KR100492373B1 - 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체는, 주요 수평 몸체부를 이루는 상부슬래브와, 상부슬래브의 양단에 길이방향으로 연장되어 마련되는 접속슬래브와, 상기 상부슬래브를 지지하는 교각 및 교대를 구비하는 일반적인 교량 구조체에 있어서, 상기 상부슬래브와 교각 및 접속슬래브는 연속 일체형으로 형성되고, 상기 교대의 설치 위치에는 교대 대신에 헌치 및/또는 다소 깊은 거더가 상부슬래브와 일체로 각각 형성되며, 상기 각 헌치 및/또는 다소 깊은 거더는 말뚝에 의해 각각 지지되되, 그 각 말뚝은 헌치 및/또는 다소 깊은 거더와 일체가 되도록 강체 연결된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 고가의 받침이나 신축이음을 설치하지 않고, 접속슬래브를 포장 구조로 대치하고, 과대한 교대를 거더 구조로 대치하며, 각 구조 부재요소를 강체 연결에 의해 일체화함으로써 초기 공사비뿐만 아니라 유지관리 활동이 거의 없어 교량의 생애주기 비용이 대폭 절감되는 효과와 연속화에 따른 구조 여용성 증대 및 내구성 증대로 교량 공용 수명이 증가되는 등 중소규모의 교량건설에서 매우 우수한 시공 효과를 거둘 수 있다.

Description

무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체{Non-Bearing, Jointless and Non-Abutment Bridge Structure}

본 발명은 중·소규모의 하천, 도로, 철도 및 성토 지반 등을 횡단하기 위해 설치하는 교량 구조체에 관한 것으로서, 더 상세하게는 종래 교량에서 설치되어온 교량 받침, 신축이음 및 교량 시종점부의 역T형 교대 구조를 설치하지 않고 교량의 상부슬래브, 교각 및 접속슬래브를 일체로 구축하고, 종래 역T형 교대 구조 대신 상부슬래브와 접속슬래브 연결 헌치(hunch)를 이용한 거더(girder)나, 다소 높이를 갖는 거더에 횡방향에 대해 유연한 강성 및 거동을 갖는 말뚝으로 지지하도록 하여구축한 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체에 관한 것이다.

일반적으로, 종래 교량에서는 교량의 상부구조에서 발생하는 온도 변화를 수용하기 위해 교대 및 교각에 받침과 신축이음 요소를 설치하며, 교량 시종점에서 역T형 교대를 설치하여 상부 구조를 지지하도록 하고, 단차가 발생하지 않도록 교대 배면의 코벨(corbel)에 힌지 연결 형태로 접속슬래브를 설치하고 있다.

도 1은 종래 연속 슬래브 교량의 구조를 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 연속 슬래브 교량은 교량 시종점부 교대(120) 및 중간 교각(110)에 신축이음(150)을 설치하고, 교대(120) 및 교각(110)에 받침(140)을 설치하여 상부슬래브(100)를 지지하도록 함으로써, 온도변화에 대해 고정단 교각 (110)을 중심으로 받침(140)의 중심선이 이동하도록 하고 있다. 또한, 교대(120)의 상단부에는 받침(140)과 신축이음(150)을 설치하여 교대(120)와 상부슬래브(100)를 분리한다. 이러한 교대(120)는 교량 상부구조의 하중, 교대 자체 자중 및 배면 토 압을 지지하기 위하여, 기초 폭은 높이의 0.7배 정도를 갖는 직접 기초로 구축하거나, 다열의 기초말뚝(125)으로 지지시켜 이동이 거의 발생하지 않도록 역T형 형태로 구축한다. 그리고, 교대(120)의 배면에 포장단차가 발생하여 주행성이 저하되지 않도록 교대(120)의 코벨(121) 구조에 포장구조와 별도로 접속슬래브(130)를 힌지연결 형태로 연결하고 있다.

도 2는 종래 라멘 교량의 구조를 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 종래 라멘 교량은 상기 도 1의 연속 슬래브 교량에서의 교각(110)과 상부슬래브(100)가 받침으로 지지 및 분리되는 구조를 교각(110)과 상부슬래브(100)를 일체 구조로 변경한 것으로서, 교대(120) 부분의 구조는 상기 도 1의 연속 슬래브 교량과 동일한 구조를 갖는다. 즉, 교대(120) 부분에는 도 1의 연속 슬래브 교량에서처럼 받침(140), 신축이음(150) 및 접속슬래브(130)를 설치하고, 교대(120)의 형태도 도 1의 연속 슬래브 교량과 같이 역T형의 형태를 갖는다. 도 1 및 도 2에서 참조 번호 115는 교각 기초말뚝, 145는 교량 받침 보강 콘크리트, 160은 도로 포장구조를 각각 나타낸다.

도 3은 종래 거더형 교량(PSC 빔 합성형교, 강합성형교)의 구조를 보여주는도면이다.도 3을 참조하면, 종래 거더형 교량은 일반적인 역T형 교대 대신 H말뚝(225)을 일렬로 배치하여 지지된 높이가 낮은 교대(220)와 교량 상부의 바닥판(200)이 결속되도록 콘크리트의 타설 및 철근을 배치한 교량으로 신축이음을 생략한 교량이다. 이 교량은 교대(220) 상에 거더(270)를 설치시 교량받침(탄성 고무받침)(240)을 배치하며, 교각(210)에도 거더(270)를 지지하기 위해 받침(240)을 배치하도록 되어 있다. 또한, 이 교량은 접속슬래브(230)와 교대(220) 사이에 철근(231)을 연결하여 경계 조건이 힌지 형태를 갖고 있다. 도 3에서 참조 번호 221은 코벨, 245 는 받침 보강 콘크리트, 260은 유공관, 265는 뒷채움 흙을 각각 나타낸다.그런데, 이상과 같은 종래 교량들에 있어서, 신축이음(150)과 받침(140,240)은 파손이 쉬운 부대시설로서, 신축이음(150)이 손상되면 차량의 주행성이 저하되고, 누수 및 오염물질이 교대, 교각 구체에 흘러버려 받침(140,240)의 손상이 가속화되어 작동불량에 따른 경계조건 변화에 의해 교량 구체 손상을 촉진함으로써 교량의 내구성을 저하시켜 공용 수명을 단축시키게 되는 문제가 있다.또한, 받침(140,240)은 주기적으로 청소나 도색 등의 유지관리 활동이 이루어지지 않으면 손상이 일어나기 쉬운 시설로서, 이 받침(140,240)의 손상이 일어나면 그 구조물 경계조건 변화에 따라 구조물의 갑작스러운 붕괴 등을 초래할 수 있으며, 구조물 손상을 촉진하고, 차량 반복 하중에 의해 피로 파괴의 원인을 제공하기도 한다.또한, 이와 같은 교량에는 교대(120)가 설치되어야 하는데, 이 교대(120)는 상부구조(100)의 사하중, 활하중 등을 지지하고 교대 자체자중과 교대 배면에서 작용하는 토압에 저항하도록 설계됨에 따라 그 규모가 매우 커지는 경향이 있고, 교량 구조 요소끼리 온도 변화, 하중 등에 의해 영향을 서로 받지 않도록 하기 위해 높이의 0.7배 정도의 기초 폭을 갖거나 다열의 말뚝(125)으로 지지해야 한다. 또한, 기존 교량의 접속슬래브(130)는 교대(120)와 분리된 구조로 그 연결이 다웰바로 힌지 연결 형태에 따라 뒷채움 침하 발생과 반복 차량 하중에 의해서 이 부분 틈새가 점점 벌어지는 문제점에 의해 물 등이 침투하여 포장을 지지하는 지반 지지층의 약화로 교대 배면에 단차가 발생하는 문제가 있다. 또한, 최근에 거더 교량(도 3 참조)의 상부 바닥판(200)을 교대(220)와 일체로 구축하는 교량도 접속슬래브(230)와 교대(220)가 철근(231)으로 연결되고, 접속슬래브(230)의 단면과 교대(220) 단면의 콘크리트가 분리됨으로써 접속슬래브(230)의 지지 지반이 약화될 경우는 위와 같은 문제가 발생될 우려가 있다.

본 발명은 이상과 같은 종래 교량에서의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 교량에서 설치되어온 교량 받침, 신축이음 및 교량 시종점부의 역T형 교대 구조를 설치하지 않고 교량의 상부슬래브, 교각 및 접속슬래브를 일체로 구축함으로써, 신축이음 및 받침의 손상에 따른 교량 구조체 전체의 내구성 저하 및 수명 단축을 방지하고, 공정을 단순화하여 공사를 용이하게 수행할 수 있으며,공사비를 절감할 수 있는 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체를 제공함에 그 목적이 있다.

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상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무받침, 무신축이음 및 무교대교량 구조체는, 주요 수평 몸체부를 이루는 상부슬래브와, 상부슬래브의 양단에 길이방향으로 연장되어 마련되는 접속슬래브와, 상기 상부슬래브를 지지하는 교각 및 교대를 구비하는 일반적인 교량 구조체에 있어서,

상기 상부슬래브와 교각 및 접속슬래브는 연속 일체형으로 형성되고, 상기 교대의 설치 위치에는 교대 대신에 헌치 또는 다소 깊은 거더 중의 어느 하나가 상부슬래브와 일체로 각각 형성되며, 상기 각 헌치 또는 다소 깊은 거더 중의 어느 하나는 말뚝에 의해 각각 지지되되, 그 각 말뚝은 헌치 또는 다소 깊은 거더 중의 어느 하나와 일체가 되도록 강체 연결되어 있는 점에 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체를 나타낸 것으로서, 도 4는 접속슬래브와 상부슬래브 연결 헌치에 말뚝부재를 직접 설치한 예를 보여주는 도면이고, 도 5는 접속슬래브와 상부슬래브 연결 헌치 하단부에 다소 깊은 거더를 형성하고, 그 거더에 말뚝부재를 설치한 예를 보여주는 도면이다.도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체는, 주요 수평 몸체부를 이루는 상부슬래브(300)와, 상부슬래브(300)의 양단에 길이방향으로 연장되어 마련되는 접속슬래브(320)와, 상기 상부슬래브(300)를 지지하는 교각(310)을 기본적으로 구비한다.

그러나, 본 발명에 따른 교량 구조체에 있어서는 상기 상부슬래브(300)와 교각(310) 및 접속슬래브(320)가 연속 일체형으로 형성되고, 종래 교량에 있어서의 각 교대(120,220)의 설치 위치에는 교대가 설치되는 대신에 헌치(330) 또는 헌치(300)와 다소 깊은 거더(335)가 상부슬래브(300)와 일체로 각각 형성되며, 그 각 헌치(330)와 다소 깊은 거더(335)는 말뚝(340)(345)에 의해 각각 지지되되, 그 각 말뚝(340)(345)은 헌치(330) 또는 거더(335)와 일체가 되도록 강체 연결된다. 여기서, 상기 상부슬래브(300)와 접속슬래브(320)를 일체화함에 있어, 바람직하게는 상부슬래브(300)와 접속슬래브(320)를 서로 철근으로 연결하여 일체화시킨다. 도 4및 도 5에서 참조번호 305는 상부슬래브(300)와 교각(310)의 연결헌치를, 315는 교각 기초를 각각 나타낸다.

한편, 도 6 및 도 7은 상기 도 4의 교량 구조체에 있어서의 헌치가 유연한 H형 말뚝과 강널 말뚝으로 지지되어 있는 상태를 각각 보여주는 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 접속슬래브와 상부슬래브 연결 헌치(330) 부위를 일렬로 유연한 말뚝(340)(예를 들면, H형 말뚝, 강관 말뚝) 또는 강널말뚝(Sheet pile)(345)으로 지지하게 하고, 접속슬래브 하면의 지반을 모래자갈로 뒷채움(380)하여 철저히 다짐 후 폴리에틸렌 필름 등의 비닐막(370)을 설치하여 상부구조의 온도변화에 따른 신축 발생시 유연하고 자유롭게 거동할 수 있도록 한다.도 8은 도 5의 "상세 B" 부분에 대한 부분 발췌 확대도이다.도 8에 도시된 바와 같이, 다소 깊은 거더(335)에 일렬로 유연한 말뚝(340)(예를 들면, H형 말뚝, 강관 말뚝)으로 지지하게 하고, 접속슬래브 하면의 지반을 모래자갈로 뒷채움(380)하여 철저히 다짐 후 폴리에틸렌 필름 등의 비닐막(370)을 설치하여 상부구조의 온도 변화에 따른 신축 발생시 유연하고 자유롭게 거동할 수 있도록 한다.도 9 내지 도 11은 도 6에서의 말뚝의 수평 스프링 계수를 더욱 유연하게 만들고, 교량 시종부의 성토 제방을 가로막는 시설을 설치한 상태를 보여주는 도면이다.도 9 내지 도 11을 참조하면, 교량 시종점부의 제방 성토를 제어하기 위하여도 7에서와 같은 강널말뚝(345)을 이용하거나, 말뚝(340) 사이에 프리캐스트 판넬(360)로 부착하거나, 도장을 한 강판(365) 및 숏크리트(366)로 부착하여 성토를 가로막는다.

그리고, 보다 긴 지간 교량 축조시 온도변화에 의한 신축을 더욱 유연하게 하고, 상기 교량 시종점부의 헌치(330)나 거더(335)를 지지하는 말뚝(340)에 대한 횡방향으로의 유연한 수평지반 강성을 갖도록 하기 위해서, 교량 시종점부 말뚝의 수평 스프링 계수를 적게 하도록 말뚝(340)의 상단부 일정 영역만큼 말뚝(340) 보다 상대적으로 직경이 큰 튜브(350)를 씌우고, 그 튜브(350)와 말뚝(340) 사이의 공간에 수평지반 계수가 낮은 재료, 예컨대, 모래(355)를 채워 넣어 다짐한다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체는 중·소규모 교량에 있어서 상부구조의 온도변화에 의한 신축변위에 대응하기 위한 신축이음과 하중지지를 위해서 설치되는 고가의 받침을 설치하지 않으므로, 기존 교량 공법과 비교해 볼 때 공사비가 대폭 절감될 뿐만 아니라 공정이 단순화됨으로써 공사가 용이하고 공기가 단축되는 효과가 있다. 또한, 교대구조도 역T형의 큰 규모의 구조 대신 일렬의 말뚝으로 지지되는 거더 구조 형식으로 구축됨으로써 콘크리트, 철근, 터파기, 되메우기, 뒷채움량이 대폭 감축되어 자재비와 인건비 등의 공사비용이 절감되는 효과가 있다. 또한, 교량 상부슬래브와 접속슬래브 및 교각을 하나의 구조체로 일체화함으로써 종래 교량보다 하중 분배 효과가 탁월하고, 별도포장구조 없이 구축되므로, 공사비가 추가로 감소되며, 지진시에도 다경간 연속 및 고가 구조로서 소성 힌지의 대폭 증가로 구조 여용성 증대에 따른 내진 성능도 우수하다. 또한, 접속슬래브를 상부슬래브와 일체화함으로써 교대와 연결부에서 침투되는 물이 없어 지반 약화 문제를 극복할 수 있는 장점이 있다.특히, 이상에서 언급된 바와 같은 공사비 및 유지관리비 대폭 절감, 구조여 용성 증대, 하중분배의 우수한 효과 등에 의해서 내구성이 크게 향상되어 교량 구조물의 생애주기 증대가 뚜렷하여 중소규모의 교량 건설 산업에 채용될 시 탁월한 시공효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 연속 슬래브 교량의 구조를 보여주는 도면.

도 2는 종래 라멘 교량의 구조를 보여주는 도면.

도 3은 종래 거더형 교량(PSC 빔 합성형교, 강합성형교)의 구조를 보여주는도면.

도 4는 본 발명에 따른 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체에 있어서, 접속슬래브와 상부슬래브 연결 헌치에 말뚝부재를 직접 설치한 예를 보여주는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체에 있어서, 접속슬래브와 상부슬래브 연결 헌치 하단부에 다소 깊은 거더를 형성하고, 그 거더에 말뚝부재를 설치한 예를 보여주는 도면.

도 6은 도 4의 교량 구조체에 있어서의 "상세 A" 부분을 발췌 도시한 것으로서, 헌치가 유연한 H형 말뚝으로 지지되어 있는 상태를 보여주는 도면.

도 7은 도 4의 교량 구조체에 있어서의 "상세 A" 부분을 발췌 도시한 것으로서, 헌치가 강널 말뚝으로 지지되어 있는 상태를 보여주는 도면.

도 8은 도 5의 "상세 B" 부분을 발췌 도시한 것으로서, 다소 높이를 갖는 거 더가 유연한 H형 말뚝으로 지지되어 있는 상태를 보여주는 도면.

도 9는 도 6의 "상세 C"부분에 있어서의 말뚝의 수평 스프링 계수를 더욱 유연하게 만들고, 교량 시종부의 성토제방을 가로막는 시설의 시공 상태를 보여주는도면.

도 10은 도 9의 A-A선에 따른 단면을 나타낸 것으로서, 프리캐스트 판넬로 성토 제방을 제어하는 상태를 보여주는 도면.

도 11은 도 9의 A-A선에 따른 단면을 나타낸 것으로서, 강판과 숏크리트로 성토 제방을 제어하는 상태를 보여주는 도면.

[도면의 주요 부분에 대한 부호설명]

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100: 상부 슬래브 105: 상부 슬래브와 교각 연결 헌치

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110: 교각 115: 교각 기초

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120: 역T형 교대 121: 역T형 교대의 코벨

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125: 역T형 교대 기초 130: 접속슬래브

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140: 교량 받침 145: 교량 받침 보강 콘크리트

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150: 신축이음 160: 도로 포장구조

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200: 상부 바닥판 210: 교각

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220: 반중력식 교대 221: 교대의 코벨

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225: 말뚝(H말뚝 등) 230: 접속슬래브

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231: 교대와 접속슬래브 연결 철근

240: 교량 받침 245: 받침 보강 콘크리트

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260: 유공관 265: 뒷채움 흙

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270: 거더(피에스시 빔) 300: 상부슬래브

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305: 상부슬래브와 교각 연결 헌치

310: 교각 315: 교각 기초

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320: 접속슬래브

330: 접속슬래브와 상부슬래브 연결 헌치

335: 다소 높은 깊이의 거더

340: 말뚝(H형 말뚝, 강관말뚝, PHC 말뚝, 기타 재료 말뚝 등)

345: 강널말뚝 350: 튜브

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355: 모래 360: 프리캐스트 판넬

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366: 숏크리트 370: 비닐막

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380: 점착력이 없고 마찰력이 큰 뒷채움

Claims (8)

1. 주요 수평 몸체부를 이루는 상부슬래브와, 상부슬래브의 양단에 길이방향으로 연장되어 마련되는 접속슬래브와, 상기 상부슬래브를 지지하는 교각 및 교대를 구비하는 일반적인 교량 구조체에 있어서,

   상기 상부슬래브와 교각 및 접속슬래브는 연속 일체형으로 형성되고, 상기 교대의 설치 위치에는 교대 대신에 헌치 또는 다소 깊은 거더 중의 어느 하나가 상부슬래브와 일체로 각각 형성되며, 상기 각 헌치 또는 다소 깊은 거더 중의 어느 하나는 말뚝에 의해 각각 지지되되, 그 각 말뚝은 헌치 또는 다소 깊은 거더 중의 어느 하나와 일체가 되도록 강체 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 상부슬래브와 접속슬래브는 서로 철근으로 연결되어 일체형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량구조체.
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5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서, 상기 교량 시종점부 헌치나 거더를 지지하는 말뚝에 대한 횡방향으로의 유연한 수평지반 강성을 갖도록 하기 위해서, 교량 시종점부 말뚝의 수평 스프링 계수를 적게 하도록 말뚝의 상단부 일정 영역만큼 말뚝 보다 상대적으로 직경이 큰 튜브를 씌우고, 그 튜브와 말뚝 사이의 공간에 수평지반 계수가 낮은 재료를 채워 넣어 다짐한 것을 특징으로 하는 무받침, 무신축이음 및 무교대 교량 구조체.
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