KR100696646B1 - 조립식 가로보에 정착 및 지지된 긴장재에 의한 ps 콘크리트 합성거더 교량의 외부긴장 공법 - Google Patents

조립식 가로보에 정착 및 지지된 긴장재에 의한 ps 콘크리트 합성거더 교량의 외부긴장 공법 Download PDF

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    • E01D2101/285Composite prestressed concrete-metal

Abstract

본 공법은 조립식으로 건설되는 단순 또는 연속 PS 콘크리트 합성거더 교량에 외부긴장력을 도입하기 위한 것이다. 본 공법에서 외부긴장재의 정착구와 지지구는 가로보의 제작단계에서 조립식 가로보의 연결부 보강 강상자 고정된 상태에서 가로보에 매입된다. 정착단부 지점가로보에 도입된 외부긴장재의 압축력은 지압에 의해 거더로 전달되며, 외부긴장재의 절곡부인 중간가로보와 연속화된 내부 지점가로보에 도입된 연직력은 가로보와 거더 사이의 상대적으로 넓은 영역의 마찰력으로 거더에 전달된다. 본 공법은 넓은 작업공간의 확보로 바닥판이 포함된 합성거더와 연속화된 내부지점에서 외부긴장력의 도입이 가능하며, 사용 중의 손실된 긴장력을 보완 또는 보강을 위한 재긴장이 용이하다.
PS 콘크리트 거더, 조립식 가로보, 외부긴장, 거더 연속화, 마찰연결

Description

조립식 가로보에 정착 및 지지된 긴장재에 의한 PS 콘크리트 합성거더 교량의 외부긴장 공법 {External Prestressing Method of PS Concrete Composite Girder Bridge by Anchoring and Holding Tendon on Precast Cross-Beam}
[도 1] 일반적인 연속 PS 콘크리트 합성거더 교량의 사시도
[도 2] 본 공법에 의한 연속 PS 콘크리트 거더의 외부긴장재 배치도
[도 3] 본 공법의 정착단부에서 외부긴장재의 배치 상세도
[도 4] 본 공법의 연속된 내부지점에서 외부긴장재의 배치 상세도
[도 5] 본 공법의 정착단부 조립식 지점가로보와 구성요소
[도 6] 본 공법의 절곡부 조립식 중간가로보와 구성요소
[도 7] 본 공법의 연속 내부지점 조립식 지점가로보와 구성요소
[도 8] 외부긴장재의 정착구 또는 지지구가 고정된 조립식 가로보 연결부 보강 강상자
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10. 외부긴장재 정착구
11. 정착단부 조립식 지점가로보
12. 정착단부 조립식 지점가로보의 거더 연결부 보강 강상자
13. 정착단부 조립식 지점가로보의 가로보 연결부 보강 강상자
14. 외부긴장재 지지구
15. 조립식 중간가로보
16. 조립식 중간가로보의 거더 연결부 보강 강상자
17. 내부지점 조립식 지점가로보
18. 내부지점 조립식 지점가로보의 거더 연결부 보강 강상자
19. 내부지점 조립식 지점가로보의 가로보 연결부 보강 강상자
20. 외부긴장재
21. 단부보강 PS 콘크리트 거더 (국내출원 10-2004-0009282 또는 10-2004-0017706)
22. 보강철근
23. 거더-바닥판 일체화를 위한 수평전단 또는 전단마찰 보강철근
24. 용접 머리붙이 스터드
25. 볼팅 머리붙이 스터드 (국내출원 10-2003-0099610)
26. 볼팅 머리붙이 스터드 고정용 볼트
27. 볼트겸용 머리붙이 스터드 (국내출원 10-2004-0026479)
31. PS 콘크리트 거더 32. 현장타설 지점가로보
33. 현장타설 중간가로보 34. 교각
35. 현장타설 중간바닥판 36. 현장타설 지점바닥판
37. 교좌장치
긴장재(tendon)에 대한 방청기술의 향상과 사용 중인 PS(prestressed) 콘크리트 교량의 보강 및 단순 거더의 연속화 수단으로 외부긴장공법(external prestressing method)에 대한 수요가 빠른 속도로 증가하고 있다. PS 콘크리트 거더에 대한 외부긴장공법은 PS 콘크리트 거더 외부에 배치되는 긴장재의 정착구(anchorage)와 지지구(holding anchorage)의 설치방법에 의해 그 효율성이 결정된다. 또한 최근에는 신설되는 PS 콘크리트 교량에 추후 발생될 긴장력의 손실과 교량등급의 상향조정에 대비해서 외부긴장력의 도입을 위한 정착구와 지지구를 미리 설치하는 추세이다.
사용 중인 PS 콘크리트 거더 교량의 보강을 위해 외부긴장력을 도입하기 위한 가장 일반적인 방법으로는 구멍을 뚫은 PS 콘크리트 거더에 강재(steel) 정착장치를 앵커볼트 또는 강봉으로 고정(국내출원 10-2002-0040223, 10-2002-0058112, 20-2000-0020363, 20-2001-0004505, 20-2001-0035616)하는 것이다. 거더와 정착장치 사이의 마찰력을 증가시키기 위해 에폭시모탈이 접촉면에 삽입(국내출원 02-2002-0017224)되기도 하며, 가로보 또는 거더에 부착된 정착장치로 바닥판(slab)에 외부긴장이 도입(국내출원 20-2002-003689)하는 방법도 개발되었다. 그러나 앵커볼트 또는 강봉에 의한 PS 콘크리트 거더의 천공(punching)은 거더 자체에 손상을 준다. 이러한 문제를 해결하기 위해 단순 지지구를 아래 프랜지에 끼워 넣는 방법(국내출원 10-2003-0069030)으로 처짐이 클수록 보강효과를 높이기도 한다. 또한 신설되는 교량에 대해서는 PS 콘크리트 거더에 추후 외부긴장재의 도입을 위해 거더의 플랜지 하단부에 외부긴장재의 정착과 지지를 위한 강재 블록(국내출원 10-2001-0060681)을 일체로 타설하기도 하며, 정착구 및 지지구의 부착을 위한 상자형 강재 보강판을 PS 콘크리트 거더에 미리 설치(국내출원 10-2004-0009282, 10-2004-0017706)하기도 한다.
외부긴장공법은 PS 콘크리트 합성거더 교량의 기본적인 구조가 완성된 후 추가 긴장력의 도입과 단순 거더의 강재적인 연속화 그리고 사용 중에 손실된 긴장력의 보완과 보강을 위한 재긴장 등을 위해 그 중요성이 높아지고 있다. 그러나 이를 위해서는 정착구와 지지구에 도입된 긴장력이 안전하게 PS 콘크리트 거더로 전달될 수 있어야 한다. 본 공법은 기존의 연결 강상자로 보강된 조립식 가로보(국내출원 10-2004-0032551)에 외부긴장재의 정착구와 지지구를 설치하여 정착단부의 지압(bearing)에 의한 PS 콘크리트 거더에 외부긴장력의 도입과 절곡부의 연직력에 대한 마찰로 PS 콘크리트 합성거더 교량에 효율적이면서 안전한 방법으로 외부긴장력을 도입하기 위한 방법이다.
PS 콘크리트 거더에 도입되는 외부긴장력은 긴장력이 손실 보완과 거더의 보강 그리고 단순 거더의 연속화 등에 매우 중요하다. 그러나 기존의 일반적인 정착구와 지지구의 설치에는 PS 콘크리트 거더의 손상과 사용 중인 교량에 대한 시공과정의 어려움 등 많은 문제가 발생된다. 외부긴장재의 정착구와 지지구를 조립식 가로보의 연결부 보강 강상자에 고정한 본 공법은 기존의 교량에서 발생되는 다음의 문제들을 효율적으로 해결하기 위한 것이다.
1. 정착구와 지지구를 고정하기 위한 천공작업으로 발생하는 거더의 손상방지
2. 정착구와 지지구에 도입된 외부긴장력의 PS 콘크리트 거더로 안전한 전달
3. 외부긴장력을 도입하기 위한 작업공간의 확보
4. 거더와 바닥판의 합성단면에 대한 외부긴장력의 도입
5. 내부지점에서 연속화된 연결부의 연속성 확보
일반적으로 거더(31)와 가로보(32,33)의 격자형 구조로 된 연속 PS 콘크리트 합성거더 교량은 도 1의 구조로 구성된다. 본 공법은 내부긴장재의 정착단부가 강상자(steel box)로 보강된 PS 콘크리트 거더(21)(국내출원 10-2004-0009282 또는 10-2004-0017706)와 연결부 보강 강상자가 설치된 조립식 가로보(11,15,17)(국내출원 10-2004-0032551)가 사용된 교량에 도 2와 같이 외부긴장력을 도입하기 위한 것이다. 본 공법에서 외부긴장재의 정착구와 지지구는 조립식 가로보의 연결부 보강 강상자에 고정된다.
도 2의 정착단부와 연속지점에 대한 상세도는 각각 도 3 그리고 도 4와 같다. 도 3의 외부긴장재(20) 정착구(10)는 도 5와 같이 정착단부 지점가로보(11)의 제작단계에서 지점가로보의 연결부 보강 강상자(12)에 미리 고정된다. 정착단부 지점가로보(11)는 도 3과 같이 거더(21)를 가로질러 설치되기 때문에 도입된 외부긴장력은 단부 지압력(end bearing force)으로 거더에 전달된다. 외부긴장재(20)의 지지구(14)는 도 6과 같이 절곡부에 설치되는 중간가로보(15)의 연결부 강상자(16)에 고정되거나, 도 7과 같이 연속화된 내부지점에 거더를 가로질러 설치되는 지점가로보(17)의 연결부 강상자(18)에 고정되어 가로보에 매입된다.
외부긴장재(20)의 지지구(14)는 교축방향에 대해 연직방향으로 포물선을 유지하도록 하여 가로보에는 연직방향의 등분포 하중이 작용하도록 한다. 조립식 가로보의 연결부 보강 강상자(12,16,18)에 고정된 외부긴장재(20)의 정착구(10)와 지지구(14)는 위치에 따라 도 8과 같으며, 단순 또는 연속된 전체 경간에 대해 외부긴장재의 기울기는 연속이다.
연결부가 강상자에 의해 보강된 조립식 가로보에 외부긴장재의 정착구와 지지구가 고정된 본 공법의 외부긴장공법의 사용은 다음의 효과를 기대할 수 있다.
1. 정착구와 지지구를 고정하기 위한 천공작업이 필요하지 않기 때문에 거더에 손상을 주지 않는다.
2. 외부긴장재의 축방향력은 지점가로보와 거더 단부의 연결부에서 지압에 의해 전달되므로 정착구와 거더 사이에 전단력이 발생되지 않는다.
3. 외부긴장재의 방향이 변하는 절곡부에서 중간가로보의 연결부 보강 강상자에 포물선 형태로 고정된 지지구는 가로보의 연결부에 연직방향 등분포하중을 발생시키고, 가로보와 거더 사이의 상대적으로 넓은 영역의 마찰로 가로보의 연직력은 거더로 안전하게 전달될 수 있다.
4. 연속화된 내부지점의 지점가로보에 지지구의 설치로 연속 PS 콘크리트 거더의 내부지점 부근의 부모멘트 구간에 긴장력의 도입이 가능하며, 연속화된 내부지점의 연속성을 강제적으로 제어할 수 있다.
5. 거더 사이의 가로보에 외부긴장재가 정착 및 지지되므로 넓은 작업공간을 확보할 수 있다.
6. 바닥판이 타설된 이후의 합성단면에 대한 긴장력의 도입이 가능하므로 사용 중에 보강의 목적으로 외부긴장력이 도입되는 경우에 바닥판의 철거와 교통량의 통제 등의 제한 없이 바로 외부긴장력을 도입할 수 있다.

Claims (1)

  1. 교각(34)의 교좌장치(37)에 각각 거치되는 정착단부 조립식 지점가로보(11)와 내부지점 조립식 가로보(17) 및 상기 조립식 지점가로보(11, 17)의 사이에 배치되는 조립식 중간가로보(15)를 구비하는 단부보강 PS 콘크리트 거더(21)로 이루어지는 단순 또는 연속 PS 콘크리트 합성거더 교량에 외부긴장력을 도입하기 위한 공법으로서,
    1) PS 콘크리트 거더(31)에 연결되는 상기 정착단부 조립식 지점가로보(11)의 거더 연결부 보강 강상자(12)에 외부긴장재(20)가 정착되는 정착구(10)를 고정하는 단계;
    2) 상기 교각(34)에 길이방향으로 나란히 놓여진 상기 PS 콘크리트 거더(31)들을 연결하는 상기 조립식 중간가로보(15)의 거더 연결부 보강 강상자(16)와, 상기 PS 콘크리트 거더(31)에 연결되는 상기 내부지점 조립식 가로보(17)의 거더 연결부 보강 강상자(18) 각각에 상기 외부긴장재(20)의 방향 변화를 위한 지지구(14)가 교축방향에 대해 연직방향으로 포물선 형태를 유지하도록 고정하는 단계; 및
    3) 상기 외부긴장재(20)를 상기 정착구(10)에 정착시키고, 상기 지지구(14)를 통과시킨 후 외부 긴장력을 도입하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 PS 콘크리트 합성거더 교량의 외부긴장 공법.
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