외부 강선을 이용한 교량 보강공법을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 외부 강선을 이용하여 교량을 보강하는 강재정착물에 있어서, 교량의 하면을 일정 부분 제거하여 형성된 홈부에 형성된 천공홀에 삽입되는 강봉; 상기 천공홀에 강봉을 매입하고 상기 천공홀의 나머지 부분에 채워져 양생되는 고강도 무수축 몰탈 제1 충진부; 상기 강봉에 삽입되는 정착플레이트; 상기 정착플레이트와 상기 교량하면의 제거된 부분의 사이에 충진되는 고강도 무수축 몰탈 제2 충진부; 상기 정착플레이트밑에 상기 강봉이 삽입되게 설치되고 강봉을 긴장하여 강재정착물을 형성하는 지압빔; 및 상기 지압빔에 설치하여 상기 교량의 하면에 설치된 강재정착물과의 사이에 긴장하는 강선을 포함하는 강재정착물을 제공한다.

바람직하기로는 상기 교량의 하면에 형성되는 상기 강재정착물은 PC 강봉간에 일정 거리를 확보하여 인발에 대한 안정성을 확보할 수 있도록 2조의 정착플레이트와 지압빔을 포함하여 ㄷ자형으로 구성됨을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 정착플레이트의 측면에 설치된 전단키를 더 포함함을특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 교량의 하면에 천공되어 강봉이 삽입되는 천공홀 및 강봉은 점진적으로 확대된 단부를 가짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 외부 강선을 이용한 교량의 보강공법 및 그에 적용되는 강재정착물의 상세한 구성 및 동작에 대하여 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3에는 본 발명의 외부강선을 이용한 교량의 보강공법에 적용되는 강재정착물이 도시되어 있다. 본 발명은 모든 교량에 다 적용할 수 있으나, 본 실시예에서는 슬래브교나 라멘교에 적용하는 것을 실시예로 설명한다.

도 1 내지 도 3에 의하면, 본 발명의 강재정착물은 슬래브(1)하면에 확실하게 고정되고, 강봉(2)의 인장시 강봉(2)의 뽑힘 현상이 발생하지 않도록, 슬래브(1) 내의 천공홀(8)을 통하여 강봉(2)이 매입 정착될 수 있도록 하였다. 본 실시예에서는 강봉(2)이 천공홀(8)에 삽입된 후 천공홀(8)에 고강도 무수축 몰탈을 주입하여 양생시킨다. 이로써 고강도 무수축 몰탈의 충진에 의해 강봉과 교량의 하면에는 추가적으로 커다란 정착력이 발휘되도록 한다. 또한, 강봉(2)이 매입 설치될 교량 하면부의 슬래브(1) 내에 단부의 구경이 확대된 천공홀(8)을 만들고 점진적으로 확대된 단부를 갖는 강봉(2) 사이에서 발생하는 아칭 작용에 의한 정착력이 발생되도록 한다. 이로써, 본 발명의 점진적으로 확대된 단부는 종래의 단순 형태의 PC 강봉(2)의 경우에 비해 강봉 단부에서 추가적으로 커다란 정착력을 발휘하도록 하였다.

본 발명의 실시예에서는 상기 천공홀(8)이 점진적으로 확대된 단면 형상을 구비하도록 형성하여 상기 천공홀(8)에 삽입되는 강봉(2)도 점진적으로 확대된 단부를 구비하여 상기 천공홀(8)에 삽입되도록 도시되었으나, 천공홀과 강봉의 단면 형상이 반드시 점진적으로 확대된 단부를 가질 필요는 없다. 다만 본 발명에서는 바람직한 실시예로 천공홀에 고강도 무수축 몰탈을 충진할 뿐만 아니라 천공홀 및 강봉의 단부를 점진적으로 확대된 단부를 구비하도록 하였으나, 당업자가 교량의 하중 조건 및 교량의 상태에 따라서 점진적 단부 형상의 천공홀 및 강봉의 적용을 적절히 선택하여도 될 것이다.

또한, 본 발명의 강재정착물은 PC 강봉(2)간의 일정거리를 확보하여 인발에 대한 안정성을 확보 할 수 있도록 2조의 정착플레이트(14)와 지압빔(4)으로 구성된 ㄷ자형 강재정착물이다. 정착플레이트(6)는 플레이트 측면에 전단키(15)를 설치하고 정착 플레이트(6)가 설치될 슬래브 바닥면을 일정깊이로 제거하여 그 내부에 고강도 무수축 몰탈을 충진함으로써, 슬래브(1)면과 정착플레이트(6) 사이에 발생하는 마찰 계수를 당초 0.5보다 큰 값인 1.0으로 증가시켜 강재정착물의 고정에 필요한 강봉의 인장하중을 획기적으로 감소시켰다. 상기 전단키(15)는 상기 정착플레이트(6)의 측부에 용접결합되어 무수축 몰탈 충진부(11')에 지지된다. 이러한 일련의 구조를 통하여 강재정착물을 슬래브(1) 하면에 마찰 지지방식으로 정착시키는 것이 가능하게 된다. 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 정착플레이트(6)는 슬래브(1)와 고정앙카볼트(14)로 결합된다. 지압빔(4)은 정착플레이트(6)로부터 상기 지압빔(4)의 측부와 직하 접촉된 보강플레이트(16)와 볼트(12)로 결합된다. 정착플레이트(6)상에는 에어홀(18)과 몰탈주입구(20)가 형성되어 슬래브 제거부(11)에 무수축 몰탈(11')을 충진할 수 있다.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 의한 외부 강선을 이용한 라멘교 및 슬래브교 등의 교량 보강공법의 시공 순서도이다. 도 5는 본 발명의 외부 강선을 이용한 교량 보강공법을 적용하여 보강된 라멘교를 도시한 도면이다. 도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명에 이용되는 정착플레이트를 도시한 평면도 및 A-A 측면도이다. 도 7a 및 도 7b는 각각 도 6a의 정착플레이트에 보강플레이트 및 연결플레이트가 용접된 상태를 도시한 평면도 및 B-B 측면도이다. 도 8a 및 도 8b는 각각 도 7a의 정착플레이트에 지압빔을 연결한 상태를 도시한 평면도 및 C-C 측면도이다. 도 9a 및 도 9b는 각각 도 7a의 정착플레이트에 지압빔을 연결한 상태를 도식적으로 도시한 평면도 및 D-D 및 E-E 측면도들이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여, 외부강선을 이용한 교량의 보강공법의 상세한 시공 과정을 도 4a 내지 도 4f를 참조하여 설명하기로 한다.

도 4a에서 1단계로 철근 탐지기를 이용하여 철근을 조사한 후 정착플레이트(6)가 설치될 슬래브(2) 하면을 적당하게 제거한다.

도 4b에서 2단계로 슬래브(1) 하면의 바닥에서 상향으로 PC 강봉(2) 고정용 천공홀(8)을 4개소 천공하고 천공홀의 단부의 공경을 확대한다.

도 4c에서 3단계로 점진적으로 확대시킨 단부를 갖는 강봉(2)을 천공홀(8)에 삽입한 후 에어홀(미도시)과 주입구(미도시)를 설치하고 고강도 무수축 몰탈을 천공홀(8)에 주입 양생한다.

도 4d에서 4단계로 미리 제작된 정착구 플레이트(6)를 상기 강봉(2)의 홀을 통하여 상기 슬래브 하면 제거부에 삽입설치하고 그 내부(11)에 에어홀(18) 및 주입구(20)를 통하여 고강도 무수축 몰탈(11')을 충진한다. 이때, 정착플레이트(6)는 상기 슬래브에 고정앙카볼트(14)로 결합된다.

도 4e에서 5단계로 강봉(2)의 홀을 통하여 삽입하여 정착플레이트(6)와 접하도록 지압빔(4)을 설치하고 강봉(2)을 소정의 긴장력으로 긴장한다. 여기서 지압빔(4)은 정착플레이트(6)로부터 직하 신장된 보강플레이트(16)와 볼트(12)로 결합된다.

도 4f에서 6단계로 상기 설치된 지압빔(4)에 PC 강선(10)을 설치한 후 강선을 긴장하여 정착시킨다.

이로써 본 발명의 외부강선을 이용한 교량의 보강공법에 의한 마찰지지방식의 강재정착물의 시공이 완료된다.

도 5에는 라멘교에 본 발명의 외부강선을 이용한 보강공법을 채용한 경우를 도시한 것으로, 라멘교(50)의 슬래브(1)의 하면에 천공훌을 형성하여 강봉(2)을 매입하고 강재정착물이 설치될 슬래브의 하면을 제거하여 홈부(11)를 형성한 후, 그 홈부(11)에 몰탈(11')을 충진하고 정착플레이트(6)와 지압부(4)를 볼트로 고정설치하여 지압부(4)에 고정설치된 강선(10)을 긴장시켜 마찰지지 보강되도록 한다.

도 6a 및 도 6b에서, 정착플레이트(6)는 일반 강재플레이트에 PC 강봉(2)을 삽입할 홀(8')을 형성하고, 정착플레이트(6)를 슬래브에 임시로 고정할 고정앙카홀(14')을 형성한다. 또한 정착플레이트(6)의 측단에는 전단키(15)를 형성하여 전단키(15)가 몰탈충진부(11')에 걸려 미끄러지지 않도록 한다. 즉, 전단키(15)에 의하여 강재정착물은 슬래브하면에 마찰지지된다.

다음 도 7a 및 도 7b에서, 정착플레이트(6)에 지압빔(4) 연결플레이트(161, 162) 및 보강플레이트(163, 164)를 용접설치한다.

다음 도 8a 및 도 8b에서, 정착플레이트(6)에 지압빔(4)을 볼트(12)로 연결고정한다.

이렇게 하여 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같은 강재정착물이 형성된다.

따라서 본 발명은 상술한 바와 같이, 바람직한 실시예에 따라서, 강재정착물의 고정시 슬래브를 PC강봉으로 관통하지 않고 강봉을 슬래브 하면에 형성된 천공홀에 매입 후 고강도 무수축 몰탈을 충진하여 정착력을 확보하거나, 이에 덧붙여 슬래브 하면에서 점진적으로 확대된 단부를 갖는 PC강봉을 슬래브에 매입시켜 확대된 단부와 더불어 PC강봉의 나머지 부위에서 각각 정착력을 발휘하도록 하였으며, PC강봉들간의 거리가 일정거리를 유지하여 인발에 대한 안정성을 확보할 수 있는 ㄷ자형태의 강재정착물을 제공하였다. 또한 강재정착물의 플레이트 측면에 전단키를 설치하고 슬래브 바닥면을 일정 깊이로 제거하여 그 내부에 고강도 무수축 몰탈을 충진한 결과, 슬래브면과 정착플레이트간에 발생하는 마찰계수를 당초 0.5보다 큰 값인 1.0으로 증가시키고 강재정착물의 고정에 필요한 강봉의 인장 하중을 감소시킴으로써 강재정착물이 슬래브 하면에 마찰지지방식으로 지지하여, 공사의 품질 및 시공비면에서 유리한 보강공법을 제공한다. 이러한 일련의 구조로 슬래브를 관통하여 강재정착물을 지지하는 것과 동등한 효과를 얻을 수 있어 강재정착물이 슬래브 하면에 마찰지지방식으로 지지될 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시 예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims (8)

1. 외부 강선을 이용하여 교량을 보강하는 공법에 있어서,

   교량의 하면을 일정 부분 제거하는 단계;

   상기 제거된 교량의 하면에 천공홀을 형성하는 단계;

   상기 천공홀에 강봉을 매입하고 상기 천공홀의 나머지 부분에 고강도 무수축 몰탈 주입 후 양생하는 단계;

   상기 강봉의 홀을 통하여 상기 교량 하면의 제거부에 삽입되게 정착플레이트를 설치하고 상기 정착 플레이트와 상기 교량하면의 제거된 부분의 사이에 고강도 무수축 몰탈을 충진하는 단계;

   상기 정착플레이트밑에 지압빔을 상기 강봉의 홀을 통하여 삽입되게 설치하고 강봉을 긴장하여 강재정착물을 형성하는 단계; 및

   상기 지압빔에 강선을 설치하여 상기 교량의 하면의 다른 강재정착물과의 사이에 상기 강선을 긴장하는 외부 강선을 이용한 교량 보강공법.
2. 제1항에 있어서, 상기 교량의 하면에 형성되는 상기 강재정착물은 PC 강봉간에 일정 거리를 확보하여 인발에 대한 안정성을 확보할 수 있도록 2조의 정착플레이트와 지압빔을 포함하여 ㄷ자형으로 구성됨을 특징으로 하는 외부 강선을 이용한 교량 보강공법.
3. 제1항에 있어서, 상기 정착플레이트의 측면에 전단키를 설치하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 외부 강선을 이용한 교량 보강공법.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교량의 하면에 천공되어 강봉이 삽입되는 천공홀 및 강봉은 점진적으로 확대된 단부를 가짐을 특징으로 하는 외부 강선을 이용한 교량 보강공법.
5. 외부 강선을 이용하여 교량을 보강하는 강재정착물에 있어서,

   교량의 하면을 일정 부분 제거하여 형성된 홈부에 형성된 천공홀에 삽입되는 강봉;

   상기 천공홀에 강봉을 매입하고 상기 천공홀의 나머지 부분에 채워져 양생되는 고강도 무수축 몰탈 충진부;

   상기 강봉에 삽입되는 정착플레이트;

   상기 정착플레이트와 상기 교량하면의 제거된 부분의 사이에 충진되는 고강도 무수축 몰탈;

   상기 정착플레이트밑에 상기 강봉이 삽입되게 설치되고 강봉을 긴장하여 강재정착물을 형성하는 지압빔; 및

   상기 지압빔에 설치하여 상기 교량의 하면의 타측에 설치된 강재정착물과의 사이에 긴장하는 강선을 포함하는 강재정착물.
6. 제5항에 있어서, 상기 교량의 하면에 형성되는 상기 강재정착물은 PC 강봉간에 일정 거리를 확보하여 인발에 대한 안정성을 확보할 수 있도록 2조의 정착플레이트와 지압빔을 포함하여 ㄷ자형으로 구성됨을 특징으로 하는 강재정착물.
7. 제5항에 있어서, 상기 정착플레이트의 측면에 설치된 전단키를 더 포함함을 특징으로 하는 강재정착물.
8. 제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 교량의 하면에 천공되어 강봉이 삽입되는 천공홀 및 강봉은 점진적으로 확대된 단부를 가짐을 특징으로 하는 강재정착물.