KR100506572B1 - 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는강판빔 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강형교량의 강판빔에 있어서, 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔 및 그 시공방법에 관한 것이다.

즉, 분절된 복수개의 세그먼트부재와, 상기 세그먼트부재의 양단부에 용접 부착된 정착구와, 상기 정착구의 관통구멍에 설치된 인장재와, 상기 인장재를 양쪽으로 인장하고 정착구에 정착시키므로서 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재와, 상기 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재 복수개를 결합수단으로 결합하여 일정길이의 부재로 형성하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔이며, 그 시공방법은 일정 구간을 지지할 빔부재를 복수개의 세그먼트부재로 분절 제작하는 공정과, 상기 세그먼트부재의 양단부에 정착구를 용접 부착하는 공정과, 상기 정착구의 관통구멍에 인장재를 설치하는 공정과, 상기 인장재를 인장하고 정착구에 정착시켜 세그먼트부재에 프리스트레스를 도입하는 공정과, 이들을 현장에 운반하여 세그먼트부재의 연결부위를 결합수단으로 결합하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 사하중, 활하중 등의 상재하중에 의하여 강판빔이 받는 휨모멘트에 대한 저항력을 효율적으로 향상시켜서 사용 강재의 양을 감소시키고, 지간을 연장시킬수 있으며, 강판빔의 좌굴 변형과 정착구에 생기는 응력 집중에 의한 지압파괴를 방지할 수 있는 것이다.

Description

프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔 및 그 시공방법{Steel beam constructed prestressing segmental component and construction method thereof}

본 발명은 프리스트레스가 도입된 각각의 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일정 구간을 지지할 강판빔을 적정개수의 세그먼트부재로 분절하고, 상기 세그먼트부재의 각각에 필요한 만큼의 프리스트레스를 도입한 후, 이들을 현장에 운반하여 세그먼트부재의 연결부위를 결합 조립하므로서, 강판빔을 구축하도록 한 것이다.

최근에는 인장력에 취약한 콘크리트구조물을 보강하기 위하여 적용되었던 프리스트레싱 도입공법을 자중이 상대적으로 가볍고 장지간화에 유리한 강판형교량에 적용하는 연구가 집중되고 있다.

압축력에는 강하지만 인장력에 취약한 콘크리트 교량에 적용되어, 교량의 콘크리트빔에 미치는 사하중, 활하중 등의 상재하중으로 인하여 생기는 콘크리트빔의 중간부에서의 크랙이나 처짐 등을 방지하기 위해 프리스트레싱 공법이 개발되었으나, 콘크리트구조물은 자중의 문제, 재료적인 특성에 의한 허용응력의 제한과 같은 문제로 인하여 장지간화에는 한계가 있다.

따라서, 강형교량에 인장재를 이용하여 프리스트레싱을 도입하게 되면 상대적으로 더 긴 지간의 설계 및 시공이 가능하므로 강형교량에 프리스트레스를 도입하는 공법 개발에 연구가 집중되고 있는 것이다.

즉, 종래 강형교량에서의 프리스트레싱을 설명하기 위한 개략도인 도 1 에 도시한 바와 같이, 강판빔이 분할되어 세그먼트화 되도록 분절 형성한 세그먼트부재(1)들을 공장에서 제작한 다음 현장으로 운반하고, 현장에서 연결부위를 결합수단(40)으로 결합하여 이루어진 강판빔(10)에 프리스트레싱을 도입하는 경우, 교각(2)에 안착되어 있는 강판빔(10)의 양단부에 정착구(3)를 용접 부착하고, 상기 정착구(3)의 관통구멍에 PC강선(4)을 설치하고 양쪽에서 PC강선(4)을 인장하고 인장된 PC강선(4)을 정착콘으로 정착시켜 강판빔(10)에 프리스트레스 도입에 의한 상향력이 생기도록 하고 프리스트레스가 도입된 강판빔(10)의 상부에는 교량상판(50)이 시공되었다.

하지만, 기존의 강형교량에 있어서 강판빔(10)의 일정 구간을 PC강연선(4)을 이용하여 프리스트레스를 가하는 것은 매우 큰 프리스트레스력을 필요로 하게 되므로 상기와 같이 큰 프리스트레스력을 도입하여 PC강선(4)을 인장시켜 강판빔(10)의 양단에 부착된 정착구(3)에 정착시키게 되면 각각의 세그먼트부재(1)는 거의 동일한 압축력을 받게 되며 따라서 각각의 세그먼트부재(1)는 거의 동일한 응력이 발생한다.

따라서, 각 세그먼트(1)가 결합되어 이루어진 긴 강판빔(10)이 PC강선(4)의 큰 압축력에 의해 좌굴 변형되는 문제를 야기 시킬 뿐만 아니라, 정착구(3)에 응력이 집중되어 상기 정착구가 응력에 의해 파괴되는 지압파괴현상이 발생하는 등의 문제점을 갖고 있다.

또한, 양단 부위에서 필요 이상으로 과프리스트레스력이 발생되는 문제점이 있고, 휨모멘트에 대한 보강이 필요하지 않은 양단 부위에도 인장재가 설치되어 비용적인 면에서 낭비의 요소를 포함하고 있는 문제가 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 강형교량에서 강판빔으로 사용될 빔부재를 분절하여 제작하고, 분절된 각각의 세그먼트부재에 작용되는 휨모멘트의 크기에 따라, 세그먼트부재에 미리 프리스트레스를 가한 다음 세그먼트부재를 결합하여 강판빔을 구축하는 것을 목적으로 한다.

즉, 휨모멘트가 크게 발생되는 중간부 세그먼트부재에는 공장 제작시 큰 프리스트레스력을 가하고, 작은 휨모멘트가 발생되는 양측부 세그먼트부재에는 작은 프리스트레스력을 가하는 것으로써, 각각의 세그먼트부재에 해당하는 프리스트레스를 가하고 프리스트레스력이 필요치 않은 양단 세그먼트부재에는 인장재를 설치하지 않으므로써 효율적으로 프리스트레싱을 도입하여 교량의 좌굴 변형을 방지하면서도 장지간화를 이루어 자재와 비용을 절감할 수 있도록 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 강형교량의 강판빔에 있어서, 분절된 복수개의 세그먼트부재와, 상기 세그먼트부재의 양단부에 용접 부착된 정착구와, 상기 정착구에 설치된 인장재와, 상기 인장재를 양쪽으로 인장하고 정착구에 정착시키므로서 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재와, 상기 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재 복수개를 결합수단으로 결합하여 일정길이의 부재로 형성하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔을 제공하는 것이다.

또한, 일정 구간을 지지할 빔부재를 복수개의 세그먼트부재로 분절 제작하는 공정과, 상기 세그먼트부재의 양단부에 정착구를 용접 부착하는 공정과, 상기 정착구의 관통구멍에 인장재를 설치하는 공정과, 상기 인장재를 양쪽으로 인장하고 정착구에 정착시켜 세그먼트부재에 프리스트레스를 도입하는 공정과, 이들을 현장에 운반하여 세그먼트부재의 연결부위를 결합수단으로 결합하는 강판빔을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔 시공방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 강형 교량에 있어서 일정 구간을 지지하게 되는 빔부재를 적정한 수로 분절하여 복수개의 세그먼트(segment)화하여 공장에서 제작한다.

본 발명에 사용되는 세그먼트부재는 공장에서 제작하는 것이 안정성, 정밀도 등 여러 가지 면에서 바람직하다.

먼저, 결합되어 강판빔(10)을 구성할 각 세그먼트부재(21)에 작용될 휨모멘트의 크기를 계산하여 예측하고 휨모멘트의 크기에 따라 그에 해당하는 프리스트레스를 각 세그먼트부재(21)에 가하여 제작한다.

즉, 빔부재를 적정 길이로 세그먼트화하여 복수개로 분절 제작한 후, 세그먼트부재(21)의 양 단부에 정착구(22)를 용접 부착하고, 상기 정착구(22)의 관통구멍(27a)에 인장재(23)를 설치하고 양쪽으로 인장시킨 후 정착콘(22a)으로 정착시켜 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)를 제작한다.

상기 세그먼트부재(21)에 대한 인장재(23)의 인장과 정착 공정, 즉 프리스트레스 도입 공정이 공장제작시에 이루어지도록 하는 것이 바람직 하지만, 현장에서도 강판빔(10)의 조립작업이 이루어지기 전에만 인장재(23)에 대한 인장 및 정착 작업이 이루어지도록 하면 된다.

따라서, 세그먼트부재(21)는 공장 제작시 정착구(22)를 용접 부착하고 정착구(22)의 지지대(27)에 형성된 관통구멍(27a)에 인장재(23)를 설치하고 인장재(23)를 양쪽으로 인장시킨 후 정착구(22)에 정착시켜 세그먼트부재(21)에 압축력을 도입하는 것이 좋다.

이와 같이 공장 제작되어 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)는 현장으로 운반되어 연결부위를 결합하여 교량으로 조립하게 된다.

본 발명을 다음 3가지 실시예에 의해서 더 상세히 설명하면, 본 발명의 제 1실시예는 단순교의 강판빔(10)에 본 발명을 적용한 것이다.

즉, 빔부재가 복수개로 분절되어 세그먼트화 되고 세그먼트화 된 세그먼트부재(21)의 양단부에 정착구(22)가 용접 부착되고 상기 정착구(22)에 인장재가 설치되고 설치된 인장재를 양쪽으로 인장하여 정착구에 정착시키므로써 세그먼트부재(21)에 프리스트레스가 도입되게 되고, 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)들의 연결부위에 보강부재를 대고 볼트와 너트로 결합시켜 연결하게 된다.

그러면, 휨 모멘트가 발생하는 부위에 설치되는 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에는 프리스트레스가 도입되어 있으므로 복수개의 세그먼트부재(21)로 조립된 강판빔(10)에서도 상향력이 작용하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 연결부위의 결합수단(40)으로써 보강부재와 볼트 및 너트에 의한 결합을 예로 설명하였으나, 이 연결부위는 리벳에 의한 연결 및 용접에 의한 연결 등 어떤 방법으로 연결하여도 무방하다.

또한, 상기 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)에 설치되는 정착구(22)는 세그먼트부재(21)의 복부의 하측과 하부 플랜지(21a)의 상부에 함께 용접 부착하는 것이 바람직하지만, 세그먼트부재(21)의 복부의 하측에만 용접 부착할 수도 있고, 하부 플랜지(21a)의 상부에만 용접 부착할 수도 있고, 하부 플랜지(21a)의 저부에 용접 부착할 수도 있으며, 필요에 따라 정착구(22)와 정착구(22) 사이에 인장재를 안내하는 새들(25)을 설치할 수 도 있다. 설명하지 않은 부호 21b는 상부 플랜지이다.

즉, 도 2a는 상기 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)의 제1실시예로 정착구(22)가 세그먼트부재(21)의 복부의 하측과 하부 플랜지(21a)의 상부에 용접 부착된 것이고, 도 2b는 상기 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)의 제2실시예로 정착구(22)가 세그먼트부재(21)의 하부플랜지(21a)의 저부에 용접 부착된 것이다.

따라서, 인장재(23)도 정착구(22)과 함께 하부플랜지(21a)의 저부에 설치된다.

또, 도 2c와 2d는 본 발명의 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)에 대한 제3, 제4실시예로서 인장재(23)의 중간부위에 새들(saddle)(25)을 설치하여 인장재(23)를 안내하도록 할 수도 있다.

또한, 도 2e는 세그먼트부재를 상기 세그먼트부재(21) 보다 더 작게 분절한 경우 2개의 세그먼트부재(21)를 결합수단(40)을 이용하여 연결부위를 결합한 복합 세그먼트부재(30)의 양단부에 정착구(22)를 각각 용접 부착한 다음, 인장재(23)를 설치하고 인장재를 인장하고 정착시킴으로써 프리스트레스가 도입된 복합 세그먼트부재(30)를 제작하여 사용할 수도 있다.

한편, 정착구(22)의 실시예로서는 도 3a에 도시된 바와 같이 평판(26)에 한 개의 관통구멍(27a)이 구비된 지지대(27)를 부착하여 구성할 수 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이 앵글(28)에 한 개의 관통구멍을 구비한 지지대(27)를 부착하여 구성할 수 있고, 도 3c에 도시한 바와 같이 평판에 한 개 이상의 관통구멍(27a)을 구비한 지지대(27)를 부착하여 구성할 수도 있으며, 3d에 도시한 바와 같이 평판(26)에 한 개 이상의 관통구멍을 구비한 지지대(27)를 부착하고 지지대(27)를 보강하기 위하여 보강판(31)을 상하부에 부착하여 구성할 수도 있다.

본 발명의 제 2실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)들을 강판빔(10)으로 현장에서 결합수단(40)으로 결합 설치한 후 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)와 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)의 연결부위 양측에 부착된 정착구(22)에 현장설치 인장재(29)를 설치하고 현장설치 인장재(29)를 인장한 후 정착구에 정착시켜 세그먼트부재(21) 간의 연결부위에도 압축력을 도입한다.

이렇게 되면, 세그먼트부재(21) 간의 연결부위에도 프리스트레스가 도입되므로 제1실시예에서 보다 강판빔(10)에서의 상향력이 더욱 더 증대되는 효과가 있다.

상기 현장설치 인장재(29)를 설치하기 위하여 세그먼트부재(21)에 부착된 정착구(22)의 지지대(27)에는 적어도 둘 이상의 관통구멍을 형성하는 것이 바람직하다.

프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)와 세그먼트부재(21) 사이에 설치되는 현장설치 인장재(29)는 별도의 정착구(22)를 용접 부착하여 사용할 수도 있으나, 상기 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)에 이미 설치된 정착구(22)의 상부 관통구멍(27a)에 설치하여 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 현장설치 인장재(29)의 압축력이 작용하면, 공장설치 인장재(23)의 압축력과 현장설치 인장재(23)의 압축력이 서로 반대 방향으로 작용하므로 응력집중이 감소되므로 정착단(22)에서의 응력집중에 의한 지압파괴 현상도 방지할 수 있게 된다.

상기 세그먼트부재(21)는 상기 제1,2 실시예에서는 강판형 부재로 하였으나 강상자형 부재로 형성하여도 좋다.

즉, 강판형 세그먼트부재로 시공되는 강판형교와 강상자형 세그먼트부재로 시공되는 강상자형교 등의 강형교량에 모두 적용할 수 있는 것이다.

또한, 정착구(22)에 정착되는 상기 인장재는 PC강선, PC강연선 또는 강봉 중 어느 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명의 제3 실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 연속교에 본 발명이 적용된 상태를 설명하기 위한 교량의 개략도로서, 복수개의 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)들이 강판빔(10)으로 현장에서 결합 설치된 후, 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재(21)와 세그먼트부재(21)의 연결부위에 현장설치 인장재(29)를 설치하여 인장재(29)를 인장하고 정착시켜 세그먼트부재(21)들의 연결부위에도 압축력을 도입하게 되는 공정까지는 상기 제 2실시예와 동일하다.

그러나, 본 발명의 제 3실시예가 제 2실시예와 다른 점은, 제 3실시예는 본 발명을 연속교에 적용한 것이기 때문에 부 모멘트가 발생하는 교각(2) 상부의 세그먼트부재(21)의 상측 양단부에 정착구(22)를 용접 부착하고 상기 정착구(22)에 인장재(23)를 설치한 후 인장재를 양쪽으로 인장하고 정착시켜 교각(2) 상부의 세그먼트부재(21)의 상부에 압축력을 도입하여 교각(2) 상부의 세그먼트부재(21)에 생기는 부모멘트를 감소시킨 것이다.

이와 같이 강판형교 또는 강상자형교에 인장재를 설치하여 상향력을 보강하므로서 휨모멘트에 대한 응력을 효율적으로 향상시킬 수 있어서 주 부재인 세그먼트부재의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 세그먼트부재 간의 연결에 사용되는 보강부재와 볼트 및 너트에 사용되는 강재의 양을 획기적으로 감소시킬 수 있게 되어제작비용을 절감시킬 수 있게 된다.

또한, 사용되는 강재의 양이 감소되어 교량의 자중이 감소하므로 지간을 더 넓게 확장시킬 수 있게 되므로 교각, 기초 등의 하부구조물의 수를 줄일 수 있게 되므로 하부공사의 감소와 비용절감의 효과도 발생한다.

뿐만 아니라, 강판빔의 좌굴변형이 방지되고, 정착구에서의 응력집중 문제도 해결되어 정착구의 지압파괴가 방지된다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔 및 그 시공방법은 본 발명은, 일정 구간을 지지할 빔부재를 적정개수의 세그먼트부재로 분절하고, 상기 세그먼트부재의 각각에 필요한 만큼의 프리스트레스를 도입한 후, 이들을 현장에 운반하여 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재의 연결부위를 결합하여 조립하므로서, 강판빔에 상향력을 향상시켜 사하중, 활하중 등의 상재하중에 의하여 강판빔이 받는 휨모멘트에 대한 저항력을 효율적으로 향상시켜서 사용 강재의 양을 감소시키고, 지간을 연장 시킬수 있으며, 강판빔의 좌굴 변형과 정착구에 생기는 응력 집중에 의한 지압파괴를 방지할 수 있는 효과가 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1은 종래 강형교량에서의 프리스트레스 도입을 설명하기 위한 개략도이다.

도 2a는 본 발명에 의한 세그먼트부재의 제1실시예를 도시한 구성도이다.

도 2b는 본 발명에 의한 세그먼트부재의 제2실시예를 도시한 구성도이다.

도 2c는 본 발명에 의한 세그먼트부재의 제3실시예를 도시한 구성도이다.

도 2d는 본 발명에 의한 세그먼트부재의 제4실시예를 도시한 구성도이다.

도 2e는 본 발명에 의한 세그먼트부재의 제5실시예를 도시한 구성도이다.

도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d는 본 발명의 정착구의 다양한 실시예를 도시한 구성도이다.

도 4는 본 발명의 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재로 시공하는 강판빔의 제1 실시예를 설명하기 위한 교량의 개략도이다.

도 5는 본 발명의 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재로 시공하는 강판빔의 제2 실시예를 설명하기 위한 교량의 개략도이다.

도 6은 본 발명의 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재로 시공하는 강판빔의 제3 실시예를 설명하기 위한 교량의 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 강판빔 21 : 세그먼트부재

22 : 정착구 23 : 인장재

25 : 새들 27a : 관통구멍

40 : 결합수단

Claims (7)

1. 강형교량의 강판빔에 있어서,

   분절된 복수개의 세그먼트부재와, 상기 세그먼트부재의 양단부에 용접 부착된 정착구와, 상기 정착구에 설치되는 인장재와, 상기 인장재를 인장하고 정착구에 정착시키므로서 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재와, 상기 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재 복수개를 결합수단으로 결합하여 일정길이의 강판빔으로 형성하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔.
2. 제1항에 있어서,

   상기 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재와 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재의 연결부위 양측에 부착된 정착구에는 현장설치 인장재가 설치되고 상기 현장설치 인장재를 인장하고 정착구에 정착시키는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 정착구에는 인장재와 현장설치 인장재가 함께 설치되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 세그먼트부재는 연속교의 경우 부모멘트가 발생하는 교각 상부의 세그먼트부재의 상측 양단부에 정착구를 용접 부착하고 상기 정착구에 인장재를 설치한 후 인장재를 인장하고 정착구에 정착시켜 교각 상부의 세그먼트부재에 생기는 부모멘트를 감소시킨 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔.
5. 강형교량의 강판빔 시공방법에 있어서,

   일정 구간을 지지할 빔부재를 복수개의 세그먼트부재로 분절 제작하는 공정과, 상기 세그먼트부재의 양단부에 정착구를 용접 부착하는 공정과, 상기 정착구의 관통구멍에 인장재를 설치하는 공정과, 상기 인장재를 인장하고 정착구에 정착시켜 세그먼트부재에 프리스트레스를 도입하는 공정과, 이들을 현장에 운반하여 세그먼트부재의 연결부위를 결합수단으로 결합하는 공정으로 이루어져 일정길이의 강판빔으로 형성하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔 시공방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 세그먼트부재의 연결부위들을 결합수단으로 결합한 후, 상기 연결부위의 양측에 부착된 정착구에 현장설치 인장재를 설치하고, 상기 현장설치 인장재를 인장하고 정착구에 정착시켜 세그먼트부재 간의 연결부위에 프리스트레스를 도입하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔 시공방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 세그먼트부재에는 각 세그먼트부재에 작용될 휨모멘트의 크기를 계산하여 예측하고 휨모멘트의 크기에 따라 그에 해당하는 프리스트레스를 각 세그먼트부재에 가하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 세그먼트부재에 의해 구축되는 강판빔 시공방법.