KR100720618B1 - 원통형 교량 제작 및 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초 장 대교를 건설하기 위하여 고안된 방법으로 교량의 고정 하중을 줄이고 인장력을 높이기 위해 외피를 탄소 섬유를 말아 원통 자체를 구조물로 이용 하며 전단력과 원통형태를 유지하기 위하여 타타늄 원형틀을 제작하여 일정한 간격으로 틀을 설치하며 틀과 틀 사이를 인장 보강바로 제작 별도의 인장보강을 하고 내부에 보조 원통을 제작하여 그위에 교량 판 설치를 도우며 교량판은 소재를 경량소제인 유리섬유 판 위에 아스팔트 코팅으로 끝나며 원통 주 소재는 유리섬유 탄소섬유 등을 이용 원통형으로 말아 소정의 두께까지 엑폭시 수지로 접착 완성되면 1단계 2단계 순으로 이음 없이 연속생산 밀어내기 공법으로 교량을 완성 하나의 일체 교를 제작 하는 방법으로 견고하며 통과 차량이 자연환경에 노출되지 않아 안전하고 튼튼한 교량을 제작하기 위함이다

1.탄소섬유.2,유리섬유 3.내피, 외피 4,원형 구조 틀 5,전개도 6,보강 파이프

Description

원통형 교량 제작 및 시공 방법{The Bridge by Using in Fabrication end Methoding for Fabrication on Instaliation}

1.원통형 교량 제작도

도 1-1은 내외 피 연속 롤 제작도,

도 1-2는 원통 교량 완성 단면도

도 1-3은 제작 순서 및 전개도

도 1-4는 전단 보강 링 입면도

2.원통형 교량 구조도

도 2-1은 교량 종단면도

도 2-2는 외부 구조 횡 단면도

도 2-3은 내부 구조 횡 단면도

3.원통형 교량 형태도

도 3-1은 이중 원통형 단면모양

도 3-2는 이중 종 장형 복층 교량

도 3-3은 이중 횡 장형 단층 교량

도 3-4는 1중 복층 교량

도 3-5는 다각형 모양

4.왕래 합병 원통형 교량 시공도

도 4-1은 교량 상부 평면도

도 4-2는 교량 측면도

도 4-3은 내측 교각 단면도

도 4-4는 외측 교각 단면도

도 4-5는 교량 횡단면도

도 4-6은 교량과 주 교각 접속 횡단면도

도 4-7은 보강 관 및 링 횡 전개도

도 4-8은 쐐기 배치 평면도

도 4-9는 쐐기 단면도

5 X자형 왕래 분리 원통형 교량 시공도

도 5-1은 교량 상부 평면도

도 5-2는 교량 측면도

도 5-3은 내주각 단면도

도 5-4는 외주각 단면도

도 5-5는 X자 교량 교차 부 이음도

6 왕래 분리 트러스 형 교량 시공도

도 6-1은 교량 상부 평면도

도 6-2는 교량 측면도

도 6-3은 내주각 단면도

도 6-4는 외주각 단면도

도 6-5는 상하 교량 트러스 연결 상세도

지금까지의 교량 기술을 살펴보면

원시의 돌다리 사이를 나무나 돌로 걸쳐놓은 거더 교를 시작으로 돌 소재의 아치교, 강재의 트러스교, 철근콘크리트의 거더교 나 PC교, 여러 개의 로프에 매달린 사장교, 두개의 로프에 매달린 현수교, 순으로 발전하여 오면서 그 지간도 길어지고 커지면서 1998년 최장인 지간 1991미터인 현수교가 일본의 아카시(明石) 해협에 건설되었다

그러나 사장교 나 현수교는 주 탑의 높이가 지간 길이에 비례해 주 탑을 높이 올리는데 한계가 있으며 케이불 단면의 굵기와 인장강도 보강 자중의 증가에 어려움이 많으며 바람에 상판이 흔들리고 진동에 약해 교량이 출렁이고 피로가 누적되어 추락하는 단점을 가지고 있으며 상판이 자연에 노출되어 눈이나 비, 바람에 이동물체가 직접적인 영향을 받아 안전사고에 위험이 많이 따른 다

또한 길이가 길어지면서 자중의 증가로 자중을 지탱하기위한 자중 단면적이 커지는 악순환이 발생 교량 천체 하중에서 이동 하중이 차지하는 비율이 교량 길이에 반비례(1.5키로 이상의 장 대교는 이동 하중이 차지하는 비율10%이하) 하므로 이것에 착안 자체 하중을 줄이고 보다 안전하고 보다 긴 교량을 실현함이 목적으로 본 교량 제작 방법 및 시공 형태를 구상하게 되었다

본 발명은 상기의 종래 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로 케이불 대신 고강도 고탄성 내구성 내화성 경량성 방수성 내식성 을 가진 탄소 섬유와 기타(티타늄 알미늄 유리섬유 아라미드 섬유등) 복합 재료를 조합 원통 형 으로 제작하며 원통형 자체를 구조재로 활용하고 원통 내부에 차량 이동 층을 두어 외기에 안전하고 이동 층의 단면을 단순하고 작게 만들어 자중을 줄이며 내부 보강을 통하여 우리가 지금까지 실현 불가능 했던 초 장대 교량을 건설하기 위함이다

1.탄소섬유 및 복합 소재 을 이용한 교량 제작도 순서

2.교량 구조도

3.도3에서와 같이 다양한 형태의 교량 모양과 형태를 만들 수 있다

4.도4 는 양단을 고정하고 중간 교각에 높이 조절 장치를 두어 교량을 상부로 밀어 올리면 일부분은 압축 과 힘 모멘트를 받으나 교량 전체에 인장력이 발생하여 처짐이나 전단 파괴 위험이 감소한다

5.도5와 같이 진입 쪽은 높이고 배출 쪽은 낮춘 일 방향 두개의 교량을 X 자로 배치하고 중앙에 접점을(도5-5) 고정하여 상부 쪽에는 인장력이 하부 쪽은 압축력이 작용하는 교량이 된다

6.도6은 도5와 같이 왕래 분리 제작 시공하나 상하 교량을 도4와 같이 수평으로 배열 상하 차선을 트러스 구조로 연결 하여 시공하는 방법이며 교량의 춤 높 이에 따라 더 긴 장대교가 가능하다

본 발명에 서 사용하고자 하는 구조는 원통형 pipe 구조로 재료는 탄소 섬유와 복합 재료를 혼합하여 재료를 나선형(도1-1)과 수평 겹침 형으로 말아 엑폭시 수지 계열로 접착 대형 단면을 만들며 단면 내 부위에 따라 인장보강 또는 압축 보강을 통하여 구조의 강성을 높이고 한 겹 파이프 또는 두 겹 파이프 단층 또는 다층 구조로 제작되며 교량의 길이 통행량 통과 하중에 따라 구조단면 모양 을 원형에서 타원형 또는 다각형 구조로 다양하게 형태(도3)를 바꾸어 생산이 가능하다

소재로는 탄소 섬유와 기타(유리 섬유.아라미드 섬유 등) 복합 섬유가 가능하며 탄소 섬유는 철에 비해 비중은 1/4이고 인장강도가 10배나(나노 섬유는100배) 강하고 탄성이 3배나 강하다는 사실에 착안 탄소 재질의 원통구조의 교량에 이동 하중이 관 내부로 통과하는(도면3) 방안을 검토한 결과 관 외부로 통과하는 하중보다 외력이 작아 충격 및 이동하중을 적게 받으며 부재에 걸리는 진동도 작아지는 것을 발견 하였고 양단을 강 절점으로 고정(도4)하고 중간 교각에 높이 조절을 통해 부재에 인장을 가하면 부재 전체에 휨 응력과 인장력이 발생 탄소 섬유의 특성상 압축 부재의 좌굴이나 전단 파과의 위험이 줄어들며 기존 공법보다 상당히 긴 장대교의 시공이 가능함이 본인의 모의실험에서 입증 되었다

또한 이러한 원리에 부가하여 부재를 상하행선을 분리 X자형(도5)으로 배열 두 부재의 중간을 결속하여주면 처짐이 감소하고 단일 교 보다 부재의 단면적의 축소와 공사비가 절감되며, 진행방향에 하향 경사를 주면 차량의 출발이나 주행 정지 시 부재의 처짐이나 진동이 잘 흡수되어 더 긴 장대교가 가능하다

[탄소 섬유 참고 자료]

1.1 탄소섬유쉬트 종류와 자료특성 (TONEN 사의 FORCA)

1.2 보강설계를 위한 설정조건

1.2.1 탄소섬유쉬트의 허용인장응력

1) 탄소섬유쉬트의 설계강도는 장기응력인 경우 인장강도의 1/3, 단기인 경우 2/3로 한다.

이상에서 본바와 같이 본 발명은 신기술 신소재를 접목 생산하므로 지금까지 꿈꾸지 못했던 장대교의 시공이 가능하며 기타 산업분야에서 빌딩과 빌딩사이를 연결하는 비상통로 도로위의 인도육교 하저나 해저터널 도수교 등 다양한 용도의 활용이 가능 하며 또한 유지 관리도 상당히 유리하며 구조 보강 필요 시 내부에서 쉽게 보강이 가능하며 관 내부로 상하수도관은 물론 가스 전기 통신 등 부설이 아주 쉽게 설치 가능하여 산업에 미치는 효과는 상당하리라 본 다 또한 탄소 섬유교가 아니라도 기존의 소재인 철이나 비철 기타 재질로 시공 하더라도 상기와 같은 원통형 방법으로 제작 시 기존의 강교(트러스나 아치교)나.PC 교 보다 상당히 긴 교량 건설이 가능하리라 본 다

Claims (4)

1. 유리섬유를 나선형으로 감은 파이프 형상의 유리섬유부 및 상기 유리섬유부의 외주면에 감긴 탄소섬유부를 포함하는 외피와, 상기 외피의 내주면에 삽입, 부착되며 서로 나란한 복수개의 탄소파이프가 발(blind) 형상으로 연결되어 전체적으로 파이프 형상을 이루는 보강구조틀과, 상기 보강구조틀의 내부에 삽입, 부착되며 상기 유리섬유부와 상기 탄소섬유부를 포함하는 내피를 포함하며, 원통파이프, 타원통파이프, 및 다각통파이프 중 어느 한 형상으로 형성되는 터널조립체;

   상기 터널조립체의 양단에 설치되어 지면으로부터 지지하는 주교각; 및

   상기 주교각 사이에 설치되어 상기 터널조립체를 지지하기 위한 보조교각

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 교량.
2. 제1항에 있어서,

   상기 터널조립체의 내부에는 차량이 통행하도록 평판 형상의 차량판이 구비되는 것을 특징으로 하는 교량.
3. 제1항에 있어서,

   상기 터널조립체는 서로 X자를 이루는 제1터널조립체와 제2터널조립체로 구성되며, 상기 제1터널조립체와 상기 제2터널조립체의 교차부는 서로 결속되는 것을 특징으로 하는 교량.
4. 교량을 설치하고자 하는 지면에 두 개의 주교각을 설치하고, 상기 두 개의 주교각 사이에 보조교각을 설치하는 단계;

   탄소 섬유를 나선형으로 감아 원통형, 타원통형, 및 다각통형 중 어느 한 형상의 외피를 제조하는 단계;

   탄소 섬유를 나선형으로 감아 상기 외피보다 직경이 작으면서 동일한 형상의 내피를 제조하는 단계;

   상기 외피의 내부에 상기 외피와 동일한 형상의 보강구조틀을 삽입하고, 상기 보강구조틀의 내부에 상기 내피를 삽입, 부착하여 터널조립체를 제조하는 단계;

   상기 주교각과 상기 보조교각에 상기 터널조립체를 얹는 단계; 및

   상기 터널조립체의 내부에 평판 형상의 차량판을 설치하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 교량 시공방법.

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