KR100655653B1 - 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법 - Google Patents

브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법 Download PDF

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미쯔이시 카즈시게
김용구
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Abstract

본 발명은 I형 강재와 상기 I형 강재의 하부플랜지 주변에 콘크리트가 결합되는 합성보로서 I형 강재의 하부플랜지 주변에 프리스트레스가 도입된 스트랜드가 배치되는 프리스트레스 합성보를 현장에서 제작하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프리스트레스 도입을 위하여 스트랜드정착구를 구비하는 임시 또는 영구 브라켓을 이용함으로써 현장에서 철골부재와 콘크리트의 결합작업이 이루어지도록 한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법에 관한 것이다.
본 발명은 I형 강재의 하부플랜지 주변에 프리스트레스가 도입된 스트랜드가 배치되는 프리스트레스 합성보를 현장에서 제작함에, 브라켓을 이용함으로써 현장에서 간편하게 장스팬의 프리스트레스 합성보를 제작할 수 있다는데 그 기술적 특징이 있다. 여기서 브라켓은 프리스트레스가 도입된 스트랜드의 배치를 위해 마련된 구성으로 현장제작과정에서 임시 사용되어 제작이 완료되면 제거되는 임시 브라켓이거나 영구히 프리스트레스 합성보와 결합되어 구속되는 영구 브라켓이다.
브라켓, 프리스트레스, 프리플렉스, 합성보, 스트랜드, 긴장

Description

브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법{Manufacturing method of Hybrid prestressed beam using a bracket in field}
도 1은 본 발명의 일실시예로서 임시 브라켓을 이용하여 프리텐션방식으로 제작되는 프리스트레스 합성보를 도시한 정면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 2는 도 1의 방법을 적용하여 완성된 다양한 형태의 프리스트레스 합성보의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예로서 영구 브라켓을 이용하여 포스트텐션방식으로 제작되는 프리스트레스 합성보를 도시한 정면도(a) 및 단면도(b)이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: I형 강재
10a: 하부플랜지 10b: 상부플랜지
10c: 쉬어커넥터 10d: 강재플레이트
20: 스트랜드 30: 콘크리트
100: 브라켓
110: 수직플레이트 110a: 스트랜드정착구
120: 보강리브
S: 슬래브
본 발명은 I형 강재와 상기 I형 강재의 하부플랜지 주변에 콘크리트가 결합되는 합성보로서 I형 강재의 하부플랜지 주변에 프리스트레스가 도입된 스트랜드가 배치되는 프리스트레스 합성보를 현장에서 제작하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프리스트레스 도입을 위하여 스트랜드정착구를 구비하는 임시 또는 영구 브라켓을 이용함으로써 현장에서 철골부재와 콘크리트의 결합작업이 이루어지도록 한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법에 관한 것이다.
건축물은 구축하는데 가장 보편적인 구조로는 철골구조, 철근콘크리트구조가 있다. 그러나, 이와 같은 구조는 규모면에서 대형화, 초고층화되고 기능면에서 복합화, 다양화되는 최근의 건축물에 그대로 적용하기는 곤란하다. 왜냐하면, 단독 재료의 특성상 구조적인 성능을 발휘하는데에는 한계가 있기 마련이며, 시공조건이나 경제적인 면을 고려할 때 오히려 불리할 수 있기 때문이다. 이에, 여러가지 재료를 결합하여 복합구조가 개발되고 있는 실정이며, 프리스트레스 합성보는 이러한 복합구조의 일례이다.
프리스트레스 합성보(hybrid prestressed beam)는 I형 강재와 콘크리트와 비접착 스트랜드(Unbonded PC Strand)를 적절히 조합하여 제작된 부재로서, I형 강재의 하부플랜지 부분에 미리 비접착 스트랜드(인장재)를 배치한 후 하부플랜지에 콘크리트를 타설 양생하고 이어 비접착 스트랜드를 긴장 정착하는 방법으로 제작된다. 이러한 프리스트레스 합성보는 통상 철골공장에서 제작된 I형 강재를 PC(프리캐스트 콘크리트)공장에서 비접착 스트랜드 및 콘크리트와 결합시켜 완성한다.
그러나, 이와 같은 프리스트레스 합성보를 현장에 적용하는 데에는 철골공장에서 PC공장으로 다시 현장으로 운반되는 과정이 수반되므로 상당한 물류비용이 공사비에 포함되는 바, 공사비 증대가 문제점으로 지적되었다.
한편, 장스팬 합성보의 경우에는 상당히 중량이므로 공장제작된 부재를 현장으로 운반하는데 어려움이 있는 바, 이를 해결하기 위해서 부재분할방법이 제안되었다. 부재분할방법은 보 부재를 일체로 제작하는 것이 아니라 소정의 길이로 분리 제작한 후 이를 현장에서 하나의 보 부재로 조립하는 방법이다. 이러한 부재분할방법은 분리된 부재간의 접합과정이 복잡해진다는 문제와 접합부의 구조적인 성능이 저하된다는 문제, 특히 진동하중에 의한 저항력이 크게 저하되는 문제를 내재하였다. 이에, 반도체 LCD공장 등 하이테크 프로젝트나 기타 혐진구조물(嫌振構造物) 및 에어로빅실 등 조화운동하중(造化運動荷重)에 의한 진동하자가 예상되는 장소에는 그 적용이 어려웠다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 임시 또는 영구 브라켓을 이용 프리스트레스 합성보를 현장에서 간편하게 제작할 수 있도록 하여 물류비용의 절감을 통한 공사비의 절감효과를 발휘하는 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 장스팬의 프리스트레스 합성보를 일체로 제작하여 부재간의 접합부를 없앰으로써 합성보의 구조적인 성능을 향상시키는 것은 물론 특히 진동제어가 중요한 구조물 구축시 유리하게 적용할 수 있는 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하고자 본 발명은 I형 강재와 상기 I형 강재의 하부플랜지 주변에 콘크리트가 결합되는 합성보로서 I형 강재의 하부플랜지 주변에 프리스트레스가 도입된 스트랜드가 배치되는 프리스트레스 합성보를 현장에서 제작함에,
I형 강재를 현장에 위치시키는 제1단계; 하부에 스트랜드정착구를 구비하는 브라켓을 준비하여 상기 스트랜드정착구가 상기 I형 강재의 하부플랜지 주변에 위치하도록 브라켓을 I형 강재에 임시로 고정 설치하는 제2단계; 상기 브라켓의 스트랜드정착구에 스트랜드를 설치하는 제3단계; 상기 스트랜드를 긴장 정착시키는 제4단계; 상기 스트랜드가 콘크리트에 매립되도록 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설하여 양생시키는 제5단계; 및, 상기 제2단계에서 설치된 브라켓을 제거하는 제6 단계;를 포함하여 구성되는 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 I형 강재와 상기 I형 강재의 하부플랜지 주변에 콘크리트가 결합되는 합성보로서 I형 강재의 하부플랜지 주변에 프리스트레스가 도입된 스트랜드가 배치되는 프리스트레스 합성보를 현장에서 제작함에,
I형 강재를 현장에 위치시키는 제1단계; 스트랜드정착구를 구비하는 브라켓을 준비하여 I형 강재의 하부플랜지 아래에 접합 설치하는 제2단계; 상기 브라켓의 스트랜드정착구에 스트랜드를 설치하는 제3단계; 상기 I형 강재의 하부플랜지 위로 소정의 두께만큼 콘크리트가 형성되도록 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설하여 양생시키는 제4단계; 및, 상기 제3단계에서 설치한 스트랜드를 긴장 정착시키는 제5단계;를 포함하여 구성되는 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법을 제공한다.
이하, 첨부한 도면과 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 I형 강재의 하부플랜지(10a) 주변에 프리스트레스가 도입된 스트랜드(20)가 배치되는 프리스트레스 합성보를 현장에서 제작함에, 브라켓(100)을 이용함으로써 현장에서 간편하게 장스팬의 프리스트레스 합성보를 제작할 수 있다는데 그 기술적 특징이 있다. 여기서 브라켓(100)은 프리스트레스가 도입된 스트랜드의 배치를 위해 마련된 구성으로 현장제작과정에서 임시 사용되어 제작이 완료되 면 제거되는 임시 브라켓이거나 영구히 프리스트레스 합성보와 결합되어 구속되는 영구 브라켓일 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 크게 임시 브라켓을 이용하는 경우와 영구 브라켓을 이용하는 경우 두가지로 구분할 수 있다.
1. 임시 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법
도 1은 본 발명의 일실시예로서 임시 브라켓을 이용하여 프리텐션방식으로 제작되는 프리스트레스 합성보를 도시한 정면도(a) 및 단면도(b)이고, 도 2는 도 1의 방법을 적용하여 완성된 다양한 형태의 프리스트레스 합성보의 단면도로서, 이를 참고하여 임시 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법을 설명한다. 본 실시예에서는 임시 브라켓(100)을 이용하는 경우로서 프리텐션방식에 의해서 제작되며, 스트랜드(20)가 콘크리트(30)에 매립되는 것을 특징으로 한다
(1)I형 강재(10)를 현장에 위치시키는 제1단계
철골공장에서 제작된 I형 강재(10)를 현장에 위치시킨다. 여기서 현장이라 함은 프리스트레스 합성보가 설치될 시공위치를 포함한다. 즉, 본 발명에 따르면 현장 주변의 합성보를 제작하기에 충분한 작업공간은 물론 I형 강재(10)가 이미 보 위치에 설치된 상태에서도 프리스트레스 합성보를 제작 완성할 수 있다는 것이다.
I형 강재(10)와 콘크리트(30)의 결합력을 증대시키기 위해 I형 강재(10)에는 쉬어커넥터(10c)를 접합시킬 수 있다. 상기 쉬어커넥터(10c)로는 통상적으로 적용되는 어떠한 것도 선택 가능하며, 도 1(b)에서는 스터드 블록을 채택하여 I형 강재 의 하부플랜지(10a)의 저면에 접합시킨 상태가 도시되어 있고, 도 2(a)에서는 스터드 볼트를 채택한 상태가 도시되어 있다.
(2)브라켓100)을 I형 강재(10)에 임시로 고정 설치하는 제2단계
하부에 스트랜드정착구(110a)를 구비하는 브라켓(100)을 준비하고 스트랜드정착구(110a)가 상기 I형 강재의 하부플랜지(10a) 주변에 위치하도록 브라켓(100)을 I형 강재(10)로 고정 설치한다. 스트랜드(20)의 배치상태는 다양하게 할 수 있는데, 도 1은 스트랜드(20)가 I형 강재의 하부플랜지(10a)를 사이에 두고 위 아래로 배치된 상태이고, 도 2(a)는 스트랜드(20)가 I형 강재의 하부플랜지(10a) 아래에 배치된 상태이며, 도 2(b)는 스트랜드(20)가 I형 강재의 하부플랜지(10a) 위에 배치된 상태이다. 이러한 배치상태는 프리스트레스 합성보의 규격, I형 강재의 규격 등을 고려하여 구조설계에 따라 결정된다.
도 1에서는 프리스트레스가 도입되는 스트랜드(20)를 배치하기 위한 임시 브라켓(100)이 설치된 상태가 도시되어 있는데, 상기 임시 브라켓(100)은 전체적으로 I형상의 철골부재로 이루어지면서 하부에 스트랜드정착구(110a)가 구비된 형태의 실시예로서, I형 강재(10)에 길이방향으로 볼트접합하여 고정 설치되어 있다. 도시한 바와 같이 스트랜드정착구(110a)는 I형 철골부재의 임시 브라켓의 하부플랜지 부분을 수직플레이트(110)로 형성시킨 후 상기 수직플레이트(110)에 형성되는데, 이때 수직플레이트(110)를 보강하기 위해 보강리브(120)가 더 접합된다. 이와 같은 I형상을 갖는 임시 브라켓(100)은 I형 강재(10)와 동일한 형상이므로 스트랜드 (20)의 긴장 정착을 균형있게 처리할 수 있게 하는 바, 프리스트레스를 균일하게 도입하는데 유리하게 작용한다.
(3)브라켓의 스트랜드정착구(110a)에 스트랜드(20)를 설치하는 제3단계
스트랜드(20)를 브라켓의 스트랜드정착구(110a)에 삽입 설치한다. 스트랜드(20)는 통상적으로 사용하는 PC콘크리트용의 긴장선이다. 다만, 본 발명에서는 비접착 PC 스트랜드로 한정되는 것은 아니다. 왜냐하면 후술하는 바와 같이 콘크리트(30)를 타설하기에 앞서 스트랜드(20)를 긴장 정착시기 때문이다.
(4)스트랜드(20)를 긴장 정착시키는 제4단계
스트랜드(20)를 긴장 정착시켜 프리스트레스를 도입한다.
(5)콘크리트(30)를 타설하여 양생시키는 제5단계
스트랜드(20)가 콘크리트(30)에 매립되도록 거푸집을 설치한 후 콘크리트(30)를 타설하여 양생시킨다. 콘크리트(30)의 부착력을 향상시키기 위해 도 2(a)에서와 같이 와이어메쉬(30a)를 설치할 수 있다. 또한, 도 2(b)에서와 같이 하부플랜지(10a)가 상부플랜지(10b)보다 확장된 I형 강재(10)를 채택하고 이러한 I형 강재의 하부플랜지(10a)에 보춤의 크기를 가지는 강재플레이트(10d)를 접합 설치한 후 콘크리트(30)를 타설하면 슬래브(S)와 함께 합성보를 동시에 완성할 수 있게 된다.
(6)브라켓을 제거하는 제6단계
콘크리트(30)가 양생되면 브라켓(100)을 제거한다. 이로써, 프리스트레스 합성보의 제작이 완료된다.
다만, 더욱 강화된 프리스트레스의 도입을 위해 프리플렉스 프리스트레스 합성보로 제작할 수 있는데, 이를 위해서는 상기 제3단계과 제4단계 사이에 I형 강재에 처짐변형을 유발하는 하중(P)을 재하는 단계가 더 포함되고 상기 제6단계에 상기 재하 하중을 제거하는 단계가 더 포함되어야 할 것이다. 즉, I형 강재에 미리 재하한 하중의 제거에 따라 1차 프리스트레스 압축응력을 도입하고, 스트랜드를 긴장 정착시켜 1차로 프리스트레스 압축응력을 도입함으로써 완전 프리스트레싱이 되도록 하는 것이다.
2. 영구 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법
도 3은 본 발명의 다른 실시예로서 영구 브라켓을 이용하여 포스트텐션방식으로 제작되는 프리스트레스 합성보를 도시한 정면도(a) 및 단면도(b)로서, 이를 참고하여 임시 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법을 설명한다. 본 실시예에서는 영구 브라켓(100)을 이용하는 경우로서 포스트텐션방식에 의해서 제작되며, 스트랜드(20)가 노출(콘크리트(30)에 비매립)되는 것을 특징으로 한다
(1)I형 강재(10)를 현장에 위치시키는 제1단계
(2)브라켓(100)을 I형 강재(10)에 고정 설치하는 제2단계
스트랜드정착구(110a)를 구비하는 브라켓(100)을 준비하여 I형 강재의 하부플랜지(10a) 아래에 접합 설치한다. 상기 브라켓(100)은 영구 브라켓으로 프리스트레스 합성보가 완성된 후에도 제거되지 않으므로 I형 강재(10)에 완전 접합되도록 용접접합하는 것이 바람직하다.
도 3에서 도시하고 있는 바와 같이 영구 브라켓(100)은 스트랜드정착구(110a)가 형성된 수직플레이트(110)와 상기 수직플레이트(110)를 보강하는 보강리브(120)로 구성된다. 프리스트레스가 도입된 스트랜드(20)는 인장보강이 요구되는 보의 중앙부에서 그 효과를 발휘하므로 보의 전체에 걸쳐 설치하지 않아도 무방한 바, 도 3(a)에서 도시하고 있는 바와 같이 I형 강재(10)의 단부에서 내들어간 위치에 설치될 수 있다.
(3)브라켓의 스트랜드정착구(110a)에 스트랜드(20)를 설치하는 제3단계
스트랜드(20)를 브라켓의 스트랜드정착구(110a)에 삽입 설치한다.
(4)콘크리트(30)를 타설 양생하는 제4단계
I형 강재의 하부플랜지(10a) 위로 소정의 두께만큼 콘크리트(30)가 형성되도록 거푸집을 설치한 후 콘크리트(30)를 타설하여 양생시킨다. 도 3에서는 I형 강 재의 하부플랜지(10a) 양 끝단에 ㄴ자형 강재 플레이트(10d)를 거푸집겸 구조재로 접합 설치한 후 콘크리트가 타설된 상태가 도시되어 있다.
(4)제3단계에서 설치한 스트랜드(20)를 긴장 정착시키는 제5단계
영구 브라켓을 이용하여 프리스트레스 합성보를 제작하는 경우에도 전술한 임시 브라켓을 이용하여 제작하는 경우와 마찬가지로 I형 강재에 하중을 재하하고 이를 제거하는 단계를 더 포함하여 프리플렉스 프리스트레스 합성보로 제작할 수 있음은 당연하다.
이상에서 본 발명은 기재된 실시예들에 의하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연한 것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 임시 또는 영구 브라켓을 이용하여 프리스트레스 합성보를 현장에서 간편하게 제작할 수 있게 되는 바, 물류비용의 절감을 통한 공사비의 절감효과를 발휘하게 된다.
또한, 본 발명은 장스팬의 프리스트레스 합성보를 일체로 제작하여 부재간의 접합부를 없앰으로써 합성보의 구조적인 성능을 향상시키는 것은 물론 특히 진동제어가 중요한 구조물 구축시 유리하게 적용할 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. I형 강재와 상기 I형 강재의 하부플랜지 주변에 콘크리트가 결합되는 합성보로서 I형 강재의 하부플랜지 주변에 프리스트레스가 도입된 스트랜드가 배치되는 프리스트레스 합성보를 현장에서 제작함에,
    I형 강재를 현장에 위치시키는 제1단계;
    하부에 스트랜드정착구를 구비하는 브라켓을 준비하여 상기 스트랜드정착구가 상기 I형 강재의 하부플랜지 주변에 위치하도록 브라켓을 I형 강재에 임시로 고정 설치하는 제2단계;
    상기 브라켓의 스트랜드정착구에 스트랜드를 설치하는 제3단계;
    상기 스트랜드를 긴장 정착시키는 제4단계;
    상기 스트랜드가 콘크리트에 매립되도록 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설하여 양생시키는 제5단계; 및,
    상기 제2단계에서 설치된 브라켓을 제거하는 제6단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법.
  2. 제1항에서,
    상기 제2단계는 상기 브라켓이 I형상의 철골부재로 제작되되 하부에 스트랜드정착구를 구비하는 것으로서, 상기 I형 강재에 길이방향으로 볼트접합하여 고정 설치되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 제3단계와 제4단계 사이에는 I형 강재에 처짐변형을 유발하는 하중(P)을 재하하는 단계가 더 포함되고,
    상기 제6단계에는 상기 재하 하중을 제거하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스 합성보의 현장제작방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
KR1020050006232A 2005-01-24 2005-01-24 브라켓을 이용한 프리스트레스 합성보의 현장제작방법 KR100655653B1 (ko)

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