KR100650411B1

KR100650411B1 - 하부 공동형 콘크리트 복공판

Info

Publication number: KR100650411B1
Application number: KR1020050133638A
Authority: KR
Inventors: 석창성; 배봉국; 최정훈; 박홍선
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2006-11-30

Abstract

본 발명은 하부 공동형 콘크리트 복공판에 관한 것이다. 내측에 수용부를 가지며 상부가 개구되고, 양측 장변에 측벽이 형성된 기대와; 상기 기대의 양측 단변을 폐쇄하도록 설치되는 측판과; 상기 기대 내부의 양측벽과 소정 거리로 이격되어 설치되는 종방향 지지부재와; 상기 복수개의 종방향 지지부재를 가로질러 설치되는 횡방향 지지부재와; 상기 종방향 및 횡방향 지지부재의 상부에 설치되는 상판부재와; 상기 기대의 측벽과 종방향 지지부재 사이의 틈새와, 상기 기대의 측판과 횡방향 지지부재 사이의 틈새 및 상기 상판부재의 상부에 타설된 콘크리트층을 포함하여 이루어진다.

복공판, 콘크리트, 부재, 상판, 공동

Description

하부 공동형 콘크리트 복공판{TUNNEL COVER PLATE }

도 1a 내지 도 1g는 종래 기술에 대한 도면이다.

도 2는, 본 발명에 따른 콘크리트 복공판에 대한 결합된 사시도이다.

도 3은, 상기 도 2에 대한 분해사시도이다.

도 4는, 상기 도 2에 대한 단면도이다.

도 5는, 본 발명에 따른 콘크리트 복공판의 단면적에 대해 나타낸 도면으로써, 도 5a는 종방향 지지부재이고, 도 5b는 장부재, 도 5c는 기대, 도 5d는 콘크리트층을 나타낸 도면이다.

도 6은, 본 발명에 따른 콘크리트 복공판의 중립축에 대해 나타낸 도면으로써, 도 6a는 종방향 지지부재이고, 도 6b는 장부재, 도 6c는 기대, 도 6d는 콘크리트층을 나타낸 도면이다.

도 7은, 본 발명에 따른 콘크리트 복공판의 단면2차모멘트에 대해 나타낸 도면으로써, 도 7a는 종방향 지지부재이고, 도 7b는 장부재, 도 7c는 기대, 도 7d는 콘크리트층을 나타낸 도면이다.

도 8은, 본 발명에 따른 콘크리트 복공판의 전체중립축에 대해 나타낸 도면으로써, 도 8a는 종방향 지지부재이고, 도 8b는 장부재, 도 8c는 기대, 도 8d는 콘크리트층을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 기대 4 : 종방향 지지부재

6 : 횡방향 지지부재 8 : 상판부재

22 : 측벽 24 : 측판

42 : 단턱 82 : 장부재

84 : 단부재 100 : 틈새

본 발명은 하부 공동형 콘크리트 복공판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트를 강재와 함께 사용함으로써 원가를 절감할 수 있고, 별도의 거푸집이 필요없이 콘크리트의 양생이 가능하여 제작이 용이하도록 한 하부 공동형 콘크리트 복공판에 관한 것이다.

일반적으로 복공판은 지하철 건설과 같은 지하시설 공사를 위해 도로를 파헤치는 경우, 교통량에 미치는 영향을 최소화하기 위해 노면을 복개하는데 사용된다.

이러한 복공판은 평평한 직육면체 형상을 가지며 수십 내지 수백개의 복공판이 평평하게 배열되어 그 위로 차량이 지나다니게 된다. 또한 이러한 복공판은 노후 교량의 보수시 우회 도로를 건설하는데도 사용되기도 한다.

이러한 종래 복공판은 강재를 재료로 하여 용접한 제품이 주로 이용되나, 강 재 만으로 복공판을 제작하는 경우 가격이 비싸고, 용접불량이나 외부환경으로 인하여 파손되거나 부식이 발생되는 문제점이 있었다.

따라서, 이러한 강재 복공판의 단점을 보완하기 위해 최근에는 콘크리트와 강재를 혼합하여 단가를 절감하면서도 우수한 강성과 내부식성을 갖는 콘크리트 복공판에 대한 필요성이 대두되었다.

종래 콘크리트를 이용한 복공판에 대한 선행기술로는, 대한민국 등록실용신안 등록번호 20-383505호, 동 20-351464호, 동 20-368265호, 동 302138호가 개시되어 있다.

상기 20-0383505호에서는 철근콘크리트와 밑판으로 아연도강판을 복합시킨 형태의 복공판을 제안하였다. 첨부된 도 1a 및 도 1b를 참조하여 살펴보면,

길이방향으로 놓여져 양 측면을 이루는 측판(20)과, 상기 양 측판의 양 선단에 설치되어 전면과 후면을 이루는 전후판(70), 상기 양 측판(20)과 전후판(70) 내에 부착설치되어 바닥을 이루고 전면에는 간격을 두고 부재 형태의 요홈(31)이 형성된 바닥판(30), 이 바닥판(30) 내에 놓여지는 철근구조물(40), 상기 양측판(20)과 상기 바닥판(30) 내부에 채워져 각 구성부를 결합시키기 위한 콘크리트(50), 상기 측판(20)과 전후판(70)의 내측면에 간격을 두고 돌출 설치되어 상기 콘크리트(50) 내에 묻히도록 된 스터드(21,71), 상기 측판(20)과 상기 전후판(70)에 설치되어 콘크리트(50)와의 결합력을 높이기 위한 결합수단을 포함한다.

상기 측판(20)은 "ㄴ" 자 또는 "ㄷ" 자 부재형태 또는 I형강빔(beam) 또는 H형강빔으로 이루어지는 데, 길이방향으로 눕혀진 상태에서 양 측단이 수직되도록 세워 가운데 판이 내측면과 외측면을 이루도록 되어 있다.

또한, 상기 전후판(70)은 일정 두께(바람직하게는 상기 바닥판(30)의 두께보다 큰 두께)로 이루어지고 높이는 상기 측판과 대응되는 높이를 갖는 사각 판재로 하단은 내측으로 직각 절곡되어 "ㄴ" 자 또는 "ㄷ" 자 형태를 이루며 상기 측판(20)의 선단에 용접으로 부착된다.

상기 결합수단은 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 측판(20) 및 전후판(70) 상부의 내측 선단에서 일체로 연장형성되어 하부를 향해 직각으로 절곡된 결합부재(23,72)로 이루어진다.

이에 따라 측판(20) 및 전후판(70)에 부착된 스터드(21,71)와 더불어 바닥판을 향해 하향절곡된 상기 결합부재(23,72)가 콘크리트 속으로 묻혀 시공됨으로써 측판 및 전후판과 콘크리트의 결합력을 높일 수 있게 되는 것이다.

상기 "ㄴ"자 형태의 측판(20) 또는 전후판(70)의 내측면에 스터드(21,71)가 설치되는데, 상기 스터드(21,71) 이외에 선단이 절곡된 소정 길이의 앙카(나 철근 등이 간격을 두고 측판 및 전후판에 용접 부착되어 사용될 수 있으며, 측판 및 전후판와 콘크리트의 결합력을 높일 수 있는 구조물이면 그 형태나 구조에 있어서 특별히 한정되지 않는다.

상기 스터드(21,71)는 도 1b에 도시된 바와 같이 다수개가 일정간격을 두고 내측면에 수직되게 용접 부착되어 안쪽으로 돌출된다.

상기 스터드(21,71)는 일면이 측판(20)에 용접으로 부착되는 원기둥 형태의 부재로 자유단에는 볼트머리와 같이 머리가 형성된 구조로 콘크리트(50)에 매설되 어 측판(20)과 콘크리트(50)의 결합력을 높이게 된다.

상기 스터드(21,71)의 설치 위치나 설치 개수에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.

한편, 상기 결합부재(72)는 전후판(70)의 상단 내측 선단에 일체로 형성되며 상기 선단에서 직각으로 절곡되어 바닥판을 향해 수직으로 내려뜨려진 구조로 되어 있다.

그리고 상기 바닥판(30)에 대해 수직면을 이루는 결합부재의 하단에는 간격을 두고 호형태의 홀(73)이 연속적으로 형성된 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 전후판(70)은 내측면이 스터드에 의해 콘크리트와 일체화됨과 더불어 하방으로 절곡된 상기 결합부재(72)가 콘크리트에 묻히게 됨으로써 콘크리트가 전후판(70)의 상부측 절곡부와 일체화 거동하게 되어 즉, 절곡부를 당기게 되어 상부측 접촉부분의 벌어짐을 방지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 전후판(70)의 상단에는 콘크리트(50) 타설시 상기 전후판(70)의 상단과 상기 결합부재(72) 사이의 공간내에 잔존하는 기포 등을 외부로 용이하게 배출시키기 위한 배출구(75)가 더욱 형성된다.

상기 배출구(75)의 간격을 두고 다수개가 설치됨이 바람직하며, 상기 배출구(75)의 설치개수나 그 크기에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.

이에 따라 콘크리트 타설시 상기 배출구(75)를 통해 기포가 용이하게 빠져나가게 됨으로써 콘크리트(50)와 전후판(70) 사이에 기포에 의한 공간발생이 방지되어 상호 결합력을 높일 수 있게 된다.

상기 결합부재의 또다른 실시예로는, 상기 전후판(70)의 상단 내측 선단에 부착설치되는 철망으로 이루어진 구조로 되어 있다.

이러한 구조 또한 상기 전후판(70)에 부착된 철망이 콘크리트에 묻힘으로써 전후판(70) 상부측 결합력을 더욱 보강할수 있게 된다.

여기서 상기 결합부재에 대해 전후판(70)이 적용된 경우에 대해서만 설명하였으나, 이러한 구조는 상기 측판(20)에도 그대로 적용된다.

또한, 상기 측판(20) 또는 전후판(70)의 외측면에는 수직방향으로 다수개의 보강판(도시되지 않음)이 더욱 부착설치될 수 있다. 상기 보강판은 상기 측판(20)이나 전후판(70)과 동일한 재질 또는 강성이 보다 높은 재질로 이루어짐이 바람직하며, 그 설치 위치나 설치 개수에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.

한편, 상기 바닥판(30)은 콘크리트(50) 타설시 거푸집 역할을 수행함과 더불어 콘크리트(50)와 일체로 부착되어 복공판(10)의 상판 역할을 수행하기 위한 것으로, 도 1b에서와 같이 길이방향을 따라 사다리꼴 단면형태로 절곡된 요홈(31)이 간격을 두고 연속적으로 형성된 구조로 되어 있다.

상기 바닥판은 측판의 내측 하단에 걸쳐진 상태로 부착설치되며, 상기 요홈(31)은 콘크리트가 타설되는 쪽으로 돌출 형성된 구조로 되어 있다.

또한, 상기 요홈(31)은 안쪽으로 돌출형성되며 요홈(31)의 양 측면이 경사져 전체적으로 사다리꼴 단면형태를 이루는 구조로 되어 있다.

이와같이 바닥판(30)이 요홈(31) 형태의 단면구조로 이루어짐에 따라 바닥판(30) 자체의 강성을 확보할 수 있음과 더불어 양 측판(20)과 전후판(70)에 의해 만 들어지는 콘크리트 타설 공간을 줄여줌으로써 상기 바닥판(30) 내에 타설되는 콘크리트(50)의 양을 줄여 복공판(10)의 자중을 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 철근구조물(40)은 콘크리트(50)와 같이 매설되어 콘크리트(50)의 강성을 높이기 위한 것으로 도 2에 도시된 바와 같이 직각으로 교차하는 상부배력근(41)과, 이 상부배력근(41)을 따라 설치되고 상기 바닥판(30) 쪽으로 연장되어 바닥판의 요홈(31) 사이로 연장되는 V 자형태의 하부배력근(42)을 포함한다.

상기 복공판(10)은 철근구조물로서 상기와 같이 상부배력근과 하부배력근이 모두 설치되거나 직각으로 교차하는 상부배력근만이 설치될 수 있다.

그리고 상기 바닥판(30)에 타설되는 콘크리트(50)는 골재와 시멘트를 혼합한 것으로 본 실시예에서는 쇳가루 및 혼화재가 포함된 일반 강도 콘크리트 및 고강도 콘크리트(50)가 사용된다.

상기 콘크리트(50)는 양 측판(20)과 바닥판(30) 내에 채워져 경화되어 상판을 이루게 되며 본 실시예에서는 상기 상판을 이루는 콘크리트(50)의 윗면에 미끄럼 방지를 위한 가로방향 또는 세로방향의 홈(51)이 더욱 형성된 구조로 되어 있다.

한편, 상기 복공판(10)을 용이하게 들어올리기 위해, 상기 복공판(10)의 모서리 부위에는 원통형태의 철관(80)이 개구된 상태로 콘크리트(50) 속에 묻혀져 시공되고, 상기 철관(80)의 중심을 지나도록 철관(80)의 측면을 철심(81)이 관통설치하여 콘크리트(50) 속에 묻혀진 구조로 되어 있다.

이에 따라 복공판(10)의 콘크리트(50) 윗면을 통해 철관(80)의 내부가 노출 되고 노출된 철관(80)의 내부에 관통설치된 철심(81)에 줄이나 고리를 걸어 복공판(10)을 용이하게 들어올릴 수 있게 되는 것이다.

상기 철관(80)은 복공판의 상단과 같은 높이를 이루도록 시공됨이 바람직하며, 콘크리트(50) 시공시 철관(80) 내부로 콘크리트가 유입되지 않도록 하단은 막혀있고 상단만이 개구된 구조임이 바람직하다.

또한, 상기 철관(80)의 설치는 복공판의 모서리 부근이 바람직하나, 반드시 이에 한정된 것은 아니며, 그 설치 개수에 있어서도 적어도 하나 이상의 모서리에 설치될 수 있다.

한편, 상기 복공판(10)은 콘크리트(50) 발생되는 인장응력에 미리 압축력을 인가하여 인장력에 대한 저항을 증대시키기 위한 프리스트레스부를 더욱 포함한다.

상기 프리스트레스부는 서로 마주보는 면에 위치하는 측판(20) 또는 전후판(70)의 하단에 각각 외측으로 소정 길이 연장되는 연장부재(90)가 길이방향을 따라 연속 형성되고, 서로 마주보는 연장부재를 따라 간격을 두고 형성된 체결홀을 매개로 프리스트레스바가 끼워져 너트로 체결 고정되는 구조로 되어 있다(도면의 도시는 생략함).

여기서 상기 프리스트레스바는 복공판의 내부에 콘크리트를 채우기 전에 미리 너트로 체결하여 압축력을 가하거나, 복공판에 콘크리트를 채운 후 너트를 조여 압축력을 가할 수 있다.

본 실시예에서 상기 프리스트레스바에 적용되는 압축력은 복공판(10)에 가해지는 인장력에 따라 달라질 수 있으며, 복공판의 설계값에 따라 적절히 선택될 수 있다.

이와 같이 프리스트레스바를 통해 복공판(10)에 미리 압축응력을 가해줌으로써 복공판에 가해지는 하중에 의해 발생되는 인장응력의 한계치를 높여줄 수 있게 된다.

또한, 상기한 프리스트레스부의 또다른 실시예로는, 서로 마주보는 면에 위치하는 측판(20) 또는 전후판(70)의 하부에 길이방향을 따라 간격을 두고 형성된 체결홀을 통해 프리스트레스바가 끼워지고 너트로 체결고정되어 복공판(10)에 채워지는 콘크리트(50) 내에 묻혀 타설되는 구조로 되어 있다(도면의 도시는 생략함).

언급한 바와 마찬가지로 상기 프리스트레스바는 복공판의 내부에 콘크리트(50)를 채우기 전에 미리 너트로 체결하여 압축력을 가하거나, 복공판에 콘크리트를 채운 후 너트를 조여 압축력을 가할 수 있다.

상기와 같이 프리스트레스바를 통해 미리 압축력을 가한 상태에서 복공판을 제조함으로써 복공판의 허용 하중을 최대화할 수 있게 된다.

상기 20-0351464호에서는 상부에 철근콘크리트와 하부에 I형강 또는 H형강을 복합시킨 복공판을 제안하였다. 이를 살펴보면,

첨부도면 도 1c 내지 도 1e에 도시된 바와 같이 다수의 철근(13),(13')으로 연결 구성된 지지부재(12)들과, 이들 상부측에서 양쪽 측판(15)에 의해 콘크리트 층을 형성하는 상판구조물(14)로 이루어진다.

상기 지지부재(12)는 통상적으로 'I'형광 또는 'H'형광을 이용하여 하중에 대한 지지력을 보강할 수 있게 되며, 이들은 각각 소정간격 이격되게 나란한 형태로 배열되어 철근(13),(13')으로 연결 구성된다.

이를 위한, 상기 지지부재(12)의 연결구조는 첨부도면 도 1c에서 보여주는 바와 같이 나란하게 배열된 지지부재(12)의 상부면에 다수의 철근(13)이 격자형태로 용접되도록 하고, 또한 각 지지부재(12)의 일부위를 관통하여 연결되는 철근(13')에 의해서 견고하게 연결 구성된다.

상기 상판구조물(14)은 상기와 같이 철근(13)(13')으로 연결 구성된 지지부재(12)의 상부측으로 경량콘크리트를 타설하여 양쪽 측판(15)과 성형틀(미도시됨)에 의해 일정한 형태를 이룰 수 있도록 구성된다.

이때, 상기 상판구조물(14)은 각 부재들과 일체화된 구조를 갖게 됨에 따라 설치사용시 소음 및 진동발생을 억제할 수 있게 된다.

또한, 상판구조물(14)의 각 모서리부에는 삽입공(14a)이 일체로 형성되어, 미도시된 기중기를 이용하여 상기 복공판(10)을 용이하게 운반 및 이동시킬 수 있게 된다.

더욱이, 이렇게 구성된 상판구조물(14)의 상부면에는 노면의 미끄럼 방지를 위해 다수의 요철부(미도시됨)가 형성된다.

이와 같이 구성된 복공판(10)의 제조과정은 도 1c과 도 1d에서 보여주는 바와 같이 다수의 철근(13),(13')으로 연결 구성된 지지부재(12)를 양쪽 측판(15)이 구비된 성형틀(미도시됨)에 안착하여 고정시킨 후, 이들 상부측으로부터 경량콘크리트를 타설하여 상기 측판(15)과 함께 양생시켜 주면 복공판(10) 제작이 완료된 다.

상기 20-0368265호에서 콘크리트와 H형강과 ㄷ형강, L형강 등을 복합시킨 복공판을 제안하였다. 첨부된 도 1f를 참조하여 살펴보면,

다수개가 일정한 간격을 두고 길이방향으로 나란하게 배치되는 무늬H형강(21)과; 상기 무늬H형강(21)의 사이에 각각 배치됨과 동시에 용접 결합되는 ㄷ형강(22)과; 상기 무늬H형강(21)의 상하 플랜지간에 일측은 용접 결합됨과 동시에 타측은 상기 ㄷ형강(22)에 걸쳐 용접 결합되는 측면보강철판(25a)과; 상기 다수개의 H형강(21)의 하부 플랜지들에 걸쳐 용접 결합되는 하면보강철판(27)과; 상기 하면보강철판(27)의 아래에 용접 결합되는 L형강(26)으로 구성된다.

여기서, 상기 ㄷ형강(22)에는 길이방향으로 전단연결재(29)를 용접 설치하고, 상기 전단연결재(29)상에 일정한 강도 이상의 콘크리트(23)를 타설하여 채우고, 상기 콘크리트(23) 타설부위에 수막방지용 배수줄눈(24)을 설치한 구조이다.

또한, 상기 ㄷ형강(22)에는 앵커볼트를 용접 설치함과 동시에 일정한 강도 이상의 콘크리트(23)를 타설하여 채우고, 상기 콘크리트(23) 타설부위에 고무판을 설치하고, 상기 고무판을 앵커볼트로 고정 설치한 구조이다.

그리고, 상기 ㄷ형강(22)은 표면에 무늬가 형성된 무늬ㄷ형강으로 이루어진 구조이다.

한편, 상기 무늬H형강에는 플랜지의 이면에 충격완화용 고무판이 다수개 부착된 구조이다.

이와 같은 상기 콘크리트 보강형 강재 복공판은 단면강성이 큰 무늬H형강(21)과 일반 ㄷ형강(22)을 혼합하여 적절하게 배치한 후 용접으로 접합하고, 상기 ㄷ형강(22)의 상면에 고강도 콘크리트(23)를 채워 강성을 증가시키며, 상기 채움콘크리트(23)에 의해 마찰력을 증가시켜, 복공판을 구성하는 사용강재량을 최소로 하면서 노면의 직접적인 차량하중에 의한 피로강도를 발휘할 수 있는 강성이 크고, 노면의 차량하중이 안전하게 통과할 수 있는 적당량의 마찰력을 보장할 수 있다.

상기 20-0302138호에서는 콘크리트와 모래, 시트파일, H형강을 복합시켜 임시 가교용 복공판을 제안하였다. 첨부된 도 1g를 참조하여 살펴보면,

가교 상판은 하부구조물 위에 일정간격으로 설치되는 다수의 H빔(10)과, 상기 H빔(10)들과 직교하면서 H빔(10)들의 상부에 얹혀져 고정되는 다수의 시트파일(20)과, 상기 시트파일(20)위에 일정두께로 포설되는 포장층(30)으로 구성된다.

이와 같은 상판의 구조를 시공함에 있어서, 상기 H빔(10)은 하부구조물(미도시) 위에 지지시켜 설치하는데, 다수의 H빔(10)들을 상호 이웃하는 것들끼리 일정간격을 두면서 평행하게 배치한 상태로 설치한다.

전술한 하부구조물은 임시교량의 경우에는 교각이나 교대 위에 교축방향으로 길게 설치되는 메인빔이 될 수도 있고, 지하철 공사의 경우 통상 H빔 등의 철골을 이용해 지반에 정착되어 세워지는 기둥이 될 수 있으며, 하부구조물 위에 설치되는 H빔(10)은 도로 진행방향을 따라 평행하게 배치될수도 있고 도로 폭방향을 따라 평행하게 배치될 수도 있다.

이러한 하부구조물과 상기 H빔(10)의 설치는 종래의 설치구조 및 시공방법과 별반 다를게 없으므로 상세한 설명을 생략하며, 다만 본 고안은 기본적으로 상판의 구조재로서 종래의 복공판 대신 길이가 길고 휨 저항성이 큰 시트파일(20)을 사용하므로 구조적으로 문제가 없는 범위 내에서 상기 H빔(10)의 설치간격을 넓게 할 수 있다.

H빔(10)들의 설치가 완료되면 상기 H빔(10)들의 상부에 시트파일(20)을 설치한다.

시트파일(20)은 바닥부(21)와 양측 경사부(22) 및 양측 날개부(23)가 일체로 형성되고, 상기 바닥부(21)과 양측 경사부(22)에 의해 가로막힌 요부(24)를 갖는다.

이러한 시트파일(20)은 통상 흙막이 가시설용이나 차수공법에서 사용되는 강재(鋼材)로서 일반 토목공사에 많이 사용되고 있기 때문에 자재취득과 시공이 용이하며, 휨 저항성이 좋아 눕혀서 설치할 경우 상부하중을 감당하는 능력이 탁월한 장점이 있다.

상기 시트파일(20)은 요부(24)의 개방면을 상부로 위치시킨 상태로 상기 H빔(10)들과 직교시키면서 고정수단을 이용해 H빔(10)의 상측플랜지부(11)에 고정시키는 작업을 통해 고정하며, 다수의 시트파일(20)을 전후 좌우로 밀착시키면서 연이어 설치한다.

상기 H빔(10)과 시트파일(20)의 고정수단은 상기 H빔(10)의 길이방향을 따라 일정간격으로 배치되면서 H빔(10)의 상측플랜지부(11) 하면과 시트파일(20)의 바닥 부(21) 하면에 맞대어지는 다수의 고정편(41)과, 고정편(41)들과 상기 시트파일 (20)의 바닥부(21)를 연통하는 다수의 볼트(42)와, 볼트(42)들의 선단부에 체결되는 너트(43)들로 구성된다.

이때, 상기 고정편(41)은 크랭크 형태로 구부린 것을 사용하여 H빔(10)의 상측플랜지부(11)로 인한 단차를 흡수하며, 상기 볼트(42)는 위에서 아래로 꽂는 형태로 체결하는 것이 바람직하다.

위와 같이 시트파일(20)들의 설치가 완료되면 시트파일(20) 위에 일정두께의 포장층을 시공한다.

이 포장층(30)은 시트파일(20)들의 요부(24)에 모래 또는 발포스티렌수지(일명 스티로폴 또는 스티로폼)로 된 채움재(31)를 중하반부(대략 2/3높이)까지 먼저 채우고, 상기 채움재(31)와 시트파일(20) 위에 콘크리트 또는 아스팔트로 된 표층재(32)를 일정두께 포설하는 방법을 통해 시공하는 것이 좋다.

상술한 종래 콘크리트 복공판은 모두 일장일단이 있으나, 압축을 받는 상부에는 콘크리트, 인장을 받는 하부에는 강재가 주로 사용되어야 하고, 상,하부 간의 결합이 튼튼해야 하며, 제작하기 용이하고, 강재의 사용을 최소화 할 수 있도록 고려한 설계가 필요하지만, 이에 대해 모두 만족할만한 효과를 제공하지는 못하고 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 제작이 용이하고 강재의 사용을 최소화할 수 있으며, 콘크리트 거푸집이 별도로 필요하지 않아 제작비용을 절감할 수 있도록 한 하부 공동형 콘크리트 복공판을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

내측에 수용부를 가지며 상부가 개구되고, 양측 장변에 측벽이 일체로 형성된 장방형의 기대와; 상기 기대의 양측 단변을 폐쇄하도록 설치되는 복수개의 측판과; 상기 기대 내부의 양측벽과 소정 거리로 이격되어 설치되는 복수개의 종방향 지지부재와; 상기 복수개의 종방향 지지부재를 가로질러 설치되는 복수개의 횡방향 지지부재와; 상기 종방향 및 횡방향 지지부재의 상부에 설치되는 상판부재와; 상기 측판과 종방향 지지부재 사이의 틈새와, 상기 상판부재의 상부에 일정 두께로 형성된 콘크리트층;을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 상판부재는 종방향 지지부재의 상부에 설치되되 양단부가 상기 측판에 지지되도록 설치되며 일정간격으로 이격되어 설치된 복수개의 장부재와; 상기 장부재 사이에 설치되는 다수개의 단부재로 구성됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서, 도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 복공판에 대한 결합된 사시도이고, 도 3은 상기 도 2에 대한 분해사시도, 도 4는 상기 도 2에 대한 단면도이다.

본 발명의 하부 공동형 콘크리트 복공판(A)은 크게 기대(2)와, 상기 기대(2) 내에 설치되는 종방향 및 횡방향 지지부재(4,6), 상기 종방향 및 횡방향 지지부재(4,6)의 상부에 설치되는 상판부재(8)와, 상기 상판부재(8)의 상부에 형성되는 콘크리트층(10)으로 구성된다.

이를 구체적으로 살펴보면,

상기 기대(2)는, 장방형으로 된 강판의 양측 장변을 상방으로 절곡시켜 측벽(22)이 형성되도록 하고, 내측에는 수용부(20)가 형성되도록 하여 대략 "∪"자 형상으로 이루어짐으로써 상부가 개방되고, 양측 단변도 개방된 상태의 박스(box)형상으로 이루어진다.

또한, 상기 측벽(22)의 상단은 내측으로 절곡시켜 단턱(222)을 형성시킴으로써 후술될 상판부재(8)가 결합된 후 이탈이 방지되도록 한다.

상기 측판(24)은 전술한 기대(2)의 양측 단변을 폐쇄하도록 설치되는 판재로써, 상기 기대(2)의 개구된 양측 단변에 용접 또는 볼트 체결과 같은 방법으로 고정되도록 설치된다.

상기 종방향 지지부재(4)는, 전술한 기대(2) 내의 양쪽 측벽(22)에 대응되게 설치되는 것으로, 대략 단면이 " ］"형상으로 형성되고, 단변의 끝단은 내측으로 절곡되어 소정의 단턱(42)이 형성된다.

또한, 상기 종방향 지지부재(4)는 그 개구된 부분이 마주보도록 배치되며, 상기 기대(2) 내부의 측벽(22)과 소정 거리로 이격되게 설치된다.

상기 횡방향 지지부재(6)는, 상기 종방향 지지부재(4)를 가로질러 설치되며, 대략 단면이 " ］"형상으로 형성되고, 그 높이는 상기 종방향 지지부재(4)보다 낮게 형성됨으로써 그 양단부는 두 개의 종방향 지지부재(4) 내에 삽입될 수 있도록 하고, 삽입된 양단부는 전술한 바와 같이 용접이나 볼트 체결 등으로 고정되도록 한다.

상기 횡방향 지지부재(6)의 단변 끝단에는 내측으로 절곡되어 소정의 단턱(62)이 각기 형성된다.

상기 횡방향 지지부재(6)는 후술될 상판부재(8) 및 콘크리트층(10)의 하중을 견뎌야 하므로 소정 간격으로 다수개로 설치되어야 한다.

상기 종방향 및 횡방향 지지부재(4,6)의 상부에는 상판부재(8)가 설치된다.

상기 상판부재(8)는, 종방향 지지부재(4)의 상부에 설치되되 양단부가 전술한 각각의 측판(24)에 지지되도록 설치되며 일정간격으로 이격되어 설치된 복수개의 장부재(82)과; 상기 장부재(82) 사이에 설치되는 다수개의 단부재(84)로 구성된다.

상기 장부재(82)는 단면이 대략 "∪"형상인 소정 길이를 갖는 형강으로써, 양쪽 수직벽의 끝단이 내측으로 절곡되어 소정의 단턱이 형성된 것으로, 양측의 종방향 지지부재(4)의 상부에 설치되고, 상기 횡방향 지지부재(6)의 중심부의 상부에 설치되며, 그 양단부가 전술한 기대의 단변측 측판(24)에 각기 고정 설치된다.

즉, 상기 장부재(82)의 양단부는 전술한 바와 같이 용접이나 볼트 체결 등으로 고정된다.

상기 단부재(84)는 전술한 장부재(82)와 동일한 형상이나 그 크기가 약간 작은 소정 길이의 형강으로써, 상기 장부재(82)와 장부재(82) 사이에 개재되어 연결된다.

따라서, 상기 단부재(84)의 양단부는 전술한 기대(2)의 단변측 측판(24)과는 접촉되지 않고 소정의 틈새(100)가 형성될 수 있으며, 상기 틈새(100)를 통해 콘크리트를 기대(2)의 내부로 주입이 가능하게 된다.

상기 단부재(84)는 전술한 장부재(82)의 측면과 맞대어 진 후 용접이나 볼트 체결에 의해 설치된다.

상기 기대(2)의 장변측의 측벽(22)과 종방향 지지부재(4) 사이에 형성된 틈새(100)와, 상기 상판부재(8)의 단부재(84)와 기대(2)의 단변측의 양 측판(24) 사이에 형성된 틈새(100)를 통해 콘크리트를 주입하고, 양생시켜 콘크리트층(10)을 형성함으로써 전술한 모든 구성부품이 견고하게 고정될 수 있게 된다.

상기 콘크리트층(10)은 측판(24)의 외측과 종방향 지지부재(4) 사이의 틈새(100)와, 상기 상판부재(8)의 상부에 일정 두께로 형성된다.

여기서, 상기 콘크리트층(10)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 전술한 상판부재 (8)를 구성하는 장부재(82) 및 단부재(84)의 내부까지 완전히 매입되도록 형성됨으로써, 특히 상기 기대(2) 내에 매입된 종방향 지지부재(4)의 내측과 상판부재(8)의 하부에 소정의 빈공간(공동)이 형성된다.

전술한 종방향 및 횡방향 지지부재, 장부재, 단부재는 채널 또는 I-형강, H-형강 중 택일된 것을 사용한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 결합관계를 설명하면 다음과 같다.

상기 기대(2)를 설치한 후 그 내부에 복수개의 종방향 지지부재(4)가 삽입하되 각 종방향 지지부재(4)는 그 개구부가 서로 마주보도록 설치된다.

이후, 상기 종방향 지지부재(4)의 내측에 횡방향 지지부재(6)를 다수개로 삽입 설치한다.

이후, 상기 종방향 및 횡방향 지지부재(4,6)의 상부에 상판부재(8)를 설치하게 되는데, 상기 상판부재(8)를 구성하는 장부재(82)와 단부재(84)의 조합은 앞서 이미 설명한 바 있으므로 더이상의 설명은 생략하기로 한다.

이후, 상기 기대(2)의 상부로부터 콘크리트를 타설하면, 단부재(84)의 주위에 형성된 틈새(100)를 통해 종방향 지지부재(4)와 기대(2)의 장변측 측벽(22) 사이와, 최외측의 횡방향 지지부재(6)와 기대(2)의 단변측 측판(24) 사이에 콘크리트가 주입되고, 상기 상판부재(8)의 상부에도 소정 두께로 형성됨으로써 전술한 구성부재들의 결합력이 극대화될 수 있고, 특히 콘크리트 타설에 필요한 거푸집의 역할을 전술한 기대(2)와 종방향 및 횡방향 지지부재(4,6)가 수행하게 되므로 별도의 거푸집을 설치할 필요가 없게 된다.

이하에서는 본 발명에 적용되는 강성계수와 각 구성부재에 걸리는 최대응력을 산출에 대해 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 복공판의 설계기준은 복공판 자체 중량에 의한 사하중과 원동기나 자동차에 의한 하중인 활하중을 적용하여 모멘트와 강성계수를 구하여(이때 콘크리트와 철제 빔의 탄성계수는 각각 246,000kg/cm²와 2,000,000kg/cm²) 부재내 걸리는 최대응력을 산출하고 이를 콘크리트(270kg/cm²)와 철제 빔(2000kg/cm²)의 항복응력 등 설계기준값과 비교하여 설계안을 평가하였다.

첨부된 도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 복공판의 단면적에 대해 나타낸 도면으로써, 도 5a는 종방향 지지부재이고, 도 5b는 장부재, 도 5c는 기대, 도 5d는 콘크리트층을 나타낸 도면이다.

1) 종방향 지지부재의 단면적(A_A) =

(12.5)(0.23) + 2(5-0.23)0.23 + 2(2-0.23)0.23 = 5.883 ㎠

5.8832 ×2 = 11.77 ㎠

2) 장부재의 단면적(A_B) =

(100.16) + 2(5-0.16)0.16 + 2(2-0.16)0.16 = 3.738 ㎠

3.7389=33.64 ㎠

3) 기대의 단면적(A_C) =

(100×20) - (20-0.32)×(100-0.64) = 44.60 ㎠

4) 콘크리트층의 단면적(A_D) =

25(20-0.32) + {(100-0.64)-10} ×2.18 + 9×46.26 = 796.74 ㎠

첨부된 도 6은 본 발명에 따른 콘크리트 복공판의 중립축에 대해 나타낸 도면으로써, 도 6a는 종방향 지지부재이고, 도 6b는 장부재, 도 6c는 기대, 도 6d는 콘크리트층을 나타낸 도면이다.

1) 종방향 지지부재의 중립축(Y_A) =

7.18 + 6.25 = 13.43 cm

2) 장부재의 중립축(Y_B) =

2.18 + (5-1.69) = 5.49 cm

3) 기대의 중립축(Y_C) =

{(20/2)(20*100)-[((20-0.32)/2)*(100-0.64)]}/A_C

= (20000-19241.2)/44.6 = 17.01 cm

4) 콘크리트층의 중립축(Y_D) =

A₁= 184.20 ㎠ A₂= 184.20 ㎠ A₃= 184.20 ㎠ A₄= 184.20 ㎠

= 4.96 cm

1) 종방향 지지부재의 단면2차모멘트(I_A) =

2) 장부재의 단면2차모멘트(I_B) =

3) 기대의 단면2차모멘트(I_C) =

4) 콘크리트층의 단면2차모멘트(I_D) =

첨부된 도 8은 본 발명에 따른 콘크리트 복공판의 전체중립축에 대해 나타낸 도면으로써, 도 8a는 종방향 지지부재이고, 도 8b는 장부재, 도 8c는 기대, 도 8d는 콘크리트층을 나타낸 도면이다.

1) 종방향 지지부재의 전체중립축 (h = 8.44 cm)

∫_AydA = (13.43-h)*11.77 = 158.07-11.77h

2) 장부재의 전체중립축 (h = 8.44 cm)

∫_BydA = (5.49-h)*33.64 = 184.68 - 33.64h

3) 기대의 전체중립축 (h = 8.44 cm)

∫_CydA = (17.01-h)44.6 = 758.65 - 44.6h

4) 콘크리트층의 전체중립축 (h = 8.44 cm)

∫_DydA = (4.96-h)*796.74 = 3951.83 - 796.74h

◆ 본 발명의 전체중립축에 대한 단면2차모멘트는 다음과 같다.

◆ 본 발명의 사하중은 다음과 같다.

◆ 본 발명의 활하중은 다음과 같다.

◆ 본 발명의 모멘트는 다음과 같다.

◆ 본 발명의 전체강성은 다음과 같다.

= (2000*567.1)+(2000*418.8)+(2000*4586.1)+(246*29781.3)

= 18470200 [t*㎠]

◆ 본 발명의 각 부재에 걸리는 최대응력

위의 결과들을 종합해보면 다음의 표와 같다.

전체 중립축 [cm]	8.44
전체 강성 [ton*m²]	1620
최대굽힘응력(압축) [kg/cm²]	-149.3 < -270(콘크리트의 파괴강도)
최대굽힘응력(인장) [kg/cm²]	1655.2 < 2000(강재의 항복강도)
전체 강재중량 [kg]	166.0

상술한 바와 같이, 본 발명의 하부 공동형 콘크리트 복공판은 다음과 같은 효과가 발현된다.

첫째, 저렴한 콘크리트를 강재와 함께 사용함으로써 복공판의 제작원가를 낮출 수 있다.

둘째, 콘크리트를 제작할 때 거푸집을 따로 만들지 않아도 되고, 철근이 따로 필요없으므로 제작이 용이하다.

셋째, 콘크리트와 강재를 함께 사용함에 있어 상부에 압축력에 강한 콘크리트, 하부에 인장력에 강한 강재를 주로 배치하여 효율적인 배치가 되도록 함으로써 굽힘강성을 높일 수 있다.

넷째, 콘크리트층이 복공판의 내부를 감싸는 형태로 형성됨으로써 각 부재간 상,하부 사이의 전단결합력을 높일 수 있고, 또한 강재의 부식을 지연시킬 수 있다.

다섯째, 일반 도로의 아스팔트와 유사한 콘크리트 부분이 복개면으로 사용되므로 복공판 위를 주행하는 차량의 미끄러짐이 적어 사고를 방지할 수 있고, 운전자가 감각적, 심리적으로 안정감을 느낄 수 있다.

Claims

내측에 수용부를 가지며 상부가 개구되고, 양측 장변에 측벽이 형성된 기대와;

상기 기대의 양측 단변을 폐쇄하도록 설치되는 측판과;

상기 기대 내부의 양측벽과 소정 거리로 이격되어 설치되는 종방향 지지부재와;

상기 복수개의 종방향 지지부재를 가로질러 설치되는 횡방향 지지부재와;

상기 종방향 및 횡방향 지지부재의 상부에 설치되는 상판부재와;

상기 기대의 측벽과 종방향 지지부재 사이의 틈새와, 상기 기대의 측판과 횡방향 지지부재 사이의 틈새 및 상기 상판부재의 상부에 타설된 콘크리트층;

을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하부 공동형 콘크리트 복공판.
제1항에 있어서,

상기 상판부재는, 종방향 지지부재의 상부에 설치되되 양단부가 상기 측판에 지지되도록 설치되며 일정간격으로 이격되어 설치된 복수개의 장부재와; 상기 장부재 사이에 설치되는 다수개의 단부재;로 구성된 것을 특징으로 하는 하부 공동형 콘크리트 복공판.
제1항 또는 제2항에 있어서

상기 종방향 및 횡방향 지지부재, 장부재, 단부재는 내측에 수용부가 형성되도록 "∪"자 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 하부 공동형 콘크리트 복공판.
제3항에 있어서,

상기 종방향 및 횡방향 지지부재, 장부재, 단부재의 측벽 상단에는 내측으로 절곡된 단턱이 형성된 것을 특징으로 하는 하부 공동형 콘크리트 복공판.
제4항에 있어서,

상기 종방향 및 횡방향 지지부재, 장부재, 단부재는, 채널 또는 I-빔 또는 H-빔 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하부 공동형 콘크리트 복공판.