KR100467848B1 - 교량용 강 박스 거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량 상판의 하중을 교각으로 전달하는 교량용 강 박스 거더에 있어서, 좌굴내력과 강도를 크게 증가시킬 수 있도록 함과 아울러, 부분 콘크리트 채움에 의하여 교량의 하중을 교대가 교각에 집중적으로 전달할 수 있도록 한 교량용 강 박스 거더를 개시한다.

이러한 본 발명의 목적은 강 박스 거더의 전면(全面)에 걸쳐 고른 좌굴 내력과 강성을 확보함과 아울러, 교량의 하중이 교대나 교각에 안전하게 전달할 수 있도록 하기 위한 것으로, 이를 위하여 본 발명은 파형강판을 측면과 저면에 모두 사용함과 아울러, 특히 저면에는 부분 콘크리트 채움에 의하여 교량의 하중이 집중되도록 하였다. 이에 따라, 본 발명은 거더의 휨모멘트에 대한 한계를 증가되도록 하고, 이에 따라 거더의 길이가 연장되어 교량 시공시 교각과 거더의 수를 감소시킬 수 있게 됨은 물론, 교량의 시공비용과 공기를 절감하고 미관이 저해됨을 방지하게 되는 효과가 있다.

Description

교량용 강 박스 거더{Steel Box girder for Bridge}

본 발명은 교량용 강 박스 거더에 관한 것으로, 특히 교량 상판의 하중을 교각으로 전달하는 교량용 강 박스 거더에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 교량은 강 또는 하천에 설치하여 차량 및 사람들이 안전하게이동하도록 하는 시설물로서, 강이나 하천 바닥면에 교각을 세우고 그 위에 거더(Girder)를 설치한 후, 상기 거더 위에 아스팔트를 포장하여 도로로 사용되는 것이다.

이러한 거더 가운데 콘크리트로 된 박스(Box)형 거더는 교량의 상판이 일체로 된 것이어서 교량의 시공시 공정과 비용을 절감할 수 있는 장점이 있으나, 사하중(Dead Load)이 크고 박스의 부피가 큰 문제점이 있다.그러므로, 근래에는 박스의 재질을 강재로 하여 사하중과 부피를 감소시킨 강 박스 거더가 개시된 바 있으며, 이러한 강 박스 거더를 도 1로 도시하였다. 이에서 알 수 있는 바와 같이 일반적인 교량은 상판(101) 하측에 금속으로 된 측부패널(102)을 결합시키고, 상기 측부패널(102)의 하단에 콘크리트로 된 하부패널(103)을 결합시키거나 또는 동일한 금속재로 된 상부패널(104)과 하부패널(103)및 측부패널(102)을 서로 용접시켜 박스형태가 되도록 하여서 된 것이다.

이러한 거더(100)는 전체가 콘크리트로 된 거더에 비하여 사하중과 부피를 감소시켜 시공의 용이성과 교량의 안전을 증진시키는 장점이 있으나, 강성이 작은 얇은 강판을 사용하므로 그 내부에 다수의 보강재(105)를 설치하여야 되고, 용접부위가 많아 교량의 시공이 복잡하며 피로안전도가 취약하게 되는 등의 문제와, 강판의 두께를 증가시키는데 한계가 있어 경간길이를 증대시키지 못하는 문제가 있다.

따라서 강 또는 하천의 폭이 넓은 경우 시공되는 거더(100)의 수를 증가시키거나 교량의 높이를 증가시키는 방법으로 경간을 증대시켜 교량을 시공하고 있으나, 이러한 경우 거더(100)에 용접부위와 볼트이음부가 증가되어 교량의 시공비용과 공기가 증가되고, 경관이 저해되는 등의 문제가 있다.그러므로, 근래에는 파형 강판을 사용하여 교량 상판의 전단좌굴내력과 강성을 향상시킬 수 있도록 한 교량의 상판 구조(일본특개 2001-115417; 이하 “인용발명”이라 함)가 제안된 바 있으며, 이는 상판웹(4)을 2매의 파형강판(4a,4b)으로 구성하고, 필요에 따라 공동(4d)에 콘크리트를 충진하여 줌으로써, 웹의 전단 좌굴내력강성을 향상시킨다. 이에 따라, 최대 스판을 100미터 이상으로 형성하는 것이 가능하게 되는 효과가 있다.반면에, 이러한 인용발명은 양측부에만 파형강판과 콘크리트로 된 복합부재에 의하여 좌굴 내력 강성을 지니게 되는 것이어서, 교량 하중이 상판 저면이나 지승 또는 교각으로 전달되는 과정에서 휨 모멘트를 흡수하지 못하게 되거나 휨압축에 의한 저항력이 약화되어 반복하중에 의하여 피로도가 증대되며, 이에 따라 별도의 좌굴 방지용 보강재의 설치가 필수적인 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 교량의 하중이 집중되는 강 박스 거더의 양측면과 저면에 별도의 보강재가 필요없을 정도의 충분한 좌굴내력과 강도를 부여하고, 특히 교각 상단의 지승과 접하는 부위에 교량의 하중이 집중되도록 한 교량용 강 박스 거더를 제안한다.

도 1은 종래 교량용 강 박스 거더를 도시한 설명도.

도 2는 본 발명에 의한 교량용 강 박스 거더를 도시한 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 교량용 강박스가 시공된 상태를 도시한 설명도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 강 박스 거더 11 : 몸체 12 : 하부패널

13,15 : 파형부 14 : 측부패널 16 : 보강재

17,18 : 보강판 19 : 스터드 20 : 콘크리트 충진부

21 : 상판 22 : 교각 23 : 지승

24 : 아스팔트 25 : I거더

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 교각의 상단에 지승이 설치되고, 그 위에 강 박스 거더를 설치하며, 그 위에 상판이 설치되도록 하되, 강 박스 거더의 상면은 보강 구조로 하고, 양측면과 저면은 강성이 우수한 파형강판으로 구성함과 아울러, 지승의 직 상방에 해당하는 강 박스 거더의 저면은 파형 강판과 콘크리트로 된 복합 소재층을 형성하여서 된 강 박스 거더를 제공한다.이에 따라, 본 발명은 양측면과 저면의 좌굴 내력이 크게 향상됨과 아울러, 지승의 직 상방에 해당하는 강 박스 거더의 해당 부위로 전체 교량의 하중을 집중시키게 됨으로써 교각의 수를 최소화할 수 있게 되어 시공 비용과 공기가 절감되며, 교량의 내구 수명을 연장시킬 수 있게 되는 효과가 있다. 이러한 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 교량용 강 박스 거더를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 교량용 강 박스 거더가 시공된 상태를 도시한 설명도이다.

본 발명은 하부패널(12)의 양측에 측부패널(14)을 결합시키고 측부패널(14)의 상측에 횡력을 지지하기 위한 보강재(16)를 일정 간격으로 결합시켜 몸체(11)를 형성하되, 상기 하부패널(12)과 측부패널(14)에 돌출부와 요입부가 연속되는 파형부(13)를 형성한다.

아울러 하부패널(12)에서 지승(23)과 접하는 부분의 상, 하측에 보강판(17,18)을 설치하고 상기 하부패널(12)의 요입부에 스터드(19)를 형성하며 상기 보강판(17,18) 사이에 콘크리트를 충진한 콘크리트 충진부(20)를 형성한다.

이와 같은 본 발명을 이용하여 교량을 시공하는 공정은 먼저, 강이나 하천에 세워진 교각(22)의 상단에 지승(23)을 설치하고, 지승(23)의 상측에 강 박스 거더(10)를 설치한다.

이어서 본 발명에 의하여 제작된 강 박스 거더(10)의 상측에 상판(21)을 올려놓고 상판(21)의 상측에 아스팔트(24)를 포장하여 차량이나 사람이 통행할 수 있도록 하면 교량의 시공이 완료된다.

이러한 본 발명은 하부패널(12)과 측부패널(14)에 형성된 파형부(13,15)에 의하여 좌굴 안정성이 우수해지므로 별도의 좌굴방지용 보강재를 설치할 필요가 없고, 휨모멘트가 우수하게 되어 강 박스 거더(10)의 경간을 연장할 수 있으며, 이에 따라 교량의 시공시 교각(19)과 거더의 개수가 감소되어 시공비용과 공기가 절감됨과 아울러 용접부위가 최소화되어 교량의 내구수명이 크게 연장됨은 물론, 반복하중에 대한 피로하중이 증대되어 교량의 안전도가 향상되고, 교각(19)의 난립으로 인한 강 또는 하천의 경관이 저해됨을 예방하며, 파형부(13,15)에 의하여 교량의 미관이향상된다.

특히, 본 발명에서는 지승(23)과 접하는 부분이 콘크리트 합성구조로 형성되었기 때문에 이 부분의 강판두께를 증가시키지 않더라도 콘크리트와 스터드(19) 그리고 파형부를 갖는 하부패널(12)과 보강판(17,18)이 결합된 복합소재의 좌굴내력과 강도가 가장 높으므로, 휨압축에 대한 저항력이 우수하게 되어 연속하중에도 불구하고 강성을 유지하게 된다. 이에 따라, 이 부분으로 교량 하중이 집중되면서 지승(23)을 따라 교각에 교량 전체의 하중이 안정하게 전달될 수 있는 것이다. 이에 따라, 본 발명은 스터드(19) 그리고 파형부를 갖는 하부패널(12)과 보강판(17,18)이 구하기 쉽고 가격이 저렴한 일반 철판을 사용하더라도 안전성을 확보할 수 있게 되는 것이다.또한, 본 발명은 별도의 좌굴 방지용 보강재를 설치할 필요가 없게 되어 시공 비용과 인건비을 줄이고, 공기를 단축할 수 있게 되고, 교량의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

이와 같이 하여 본 발명은 강 박스 거더의 하부패널 및 측부 패널에 파형부를 형성하여 줌과 아울러 상판 저면에는 보강재를 설치하여 줌으로써 완전한 강재 사각 단면 구조를 이룸과 동시에 하중이 많이 걸리는 측면과 저면 모두에 파형부를 형성함으로써, 좌굴 내력과 강도를 크게 향상시킴과 아울러, 특히, 본 발명은 교량의 전 하중이 집중되는 지승 상방의 하부 패널 부위에 보강판과 콘트리트 그리고 스터드에 의한 복합구조에 의하여 매우 높은 좌굴 내력과 강도를 확보하여 줌으로써, 전체 교량의 하중을 지승 상방으로 모아 교량의 하중을 안전하게 교각이나 교대에 전달하게 되는 것이다.이에 따라, 강 박스 거더 전체의 휨 모멘트를 최소화시켜 주고, 좌굴 내력과 강성을 효과적으로 상승시킬 수 있게 되어 내구 수명이 연장되어, 특히, 교각의 수를 최소화할 수 있게 되며, 공기 단축이 가능하고 시공 비용을 크게 줄일 수 있게 되며, 이러한 강 박스 거더에 사용되는 강재는 두께를 증가시키지 않은 일반 철판이면 충분하므로, 시공 비용을 더욱 절감할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 하부패널(12)의 양측에 측부패널(14)에 돌출부와 요입부가 연속되는 파형부(13)를 형성하되, 측부패널(14)의 양측을 잇는 보강재(16)를 일정 간격으로 설치하여서 된 몸체(11)와, 몸체(11)의 하부패널(12)에서 지승(23)과 접하는 부분의 상, 하측에 설치된 보강판(17,18)과, 상기 하부패널(12)의 요입부에 형성된 스터드(19)와, 상기 보강판(17,18)과 하부패널(12), 스터드(19) 사이에 콘크리트를 충진하여서된 콘크리트 충진부(20)를 구비함을 특징으로 하는 교량의 강 박스 거더.
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