KR100756517B1 - 중공합성교각 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량의 교각 기둥에서의 전단연결재가 전단연결재 본연의 역할 뿐만 아니라 기둥부 심부구속철근의 역할을 동시에 수행하여 중공합성교각의 삽입 강관과 철근콘크리트의 완전 합성거동에 유리한 구조를 가지도록 하는 한편, 삽입 강관의 수직도 조정이 손쉽게 이루어질 수 있는 중공합성기둥의 구조를 개선함으로써 부실시공의 우려를 해소함과 아울러 교각 및 전체 구조물의 품질을 높일 수 있도록 하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 내부에 속이 빈 중공부를 갖는 콘크리트체와; 상기 콘크리트체에 축방향으로 배근되는 축방향주철근과; 상기 콘크리트체에 횡방향으로 배근되는 심부구속철근과; 상기 콘크리트체의 중공부 내측에 상기 콘크리트체와 일체를 이루도록 설치되는 강관과; 상기 콘크리트체를 구속하여 강관과 콘크리트체가 합성거동하도록 상기 강관 외주면상에 구비되는 전단연결재;를 포함하는 중공합성교각이 제공된다.

중공, 합성, 교각, L형, 전단연결재, 강관, 수평, 조절

Description

중공합성교각{hollow type composite pier}

도 1a 내지 도 1d는 중공합성교각 설계 개념도로서,

도 1a는 중공합성교각 단면도

도 1b는 중공합성교각 개요도

도 1c는 중공합성교각 자유물체도

도 1d는 중공합성교각 응력도

도 2a 및 도 2b 기존의 전단 연결재를 나타낸 것으로서,

도 2a는 스터드형 전단연결재 설치상태를 나타낸 사시도

도 2b는 십자형 전단연결재를 설치 상태를 나타낸 사시도

도 3a 및 도 3b는 심부구속 철근의 중요성을 보여주는 지진 피해 사진을 나타낸 것이고, 도 3c는 심부구속 철근 설치 상태를 예시한 것으로서,

도 3a는 노스리지 지진에서의 교각 피해 사진

도 3b는 고베 지진에서의 교각 피해 사진

도 3c는 도로교 시방기준에 의한 심부구속 철근 배근 예를 나타낸 도면

도 4는 강관의 수직도 누적오차를 설명하는 참고도

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 중공합성교각 횡단면도

도 5b는 도 5a의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 종단면도

도 5c는 본 발명에 따른 중공합성교각의 투시도

도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 강관 정면도

도 6b는 도 6a의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 횡단면도

도 6c는 도 6a의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 횡단면도

도 7a는 본 발명의 강관 받침장치 설치 상태를 나타낸 사시도

도 7b는 본 발명의 강관 받침장치 설치 상태를 나타낸 정면도

도 7c는 도 7a의 A부 확대도

도 7d는 도 7c의 "가"방향에서 바라본 정면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1:콘크리트체 2:축방향주철근

3:원형띠철근 4:강관

4a:"L"형 전단연결재 5:마운트브라켓

6:보강브라켓 7:스크류샤프트

8:강관받침 8a:스크류샤프트 고정부재

8b:지지받침판 9:조절너트

10:잠금너트

본 발명은 교량의 교각 또는 건축물의 기둥으로 쓰이는 중공합성교각에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기둥의 전단연결재가 본연의 역할 뿐만 아니라 기둥부 심부구속철근의 역할을 동시에 수행하여 삽입 강관기둥과 철근콘크리트의 완전 합성거동에 유리한 중공합성교각을 제공하기 위한 것이다.

일반적으로, 교각은 상부구조가 2경간 이상이 되는 경우에 설치되며, 상부구조의 하중과 교각의 자중을 안전하게 지초지반에 전달하는 역할 외에도 지진과 같은 횡방향 하중에 대해서 저항하는 부재로서의 역할을 수행한다.

그리고, 교각의 구조는 교좌장치가 설치되는 코핑부, 하중을 확대기초로 전달하는 기둥부, 교량하중을 지지하는 확대기초부로 나누어지며, 코핑부 및 기둥부의 구조형상에 따라 교각의 종류를 T형교각, 문형교각, ㅠ형교각, 라멘형교각 등으로 분류하고 있다.

한편, 본 출원과 관련된 중공합성교각의 개발 필요성에 대해 설명하면 다음과 같다.

산악지역이 국토의70% 이상을 차지하는 우리나라의 경우, 중부지역과 남부지역을 연결하는 고속도로와 고속철도의 건설로 전국 1일 생활권을 이루었으나, 중부내륙 지역은 지역의 영향으로 고속도로 건설이 늦어져, 실질적으로 시간거리는 크게 단축되지 못하였으며, 철도의 경우에도 지역적인 영향으로 우회하여 건설되었다 그러나 고교각(高橋脚)을 이용한 장대교량을 계곡 사이에 건설함으로써, 이러한 산악지역에도 고속도로 및 고속철도의 건설이 가능하게 되었다고 할 수 있다. 또한 도시지역의 지가 상승 및 교통량의 증가로 도시 내,외곽 고속도를 건설하고 있으며, 도시 중심부에도 교통량의 중가로 인한 도심내부의 경전철의 필요성이 더욱 증대되고 있다.

도시의 발전과 지역간의 빠른 교통 소통을 위하여, 고가교(高架橋)의 필요성은 필수적으로 증대하게 되고, 이러한 고가교의 효과적인 기능수행과 안전하고 경제적인 설계 및 시공을 위해서는 고가교 건설의 핵심인 고교각의 정확한 거동 파악에 적합한 시공 상세기술이 꼭 필요하다.

고교각은 일반교각에 비해 큰 세장비(細長比)를 갖게 되어 좌굴(坐屈;기둥의 길이가 그 횡단면의 치수에 비해 클 때, 기둥의 양단에 압축하중이 가해졌을 경우 하중이 어느 크기에 이르면 기둥이 갑자기 휘는 현상)에 대한 검토가 필수적이며, 교각의 높은 형고로 인해 풍하중(風荷重)이나 지진하중(地震荷重)과 같은 횡하중에 더욱 민감하게 된다. 따라서 일반적인 교각의 설계 및 해석 방법을 사용하여 고교각을 건설한다면 과도한 공사비에 따른 경제적인 부담을 초래하며, 안전성 측면에서도 상당히 불안하게 될 것이다.

따라서 새로 건설되기 시작하는 고교각의 정확한 해석과 경제적인 시공을 위해서는 새로운 해석기술과 새로운 공법이 반드시 필요하다.

한편, 도 1을 참조하여 중공합성교각의 설계개념을 살펴보면, 중공단면 기둥은 동일 단면적에서 단면강성이 커 역학적으로 모멘트 저항능력을 극대화 할 수 있고 경제성 또한 뛰어나다. 그러나 중공RC(Reinforced Concrete) 고교각의 경우 기둥부가 전단에 취약하며 높은 축력에 비해 중공안쪽면의 압괴로 취성(脆性)거동을 보인다.

중공합성교각은 기둥내면에 강관으로 중공을 형성하면서 외면 콘크리트부에 축방향주철근과 횡방향 철근이 배근되는 중공형상의 기둥의 교각으로 콘크리트부를 3축응력상태를 만들어 콘크리트부의 취성파괴를 방지하여 연성능력을 확보하고, 강관의 삽입으로 휨모멘트에 대한 강성이 향상됨에 따라 중공부분의 콘크리트 단면의 감소로 인한 경량구조화를 이룰 수 있어 내진설계에도 유리한 구조이다.

연성증가를 위해 원형강관은 심부 콘크리트에 대한 구속효과(confinement effect)의 발현으로 과도한 철근배근을 피함과 동시에 시공성을 확보할 수 있다.

한편, 앞에서 설명한 합성형 기둥구조는 콘크리트와 강재주형의 일체거동이 구조계의 가장 핵심요소이며, 이 두 재료가 일체로 거동하기 위해서는 두 재료를 연결하여 일체로 거동할 수 있도록 하는 전단연결재의 역할이 중요하다.

전단연결재는 충분한 강성과 강도를 지니고 있어야 하며, 만약 콘크리트와 강재의 경계면에서 수직 또는 수평 방향으로 미끄러짐이 발생하지 않는다면 전단연결재는 무한강성으로 볼 수 있으며 이상적으로 완전 합성거동을 하게 된다.

그렇지만 모든 전단연결재는 어느 정도의 범위 내에서 유연성을 가지게 되며, 항상 불완전 합성작용을 하게 된다.

일반적으로, 강재의 경우 압축에 약하고 콘크리트는 인장에서 문제가 노출되는바, 강재 주위에 타설한 콘크리트가 휨부재의 압축 측에 있을 때는 대단히 유효한 구조로 작용하게 된다. 이런 합성구조의 설계를 통해 강재의 중량을 감소시키거나 변형을 작게 할 수 있으며 이런 합성효과를 얻기 위해서는 전단연결재가 필요하다.

국내시방규정으로 합성거더에 있어서 전단연결재는 일자형 스터드(4b)(도 2 참조)를 표준으로 하고 있으며, 이 전단연결재는 전단력에 대하여 충분한 내하력(耐荷力)을 가짐과 동시에 콘크리트가 들뜨는 것을 방지하는데 대해서도 유효한 구조로 하여야 한다.

또한, 고(High)교각 기둥의 경우, 그 구조상 세장비(l/r)가 커져 대상 구조물의 가장 주된 역할인 축방향 내하력과 동시에 수평방향 외력에 대한 횡방향 내하력이 주 설계 인자로 고려될 수밖에 없다.

이러한 수평방향 외력의 주된 요인으로서 지진, 바람, 차량의원심력, 등이 있는데 그중에서도 지진하중이 일반적으로 교각의 수평 내하력의 주요인이 된다.

현재 국내교량의 설계기준인 도로교 설계기준(2005, 대한토목학회)에는 이러한 지진력 발생시 교량의 교각에 대한 내력확보 차원에서 여러 가지 기준을 제시하고 있는데 그중에서 가장 주요 요소 중 하나가 도 3c에 예시된 형태의 심부구속 철근이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 이 구조요소는 지진과 같은 반복적이고 과도한 수평하중이 구조물에 작용시 구조물의 축방향 철근이 기둥 밖으로 탈락되어 궁극적으로 기둥이 붕괴되는 것을 막아주는 역할을 하고 있다.

따라서, 상기한 내용과 같이 합성기둥으로 이루어지는 합성교각에서는 강관주위에 콘크리트와의 합성거동을 보장하는 전단연결재와 지진과 같은 과도한 수평력에 저항하기 위한 심부구속철근이 동시에 설치되어야 한다.

그러나, 실제 현장 작업시 협소한 공간에서 이러한 두가지 작업을 동시에 진행하기는 매우 난해하고 복잡하여 의도하지 않은 부실시공을 유발하게 되며, 궁극적으로 전체 구조물의 품질을 저해시키는 등 많은 문제점이 있었다.

즉, 강관에 스터드형 이나 십자형의 전단연결재를 설치하고, 전단연결재가 설치된 강관 주위에 다시 심부구속철근을 배근해야 하므로 인해 작업이 매우 어렵고 복잡해지게 되고, 이러한 작업 과정의 복잡성으로 인해 의도하지 않은 부실시공이 발생할 우려가 높으며, 만일 부실시공이 이루어질 경우에는 교각 및 전체 교량 구조물의 품질 및 안전을 저해하게 되는 등 여러 가지 면에서 심각한 문제가 야기되는 것이다.

그리고, 현장 시공시 강관 저면의 초기 수직도 오차는 고(高)교각일수록 코핑(Coping)부 위치에는 오차 누적으로 인하여 설계 단면과 상당한 차이를 나타내게 되어 의도된 기능을 수행하지 못하거나 심할 경우 재시공을 해야 하는 경우도 발생할 수 있다.

따라서 이러한 오차를 예방하기위하여 강관 자립시 최초 저면의 정확한 수직도 확보 시공법이 필요하나 현재는 그러한 방법이 수행되지 않고 고르지 않은 바닥에서 현장기술자의 예감으로 시공하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전단연결재가 전단연결재로서의 역할 뿐만 아니라 기둥부 심부구속철근의 역할을 동시에 수행하여 삽입 강관기둥과 철근콘크리트의 완전 합성거동에 유리한 구조를 가지도록 한 중공합성교각을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 확대기초부 주철근의 연속성 확보와 삽입강관의 수직도 조정이 손쉽게 이루어질 수 있는 중공합성교각의 구조를 개선함으로써 부실시공의 우려를 해소함과 아울러 교각 및 전체 구조물의 품질을 높일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 내부에 속이 빈 중공부를 갖는 콘크리트체와; 상기 콘크리트체에 축방향으로 배근되는 축방향주철근과; 상기 콘크리트체에 횡방향으로 배근되는 심부구속철근과: 상기 콘크리트체의 중공부 내측에 상기 콘크리트체와 일체를 이루도록 설치되는 강관과; 상기 콘크리트체를 구속하여 강관과 콘크리트체가 합성거동하도록 상기 강관 외주면상에 구비되는 전단연결재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공합성교각이 제공된다.

이때, 상기 전단연결재는 "L"자형으로서, 횡방향으로 배근되는 심부구속철근과 연결됨을 특징으로 한다.

한편, 상기 심부구속철근으로서는 원형띠철근이 배근됨을 특징으로 한다.

상기 강관은 원형관 또는 파형관임을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전단연결재는, 강관을 위에서 바라볼 경우에는 강관 외주면상에 방사상으로 배치되며, 강관을 정면에서 바라볼 경우에는 강관의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되어 다수 층을 이루도록 배치되는 구조를 이루도록 설치됨을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 중공합성교각은 강관의 하부측에 상기 강관의 설치위치에서의 수직도 유지를 위한 강관 받침장치가 더 구비됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 중공합성교각 횡단면도이고, 도 5b는 도 5a의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 종단면도이며, 도 5c는 본 발명에 따른 중공합성교각의 투시도이다.

그리고, 도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 강관 정면도이고, 도 6b는 도 6a의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 횡단면도이며, 도 6c는 도 6a의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 횡단면도이다.

본 발명의 중공합성교각은, 내부에 속이 빈 중공부를 갖는 콘크리트체(1)와; 상기 콘크리트체(1)에 축방향으로 배근되는 축방향주철근(2)과; 상기 콘크리트체(1)에 횡방향으로 배근되는 심부구속철근과: 상기 콘크리트체(1)의 중공부 내측에 상기 콘크리트체(1)와 일체를 이루도록 설치되는 강관(4)과; 상기 콘크리트체(1)를 구속하여 강관(4)과 콘크리트체(1)가 합성거동하도록 상기 강관(4) 외주면상에 구비되는 전단연결재;를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 전단연결재는 "L"자형으로서, 횡방향으로 배근되는 심부구속철근과 연결됨을 특징으로 한다.

한편, 상기 횡방향 심부구속철근으로서는 원형띠철근(3)이 배근됨을 특징으로 하며, 상기 원형띠철근(3)은 반경방향을 따라 적어도 하나 이상 배근된다.

상기 강관(4)은 원형관 또는 파형관임을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전단연결재는, 강관(4)을 위에서 바라볼 경우에는 강관 외주면상에 방사상으로 배치되며, 강관(4)을 정면에서 바라볼 경우에는 강관의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되어 다수 층을 이루도록 배치되는 구조를 이루도록 설치됨을 특징으로 한다.

한편, 도 7a는 본 발명의 강관 받침장치 설치 상태를 나타낸 사시도이고, 도 7b는 본 발명의 강관 받침장치 설치 상태를 나타낸 정면도이며, 도 7c는 도 7a의 A부 확대도이고, 도 7d는 도 7c의 "가"방향에서 바라본 정면도로서, 본 발명의 중공합성교각은 강관(4)의 하부측에 상기 강관의 설치위치에서의 수직도 유지를 위해, 강관의 높이 및 수평 조절이 가능한 강관 받침장치가 더 구비됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 강관 받침장치는, 상기 강관(4) 하단부에 결합되는 판상의 마운트브라켓(5)과, 상기 마운트브라켓(5)을 관통하여 설치되며 외주면상에 나사산이 형성된 스크류샤프트(7)와, 상기 마운트브라켓(5)을 관통하는 스크류샤프트(7) 하단부가 고정되는 강관받침(8)과, 상기 스크류샤프트(7)에 나사결합되되 상기 마운트브라켓(5)의 하부측에 결합되는 조절너트와, 상기 스크류샤프트(7)에 나사 결합되되 상기 마운트브라켓(5)의 상부측에 결합되는 잠금너트를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 마운트브라켓(5)과 강관 사이에는, 상기 마운트 브라켓과 강관 외주면에 용접등에 의해 동시에 결합되어 상기 마운트브라켓(5)의 강관에 대한 결합력을 보강하는 보강브라켓(6)이 더 구비된다.

그리고, 상기 강관받침(8)은, 스크류샤프트(7) 하단부가 삽입되어 고정되는 스크류샤프트 고정부재(8a)와, 상기 스크류샤프트 고정부재(8a)가 결합되는 지지받침판(8b)으로 이루어진다.

이때, 상기에서 강관 받침장치는 적어도 강관(4)의 외주면상의 3군데 이상 설치되고, 동일 간격을 이루도록 설치됨은 물론이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 시공 과정 및 작용은 다음과 같다.

먼저, 중공합성교각의 시공 과정은, 교각 기둥부 중앙에 강관(4)을 설치하고, 수평조절장치를 통해 강관의 수평을 조절한다. 이어 축방향주철근(2) 및 원형띠철근(3)을 가공 조립한 다음, 콘크리트 타설을 확대기초부, 기둥부, 코핑부로 순차적으로 시공한다.

즉, 먼저 강관(4)의 설치 및 확대기초부 철근조립을 수행하고, 이어 확대기초부 콘크리트 타설 및 기둥부 철근조립을 수행하게 되는 것이다.

그 후, 기둥부 콘크리트 타설 및 코핑부 철근조립을 수행하고, 이어 코핑부 콘크리트 타설 및 교좌면 가설을 수행한다.

상기한 시공 과정에 있어, 일반적으로 합성거동을 위한 전달연결재가 구비되어 교각 중앙에 위치하게 되는 강관(4)은 공장에서 미리 제작되어 현장에 운반되어짐이 바람직하다.

그리고, 상기한 시공과정에서 강관(4) 설치 공정 이외의 공정은 일반 철근콘크리트 충실단면 교각의 시공 공정과 동일하게 수행되어진다.

다음으로, 상기한 바와 같이 시공되는 본 발명 중공합성교각의 장점을 설명한다.

일반적으로, 전단연결재 설계는 횡방향 하중, 콘크리트의 건조수축 및 강재와의 온도차에 대한 내력에 저항하도록 배치되는데, 본 발명에 따른 "L"형 전단연결재(4a)는 전단연결재 본연의 역할 외에 기둥부 심부구속철근의 역할을 동시에 수행할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 강관(4)과 철근콘크리트의 완전 합성거동에 매우 유리한 구조를 가지게 된다.

즉, 본 발명의 "L"형 전단연결재(4a)는 철근콘크리트와의 합성거동을 위한 전단연결재의 본연의 역할을 수행할 뿐만 아니라, 기존의 전단연결재와는 달리 원형띠철근(3)에 연결되어 횡방향 심부구속철근의 양을 늘려주는 역할을 함으로서 콘크리트의 파괴를 보다 효과적으로 막아주는 역할을 하게 된다.

특히, 본 발명의 "L"형 전단연결재(4a)는 끝단의 "L" 부위 내측에 원형띠철근(3)이 위치하게 됨으로써, 전달연결재가 원형띠철근(3)을 하부에서 지지하되 외측으로 이탈하지 못하도록 하는 형태로 지지하고 있다.

따라서, 상기 원형띠철근(3)에 대한 전단연결재의 지지력 및 구속력이 효과적으로 발휘될 뿐만 아니라, 심부구속철근의 양이 늘어나는 효과로 인해 지진력 작용시 중공합성교각의 콘크리트 파괴를 보다 효과적으로 막아주게 된다.

참고로, 심부구속철근이 배근되지 않은 철근콘크리트 기둥은 축방향 철근이 항복한 이후 변위가 크게 증가하지 않은 상태에서 파괴에 도달하지만, 심부구속철근이 배근된 경우에는 축방향 철근이 항복한 이후 파괴에 도달할 때까지 휨강도를 유지한 상태로 변형이 크게 증가하는 소성거동을 보인다.

탄성설계에서는 기둥의 소성변형이 요구되지 않으므로 심부구속철근을 배근할 필요가 없는 시공상의 장점이 있으나, 설계지진력이 과도하게 되므로 경우에 따라서는 기둥의 소요단면적이 증가하는 비경제적인 설계결과를 유발할 수 있다.

철근 콘크리트 기둥에 심부구속 횡방향 철근을 배근하는 경우는 지진발생시 작용 모멘트가 기둥 단면의 최대 저항 모멘트에 도달할 후, 소성힌지가 발생하여 소성거동을 보인다. 이러한 소성거동을 보이도록 설계하는 것을 소성설계라 하며, 일반적으로 탄성설계에 비해 경제적인 설계 결과를 얻을 수 있다.

한편, 삽입강관(4)에 설치되는 "L"형 전단연결재(4a) 배치 위치와 간격은 전단연결재 검토 및 심부구속을 위한 횡방향 철근검토를 통해 다양한 형태로 결정되어 공장제작으로 이루어지므로 현장의 시공성 향상 및 품질 관리에 기여하게 된다.

즉, "L"형 전단연결재(4a) 배치 위치와 간격은, 강관(4)의 길이방향을 따라 이격 형성된 각층별 전단연결재의 배치 형태가 기둥 단면도상에서 확인해 볼 때, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 강관(4) 원주방향에 있어 동일한 위치에 배치되는 형태일 수도 있고, 이와는 달리 도 6b에 도시된 바와 같이 각 층별 "L"형 전단 연결재(4a)의 배치 형태가 어느 층을 기준으로 본 단면이냐에 따라 달라지는 배치 형태일 수 있다.

전단연결재의 층별 배치 구조가 다른 강관(4)에 있어서의 층별 단면 차이는 도 6a 및 도 6b를 비교하여 쉽게 확인할 수 있다.

한편, 전술한 실시예 및 도시된 도면에서는 삽입 강관(4)을 원형관을 사용할 경우를 예로 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않는다.

즉, 예시된 원형관은 축방향 압축력 및 휨모멘트에 대해 강성을 나타낼 수 있으며, 대신 파형관(도시는 생략함)을 사용할 경우에는 중공 내측부의 구속효과가 좋아 좌굴방지에 보다 적합한 효과가 있다.

한편, 시공 초기의 강관(4)의 수직도 오차는 고(高)교각일수록 코핑(Coping)부 위치에서는 오차(α)의 누적으로 인하여 설계 단면과 상당한 차이를 나타내게 되어 설계 의도에 부합하는 기능을 수행하지 못하게 되며, 심할 경우 재시공을 해야 하는 일이 발생할 수 있다.

따라서 이러한 오차를 예방하기위하여 강관(4) 자립 및 정착시 기초면에 대한 정확한 수직도 확보 시공법이 필요하다.

즉, 고교각에 적용되는 합성교각의 경우 내부강관(4) 시공시 누적오차로 인한 시공오차를 줄이는 것이 가장 중요한 시공 포인트로서, 시공 오차를 줄이기 위해서는 현장의 기초(foundation)면에 강관(4) 기둥을 최초 거치시 수평을 정확히 맞출 수 있는 장치(device)의 개발이 절실히 필요하다.

이에 따라, 본 발명의 중공합성교각은 강관(4)의 하부측에 상기 강관의 설치위치에서의 수직도 유지가 가능하도록 하는 강관 받침장치가 구비됨으로 인해 이러한 문제점이 해결된다.

즉, 본 발명의 강관 받침장치를 이용한 강관(4)의 수직도 조절 과정 및 작용은 다음과 같다.

강관(4)을 확대기초부에 거치시킴에 있어서, 만약 강관(4)이 어느 한쪽으로 기울 경우, 기운 쪽 반대편에 위치하는 강관 받침장치를 통해 강관(4)의 수직도를 맞춰주게 된다.

구체적으로 설명하면, 먼저 강관(4)의 기운 쪽 반대편에 위치하는 강관 받침장치의 조절너트를 공구를 이용하여 상기 조절너트가 아래로 이동하게 되는 방향으로 돌려준다.

이에 따라, 상기 강관(4)의 기운 쪽 반대편도 점점 내려가게 되므로, 상기 조절너트의 풀림량을 조절하여 강관(4)의 기울어짐이 해소되도록 그 위치를 보정한다.

이와 같이 조절너트를 풀어 강관(4)의 수직도를 조절함으로써 강관(4)의 수직도가 정확한 상태가 되고, 이를 확인한 다음에는 조절너트 위쪽에 구비된 잠금너트를 조여주게 되며, 이로써 상기 강관(4)의 수직도는 견고히 유지된다.

일반적으로 강관(4)이 설치되는 위치는 확대기초부에서 기둥부에 이르며, 교각형식 및 여건에 따라서는 코핑부까지 설치된다.

확대기초부에 강관(4)이 세워질 경우, 확대기초 하부에 위치한 철근은 인장 주철근으로 역할을 수행하기 위해 구조적 연속성을 유지해야 한다. 또한, 강관(4)도 수직도를 유지하며, 인장 주철근의 간섭을 피할 수 있고, 시공성이 유리한 구조가 필요하다.

본 발명에 따르면, 상기한 과정과 같이 나사방식으로 강관의 높이조절 및 수평조절이 가능해짐에 따라 강관의 설치에 있어서 시공성이 향상되는 결과를 가져오게 된다.

본 발명은 상기한 실시예로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 한, 여러 가지 다양한 형태로의 변경 및 수정이 가능하다.

예컨대, 강관(4)의 수직도 유지를 위한 강관 받침장치를 구성하는 요소 중, 스크류샤프트 고정부재(8a)는 지지받침판(8b)에 용접에 의해 결합되는 고정너트를 예로 들었으나, 반드시 고정너트가 아니라도 무방하다.

다른 예로, 전단연결재는 반드시 "L"자형이 아니어도 된다. 즉, "L" 부위의 상부로 향하는 끝단부가 다시 강관 중심 방향으로 꺾어진 형태여도 무방하다.

또한, 다른 실시예로서, 강관(4)에 설치되는 "L"형 전단연결재(4a) 배치 위치와 간격만 전단연결재 검토 및 심부구속을 위한 횡방향 철근검토를 통해 다양한 형태로 결정되는 것이 아니라, "L"형 전단연결재(4a)의 길이를 강관 외주면 상의 각 위치에 따라 다르게 설계함으로써, 심부구속철근의 배근 형태를 원형띠철근 형태뿐만 아니라 타원형띠철근(도 3c참조)으로 하는 것도 가능하며, 사각형띠철근(도 3c 참조)을 포함하는 여러 가지 다각형띠철근 형태로 배근형태를 다양화 할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 중공합성교각은 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 전단연결재와 심부구속철근의 역할을 겸하는 "L"형 전단연결재(4a)는 경제성 확보와 더불어 시공성 향상 및 완전 합성의 효과를 확보하며, 지진하중과 같은 과도한 횡하중 작용시 축방향주철근의 탈락을 방지한다.

둘째, 콘크리트부를 본 발명에 따른 강관으로 구속함에 의해 콘크리트부의 취성파괴를 방지하여 연성능력을 확보할 수 있다

셋째, 강관에 의해 휨모멘트에 대한 강성이 증가하여, 설계 단면및 자중 감소를 도모할 수 있게 된다.

넷째, 자중의 감소에 따라 내진설계에 효과가 있다.

다섯째, 중공에 의한 콘크리트 사용량 감소, 단면의 감소, 거푸집의 불필요, 연성능력 확보를 위한 철근의 사용이 불필요하며, 이에 따른 인건비 절약, 공기단축 등 경제적으로 유리한 효과가 있다.

여섯째, 삽입 강관을 원형관을 사용할 경우에는 축방향 압축력 및 휨모멘트에 대해 강성을 나타낼 수 있는 효과가 있고, 파형관을 사용할 경우에는 중공 내측부의 구속효과가 좋아 좌굴방지에 적합한 효과가 있다.

일곱째, 확대기초부 주철근의 연속성 확보와 삽입강관의 수직도를 조정하기위한 받침장치를 개발함으로써 중공합성교각의 현장 시공이 실제적으로 가능하도록 시공성을 확보할 수 있다.

Claims (13)

1. 내부에 속이 빈 중공부를 갖는 콘크리트체와;

   상기 콘크리트체에 축방향으로 배근되는 축방향주철근과;

   상기 콘크리트체에 횡방향으로 배근되되, 반경방향을 따라 복수개 배근되어 심부구속철근 역할을 하는 원형띠철근과;

   상기 콘크리트체의 중공부 내측에 상기 콘크리트체와 일체를 이루도록 설치되는 강관과;

   상기 콘크리트체를 구속하여 강관과 콘크리트체가 합성거동하도록 상기 강관 외주면상에 구비되며, "L"자형으로서 횡방향으로 배근되는 원형띠철근과 연결되는 전단연결재를 포함하여 구성되되,

   상기 "L"자형의 전단연결재는, 강관을 위에서 바라볼 경우에는 강관 외주면상에 방사상으로 배치됨과 아울러, 강관을 정면에서 바라볼 경우에는 강관의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되어 다수 층을 이루도록 배치되는 구조를 이루도록 설치되며,

   상기 "L"자형 전단연결재 끝단의 "L"자 부위 내측에는 원형띠철근이 위치하게 됨을 특징으로 하는 중공합성교각.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 강관은 원형관임을 특징으로 하는 중공합성교각.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 강관은 파형관임을 특징으로 하는 중공합성교각.
6. 삭제
7. 제 1 항, 제 4 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 강관 하부에 상기 강관의 설치 위치에서의 수직도 유지를 위한 강관 받침장치가 구비됨을 특징으로 하는 중공합성교각.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 강관 받침장치는,

   상기 강관 하단부에 결합되는 마운트브라켓과, 상기 마운트브라켓을 관통하여 설치되며 외주면상에 나사산이 형성된 스크류샤프트와, 상기 마운트브라켓을 관통하는 스크류샤프트 하단부가 고정되는 강관받침과, 상기 스크류샤프트에 나사결합되되 상기 마운트브라켓의 하부측에 결합되는 조절너트와, 상기 스크류샤프트에 나사 결합되되 상기 마운트브라켓의 상부측에 결합되는 잠금너트를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 중공합성교각.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 마운트브라켓과 강관 사이에는, 상기 마운트 브라켓과 강관 외주면에 동시에 결합되어 상기 마운트브라켓의 강관에 대한 결합력을 보강하는 보강브라켓이 더 구비됨을 특징으로 하는 중공합성교각.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 강관받침은,

    스크류샤프트 하단부가 삽입되어 고정되는 스크류샤프트 고정부재와, 상기 스크류샤프트 고정부재가 결합되는 지지받침판으로 이루어짐을 특징으로 하는 중공합성교각.
11. 내부에 속이 빈 중공부를 갖는 콘크리트체와;

    상기 콘크리트체에 축방향으로 배근되는 축방향주철근과;

    상기 콘크리트체에 횡방향으로 배근되되, 반경방향을 따라 복수개 배근되어 심부구속철근 역할을 하는 원형띠철근과;

    상기 콘크리트체의 중공부 내측에 상기 콘크리트체와 일체를 이루도록 설치되는 강관과;

    상기 콘크리트체를 구속하여 강관과 콘크리트체가 합성거동하도록 상기 강관 외주면상에 구비되며, "L"자형으로서 횡방향으로 배근되는 원형띠철근과 연결되는 전단연결재를 포함하여 구성되되,

    상기 "L"자형의 전단연결재는, 강관을 위에서 바라볼 경우에는 강관 외주면상에 방사상으로 배치됨과 아울러, 강관을 정면에서 바라볼 경우에는 강관의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되어 다수 층을 이루도록 배치되는 구조를 이루도록 설치되며,

    상기 "L"자형 전단연결재 끝단의 "L"자 부위 내측에는 원형띠철근이 위치하게 되며,

    상기 "L"자형 전단연결재는 강관 외주면 상의 배치 위치에 따라 서로 다른 길이를 가지도록 된 것을 특징으로 하는 중공합성교각.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 심부구속철근으로서는 타원형띠철근 혹은 사각형띠철근이 배근됨을 특징으로 하는 중공합성교각.
13. 삭제

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