KR100511216B1

KR100511216B1 - 아치형상의 콘크리트 충전 강재 합성거더와 긴장재로 이루어진 복합거더

Info

Publication number: KR100511216B1
Application number: KR1020050014878A
Authority: KR
Inventors: 황윤국; 김정호; 박경훈; 이상윤; 임종권; 이한수; 민대홍
Original assignee: 한국건설기술연구원; (주)아이엠기술단
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2005-08-30

Abstract

본 발명은 아치형상으로 제작된 폐합단면의 외부강재와 그 내부에 중공부로 배제된 공간에 기둥부콘크리트 및 아치리브콘크리트가 채워지며, 거더 하단부 사이에 긴장재가 설치된 아치형 복합거더에 관한 것으로서, 낮은 형고에 장경간이 가능하고, 초기공사비뿐만 아니라 유지관리비용이 적어 생애주기비용 측면에서도 유리한 경제적이고, 재료적, 역학적 장점뿐만 아니라 외관이 수려하여 심미적으로도 유리한 아치형 복합거더에 관한 것이다.

Description

아치형상의 콘크리트 충전 강재 합성거더와 긴장재로 이루어진 복합거더{Cable-Tied and Concrete-Filled Steel Arch Girder}

본 발명은 아치형상의 콘크리트 충전 강재 합성거더와 긴장재로 이루어진 복합거더에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 아치형상으로 제작된 폐합단면의 외부강재와 그 내부에 중공부로 배제된 공간에 콘크리트가 채워져 구성되며, 거더 하단부에 긴장재가 설치된 아치형 복합거더에 관한 것이다.

종래의 교량용 거더(Girder)는 슬래브(Slab)의 자중과 상기 슬래브에 작용하는 하중을 지지하며, 작용하는 하중을 교량하부구조물인 기둥 또는 교각에 전달하는 역할을 하는 교량용 구조부재로서, 교량용 거더의 제작은 종래 강재거더, 콘크리트거더 또는 강재와 콘크리트를 합성시킨 상태에서 그 내부에 긴장재를 설치하여 추가적으로 압축 프리스트레스가 도입되어 제작되기도 한다.

도 1a와 같이 기존의 교량용 거더 형식으로 많이 사용되고 있는 강박스 거더(Steel Box Girder)는 박스를 구성하는 강재로 제작된 주부재(10) 뿐만 아니라 내부의 가로리브, 세로리브, 수직 및 수평보강재 등 모든 보강재를 강재만으로 구성시켜 제작된 거더라 할 수 있다.

하지만 이러한 각 부재 및 보강재의 연결을 위하여 용접이 필요하므로, 용접량 및 시간이 크게 소요되며, 강재만으로 구성되어 차량의 운행에 수반되는 진동으로 인해 피로수명이 저하되고, 소음의 발생으로 도심지역의 공해를 유발시킨다는 문제점이 있었다. 또한 작용하는 하중에 의한 압축력과 인장력을 모두 강재가 부담하므로 경제적으로나 역학적으로 불리한 단면구조라는 문제점이 있었다.

또한 도 1b 및 도 1c와 같이 철근콘크리트 거더(20,Reinforced Concrete Girder, RC 거더) 또는 프리스트레스트 콘크리트거더(30,Prestressed Concrete Girder, PSC 거더)의 경우에는, 강박스 거더보다 초기비용이 적게 들기는 하지만, 콘크리트가 상당량 사용되는 관계로, 필연적으로 철근의 배근과 거푸집의 설치 및 해체가 수반되며, 이로 인해 많은 인력과 시간이 투입되어야 하며, 하중의 작용과 환경의 영향으로 콘크리트의 균열과 철근부식 등의 열화를 피할 수 없으며 이로 인해 유지관리가 어렵고 공용수명이 단축된다는 문제점이 있었으며, 무엇보다도 강박스 거더에 비해 자중이 커 장지간으로 시공하기에 어려운 문제점이 있었다.

나아가 상기 강박스 거더(10), RC 거더(20) 및 PSC 거더(30)는 재하하중으로 인해 거더단면에 발생되는 인장응력 및 압축응력을 지지함에 있어서 중립축 주위의 거더 단면은 응력을 부담하는 구조적 단면으로 작용하지 않아, 재하하중 지지에 비효율적이라는 문제점이 있었다.

이러한 RC 거더와 PSC 거더의 단점을 보완하기 위하여, 도 1d와 같이 내부에 형성된 RC 거더의 외부에 거푸집 겸용 보강재(41)가 둘러싼 합성거더(40)가 개발되었다.

그러나 상기 합성거더(40)는 건축용 들보로서 단순히 철근(42)이 배근된 RC 거더의 외부에 강재(보강재)를 둘러싼 형식으로써 내부의 콘크리트가 인장에 저항하지 못하므로, 불필요한 인장 측 콘크리트의 사용에 의해 자중이 크게 되며, 내부 인장측 보강을 위하여 철근 배근이 필요하므로 장지간의 거더로서, 큰 상부하중을 지지는 교량용 거더로는 적합하지 않다는 한계가 있다.

본 발명의 목적은 기존 교량용 거더 들의 단점인 고비용, 구성재료의 저효율성, 유지관리의 어려움 등을 개선하기 위하여 강박스 거더에 비해 강재량, 용접량을 현격히 줄일 수 있으며, RC 거더나 PSC 거더와 같이 콘크리트를 위한 거푸집, 철근배근 작업이 불필요하여 콘크리트 부재의 유지관리가 필요 없는 교량용 아치형 복합거더를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 아치의 압축에 대한 저항 특성과 긴장재의 인장에 대한 저항 특성을 결합시키되, 강재와 콘크리트가 가지는 재료의 역학적 장점이 최대한 발휘될 수 있도록 하고, 시공 단계별 긴장력을 도입하여 낮은 형고 대 지간장의 비를 가지면서도 상대적으로 장지간이 시공이 가능하며, 경제적이고, 미관이 수려한 한 교량용 아치형 복합거더를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 아치형상으로 강박스 거더를 제작한 후, 내부에 콘크리트를 충전하되 기둥부 및 아치리브콘크리트로 충전되도록 중공부가 상기 강박스 내부에 설치되어 강-콘크리트 합성거더를 형성하고, 상기 합성거더의 단부 하단에 프리스트레스 도입을 위한 강봉을 포함하는 텐던(Tendon)과 같은 긴장재를 설치하여, 그 자중 및 작용하중에 의하여 합성거더에 작용하는 압축응력과 인장응력에 효과적으로 저항할 수 있도록 개별 단면구조로 작용할 수 있는 아치형 복합거더를 제공함으로서, 아치의 구조적 효율성과 콘크리트, 강재, 긴장재 등의 각 구조재료의 장점이 효과적으로 조합되어 기존 거더들에 비해 역학적, 경제적, 심미적으로 유리한 복합거더를 제공할 수 있음을 그 기술적 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 아치형상의 콘크리트 충전 강재 합성거더와 긴장재로 이루어진 복합거더를 도면에 도시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2a는 본 발명의 복합거더(100) 설치상태를 정면도, 도 2b는 상기 복합거더의 a-a, b-b, c-c 단면도를 함께 도시한 것이다.

본 발명에 따른 아치형상의 콘크리트 충전 강재 합성거더와 긴장재로 이루어진 복합거더(100)는

양 단부면이 폐합되며, 전체 길이에 걸쳐 상단부는 같은 높이(H)를 이루되, 하단부는 양 단부로부터 중앙부로 갈수록 높이가 낮아진 박스형태로서 아치형상으로 제작된 외부강재(110a);

그 자체가 차지하는 공간에 의하여 배제된 공간이, 외부강재(110a) 내부에 있어서 외부강재 전체 길이에 걸쳐 단부블록부(B1) 및 상기 단부블록부 하부를 서로 연결시켜주는 아치부(B2)로 형성되도록 격자판 또는 블록체로 외부강재(110a) 내부에 설치된 중공부(120a); 및

상기 단부블록부 및 아치부에 충전되어 기둥부콘크리트(131a)와 아치리브콘크리트(132a)로서 외부강재와 합성된 거더콘크리트(130a);를 포함하는 합성거더(100a); 및

상기 합성거더(110a) 외부로 양 단부 하부 사이에 설치되어 시공단계별로 긴장 후 정착된 긴장재(100b);를 포함하여 제작될 수 있다.

상기 외부강재(110a)는 전체적인 형상이 아치형상의 폐합된 강박스 형태로 제작되어 소정의 높이(H), 길이 및 폭을 가지게 된다. 사각 단면 또는 그 이외의 단면형태로 제작할 수 있고, 그 내부에는 빈 공간이 형성되도록 한다.

통상은 강판을 절곡 또는 용접하여 제작하되 상기 빈 공간에 거더콘크리트(130a)를 타설 할 수 있도록 양 단부면이 폐합되도록 제작한다. 상부면은 슬래브콘크리트(200)가 타설 될 수 있도록 수평면으로 역시 폐합될 수 있도록 제작하되 그 내부 빈 공간에 거더콘크리트(130a)를 충전시키기 위한 구멍을 형성시킬 수 있다.

또한 상기 슬래브콘크리트(200)와 일체화될 수 있도록 상부면에는 스터드(140a,Stud)를 설치할 수 있으며, 내부면에도 충전된 거더콘크리트(130a)와의 부착성능을 높이기 위한 스터드(150a)를 설치하게 된다.

외부강재(110a)는 상기 내부공간에 충전되는 거더콘크리트(130a)를 구속하는 역할 및 거푸집의 역할을 하게 되며, 내부에 충전되는 거더콘크리트와 외부강재는 서로 일체화되어 합성거더로 작용함으로서 종래의 RC 거더 및 PSC 거더에 사용되는 내부 철근 배근의 필요성이 없어지게 된다.

이러한 외부강재(110a)는 아치형상으로 제작하되, 그 설치방식에 있어 상로식을 따르도록 한다. 즉 상단부는 수평면 형태로 하단부는 아치형태로 제작되어, 외부강재(110a)가 노면 이하로 설치되도록 한다.

즉, 아치형상의 특성상 상단부는 같은 높이(H)를 이루되, 하단부는 양 단부로부터 중앙부로 갈수록 높이가 낮아지는 단면형태로 외부강재를 제작하게 되는데, 구체적으로 양 단부블럭부(B1)와 상기 단부블럭부와 연속하여 아치부(B2)로 구성될 수 있도록 제작하게 된다.

상기 단부블럭부(B1)의 특징은 외부강재(110a)의 전체 높이(H)와 동일한 높이로서 그 변화가 없는 단면으로 구성된다는 점이며, 외부강재의 양 단부로부터 소정의 이격된 위치인 아치부(B2) 시점(A)까지 연속하여 구성될 수 있다. 이러한 단부블럭부(B1)는 외부강재(110a)의 하부지지단으로서, 후술되는 바와 같이 외부강재(110a)가 아치형상으로 제작되기 때문에 발생하는 수평력을 지지하도록 설치되는 긴장재(140)의 지지부로서 역할을 한다.

상기 아치부(B2)는 높이가 외부강재(110a) 중앙부로 갈수록 줄어드는 단면으로 구성되며, 상기 아치부 양 시점(A)으로부터 외부강재(110a)의 중앙부(C)까지 연속하여 구성된다.

상기 중공부(120a)는 외부강재(110a)의 내부에 설치되어 외부강재의 내부에 채워지는 거더콘크리트(130a)가 기둥부콘크리트(131a)와 아치리브콘크리트(132a)로 형성되도록 하는 역할을 한다. 역시 강판을 절곡하거나 가공하여 일정한 크기의 블록체 등으로 제작하여 외부강재 내부에 위치하도록 하되 특히 아치부(B2)에 소정의 간격을 두고 설치될 수 있도록 할 수 있으며, 강재 격판으로 제작하여 역시 외부강재(110a)의 아치부(B2)에 소정의 간격을 두고 설치되도록 할 수도 있다.

이러한 중공부(120a)의 존재에 의하여 외부강재(110a) 내부에 충전되는 거더콘크리트(130a)의 충전이 배제되는 만큼 합성거더(외부강재+거더콘크리트)의 자중이 줄어드는 효과가 있으며, 궁극적으로 이러한 자중의 감소는 형고가 낮으면서도 슬림화된 단면형태로 합성거더 단면을 설계할 수 있다는 기술적 효과가 있다.

본 발명에서는 이러한 중공부(120a)의 설치형태가 외부강재(110a)의 내부에 설치되되, 중공부에 의하여 배제된 공간에 충전되는 거더콘크리트(130a)의 구성이 기둥부콘크리트(131a) 및 아치리부콘크리트(132a)로 구분될 수 있도록 함에 그 기술적 특징이 있다.

이에 외부강재(110a)에 타설되는 거더콘크리트(130a)는 상기 중공부(120a)에 의하여 배제된 공간에 의하여 외부강재의 양 단부를 포함하여 외부강재 전체 길이에 걸쳐 특히 아치부(B2)에 기둥부콘크리트(131a)로 형성됨과 더불어 기둥부콘크리트(131a)의 하부가 서로 일체로 연결되도록 아치리브콘크리트(132a)로 구성되도록 한다. 이러한 기둥부콘크리트(131a) 및 아치리브콘크리트(132a)는 거더에 작용하는 외부하중이 기둥부콘크리트를 경유하여 아치리브콘크리트에 전달되어 전체적으로 외부강재(110a)와 함께 아치효과에 의하여 외부하중을 지지되도록 하는 중요한 기능을 가지게 된다.

따라서 중공부(120a)에 의하여 배제된 공간만큼 콘크리트가 충전되지 않아 복합거더의 자중을 줄일 수 있음과 더불어 아치거더로서의 효과를 그대로 발휘할 수 있다는 장점이 발휘되게 된다.

이때, 상기 중공부(120a)는 외부강재(110a) 내부에 있어 사각단면 형태 또는 원형단면 형태로 설치될 수 있다.

상기 거더콘크리트(130a)는 중공부(120a)에 의하여 충전공간이 배제된 외부강재(110a) 내부의 빈 공간에 충전되어 외부강재(110a)와 일체화 합성된다. 즉, 외부강재의 단부블럭부(B1) 및 아치부(B2)에 충전됨으로서, 기둥부콘크리트(131a)와 아치리브콘크리트(132a) 형태로 형성된다.

이로서 본 발명의 합성거더(100a)가 제작된다. 즉, 강재 및 콘크리트가 일체로 제작되어 외부하중에 저항하는 거더라는 의미에서 합성거더라 명칭하게 된다.

이에 아치형상의 합성거더의 양 하부 단부에는 수직력과 수평력이 발생하게 되며, 일반 교량에서와 같이 수직력은 교대 또는 교각과 같은 교량하부구조에 의하여 지지하고, 아치형상으로 인해 발생하는 수평력은 교대 또는 교각과 같은 교량하부구조에 의하여 지지하거나 별도의 이음재와 보강형 등에 의해 저항하도록 설계하여야 한다.

장지간에 설치되는 합성거더 일수록 이러한 단면들의 크기는 커질 수밖에 없게 되므로, 보다 낮은 형고 및 슬림화된 거더 단면설계를 위하여 본 발명에서는 긴장재(100b)를 도입하였다.

상기 긴장재(100b)는 합성거더(100a)의 양 단부 사이에 그 하부를 서로 연결시키는 방식으로 수평으로 설치된다.

긴장재(100b)로서 강연선(Strand), 강봉(Bar) 등을 포함하는 텐던(Tendon)을 사용할 수 있으며, 교량 형식, 경제성 및 시공성 등에 따라 선택에 의하여 사용하면 된다.

상기 긴장재(100b)는 합성거더(100a)의 양 단부 하부에 설치한 정착구 또는 고정구에 의하여 양 단부가 긴장 후 정착된다. 이에 합성거더(100a)의 양 단부는 서로 연결됨으로서 합성거더(100a)의 양 단부를 구속하는 작용과 긴장량의 조정을 통해 합성거더에 작용하는 응력을 조절하는 역할을 하게 된다.

이로서 합성거더(100a)에 작용하는 응력을 지지 또는 상쇄시킬 수 있게 되며, 이러한 응력의 지지 또는 상쇄는 합성거더가 아치 형상으로 제작됨에도 불구하고, 아치형상의 합성거더의 수평력을 지지를 위한 교량하부구조물의 설계단면 고려 등과 같은 추가적인 시공성 및 공사비 증대요인을 배제할 수 있어 결국, 보다 효율적인 합성거더 단면설계가 가능하게 된다. 이러한 긴장재가 추가된 합성거더를 본 발명에서는 복합거더(100)라 명칭한다.

긴장재 및 정착구의 설치는 합성거더(100a)의 양 단부면에 통상의 정착구를 설치하여 긴장후 정착할 수 있도록 할 수 있으며, 시공단계별로 긴장량을 조정할 수 있다. 즉, 상기 외부강재의 양쪽 단부면에 설치된 단부정착구(110a) 사이에 합성거더(100a)의 단부 하부를 관통하여 설치하고, 긴장시킨 후 상기 단부정착구(110a)에 정착되도록 할 수 있다.

교량 가설위치에 거더가 놓여진 후 단계별 긴장을 위해서는 교대의 흉벽 부분의 시공이 늦어질 수 있고, 공용 중 재긴장이 어렵게 된다는 문제가 있을 수 있으므로,

특히 합성거더(100a)의 양 단부 하부에는 상기와 같이 단부정착구(110a)를 설치하고, 상기 단부정착구(110a)에 역시 합성거더(100a)의 단부 하부를 관통하도록 영구긴장재(130a)를 각각 설치한 뒤, 상기 단부정착구로부터 합성거더의 단부 하부 안쪽으로 이격된 위치에 추가로 연결정착구(120a)를 설치하여 영구긴장재를 연결시키고, 상기 연결정착구(120a) 사이에는 시공단계별 긴장 후 정착이나 공용 중 재긴장 등에 있어 시기 및 그 크기에 있어 자유로운 자유긴장재(140b)를 설치할 수 있다.

상기 영구긴장재(130b)의 의미는 거더의 단부블럭부에 위치하여 최종적으로 콘크리트 내에 일부 매설되거나 아치부 사이에 추가적인 작업없이 그 설치, 긴장 및 정착에 있어 통상적인 긴장재 설치방식으로 설치됨을 의미하며,

상기 자유긴장재(140b)는 복합거더의 시공단계에 따라 또는 공용중 필요성이 발생하였을 경우 그 설치량, 긴장량 및 정착량에 차이를 두면서 설치할 수 있다는 것을 의미한다.

도 2b의 a-a 단면도는 복합거더의 단부 절단면도라 할 수 있는데, 콘크리트의 타설을 위하여 단부는 폐합된 형태를 취하며, 합성거더에 긴장력을 도입하고 단부의 수평력을 지지하기 위한 긴장재(100b)가 단부정착구(110a)에 긴장 후 정착된다. 긴장재의 양이 많이 소요되어 정착구가 다수 설치되는 경우 단부정착구는 단부 단면 어디에도 위치할 수 있다.

도 2b의 b-b 단면도는 외부강재 내부에 설치된 중공부(120a)의 단부 절단면도라 할 수 있다. 아치리브콘크리트(132a)와 기둥부콘크리트(131a)를 형성하고 거더의 자중을 줄이기 위하여 중공부(120a)에 의하여 거더콘크리트(130a)가 중공부가 차지하는 만큼 배제되어 있음을 알 수 있다. 또한 긴장 후 정착된 긴장재(100b)로서 자유긴장재(140b)가 중립축 아래를 지나 하부에 설치되어 있음을 알 수 있다.

도 2b의 c-c 단면도는 복합거더의 중앙부의 절단면도라 할 수 있다. 중립축을 기준으로 구조적으로 별 효과가 없는 그 주변 부위에는 거더콘크리트(130a)가 역시 배제되어 있고, 아치리브콘크리트(132a)는 압축력을 지지하며, 인장력을 지지하는 긴장재(100b)로서 자유긴장재(140b)가 역시 중립축 하부에 설치되어 있음을 알 수 있다.

본 발명에서는 상기 단면도에 확인할 수 있는 바와 같이, 복합거더의 각 단면은 동일한 단면형태가 아니라 전체 길이에 걸쳐 단면 부위에 따라 개별 단면형태로 변경되며, 이는 기본적으로 아치효과에 의하여 복합거더의 자중 및 외부하중에 저항하면서도 단면 중립축 주변의 불필요한 단면을 형성시키지 않고, 긴장재를 함께 사용하여 경제적이며 효율적인 단면설계가 가능하여 동일한 형고 및 단면크기라면 보다 장지간으로 설치할 수 있다는 기술적효과가 발현될 수 있게 된다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 복합거더(100)를 단경간으로 설치하는 시공순서의 예를 차례대로 도시한 것이다.

도 3a와 같이, 중공부(120a)가 미리 설치되어 제작된 아치형 외부강재(110a)를 거치시켜 교대 및 교각을 포함하는 교량하부구조물(300)에 지지되도록 한다. 이때 외부강재(110a)에 작용하는 하중은 그 자중인데, 이러한 자중은 거더내부의 단면력과 수직, 수평의 지점반력을 발생시키게 된다.

이러한 자중에 의하여 외부강재(110a) 거치 시 자립이 어려울 수 있으므로, 경우에 따라서는 외부강재 중앙부에 별도의 가지지대(400)를 설치할 수도 있다.

나아가 도 3b와 같이 긴장재(100b)를 외부강재(110a) 하부 단부에 설치하여 긴장함으로써 강재거더를 추가적인 지지 없이 양단지지로 자립시킬 수 있으며, 거더콘크리트 타설 전에 강재거더에 미리 긴장력을 도입시켜 별도의 지보공 없이 거더 콘크리트의 타설이 가능하다는 장점이 있다. 이 경우에는 영구긴장재 만을 긴장 후 정착시킬 수 있다.

다음에는 도 3c와 같이 외부강재(110a) 내부에 거더콘크리트(130a)를 충전시켜 외부강재(110a)와 거더콘크리트(130a)가 일체화되어 서로 합성상태로 작용하도록 한다. 이때 거더콘크리트(130a)는 기둥부콘크리트(131a) 및 아치리브콘크리트(132a)의 형태로 외부강재(110a) 내부공간을 차지하여 외부강재와 합성되어 추후 작용하는 외부하중에 대하여 일체로 저항할 수 있게 된다.

이러한 거더콘크리트(130a) 타설 및 양생 직전까지 그 자중의 증가는 결과적으로 다시 합성거더의 양 하부에 추가적인 수평력을 발생시키게 된다. 이때는 연결정착구(120b) 사이에 설치된 자유긴장재(140b)의 일부를 긴장 후 정착시켜 상기 수평력을 부담하게 함으로서 보다 효율적인 저항단면 설계가 가능하게 되며, 이러한 수평력에 충분히 저항하기 위해서는 통상 교량하부구조물(300)의 설치에 있어 이러한 수평력을 충분히 지지할 수 있도록 설계하는 것이 통상적이지만, 본 발명의 긴장재(100b) 특히 자유긴장재를 설치하는 경우에는 상기 자유긴장재가 수평력에 충분히 저항할 수 있다는 장점 때문에 아치효과를 기본적으로 확보할 수 있음과 더불어 아치형 거더를 설치함으로서 고려해야 하는 수평력에 대한 별도의 저항수단을 별도로 구비하지 않아도 된다는 장점이 있게 된다.

또한 도 3d와 같이 합성거더 상부에 슬래브콘크리트(200)를 타설하면 복합거더는 등분포하중을 받는 타이드(tied) 아치구조로 거더에는 모멘트가 발생하고 긴장재는 추가적인 인장응력을 받게된다. 슬래브콘크리트가 경화되기 전에 자유긴장재(140b)를 추가로 긴장하게 되면 슬래브콘크리트의 타설로 발생되는 휨모멘트와 상쇄되어 합성거더는 압축응력 상태가 유지되며, 슬래브콘크리트가 경화한 후 복합거더와 슬래브는 전단연결재(140a)에 의해 합성이 이루어져 일체로 거동하며 추가적인 고정하중과 이동하중을 지지하게 된다.

상기 슬래브콘크리트(200)와 복합거더(100)가 일체화 되면 추가적인 공용하중이 작용하는 경우 슬래브콘크리트와 복합거더의 전체단면이 상기 공용하중에 대하여 저항할 수 있게 된다.

도 3e는 특히 다경간으로 본 발명의 복합거더(100)를 설치하는 예를 도시한 것인데, 서로 마주보도록 복합거더(100)를 지점부(D)에서 설치한 후 서로 용접 또는 볼트작업으로 서로 연결시키고, 지점부(D)에서 긴장재(100b)를 서로 연결시키되, 지점부(D)에서 발생하는 휨 부모멘트를 제어하기 위하여, 지점부(D) 상부까지 절곡되어 설치되도록 긴장재(150b)를 연장시켜 놓으면 된다. 이렇게 본 발명의 복합거더는 긴장재의 연속성 확보 및 휨 부모멘트의 제어를 통해 연속교의 가설이 용이하게 된다.

본 발명에 의하여 외부가 강재로 구성되고 그 내부에 거더콘크리트가 채워져 구성된 아치형상의 합성거더가 중립축의 위쪽인 압축 측에서 아치의 구조적 특성에 따라 압축력을 부담하고, 중립축 하부에 위치한 긴장재가 인장력을 부담함으로써, 역학적으로 효율성이 떨어지는 중립축 주위의 재료가 없이도 콘크리트, 강재, 긴장재 등의 각 구성재료의 장점을 최대한으로 발휘할 수 있는 복합거더로서 작용하게 되며, 외부강재 제작 시 발생하는 자중에 의한 하중을 거더 하부에 설치된 긴장재를 단계별로 긴장하여 상쇄하고, 단부에 발생되는 수평력은 긴장재가 부담하도록 하여, 기존 아치거더와는 다르게 지점부의 수평력에 대한 조치가 필요 없게 된다.

강재만으로 이루어진 강박스 거더에 비교하여 내부에 콘크리트가 충전되어 있어 소음이 적으며, 진동과 용접량이 적어 피로성능이 우수하며, 강성이 크고 국부좌굴의 위험이 적으며, 보강재가 필요 없고 부식 가능성이 낮다.

거더콘크리트가 외부강재에 싸여있어 내부콘크리트에 철근배근이 필요없으며, 균열 등에 대한 유지관리가 필요 없게 되며, 긴장재가 외부에 노출되어 마찰에 의한 긴장력의 손실이 없으며 상태평가가 용이하고, 단부가 아닌 외부강재 아치부의 연결정착구에서 긴장력을 조정 할 수 있어 시공 및 유지관리가 용이하다. 이상과 같이 본 발명은 기존의 강박스거더, RC거더, PSC거더의 약점을 보완하고 강점을 살려 낮은 형고에 장경간이 가능하고, 초기공사비뿐만 아니라 유지관리비용이 적어 생애주기비용 측면에서도 유리한 경제적인 교량형식이며, 재료적, 역학적 장점뿐만 아니라 외관이 수려하여 심미적으로도 유리한 거더제작 형식이 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d는 종래의 강박스 거더, RC 거더, PSC 거더 및 복합거더를 도시한 것이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 복합거더 및 단면도들을 도시한 것이다.

도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 본 발명의 복합거더의 시공순서도이며, 도 3e는 본 발명의 복합거더를 연속교 방식으로 설치하는 예를 도시한 것이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 :복합거더(외부강재+거더콘크리트+긴장재)

110a:외부강재 120a:중공부

130a:거더콘크리트 100b:긴장재

110b:단부정착구 120b:연결정착구

130b:영구긴장재 140b:자유긴장재

200:슬래브콘크리트 300:교량하부구조물

Claims

콘크리트, 강재, 긴장재를 포함하는 아치형상의 교량용 복합거더에 있어서,

양 단부면이 폐합되며, 전체 길이에 걸쳐 상단부는 같은 높이를 이루되, 하단부는 양 단부로부터 중앙부로 갈수록 높이가 낮아진 박스형태로서 아치형상으로 제작된 외부강재;

그 자체가 차지하는 공간에 의하여 배제된 공간이, 외부강재 내부에 있어서 외부강재 전체 길이에 걸쳐 단부블록부 및 상기 단부블록부 하부를 서로 연결시켜주는 아치부로 형성되도록 격자판 또는 블록체로 외부강재 내부에 설치된 중공부; 및

상기 단부블록부 및 아치부에 충전되어 기둥부콘크리트와 아치리브콘크리트로서 외부강재와 합성된 거더콘크리트;를 포함하는 합성거더; 및

상기 합성거더 외부로 양 단부 하부 사이에 설치되어 시공단계별로 긴장 후 정착된 긴장재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아치형상의 콘크리트 충전 강재 합성거더와 긴장재로 이루어진 복합거더.
제 1항에 있어서, 상기 긴장재는

상기 외부강재의 양쪽 단부면에 설치된 단부정착구 사이에 합성거더의 단부 하부를 관통되도록 설치하고, 긴장 시킨 후, 상기 단부정착구에 정착되거나,

상기 양 단부정착구 및 상기 단부정착구로부터 합성거더의 단부 하부 안쪽으로 이격된 위치에 추가로 설치된 연결정착구를 경유하여 설치됨과 더불어 상기 단부정착구와 연결정착구 사이에는 영구긴장재를 설치하고 연결정착구 사이에는 긴장 및 정착량을 조절할 수 있는 자유긴장재로 설치하여, 단부정착구 및 단부정착구와 연결정착구 사이에서 긴장 시킨 후 정착되는 것을 특징으로 하는 아치형상의 콘크리트 충전 강재 합성거더와 긴장재로 이루어진 복합거더.
삭제
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 복합거더를 다수의 교각 또는 교대 사이에 설치한 후 서로 연결시킴으로서 연속교 방식으로 교량을 시공할 수 있도록 복합거더의 긴장재는, 연속교에 있어서 지점부 상부를 경유하여 연속하여 굴곡 설치될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 아치형상의 콘크리트 충전 강재 합성거더와 긴장재로 이루어진 복합거더.