KR100930800B1 - 프리모멘트가 도입되는 라멘 구조의 시공 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프리모멘트가 도입되는 라멘 구조의 시공 방법에 관한 것으로, 상부플랜지와 하부플랜지 및 이들을 연결하는 복부로 그 단면이 이루어진 개단면 강재거더가 기둥과 접합되어 구성된 라멘구조 시공방법에 있어서, 상기 기둥으로부터 돌출된 이음 부재에 상기 강재거더를 핀접합하여 강재거더를 거치시키는 핀접합 단계와; 상기 강재거더와 이격된 다른 강재거더 사이에 하나 이상의 가로보를 설치하여 상호 횡지지하게 하는 가로보 설치 단계와; 상기 강재거더가 하방으로 볼록하게 휘도록 상기 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 휨모멘트 재하단계와; 상기 휨모멘트가 재하된 상태로 상기 핀접합된 연결부의 적어도 하나를 모멘트가 전달될 수 있도록 접합하는 모멘트접합 단계와; 재하된 상기 휨모멘트를 제거하는 단계를; 포함하여 구성되어, 횡 비틀림 좌굴의 발생을 근본적으로 방지하면서 강재거더에 미리 휨모멘트를 재하하고, 이에 따른 휨 변형이 강재거더의 탄성 복원력에 의하여 원상태로 회복되면서 주변의 라멘 구조에 프리 모멘트(Pre-moment)로 도입되도록 하여, 철골 라멘 구조물에 하중(자중 및 외력)이 작용하여 휨모멘트가 발생할 때 프리모멘트로 상쇄시키는 경제적이고 시공성있는 라멘 구조의 시공 방법을 제공한다.
프리모멘트, 라멘구조, 핀접합, 모멘트접합, 횡비틀림 좌굴

Description

프리모멘트가 도입되는 라멘 구조의 시공 방법 {MANUFACTURING METHOD OF APPLYING PREMOMENT ON RAHMEN-TYPE STRUCTURE}
본 발명은 프리 모멘트(pre-moment)가 도입되는 라멘 구조의 시공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 라멘구조에 프리모멘트를 도입하기 위하여 강재거더에 선행하여 휨모멘트를 재하하는 동시에 프리모멘트 도입에 저해가 되는 횡 비틀림 좌굴 발생을 근본적으로 방지하여 경제적이고 시공성있는 라멘 구조의 시공 방법에 관한 것이다.
라멘 구조는 골조의 절점(節點)이 연결되는 구조형식으로서, 일반적으로 기둥과 거더(또는 보)가 접합되어 연속적으로 이루어진 골조를 말한다. 이는, 근대건축 구조형식의 기본 중 하나이며, 특히 철골철근콘크리트구조 등의 고층건축에서는 중요한 주체구조를 이루고 있다. 각 부재는 축방향력, 전단력(剪斷力), 휨모멘트를 받아 모든 외력은 거더와 기둥을 통하여 기초로부터 지반에 전달된다. 이러한 라멘의 특성으로 인하여 평면계획상 자유스러운 배치가 가능하고, 넓은 개구부 및 공간을 얻을 수 있어 근대 고층건축에 널리 채택되고 있다.
그러나, 이와 같은 라멘 구조물은 거더(또는 보)와 기둥을 일체로 제작할 수 없는 현실적인 한계를 가지므로, 일반적으로 공장에서 각 부재를 가공하여 현장으로 운반한 후 골조의 각 이음부를 서로 조립하고 접합하는 것에 의하여 제작된다. 이 때, 라멘 구조물은 하중(자중 및 외력)에 의하여 거더(또는 보) 및 기둥에 휨모멘트와 축력이 발생하게 되는데, 거더(또는 보)의 경우에는 휨모멘트가, 기둥의 경우에는 축력이 지배적인 단면력으로 발생하며 거더 중앙부에서는 하중의 방향으로 변형되도록 하는 정모멘트가 발생하고 기둥과 연결되는 거더 단부에서는 부모멘트가 발생한다.
상기한 라멘 구조의 특성을 극대화하기 위해서는 거더의 지간을 보다 길게하여 기둥의 간격을 넓히거나 거더의 높이를 낮게 구성하는 등의 공간 활용의 효율을 높이고 경제적인 설계를 하기 위한 많은 노력을 기울여야 한다. 이에 대하여 종래의 방법을 살펴보면, 강재거더의 단면을 크게 사용하거나 부분적으로 단면강성을 보강하는 등의 여러 가지 방법들이 있는데, 이 중 강재거더의 탄성 복원력을 이용하는 방법은 단면을 증대시키지 않고도 라멘구조의 성능을 향상시킬 수 있어 경제적인 수단으로 평가된다.
탄성 복원력을 이용하는 방법에 대해 상세하게 설명하면, 강재거더를 작업대에 단순빔 구조로 설치하고 열원 제공 또는 수직력 재하 등의 방법으로 강재거더에 미리 휨 변형을 유발한 후, 이 상태의 강재거더를 인상하여 기둥과 현장이음으로 체결하고, 상기 휨변형을 제거하여 라멘구조에 강재거더의 탄성 복원력에 의한 프리모멘트를 도입하므로써 하중에 의해 발생하는 휨모멘트를 상쇄하는 방법이다.
그러나 이를 구현하는 방법에 따라 실질적인 효과와 시공성의 차이는 매우 크다. 강재거더의 휨 변형을 수용할 수 있는 작업대와 강재거더의 전도를 방지하는 장치와 별도의 작업장을 조성해야만 하므로 부대비용이 증가하여 경제성이 떨어질 수 있다. 또한 휨 변형 유발 시 횡 비틀림 좌굴을 방지할 수 있는 횡지지 장치가 반드시 필요한데, 특히 휨변형이 발생한 상태의 강재거더를 크레인 등으로 인상하는 공정에서는 횡지지 자체가 불가능하여 횡 비틀림 좌굴에 매우 취약하므로 실제로 적용하기에 곤란한 문제점들이 있었다. 더욱이 휨변형이 발생한 상태의 강재거더를 인상하는 과정에서 바람이나 충격 등의 돌발하중이 작용할 수 있고 기둥과 연결할 때 또는 가로보를 설치할 때 강재거더에 횡방향 하중이 작용하는 것을 피할 수 없으므로 횡 비틀림 좌굴의 위험성이 매우 크다.
상기 횡 비틀림 좌굴의 영향을 보다 구체적으로 설명하기 위해, H-400× 400× 13× 21인 기둥과 H-588× 300× 12× 20인 거더로 구성된 단순라멘의 최대모멘트 발생부위에 대한 수치해석 결과를 표 1.과 같이 요약하여 예를 들어 보겠다. 이 때 강재거더의 휨변형을 유발하기 위하여 강재거더 중립축에서 상측으로 이격되어 설치된 긴장재의 긴장에 의한 휨모멘트 재하 방법을 사용하였다.
표 1.
구체예1 구체예 2 구체예 3
강재거더에 미리 휨변형을 유발하기 위해 재하하는 긴장력 100 tonf 47.5 tonf 23.8 tonf
강재거더 휨변형에 의한 중앙부의 처짐량 8.47cm 4.02cm 2.02cm
탄성복원력에 의해 라멘구조에 도입되는 프리모멘트 -200065.1 N·m -95030.9 N·m -47615.5 N·m
라멘구조에 하중이 작용하여 발생되는 휨모멘트 746628.7 N·m
프리모멘트 도입 효과 26.8% 12.7% 6.4%
강재거더에 휨변형을 유발할 때의 좌굴 계수 0.475 (해석도면 도16 참조) 1.0 2.0
횡비틀림 좌굴 안전도 평가 좌굴 발생 좌굴 발생 좌굴 안전
상기 표1의 결과를 살펴보면, 구체예1의 경우, 강재거더에 100tonf의 긴장력을 재하하여 휨변형을 유발하면 최종적으로 라멘구조에 도입할 수 있는 프리모멘트 크기는 하중에 의해 발생하는 휨모멘트의 26.8%인 것으로 나타나지만 횡 비틀림 좌굴거동의 발생으로 인하여 프리모멘트가 도입되지 않을 뿐 아니라 안전도가 매우 낮아 현실적으로는 시공이 불가능하다. 또한 구체예3의 결과와 같이 횡 비틀림 좌굴에 대한 안전도를 충분히 확보하여 프리모멘트 도입을 기대할 수 있는 경우의 프리모멘트 도입 효과는 6.4%에 불과하며 이는 바람과 같은 돌발하중이나 가로보 설치 시의 횡방향 작업하중 등을 전혀 고려하지 않은 것이므로 실질적인 효과는 더욱 미미하고 작업장 조성 등의 부대비용을 감안하면 당초 의도하였던 경제성도 만족할 수 없다. 이는 횡비틀림 좌굴에 의한 거동방향과 탄성복원력에 의한 거동의 방향이 다르기 때문이며, 라멘구조에 프리모멘트를 도입하기 위해서는 반드시 횡비틀림 좌굴을 방지하여야한다.
여기서 횡비틀림 좌굴이란 거더가 휨모멘트를 받는 처음에는 하중방향의 휨 변형을 하다가 모멘트가 어떤 임계 값에 도달하면 갑자기 하중과 다른 방향으로 횡변형이나 비틀림변형을 하는 것을 말하며, 작용하중에 대한 임계하중의 비를 좌굴계수라 하고 통상 2.0 이상이 되었을 때 횡비틀림 좌굴에 대해 안전한 것으로 평가한다. 또한 횡비틀림 좌굴은 좌굴거동 방향인 횡방향으로 작용하는 하중에 민감하고 강관이나 상자형 같은 폐단면 보다는 비틀림 강성이 작은 개단면 부재에서 더욱 위험하다. 이러한 횡비틀림 좌굴을 방지하기 위해서는 압축측 플랜지의 횡방향 강성을 보강하거나 거더의 중간을 횡지지하여 좌굴길이을 줄여야 가능한데, 횡방향 강성을 보강하기 위해 강재거더 압축측에 덧대는 보강부재는 원부재인 강재거더의 강축강성에 버금가는 강성을 가져야만 횡비틀림 좌굴을 방지할 수 있으며, 또한 별도의 장치를 두어 횡보강하거나 횡지지 하는 것은 공사비의 증가를 초래하게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같이 라멘구조물의 효율적인 설계를 위하여, 하중(외력 및 자중)에 의해 발생하는 휨모멘트를 상쇄시킬 수 있는 프리모멘트를 라멘구조에 미리 도입함으로써 지간을 보다 작은 단면을 갖는 거더로도 충분히 지지할 수 있도록 하는 라멘구조의 시공방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 라멘구조의 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 공정에서 작은 장비와 힘으로 효율적으로 휨모멘트를 재하하는 동시에 강재거더의 횡 비틀림 좌굴을 근본적으로 방지함으로서 프리모멘트의 도입효과를 극대화하는 것을 다른 목적으로 한다. 이를 통하여 본 발명은 단면의 높이를 증가시키지 않고서도 지간을 크게 할 수 있는 라멘 구조물의 안전한 시공 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 라멘 구조에 프리모멘트를 도입하는 공정에 있어서 시공기간을 단축시키고 보다 간단하고 저렴한 공정으로 철골 라멘 구조를 시공하는 라멘구조의 시공방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 라멘 구조에 프리모멘트를 도입하기 위하여 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 공정에 사용되는 정착기구로서 강재거더의 휨변형에도 불구하고 예정된 휨모멘트를 재하할 수 있도록 회전변위를 수용하는 정착기구를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
마지막으로, 본 발명의 다른 목적은 간단하고 저렴한 공정으로 강재거더에 미리 솟음(캠버)을 형성하여, 프리모멘트를 도입하는 과정에서 완전히 회복되지 않고 남아있는 강재거더의 휨변형으로 인한 중앙부 처짐량을 최소화 하는 라멘구조의 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 상부플랜지와 하부플랜지 및 이들을 연결하는 복부로 그 단면이 이루어진 개단면 강재거더가 기둥과 접합되어 구성된 라멘구조 시공방법에 있어서, 상기 기둥으로부터 돌출된 이음 부재에 상기 강재거더를 핀접합하여 강재거더를 거치시키는 핀접합 단계와; 상기 강재거더와 이격된 다른 강재거더 사이에 하나 이상의 가로보를 설치하여 상호 횡지지하게 하는 가로보 설치 단계와; 상기 강재거더가 하방으로 볼록하게 휘도록 상기 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 휨모멘트 재하단계와; 상기 휨모멘트가 재하된 상태로 상기 핀접합된 연결부의 적어도 하나를 모멘트가 전달될 수 있도록 접합하는 모멘트접합 단계와; 재하된 상기 휨모멘트를 제거하는 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 라멘구조의 시공방법을 제공한다.
이는 프리모멘트를 도입하는 철골 라멘구조의 시공에 있어서, 휨모멘트 재하 시 강재거더에만 휨 변형이 가능하도록 라멘구조의 기둥으로부터 돌출된 이음부재에 강재거더의 양단을 핀접합시켜 거치한 후에 강봉이나 강연선으로 형성되는 긴장재를 강재거더의 양단부에 중립축으로부터 상측으로 이격되게 설치하여, 이 긴장재를 긴장시키는 것에 의하여 휨모멘트를 재하하고 나서 강재거더와 이음부재가 서로 모멘트를 전달할 수 있도록 모멘트 접합을 시행한 후, 긴장재에 도입된 긴장력을 제거하는 것에 의하여 휨모멘트 재하에 따른 강재거더의 휨변형이 강재거더의 탄성복원력에 의해 원상태로 회복되면서 주변의 라멘구조에 프리모멘트가 도입되어, 시공되는 철골 라멘구조에 하중(외력이나 자중)이 작용하여 휨모멘트가 발생할 때 도입한 프리모멘트로 상쇄시키기 위함이다.
다시 말하면, 강재거더의 탄성범위 내에서 핀접합된 상기 강재거더에 선행 휨모멘트를 재하하여 강재거더(또는 보)에 하중 방향의 인위적인 휨변형을 미리 발생시킨 후, 상기 선행 휨모멘트를 제거함으로써 원상태로 복원하려는 강재거더(또는 보)의 탄성복원력을 이용하여 하중(외력이나 자중)에 저항하도록 하며, 이 때 강재거더의 탄성력을 이용하기 위하여 선행 휨모멘트를 제거하기 이전에 부정정구조인 라멘구조에 탄성복원력을 전이시켜 포텐셜을 저장하도록 모멘트 접합을 시행하는 것이다.
여기서, ‘핀접합’이라는 용어는 전단접합과 동일한 의미로서 강재 거더가 이음부재와 접합된 상태에서 수직방향의 변위만 구속할 뿐 축방향변위와 회전변위는 허용함에 따라 강재거더에 휨모멘트가 재하되면 강재 거더가 이음부재와 독립적으로 휨변형 및 축변형이 가능한 접합상태를 의미한다. 그리고 ‘모멘트 접합’이라는 용어는 강재거더가 이음부재와 접합된 상태에서 수직 방향의 변위 뿐만 아니라 축방향 변위 및 회전변위를 구속함에 따라 강재거더에 프리모멘트가 도입될 때 강재부재가 이음부재와 함께 휨변형되는 접합상태를 의미한다. 그리고, ‘프리모멘트’란 하중(외력 및 자중)의 작용에 앞서 라멘구조에 미리 도입되어 하중에 의해 발생하는 휨모멘트를 상쇄시키는 반대방향의 휨모멘트이다.
이와 같이 강재거더를 이음부재에 핀접합되도록 라멘구조의 기둥에 고정시킨 상태로 휨모멘트를 재하함에 따라, 휨모멘트를 재하하기 위한 별도의 작업장이 필요하지 않게 되는 유리한 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한 선행 휨모멘트를 재하한 후, 라멘구조의 구조적 특성에 따라 일단 또는 양단을 모멘트 접합함으로써 대칭형 또는 비대칭형의 휨모멘트 양상에 맞추어 적절히 상쇄할 수 있는 다양한 적용이 가능하다.
무엇보다도, 본 발명은 강재거더가 하방으로 볼록하게 휘도록 상기 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 휨모멘트 재하단계 이전에, 상기 강재거더에 가로보를 연결 고정하는 단계를 거치도록 하여, 강재거더가 가로보에 의하여 인접 거더와 상호 횡지지됨으로써 강재거더의 횡 비틀림 좌굴에 대한 좌굴 길이가 짧아지고, 이를 통해, 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 공정에서 강재거더에 횡비틀림 좌굴 현상의 발생가능성을 크게 낮출 수 있게 된다. 이를 통해, 본 발명은 추가적인 재료나 부재를 덧대는 것이 아니라, 라멘구조물을 형성하는 가로보의 설치 공정을 조절하는 것만에 의하더라도 강재 거더에 휨모멘트를 재하하는 중에 발생되는 횡 비틀림 좌굴 형상을 예방할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 강재 거더를 인상하여 기둥으로부터 돌출된 이음부재에 핀 접합한 상태로 강재거더에 휨모멘트를 재하함에 따라, 강재거더를 인상하여 거치시키기 이전에 휨모멘트를 재하하는 종래의 방법에 비하여 효율적인 시공이 가능해진다. 즉, 강재거더를 철골 라멘 구조에 거치시키기 이전에 휨모멘트를 재하하는 경 우에는, 인상기에 의하여 인상될 때 횡비틀림 좌굴에 대한 횡지지가 곤란하고 바람 및 충격 등의 돌발하중의 작용가능성이 매우 클 뿐 아니라 가로보 연결 시 횡방향의 작업하중 작용이 불가피하므로, 강재거더를 철골 라멘 구조에 거치시키는 인상 공정 중에도 강재거더에 횡비틀림 좌굴이 발생되어 주변 구조물을 파손시키거나 안전사고가 발생할 수 있는 시공상의 문제점이 있다. 그러나, 본 발명은 강재거더의 휨 변형을 수용할 수 있도록 기둥으로부터 돌출된 이음 부재에 핀접합시키고, 가로보로 인접 강재거더를 연결하여 상호 횡지지시킨 상태에서 강재거더에 휨모멘트를 재하함에 따라, 횡보강이나 횡지지를 위한 추가적인 보강부재가 불필요하므로 비용의 증가 없이 휨모멘트가 재하되는 강재거더의 횡 비틀림 좌굴을 근본적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라 강재거더의 횡비틀림 좌굴에 의하여 주변 철골 구조물이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 무엇보다도 휨모멘트를 재하하기 위한 별도의 작업장을 필요로 하지 않음에 따라 시공이 간편하고 신속해지며 시공 중에 강재거더에 횡비틀림 좌굴로 인한 안전사고 위험도 배제시킬 수 있게 된다.
이 때, 상기 휨모멘트를 재하하는 단계와 상기 모멘트 접합단계가 상기 가로보에 연결되는 모든 강재거더에 대하여 이루어진 후, 상기 휨모멘트를 제거하는 단계가 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 통해, 시공 장비를 효율적으로 운용할 수 있을 뿐 아니라 강재거더의 횡 비틀림 좌굴을 보다 효과적으로 방지할 수 있으며, 상기 휨모멘트 제거단계에서 라멘구조에 보다 정밀하게 프리모멘트를 도입할 수 있도록 제어할 수 있다.
여기서, 상기 휨모멘트 재하단계는, 상기 강재거더의 중립축으로부터 상측으 로 이격되어 배치된 긴장재를 긴장시키는 것에 의하여 이루어진다. 강재거더에 열 등을 가하여 휨모멘트를 재하할 수도 있지만, 이는 경제적 시공이 어려울 뿐만 아니라 시공기간이 매우 지연되는 문제점이 있다. 따라서, 강재거더의 중립축으로부터 상측으로 이격되도록 강재거더를 따라 평행하게 배열 설치된 긴장재를 긴장시키는 것에 의하여, 강재거더에 하방으로 볼록하게 굽어지는 휨 변형을 간단히 구현할 수 있게 된다.
이는, 힘과 거리의 곱으로 크기가 결정되는 편심에 의한 휨모멘트에 있어서, 강재거더의 중립축과 긴장재 사이의 이격거리를 크게 조절함에 따라 상대적으로 재하하는 긴장력을 줄일 수 있으므로, 휨모멘트를 재하하는 장치의 용량을 최소화할 수 있으며, 설치 및 해체 작업이 용이하여 시공이 간편해진다. 이와 관련하여, 강재거더의 중앙부에 수직분력을 재하할 수 있도록 구성할 수도 있으나, 이 경우에는 지지장치가 전도될 위험이 크고, 긴장재의 절곡이 용이하지 않으며, 장치의 해체 작업도 곤란하므로 바람직하지 않다.
그리고, 라멘구조에 보다 정밀하게 프리모멘트가 도입되도록 제어하기 위해서는, 강재거더가 휨변형되는 때에 강재거더의 단부 회전변위를 수용할 수 있도록 힌지를 구성하고 긴장재가 간섭되지 않으면서 항상 직선을 유지할 수 있는 정착장치가 필요하다. 이를 위하여, 후술하는 정착기구가 사용된다. 나아가, 정착장치가 설치되는 강재거더의 위치에는 상하 플랜지를 연결하는 수직 보강재를 부착함으로써 강재거더의 상부플랜지의 변형과 복부판의 국부적인 좌굴을 방지할 수 있다. 이 때, 정착기구는 이음부재로부터 약 1~2m정도 떨어져 위치하여 좌굴길이를 작게하 고, 정착기구가 위치한 곳에 가로보가 연결되는 것이 정착기구로 휨모멘트를 재하하는 공정에서 강재거더에 발생할 수 있는 좌굴을 방지하는데 더욱 효과적이다.
그리고, 상기 핀접합 단계 이전에, 상기 긴장재를 긴장시키는 정착기구를 상기 강재거더의 양단부 상면에 설치하는 단계를; 추가적으로 포함한다. 즉, 기둥으로부터 돌출된 이음부재에 강재거더를 거치한 후에 정착기구를 설치하는 공정은 작업자가 올라가 철골 라멘 구조물 상에서 설치하여야 하므로 안전사고 위험이 수반되기 때문에, 지상에서 긴장재를 정착하는 정착기구를 강재거더의 양단부에 설치하여 둔 상태로 강재거더를 인상 거치하여 이음부재와 핀접합하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 핀접합 단계는, 핀접합 연결판이 상기 이음부재와 상기 강재거더의 복부만을 함께 접촉한 상태에서 핀(또는 볼트)이 상기 이음부재와 상기 강재거더의 복부를 관통하여 이루어지되, 상기 이음부재 및 상기 강재거더와 결합되는 상기 핀접합 연결판의 관통공은 상기 이음부재 또는 상기 강재거더와 결합하는 관통공 중 어느 한쪽이 상기 강재거더의 휨 변형과 축 변형을 허용하도록 수평방향으로의 타원 형상으로 형성된다. 이를 통해, 강재거더의 양단이 이음부재에 핀접합으로 구속됨에도 불구하고 강재거더에 휨모멘트를 재하할 때, 강재거더의 독립적인 휨 거동이 가능해진다.
특히, 본 발명은 상기 강재거더와 상기 가로보 중 어느 하나 이상을 연결하는 ‘X'자형 브레이싱재를 설치하는 단계를; 추가적으로 포함한다. 이를 통해, 상기 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 공정에서 같은 층에 연결된 강재거더들이 같은방향으로 동시에 횡 비틀림 좌굴이 발생되는 것에 대해서도 원천적으로 제거할 수 있다. 이는 같은 층에 연결된 강재거더들에 대해 휨모멘트 재하단계와 모멘트 접합단계와 휨모멘트 제거단계를 단계별로 일괄 시공이 가능하도록 하여 시공 장비의 효율적인 운용과 작업시간을 단축하는 효과를 나타낸다.
이와 관련하여, 강재거더에 가로보를 연결하지 않은 경우, 가로보를 연결고정한 경우, 가로보와 ‘X'자형 브레이싱재를 함께 설치한 경우에 대하여 수치해석에 의하여 산출된 좌굴계수를 대비하여 보면 다음과 같다. 참고로, 좌굴계수란 작용하는 하중에 대한 좌굴이 발생하는 임계하중의 비를 말한다.
표 1
좌굴 계수 판단
가로보를 연결하지 않은경우 0.478 좌굴 발생 가능성 있음
가로보를 연결한 경우 2.078 좌굴 발생하지 않음
X브레이싱재를 설치한 경우 4.533 좌굴 발생하지 않음
통상 좌굴계수가 2.0이상 되는 경우에 좌굴에 대하여 안전하다고 평가하므로, 각 경우의 좌굴계수를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라, 가로보를 연결 설치한 상태에서 강재거더에 휨모멘트를 재하하거나, 가로보와 ‘X'자형 브레이싱재를 함께 연결 설치한 상태에서 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 경우에는 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 중에 횡 비틀림 좌굴 현상이 근본적으로 발생되는 것이 방지된다는 것을 알 수 있다.
한편, 상기 강재거더는 하나의 강재거더로 형성될 수도 있지만, 두개 이상의 분절 강재거더가 서로 연결되어 형성될 수 있다. 이는, 강재거더의 생산지로부터 운반을 용이하게 하기 위한 목적도 있지만, 무엇보다도, 상기 강재거더가 휨모멘트 가 재하되지 않은 상태에서 상방으로 볼록하게 다수의 분절 강재거더가 연결 형성됨으로써, 상기 강재거더에 하방으로 볼록하게 휘어지는 휨모멘트가 재하 되었다가 모멘트 접합 후 주변 라멘 구조에 프리모멘트로 도입되더라도, 상기 강재거더의 형상이 하방으로 볼록한 상태가 아니라 실질적으로 일자 형태에 근접한 상태로 유지되도록 한다. 다시 말하면, 강재거더를 분절 접합하여 미리 솟음(캠버)을 형성하고 프리모멘트를 도입하는 과정에서 완전히 회복되지 않고 남아있는 강재거더의 휨변형으로 인한 중앙부 처짐량을 최소화하는 것이다.
한편, 상기 강재거더는 단면형상이 I형 단면, H형 단면 등과 같은 개방형 단면으로 형성되고, 상기 긴장재는 상기 강재거더의 상부플랜지와 하부 플랜지를 연결하는 복부를 기준하여 대칭되도록 배열된다. 이를 통해, 상기 강재거더에 휨모멘트가 재하되더라도 일정한 휨 변형을 구현할 수 있게 되어, 예정한 휨모멘트를 효과적으로 재하하는 것이 가능해진다.
한편, 본 발명은, 강재거더의 중립축으로부터 이격되어 배치된 긴장재를 정착시키는 정착기구로서, 상기 긴장재가 상기 강재거더의 상측에 위치하도록 상기 강재거더의 양단부 상면에 각각 고정되고, 상기 긴장재가 관통 형성되는 제1관통공이 형성되는 위치에 곡면 요홈부를 구비한 제1몸체와; 상기 제1몸체의 곡면 요홈부와 접촉하는 곡면 돌출부가 구비되고, 상기 긴장재가 관통하도록 상기 곡면 돌출부로부터 관통 형성된 제2관통공이 구비된 제2몸체를; 포함하여 구성되어, 상기 긴장재가 상기 제1몸체의 제1관통공과 상기 제2몸체의 상기 제2관통공을 순차적으로 관통하여, 유압잭에 의하여 긴장되도록 구성된 것을 특징으로 하는 정착기구를 제공 한다.
이는, 유압잭을 이용하여 긴장재를 긴장시키는 데에 있어서, 제1몸체의 곡면요홈부와 제2몸체의 곡면 돌출부가 서로 맞물려 회전변위를 수용하도록 함으로써, 긴장재의 긴장에 따라 상기 강재거더가 휨 변형하여 양 단부의 정착장치가 회전됨에도 불구하고 긴장재가 항상 직선 상태를 유지할 수 있어서 예정된 양의 긴장력을 정확히 재하할 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 제1몸체에는 곡면 요홈부가 형성되는 대신에 곡면 돌출부가 형성되고, 제2몸체에는 곡면 돌출부가 형성되는 대신에 곡면 요홈부가 형성되어, 상기와 동일한 작용효과를 구현할 수도 있다.
이 때, 상기 제2몸체의 곡면 돌출부가 상기 제1몸체의 곡면 요홈부와 접촉하여 회전하는 변위를 허용할 수 있도록, 상기 제1관통공의 단면은 타원 형상으로 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 정착기구가 강재거더에 고정된 상태에서, 상기 정착기구와 강재거더의 인상을 용이하게 하기위하여, 상기 정착기구의 상측에는 인상기로부터 연결되는 인상 와이어가 관통하도록 관통공이 형성된다. 이와 같이 관통공이 형성됨에 따라 상기 강재거더를 인상할 때 항상 일정한 인상 지점을 확보할 수 있으며 프리모멘트를 도입한 이후에 정착기구를 해체하여 회수할 때도 간편하게 이용할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 상부플랜지와 하부플랜지 및 이들을 연결하는 복부로 그 단면이 이루어진 개단면 강재거더가 기둥과 접합되어 구성된 라멘구조 시공방법에 있어서, 상기 기둥으로부터 돌출된 이음 부재에 상기 강재거더를 핀접합하여 강재거더를 거치시키는 핀접합 단계와; 상기 강재거더와 이격된 다른 강재거더 사이에 하나 이상의 가로보를 설치하여 상호 횡지지하게 하는 가로보 설치 단계와; 상기 강재거더가 하방으로 볼록하게 휘도록 상기 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 휨모멘트 재하단계와; 상기 휨모멘트가 재하된 상태로 상기 핀접합된 연결부의 적어도 하나를 모멘트가 전달될 수 있도록 접합하는 모멘트접합 단계와; 재하된 상기 휨모멘트를 제거하는 단계를; 포함하여 구성되어, 횡 비틀림 좌굴의 발생을 근본적으로 방지하면서 강재거더에 미리 휨모멘트를 재하하고, 이에 따른 휨 변형이 강재거더의 탄성 복원력에 의하여 원상태로 회복되면서 주변의 라멘 구조에 프리 모멘트(Pre-moment)로 도입되어, 철골 라멘 구조물에 하중(자중 및 외력)이 작용하여 휨모멘트가 발생할 때 프리모멘트로 상쇄시키는 경제적이고 시공성있는 라멘 구조의 시공 방법을 제공한다.
이를 통해, 본 발명은, 동일한 단면을 갖는 강재거더로 보다 큰 하중을 지지할 수 있을 뿐만 아니라, 장지간의 거더를 계획할 수 있으며, 강재거더의 재료비를 절감할 수 있는 유리한 효과를 얻게 된다.
또한, 본 발명은 강재거더가 하방으로 볼록하게 휘도록 상기 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 휨모멘트 재하단계 이전에, 상기 강재거더에 가로보를 연결 고정하는 단계를 거치도록 하여, 가로보에 의한 횡지지로 강재거더의 좌굴길이를 감 소시킴으로써, 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 공정에서 강재거더에 횡비틀림 좌굴현상이 발생될 가능성을 크게 낮출 수 있게 된다. 이를 통해, 본 발명은 별도의 추가적인 재료나 부재를 덧대지 않고서도, 라멘 구조물을 형성하는 가로보의 설치 공정을 조절하는 것만에 의하여 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 중에 발생되는 횡 비틀림 좌굴현상을 완전히 억제할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 강재거더와 상기 가로보 중 어느 하나 이상을 연결하는 ‘X'자형 브레이싱재를 설치하여 상기 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 공정에서 같은 층에 연결된 강재거더들이 같은 방향으로 동시에 횡 비틀림 좌굴이 발생되는 것에 대해서도 원천적으로 제거함으로써 휨모멘트 재하단계와 모멘트 접합단계와 휨모멘트 제거단계를 단계별로 일괄 시공이 가능하도록 하여 시공 장비의 효율적인 운용과 작업시간을 단축하는 효과를 얻을 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 라멘 구조의 시공방법은 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 공정으로부터 휨모멘트를 제거하는 공정에 이르기까지 철골 라멘 구조물에 핀접합이나 모멘트접합에 의해 구속된 상태에서 이루어지므로, 시공의 안전성이 확보될 뿐만 아니라, 휨모멘트를 재하하기 위한 별도의 작업장이 필요하지 않으며, 층고가 높은 경우에도 간편하고 신속하게 프리모멘트를 도입할 수 있게 되므로 작업공정의 효율이 극대화되는 장점을 갖는다. 이를 통하여, 본 발명은 형고를 증가시키지 않고서도 지간을 크게 할 수 있는 라멘구조물의 시공방법을 제공한다.
그리고, 본 발명은 강재거더에 긴장력을 도입하는 것에 의하여 휨 변형이 발 생되더라도, 긴장재가 관통하는 타원형상의 관통공을 구비하고 두 개의 서로 다른 몸체에 의하여 강재거더의 휨변위를 수용하도록 함으로써, 지속적으로 수평방향으로 긴장시키는 것이 가능해지므로, 최초에 예정한 긴장력을 정확하게 재하하는 것이 가능해지는 정착기구를 제공한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시공 방법을 도시한 제작 공정 순서도, 도2는 도1의 강재 거더의 핀 접합 공정 상태를 도시한 도면, 도3은 도2의 'A'부분의 확대도, 도4는 도6의 강재거더에 X형태의 브레이싱재를 결합 설치한 상태의 평면도, 도5는 도1의 휨변형 모멘트를 강재 거더에 도입하는 공정 상태를 도시한 도면, 도6은 도5의 'B'부분의 확대도, 도7은 도1의 강재 거더의 모멘트 접합 공정 상태를 도시한 도면, 도8은 도7의 'C'부분의 확대도, 도9는 도7에 의하여 라멘 구조에 프리 모멘트가 도입되는 상태를 도시한 사시도, 도10은 도9의 'D'부분의 확대 사시도, 도11은 도5의 정착 장치의 구성을 도시한 분해 사시도, 도12a 내지 도12d는 도1의 시공 공정에 따른 각 구조물의 휨모멘트 선도, 도13a 내지 도13d는 도1의 시공 공정에 따른 각 구조물의 축력 선도, 도14는 도1의 시공 방법에 적용할 수 있는 다른 형태의 강재 거더의 구성을 도시한 도면, 도15a 내지 도15f는 본 발명의 일 실시예에 따른 라멘 구조의 시공 방법을 단계별로 설명한 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 철골 라멘 구조의 시공 방법은, 지상에 다수의 기둥을 상호 이격하여 세워 고정 설치하는 단계와, 지상에서 강재 I-거더(120)의 상면에 정착 기구(130)를 고정한 상태에서 강재 I-거더(120)를 인상 거치하여 철골 라멘 구조물에 일단부 이상을 핀접합하는 핀접합 단계(S110)와, 라멘 철골 구조물의 인접한 강재 I-거더(120)를 직각 방향으로 서로 연결하는 가로보(116)를 연결 설치하는 단계(S120)와, 가로보(116) 사이에 'X'자형 브레이싱재(118)를 연결 설치하는 단계(S130)와, 강재 I-거더(120)의 양단이 핀접합된 상태에서 강재 I-거더(120)의 중립축으로부터 상측으로 'L'만큼 이격 배열된 PS 긴장재(131)를 정착 기구(130)로 긴장시켜 강재 I-거더(120)가 하방으로 볼록해지는 휨모멘트를 재하하는 휨모멘트 재하 단계(S140)와, 강재 I-거더(120)에 휨모멘트가 도입된 상태로 강재 I-거더(120)를 라멘 구조물에 모멘트 접합하는 단계(S150)와, PS 긴장재(131)에 도입한 긴장력을 제거하여 강재 I-거더(120)로부터 휨모멘트를 제거한 후 정착 기구(130)를 강재 I-거더(120)로부터 분리하는 단계(S160)로 구성된다.
상기 기둥을 세우는 단계는 도15a에 도시된 바와 같이 제작하고자 하는 라멘 구조의 크기를 고려하여 소정 거리 이격되도록 다수의 기둥을 지면에 그 일부가 매설되도록 설치한다.
상기 핀접합 단계(S110)는, 도2 및 도15b에 도시된 바와 같이, 강재 I-거더(120)의 상측의 양단부에 정착 기구(130)를 지면(88)에서 고정시키고, 인상 기(140)의 인상 와이어(141)가 정착 기구(130)의 서로 이격된 와이어 관통공(134a)을 관통한 상태에서, 강재 I-거더(120)를 라멘식 철골 구조물의 기둥(110)으로부터 돌출 결합된 이음 부재(111) 사이로 인상 거치한다. 그리고 나서, 강재 I-거더(120)의 양단부는 이음 부재(111)와 핀접합 연결판(112)으로 핀접합한다.
여기서, 핀접합 연결판(112)에 의한 강재 I-거더(120)의 핀접합은, 도3에 도시된 바와 같이, 플레이트 형상의 핀접합 연결판(112)을 강재 I-거더(120)와 이음 부재(111)의 복부 양면에 접촉시킨 상태에서, 핀(99)이 핀접합 연결판(112)의 핀 관통공(112a,112b)를 관통시키는 것에 의하여 이루어진다. 이 때, 강재 I-거더(120) 측의 관통공(112b)은 강재 I-거더(120)의 휨 변형을 수용하기 위하여 수평 방향으로의 타원 형상의 장공(長空)으로 형성된다. 참고로, 강재 I-거더(120)의 길이가 15m인 경우에 핀 관통공(112b)에 의해 허용되는 변위는 4mm 정도로서, 실질적으로 도3에는 다소 과장되게 표현된 것이다. 따라서, 강재 I-거더(120)는 핀접합에 의하여 직각 방향으로의 이동이 구속되면서 축방향 변위 및 회전 변위가 허용되는 상태가 된다.
상기 가로보 연결 단계(S120)는, 도4 및 도15c에 도시된 바와 같이, 강재 I-거더(120)를 서로 직각 방향으로 연결시킨다. 이와 같이, 휨모멘트 재하 단계(S130)이전에 강재 I-거더(120)에 가로보(116)를 연결 고정하는 단계를 거치도록 함으로써, I-거더(120)가 가로보에 의하여 상호 횡지지됨으로써 강재 거더의 횡비틀림 좌굴 길이가 짧아지므로 횡비틀림 좌굴 현상을 방지할 수 있게 된다.
상기 브레이싱재 연결 단계(S130)는, 도4 및 도15d에 도시된 바와 같이, 가 로보(116) 사이를 브레이싱재(118)로 X자 형태로 연결하는 것에 의하여 이루어진다. 이를 통해, 강재 I-거더(120)에 휨모멘트를 재하하는 공정에서 가로보와 X자 브레이싱재로 연결된 강재 거더들에 횡비틀림 좌굴이 발생되는 것을 근본적으로 제거할 수 있게 된다.
상기 휨모멘트 재하 단계(S140)는, 도5 및 도15e에 도시된 바와 같이, 강재 I-거더(120)의 복부를 따라 일열 내지 수열로 배열된 PS 긴장재(131)를 정착 기구(130)로 긴장시켜, 편심 모멘트에 의하여 강재 I-거더(120)가 하방으로 볼록해지는 휨 변형을 발생시키는 것에 의하여 이루어진다. 이 때, PS 긴장재(131)의 긴장을 통해 강재 I-거더(120)에 도입되는 휨모멘트(M)는 강재 I-거더(120)의 탄성 범위 내에서 도입한다. 이를 통해, 강재 I-거더(120)는 하방으로 볼록한 휨변형이 발생되고, 강재 I-거더(120)에는 도5의 도면 부호 'M'으로 표시된 휨모멘트와 도5의 도면 부호 'P'로 표시된 축력이 작용하게 된다.
여기서, 도6에 도시된 바와 같이, 핀접합 연결판(112)의 핀 관통공(112a, 112b) 중 강재 I-거더(120)측에 형성된 관통공(112b)은 수평 방향의 타원 형상의 장공(長空)으로 형성됨에 따라 강재 I-거더(120)의 휨변형을 효과적으로 수용할 수 있게 된다.
그리고, PS 긴장재(131)를 긴장시키는 정착 기구(130)는 보다 구체적으로 후술하겠지만, 도11에 도시된 바와 같이, 강재 I-거더(120)에 고정되는 제1몸체(132)에 대하여 유압잭(미도시)이 PS 긴장재(131)를 긴장시키는 제2몸체(133)가 서로 회전 변위가 수용되도록 형성되므로, 강재 I-거더(120)에 휨모멘트를 재하하는 중에 도 PS긴장재(131)의 수평 방향을 따라 지속적으로 긴장력을 도입하는 것이 가능해진다.
상기 모멘트 접합 단계(S150)는, 도7에 도시된 바와 같이, PS긴장재(131)를 이용하여 강재 I-거더(120)에 충분한 휨모멘트가 도입된 상태에서, 강재 I-거더(120)의 상부 플랜지 및 하부플랜지를 이음 부재(111)의 상부 플랜지 및 하부플랜지와 일체로 결합시키는 것에 이루어진다. 보다 구체적으로는, 도8 및 도10에 도시된 바와 같이, 강재 I-거더(120)와 이음 부재(111)의 상,하부 플랜지의 상하면 각각에 다수의 관통공이 형성된 고정플레이트(113)를 접촉 설치시킨 상태에서, 체결 볼트 등을 도면 부호 113a로 표시된 방향으로 관통하여 죔으로써 이루어진다. 이를 통해, 강재 I-거더(120)의 양단부는 이음 부재(111)에 대하여 축방향 변위와 휨변위가 구속되어, 강재 I-거더(120)에 도입되었던 휨모멘트 및 축력이 이음 부재(111)로 전달될 수 있는 환경이 제공된다.
상기 휨모멘트 제거 단계(S160)는, 정착 기구(130)의 제2몸체(133)의 바깥쪽에 설치된 유압잭에 의해 도입된 긴장력을 제거하여, 하방으로 볼록하게 굽어지게 변형되었던 강재 I-거더(120)는 강재 복원력에 의하여 변형 이전의 상태로 회귀하려는 탄성복원력이 작용하고, 이에 따라, 강재 I-거더(120)에 도입되었던 휨모멘트가 이음 부재(111)를 통하여 철골 라멘 구조물로 전달된다. 그리고 나서, 도9에 도시된 바와 같이, 작업자는 강재 I-거더(120)의 상측에 고정된 정착 기구(130)를 인상기(140)로 분리시킨다.
이와 같이, 강재 I-거더(120)의 탄성 복원력에 의하여 프리 모멘트(pre- moment)를 철골 라멘 구조물에 도입하는 것은 철골 라멘 구조의 층고가 높아지는 작업 공종에 따라 순차적으로 도입된다.
이를 통해, 강재 I-거더(120)에 도입되었던 휨모멘트(M)는 주변의 철골 라멘 구조물에 반대 방향의 선행 휨모멘트(M')로 작용하게 되고, 강재 I-거더(120)에 도입되었던 축력(P)은 주변의 기둥 등의 철골 라멘 구조에 반대 방향의 선행 축력(P')으로 작용하여, 자중이나 외력 등에 의하여 기둥 등의 철골 라멘 구조에 작용하는 응력과 반대 방향의 선행 휨모멘트 및 선행 축력 성분이 도입된다.
먼저 선행 휨모멘트(M')에 관하여 구체적으로 살펴보면, 철골 라멘 구조에 거치 고정되는 강재 I-거더(120)가 이음 부재(111)에 핀접합된 상태(S110)에서 강재 I-거더(120)의 상측으로 이격 배열된 PS긴장재(131)를 통해 긴장력을 도입(S140)하면, 도12a의 휨모멘트도(Bending Moment Diagram; 이하 'BMD')에 따른 휨모멘트(M)가 강재 I-거더(120)에 작용하게 된다. 그리고 나서, 강재 I-거더(120)를 이음 부재(111)에 모멘트 접합시킨 후(S150), PS 긴장재(131)로부터 긴장력을 제거하면(S160), 기둥(110) 등의 철골 라멘 구조에는 도12b의 휨모멘트도(BMD)에 따른 선행 휨모멘트(M')가 작용하게 된다. 그런데, 이와 같이 철골 라멘 구조에 도입되는 선행 휨모멘트(M')는 자중이나 외력이 작용하는 일반 구조계에서 작용하는 도12c의 휨모멘트도(BMD)에 따른 휨모멘트의 방향과 반대가 되므로, 선행 휨모멘트(M')가 철골 라멘 구조에 작용한 상태에서의 최종적인 선행 휨모멘트는 도12d의 휨모멘트도(BMD)와 같이 일반 구조계에서 작용하는 휨모멘트를 크게 상쇄시킬 수 있게 된다.
또한, 축력에 관하여 구체적으로 살펴보면, 철골 라멘 구조에 거치 고정되는 강재 I-거더(120)가 이음 부재(111)에 핀접합된 상태(S110)에서 강재 I-거더(120)의 상측으로 이격 배열된 PS긴장재(131)를 통해 긴장력을 도입(S140)하면, 도13a의 축력도(Axial Force Diagram; 이하 'AFD')에 따른 축력(P)이 강재 I-거더(120)에 작용하게 된다. 그리고 나서, 강재 I-거더(120)를 이음 부재(111)에 모멘트 접합시킨 후(S150), PS 긴장재(131)로부터 긴장력을 제거하면(S160), 기둥(110) 등의 철골 라멘 구조에는 도13b의 축력도(AFD)에 따른 선행 축력(P')이 작용하게 된다. 그런데, 이와 같이 철골 라멘 구조에 도입되는 선행 축력(P')는 자중이나 외력이 작용하는 일반 구조계에서 작용하는 도13c의 축력도(AFD)에 따른 축력의 방향과 반대가 되므로, 선행 축력(P')이 철골 라멘 구조에 작용한 상태에서의 최종 축력은 도13d의 축력도(AFD)와 같이 일반 구조계에서 작용하는 축력을 크게 상쇄시킬 수 있는 유리한 효과가 있다.
이렇듯, 본 발명의 일 실시예에 따른 라멘 구조의 시공 방법은, 동일한 단면을 갖는 강재 I-거더(120)로도 보다 큰 하중을 지지할 수 있을 뿐만 아니라, 장지간의 거더를 제작할 수 있으며, 강재 I-거더(120)의 재료비도 절감할 수 있는 유리한 효과를 얻게 된다. 이 뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따른 라멘 구조의 시공 방법은 강재 I-거더(120)에 휨모멘트를 재하하는 공정(S140)으로부터 휨모멘트를 제거하는 공정(S160)에 이르기까지 철골 라멘 구조물에 핀접합이나 모멘트접합에 의해 구속된 상태에서 이루어지므로, 시공의 안전성이 확보될 뿐만 아니라, 층고가 높은 경우에도 간편하고 신속하게 프리모멘트(선행 휨모멘트, 선행 축력)를 도입할 수 있게 되므로 작업 공종의 효율이 극대화되는 장점을 갖는다.
한편, 본 발명의 라멘 구조의 시공 방법에 적용되는 강재 I-거더는, 도14에 도시된 바와 같이, 다수의 분절 강재 I-거더(120s)가 결합 연결판(121')에 의하여 하나로 결합된 거더(120')로 형성될 수 있다. 이 때, 다수의 분절 강재 I-거더(120s)가 결합될 때에 그 끝단면에 경사면을 형성한 상태로 결합 연결판(121')으로 결합시킴으로써, 상방으로 다소 볼록하게 형성하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 상기 강재 I-거더(120')에 하방으로 볼록하게 휘어지는 휨모멘트가 도입되었다가 모멘트 접합 이후 주변 라멘 구조물에 프리 모멘트로 작용하게 되더라도, 상기 강재 I-거더(120')의 형상이 하방으로 볼록한 상태가 아니라 실질적으로 일자(一字) 형태에 근접한 상태로 유지되도록 한다.
한편, 상기 공법에 사용되는 본 발명에 따른 정착 기구(130)는, 도11에 도시된 바와 같이, 후측 벽면(132a)에 곡면 요홈부(132c)가 형성되어 강재 I-거더(120)의 상측에 고정되는 제1몸체(132)와, 제1몸체(132)에 대하여 회전 변위가 가능하도록 곡면 요홈부(132c)와 맞물리는 곡면 돌출부(133c)가 돌출 형성되어 상기 제1몸체(132)의 후방에 위치한 제2몸체(133)와, 인상기(140)의 인상 와이어(141)가 관통하는 한 쌍의 한 쌍의 와이어 관통공(134a)이 서로 이격되어 형성되고 상기 제1몸체(132)의 상측에 고정되는 인상 부재(134)와, PS 긴장재(131)를 긴장시키도록 제2몸체(133)의 후측(133a)에 설치된 유압잭(미도시)으로 구성된다.
여기서, 상기 제1몸체(132)에는 강재 I-거더(120)의 길이 방향을 따라 배치된 PS 긴장재(131)가 관통하는 제1관통공(132b)가 타원 형상으로 형성되고, 상기 제2몸체(133)에는 제1관통공(132b)과 연통되도록 곡면 돌출부(133c)로부터 관통하는 제2관통공(133b)이 형성된다. 즉, 제1몸체(132)에 대하여 제2몸체(133)가 서로 맞물리는 곡면 요홈부(132c)와 곡면 돌출부(133c)에 의하여 회전하므로, 제2몸체(133)의 회전 변위에도 불구하고 제1관통공(133b)과 제2관통공(132b)이 연통되어야 하므로, 제1관통공(133b)은 그 단면이 타원 형상으로 형성된다.
그리고, 인상 부재(134)의 와이어 관통공(134a)이 서로 이격되어 형성됨에 따라, 도2에 도시된 바와 같이, 인상 와이어(141)가 와이어 관통공(134a)를 관통한 상태로 인상기(140)에 의하여 강재 I-거더(120)를 인상하는 경우에, 강재 I-거더(120)가 측방향으로 요동하는 것을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.
이와 같이 구성된 정착 기구(130)는, 제2몸체(133)의 후측 벽면에 위치한 유압잭(미도시)이 제1관통공(132b)과 제2관통공(133b)을 순차적으로 관통하는 PS 긴장재(131)를 잡아당겨 긴장시키면, 강재 I-거더(120)의 휨 변위에 따라 제1몸체부(132)의 회전 요홈부(132c)와 맞물리는 제2몸체(133)는 제1몸체(132)에 대하여 자연스럽게 회전하게 되어, 유압잭은 수평으로 놓여진 PS 긴장재(131)를 지속적으로 수평 방향으로 긴장시키는 것이 가능해지므로, 최초에 예정한 긴장력을 정확하게 도입하는 것이 가능해진다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시공 방법을 도시한 제작 공정 순서도
도2는 도1의 강재 거더의 핀 접합 공정 상태를 도시한 도면
도3은 도2의 'A'부분의 확대도
도4는 도1의 강재거더에 가로보와 X형태의 브레이싱재를 결합 설치한 상태의 평면도
도5는 도1의 휨변형 모멘트를 강재 거더에 도입하는 공정 상태를 도시한 도면
도6은 도5의 'B'부분의 확대도
도7은 도1의 강재 거더의 모멘트 접합 공정 상태를 도시한 도면
도8은 도7의 'C'부분의 확대도
도9는 도7에 의하여 라멘 구조에 프리 모멘트가 도입되는 상태를 도시한 사시도
도10은 도9의 'D'부분의 확대 사시도
도11은 도5의 정착 장치의 구성을 도시한 분해 사시도
도12a 내지 도12d는 도1의 시공 공정에 따른 각 구조물의 휨모멘트 선도
도13a 내지 도13d는 도1의 시공 공정에 따른 각 구조물의 축력 선도
도14는 도1의 시공 방법에 적용할 수 있는 다른 형태의 강재 거더의 구성을 도시한 도면
도15a 내지 도15f는 본 발명의 일 실시예에 따른 라멘 구조의 시공 방법을 단계별로 설명한 도면
도16은 강재 거더에 휨변형이 유발되어 좌굴이 발생된 상태를 도시한 해석 결과 도면
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
110: 기둥 111: 이음 부재
112: 핀접합 연결판 112b: 핀관통 장공(長空)
116: 가로보 118: X자형 브레이싱재
120: 강재 거더 130: 정착 기구
131: PS 긴장재 132: 제1몸체
132b: 제1관통공 132c: 곡면 요홈부
133: 제2몸체 133c: 곡면 돌출부
134a: 와이어 관통공 140: 인상기
141: 인상 와이어

Claims (10)

  1. 상부플랜지와 하부플랜지 및 이들을 연결하는 복부로 그 단면이 이루어진 개단면 강재거더가 기둥과 접합되어 구성된 라멘구조 시공방법에 있어서,
    상기 기둥으로부터 돌출된 이음 부재에 상기 강재거더를 핀접합하여 강재거더를 거치시키는 핀접합 단계와;
    상기 강재거더와 이격된 다른 강재거더 사이에 하나 이상의 가로보(또는 빔)를 설치하여 상기 강재거더가 상호 횡지지하도록 하는 가로보 설치 단계와;
    상기 강재거더가 하방으로 볼록하게 휘도록 상기 강재거더에 휨모멘트를 재하하는 휨모멘트 재하단계와;
    상기 휨모멘트가 재하된 상태로 상기 핀접합된 연결부의 적어도 하나를 모멘트가 전달될 수 있도록 접합하는 모멘트접합 단계와;
    재하된 상기 휨모멘트를 제거하는 단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 라멘 구조의 시공 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 휨모멘트 재하단계 이전에,
    상기 강재 거더, 상기 가로보 중 어느 하나 이상을 연결하는 'X'자형 브레이싱재를 설치하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 라멘 구조의 시공 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 휨모멘트 재하단계는 상기 강재 거더의 중립축으로부터 상측으로 이격되어 배치된 긴장재를 긴장시키는 것에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 라멘 구조의 시공 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 핀접합 단계 이전에,
    상기 긴장재를 정착시키는 정착 기구를 상기 강재 거더의 양단부 상면에 설치하는 단계를;
    추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 라멘 구조의 시공 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 핀접합 단계는 핀접합 연결판이 상기 이음 부재와 상기 강재 거더의 복부와 함께 접촉한 상태에서 핀이 상기 이음 부재와 상기 강재 거더의 복부에 형성된 핀 관통공을 관통하여 이루어지되;
    상기 이음 부재와 상기 강재 거더와 핀접합 연결판이 서로 결합되기 위한 핀 관통공은 상기 이음 부재와 상기 강재거더 중 어느 한쪽의 관통공이 상기 강재 거더의 휨 변형과 축 변형을 허용하도록 수평 방향으로의 타원 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 라멘 구조의 시공 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 강재 거더는 2개 이상의 분절 강재 거더가 서로 연결되어 형성되되,
    상기 강재 거더는 휨모멘트가 재하되지 않은 상태에서 상방으로 볼록하게 연결 형성된 것을 특징으로 하는 라멘 구조의 시공 방법.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 휨모멘트 재하단계는,
    상기 긴장재의 긴장에 따라 상기 강재거더가 휨 변형하여 양 단부의 정착장치가 회전됨에도 불구하고 긴장재가 항상 직선 상태를 유지할 수 있도록, 상기 긴장재의 양 단부에 상기 긴장재가 관통하는 구멍에는 각각 곡면요홈부가 구비된 제1몸체와 상기 곡면요홈부와 맞물리는 곡면돌출부가 구비된 제2몸체가 설치되어, 상기 곡면 요홈부와 상기 곡면 돌출부의 맞물림에 의해 상기 긴장재에 대한 상기 강재 거더의 휨 변형에 따른 회전변위를 수용하는 것을 특징으로 하는 라멘 구조의 시공 방법.
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