KR100529519B1 - 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔 및이를 이용한 교량 시공방법 - Google Patents

정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔 및이를 이용한 교량 시공방법 Download PDF

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우경건설 주식회사
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Abstract

본 발명은 PSC빔의 단면형상 및 형고가 초기 프리스트레스 도입시 하부플랜지의 압축 응력에 좌우된다는 점에 착안하여 초기 프리스트레스 도입시의 하연 압축응력을 상부플랜지측에 도입하는 임시 프리스트레스에 의해 허용 압축응력 이하로 조절함으로써, 종래의 PSC빔이 가진 장점을 그대로 유지하면서, 형고를 낮출 수 있어 적용성 및 경제성 측면에서 타공법에 비해 월등히 우수한 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔 및 이를 이용한 교량 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔은 상ㆍ하부플랜지 및 웨브로 이루어지는 PSC빔과; 상기 PSC빔의 상부플랜지 상면의 양단 지점부에 고정 설치되는 한 쌍의 정착구와; 상기 PSC빔의 상부플랜지 상면의 중앙부에 설치됨과 동시에 한 쌍의 정착구 사이에 고정 설치되는 고정구와; 상기 일단의 정착구에서 고정구를 거쳐 타단의 정착구에 고정 설치되는 긴장재로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔을 이용한 교량 시공방법은 PSC빔을 형성하기 위하여 거푸집을 설치하고, 철근 및 쉬스관을 조립하는 단계; 상기 조립된 철근빔에 콘크리트를 타설 및 양생시켜 중간 PSC빔을 형성하는 단계; 상기 PSC빔의 상부플랜지 상면의 지점부와 중앙부에 정착구와 고정구 및 긴장재를 설치하는 단계; 상기 쉬스관 및 상부플랜지 상면의 임시긴장재에 프리스트레스력을 도입하는 단계; 콘크리트 설계기준강도 발현 후 상기 PSC빔의 상부플랜지 상면에 설치된 임시 긴장재의 프리스트레스력을 해제하고, 상부플랜지 상면의 정착구와 고정구를 철거하여 최종 PSC빔을 제작하는 단계; 상기 최종 PSC빔을 교대 및 교각 상에 거치하는 단계; 상기 교대 및 교각 상에 거치된 PSC빔의 상부플랜지 상면에 콘크리트를 타설 및 양생시켜 슬래브를 형성하는 단계를 순차적으로 시행하여 교량을 시공함을 특징으로 한다.

Description

정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔 및 이를 이용한 교량 시공방법{The bridge construction method of having used the prestressed concrete beam and this which the anchorage and the fixed member possessed}
본 발명은 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔 및 이를 이용한 교량 시공방법에 관한 것으로, 특히 상부플랜지 측에 임시로 프리스트레스를 도입해서 하부플랜지의 초기압축 응력을 감소시키는 공법(RICS-Beam : Reduced Initial Compressive Stress by temporary prestressing Method)으로 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔 및 이를 이용한 교량 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 프리스트레스트 콘크리트 빔(이하, "PSC빔"이라 칭함)은 20세기 초에 개발된 이래 많은 발전을 거듭한 교량형식으로 국내에서도 1969년 경부고속도로상에 건설된 오계1교(20m 단경간) 이후, 가장 많은 실적을 가진 형식 중의 하나이다.
여기서, 상기한 PSC빔은 제작 및 가설 시공성, 구조안전성 및 경제성 측면에서 매우 우수한 형식이나 형고(형고/지간비: 1/14∼1/16)가 비교적 높아 적용 지간장이 제한적이며, 또 형하공간에 제약을 받지 않는 구간, 특별히 미관이 요구되지 않는 지역 등에만 적용되고 있는 실정이다.
그러나 상기한 PSC빔이 가지고 있는 우수한 특징을 살리기 위한 노력은 국내외에서 활발히 이루어지고 있으며, 국내에서도 이미 몇몇의 저형고 PSC빔 형식이 신기술로 제안되어 있다.
여기서, 상기한 저형고의 PSC빔으로 하기 위한 방법으로 크게 다음과 같은 3가지 방법이 있다.
첫째는 PSC빔의 단면형상으로 T형이나 벌브 T형을 사용한다.
둘째는 PSC빔의 콘크리트 강도를 증대시킨다.
셋째는 PSC빔에 도입하는 프리스트레스력을 증대시킨다.
상기한 바와 같이 국내에 제안되고 있는 저형고의 PSC빔 공법의 대부분이 단면형상과 프리스트레스 도입방법을 바꿔 프리스트레스력을 증가시키는 방법을 주로 사용하고 있다.
그러나 상기한 바와 같은 방법으로는 PSC빔의 형고를 낮출 수는 있으나, 제작 및 시공단계의 추가로 종래의 PSC빔에 비해 경제성이 떨어지는 문제점이 있어 적용성에 있어 지극히 제한적이다.
또한, 단면형상을 T형 PSC빔이나 벌브 T형 PSC빔으로 변경시킨 경우에는 상부플랜지의 폭 증가로 인해 종래의 PSC빔에 비해 평면 선형에 제한을 많이 받으며, 또 횡단구배가 큰 경우는 헌치(haunch) 콘크리트량의 증대로 인한 경제성, 시공성, PSC빔과 슬래브의 합성효과 등 구조적 안전성의 확보 측면에서도 종래의 PSC빔에 비해 떨어지는 등의 문제가 있다.
저형고의 PSC빔 개발은 장경간의 PSC빔의 제작가설을 가능하게 한다는 점에서 타형식, 예를 들어 프리플렉스 빔이나 스틸박스교 등에 비해 충분한 경쟁력을 갖춘 교량형식이 될 수 있다.
그러나 단순히 단면형상을 변경시키거나 시공단계에 따라 추가 프리스트레스력을 도입하는 등의 방법만으로는 그 적용성에 한계가 있는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, PSC빔의 형고가 초기프리스트레스 도입시 하부플랜지의 압축응력에 좌우되는 점에 착안해서 초기 프리스트레스 도입시의 하연 압축응력을 상부플랜지측에 도입하는 임시 프리스트레스에 의해 허용 압축응력 이하로 조절함으로써, 종래의 PSC빔이 가진 장점을 그대로 유지하면서도, 형고를 획기적으로 낮출 수 있어 적용성 및 경제성 측면에서 타공법에 비해 월등히 우수한 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔 및 이를 이용한 교량 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔은 상ㆍ하부플랜지 및 웨브로 이루어지는 PSC빔과; 상기 PSC빔의 상부플랜지 상면의 양단 지점부에 고정 설치되는 한 쌍의 정착구와; 상기 PSC빔의 상부플랜지 상면의 중앙부에 설치됨과 동시에 한 쌍의 정착구 사이에 고정 설치되는 고정구와; 상기 일단의 정착구에서 고정구를 거쳐 타단의 정착구에 고정 설치되는 긴장재로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔을 이용한 교량 시공방법은 PSC빔을 형성하기 위하여 거푸집을 설치하고, 철근 및 쉬스관을 조립하는 단계; 상기 조립된 철근빔에 콘크리트를 타설 및 양생시켜 중간 PSC빔을 형성하는 단계; 상기 PSC빔의 상부플랜지 상면의 지점부와 중앙부에 정착구와 고정구 및 긴장재를 설치하는 단계; 상기 쉬스관 및 상부플랜지 상면의 임시 긴장재에 프리스트레스력을 도입하는 단계; 콘크리트 설계기준강도 발현 후 상기 PSC빔의 상부플랜지 상면에 설치된 임시 긴장재의 프리스트레스력을 해제하고, 상부플랜지 상면의 정착구와 고정구를 철거하여 최종 PSC빔을 제작하는 단계; 상기 최종 PSC빔을 교대 및 교각 상에 거치하는 단계; 상기 교대 및 교각 상에 거치된 PSC빔의 상부플랜지 상면에 콘크리트를 타설 및 양생시켜 슬래브를 형성하는 단계를 순차적으로 시행하여 교량을 시공함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 제작단계 중 본체 및 상부플랜지 상면에 프리스트레스를 도입하는 단계를 도시한 예시도이며, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 탈착식 정착구를 도시한 도면들이며, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 매입식 정착구를 도시한 도면들이며, 도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 탈착식 고정구를 도시한 도면들이며, 도 11 및 도 12는 매입식 고정구를 도시한 도면들이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔은 상ㆍ하부플랜지(12, 14) 및 웨브(16)로 이루어지는 PSC빔(10)과; 상기 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면의 양단 지점부(18)에 고정 설치되는 한 쌍의 정착구(20a, 20b)와; 상기 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면의 중앙부(19)에 설치됨과 동시에 한 쌍의 정착구(20a, 20b) 사이에 고정 설치되는 고정구(30a, 30b)와; 상기 일단의 정착구(20a, 20b)에서 고정구(30a, 30b)를 거쳐 타단의 정착구(20a, 20b)에 고정 설치되는 긴장재(40)로 구성된다.
여기서, 상기 정착구(20a, 20b)는 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 탈착식 정착구(20a) 또는 매입식 정착구(20b)로 구성되되,
전자인 상기 탈착식 정착구(20a)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 전체적으로 ㄷ자 형강으로 이루어지되, 긴장재(40)를 고정하도록 복수의 정착공(21a)이 형성된 정착판(22a)과; 상기 정착판(22a)의 양측에서 직각으로 절곡 형성되며, 하부에 핀홀(23a')을 갖는 핀고정판(23a)이 구비된 종보강판(24a)과; 상기 양측의 종보강판(24a)의 가운데에 부착됨과 동시에 정착판(22a)에 직각으로 부착되는 격판(26a)과; 상기 정착판(22a)에 대향되게 소정의 간격을 두고, 종보강판(24a)에 직각으로 설치되면서 정착공(21a)이 형성된 횡보강판(28a)으로 구성되어, PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면의 양단 지점부(18)에 핀(50)으로 고정 설치된 구조이다.
특히, 상기 탈착식 정착구(20a)는 격판(26a)을 기준으로 이등분 형성되고, 상기 일측의 탈착식 정착구(20a)와 타측의 탈착식 정착구(20a)는 격판(26a)을 맞댄 상태에서 고장력볼트(52)로 고정 연결된 구조이다.
또한, 후자인 상기 매입식 정착구(20b)는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 전체적으로 ㄴ자 형강으로 이루어지되, 긴장재(40)를 고정하도록 복수의 정착공(21b)이 형성된 정착판(22b)과; 상기 정착판(22b)의 하면과 직각으로 연결되면서 하면에 앵커볼트(54)가 부착된 지압판(28b)과; 상기 정착판(22b)에 직각으로 지압판(28b) 상면에 고정 설치된 종보강판(24a)과; 상기 정착판(22b)에 대향되게 소정의 간격을 두고 종보강판(24a)에 직각으로 설치되면서 정착공(21b)이 형성된 횡보강판(28a)으로 구성되어, 상기 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면의 양단 지점부(18)에 매입 설치된 구조이다.
한편, 상기 고정구(30a, 30b)는 도 8 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 탈착식 고정구(30a) 또는 매입식 고정구(30b)로 구성되되,
전자인 상기 탈착식 고정구(30a)는 전체적으로 ㄷ자 형강으로 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면을 감싼 형태로 부착되되, 사각형 판상체로 이루어지면서 복수의 고정공(33a)이 형성된 정면판(32a)과 바닥판(34a); 상기 바닥판(34a)의 양단부에서 각각 내측으로 절곡 형성되며, 하단부에 경사판(35a)이 형성된 측판(36a)으로 구성된다.
특히, 상기 탈착식 고정구(30a)는 정면판(32a)을 기준으로 이등분 형성되고, 상기 일측의 탈착식 고정구(30a)와 타측의 탈착식 고정구(30a)는 격판(36b)을 맞댄 상태에서 고장력볼트(52)로 고정 연결된 구조이다.
또한, 후자인 상기 매입식 고정구(30b)는 ㄷ자 형상의 철근(32b)이 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면에 일정한 깊이로 매입 설치되거나,
사각형 강판으로 이루어지되, 하면에 앵커볼트(54)가 부착되고, 상면에 고정공(33b)이 형성된 정면판(34b)과 바닥판(34a)으로 구성되어, PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면에 일정한 깊이로 매입 설치된 구조이다.
한편, 상기 긴장재(40)는 PC강선, PC강재, 강봉중 어느 하나로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔은 종래의 PSC빔의 형고가 초기 프리스트레스 도입시 하부플랜지(14)의 압축 응력에 좌우되는 점에 착안하여 초기 프리스트레스 도입시의 하연 압축응력을 상부플랜지측에 도입하는 임시 프리스트레스에 의해 허용 압축응력 이하로 조절함으로써, 종래의 PSC빔이 가진 장점을 그대로 유지하면서, 형고를 낮출 수 있어 적용성 및 경제성 측면에서 타공법에 비해 월등히 우수한 특징이 있다.
특히, 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔에서 PSC빔(10)의 응력은 프리스트레스 도입시의 응력검토 단계에 추가하여 상부플랜지 상면에 임시로 도입된 프리스트레스의 해제 단계에 대한 응력검토를 시행하고, 그 응력이 허용응력범위 내에 있도록 제한하여 설계하고 있다.
구조계산에서 PSC빔(10)의 단계별 응력검토는 프리스트레스 도입 직후, 슬래브 자중 재하시, 추가 고정하중 재하시, 활하중 재하시로 나누어 검토하고 있는데, 각 단계검토 결과 프리스트레스 도입 직후의 단계가 PSC빔(10)의 단면형상이나 형고를 결정하는 데 있어 가장 결정적인 요인으로 작용한다.
즉 종래의 PSC빔에 초기 프리스트레스가 도입된 직후의 응력상태(중앙부)는 다음과 같다.
이 예시도에 도시된 바와 같이 중앙부(19)는 하부플랜지(14)의 콘크리트 휨 압축응력에 지배된다.
본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔에 의해 초기 프리스트레스가 도입된 직후의 응력상태(중앙부)는 다음과 같다.
상부플랜지 상면에 임시로 도입된 프리스트레스력(P2)에 의해 중앙부(19)
상 · 하부플랜지(12, 14)에 작용하는 콘크리트 압축응력을 허용응력 범위 내로 자유자재로 조절이 가능함으로써 P1의 긴장력을 추가할 수 있게 한다.
즉, (P1+P2)/A + (P1e1/I)×y1 - (P2e2/I)×y1 < 0.55fci
(P1+P2)/A - (P1e1/I)×y2 - (P2e2/I)×y2 < 0.55fci
단, 이때의 상·하부플랜지(12, 14)의 콘크리트 압축응력은 허용 압축응력 이하가 되어야 한다.
즉, fc < 0.55fci( = 0.8fck)
또한, 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔에 의해 초기 프리스트레스 도입 직후 콘크리트의 강도가 설계 기준강도 이상이 발현된 다음 상부플랜지의 임시 긴장력을 해제한 후의 응력 상태는 다음과 같다.
이 단계에서의 콘크리트의 강도는 설계기준강도 이상이 되므로 허용 압축응력은 0.55fck 가 된다.
본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔에 의한 형고 저감은 본체 프리스트레스 도입시 상부플랜지(12)에 임시로 도입하는 프리스트레스에 의해 상ㆍ하부플랜지(12, 14)의 콘크리트 압축강도를 허용범위 내로 조절이 자유롭고, 프리스트레스 도입 후 PSC빔(10)의 가설은 설계기준강도가 발현된 후란 점에 착안하였다.
즉, 프리스트레스 도입시에는 중앙부(19) 하부플랜지(14)의 압축이 크게 작용하고, 상부플랜지(12)는 적게 작용하는 점에 착안해서, 상부플랜지(12)에 일시적인 프리스트레스를 도입하면 상부플랜지(12)에는 압축력이 추가되고, 하부플랜지(14)에는 압축 응력이 감소됨으로써 본체에 도입되는 긴장력을 증가시킬 수 있어 종래의 PSC빔 단면으로도 형고를 획기적으로 낮게 할 수 있으며, 또한 콘크리트가 완전 경화된 상태에서 상부플랜지(12)의 압축력을 해제(release)함으로써 상하부 플랜지의 응력상태가 종래의 PSC빔과 같은 형태로 변화되나, 즉 상부플랜지에는 인장응력이 하부플랜지에는 압측응력이 증가하지만 이때의 PSC빔의 콘크리트의 허용 압축응력은 0.55fci가 아닌 0.55fck로 증가되므로 허용 압축응력 증가분만큼 추가 긴장할 수 있다는 개념이다.
결론적으로 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔의 형고는 초기 프리스트레스의 도입이 용이한 상태인 설계기준강도의 80%에서 시행하되 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면에 임시로 도입하는 프리스트레스에 의해 제작단계에서의 콘크리트의 응력 상태를 개선해서 형고를 낮춘다는 개념이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성 및 작용효과를 갖는 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔을 이용한 교량 시공에 대해 설명한다.
도 13은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔이 교대 및 교각에 설치된 상태를 도시한 예시도이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔을 이용한 교량 시공방법은 PSC빔(10)을 형성하기 위하여 거푸집을 설치하고, 철근 및 쉬스관(60)을 조립하는 단계; 상기 조립된 철근빔에 콘크리트를 타설 및 양생시켜 중간 PSC빔(10)을 형성하는 단계; 상기 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면의 지점부(18)와 중앙부(19)에 정착구(20a, 20b)와 고정구(30a, 30b) 및 긴장재(40)를 설치하는 단계; 상기 쉬스관(60) 및 상부플랜지(12) 상면의 임시 긴장재(40)에 프리스트레스력을 도입하는 단계; 콘크리트 설계 기준강도 발현후 상기 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면에 설치된 임시 긴장재(40)의 프리스트레스력을 해제하고, 상부플랜지(12) 상면의 정착구(20a, 20b)와 고정구(30a, 30b)를 철거하여 최종 PSC빔(10)을 제작하는 단계; 상기 최종 PSC빔(10)을 교대(70) 및 교각(72)에 거치하는 단계; 상기 교대(70) 및 교각(72)에 거치된 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면에 콘크리트를 타설 및 양생시켜 슬래브(80)를 형성하는 단계를 순차적으로 시행하여 교량(B)을 시공하는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔을 이용한 교량의 시공은 종래의 PSC빔의 교량시공과 거의 동일하다.
다만, 종래의 PSC빔에 프리스트레스를 도입할 때 상부플랜지(12) 상면의 지점부(18)와 중앙부(19)에 정착구(20a, 20b)와 고정구(30a, 30b)를 설치한 상태에서 프리스트레스를 도입한다는 점에서 차이가 있다.
즉, 초기 프리스트레스에 의해 콘크리트에 발생하는 압축 응력을 상부의 임시로 도입하는 프리스트레스에 의해 조절한 상태에서 PSC빔(10)의 제작을 한다는 점으로 순서는 다음과 같다.
철근 조립, 쉬스관(60) 및 거푸집 설치하고, 콘크리트 타설 및 양생하며, 상부플랜지(12) 상면에 지점부(18)와 중앙부(19)에 정착구(20a, 20b)와 고정구(30a, 30b)를 설치하고, 프리스트레스를 도입(상면의 임시프리스트레스 포함)하며, PSC빔 콘크리트가 설계 기준강도 발현시 상부플랜지(12)의 상면의 프리스트레스 해제 및 정착구(20a, 20b)와 고정구(30a, 30b)를 철거하여, PSC빔(10)을 제작 완료한다.
여기서, 상기 정착구(20a, 20b)와 고정구(30a, 30b)의 상세는 도 2 내지 도 11에 도시된 바와 같이, PSC빔(10) 형상에 맞추어 2개로 제작해서 상면에 설치한 상태에서 고장력볼트(52) 등으로 고정하며, PSC빔(10) 내면과 접촉되는 부분은 PSC빔(10)의 파손과 균등한 지압 응력분포를 위해 고무판(90) 등을 설치토록 한다.
지점부(18)의 정착구(20a, 20b)와 PSC빔(10)의 고정은 핀(50) 구조나 앵커볼트(54) 연결구조로 해서 정착구(20a, 20b)가 이동되지 않도록 한다.
또한, 콘크리트에 초기 프리스트레스를 도입할 때 하부플랜지(14)측의 콘크리트의 압축 응력의 제어는 다음과 같다.
즉, 프리스트레스 도입시에 본체에는 압축 응력 P1/A와 긴장재(40)의 편심에 의한 응력으로 하부플랜지(14) 측에는 (P1e1/I)×y1의 압축 응력이 상부플랜지(12) 측에는 - P1e1/I×y2의 인장 응력이 발생한다.
종래의 PSC빔은 P1/A와 (P1e1/I)×y1을 합한 응력이 허용 압축응력(0.55fci) 이내가 되도록 제한하여 설계한다.
이에 비해 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔은 상부플랜지(12)의 상면에 임시로 도입하는 프리스트레스력 P2에 의해 PSC빔 상부플랜지(12)에는 압축 응력 (P2e2/I)×y2가, 하부플랜지(14)에는 -(P2e2/I)×y1의 인장 응력이 추가로 발생한다.
이 인장 응력에 의해 하부플랜지(14)의 압축 응력을 줄일 수 있어 PSC빔(10) 제작시 프리스트레스력을 증가시킬 수 있어 형고를 낮출 수 있으며, 상부에 임시로 도입되는 프리스트레스를 PSC빔(10)의 콘크리트강도가 설계기준강도 이상이 되는 시점에서 제거하면 (±P2e2/I)×y의 응력은 소멸되고 PSC빔(10)에는 종래의 PSC빔과 같은 응력 상태인 P1/A±(P1e1/I)×y의 응력을 받게 된다.
그러나 이때의 콘크리트 허용응력은 콘크리트의 강도가 설계 기준강도 이상일 때 이므로 0.55fci가 아닌 0.55fck가 된다.
즉, 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트빔을 이용한 교량 시공방법의 가장 중요한 착안점은 초기 프리스트레스 도입시는 콘크리트가 완전히 경화되지 않았기 때문에 콘크리트가 받을 수 있는 압축 응력이 작다는 점으로, 상면에 임시로 프리스트레스를 도입함으로써 이점을 보완하고, 콘크리트가 경화 후에는 큰 압축 응력을 받을 수 있어 PSC빔(10)에 도입되는 프리스트레스의 효과적인 조절이 가능하므로 이 점을 이용해서 형고를 낮출 수 있도록 한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔 및 이를 이용한 교량 시공방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 종래와 같은 35m PSC빔에서 동일단면으로도 형고를 최대 1.5m까지 할 수 있어 종래의 PSC빔의 형고 2.2m에 비해 약 30%까지 줄일 수 있는 이점이 있다. (종래의 PSC빔 H/L = 1/14 ∼ 1/16, 본 발명 PSC빔 H/L = 1/23)
둘째, 본 발명은 종래의 PSC빔의 단면적을 약 13% 줄일 수 있어 콘크리트, 철근, 거푸집의 절감효과를 고려하면 종래의 PSC빔보다 훨씬 저렴하게 시공할 수 있는 이점이 있다.
셋째, 본 발명은 PSC빔의 형상이 I형으로 평면 선형이나 횡단변화에 대한 적용성이 높고, 형고를 낮게 할 수 있어 형하공간의 제약이 적으며, 또한 미관이 우수한 이점이 있다.
넷째, 본 발명은 제작이 간단하고, PSC빔 중량이 작아 시공성이 양호한 이점이 있다.
다섯째, 본 발명은 종래의 35m PSC빔의 형고(H=2.2m)로, 50m 정도까지의 경간장에도 적용할 수 있어, 장경간 교량에 있어서도 적용성이 우수한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 제작단계 중 본체 및 상부플랜지 상면에 프리스트레스를 도입하는 단계를 도시한 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 탈착식 정착구를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 탈착식 정착구를 도시한 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 탈착식 정착구를 도시한 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 매입식 정착구를 도시한 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 매입식 정착구를 도시한 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 매입식 정착구를 도시한 측면도,
도 8은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 탈착식 고정구를 도시한 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 탈착식 고정구를 도시한 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 프리스트레트 콘크리트 빔의 탈착식 고정구를 도시한 측면도,
도 11은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 매입식 고정구를 도시한 단면도 1,
도 12는 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔의 매입식 고정구를 도시한 단면도 2,
도 13은 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔이 교대 및 교각에 설치된 상태를 도시한 예시도.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
10 : PSC빔 12 : 상부플랜지
14 : 하부플랜지 16 : 웨브
18 : 지점부 19 : 중앙부
20a : 탈착식 정착구 20b : 매입식 정착구
21a : 정착공 21b : 정착공
22a : 정착판 22b : 정착판
23a : 핀고정판 23a' : 핀홀
24a : 종보강판 24b : 지압판
26a : 격판 28a : 횡보강판
28b : 지압판 30a : 탈착식 고정구
30b : 매입식 고정구 32a : 정면판
32b : 철근 33a : 고정공
33b : 고정공 34a : 바닥판
34b : 정면판 35a : 경사판
36a : 측판 36b : 격판
40 : 긴장재 50 : 핀
52 : 고장력볼트 54 : 앵커볼트
60 : 쉬스관 70 : 교대
72 : 교각 80 : 슬래브
90 : 고무판 B : 교량

Claims (12)

  1. 상ㆍ하부플랜지(12, 14) 및 웨브(16)로 이루어지는 PSC빔(10)과;
    상기 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면의 양단 지점부(18)에 고정 설치되는 한 쌍의 정착구(20a, 20b)와;
    상기 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면의 중앙부(19)에 설치됨과 동시에 한 쌍의 정착구(20a, 20b) 사이에 고정 설치되는 고정구(30a, 30b)와;
    상기 일단의 정착구(20a, 20b)에서 고정구(30a, 30b)를 거쳐 타단의 정착구(20a, 20b)에 고정 설치되는 긴장재(40)로 구성됨을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정착구(20a, 20b)는 탈착식 정착구(20a) 또는 매입식 정착구(20b)로 구성됨을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 탈착식 정착구(20a)는 전체적으로 ㄷ자 형강으로 이루어지되,
    긴장재(40)를 고정하도록 복수의 정착공(21a)이 형성된 정착판(22a)과;
    상기 정착판(22a)의 양측에서 직각으로 절곡 형성되며, 하부에 핀홀(23a')을 갖는 핀고정판(23a)이 구비된 종보강판(24a)과;
    상기 양측의 종보강판(24a)의 가운데에 부착됨과 동시에 정착판(22a)에 직각으로 부착되는 격판(26a)과;
    상기 정착판(22a)에 대향되게 소정의 간격을 두고, 종보강판(24a)에 직각으로 설치되면서 정착공(21a)이 형성된 횡보강판(28a)으로 구성되어,
    PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면의 양단 지점부(18)에 핀(50)으로 고정 설치됨을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 탈착식 정착구(20a)는 격판(26a)을 기준으로 이등분 형성되고, 상기 일측의 탈착식 정착구(20a)와 타측의 탈착식 정착구(20a)는 격판(26a)을 맞댄 상태에서 고장력볼트(52)로 고정 연결됨을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 매입식 정착구(20b)는 전체적으로 ㄴ자 형강으로 이루어지되, 긴장재(40)를 고정하도록 복수의 정착공(21b)이 형성된 정착판(22b)과;
    상기 정착판(22b)의 하면과 직각으로 연결되면서 하면에 앵커볼트(54)가 부착된 지압판(28b)과;
    상기 정착판(22b)에 직각이 되면서 지압판(28b) 상면에 고정 설치된 종보강판(24a)과; 상기 정착판(22b)에 대향되게 소정의 간격을 두고 종보강판(24a)에 직각으로 설치되면서 정착공(21b)이 형성된 횡보강판(28a)으로 구성되어,
    상기 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면의 양단 지점부(18)에 매입 설치됨을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고정구(30a, 30b)는 탈착식 고정구(30a) 또는 매입식 고정구(30b)로 구성됨을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 탈착식 고정구(30a)는 전체적으로 ㄷ자 형강으로 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면을 감싼 형태로 부착되되,
    사각형 판상체로 이루어지면서 복수의 고정공(33a)이 형성된 정면판(32a)과 바닥판(34a) 및 상기 바닥판(34a)의 양단부에서 각각 내측으로 절곡 형성되며, 하단부에 경사판(35a)이 형성된 측판(36a)으로 구성됨을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 탈착식 고정구(30a)는 정면판(32a)을 기준으로 이등분 형성되고, 상기 일측의 탈착식 고정구(30a)와 타측의 탈착식 고정구(30a)는 격판(36b)을 맞댄 상태에서 고장력볼트(52)로 고정 연결됨을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 매입식 고정구(30b)는 ㄷ자 형상의 철근이 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면에 일정한 깊이로 매입 설치됨을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 매입식 고정구(30b)는 사각형 강판으로 이루어지되, 하면에 앵커볼트(54)가 부착되고, 상면에 고정공(33b)이 형성된 정면판(34b)과 바닥판(34a)으로 구성되어, PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면에 일정한 깊이로 매입 설치됨을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  11. 제 1항에 있어서
    상기 긴장재(40)는 PC강선, PC강재, 강봉중 어느 하나로 구성됨을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  12. PSC빔(10)을 형성하기 위하여 거푸집을 설치하고, 철근 및 쉬스관(60)을 조립하는 단계;
    상기 조립된 철근빔에 콘크리트를 타설 및 양생시켜 중간 PSC빔(10)을 형성하는 단계;
    상기 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면의 지점부(18)와 중앙부(19)에 정착구(20a, 20b)와 고정구(30a, 30b) 및 긴장재(40)를 설치하는 단계;
    상기 쉬스관(60) 및 상부플랜지(12) 상면의 긴장재(40)에 프리스트레스력을 도입하는 단계;
    콘크리트 설계 기준강도 발현후 상기 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면에 설치된 임시 긴장재(40)의 프리스트레스력을 해제하며, 상부플랜지(12) 상면의 정착구(20a, 20b)와 고정구(30a, 30b)를 철거하여 최종 PSC빔(10)을 제작하는 단계;
    상기 최종 PSC빔(10)을 교대(70) 및 교각(72)에 거치하는 단계;
    상기 교대(70) 및 교각(72)에 거치된 PSC빔(10)의 상부플랜지(12) 상면에 콘크리트를 타설 및 양생시켜 슬래브(80)를 형성하는 단계를 순차적으로 시행하여 교량(B)을 시공함을 특징으로 하는 정착구와 고정구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 빔을 이용한 교량 시공방법.
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