KR100525054B1 - 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 부재 내부에 설치된 쉬스관 내에 인장재를 설치하고 콘크리트 빔 상단에 다양한 형상의 강형을 설치하고, 상기 콘크리트 빔과 강형을 일체화되게 합성시킨 후에 콘크리트를 타설 양생한 후 인장재에 긴장력을 도입하고, 상기 빔의 양측 단부에 인장재를 정착한 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔에 관한 것이다. 본 발명의 빔은 사용하중에 대하여 빔 단면전체를 저항단면으로 이용할 수 있으며, 완전프리스트레싱 방식에 의한 설계가 가능하여 활하중 재하단계에서 하부플랜지콘크리트에 인장균열이 발생하지 않도록 제어할 수 있어 빔 단면의 내구성을 증진시키고 처짐 발생을 최소화 할 수 있다. 또한, 빔 상부플랜지에 접합된 강형에 의하여 하부플랜지 콘크리트에 보다 큰 압축프리스트레스를 도입할 수 있게 되므로 최종 하중단계에서 상부플랜지 콘크리트에 발생하는 압축응력의 크기를 허용응력 이내로 제어할 수 있게 되어 동일한 조건하에서 보다 낮은 형고 및 장지간의 합성빔을 제작하는 것이 가능하며, U형단면의 박스형으로 본 발명의 빔을 이용하는 경우 곡선교 적용에 있어 매우 유리하다.

Description

프리스트레스트 합성 콘크리트 빔{Prestressed concrete composite girder}

본 발명은 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 사용하중에 대하여 빔 단면 전체를 저항단면으로 이용할 수 있으며, 완전프리스트레싱 방식에 의한 설계가 가능하여 활하중 재하단계에서 하부플랜지 콘크리트에 인장균열이 발생하지 않도록 제어할 수 있어 빔 단면의 내구성을 증진시키고 처짐발생을 최소화 할 수 있고, 빔 상부플랜지에 형성된 강형에 의하여 하부플랜지 콘크리트에 보다 큰 압축프리스트레스를 도입할 수 있어 최종 하중단계에서 상부플랜지 콘크리트에 발생하는 압축응력의 크기를 허용응력 이내로 제어할 수 있게 되어 동일한 조건하에서 보다 낮은 형고 및 장지간의 합성빔을 제작하는 것이 가능하여 효율적이며 경제적인 합성빔을 설계, 제작할 수 있으며, U형단면의 박스형으로 본 발명의 빔을 이용하는 경우 곡선교 적용에 있어 매우 유리한 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔에 관한 것이다.

종래의 교량용 거더로서 이용되는 프리스트레스트 콘크리트 빔(Prestressed Concrete Beam; 이하 PSC 빔)은 통상 I형 단면으로 형성되며, 상부플랜지, 하부플랜지, 복부콘크리트로 구성된다.

특히 하부플랜지 콘크리트에는 PC강재와 같은 인장재에 의하여 압축프리스트레스가 도입되어 외부하중에 대해 충분한 강성을 확보하면서 하부플랜지 콘크리트에 적어도 내구성을 저하시키지 않는 범위 내에서 균열이 발생하는 것을 허용하고 있는데,

설계 방식에 따라 하부플랜지 콘크리트에 인장균열을 허용하되 균열의 정도를 제어할 수 있도록 하는 부분 프리스트레싱(Partial Prestressing) 방식과 하부플랜지 콘크리트에 인장균열을 허용하지 않는 완전프리스트레싱(Full Prestressing) 방식으로 구분된다.

통상의 교량용 거더로서의 프리스트레스트 콘크리트 빔은 부분스트레싱에 의한 방식에 의해 설계되고 있는데, 이는 완전프리스트레싱 방식으로 빔을 설계하는 경우 하부플랜지 콘크리트의 인장균열 발생을 방지하기 위한 강성확보를 위하여 보다 큰 저항단면이 소요되거나 보다 높은 형고를 가지도록 빔 단면을 결정해야 하는 구조적인 문제 때문에 통상 부분프리스트레싱 방식으로 빔을 설계, 제작할 수밖에 없었다는 문제점이 있었다.

나아가 완전프리스트레싱 방식에 의해 빔을 제작하기 위하여 보다 많은 인장재(PC 강재)를 하부플랜지 콘크리트에 긴장 후 정착시켜 보다 큰 압축프리스트레스를 하부플랜지 콘크리트에 도입시키는 방법을 이용할 수 있지만, 이 경우 상부플랜지 콘크리트에는 인장응력이 발생하여 인장균열이 발생할 수 있다는 문제점이 있으며, 최종 활하중 재하단계에서는 빔 단면 상부플랜지에 압축응력이 발생하게 되므로 콘크리트의 압축파괴의 가능성을 배제할 수 없다는 문제점이 있었다.

이러한 프리스트레스트 콘크리트 빔을 기술적으로 개량한 것이 프리플렉스 합성빔(특허 제 1163호) 및 리프리스트레트 프리플렉스 강합성빔(특허 제244084호)이다.

상기 프리플렉스 합성빔은 도1a, 도1b 및 도1c와 같이 미리 I형 강형(10)에 소정의 프리플렉션하중(P1)을 재하한 상태에서 하부플랜지 주위에 콘크리트를 타설 및 양생시킴으로서 케이싱콘크리트(20)를 형성시키고 재하된 프리플렉션 하중을 제거하여, I형 강형의 탄성복원력에 의하여 케이싱콘크리트에 압축프리스트레스가 도입되도록 한 것으로서, 합성빔으로서 충분한 강성 및 내구성을 확보할 수 있고, 하부케이싱콘크리트에 도입되는 압축프리스트레스에 의하여 보다 낮은 형고 및 장지간의 교량용 거더로서 이용가능하다는 장점 때문에 많이 이용되어 왔다. 하지만 이러한 프리플렉스 합성빔은 낮은 형고 및 장지간의 빔 길이를 확보라는 근본적인 장점을 유지하기 위해서 케이싱콘크리트에 인장균열을 허용하는 부분프리스트레싱 방식에 의하여 설계되기 때문에 철저한 케이싱콘크리트의 품질관리가 엄격하게 요구되었으며, 과다한 처짐 및 피로강도가 저하된다는 문제점이 지적되고 있다.

이에 완전프리스트레싱 방식에 의해 케이싱콘크리트의 인장균열을 허용하지 않으면서 프리플렉스 합성빔과 동일한 형고 및 지간을 확보하기 위해서 개발된 것이 도1d의 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔(RPF 빔)이다. 즉, 완전프리스트레싱 방식도입에 따른 케이싱콘크리트(20)에 필요한 강성을 확보하기 위하여 케이싱콘크리트 설계기준강도를 증가시키고, 케이싱콘크리트에 추가적인 압축프리스트레스를 도입하기 위하여 다수의 PC강재와 같은 인장재(30)를 긴장 후 정착시키는 것이다.

이로서 프리플렉스 합성빔보다는 동일한 설계조건에서 케이싱콘크리트의 인장균열을 허용하지 않으므로 빔의 내구성을 증가시키고, 처짐을 작게 조정할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 다수의 PC 강재를 사용하므로 PSC 빔 또는 프리플렉스 합성빔에 비하여 제작비용이 증가되는 문제점이 있었다.

또한 프리플렉스 빔 및 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔은 단면 설계시 I형 강형의 상부가 외부에 노출되도록 제작하고 실제 교각 또는 교대에 설치하는 경우에 현장에서 복부콘크리트가 타설되며, 최종적으로 바닥판콘크리트가 타설, 양생되는 방식으로 제작되는데, I형 강형의 복부에 의해 복부콘크리트가 양분되는 구조를 가지게 되기 때문에 통상 복부콘크리트가 차지하는 단면은 합성빔의 설계단면력 산정시 무시하여 유효단면에서 제외하고 설계하는 것이 일반적이다. 이에 구조적으로 저항단면으로 인정되지 않는 복부콘크리트를 타설하지 않는 무복부콘크리트로 설계, 제작하는 경우도 있으나, 이 경우 강재인 복부가 외부에 노출되기 때문에 별도의 방식처리가 필요하여 통상은 복부콘크리트를 타설하는 것으로 설계하고 있다. 즉, 복부콘크리트를 형성시킴에도 불구하고 복부콘크리트가 차지하는 단면적은 합성형 제작시 유효단면으로 고려하지 않으므로 효율적인 합성빔 단면설계가 필요하다는 문제점이 지적되었다.

또한 실용신안등록 제 308815호의 경우에, 도1e 및 도1f와 같이 프리스트레스트 스틸철근 콘크리트 빔에 관한 것으로서, 하부 및 상부플랜지콘크리트에 T형 강판(40a,40b)을 형성시키고, 빔 양 단부에는 중앙에 설치되고, 빔 중간에는 하부플랜지콘크리트를 경유하도록 강연선(50)을 설치하여, 종국적으로 상부플랜지 콘크리트에 형성된 T형 강판(40a)에 의하여 강연선에 의해 최대한으로 도입되도록 하여 압축프리스트레스에 의해 상부플랜지콘크리트에 발생하는 인장균열을 방지할 수 있도록 함으로서 강연선에 의해 보다 많은 긴장력을 도입할 수 있고 빔의 지간을 장지간화 할 수 있으며, 또한 빔의 형고를 줄일 수 있다는 것을 장점으로 하고 있다.

하지만 상기 실용신안등록의 경우 통상의 PSC빔 단면 내부에 별도의 T형 강판을 설치하고 강연선을 추가적으로 설치함에 따라 압축프리스트레스 도입시 상부플랜지콘크리트에 발생하는 인장균열을 방지하고 있으나, 최종단계에서는 하부플랜지 콘크리트에 균열을 허용하는 부분프리스트레싱 방법에 의한 설계하게 되므로, 이러한 부분프리스트레싱에 의한 빔 단면설계는 콘크리트 품질의 철저한 관리가 요구되며, 콘크리트와 하단에 설치한 T형 강판 접합부에서 피로강도가 저하되는 등 내구성측면에서 문제점이 발생할 우려가 있었다.

본 발명의 목적은 콘크리트와 강재주형의 역학적거동의 장점만을 활용한 합성 콘크리트 빔의 제작 및 시공에 있어서, 종래의 프리플렉션 하중재하 공종에 의해 하부플랜지콘크리트에 미리 프리스트레스를 도입하는 공종을 하부 케이싱콘크리트에 길이방향으로 설치한 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 공종으로 대체하고, 콘크리트 빔 상단을 강형 부재와 합성시켜서 단면강성을 증대시킴으로서 프리플렉션 하중재하 공종없이 소요의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔을 제작함으로서 합성빔의 제작공종이 단순화되어 합성빔의 제작 및 시공의 공기단축이 가능하며, 콘크리트 빔 상단을 강형 부재와 합성함으로서 하부플랜지콘크리트에 필요한 소요의 압축프리스트레스의 크기를 증대시킬 수 있어서 콘크리트 빔 단면의 크기를 최적단면으로 적용할 수 있게 되어 합성빔 제작을 위한 공사비 절감이 가능한 프리스트레스트 합성 콘크리트빔에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 완전프리스트레싱 방식에 의하여 하부플랜지 콘크리트에 인장균열을 허용하지 않으면서 하부플랜지 콘크리트에 충분한 압축프리스트레스를 도입할 수 있도록 하여 보다 낮은 형고 및 장지간의 빔 제작이 가능하며, 과도한 처짐 및 이로 인한 내구성저하를 방지할 수 있으며, 피로강도의 저하를 방지할 수 있고, 충분한 압축프리스트레스 도입에 의한 상부플랜지 콘크리트의 인장균열을 방지할 수 있도록 하며, 전체 콘크리트 빔 단면의 크기를 증가되지 않도록 상부플랜지 콘크리트 단면을 줄이는 대신 하부플랜지 콘크리트 폭을 상부플랜지 콘크리트 폭보다 넓게 하여 빔 설치시 전도현상을 방지할 수 있으면서 하부플랜지 콘크리트에 다수의 PC강재와 같은 인장재를 배치할 수 있도록 하고, 복부를 포함한 콘크리트 단면전체를 유효한 저항단면으로 설계할 수 있어 효율적이며 경제적인 프리스트레스 합성 콘크리트빔 제작을 가능하게 하는 것이다.

본 발명은 완전프리스트레싱 방식의 빔 제작을 위하여 하부플랜지콘크리트의 폭을 통상의 하부플랜지 폭보다 넓게 하여 다수의 PC 강재(PC 강연선 등)와 같은 인장재가 형성되어 긴장 후 정착될 수 있도록 함으로서 하부플랜지 콘크리트에 도입되어야 하는 압축 프리스트레스를 충분히 확보할 수 있도록 한다. 또한, 콘크리트 빔과 상부 강형을 합성시키고, 하부플랜지 콘크리트 단면 폭의 증가에 따라 상부플랜지 콘크리트의 단면 폭을 감소시켜서 전체 단면의 중립축의 위치를 효율적으로 조정하여 콘크리트 단면의 크기가 증가되지 않으므로 빔 제작비용의 증가를 방지한다.

이에 상기 인장재의 긴장 및 그 정착에 의하여 최종 하중재하단계에서 하부플랜지 콘크리트의 인장균열(이하 하부인장균열)을 허용하지 않는 반면 하부플랜지콘크리트에 도입되는 압축프리스트레스에 의하여 상부플랜지 콘크리트에 인장균열(이하 상부인장균열)이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이를 방지하기 위해 상부플랜지 콘크리트로부터 돌출 형성되는 강형을 설치하되, 감소된 상부플랜지 콘크리트 폭과 관련하여 보다 큰 단면 강성확보를 위해 상부플랜지 콘크리트 위로 돌출되도록 한다.

또한 복부콘크리트 내부에 강형이 매립되어 단면 설계시 복부콘크리트의 단면을 유효단면으로 고려하지 않는 방식과는 달리 상기 강형을 복부에 포함되지 않도록 하여 복부콘크리트의 단면도 유효한 빔 단면에 포함될 수 있도록 함을 기술적 특징으로 한다.

이에 본 발명의 기술적 특징에 따른 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도2a 및 도2b는 본 발명의 합성빔이 I형 단면을 가지며 상부에 강형(150)이 형성된 빔(100)으로 제작된 상태를 단면도 및 정면도로 도시한 것이고, 도2c는 본 발명의 합성빔이 U형 단면을 가진 박스거더(300) 형태로 제작된 상태를 단면도로 도시한 것이며, 도2d는 본 발명의 합성빔이 본 발명의 I형 단면을 가지며, 합성빔 상부에 형성된 강형에 추가적인 인장재(110b)를 설치한 경우를 도시한 것이다.

도3a, 도3b 및 도3c는 본 발명의 I형 단면을 가지는 빔에 있어 상부플랜지 콘크리트에 형성되는 강형(150)의 여러 종류의 형상에 따라 바닥판콘크리트(200)와 결합된 상태를 도시한 것이며,

도4a는 본 발명의 빔이 분절제작된 경우의 빔(100a,100b,100c)을 정면도로 도시한 것이고, 도4b는 본 발명의 빔이 분절제작된 경우에 있어 강형(150)이 빔 양 단부를 제외한 중앙구간의 빔(100b)에만 설치된 경우를 도시한 것이며,

도4c는 본 발명의 합성빔을 분절제작된 경우로서, 중앙구간의 빔(100b)에만 강형을 설치한 합성빔의 정면도로 도시한 것이다.

본 발명의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔(100)은 인장재가 형성된 하부플랜지(120), 복부(130) 및 상부플랜지(140) 콘크리트로 구성되는 프리스트레스트 콘크리트 빔에서, 강형(150)이 상부플랜지 콘크리트(140)로부터 상부로 돌출되도록 형성되며, 상부플랜지 콘크리트의 폭은 좁고 이에 반하여 하부플랜지 콘크리트의 폭은 넓도록 형성되고 하부플랜지 콘크리트 내부에 다수의 PC강재와 같은 인장재(110)가 형성된다.

하부플랜지 콘크리트(120)는 도2a와 같이 내부에 PC 강재와 같은 인장재(110)가 형성되는데 상기 인장재의 긴장 및 정착에 의하여 하부플랜지콘크리트에 압축프리스트레스가 도입되며, 상기 도입되는 압축프리스트레스의 양은 정량적으로 하부플랜지 콘크리트가 외부하중에 의하여 인장균열이 발생하지 않도록 즉, 완전프리스트레싱 방식으로 제작될 수 있도록 결정된다.

PC 강재와 같은 인장재(110)는 비접착식 또는 접착식 PC 강연선 등을 이용할 수 있고, 강연선에 한정되는 것은 아니며 통상의 교량가설에 사용하는 인장재를 사용할 수 있다.

완전프리트스레싱 방식에 따라 하부플랜지 콘크리트에 압축 프리스트레스가 도입되는 경우 보다 많은 인장재의 설치가 필요하게 되므로 하부플랜지 콘크리트의 폭(d1)을 넓혀 필요한 피복두께를 확보할 수 있도록 하며, 인장재(110)는 도2b와 같이 형성되는 합성단면의 중립축과 어느 정도 이격된 하부플랜지 콘크리트에 형성되도록 하여 도입되는 압축프리스트레스가 편심으로 작용하도록 하여 보다 효율적인 인장재의 이용이 가능하며, 합성빔 양 단부 복부에 포물선 형상으로 설치를 병행할 수 있다.

또한 빔 설치시 빔을 횡방향으로 서로 연결시키는 가로보를 설치하게 되는데, 통상 상기 가로보는 바닥판콘크리트 타설과 함께 현장에서 제작된다. 이에 가로보 및 바닥판콘트리트 타설시 발생하는 충격 등에 의하여 빔의 전도가 발생가능성이 크게 되는데 본 발명에서는 하부플랜지 콘크리트 폭을 넓게 함으로서 빔의 전도를 방지할 수 있게 된다.

또한 빔의 복부(130)는 일정한 폭을 가지면서 하부플랜지 콘크리트 상부에 형성되는데 빔 복부가 전단력 또는 비틀림을 저항하는 것으로 가정하여 단면 설계시 빔의 강성을 결정하는 유효단면으로 포함하지 않던 것을 본 발명에서는 도1c 및 도1d의 종래 프리플렉스 합성빔 또는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔과 같이 복부가 강형(10)에 의하여 구분되지 않도록 하여 빔 단면 설계시 빔의 강성을 결정하는 유효단면으로 기능하도록 한다.

빔의 상부플랜지 콘크리트(140)는 하부플랜지 콘크리트의 폭이 넓어짐에 따라 콘크리트 단면적이 증가됨을 고려하여 최소한의 폭(d2)이 형성되도록 한다. 이에 본 발명의 합성빔은 상부플랜지 콘크리트 폭이 하부플랜지콘크리트 폭보다 좁게 형성되며, 이는 종래의 합성빔의 상부 및 하부플랜지 콘크리트 폭이 거의 동일한 경우와 비교하여 형고를 낮게 하고 보다 장지간의 빔을 제작하기 위한 목적을 달성하기 위한 구성이 된다.

상부플랜지 콘크리트에는 하부플랜지 콘크리트에 도입되는 압축프리스트레스에 의하여 인장응력이 발생할 수 있는데 이러한 인장균열은 빔의 취성파괴를 발생시킬 수 있으므로 하부플랜지 콘크리트에 도입되는 압축프리스트레스 양의 제한을 요구하게 된다. 본 발명에서는 이러한 인장균열의 발생을 방지하기 위해 상부플랜지 콘크리트에 강형을 형성시킨다.

3a는 특히 강형(150)이 "ㅜ" 형상으로 형성된 경우에 있어 빔의 단면도 및 상기 빔 상부에 바닥판콘크리트(200)가 형성된 경우를 도시한 것으로서, 강형의 하부는 상부플랜지 콘크리트(140)에 매입되고, 강형의 상부는 상부플랜지 콘크리트 위로 돌출되도록 한 것이다. 위로 돌출되는 높이에 따라 빔의 전체 휨 강성이 커지므로 보다 효율적으로 상부플랜지 콘크리트의 인장균열을 방지할 수 있으나, 형고에 따라 돌출정도가 조정될 수 있다.

도3b는 강형(150)이 "I" 형상으로 형성된 경우에 있어 빔의 단면도 및 상기 빔 상부에 바닥판콘크리트(200)가 형성된 경우를 도시한 것으로서, 강형의 하부는 상부플랜지 콘크리트(140)에 매입되고, 강형의 상부는 상부플랜지 콘크리트 위로 돌출되도록 한 것이다.

도3c는 강형(150)이 "I" 형상으로 형성되며 강형의 하부가 상부플랜지 콘크리트(140)에 매입되지 않고 콘크리트 상부면에 형성되는 경우를 도시한 것으로서, 특히 강형과 콘크리트 빔을 별도로 제작하는 경우에도 이용될 수 있음을 도시한 것이다. 즉, 공장에서 프리캐스트 프리스트레스 콘크리트 빔을 소정의 길이(분절 또는 일체로 제작)로 제작하고 이에 따라 강형도 콘크리트 빔의 길이에 따라 서로 분리 또는 결합하여 제작한 상태에서, 현장에 반입하여 분절되어 제작된 경우에는 현장에서 일체화시키고, 일체로 제작된 경우에는 직접 교각 또는 교대 위에 거치하는 방식으로 교량을 시공할 경우에 강형과 콘크리트 빔이 서로 분리되어 제작될 수 있음을 도시한 것이다. 또한 상기 강형의 형상은 상술된 형상 이외에도 다양한 형상으로 변경이 가능하며, 상부플랜지 콘크리트와의 합성성능을 증대시키기 위하여 스터드 및 연결철물 등과 같은 연결구도 다양한 선택에 의하여 채택될 수 있다.

결국 본 발명의 빔은 상부 및 하부플랜지 콘크리트에 인장균열이 발생되지 않도록 하면서 하부플랜지 콘크리트에 도입되는 압축프리스트레스를 보다 크게 도입될 수 있도록 하여 동일한 지간을 기준으로 형고를 더욱 낮출 수 있으며, 동일한 형고를 기준으로 지간장을 더 길게 할 수 있으며 하부플랜지 콘크리트의 과도한 처짐을 방지할 수 있어 피로강도의 저하를 방지할 수 있고, 빔 단면 전체를 강성 확보를 위한 유효단면으로 활용할 수 있게 되어 효율적인 빔 설계가 가능하다.

도2c는 본 발명의 빔을 U형 단면의 박스거더(300)로 형성시킨 경우를 도시한 것이다. 즉 하부플랜지 콘크리트(310) 양 측면에 형성되는 복부판(320)의 상부플랜지 콘크리트(321) 위에 각각 강형(330)을 형성시킨 경우를 도시한 것으로서, I형 단면으로 빔을 제작하는 경우와는 달리 U형 박스거더로 제작함으로서 휨강성 및 뒤틀림 강성을 보다 크게 확보할 수 있다는 장점이외에 곡선교로 교량을 시공할 필요가 있는 경우에 이용할 수 있다는 장점이 있다. 즉 U형 단면으로 빔을 제작하되, I형 단면으로 제작되는 빔과 동일하게 복부판을 구성시킴으로서 상술된 기술적 효과 이외의 곡선교에 적용이 용이하도록 한 것이다. 또한 인장재(340)의 경우 양 단부로부터 중간을 경유하면서 포물선형상으로 박스거더 내부에 노출된 정착장치에 인장재(340a)를 긴장 후 정착시켜 설치할 수 있으며 더불어 복부판 내부에 인장재(340b)가 매립되도록 설치할 수 있다.

도2d는 본 발명의 도2b의 합성빔에 있어 합성빔 상부에 형성된 강형에 추가적인 인장재가 설치된 다른 실시예의 합성빔 단면도 및 정면도이다. 상기 도2d의 합성빔은 특히 장지간의 교량에 본 발명의 빔을 적용하는 경우를 나타낸 것으로서 하부플랜지 콘크리트(120)에 도입되는 압축프리스트레스의 크기를 증가시키기 위하여 상부 강형(150)에 임시 인장재(160)를 배치하여 하부플랜지 콘크리트에 압축프리스트레스를 도입할 때 상부 임시 인장재도 동시에 인장시킨 후, 최종 바닥판콘크리트(200)을 타설하여 합성시키고, 상기 임시 인장재를 제거함으로서 바닥판 콘크리트 상단의 압축응력은 감소시키고, 콘크리트 빔 하단의 압축응력을 증가시키게 되어 합성빔의 장지간화를 도모할 수 있다.

도4a는 도2b의 합성콘크리트 콘크리트 빔을 분절한 상태의 빔의 정면도(100a,100b,100c)를 도시한 것으로서, 양 단부 빔(100a,100c)보다는 중간 빔(100b)이 길게 3등분된 빔으로 제작하고, 하부플랜지 콘크리트(120)에 설치되는 인장재(110)의 경우도 중간 빔에서는 공장제작시 프리텐션 방식 또는 포스트텐션 방식에 의하여 먼저 인장재(110a)에 의하여 압축프리스트레스를 도입시켜 빔 자중 등을 고려하여 제작하고, 각 빔에 별도의 쉬스관(160)을 형성시켜 현장에서 추후 인장재(100c)의 설치에 의한 압축프리스트레스가 도입 시기 및 회수를 달리하여 도입될 수 있음을 도시한 것이다. 분절된 각 빔의 하부플랜지 콘크리트(100a,100b,100c)에는 미리 쉬스관(160)만 형성시키고, 현장에서 인장재의 양을 조절하여 단계적으로 일체로 조립된 빔에 압축프리스트레스가 도입되도록 함으로서 보다 효율적인 빔 단면 설계 및 시공이 가능하도록 한다.

도4b는 특히 본 발명의 빔에 설치되는 강형(150)이 양 단부를 제외한 중앙부분에만 배치된 상태 즉, 빔의 길이보다 작게 안쪽에 형성된 경우를 도시한 것인데, 이는 상부플랜지 콘크리트에 발생되는 인장균열을 발생시키는 휨모멘트가 빔의 양단부에서는 크지 않다는 것을 고려한 것으로서 이로서 강형 제작비용을 절감할 수 있게 된다는 장점이 있으며, 강형의 형성 길이는 빔의 길이를 고려하여 변경할 수 있다. 도4c는 도4a와 같이 분절된 빔(100a,100b, 100c)의 정면도로서, 특히 중앙 빔(100b)이 길게 3등분된 빔으로 제작하고 강형이 중간 빔(100b)에만 설치된 경우를 도시한 것으로서 빔 단부에는 별도의 강형을 설치하지 않아, 빔 분절 제작시 별도로 빔에 강형이 형성되지 않은 경우를 도시한 것이다.

본 발명의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔은 재료적 특성에 따른 부재력의 분포 및 특성을 합리적으로 고려하여, 콘크리트 빔 상단에 강형을 매입하여 합성시킨 후 하부플랜지 콘크리트에 압축 프리스트레스를 도입시킴으로서, 강형과 콘크리트의 합성단면에 프리스트레스를 도입시키는 종래의 프리플렉션 제작공법 또는 리프리스트레스트 합성빔 제작 공법과 비교하여 빔의 단면을 대폭 감소시켜 경제적이면서도, 종래의 프리플렉스 합성빔의 형고를 유지할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 상부플랜지 콘크리트에 설치된 강형에 의하여 콘크리트 빔 상연의 인장균열을 방지할 수 있으며, 압축 프리스트레스 도입에 따른 콘크리트 빔 상단의 크리프 및 건조수축에 의한 시간 의존적 프리스트레스 손실을 감소시킴으로서, 구조적으로 안전하고, 정확한 프리스트레스 도입과 단면감소효과에 따른 공사비 절감이 가능하다. 따라서, 본 발명의 합성빔은 보다 효율적인 단면설계 및 시공에 의하여 교량을 보다 낮은 형고 및 장지간으로 시공할 수 있으며 처짐감소 및 피로강도향상과 같은 내구성 증진효과를 기대할 수 있어 합리적이며 경제적인 교량시공이 가능하다.

도1a, 도1b 및 도1c는 종래의 프리플렉스 합성빔의 제작과정 및 단면도를 도시한 것이고,

도1d는 종래의 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔의 단면도를 도시한 것이며,

도1e 및 도1f는 다른 종래의 PSC 빔의 예를 도시한 것이다.

도2a 및 도2b는 본 발명의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔이 I형 단면으로 제작된 경우의 단면도 및 정면도를 도시한 것이고,

도2c는 본 발명의 빔이 U형 단면을 가진 박스거더 형태로 제작된 상태를 단면도이고,

도2d는 본 발명의 빔이 I형 단면을 가지고 빔 상부에 형성된 강형에 추가적인 임시 인장재를 설치한 경우의 단면도 및 정면도를 도시한 것이다.

도3a, 도3b 및 도3c는 본 발명의 빔에 바닥판콘크리트가 형성된 상태의 예를 도시한 것이다.

도4a 및 도4b는 본 발명의 빔을 분절하여 제작하는 경우 및 양 단부에 강형이 제외된 경우를 도시한 것이고,

도4c는 양 단부에 강형이 제외된 발명의 빔을 분절하여 제작한 상태를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:본 발명의 I형 단면의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔

100a,100b,100c:본 발명의 분절된 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔

110:인장재 120:하부플랜지콘크리트

130:복부 140:상부플랜지콘크리트

150:강형 200:바닥판콘크리트

300:본 발명의 U형 단면의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔

Claims (5)

1. 인장재가 형성된 하부플랜지, 복부 및 상부플랜지 콘크리트로 구성되는 프리스트레스트 콘크리트 빔에서,

   상부플랜지 콘크리트로부터 상부로 돌출되도록 강형을 형성시키고, 하부플랜지 콘크리트 폭을 증가시키는 대신 상부플랜지콘크리트 폭을 감소시켜 콘크리트 전체단면의 크기를 증가시키지 않으면서 압축프리스트레스를 하부플랜지 콘크리트에 도입시킴으로서 완전프리스트레싱에 의한 빔 설계가 가능한 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔.
2. 제1항에 있어서, 상기 강형은 복부콘크리트와 하부플랜지 콘크리트의 경계면 위로 형성되며 강형의 하부가 상부플랜지 콘크리트에 매입되거나 상부플랜지 콘크리트 상부면에 형성되어 복부콘크리트가 유효단면으로서 설계 가능한 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔.
3. 제1항에 있어서, 상기 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔은 단면형상이 I형 또는 상부가 개방된 U형 단면인 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔.
4. 제1항에 있어서, 상기 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔의 하부플랜지 콘크리트에는 공장에서 소정의 길이로 분절되어 제작된 후 현장에 반입되어 일체화되도록 쉬스관이 미리 형성됨으로서 하부플랜지 콘크리트에 도입되는 압축 프리스트레스의 크기 및 시기가 다수에 걸쳐 시기를 달리하여 도입되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔.
5. 제1항에 있어서, 상기 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔의 하부플랜지 콘크리트에 도입되는 압축프리스트레스의 크기를 증가시키기 위하여 콘크리트 빔 상단에 형성된 강형에 임시 인장재가 더 설치되며, 상기 임시 인장재는 하부플랜지 콘크리트에 설치한 인장재와 함께 긴장되며 바닥판콘크리트를 타설시켜 빔과 바닥판콘크리트가 합성된 후 제거되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 합성 콘크리트빔.