KR100904880B1 - 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아치가 갖는 구조적 장점을 형고(주형 높이, 보 높이)가 허용하는 범위 내에서 극대화시키고, 상기 아치에 상현재와 압축부재 및 케이블로 이루어진 언더텐션의 최적화 설계된 거더(보)를 합성시켜 이들 합성부재에 작용하는 모멘트를 최소화시킬 뿐만 아니라 효율성을 극대화시키도록 한 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 및 이의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물은 기둥 또는 보에 의하여 설치된 양측의 지점부와; 상기 지점부에 거치되며, 부재축이 곡선형상으로 이루어지는 아치와; 상기 아치의 양단부 상부에 위치되며, 일정한 곡률을 갖는 파이프로 이루어진 상현재와; 상기 상현재의 양단부에 하부로 접합되며, 일정한 곡률을 갖는 인장재와; 상기 상현재와 인장재간에 수직으로 다수 개가 고정 설치되며, 상기 아치와 상현재 및 인장재를 연결하는 압축부재로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 시공방법은 기둥 또는 보에 의하여 설치된 양측의 지점부에 부재축이 곡선형상으로 이루어지는 아치를 거치하고, 상기 아치의 양단부에 일정한 곡률을 갖는 파이프로 이루어진 상현재를 거치하며, 상기 상현재의 양단부에 일정한 곡률을 갖는 인장재를 접합하며, 상기 상현재 및 인장재간에 수직으로 압축부재를 설치하여, 상기 아치와 상현재 및 인장재를 연결하여, 장스팬 구조물을 시공함을 특징으로 한다.

아치, 언더텐션, 장스팬

Description

아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 및 이의 시공방법{The long span structure and this construction technique which synthesized an arch and a under tension}

본 발명은 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 및 이의 시공방법에 관한 것으로, 특히 아치가 갖는 구조적 장점을 형고가 허용하는 범위 내에서 극대화시키고, 상기 아치에 언더텐션을 합성시켜 이들 합성부재에 작용하는 모멘트를 최소화시킨 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 아치는 모멘트를 극소화시키고, 축력만을 받도록 함으로써, 사용 부재가 튼튼한 재료이면 그 스팬을 늘릴 수 있다는 장점이 있으나, 하지만 단점이라면 장스팬의 모든 하중을 축력으로 받기에 지점부에는 엄청난 반력이 오게 되는데 아치는 기초지반이 연약하면 가설이 어려운 문제점이 있다.

이에, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 등록특허 10-0707726호 활의 원리를 이용한 언더텐션 장스팬 및 이의 시공방법이 제안되었다.

종래의 활의 원리를 이용한 언더텐션 장스팬 및 이의 시공방법은 도 1에 도 시된 바와 같이, 기둥 또는 보에 의하여 설치된 양측의 지점부위에 거치된 장스팬인 상현재와, 상기 상현재의 양측단부 하부에 설치된 한 쌍의 정착브라켓에 케이블을 연결 설치하여 정착하고, 상기 상현재의 하부와 케이블 사이에 설치된 압축부재와, 상기 케이블에 인장력을 도입함에 따라 상기 압축부재에 의하여 상현재에 상향의 압축력이 전달되어 상현재에 압축력인 내하력이 도입되도록 한 언더텐션 장스팬에 있어서, 상기 압축부재는 상현재와 압축부재가 접합되고, 압축부재와 케이블이 클램프에 의하여 접합됨을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 종래의 활의 원리를 이용한 언더텐션 장스팬 및 이의 시공방법은 빔인 상현재를 지점부에 설치한 다음 케이블을 하부에 고정 설치하고, 케이블에 인장력을 도입하여 압축부재에 의하여 압축력이 상현재에 도입되도록 하여 교량 및 건축구조물을 설치하는 시공성이 아주 뛰어나면서, 내구성이 높으면서, 저렴한 시공비로 설치가 가능하고, 교량 및 건축구조물이 노후되는 경우 간단히 보수보강을 할 수 있으며, 미관이 수려하고 효율성이 뛰어난 장점이 있다.

그러나 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 종래의 활의 원리를 이용한 언더텐션 장스팬 및 이의 시공방법은 장스팬의 수평방향에서 작용하는 외력인 풍압력 및 지진력에는 구조적으로 대단히 취약한 문제가 있다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 서, 아치가 갖는 구조적 장점을 형고(주형 높이, 보 높이)가 허용하는 범위 내에서 극대화시키고, 상기 아치에 상현재와 압축부재 및 케이블로 이루어진 언더텐션의 최적화 설계된 거더(보)를 합성시켜 이들 합성부재에 작용하는 모멘트를 최소화시킬 뿐만 아니라 효율성을 극대화시키도록 한 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 및 이의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물은 기둥 또는 보에 의하여 설치된 양측의 지점부와; 상기 지점부에 거치되며, 부재축이 곡선형상으로 이루어지는 아치와; 상기 아치의 양단부 상부에 위치되며, 일정한 곡률을 갖는 파이프로 이루어진 상현재와; 상기 상현재의 양단부에 하부로 접합되며, 일정한 곡률을 갖는 인장재와; 상기 상현재와 인장재간에 수직으로 다수 개가 고정 설치되며, 상기 아치와 상현재 및 인장재를 연결하는 압축부재로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 시공방법은 기둥 또는 보에 의하여 설치된 양측의 지점부에 부재축이 곡선형상으로 이루어지는 아치를 거치하고, 상기 아치의 양단부에 일정한 곡률을 갖는 파이프로 이루어진 상현재를 거치하며, 상기 상현재의 양단부에 일정한 곡률을 갖는 인장재를 접합하며, 상기 상현재 및 인장재간에 수직으로 압축부재를 설치하여, 상기 아치와 상현재 및 인장재를 연결하여, 장스팬 구조물을 시공함을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 및 이의 시공방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 아치의 모멘트를 극소화시키고, 축력만을 받도록 하여, 그 지간을 늘릴 수 있는 구조적 장점을 형고(주형 높이, 보높이)가 허용하는 범위 내에서 극대화시키고, 언더텐션의 최적화 설계된 거더(보)를 합성시켜, 아치에 작용하는 모멘트를 최소화시키는 이점이 있다.

둘째, 본 발명은 아치와 언더텐션의 합성구조로서, 인장력을 도입할 수 있는 구조이므로 구조적인 효율성을 극대화시키는 이점이 있다.

셋째, 본 발명은 인장재로 케이블 및 강봉 등의 모든 인장부재가 사용할 수 있는 장점이 있다.

다섯째, 본 발명은 하부인장에 있어서 압축부재는 그 형상에 구애받지 않고, 2차원 부재의 경우에는 파이프 및 사각파이프 등 압축부재로 사용할 수 있는 모든 부재할 수 있는 장점이 있다.

여섯째, 본 발명은 압축부재의 설치시 횡단면 형상에 있어서는 삼각형 및 아래로 볼록한 반원형으로 입체적 구성도 가능한 장점이 있다.

또한, 입체적 구성의 경우에는 압축부재는 아치와 언더텐션을 일체화시키는 역할을 함과 동시에 교량에 있어서 가로보의 역할을 하는 장점이 있다.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물을 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물을 도시한 측면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물은 기둥 또는 보에 의하여 설치된 양측의 지점부(100)와; 상기 지점부(100)에 거치되며, 부재축이 곡선형상으로 이루어지는 아치(200)와; 상기 아치(200)의 양단부 상부에 위치되며, 일정한 곡률을 갖는 파이프로 이루어진 상현재(300)와; 상기 상현재(300)의 양단부에 하부로 접합되며, 일정한 곡률을 갖는 인장재(400)와; 상기 상현재(300)와 인장재(400)간에 수직으로 다수 개가 고정되며, 상기 아치(200)와 상현재(300) 및 인장재(400)를 연결하는 압축부재(500)로 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물은 크게 아치(200)와 언더텐션(B)이 유기적으로 결합되어 이루어진 구조이다.

여기서, 전자인 상기 아치(200)는 구조적인 장점인 형고(주형 높이 또는 보높이)가 허용하는 범위 내에서 극대화시키고, 아치(200)에 가해지는 모멘트를 극소화시키며, 축력만을 받도록 한 구조부이다.

한편, 후자인 상기 언더텐션(B)은 상현재(300)와 인장재(400) 및 압축부재(500)가 고정된 구조이다.

여기서, 상기 상현재(300)는 일정한 곡률을 갖는 파이프로 이루어지거나, 콘크리트, 철골, 목재 등 다양한 재질을 이용할 수도 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기 인장재(400)는 강선, 강선로프, 케이블, 강봉, 강막대, PC강재 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 구성할 수도 있음을 밝혀둔다.

그리고 상기 인장재(400)에는 필요에 따라 인장력을 도입할 수도 있음을 밝혀둔다.

도 4는 도 3의 A-A선 단면도이며, 도 5는 도 3의 B-B선 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 압축부재(500)는 단면형상이 횡단면 형상일 경우에는 삼각형 또는 아래로 볼록한 반원형상으로 형성되며, 상기 반원형상으로 이루어진 압축부재(500)의 가운데 상부에 아치(200)가 삽입되고, 상기 아치(200)의 하단에 다수개의 인장재(400)가 삽입되며, 그 양단부에 상현재(300)가 삽입 설치된 구조이다.

여기서, 상기 압축부재(500)의 단면형상은 V자형, 반원형, U형 중 어느 하나의 단면상 입체형상으로 형성될 수도 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기 압축부재(500)에는 아치(200)와 상현재(300) 및 인장재(400)가 동일평면상으로 배치될 수도 있음을 밝혀둔다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물의 시공에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물이 교량에 설치된 상태를 도시한 예시도이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 시공방법은 기둥 또는 보에 의하여 설치된 양측의 지점부(100)에 부재 축이 곡선형상으로 이루어지는 아치(200)를 거치하고, 상기 아치(200)의 양단부에 일정한 곡률을 갖는 파이프로 이루어진 상현재(300)를 거치하며, 상기 상현재(300)의 양단부에 일정한 곡률을 갖는 인장재(400)를 접합하며, 상기 상현재(300) 및 인장재(400)간에 수직으로 압축부재(500)를 설치하여, 상기 아치(200)와 상현재(300) 및 인장재(400)를 연결하여, 장스팬 구조물을 시공한다.

여기서, 상기 인장재(400)는 강선, 강선로프, 케이블, 강봉, 강막대, PC강재 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 시공하며, 인장력을 필요에 따라 도입할 수도 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기 압축부재(500)에는 아치(200)와 상현재(300) 및 인장재(400)를 동일평면상으로 배치하거나, V자형, 반원형, U형 중 어느 하나의 단면상 입체형상으로 형성할 수도 있음을 밝혀둔다.

상기한 바와 같은 구조 및 시공으로 이루어지는 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 및 이의 시공방법은 지점부(100)상에 아치(200)를 거치하고, 상기 아치(200)의 하단에 파이프로 이루어진 상현재(300)를 양측에 설치된 지점부(100)상에 설치한 다음 상기 상현재(300)의 양단하부에 인장재(400)를 연장 설치하고, 상기 상현재(300)의 하부와 인장재(400) 사이에 압축부재(500)를 설치한 다음 상기 인장재(400)에 인장력을 도입하여 압축부재(500)에 의하여 상현재(300)에 상향의 압축력이 전달되도록 하여 상현재(300)에 작용하는 사하중 및 활하중에 저항할 수 있는 압축력이 인장재(400)의 인장에 의하여 지속적으로 도입되는 작용효과가 있다.

또한, 상기와 같이 상현재(300)의 하부에 설치된 인장재(400)를 이용하여 교량 및 건축물이 노후되어 교량 및 건축물의 내하력을 보강하거나 또는 교량 및 건축물의 하중 지지력을 한 단계 상승시키기 위하여 상기 상현재(300)의 양측 단부 하부에 기 설치된 인장재(400)에 인장력을 재차 도입하면 간단히 교량 및 건축물의 내하력을 증가시키는 작용효과가 있다.

한편, 도 7(a)은 일반적인 교량 및 건축물에 작용하는 하중에 의한 모멘트와 같은 원리로 상현재(300)가 양측의 지점부(100)에 거치된 후에 하중을 작용시켜 상현재(300)에 도입되어 발생되는 빗금친 부분의 모멘트 크기를 나타내며, 도 7(b)는 아치가 양측의 지점부에 거치된 후에 하중을 작용시켜 발생되는 빗금친 부분의 모멘트 크기를 나타내며, 도 7(c)은 상현재(300)의 하부에 설치된 인장재(400)에 도입된 인장력에 의하여 압축부재(500)에 전달되는 상향의 압축력이 상현재(300)에 도입되어 발생되는 빗금친 부분의 모멘트 크기를 나타내며, 도 7(d)은 상기 도 7(a)와 7(b) 및 7(c)에서 발생된 모멘트를 합성한 것으로, 결국 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물이 설치되어 사용중에 발생되는 빗금친 부분의 모멘트 크기를 나타내는 것이다.

따라서, 도 7(d)와 같이 상현재(300)에 발생되는 모멘트의 크기가 크게 감소되어 보다 효과적인 상현재(300)의 층고를 낮게 설계할 수 있어 경량화가 가능하며, 이로 인하여 외관이 미려하여 도심의 교량 및 건축물에도 적용할 수 있는 경제적이면서 수려한 외관을 갖는 구조물을 시공할 수 있음을 보여준다.

도 1은 종래의 언더텐션 장스팬을 도시한 예시도,

도 2는 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물을 도시한 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물을 도시한 측면도,

도 4는 도 3의 A-A선 단면도,

도 5는 도 3의 B-B선 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물이 교량에 설치된 상태를 도시한 예시도,

도 7은 본 발명에 따른 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물에 작용하는 모멘트를 도시한 예시도.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

100: 지점부 200: 아치

300: 상현재 400: 인장재

500: 압축부재 B: 언더텐션

Claims (10)

1. 기둥 또는 보에 의하여 설치된 양측의 지점부(100)와; 상기 지점부(100)에 거치되며, 부재축이 곡선형상으로 이루어지는 아치(200)와; 상기 아치(200)의 양단부 상부에 위치되며, 일정한 곡률을 갖는 파이프로 이루어진 상현재(300)와; 상기 상현재(300)의 양단부에 하부로 접합되며, 일정한 곡률을 갖는 인장재(400)와; 상기 상현재(300)와 인장재(400)간에 수직으로 다수개가 고정되며, 상기 아치(200)와 상현재(300) 및 인장재(400)를 연결시키는 압축부재(500)로 구성됨을 특징으로 하는 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 인장재(400)는 강선, 강선로프, 케이블, 강봉, 강막대, PC강재 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 구성됨을 특징으로 하는 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 인장재(400)에는 인장력이 도입된 것을 특징으로 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 압축부재(500)에는 아치(200)와 상현재(300) 및 인장재(400)가 동일평면상으로 배치됨을 특징으로 하는 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물.
5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 압축부재(500)는 V자형, 반원형, U형 중 어느 하나의 단면상 입체형상으로 형성됨을 특징으로 하는 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물.
6. 기둥 또는 보에 의하여 설치된 양측의 지점부(100)에 부재축이 곡선형상으로 이루어지는 아치(200)를 거치하고, 상기 아치(200)의 양단부에 일정한 곡률을 갖는 파이프로 이루어진 상현재(300)를 거치하며, 상기 상현재(300)의 양단부에 일정한 곡률을 갖는 인장재(400)를 접합하며, 상기 상현재(300) 및 인장재(400)간에 수직으로 압축부재(500)를 설치하여, 상기 아치(200)와 상현재(300) 및 인장재(400)를 연결하여, 장스팬 구조물을 시공함을 특징으로 하는 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 시공방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 인장재(400)는 강선, 강선로프, 케이블, 강봉, 강막대, PC강재 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 시공함을 특징으로 하는 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 시공방법.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

   상기 인장재(400)에는 인장력을 도입함을 특징으로 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 시공방법.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 압축부재(500)에는 아치(200)와 상현재(300) 및 인장재(400)를 동일평면상으로 배치함을 특징으로 하는 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 시공방법.
10. 제 6항 또는 제 9항에 있어서,

    상기 압축부재(500)는 V자형, 반원형, U형 중 어느 하나의 단면상 입체형상으로 형성함을 특징으로 하는 아치와 언더텐션을 합성한 장스팬 구조물 시공방법.

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