KR100757198B1

KR100757198B1 - 종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한스트레스 리본 교량 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR100757198B1
Application number: KR1020060128611A
Authority: KR
Inventors: 강원호; 고현무
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2007-09-07

Abstract

본 발명은 스트레스 리본 교량을 시공함에 있어서, 분절된 경량의 프리캐스트 복합섬유 바닥판(Segmental Precast Composite Fiber Reinforced Plastic Deck)과, 띠 형태로 이루어진 섬유판을 이용함으로써, 바닥판의 자중을 경감하고, 그에 따라 교량 시공에 필요한 수평 긴장력을 줄임으로써, 교량을 경제적으로 시공할 수 있고, 교량 지간을 연장할 수 있는 새로운 구조의 스트레스 리본 교량 및 그 시공방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 교량 양단부의 교대(10)와, 상기 교대 사이에 배치되어 조립되는 복수개의 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)과, 교량의 길이 방향으로 상기 교대(10)에 사이에 설치되어 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)의 하면을 지지하는 종방향 서스펜션 섬유판(30)과, 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 관통하여 교량의 길이 방향으로 배치된 상태에서 긴장, 정착되어 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)에 긴장력을 가하는 프리스트레스 섬유판(40)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한 스트레스 리본 교량과, 그 시공방법이 제공된다.

바닥판, 복합섬유, 리본 교량, 프리캐스트, 프리스트레스트

Description

종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한 스트레스 리본 교량 및 그 시공방법{Stress Ribbon Bridges Carbon Fiber Plate and FRP Deck, and Construction Method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 스트레스 리본 교량의 개략적인 평면도이다.

도 2a는 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 단면도로서, 본 발명에 따른 스트레스 리본 교량의 단면 구조를 보여주는 단면도이다.

도 2b는 도 3의 (d)에 표시된 원 B의 부분 확대 측면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 스트레스 리본 교량의 시공방법을 단계별로 보여주는 개략적인 측면도이다.

도 4는 본 발명에서 서스펜션 섬유판의 표면에 탄소섬유 시트를 감아 보강하는 형상을 각 단계별로 보여주는 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

10 : 교대

20 : 프리캐스트 복합섬유 바닥판

30 : 서스펜션 섬유판

40 : 프리스트레스 섬유판

본 발명은 종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한 스트레스 리본 교량(Stress-ribbon Bridge) 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 스트레스 리본 교량을 시공함에 있어서, 분절된 경량의 프리캐스트 복합섬유 바닥판(Segmental Precast Composite Fiber Reinforced Plastic Deck)과, 띠 형태로 이루어진 섬유판을 이용함으로써, 바닥판의 자중을 경감하고, 그에 따라 교량 시공에 필요한 수평 긴장력을 줄임으로써, 교량을 경제적으로 시공할 수 있고, 교량 지간을 연장할 수 있는 새로운 구조의 스트레스 리본 교량 및 그 시공방법에 관한 것이다.

케이블 교량의 형식의 하나로서, 스트레스 리본 교량은 양측 교대 사이에 강재 케이블을 설치하고, 상기 케이블 위에 프리스트레스트 바닥판을 설치하여 교량의 상부구조를 형성하는 구성을 가진다. 이러한 종래의 스트레스 리본 교량에 있어서, 가장 관심이 집중되고 있는 기술적 과제는 자중의 경감이다. 스트레스 리본 교량의 경우, 바닥판의 자중은 결국 교량 양단부의 정착지점에서 수평력으로 작용하게 되고, 큰 수평력을 지지하기 위하여 그만큼 큰 교대 구조물과, 파일이나 토류 앵커 등과 같은 교대의 수평반력 지지 시스템이 필요하게 된다.

따라서, 종래의 스트레스 리본 교량은 도로교나 철도교 등과 같이 긴 지간이 필요한 대규모 교량에는 적합하지 아니한 교량 형식으로 알려져 있고, 결국 단 지간을 가지는 보도교 등에만 제한적으로 사용되고 있는 실정이다.

본 발명은 위와 같은 종래의 스트레스 리본 교량이 가지는 한계점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 교량으로서의 충분한 강성과 기능을 발휘하면서도 바닥판의 자중을 경감하여, 긴 지간의 교량에도 사용할 수 있도록 함과 동시에 교량 시공에 필요한 수평 긴장력을 줄임으로써, 교량을 경제적으로 시공할 수 있는 새로운 구조의 스트레스 리본 교량 및 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적 달성을 위하여 본 발명에서는 경량의 재료인 복합섬유소재로 이루어진 분절된 경량의 프리캐스트 복합섬유 바닥판과, 띠 형태로 이루어진 섬유판을 이용하여 교량의 상부구조를 구성하였다.

구체적으로 본 발명에서는 교량 양단부의 교대와, 상기 교대 사이에 배치되어 조립되는 복수개의 프리캐스트 복합섬유 바닥판과, 교량의 길이 방향으로 상기 교대에 사이에 설치되어 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판의 하면을 지지하는 종방향 서스펜션 섬유판과, 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 관통하여 교량의 길이 방향으로 배치된 상태에서 긴장, 정착되어 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판에 긴 장력을 가하는 프리스트레스 섬유판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한 스트레스 리본 교량이 제공된다.

위와 같은 본 발명의 교량에 있어서, 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판과 서스펜션 섬유판 사이의 마찰응력을 감소시키기 위하여 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판의 하면과 서스펜션 섬유판 사이의 접촉 위치에 저마찰 재료가 구비될 수도 있다.

또한, 본 발명의 교량에 있어서는, 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판과 상기 서스펜션 섬유판이 접촉하게 되는 부분에 국부응력이 집중되는 것을 방지하기 위하여 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판의 하면과 서스펜션 섬유판 사이의 접촉 위치에는 곡면 형태로 돌출되어 있는 돌출부가 형성될 수도 있다. 또한, 상기 돌출부의 외면에는, 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판과 서스펜션 섬유판 사이의 마찰응력을 감소시키기 위한 저마찰 재료가 구비될 수도 있다.

특히, 상기한 본 발명의 교량에 있어서, 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판의 하면과 서스펜션 섬유판 사이의 접촉 위치에서 상기 서스펜션 섬유판의 표면에 탄소섬유 시트가 부착되어 보강될 수도 있다.

한편, 본 발명에서는 위와 같은 교량을 시공하는 방법이 제공되는데, 구체적으로, 교량 양단부의 교대와, 복수개의 프리캐스트 복합섬유 바닥판과, 서스펜션 섬유판과, 프리스트레스 섬유판을 포함하여 구성되는 스트레스 리본 교량의 시공방법으로서, 상기 교대 사이에 상기 서스펜션 섬유판을 교량의 종방향으로 배치하는 단계; 상기 서스펜션 섬유판으로 하여금 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 지지하도록 상기 복수개의 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 상기 서스펜션 섬유판 위에 배치하는 단계; 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판에 프리스트레스가 가해지도록 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 관통하여 교량의 길이 방향으로 프리스트레스 섬유판을 배치하고 이를 긴장, 정착하는 단계; 및 상기 서스펜션 섬유판을 긴장하여 교대에 정착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한 스트레스 리본 교량의 시공방법이 제공된다.

다음에서는 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 스트레스 리본 교량(1)의 개략적인 평면도가 도시되어 있고, 도 2a에는 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 단면도로서, 본 발명에 따른 스트레스 리본 교량(1)의 단면 구조를 보여주는 단면도가 도시되어 있으며, 도 2b에는 도 3의 (d)에 표시된 원 B의 부분 확대 측면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 스트레스 리본 교량(1)은, 교량 양단부의 교대(10)와, 상기 교대 사이에 배치되어 조립되는 복수개의 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)과, 교량의 길이 방향(종방향)으로 상기 교대(10)에 사이에 설치되어 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)의 하면을 지지하는 띠형상의 종방향 서스펜션 섬유판(30)과, 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 관통하여 교량의 길이 방향으로 배치된 상태에서 긴장, 정착되어 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)에 긴장력을 가하는 프리스트레스 섬유판(40)을 포함하여 구성된다.

도 3에는 본 발명에 따른 스트레스 리본 교량(1)의 시공방법을 단계별로 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있는데, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레스 리본 교량(1)의 구성과 그 시공방법을 구체적으로 설명한다.

도 3의 (a)에 도시된 것처럼, 우선 교량 양단에 설치되는 교대(10) 사이에 띠형상의 종방향 서스펜션 섬유판(30)이 배치된다. 도 2에 도시된 실시예에서는 상기 서스펜션 섬유판(30)이 2개 배치되어 있으나, 그 개수에는 제한이 없다. 상기 서스펜션 섬유판(30)은 탄소섬유를 함유하는 탄소섬유판으로 제작될 수 있는데, 취성 파괴 양상을 보이는 물성을 고려하여, 그 표면에 탄소섬유 시트를 감싸서 보강하는 것이 바람직하다. 도 4의 (a) 내지 (c)에는 상기 서스펜션 섬유판(30)의 표면에 탄소섬유 시트(31)를 1차로 감은 뒤 그 위에 다시 45도 각도로 감아서 부착함으로써 상기 서스펜션 섬유판(30)을 보강하는 형상이 각 단계별로 개략적으로 도시되어 있다.

이와 같이 교대(10) 사이에 서스펜션 섬유판(30)이 설치된 상태에서, 그 위에는 분절형태로 사전 제작된 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)이 배치된다. 즉, 도 3의 (b)에 도시된 것처럼, 복수개의 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)이 상기 서스펜션 섬유판(30)에 의하여 지지된 상태로 놓이는 것이다. 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20) 자체는 이미 공지된 것이므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

위와 같이 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 서스펜션 섬유판(30) 위에 설치함에 있어서, 다음과 같은 구성을 구비하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)의 자중 및 상재 하중은 그 하면이 서스펜션 섬유 판(30)과 접촉함으로써 서스펜션 섬유판(30)에 전달하게 되는데, 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)과 상기 서스펜션 섬유판(30)이 접촉하게 되는 부분에 국부응력이 집중되는 것을 방지할 필요가 있다. 이를 위하여 본 발명에서는 도 2에 도시된 것처럼, 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)의 하면에서 상기 서스펜션 섬유판(30)에 맞닿게 되는 부분에 완화곡면을 갖는 즉, 곡면 형태로 돌출되어 있는 돌출부(21)를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 완화곡면을 갖는 상기 돌출부(21)가 형성됨으로써, 서스펜션 섬유판(30)에 맞닿는 부분에서의 급격한 곡률변화를 방지하게 되고, 그에 따라 국부응력집중 현상을 방지할 수 있게 된다. 더 나아가, 서스펜션 섬유판(30)의 이동에 의해 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)에 발생하게 되는 변형구속 응력을 줄이기 위해서는 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)과 서스펜션 섬유판(30) 사이의 마찰응력을 최소화할 필요가 있으므로, 본 발명에서 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)의 하면과 서스펜션 섬유판(30) 사이의 접촉 위치에 테프론 등과 같은 저마찰 재료(22)를 위치시키는 것도 바람직하다. 도 2에 도시된 것처럼 돌출부(21)가 형성되어 있는 경우에는 돌출부(21)의 외면에 테프론 시트를 부착하거나 테프론 등과 같은 저마찰 재료(22)를 코팅함으로써 마찰응력을 최소화할 수 있다.

한편, 상기 서스펜션 섬유판(30)은 탄소섬유를 함유하는 탄소섬유판으로 제작될 수 있는데, 일반적으로 힘이 전달되는 부분에서는 강도가 저하되고 취성 파괴 양상을 보이는 물성을 가지고 있으므로, 이를 고려하여 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)의 하면과 서스펜션 섬유판(30)이 접하는 부분 즉, 상기한 실시예에서 돌출 부(21)와 접하는 부분은 상기 서스펜션 섬유판(30)의 표면에 탄소섬유 시트를 감싸서 보강하는 것이 바람직하다. 도 4의 (a) 내지 (c)에는 상기 서스펜션 섬유판(30)의 표면에 탄소섬유 시트(31)를 1차로 감은 뒤 그 위에 다시 45도 각도로 감아서 부착함으로써 상기 서스펜션 섬유판(30)을 보강하는 형상이 각 단계별로 개략적으로 도시되어 있다. 이와 같이 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)의 하면 즉, 상기한 실시예에서 돌출부(21)와 접하는 부분에서 서스펜션 섬유판(30)의 표면에 탄소섬유 시트를 부착하여 보강하게 되면, 힘이 전달되는 부분의 국부 응력에 의한 서스펜션 섬유판(30)의 손상 및 파괴를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

다시 도 3으로 돌아가서 설명하면, 서스펜션 섬유판(30) 위에 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 배치한 후, 도 3의 (c)에 도시된 것처럼, 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 관통하여 교량의 길이 방향으로 프리스트레스 섬유판(40)을 배치하고, 이를 긴장, 정착하여 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)에 프리스트레스를 가하게 된다. 상기 프리스트레스 섬유판(40) 역시 탄소섬유판으로 제작될 수 있다.

분절되어 배치되어 있던 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)이 프리스트레스 섬유판(40)의 긴장에 의한 프리스트레스에 의하여 서로 일체로 결합된 상태에서 후속하여 도 3의 (d)에 도시된 것처럼, 서스펜션 섬유판(30)을 긴장하여 교대(10)에 정착하게 된다.

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 경량의 소재로 이루어진 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 이용하여 교량의 바닥판을 구성하고, 그 하부에 서스펜션 섬유판(30)을 설치하여 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 지지함과 동시에, 프리스트레스 섬유판(40)을 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)에 관통 설치하여 긴장/정착하는 구성을 가지는 바, 교량으로서의 충분한 강성과 기능을 발휘하면서도 바닥판의 자중을 경감할 수 있게 된다. 이와 같이 자중이 경감됨에 따라 수평 긴장력의 크기를 줄일 수 있게 되며 그 결과, 교대의 크기도 축소할 수 있게 되며 큰 수평력 발휘에 필요한 파일이나 토류 앵커 등과 같은 교대의 수평반력 지지 시스템을 설치하지 않아도 되므로 그 만큼 경제적인 교량 시공이 가능하게 된다.

특히, 위와 같은 효과의 결과로서, 교량의 지간을 늘일 수 있게 되므로, 도로교나 철도교 등과 같은 긴 지간의 교량에도 적용할 수 있게 되어 교량의 적용 범위가 확대되는 효과가 발휘된다.

또한, 본 발명에서는 공장에서 사전 제작된 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 이용하고, 이와 마찬가지로 사전 제작된 서스펜션 섬유판(30) 및 프리스트레스 섬유판(40)을 사용하므로, 교량 시공에 있어서 교량 하부의 지보공이 필요 없게 되며, 그에 따라 교량 시공시 하부의 교통 흐름에 영향을 주지 않게 되어 통행이 빈번한 도로를 가로지르는 보도 육교 등의 시공에 매우 유용하게 이용될 수 있는 장점이 있다.

상기한 설명에 기초하여 본 발명의 다양한 실시예가 가능하다는 것은 당업자 에게 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 상기한 내용은 설명하기 위한 것으로만 해석되어야 하며, 본 발명을 설명하기 위한 최선의 실시예를 기술한 것이다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다.

Claims

교량 양단부의 교대(10)와,

상기 교대 사이에 배치되어 조립되는 복수개의 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)과,

교량의 길이 방향으로 상기 교대(10)에 사이에 설치되어 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)의 하면을 지지하는 종방향 서스펜션 섬유판(30)과,

상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 관통하여 교량의 길이 방향으로 배치된 상태에서 긴장, 정착되어 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)에 긴장력을 가하는 프리스트레스 섬유판(40)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한 스트레스 리본 교량.
제1항에 있어서,

상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)과 서스펜션 섬유판(30) 사이의 마찰응력을 감소시키기 위하여 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)의 하면과 서스펜션 섬유판(30) 사이의 접촉 위치에 저마찰 재료가 구비되는 것을 특징으로 하는 종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한 스트레스 리본 교량.
제1항에 있어서,

상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)과 상기 서스펜션 섬유판(30)이 접촉하게 되는 부분에 국부응력이 집중되는 것을 방지하기 위하여 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)의 하면과 서스펜션 섬유판(30) 사이의 접촉 위치에는 곡면 형태로 돌출되어 있는 돌출부(21)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한 스트레스 리본 교량.
제3항에 있어서,

상기 돌출부(21)의 외면에는, 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)과 서스펜션 섬유판(30) 사이의 마찰응력을 감소시키기 위한 저마찰 재료가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한 스트레스 리본 교량.
제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 있어서,

상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)의 하면과 서스펜션 섬유판(30) 사이의 접촉 위치에서 상기 서스펜션 섬유판(30)의 표면에는 탄소섬유 시트가 부착되어 보강되어 있는 것을 특징으로 하는 종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한 스트레스 리본 교량.
교량 양단부의 교대(10)와, 복수개의 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)과, 서스펜션 섬유판(30)과, 프리스트레스 섬유판(40)을 포함하여 구성되는 스트레스 리본 교량의 시공방법으로서,

상기 교대(10) 사이에 상기 서스펜션 섬유판(30)을 교량의 종방향으로 배치하는 단계;

상기 서스펜션 섬유판(30)으로 하여금 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 지지하도록 상기 복수개의 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 상기 서스펜션 섬유판(30) 위에 배치하는 단계;

상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)에 프리스트레스가 가해지도록 상기 프리캐스트 복합섬유 바닥판(20)을 관통하여 교량의 길이 방향으로 프리스트레스 섬유판(40)을 배치하고 이를 긴장, 정착하는 단계; 및

상기 서스펜션 섬유판(30)을 긴장하여 교대(10)에 정착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 종방향 섬유판과 프리캐스트 복합섬유 바닥판을 이용한 스트레스 리본 교량의 시공방법.