KR100793157B1

KR100793157B1 - 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 이용한 연속교제작방법

Info

Publication number: KR100793157B1
Application number: KR1020060132180A
Authority: KR
Inventors: 김기석; 윤태양; 이필구; 박찬희; 김진국
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-01-10

Abstract

본 발명은 3개 이상으로 분절된 강거더를 이용하여 2경간 이상의 연속 교량을 제작할 때 부모멘트 거더의 바닥판에 미리 프리스트레스를 도입함으로써 강거더의 연결부위에 가해지는 부모멘트에 보다 효과적으로 저항할 수 있도록 해주는 연속교 제작방법에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술구성은, 부모멘트 거더(10)를 뒤집어서 그 양 끝단을 지지한 다음 상부 플랜지 상에 바닥판 콘크리트(14)를 타설하는 제 1단계; 상기 바닥판 콘크리트(14)의 양생이 완료되면 부모멘트 거더(10)를 다시 뒤집어서 그 양 끝단을 지지한 다음 복부 콘크리트(16)와 하부 케이싱 콘크리트(15)를 타설하여 바닥판 콘크리트(14) 내에 프리스트레스를 도입하는 제 2단계; 상기한 방법으로 제작된 부모멘트 거더(10)와 하부 케이싱 콘크리트(25)만 타설된 정모멘트 거더(20)를 교각(30) 위에 안착시키는 제 3단계; 상기 부모멘트 거더(10)와 정모멘트 거더(20)의 연결 부위에 연결강판(32)을 덧대어 접합시키는 제 4단계; 상기 정모멘트 거더(20)에 복부 콘크리트(26)와 바닥판 콘크리트(24)를 타설하여 양생시키는 제 5단계로 이루어진다.

연속교, 부모멘트 거더, 정모멘트 거더, 바닥판 콘크리트

Description

프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 이용한 연속교 제작방법{Method for manufacturing continuous bridge with prestressed negative moment girder}

도1은 종래의 연속교 제작방법을 도시한 도면.

도2는 종래의 제작방법에 따른 문제점을 도시한 도면.

도3은 본 발명에 따라 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더의 제작과정을 도시한 도면.

도4는 도3에 따라 제작된 부모멘트 거더를 이용한 연속교 제작과정을 도시한 도면.

도5는 본 발명에 따른 부모멘트 거더의 또 다른 제작과정을 도시한 도면.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10: 부모멘트 거더 11: 복부

12: 상부 플랜지 13: 하부 플랜지

14: 바닥판 콘크리트 15: 하부 케이싱 콘크리트

16: 복부 콘크리트 20: 정모멘트 거더

24: 바닥판 콘크리트 25: 하부 케이싱 콘크리트

26: 복부 콘크리트 30: 교각

31: 지지대 32: 연결 강판

본 발명은 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 이용한 연속교 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3개 이상으로 분절된 강거더 또는 강합성 거더(이하 “강거더”라 함)를 이용하여 2경간 이상의 연속 교량을 제작할 때 부모멘트 거더의 바닥판에 미리 프리스트레스를 도입함으로써 강거더의 연결부위에 가해지는 부모멘트에 보다 효과적으로 저항할 수 있도록 해주는 연속교 제작방법에 관한 것이다.

교량은 그 지지 형태에 따른 단순교와 연속교로 구분된다. 교량의 기둥인 교각과 교각 사이의 거리를 경간 또는 지간이라 하고, 영어로는 스팬(span)이라고 한다. 단순교는 이 경간의 주형 또는 주트러스트가 서로 분리된 교량으로, 교각이 주형 또는 주트러스트를 양 끝단에서 단순하게 지지하는 형태를 취한다. 정정 구조물이라 계산이 쉽고 시공이 간편하다는 장점이 있는 반면 처짐이 심해 지간을 길게 뽑아낼 수 없기 때문에 길이가 짧은 교량에 알맞다.

연속교는 단순교에 상대되는 개념으로 경간의 주형 또는 주트러스트가 3개 이상의 교각으로 지지되며, 주형이 서로 분리되지 않고 하나로 연속되어 있다. 다시 말해 하나의 긴 주형을 여러 개의 교각이 떠받치는 교량으로, 연속되는 경간 수에 따라 3경간, 4경간, 5경간 등으로 나뉜다. 단순교에 비해 처짐이 심하지 않아 긴 교량에 알맞다. 반대로 부정정구조물이라 계산이 어려운 단점이 있다.

본 발명은 연속교, 그 중에서도 경간을 구성하는 강거더가 분절화되어 상호 연결되는 형태의 연속교에 관한 것이다. 잘 알려진 바와 같이 분절화된 강거더를 상호 연결하는 경우에는 교각 위에 지지되는 강거더 부근에는 부모멘트가 작용하고, 이와 연결되어 교각과 교각 사이에 위치하는 강거더 부근에는 정모멘트가 작용한다.

도1에는 상기 부모멘트 구간의 거더(1)(이하 “부모멘트 거더”라 함)와 정모멘트 구간의 거더(5)(이하 “정모멘트 거더”라 함)를 상호 연결하여 연속교를 제작하는 방법이 도1에 도시되어 있다. 부모멘트 거더(1)는 통상 수직한 복부와 이 복부의 상 · 하부에 수평하게 설치된 상부 플랜지와 하부 플랜지로 구성되어 전체적으로 I형태를 이루며, 이는 정모멘트 거더(5)의 경우도 동일하다.

부모멘트 거더(1)와 정모멘트 거더(5)는 교각에 설치되기 전에 공장이나 인근 공사 현장에서 각각의 하부 플랜지에 하부 케이싱 콘크리트(2)가 타설된 형태로 프리캐스트 된다. 이 프리캐스트 된 부모멘트 거더(1)와 정모멘트 거더(5)를 크레인을 사용하여 교각(6) 위에 설치한다. 이 때 부모멘트 거더(1)와 정모멘트 거더(5)의 연결부위에는 이들 거더(1,5)를 임시로 지탱하기 위해 임시 지지대(7)가 설치될 수 있다[도1의 (a)].

교각(6)과 임시 지지대(7)에 거치된 부모멘트 거더(1)와 정모멘트 거더(5)의 연결 부위에는 연결강판(8)을 덧대고 볼트 또는 용접으로 견고히 접합시킨다. 이 때, 부모멘트 거더(1)가 교각(6) 위에 안착되는 지점에는 소울 플레이트(Sole plate)를 용접하여 지지 고정시킨다[도1의 (b)]. 부모멘트 거더(1)와 정모멘트 거 더(5)를 상호 연결시킨 다음에 복부 콘크리트(4)와 상부 케이싱 콘크리트 및 바닥판 콘크리트(3)를 타설하고 양생이 끝난 후에는 임시 지지대(7)를 제거함으로써 연속교의 제작이 완료된다[도1의 (c)]. 상기 상부 케이싱 콘크리트와 바닥판 콘크리트(3)는 별개의 구성요소이나 본 발명에서는 이를 바닥판 콘크리트로 통칭하기로 한다.

이미 설명한 바와 같이 상기한 방법으로 제작된 연속교에 있어서 거더의 연결 부위에 작용하는 응력 분포는 도2에 도시된 것처럼 교각 위쪽 부근에는 부모멘트(-)가 작용하고, 교각과 교각 사이에는 정모멘트(+)가 작용한다. 교각 위에 발생하는 부모멘트(-)는 복부 콘크리트(4)와 바닥판 콘크리트(3)를 타설한 후 임시 지지대(7)를 제거할 때 발생하는 추가 사하중과 자동차가 통과할 때 발생하는 활하중에 의해 더욱 증가되고 이에 의해 부모멘트 거더(1) 상에 타설된 바닥판 콘크리트(3)에 인장 응력이 작용하여 균열이 발생하게 된다.

부모멘트 거더(1)의 바닥판 균열을 방지하는 가장 간단한 방법은 바닥판 콘크리트(3)의 크기를 크게 하여 단면응력을 증가시키는 것이나, 이는 교량의 형고를 증가시키므로 바람직하지 못하다. 이 외에 바닥판의 균열을 방지하기 위한 방법으로 중앙 부모멘트 거더(1)의 하부 케이싱 콘크리트에는 인장 응력이 잔류하도록 프리플렉션을 가하고, 양쪽 정모멘트 거더(5)의 하부 케이싱 콘크리트에는 압축 응력이 잔류하도록 프리플렉션을 가하여 제작한 후 이를 연결하는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 균열이 발생하는 바닥판 자체에 압축 응력을 도입시키는 것이 아니어서 부모멘트 거더(1)의 바닥판 균열을 완전히 방지하지 못했다.

바닥판 자체에 압축 응력을 도입시키는 방법으로는 연속 거더의 제작시에 상승/하강에 의해 압축 응력을 도입하거나 연결강판을 이용하여 인장 부모멘트에 저항하도록 하거나 현장 타설된 바닥판에 비부착 강선을 배치하여 압축 응력을 도입하는 방법이 있으나, 이들 방법은 공정이 매우 복잡하여 실시하기가 어렵고 비부착 강선 등이 추가적으로 사용되어야 하므로 공사 비용이 증가되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 별도의 구성요소를 추가함이 없이 부모멘트 거더의 제작 과정을 새로이 고안하여 바닥판에 프리스트레스로서 압축 응력을 도입함으로써 바닥판의 균열 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 이용한 연속교 제작방법은 도입하는 프리스트레스의 크기에 따라 2가지로 구성된다.

첫째, 설계 상 큰 프리스트레스를 도입할 필요가 있는 경우에는, 부모멘트 거더를 뒤집어서 그 양 끝단을 지지한 다음 상부 플랜지 상에 바닥판 콘크리트를 타설하는 제 1단계; 상기 바닥판 콘크리트의 양생이 완료되면 부모멘트 거더를 다시 뒤집어서 그 양 끝단을 지지한 다음 복부 콘크리트(16)와 하부 케이싱 콘크리트를 타설하여 바닥판 콘크리트 내에 프리스트레스를 도입하는 제 2단계; 상기한 방법으로 제작된 부모멘트 거더와 하부 케이싱 콘크리트만 타설된 정모멘트 거더를 교각 위에 안착시키는 제 3단계; 상기 부모멘트 거더와 정모멘트 거더의 연결 부위에 연결강판을 덧대어 접합시키는 제 4단계; 상기 정모멘트 거더에 복부 콘크리트와 바닥판 콘크리트를 타설하여 양생시키는 제 5단계로 이루어진다.

둘째, 상대적으로 작은 프리스트레스를 도입하는 경우에는 상기한 첫 번째 방법 중에서 제1 및 제2 단계를 대신하여 부모멘트 거더를 원래 상태로 놓고 그 양 끝단을 지지한 다음 상부 플랜지 상에 바닥판 콘크리트를 타설하는 제 1단계 및 상기 바닥판 콘크리트의 양생이 완료되면 복부 콘크리트와 하부 케이싱 콘크리트를 타설하여 바닥판 콘크리트 내에 프리스트레스를 도입하는 제 2단계로 이루어진다.

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 기술 구성을 보다 상세히 설명한다. 도3은 본 발명에 따른 연속교 제작방법의 제1 실시예 중에서 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 제작하는 과정을 나타낸다.

먼저, 상부 플랜지(11), 복부(12), 하부 플랜지(13)로 구성된 I형 부모멘트 거더(10)를 상부 플랜지가 아래로 오도록 뒤집고 양 끝단을 단순 지지한 다음 상기 상부 플랜지(11) 상에 바닥판 콘크리트(14)를 타설한다[제 1단계, 도3의 (a) 참조]. 이 바닥판 콘크리트(14)는 통상의 상부 케이싱 콘크리트를 포함한다. 부모멘트 거더(10)를 아래로 뒤집은 후 양 끝단을 단순 지지하면 자체 하중에 의해 거더의 중앙 부분이 아래로 처지게 되고, 이 상태에서 바닥판 콘크리트(14)가 타설된다.

이 때 상기 바닥판 콘크리트(14)를 타설하기 위한 거푸집을 부모멘트 거더(10)의 상부 또는 복부에 강선으로 매달아 설치하는 것이 바람직하다.

상기 바닥판 콘크리트(14)의 양생이 완료되면 상기 부모멘트 거더(10)를 다시 원래 상태가 되도록 뒤집은 다음 그 양 끝단을 단순 지지하고 복부 콘크리트(16)와 하부 케이싱 콘크리트(15)를 타설한다[제 2단계, 도3의 (b) 참조]. 제 1단계에서 거더의 중앙부가 아래로 처진 상태에서 바닥판 콘크리트(14)를 타설하였으므로, 이를 다시 원래 상태로 뒤집으면 거더의 중앙부가 솟음 처리된 것과 동일한 형태가 된다.

이 상태에서 복부 콘크리트(16)와 하부 케이싱 콘크리트(15)를 타설하게 되면 솟음 처리되었던 부모멘트 거더(10)가 새로 타설된 콘크리트의 하중(P)에 의해 중앙부가 아래로 처지게 된다. 그 결과 솟음 처리된 상부 플랜지를 따라 타설되었던 바닥판 콘크리트(14)도 부모멘트 거더(10)의 거동에 따라 중앙부가 아래로 처지면서 내부에 압축 응력이 프리스트레스로 도입된다. 이 때 바닥판 콘크리트(14)는 솟음 처리된 위치에서부터 거동하므로 그 이동 거리가 커서 상대적으로 큰 압축 응력이 도입된다.

상기한 방법으로 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더(10)를 사용하여 연속교를 제작하는 방법을 도4를 참조로 설명한다.

먼저, 상기 제 1단계 및 제 2단계를 따라 제작된 부모멘트 거더(10)와 별도로 하부 케이싱 콘크리트(25)만 타설되도록 제작된 정모멘트 거더(20)를 거중기를 사용해 교각(30) 위에 안착시킨다[제 3단계, 도4의 (c) 참조]. 이 때 상기 부모멘트 거더(10)와 정모멘트 거더(20)의 연결 부위를 안착시키기 위해 임시 지지대(31)를 추가로 설치할 수 있다.

그 후 상기 부모멘트 거더(10)와 정모멘트 거더(20)의 연결 부위에 연결강판(32)을 덧대어 볼트 또는 용접으로 접합시킨다[제 4단계, 도4의 (d) 참조]. 그리고 부모멘트 거더(10)를 교각(30) 위에 고정시키기 위해 소울 플레이트를 사용해 용접 또는 볼트로 견고히 결합시킨다. 마지막으로, 정모멘트 거더(20)에 복부 콘크리트(26)와 바닥판 콘크리트(24)를 타설하여 양생시키면 본 발명에 따른 연속교의 제작이 완성된다[제5단계, 도4의 (e) 참조]. 상기 제 3단계에서 임시 지지대(31)를 설치한 경우에는 상기 복부 콘크리트(26)와 바닥판 콘크리트(24)의 양생이 끝난 다음에 이를 제거한다.

상기 도2를 참조로 설명한 바와 같이, 연속교의 응력분포를 계산해 보면 교각 위에 설치되는 부모멘트 거더(10) 상에는 인장 응력인 부모멘트(-)가 작용하는데, 본 발명에 따르면 부모멘트 거더(10)의 상부에 타설된 바닥판 콘크리트(14) 내에 프리스트레스로 압축 응력이 도입되어 있기 때문에 상기 부모멘트(-)에 효과적으로 저항하고, 그 결과 바닥판에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도5는 본 발명에 따른 연속교 제작방법의 제2 실시예 중에서 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 제작하는 과정을 나타낸다.

본 실시예에서는 상기 제1 실시예와 달리 부모멘트 거더(10)를 뒤집지 아니하고 원래 상태에서 그 양 끝단을 단순 지지한 다음 상부 플랜지(11) 상에 바닥판 콘크리트(14)를 타설한다[제 1단계, 도5의 (a) 참조]. 이에 따르면, 상기 제1 실시예와 달리 부모멘트 거더(10)가 솟음 처리되지 않기 때문에 바닥판 콘크리트(14)도 편평한 상태로 타설된다.

그 후 상기 바닥판 콘크리트(14)의 양생이 완료되면 복부 콘크리트(16)와 하부 케이싱 콘크리트(15)를 타설한다[제2 단계, 도5의 (b) 참조]. 타설된 복부 콘크리트(16)와 하부 케이싱 콘크리트(15)의 하중(P)에 의해 부모멘트 거더(10)의 중앙부가 아래로 처지게 되고, 그 결과 상부 플랜지를 따라 타설되었던 바닥판 콘크리트(14)도 부모멘트 거더(10)의 거동에 따라 그 중앙부가 아래로 처지면서 내부에 압축 응력이 프리스트레스로 도입된다. 이 때 바닥판 콘크리트(14)는 편평한 상태에서 거동하므로 솟음 처리된 상태에서 거동하는 상기 제1 실시예보다 그 이동 거리가 작아 상대적으로 작은 압축 응력이 도입된다.

상기한 방법으로 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더(10)를 사용하여 연속교를 제작하는 방법은 도4를 참조로 설명한 제1 실시예의 경우와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 연속교의 부모멘트 거더에 콘크리트를 타설함에 있어서 바닥판 콘크리트를 가장 먼저 타설하고, 그 후 복부 콘크리트와 하부 케이싱 콘크리트를 타설하여 그 하중에 의해 바닥판 콘크리트 내에 압축 응력이 프리스트레스로 도입되도록 하는 것이다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 이용한 연속교 제작방법에 따르면, 별도의 구성을 추가함이 없이 부모멘트 거더의 제작과정을 새로이 구성함으로써 그 바닥판 콘크리트 내에 압축 응력을 도입하여 부모멘트에 의해 바닥판에 균열이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims

부모멘트 거더(10)를 뒤집어서 그 양 끝단을 지지한 다음 상부 플랜지 상에 바닥판 콘크리트(14)를 타설하는 제 1단계;

상기 바닥판 콘크리트(14)의 양생이 완료되면 부모멘트 거더(10)를 다시 뒤집어서 그 양 끝단을 지지한 다음 복부 콘크리트(16)와 하부 케이싱 콘크리트(15)를 타설하여 바닥판 콘크리트(14) 내에 프리스트레스를 도입하는 제 2단계;

상기한 방법으로 제작된 부모멘트 거더(10)와 하부 케이싱 콘크리트(25)만 타설된 정모멘트 거더(20)를 교각(30) 위에 안착시키는 제 3단계;

상기 부모멘트 거더(10)와 정모멘트 거더(20)의 연결 부위에 연결강판(32)을 덧대어 접합시키는 제 4단계;

상기 정모멘트 거더(20)에 복부 콘크리트(26)와 바닥판 콘크리트(24)를 타설하여 양생시키는 제 5단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 이용한 연속교 제작방법.
제1항에 있어서, 상기 제 1단계는 상기 바닥판 콘크리트(14)를 타설하기 위한 거푸집을 부모멘트 거더(10)의 상부 또는 복부에 강선으로 매달아 설치하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 이용한 연속교 제작방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제 3단계에서는 상기 부모멘트 거더(10)와 정모멘트 거더(20)의 연결 부위를 안착시키기 위해 임시 지지대(31)를 추가로 설치하고, 상기 제 5단계에서는 상기 복부 콘크리트(26)와 바닥판 콘크리트(24)의 양생이 완료된 다음 상기 임시 지지대(31)를 제거하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 이용한 연속교 제작방법.
I형 강재로 된 부모멘트 거더(10)를 뒤집어서 그 양 끝단을 지지한 다음 상부 플랜지 상에 바닥판 콘크리트(14)를 타설하여 양생하고, 부모멘트 거더(10)를 다시 뒤집어서 그 양 끝단을 지지한 다음 복부 콘크리트(16)와 하부 케이싱 콘크리트(15)를 타설하여 상기 바닥판 콘크리트(14) 내에 프리스트레스가 도입되도록 제작된 연속교를 위한 부모멘트 거더.
부모멘트 거더(10)를 원래 상태로 놓고 그 양 끝단을 지지한 다음 상부 플랜지 상에 바닥판 콘크리트(14)를 타설하는 제 1단계;

상기 바닥판 콘크리트(14)의 양생이 완료되면 복부 콘크리트(16)와 하부 케이싱 콘크리트(15)를 타설하여 바닥판 콘크리트(14) 내에 프리스트레스를 도입하는 제 2단계;

상기한 방법으로 제작된 부모멘트 거더(10)와 하부 케이싱 콘크리트(25)만 타설된 정모멘트 거더(20)를 교각(30) 위에 안착시키는 제 3단계;

상기 부모멘트 거더(10)와 정모멘트 거더(20)의 연결 부위에 연결강판(32)을 덧대어 접합시키는 제 4단계;

상기 정모멘트 거더(20)에 복부 콘크리트(26)와 바닥판 콘크리트(24)를 타설하여 양생시키는 제 5단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 이용한 연속교 제작방법.
제5항에 있어서, 상기 제 3단계에서는 상기 부모멘트 거더(10)와 정모멘트 거더(20)의 연결 부위를 안착시키기 위해 임시 지지대(31)를 추가로 설치하고, 상기 제 5단계에서는 상기 복부 콘크리트(26)와 바닥판 콘크리트(24)의 양생이 완료된 다음 상기 임시 지지대(31)를 제거하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 부모멘트 거더를 이용한 연속교 제작방법.
I형 강재로 된 부모멘트 거더(10)를 원래 형태로 놓고 그 양 끝단을 지지한 다음 상부 플랜지 상에 바닥판 콘크리트(14)를 타설하고, 이 바닥판 콘크리트(14)의 양생이 완료된 다음 복부 콘크리트(16)와 하부 케이싱 콘크리트(15)를 타설하여 상기 바닥판 콘크리트(14) 내에 프리스트레스가 도입되도록 제작된 연속교를 위한 부모멘트 거더.