KR100635137B1

KR100635137B1 - 교량 슬래브 시공방법 및 그에 적용되는 래티스바아데크형 피씨플레이트

Info

Publication number: KR100635137B1
Application number: KR20040090300A
Authority: KR
Inventors: 김미경
Original assignee: 주식회사 효성엘비데크
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2006-10-17
Also published as: WO2006049377A1; CN101057039B; KR20060040997A; CN101057039A

Abstract

본 발명은 교량 슬래브 시공방법 및 그에 적용되는 래티스바아 데크형 피씨플레이트에 관한 것으로, 상기 피씨플레이트는, 슬래브의 압축강도 이상의 자체 압축강도를 유지할 수 있도록 제작되는 플레이트 본체와, 그 내부에 매립되어 상호 직교하도록 배근되는 주근 및 배력철근과, 상기 플레이트 본체의 상면에 일부가 돌출 형성된 트러스 골조를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 이를 적용한 시공방법은, 교각의 상면간에 다수의 거어더를 병렬 거치하고, 그 사이에 소정간격으로 다수의 크로스빔을 형성한 후, 상기 피씨플레이트들을 작업대차로 견인 및 운반하여 상부에 인접되게 병렬 설치하고, 그 상부에 철근을 배근한 후 콘크리트를 타설하여 일체로 합성된 슬래브를 양생하는 각 공정으로 이루어진 것으로서, 본 발명에 의하면, 시공시 거푸집과 작업발판의 설치·제거에 따른 공정상의 번거로움 및 안전사고 위험성을 해소함과 아울러 작업 효율성을 향상시킬 수 있음은 물론이고, 실험을 통해 입증된 설계기준에 의하여 피씨플레이트가 슬래브의 압축강도 이상으로 유지되어 교량의 강도를 더욱 향상시킬 수 있으면서도 종전의 경우와 같이 교량 파손상태를 즉시 육안 식별할 수 있는 이점을 그대로 발휘할 수 있는 것이다.

교량, 슬래브, 교량상부공사, 프리캐스트, 피씨플레이트, 래티스바아 데크

Description

교량 슬래브 시공방법 및 그에 적용되는 래티스바아 데크형 피씨플레이트{Bridge slab construction method and lattice bar deck-shaped precast concrete plate applied therein}

도 1은 본 발명의 시공방식에 의한 교량 구조의 일례를 도시한 사시도이다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 교량 슬래브 시공방법의 일례에 따른 각각의 공정을 순차적으로 도시한 것으로,

도 2a는 교각의 상부에 복수의 거어더를 거치한 상태의 제1공정도,

도 2b는 상기 거어더의 상부에 작업대차를 설치하여 그 사이에 크로스빔 거푸집을 견인 가설한 후 콘크리트를 타설하여 크로스빔을 시공하는 과정을 도시한 제2공정도,

도 2c는 상기 거어더와 크로스빔에 의해 형성되는 상측 개방부에 본 발명의 피씨플레이트(Precast Concrete Plate)를 설치하는 과정을 도시한 제3공정도,

도 2d는 상기 거어더 상부에 설치된 작업대차를 해체하고 철근을 배근함과 아울러 콘크리트를 타설하여 상기 피씨플레이트와 일체로 슬래브를 양생한 상태의 제4공정도이다.

도 3은 본 발명의 시공방법에 의해 시공 완료된 합성 슬래브의 구조를 도시한 교량의 종단면도이다.

도 4는 본 발명의 교량 슬래브 시공방법에 적용되는 피씨플레이트의 구조를 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 피씨플레이트를 면방향으로 절단하여 그 내부 구조를 도시한 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 피씨플레이트를 도 4에 도시된 바와 같이 절단하여 나타낸 A-A선 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 피씨플레이트를 도 4에 도시된 바와 같이 절단하여 나타낸 B-B선 단면도이다.

도 8은 본 발명의 피씨플레이트 합성 슬래브에 대한 성능비교실험을 수행하기 위하여 제작된 종래의 현장타설 콘크리트 시편과 본 발명의 피씨플레이트 합성 콘크리트 시편의 구조를 각각 대비하여 도시한 개략적 종단면도이다.

도 9는 종래의 현장타설 콘크리트 시편과 본 발명의 피씨플레이트 합성 콘크리트 시편에 대한 각각의 정적파괴실험결과에 따른 하중-변위 관계를 나타낸 합성 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

a ; 한 쌍의 하단근 간의 간격 b ; 하단근과 주근 간의 간격

D ; 합성슬래브의 총 두께 D1 ; 플레이트 본체의 두께

P ; 피씨플레이트 1 ; 교각

2 ; 거어더 3 ; 크로스빔

3a ; 크로스빔 거푸집 4 ; 슬래브

10 ; 작업대차 11 ; 지지대

12 ; 크레인 13 ; 와이어

20 ; 트러스 골조 21 ; 플레이트 본체

22 ; 주근 22a ; 하단근

23 ; 래티스바아(노출철근) 24 ; 강현

25 ; 배력철근 30 ; 접착몰탈

본 발명은 교량 슬래브 시공방법 및 그에 적용되는 래티스바아 데크형 피씨플레이트(Lattice bar deck-shaped precast concrete plate)에 관한 것으로, 특히 교량 상부의 슬래브 시공시 거푸집 및 작업발판을 설치하여 콘크리트를 양생한 후 이에 사용된 거푸집 등을 제거하여야 하는 종래 공정상의 번거로움을 개선함과 아울러 작업발판 상에서의 작업이 불필요하므로 실족에 의한 추락 등과 같은 안전사고를 최소화할 수 있으며, 공정 단축에 의한 작업의 효율성을 향상시킬 수 있음은 물론, 실험을 통해 입증된 설계기준에 의한 고 강도의 피씨플레이트를 적용함으로써 교량의 성능을 더욱 향상시킬 수 있으면서도 종전과 같이 교량 파손상태를 육안으로 식별할 수 있게 한 교량 슬래브 시공방법 및 그에 적용되는 래티스바아 데크형 피씨플레이트에 관한 것이다.

일반적인 교량의 구조는, 일정 간격을 두고 지면상으로 입설되는 다수의 교 각(Pier)과, 상기 각 인접된 교각의 상면간에 일정 간격을 두고 수평방향으로 병렬 배치되는 거어더(Girder)와, 상기 거어더의 처짐 보강을 위해 각 인접된 거어더 간에 일정 간격을 두고 직교방향으로 형성되는 크로스빔(Cross beam)과, 상기 거어더의 상부에 타설되어 양생되는 슬래브로 이루어져 있다.

상기 거어더는 철근 또는 여러 가닥의 강선을 내장하여 슬래브의 중량 및 자중 등의 수직압력에 의한 횡력(굽힘응력)에 견딜 수 있도록 제작한 강현(鋼弦) 콘크리트빔(Prestressed concrete beam) 또는 스틸박스(Steel box) 형태의 보 구조물 등을 말한다. 상기 콘크리트빔의 경우, 그 사이에 소정 간격마다 직교방향으로 크로스빔용 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설하여 상기 크로스빔을 양생시킴으로써 보강된다. 또한, 교량의 상부공사에 해당하는 슬래브를 시공하기 위해서는, 상기 거어더의 상면에 콘크리트를 타설할 수 있는 임시 바닥판으로서의 거푸집(Deck Plate)을 설치하여야 한다.

상기 거푸집은 슬래브를 양생한 후에 모두 해체 및 제거하는 가설재로서, 종전에는 각재 및 합판을 사용하여 제작하였으나, 최근에는 현장타설 슬래브의 일부를 이뤄 완공 후에도 제거할 필요가 없는 피씨플레이트(Precast concrete plate)를 적용하는 신 공법이 행해지고 있는 추세이다.

더욱이, 상기 거푸집은 시공 후의 미관이나 콘크리트 구조물 자체에 균열이 발생하였을 때 육안으로 식별한 후 유지 보수가 용이하도록 하기 위해서 반드시 해체 및 제거되어야 하는 공정상의 번거로움을 유발할 뿐만 아니라, 상기 거푸집의 저면 쪽에는 줄을 연결하여 작업자가 이동 및 작업할 수 있는 작업발판을 설치하게 되는데, 주변의 여건을 고려할 때 제한적인 크기(폭)의 작업발판을 사용할 수밖에 없어 작업 중 실족에 의한 추락사고의 위험이 상존하므로 소중한 인명을 보호할 수 있는 안정적인 작업 환경을 제공하지 못하게 되는 폐단도 있었다.

따라서, 이와 같은 거푸집 설치에 의한 슬래브 시공 방식이 갖는 상기의 문제점들을 해소하기 위한 일환으로, 앞서 언급한 바와 같은 피씨플레이트 합성과 관련한 다양한 신기술들이 제안 및 보급되기에 이르렀다. 여기서 말하는 프리캐스트(Precast)란, 공장에서 고정시설을 이용하여 기성 제작하는 방식을 의미하는 것으로, 최적의 조건에서 제작 가능하므로 현장에서 시공한 콘크리트 제품에 비해 정도(精度) 및 강도(强度)를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이러한 기술의 일례로서, 1996년 특허출원 제 2157호가 있다.

상기 선행기술은, 교각의 상단부에 교량의 길이방향을 따라 병렬 배치되고 상면에 돌출부와 걸침턱이 형성된 거어더(스틸박스형 거어더의 경우에는 후술하게 될 갈고리부 및 앵커용 철근과 결합되는 복수 열의 스터드보울트가 그 거어더의 상면에 다수 개 고정 형성됨)와, 상기 거어더의 걸침턱에 설치되는 것으로서 그 대응부위에 지지턱이 형성되고 양측 저면쪽에 주변구조물과의 간섭 방지를 위한 요부(凹部) 및 연결용 턱이 형성되며 그 양측단에 수평방향으로 돌출된 갈고리부를 구비한 하프슬래브(래티스바아 데크형 피씨플레이트)와, 상기 갈고리부에 삽입되는 앵커용 철근과, 상기 래티스바아(상부철근) 간을 연결하는 상부 연결근과, 상기 하프슬래브 상에 타설되어 양생되는 슬래브를 포함하는 구성을 이룬다. 그 외의 구성요소로는, 상기 하프슬래브의 미끄럼방지용 스토퍼, 몰탈의 요부내 침투방지를 위한 패킹, 거어더 결착용 플레이트 및 죔보울트 등이 있다.

이와 같은 구성에 의한 상기 선행기술에 따른 피씨플레이트 합성 슬래브 시공방법은, 현장 또는 공장에서 제작한 갈고리부를 갖는 하프슬래브를 거어더 위에 직접 거치하고, 상부 연결근과 철근을 적절히 배근하고 상기 갈고리부에 앵커용 철근을 삽입한 후, 그 상부에 콘크리트를 타설함으로써 이루어진다. 즉, 상부의 슬래브가 양생되면 상기 갈고리부와 앵커용 철근이 그 내부에 매립되어 고착되어 일체로 합성되는 시공방식을 따르고 있다.

그러나, 상기의 선행기술은, 거어더의 형상 자체가 특수하여 별도 제작하여야 하는 불편함이 있고, 슬래브와의 완전 합성을 위하여 상기 피씨플레이트가 매우 복잡한 배근 구조와 형상 및 추가적 구성이 필요할 뿐만 아니라, 특히 설치상의 간섭을 배제하기 위한 요부 형성으로 인하여 피씨플레이트가 구조적 취약성을 갖게 되는 심각한 문제점이 있었다.

이와 같은 상기 선행기술의 문제점을 감안하여 본 발명의 출원인은 2000년 특허출원 제 56002호의 '교량 슬래브 시공방법 및 그에 적용되는 피씨플레이트'를 제안하여 이미 특허 기술로 인정받은 바 있다.

본 출원인의 상기 등록특허는, 새로운 배근 설계에 의한 단순 구조의 래티스바아 데크형의 피씨플레이트를 적용한 것으로서 선행기술에 비해 구조적 취약성이 없을 뿐만 아니라, 기존의 구조물을 그대로 사용하여 간편히 시공할 수 있는 시공방법 및 구조를 제공한다. 또한, 상기 피씨플레이트가 상부에 양생되는 슬래브의 허용압축강도에 비해 낮은 정도의 압축강도를 유지하여 슬래브보다 먼저 파단될 수 있도록 설계됨으로써 슬래브의 균열 발생시 육안 식별 및 예측 가능하여 유지 보수작업을 용이하게 수행할 수 있는 이점을 갖고 있다.

그러나, 본 출원인의 상기 등록특허에 의한 교량 슬래브 시공방법 및 그에 적용되는 피씨플레이트는, 슬래브 피로파괴시의 시인성 확보를 위하여 상기 슬래브에 비해 낮은 정도의 압축강도를 유지한다는 점에서 볼 때 합성 슬래브가 더 큰 강도를 갖도록 강화하는데는 한계가 있을 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은, 교량 상부의 슬래브 시공시 거푸집 및 작업발판을 설치하여 콘크리트를 양생한 후 이에 사용된 거푸집 등을 제거하여야 하는 종래 공정상의 번거로움을 개선함과 아울러, 작업발판 상에서의 작업이 불필요하므로 실족에 의한 추락 등과 같은 안전사고를 최소화할 수 있으며, 공정 단축에 의한 작업의 효율성을 향상시킬 수 있음은 물론, 실험을 통해 입증된 설계기준에 의한 고 강도의 피씨플레이트를 적용함으로써 교량의 성능 및 안정성을 더욱 향상시킬 수 있으면서도, 슬래브의 피로파괴가 진행되는 경우에 하부의 피씨플레이트로부터 균열이 시작되어 육안으로 식별할 수 있으므로 이에 대한 유지 보수작업 등 신속한 대처가 가능하여 교량 붕괴 등의 대형사고를 미연에 방지할 수 있도록 된 교량 슬래브 시공방법 및 그에 적용되는 래티스바아 데크형 피씨플레이트를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교량 슬래브 시공방법은, 소정 간격으로 입설된 인접하는 교각의 상면간에 다수의 거어더를 등간격으로 병렬 거치하고, 그 사이에 소정간격으로 다수의 크로스빔을 형성한 후, 소정 규격 및 개수만큼 별도로 프리캐스팅된 다수의 래티스바아 데크형 피씨플레이트들을 작업대차로 견인 및 운반하여 필요한 수량만큼 상부에 인접되게 병렬 설치하고, 바닥판을 이루는 상기 피씨플레이트의 상부에 철근을 배근한 후 콘크리트를 타설하여 상기 피씨플레이트와 일체로 된 합성 슬래브를 양생하는 교량 슬래브 시공방법에 있어서, 상기 래티스바아 데크형 피씨플레이트의 프리캐스팅 공정은, 소정 깊이의 장방형 틀 내에 다수의 철근을 길이방향 및 폭 방향으로 소정 간격을 두고 직교하도록 배근하고, 그 길이방향 중심으로부터 양 대칭되는 위치에 상기 장방형 틀의 상부로 소정높이만큼 돌출될 수 있도록 복수의 트러스 골조를 배근한 후, 상기 장방형 틀 내에 콘크리트를 타설하여 양생하는 과정을 포함하는 것으로서, 사전 실험을 통해 입증된 설계기준에 의하여 상기 피씨플레이트가 슬래브의 압축강도 이상의 고 강도를 유지할 수 있도록 제작됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 피씨플레이트의 설치 전 선행공정으로서, 상기 피씨플레이트가 거어더의 상면으로부터 미끄러지지 않고 안정적으로 설치될 수 있는 충분한 접촉면적을 유지하며 상호 고착될 수 있도록 상기 거어더와 피씨플레이트 간의 접촉되는 전체 면에 대하여 적정 두께로 몰탈이 도포 개재되는 공정을 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교량 슬래브 시공용 래티스바아 데크형 피씨플레이트는, 슬래브의 압축강도 이상의 자체 압축강도를 유지할 수 있도록 설계하여 그 설계기준에 맞게 프리캐스트 방식으로 제작되는 장 방형의 플레이트 본체와, 상기 플레이트 본체의 내부에 매립되어 그 길이 방향 및 폭 방향으로 소정 간격을 두고 직교하도록 배근되는 다수의 주근 및 배력철근과, 상기 주근의 사이에 그 길이방향을 따라 평행하게 배치된 채로 일부가 매립되고 나머지 일부가 상기 플레이트 본체의 상면으로 돌출 형성된 복수의 트러스 골조를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플레이트 본체의 압축강도는 슬래브의 압축강도가 270∼400kgf/cm² 범위 내의 특정 수치를 형성할 때 해당 슬래브에 대한 압축강도 이상을 유지할 수 있도록 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 플레이트 본체의 두께는 최소 50mm 이상으로 하되, 합성 슬래브 두께의 60% 이상을 초과하지 않도록 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 트러스 골조는 중앙에 배근된 주근을 기준하여 그 양쪽으로 소정간격을 유지하며 배열되는 각 2개의 하단근과, 상기 한 쌍의 하단근 사이의 중앙상부에 소정높이로 이격 배치되어 상기 플레이트 본체의 길이방향을 따라 그 상면 외부로 각각 노출되는 래티스바아로 이루어지고, 상기 한 쌍의 하단근 및 래티스바아에 의해 형성되는 삼각형 구조의 양측 경사면 쪽에 연속적으로 반복 절곡된 강현을 용착시켜 상기 한 쌍의 하단근 및 래티스바아가 일체의 트러스 구조를 이루도록 형성된 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교량 슬래브 시공방법 및 그에 적 용되는 래티스바아 데크형 피씨플레이트를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 9는 본 발명에 따른 교량 슬래브 시공방법 및 그에 적용되는 래티스바아 데크형 피씨플레이트(P)와 그 피씨플레이트 합성 슬래브에 대한 성능비교실험을 위한 시편 및 실험결과를 나타낸 것으로, 도 1은 본 발명의 시공방식에 의한 교량 구조의 일례를 도시한 사시도이고, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 교량 슬래브 시공방법의 일례에 따른 각각의 공정을 순차적으로 도시한 것으로서 도 2a는 교각(1)의 상부에 복수의 거어더(2)를 거치한 상태의 제1공정도, 도 2b는 상기 거어더(2)의 상부에 작업대차(10)를 설치하여 그 사이에 크로스빔 거푸집(3a)을 견인 가설한 후 콘크리트를 타설하여 크로스빔(3)을 시공하는 과정을 도시한 제2공정도, 도 2c는 상기 거어더(2)와 크로스빔(3)에 의해 형성되는 상측 개방부에 본 발명의 피씨플레이트(P)를 설치하는 과정을 도시한 제3공정도, 도 2d는 상기 거어더(2) 상부에 설치된 작업대차(10)를 해체하고 철근을 배근함과 아울러 콘크리트를 타설하여 상기 피씨플레이트(P)와 일체로 슬래브(4)를 양생한 상태의 제4공정도이며, 도 3은 본 발명의 시공방법에 의해 시공 완료된 합성 슬래브의 구조를 도시한 교량의 종단면도이고, 도 4는 상기 피씨플레이트(P)의 구조를 도시한 사시도, 도 5는 상기 피씨플레이트(P)를 면방향으로 절단하여 그 내부 구조를 도시한 단면도, 도 6은 상기 피씨플레이트(P)에 대한 도 4의 A-A선 단면도, 도 7은 상기 피씨플레이트(P)에 대한 도 4의 B-B선 단면도이며, 도 8은 본 발명의 피씨플레이트 합성 슬래브에 대한 성능비교실험을 수행하기 위하여 제작된 종래의 현장타설 콘크리트 시 편과 본 발명의 피씨플레이트 합성 콘크리트 시편의 구조를 각각 대비하여 도시한 개략적 종단면도이고, 도 9는 상기 각 시편에 대한 각각의 정적파괴실험결과에 따른 하중-변위 관계를 나타낸 합성 그래프이다.

본 발명의 시공방법에 의해 완성된 교량의 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 교량과 그 구조가 유사하다. 즉, 일정 간격을 두고 지면상으로 입설되는 다수의 교각(1)과, 상기 각 인접된 교각(1)의 상면간에 일정 간격을 두고 수평방향으로 병렬 배치되는 다수의 거어더(2)와, 상기 거어더(2)의 처짐 보강을 위해 각 인접된 거어더(2) 간에 일정 간격을 두고 직교방향으로 형성되는 다수의 크로스빔(3)과, 상기 거어더(3)의 상부에 타설되어 양생되는 슬래브(4)로 이루어져 있다. 다만, 본 출원인에 의한 상기 등록특허에서와 같이, 상기 슬래브(4)와 합성되는 피씨플레이트(P)의 구조 및 이를 이용한 시공방법상의 차이가 있을 뿐임을 우선 밝혀둔다.

본 발명의 래티스바아 데크형 피씨플레이트를 이용한 교량 슬래브 시공방법은 프리스트레스트 콘크리트빔(PSC Beam, Prestressed Concrete Beam; PSC Girder), 스틸박스형 거어더(Steel Box Girder) 등 모든 거어더 교에 광범위하게 적용할 수 있다. 그리고, 앞서 설명한 선행기술에 개시된 바와 같이, 거어더(콘크리트빔) 상면의 돌출부 및 걸침턱, 이와 대응되는 피씨플레이트의 지지턱, 피씨플레이트 고정용의 별도 플레이트와 스터드보울트 및 죔보울트(스틸박스형 거어더의 경우), 상기 구조물(스터드보울트 및 죔보울트 등)과의 간섭 방지를 위한 피씨플레이트 저면 양측의 요부(凹部) 및 연결용 턱, 슬래브와의 확고한 결합을 위한 피씨 플레이트 양측의 갈고리 및 앵커용 철근, 몰탈의 요부내 침투방지를 위한 패킹, 피씨플레이트의 미끄러짐 방지를 위한 스토퍼 등과 같은 부가적인 구성이 불필요한 단순화된 구조를 이룬다.

본 발명에 있어서 가장 주목하여야 할 점은, 래티스바아 데크형 피씨플레이트(P)의 강도가 그 상부에 양생되는 슬래브(4)의 강도와 동일하거나 그 이상을 유지할 수 있도록 하여야 한다는 것이다. 이는, 슬래브 합성 전의 피씨플레이트(P)의 거푸집 기능을 보강함과 아울러 시공완료 후의 합성 슬래브 강도를 더욱 증대시키기 위한 것이며, 본 발명의 출원인에 의해 제안된 선행기술과는 상반된 견해를 갖는 것으로서, 상부의 후 타설 슬래브(4)보다 하부의 피씨플레이트(P)의 강도가 높다하더라도 하부의 피씨플레이트(P)로부터 균열이 시작되므로 교량 구조물의 균열 발생에 대한 육안식별 및 예측이 충분히 가능하여 유지관리상의 문제가 없다는 것이 후술하게 될 실험결과를 통해 입증되었음에 기인한다. 이와 같이, 피씨플레이트(P)와 슬래브(4) 간에 강도 차이가 실재하는 경우에는 트러스 골조(20)의 간격, 높이 및 단면적 등에 대한 적정설계를 통해 상기 피씨플레이트(P)와 슬래브(4) 간의 완전 합성을 실험적으로 입증할 수 있어야 한다.

본 발명에 따른 래티스바아 데크형 피씨플레이트(P)의 주요설계기준을, 상기 도 3 내지 도 7을 참조하여 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 피씨플레이트의 트러스 골조(20)의 높이, 즉 래티스바아(노출철근)(23)의 위치는, 슬래브(4)의 양생을 위해 그 상부에 배근될 상부 또는 하부 조립철근(미도시)의 위치를 감안한 조립높이에 맞도록 설계한다. 그리고, 상기 피씨플 레이트(P)의 강도는 그 트러스 골조(20)가 어떠한 크기의 단면을 갖는 것을 적용하느냐에 따라 결정된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 피씨플레이트(P)의 플레이트 본체(21)의 두께(D1)는 최소 50mm 이상으로 하되 합성슬래브 두께(D)의 60% 이상을 초과하지 않도록 설계한다. 예컨대, 피씨플레이트와 슬래브가 결합된 합성슬래브의 총 두께가 250mm일 때, 상기 플레이트 본체의 두께는 50∼150mm가 되어야 한다.

또한, 피씨플레이트(P)를 최소의 두께로 실현하기 위해서는 고 강도를 유지하는 것이어야 하며, 최소한 슬래브(4)와 동일 또는 그 이상의 강도를 유지하여야 한다. 저 강도의 피씨플레이트를 적용하는 경우에는, 생산 후 운반, 설치 중에 자체 손상의 우려가 있기 때문이다.

상기 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 피씨플레이트(P)는, 슬래브(4)의 압축강도 이상의 자체 압축강도를 유지할 수 있도록 설계하여 그 설계기준에 맞게 프리캐스트 방식으로 제작되는 장방형의 플레이트 본체(21)와, 상기 플레이트 본체(21)의 내부에 매립되어 그 길이 방향 및 폭 방향으로 소정 간격을 두고 직교하도록 배근되는 다수의 주근(22) 및 배력철근(25)과, 상기 주근(22)의 사이에 그 길이방향을 따라 평행하게 배치된 채로 일부가 매립되고 나머지 일부가 상기 플레이트 본체(21)의 상면으로 돌출 형성된 복수의 트러스 골조(20)가 일체를 이루며 유기적으로 결합된 구조로 되어 있다.

상기의 구조에 있어서 상기 플레이트 본체(21)의 압축강도는, 슬래브(4)의 압축강도가 270∼400kgf/cm² 범위 내의 특정 수치를 형성할 때 해당 슬래브(4)에 대한 압축강도 이상을 유지할 수 있도록 형성된 것이 바람직하며, 특히, 상기 슬래브(4)의 압축강도가 270kgf/cm²일 때 상기 플레이트 본체(21)의 압축강도가 400kgf/cm² 이상을 유지하는 것이면 더욱 이상적이다.

상기 트러스 골조(20)는, 중앙에 배근된 주근(22)을 기준하여 그 양쪽으로 소정간격(a)을 유지하며 배열되는 각 2개의 하단근(22a)과, 상기 한 쌍의 하단근(22a) 사이의 중앙상부에 소정높이로 이격 배치되어 상기 플레이트 본체(21)의 길이방향을 따라 그 상면 외부로 노출되는 래티스바아(23)로 이루어지고, 상기 한 쌍의 하단근(22a) 및 래티스바아(23)에 의해 형성되는 삼각형 구조의 양측 경사면 쪽에 연속적으로 반복 절곡된 강현(24)을 용착시켜 상기 한 쌍의 하단근(22a) 및 래티스바아(23)가 일체의 트러스 구조를 이루도록 형성되어 있다.

상기 도면상에 제시된 실시예에 있어서, 상기 트러스 골조(20)를 형성하는 한 쌍의 하단근(22a) 간의 간격(a)은 그와 인접한 주근(22)과의 간격(b)에 비해 대략 1:2의 비율 정도로 좁게 형성되어 있는데, 이는 주변 조건을 고려한 설계상 나타날 수 있는 일례에 불과하며, 이외에도 상기 한 쌍의 하단근(22a) 간의 간격(a)과, 상기 하단근(22a)과 주근(22) 간의 간격(b)을 등간격 또는 다양한 형태로 변형 설계할 수 있으므로 구조적으로 제한될 필요가 없다.

이하에서는, 본 발명에 따른 래티스바아 데크형 피씨플레이트가 적용된 슬래 브 시공방법에 대한 타당성을 규명하기 위한 실험 및 이로부터 도출된 결과를 설명하기로 한다. 본 실험은 전남대학교와 호남대학교에 의뢰하여 별도의 전담팀(Task Force Team)을 구성한 후 수행하였다. 본 실험은 본 발명의 래티스바아 데크형 피씨플레이트를 이용하여 건설한 교량 슬래브가 기존의 현장타설 콘크리트 슬래브에 비해 그 성능이 우수함을 입증하기 위한 것으로서, 동일 조건하에서 4개의 현장타설 콘크리트 시편 및 5개의 피씨플레이트 합성 콘크리트 시편에 대한 정적파괴실험과, 이들에 대한 반복하중 부하에 의한 동적파괴실험을 각각 실시하여, 기존의 현장타설 슬래브와 합성 슬래브 간의 성능차이를 비교하였다.

이러한 실험의 결과, 본 발명에 따른 합성 슬래브는 항복하중과 파괴하중 및 동적하중에 대한 강성(내력)이 현장타설 슬래브에 비해 월등히 우수한 것으로 나타났다.

본 발명과 관련한 모든 정적·동적 파괴실험은, 전단지간 대 유효높이비가 6인 시편을 제작한 후 2점 재하방식으로 실시되었다. 지지점은 시편의 양단부로부터 각각 150mm 안쪽에 위치하고, 두 재하점은 300mm의 간격을 두고 시편의 중앙에 부하되도록 하였으며, 각 시편의 중앙에서의 변위를 측정하는 방식으로 진행되었다. 도 8에 도시된 바와 같이, 현장타설 콘크리트(Field Concrete, FC) 시편은, 길이 3000mm, 폭 600mm, 두께(높이) 250mm, 상·하 내측 50mm 위치에 시편의 길이방향으로 각각 3개의 철근이 등간격으로 매립된 구조를 이루고, 피씨플레이트(PCP) 합성 콘크리트 시편은, 길이 3000mm, 폭 600mm, 두께(높이) 250mm, 상부 내측 50mm 위치에 시편의 길이방향으로 3개의 철근이 등간격으로 매립된 구조를 이루는 것이 각각 사용되었다. 각각 사용된 압축철근(상부철근) 및 인장철근(하부철근)은 H16과 H22이고, FC 시편의 압축철근비 및 인장철근비는 0.5%와 1.0%이다.

(1) 각 시편의 정적파괴실험

먼저, 래티스바아 데크형 피씨플레이트 자체에 대한 파괴실험이 선행되었다. 상기 피씨플레이트에 대하여 460kg의 하중을 부하하는 파괴하중의 실험결과, 피씨플레이트는 1,596kg에서 파괴되었다. 따라서, 상기 피씨플레이트를 사용하여 바닥판 시공을 할 경우, 별도의 안전율까지 포함된 가설하중 작용시 플레이트 본체의 균열발생 위험은 없을 것으로 판단되며, 혹 예기치 못한 극한하중이 작용하게 되더라도 압축측 강선(래티스바아)의 좌굴을 포함한 플레이트 본체의 심각한 손상 외에 돌발적이고 급격한 파괴 위험도 전혀 없을 것으로 단정지을 수 있다.

이와 함께, 본 실험은 상기 FC 시편 4개와 PCP 합성시편 5개에 대한 2점 정적 재하로서 파괴가 이루어지는 시점까지 실시하였고, 각각의 실험결과는 아래의 [표 1]에 정리되어 있으며, 그 수치에 의한 비교 콘크리트 시편간 정적하중-변위 곡선은 도 9에 도시된 바와 같다.

상기 [표 1]에 의하면, 본 발명의 PCP 합성시편은 FC 시편에 비해, 균열하중이 평균 2.1배 증가, 항복하중이 평균 1.42배 증가한 것으로 나타났다. 이러한 현상은 PCP 합성시편의 래티스바아 및 고강도 콘크리트(플레이트 본체)의 사용에 의한 영향으로 볼 수 있다.

또한, 상기 도 9의 정적하중-변위 곡선에 있어서, 그 곡선의 기울기는 각 시편의 강성(Stiffness)을 나타내는 것이라고 볼 수 있다. 상기 그래프로부터 각 FC 및 PCP 합성시편의 하중 단계별로 추정한 강성을 수치화 하여 나타내보면 아래의 [표 2]와 같다. 여기서, 각 곡선의 기울기는 균열하중과 항복하중 사이에 4개의 구간을 선택하여 추정하였다.

결국, PCP 합성시편의 강성은 FC 시편에 비해 평균 14.5%의 증가 효과가 있으며, 이 또한 PCP 합성시편의 래티스바아 및 고강도 콘크리트의 사용에 의한 효과라고 볼 수 있다. 즉, 구조적인 측면에서 볼 때, 상기 래티스바아는 가설하중으로 인한 압축, 휨 및 전단력 등에 대한 저항력을 증가시키는 기능을 수행한다.

또한, 상부 슬래브와 하부 피씨플레이트 간의 최적화된 압축강도에 대한 실험결과의 일례로서, 슬래브의 압축강도가 270kgf/cm²일 때 피씨플레이트의 압축강도는 400kgf/cm²를 유지하는 것이 적정한 것으로 나타났다.

(2) 각 시편의 반복하중 부하에 의한 동적파괴실험

본 실험은 상기 FC 시편 4개와 PCP 합성시편 5개에 대하여 각각 파괴가 이루어지는 시점까지 동일한 크기의 하중을 무수히 반복 재하하는 과정을 실시함으로써 각 시편의 동적 강성을 평가할 수 있도록 하였다.

1994년 학회에 발표된 박영훈씨의 연구논문에 의하면, 콘크리트 보에 있어서 정적파괴하중의 60% 크기에 해당하는 피로하중을 반복적으로 가할 경우, 피로파괴에 이르는 반복횟수가 30만회를 상회하는 것으로 보고된 바 있다. 따라서, 본 실험에서는, 상기 PCP 합성시편이 30만회 이상의 반복피로한도를 유지할 수 있는(상기 PCP 합성시편에 대한 정적파괴하중치의 60%에 상당하는) 반복하중을 각 FC 및 PCP 합성시편에 가하는 실험을 통하여, 각각의 피로파괴시점까지의 반복하중 부하횟수를 비교함으로써 성능 평가가 가능하도록 하였다.

아래의 [표 3]에서는 각 FC 및 PCP 합성시편에 대한 정적파괴하중과 그 평균값이 제시되어 있다. 상기 [표 3]의 데이터에 따른 PCP 합성시편의 정적파괴하중의 60%에 해당하는 반복피로하중은 17 ton이므로, PCP 합성시편의 평균 정적파괴하중에 대한 반복피로하중의 비율이 60%일 때 상기 FC 시편의 평균 정적파괴하중에 대한 반복피로하중의 비율은 77.5%에 해당한다.

이러한 동적파괴실험의 결과, FC 시편은 평균 61,222회에, PCP 합성시편은 평균 323,685회에 각각 파괴되었으며, 이로써 PCP 합성시편이 반복피로하중에 대해서도 FC 시편에 비해 월등히 우수한 성능을 보이는 것으로 나타났다. 이는, 정적파괴실험결과에서도 언급한 바와 같이, 피씨플레이트 내부의 주근(인장철근)(22)에 발생하는 인장응력의 감소에 따른 것이다. 그리고 본 실험에 따르면, 동적 반복하중에 의해서 PCP 합성시편이 전형적인 휨 파괴 진행과정을 보이므로, 본 발명의 피씨플레이트(P)와 슬래브(4)간 경계면에서의 피로누적에 의한 파괴(슬립현상)의 우려가 전혀 없음을 확인할 수 있었다.

상기한 바와 같은 PCP 합성시편의 정적·동적파괴실험을 통해 입증된 결과를 정리해보면 다음과 같다.

첫째, 정적 재하실험에 의한 성능 비교에 있어서, 피씨플레이트 합성 콘크리 트 시편은 현장타설 콘크리트 시편에 비해 휨 강도(강성)가 현저히 우수한 것으로 나타났으며, 피씨플레이트 내의 인장철근(하부철근)에 발생하는 인장력도 현장타설 콘크리트 시편에 비해 현저히 작게 작용하였다. 이것은 피씨플레이트의 고강도 콘크리트 및 철근의 적절한 추가적 배근에 의한 효과로 볼 수 있다.

둘째, 동일한 하중의 반복 부하에 의한 동적 파괴실험에 있어서, 피씨플레이트 합성 콘크리트 시편은 평균 323,685회만에 파괴되었는데 비해, 현장타설 콘크리트 시편은 평균 61,222회만에 파괴되었다. 이러한 피로실험결과에 의해, 피씨플레이트 합성 콘크리트 슬래브는 현장타설 콘크리트 슬래브에 비해 월등히 우수한 성능을 발휘하는 것으로 단정할 수 있다.

셋째, 피씨플레이트 합성 콘크리트 슬래브는 피씨플레이트와 슬래브 간의 경계면에서 취약성(결함)을 드러낼 것이라는 당초 우려와는 달리, 정적·동적 파괴실험결과에서 보는 바와 같이, 그 경계면에서의 어떠한 균열도 발생하지 않았다. 이는, 피씨플레이트와 슬래브간 경계면에서의 슬립현상이 발생하지 않고 완전합성 거동이 이루어지고 있음을 의미하는 것이다.

넷째, 실제 시공 및 본 실험을 통해 얻어진 결과에 의하면, 상부 슬래브에 비해 더 큰 압축강도를 유지하는 하부 피씨플레이트가 상호 일체로 합성되었다하더라도 피로파괴시 상기 피씨플레이트로부터 균열(Crack)이 시작됨으로써 상시 육안식별이 가능한 것으로 나타났다.

이상의 실험을 통해 입증된 바와 같은 구조를 이루는 피씨플레이트(P)를 적 용한 본 발명에 따른 교량 슬래브 시공방법의 일례를 도 2a 내지 도 2d의 각 공정도에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 공장에서는, 거어더의(2) 상부에 설치될 콘크리트 재질의 피씨플레이트(P)를, 상기한 바와 같은 구조를 갖도록 소정 규격 및 소정 개수만큼 사전 제작하는 프리캐스팅 단계(Pre-casting Step)를 진행한다. 즉, 상기 프리캐스팅 단계는, 소정 깊이의 장방형 틀 내에 다수의 철근(22)(25)을 길이방향 및 직교방향으로 배근하고, 그 길이방향 중심으로부터 양 대칭되는 위치에 상기 장방형 틀의 상부로 돌출될 수 있도록 트러스 골조(23)를 배근한 후, 상기 장방형 틀 내에 콘크리트를 타설하여 양생함으로써 이루어진다.

한편, 도 2a에 도시된 바와 같이, 소정간격을 두고 입설된 인접하는 2개의 교각(1) 상부에 복수의 거어더(2)를 등간격으로 병렬 거치한다. 그 다음에는 도 2b에 도시된 바와 같이, 인접 배치된 양쪽 거어더(2)의 상부에 레일 및 지지대(11)와 크레인(12)으로 구성되는 작업대차(10)를 설치하고, 와이어(13)를 사용하여 상기 작업대차(10)의 크레인(12)에 크로스빔 거푸집(3a)을 견인 고정한 상태에서 상기 작업대차(10)를 거어더(2)의 길이방향으로 이동시키면서 원하는 위치마다 상기 크로스빔 거푸집(3)을 하강시켜 가설한 후, 각각의 상기 크로스빔 거푸집(3a) 내에 콘크리트를 타설하여 상기 거어더(2) 사이에 일정 간격으로 크로스빔(3)을 형성하게 되며, 콘크리트가 양생된 후에는 상기 크로스빔 거푸집(3a)을 해체 및 제거함으로써 시공 완료된다. 이때, 작업대차(10)를 설치하기 위한 상기 레일과 지지대 등의 구조물은 적용되는 작업대차(10)의 형태에 따라 불필요할 수도 있다.

이와 같이 크로스빔(3)을 형성한 후에는, 도 1에 도시한 바와 같이 거어더(2)와 피씨플레이트(P) 간의 접촉되는 전체 면에 대하여 적정 두께로 접착몰탈(30)을 도포하여 이들을 상호 고착시킬 수 있도록 함으로써 피씨플레이트(P)가 미끄러지지 않고 안정적으로 설치될 수 있게 하기 위한 몰탈도포공정이 진행된다. 상기 몰탈도포공정은 가능한 면적만큼만 적정 두께로 상기 몰탈층을 양생시키는 것만으로 모든 작업이 간단히 완료됨으로써 기존의 경우와 같은 요부 형성에 따른 피씨플레이트의 구조적 취약성을 방지할 수 있다.

복수의 크로스빔(3)을 모두 시공한 이후에는 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 크레인(12)의 와이어(13)에 이미 제작된 상기 피씨플레이트(P)를 견인 고정한 상태에서 상기 작업대차(10)를 거어더(2)의 길이방향으로 이동시키면서 상기 거어더(2) 및 크로스빔(3)에 의해 형성된 상측 개방부의 적정 위치에 하나씩 밀접시켜 배치한다. 이때, 상기 피씨플레이트(P)의 거치방향은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 트러스 골조(20)가 거어더(2)에 대해 직교하도록 설치하고, 상기 피씨플레이트(P)는 접착몰탈(30) 상에 안착됨으로써 적정시간 이후에는 상기 거어더(2) 및 크로스빔(3) 상에서 고착되며, 이와 같이 피씨플레이트(P)의 설치가 완료된 후에는, 상기 피씨플레이트(P)의 접합부 둘레를 실리콘 등으로 코킹 처리함으로써 콘크리트 타설시 몰탈의 누출을 방지함과 아울러 콘크리트 재료간의 분리를 방지할 수 있게 된다.

이와 같이 피씨플레이트(P)가 설치 완료된 상태에서 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 거어더(2)의 상부에 설치된 작업대차(10)를 해체하고, 상기 피씨플레이트 (P)의 상부로 철근을 배근한 후, 그 상부에서 콘크리트를 타설하여 슬래브(4)를 양생하게 되며, 적정시간 이후에는 피씨플레이트(P)와 슬래브(4)가 일체로 완전 결합된 합성슬래브의 구조를 이루게 되고, 본 발명의 시공방법에 따른 모든 작업이 완료되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 피씨플레이트를 적용한 교량 슬래브 시공방법에 의하면, 교량 상부의 슬래브 시공시 거푸집 및 작업발판을 설치하여 콘크리트를 양생한 후 이에 사용된 거푸집 등을 제거하여야 했던 종래 공정상의 번거로움을 개선함과 아울러, 작업발판 상에서의 작업이 불필요하므로 실족에 의한 추락 등과 같은 안전사고를 최소화할 수 있으며, 거푸집을 사용하는 재래방식에 비해 50∼70% 정도의 공사기간 단축 효과가 있고, 이로 인한 작업의 효율성을 향상시킬 수 있음은 물론, 공사 소요비용도 15% 이상 절감되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 실험을 통해 입증된 설계기준에 따른 고 강도의 피씨플레이트를 적용함으로써 교량의 성능 및 안정성을 더욱 향상시킬 수 있으면서도, 슬래브의 피로파괴가 진행되는 경우에 하부의 피씨플레이트로부터 균열이 시작되어 육안으로 식별할 수 있으므로 이에 대한 유지 보수작업 등 신속한 대처가 가능하여 교량 붕괴 등의 대형사고를 미연에 방지할 수 있게 되는 등의 다양한 이점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 기준하여 설명되어 있으나 이는 예시적인 것이라 할 수 있고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로 부터 다양한 변형 및 균등한 실시예들을 생각해 낼 수 있으므로 이러한 균등한 실시예들 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 보아야 함은 극히 당연한 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 할 것이다.

Claims

소정 간격으로 입설된 인접하는 교각의 상면간에 다수의 거어더를 등간격으로 병렬 거치하고, 그 사이에 소정간격으로 다수의 크로스빔을 형성한 후, 소정 규격 및 개수만큼 별도로 프리캐스팅된 다수의 래티스바아 데크형 피씨플레이트들을 작업대차로 견인 및 운반하여 필요한 수량만큼 상부에 인접되게 병렬 설치하고, 바닥판을 이루는 상기 피씨플레이트의 상부에 철근을 배근한 후 콘크리트를 타설하여 상기 피씨플레이트와 일체로 된 합성 슬래브를 양생하는 교량 슬래브 시공방법에 있어서,

상기 래티스바아 데크형 피씨플레이트의 프리캐스팅 공정은, 소정 깊이의 장방형 틀 내에 다수의 철근을 길이방향 및 폭 방향으로 소정 간격을 두고 직교하도록 배근하고, 그 길이방향 중심으로부터 양 대칭되는 위치에 상기 장방형 틀의 상부로 소정높이만큼 돌출될 수 있도록 복수의 트러스 골조를 배근한 후, 상기 장방형 틀 내에 콘크리트를 타설하여 양생하는 과정을 포함하는 것으로서, 사전 실험을 통해 입증된 설계기준에 의하여 상기 피씨플레이트가 슬래브의 압축강도 이상의 고 강도를 유지할 수 있도록 제작됨을 특징으로 하는 교량 슬래브 시공방법.
제 1 항에 있어서,

상기 슬래브의 압축강도가 270∼400kgf/cm² 범위 내의 특정 수치를 형성할 때 상기 피씨플레이트의 압축강도는 해당 슬래브에 대한 압축강도 이상의 수치를 유지할 수 있도록 제작됨을 특징으로 하는 교량 슬래브 시공방법.
제 1 항에 있어서,

상기 피씨플레이트의 설치 전 선행공정으로서, 상기 피씨플레이트가 거어더의 상면으로부터 미끄러지지 않고 안정적으로 설치될 수 있는 충분한 접촉면적을 유지하며 상호 고착될 수 있도록 상기 거어더와 피씨플레이트 간의 접촉되는 전체 면에 대하여 적정 두께로 몰탈이 도포 개재되는 공정을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 교량 슬래브 시공방법.
슬래브의 압축강도 이상의 자체 압축강도를 유지할 수 있도록 설계하여 그 설계기준에 맞게 프리캐스트 방식으로 제작되는 장방형의 플레이트 본체;

상기 플레이트 본체의 내부에 매립되어 그 길이 방향 및 폭 방향으로 소정 간격을 두고 직교하도록 배근되는 다수의 주근 및 배력철근; 및

상기 주근의 사이에 그 길이방향을 따라 평행하게 배치된 채로 일부가 매립되고 나머지 일부가 상기 플레이트 본체의 상면으로 돌출 형성된 복수의 트러스 골 조;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 교량 슬래브 시공용 래티스바아 데크형 피씨플레이트.
제 4 항에 있어서,

상기 플레이트 본체의 압축강도는 슬래브의 압축강도가 270∼400kgf/cm² 범위 내의 특정 수치를 형성할 때 해당 슬래브에 대한 압축강도 이상을 유지할 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 교량 슬래브 시공용 래티스바아 데크형 피씨플레이트.
제 4 항에 있어서,

상기 플레이트 본체의 두께는 최소 50mm 이상으로 하되, 합성 슬래브 두께의 60% 이상을 초과하지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 교량 슬래브 시공용 래티스바아 데크형 피씨플레이트.
제 4 항에 있어서,

상기 트러스 골조는 중앙에 배근된 주근을 기준하여 그 양쪽으로 소정간격을 유지하며 배열되는 각 2개의 하단근과, 상기 한 쌍의 하단근 사이의 중앙상부에 소정높이로 이격 배치되어 상기 플레이트 본체의 길이방향을 따라 그 상면 외부로 각각 노출되는 래티스바아로 이루어지고, 상기 한 쌍의 하단근 및 래티스바아에 의해 형성되는 삼각형 구조의 양측 경사면 쪽에 연속적으로 반복 절곡된 강현을 용착시켜 상기 한 쌍의 하단근 및 래티스바아가 일체의 트러스 구조를 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 교량 슬래브 시공용 래티스바아 데크형 피씨플레이트.