KR100777566B1 - Tsc 보의 강선긴장 보강 공법 - Google Patents

Tsc 보의 강선긴장 보강 공법

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KR100777566B1
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Abstract

콘크리트에 사전 압축력을 가하여 보강 효과를 얻는 PS 콘크리트 보와는 달리 강선긴장 방법으로 현장 콘크리트를 부어넣기 전 철구공장에서 TSC 보(1, 2, 3)의 하부 플랜지에 사전 압축응력을 유발시킴으로 인하여 단면의 경제성을 확보하고 장스팬 단순보의 처짐량을 줄여서 가설 지주를 생략하는 공법이다.
강선긴장을 위하여 TSC 보에 특장형강선콘(4)을 부착한다. TSC 보의 양단 가까운 위치 하부 플랜지(7), 웨브(8), 스티프너(6) 또는 T형 립(9) 일부를 절단한 공간에 특장형강선콘을 삽입 용접하고 강선쐐기 구멍에 강선을 삽입하여 유압잭으로 긴장, 쐐기로 정착한다. TSC 보 하단의 T형 립 일부를 절단하는 길이와 특장형강선콘의 길이는 2면 용접하여 15tf 이상을 지지하게 한다.

Description

TSC 보의 강선긴장 보강 공법{Reinforcing of TSC Beam with Wire Tension Method}
건축 현장에 널리 알려진 TSC 보는 H형강(단면 중앙에 수직으로 하나의 웨브가 있음)과는 달리 보 단면 좌우에 각각 웨브(8)가 있으므로 전단 내력에는 충분한 여유가 있는 반면 단순보로 설계할 경우 상대적으로 중앙 하부 플랜지(7)의 극히 일부분(단순보의 휨모멘트 값은 보의 중앙부가 최대이므로) 단면이 부족하기 때문에 자재 목록표에서 상위 단면을 선정하여 경제적으로 부담이 되는 경우가 많다. 또한 장스팬 보를 단순보로 설계할 경우 TSC 보 위에 시공하는 바닥 슬래브 콘크리트와 TSC 보 내부에 콘크리트를 부어 넣는 과정에서 콘크리트의 자중과 시공하중에 의하여 TSC 보가 관리치 이상으로 처짐이 발생하는 것에 대비하여 가설 지주를 설치하는 번거로움을 감수하여야 한다. 한편 강선을 프리텐션 또는 포스트텐션으로 휨재를 보강하는 종래기술(PS 콘크리트 보)은 사전에 양생한 콘크리트에 압축력을 가했다가 적재하중 등 상재 하중이 작용할 때 사전 압축 응력을 받고 있던 콘크리트 단면 인장부위의 선행 압축응력이 점차 0 또는 인장응력쪽으로 변하는 것을 활용하는 것이지만 합성보에서 콘크리트를 부어넣기 전 강선을 긴장함으로 인하여 후에 인장응력이 유발될 강재 부위에 사전 압축력을 가하여 보강하는 방법은 사용하지 않는다(콘크리트가 외부에 노출된 합성보에는 과대한 균열 발생이 허용되지 않음).
이는 합성보의 인장측 강재에만 압축력을 가하면 후에 하중이 작용할 경우 부어 넣는 콘크리트가 휨 변형 추가로 인한 균열 증가를 우려해서이다(콘크리트, 강판 및 강선의 영계수는 각각 205,000, 2,100,000, 2,000,000kg/cm2으로 콘크리트의 영계수가 강판이나 강선에 비하여 1/10 정도여서 같은 응력 대비 변형이 크므로 균열이 쉽게 발생한다). 그러나 TSC 보(1, 2, 3)는 콘크리트를 강판이 둘러싸고 있는 형상이며 단순보일 경우 인장측 콘크리트 단면은 구조 내력에 별로 도움이 되지 않으므로 균열이 다소 추가된다 해도 눈에 띄지 않으며 또한 설사 균열이 발생한다 해도 보수할 필요가 없는 장점이 있다(단순지지 TSC 보에서 중앙 하단 콘크리트는 웨브의 좌굴 방지, 진동방지, 차음성 향상 및 내화성 증진 역할을 함).
TSC Ⅰ(1) 보는 두꺼운 강판을 절단 용접 제작이므로 하부 플랜지의 두께나 폭을 휨모멘트의 크기에 따라 부위별로 다르게 조정하는 설계를 할 수는 있으나 TSC Ⅱ(2), TSC Ⅲ(3) 보는 코일 성형제품이므로 전 단면을 통하여 두께와 크기가 균일하다. 따라서 주로 단순보일 경우(강콘크리트 합성보의 장점은 보 상부 바닥판 슬래브가 압축응력에 저항하므로 단순보로 설계하는 것이 바람직함)중앙 하부 플랜지의 일부 구간 단면이 부족한 이유로 전 단면에 걸쳐 두께를 증가할 때가 종종 발생한다. 이때 응력 대비 자재비가 저렴한 강선을 인장측에 배열하고 사전 긴장하여 강재에 압축력을 유발시키면 단면 전체의 강판 두께를 키우는 것보다 훨씬 경제적일 수 있다. 일반적으로 강선의 인장저항응력도는 일반 강재의 5∼6배인 반면 단위 중량당 자재 단가는 2배 정도에 불과하기 때문이다. 그러므로 강선 긴장을 위한 강선정착단의 간소화와 현장 긴장작업의 번거로움을 해소(공장에서 사전 긴장)하면 충분히 경제성을 확보할 수 있다.
이렇게 되면 강구조에서 가공 조립비를 강재 중량으로 계산함으로 인한 인건비 감소도 추가 절감 요인으로 작용한다. 건축구조 분야 강구조 공사의 자재비와 가공 조립비 비율은 대략 1:1 이다. 따라서 강선정착단의 비용을 최소한으로 줄이는 방법으로 특장형강선콘(4)을 TSC 보의 하단 내부에 직접 용접한다. 이렇게 하면 TSC 보에 콘크리트를 부어 넣을 경우 강선정착단이나 강선(5)이 외부에 노출되지 않고 강판과 콘크리트로 보호되므로 외관상 차이가 없으며 별도의 내화피복 추가비도 없다. 단순보의 최외단 하부 플랜지는 내력상 충분한 여유가 있으므로(휨모멘트 값이 적기 때문) 강선정착단의 용접, 강선의 긴장작업 및 현장에서의 보 단부 접합에 지장이 없을 정도의 위치에 강선정착단을 용접하면 된다.
기술적 과제로는 강선의 굵기, 가닥 수 및 사전 긴장값 관리치를 적절히 정하는 것이고 표준형 TSC Ⅱ, TSC Ⅲ 보일 경우 두께가 6㎜일 때 강선 15.2㎜ 4가닥을 각각 15ton 정도씩 긴장하면 코일 두께 9㎜ TSC 보에 해당하는 내력을 얻을 수 있다. 또한 보의 길이와는 무관하게 정착단은 좌우 양측에 필수적이며 강선 긴장 작업은 1회로 동일하므로 보의 스팬길이가 길수록 유리하며 대략 10m 이상이면 경제성이 두드러진다.
강선긴장을 위하여 TSC 강콘크리트 합성보에 부착하는 강선정착단으로는 특장형강선콘(표준형은 4. 5cm)을 사용한다. TSC 보의 양단 가까운 위치 하부 플랜지, 웨브(8), 스티프너(6) 또는 T형 립(9)을 일부 절단한 공간에 강선정착단을 삽입 용접하고 강선쐐기 구멍에 강선을 삽입하여 유압잭으로 긴장, 쐐기로 정착한다. TSC보 하단의 T형 립(9) 일부를 절단하는 길이와 강선정착단의 길이는 10cm 이상이며 양면 용접일 경우 15tf 이상 지지하도록 한다. 특장형강선콘(4)은 2, 4, 6 등 짝수로 배열한다.
TSC Ⅰ(1) 보의 하부 플랜지에는 T형 립(9)이 없으므로 스티프너(6)를 용접 보강한다. 강선쐐기구멍을 통하여 강선을 끼우고 유압잭을 사용하여 구조계산으로 정한 긴장력을 가하여 쐐기로 정착함에 있어서 유압잭은 좌우 대칭 복수로 동시 작업을 하여 긴장작업 중 편심응력으로 인한 비틀림을 방지한다. 강선 보강한 TSC 보(1, 2, 3)를 운반할 때 중앙 1점 양중하면 자중이 추가 역방향 하중역할을 하여 파손될 위험이 있으므로 피하여야 한다.
TSC 보의 하부 플랜지(7)를 강선 긴장 수단으로 사전 압축력을 가하여 보강하면 단순보일 경우 단면의 강판 두께를 줄일 수 있고 장스팬일 때 부담되는 가설 지주를 생략할 수 있는 치올림(camber) 효과를 얻을 수 있어서 경제적이다.
PS 콘크리트보를 공장에서 생산하면 중량과 부피가 커서 운반 조립비가 부담이 되며 강선(5)을 현장에서 긴장하는 포스트텐션(Post Tension) 공법은 콘크리트 양생 기간 대기 및 현장 작업으로 번거롭지만 본 발명의 방법은 공장에서 강선의 긴장력을 활용하여 강재에 사전 압축력을 가하는 것이므로 위 어려움이 해소되는 효과가 있다.
도 1 a, b, c는 각각 TSC Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 보 단부에 특장형강선콘을 용접한 입면도,
도 2 a, b, c는 각각 TSC Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 보 단부에 특장형강선콘을 용접하고 강선을 삽입한 사시도,
도 3은 TSC Ⅱ 보의 단부에 특장형강선콘을 용접하고 강선을 삽입한 횡단면도,
도 4는 TSC Ⅲ 보의 양단에 특장형강선콘을 용접하고 강선을 삽입 후 유압잭으로 긴장 정착하여 치올림이 발생한 횡단면도,
도 5는 특장형강선콘 사시도이다.
〈 도면의 부호와 용어에 대한 간단한 설명〉
1 : TSC I 보 2 : TSC Ⅱ 보
3 : TSC Ⅲ 보
4 ; 특장형강선콘(special long type wedge cone)
5 : 강선(wire strand) 6 : 스티프너(stiffener)
7 : 하부 플랜지(flange) 8 : 웨브(web)
9 : T형 립(rib)
※ TSC 보; 개략적인 외형은 철근콘크리트 T형 보와 같으며 보의 몸체 부분은 강판으로 영구거푸집을 짜서 그 내부와 및 강판 영구거푸집 상부플랜지의 슬래브에 콘크리트를 부어 일체화시킨 강콘크리트 합성보이다. TSC 보(1, 2, 3)의 표피에 해당하는 강판은 철근콘크리트 보일 경우의 철근 역할을 하여 구조 내력을 발휘하기 때문에 거푸집 목공, 철근공의 도움이 불필요하여 시공이 간편해진다. 또한 위 영구거푸집은 두꺼운 강판을 절단하여 용접 제작하는 대형 TSC Ⅰ 과, 강판을 신문원지처럼 원주형으로 감은 상태로 공급하는 얇은 코일(두께 10㎜ 이하)을 공장에서 대략 J형으로 반 조각씩 냉간성형(cold roll forming)하여 이들을 서로 맞대어 자동용접 부착하여 제작하는 TSC Ⅱ 및 TSC Ⅲ로 구분된다.

Claims (1)

  1. TSC 보(1, 2, 3) 양단부에 특장형강선콘(4)과 강선으로 긴장하여 내력을 증가시키도록 제작함에,
    (a) 특장형강선콘을 TSC 보(1, 2, 3) 양단부의 하부 플랜지(7), 웨브(8), 스티프너(6) 또는 일부 절단한 T형 립(9)에 용접으로 고정시키는 단계 ;
    (b) 특장형강선콘(4)을 용접 후 특장형강선콘(4)의 강선구멍을 통해 강선(5)을 끼우고 유압잭으로 긴장하여 쐐기로 정착하는 단계 ;
    (c) 유압잭으로 긴장하여 하부 플랜지(7)에 프리텐션을 도입하는 단계 ;
    를 포함하여 TSC 보(1, 2, 3) 하부 플랜지에 프리텐션을 적용하여 내력을 증가시키고 캠버를 발생시키는 것을 특징으로 하는 TSC 보의 강선긴장 보강 공법.
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