KR100641822B1

KR100641822B1 - 온도 프리스트레싱 공법에 의한 일부타정식 사장교의시공방법

Info

Publication number: KR100641822B1
Application number: KR1020050020395A
Authority: KR
Inventors: 김상효
Original assignee: 학교법인연세대학교
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-11-06
Also published as: US7240389B2; US20060200920A1; KR20060098239A

Abstract

본 발명은 캔틸레버 공법으로 시공되는 강거더형 일부타정식 사장교의 중앙경간 중앙부의 최종 키세그먼트를 폐합함에 있어서, 온도 프리스트레싱 공법을 이용하여 보강거더에 적정한 초기 축인장력을 도입할 수 있게 한 것이다.

본 발명은 보강거더에 설계단계에서 결정된 적정한 수준의 초기 축인장력을 도입하여야 하는 일부타정식 사장교의 시공방법에 있어서 중앙경간 중앙부의 최종 키세그먼트 폐합단계에서 축인장력을 도입하기 위하여, 최종 키세그먼트의 제작단계에서 도입시키고자 하는 초기 축인장력에 따른 폐합에 필요한 적정공간의 산정 및 보강거더의 가열구간과 가열온도를 선정하는 1단계; 상기 1단계에서 선정된 조건에 따라 보강거더를 가열수단으로 가열하여 최종 키세그먼트 제작시기에 확보한 적정공간에 상응하는 소정의 길이만큼 보강거더를 신장시키는 2단계; 최종 키세그먼트를 인양하여 중앙경간 중앙부의 양측 보강거더에 최종 키세그먼트를 폐합하는 3단계; 최종 키세그먼트의 폐합이 완료된 후에 보강거더의 가열수단을 제거하는 4단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 온도 프리스트레싱 공법에 의한 일부타정식 사장교는 보강거더에 인위적인 축인장력을 도입하여 주탑 부근의 보강거더에 걸리는 축압축력의 절대치를 감소시켜 보강거더의 안전성을 향상시키고, 보강거더의 단면적을 저감시키는 효과를 통해 사장교의 중앙지간을 장대화시키고자 한다.

일부타정식 사장교, 온도 프리스트레싱, 보강거더, 키세그먼트, 폐합, 축인장력

Description

온도 프리스트레싱 공법에 의한 일부타정식 사장교의 시공방법{CONSTRUCTION METHOD OF PARTIALLY EARTH-ANCHORED CABLE-STAYED BRIDGE USING THERMAL PRESTRESSING CONSTRUCTION METHOD}

도 1 은 본 발명에 따른 일부타정식 사장교의 개념도.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 중앙경간 중앙부의 보강거더에 최종 키세그먼트를 폐합하여 중앙경간을 연결하는 순서도.

도 3 은 본 발명에 따른 온도 프리스트레싱 공법에 의한 일부타정식 사장교와 종래의 자정식 사장교의 보강거더의 축력을 도시한 비교도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 주탑 11 : 교각

20 : 케이블 30 : 보강거더

31 : 최종 키세그먼트 40 : 외부앵커

50 : 교대

본 발명은 온도 프리스트레싱 공법에 의한 일부타정식 사장교의 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캔틸레버 공법으로 시공되는 강거더형 일부타정식 사장교에 있어서, 중앙경간 중앙부의 최종 키세그먼트 폐합단계에서 온도 프리스트레싱 공법을 이용하여 보강거더에 적정한 초기 축인장력이 도입될 수 있게 하는 시공방법을 제안하는 것이다.

최근에는 200~1000m 범위의 지간에 대해서 사장교가 미관뿐만 아니라 경제성에서도 타당한 구조물로 평가받고 있다. 그러나 사장교는 지간이 장대화됨에 따라 상부구조에 걸리는 과도한 압축력과 그에 따른 좌굴 등의 문제가 발생한다.

이에 대한 대책의 하나로 보강거더에 인위적으로 초기 인장력을 도입하여 과도한 압축력을 저감시키는 일부타정식 사장교가 제안되었으나, 중앙경간에 외부앵커 케이블로 인한 인장력을 중앙경간 중앙부의 최종 키세그먼트를 폐합하는 단계에서 도입하기 위한 적절한 시공방법을 제시하지 못하여 현재까지 일부타정식 사장교는 시공사례가 전무한 상태이다.

여기서, 최종 키세그먼트란, 두 개의 주탑에 의해서 지지되고 양측 주탑으로부터 보강거더를 설치하기 시작하여 캔틸레버 공법으로 주로 시공되는 사장교의 시 공과정에 있어서, 양 주탑 사이의 중앙경간의 중앙부에서 양측 보강거더를 연결하며 양 주탑으로부터 설치되어온 보강거더 시공 상의 오차를 마무리할 수 있는 보강거더의 최종 설치부위를 의미하며, 이 최종 키세그먼트를 체결하는 공정을 폐합이라 하는데, 캔틸레버 공법에 의한 가설 중 가장 중요한 공정이 바로 최종 키세그먼트의 폐합공정이다.

보강거더에 적정한 초기 인장력을 도입하는 일부타정식 사장교를 건설하기 위해 적용할 수 있는 지금까지 알려진 기술력으로는 사장교(자정식 사장교)는 지간이 장대화됨에 따라 보강거더에 발생하는 과도한 압축력으로 인하여 보강거더의 단면적을 상기 압축력에 비례하여 크게 설계하지 않을 수 없었으며, 최종 키세그먼트의 폐합단계에서 중앙경간 중앙부의 양측 보강거더의 끝단 사이를 유압잭 등의 관련 장비를 이용하여 적정 인장력으로 긴장시킨 상태에서 용접 등의 방법으로 최종 폐합하는 것이다.

즉, 종래의 최종 키세그먼트의 폐합방법은 중앙경간 중앙부의 양측 보강거더를 유압잭으로 긴장시켜 폐합에 필요한 적정공간을 확보한 후에 최종 키세그먼트를 폐합하는 방식으로 시공이 이루어졌으나, 이를 위해서는 보강거더 단부에 긴장을 위한 앵커부를 설치하여야 하며, 거대한 보강거더의 단면을 여러 개의 유압잭을 이용하여 균등한 인장력이 도입되도록 시공하여야 하는 어려움 등 여러 문제점이 제기되고 있다.

보강거더를 모두 폐합한 상태에서 외부앵커에 케이블을 정착시키며 보강거더 에 인장력을 도입시키는 순서로 시공할 수도 있으나, 수많은 강선으로 구성된 케이블을 각 강선별로 동일한 긴장력을 가지도록 개별 정착시키는 것은 현실적으로 불가능하다고 할 수 있다.

따라서, 일부타정식 사장교에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 새로운 방식의 보강거더의 인장력 도입방법이 필요하게 되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 온도 프리스트레싱 공법을 적용하여 중앙경간 중앙부의 최종 키세그먼트를 폐합함으로써, 일부타정식 사장교의 보강거더에 인위적인 축인장력을 발생시킬 수 있는 방안을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 온도 프리스트레싱 공법에 의해 일부타정식 사장교를 시공함으로서 보강거더에 인위적인 축인장력을 도입하여 사장교의 장지간화의 문제점인 보강거더의 안전성을 증대시키고, 보강거더에 걸리는 압축력의 절대치를 감소시킴으로서 최대 압축력이 발생하는 주탑 부근에 위치한 보강거더의 단면적을 감소시키고자 함에 또 다른 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일부타정식 사장교의 시공과 정에 있어서 중앙경간 중앙부의 최종 키(Key)세그먼트 폐합단계에서 보강거더에 축인장력을 부여하기 위하여, 최종 키세그먼트의 제작단계에서 도입시키고자 하는 초기 축인장력에 따른 폐합에 필요한 적정공간의 산정 및 보강거더의 가열구간과 가열온도를 선정하는 1단계; 상기 1단계에서 선정된 조건에 따라 보강거더를 가열수단으로 가열하여 최종 키세그먼트 제작시기에 확보한 적정공간에 상응하는 소정의 길이만큼 보강거더를 신장시키는 2단계; 최종 키세그먼트를 인양하여 중앙경간 중앙부의 양측 보강거더에 최종 키세그먼트를 폐합하는 3단계; 최종 키세그먼트의 폐합이 완료된 후에 보강거더의 가열수단을 제거하는 4단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시공단계의 대안적인 시공단계로서, 최종 키세그먼트의 일측을 보강거더의 일측에 폐합한 후에 상기 단계순서로 시공을 하는 것도 가능하다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 일부타정식 사장교의 개념도를 도시한 도면이다.

일부타정식 사장교는 도1에서 보는 바와 같이 케이블을 지지하는 두 개의 주탑(10)과 보강거더(30), 케이블(20) 및 일부타정식 사장교를 다른 형식의 사장교로부터 특성 지어주는 교량 외부에 설치되어 일부 케이블이 정착되는 외부앵커블럭(40)으로 구성된다. 경간은 주탑(10)과 주탑(10) 사이의 중앙경간과 주탑(10) 외측 의 측경간으로 나눌 수 있다. 그리고 도면부호 11은 교각, 도면부호 50은 교대이다.

지금까지 일부타정식 사장교의 시공순서는, 두 개의 주탑(10)을 설치하는 단계, 각각의 상기 주탑(10)에서 양방향으로 캔틸레버 공법으로 보강거더의 단위블록을 상기 주탑(10)을 축으로 하는 케이블(20)로 지지하며 차례로 연결하여 경간을 설치하는 단계, 상기 경간설치단계의 보강거더의 단위블록(30)의 외측의 일부 케이블(20)을 외부앵커에 연결하는 단계, 중앙경간 중앙부의 양측 보강거더(30)에 최종 키세그먼트(31)를 폐합하여 중앙경간을 연결하는 단계로 이루어진다.

본 발명은, 앞서 설명한 바와 같이, 최종 키세그먼트(31)의 폐합단계에서 보강거더에 초기 인장력을 도입하기 위한 최적의 방안으로서, 온도 프리스트레싱 시공방법을 제안하는 것으로서, 도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 상기 일부타정식 사장교의 시공순서 단계 중 중앙경간 중앙부의 보강거더(30)에 최종 키세그먼트(31)를 폐합하여 중앙경간을 연결하는 단계를 설명하는 순서도이다.

도 2a는 양측 주탑에서 보강거더(30)를 차례로 연결하여 중앙경간을 연결시켜 주는 최종 키세그먼트(31)를 폐합하기 전의 모습을 도시한 것으로서, 도 2a에 도시된 공정 이후에 적용되는 본 발명에 의한 온도 프리스트레싱 공법에 의한 일부타정식 사장교의 시공단계를 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 2a의 최종 키세그먼트 폐합 직전의 단계에서 양측 보강거더의 간격 을 실측하고, 도입하고자 하는 초기 인장력의 크기에 따라 요구되는 가열 팽창길이를 계산하여, 최종 키세그먼트의 길이를 결정하고 제작한다(1단계). 이 단계에서 최종 키세그먼트 폐합 시점의 대기온도를 예상하여 적정한 가열상승온도(보강거더의 가열 전·후의 온도차를 의미한다.)를 결정하고 이에 따른 가열구간을 결정한다. 가열상승온도는 최종 키세그먼트 폐합 작업시점의 대기온도와 가열되었을 때의 보강거더의 온도를 고려하여 결정하며, 대략적으로 40℃~70℃가 적절하다.

도 2b는 상기 1단계에서 선정된 가열구간과 가열온도에 따라 보강거더(30)를 인위적인 가열수단으로 가열하여 요구되는 팽창 길이만큼 보강거더(30)를 신장시키는 단계(2단계)를 도시한 것으로서, 점선은 보강거더 가열 전의 케이블(20)배치도를 나타내며 실선은 가열 후에 보강거더(30)가 신장됨에 따른 케이블(20)배치도를 나타낸다.

도 2c와 도 2d는 상기 보강거더(30)를 가열하여 신장시키는 상기 2단계 이후에, 크레인 등의 장비를 이용하여 최종 키세그먼트(31)를 인양한 후에 중앙경간 중앙부의 양측 보강거더(30)에 최종 키세그먼트(31)를 폐합하는 단계(3단계)를 도시한 것이다. 최종 키세그먼트(31)의 폐합은 양측 보강거더(30)에서 동시에 행해질 수도 있고, 보강거더(30)의 일측에 폐합한 후에 타측에 폐합하는 것도 가능하다.

도 2e는 최종 키세그먼트(31)의 폐합이 완료된 후에 보강거더(30)의 가열수 단을 제거한 상태를 도시한 것이다(4단계). 폐합이 완료된 후에 보강거더의 가열수단이 제거되면, 가열된 보강거더의 온도가 대기온도 상태로 저하되면서 수축하게 되어 보강거더에 초기 인장력이 도입되게 된다.

또한, 상기 가열수단 제거 단계 후에는 크레인 및 가설작업하중을 제거하고 난간 및 포장 등 2차 고정하중이 시공된다.

상기에서 도2를 기준으로 설명한 본 발명의 일실시예는, 보강거더를 가열하는 방식의 온도 프리스트레싱 공법을 기준으로 한 것이다.

하지만, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않으며, 온도 프리스트레싱 공법을 적용하되, 다양한 시공방법에 의해 보강거더(30)에 초기 축인장력이 발생되도록 할 수 있는데, 그 중에서 또 다른 실시예를 본 발명의 제2실시예로서 설명하면 다음과 같다.

상기 가열구간과 가열온도를 선정하는 1단계 전에 또는 1단계 후에, 보강거더(30)의 일측에 최종 키세그먼트(31)의 일측을 폐합하는 단계를 더 포함하고, 상기 최종 키세그먼트(31)를 폐합하는 3단계에서 보강거더(30)의 타측에 최종 키세그먼트(31)의 타측을 폐합하는 단계로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 가열수단을 제거하는 4단계는 가열로 신장된 보강거더(30)가 냉각되어 줄어들기 전에 최종 키세그먼트(31)의 폐합이 완료될 수 있다면 상기 보강거더(30)를 가열하여 신장시키는 2단계 이후에 행해질 수 있다.

본 발명이 적용될 수 있는 일부타정식 사장교는 아직까지 국내는 물론 해외에서조차 실제 시공된 사례가 없어, 본 발명에 의한 시공방법을 실제 적용할 수 없으나, 모형교량에 대해 본 발명에 의한 실시예를 분석한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

본 발명의 적용예는, 중앙경간의 지간장 344m, 양 측경간의 지간장 70m인 총 484m의 강박스거더 사장교로, 최종 키세그먼트의 길이는 17m이며 목표 축인장력을 도입하기 위한 가열팽창길이는 양측에서 각각 41.55mm로서 강박스거더의 격벽간 단위길이 3.4m를 고려하여 총 가열길이 68m에 대해 가열상승온도가 50.9℃로 결정되었다.

도 3은 상기 적용예를 기준으로 하여, 고정하중과 활하중을 조합한 하중조합에서의 축력을 도시한 그래프이다. 도3에서 보는 바와 같이 자정식 사장교의 축력선도에서 보강거더는 압축력을 보이지만, 온도 프리스트레싱을 이용한 일부타정식 사장교의 축력선도에서는 보강거더에 인장과 압축 구간이 동시에 존재한다. 즉 중앙경간에서 929 Ton의 인장력이 발생되면서 주탑 근처의 압축력은 44.3% 저감되었음을 알 수 있다.

상기 적용예의 결과로부터 알 수 있듯이, 온도 프리스트레싱에 의한 일부타정식 사장교는 보강거더에 인장력이 도입되어 안전성이 증대되며, 특히 주탑 근처 에서 보강거더 압축력의 절대치가 획기적으로 저감되어 보강거더의 단면을 줄일 수 있으며, 안전성의 증대와 축력의 저감으로 지간의 장대화를 가능하게 한다.

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 온도 프리스트레싱 공법에 의한 일부타정식 사장교의 시공방법은 최종 키세그먼트(31)의 폐합단계에서 온도 프리스트레싱 공법을 적용하여 매우 간편한 시공법으로 보강거더에 축인장력을 도입하여 일부타정식 사장교의 시공을 가능하게 하였다.

또한, 사장교의 장지간화에 따른 보강거더(30)에 걸리는 압축력의 절대치를 감소시키게 되어 보강거더의 안전성을 향상시키고, 특히 주탑(10) 부근의 압축력을 획기적으로 감소시켜 보강거더(30)의 단면적을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고 적정 축인장력을 도입하면서 최종 키세그먼트의 폐합을 위해, 유압잭 등으로 보강거더(30)를 인위적으로 긴장시킬 필요가 없는 효과가 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 시공순서를 갖는 온도 프리스트레싱 공법에 의한 일부타정식 사장교의 시공방법에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

보강거더에 설계단계에서 결정된 적정한 수준의 초기 축인장력을 도입하여야 하는 일부타정식 사장교의 시공방법에 있어서 중앙경간 중앙부의 최종 키세그먼트 폐합단계에서 축인장력을 도입하기 위하여,

최종 키세그먼트의 제작단계에서 도입시키고자 하는 초기 축인장력에 따른 폐합에 필요한 적정공간의 산정 및 보강거더의 가열구간과 가열온도를 선정하는 1단계;

상기 1단계에서 선정된 조건에 따라 보강거더를 가열수단으로 가열하여 최종 키세그먼트 제작시기에 확보한 적정공간에 상응하는 소정의 길이만큼 보강거더를 신장시키는 2단계;

최종 키세그먼트를 인양하여 중앙경간 중앙부의 양측 보강거더에 최종 키세그먼트를 폐합하는 3단계;

최종 키세그먼트의 폐합이 완료된 후에 보강거더의 가열수단을 제거하는 4단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 프리스트레싱 공법에 의한 일부타정식 사장교의 시공방법.
보강거더에 설계단계에서 결정된 적정한 수준의 초기 축인장력을 도입하여야 하는 일부타정식 사장교의 시공방법에 있어서 중앙경간 중앙부의 최종 키세그먼트 폐합단계에서 축인장력을 도입하기 위하여,

최종 키세크먼트의 일측을 중앙경간 중앙부의 일측 보강거더에 폐합하는 1단계;

최종 키세그먼트의 제작단계에서 도입시키고자 하는 초기 축인장력에 따른 폐합에 필요한 적정공간의 산정 및 보강거더의 가열구간과 가열온도를 선정하는 2단계;

상기 2단계에서 선정된 조건에 따라 보강거더를 가열수단으로 가열하여 최종 키세그먼트 제작시기에 확보한 적정공간에 상응하는 소정의 길이만큼 보강거더를 신장시키는 3단계;

중앙경간 중앙부의 타측 보강거더에 최종 키세그먼트의 타측을 폐합하는 4단계;

최종 키세그먼트의 폐합이 완료된 후에 보강거더의 가열수단을 제거하는 5단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도 프리스트레싱 공법에 의한 일부타정식 사장교의 시공방법.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,

보강거더의 가열온도는 40℃∼70℃의 범위 내에 해당하는 어느 한 온도인 것을 특징으로 하는 온도 프리스트레싱 공법에 의한 일부타정식 사장교의 시공방법.