KR100794443B1

KR100794443B1 - 압축을 받는 상현재에 다중합성개념을 도입하고 격점부의구조성능을 향상시킨 복합트러스 거더

Info

Publication number: KR100794443B1
Application number: KR1020060102179A
Authority: KR
Inventors: 원대연
Original assignee: 원대연
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2008-01-16
Also published as: KR20060115698A

Abstract

본 발명은 교량에 사용되고 있는 프리스트레스 합성트러스 보의 구조성능을 개선하여 경제성과 시공성을 향상시키기 위한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 프리스트레스트 합성트러스 보의 상현재를 압축력을 받는 위치에서는 강재와 콘크리트와의 합성구조로, 인장력을 받는 위치에서는 강재만으로 각각 구성되도록 함으로서 압축력을 받는 상현재의 강재량을 절감시키고, 부재좌굴에 대한 저항성을 크게 향상시킬 수 있는 복합트러스 거더의 개발에 관한 것이다.

또한 종래의 합성트러스 보의 격점구조가 갖고 있는 시공성문제를 개선하기 위하여 머리부착 스터드 대신에 구멍강판구조를 전단연결재로 사용하는 격점구조를 개발하였고, 이러한 결과로써 하현재 콘크리트와 접합부 방수처리 문제, 격점구간에서의 철근간섭문제 그리고 콘크리트 치기시의 다짐문제 등을 크게 개선시킬 수 있었다.

프리스트레스트 합성트러스 보, 복합트러스 거더, 상현재, 격점구조, 머리부착 스터드, 고장력 볼트

Description

압축을 받는 상현재에 다중합성개념을 도입하고 격점부의 구조성능을 향상시킨 복합트러스 거더{omitted}

도 1은 종래기술에 따른 프리스트레스트 합성트러스 보의 단면도

도 2는 종래기술에 따른 프리스트레스트 합성트러스 보의 상현재의 단면도

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 압축력을 받는 복합트러스 거더의 상현재의 구성을 나타낸 사시도

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 인장력을 받는 복합트러스 거더의 상현재의 구성을 나타낸 사시도

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 복부재와 하현재 연결을 위한 격점구조 상세를 나타낸 사시도

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 복부재와 하현재 연결을 위한 격점구조 상세를 나타낸 사시도

도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 머리부착 스터드를 갖는 격점구조 상세를 나타낸 사시도

도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 압축력을 받는 상현재의 현장연결 방법을 나타낸 사시도

도 9는 본 발명의 제7실시예에 따른 인장력을 받는 상현재를 고장력 볼트를 통해 연결하는 방법을 나타낸 사시도

도 10은 본 발명의 제8실시예에 따른 압축력을 받는 상현재와 인장력을 받는 상현재가 서로 결합되는 곳의 접합구조상세를 나타낸 사시도

도 11은 본 발명의 제9실시예에 따른 압축력을 받는 복합트러스 거더의 상현재의 구성을 나타낸 사시도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 프리스트레스 합성트러스보 11 : 합성트러스보 상현재

12 : 합성트러스보 복부재 13 : PS강선

14 : 합성트러스보 하현재 16 : 수평연결강판

17 : 머리부착 스터드 30 : 복합트러스 거더 상현재

32 : 상현 콘크리트 33 : 바닥판 콘크리트

34 : 전단철근 50,60 : 격점구조

62 : 거세트판 82 : 고장력볼트

본 발명은 교량에 사용되고 있는 프리스트레스 합성트러스보의 구조성능을 개선하여 경제성과 시공성을 향상시키기 위한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 프리스트레스트 합성트러스보의 상현재를 압축력을 받는 위치에서는 강재와 콘크리트와의 합성구조로 하고, 인장력을 받는 위치에서는 강재만으로 각각 구성하도록 함 으로서 압축력을 받는 상현재의 강재량을 절감시킴과 동시에 부재좌굴에 대한 저항성을 크게 향상시키기 위한 것이다. 또한 합성트러스보를 구성하는 각 부재간의 결합이 이루어지는 격점구조를 개량시켜 부재연결에 따른 작업성과 경제성을 극대화할 수 있는 복합트러스 거더의 개발에 관한 것이다.

도 1에 나타낸 것과 같이, 종래기술에 따른 프리스트레스 합성트러스 보(10)는 구조용 강판으로 만들어진 소정형상의 상현재(11), 그리고 압연형강 또는 강관을 이용해 제작된 복부재(12), 그리고 소정형상의 콘크리트 단면에 PS강선(13)을 이용해 프리스트레스를 도입시킨 하현재(14)로 각각 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

강재로 제작된 복합트러스 보의 상현재(11)는 합성트러스 보(10)의 자중과 콘크리트 바닥판(15) 하중으로 인해 압축력 또는 인장력을 받게 되는데, 강재로 된 부재는 인장력에는 강하지만 압축력에는 상대적으로 약하다는 구조거동상의 특성으로 인해 작용하는 압축력이 크거나 압축력을 받는 영역이 넓어질수록 상현재의 강재량은 증가하게 된다.

한편 도 1에 도시한 것과 같이 종래기술에 따른 합성 트러스보의 복부재(12)와 하현재(14)는 하현재의 상부면에 강판으로 된 수평연결강판(16)을 매입한 후, 용접 또는 고장력볼트를 이용해 상기 수평연결강판을 복부재와 결합하는 구조를 가지고 있다. 따라서 수평연결강판 하면에는 하현재(14)와의 일체작용을 확보하기 위하여 다수의 머리부착 스터드(17)를 용착시키는데, 용접시 발생하는 열로 인해 수평연결강판에는 휨변형이 발생하여 평면상태를 유지하기 어렵게 된다. 이러한 휨변 형이 발생하면 콘크리트 하현재(14)에 매입되는 깊이가 일정하지 않게 되어 수평연결강판과 하현재 접촉면(18)의 방수처리가 어렵다는 문제점이 발생한다.

또한, 합성트러스 보는 경간장 40미터이상의 비교적 장경간의 교량건설에 주로 사용되므로 공장에서 15미터 이내의 길이로 부재를 분할제작 후에 현장에서 연결하는 제작공정을 거치는 경우가 많다. 이럴 경우 가설현장에서 상현재를 연결하는 공정이 필요하게 된다. 상현재를 연결하는 방법으로는 용접이음과 고장력 볼트이음이 있고, 용접이음의 경우에는 부재형상에 대한 제약은 받지 않지만 현장용접에 따른 작업성의 저하 및 품질확보가 어렵다는 단점을, 고장력 볼트이음의 경우에는 시공성은 뛰어나지만 부재형상에 제약을 받는다는 단점을 각각 갖고 있다.

합성트러스 보의 상현재가 단면에 작용하는 축력과 모멘트에 효율적으로 저항하기 위해서는 도 2(a)내지 도 2(c)에 나타낸 것과 같이 수평판(21)과 수직판(22)을 각각 구비하는 단면형상을 가져야 한다. 하지만 수평판에 설치되는 스터드(23)로 인해 고장력 볼트를 이용한 연결이 쉽지 않고, 부재 연결부가 인장력을 받는 곳에 위치할 때에는 고장력 볼트설치용 구멍으로 인한 단면적 감소로 연결부 부근에서 수평판 및 수직판의 너비를 키워야만 될 수도 있는데, 이럴 경우 연결부가 노출되어 미관이 저해되는 문제가 발생한다.

본 발명은 종래기술에 따른 합성트러스 보의 상현재가 압축력에 받는 경우에는 구조거동에 있어서 비효율적이라는 문제점, 복부재와 하현재를 결합하는 연결부재 제작시의 휨변형으로 인한 접합면 방수처리가 곤란하다는 문제점, 그리고 현장 에서 상현재와 상현재를 고장력 볼트로 연결하기 어렵고, 연결부가 노출되어 미관이 저해되는 문제점 등을 해결하는 것을 주요 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합트러스 거더(hybrid truss girder)는 시공 및 사용 중에 압축력을 받는 영역에서 강재로 된 상현재를 콘크리트와 합성시킴으로써 압축과 좌굴에 대한 저항성을 증대시켰고, 복부재와 하현재의 연결을 위한 연결부재를 수직강판이 서로 교차하는 형상이 되도록 제작한 다음에 콘크리트 하현재속으로 매입시켜 연결부에서의 시공성을 개선시켰고, 또한 상현재의 현장연결이 용이하도록 상현재의 형상을 압축을 받는 영역에서는 하나의 수평강판으로 그리고 인장을 받는 영역에서는 하나의 수평강판과 수직강판을 갖도록 단면을 구성한 다음, 상기의 수직강판을 콘크리트 바닥판 안으로 매입시켜 연결부의 노출이 최소가 되도록 하였다.

이하 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 상현재가 압축력을 받는 경우의 복합트러스 거더의 상현재의 구성을 나타낸 사시도이다. 본 발명에 따른 복합트러스 거더는 종래의 합성트러스 보와는 달리, 복합트러스 거더의 상현재(30)를 수평강판(31)과 콘크리트(32)로 된 합성구조로 한 다음, 바닥판 콘크리트(33)와의 합성시키기 위해 전단철근(34)을 배치하도록 하는 것에 그 특징이 있다. 즉, 압축을 받는 영역에서의 강재상현재(31)를 압축에 강하고 재료비가 저렴한 콘크리트(32)로 보강시킴 으로써 상현강재에 요구되는 강재량이 크게 절감되고, 반대로 부재단면의 단면2차반경(radius of gyration)은 오히려 커지게 되어 좌굴에 대한 저항성이 증대되는 효과를 얻을 수 있다. 한편, 상현재(30)를 구성하는 수평강판(31)과 콘크리트(32) 사이의 일체작용을 확보하기 위하여 상기 수평강판의 상면에 용착된 다수의 머리부착 스터드(35)를 구비하도록 한다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 상현재가 인장력을 받는 경우의 복합트러스 거더의 상현재의 구성을 나타낸 사시도이다. 종래의 합성트러스 보와는 달리, 복합트러스 거더의 상현재(40)를 콘크리트 바닥판(41)에 매입시켜 상현재의 외부노출이 최소가 되도록 하여 부식방지를 위한 강재의 도장면적을 크게 감소시켰다. 또한, 콘크리트 바닥판(41)과의 결합을 위해 머리부착 스터드 대신에, 바닥판 콘크리트에 매입된 복부재(42)에 다수의 구멍(43)을 설치하고, 이들 구멍사이로 철근(44)을 관통시키는 구조가 되도록 하였다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 복부재로서 압연형강을 사용하였을 때 복부재와 하현재와의 연결을 위한 격점구조의 구성을 도시한 사시도이다. 본 발명의 격점구조(50)는 압축력 받는 복부재(51)와 인장력을 받는 복부재(52)의 단부를 각각 콘크리트 하현재(53)속에 일정깊이로 매입시키고, 이들 매입된 부분의 복부재는 수직연결판(54)을 통해 서로 결합되는데, 이때 콘크리트 하현재와 강결시키기 위하여 매입된 부분의 복부재와 수직연결판에 소정크기의 다수의 구멍(55)을 구비하도록 한다.

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 복부재로서 강관을 사용할 때 복부재와 하현재와의 연결을 위한 격점구조의 구성을 도시한 사시도이다. 본 발명의 제4실시예에 따른 격점구조(60)는 복부재(61)의 단부에 소정크기의 거세트판(62)을 설치한 다음, 상기 거세트판을 수직연결판(63)을 이용해 서로 연결한 다음, 일정깊이로 콘크리트 하현재(64)에 매입시키고, 하현재와 강결시키기 위하여 매입된 부분의 거세트판 및 수직연결판에 소정크기의 다수의 구멍(65)을 구비하도록 한다.

도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예 및 제4실시예에 따른 격점구조(50,60)는 종래의 기술에서 사용되었던 하현재 상면에 놓이는 수평연결판과 스터드를 제거함으로써, 스터드 용착으로 인해 생기는 수평연결판의 변형으로 인한 시공성 문제를 해결할 수 있다.

한편 도 7(a)내지 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 콘크리트 하현재와의 일체작용확보를 위해 상기 격점구조(50,60)에 설치된 다수의 구멍 대신에 머리부착 스터드(71)를 용착하여도 좋다. 본 발명의 제5실시예에 따른 격점구조의 경우, 머리부착 스터드의 용착으로 하현재에 매입되는 부분의 거세트판 및 연결판의 변형이 발생될 수도 있지만 이러한 변형으로 인해 콘크리트 하현재 제작시의 작업성과 콘크리트와의 접합면 방수처리에 아무런 지장을 초래하지 않는다는 특징을 갖고 있다.

도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 압축을 받는 상현재의 현장 연결을 위한 상세를 도시한 것이다. 먼저 도 8(a)에 나타낸 것과 같이, 현장연결이 이루어지는 일정구간에 대해서는 공장에서 상현재 제작시에 콘크리트를 치지 않는 상태로 한다. 그런 다음, 연결판(81) 및 고장력 볼트(82)를 이용하여 상현강판(83)을 현장에서 서로 연결시킨다(도 8(b)). 이때 너트(84)가 설치되는 부분의 고장력볼트(82)를 소정길이로 도출시켜 전단연결재 기능을 겸비할 수 있도록 한다. 그런 다음, 연결구간을 콘크리트(85)로 채운다(도 8(c)).

도 9는 본 발명의 제7실시예에 따른 인장을 받는 상현재를 현장에서 고장력볼트를 이용하여 연결하는 방법을 도시한 것이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 연결부 부근에서 복부판(91)과 수평판(92)의 크기를 각각 소정크기로 확대시킨 다음 이음판(93)과 고장력볼트(94)를 이용하여 맞대기 이음을 실시한다.

도 10은 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따라 제작되는 압축을 받는 상현재와 인장을 받는 상현재가 서로 접합되는 곳의 구조상세를 나타낸 것이다. 복합트러스 거더는 구조특성상 복부재(101)와 상현재(102)가 서로 결합되는 격점을 경계로 축력이 변하게 된다. 이러한 구조특성을 이용하여 상현재의 하부수평판(103)은 양쪽 영역에 걸쳐 배치하고, 인장력을 받는 상현재에서 필요한 복부판(104)은 압축측의 격점영역까지 연장 배치하도록 하여 격점구간에서의 축력의 전달이 원활히 이루어지도록 한다. 한편, 복부재와 결합되는 격점구간은 다수의 연직보강판(105)을 설치하도록 한다.

한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 압축력을 받는 복합트러스 거더의 상현재는 상현재에 작용하는 압축력의 크기에 따라 도 11에 나타낸 것과 같은 구조로 변형될 수도 있다. 작용하는 압축력이 클 때에는 상현재(110)를 구성하는 강재를 두개의 수평강판(111)과 하나의 연직강판(112)을 갖도록 제작한 다음, 수평강판 사이를 콘크리트(113)로 채우는 구조를 적용하도록 한다. 이때 강재와 콘크리트사이의 합성작용을 위해 연직강판의 복부에 소정크기의 다수의 구멍(114)을 설치한다. 또 한 상기상현재(110)와 콘크리트 바닥판(115)과의 합성작용을 위해서 하부수평강판에 전단연결철근(116)을 용착시키도록 한다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합트러스 거더의 효과는 다음과 같다.

첫째, 압축을 받는 상현재에 강재와 콘크리트로 된 합성구조를 도입함으로서 상현재 제작시에 소요되는 강재량을 대폭 경감시킬 수 있고, 압축력에 대한 저항성도 향상시킬 수 있다.

둘째, 인장을 받는 강재 상현재를 콘크리트 바닥판 속에 매입시킴으로서 강재가 외기에 노출되는 면적이 감소하여 도장면적을 대폭 줄일 수 있고, 현장에서의 상현재연결에 고장력 볼트를 사용할 수 있어 상현재 연결에 따른 시공성을 크게 개선시킬 수 있다.

셋째, 하현재의 연결에 위한 격점구조를 복부재의 형상에 맞게 각기 달리 적용함으로서 격점구조 제작에 소요되는 비용을 절감시킬 수 있고, 또한 부재형상의 개선을 통해 하현재 제작시에 발생하는 격점구간에서의 철근과의 간섭문제와 콘크리트 치기시의 다짐문제 등을 대폭 개선시킬 수 있다.

Claims

합성 트러스 보의 제작방법에 있어서,

바닥판 콘크리트와 합성되기 전 상태에서 합성 트러스 보의 상현재를 하나의 수평강판과 상기 수평강판 위에 설치되는 사각형상의 콘크리트 블록으로 일체화시킨 합성부재로 형성시켜 합성 트러스 보의 자중과 바닥판 콘크리트의 자중으로 인해 생기는 압축력에 대해 저항하도록 하고,

상기의 합성부재로 된 합성 트러스 보의 상현재와 현장타설 콘크리트 바닥판을 합성 트러스 보의 상현재를 구성하고 있는 수평강판에 용착된 전단연결재를 통해 서로 합성시키도록 하는 것을 특징으로 하는 다중합성 복합트러스 거더.
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제1항 및 2항에 있어서,

복부재와 하현재의 연결을 위하여 복부재 단부에 거세트 판을 용착한 다음, 거세트 판의 일부를 콘크리트 하현재속에 일정깊이로 매입시키고, 매입된 부분의 거세트판을 수직연결판을 통해 서로 결합시키고, 콘크리트 하현재와 결합을 위하여 매입된 부분의 거세트판과 수직연결판에 소정크기의 다수의 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 복합트러스 거더.