KR100639751B1 - 프리스트레스트 강합성빔의 브라켓 보강형 단부정착판보강구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리스트레스트 강합성빔, 특히 리프리스트레스트 프리플렉스 강합성빔의 브라켓 보강형 단부 정착판 보강구조에 관한 것으로서, 종래의 폐쇄형 단부보강구조는 폐쇄된 부분의 충진 및 다짐불량, 용접과다 및 그에따른 잔류변형 등의 결점이 있고 개방형 구조의 단부지지체는 정착판의 압축응력이 콘크리트에 직접전달되어 콘크리트가 파손될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 예시도9와 같이 리프리스트레스트 프리플렉스 강합성빔의 덧판을 사용하지 않고 통판을 사용하여 하부플랜지의 폭을 넓혀 하부플랜지 위에 스틸브라켓(102)을 설치하여 PC강선을 정착할 수 있게 하여 PC강선에 의한 압축응력을 단부보강구조의 강재단면만으로 충분히 저항할 수 있게 하였으며, 측면 보강재 등 불필요한 보강재를 사용하지 않고 단순화 시켜 콘크리트타설시 충진 및 다짐을 용이하게 하였으며, 단부보강철근(108)을 복부까지 배근하여 단부의 콘크리트가 스틸I거더와 일체로 거동하게 하였으며, 복부수직받침판(105)을 사다리꼴로 형성하여 교량의 종단경사가 있을 때 불필요한 쏠 플래이트(SOLE PLATE)를 생략하고 하부스틸받침판(106)과 교량받침 상부플래이트(12)를 직접 용접연결하여 공정을 단순하게 하고, 지점부 수직보강재(103) 및 지점부 수직보강재 받침판(104)에 천공부(107)를 형성하여 PC강선을 관통시켜 PC강선의 배치를 원활하게 할 수 있도록 한 것이다.

Description

프리스트레스트 강합성빔의 브라켓 보강형 단부정착판 보강구조{Bracket reinforcing type edge fixing plate reinforcement of prestressed steel composite beam}

도 1 은 종래의 폐쇄형 단부정착판 보강구조를 갖춘 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔의 단면도,

도 2 는 종래의 폐쇄형 단부정착판 보강구조를 갖춘 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔의 사시도,

도 3 은 종래의 개방형 단부정착판 보강구조를 갖춘 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔의 단면도,

도 4 는 종래의 개방형 단부정착판 보강구조를 갖춘 프리스트레스트 프리플렉스 합성빔의 사시도,

도 5 는 종래의 단부보강구조 교량에서 종단경사에 의한 쏠 플레이트(SOLE PLATE)의 위치 및 구조를 도시한 빔 단부 측면도,

도 6 은 본 발명에 따른 단부보강구조 교량에서 단부보강구조를 나타낸 합성빔의 요부사시도,

도 7 은 본 발명에 따른 단부보강구조 교량에서 단부보강구조를 나타낸 합성빔의 단면도,

도 8 은 본 발명에 따른 단부보강구조 교량에서 단부보강구조를 나타낸 합성빔의 요부 분리 사시도,

도 9 는 본 발명에 따른 단부보강구조 교량에서 단부보강 철근을 설치한 상태의 요부 사시도,

도 10 은 본 발명에 따른 단부보강구조 교량에서 하부스틸받침판과 교량받침상부플래이트의 결합관계를 도시한 단부 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 - 스틸I거더

101 - 스틸하부플랜지

102 - 스틸브라켓

103 - 지점부 수직보강재

104 - 지점부 수직보강재 받침판

105 - 복부수직 받침판

106 - 하부스틸 받침판

107 - 천공부

108 - 단부보강철근

109 - 스틸복부판

110 - 정착판

111 - 정착판 천공홀

112 - 스틸상부플랜지

113 - 콘크리트 하부플랜지

본 발명은 프리스트레스트 강합성빔, 특히 리프리스트레스트 프리플렉스 강합성빔의 브라켓 보강형 단부정착판 보강구조에 관한 것으로, 프리플렉스빔을 제작함에 있어 프리플랙션하중의 제거에 의한 스틸I거더의 복귀변형(릴리이즈)에 의해 콘크리트하부플랜지에 1차 프리스트레스 도입 후, PC강선에 의한 2차 프리스트레스를 도입하기 위해 PC강선을 정착할 수 있는 정착판을 스틸 하부플랜지 상부에 브라켓을 이용하여 정착할수 있도록하여 단부에 PC강선에 의한 프리스트레스를 1차적으로 단부보강재에 균등하게 분포할 수 있도록 하고, PC강선이 직선으로 배치되도록 하며 단부 스틸보강구조와 콘크리트가 일체화 될 수 있도록 한 보강구조에 관한 것이다.

리프리스트레스트 프리플렉스 강합성빔은 스틸I 거더 스틸하부플랜지 주위에 PC강선 및 철근을 배치하고, 프리플렉션 하중에 의해 스틸I 거더를 하부로 변형시킨 후 콘크리트를 타설하고 양생한 후 프리플렉션 하중을 제거하면 강재의 복귀변형에 의해 콘크리트하부플랜지에 프리스트레스가 도입되며 형고를 더욱 낮게하고 강재량을 절감하여 경제적인 구조를 만들면서 콘크리트하부플랜지 하부가 인장균열이 발생되지 않는 완전프리스트레싱 상태가 될 수 있도록 PC강선의 긴장에 의한 추가적인 프리스트레스를 도입하는 방법으로 강재량의 감소에 의한 경제적이면서 완 전프리스트레스 구조이므로 인장균열, 특히 활하중에 의한 피로균열이 발생하지 않아 구조적으로 유리하고, 경제성 및 구조적 안전성이 우수한 공법이다.

이와 같은 경제성 및 구조적 안전성이 우수한 공법인 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔은 PC강선에 의한 추가적인 프리스트레스를 도입하고 PC강선의 안전한 유지관리를 위해서는 우선적으로 PC강선을 정착할 수 있는 단부의 보강구조가 안전하게 설계 및 시공 되어야 한다.

예시도1 내지 예시도2와 같은 종래의 폐쇄형 단부보강구조(리프리스트레스트 프리플렉스 합성형빔의 프리스트레스 압축응력 지지체)는 콘크리트 타설시 폐쇄된 부분의 콘크리트 충진 및 다짐불량으로 폐쇄된 부분이 콘크리트로 충진되지 않을 경우 PC강선에 의한 프리스트레스가 콘크리트하부플랜지(5)에 충분히 전달되지 않을 수 있고, 콘크리트로 충진되지 않은 강재는 공기중에 노출된 상태에서 PC강선의 긴장에 의한 큰 압축응력을 받게되므로 응력부식이 발생될 수 있으며, 빔 단부의 파손의 원인이 될 수 있다.

또한 내부보강재가 복잡하여 폐쇄된 안쪽은 용접이 어렵고, 용접량이 많아 피로변형 및 피로응력에 의한 단부 스틸보강재 및 단부 콘크리트에 피로 균열이 발생 할 수도 있다.

또한 외측보강재(7) 및 상부보강재(6)에 의해 빔의 내·외측 콘크리트가 분리되어 있고 압축응력이 집중되는 단부 스틸 보강재 주위의 외부콘크리트는 충격 및 폐쇄형 단부보강구조의 결합(콘크리트충진 불량 및 과용접에 의한 피로응력)에 의한 응력집중에 의해 단부콘크리트가 탈락할 염려가 있다.

또한 예시도3 및 예시도4와 같은 종래의 개방형 구조로 이루어진 단부지지체는 단부를 개방형으로 함으로서 과다용접에 의한 잔류변형, 용접의 작업성 불량, 콘크리트 충진 및 다짐 불량에 의한 모순은 다소 개선되었으나, 덧판을 사용한 스틸I거더구조는 스틸하부플랜지(8)의 폭이 좁아 스틸하부플랜지(8)상에 스틸브라켓을 설치하더라도 PC강선의 정착판(9)이 스틸하부플랜지(8)의 스틸복부판(10)에만 지지되어있고 정착판(9)의 좌·우 외측과 상부는 강재가 아닌 콘크리트에 직접 압축응력이 전달되어, 강도가 서로 다른 강재와 콘크리트에 압축응력이 동시에 전달될 때 강도가 높은 강재에 압축응력이 집중되어 강재의 허용응력을 초과할 수 있으며, 콘크리트는 상대적으로 강도가 약해 큰 변형을 일으키고 파손될 수 있다. 특히 정착판을 지지하는 보강재가 없는 모서리부분과 좌·우측의 콘크리트는 가장 취약한 부분으로 압축응력이 집중되며 과도한 지압응력에 의해 단부 정착판을 지지하는 콘크리트가 파손될 수 있는 결점이 있다.

특히 한가지의 재료 즉, 콘크리트에만 정착판을 설치할 경우 콘크리트를 철근으로 보강하여 PC강선의 지압응력에 의한 극한응력을 견딜수 있게 설계할 수 있지만, 강합성 구조에서는 정착판에서의 극한응력은 1차적으로 강성이 큰 강재가 견딜 수 있어야 하므로, 정착판의 압축응력이 스틸하부플랜지 및 강재에 균등하게 전달 될 수 있도록 스틸 보강재를 이용하여 정착판을 스틸하부플랜지에 연결하여야 압축응력이 스틸하부플랜지에 1차적으로 균등하게 전달되며 정착판의 압축에 의한 변형이 전단면에 균등하게 발생되어 콘크리트에 전달되므로 단부콘크리트의 국부응력에 의한 파손을 막을 수 있으며, 특히 하중이 집중되는 모서리부분은 스틸 보강 재로 보강해주어야 할 필요성이 있는 것이다.

예시도5는 쏠 플래이트(SOLE PLATE)를 사용하도록 되어있는 종래의 빔단부측면도로서, 상부구조의 하중을 하부구조(교대 또는 교각)에 수직으로 전달하기 위해서 교량에 종단구배가 있을 경우 상부구조의 경사진 하부스틸받침판(11)과 교량받침 상부플래이트(12)는 수평으로 연결되어야 하므로 쏠 플래이트(13)를 경사지게 깎아 쏠 플래이트 두께에 변화를 주어 제작(예:상향 경사에서 아래쪽은 22mm, 위쪽은 22mm에 구배를 고려한 두께를 추가한 두께)하여 수평이 될 수 있게 하였으며, 강판생산과정에서는 좌·우측의 두께가 다른 경사진 강판은 생산되지 않으므로 강판을 경사지게 깍아 제작해야 하는 어려움이 있었다.

위와 같이 종래의 폐쇄형 단부보강구조는 콘크리트 충진 및 다짐불량, 과다용접에 의한 잔류변형 및 잔류응력과 단부콘크리트 탈락현상에 대한 문제점이 있으며, 개방형 구조로 이루어진 단부지지체는 정착판이 균일하게 재료에 지지되지 않아 스틸보강재로 지지되지 않은 부분의 과다한 지압응력에 의한 콘크리트 파손이 우려되어왔을 뿐만 아니라 이들은 모두 하부스틸받침판이 수평을 이루지 못하여 별도의 경사진 쏠 플래이트를 사용하여야만 교량받침의 상면과 면접촉을 이루는 번거로움이 있었다.

본 발명은 종래의 폐쇄형 및 개방형이 갖는 결점을 해결하기 위하여 리프리스트레스트 프리플렉스 강합성빔에 통판을 사용하여 하부플랜지의 폭을 넓혀 그 위에 스틸브라켓을 설치함으로서 정착판이 압축응력을 충분히 지지할수 있도록 하며, 단부보강철근을 복부까지 배근하여 단부의 콘크리트가 스틸I거더와 일체로 거동하 게 하고, 수직보강재의 밑면을 교량받침 상부플래이트와 나란하도록 연장하여 하부스틸받침판과 교량받침 상부플래이트가 나란히 면접촉하도록 함으로서 상부의 하중을 하부구조에 직접전달 되도록 하고 그에따라 쏠 플래이트를 사용할 필요가 없도록하며, 지점부 수직보강재의 단면을 천공하여 PC강선을 관통시켜 PC강선의 배치를 직선으로 용이하게 할수 있는 단부정착판 보강구조를 제공함에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현시키기 위한 본 발명은 프리스트레스트 강합성빔 구조, 특히 리프리스트레스트 프리플렉스 강합성빔 구조에 있어서 폐쇄형 단부보강재의 콘크리트충진 및 다짐불량과 콘크리트 탈락 등을 방지하기 위해서 단부보강을 단순화하고, 단부의 콘크리트가 스틸하부플랜지와 일체가 될 수 있도록 스틸하부플랜지 아래의 복부 수직보강재 받침판까지 철근을 ㄷ형으로 연장 배근하였으며, 또한 개방형의 단부 보강재를 보완하여 PC강선에 의한 2차 프리스트레스가 하부콘크리트 플랜지에 균등하게 도입되어 국부응력에 의한 파손이 일어나지 않도록 하부 스틸플랜지에 덧판을 사용하지 않는 폭이 넓은 통판(60∼80cm)을 사용하여 스틸하부플랜지상에 스틸브라켓을 용접 연결하여 하부콘크리트 플랜지에 국부응력이 발생하는 좌·우 측면과 모서리 부분까지 강재 브라켓을 이용하여 PC강선에 의한 압축응력을 1차적으로 강재가 받을 수 있도록 할 뿐만아니라, 복부수직받침판의 밑면을 수평되게하여 교량받침상부플래이트와 나란하도록 하므로서 쏠 플래이트를 사용 할 필요가 없도록하며 PC강선이 수직보강재를 관통하여 직선으로 배치되도록 한 것이다.

본 발명을 첨부된 예시도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 프리스트레스트 강합성빔, 특히 리프리스트레스트 프리플렉스 강합성빔의 단부 보강구조에 있어서 스틸I거더(100)의 통판으로된 스틸하부플랜지(101)에 스틸브라켓(102)을 용접연결하고 스틸하부플랜지(101)의 하부에는 지점부수직보강재(103)에 연하여 지점부수직보강재받침판(104)과 복부수직받침판(105)을 하부스틸받침판(106)까지 연장하여 용접연결하며, PC강선의 배치를 원활하게 하기 위해 지점부수직보강재(103) 및 지점부수직보강재 받침판(104)에는 PC강선이 관통할 수 있는 천공부(107)를 형성하고, 복부수직받침판(105)의 일측을 높여서 빔 설치시에 하부스틸받침판(106)과 교량받침상부플래이트(12)가 나란히 접하도록하며, ㄷ형으로된 단부보강철근(108)을 스틸하부플랜지(101)상부의 스틸복부판(109)에서 복부수직받침판(105)까지 연장되도록 설치한 것이다.

본 발명은 PC강선의 긴장에 의한 압축응력을 콘크리트하부플랜지 전단면에 균등하게 분포시키고, 강재와 콘크리트의 강성차에 의해 상대적으로 약한 콘크리트가 파괴되지 않도록 스틸하부플랜지(101)폭을 통판을 사용하여 넓게 제작하고 그 위에 스틸브라켓(102)을 직접 용접연결하고, 정착판(110)은 PC강선이 관통하여 정착 할 수 있도록 다수의 정착판 천공홀(111)을 형성하여 스틸브라켓(102), 스틸복부판(109), 복부수직받침판(105), 스틸하부플랜지(101), 하부스틸받침판(106)에 지지될 수 있도록 하였으며, 상부하중(활하중, 사하중, 기타하중)이 하부구조물(교대 또는 교각)로 안전하게 전달될 수 있도록 지점부수직보강재(103)는 스틸상부플랜지 (112)에서 스틸하부플랜지(101)까지 용접연결하고, 지점부 수직보강재 받침판(104)과 복부수직받침판(105)을 하부스틸받침판(106)까지 연장하여 용접 연결하는 것이다.

지점부수직보강재(103) 및 지점부 수직보강재받침판(104)은 천공부(107)를 형성한 후에도 수직하중에 대한 저항 단면적을 충분히 확보할 수 있도록 하며, PC강선이 다수의 천공부(107)를 관통하여 PC강선 배치에 영향을 주지 않도록 한다.

이는 리프리스트레스트 프리플렉스 강합성빔의 본래 목적인 강재량을 절감하고 콘크리트 압축응력의 효율성 및 경제성이 좋은 PC강선의 사용량을 늘려 경제성을 높이고 콘크리트하부플랜지(113)에 인장응력이 발생하지 않도록 하는 구조적인 잇점을 충분히 살리기 위해서도 필요한 것이다.

본 발명은 정착판(111)을 스틸브라켓(102)및 스틸복부판(109), 스틸하부플랜지 (101), 복부수직받침판(105), 하부스틸받침판(106)등을 이용하여 동일한 재질의 강판이 PC강선에 의한 압축응력을 받도록 하여 단부 콘크리트에 국부응력이 발생하지 않도록 하는 효과가 있으며, 단부 보강재 구조를 단순화 하고 단부의 콘크리트와 강재가 강합성구조로 일체거동할 수 있도록 단부보강철근(108)을 스틸복부판(109)에서 복부수직받침판(105)까지 하나의 단부보강철근(108)으로 보강하여 프리스트레스트 강합성빔, 특히 리프리스트레스트 프리플렉스 강합성빔 단부의 시공성, 경제성, 내구성을 향상시키는 효과가 있고, 복부수직받침판(105)의 상부는 교량의 종단경사와 평행하게 하고, 하부는 수평이 될 수 있도록 사다리꼴 모양으로 제작하 며 교량받침상부플래이트(12)와 하부스틸받침판(106)을 직접 연결 할 수 있도록 하며 종래의 쏠플래이트(sole plate)를 생략할 수 있게 하고 공정을 단순화한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 프리스트레스트 강합성빔 구조, 특히 리프리스트레스트 프리플렉스 강합성빔의 스틸I거더(100)에 있어서, 덧판을 사용하지 않고 통판을 넓게(60∼80cm정도) 사용한 스틸하부플랜지(101)위에 정착판(110)을 지지할 수 있는 스틸브라켓(102)을 수직으로 형성하고, 스틸하부플랜지(101)의 하부에는 복부수직받침판 (105)과, 하부스틸받침판(106)을 설치하여 PC강선에 의한 압축응력을 스틸I거더의 단면으로만 지지할 수 있도록 단부 정착판을 보강한 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성빔의 브라켓 보강형 단부정착판 보강구조.
2. 제1항에 있어서 복부수직받침판(105)의 하부는 수평으로, 상부는 교량의 종단경사와 평행 할 수 있도록 복부수직받침판(105)을 사다리꼴 모양으로 제작하여 쏠 플래이트(13)를 설치하지 않고 교량받침상부 플래이트(12)와 하부스틸받침판(106)을 직접 용접연결 할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성빔의 브라켓 보강형 단부정착판 보강구조
3. (삭제)
4. (삭제)

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