KR100500156B1 - 프리스트레스 강합성 빔 및 그 제작방법 - Google Patents

프리스트레스 강합성 빔 및 그 제작방법 Download PDF

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Abstract

만곡형의 빔을 제작할 때 하부 플랜지에 스트랜더를 고정하여, 거더의 만곡도를 줄이면서 하부 플랜지에 작용되는 인장 스트레스를 분담할 수 있어 빔을 제작하기 위한 강재를 절감할 수 있고, 콘크리트의 양단부에 전단저항부재를 설치하여 빔에 하중재하시 콘크리트에 작용하는 인장력과 이로 인한 균열현상을 억제할 수 있도록 이루어진 프리스트레스 강합성 빔을 제공하기 위하여,
빔의 하부 플랜지에 스트랜드를 배치하고, 이 스트랜드를 인장하여 하부플랜지와 스트랜드에 콘크리트를 타설하여 양생한 프리스트레스 강합성 빔에 있어서,
상기 빔에 하중재하시 콘크리트에 작용하는 인장력과 이로 인한 콘크리트의 균열현상을 억제하고 전단저항을 더욱 높일 수 있도록, 콘크리트의 양단부에는 전단저항부재가 제공된 프리스트레스 강합성 빔을 제공한다
또한, 본 발명이 제안하는 프리스트레스 강합성 빔 제작방법은, 만곡된 빔에 하중을 가하여 응력을 부여한 상태에서 빔의 하부 플랜지에 콘크리트를 타설하여 양생한 후, 빔에 가해진 하중을 제거하여 프리스트레스 강합성 빔의 제작방법에 있어서,
만곡된 빔의 하부 플랜지 저면에 소정의 거리를 띄운 상태로 스트랜드를 미리 고정 설치하고, 만곡된 빔을 가력하여 대략 수평이 되도록 한 상태에서 하부 플랜지 및 스트랜드에 콘크리트를 타설하여 양생시킨 후, 가해진 하중을 제거하여 프리스트레스를 도입시키는 프리스트레스 강합성 빔 제작방법을 제공한다.

Description

프리스트레스 강합성 빔 및 그 제작방법 {PRESTRESS COMPOSITE BEAM AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 프리스트레스 강합성 빔 및 그 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동일한 철재의 단면으로도 더 넓은 지간을 지지할 수 있어 빔을 제작하기 위한 강재를 절감할 수 있고, 콘크리트의 양단부에 전단저항부재를 설치하여 빔에 하중재하시 콘크리트에 작용하는 인장력과 이로 인한 균열현상을 억제할 수 있도록 이루어진 프리스트레스 강합성 빔 및 그 제작방법에 관한 것이다.
일반적으로 프리스트레스(prestress) 강합성 빔은, 강재의 특성과 콘크리트의 장점을 혼용하여 제작된 빔으로서, 강재로 이루어진 빔에 하중을 가하여 응력을 부여한 상태에서 빔의 하부 플랜지에 콘크리트를 타설하여 양생시킨 다음, 빔에 가해진 하중을 제거하는 방식으로 제작한 것으로서, 교량과 건물과 같은 구조물의 축조시 보의 역할을 하도록 설치되는 것으로서, 특히 스팬(span)이 비교적 긴 곳에 많이 사용되고 있다.
이러한 프리스트레스 강합성 빔을 제작하기 위한 통상적인 방법은, 구조계산에 의해 만곡 형태의 웨브(web)와 상,하 플랜지를 용접하여 전체적으로 중앙부가 솟아있는 만곡형의 빔(거더)을 제작하여 이를 제작틀에 설치한 후, 2개소 이상의 가력점을 선정하여 가력하여 일정시간이 경과하면 가력을 제거하는 과정을 2회 이상 실시하여 용접으로 인한 잔류응력(변형)을 제거하고, 다시 거더를 가력하여 수평이 되도록 한 상태에서 하부 플랜지에 고강도 콘크리트를 타설하여 양생시키는 방법으로 제작하게 된다.
프리스트레스 강합성 빔을 제작하기 위한 또 다른 방법으로서, 상기 방법을 개량하여 하부 플랜지에 강선이나 와이어 등과 같은 스트랜드(strand)를 배치하고, 이 스트랜드를 유압자키를 이용하여 소정의 힘으로 당긴 다음, 여기에 콘크리트를 타설하여 일정기간 동안 콘크리트를 양생한 후, 스트랜드에 가해진 긴장력을 해제하고 스트랜드의 단부를 정착구로 고정하여 타설된 콘크리트의 압축력을 더욱 강화하는 방법을 사용하고 있다.
이러한 프리스트레스 합성빔은 소정의 길이를 갖도록 제작되는데, 길이가 긴 교량이나 구조물일 경우, 하나의 단일부재로 빔을 제작하면 설치장소로 운송하는 것이 어렵고 또 운송비용도 많이 소요되므로, 이를 여러 토막으로 나누어서 제작하는 분절제작공법을 이용하여 제작할 수도 있다.
이렇게 제작된 프리스트레스 강합성 빔은, 운송수단을 이용하여 설치장소로 운송하여 가설한 다음, 그 상부에 슬래브를 타설하여 일정구간의 교량이나 건축물을 축조하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 프리스트레스 강합성 빔은, 하부 플랜지에 소정의 압축 스트레스를 도입하기 위하여 빔(거더)의 곡면부위와 용접부위에 과도한 응력이 집중되고, 프리스트레스 하중이 많이 소요되며 이에 따라 고강도의 철판 사용이 필수적이기 때문에 빔을 제작하기 위한 비용이 많이 소요된다.
또한, 하부 플랜지에 스트랜드를 설치하여 추가적인 압축력을 도입할 때, 스트랜드는 별도로 준비한 유압자키 등을 이용하여 인장을 가하게 되므로, 이에 따른 공정이 추가되어 빔 제작시 그만큼 시간이 더 소요되는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 만곡형의 빔을 제작할 때 하부 플랜지에 스트랜더를 고정하여, 거더의 만곡도를 줄이면서 하부 플랜지에 작용되는 인장 스트레스를 분담할 수 있어 빔을 제작하기 위한 강재를 절감할 수 있고, 콘크리트의 양단부에 전단저항부재를 설치하여 빔에 하중재하시 콘크리트에 작용하는 인장력과 이로 인한 균열현상을 억제할 수 있도록 이루어진 프리스트레스 강합성 빔 및 그 제작방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 제안하는 프리스트레스 강합성 빔은, 빔의 하부 플랜지에 스트랜드를 배치하고, 이 스트랜드를 인장하여 하부플랜지와 스트랜드에 콘크리트를 타설하여 양생한 프리스트레스 강합성 빔에 있어서,
상기 빔에 하중재하시 콘크리트에 작용하는 인장력과 이로 인한 콘크리트의 균열현상을 억제하고 전단저항을 더욱 높일 수 있도록, 콘크리트의 양단부에는 전단저항부재가 제공된 프리스트레스 강합성 빔을 제공한다
상기 전단 저항부재는 보강재를 통하여 하부 플랜지에 고정 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명이 제안하는 프리스트레스 강합성 빔 제작방법은, 만곡된 빔에 하중을 가하여 응력을 부여한 상태에서 빔의 하부 플랜지에 콘크리트를 타설하여 양생한 후, 빔에 가해진 하중을 제거하여 프리스트레스 강합성 빔의 제작방법에 있어서,
만곡된 빔의 하부 플랜지 저면에 소정의 거리를 띄운 상태로 스트랜드를 미리 고정 설치하고, 만곡된 빔을 가력하여 대략 수평이 되도록 한 상태에서 하부 플랜지 및 스트랜드에 콘크리트를 타설하여 양생시킨 후, 가해진 하중을 제거하여 프리스트레스를 도입시키는 프리스트레스 강합성 빔 제작방법을 제공한다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 프리스트레스 강합성 빔의 제작공정도로서, 본 발명의 프리스트레스 강합성 빔 제작방법의 일실시예는, 먼저 도 1a에서와 같이 구조계산에 의해 만곡 형태의 웨브(web)(2)와 상,하 플랜지(4)(6)를 용접하여 전체적으로 중앙부가 상측으로 휘어진 빔(B)을 제작하고, 이 빔(B)의 하부 플랜지(6) 저면에 강선이나 와이어 등으로 이루어진 스트랜드(strand)(8)를 고정부재(10)를 이용하여 고정 설치한다(도 1b 참조).
스트랜드(8)의 고정은 빔(B)의 하부 플랜지(6) 양쪽에 견고하게 설치된 고정부재(10)에 스트랜드(8)의 양단부를 스트랜드용 정착구 등을 이용하여 고정할 수 있으며, 스트랜드(8)는 빔(B)의 길이 및 설계하중에 따라서 하나 또는 두 개 이상이 제공될 수 있다.
이렇게 빔(B)에 고정된 스트랜드(8)가 고정 설치되면, 이 스트랜드(8)로 는 하부 플랜지(6)보다 중심축으로부터 멀리 떨어져 있으므로 단면 성능(I계수)이 월등히 향상되고, 이로 인하여 후속공정에서 가해지는 빔(B)의 구부림 모멘트에 대항하는 기능이 더욱 높아진다.
또한 스트랜드(8)는 강선이나 고강도 와이어로 이루어져 높은 인장력을 부여할 수 있으므로, 웨브(2) 및 상,하 플랜지(4)(6)의 만곡도 및 단면을 기존에 비하여 줄이거나 얇게 제작할 수 있어 빔(B)을 제작하기 위한 강재를 그만큼 절감할 수 있다.
이렇게 스트랜드(8)가 설치된 빔(B)에 마련되면, 이 빔(B)을 고정한 상태에서 도 1c에서와 같이 만곡된 빔의 양측에 가력점을 선정하여 하중(P)을 가하고, 소정시간이 경과하면 가해진 하중(P)을 제거하는 공정을 2회 이상 실시한다.
이러한 공정으로 인하여 빔(B)의 잔류응력(변형)이 제거되고, 스트랜드(8)의 인장으로 인한 압축응력이 도입된다.
이러한 공정이 완료되면 도 1d에 도시된 바와 같이, 빔(B)에 하중(P)을 가하여 빔(B)이 대략 수평이 되도록 한 상태에서 하부 플랜지(6)와 스트랜드(8) 및 이 스트랜드(8)를 고정하는 고정부재(10)에 콘크리트(12)를 타설한다.
그리고 타설된 콘크리트(12)를 일정기간 동안 양생한 다음, 빔(B)에 가해진 하중(P)을 제거하고, 도 1e에서와 같이 콘크리트(12)의 양단부에 전단저항부재(14)를 각각 설치하면 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 프리스트레스 강합성 빔의 제작이 완료된다.
상기 전단저항부재(14)는 소정의 강도와 두께를 갖는 철판으로 이루어질 수 있으며, 이러한 전단저항부재(14)에는 다수의 보강재(16)를 갖추고 하부 플랜지(6)를 사이에 두고서 그 양측으로 배치되는 고정부(18)와, 하부 플랜지(6) 하부쪽에 위치하는 강선 정착구(20)가 일체로 제공될 수 있다.
상기 고정부(18)는 하부 플랜지에 형성된 구멍과 동일한 축방향으로 구멍이 뚫려져, 이들 구멍에 볼트와 너트와 같은 체결부재(22)를 체결하여 전단저항부재 (14)의 설치상태를 유지할 수 있도록 하여주며, 따라서 전단저항부재(14)는 콘크리트(12)의 양단부에 분리 가능하게 고정된다.
상기 강선 정착구(20)는 본 발명의 강합성 빔을 다수개 연결하여 설치할 경우, 연결부위에 강선을 연결할 수 있도록 하기 위한 부재이다.
이렇게 제작된 프리스트레스 강합성 빔은, 운송수단을 이용하여 설치장소로 운송하여 가설한 다음, 그 상부에 슬래브를 타설하여 일정구간의 교량이나 건축물을 축조하면 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 프리스트레스 강합성 빔 및 그 제작방법은, 만곡형의 빔을 제작할 때 하부 플랜지에 스트랜더를 미리 고정하게되므로, 빔의 만곡도를 줄이면서 하부 플랜지에 작용되는 인장 스트레스를 분담할 수 있어 빔을 제작하기 위한 강재의 단면이 종래보다 얇아도 되므로 강재를 절감할 수 있다.
또한 스트랜더 및 하부 플랜지에 타설된 콘크리트의 양단부에는 전단저항부재가 제공되어 빔에 하중재하시 콘크리트에 작용하는 인장력과 이로 인한 균열현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 프리스트레스 강합성 빔의 제작공정도.
도 2는 본 발명에 따라 제작된 프리스트레스 강합성 빔의 사시도.
도 3은 본 발명에 따라 제작된 프리스트레스 강합성 빔의 주요부분 확대 저면사시도.

Claims (4)

  1. (정정) 빔의 하부 플랜지에 스트랜드를 배치하고, 이 스트랜드를 인장하여 하부플랜지와 스트랜드에 콘크리트를 타설하여 양생한 프리스트레스 강합성 빔에 있어서,
    상기 스트랜드는 빔의 하부 플랜지 저면에 고정부재로 고정되고, 상기 콘크리트의 양단부에는 빔에 하중재하시 콘크리트에 작용하는 인장력과 이로 인한 콘크리트의 균열현상을 억제하고 전단저항을 더욱 높일 수 있도록 하부 플랜지에 분리 가능하게 고정되는 전단저항부재가 제공된 것을 특징으로 하는 프리스트레스 강합성 빔.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 전단저항부재는 빔을 다수개 연결하여 설치할 경우, 연결부위에 강선을 연결할 수 있도록 강선 정착구가 제공된 것을 특징으로 하는 프리스트레스 강합성 빔.
  4. (정정) 만곡된 빔에 하중을 가하여 응력을 부여한 상태에서 빔의 하부 플랜지에 콘크리트를 타설하여 양생한 후, 빔에 가해진 하중을 제거하여 프리스트레스 강합성 빔의 제작방법에 있어서,
    중앙부가 휘어진 만곡된 빔을 제작하는 단계; 상기 빔의 하부 플랜지 저면에 소정의 거리를 띄우고 스트랜드를 고정 설치하는 단계; 상기 빔의 양측에 가력점을 선정하여 하중을 가하거나 제거하여 빔의 잔류응력은 제거하고 스트랜드의 압축응력을 도입하는 단계; 상기 빔을 가력하여 대략 수평이 되도록 한 상태에서 하부 플랜지 및 스트랜드에 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계; 상기 콘크리트에 가해진 하중을 제거하고 양생된 콘크리트의 양단부에 콘크리트에 작용하는 인장력과 이로 인한 콘크리트의 균열현상을 억제하고 전단저항을 더욱 높일 수 있도록, 전단저항부재를 설치하는 단계를 포함하는 프리스트레스 강합성 빔 제작방법.
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