KR100565384B1 - 빔 연결부재와 강재가로보를 이용한 프리캐스트 피에스씨빔의 연속화 구조 및 이를 이용한 교량시공방법 - Google Patents

빔 연결부재와 강재가로보를 이용한 프리캐스트 피에스씨빔의 연속화 구조 및 이를 이용한 교량시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 빔 연결부재와 강재가로보를 이용하여 프리캐스트 PSC 빔(Precast prestressed concrete beam)을 연속화시켜 교량을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 빔 설치단계에서부터 바닥판 콘크리트 타설 및 활하중 재하단계까지 교량 가설 전 단계에 걸쳐 구조적으로 연속보로서 거동할 수 있도록 빔 연결부재를 이용하여 빔을 연결시키고, 지점연결부에서 빔을 길이방향으로 1개의 교량받침을 이용하여 서로 연결하여 연속화를 도모하고, 각 빔은 제작 시 미리 설치된 강재가로보에 의하여 빔 설치와 동시에 횡 방향으로 서로 연결되어 빔의 연결구조가 빔 설치 단계에서부터 격자구조로 형성되도록 함으로서 구조적 안정성 및 효율성을 확보하고, 곡선교에 있어서도 효과적으로 전도를 방지하고 비틀림에 대한 저항성을 확보하여 프리캐스트 PSC 빔의 활용범위를 곡선교에까지 확장한 것으로 최적의 교량용 PSC 빔의 설계가 가능하여 교량가설에 있어 경제성 및 시공성이 뛰어난 프리캐스트 PSC 빔 교량의 연속화 방법에 관한 것이다.
PSC 빔, 가로보, 단순보, 연속보

Description

빔 연결부재와 강재가로보를 이용한 프리캐스트 피에스씨 빔의 연속화 구조 및 이를 이용한 교량시공방법{Structure of continuous PSC beam with connection member and steel cross beam and bridge construction method using the same}
도1a 및 도1b는 종래의 프리캐스트 PSC 빔이 연속보로서 설치된 상태 및 가로보가 설치된 상태를 도시한 것이다.
도1c는 종래의 곡선교에 있어 프리캐스트 PSC 빔이 연속보로서 설치된 상태 및 가로보가 설치된 상태를 도시한 것이다.
도2a 및 도2b는 2경간에 있어 연속보 및 단순보에 발생하는 휨 모멘트도를 도시한 것이다.
도3a는 본 발명의 빔 연결부재가 설치된 빔 및 그 개략도를 도시한 것이고, 도3b 및 도3c는 직선형태 및 일정한 곡률을 가진 빔에 빔 연결부재가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 것이고, 도3d는 본 발명의 빔 연결부재와 지점부 연속화 PS 강재를 도시한 것이며, 도3e 및 도3f는 도3a의 빔연결부재의 a-a 및 b-b의 절단면도이다.
도4a는 본 발명의 가로보를 도시한 것이고, 도4b는 본 발명의 가로보 및 빔 연결부재가 곡선교에 적용된 상태를 도시한 것이다.
도5a,도5b,도5c, 및 도5d는 본 발명의 가로보 및 빔 연결부재가 설치된 빔의 PS 강재 및 지점부 연속화 PS강재의 설치순서 및 긴장순서를 도시한 것이다.
<주요 도면부호의 설명>
100:프리캐스트 PSC 빔 200:빔 연결부재
300:지점부 연속화 PS강재 400:영구교량받침
500:강재가로보 600:바닥판콘크리트
본 발명은 빔 연결부재와 강재가로보를 이용한 거더연속화 구조 및 이를 이용한 교량시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 프리캐스트 PSC 빔(Precast prestressed concrete beam)을 연속화시켜 교량을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 빔 설치단계에서부터 바닥판 콘크리트 타설 및 활하중 재하단계까지 교량 가설 전 단계에 걸쳐 구조적으로 연속보로서 거동할 수 있도록 빔 연결부재를 이용하여 빔을 연결시키고, 지점연결부에서 빔을 길이방향으로 1개의 교량받침을 이용하여 서로 연결하여 연속화를 도모하고, 각 빔은 제작 시 미리 설치된 강재가로보에 의하여 빔 설치와 동시에 횡 방향으로 서로 연결되어 빔의 연결구조가 빔 설치 단계에서부터 격자구조로 형성되도록 함으로서 구조적 안정성 및 효율성을 확보하고, 곡선교에 있어서도 효과적으로 전도를 방지하고 비틀림에 대한 저항성을 확보하여 프리캐스트 PSC 빔의 활용범위를 곡선교에까지 확장한 것으로 최적의 교량용 PSC 빔의 설계가 가능하여 교량가설에 있어 경제성 및 시공성이 뛰어난 프리캐스트 PSC 빔 교량의 연속화 방법에 관한 것이다.
종래의 프리캐스트 PSC 빔을 다 경간에 걸쳐 연속보로서 거동하도록 시공함에 있어서, 종래의 시공방법은
도1a와 같이 다수의 교각(10)과 같은 교량하부구조물 위에 2개의 교량받침(20)을 설치한 후, 기 제작된 PSC 빔(30)을 각 경간에 걸쳐 각각의 교량받침 위에 거치함으로서 단순보 방식으로 빔을 설치하고,
또한 도1b와 같이 기 설치된 PSC 빔(30)의 길이방향과 직각으로 PSC 빔과 PSC 빔 사이에 횡방향으로 설치되는 빔 형상의 부재인 가로보(40)를 지점연결부 및 경간의 중간부에 현장에서 콘크리트를 타설하는 방식으로 설치하여 교량하부구조물에 설치된 빔이 지진하중, 풍하중과 같은 수평하중 및 비틀림에 저항하며, 나아가 상기 가로보는 빔과 함께 일체화됨으로서 교량에 작용하는 하중에 대하여 하중분배 기능을 수행함으로서 구조적으로 격자구조로 거동하게 한다.
또한 지점연결부(A)에서는 각 PSC 빔(30)을 도1a와 같이 현장에서 별도의 지점부 콘크리트를 타설하여 일체화시키고, 빔 상부 바닥판에 지점부 부모멘트를 정하는 철근(50)을 배치하여 최종적으로 빔이 연속보로서 거동하도록 하는 것이었다.
하지만 상기 종래의 PSC 빔의 연속화 방법은 빔의 연속화로 인한 구조적인 장점을 효과적으로 이용하지 못할 뿐더러, 가로보와 지점연결부(A)가 현장에서 콘크리트 타설 작업으로서 이루어짐으로 구조적 불합리성과 함께 고소작업에 의한 품질관리의 어려움 및 시공성이 매우 열악하다는 문제점이 지적되어 왔다. 빔의 연속화로 인한 구조적 장점을 PSC 빔에 작용하는 휨모멘트도인 도2a 및 도2b를 기준 으로 살펴본다.
도2a는 2경간의 PSC 빔을 단순보 방식으로 설치한 경우의 휨모멘트도이고, 도2b는 2경간의 PSC 빔을 연속보 방식으로 설치한 경우의 휨모멘트도이다.
도2a의 경우 제작되어야 하는 빔의 단면의 크기(높이 및 폭) 및 소요 PS 강재량을 결정하는 최대 휨모멘트(정모멘트, Mmax1)는 지간의 중간부분에서 발생하게 된다. 이러한 최대 휨모멘트에 대한 강성을 확보하기 위해서 빔의 높이(H1), 폭(D1), 철근량(S1), PC 강재량(PS1)이 빔 설계 시 정해진다.
도2a와는 달리 동일한 조건에서 빔을 연속보로서 설치하게 되면, 빔에 작용하는 휨모멘트(정모멘트, Mmax2)는 도2b와 같이 도시된다. 즉, 지간의 개략 중간부분에서는 도2a의 최대 휨모멘트보다 훨씬 작은 휨모멘트(Mmax1의 개략 56%)가 발생되어, 빔의 제작에 있어서 보다 작은 휨모멘트(Mmax2)를 기준으로 한 빔의 높이(H2), 폭(D2), 철근량(S2), PC 강재량(PS2)을 정할 수 있게 된다.
따라서 단순보가 아닌 연속보로서 거동되도록 빔이 설계, 시공된다면 지점연결부(빔 연결부) 강성 확보문제를 제외하고는 빔 자체의 제작에 있어 보다 작은 높이(H2), 폭(D2), 철근량(S2), PC 강재량(PS2)으로 제작할 수 있어 매우 경제적인 설계 및 시공이 가능하다는 장점이 있다.
하지만 상기 종래의 시공방법의 경우, 빔 설치단계(자중), 바닥판 콘크리트 타설단계(1차 사하중), 포장 및 방호벽설치단계(2차 사하중), 활하중 재하단계로 진행되는 프리캐스트 PCS 빔 교량 가설단계에서 전단계를 연속구조로 설계하지 않고, 빔 설치단계(자중), 바닥판 콘크리트 타설단계(1차 사하중)에서는 단순보로서 거동한다는 것을 전제로 하고, 바닥판 콘크리트 타설과 동시에 현장 타설로 시공되는 지점연결부(A)가 완성된 후, 즉 2차 사하중 재하단계에서부터 연속구조로 거동하는 것으로 설계한다. 그 이유는 상술된 것과 같이 상당히 큰 정량적 크기를 가지는 지점부의 강성확보(Mmax3에 대응한 지점부보강)가 용이하지 않기 때문이다.
말하자면 종래의 빔 설계는 빔 설치단계(자중), 바닥판 콘크리트 타설단계(1차 사하중)에서는 단순보로 거동하는 것을 전제로 설계하고 ,빔이 연속보로서 거동하는 시기는 빔 상부에 바닥판 콘크리트가 형성되어 빔과 바닥판 콘크리트가 일체로 된 이후로 보기 때문에, 결국 종래 방식에 따른 빔의 설계는 단순보 방식 및 연속보방식이 서로 혼재하는 불완전한 구조계가 될 수밖에 없어 작용하중에 대한 각 부재의 정량적 구조해석이 어려워 효율적인 빔 설계 및 시공이 이루어지지 못한다는 문제점이 있었다. 이는 곧 빔 제작 및 설치상의 비용, 제작공기, 품질 및 유지관리 측면에서 불리한 결과로 이어지게 되었다.
즉, 빔이 서로 연결되는 지점연결부의 경우 도2b와 같이 상당히 큰 휨모멘트(Mmax3, 부모멘트)가 발생하므로, 이에 대응한 강성을 충분히 확보하기위하여 도1a와 같이 교량받침을 교각 위에 2개 설치하고 연결되는 빔이 각각 교량받침 위에 설치(단순보 거동)되도록 하여 지점연결부에서 발생하는 휨모멘트에 빔이 영향을 받지 않도록 시공함으로서, 연속보로서 거동하는 빔의 제작과 비교하여 빔의 단면의 크기, 높이(형고) 및 소요 PS강재량이 정량적으로 더 많이 요구되어 빔 제작에 있어 비경제적인 문제점이 있었을 뿐만 아니라, 각 빔마다 각각의 교량받침이 필요하게 되어 교량받침의 설치비용도 결코 무시 못 할 정도이고, 무엇보다도 교량하자보수의 대부분이 교량받침의 손상과 파손 등에 의한 것이기 때문에 교량의 유지관리측면에서도 매우 비효율적이라는 문제점이 지적되었다.
나아가 종래에는 지점연결부의 소요 강성을 확보하기 위해서 빔과 빔 사이에 지점부 연결콘크리트를 형성시키고, 상기 지점부 연결콘크리트 상부바닥판에 길이방향으로 도1a와 같이 다수의 강재(50)를 배치시키는 방식을 따르고 있는 바, 구조적 불 합리성 뿐만 아니라 지점부 콘크리트 타설 부위의 경우 빔과 빔 사이의 협소한 공간에 다수의 연결철근을 배치하기도 용이하지 않을뿐더러, 현장에서 지점부 연결콘크리트를 타설, 양생하는 것과 거푸집, 동바리 설치 등이 고소 작업으로 이루어지므로 시공 및 품질관리가 용이하지 않다.
또한 최종적으로 빔 상부면에 연속적으로 형성되는 바닥판 콘크리트가 타설, 양생되면 실제로 바닥판 콘크리트가 빔과 일체화되어 외부하중에 저항하게 되는데 이때 빔은 연속보로 거동하는 것이 아니라 단순보로 거동하기 때문에 연속보로서 거동하는 부재는 실제 바닥판 콘크리트로 제한되며, 빔에 전달되어야 할 연속 지점연결부 단면력이 바닥판콘크리트에 집중되어 결국 바닥판콘크리트에 균열이 다수 발생하는 등 구조적 취약부가 형성되는 문제점이 있었다.
또한 가로보의 경우에도, 종래에는 빔과 빔 사이에 일정간격을 가지고 현장에서 콘크리트를 타설, 양생함으로서 제작하였는데, 교량가설작업의 대부분이 고소작업일 수밖에 없는 현장여건에서 가로보 설치를 위한 동바리설치, 거푸집설치, 빔과의 연결을 위한 치핑과 같은 부수작업, 철근배근, 가로보 콘크리트 타설 및 양생작업 등 공사비뿐만 아니라 시공성 및 작업안전성이 매우 열악하여 시공관리 및 품질관리가 용이하지 않다는 문제점이 지적되어 왔다. 특히 가로보의 시공이 바닥판 콘크리트 타설(1차 사하중재하단계)과 동시에 이루어져 빔 설치 및 바닥판 콘크리트 타설 단계에서는 격자구조가 형성되지 않아 구조적 효율성 및 안정성이 떨어지며, 곡선교의 경우 가로보가 완성되기 전단계 즉, 빔 설계단계(자중), 바닥판 콘크리트 타설단계(1차 사하중 재하)에서 비틀림에 대한 저항 수단이 없어 프리캐스트 PSC 빔의 곡선교량 적용 시 곡선반경에 제한을 받아왔다. 종래 곡선 교량 적용 시 빔은 도1c와 같이 직선상태로 배치하고 바닥판 콘크리트(600)만 곡선으로 타설하여 빔 간의 하중 분담이 상이하고 연속화 빔의 지점연결부가 절곡되어 응력집중이 불가피하고 빔 설치 시 전도사고가 빈발하게 되고, 이를 방지하기 위해서 별도의 전도 방지공을 설치하는 등 공정이 조잡 해지는 등 가로보 설치작업 또한 개선될 여지가 많다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 프리캐스트 PSC 빔의 설치에 있어 연속보로 거동하도록 빔을 설치하되 지점연결부의 강성을 충분히 확보할 수 있으며, 빔의 연결도 직선교, 곡선교, 사교 등 교량 형식에 제한 없이 용이하여 구조적으로 보다 효율적이고 경제적인 교량의 설계 및 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 직선교, 곡선교 및 사교에 있어 프리캐스트 PSC빔 제작 시 미리 강재가로보를 설치하고 현장에서는 간단하게 연결만 하도록 하여 현장 타설로 시공되는 가로보의 시공성을 현저하게 개선하고, 빔 설치 단계에서부터 격자구조를 형성하여 지진하중, 풍하중 등의 수평하중과 비틀림 하중에 대한 구조적 안정성을 확보하고, 효과적으로 빔의 전도를 방지하여 시공성이 뛰어난 교량의 설계 및 시공방법을 제공한다. 특히 곡선교량의 경우 강재가로보와 빔 연결부재를 효과적으로 이용하여 빔 설치단계에서부터 곡선교에서 불가피하게 발생하는 비틀림에 대한 저항성을 확보하여 프리캐스트 PSC 빔의 적용성을 곡선교에까지 확장한 것이다.
본 발명은 상기 기술적과제를 달성하기 위하여, 다경간에 걸쳐 설치되는 프리캐스트 PSC 빔을 교각 또는 교대 위에 설치하되, 각 빔의 지점연결부는 정착판 및 박스형 연결부재를 이용하여 서로 일체화 하여 연속보로서 거동하도록 하고, 지점부 강성을 충분히 확보할 수 있어, 종래와 달리 빔 설계 시보다 효율적이고 경제적인 단면을 가지는 빔을 제작할 수 있도록 하고, 빔 설치단계에서부터 바닥 콘크리트 타설 및 활하중 재하단계까지 교량 가설 전단계에 걸쳐 연속보로서 거동할 수 있도록 설계, 시공되므로 빔의 지점연결부에 교량받침을 1개만 설치하더라도 구조적으로 안전하며, 경제적이며 품질관리가 용이하며,
가로보의 설치에 있어서도 빔 제작 시 미리 설치된 강재 가로보를 사용하여 현장에서는 연결만 하므로 가로보의 설치를 위한 별도의 공정이 필요치 않아 교량시공에 있어 시공성이 매우 뛰어나며 특히 곡선교와 같이 비틀림이 발생하는 교량에서 빔 설치단계(자중) 및 바닥판 콘크리트 타설단계(1차 사하중 재하단계)에서 효과적으로 빔의 전도를 방지하고 비틀림에 대한 저항성을 확보하여 프리캐스트 PSC 빔을 곡선교에 적용할 경우에도 안전한 교량시공방법을 제공할 수 있음을 기술 적 특징으로 한다.
이하 본 발명의 특징에 따른 빔 연결부재와 강재가로보를 이용한 프리캐스트 피에스씨 빔의 연속화 구조 및 이를 이용한 교량시공방법을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다
도3a는 본 발명의 빔 연결부재(200)에 의하여 프리캐스트 PSC 빔(100)을 지점연결부(A, 교각 또는 교대)에 서로 연결시킨 상태의 구조를 도시한 것이며, 도3b 및 도3c는 본 발명의 빔 연결부재(200)의 직선교와 곡선교에서의 외관을 개략적으로 도시한 것이며, 도3d는 상기 박스형 연결부재에 지점부연속화 PS강재(300)가 설치된 상태를 도시한 것이며, 도3e 및 도3f는 상기 지점연결부(A)의 a-a 및 b-b의 절단면도이다. 도4a 및 도4b는 본 발명의 강재가로보(500) 및 곡선교에 형성된 강재가로보를 도시한 것이며, 도5a 내지 도5d는 본 발명의 박스형 연결부재를 이용하여 교량을 시공하는 개념도를 차례로 도시한 것이다.
본 발명의 빔 연결부재(200)는 특히 프리캐스트 PSC 빔(100)의 연속화에 이용됨이 효율적이지만 반드시 이에 제한되지 않으며, 강교, 콘크리트교 등 거더를 이용하는 교량의 빔 연결에도 적용될 수 있다.
본 발명의 빔 연결부재를 이용한 빔 연속화구조는 프리캐스트 PSC 빔의 PS 강재와 지점부 연속화 PS 강재의 긴장력을 이용하여 빔의 양단부 면에 부착된 정착판(210)으로부터 돌출 형성된 박스형 연결부재(220)를 포함하는 빔 연결부재(강재)가 암수소켓방식으로 끼워지거나 맞대기 용접 등 현장이음으로 형성된다.
즉 상기 빔 연결부재(200)는 지점연결부(A, 교각)에 1개의 영구교량받침(400) 위에 설치됨으로서, 지점연결부의 부모멘트에 충분히 대응할 수 있는 강성이 확보될 수 있도록 하는 기능을 가지며, 이로서 빔 전체가 일체로서 연속보로 거동하도록 한다.
상기 정착판(210)은 도3a와 같이 PSC 빔(100)의 각 단부면에 형성되는 것으로 PSC 빔의 단면의 형상에 맞는 형상을 가지며 빔 단부에의 정착은 프리캐스트 PSC 빔에 설치되는 PS 강재(110)와 지점부 연속화 PS 강재(300)의 긴장력을 이용한다. 즉 별도의 앵커볼트 등을 이용한 부착공정 없이 PSC 빔의 양 단부에 긴장 후 정착되는 프리캐스트 PSC 빔의 PS강재와 연속지점부 부모멘트에 대응하기 위한 지점부 연속화 PS강재의 긴장 시 도입되는 압축력에 의하여 빔의 단부에 고정 설치된다. 교각과 교각 사이에 설치되는 PSC 빔의 경우에는 양 단부에 모두 정착판이 형성되며, 교각과 교대 사이에 설치되는 PSC 빔의 경우에는 교각 쪽의 단부에만 정착판이 설치된다.
이러한 정착판(210)은 빔의 연결부에 있어 후술되는 박스형 연결부재(220)와 함께 도3b와 같이 사각박스 형상의 빔 연결부재(200)의 일부를 구성하게 되는데, 박스형 연결부재와 정착판으로 구성되는 빔 연결부재(200)는 사각박스 형상으로서 지점연결부(빔 연결부)에 작용하는 비틀림, 전단 및 휨 강성에 효율적으로 저항하며, 연속보구조에 있어 충분한 지점연결부 강성을 확보할 수 있도록 한다. 빔 연결부재의 연결은 사각박스 단면을 암수소켓방식으로 끼우거나, 맞대기 용접등의 현장이음에 의하여 이루어지며, 이를 통하여 PSC 빔 단부가 서로 일체화 되어 연결된 다.
정착판은 후술되는 박스형 연결부재(220)가 형성되는 기판으로서 기능을 하지만 프리캐스트 PSC 빔 내부에 설치되어 긴장 후 정착되는 PS 강재(110)의 단부정착판으로서의 기능도 가지므로 종래의 방법과 같이 정착부를 형성하기 위해 빔 단부면에 별도의 블록아웃부와 정착장치 등을 필요로 하지 않으므로 PS 강재의 정착부의 시공성 및 경제성 또한 향상되는 장점이 있다.
정착판으로부터 PSC 빔의 단부 내부로 지압판(230)이 도3a와 같이 형성되는데, 이러한 지압판은 지점연결부(A)에 형성되는 빔 연결부재(200)에 비틀림, 전단력 및 휨 모멘트가 발생하는 경우 빔 단부에 고정된 정착판에 작용하는 인발력에 저항하기 위한 것으로서, 일종의 인발저항용 부재로서 빔 연결부재와 프리캐스트 PSC 빔의 일체화를 보다 확고하게 형성되도록 한다.
정착판에는 후술되는 지점부 연속화 PS강재(300)가 관통될 수 있도록 구멍(211)이 형성되는데, 상기 구멍은 지점부 연속화 PS강재(300)의 설치 위치에 따라 상부 및/또는 하부에 각각 다수가 설치될 수 있다.
상기 박스형 연결부재(220)는 정착판으로부터 돌출되어 형성되는 판부재로서 정착판에 형성되며, 대응하는 박스형 연결부재와 암수소켓방식으로 서로 끼워지거나 맞대기 용접등의 현장이음으로도 연결될 수 있으며, 필요에 따라 양쪽의 박스형 연결부재의 길이를 다르게 하여 연결부의 위치를 조절할 수 있다.
또한 도3a에는 특히 암수소켓방식 연결을 도시한 것으로 좌측 소켓부재 안쪽으로 우측 소켓부재가 삽입되어 끼워지도록 형성되어 있으나 반대로 우측 소켓부재 안쪽으로 좌측 소켓부재가 삽입되어 끼워지도록 형성시킬 수 도 있다.
박스형 연결부재는 정착판과 함께 지점연결부에서 박스형상의 빔 연결부재를 구성함으로서 비틀림, 전단력 및 휨모멘트에 대한 소요 강성확보가 가능하게 된다.
박스형 연결부재 상부면에는 추후 타설될 바닥판콘크리트의 합성작용을 위하여 다양한 형상의 전단연결재(250)가 형성될 수 있으며, 안쪽에 끼워지는 박스형 연결부재에는 도3a와 같이 수직보강재(240)가 더 형성됨으로서, 지점부의 교량받침(400)에 작용하는 지점반력에 효과적으로 더 대응할 수 있다.
이러한 정착판에 형성되는 박스형 연결부재의 설치는 현장부근 제작장에서 미리 이루어지므로, 현장작업이 현저하게 줄어드는 장점이 있으며, 종래와는 달리 현장콘크리트 타설, 양생, 거푸집설치 및 해체 공정 없이 간단하게 끼움식으로 빔 연결부재가 서로 연결되므로 공기 및 시공성에 매우 유리한 장점이 있다.
도3e 및 도3f는 도3a에서의 a- a 및 b-b 단면도인데, 연결부재의 전체적인 크기는 도3e와 같이 프리캐스트 PSC 빔의 단부보다 조금 작게 하여, 빔 연결부재의 내부 및 외부에도 콘크리트(120)를 타설 할 수 있도록 하여 강재로 제작되는 빔 연결 부재의 부식을 방지하고 프리캐스트 PSC 빔과 동일한 콘크리트 외관을 확보한다. 도3b 또는 도3c와 같이 통상적으로는 수평 또는 직선형태로 제작되지만 만약 빔이 곡선교에 적용되는 경우 일정한 곡률반경으로 제작되며 이때는 빔 연결부재의 정착판 및 박스형 연결부재를 곡률반경에 대응하도록 형상 및 형태를 맞추어 제작하면 후술되는 강재 가로보와 더불어 직선교 뿐만 아니라 곡선교에 있어서도 본 발명의 빔 연결부재를 용이하게 적용시킬 수 있게 된다.
도3d에서는 지점연결부(A)의 상부 및 하부에 빔 연결부재(200)의 내부를 관통하여 지점연결부 양측에 형성되는 가로보 또는 별도의 정착부재에 긴장 후 정착되는 지점부 연속화 PS강재(300)가 도시되어 있는데,
상기 지점부 연속화 PS강재(300)는 연속 지점부에 발생하는 부모멘트에 대응하며, 정착판 및 박스형 연결부재로 구성되는 빔 연결부재(200)의 양 측면에 추가적인 압축력을 도입시켜 빔 연결부재를 보다 확고하게 일체화시키는 기능을 가지며, 이를 통하여 지점부 강성을 보다 효율적으로 확보할 수 있게 하는 기술적 효과를 가질 수 있으며, 도3f와 같이 빔의 상부플랜지 하부 및 하부플랜지 상부에 형성될 수 있도록 한다.
도4a는 빔(100)에 설치된 가로보(500)의 단면도를 도시한 것이며, 도4b는 평면도를 도시한 것이다.
종래의 가로보는 콘크리트 빔 형식으로 도1b의 가로보 부분상세도와 같이 기 설치된 빔의 복부 측면으로부터 돌출된 연결철근에 가로보의 내부철근이 서로 겹침 이음으로 용접되도록 하고, 거푸집을 제작, 설치하고 현장에서 콘크리트를 타설하여 가로보를 완성시킨다.
즉 그 제작 및 설치작업이 대부분의 교량에서 고소작업으로 이루어지기 때문에 시공성이 매우 떨어질 뿐만 아니라, 시공 및 품질관리가 용이하지 않다. 일반적으로 가로보의 기능은 구조적으로 격자 구조를 형성하여 작용하중을 효과적으로 분배하고, 시공 시 풍하중 등의 수평하중과 비틀림에 의한 빔의 전도현상을 방지하는 것이 가장 주기능인데, 가로보의 시공이 바닥판 콘크리트 타설 시기와 동일하기 때문에 빔 설치단계 및 바닥판 콘크리트 타설 단계에서 격자구조의 기능을 확보하지 못하고, 시공측면에서도 빔의 전도를 방지하기 위한 별도의 빔 전도 방지공이 필요하다는 문제점이 있었다.
또한 곡선교의 경우 빔 설치 단계 및 바닥판 콘크리트 타설 단계에서 발생하는 빔의 비틀림 현상을 방지할 수 있는 수단으로서 기능을 하지 못하므로 프리캐스트 PSC 빔의 곡선교 적용 시 곡선 반경의 제한이 불가피하였다.
즉, 종래 곡선교를 시공할 필요가 있는 경우에 도1c와 같이 일정한 곡률을 이루도록 교각(10)을 배치하고, 상기 교각 위에 직선 빔(30)을 곡률에 맞추어 설치하는 방식으로 설치하고 있는데, 이때 설치되는 가로보의 경우 직선 빔 사이에서 직선으로 형성되므로 곡선부재로서 가로보가 거동하지 못하여 그 구조적 거동이 매우 불완전하다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서는 도4a와 같이 빔 제작 시 가로보(500)가 설치될 부위에 미리 강재가로보를 설치하여 빔 양 측면으로부터 돌출되도록 한다. 물론 빔과 가로보 및 가로보와 가로보의 접합부는 소정의 곡률을 고려하여 제작되어 있다. 또한 본 발명의 가로보에는 프리캐스트 PSC 빔의 PS 강재가 길이방향으로 관통될 수 있도록 PS강재 관통구멍(520)을 형성시킨다. 또한 도4b와 같이 강재가로보의 상부 및 하부 플랜지는 빔과의 접합부 강성확보를 위해 확폭플랜지로 형성되도록 한다.
본 발명의 강재 가로보는 통상 현장이음부의 연결부 작업의 용이성을 위해 I형 강재를 이용하는 것이 바람직하다. 즉 돌출된 I형 강재인 가로보 양 단부에는 볼트연결구멍을 형성하여 다른 빔의 강재가로보의 단부와 기계적으로 서로 간단하게 연결되며, I형 강재 단면을 가로보의 소요 강성확보 및 휨 모멘트에 저항할 수 있는 단면으로 제작되어야 한다.
이에 도4b와 같이 빔(100) 자체가 곡률을 가지고 제작하는 경우라도 미리 가로보(500)의 형상을 곡률에 맞게 가공하여 빔 제작 시 설치함으로서 다른 빔의 가로보와 간단하게 볼트로 연결할 수 있으므로 직선교든 곡선교든지 가로보의 제작, 설치 및 해체작업이 매우 간편하여 시공성이 매우 뛰어나다는 장점이 있으며, 도4b의 부분상세도에서는 먼저 제일 위쪽에 설치되는 강재가로보가 설치된 빔을 설치하고, 가운데 설치되는 강재가로보의 한쪽을 상기 기설치된 빔의 강재가로보에 볼트연결시키고, 다른 한쪽에 제일 아래쪽에 설치되는 빔의 강재가로보에 볼트 연결시킴으로서 PSC 빔을 순차적으로 설치하게 된다.
또한 강재가로보가 프리캐스트 PSC 빔의 복부를 관통하여 설치되므로 복부와 가로보의 접합부에는 수직보강판(510)을 빔의 복부 양쪽에 설치하여 접합부에 있어 필요한 강성을 충분히 확보하고 빔의 복부 양측의 길이방향 철근을 용접 등의 방법으로 연결될 수 있도록 하며,
본 발명과 같이 가로보를 설치하면 종래와 같이 가로보를 현장에서 콘크리트를 타설하여 제작하는 것과 비교하여, 빔 연결부에 있어 필요한 콘크리트 치핑(CHIPPING)작업과 같은 부수공종이 불필요하고, 빔 콘크리트와 가로보 콘크리트와의 일체성 확보에 대한 불확실성을 제거할 수 있고, 구조적으로도 빔과 가로보가 격자구조로서 거동하는 것으로 설계할 수 있어 바닥판콘크리트 완성 전까지 가 로보의 기능이 수행되지 않아 빔의 설계단면력을 격자구조가 아닌 단일 빔구조로 하는 것과 비교하여 빔의 소요강성(휨모멘트, 전단강도 등)을 보다 적은 단면으로 확보할 수 있어 구조적 효율성 및 경제성이 유리하다는 장점이 있으며, 공종이 단순하여 시공성 또한 뛰어나다.
본 발명의 빔 연결부재 와 강재가로보를 이용한 빔 연속화 구조를 이용한 교량시공방법은 교량하부구조물 위에 빔 연결부재(200) 및 강재가로보(500)가 설치된 프리캐스트 PSC 빔(100)을 임시교량받침을 이용하여 설치하는 단계; 설치된 빔 각각의 강재가로보를 서로 연결시키고, 지점연결부에 설치된 1개의 영구교량받침(400) 위에 설치된 빔을 상기 빔 연결부재(200) 및 지점부 연속화 PS강재(300)를 이용하여 서로 연결하여 일체화시킨 후, 상기 임시교량받침을 제거하는 단계;를 포함한다. 도3 및 도4를 기준으로 설명한다.
먼저, 교각과 교각 사이에 설치되는 본 발명의 PSC 빔의 양 단부면에는 빔 연결부재(200)의 정착판(210)이 형성되어 있다. 상기 정착판은 빔 내부의 PS 강재(110)의 긴장력을 이용하여 정착시킴으로서 빔의 단부에 고정, 설치되며 설치된 정착판(210)에 박스형 연결부재(220)가 용접에 의해 설치된다. 또한 빔(100)의 지점부 및 경간 중간부 양 측면에는 본 발명의 가로보(500)가 설치되어 있으며, 상기 빔 연결부재에도 강재 가로보를 미리 설치되도록 한다.
이에 강재가로보 및 빔 연결부재(200)가 형성된 빔(100)은 교각 위에 임시교량받침 위에 거치되며, 연결될 다른 빔(100)의 빔 연결부재에 암수 소켓방식으로 끼워지거나 맞대기 용접 등의 방법으로 결국 빔이 서로 연결된다.
이때, 교각 위에 단계적으로 빔이 설치되면, 각 빔에 설치된 빔 연결부재 및 강재 가로보를 서로 순차적으로 연결하여 전체적으로 빔과 빔이 격자구조로서 기능하도록 한다.
각 지점연결부(빔 연결부)에는 지점부 연속화 PS강재(300)를 설치함으로서 연속지점부에 발생하는 부모멘트에 대응하여 빔 연결부재에 추가 압축력을 도입하여 서로 밀착 고정되도록 하고, 지점 연결부에는 하나의 교량받침으로 구조적 안전성이 확보되므로 임시교량받침은 제거하여 다음 가설단계에서 재활용 할 수 있도록 한다.
이러한 방식으로 다수의 경간에 걸친 빔(100)을 차례대로 연결하면서 설치하고, 최종적으로 바닥판콘크리트를 서로 연결된 빔 상부면에 타설 및 양생하면 빔과 바닥판이 서로 일체화되어 합성단면 또한 연속보로 거동하는 교량의 시공이 완성된다.
도5a 내지 도5d는 빔(100) 내부에 형성되는 PS강재(110)와 지점연결부연속화강재(500)의 긴장 및 설치순서의 구체예를 도시한 것이다.
먼저 도5a와 같이 각 빔(100)의 일부 PS강재(110a)를 긴장 후 양 단부에 정착하여 빔과 빔 연결부재에 1차 압축응력을 도입시켜 교각의 임시교량받침에 거치하고,
도5b와 같이 빔 연결부재(200)를 이용하여 양 빔(100)을 서로 연결시킨 후 지점부 연속화 PS강재(300)의 일부를 긴장 후 정착하여 지점부에 1차 압축응력을 도입시킴과 동시에 상기 임시 교량받침을 제거하고 교각에 영구교량받침(400)을 설 치하고,
도5c 및 도5d와 같이 다시 각 빔(100)의 나머지 PS강재(110b, 110c) 및 지점부 연속화 PS강재(300b)를 긴장 한 후 바닥판콘크리트(600)를 타설한다.
상기 빔 자체 및 지점부 연속화 PS강재에 도입되는 PS강재의 긴장력은 경간의 길이, 구성 조건에 따라 크기 및 시기를 적절하게 조절하여 보다 효율적인 빔 단면의 설계를 가능하게 한다.
본 발명의 빔 연결부재와 강재가로보를 이용한 프리캐스트 피에스씨 빔의 연속화 구조에 의하여 프리캐스트 PSC 빔의 설치에 있어 연속보로 거동하도록 빔을 설치하되 지점연결부의 강성을 충분히 확보할 수 있으며, 빔의 연결도 직선교, 곡선교, 사교 등 교량 형식에 제한 없이 용이하여 구조적으로 보다 효율적이고 경제적인 교량의 설계 및 시공방법을 제공할 수 있으며, 직선교, 곡선교 및 사교에 있어 프리캐스트 PSC 빔 제작 시 미리 강재가로보를 설치하고 현장에서는 간단하게 연결만 하도록 하여 현장 타설로 시공되는 가로보의 시공성을 현저하게 개선하고, 빔 설치 단계에서부터 격자구조를 형성하여 지진하중, 풍하중 등의 수평하중과 비틀림 하중에 대한 구조적 안정성을 확보하고, 효과적으로 빔의 전도를 방지하여 시공성이 뛰어난 교량의 설계 및 시공방법을 제공한다. 특히 곡선교량의 경우 강재가로보와 빔 연결부재를 효과적으로 이용하여 빔 설치단계에서부터 곡선교에서 불가피하게 발생하는 비틀림에 대한 저항성을 확보하여 프리캐스트 PSC 빔의 적용성을 곡선교에까지 확장할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 프리캐스트 PSC 빔의 지점부 연속화에 있어서,
    프리캐스트 PSC 빔의 PS 강재와 지점부 연속화 PS 강재의 긴장력을 이용하여 빔의 단부 면에 부착된 정착판으로부터 돌출 형성된 박스형 연결부재를 포함하는 빔 연결부재가 서로 연결되어 PSC 빔의 연결부에 작용하는 비틀림, 전단 및 휨 모멘트에 대한 강성을 확보하며, 상기 빔 연결부재가 형성된 연속화 지점부 및 빔의 경간 중간부에 빔의 횡방향으로 강재 가로보가 더 설치되고, 상기 강재 가로보는 빔의 복부를 횡방향으로 관통하여 빔 양 측면으로 돌출 형성된 것으로서, 다른 빔으로부터 동일하게 돌출 형성된 강재가로보에 기계적 연결수단에 의하여 서로 횡방향으로 연결되어 빔의 연결구조가 빔 설치단계부터 격자구조로 이루어져, 빔 설치 단계에서부터 지점 연결부의 연속화가 완성되는 것을 특징으로 하는 빔 연결부재를 이용한 빔 연속화 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정착판에 PSC 빔 내부로 매입되는 인발저항용 지압판이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 빔 연결부재를 이용한 빔 연속화 구조.
  3. 제1항에 있어서, 상기 박스형 연결부재 내부에 지점부 수직보강재가 더 형성되며, 상기 수직보강재의 중심축과 일치하여 박스형 연결부재 하부면에 1개의 교좌장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 빔 연결부재를 이용한 빔 연속화 구조.
  4. 제1항에 있어서, 상기 빔 연결부재 내부를 빔의 길이방향으로 관통하여 빔 연결부재가 형성된 지점부 양쪽의 상·하면에 이격되어 긴장 후 정착된 지점부 연속화 PS 강재가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 빔 연결부재를 이용한 빔 연속화 구조.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 강재 가로보는 확폭 플랜지를 사용하여 프리캐스트 PSC 빔과 일체화하고 PSC 빔의 복부와 가로보의 접합부에는 수직보강판을 빔의 복부 양쪽에 더 설치하여 접합부에 있어 필요한 강성을 충분히 확보됨을 특징으로하는 빔 연결 부재를 이용한 빔 연속화 구조.
  7. 제1항에 있어서, 상기 빔 연결부재의 형상은 프리캐스트 PSC 빔 단부보다 작은 박스형상으로 형성되며, 빔 연결 부재의 내·외부에 콘크리트를 타설하여 강재로 제작된 빔 연결부재의 내구성을 확보하고 전체적인 교량의 외관을 통일하는 것을 특징으로 하는 빔 연결 부재를 이용한 빔 연속화 구조.
  8. 프리캐스트 PSC 빔 교량의 연속화시공에 있어서,
    교량하부구조물 위에 제1항의 빔 연결부재 및 강재가로보가 설치된 프리캐스트 PSC 빔을 임시교량받침을 이용하여 설치하는 단계;
    지점부에 설치된 PSC 빔을 상기 빔 연결부재 및 제4항의 지점부연속화 PS 강재를 이용하여 서로 연결시킨 후, 상기 임시교량받침을 제거하고 1개의 영구교량받침 위에 설치하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 연결부재를 이용한 교량시공방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 PSC 빔은 소정의 곡률 반경을 가지고 형성된 빔으로서 이에 대응하는 곡률반경으로 형성된 빔 연결 부재와 강재 가로보를 이용하여 비틀림에 저항하며, 빔의 전도가 방지되는 것을 특징으로 하는 빔 연결부재를 이용한 교량시공방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 PSC 빔 및 지점부 연속화 PS강재의 긴장시기 및 긴장회수를 복수로 하여 빔에 압축응력을 도입시키는 것을 특징으로 하는 교량시공방법.
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