KR100704304B1 - 장스팬 파형강판구조물용 변형억제 앵커설치방법 - Google Patents
장스팬 파형강판구조물용 변형억제 앵커설치방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 성토하중에 의하여 파형강판구조물의 압축 및 인장변형이 발생하는 부위에 앵커정착부를 설치하고, 상기 앵커정착부에 일측 단부가 연결된 앵커를 성토재에 방사형으로 뻗어 설치되도록 하고, 상기 앵커의 타측 단부는 파형강판구조물로부터 이격되어 성토재에 매립되는 반원형고정판에 고정되도록 하되 상기 반원형고정판)은 성토다짐방향으로 세워져 설치하는 장스팬 파형강판구조물용 변형억제 앵커설치방법에 관한 것이다.
파형강판, 앵커
Description
도 1a 및 도 1b는 종래의 파형강판 구조물의 설치예 및 하중분포도를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 장스팬 파형강판 구조물용 앵커의 설치예를 도시한 것이며, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 앵커시스템의 실시예를 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:장스팬 파형강판 구조물 200:성토재
300:앵커시스템 310:앵커정착부
320:앵커 330:반달형고정판
본 발명은 장스팬 파형강판구조물용 변형억제 앵커설치방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 암거, 수로, 지하공동구, 사이로, 지하통로 및 터널 등의 시공에 사용되는 파형강판구조물을 길이방향으로 스팬이 길게 형성되도록 하여 설치하는 장스팬 파형강판구조물 설치방법에 관한 것이다.
종래의 파형강판은 2.7 mm ~ 7 mm 두께의 일반 강판에 강성을 증가시키고자 파형을 줌으로써 일반강판에 비해 강성도가 11~ 30배 증가됨이 알려져 있으며, 이로서 파형강판을 이용하여 시공되는 파형강판 구조물은 현장 조립 시공성(볼트 및 너트연결), 빠른 설계 및 시공 속도, 상대적인 친환경적 특성 및 경제성이 뛰어나다는 장점 때문에, 국내에서도 소 교량, 고속도로나 철도를 횡단하는 지하통로 및 수로에 주로 많이 이용되고 있을 뿐만 아니라, 골재 사이로, 수조, 호안용 셀, 집수정, 개착식 터널, 지하공동구, 생태계 이동로 분야 등 다양한 형태로 적용되었음을 알 수 있다.
이러한 파형강판 구조물은 기본단면인 원형(Ronnd)단면에서, 통수능력을 향상시킨 파이프 아치(Pipe-Arch)형, 타원형, 언더패스(Underpass)형, 아치(Arch)형, 높은 아치(High-Profile Arch)형, 낮은(Low-Profile Arch)형, 피어 아치(Pear Arch)형, 박스-컬버트(Box-Culvert)형 등 용도 및 현장 여건을 고려한 다양한 시공 형태가 있으며, 또한, 폐단면 형태의 구조물(암거형태)이 약 55% 정도로 개단면에 비해 다소 많은 실정에 있다.
도 1a는 파형강판 구조물(10)의 다양한 시공형태 중 아치형 단면 형태를 가진 지하통로로 시공된 경우를 도시한 것인데, 파형강판(11)이 길이방향 및 횡방향으로 다수 조립되어 아치형으로 완성되어 T형 헌치부(12) 위에 설치되며, 파형강판(11) 주면에 성토(13) 및 다짐 작업을 통해 파형강판 구조물(10)이 지중매설 구조물로서 이용되고 있음을 알 수 있다.
이때 본 발명과 관련된 장스팬 파형강판 구조물은 통상 파형강판 구조물의 스팬(지간)이 최소 8 m ~ 14 m 이상인 것을 의미하며, 고속도로와 철도 교량의 증가에 따라 그 사용량이 증가하고 있는 추세에 있다.
장스팬 파형강판 구조물도 통상의 파형강판 구조물과 같이 여러 단면 형상을 가지게 되며, 설계 시 일반 파형강판 구조물의 경우 축력만을 고려하는 링-압축법을 사용하는 반면, 축력 외에 장스팬에 따른 휨 모멘트를 함께 고려하는 링-압축법이 이용되고 있다.
Duncan과 같은 여러 연구자들에 의하면, 장스팬 파형강판 구조물의 휨 모멘트는 설계 시 파형강판 구조물의 지간, 곡률반경, 천단고를 고려하여 결정하도록 하고 있으며, 파형강판 구조물의 시공에 영향을 미치는 것으로 알려진 다짐특성, 성토재의 공학적 특성, 지반 강성도, 상재하중, 부력 등의 영향 정도를 분석하여 장스팬 파형강판 구조물에 적용할 수 있도록 하고 있다.
특히, 장스팬 파형강판 구조물은 사용 재료가 강재로서 강성일지라도 구조적으로 매우 유연하기 때문에, 연성 형태의 지중 매설구조물의 거동특성을 나타내어, 외적 하중의 상당 부분을 주변 뒤채움 흙과의 상호작용에 의지한다. 즉, 양질의 뒤채움 흙 및 다짐은 주변 토체의 수동저항능력의 발현을 극대화시킴으로써 장스팬 파형강판 구조물의 안정성에 직접적으로 영향을 미치는 중요 영향인자라 할 수 있다.
실험에 의하면 다짐 시, 장스팬 파형강판 구조물의 변형특성은 도 1b와 같이 지간 감소 유발, 헌치 접합부로부터 1/4 지점의 휨 변곡점(T) 발생(즉, 파형강판에 압축 및 인장변형이 발생하게 되며, 이로서 구조물 주변에 도 압축 및 인장변형을 발생시키는 요인이 된다.), 천단부(A) 솟음 발생 등을 보이고 있으며, 분석 결과를 종합해 보면, 양질의 성토재의 사용, 다짐시공은 불도우져, 로더, 트록, 핸드롤러, 진동롤러 등의 일반적인 다짐장비 사용하되 양측벽부에서 동일한 성토높이를 유지하고, 95%이상의 다짐관리가 필요하며, 특히 파형강판 구조물 변형의 대칭적 변형을 유도하여야 한다는 점을 함께 보여주고 있다.
이로서 장스팬 파형강판 구조물은 최대 입경 80mm, 세립분 함유량의 경우 10% 미만의 조립토인 다짐 재료를 이용하되, 천단부 변형의 경우 파형강판 구조물만의 천단고의 5% 이내로 하며, 다짐밀도를 95% 이상으로 해야 하는 등의 매우 높은 수준의 시공 및 품질관리를 요구하게 되었고, 이는 역설적으로 장스팬 파형강판 구조물의 사용을 방해하는 요인으로 작용할 수 있다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 목적은 장스팬 파형강판 구조물의 변형특성을 고려하여 보다 시공 및 품질관리가 용이한 장스팬 파형강판 구조물 시공방법을 제공하는 것이라 할 수 있다.
본 발명은 상기 기술적과제를 달성하기 위하여,
원형 또는 아치형상을 포함하는 장스팬 파형강판구조물(100) 주위에 성토 및 다짐을 하여 파형강판구조물을 길이방향으로 연장 설치함에 있어서,
상기 성토하중에 의하여 파형강판구조물의 압축 및 인장변형이 발생하는 부위에 앵커정착부(310)를 설치하고,
상기 앵커정착부에 일측 단부가 연결된 앵커(320)를 성토재(200)에 방사형으로 뻗어 설치되도록 하고,
상기 앵커의 타측 단부는 파형강판구조물(100)로부터 이격되어 성토재(200)에 매립되는 반원형고정판(330)에 고정되도록 하되 상기 반원형고정판(330)은 성토다짐방향으로 세워져 설치되도록 하였다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 장스팬 파형강판구조물용 앵커설치방법의 작용에 대하여 상세하게 설명하기로 하며 설명의 편의상 상기 앵커정착부(310), 앵커(320) 및 반원형고정판(330)을 앵커시스템(300)이라 한다.
도 2a는 본 발명의 앵커시스템(300)이 변형특성이 표현된 장스팬 파형강판구조물(100)에 설치된 상태를 도시한 것이며, 도 2b는 본 발명의 앵커시스템(300)을 도시한 것이다.
장스팬 파형강판구조물(100)은 현장에서 길이방향으로 일정한 단면 형상을 유지하도록 볼트 및 너트로 다수의 파형강판이 조립됨으로서 시공되는데 도 2a의 경우 아치형 단형 형상의 장스팬 파형강판구조물이 소개되어 있다.
이러한 장스팬 파형강판구조물(100) 주변에는 통상 다양한 다짐방법 및 다짐재료에 의하여 성토되면서 다짐작업이 이루어지게 되는데, 이로서 장스팬 파형강판구조물(100)은 변곡점(T)을 기준으로 압축 및 인장변형이 일어나게 되며 이로서 주변 성토재(200)에도 인장 및 압축변형을 가해지게 된다.
본 발명은 이러한 주변 성토재(200)에 가해지는 인장 및 압축변형을 앵커시스템(300)을 이용하여, 주변 성토재에 확장 분담시켜 주변 장스팬 파형강판구조물 의 구조적 안정성을 확보하도록 하는 것이라 할 수 있다.
이는 먼저, 장스팬 파형강판구조물(100)의 압축 및 인장변형이 발생되는 부위에, 앵커시스템(300)의 일 단부를 연결시킨 상태에서 타 단부를 주변 성토재(200)에 고정시키되 상기 앵커시스템(300)을 장스팬 파형강판구조물(100)의 주변 성토재에 방사형으로 설치함으로서,
결국, 성토재(200)에 발생하는 장스팬 파형강판구조물의 인장 및 압축변형이 앵커시스템(300, 아칭효과 및 수동저항 발현)을 통해 성토재(200) 주변지반으로 분담 지지되도록 하여 구조적으로 보다 안정성을 확보할 수 있도록 하면서,
이러한 구조적 안정성이 확보됨에 따라 성토 및 다짐에 대한 높은 시공관리 및 품질관리의 정도에 여유를 줌으로서 장스팬 파형강판구조물의 보다 용이한 사용이 가능하도록 할 수 있도록 하였다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 장스팬 파형강판구조물용 앵커시스템(300)의 실시예를 살펴보도록 한다.
상기 앵커시스템(300)은 앵커정착부(310), 앵커(320) 및 반원형고정판(330)을 포함하여 구성되며 도 2b 및 도 2c를 기준으로 살펴본다.
앵커정착부(310)는 장스팬 파형강판구조물(100)의 상면에 부착되어 후술되는 앵커(320)의 일측단부가 연결되는 연결구 역할을 하는 부재이다.
이에 상기 앵커정착부(310)는 장스팬 파형강판구조물(100) 상면에 체결된 사각판재 형태의 받침판(311)으로부터 돌출되며, 관통홀(312)이 형성된 연결판(313); 및 상기 연결판(313)이 삽입되는 Y형 연결부(321)의 일측으로부터 연결판(313)의 관통홀(312)을 관통함과 더불어 상기 Y형 연결부(321)의 타측에서 체결되는 연결볼트(314a) 및 너트(314b)를 포함하는 연결구(314);로 구성되도록 하였다.
상기 받침판(311) 및 연결판(313)은 전체적으로 T자형으로 제작되며 강재를 가공하여 제작할 수 있다.
받침판(311)은 강판으로 제작하여 장스팬 파형강판구조물(100) 표면에 볼트 및 너트를 포함하는 통상적인 체결구를 이용하여 설치하게 된다. 이러한 받침판(311)의 설치 위치는 장스팬 파형강판구조물(100)의 변형특성을 고려한 압축 또는 인장변형이 최대로 발생하는 부위가 될 것이다.
상기 받침판(311)의 개략 중앙부에는 관통홀(312)이 형성된 연결판(313)이 돌출되어 형성된다.
이때 연결판(313)은 받침판(311)과 일체로 제작하는 것이 바람직하며, 연결판(313)도 역시 강판을 가공하여 형성될 수 있도록 하되 관통홀(312)이 형성되도록 한다.
상기 받침판(311) 및 연결판(313)으로 구성된 앵커정착부(310)에는 본 발명의 앵커(320)의 일측 단부가 연결된다.
앵커(320)는 강봉 형태의 부재가 이용될 수 있으며, 성토재(200) 내부에서 부식되지 않도록 표면 처리됨이 바람직하다.
상기 앵커(320)의 일측 단부에는 앵커정착부(310)와의 연결을 위하여 Y형 연결부(321)가 설치된다. 이로서 앵커정착부(310)의 연결판(313)이 Y형 연결부(321) 사이에 삽입되어 체결될 수 있도록 한다.
즉 Y형 연결부(321)에 삽입된 연결판(313)은 연결볼트(314a) 및 너트(314b)에 서로 체결되며, 이로서 성토재를 성토 시공 높이에 따라 다짐하면서 용이하게 앵커(320)를 장스팬 파형강판구조물(100)에 설치할 수 있게 된다.
이에 상기 연결볼트(314a)는 Y형 연결부(321) 일측에 미리 형성된 볼트공에 삽입되어 연결판(313)의 관통홀(312)을 관통한 후 Y형 연결부(321) 타측의 볼트공으로 연장되어 너트(314b)에 의하여 체결되게 된다.
통상 앵커(320)의 길이는 1~2m의 소형 앵커를 사용하게 되며, 그 연장된 길이부가 장스팬 파형강판구조물(100) 상면으로부터 성토재(200)에 방사형으로 뻗어 설치되도록 한다.
상기 앵커(320)의 타측단부를 고정시키는 역할을 하는 것이 상기 반원형고정판(330)이다.
이때, 중요한 점은 상기 반원형고정판(330)의 설치방향이라 할 수 있다.
즉 본 발명의 반원형고정판(330)은 개략 높이 및 폭이 15㎝~50㎝로 제작된 것을 성토재(200) 다짐방향에 대응하여 거의 상기 다짐방향과 일치되도록 설치한다. 이는 판재 형태의 반원형고정판(330)의 설치에 의하여 비교적 공간이 작은 성토재의 다짐작업에 방해가 되지 않도록 하기 위함이다.
이에 그 형상도 반원형으로 하여 곡률부가 상방을 향하도록 설치함으로서 후속 다짐공정에 불편함이 없도록 하였으며, 반원형고정판(330)에는 역시 관통홀(331)이 형성되어있어 앵커(320)의 타측 단부가 관통되면서, 반원형고정판(330)의 후면에서 너트(332)에 의하여 고정될 수 있도록 한다.
본 발명의 장스팬 파형강판구조물에 사용되는 앵커시스템에 의하여 앵커가 파형강판구조물에 발생되는 인장 및 압축변형을 주변 성토재에 분담시킴으로서 구조적으로 보다 안정적인 장스팬 파형강판구조물 설치가 가능하게 되어, 종래 장스팬 파형강판구조물에 요구되어온 성토재의 선정 및 다짐에 필요한 까다로운 시공관리 및 품질관리에 대한 노력을 절감할 수 있게 되어 장스팬 파형강판구조물의 사용성을 크게 확장시킬 수 있게 된다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
Claims (3)
- 원형 또는 아치형상을 포함하는 장스팬 파형강판구조물 주위에 성토 및 다짐을 하여 파형강판구조물을 길이방향으로 연장 설치함에 있어서,상기 성토하중에 의하여 파형강판구조물의 압축 및 인장변형이 발생하는 부위에 앵커정착부를 설치하고,상기 앵커정착부에 일측 단부가 연결된 앵커를 성토재에 방사형으로 뻗어 설치되도록 하고,상기 앵커의 타측 단부는 파형강판구조물로부터 이격되어 성토재에 매립되는 반원형고정판에 고정되도록 하되 상기 반원형고정판은 성토다짐방향으로 세워져 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 장스팬 파형강판구조물용 변형억제 앵커설치방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 앵커정착부는파형강판구조물 상면에 체결된 받침판으로부터 돌출되며 관통홀이 형성된 연결판; 및 상기 연결판이 삽입되는 Y형 연결부의 일측으로부터 연결판의 관통홀을 관통함과 더불어 상기 Y형 연결부의 타측에서 체결되는 연결볼트 및 너트를 포함하는 연결구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장스팬 파형강판구조물용 변형억제 앵커설치방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 앵커의 타측단부는 반원형 고정판에 형성된 관통홀을 관통하여 상기 반원형 고정판 후면에서 너트로 체결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 장스팬 파형강판구조물용 변형억제 앵커설치방법.
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