KR100621923B1 - 교량 가설용 ｆｒｐ 상부구조체 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전체적으로 자중을 줄일 수 있고, 충분한 내하력을 확보할 수 있는 노후 및 신설교량 가설용 FRP(Fiber Reinforced Polymer)구조체를 제공함과 더불어 이를 이용하여 가도설치 구조물로 사용한 후, 영구구조물로 재 사용할 수 있도록 한 교량 가설용 FRP 상부구조체 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 속이 빈 중공형상의 메인튜브와, 상기 메인튜브가 좌우에 끼워지도록 상하날개부가 형성됨과 동시에 속이 빈 중공형상의 연결튜브로 이루어지는 단위 튜브구조체와; 상기 단위 튜브구조체의 하면과 접착제에 의해 접합되며 굴곡부가 형성된 파형거더로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 에폭시, 폴리에스터르, 비닐에스터르, 페놀 중의 어느 하나로 이루어지는 기지에 유리섬유, 탄소섬유, 바잘트섬유 중의 어느 하나를 함침시켜 메인튜브와 연결튜브를 인발 성형하는 단계; 상기 연결튜브의 좌우에 접착제를 도포한 후 메인튜브를 삽입하여 일정한 길이의 단위 튜브구조체를 형성하는 단계; 금형에 상온 경화수지를 섬유에 함침시키면서 수적층, 인발성형으로 파형거더를 제작하는 단계; 상기 단위 튜브구조체와 파형거더를 볼트, 접착제로 긴밀하게 접합하는 단계로 구성함을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 기존 철근콘크리트 재료보다 비강도와 비강성이 높기 때문에 자중을 획기적으로 줄일 수 있고, 교량에 작용하는 외부하중에 대해서도 충분 히 안전하게 내하력을 확보할 수 있으며, 방식성이 높고 역학적으로 매우 유리한 특성을 가질 뿐만 아니라 부식에 강해 내환경성이 매우 우수한 반영구적인 이점이 있다.

교량 가설, FRP, 상부구조체, 시공방법

Description

교량 가설용 ＦＲＰ 상부구조체 및 이를 이용한 시공방법{The construction method of having used FRP upper structure for bridge temporary, and this}

도 1은 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 메인튜브를 도시한

사시도,

도 2는 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 메인튜브를 도시한

정면도,

도 3은 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 연결튜브를 도시한

사시도,

도 4는 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 연결튜브를 도시한

정면도,

도 5는 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 단위 튜브구조체를

도시한 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 단위 튜브구조체를

도시한 정면도,

도 7은 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 파형거더를 도시한

사시도,

도 8은 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 파형거더를 도시한

정면도,

도 9는 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체를 도시한 사시도,

도 10은 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체를 도시한 정면도,

도 11은 도 10의 A부분 확대 단면도,

도 12는 도 10의 B부분 확대 단면도,

도 13은 도 10의 C부분 확대 단면도,

도 14는 도 10의 D부분 확대 단면도,

도 15는 도 10의 E부분 확대 단면도.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

10 : 단위 튜브구조체 12 : 메인튜브

14 : 연결튜브 15 : 날개부

20 : 파형거더 22 : 굴곡부

30 : 보강판 40 : 볼트

S : 상부구조체

본 발명은 교량 가설용 FRP(Fiber Reinforced Polymer) 상부구조체 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 특히 역학적으로 비강도와 비강성이 높고, 큰 하중에 대해서도 충분한 내하력을 확보할 수 있도록 한 교량 가설용 FRP 상부구조체 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 국내의 가설된 교량 중 85%가 교량 지간이 짧은 중, 소형 규모의 콘크리트교량으로 가설되어, 차량통행에 따른 노후화가 위험 상태에 도달함에 따라, 수년 내에 이들 교량을 불가피하게 교체할 수밖에 없는 실정이다.

이와 같이 노후된 교량을 철거한 후, 재 가설하는데는 교량의 상부구조, 하부구조 및 기초를 모두 철거하는 등 상당한 시간적, 경제적 손실이 발생하고, 가장 큰 문제는 교통의 소통에 지장을 준다는 점이다.

즉, 기존의 노후된 교량의 철거 후, 재가설은 현재 공용되는 차량 하중하에서 정밀 안전진단을 실시하여 철거여부를 결정하고 있으며, 진단결과 대부분의 철거 원인이 주로 상부구조에 있고, 그 이외의 하부구조(교각, 교대)와 기초는 구조적 기능을 발휘할 수 있는 것으로 조사되고 있다.

따라서, 정밀 안전진단에서 철거 판정을 받은 기존의 노후된 교량을 재가설하는 방법에 있어서, 상부구조만 철거하고 하부구조를 재사용 한다면 적은 비용으로도 교량을 신속히 재가설하여 차량 통행을 원활히 할 수 있을 것이다.

또한, 교량을 신설할 때는 교량이 완공되는 동안 가설구조물을 이용하여 가도를 설치하여 차량통행을 시키고 있어, 이에 따른 별도 가도설치 공사비를 계상하고 있다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 전체적으로 자중을 줄일 수 있고, 충분한 내하력을 확보할 수 있는 노후 및 신설교량 가설용 FRP구조체를 제공함과 더불어 이를 이용하여 가도설치 구조물로 사용한 후, 영구구조물로 재사용할 수 있도록 한 교량 가설용 FRP 상부구조체 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체는 속이 빈 중공형상의 메인튜브와, 상기 메인튜브가 좌우에 끼워지도록 상하날개부가 형성됨과 동시에 속이 빈 중공형상의 연결튜브로 이루어지는 단위 튜브구조체와; 상기 단위 튜브구조체의 하면과 접착제에 의해 접합되며 굴곡부가 형성된 파형거더로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체를 이용한 교량 상부구조 시공방법은 에폭시, 폴리에스터르, 비닐에스터르, 페놀 중의 어느 하나로 이루어지는 기지에 유리섬유, 탄소섬유, 바잘트섬유 중의 어느 하나를 함침시켜 메인튜브와 연결튜브를 인발 성형하는 단계; 상기 연결튜브의 좌우에 접착제를 도포한 후 메인튜브를 삽입하여 일정한 길이의 단위 튜브구조체를 형성하는 단계; 금형에 상온 경화수지를 섬유에 함침시키면서 수적층, 인발성형으로 파형거더를 제작하는 단계; 상기 단위 튜브구조체와 파형거더를 볼트, 접착제로 긴밀하게 접합하는 단계로 구성함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 메인튜브를 도시한 사시도 및 정면도이며, 도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 연결튜브를 도시한 사시도 및 정면도이며, 도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 단위 튜브구조체를 도시한 사시도 및 정면도이며, 도 7 내지 도 8은 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체의 파형거더를 도시한 사시도 및 정면도, 도 9 내지 도 15는 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체를 도시한 사시도와, 정면도 및 확대 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체는 속이 빈 중공형상의 메인튜브(12)와, 상기 메인튜브(12)가 좌우에 끼워지도록 상하날개부(15)가 형성됨과 동시에 속이 빈 중공형상의 연결튜브(14)로 이루어지는 단위 튜브구조체(10)와; 상기 단위 튜브구조체(10)의 하면과 볼트, 접착제에 의해 접합되며 굴곡부(22)가 형성된 파형거더(20)로 구성된다.

여기서, 상기 메인튜브(12)는 전체적으로 사다리꼴 형상으로 이루어지는 구조체로, 상기 구조체의 내측은 속이 빈 중공형상으로 구성된다.

또한, 상기 연결튜브(14)는 전체적으로 사다리꼴 형상으로 이루어지는 구조체로, 상기 구조체의 내측은 속이 빈 중공형상으로 이루어지며, 상기 구조체의 상하단부 좌우측으로 소정의 길이만큼 연장되도록 날개부(15)가 형성된다.

그리고, 상기 메인튜브(12)와 연결튜브(14)는 에폭시, 폴리에스터르, 비닐에 스터르, 페놀 중의 어느 하나로 이루어지는 기지에 유리섬유, 탄소섬유, 바잘트섬유 중의 어느 하나를 함침시켜 형성된 것이다.

한편, 상기 파형거더(20)는 전체적으로 정사다리꼴과 역사다리꼴이 다수 반복되는 형상으로 이루어지는 구조체로, 상기 구조체의 정사다리꼴 또는 역사다리꼴의 어느 한 부분의 충전재로 내부공간이 채워지도록 형성된다.

여기서, 상기 파형거더(20)의 하면에는 보강판(30)이 접합 형성되어, 파형거더(20)의 휨강성이 증대되도록 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체(S)는 단위 튜브구조체(10)와 파형거더(20) 및 선택적으로 보강판(30)이 유기적으로 결합되어 이루어진 구조이다.

이하, 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체를 이용한 시공에 대해서 설명한다.

본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체를 이용한 시공방법은 에폭시, 폴리에스터르, 비닐에스터르, 페놀 중의 어느 하나로 이루어지는 기지에 유리섬유, 탄소섬유, 바잘트섬유 중의 어느 하나를 함침시켜 메인튜브(12)와 연결튜브(14)를 인발 성형하는 단계; 상기 연결튜브(14)의 좌우에 접착제를 도포한 후 메인튜브(12)를 삽입하여 일정한 길이의 단위 튜브구조체(10)를 형성하는 단계; 금형에 상온 경화수지를 섬유에 함침시키면서 수적층, 인발성형으로 파형거더(20)를 제작하는 단계; 상기 단위 튜브구조체(10)와 파형거더(20)를 볼트, 접착제로 상하로 긴밀하게 접합하는 단계로 이루어진다.

여기서, 상기 단위 튜브구조체(10)는 연결튜브(14)의 좌우에 메인튜브(12)를 연결 시공하되, 그 내측면 중공형상이 연결튜브(14)의 중공은 정사다리꼴로 하고, 메인튜브(12)의 중공은 역사다리꼴로 하도록 교호적으로 시공하는 단계를 추가하여, 구조적으로 안정하도록 구성한다.

또한, 상기 단위 튜브구조체(10)를 형성한 후 그 표면이음부위에 에폭시를 도포하여 방수처리하는 단계를 추가한다.

그리고, 상기 단위 튜브구조체(10)와 파형거더(20)를 접착제로 접합한 후, 상기 접합부위를 볼트(40)로 체결하는 단계를 추가한다.

한편, 상기 단위 튜브구조체(10)와 파형거더(20)를 접합한 후, 그 파형거더(20)의 하면에 보강판(30)을 부가적으로 접합하는 단계를 추가한다.

상기한 바와 같은 단계로 이루어진 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체를 이용한 시공을 각 단계별로 나누어 상세히 설명한다.

먼저, 메인튜브(12)와 연결튜브(14)의 인발성형 단계는 메인튜브(12)와 연결튜브(14)를 구조계산에 의해서 결정된 크기만큼 인발공법으로 에폭시, 폴리에스터르, 및 비닐에스터르로 이루어진 기지에 유리섬유, 탄소섬유 그리고 바잘트섬유를 함침시켜 공장에서 제작한 후, 현장에서 상기 메인튜브(12)와 연결튜브(14)를 연결하여 2-3인이 직접 운반 및 작업할 수 있도록 크기를 결정하되, 보의 크기에 따라 단면의 크기를 고려하여 일정한 크기의 단위 튜브구조체(10)를 제작한다.

여기서, 상기 메인튜브(12)와 연결튜브(14)는 인발성형으로 제조된 복합재료 튜브이며, 상기 인발성형은 일반적으로 길고 곧으며 단면적이 일정한 구조재를 제 조하기 위한 성형방법이다.

그리고, 상기 메인튜브(12)와 연결튜브(14)의 연결은 접착제를 이용하여 접합시키면, 단위 튜브구조체(10)가 완성되며, 이 단위 튜브구조체(10)의 표면이음부위에 방수를 위한 에폭시를 도포하면 최종으로 단위 튜브구조체(10)가 완성된다.

상기한 메인튜트(12)와 연결튜브(14)의 제작에 사용되는 바잘트섬유는 화산암의 일종인 현무암(basalt)을 1280℃의 용융로에서 용융하여 1200℃의 상태에서 금형이나 모래형틀을 이용하여 주조한 후, 특수 열처리 과정을 거쳐 더욱 치밀하게 재결정화시켜 뛰어난 내마모성과 아울러 내식성, 그리고, 고강도 등의 물리적 특성을 겸비한 섬유제품이다.

이어서, 파형거더(20) 제작단계는 파형거더(20)를 수적층(hand lay-up) 성형공정, 인발공법으로 제작하되, 별도로 금형을 제작한 후, 이 금형에 상온 경화수지를 섬유에 함침시키면서 수적층, 인발성형하여 단위형태의 파형거더(20)를 구조계산에 의해서 결정된 크기만큼 제작하고, 이 단위 파형거더(20)를 횡방향으로 교량 폭만큼 길게 연결하면, 굴곡부(22)가 형성된 곡선부재인 파형거더(20)를 제작할 수 있다.

또한, 상기 파형거더(20)는 전체적으로 정사다리꼴과 역사다리꼴이 다수 반복되는 형상으로 이루어지는 구조체로 형성하되, 상기 구조체의 정사다리꼴 또는 역사다리꼴의 어느 한 부분의 내부공간에 충전재로 채워서 파형거더(20)를 제작한다.

이와 같이 충전재로 파형거더(20)의 내부공간을 충전하는 이유는 상기 파형 거더(20)의 강도를 보강하기 위함이다.

한편, 부가적으로 상기 파형거더(20)의 하면에 보강판(30)을 접합시켜 파형거더의 휨강성을 증대시키도록 한다.

그 후, 상기 단위 튜브구조체(10)와 파형거더(20) 및 보강판(30)과의 접합단계는 단위 튜브구조체(10)와 파형거더(20) 및 보강판(30)을 1차로 접착제를 이용하여 상하로 접합시킨 후, 2차로 상기 접착제의 접합부위를 드릴로 천공한 후, 상기 천공부위를 볼트(40)로 체결하면, 교량 가설용 FRP 상부구조체(S)가 완성된다.

여기서, 상기 볼트(40) 체결은 도 11에 도시된 바와 같이, 일측의 파형거더(20)의 단부와 타측의 파형거더(20)의 단부를 맞댄 후, 그 하면에 보강판(30)을 위치시킨 상태로 이들을 천공한 후 볼트(40)로 체결한다.

또한, 상기 볼트(40) 체결은 도 12에 도시된 바와 같이, 일측의 단위 튜브 구조체(10)와 타측의 단위 튜브구조체(10)를 맞댄 후, 맞댐부위를 천공한 후 볼트(40)로 체결한다.

그리고, 상기 볼트(40) 체결은 도 13에 도시된 바와 같이, 단위 튜브 구조체(10)와 그 아래에 위치된 파형거더(20)를 천공한 후, 볼트(40)로 체결한다.

또한, 상기 볼트(40) 체결은 도 14에 도시된 바와 같이, 파형거더(20)와 그 아래에 위치된 보강판(30)를 천공한 후, 볼트(40)로 체결한다.

그리고, 상기 볼트(40) 체결은 도 15에 도시된 바와 같이, 단위 튜브구조체(10)와 그 아래에 위치된 파형거더(20)의 단부를 천공한 후, 볼트(40)로 체결한다.

즉, 상기한 바와 같이, 볼트(40)를 체결하는 이유는 교량 가설용 FRP 상부구조체(S)를 구성하는 단위 튜브구조체(10)와 파형거더(20) 및 보강판(30)의 결합위치에 따라 서로 상이한 볼트(40) 체결을 하여 구조적으로 안정되도록 하기 위함이다.

따라서, 상기한 바와 같은 교량 가설용 FRP 상부구조체(S)는 교량등급별로 손쉽게 제작하여, 노후 및 신설 교량에 용이하게 가설할 수 있으며, 더불어 교량을 신설하는 동안에는 임시가도로 사용할 수 있고, 교량의 시공정도에 따라 교량의 하부구조가 완성되면, 이를 교량의 상부구조물로 사용할 수 있으며, 다시 최종적으로 영구적인 구조물로 사용할 수 있는 작용효과가 있음을 밝혀 두는 바이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 교량 가설용 FRP 상부구조체 및 이를 이용한 시공방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 기존 철근콘크리트 재료보다 비강도와 비강성이 높기 때문에 자중을 획기적으로 줄일 수 있고, 교량에 작용하는 외부하중에 대해서도 충분히 안전하게 내하력을 확보할 수 있으며, 방식성이 높고 역학적으로 매우 유리한 특성을 가질 뿐만 아니라 부식에 강해 내환경성이 매우 우수한 반영구적인 이점이 있다.

둘째, 본 발명은 원하는 방향으로 강성과 강도의 조절이 가능하여, 필요한 방향으로 강성과 강도를 높임으로써 재료의 낭비를 방지할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 본 발명은 교량을 가설하는 동안에 가도역할을 할 수 있어서 공사비를 절감할 수 있는 장점이 있다.

넷째, 본 발명은 교량등급별로 교량용 FRP 상부구조체를 손쉽게 제작하여 노후 및 신설 교량을 가설할 수 있는 이점이 있다.

다섯째, 본 발명은 인발공법으로 각각의 단위 튜브구조체를 공장에서 제작하여 현장에서 최소인원으로 교량의 폭과 길이만큼 교량 상부구조체를 만들어 현장에서 손쉽게 제작해 나갈 수 있는 이점이 있다.

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 에폭시, 폴리에스터르, 비닐에스터르, 페놀 중의 어느 하나로 이루어지는 기지에 유리섬유, 탄소섬유, 바잘트섬유 중의 어느 하나를 함침시켜 메인튜브(12)와 연결튜브(14)를 인발 성형하는 단계; 상기 연결튜브(14)의 좌우에 접착제를 도포한 후 메인튜브(12)를 삽입하여 일정한 길이의 단위 튜브구조체(10)를 형성하는 단계; 금형에 상온 경화수지를 유리섬유에 함침시키면서 수적층으로 파형거더(20)를 제작하는 단계; 상기 단위 튜브구조체(10)와 파형거더(20)를 접착제로 상하로 긴밀하게 접합하는 단계로 구성하는 교량 가설용 FRP 상부구조체를 이용한 시공방법에 있어서,

   상기 단위 튜브구조체(10) 형성단계는 연결튜브(14)의 좌우에 메인튜브(12)를 연결하되, 그 내측면 중공형상이 연결튜브(14)의 중공은 정사다리꼴로 하고, 메인튜브(12)의 중공은 역사다리꼴로 교호적으로 시공하며,

   상기 단위 튜브구조체(10)를 형성한 후, 상기 단위 튜브구조체(10)의 표면이음부위에 에폭시를 도포하여 방수처리하며,

   상기 단위 튜브구조체(10)와 파형거더(20)를 접착제로 접합한 후, 상기 접합부위를 드릴가공하고 볼트(40)로 체결하며,

   상기 단위 튜브구조체(10)와 파형거더(20)를 접합한 후, 그 파형거더(20)의 하면에 보강판(30)을 부가적으로 접합하며,

   상기 볼트(40) 체결은 일측의 파형거더(20)의 단부와 타측의 파형거더(20)의 단부를 맞댄 후, 그 하면에 보강판(30)을 위치시킨 상태로 이들을 천공한 후 볼트(40)로 체결하며,

   상기 볼트(40) 체결은 일측의 단위 튜브 구조체(10)와 타측의 단위 튜브구조체(10)를 맞댄 후, 맞댐부위를 천공한 후 볼트(40)로 체결하며,

   상기 볼트(40) 체결은 파형거더(20)와 그 아래에 위치된 보강판(30)를 천공한 후, 볼트(40)로 체결함을 특징으로 하는 교량 가설용 FRP 상부구조체를 이용한 시공방법.
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