KR100912584B1 - Method for preventing lateral buckling of prestressed concrete beam in prestressing and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피에스씨 빔의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트에 프리스트레스를 도입할 때 횡방향으로 좌굴이 발생하는 것을 방지할 수 있는 피에스씨 빔의 제조방법 및 횡방향 좌굴 방지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a PS beam, and more particularly, to a method for manufacturing a PS beam and a transverse buckling prevention device that can prevent buckling in the transverse direction when pre-stress is introduced into concrete. will be.
프리스트레스트 콘크리트 빔(Prestressed Concrete Beam, 이하 '피에스씨 빔'이라 함)이란 자중 및 외부하중에 의해 콘크리트에 일어나는 인장응력을 상쇄하기 위해 단면 내부에 배치된 긴장재를 통해 미리 압축응력(프리스트레스)을 도입한 콘크리트 빔을 말한다.Prestressed Concrete Beam (hereinafter referred to as `` PS beam '') is a pre-stressed prestress (prestress) is introduced through the tension material disposed inside the cross section to offset the tensile stress occurring in the concrete by the self and external load Says one concrete beam.
도 7은 교량의 거더로 사용되는 국내 표준 단면의 피에스씨 빔을 나타낸 것으로, (a)는 긴장재의 종방향 배치를 보여주는 단면도이고, (b)는 단부에서의 긴장재 배치를 보여주는 단면도이며, (c)는 중앙부에서의 긴장재 배치를 보여주는 단면도이다. Figure 7 shows the PS beam of the national standard cross-section used as the girder of the bridge, (a) is a cross-sectional view showing the longitudinal arrangement of the tension material, (b) is a cross-sectional view showing the tension material arrangement at the end, (c ) Is a cross-sectional view showing the tension material arrangement in the center part.
일반적으로 긴장재는 빔의 단부에서 정착되며 큰 집중하중이 작용하기 때문 에 넓은 면적의 콘크리트 단면이 필요하다. 그러므로 도 7(b)와 같이 정착위치에서는 큰 지압응력이 발생하기 때문에 이에 저항할 수 있는 큰 정착단면을 확보하고 포물선 형태로 발생하는 외력모멘트에 대응하기 위해 콘크리트 빔 단면에 정착구가 일렬로 수직하게 배치된다. 반면 피에스씨 빔의 중앙부에서는 도 7(c)와 같이 편심효과를 최대한 발휘하기 위해 콘크리트 단면의 도심을 지나는 가로축(수평중립축, hna)에서 최대한 멀리 떨어져 단면의 하부에 긴장재를 배치한다. 따라서 각각의 긴장재를 순차적으로 긴장할 때 세로축(수직중립축, vna)에 편심되어 배치된 긴장재는 편심하중을 발생하기 때문에 좌굴이 발생하는 구조적인 결함을 갖고 있다. In general, the tension member is settled at the end of the beam and a large concentrated load is required, so a large area concrete section is required. Therefore, as shown in FIG. 7 (b), since a large acupressure stress is generated at the anchoring position, the anchorages are vertically aligned with the concrete beam cross-section in order to secure a large anchoring cross section capable of resisting and to cope with an external force generated in a parabolic form. Is placed. On the other hand, in the central portion of the PS beam as shown in Figure 7 (c) in order to maximize the eccentric effect, the tension member is disposed as far away from the horizontal axis (horizontal neutral axis, hna) passing through the city center of the concrete cross section as far as possible. Therefore, when each tension member is sequentially tensioned, the tension member disposed eccentrically on the longitudinal axis (vertical neutral axis, vna) has a structural defect that causes buckling because it generates an eccentric load.
즉, 첫 번째 긴장재(111)와 두 번째 긴장재(112)를 긴장할 때는 긴장재가 세로중립축(vna) 위에 위치하기 때문에 횡방향 좌굴이 거의 발생하지 않는다. 그러나 세 번째 긴장재(113)를 긴장할 경우에 있어서 세로중립축(vna)에서 벗어나 긴장재가 배치되기 때문에 필연적으로 긴장력과 편심의 크기에 비례하여 횡방향 좌굴이 발생하게 된다. 그리고 마지막으로 네 번째 긴장재(114)를 긴장하게 되면 세 번째 긴장재(113)와 대응되는 긴장력이 도입되기 때문에 세 번째 긴장재(113)에 의해 발생된 횡방향 좌굴변위가 회복되어 수직중립축(vna)이 원래의 위치로 돌아오는 것이 피에스씨 빔의 제작원리이다.That is, when the
그러나 이론적으로는 수직중립축(vna)에 대해 대칭으로 배치된 어느 하나의 긴장재를 긴장하고 그와 대칭되는 긴장재를 긴장하여 좌굴 변위가 회복되는 것을 기대할 수 있으나, 실제 시공에서는 어느 하나의 긴장재에 의해 횡방향 좌굴변위가 발생한 후에 그와 대칭되는 긴장재를 긴장하여도 최종적으로 수직중립축이 원위치 로 돌아오지 않고 영구히 좌굴 변위로 남아있게 된다. Theoretically, however, one can expect to recover the buckling displacement by tensioning one tension member symmetrically disposed about the vertical neutral axis (vna) and tensioning the tension member symmetrically therewith. Even after tensioning the symmetrical tension member after directional buckling displacement, the vertical neutral axis does not return to its original position but remains permanently in buckling displacement.
이런 횡방향 좌굴을 방지하거나 허용 횡방향 변위 내에서 피에스씨 빔을 제작하기 위해서는 콘크리트 빔의 횡방향 강성(횡방향 좌굴에 대해 저항하는 빔의 강성)을 증가시켜야 하나 횡방향 강성을 증가시키기 위해 단면을 크게 할 경우 자중이 크게 늘어나 비경제적이기 되기 쉽고, 지간을 길게 늘리는 최근의 교량기술에는 부적합하다. In order to prevent such lateral buckling or fabricate PS beams within the permissible lateral displacement, the lateral stiffness of the concrete beam (the stiffness of the beam resisting the lateral buckling) must be increased, but the cross section can be increased to increase the lateral stiffness. Increasing the weight of the bridge increases its own weight, making it more uneconomical and unsuitable for the recent bridge technology.
특히, 최근 개량된 피에스씨 빔의 경우 자중을 최소화하고 휨강성을 가장 크게 하는 최적의 단면을 선정하기 때문에 단면이 매우 작고 높이가 낮아 횡방향 강성이 매우 작다. 그럼에도 불구하고 장지간의 교량에 적용하기 때문에 현장에서 긴장력을 도입할 때 횡방향 좌굴이 빈번하게 발생하고 있으며 이에 대한 설계검토가 이루어지지 않고 있다. 따라서 빔 제작시에 파손과 안전사고의 위험 뿐만 아니라 향후 교량의 내하력 저하와 붕괴사고 발생의 위험도 높은 것이 현실이다.In particular, in the case of the recently improved PS beam, the cross section is very small and the height is very low in lateral stiffness because the optimal cross section is selected to minimize the self weight and maximize the bending stiffness. Nevertheless, the lateral buckling frequently occurs when the tension is applied in the field because it is applied to the bridge between the long jigs and the design review is not made. Therefore, in reality, not only the risk of breakage and safety accidents during beam manufacturing but also the risk of lowering the load capacity and collapse of the bridge in the future is high.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 빔의 단면을 증가시키지 않고도 프리스트레스를 도입할 때 발생하는 피에스씨 빔의 횡방향 좌굴을 유효하게 방지할 수 있도록 한 피에스씨 빔의 제조방법을 제공하는 데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a PS beam to effectively prevent the lateral buckling of the PS beam generated when the pre-stress is introduced without increasing the cross section of the beam.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, (a) 콘크리트에 비부착되고 지간에 걸쳐 포물선 형태로 배치되면서 중앙부에서는 수직중립축에 대해 편심을 갖도록 다수의 긴장재를 배치한 복수의 콘크리트 빔을 제조하는 콘크리트 빔 제조단계; (b) 복수의 콘크리트 빔을 일정 간격을 두고 서로 병렬로 배치하고 긴장력을 도입할 콘크리트 빔을 그 지간의 중앙에서 그에 이웃하는 콘크리트 빔의 지간의 중앙에 연결하여 긴장력을 도입할 콘크리트 빔의 횡방향으로의 변위를 구속하는 횡방향 구속단계; (c) 긴장력을 도입할 콘크리트 빔에 설치된 긴장재들을 순차적으로 긴장하는 긴장단계; (d) 상기 (b) 단계에서의 횡방향 구속을 해제하는 횡방향 구속 해제단계; 및 (e) 상기 (b) 내지 (d) 단계를 반복하여 (a) 단계에 의해 제조된 복수의 콘크리트 빔에 순차적으로 긴장력을 도입하는 것을 특징으로 하는 횡방향 좌굴을 방지하는 피에스씨 빔의 제조방법이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, (a) the production of concrete beams for producing a plurality of concrete beams, which are non-attached to concrete and arranged in a parabolic form over the center, with a plurality of tension members arranged in the center with an eccentricity about the vertical neutral axis step; (b) The transverse direction of the concrete beams to be introduced by arranging a plurality of concrete beams in parallel to each other at a predetermined interval and connecting the concrete beams to which tension is to be introduced from the center to the center of the neighboring concrete beams. A transverse constraining step for constraining the displacement to the conduit; (c) a tension step of sequentially tensioning the tension members installed in the concrete beam to introduce tension force; (d) a lateral restraining step of releasing the lateral restraint in step (b); And (e) repeating steps (b) to (d) to sequentially introduce tension force to the plurality of concrete beams manufactured by step (a). A method is provided.
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본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 횡방향 구속단계는, 긴장력을 도입할 콘크리트 빔의 복부에 제1가로재를 고정하고, 그에 이웃하는 콘크리트 빔의 복부에 힌지를 갖는 제2가로재를 고정한 다음, 제1,2가로재를 커플러로 서로 연결하여 이루어지며, 이때, 제2가로재는 2개로 분할되고 이들을 서로 핀으로 연결한다.According to another suitable embodiment of the present invention, the transverse restraining step secures the first street material to the abdomen of the concrete beam to introduce the tension force, and the second street material having a hinge to the abdomen of the neighboring concrete beam. After fixing, the first and second street materials are connected to each other by a coupler, wherein the second street materials are divided into two and connect them to each other by pins.
본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 횡방향 구속단계는, 긴장력을 도입할 콘크리트 빔의 상부 플랜지에 제1캡부재를 고정하고, 그에 이웃하는 콘크리트 빔의 상부 플랜지에 힌지를 갖는 제2캡부재를 고정한 다음, 제1,2캡부재를 커플러로 서로 연결하여 이루어지며, 이때, 제1,2캡부재는 콘크리트 빔의 상부 플랜지에 씌워지게 결합되는 채널형 부재와 채널형 부재에 결합되는 앵글부재로 구성되고, 제2캡부재는 앵글부재를 이루는 가로부재와 세로부재를 핀으로 접합하여 힌지가 형성된다.According to another suitable embodiment of the present invention, the transverse restraining step secures the first cap member to the upper flange of the concrete beam to introduce tension and the second cap having a hinge to the upper flange of the neighboring concrete beam. After fixing the member, the first and second cap members are connected to each other by a coupler, wherein the first and second cap members are coupled to the channel-type member and the channel-type member to be covered by the upper flange of the concrete beam. It is composed of a member, the second cap member is a hinge is formed by joining the horizontal member and the vertical member forming the angle member with a pin.
본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 이웃하는 콘크리트 빔 중 어느 하나의 콘크리트 빔의 복부에 고정되는 제1가로재; 이웃하는 콘크리트 빔 중 다른 하나의 콘크리트 빔의 복부에 고정되며, 2개로 분할되고 서로 핀으로 연결되어 힌지를 갖는 제2가로재; 제1,2가로재를 서로 연결하는 커플러를 포함하며, 이웃하는 콘크리트 빔 중에서 긴장력을 도입할 콘크리트 빔을 빔의 높이방향으로의 변위는 허용되나 횡방향으로의 변위는 구속하는 것을 특징으로 한다.According to another suitable embodiment of the present invention, the first street material is fixed to the abdomen of any one of the neighboring concrete beams; A second street material fixed to the abdomen of another concrete beam of neighboring concrete beams, divided into two and connected to each other by pins and having a hinge; It includes a coupler for connecting the first and second street materials to each other, the displacement of the concrete beam to introduce a tension force from the neighboring concrete beams in the height direction of the beam is allowed, but transverse displacement is constrained.
본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 이웃하는 콘크리트 빔 중 어느 하나의 콘크리트 빔의 상부 플랜지에 고정되는 제1캡부재; 이웃하는 콘크리트 빔 중 다른 하나의 콘크리트 빔의 상부 플랜지에 고정되며 힌지를 갖는 제2캡부재; 제1,2캡부재를 서로 연결하는 커플러를 포함하며, 이때, 제1,2캡부재는 콘크리트 빔의 상부 플랜지에 씌워지게 결합되는 채널형 부재와 채널형 부재에 결합되는 앵글부재로 구성되고, 제2캡부재는 앵글부재를 이루는 가로부재와 세로부재를 핀으로 접합하여 힌지가 형성되도록 하여, 이웃하는 콘크리트 빔 중에서 긴장력을 도입할 콘크리트 빔을 빔의 높이방향으로의 변위는 허용되나 횡방향으로의 변위는 구속하는 것을 특징으로 한다.According to another suitable embodiment of the invention, the first cap member is fixed to the upper flange of any one of the neighboring concrete beams; A second cap member fixed to an upper flange of the other concrete beam among neighboring concrete beams and having a hinge; And a coupler connecting the first and second cap members to each other, wherein the first and second cap members are composed of a channel member coupled to the upper flange of the concrete beam and an angle member coupled to the channel member. The second cap member is connected to the horizontal member and the vertical member constituting the angle member by a pin so that the hinge is formed, the displacement of the concrete beam to introduce the tension force from the neighboring concrete beam in the height direction of the beam is allowed in the transverse direction The displacement of is characterized in that to restrain.
본 발명에 따르면 긴장력 도입시 발생하는 횡방향 좌굴 때문에 지간을 길게 할 수 없었던 문제를 해결함으로써 더욱 장지간의 피에스씨 빔의 제작이 가능하게 된다. 또한 간단한 제작공정의 추가와 적은 비용으로 효과적으로 휭방향 좌굴을 방지할 수 있어 경제적이다. 또한 횡방향 좌굴을 방지할 수 있는 장치의 구조가 간단하여 다양한 형태의 피에스씨 빔에 적용이 가능한 뛰어난 장점을 갖고 있다.According to the present invention, by solving the problem that the interval could not be lengthened due to the lateral buckling generated when the tension is introduced, it becomes possible to manufacture the long-term PS beam. In addition, it is economical because it is possible to effectively prevent the lateral buckling with the addition of a simple manufacturing process and low cost. In addition, since the structure of the device that can prevent the lateral buckling is simple, it has an excellent advantage that can be applied to various types of PS beam.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 표기하며, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components or parts are denoted by the same reference numerals as much as possible, and detailed descriptions of related known functions or configurations are omitted.
도 1은 일반적인 피에스씨 빔에 배치되는 긴장재의 배치를 도시한 것으로, (a)는 피에스씨 빔을 제작하여 적치한 상태로 긴장력을 도입하기 전 상태를 표현한 측면도이고, (b)는 피에스씨 빔 내에 배치된 긴장재에 긴장력을 도입한 후의 상태를 표현한 측면도이며, (c)는 세로중립축을 기준으로 횡방향으로 편심배치되는 긴 장재를 표현한 평면도이다.Figure 1 shows the arrangement of the tension material disposed on a general PS beam, (a) is a side view representing the state before introducing the tension force in the state of manufacturing the PS beam and (b) is a PS beam It is a side view which expresses the state after introducing the tension force in the tension material arrange | positioned inside, (c) is a top view which represents the elongate material which is eccentrically arrange | positioned laterally based on a longitudinal neutral axis.
피에스씨 빔 내에 긴장력을 도입하게 되면 도 1(b)에 나타낸 바와 같이 상향으로 솟음이 발생(점선으로 표현)하고 양단부가 지점이 되어 힌지구조의 경계조건으로 바뀌게 된다. 이러한 경계조건의 상태는 긴장재의 하중이 편심으로 작용하게 되고, 양단 힌지 상태에서의 좌굴이 발생하는 역학적인 거동이 이루어지게 된다. 그러므로 횡방향으로 편심을 갖고 배치되는 긴장재는 긴장순서에 따라서 횡방향 좌굴변위를 일으키게 된다.When the tension force is introduced into the PS beam, as shown in FIG. 1 (b), the upward rise occurs (represented by a dashed line), and both ends thereof become points to change the boundary condition of the hinge structure. In this state of boundary condition, the load of the tension member acts as the eccentricity, and the dynamic behavior of the buckling in the hinge state at both ends is achieved. Therefore, the tension member disposed eccentrically in the transverse direction causes the transverse buckling displacement according to the tension sequence.
도 2는 편심배치된 긴장재에 의해 발생하는 횡방향의 변위량을 나타내기 위한 것으로, (a)는 일반적인 피에스씨 빔에 편심배치된 긴장재를 긴장할 경우에 발생하는 횡방향 변위(δ1)를 도시한 것이고, (b)는 피에스씨 빔의 중앙에 힌지구조의 경계조건을 두어 횡방향 변위를 구속할 경우에 발생하는 횡방향 변위(δ2)를 도시한 것이다.Figure 2 is for showing the amount of lateral displacement caused by the eccentrically placed tension material, (a) shows the lateral displacement (δ1) generated when tensioning the eccentrically placed tension member in the general PS beam , (b) shows the lateral displacement δ2 which occurs when the transverse displacement is restrained by placing the boundary condition of the hinge structure at the center of the PS beam.
(a)의 양단 힌지구조에서 편심배치된 긴장재(도 1에서 긴장재 33,34)에 의해 발생하는 횡방향 변위량(δx)은 긴장력과 편심량에 의해 발생하는 모멘트(Mx = P x ex)를 적분하여 단면의 횡방향 강성으로 나눈 이다. 여기서, x는 지간의 임의 위치이다. 그러므로 지간 중앙에서 발생하는 횡방향 변위량(δL/2)은 긴장력과 편심에 의해 발생하는 모멘트를 적분한 값을 단면의 횡방향 강성(EI)로 나눈 값, 이 된다. (b)는 2경간 부정정 구조물에서 구하는 처짐량을 구하는 것처럼 (a)의 값을 통해 지간 중앙을 구속조건의 경계조건으로 가정하여 구하게 된다. 그러므로 지간 중앙에 경계조건을 두면 (a)에 비해 (b)의 최대 횡방향 변위량이 매우 작으며 지간 중앙에서의 변위량이 0이 된다.The amount of transverse displacement (δ x ) generated by the eccentrically placed tension member (
이와 같이 횡방향 구속장치로 구속된 피에스씨 빔에 프리스트레스를 도입할 경우 좌굴하중에 대한 저항능력이 향상되어 횡방향 좌굴을 유효하게 방지할 수 있게 된다. 도 3은 본 발명에 따른 횡좌굴 구속장치가 설치된 피에스씨 빔에 프리스트레스 도입시 발생하는 좌굴에 대한 원리를 도식적으로 나타낸 것이다.As such, when prestress is introduced into the PS beam constrained by the transverse restraint device, the resistance to buckling load is improved, thereby effectively preventing the transverse buckling. Figure 3 schematically illustrates the principle of the buckling occurs when the pre-stress is introduced to the PS beam beam is installed transverse buckling restraint apparatus according to the present invention.
도 3을 참조하여 구조물의 좌굴하중 개념으로 횡방향 구속장치로 구속된 피에스씨 빔에 프리스트레스를 도입할 경우 횡방향 좌굴이 방지되는 것을 설명하면 아래와 같다. 좌굴하중은 아래의 식으로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 3, when the pre-stress is introduced into the PS beam constrained by the transverse restraint device as the concept of the buckling load, the lateral buckling is prevented. Buckling load can be expressed by the following equation.
여기서, here,
Pcr : 좌굴하중(임계하중)P cr : Buckling load (critical load)
k : 유효길이계수k: effective length coefficient
l : 지지점 사이의 빔의 길이l: length of the beam between supports
E : 빔의 탄성계수E: modulus of elasticity of beam
I : 빔의 단면2차모멘트I: Cross-section secondary moment of beam
본 발명에서는 좌굴이 발생하는 임계하중을 높여 긴장력을 크게 하여도 좌굴이 발생하지 않도록 피에스씨 빔의 유효길이(L)를 감소시키는 방법을 채택하였다. 즉, 프리스트레스 도입시에 빔의 중앙에서 횡방향 변위를 구속할 수 있다면 피에스씨 빔에 발생하는 횡방향 좌굴은 도 3(a)과 같이 도식적으로 나타낼 수 있고(횡방향 구속장치가 없는 경우 도 3(b)와 같이 나타낼 수 있음), 위 식에서 L이 1/2L이 되어 좌굴하중에 대한 저항능력이 4배로 향상되므로(위 식으로부터 피에스씨 빔의 길이(L)를 50% 감소시키면 좌굴하중은 4배로 증가하는 것을 알 수 있다) 수직중립축(vna)에 대해 편심으로 대칭되게 배치된 긴장재를 하나씩 순서에 의해 긴장할 때 발생하는 횡방향 좌굴을 방지할 수 있게 된다. In the present invention, a method of reducing the effective length L of the PS beam is adopted so that the buckling does not occur even if the tension load is increased to increase the critical load. That is, if the transverse displacement can be constrained at the center of the beam at the time of prestress introduction, the lateral buckling occurring in the PS beam can be represented schematically as shown in FIG. 3 (a) (FIG. 3 when there is no lateral restraint device). Since L becomes 1 / 2L in the above equation, the resistance to buckling load is increased by 4 times (reducing the length L of the PS beam by 50% from the above equation results in the buckling load being It can be seen that it increases four times.) It is possible to prevent the transverse buckling caused when the tension members arranged symmetrically symmetrically about the vertical neutral axis (vna) are tensioned one by one.
도 4는 긴장력 도입시 피에스씨 빔에 발생하는 좌굴변위를 제어할 수 있도록 경계조건을 만드는 본 발명의 일 실시 예에 따른 횡방향 구속장치가 피에스씨 빔에 설치된 상태를 나타낸 정면도이고, 도 5는 평면도이다.Figure 4 is a front view showing a state in which the transverse restraint device is installed on the PS beam according to an embodiment of the present invention to create a boundary condition to control the buckling displacement occurring in the PS beam when the tension is introduced, Figure 5 Top view.
본 발명에서는 위에서 설명한 바와 같이 좌굴 변위(횡방향 좌굴)를 발생시키는 좌굴 하중에 대한 원리를 생각하여 피에스씨 빔에 좌굴 변위를 제어할 수 있도록 경계조건을 만들었다. 즉, 서로 이웃하는 피에스씨 빔의 복부를 횡방향 구속장치로 서로 연결하여 긴장력을 도입할 때 횡방향 변위가 일어나지 않도록 구속하였다.In the present invention, considering the principle of the buckling load to generate the buckling displacement (lateral buckling) as described above, the boundary condition was created to control the buckling displacement in the PS beam. In other words, the abdomen of the neighboring PS beams were connected to each other by a transverse restraint device to restrain the transverse displacement from occurring when a tension force was introduced.
도 4를 참조하면, 횡방향 구속장치(20)는 이웃하는 피에스씨 빔(10a,10b) 중 어느 하나의 피에스씨 빔(10a)의 복부에 일단이 고정되는 제1가로재(21), 다른 하 나의 피에스씨 빔(10b)의 복부에 일단이 고정되며 힌지(h)를 갖는 제2가로재(22) 및 제1,2가로재(21,22)를 서로 연결하는 커플러(23)를 포함한다. 제1,2가로재(21,22)는 강봉 또는 강관으로 구성할 수 있다. 그리고 제1,2가로재(21,22)의 일단을 피에스씨 빔에 고정하기 위해 피에스씨 빔(10a,10b)에는 인서트(24)를 미리 매설하고 제1,2가로재(21,22)의 일단에는 인서트에 나사결합될 수 있도록 나사산을 가공한다. 물론 피에스씨 빔에 인서트를 매설하지 않고 앵커홀을 가공하여 제1,2가로재를 결합시킬 수도 있다. 또한 제1,2가로재(21,22)의 타단에 나사산을 가공하고 커플러(23)의 내주면에 나사산을 가공하여 제1,2가로재(21,22)를 커플러(23)로 나사결합시킨다. 이에 따라 제1,2가로재(21,22)는 커플러(23)를 이용하여 이웃하는 피에스씨 빔(10a,10b)의 간격에 대응하여 길이를 조절할 수 있는 구조로 된다. 한편, 제2가로재(22)는 힌지(h)를 갖는다. 이를 위해 제2가로부재(22)를 2개로 분할하고 이들을 서로 핀으로 연결한다. 제2가로재(22)에 힌지(h)를 둔 이유는 긴장력을 도입할 때 피에스씨 빔의 상향솟음을 자유롭게 하기 위해 회전변위를 구속하지 않기 위함(즉, 빔의 높이방향으로의 변위를 자유롭게 하여 양단부가 힌지구조의 지점조건을 갖도록 하기 위함)이다. 그리고 제1,2가로재(21,22)는 긴장재을 먼저 긴장하여 이웃하는 피에스씨 빔(10a,10b)의 간격이 벌어지는 횡방향 변위를 구속한다. 따라서 본 발명에 따른 횡방향 구속장치는 긴장력 도입시 피에스씨 빔의 횡방향 변위는 구속하지만 그 높이방향 변위는 구속하지 않는 경계조건을 만들게 된다. 즉, 이웃하는 2개의 빔이 횡방향 구속장치로 서로 연결되어 제작된 피에스씨 빔은 횡방향 구속장치가 피에스씨 빔의 유효길이를 줄여 좌굴하중을 높이게 된다. 횡방 향 구속장치는 피에스씨 빔의 유효길이를 줄이는 것이 목적이므로 도 4에 나타낸 바와 같이 중앙에 1개만 설치할 수도 있으나, 지간의 1/3되는 지점에 각각 설치할 수도 있다. 미설명 부호 30은 긴장재를 나타낸다.Referring to FIG. 4, the
도 6은 긴장력 도입시 피에스씨 빔에 발생하는 좌굴변위를 제어할 수 있도록 경계조건을 만드는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 횡방향 구속장치가 피에스씨 빔에 설치된 상태를 나타낸 정면도이다.Figure 6 is a front view showing a state in which the transverse restraint device is installed on the PS beam according to another embodiment of the present invention to create a boundary condition to control the buckling displacement occurring in the PS beam when the tension is introduced.
도 6에 나타낸 바와 같이 복부에 철근이 돌출되어 있거나 기타 다른 이유로 횡방향 구속장치를 복부에 설치할 수 없는 경우 상부 플랜지에 횡방향 구속장치를 설치할 수 있다. As shown in Fig. 6, when the reinforcing bar protrudes in the abdomen or the transverse restraint cannot be installed in the abdomen for other reasons, the transverse restraint may be installed on the upper flange.
본 실시 예에서 횡방향 구속장치(20a)는 이웃하는 피에스씨 빔(10a,10b) 중 어느 하나의 피에스씨 빔(10a)의 상부 플랜지에 고정되는 제1캡부재(25), 다른 하나의 피에스씨 빔(10b)의 상부 플랜지에 고정되며 힌지(h)를 갖는 제2캡부재(26) 및 제1,2캡부재(25,26)를 서로 연결하는 커플러(23)를 포함한다. 제1,2캡부재(25,26)는 피에스씨 빔의 상부 플랜지에 씌워지게 결합되는 채널형 부재(251,261)와 채널형 부재(251,261)에 결합되는 앵글부재(252,262)로 구성되고, 제2캡부재(26)의 경우 힌지(h)를 갖도록 앵글부재(262)를 이루는 가로부재(262h)와 세로부재(262v)가 핀으로 접합된다. 커플러(23)는 제1,2캡부재(25,26)의 앵글부재(252,262)를 서로 나사결합시킨다. 제1,2캡부재(25,26)는 피에스씨 빔의 상부 플랜지에 볼트 결합되며 빔의 상부 플랜지와 채널형 부재의 이격거리를 고정하게 된다. 본 실시 예에 따른 채널형 부재 및 앵글부재는 이 기술분야에서 공지된 임의의 단일 강봉 또는 강관으로 그리고 조립 강봉 또는 강관으로 구성될 수 있다. 제2캡부재(26)에 힌지(h)를 둔 이유는 전기한 실시 예에서 제2가로재에 힌지를 둔 것과 동일하게 긴장력을 도입시 피에스씨 빔의 솟음에 대응하여 회전을 허용하도록 위한 것이다. 따라서 긴장력 도입시 피에스씨 빔의 횡방향 변위는 구속하지만 그 높이방향 변위는 구속하지 않는 경계조건을 만들게 된다. In the present embodiment, the
이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 횡방향 구속장치를 이용하여 프리스트레스 도입시 횡방향 변위를 방지하면서 피에스씨 빔을 제조하는 방법을 도 4, 5를 참조하여 설명하면 아래와 같다.The method of manufacturing the PS beam while preventing the lateral displacement during the introduction of the prestress using the transverse restraint device according to the present invention configured as described above will be described below with reference to FIGS. 4 and 5.
먼저 콘크리트 단면 내에 다수의 긴장재(31,32,33,34)가 설치되도록 콘크리트 빔을 제조한다. 본 명세서에서 콘크리트 빔이란 긴장재가 배치되어 있으나 긴장되지 않아 콘크리트에 프리스트레스가 도입되지 않은 상태의 빔을 의미하고 피에스씨 빔은 프리스트레스가 도입된 빔을 의미한다. 긴장재(31,32,33,34)는 콘크리트에 쉬스관을 통해 전체길이에 걸쳐 포물선으로 배치되고 수직중립축에 대해 편심을 갖도록 배치되거나 적어도 지간의 중심에서는 수직중립축에 대해 편심을 갖도록 배치된다. 본 발명이 적용되는 콘크리트 빔의 단면형상에는 특별한 제한이 없으며 바람직하게는 횡방향 강성이 큰 박스형 단면 보다는 횡방향 강성이 작아 긴장력 도입시 횡방향 좌굴이 발생하기 쉬운 I형 또는 T형 단면의 피에스씨 빔의 제조에 적용될 수 있다.First, a concrete beam is manufactured so that a plurality of
다음으로 콘크리트 빔을 일정 간격으로 이격하여 배치하고 긴장력을 도입하는 콘크리트 빔(10a)을 높이방향 변위는 허용하되 횡방향 변위는 구속하도록 그에 이웃하는 빔(10b)에 연결하며, 긴장력 도입을 위한 빔의 한쪽 옆에 위치한 1개소의 빔에 연결하거나 양쪽으로 연결한다. 빔은 횡방향 구속장치(20)로 서로 연결되며 빔의 전체길이의 1/2되는 지점에 설치한다. 그러나 횡방향 구속장치(20)의 설치위치는 이에 한정되지 않으며 빔의 길이, 단면을 고려하여 1/3되는 지점 또는 1/4에 각각 설치할 수도 있다.Next, the concrete beams are spaced apart at regular intervals, and the
다음으로 콘크리트 빔에 설치된 긴장재(31,32,33,34)를 순차적으로 긴장한다. 즉, 본 발명은 포스트텐션 방식으로 제조되는 피에스씨 빔의 제조방법에 적용된다. 그리고 긴장재는 공지된 방법과 순서대로 수직중립축에 대해 편심으로 대칭되게 배치된 긴장재를 하나씩 순서에 의해 대칭으로 긴장하게 된다.Next, the
마지막으로 횡방향 구속장치(20)를 제거함으로써 피에스씨 빔의 연결을 해제한다. 프리스트레스의 도입이 완료되면 빔은 압축력이 비교적 전체 단면에 걸쳐 고르게 분포하기 때문에 좌굴방지를 위한 횡방향 구속장치를 제거하여도 횡방향 변위는 발생하지 않게 된다.Finally, the PS beam is disconnected by removing the
이렇게 제작된 피에스씨 빔은 긴장재를 콘크리트와 부착시키기 위해 긴장재와 콘크리트 부재 사이(쉬스 사이)에 그라우팅을 실히하여 가설하고, 바닥판을 타설하게 되면 교량이 완성된다. 이전의 피에스씨 빔 교량은 지간이 45m 미만의 경간에 적용되어 왔다. 그 이유는 그 이상의 지간에 적용하기 위한 피에스씨 빔은 여러가지 문제점이 있는데 그 중에 대표적인 문제가 장경간의 교량에 대한 피에스씨 빔의 횡방향 좌굴이 문제였다. 그러므로 상기와 같은 방법을 적용하여 좌굴에 대한 안정성을 확보한다면 장경간의 프리스트레스 빔을 제작하는 장애요소를 제거할 수 있다.The PS beam manufactured in this way is installed by grouting between the tension member and the concrete member (between sheaths) to attach the tension member to the concrete, and when the bottom plate is placed, the bridge is completed. Previous PS beam beam bridges have been applied to spans less than 45m. The reason for this is that there are various problems of the PS beam to be applied to more spaces. A representative problem is the lateral buckling of the PS beam for the long span bridge. Therefore, if the stability of the buckling is secured by applying the above method, it is possible to eliminate the obstacles to fabricate the prestressed beam between the long span.
이상에서 본 발명을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.Although the present invention has been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed herein, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Can be done.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached in this specification, illustrate the preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description thereof, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited.
도 1은 일반적인 피에스씨 빔에 배치되는 긴장재의 배치를 도시한 것으로, (a)는 피에스씨 빔을 제작하여 적치한 상태로 긴장력을 도입하기 전 상태를 표현한 측면도이고, (b)는 피에스씨 빔 내에 배치된 긴장재에 긴장력을 도입한 후의 상태를 표현한 측면도이며, (c)는 세로중립축을 기준으로 횡방향으로 편심배치되는 긴장재를 표현한 평면도이다.Figure 1 shows the arrangement of the tension material disposed on a general PS beam, (a) is a side view representing the state before introducing the tension force in the state of manufacturing the PS beam and (b) is a PS beam It is a side view which expresses the state after introducing the tension force in the tension material arrange | positioned inside, (c) is a top view which expresses the tension material arrange | positioned eccentrically in the horizontal direction with respect to a longitudinal neutral axis.
도 2는 편심배치된 긴장재에 의해 발생하는 횡방향의 변위량을 나타내기 위한 것으로, (a)는 일반적인 피에스씨 빔에 편심배치된 긴장재를 긴장할 경우에 발생하는 횡방향 변위(δ1)를 도시한 것이고, (b)는 피에스씨 빔의 중앙에 힌지구조의 경계조건을 두어 횡방향 변위를 구속할 경우에 발생하는 횡방향 변위(δ2)를 도시한 것이다.Figure 2 is for showing the amount of lateral displacement caused by the eccentrically placed tension material, (a) shows the lateral displacement (δ1) generated when tensioning the eccentrically placed tension member in the general PS beam , (b) shows the lateral displacement δ2 which occurs when the transverse displacement is restrained by placing the boundary condition of the hinge structure at the center of the PS beam.
도 3은 본 발명에 따른 횡좌굴 구속장치가 설치된 피에스씨 빔에 프리스트레스 도입시 발생하는 좌굴에 대한 원리를 도식적으로 나타낸 것이다.Figure 3 schematically illustrates the principle of the buckling occurs when the pre-stress is introduced to the PS beam beam is installed transverse buckling restraint apparatus according to the present invention.
도 4는 긴장력 도입시 피에스씨 빔에 발생하는 좌굴변위를 제어할 수 있도록 경계조건을 만드는 본 발명의 일 실시 예에 따른 횡방향 구속장치가 피에스씨 빔에 설치된 상태를 나타낸 정면도이고, 도 5는 평면도이다.Figure 4 is a front view showing a state in which the transverse restraint device is installed on the PS beam according to an embodiment of the present invention to create a boundary condition to control the buckling displacement occurring in the PS beam when the tension is introduced, Figure 5 Top view.
도 6은 긴장력 도입시 피에스씨 빔에 발생하는 좌굴변위를 제어할 수 있도록 경계조건을 만드는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 횡방향 구속장치가 피에스씨 빔에 설치된 상태를 나타낸 정면도이다.Figure 6 is a front view showing a state in which the transverse restraint device is installed on the PS beam according to another embodiment of the present invention to create a boundary condition to control the buckling displacement occurring in the PS beam when the tension is introduced.
도 7은 교량의 거더로 사용되는 국내 표준 단면의 피에스씨 빔을 나타낸 것으로, (a)는 긴장재의 종방향 배치를 보여주는 단면도이고, (b)는 단부에서의 긴장재 배치를 보여주는 단면도이며, (c)는 중앙부에서의 긴장재 배치를 보여주는 단면도이다. Figure 7 shows the PS beam of the national standard cross-section used as the girder of the bridge, (a) is a cross-sectional view showing the longitudinal arrangement of the tension material, (b) is a cross-sectional view showing the tension material arrangement at the end, (c ) Is a cross-sectional view showing the tension material arrangement in the center part.
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