KR100596072B1 - 하부플랜지 매립 및 일체 연결 구조의 프리캐스트콘크리트 패널 합성빔 - Google Patents

하부플랜지 매립 및 일체 연결 구조의 프리캐스트콘크리트 패널 합성빔 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)이 합성되어 이루어진 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔으로서, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 상부면에는 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)가 매립되어 위치하게 되는 오목부(27)가 형성되어 있으며; 상기 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)가 상기 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 오목부(27)에 위치한 상태에서 상기 오목부(27)에는 2차 콘크리트(26)가 타설되어 상기 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)이 합성되며; 상기 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에는 보강을 위한 보강연결철근(29)이 구비되는데, 상기 보강연결철근(29)은 그 일부가 상기 오목부(27)로 노출되어 있어 상기 2차 콘크리트(26)가 타설되면 상기 보강연결철근(29)의 노출 부분이 2차 콘크리트(26) 내에 매립되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 하부플랜지 매립 및 일체연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔이 제공된다.
합성빔, 긴장, 프리스트레스, 조립, 강재 빔, 연결

Description

하부플랜지 매립 및 일체 연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔{Composite Beam Stiffened with Prestressed Concrete Panel Having Embedded Lower Flange and Constructing Method thereof}
도 1a 및 도 1b은 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔의 일실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b에 도시된 합성빔의 단면도로서 각각 도 1a의 선 A-A 및 도 1b의 선 B-B에서의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 합성빔에 구비된 강재 빔의 하부플랜지 하면에 구비된 전단연결재의 형상을 보여주기 위하여 상기 하부플랜지를 상면으로 하여 그 일부분만을 도시한 개략도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 합성빔의 단면을 시공단계에 따라 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 종래의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔의 단면형상을 보여주는 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 강재 빔 20 : 프리캐스트 콘크리트 패널
23, 23' : 1차 및 2차 긴장재 26 : 2차 콘크리트
27 : 오목부 29 : 보강연결철근
본 발명은 하부플랜지 매립 및 일체연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔에 관한 것으로서, 구체적으로는 강재 빔의 하부플랜지를 프리캐스트 콘크리트 패널에 매립한 후 신구 콘크리트가 완전하게 일체를 이루도록 구성하므로써 프리캐스트 콘크리트 패널과 강재 빔의 합성도를 향상시키며, 프리캐스트 콘크리트 패널에 배치되는 긴장재를 단계적으로 긴장하므로써 구조적으로 유리하게 프리캐스트 콘크리트 패널에 긴장력이 도입되도록 하여 합성빔의 구조적인 잇점을 최대한 활용할 수 있는 새로운 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔에 관한 것이다.
프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔은, 강선의 긴장에 의해 프리스트레스가 도입된 프리캐스트 콘크리트 패널과 I형 강재 빔이 조립된 구조로 이루어진다.
도 5에는 종래의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔의 단면형상이 개략적으로 도시되어 있는데, 하부에 볼트 형식의 스터드(22)가 구비된 연결 플레이트(21)를 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 상면에 설치하고, I형 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)와 상기 플레이트(21)를 용접하는 방법으로 I형 강재 빔과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)을 연결하였다. 도 5에서 부재번호 24는 종방향 철근(24)이 고, 부재번호 25는 보강철근(25)이다.
상기 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 하부 즉, 인장측에는 프리스트레스를 도입하기 위한 다수 개의 긴장재(23)가 배치된다. 프리텐션 방식으로 제작하는 경우에는 미리 긴장재(23)를 긴장시킨 상태에서 콘크리트를 타설하여 프리캐스트 콘크리트 패널(20)을 제작한 후, 긴장재(23)의 단부를 놓아 긴장재(23)의 긴장력에 의하여 프리스트레스가 가해지도록 한다.
이에 비하여 포스트텐션 방식으로 제작하는 경우에는, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 제작시에 쉬스관(28)을 매립하여 두고, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)과 I형 강재 빔(10)을 연결한 후 또는 연결하기 전에 쉬스관(28)에 긴장재(23)를 배치하여 긴장시켜 단부에 정착하므로써 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 프리스트레스가 가해지도록 한다.
위와 같은 결합구조를 가진 종래의 합성빔의 경우, I형 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)이 단순히 하부플랜지(13)와 연결 플레이트(21)의 용접에 의해서만 연결되므로 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 합성 정도가 충분하지 아니하여 장기적인 하중에 의한 피로 파괴에 취약하게 된다. 특히 연결 플레이트(21)와 I형 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)를 용접할 때, 강재로 이루어진 플레이트(21)가 용접열에 의하여 팽창하므로써 플레이트(21) 주위의 콘크리트에 균열이 발생할 가능성이 매우 높다. 연결 플레이트(21) 주위의 콘크리트에 균열이 발생하게 되면 연결 플레이트(21)와 프리캐스트 콘크리트 패널(20)이 일체로 거동하지 못하게 되는 결과를 초래하고, 결국 I형 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)이 구조적으로 일체화되지 못한 합성빔이 만들어진다는 심각한 문제점을 야기하게 된다.
또한, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 긴장력을 도입함에 있어서, 긴장재를 일괄적으로 긴장하기 때문에 합성빔의 설치에 따른 긴장력의 손실에 대응하여 추가적인 프리스트레스의 도입이 가능하지 않다는 한계가 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술이 가지고 있는 단점과 한계점을 극복하고 더 구조적으로 더 우수한 연결구조를 가지도록 하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명에서는 용접으로 인한 프리캐스트 콘크리트 패널의 손상을 방지하면서도 프리캐스트 콘크리트 패널과 강재 빔이 더욱 견고하게 연결되어 구조적으로 완전히 일체로 거동하게 되며 피로강도가 더욱 향상된 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에서는 프리스트레스의 손실량을 감안하여 추가적인 프리스트레스를 도입할 수 있는 구조를 가진 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔이 제공된다.
본 발명에서는 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 강재 빔과 프리캐스트 콘크리트 패널이 합성되어 이루어진 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔으로서, 프리캐스트 콘크리트 패널의 상부면에는 강재 빔의 하부플랜지가 매립되어 위치하게 되 는 오목부가 형성되어 있으며; 상기 강재 빔의 하부플랜지가 상기 프리캐스트 콘크리트 패널의 오목부에 위치한 상태에서 상기 오목부에는 2차 콘크리트가 타설되어 상기 강재 빔과 프리캐스트 콘크리트 패널이 합성되며; 상기 프리캐스트 콘크리트 패널에는 보강을 위한 보강연결철근이 구비되는데, 상기 보강연결철근은 그 일부가 상기 오목부로 노출되어 있어 상기 2차 콘크리트가 타설되면 상기 보강연결철근의 노출 부분이 2차 콘크리트 내에 매립되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 하부플랜지 매립 및 일체연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔이 제공된다.
본 발명에서는 위와 같은 합성빔의 구체적인 실시예로서, 상기한 구성에 더하여 상기 프리캐스트 콘크리트 패널에는 1차 긴장재 및 2차 긴장재가 배치되어 있는데, 상기 1차 긴장재는 상기 오목부가 형성된 위치의 좌우측에서 프리캐스트 콘크리트 패널의 중립축의 아래쪽에서 상기 중립축에 부근에 배치되고 상기 2차 긴장재는 상기 오목부의 아래에서 합성 후의 합성단면의 중립축로부터 원거리에 이격되어 배치되며; 상기 1차 긴장재는 상기 강재 빔의 하부플랜지가 상기 프리캐스트 콘크리트 패널의 오목부에 위치하기 전에 긴장되고 정착되어 1차 프리스트레스가 도입되며; 상기 2차 긴장재는 상기 강재 빔과 프리캐스트 콘크리트 패널의 합성이 완료된 후에 긴장되고 정착되어 2차 프리스트레스가 도입되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 하부플랜지 매립 및 일체연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔이 제공된다.
또한, 본 발명에서는 더욱 구체적인 실시예로서, 상기한 합성빔에서 상기 오목부의 외면에는, 프리캐스트 콘크리트 패널과 2차 콘크리트간의 수평활동을 방지 하기 위한 전단키가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하부플랜지 매립 및 일체연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔이 제공된다.
또한, 본 발명에서는 더욱 구체적인 또다른 실시예로서, 상기한 합성빔에서 상기 오목부에 놓여져 매립되는 강재 빔의 하부플랜지 하면에는 막대 형상의 전단연결재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 하부플랜지 매립 및 일체연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔이 제공된다.
또한, 본 발명에서는 더욱 구체적인 또다른 실시예로서, 상기한 합성빔에서 상기 강재 빔의 복부에 관통공이 형성되고, 상기 관통공을 통하여 단부절곡철근이 설치되어, 상기 강재 빔의 하부플랜지가 상기 오목부에 위치할 때, 상기 단부절곡철근의 단부가 종방향 철근을 통하여 상기 보강연결철근의 노출된 부분과 체결된 상태로 상기 오목부에 위치하는 것을 특징으로 하는 하부플랜지 매립 및 일체연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔이 제공된다.
다음에서는 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예를 살펴보므로써 본 발명의 구성에 대하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔의 일실시예에 대한 개략적인 사시도로서, 도 1a는 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)이 결합되기 전의 상태를 도시한 것이고, 도 1b는 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)이 결합된 상태(최종 콘크리트가 타설되지 않은 상태로 도시함)를 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔의 단면도로서 각각 도 1a의 선 A-A에서의 단면도 및 도 1b의 선 B-B에서의 단면도이다.
우선 본 발명에서 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 결합구조를 살펴보면, 본 발명에 있어서 강재 빔(10)은 그 하부플랜지(13)가 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 매립되는 형태로 위치하게 된다. 이를 위하여 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에는 도면에 도시된 바와 같이, 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)가 위치하게 되는 오목부(27)가 형성되어 있다. 즉, 공장 또는 교량 시공현장의 인접 부지에서 프리캐스트 콘크리트 패널(20)을 사전 제작함에 있어서, 소정 폭과 깊이의 오목부(27)를 미리 형성한 상태로 콘크리트를 타설하여 프리캐스트 콘크리트 패널(20)을 제작하는 것이다. 도 2b에 도시되어 있듯이, 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)가 오목부(27)에 위치한 상태에서 상기 오목부(27)에는 2차 콘크리트(26)가 타설되어 상기 하부플랜지(13)가 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 일체로 매립된다.
본 발명에서는 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 보강을 위한 보강철근(25)의 배근 뿐만 아니라, 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)를 오목부(27)에 놓은 후에 그 위로 타설되는 2차 콘크리트(26)와 프리캐스트 콘크리트 패널(20)간의 완전한 합성을 위하여 다음과 같은 철근 배근 구조를 가진다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 횡방향으로 배근된 보강연결철근(29)의 일부가 상기 오목부(27)에 노출되도록 배근되는 것이다. 도면에 도시된 실시예에서는, 프리캐스트 콘크리트 패널(20) 내에 보강철근(25)이 배근되어 있고, 상기 보강철근(25)과는 별도로 횡방향으로 보강연결철근(29)이 각각 그 일부가 상기 오목부(27)에 노출되도록 상기 오목부(27)의 양측의 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 배근되어 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 배근된 보강연결철근(29)의 일부가 오목부(27)에 노출되도록 배근되어 있는 상태에서, 도 2b와 같이 상기 오목부(27)에 2차 콘크리트(26)가 타설되면, 상기 보강연결철근(29)의 노출부분이 상기 오목부(27)의 2차 콘크리트(26)에 매립되므로써 2차 콘크리트(26)와 프리캐스트 콘크리트 패널(20) 사이가 보강연결철근(29)을 통하여 완전히 합성되어 신구 콘크리트 간의 활동이 방지됨과 동시에 신구 콘크리트 간의 부착력이 증대되어 신구 콘크리트 간의 완전한 합성작용을 가능하게 한다. 도면에서 부재번호 24는 프리캐스트 콘크리트 패널(20) 내에 배근된 종방향 철근(24)이다.
한편, 본 발명에서는 신구 콘크리트 간의 더욱 완전한 합성작용을 위하여 다음과 같은 구성을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔을 이용한 교량이 완성된 후 차량하중이 재하되어 합성빔에 하중이 작용하게 되면, 합성빔의 휨 변형에 의하여 기존의 프리캐스트 콘크리트 패널(20)과, 오목부(27)에 새로이 타설된 2차 콘크리트 사이의 경계부에서는 활동(sliding) 작용이 발생하여 합성빔의 구조적인 일체성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 신구 콘크리트 간의 수평 활동작용에 대한 대응방안으로서, 상기 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 오목부(27) 노출 면 즉, 오목부(27)의 바닥면 또는 측면에 전단키(31)를 형성한다.
오목부(27)의 바닥면에 형성된 전단키(31)는 도 1a에 도시되어 있듯이 합성빔의 가로 방향으로 길게 형성되며 합성빔의 종방향으로 소정 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 도 1a에서는 오목부(27)의 측면에도 소정 간격으로 전단키(31)가 형성되어 있는 것이 도시되어 있다. 이와 같이 본 발명에서는 오목부(27)에 전단키(31)를 형성하므로써, 신구 콘크리트 사이의 전단저항력을 증가시켜 신구 콘크리트 간의 완전한 합성작용을 가능하게 한다. 상기 전단키(31)는 도면에 도시된 바와 같이 오목하게 형성될 수 있으나 선택적으로 볼록하게 형성될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 인장측에는 다수 개의 긴장재(23, 23')가 배치되는데, 상기 긴장재는 1차 긴장재(23)와 2차 긴장재(23')로 구분된다. 상기 긴장재의 구체적인 배치구조에 대해서는 후술한다. 부재번호 28은 상기 긴장재(23, 23')를 배치하기 위한 쉬스관(28)이다.
도 2a 및 도 2b에 도시되어 있듯이, 강재 빔(10)의 하부플랜지(13) 하면에는 2차 콘크리트(26)와의 결합을 위하여 다수 개의 전단연결재(15)가 구비되어 있다. 도 3은 상기 하부플랜지(13)의 하면에 구비된 전단연결재(15)의 형상을 보여주기 위하여 상기 하부플랜지(13)를 상면으로 하여 그 일부분만을 도시한 개략도인데, 도면에 도시되어 있듯이, 본 발명에 있어서 상기 전단연결재(15)는 막대 형태(bar type)로 구성된다.
상기 오목부(27)에서, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)과 강재 빔(10)의 하부 플랜지(13) 하면 사이의 간격은 구조적인 이유로 인하여 크게 유지할 수 없다. 이러한 상태에서 전단연결재로서 종래에 흔히 사용되던 볼트형 스터드를 설치하는 경우, 전단력에 대한 저항을 증가시키기 위해서는 스터드의 돌출 높이가 소정 크기 이상이 되어야 하는데, 앞서 설명하였듯이 프리캐스트 콘크리트 패널(20)과 강재 빔(10)의 하부플랜지(13) 하면 사이의 간격은 구조적인 이유로 인하여 크게 유지할 수 없으므로, 스터드의 돌출 높이도 원하는 정도로 크게 할 수 없게 되고 결국 스터드의 설치 개수를 증가시켜야 한다. 그런데, 스터드의 설치 개수가 많아지게 되면 그에 따른 작업량의 증가는 물론, 2차 콘크리트(26)를 타설하였을 때, 상기 스터드가 콘크리트의 타설 흐름에 저항으로 작용하게 되어 하부플랜지(13)의 하면과 오목부(27)의 상면 사이의 공간에 콘크리트가 미충전될 우려가 있다. 이는 결국 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)이 구조적으로 완전하게 합성되지 않게 되는 것을 의미한다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 원천적으로 예방하기 위하여 볼트형 스터드 대신에 막대 형상의 전단연결재(15)를 채용하였다. 이러한 막대 형상의 전단연결재(15)는 하부플랜지(13)에 용접에 의하여 간편하게 설치할 수 있음은 물론 하부플랜지(13) 하면과 오목부(27) 상면 사이의 제한된 높이의 공간에서도 쉽게 그 돌출높이를 조절할 수 있어 그 개수를 많이 증가시킬 필요가 없으며 그에 따라 콘크리트 타설 흐름을 방해하지 않게 되어 앞서 지적하였던 종래의 문제점을 쉽게 해결할 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 하부플랜지(13)가 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 오목 부(27)에 놓여질 때 오목부(27) 상면과 간격을 유지하기 위하여 좌대부재(16)가 하부플랜지(13)의 하면에 구비되는 것이 바람직하다. 그러나 상기 좌대부재(16)는 반드시 하부플랜지(13)의 하면에 일체로 구비될 필요는 없으며 별도의 부재로서 구비될 수도 있다.
한편, 도면에 도시된 것처럼 강재 빔(10)의 복부(12)에는 신구 콘크리트의 결합을 더욱 견고히 하기 위하여 단부절곡철근(14)이 구비될 수 있는데, 상기 단부절곡철근(14)은 오목부(27)에 노출된 보강연결철근(29)과 그 절곡된 단부가 연결된다.
상기 단부절곡철근(14)을 설치함에 있어서, 강재 빔(10)의 복부(12)에 관통홀(도시되지 않음)을 형성하고 상기 단부절곡철근(14)을 상기 관통홀에 삽입하여 설치한다. 경우에 따라서는 상기 단부절곡철근(14)을 각각 절단하여 강재 빔(10) 복부(12)의 양측에 스폿 용접 또는 압접하여 설치하는 것을 고려할 수도 있으나, 앞서 살펴보았듯이 복부(12)에 관통홀을 형성하여 삽입 설치하는 방법이 단부절곡철근(14)의 가공작업, 조립작업 등 시공성 면에서 더 우수하다.
상기 단부절곡철근(14)은 도 2b에 도시된 바와 같이 상기한 보강연결철근(29)의 모서리에서 2차 콘크리트(26)내에 위치하게 되는 종방향 철근(36) 또는 보강연결철근(29)과 직접 체결되므로써 하부플랜지(13), 2차 콘크리트(26) 및 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 결합을 더욱 견고하게 할 수 있게 된다.
다음에서는 위와 같은 합성구조를 가지는 본 발명의 합성빔에 있어서의 프리 스트레스 도입 구조 및 합성빔의 시공단계에 대하여 설명한다. 도 4a 내지 도 4d는 위에서 살펴본 본 발명의 일실시예에 따른 합성빔의 단면을 시공단계에 따라 개략적으로 도시한 것이다.
공장 또는 교량 시공 현장과 인접한 장소에서 상면에 오목부(27)가 형성되고, 철근의 일부가 상기 오목부(27)에 노출되도록 보강연결철근(29)을 배근하여 프리캐스트 콘크리트 패널(20)을 제작한다. 이때, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)을 제작함에 있어서, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에는 긴장재(23, 23')를 배치할 쉬스관(28)을 미리 설치한다. 그러나, 후술하는 바와 같이 1차 긴장재(23)를 프리텐션 방식으로 시공하는 경우 위와 같은 쉬스관(28)은 생략할 수 있으며, 비부착식 스트랜드를 1차 및 2차 긴장재(23, 23')로 사용하는 경우에도 상기 쉬스관(28)을 생략할 수 있다.
다음 단계로는, 상기 쉬스관(28) 중의 일부에 1차 긴장재(23)를 배치한 후 구조계산 결과에 따라 1차 긴장재(23)를 긴장하여 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 1차 프리스트레스를 도입한다(도 4a).
본 발명에 있어서, 상기 1차 긴장재(23)는, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에서 오목부(27)의 아래쪽이 아니라, 오목부(27)가 형성되어 있지 아니한 부분에 배치된다. 위와 같이 배치하게 되면 1차 긴장재(23)를 긴장하여 정착할 때 긴장재의 단부 정착용 앵커해드(도시되지 않음)가 오목부(27)로 돌출되는 것이 방지된다. 한편, 상기 1차 긴장재(23)는 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 중립축(N1)에 가까 이 배치되는 것이 바람직하다. 도 4a에 도시된 것처럼, 상기 1차 긴장재(23)가 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 중립축(N1)에 가까운 위치 즉, 패널의 중립축(N1) 바로 아래에 배치되면, 1차 긴장재(23)의 긴장, 정착에 의하여 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 긴장력이 도입될 때, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 상연과 하연에 모두 압축력이 도입될 수 있어 구조적으로 유리하게 된다. 위와 같이 배치된 1차 긴장재(23)를 긴장하여 정착한 후에는 상기 1차 쉬스관(28)에 모르타르 등의 그라우팅 재료를 이용하여 상기 1차 쉬스관(28)의 내부를 그라우팅한다.
본 발명에서는 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에는 오목부(27)가 형성되어 있어 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 단면이 축소되어 있으므로, 필요한 압축력을 도입하기 위한 1차 프리스트레스량이 상대적으로 적다. 따라서, 1차 긴장재(23)의 배치량을 줄이거나 또는 적은 긴장력을 도입하여도 충분한 프리스트레스를 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 도입할 수 있게 된다. 따라서, 경제적인 시공이 가능하게 된다.
위와 같이 1차 프리스트레스의 도입이 완료된 후에는, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)과 강재 빔(10)을 결합한다(도 4b). 즉, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 오목부(27)에 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)를 위치시킨 후, 보강연결철근(29)의 노출부분 모서리에 종방향 철근(36)을 설치하고 단부절곡철근(14)을 종방향 철근(36)과 결속하고, 2차 콘크리트(26)를 타설한다.
강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)이 위와 같이 합성된 후, 합성빔을 가지점(40) 위에 적치한다(도 4c). 합성빔을 가지점(40) 위에 적치한 후, 나머지 쉬스관(28)에 2차 긴장재(23')를 배치하고 이를 긴장하므로써 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 2차 프리스트레스를 도입한다(도 4d). 도면에 도시된 바와 같이, 2차 긴장재(23')는 오목부(27)의 아래쪽에 배치되는데, 2차 긴장재(23')는 도 4d에 도시되어 있듯이, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)과 강재 빔(10)이 합성된 합성단면의 중립축(N2)로부터의 2차 긴장재까지의 거리(e)가 가능한 크게 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 중립축(N2)로부터 2차 긴장재(23')까지의 거리(e)가 클수록 2차 긴장재(23')에 의하여 도입되는 2차 프리스트레스에 의한 도입 압축응력이 커지기 때문이다.
프리캐스트 콘크리트 패널(20)은 콘크리트로 만들어지기 때문에 시간이 경과함에 따라 크리프(creep) 및 건조수축(shrinkage)이 발생하게 된다. 이러한 콘크리트의 크리프 및 건조수축의 발생으로 인하여 1차 프리스트레스를 도입한 후에 시간이 경과함에 따라 프리스트레스에 손실이 발생하게 된다. 이러한 프리스트레스의 손실량은 공지의 방법에 의하여 콘크리트에 대한 시간의존적 해석을 통하여 비교적 정확하게 계산할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 2차 긴장재(23')에 의한 2차 프리스트레스 도입시에, 위와 같은 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 크리프, 건조수축 등에 의한 프리스트레스 손실량을 계산하여, 2차 긴장재(23')에 의한 2차 프리스트레스 도입시에 위와 같은 프리스트레스 손실량을 보전하도록 한다. 2차 프리스트레스 도입량에는 주하중의 일부를 저항하기 위한 값을 더 포함시킬 수도 있다.
2차 긴장재(23')를 긴장하여 2차 프리스트레스를 도입한 후 상기 쉬스관(28) 을 그라우팅하여 마감한다.
위에서 설명한 바와 같이, 긴장재를 1차 및 2차로 구분하여 1차 긴장재(23)를 이용하여 1차 프리스트레스를 도입한 후에, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)과 강재 빔(10)을 합성하고 합성이 완료된 후 합성빔을 가지점(40)에 거치한 후, 2차 긴장재(23')를 긴장하여 2차 프리스트레스를 도입하므로써 합성빔의 사용상태에서도 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 전단면이 압축력을 받도록 하여 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 콘크리트 전단면을 효율적으로 활용할 수 있게 된다.
특히, 2차 프리스트레스 도입시에, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 발생하는 콘크리트의 크리프, 건조수축 등에 의한 압축 프리스트레스의 손실을 감안하여 2차 프리스트레스를 도입하게 되므로, 프리스트레스의 손실로 인한 구조적인 성능의 저하를 방지할 수 있게 된다.
그 뿐만 아니라, 1차 긴장재(23)는 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 중립축(N1) 가까이 배치되어 1차 프리스트레스 도입시에는 패널의 전단면에 압축력을 도입하여 구조적으로 유리한 점을 이용할 수 있는데 비하여, 2차 프리스트레스의 경우는, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)과 강재 빔(10)이 합성된 후 2차 긴장재(23')를 긴장하여 도입하게 되므로, 2차 긴장력 도입시에 합성단면의 중립축(N2)으로부터 2차 긴장재(23')까지의 거리(e)가 충분히 길어 2차 프리스트레스에 의한 도입 압축응력을 크게 할 수 있으며, 동일한 도입 압축응력에 대해서는 2차 긴장재의 배치량을 줄이거나 긴장량을 줄일 수 있게 되어 경제적인 시공이 가능하게 된다.
한편, 위의 실시예에서는 1차 및 2차 긴장재의 배치를 위하여 쉬스관을 설치하는 것으로 설명하였으나, 쉬스관을 설치하여 1차 및 2차 긴장재를 배치하는 대신에 일반적인 비부착식 스트랜드(unbonded PC strand)를 사용할 수도 있다.
또한, 상기 1차 긴장재(23)를 통한 1차 프리스트레스 도입은 위에서 설명한 포스트 텐션 방식 뿐만 아니라 프리텐션 방식을 적용할 수도 있다. 즉, 1차 긴장재(23)의 경우는 쉬스관(28)을 설치하지 않고, 1차 긴장재(23)를 긴장한 상태로 설치한 후 콘크리트를 타설하여 프리캐스트 콘크리트 패널(20)을 형성한 후에 긴장된 상태의 1차 긴장재(23)를 정착하여 1차 프리스트레스를 도입하는 것이다.
이와 같이 1차 긴장재(23)를 프리텐션 방식으로 설치하게 되면, 긴장재 이외에 쉬스관을 추가로 설치함에 따른 패널의 공간적인 제약을 해소할 수 있으며, 1차 프리스트레스 도입 후의 쉬스관 그라우팅 작업을 생략할 수 있게 된다. 또한, 단부 정착부위에서 앵커 헤드가 필요하지 않게 되므로, 그만큼 단부정착부에서의 공간활용이 자유롭게 되고, 결국 2차 긴장재(23')의 배치가 용이하게 될 수 있다.
그 뿐만 아니라, 교량에 사용되는 경우와 같이 지간이 길어지는 경우에, 일반적으로 정확한 긴장재의 배치에 어려움이 있으며, 이로 인하여 긴장재의 긴장시에 편향력에 의하여 패널이 뒤틀어질 위험성이 있으나, 1차 긴장재(23)를 프리텐션 방식으로 설치하게 되면, 1차 긴장재(23)를 정확한 위치에 배치할 수 있어 위와 같은 문제점을 사전에 예방할 수 있게 된다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)를 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 오목부(27)에 매립하여 합성하게 되므로, 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 합성정도가 우수하고 장기적인 하중에 대한 피로강도가 현저하게 향상된다.
특히, 상기 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 형성된 오목부(27)는 1차 프리스트레스 도입시에 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 단면을 감소시키는 기능을 하기 때문에, 1차 프리스트레스 도입을 위한 긴장력을 상대적으로 줄일 수 있게 되는데, 그에 따라 1차 프리스트레스 도입을 위한 1차 긴장재의 사용량을 줄이거나 또는 긴장재의 긴장량을 줄일 수 있게 되어 경제적인 시공이 가능하게 된다.
또한, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)과 강재 빔(10)을 용접에 의하여 합성하는 것이 아니므로 용접으로 인한 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 손상을 방지하면서도 견고한 합성을 이룰 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에서는 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 배근되는 보강연결철근(29)의 일부를 오목부(27)에 노출시키고, 상기 보강연결철근(29)의 노출된 일부분이 오목부(27)에 타설되는 2차 콘크리트(26)내에 매립되도록 하므로써, 2차 콘크리트(26)와 프리캐스트 콘크리트 패널(20) 사이가 보강연결철근(29)을 통하여 완전히 합성되어 신구 콘크리트 간의 활동이 방지됨과 동시에 신구 콘크리트 간의 부착력이 증대되어 신구 콘크리트 간의 완전한 합성작용을 이루게 된다.
또한, 본 발명에서는 오목부(27)에 전단키(31)를 형성하므로써, 신구 콘크리트 사이의 전단저항력을 증가시켜 신구 콘크리트 간의 더욱더 완전한 합성작용을 가능하게 한다.
본 발명에서는 강재 빔(10)의 복부(12)에 관통홀을 형성하여 단부절곡철근(14)을 오목부(27)에 설치하고 이를 종방향 철근(36)을 통하여 상기 보강연결철근(29)과 연결하므로써 2차 콘크리트와 프리캐스트 콘크리트 패널(20)간의 합성작용을 더욱 보강하게 되는데, 특별히 강재 빔(10)의 복부(12)에 관통홀을 형성하여 삽입 설치하는 방법에 의해 상기 단부절곡철근(14)을 설치하게 되므로 그 설치를 위한 가공작업, 조립작업 등이 용이하게 이루어 질 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 전단연결재로서 볼트형식의 스터드가 아닌 막대 형상의 전단연결재(15)를 구비하고 있으므로, 스터드를 사용함에 따른 콘크리트 타설 흐름 방해 및 그에 따른 문제점을 극복할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 긴장재를 1차 및 2차로 구분하여 1차 긴장재(23)를 이용하여 1차 프리스트레스를 도입한 후에, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)과 강재 빔(10)을 합성하고, 합성빔을 가지점에 거치한 후에 2차 긴장재(23')를 긴장하여 프리스트레스를 도입하게 된다. 그러므로, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에 발생하는 콘크리트의 크리프, 건조수축 등에 의한 압축 프리스트레스의 손실을 감안한 프리스트레스의 도입이 가능하게 되며, 그에 따라 프리스트레스의 손실로 인한 구조적인 성능의 저하를 방지할 수 있게 되어 합성빔의 사용상태에서도 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 전단면이 압축력을 받도록 하여 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 콘크리트 전단면을 효율적으로 활용할 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)이 합성되어 이루어진 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔으로서,
    프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 상부면에는 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)가 매립되어 위치하게 되는 오목부(27)가 형성되어 있으며;
    상기 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)가 상기 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 오목부(27)에 위치한 상태에서 상기 오목부(27)에는 2차 콘크리트(26)가 타설되어 상기 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)이 합성되며;
    상기 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에는 보강을 위한 보강연결철근(29)이 구비되는데, 상기 보강연결철근(29)은 그 일부가 상기 오목부(27)로 노출되어 있어 상기 2차 콘크리트(26)가 타설되면 상기 보강연결철근(29)의 노출 부분이 2차 콘크리트(26) 내에 매립되며;
    상기 오목부(27)의 외면에는, 프리캐스트 콘크리트 패널(20)과 2차 콘크리트(26)간의 수평활동을 방지하기 위한 전단키(31)가 형성되어 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 하부플랜지 매립 및 일체연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리캐스트 콘크리트 패널(20)에는 1차 긴장재(23) 및 2차 긴장재(23')가 배치되어 있는데, 상기 1차 긴장재(23)는 상기 오목부(27)가 형성된 위치의 좌우측에서 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 중립축(N1)의 아래쪽에서 상기 중립축(N1)에 부근에 배치되고 상기 2차 긴장재(23')는 상기 오목부(27)의 아래에서 합성 후의 합성단면의 중립축(N2)로부터 원거리에 이격되어 배치되며;
    상기 1차 긴장재(23)는 상기 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)가 상기 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 오목부(27)에 위치하기 전에 긴장되고 정착되어 1차 프리스트레스가 도입되며;
    상기 2차 긴장재(23')는 상기 강재 빔(10)과 프리캐스트 콘크리트 패널(20)의 합성이 완료된 후에 긴장되고 정착되어 2차 프리스트레스가 도입되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 하부플랜지 매립 및 일체연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 오목부(27)에 놓여져 매립되는 강재 빔(10)의 하부플랜지(13) 하면에는 막대 형상의 전단연결재(15)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 하부플랜지 매립 및 일체연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 강재 빔(10)의 복부(12)에 관통공이 형성되고, 상기 관통공을 통하여 단부절곡철근(14)이 설치되어, 상기 강재 빔(10)의 하부플랜지(13)가 상기 오목부(27)에 위치할 때, 상기 단부절곡철근(14)이 그 단부가 종방향 철근(36)을 통하여 상기 보강연결철근(29)의 노출된 부분과 체결된 상태로 상기 오목부(27)에 위치하는 것을 특징으로 하는 하부플랜지 매립 및 일체연결 구조의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔.
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