KR100599768B1 - 프리캐스트 콘크리트 거푸집을 이용한 합성 중공 교각구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

프리캐스트 콘크리트 거푸집을 이용한 합성 중공 교각구조물 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부가 비어 있는 중공 형상의 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 중공 교각의 내,외측 거푸집으로 이용함과 동시에, 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 사이에 강재 지주를 통상적인 주철근 대용으로 매입하여 내진에 필요한 높은 연성과 휨강도를 확보할 수 있도록 한 프리캐스트 콘크리트 거푸집을 이용한 합성 중공 교각 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 기초부(100a)와, 중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어지고, 교각의 외부를 이루면서 교각 하부의 외부 거푸집으로서 기능하도록 상기 기초부(100a)의 중앙에 설치되는 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(200)와, 상기 기초부(100a)의 중앙에 수직하게 배치되어 교각을 보강하는 다수의 강재 지주(300)와, 중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어지고, 교각의 내부의 중공부를 형성함과 동시에 교각 내측의 거푸집으로서 기능하도록 상기 강재 지주(300)의 내측에서 상기 기초(100a)의 중앙에 차례로 적층설치되는 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)와, 중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어지고, 교각의 외부를 이루면서 교각 외측의 거푸집으로서 기능하도록 상기 강재 지주(300)의 외측에서 상기 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(200) 상부에 차례로 적층설치되는 외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(600)와, 상기 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)와 상기 외측 프리 캐스트 콘크리트 세그먼트(600) 사이의 공간에 충전되어 상기 강재 지주(300)를 매립하도록 타설되는 콘크리트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물 및 이를 시공하는 방법이 제공된다.
중공, 교각, 프리캐스트, 세그먼트, 거푸집, 지진, 중공 강관

Description

프리캐스트 콘크리트 거푸집을 이용한 합성 중공 교각 구조물 및 그 시공방법{Hollow type Composite Pier Structure using Precast Concrete Form and Constructing Method therefor}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 합성 중공 교각 구조물의 시공 과정 중 기초가 배근된 형상을 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 단계에 후속하여, 기초 철근에 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트가 매입된 형상을 보여주는 개략도이다.
도 3은 도 2의 단계에 후속하여, 기초 철근에 다수개의 강재 지주가 수직하게 설치된 형상을 보여주는 개략도이다.
도 4는 도 3의 단계에 후속하여, 기초 철근에 수직하게 설치된 강재 지주 주위에 보강용 철근망이 설치된 형상을 보여주는 개략도이다.
도 5는 도 4의 단계에 후속하여, 기초에 콘크리트를 타설하고 연결용 프리캐스 콘크리트 세그먼트내에 콘크리트를 타설하여 충전한 형상을 보여주는 개략도이다.
도 6은 도 5의 단계에 후속하여, 첫 단계의 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트가 적층된 형상을 보여주는 개략도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6의 단계에 후속하여, 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 타이 바로써 연결한 형상을 보여주는 것으로서, 도 7a는 전체 개략도이고, 도 7b는 타이 바의 연결 상태를 상세하게 보여주는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7a의 단계에 후속하여, 강재 지주들 전체의 내,외측 둘레에 내,외부 철근망이 설치된 형상을 보여주는 것으로서, 도 8a는 전체 개략도이고, 도 8b는 내,외부 철근망의 설치 상태만을 보여주는 요부 개략도이다.
도 9는 도 8a의 단계에 후속하여, 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 사이의 공간에 콘크리트를 충전한 형상을 보여주는 개략도이다.
도 10은 도 9의 단계에 후속하여, 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트들이 순차적으로 더 적층되어 교각의 기둥부를 이루고 있는 형상을 보여주는 개략도이다.
도 11은 도 10의 단계에 후속하여, 교각 구조물 위에 코핑부가 연결된 형상을 보여주는 개략도이다.
도 12는 도 11의 단계에 후속하여, 코핑부 내부에 콘크리트를 충전하여 전체 교각 구조물이 완성된 형상을 보여주는 개략도이다.
도 13은 본 발명에 따라 교각 하부의 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트와 기초부의 바람직한 연결구조를 나타내는 개략도이다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명에 따라 구현되는 교각 구조물의 여러 가지 단면 모양을 보여주는 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기초 철근 100a : 기초부
101 : 오목부 200 : 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트
210 : 베이스 플레이트 220 : 전단 연결재
300 : 강재 지주 400 : 보강용 철근망
500 : 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트
501 : 중공부 510,610 : 그라우팅 홈
520,620 : 타이바 삽입용 홀
700 : 타이바 750a : 내부 철근망
750b : 외부 철근망 800 : 코핑부
본 발명은, 프리캐스트 콘크리트 거푸집을 이용한 합성 중공 교각 구조물 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 내부가 비어 있는 중공 형상의 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 중공 교각의 내,외측 거푸집으로 이용함과 동시에, 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 사이에 강재 지주를 통상적인 주철근 대용으로 매입하여 내진에 필요한 높은 연성과 휨강도를 확보할 수 있도록 한 프리캐스트 콘크리트 거푸집을 이용한 합성 중공 교각 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.
높이가 높은 교량이나 고가도로에 있어서의 고교각(高橋脚)의 경우에는, 일 반적으로 휨(횡하중)이 축력(수직하중)에 비해서 매우 크기 때문에 단면이 증가하게 되어 이를 줄이기 위한 효과적인 방안으로서 중공 교각이 사용된다.
그러나, 종래의 중공 교각은 내진 성능에서 요구하는 목표 연성도를 만족시키기 위해 많은 주철근을 배근하여야 하였다. 즉, 교각의 내진 성능을 증대시키기 위해서는 횡하중에 대한 높은 연성과 휨강도가 확보되어야 하는데, 이를 위하여 종래에는 교각에 배근되는 주철근과 띠철근의 양을 증가시키는 방법을 사용하였다. 특히, 높이가 높은 고교각이면서 지진 하중이 교량 하부 구조의 설계하중을 지배하는 경우에는, 추가되어야 할 주철근과 띠철근의 양이 과도해지고, 그에 따라 단면 확대가 불가피해진다는 단점이 있다.
한편, 종래의 중공 단면의 교각은 대부분 현장 타설 콘크리트 교각으로 구성되었다. 현장 타설 콘크리트로 교각을 시공하는 경우, 거푸집 설치, 콘크리트 타설, 거푸집 제거 및 이동 작업 등이 필요하므로, 그에 따른 번잡한 작업과 비용이 소요된다. 이러한 단점 때문에, 다수개의 교각을 시공할 필요가 있더라도 이들에 대한 시공을 동시에 여러 곳에서 진행하기 어렵게 된다.
특히, 높이가 높은 고교각을 통상의 거푸집을 이용하여 현장 시공하는 경우에는, 교각의 높이로 인하여 작업의 안정성이 크게 위협받게 된다.
이에 대한 대책으로서, 교각 단면 내외부가 일체로 된 슬립폼(Slip Form)을 이용하여, 상기 슬립폼을 일정 높이씩 상승시켜 가면서 시공하는 방법도 있으나, 이 경우에도 고가의 슬립폼을 각 교각별로 구비하여야 하는 바, 시공비 상승의 원인이 된다. 또한 슬립폼을 이용하더라도, 내부에 많은 양의 주철근과 띠철근을 배 근하여야 하고, 콘크리트 양생기간이 길어지기 때문에 시공기간이 길어질 수 밖에 없다.
본 발명은, 위와 같은 종래의 현장 타설 콘크리트 교각이 가지고 있는 여러 가지 단점과 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명에서는 내부가 비어 있는 중공 형상의 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 중공 교각 구조물을 형성하기 위한 내,외측 거푸집으로 이용함과 동시에, 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 사이에 강재 지주를 통상적인 주철근 대용으로 매입함으로써 내진에 필요한 높은 연성과 휨강도를 극대화 함과 더불어, 철재 등으로 이루어진 별도의 거푸집을 설치함에 따른 작업의 위험성을 제거하고, 고가의 슬립폼을 사용하지 아니하며, 시공기간도 줄일 수 있는 새로운 구조의 합성 중공 교각 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 위와 같은 종래의 현장 타설 콘크리트 교각이 가지고 있는 여러 가지 단점과 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명에서는 소정 높이의 세그먼트 형태로 제작된 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 교각 내,외측의 거푸집 대용으로 사용하여 철근 콘크리트 중공 교각 구조물을 시공하는 방법과 그 중공 교각 구조물이 제공된다.
구체적으로 본 발명에서는, 기초부와, 중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어지고, 교각의 외부를 이루면서 교각 하부의 외부 거푸집으로서 기능하도록 상기 기초부의 중앙에 설치되는 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트와, 상기 기초부의 중앙에 수직하게 배치되어 교각을 보강하는 다수의 강재 지주와, 중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어지고, 교각의 내부의 중공부를 형성함과 동시에 교각 내측의 거푸집으로서 기능하도록 상기 강재 지주의 내측에서 상기 기초부의 중앙에 차례로 적층설치되는 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트와, 중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어지고, 교각의 외부를 이루면서 교각 외측의 거푸집으로서 기능하도록 상기 강재 지주의 외측에서 상기 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 상부에 차례로 적층설치되는 외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트와, 상기 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트와 상기 외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 사이의 공간에 충전되어 상기 강재 지주를 매립하도록 타설되는 콘크리트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물이 제공된다.
상기한 본 발명의 합성 중공 교각 구조물에 있어서, 상기 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트와 상기 외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트는 다수 지점에서 타이 바에 의해 서로 연결하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 내부 중공부에는 소성 힌지 구간 상단까지 콘크리트가 충전되는 구성을 가지는 것이 바람직하며, 그에따 라 기초부와 견고하게 결속되어 일체화됨으로써 교각의 휨강도를 향상시킬 수 있다.
상기한 본 발명의 합성 중공 교각 구조물에 있어서, 상기 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 상면에는, 세그먼트를 적층할 때, 상,하의 세그먼트 사이의 밀봉과 결합을 위하여, 그라우팅 재료가 채워지는 그라우팅 홈을 가지는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 합성 중공 교각 구조물에서는, 상기 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트들 사이의 공간내에서, 상기 강재 지주들 전체의 내,외측 둘레에 내,외부 철근망이 설치될 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 위와 같은 중공 교각 구조물의 시공 방법으로서, 기초 철근을 배근하는 단계와, 중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어져 교각의 외부를 이루면서 교각 하부의 외부 거푸집으로서 기능하는 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 상기 기초 철근에 설치하는 단계와, 교각을 보강하는 다수의 강재 지주를 상기 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 내측에서 상기 기초 철근의 중앙에 소정의 간격으로 수직하게 배치하는 단계와, 상기 기초 철근 및 상기 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 내부에 콘크리트를 타설하는 단계와, 중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어져 교각 내,외부측 거푸집으로서 기능하는 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 각각 강재 지주의 내측과 상기 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 상부에 차례로 적층하여 설치하는 단계와, 상기 강재 지주가 매립되도록 상 기 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 차례로 적층하는 도중에, 상기 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트와 외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 사이의 공간에 콘크리트를 타설하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물 시공 방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 합성 중공 교각 구조물 시공 방법에 있어서, 상기 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 적층시, 상기 내,외측 세그먼트를 다수개의 타이 바로 서로 연결하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 적층시에는, 그 내부 중공부에 소성 힌지 구간 상단 까지 콘크리트를 충전하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명의 합성 중공 교각 구조물 시공 방법에 있어서, 상기 내,외측 세그먼트를 다수개의 타이바로 연결한 다음, 상기 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 사이의 공간에 콘크리트를 타설하여 상기 강재 지주들을 매립하기에 앞서, 상기 강재 지주들 전체의 내,외측 둘레에 내,외부 철근망을 설치할 수도 있다.
이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 10에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 합성 중공 교각 구조물의 시공 과정 단계적으로 보여주는 개략도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 교각을 시공하기 위해서는 먼저 기초가 설치된다. 기초를 설치하기 위해서는, 필요한 경우 기초 파일 등을 지반에 설치한 후, 그 위에 기초 철근(100)을 배근한다(도면에서는 기초 철근의 상세한 배근 상태는 생략하였고 편의상 기초 철근 전체의 외곽 형상만을 직사각형 형태로 나타내었다). 이때, 교각이 위치하게 되는 기초 철근(100)의 중앙에는 공동부 또는 오목부(101)를 형성하여, 추후 교각 기둥이 설치되도록 한다.
이와 같이 기초 철근(100)이 배근된 이후에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 사전에 미리 제작된 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(200, 이하 '연결용 세그먼트'로 약칭한다)를 기초 철근(100)의 중앙에 형성된 오목부(101)에 설치한다. 상기 연결용 세그먼트(200)는 교각의 외부를 구성하면서도 거푸집의 기능을 수행하므로 시공에 있어서 슬립폼과 같은 별도의 거푸집이 필요 없다. 상기 연결용 세그먼트(200)의 하부가 상기 기초 철근(100)과 일체로 결합될 수 있도록 하기 위하여, 상기 기초 철근(100) 내부로 매입되는 상기 연결용 세그먼트(200)의 하단에는, 후술하는 베이스 플레이트를 구비하고, 이 베이스 플레이트 상부로는 후술하는 다수개의 전단 연결재를 구비하여, 이들 베이스 플레이트와 전단 연결재가 후술하는 기초부(100a)에 매립되도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 연결용 세그먼트(200)를 기초부(100a)와 일체로 결합하는 방법은 위에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 상기 연결용 세그먼트(200)로부터 철근을 노출시켜 기초 철근(100)에 연결시키거나 별도의 정착철근을 설치하고 공지의 커플러를 이용하여 상기 기초 철근(100)과 결합하는 통상적인 방법을 사용할 수도 있다.
상기와 같이 기초 철근(100)에 연결용 세그먼트(200)를 설치한 다음에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 기초 철근(100)의 중앙 오목부(101)에 다수개의 강재 지주(300)를 수직하게 설치한다. 도면에 도시된 실시예에서는, 상기 강재 지주(300)로서 일반적인 '형강', 더 구체적으로는 'H형강'을 일례로 설정하여 도시하였다. 그러나, 상기 강재 지주(300)로는 도시된 H형강 등의 형강뿐만 아니라 중공 강관을 사용할 수도 있으며, 중공 강관으로서는 표면이 매끄러운 일반적인 강관 또는 거친 표면을 가지는 파형 강관을 사용할 수 있는 등, 교각의 종류, 현장 요건, 경제적인 요건 등을 고려하여 다양하게 선택할 수 있다.
상기한 강재 지주(300)는, 종래의 중공 교각 내부에 매입되는 주철근 대용으로 설치됨으로써, 고교각이나 내진을 요하는 교각에서 높은 연성과 휨강도를 확보하게 된다. 이러한 강재 지주(300)의 하부가 상기 기초 철근(200)과 일체로 결합될 수 있도록 하기 위하여, 상기 강재 지주(300)의 하단부에 연결 플레이트(301)를 용접 등의 방법으로 설치하고, 이 연결 플레이트(301)를 기초 철근(100)에 용접 등의 방법으로 결합한다. 상기 강재 지주(300)의 하단에는 후술하는 기초부(100a)와의 결합을 위하여 전단연결재를 설치할 수도 있다.
상기한 강재 지주(300)의 외부에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 철근망(400)이 설치된다. 상기 철근망(400)은 수직철근 및 띠철근을 이용하여 제작되는데, 이는 소정의 높이로 사전에 미리 조립 제작하여 상기 강재 지주(300)에 삽입할 수도 있고, 현장에서 직접 설치할 수도 있다. 상기 철근망(400)의 하부는 상기 강재 지주(300)의 연결 플레이트(301)에 일체로 결합할 수 있으며, 이에 병행하여 정착 철근이나 커플러 등을 이용하여 상기 기초 철근(100)에도 일체로 결합할 수 있다.
위와 같은 과정을 통하여 기초 철근(100)에 연결용 세그먼트(200)와 강재 지주(300)들이 설치된 이후에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 기초 철근에 콘크리트를 타설하여 기초부(100a)를 완성하고, 연결용 세그먼트(200) 내부에도 콘크리트(CT)를 충전한다. 상기 강재 지주(300)들과 철근망(400)의 하부는 상기 연결용 세그먼트(200) 내부에 충전되는 콘크리트에 매립됨으로써 강재 지주(300)들과 콘크리트가 합성 단면을 이루는 교각 하부가 형성된다.
위와 같은 과정을 통하여 교각의 하부가 완성되면, 그 위로 교각의 기둥부를 시공하게 된다. 본 발명에서는 거푸집으로서의 기능을 수행하면서도 교각의 내부의 중공부를 형성하며, 교각의 내, 외부를 구성하게 되는 소정 두께의 중공형 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 설치하여, 이를 거푸집으로 이용하여 교각의 콘크리트를 타설하게 된다. 따라서 본 발명에서는 슬립폼과 같은 별도의 거푸집이 필요하지 않게 된다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어진 다수개의 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500, 이하 '내측 세그먼트'로 약칭한다)와 외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(600, 이하 '외측 세그먼트'로 약칭한다)를 상기 강재 교각(300) 내, 외부에 적층하여 설치한다. 상기 내측 세그먼트(500)는 상기 교각 중앙의 중공부 형성을 위한 내측 거푸집으로서의 기능을 수행함과 동시에 그 중앙의 중공부(501)가 실질적인 교각의 중공부를 이루게 된다. 그리고 상기 외측 세그먼트(600)는 교각의 외측을 형성하기 위한 외측 거푸집으로서의 기능을 수행함과 동시에 교각의 외부를 구성하게 된다.
상기 내, 외측 세그먼트(500)(600)들을 적층할 때, 상,하의 세그먼트(500)(600) 사이의 밀봉과 결합을 위하여, 상기 내,외측 세그먼트(500)(600)의 상면에는 그라우팅 홈(510)(610)이 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 교각의 높이가 높지 않아 내,외측 세그먼트(500)(600)의 두께가 얇은 경우에는 상기 그라우팅 홈(510)(610)을 생략할 수도 있다.
상기한 내,외측 세그먼트(500)(600)의 적층 과정을 구체적으로 살펴보면, 우선 도 6에 도시된 바와 같이, 최하단의 내측 세그먼트(500)를 교각의 중앙에 배치하고, 최하단의 외측 세그먼트(600)를 전술한 연결용 세그먼트(200) 위에 적층한 다음, 상기 내,외측 세그먼트(500)(600) 사이에 콘크리트(CT)를 타설한다.
상기 내,외측 세그먼트(500)(600) 사이에 콘크리트(CT)를 타설하기에 앞서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 내,외측 세그먼트(500)(600)를 타이바(700, tie bar)와 같은 연결부재로 연결하는 것이 바람직하다. 중공 교각의 내진 연성 거동을 위해서는 코어 콘크리트의 보호가 중요한데, 상기와 같이 내,외측 세그먼트(500)(600)를 타이바(700)로 연결함으로써 전체 교각 단면의 구속효과를 극대화 할 수 있다.
상기 타이바(700)를 연결하기 위해서는 구체적으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 내,외측 세그먼트(500)(600)에 사전에 미리 삽입용 홀(520)(620)들을 형성하여, 상기 삽입용 홀(520)(620)을 통해 철근 등으로 이루어진 타이바(700)를 연결한다. 본 발명의 구체적인 실시예에서는, 상기 타이바(700)의 일단의 나사부(710)를 내측 세그먼트(500)의 삽입용 홀(520)에 삽입시켜 너트(720)로체 체 결하고, 타이바(700)의 반대측 갈고리부(730)는 외측 세그먼트(600)의 삽입용 홀(620)을 통해 외측 세그먼트(600) 내부의 철근(601)에 걸어 연결하며, 타이바(700) 중간에 구비된 커플러(740)를 이용하여 타이바(700)를 긴장시키는 구조로 연결되어 있다.
상기와 같이 최하단의 내,외측 세그먼트(500)(600)를 다수개의 타이바(700)로 연결한 다음에는, 내측 세그먼트(500)와 외측 세그먼트(600) 사이의 공간에 콘크리트를 타설하는데, 그에 앞서 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 강재 지주(300)들 전체의 내,외측 둘레에 내,외부 철근망(750a)(750b)이 설치될 수도 있다. 구체적으로, 상기 내부 철근망(750a)은 상기 전체 강재 지주(300)들의 내측과 상기 내측 세그먼트(500) 사이에 설치되고, 상기 외부 철근망(750b)은 상기 전체 강재 지주(300)들의 외측과 상기 외측 세그먼트(600) 사이에 설치되어 상기 강재 지주(300)들 전체를 보강하게 된다.
상기 내,외부 철근망(750a)(750b)은, 앞서 설명한 도 7a의 단계에서 내,외측 세그먼트(500)(600)를 타이바(700)로 연결한 다음, 그 위에 설치된다. 이러한 내,외부 철근망(750a)(750b)은, 하나의 세그먼트(500)(600)의 높이 정도의 높이로 사전에 미리 조립한 것을 상기 강재 지주(300)들의 내,외측에 삽입하는 방법으로 설치하는 것이 바람직하다. 하지만, 내,외부 철근망(750a)(750b)은, 사전에 조립한 것을 사용하지 않고 현장에서 직접 설치할 수도 있으며, 그의 높이도 하나의 세그먼트(500)(600)의 높이와 반드시 같을 것이 요구되는 것은 아니고 시공 조건에 따라 여러 가지로 변경이 가능하다. 또한, 상기 내,외부 철근망(750a)(750b)은 별도 의 연결부재(도시생략)를 사용하여 서로 묶어 구속할 수도 있다.
상기와 같이 최하단의 내,외측 세그먼트(500)(600)를 다수개의 타이바(700)로 연결하고, 강재 지주(300)들의 내,외측 둘레에 내,외측 철근망(750a)(750b)을 설치한 다음에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 내측 세그먼트(500)와 외측 세그먼트(600) 사이의 공간 즉, 강재 지주(300), 철근망(400), 그리고 내,외측 철근망(750a)(750b)이 설치된 공간에 콘크리트(CT)를 타설하여 교각을 시공한다.
상기와 같이 최하단을 이루는 내,외측 세그먼트(500)(600) 사이에 콘크리트를 타설한 다음에는, 상기 최하단을 이루는 내,외측 세그먼트(500)(600) 위에 다시 소정의 높이를 가진 내,외측 세그먼트(500)(600)를 적층하고, 다시 그들 내,외측 세그먼트(500)(600)를 타이바(700)로 연결하며, 강재 지주(300)들의 내,외측 둘레에 내,외측 철근망(750a)(750b)을 설치한 다음, 적층된 내측 세그먼트(500)와 외측 세그먼트(600) 사이의 공간에 콘크리트를 타설한다. 이와 같은 과정을 반복하여 필요한 높이까지 교각 기둥부를 형성한다. 여기서, 이미 설치된 내,외측 철근망(750a)(750b) 위에 또 다른 내,외측 철근망(750a)(750b)을 연결할 때에는, 기설치된 내,외측 철근망(750a)(750b)과 그 위에 설치될 내,외측 철근망(750a)(750b)의 축방향 철근을 서로 연결할 수도 있고, 그렇지 않으면 겹칩이음으로 연결할 수도 있다.
한편, 상기 내,외측 세그먼트(500)(600)들의 적층 과정에 있어서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 하부의 세그먼트(500)(600)를 적층하고, 그들의 그라우팅 홈(510)(610)에 몰탈, 수지 등과 같은 그라우팅 재료를 채운 후, 그 위에 상부의 세그먼트(500)(600)를 적층한다.
필요한 경우, 앞서 살펴본 방법을 통하여, 추가적인 강재 지주(300), 철근망(400), 및 내,외측 철근망(750a)(750b)을 더 연결하고, 추가적인 복수개의 세그먼트(500)(600)를 더 적층한 후, 내,외측 세그먼트(500)(600) 사이의 공간에 콘크리트(CT)를 타설하여 강재 지주(300)와 철근망(400)을 매설함으로써, 계속하여 교각을 시공한다. 설계된 교각의 높이에 이르기까지 이러한 과정을 반복적으로 수행하여 도 10에 도시된 것과 같이 교각의 기둥부를 완성한다.
교각의 기둥부가 완성되면, 도 11에 도시된 바와 같이, 그 상부에 코핑부(800)를 연결한다. 상기 코핑부(800)는 사전에 미리 제작된 프리캐스트 콘크리트를 이용할 수도 있으며, 이와는 달리 코핑부(800) 형태로 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설하여 형성할 수도 있다.
코핑부(800)의 연결이 완료된 이후에는, 도 12에 도시된 바와 같이, 코핑부(800)의 내측 공간에 콘크리트(CT)를 충전하여 교각 구조물을 완성한다.
첨부도면 도 13에는 본 발명에 따라 교각 하부의 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)와 기초부(100a)의 바람직한 구조가 개략적으로 도시되어 있는 바, 이는 내측 세그먼트(500)와 기초부(100a)의 연결부 구조 및 부분 충전 단면 구조를 설명하기 위한 도면이다. 즉, 교각에 작용하는 횡하중에 대한 최대 휨 모멘트는 교각의 하부에 발생한다. 따라서, 교각의 하부에 최대 휨 모멘트가 작용하는 부분인 소성 힌지 구간을 기초부(100a)와 견고하게 결속시켜 일체화하는 것은 교각의 휨강도 확보에 있어서 매우 중요하다. 이를 위하여 본 발명에서는, 내측 세그먼트(500)의 하단부, 더 구체적으로는 연결용 세그먼트(200)의 하단부에는 전단연결재(220)를 구비하여 이들을 기초 철근(100)에 연결하여 일체화할 수도 있다.
특히, 상기 연결용 세그먼트(200)로부터 모멘트 값이 최대가 되는 소성 힌지 구간까지 상기 내측 세그먼트(500)의 중공부(501)에 콘크리트(CT)를 충전하여 휨 내력이 증가되도록 한다. 여기서, 상기 내측 세그먼트(500)의 중공부(501)에 대한 콘크리트(CT)의 충전은 앞서 설명한 시공 과정 중, 각각의 내측 세그먼트(500)를 적층하여 내측 세그먼트(500)와 외측 세그먼트(600) 사이의 공간에 콘크리트를 충전하는 공정과 병행하여 충전한다.
첨부도면 도 14a 내지 도 14d에는 본 발명에 따라 구현되는 중공 교각 구조물의 여러 가지 단면 모양 및 매설 가능한 강재 지주(300)의 다양한 예가 도시되어 있다. 본 발명에 있어서는 세그먼트(500)(600)가 거푸집으로서의 기능뿐만 아니라, 그 자체가 교각의 내,외부를 이루게 되며, 프리캐스트 방식으로 공장에서 제작되므로, 세그먼트(600)를 소망하는 교각 형상에 맞추어 타원형, 원형, 사각형 등으로 다양하게 구성할 수 있다. 앞서, 도 1 내지 도 13을 통하여 설명한 중공 교각 구조물은 도 14a와 같은 단면 형상을 이룬다. 즉, 내,외측 세그먼트(500)(600)가 타원형상에 가까운 형상을 가지고, 그 내부에는 강재 지주(300)로서 H형강 등의 '형강'이 매입된 합성 단면의 교각 구조물이다. 이와는 달리, 도 14b에 도시된 것과 같이, 교각 구조물이 원형 단면을 이루도록 할 수도 있다. 또한, 도 14c에 도시된 것과 같이, 내,외측 세그먼트(500)(600)는 타원형의 모양을 가지고, 강재 지주(300)로서는 중공 강관을 사용할 수 있다. 또한, 도 14d에 도시된 것과 같이, 강재 지주(300)는 중공 강관을 이용하면서 전체적으로 원형의 단면을 이루도록 할 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명에서는 순차적으로 적층되는 내,외측 세그먼트(500)(600) 자체가, 교각 콘크리트 타설을 위한 내,외부 거푸집으로서의 기능을 수행함과 동시에 내측 세그먼트(500)의 중공부(501)가 그대로 교각 구조물의 중공부를 이루게 된다. 따라서, 종래의 현장 타설 콘크리트 교각의 경우와는 달리, 슬립폼 등과 같은 별도의 내,외측 거푸집을 설치할 필요가 전혀 없다. 그러므로, 종래에 거푸집을 설치함에 따른 시공상의 여러 가지 단점을 해소할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 내측 세그먼트(500)와 외측 세그먼트(600) 사이에 강재 지주(300)가 매입되어, 상기 강재 지주(300)를 포함하는 콘크리트 합성 단면을 이루게 됨으로써, 내진에 필요한 높은 연성과 휨강도가 확보된다. 또한, 상기 강재 지주(300)는 종래의 콘크리트 중공 교각에 있어서의 주철근 대용으로 매입됨으로써, 교각의 단면 확대를 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 있어서의 세그먼트(500)(600)는 거푸집으로서의 기능뿐만 아니라, 그 자체가 교각의 일부분으로서, 교각의 내,외부를 이루게 된다. 종래의 경우처럼 거푸집을 이용하는 경우, 그 설치의 제약으로 인하여, 교각의 외관을 다양하게 변화시키는 것이 매우 어려웠다. 그러나, 본 발명에서는 프리캐스트 방식으로 세그먼트를 공장에서 사전에 제작하게 되고, 세그먼트 자체가 교각의 일부를 구성하게 되므로, 세그먼트를 다양한 단면 형상을 갖도록 할 수 있다. 또한, 세그먼 트(500)를 공장에서 제작할 수 있으므로, 그 외면에도 다양한 무늬나 장식을 쉽게 부가할 수 있게 된다.
위와 같은 본 발명에 따르면, 적층된 내,외측 세그먼트 자체가, 교각 콘크리트 타설을 위한 거푸집으로서의 기능을 수행하게 되므로, 종래의 현장 타설 콘크리트 교각의 경우와는 달리, 슬립폼 등과 같은 내,외측 거푸집을 별도로 설치할 필요가 전혀 없고, 따라서, 거푸집 설치에 의한 여러 가지 종래 기술의 단점 즉, 거푸집 설치비용 증가, 거푸집 설치를 위한 추가적인 작업의 필요성, 위험성, 고가의 슬립폼 사용에 따른 비용증가 등의 문제를 해소할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 내측 세그먼트와 외측 세그먼트 사이에 강재 지주가 매입되는 구조를 가져, 상기 강재 지주를 통해 내진에 필요한 높은 연성과 휨강도를 가지는 콘크리트 합성 단면이 구현되는 한편, 상기 강재 지주가 종래의 콘크리트 중공 교각에 있어서의 주철근 대용으로 매입됨으로써 교각의 단면 확대도 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 세그먼트를 프리캐스트 방식으로 공장에서 사전에 제작하게 되고, 세그먼트 자체가 교각의 내,외부를 구성하게 되므로, 세그먼트를 다양한 단면 형상을 갖도록 할 수 있으며, 세그먼트의 외면에 다양한 무늬나 장식을 부가하여 교각의 미관을 더욱 미려하게 만들 수 있다는 부수적인 효과도 있다.

Claims (9)

  1. 기초부(100a)와,
    중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어지고, 교각의 외부를 이루면서 교각 하부의 외부 거푸집으로서 기능하도록 상기 기초부(100a)의 중앙에 설치되는 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(200)와,
    상기 기초부(100a)의 중앙에 수직하게 배치되어 교각을 보강하는 다수의 강재 지주(300)와,
    중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어지고, 교각의 내부의 중공부를 형성함과 동시에 교각 내측의 거푸집으로서 기능하도록 상기 강재 지주(300)의 내측에서 상기 기초(100a)의 중앙에 차례로 적층설치되는 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)와,
    중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어지고, 교각의 외부를 이루면서 교각 외측의 거푸집으로서 기능하도록 상기 강재 지주(300)의 외측에서 상기 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(200) 상부에 차례로 적층되어 설치되는 외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(600)와,
    상기 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)와 상기 외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(600) 사이의 공간에 충전되어 상기 강재 지주(300)를 매립하도록 타설되는 콘크리트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)와 상기 외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(600)는 다수 지점에서 타이바(700)에 의해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)의 내부 중공부(501)에는 소성 힌지 구간 상단까지 콘크리트가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)(600)의 상면에는, 세그먼트(500)(600)를 적층할 때, 상,하의 세그먼트(500)(600) 사이의 밀봉과 결합을 위하여, 그라우팅 재료가 채워지는 그라우팅 홈(510)(610)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)(600)들 사이의 공간내에서, 상기 강재 지주(300)들 전체의 내,외측 둘레에 내,외부 철근망(750a)(750b)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물.
  6. 기초 철근(100)을 배근하는 단계와,
    중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어져 교각의 외부를 이루면서 교각 하부의 외부 거푸집으로서 기능하는 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(200)를 상기 기초 철근(100)에 설치하는 단계와,
    교각을 보강하는 다수의 강재 지주(300)를 상기 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(200) 내측에서 상기 기초 철근(100)의 중앙에 소정의 간격으로 수직하게 배치하는 단계와,
    상기 기초 철근(100)과, 상기 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(200) 내부에 콘크리트를 타설하는 단계와,
    중앙이 비어 있으면서 소정 높이와 두께를 가지는 프리캐스트 콘크리트로 이루어져 교각 내,외부측 거푸집으로서 기능하는 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)(600)를 각각 강재 지주(300)의 내측과 상기 연결용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(200) 상부에 차례로 적층하여 설치하는 단계와,
    상기 강재 지주(300)가 매립되도록 상기 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)(600)을 차례로 적층하는 도중에, 상기 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)와 외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500) 사이의 공간에 콘크리트를 타설하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물 시공 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)(600)의 적층시, 상기 내,외측 세그먼트(500)(600)를 다수개의 타이바(700)로 서로 연결하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물 시공 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 내측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500) 적층시, 그 내부 중공부(501)에 소성 힌지 구간 상단 까지 콘크리트를 충전하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물 시공 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    내,외측 세그먼트(500)(600)를 다수개의 타이바(700)로 연결한 다음, 상기 내,외측 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(500)(600) 사이의 공간에 콘크리트를 타설하여 상기 강재 지주(300)들을 매립하기에 앞서, 상기 강재 지주(300)들 전체의 내,외측 둘레에 내,외부 철근망(750a)(750b)을 설치하는 것을 특징으로 하는 합성 중공 교각 구조물 시공 방법.
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