KR100840409B1 - 사장 외케이블에 의해 2중편심을 받는 교량 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량의 주형이 사장 외케이블에 의해 2중편심을 받도록 구성한 2중편심 교량에 관한 것으로서, 기존의 엑스트라도즈교와 인트라도즈교의 장점을 최대한 살리면서 단점은 개선하여 교량의 미관과 함께 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있는 사장 외케이블에 의해 2중편심을 받는 2중편심 교량에 관한 것이다. 이에 따른 본 발명의 2중편심 교량은, 주형과; 상기 주형의 부모멘트 구간에 설치되는 복수개의 주탑과; 상기 주형의 정모멘트 구간에 설치되는 복수개의 편향재와: 상기 주탑과 편향재에 의해 2중지지되는 사장케이블을 포함하여 이루어지되, 상기 주형이 상기 사장케이블에 의해 2중편심을 받도록 형성한 것을 특징으로 한다.

교량, 2중편심, 주형, 부모멘트, 주탑, 편향재, 정모멘트, 사장케이블

Description

사장 외케이블에 의해 2중편심을 받는 교량{A bridge with double eccentric depend on stay cables}

본 발명은 주탑과 편향재를 함께 사용하는 2중편심 구조로 이루어짐으로써 교량의 미관과 시공성 및 경제성이 등이 향상된 2중편심 교량에 관한 것이다.

일반적으로 연속경간을 갖는 교량의 설계에 있어서는, 지간 내부에서 발생하는 정모멘트와, 내부 지점부에서 발생하는 부모멘트를 감안하여 주형(main girder)의 단면크기 내지는 형상을 결정하게 된다.

따라서, 토목 구조기술자들은 교량의 단면 형상, 구조계 및 형식 등을 개선하여 단면 효율성을 높이거나 단면력(모멘트 등)을 줄이는 교량을 개발하는데 많은 노력을 기울여왔다.

그리고 그 결과로 현수교, 사장교 등이 등장하였고 1990년대에는 새로운 개념의 엑스트라도즈교(Extradosed Bridge)와 인트라도즈교(Intradosed Bridge) 등이 개발되었다.

여기서, 엑스트라도즈교(Extradosed Bridge)는 교량의 내부 지점부에서 발생하는 부모멘트 구간에서 PS강재로 인해 단면에 인가되는 축력과 모멘트를 증가시키 기 위해 PS강재의 편심량을 인위적으로 증가시킨 것으로서, 도 1에 나타난 것과 같이 PS강재(12)를 낮은 주탑(10)의 정부에 외부돌출(external tendon)의 형태로 부재의 유효높이 이상으로 배치한 구조의 교량이다.

상기 엑스트라도즈교는 사재에 의해 보강된 교량이란 점에서 사장교와 유사하나 주형(20)의 강성으로 단면력에 저항하고 사재에 의한 대편심 모멘트를 도입하여 거동을 개선한 구조형식이므로 거더교에 가까운 특성을 가진다.

한편, 이러한 종래 엑스트라도즈교는 부모멘트 구간의 주탑(10)에 의해 PS강재(12)를 한쪽으로 대편심이 되도록 하여 부모멘트를 감소시키므로 주탑(10)의 높이는 중앙경간(L)의 1/10 정도로 사장교의 주탑에 비해 낮지만 여전히 높아 시공에 어려움이 있다.

인트라도즈교는 교량의 지간 내부에서 발생하는 정모멘트 구간에서 PS 강재로 인해 단면에 도입되는 축력과 모멘트를 증가시키기 위해 PS강재의 편심량을 인위적으로 증가시킨 형태로서, 도 2에 나타난 것과 같이 주형(20)에 완전히 내장되어 있던 PS강재(12)를 편향재(Deviator)(30)의 정부에 외부돌출의 형태로 부재의 유효높이 이상으로 배치(대편심 사장 외케이블 배치)한 교량이다.

종래 인트라도즈교는 정모멘트 구간에서 주형(20)의 하방으로 돌출설치된 편향재(30)에 의해 PS강재(12)를 한쪽으로 대편심이 되도록 하여 정모멘트를 감소시키므로 상기 엑스트라도즈교에 비해 주탑(10)의 높이가 낮기 때문에 시공이 상대적으로 용이하지만, 하향설치된 편향재(30)에 의해 주형하고(下高)(H)의 높이가 낮아짐으로써 주형하부의 공간확보에 불리하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 부모멘트 구간에 높이가 낮은 주탑을 설치하고, 정모멘트 구간에는 높이가 낮은 편향재를 설치하며, 사장케이블을 주형 단면의 유효 높이 이상으로 배치하여 주형이 2중 편심을 받도록 함으로써 주형의 높이가 낮은 특성상 미관 및 시공성, 경제성이 우수하며, 주형하고의 높이가 높은 특성상 하부 공간확보에 유리한 2중편심 교량을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 과제를 해결하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 2중편심 교량은, 주형과; 상기 주형의 양 끝단이 지지되는 교대와; 상기 주형의 부모멘트 구간에 설치되는 복수개의 주탑과; 상기 주형의 정모멘트 구간에 설치되는 복수개의 편향재와; 상기 주탑과 편향재에 의해 2중지지되는 사장케이블을 포함하여 이루어지되, 상기 주형이 상기 사장케이블(사장 외케이블)에 의해 2중편심을 받도록 형성한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 주탑의 높이는 상기 교량의 경간(徑間) 거리의 1/15∼/25 범위 내에 놓이도록 낮게 형성하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 사장케이블은 주형의 일측 끝단에서 타측 끝단까지 연속적으로 설치될 수 있다.

상기 사장케이블은 각 주탑 사이의 구간 및, 각 주탑과 주형의 양 끝단 사이 의 구간별로 별도 설치될 수도 있다.

또한, 상기 사장케이블은 각 주탑과 편향재 사이의 구간 및, 각 편향재와 주형의 양 끝단 사이의 구간별로 별도 설치될 수도 있다.

한편, 상기 편향재는 주형의 내부에 배치되도록 구성할 수 있다.

이때, 상기 편향재는 주형의 가로보로 대체할 수 있다.

본 발명에 따른 2중편심 교량은, 상기 주형과 교대 상부를 연결하는 신축이음장치와; 상기 교대의 상부에서 주형을 지지하는 교좌장치를 더 포함하여 이루어지되, 상기 사장케이블은 주형의 양 끝단이나 주형 내에 정착되도록 구성할 수 있다.

여기서, 상기 사장케이블은 주탑이나 편향재 중 적어도 어느 한 곳에 더 정착되도록 할 수 있다.

이때, 상기 사장케이블은 주형의 내부에 정착시 상기 주형의 가로보 또는 오부 브래킷에 정착되도록 할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 2중편심 교량은, 상기 주형의 양 끝단은 교대의 상단에 매입하여 일체화되도록 구성되되, 상기 사장케이블은 교대 내 박스나 교대의 상단 외측중 적어도 어느 한 곳에 정착되도록 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 2중편심 교량은, 주형의 부모멘트 구간과 정모멘트 구간에 높이가 낮은 다수의 주탑과 편향재를 각각 설치함과 아울러 사장케이블이 상기 주탑과 편향재에 의해 2중지지되도록 설치하여 상기 주형이 사장케이블에 의해 2중편 심을 받도록 구성함으로써, 주형의 높이를 기존의 일반적인 교량보다 낮게 형성할 수 있어서 교량의 미관이 우수하고 교량의 시공성 및 경제성을 향상시킬 수 있는 잇점을 제공한다.

또한, 본 발명의 2중편심 교량은 종래의 일반적인 교량보다 주탑과 편향재의 높이를 낮게 형성할 수 있기 때문에, 주탑의 시공성이 우수하고, 교량의 하부 공간 확보가 유리하여 미관의 향상과 함께 시공성, 경제성을 향상시킬 수 있는 잇점을 제공한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도 3부터 도 8까지 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 3, 4, 5에 나타난 것과 같이 본 실시예에 따른 2중편심 교량은, 주형(20)과, 상기 주형(20)의 양 끝단이 지지되는 교대와, 상기 주형(20)의 부모멘트 구간에 설치되는 복수개의 주탑(40)과, 상기 주형(20)의 정모멘트 구간에 설치되는 복수개의 편향재(50)와, 상기 주탑(40)과 편향재(50)에 의해 2중지지되는 사장케이블(사장 외케이블)(14)을 포함하여 이루어진다.

상기 주탑(40)은 기존 엑스트라도즈교의 주탑(10)(도 1 참조) 보다 낮은 높이로 이루어지고, 상기 편향재(50)는 기존 인트라도즈교의 편향재(30)(도 2 참조)보다 낮은 높이로 이루어지는데, 구체적으로는 기존 엑스트라도즈교의 주탑(10)의 높이가 경간(徑間) 거리의 1/8 ～ 1/15 의 비율로 이루어지는 것에 비해 본 실시예에 따른 주탑(40)의 높이는 경간(L) 거리의 1/15 ～ 1/25 의 비율로 이루어지는 것 에 특징이 있다.

이와 같은 본 실시예에 의한 2중편심 교량은 주탑(40)의 높이가 낮은 특성상 상기 주형(20)의 높이가 일반 교량보다 낮아지며, 더불어 편향재(50)의 높이 또한 낮아지기 때문에 주형 하고(下高)(H)의 높이가 높아지게 된다.

이때, 상기 주형(20)의 단면 재료로서 콘크리트, 강재 및 복합재료가 적용될 수 있다.

또한, 상기 주탑(40) 및 상기 편향재(50)의 단면 재료로서 콘크리트, 강재 및 복합재료가 적용될 수도 있다.

아울러, 상기 사장케이블(14)의 재료는 PSC교(Prestressed concrete Bridge)의 텐던(Tendon), 엑스트라도즈교의 사장재 및 사장교의 사장재 등이 적용될 수 있다.

한편, 이러한 본 실시예에 있어서, 2중편심 교량은 사장케이블의 연결방식에 따라 이른바 연속설치구조, 구간설치구조, 분절설치구조 등으로 이루어질 수 있는데, 연속설치구조는 사장케이블이 주형(20)의 일측 끝단에서 타측 끝단까지 끊기지 않게 연속적으로 설치되어 중간에서 각 주탑(40) 및 편향재(50)에 의해 지지되는 방식이다.(도 3 참조)

구간설치구조는 편향재(50)가 주형(20)의 하부로 돌출된 형태에서, 주형(20)의 양 끝단과 주탑(40)간의 구간, 각 주탑(40)과 주탑(40) 사이 구간에 있어서, 각 구간별로 별도의 사장케이블(14)이 사용되는 방식이다.(도 4 참조)

분절설치구조는 주형(20)의 양 끝단과 편향재(50)간의 구간 및 각 주탑(40) 과 편향재(50) 사이 구간에 있어서 각 구간별로 별도의 사장케이블(14)이 사용되는 방식이다.(도 5 참조)

여기서, 상기 분절설치구조에서 편향재(50)는 주형(20)의 내부에 배치되도록 설치하여 주형(20)의 하부공간의 활용을 극대화시킬 수 있다.

그리고, 상기 주형(20)의 내부에 사장케이블(14)을 정착시킬 경우 주형(20)의 가로보나 주형(20) 외부의 브래킷에 정착되도록 구성할 수 있다.

이때, 상기 편향재(50)를 상기 주형(20)의 가로보로 대체하여 사용할 수도 있다.

한편, 본 실시예에 있어서, 도 6에 나타난 것과 같이 사장케이블(14)은 주형(20)의 양 끝단이나 중앙부, 주탑(40) 및 편향재(50)에 설치 가능하며, 도 7에 나타난 것과 같이 무조인트 방식의 교량인 경우에는 교대(60) 내 박스(62) 또는 교대(60)의 상단 외측에도 설치 가능하다.

즉, 본 발명에 따른 2중편심 교량은 주형(20)과 교대(60) 상부가 신축이음장치인 신축이음장치(Expansion Joint)에 의해 연결되고 주형(20)이 교좌장치를 통해 교대(60)의 상부에서 지지되도록 구성된 일반 교량의 경우(도 3, 4, 5, 6의 형태), 사장케이블(14)을 주형(20)의 양 끝단이나 중앙부, 주형(20)의 가로보, 주탑(40) 및 편향재(50)에 정착하여 설치할 수 있으며, 주형(20)의 양 끝단이 교대(60)의 상단에 매입되어 일체화된 무조인트 교량의 경우, 사장케이블(14)을 교대(60) 내 박스(62)나 교대(60)의 상단부 외측에 정착블록(63)을 설치하여 정착시킬 수 있다.(도 7의 형태)

또한, 본 실시예에 따른 2중편심교량을 구성함에 있어서, 도 8에 나타난 것과 같이 편향재(50)의 설치 위치, 개수 및 높이를 다양하게 설정할 수 있으며, 편향재(50)의 위치에 따라 사장케이블(14)의 지지구조 역시 이에 맞게 설정된다.

이상에서와 같이 상술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 엑스트라도즈교의 구성을 나타낸 개념도이다.

도 2는 종래기술에 따른 인트라도즈교의 구성을 나타낸 개념도이다.

도 3은 본 실시예에 따른 2중편심 교량의 구성(사장케이블 연속설치 방식)을 나타낸 개념도이다.

도 4는 본 실시예에 따른 2중편심 교량의 구성(사장케이블 구간설치 방식)을 나타낸 개념도이다.

도 5는 본 실시예에 따른 2중편심 교량의 구성(사장케이블 분절설치 방식)을 나타낸 개념도이다.

도 6은 본 실시예에 따른 2중편심 교량에 있어서, 사장케이블의 다양한 설치 위치를 나타낸 개념도이다.

도 7은 본 실시예에 따른 2중편심 교량에 있어서, 무조인트 방식의 경우 사장케이블의 결속구조를 나타낸 개념도이다.

도 8은 본 실시예에 따른 2중편심 교량에 있어서, 편향재의 다양한 구성을 나타낸 개념도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

14: 사장케이블 20: 주형

40: 주탑 42: PS강재

50: 편향재

Claims (11)

1. PSC교량(Prestressed Concrete Bridge)의 주형에 내장되어 있던 PS(Prestressed)강재를 주탑의 정부에 외부돌출(external tendon)의 형태로 배치한 구조의 엑스트라도즈교(Extradosed Bridge)와, 주형의 하부에 설치되는 편향재(Deviator)의 정부에 PS강재를 외부돌출의 형태로 배치한 구조의 인트라도즈교(Intradosed Bridge)의 특성을 이용한 것으로서,

   상기 주형의 내부에는 PS(Prestressed)강재가 내장되고,

   상기 주탑의 높이는 종래의 엑스트라도즈교의 주탑 높이(경간 길이의 1/8~1/15)보다 낮은 경간 길이 1/15~1/25 범위 내의 높이로 형성하며,

   상기 편향재의 높이는 상기 주탑의 높이(1/15~1/25)와 같거나 낮게 형성하고,

   상기 주탑과 편향재의 정부 사이를 사장 외케이블을 통해 연결 설치하되,

   상기 주탑에 의해서 형성되는 편심은 부모멘트를 상쇄시키고, 상기 편향재에 의해서 형성되는 편심은 정모멘트를 상쇄시키도록 하는 것을 특징으로 하는 사장 외케이블에 의해 2중편심을 받는 교량.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 편향재는 콘크리트 재질로 이루어지며 주형의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 사장 외케이블에 의해 2중편심을 받는 교량.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,

    상기 사장케이블은 교대 내 박스나 교대의 상단 외측중 적어도 어느 한 곳에 정착되는 것을 특징으로 하는 사장 외케이블에 의해 2중편심을 받는 교량.

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