KR100875250B1 - 파형강판 지중구조물의 단부 보강재 및 그를 이용한단부보강방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파형강판을 이용한 지중구조물의 단부 보강재 및 그를 이용한 단부보강방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파형강판 지중구조물의 뒤채움재에 각도 조절이 가능한 보강재를 설치하여 그 단부를 보강하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 단부 보강재는, 파형강판 구조물의 축방향에 대해 직각으로 배치되며, 파형강판 구조물의 원주방향에 대해 평행한 연결부와, 상기 연결부와 수직한 면을 형성하는 보강부와, 상기 연결부와 보강부가 수직하도록 연결하는 꼬임부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

파형강판, 단부, 보강, 강재 띠판, 경사 보강봉

Description

파형강판 지중구조물의 단부 보강재 및 그를 이용한 단부보강방법{Reinforcing Apparatus for End part of Underground-Structure using Corrugated Multi Plate and Reinforcing Method using the same}

본 발명은 파형강판을 이용한 지중구조물의 단부 보강재 및 그를 이용한 단부보강방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파형강판 지중구조물의 뒤채움재에 각도 조절이 가능한 보강재를 설치하여 그 단부를 보강하는 방법에 관한 것이다.

파형강판 지중구조물은 박판의 구조용 압연강재를 파형 성형을 통하여 강판의 강성을 증가시키고 외부하중에 대해 뒤채움 흙과 구조물이 동시에 저항하여 구조물에 가해지는 하중부담을 감소시킬 수 있도록 한 구조물을 말한다. 이러한 파형강판 지중구조물은 파형단면의 적용으로 동일한 두께의 일반강판에 비해 단면계수가 10~30배 정도가 크고, 용융아연도금에 의한 내구성 향상으로 부식에 대한 저항성능이 증가되며, 현장에서 간단한 볼트 연결 및 뒤채움 작업으로 시공되므로 기존의 콘크리트 구조물에 비하여 공기단축과 공사비를 절감할 수 있는 경제적인 구조물이다.

역학적으로 파형강판 구조물은 두께가 상당히 얇기 때문에 하중을 가하면 동 일한 내경을 갖는 강성구조물에 비해 견딜 수 있는 하중의 크기는 매우 작다. 그러나 파형강판 지중구조물은 연성구조물로서 연직토압에 의한 강판의 변형을 이용하여 하중을 지지하기 때문에 강성구조물과 동등하거나 그 이상의 내하력을 갖게 된다. 연직토압에 의한 강판의 수평변형은 강판 측벽부 뒤채움 흙을 압박하여 횡토압을 유발하고, 이러한 횡토압은 연직토압을 지지하는 역할을 한다. 이 때문에 파형강판 지중구조물은 휨모멘트가 거의 작용하지 않고 축력만 작용하기 때문에 얇은 두께의 박판으로 큰 외압을 견딜 수 있는 것이다.

그러나 단부에 벨마우스가 적용될 경우 이 부분은 캔틸레버와 같은 구조가 되어 횡토압에 의한 변위가 발생하기 쉽다. 또한 면벽으로 단부를 구속한 상태에서 뒤채움할 경우 강판의 솟음으로 인한 면벽의 균열로 인해 유지보수 비용이 추가로 발생하고 미관이 저하되는 문제점이 있다.

종래 벨마우스가 적용되거나 면벽으로 구속한 파형강판 지중구조물의 단부 보강방법으로는, 도 9에 도시된 바와 같이, 파형강판 구조물 자체의 강성을 보강하는 방법으로서 단부의 파형강판 구조물(100)에 축방향으로 금속 채널(110)을 층상으로 부착하는 방법을 적용한 바 있다. 그러나 파형강판 구조물 자체의 강성을 보강하는 단부 보강방법은 보강성능이 미미하고 그에 따라 추가로 유지보수 비용이 발생하여 공사비가 증가하는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 파형강판 구조물의 곡률에 대응하여 각도조절이 가능하며 손쉬운 시공으로 보강이 가능하고 보다 우수한 보강성능으로 유지보수비용을 절감할 수 있는 파형강판 지중구조물의 단부 보강재와 보강방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 파형강판 구조물의 축방향에 대해 직각으로 배치되며, 파형강판 구조물의 원주방향에 대해 평행한 연결부와, 상기 연결부와 수직한 면을 형성하는 보강부와, 상기 연결부와 보강부가 수직하도록 연결하는 꼬임부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파형강판 지중구조물의 단부 보강재가 제공된다.

그리고 보강부는 파형의 단면형상을 이루도록 성형될 수 있다.

또한 보강부에는 그 길이방향을 따라 복수의 구멍이 형성될 수 있다.

또한 보강부에는 보강부에 경사지게 설치되며 일단부가 보강부에 형성된 구멍에 삽입되도록 절곡된 복수의 경사 보강봉이 더 설치될 수 있다.

또한 경사 보강봉의 타단부에는 단부판이 결합되거나 절곡될 수 있다.

본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따르면, (a) 임의의 간격으로 기초 구조물을 설치하고, 아치형으로 조립되고 축방향으로 적어도 하나의 단부는 벨마우스가 적용된 파형강판 구조물의 원주방향 양단부가 기초 구조물에 고정되도록 파형강판 구조물을 조립하는 단계와, (b) 파형강판 구조물의 벨마우스 부분에 길이방향으로 복수의 보강재 고정용 앵글을 고정하는 단계와, (c) 파형강판 구조물의 축방향에 대해 직각으로 배치되도록 파형강판 구조물의 원주방향에 대해 평행한 연결부와 상기 연결부와 수직한 면을 형성하는 보강부와 상기 연결부와 보강부가 수직하도록 연결하는 꼬임부로 이루어진 보강재를 각 보강재 고정용 앵글에 결합시키는 단계와, (d) 보강재가 매립되도록 뒤채움을 실시하는 단계와, (e) 상기 (b)단계 내지 (d)단계를 파형강판 구조물의 벨마우스 상단부까지 반복적으로 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파형강판 지중구조물의 단부 보강방법이 제공된다.

그리고 (c)단계 이후에 일단부가 보강부에 형성된 구멍에 삽입되도록 절곡된 복수의 경사 보강봉을 보강부에 대해 경사를 갖도록 각각 결합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, (a) 임의의 간격으로 기초 구조물을 설치하고, 파형강판 구조물의 원주방향 양단부가 기초 구조물에 고정되도록 파형강판 구조물을 조립한 다음, 파형강판 구조물의 길이방향 양단부에 면벽을 설치하는 단계와, (b) 파형강판 구조물의 면벽에 접하는 부분에 길이방향으로 복수의 보강재 고정용 앵글을 고정하는 단계와, (c) 파형강판 구조물의 축방향에 대해 직각으로 배치되도록 파형강판 구조물의 원주방향에 대해 평행한 연결부와 상기 연결부와 수직한 면을 형성하는 보강부와 상기 연결부와 보강부가 수직하도록 연결하는 꼬임부로 이루어진 보강재를 각 보강재 고정용 앵글에 결합시키는 단계와, (d) 보강재가 매립되도록 뒤채움을 실시하는 단계와, (e) 상기 (b)단계 내지 (d)단계를 파형강판 구조물의 상단부까지 반복적으로 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파형강판 지중구조물의 단부 보강방법이 제공된다.

그리고 (c)단계 이후에 일단부가 보강부에 형성된 구멍에 삽입되도록 절곡된 복수의 경사 보강봉을 보강부에 대해 경사를 갖도록 각각 결합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 파형강판 구조물의 곡률에 대응하여 각도조절이 가능하며 손쉬운 시공으로 보강이 가능하고 보다 우수한 보강성능으로 유지보수비용을 절감할 수 있는 파형강판 지중구조물의 단부 보강재가 제공된다.

또한 뒤채움 흙에 나무뿌리처럼 퍼져 있는 보강재로 인해 캔틸레버와 같은 구조로 되어 있는 벨마우스 부분에 작용하는 토압을 감소시켜 변형을 최대한 억제할 수 있다.

또한 뒤채움 흙에 나무뿌리처럼 퍼지도록 보강재를 설치함에 따라 뒤채움 흙을 보강하여 뒤채움시 강판의 솟음으로 인한 면벽의 균열 발생을 최대한 억제할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단부 보강재를 나타낸 사시도이고, 도 2는 보강재의 변형예를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단부 보강재는 강재 띠판을 90도로 한 번 꼬아 연결부(21), 보강부(23) 및 꼬임부(22)가 형성되도록 한 것이다. 즉, 파형강판 구조물의 원주방향에 대해 평행한 연결부(21)와, 연결부(21)와 수직한 면을 형성하는 보강부(23)와, 연결부(21)와 보강부(23)가 수직하도록 연결하는 꼬임부(22)를 갖도록 강재 띠판을 한 번 꼬아 구성한 것이다. 그리고 연결부(21)에는 후술하는 보강재 고정용 앵글과 볼트 결합을 위한 구멍(21h)이 천공되어 있다.

이렇게 단부 보강재를 구성함에 따라 원형, 타원형 등 일정한 곡률을 갖도록 조립된 파형구조물의 측면에 결합시킬 때 파형강판 구조물의 곡률에 대응하여 단부 보강재의 보강부(23)가 수평을 이루도록 설치할 수 있다. 즉, 종래 연결부와 꼬임부가 없는 강재 띠판으로 구성된 보강재의 경우 파형강판 구조물과의 결합부에서 보강재가 위로 솟아오르는 문제가 있었으나 본 발명에 따르면 파형강판 구조물의 원주방향과 나란하게 형성된 연결부로 파형강판 구조물의 곡률에 대응하여 설치각도를 변경할 수 있어 보강부는 항상 전체 길이에 걸쳐 수평을 이루면서 설치할 수 있게 된다. 보강재가 파형강판 구조물과 수평을 이루지 못할 경우 인발에 대한 저항시 보강재가 수평을 이룰 때까지 유효하게 저항하지 못하게 되는 문제가 있으나 본 발명에서는 수평을 이루면서 설치되므로 인발에 대한 저항성능이 향상된다.

한편, 보강부(23)의 뒤채움 흙과의 마찰력을 높이가 위해 보강부(23)는 도 2에 나타낸 바와 같이 파형의 단면형상을 갖도록 성형될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단부 보강재를 나타낸 사시도이다. 본 실시 예에서는 보강재에 경사지게 경사 보강봉을 더 결합하여 뒤채움 흙의 보강효과를 높임과 동시에 보다 적은 보강재로 보다 높은 보강효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 보강부(23)에는 그 길이방향으로 경사 보강봉(25)의 일단부가 삽입되도록 경사 보강봉(25)의 수에 대응되는 구멍(23h)이 형성될 수 있다. 경사 보강봉 삽입용 구멍(23h)의 배열은 부재의 길이방향으로 동일선상에 배치할 수도 있으나 바람직하게는 서로 엇갈리게 배치하는 것이 인접하는 경사 보강봉(25) 간의 간섭을 피할 수 있다. 그리고 보강부(23)는 뒤채움 흙과의 마찰력을 높이기 위해 파형의 단면형상을 갖도록 성형될 수 있다.

보강부(23)와 소정의 각도를 가지고 결합되는 경사 보강봉(25)은 일단부가 보강부(23)에 형성된 구멍(23h)에 삽입되도록 절곡되어 있다. 그리고 타단부에는 단부판(26)이 결합되거나 자체가 절곡되어 있다. 즉, 타단부는 파형강판 구조물의 배면에 채워지는 뒤채움 흙에 정착될 수 있도록 단부판(26)이 결합되거나 경사 보강봉(25) 자체를 절곡한다. 단부판(26)은 용접으로 접합되거나 단부판(26)이 설치된 경사 보강봉(25)의 단부에 나사 가공한 다음 너트를 끼워 고정할 수도 있다.

본 실시 예에서는 복수의 경사 보강봉(25)을 나무의 뿌리와 같이 퍼져 나가도록 보강부(23)에 결합함에 따라 단부 보강재의 길이를 줄일 수 있고 뒤채움 흙과의 마찰력을 높여 보강에 더욱 효과적이다. 또한 보강부(23)에 경사 보강봉(25)을 일단부를 단순히 꽂기만 하면 되므로 설치가 매우 간편하고 용이하다. 경사 보강 봉(25)는 도시된 바와 같이 보강부(23)의 양쪽에 모두 결합될 수 있고 어느 한 쪽에만 결합될 수도 있다. 그리고 경사 보강봉(25)의 설치 각도, 개수 및 길이는 구조계산에 의해 결정된다.

이렇게 구성된 본 발명에 따른 단부 보강재는, 도 4에 도시된 바와 같이, 보강재 고정용 앵글(10)을 통해 파형강판 구조물(100)의 단부 외면에 볼트 결합된다. 보강재 고정용 앵글(10)은 보강재(20)를 파형강판 구조물에 정착시키기 위한 것으로, 본 발명에서는 파형강판 구조물의 단부 즉, 파형강판 구조물의 벨마우스부 또는 면멱과 접합는 단부 외면에 설치된다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 단부 보강재를 이용해 파형강판 지중구조물의 단부를 보강하는 방법은 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 단부 보강재가 파형강판 구조물의 단부에 보강된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 6은 평편도이며, 도 7a, 도 7b는 파형강판 구조물에 단부 보강재가 결합되는 상세를 나타낸 요부확대도이며, 도 8은 본 발명에 따른 단부 보강재가 파형강판 구조물의 단부 보강 공정에 있어서 뒤채움 단계를 개략적으로 나타낸 도면이다.

단부가 벨마우스가 적용된 경우는,

먼저, 임의의 간격으로 기초 구조물(200)을 설치하고, 축방향으로 적어도 하나의 단부는 벨마우스가 적용된 파형강판 구조물(100)의 원주방향 양단부가 기초 구조물(200)에 고정되도록 파형강판 구조물(100)을 조립한다((a)단계).

다음으로, 파형강판 구조물(100)의 벨마우스 부분에 길이방향으로 복수의 보강재 고정용 앵글(10)을 고정하고((b)단계), 파형강판 구조물(100)의 축방향에 대해 직각으로 배치되도록 파형강판 구조물의 원주방향에 대해 평행한 연결부와 상기 연결부와 수직한 면을 형성하는 보강부와 상기 연결부와 보강부가 수직하도록 연결하는 꼬임부를 갖도록 강재 띠판을 한 번 꼬아 구성한 보강재(20)를 각 보강재 고정용 앵글(10)에 결합시킨다((c)단계). 이 단계에서 일단부가 보강부(23)의 구멍에 삽입되도록 절곡된 복수의 경사 보강봉(25)을 보강부(23)에 대해 경사를 갖도록 각각 결합시킬 수 있다. 이때, 보강재(20)는 연결부(21)가 파형강판 구조물의 원주방향과 나란하고 보강부(23)가 지면에 대해 수평을 이루도록 설치된다. 그리고 경사 보강봉(25)의 타단부는 뒤채움 흙에 정착되도록 절곡되거나 단부판(26)이 더 결합될 수 있다.

다음으로, 보강재(20)와 경사 보강봉(25)이 매립되도록 뒤채움을 실시한다((d)단계). 이때, 파형강판 구조물의 중간부도 단부와 동시에 뒤채움을 실시하게 된다. 그리고 상기 (b)단계 내지 (d)단계를 파형강판 구조물의 벨마우스 상단부까지 반복적으로 실시하면 단부 보강이 완료된다.

즉, 본 발명에서는 보강재 고정용 앵글(10)을 파형강판 구조물(100)에 볼트 접합시키고 앵글(10)에 보강재(20)를 볼트 접합하면 설치가 완료되고 보강의 효과를 더욱 높이기 위한 경사 보강봉(25)도 보강부(23)에 형성된 구멍(23h)에 끼우면 되므로 보강재 설치가 간단하여 파형강판 구조물의 조립 후의 뒤채움 공정에 크게 영향을 미치지 않게 되어 단부보강으로 인한 공기지연의 문제가 발생하지 않는다. 또한 간편하면서도 용이하게 보강부(23)를 수평으로 설치할 수 있다. 또한 뒤채움 흙에 나무뿌리처럼 퍼져 있는 경사 보강봉(25)으로 인해 캔틸레버와 같은 구조로 되어 있는 벨마우스 부분에 작용하는 토압을 감소시켜 변형을 최대한 억제할 수 있다.

다음으로, 단부에 면벽이 설치된 경우는,

임의의 간격으로 기초 구조물을 설치하고, 파형강판 구조물의 원주방향 양단부가 기초 구조물에 고정되도록 파형강판 구조물을 조립한 다음, 파형강판 구조물의 길이방향 양단부에 면벽을 설치하는 단계((a)단계)와, 파형강판 구조물의 면벽에 접하는 부분에 길이방향으로 복수의 보강재 고정용 앵글을 고정하는 단계((b)단계)와, 파형강판 구조물의 축방향에 대해 직각으로 배치되도록 파형강판 구조물의 원주방향에 대해 평행한 연결부와 상기 연결부와 수직한 면을 형성하는 보강부와 상기 연결부와 보강부가 수직하도록 연결하는 꼬임부를 갖도록 강재 띠판을 한 번 꼬아 구성한 보강재를 각 보강재 고정용 앵글에 결합시키는 단계((c)단계)와, 보강재 보강봉이 매립되도록 뒤채움을 실시하는 단계((d)단계)와, 상기 (b)단계 내지 (d)단계를 파형강판 구조물의 상단부까지 반복적으로 실시하는 단계를 포함한다. 이때, (c)단계에서 일단부가 보강재의 구멍에 삽입되도록 절곡된 복수의 경사 보강봉을 보강재에 대해 경사를 갖도록 각각 결합시킬 수 있다.

면벽으로 단부를 구속한 상태에서 뒤채움할 경우 강판의 솟음으로 인한 면벽의 균열로 인해 유지보수 비용이 추가로 발생하고 미관이 저하되는 문제점이 있는데, 본 발명에서는 뒤채움 흙에 나무뿌리처럼 퍼지도록 보강재를 설치함에 따라 뒤 채움 흙을 보강하여 뒤채움시 강판의 솟음으로 인한 면벽의 균열 발생을 최대한 억제할 수 있다.

위에서 본 발명은 실시 예를 이용하여 상세하게 설명이 되었다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 제시된 실시 예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않고 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단부 보강재를 나타낸 사시도이다.

도 2는 보강재의 변형예를 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단부 보강재를 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 단부 보강재가 파형강판 구조물의 단부에 보강된 상태를 개략적으로 나타낸 요부사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 단부 보강재가 파형강판 구조물의 단부에 보강된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 단부 보강재가 파형강판 구조물의 단부에 보강된 상태의 일부를 나타낸 평편도이다.

도 7a, 도 7b는 파형강판 구조물에 단부 보강재가 결합되는 상세를 나타낸 요부확대도이다.

도 8은 본 발명에 따른 단부 보강재가 파형강판 구조물의 단부 보강 공정에 있어서 뒤채움 단계를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 9는 종래 파형강판 구조물의 단부 보강방법을 나타낸 사시도이다.

Claims (9)

1. 파형강판 구조물의 축방향에 대해 직각으로 배치되며, 파형강판 구조물의 원주방향에 대해 평행한 연결부와, 상기 연결부와 수직한 면을 형성하는 보강부와, 상기 연결부와 보강부가 수직하도록 연결하는 꼬임부를 포함하고, 상기 보강부에는 그 길이방향을 따라 복수의 구멍이 형성되며, 상기 보강부에는 상기 보강부에 경사지게 설치되며 일단부가 보강부에 형성된 구멍에 삽입되도록 절곡된 복수의 경사 보강봉이 설치된 것을 특징으로 하는 파형강판 지중구조물의 단부 보강재.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 보강부는 파형의 단면형상을 이루도록 성형된 것을 특징으로 하는 파형강판 지중구조물의 단부 보강재.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,

   상기 경사 보강봉의 타단부에는 단부판이 결합되거나 절곡된 것을 특징으로 하는 파형강판 지중구조물의 단부 보강재.
6. (a) 임의의 간격으로 기초 구조물을 설치하고, 축방향으로 적어도 하나의 단부는 벨마우스가 적용된 파형강판 구조물의 원주방향 양단부가 기초 구조물에 고정되도록 파형강판 구조물을 조립하는 단계,

   (b) 파형강판 구조물의 벨마우스 부분에 길이방향으로 복수의 보강재 고정용 앵글을 고정하는 단계,

   (c) 파형강판 구조물의 축방향에 대해 직각으로 배치되도록 파형강판 구조물의 원주방향에 대해 평행한 연결부와 상기 연결부와 수직한 면을 형성하는 보강부와 상기 연결부와 보강부가 수직하도록 연결하는 꼬임부로 이루어진 보강재를 각 보강재 고정용 앵글에 결합시키는 단계,

   (d) 일단부가 보강부에 형성된 구멍에 삽입되도록 절곡된 복수의 경사 보강봉을 보강부에 대해 경사를 갖도록 각각 결합시키는 단계,

   (e) 보강재가 매립되도록 뒤채움을 실시하는 단계 및

   (f) 상기 (b)단계 내지 (e)단계를 파형강판 구조물의 벨마우스 상단부까지 반복적으로 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파형강판 지중구조물의 단부 보강방법.
7. 삭제
8. (a) 임의의 간격으로 기초 구조물을 설치하고, 파형강판 구조물의 원주방향 양단부가 기초 구조물에 고정되도록 파형강판 구조물을 조립한 다음, 파형강판 구조물의 길이방향 양단부에 면벽을 설치하는 단계,

   (b) 파형강판 구조물의 면벽에 접하는 부분에 길이방향으로 복수의 보강재 고정용 앵글을 고정하는 단계,

   (c) 파형강판 구조물의 축방향에 대해 직각으로 배치되도록 파형강판 구조물의 원주방향에 대해 평행한 연결부와 상기 연결부와 수직한 면을 형성하는 보강부와 상기 연결부와 보강부가 수직하도록 연결하는 꼬임부로 이루어진 보강재를 각 보강재 고정용 앵글에 결합시키는 단계,

   (d) 일단부가 보강부에 형성된 구멍에 삽입되도록 절곡된 복수의 경사 보강봉을 보강부에 대해 경사를 갖도록 각각 결합시키는 단계,

   (e) 보강재가 매립되도록 뒤채움을 실시하는 단계와,

   (f) 상기 (b)단계 내지 (e)단계를 파형강판 구조물의 상단부까지 반복적으로 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파형강판 지중구조물의 단부 보강방법.
9. 삭제

Images