KR100622008B1 - 일체식 교대 교량의 합성구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지반이 연약한 층에서 콘크리트 연결부의 강성을 극대화시켜 콘크리트의 균열을 방지하도록 한 일체식 교대 교량의 합성구조에 관한 것으로, 상부 거더의 양 측부 및 상기 상부 거더의 양 측부에 각각 수직하게 위치하게 되는 다수의 파일의 상부를 콘크리트로 타설하여 상기 상부 거더와 파일을 일체화시키는 일체식 교대 교량에 있어서, 상기 상부 거더의 양 측부 하단이 기역자 형상으로 모따기되고, 상기 모따기된 부위에 다수의 관통공이 형성된 기역자 형상의 연결판이 결합되며, 상기 다수의 파일의 상단부에 다수의 관통공이 형성된 평평한 이음판이 각각 결합되고, 상기 연결판이 결합된 상기 상부 거더의 양 측부 하단의 모따기 부위에는 다수의 단부보강재가 웨브에 등간격으로 결합된 수평 H형 연결빔이 수평되게 위치하며, 상기 연결판이 결합된 상기 상부 거더의 양 측부 하단의 모따기 부위와 상기 이음판이 결합된 상기 다수의 파일의 상단부는 상기 수평 H형 연결빔을 사이에 두고서 체결부재에 의해 상호 일체로 결합된 것이다.
일체식 교대, 교량, 홈, 균열

Description

일체식 교대 교량의 합성구조{Composition structure of integral abutment bridge}
도 1은 종래의 일반적인 교대의 구성 개요도,
도 2는 종래의 일예에 따른 일체식 교대의 구성 개요도,
도 3은 종래의 다른 예에 따른 일체식 교대의 구성 개요도,
도 4는 도 3의 일체식 교대 벽체와 거더간의 결합 상태를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 일체식 교대 교량의 합성구조를 개략적으로 설명하는 도면,
도 6은 도 5의 분해사시도,
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 상부 거더 110 : 연결판
112, 132 : 관통공 117 : 차단판
120 : 수평 H형 연결빔 130 : 이음판
140 : 파일 150 : 고장력 볼트
152 : 너트
본 발명은 일체식 교대 교량의 합성구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신축이음장치 및 교좌장치를 생략시킨 일체식 교대 교량의 합성구조에 관한 것이다.
교량의 구성에서 시작부 및 종점부에 설치되는 교대의 구성은 그 특성에 따라서 교량 전체의 시공성, 경제성 및 성능을 좌우하는 중요한 요소인 바, 교량의 시공요건 및 요구되는 사용성능에 따라서 일반적인 교대, 일체식 교대(일명 무 조인트식 교대) 등의 다양한 교대 형식이 제공되고 있다.
그러나, 지금까지 제공되고 있는 교대들은 시공성과 경제성 및 성능 면에서 만족스럽지 못하였고 여러 가지 문제점들이 있었다.
일반적인 교대의 구성은 도 1에 도시한 바와 같이, 교량의 시작부 및 종점부에서 지면과 성토부(23)에 수 개의 파일(21)로 지지되는 철근콘크리트제의 교대벽체(22)와, 이 교대벽체(22)의 앞쪽에 일정 구배로 설치되는 앞 성토부(23a)를 구비하고, 이 교대벽체(22)의 상단에는 상부 거더(25)를 지지하는 교좌장치(베어링)(24)가 설치되며, 그 상부 거더(25)의 상면에 타설되는 상부 슬래브(26)의 온도에 의한 신축을 수용하기 위하여 상부 슬래브(26)와 교대 흉벽(22b) 사이에는 신축이음장치(도시 생략)가 구비된다. 상기 교대 흉벽(22b)의 외측단에서 성토부(23)의 도로면과 연결하도록 강봉(다우웰바)(29)에 의하여 단순보 구조로 연결 슬래브(28) 가 설치된다.
이러한 일반적인 교대의 구성은, 교각 앞에 설치하는 앞 성토부(23a)의 흙 쌓기에 있어서 밑면의 길이(La)를 성토고(H)에 비례하여 적어도 1,5배 내지 2배로 실시하여야 하기 때문에 교량의 시작부 및 종점부의 성토고(H)가 높은 경우에 앞 성토 작업이 매우 어렵고 시공비가 많이 소요될 뿐 아니라, 교대 배면에 작용하는 수평 토압이 교대 높이가 높을 수록 증가하여 교대의 안전성 확보가 불리하므로 교대의 적용높이가 제한된다.
특히, 교량의 저면으로 일정 폭의 인도 또는 도로, 철도 등이 교차방향으로 설치되는 형식에서 시, 종점부의 성토고가 높은 경우 교대높이의 제한으로 앞 성토부(23a) 설치 길이 만큼 교량의 길이가 길어지게 되어 교량 전체의 시공비도 높아지는 단점이 있다.
또한, 상기 일반적인 교대의 구성은 교대벽체(22)에 상부 거더(25)가 교좌장치(24)로 거치되어 있으므로서, 상부 거더(25)의 신축작용을 교좌장치(24)가 흡수하여 교대벽체(22)의 안전성이 어느 정도 확보되는 장점은 있으나, 교좌장치(24) 및 신축이음장치(도시 생략)의 손상과 파손이 자주 발생하여 교량의 내구성을 저하시키는 큰 요인으로 작용된다. 따라서, 주기적인 유지관리가 필요하고 보수, 보강으로 인한 비용지출이 발생되고 있으며, 신축이음장치의 설치로 인하여 도로부와 교량부에 틈이 형성되는 바, 차량 주행성이 떨어지고 충격에 의한 소음이 발생하는 단점도 있다.
또한, 교대 흉벽(22a)의 외측단에 강봉(29)으로 연결되어 성토부(23)와 연결 하는 연결 슬래브(28)는 단순보 구조로 설치된 구성이어서, 차량 주행에 따른 지속적인 반복 하중에 의하여 연결슬래브(28)가 쉽게 파손되는 문제점이 있다.
상기한 일반적인 교대의 문제점들을 일부 해결하기 위해 일체식 교대가 제시되었다.
일체식 교대는 일반적인 교대의 문제점들 중에서 상기 교대벽체(22)에 상부 거더(25)를 교좌장치(24)로 거치하고 신축이음장치를 사용함에 따른 문제점들을 해결하기 위해서, 교각의 상단부에 교좌장치 및 신축이음장치를 사용하지 않고 상부 거더를 거치한 상태에서 철근콘크리트 타설로 상부 슬래브까지 일체화시킨 형식으로, 그 일예는 한국 공개특허공보 제2000-44699호에 개시되어 있다.
상기 개시되어 있는 일체식 교대 교량의 구성은 도 2에 도시한 바와 같이, 교량의 시작부 및 종점부에서 지면과 성토부(23)에 1열로 항타(杭打) 매입된 수 개의 파일(21)로 지지되는 철근콘크리트제의 일체식 교대 벽체(32)와, 이 일체식 교대 벽체(32)의 앞쪽에 일정 구배로 설치되는 앞 성토부(23a)를 구비하는 점에서는 상술한 일반적 교대의 구성과 유사하다.
다른 점은 일체식 교대 벽체(32)의 상단에 거치되는 상부 거더(25)를 교좌장치를 사용하지 않고 단순한 탄성고무판(33)으로 받쳐 지지시키고, 상부 거더(25)의 상면에 타설되는 상부 슬래브(26)와 교각 코핑(32a) 사이에 신축이음장치도 사용하지 않은 상태에서, 교각 코핑(32a)의 외측단으로 연결 슬래브용 연결철근(34)을 돌출되게 배근한 후에 일체식 교대 벽체(32)의 상단 전체와 상부 거더(25)의 일부분 을 덮으면서 상부 슬래브(26)까지 일체화된 철근 콘크리트물로 형성되도록 철근을 배근하여 콘크리트로 일차 타설하며, 양생된 후에 교각 코핑(32a)의 외측단에 돌출된 연결철근(34)에 잇대어서 성토부(23)의 도로면과 연결되도록 연결슬래브(28)를 교각 코핑(32a)의 외측단에 일체화시켜 타설하는 구성이다.
상기와 같은 일체식 교대 교량의 시공방법 및 구성에 의하면, 교대의 상단부재인 일체식 교대 벽체(32)와 코핑(32a)이 상부 거더(25)의 거치부와 상부 슬래브(26)와 함께 철근콘크리트물에 의하여 일체로 구성되는 무 조인트 방식이므로, 종래의 일반적인 교대를 채택하는 교량에서 교대벽체(22)와 상부 거더(25) 및 상부 슬래브(26)를 교좌장치 및 신축이음장치 등을 사용함에 따른 문제점들을 해결하여 교량의 내구성 증대, 조인트부재의 유지관리 및 보수, 보강에 따른 비용의 감축효과, 신축이음장치의 제거로 인한 차량 주행성 향상 및 소음 억제의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 교각 코핑(32a)의 외측단에서 성토부(23)와 연결하는 연결 슬래브(28)도 단순보 구조에서 교각 코핑(32a)과 연결철근(34)에 의하여 일체의 구조물로 형성하므로, 연결 슬래브(28)의 내구성이 대폭 증대되는 효과도 있다.
그리고, 미국 및 유럽 등지에서도 일체식 교대 교량이 많이 채택되고 있는데, 도 3에 예시한 바와 같이 구성된다.
즉, 도 3의 일체식 교대 교량은, 교량의 시작부 및 종점부에서 지면에 플렉시블한 재질의 파일(42)로 지지되는 콘크리트제의 일체식 교대 벽체(41), 그 일체 식 교대 벽체(41)의 상단에 설치되는 상부 슬래브(26), 및 양끝단이 상기 일체식 교대 벽체(41) 사이에 개재되고 상기 상부 슬래브(26)의 저부에 일체화된 상부 거더(25)를 구비한다.
도 3의 일체식 교대 교량을 도 2의 일체식 교대 교량과 비교하여 보면, 도 2에서는 일체식 교대 벽체(32)의 상단과 상부 거더(25) 사이에 탄성고무판(33)을 개재시켰으나 도 3에서는 탄성고무판을 사용하지 않았다. 그리고, 도 2에서는 교각 코핑(32a)이 연결 슬래브(28)와 상부 거더(25) 사이에 개재되었으나, 도 3에서는 교각 코핑(32a)이 필요없으며, 도 3의 파일(42)은 어느 정도의 유연성을 갖기 때문에 상부 거더(25)가 신축되더라도 충분히 커버할 수 있게 된다. 즉, 도 3의 구조가 도 2의 구조에 비해 단순하다.
도 3의 일체식 교대 교량의 경우, 도 4에서와 같이 먼저 H빔 형태의 파일(42)을 설치하고 나서 콘크리트 연결부 즉, 일체식 교대 벽체(41)의 하부(A)를 타설한 후에, 상부 거더(25)를 그 위에 설치한다. 그리고 나서, 그 콘크리트 연결부의 잔여부 즉, 일체식 교대 벽체(41)의 상부(B)를 타설한 후에 상부 슬래브(26)를 설치한다.
그리고, 상술한 도 3의 일체식 교대 교량에서의 연결부위 즉, 일체식 교대 벽체(41)에 매입된 상부 거더(25)와 파일(42)의 부위를 자세히 보면, 도 4에서와 같이 콘크리트제의 일체식 교대 벽체(41)의 상부 내측부에 상부 거더(25)의 끝단(도 4의 경우 왼쪽 끝단)이 소정치 매입되고 상기 일체식 교대 벽체(41)의 저부에 파일(42)의 상부가 소정치 매입된다.
도 3과 같이 형성되는 일체식 교대 교량에서, 상부 거더(25) 한개당 필요한 파일(42)이 2∼3개 이상이 되는 경우가 흔히 있다. 예를 들어, 지반이 연약한 층에서 한개의 파일(42)로 한개의 상부 거더(25)의 일측을 지지하게 되면 지반이 연약한 관계로 인해 지지력이 저하되어 붕괴의 위험이 있다. 따라서, 지반이 연약한 층에서는 다수개의 파일(42)로 한개의 상부 거더(25)의 일측을 받쳐주게 된다.
여기서, 그 상부 거더(25)와 다수개의 파일(42)간의 결합관계를 살펴보면, 도 4에서와 같이 상부 거더(25)와 다수의 파일(42)(도 4에서는 파일이 마치 1개인 것처럼 보이지만 도 4의 도면을 좌측에서 보면 다수개인 것을 알 수 있음)은 상기 일체식 교대 벽체(41)내에서 상호 접합되어 있지 않다. 그에 따라, 상기 상부 거더(25)에 과도한 응력이 가해지게 되면 상부 거더(25)와 다수의 파일(42)간에 대각선 방향으로 균열이 발생하게 된다. 그로 인해 일차적으로 상기 일체식 교대 벽체(41)의 손상이 발생하게 되고, 후속적으로 교량의 손괴 및 사고의 발생 위험이 뒤따르게 된다. 그리고, 상기 대각선 방향으로의 균열을 방지하기 위해서 많은 철근을 추가로 배근해야 된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 지반이 연약한 층에서 콘크리트 연결부의 강성을 극대화시켜 콘크리트의 균열을 방지하도록 한 일체식 교대 교량의 합성구조를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일체식 교대 교량의 합성구조는, 상부 거더의 양 측부 및 상기 상부 거더의 양 측부에 각각 수직하게 위치하게 되는 다수의 파일의 상부를 콘크리트로 타설하여 상기 상부 거더와 파일을 일체화시키는 일체식 교대 교량에 있어서,
상기 상부 거더의 양 측부 하단이 기역자 형상으로 모따기되고, 상기 모따기된 부위에 다수의 관통공이 형성된 기역자 형상의 연결판이 결합되며,
상기 다수의 파일의 상단부에 다수의 관통공이 형성된 평평한 이음판이 각각 결합되고,
상기 연결판이 결합된 상기 상부 거더의 양 측부 하단의 모따기 부위에는 다수의 단부보강재가 웨브에 등간격으로 결합된 수평 H형 연결빔이 수평되게 위치하며,
상기 연결판이 결합된 상기 상부 거더의 양 측부 하단의 모따기 부위와 상기 이음판이 결합된 상기 다수의 파일의 상단부는 상기 수평 H형 연결빔을 사이에 두고서 체결부재에 의해 상호 일체로 결합된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 수평 H형 연결빔의 일측 길이방향의 개구부는 다수의 구멍이 형성된 차단판에 의해 차단되고, 상기 차단판의 외측면이 상기 연결판의 내측면에 접촉되며 상기 차단판과 연결판은 체결부재에 의해 체결된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 일체식 교대 교량의 합성구조에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 일체식 교대 교량의 합성구조를 개략적으로 설명하는 도면이고, 도 6은 도 5의 분해사시도이다.
본 발명은, 상부 거더(100)의 양 측부에 다수의 파일(140)을 수직하게 위치시키되 상기 상부 거더(100)의 양 측부 및 상기 다수의 파일(140)의 상부를 콘크리트로 타설하여 상부 거더(100)의 양측부와 다수의 파일(140)을 일체화시킨 일체식 교대 교량에 적용되는 합성구조이다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 일체식 교대 교량의 합성구조는, 상기 상부 거더(100)의 양 측부 하단이 기역자 형상으로 모따기되고, 상기 모따기된 부위에 다수의 관통공(112)이 형성된 기역자 형상의 연결판(110)이 용접에 의해 결합된다. 여기서, 상기 상부 거더(100)의 플랜지의 폭과 상기 연결판(110)의 가로 폭은 동일하다.
그리고, 연약한 지반에 항타관입되는 상기 다수의 파일(140)의 상단부에는 다수의 관통공(132)이 형성된 평평한 이음판(130)이 각각 용접에 의해 결합된다.
또한, 상기 연결판(110)이 용접결합된 상기 상부 거더(100)의 양 측부 하단의 모따기 부위에는 다수의 단부보강재(124)가 웨브에 등간격으로 결합된 수평 H형 연결빔(120)이 수평되게 위치한다.
상기 수평 H형 연결빔(120)의 상부 플랜지에 형성된 구멍(122)들은 그에 대접(對??)하는 상기 연결판(110)의 관통공(112)에 맞추어지게 되고, 상기 수평 H형 연결빔(120)의 하부 플랜지에 형성된 구멍(122)들은 그에 대접하는 상기 이음판(130)의 관통공(132)에 맞추어지게 된다.
그리고, 상기 연결판(110)이 용접결합된 상기 상부 거더(100)의 양 측부 하단의 모따기 부위와 상기 이음판(130)이 용접결합된 상기 다수의 파일(140)의 상단부는 상기 수평 H형 연결빔(120)을 사이에 두고서 체결부재(예컨대, 고장력 볼트(150), 너트(152))에 의해 상호 일체로 결합된다.
한편, 상기 수평 H형 연결빔(120)의 일측 길이방향의 개구부는 다수의 구멍(117a)이 형성된 차단판(117)으로 용접결합됨에 따라 차단된다. 그리고, 상기 차단판(117)의 외측면이 상기 연결판(110)의 내측면에 접촉되고, 상기 차단판(117)과 연결판(110)은 체결부재(예컨대, 고장력 볼트(150), 너트(152))에 의해 체결된다.
상술한 본 발명의 실시예에서는 상기 수평 H형 연결빔(120)의 웨브에 두개의 단부보강재(124)를 용접한 것으로 도시하였는데, 이는 세 개의 파일(140)을 상기 상부 거더(100)의 일측 하단에 결합시키기 위한 것으로서, 만약 네 개의 파일(140)이 필요한 경우에는 그 수평 H형 연결빔(120)의 웨브에 용접되는 단부보강재(124)의 수는 세 개가 된다. 이와 같이 그 단부보강재(124)는 하나의 상부 거더(100)의 일측부에 필요한 파일(140)의 수에 따라 달라지게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 일체식 교대 교량의 합성구조를 건설현장에서 완성시키기 위해서는, 먼저 이음판(130)을 상단부에 용접시킨 다수의 파일(140)을 순서적으로 제위치에 항타관입하여 수평으로 배치시킨다. 그리고, 차단판(117)을 일측의 개구부에 용접결합시킨 수평 H형 연결빔(120)을 그 다수의 파 일(140)의 상부에 거치시킨 후에 고장력 볼트(150) 및 너트(152)를 이용하여 그 수평 H형 연결빔(120)과 다수의 파일(140)을 단단히 결합시킨다.
그리고 나서, 연결판(110)을 양측 하단부의 모따기 부위에 용접결합시킨 상부 거더(100)를 크레인 등을 이용하여 그 수평 H형 연결빔(120)상에 거치시킨 후에, 그 수평 H형 연결빔(120)의 상부 플랜지상에 형성된 다수의 구멍(122)과 상기 연결판(110)상의 관통공(112)을 통해 고장력 볼트(150) 및 너트(152)로 그 수평 H형 연결빔(120)과 연결판(110)을 상호 결합시킨다. 그리고, 그 차단판(117)에 형성된 구멍(117a) 및 상기 연결판(110)의 관통공(112)을 통해 고장력 볼트(150) 및 너트(152)로 그 차단판(117)과 연결판(110)을 상호 결합시킨다.
마지막으로, 도 5에서와 같이 상부 거더(100)와 다수의 파일(140) 및 수평 H형 연결빔(120)가 결합된 부위에 콘크리트를 타설하여 일체화시킨다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 수평 H형 연결빔을 매개로 상부 거더의 양측부에 다수의 파일을 단단히 결합시킨 후 콘크리트로 타설하여 일체화시킴으로써, 시공순서가 대폭 간소화되어 공사기간 단축과 공사비 절감이 가능하게 된다.
특히, 상부 거더의 양측부의 모따기한 부위에 수평 H형 연결빔을 매개로 다수의 파일의 두부를 볼트로 일체화시킴으로써, 지반이 연약한 층에서도 연결부의 강성이 극대화되어 콘크리트의 균열을 방지하게 된다.
그리고, 교좌장치와 신축이음장치를 생략할 수 있고 온도에 의한 수평력을 유연한 파일이 흡수하기 때문에 낙교 방지 및 교량의 내진성능을 향상시키게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (3)

  1. 상부 거더의 양 측부 및 상기 상부 거더의 양 측부에 각각 수직하게 위치하게 되는 다수의 파일의 상부를 콘크리트로 타설하여 상기 상부 거더와 파일을 일체화시키는 일체식 교대 교량에 있어서,
    상기 상부 거더의 양 측부 하단이 기역자 형상으로 모따기되고, 상기 모따기된 부위에 다수의 관통공이 형성된 기역자 형상의 연결판이 결합되며,
    상기 다수의 파일의 상단부에 다수의 관통공이 형성된 평평한 이음판이 각각 결합되고,
    상기 연결판이 결합된 상기 상부 거더의 양 측부 하단의 모따기 부위에는 다수의 단부보강재가 웨브에 등간격으로 결합된 수평 H형 연결빔이 수평되게 위치하며,
    상기 연결판이 결합된 상기 상부 거더의 양 측부 하단의 모따기 부위와 상기 이음판이 결합된 상기 다수의 파일의 상단부는 상기 수평 H형 연결빔을 사이에 두고서 체결부재에 의해 상호 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 일체식 교대 교량의 합성구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수평 H형 연결빔의 일측 길이방향의 개구부는 다수의 구멍이 형성된 차단판에 의해 차단된 것을 특징으로 하는 일체식 교대 교량의 합성구조.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 차단판의 외측면이 상기 연결판의 내측면에 접촉되고, 상기 차단판과 연결판은 체결부재에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 일체식 교대 교량의 합성구조.
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