본 발명에 따른 트러스 구조의 지점부를 갖는 가설교량은, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 가설 벤트 상부에 포스트 구조를 형성하고, 포스트 구조 상단과 거더의 소정 위치를 연결하는 경사재를 설치하여 거더의 지지점을 가설벤트 외측으로 확장시켜, 실질적인 지간장을 감소시키며, 거더의 하부에는 상기 경사재의 연장된 일단에 긴장력을 도입할 수 있도록 긴장재를 설치하여 지점부 및 지간부에서의 처짐량을 줄일 수 있으면서도 장지간화가 가능하게 된다.
본 발명에서 처짐량을 감소시키는 요인을 살펴 보면,
첫째, 지점부에 트러스 구조의 경사재를 도입함으로써 지점부에서의 처짐량을 줄이고, 실질적으로 지간장을 감소시키게 되므로 교량 중앙부에서의 처짐량을 줄일 수 있게 된다.
둘째, 거더의 하부에서 상기 경사재의 일단에 긴장재를 설치하여 긴장력을 도입시킴으로써, 상기 경사재의 일단에 트러스 구조에 의한 상향력이 발생하게 되어 지점부의 처짐량을 감소시키게 된다.
셋째, 거더의 하부에 설치된 긴장재에 의하여 프리스트레스를 도입함으로서 교량 중앙부의 처짐량을 더욱 감소시키게 된다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 트러스 구조의 지점부를 갖는 가설교량을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 경사재의 결합 부위와 긴장재의 정착 부위의 상세도를 도시한 것이며, 도 4a, 4b, 5a, 5b는 본 발명에 따른 트러스 구조의 지점부를 갖는 가설교량의 제 1, 2 실시예의 단면도를 도시한 것이다.
도 2 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 트러스 구조의 지점부를 갖는 가설교량은 복수개의 가설벤트(100), 지점부 가로보(110), 포스트 구조(120), 경사재(200), 교량상판(300), 긴장재(400) 및 복공판(500)으로 구성된다.
이하 설명의 편의를 위하여 도 2와 같이 교축방향으로 양쪽에 가설벤트가 설치된 가설 교량을 기준으로 설명한다.
가설벤트(100)는 복수개의 I빔 또는 H빔이 브레이싱재에 의하여 조립된 조립체로서, 지면에 설치되어 있으며, 가설벤트와 인접한 가설벤트의 상부에 거더(310)가 연결되어 설치되고, 거더(310)의 상부면에는 복공판(500)이 복수개 설치된다.
상기 가설벤트(100)는 교량상판(300)의 폭 방향으로 일체로 설치될 수도 있으나, 독립하여 설치된 후에 가설벤트(100)를 서로 연결하여 이용할 수도 있을 것 이다.
가설벤트(100)의 상부면에는 교축(거더가 설치되는 방향)직각방향으로 지점부 가로보(110)가 설치되며, 상기 지점부 가로보(110) 상면에는 거더(310)가 얹혀지게 되는데, 이에 지점부 가로보(110)는 가설벤트(100) 상에서 직접적으로 거더(310)를 지지하는 지지점 역할을 하게 되며, 하중을 가설벤트에 전달하는 역할을 하게 된다.
지점부 가로보(110)는 통상 I빔 형태의 강재로 제작되며, 후술할 포스트 구조(120)의 설치를 위하여 가설벤트(100)의 폭보다 약간 짧은 길이를 갖게 되고, 가설벤트(100)에 볼트 결합의 방법으로 설치됨이 바람직하다.
포스트 구조(120)는 본 발명의 가설교량에 있어서 주탑 역할을 하는 것으로서 가설벤트(100)와 마찬가지로 복수개의 I빔 또는 H빔이 브레이싱재에 의하여 조립된 조립체로 구성된다.
상기 포스트 구조(120)는 가설벤트(100)의 교축방향 양 측면에 한 쌍으로 설치되는데, 각각의 하단부 측면은 상기 가설벤트(100) 상부면에 설치된 지점부 가로보(110)와 접하여 연결되고, 그 하단부는 가설벤트(100)의 상부면에 접합되어 연장, 설치되는데, 가설벤트(100)를 구성하는 부재와 동일한 부재를 연장하여 설치될 수도 있으며, 포스트 구조(120)의 상단부는 거더(310)의 상부면보다 높은 곳에 위치하게 된다.
상기 포스트 구조(120)의 설치 높이는 경사재(200)의 효과 측면에서는 포스트 구조(120)가 높을수록 유리하지만, 구조적 안정성이나 경제적인 측면에서는 포 스트 구조(120)가 낮을수록 유리하므로 경사재(200)와 거더(310)와의 연결위치를 고려할 때 포스트 구조(120)의 설치 높이는 지간장의 1/9 내지 1/5 사이가 바람직하며, 이러한 경우 경사재(200)와 거더(310)가 이루는 각도는 30° - 45° 사이가 될 것이다. 또한 포스트 구조(120)의 구조적 안정성을 위하여 포스트 구조(120)의 외측에는 별도의 보강형을 추가 설치할 수도 있을 것이다.
상기 가설벤트(100)에서 거더(310)의 중앙부 쪽으로 소정 위치의 거더(310) 하부면에는 지간부 가로보(350)가 교축직각방향으로 설치되는데, 결국 한 지간 내에는 두 개의 지간부 가로보(350)가 이격되어 설치된다.
이 때 상기 지간부 가로보(350)가 설치되는 위치는 지간의 양단에서 지간장의 약 1/5 위치가 바람직하다. 그 이유는 고정하중을 받는 연속교에서의 휨모멘트도를 살펴보면, 지간의 양 단에서 지간장의 약 1/5 위치에서 정모멘트와 부모멘트의 교차가 일어나기 때문에 이 위치에 경사재를 연결, 설치함으로서 지점부에서 발생하는 부모멘트의 크기를 줄일 수 있기 때문이다.
상기 지간부 가로보(350) 역시 통상의 I빔 또는 채널빔 형태의 강재로 이루어지며, 그 길이는 최외측 거더(310) 사이와 동일하게 설치되며, 상기 지간부 가로보(350)는 가설벤트(100)와 가설벤트 사이에서 교량상판(300)을 이루는 각각의 거더(310)를 지지하는 역할을 하게 된다.
즉, 교량상판를 이루는 거더(310) 중에서 양측 거더(310)만이 경사재(200)에 연결되므로 지간부 가로보(350)는 경사재(200)의 연결에 의한 효과를 내측의 거더(310)에 전달하기 위한 역할을 하게 되는 것이다. 이 때 지간부 가로보(350)와 각각의 거더(310)는 볼트 결합되도록 한다.
또한 지간부 가로보(350)의 양 단부에는 경사재(200)와의 결합이 용이하도록 지간부 가로보(350)의 단면 크기에 맞는 직사각형 모양의 단부판(351)이 지간부 가로보(350)의 길이방향에 직각 방향으로 부착되며, 상기 단부판(351)에 경사재(200)가 볼트 결합된다.
상기 지간부 가로보(350)의 일단부와 포스트 구조(120)의 상단 사이에는 상기 지간부 가로보(350)의 일단부에 일단이 결합되고 포스트 구조(120)의 상단에 타단이 결합되는 경사재(200)가 설치되는데, 상기 경사재(200)의 양단이 각각 포스트 구조(120)의 상단과 상기 지간부 가로보(350)의 일단부에 볼트 결합에 의해 연결됨이 바람직하다.
또한 상기 경사재(200)는 그 중간부분이 거더(310)와 교차하게 되며 이 교차부에서 거더(310)와 결합하게 되는데, 경사재(200)와 거더(310)의 연결을 보다 용이하게 하기 위하여 거더(310)의 양측면에는 연결구(340)가 추가로 설치된다.
거더(310)는 통상 I빔이 이용되기 때문에 상기 연결구(340)는 경사재(200)가 연결될 부분에서 I빔의 상, 하부 플랜지 사이의 공간을 채울 수 있는 상자 형태로 제작되어 설치되거나 I빔의 상, 하 플랜지가 I형 거더(310)의 복부판과 경사재에 접하도록 설치된다.
이로써 포스트 구조(120), 경사재(200), 지점부의 거더(310) 부분이 트러스와 같은 구조로 거동하게 되며, 이로 인해 지점부 구조의 강성이 증가하게 되어, 사하중을 포함한 하중이 작용하는 경우에 거더(310)의 처짐에 대해 경사재(200)가 인장력으로 저항하게 되어 지점부에서의 처짐량을 감소시키게 되며,
또한 지점부에서 거더(310)에 발생하는 휨모멘트의 크기를 감소시키게 되므로, 거더(310)의 소요 단면적을 줄일 수 있게 되어 보다 경제적인 설계가 가능하게 된다.
상기 경사재(200)의 단면의 크기 및 길이는 거더(310)에 작용하는 사하중, 활하중, 가설교량의 길이, 포스트 구조(120)의 높이 등을 고려한 구조 검토를 통하여 결정할 수 있을 것이다.
상기와 같은 지점부의 트러스 구조로 인하여 본 발명에 따른 가설교량의 실질적인 지간장은 가설벤트(100)와 인접 가설벤트 사이가 아닌 경사재(200)의 연결부와 인접 경사재의 연결부가 되므로, 지간장과 관련되어 있는 거더(310) 중앙부의 처짐도 역시 감소되는 효과를 얻게 된다.
즉, 고정하중을 받는 연속교에서 중앙부의 처짐은 지간장의 4제곱에 비례하고 휨모멘트는 지간장의 제곱에 비례하므로 지간장을 10% 정도만 줄이더라도 중앙부에서의 처짐은 약 66%로 감소하게 되며, 중앙부의 휨모멘트는 약 81%로 감소하게 되는 등, 경사재의 설치로 인하여 거더 중앙부에서의 처짐 및 휨모멘트의 감소에 매우 유리한 효과를 갖게 된다.
상기 지간부 가로보(350)와 인접 지간부 가로보(350)에는 긴장재(400)의 양단이 각각 정착되어 지간부 가로보(350)와 인접 지간부 가로보(350) 사이에서 긴장재(400)가 교축방향으로 설치되어 긴장력이 도입된다. 상기 긴장재(400)는 강봉이나 강연선으로 구성될 수 있으며, 긴장재(400)가 정착되는 지간부 가로보(350)에 는 설치되는 긴장재(400)의 수에 따라서 정착장치(410)가 다수 구비되는데, 설치되는 긴장재(400)의 수는 거더의 사하중, 활하중 및 지간장의 길이에 따른 구조 검토를 통하여 선택적으로 결정되어질 수 있을 것이다.
상기의 긴장재(400)를 설치함으로 인하여 거더(310)의 지간부에서의 처짐을 감소시킬 수 있게 된다. 즉 거더(310)에 작용하는 하중으로 인하여 처짐이 발생하는 경우에 긴장재의 긴장력으로 인하여 거더(310) 중앙부에서의 처짐을 감소시키게 된다.
결국 거더(310) 중앙부에서의 처짐은 상기 설명한 바대로 지점부의 트러스 구조로 인하여 실질적인 지간장이 짧아지는 관계로 처짐이 감소하게 될 뿐만 아니라, 또한 긴장재(400)의 설치로 인하여 처짐이 더욱 감소되게 된다.
상기 긴장재(400)의 역할은 거더(310) 중앙부의 처짐을 감소시키는 역할 뿐만이 아니라 지점부의 트러스 구조로 인하여 지점부에서의 처짐도 감소시키는 역할을 하게 된다.
즉, 긴장재(400)에 의한 긴장력은 지점부 가로보(110)를 거쳐 이에 연결된 경사재(200)에 전달되는데, 경사재(200)와 지간부 가로보(350)의 연결부에서 거더(310)의 중앙 방향으로 긴장력이 작용하게 되면, 긴장력에 의하여 경사재(200)의 일단은 트러스 구조상 상향력이 발생하게 되어 결국 거더(310)와 경사재(200)의 연결부에서는 솟음이 발생하게 된다.
결과적으로 긴장재(400)에 의하여 거더(310)와 경사재(200)의 연결부에서 발생하는 솟음량은 지점부에서 하중으로 인한 처짐량을 상쇄하게 되어 지점부에서의 최종 처짐량을 감소시키게 된다.
본 발명에 따른 트러스 구조의 지점부를 갖는 가설교량을 다경간으로 이루어진 가설교량에 적용하는 경우에는 상기 설명한 효과 외에 연속교 구조에 따른 처짐 감소 효과도 갖게 된다.
즉, 연속교의 경우 일 지간에 집중하중이 작용하는 경우에는 그 지간에서 처짐이 발생하는 동시에 인접 지간에서는 부반력이 발생할 수 있는데, 본 발명의 가설교량의 경우에는 이러한 경우 경사재(200)가 압축력으로 저항하게 되므로 부반력에 저항하여 결과적으로 처짐이 발생하는 지간에서의 처짐량을 감소시키게 된다.
도 4a, 도 4b는 본 발명에 따른 가설교량의 제 1실시예에 대한 단면도를 도시한 것이다.
도 4a에서는 본 발명에 따른 가설교량의 제 1실시예에 대한 지점부에서의 단면도를 도시한 것으로, 가설벤트(100)가 분리형으로 설치되어 있다. 상기 가설벤트(100)는 일체형으로 설치될 수도 있음을 이미 언급하였다.
가설벤트(100)의 상부면에는 지점부 가로보(110)가 교축직각방향으로 설치된다. 또한 지점부 가로보(110)의 양단에는 포스트 구조(120)의 하단부 측면이 연결되고 가설벤트(100) 상부면에서 상향으로 포스트 구조(120)가 설치된다.
지점부 가로보(110) 상부면에는 I빔 형태의 거더(310)가 교축방향으로 이격되어 설치된다. 이 때 거더(310) 사이에는 교축직각방향으로 다수의 브레이싱재(360)를 설치하여 거더(310)의 횡방향 변형에 저항하거나 거더(310)가 전도되지 않도록 한다. 거더(310) 상부면에는 복공판(500)이 설치되어 차량 등이 주행할 수 있도록 한다. 또한 포스트 구조(120)의 상단부에서는 경사재(200)의 일단부가 설치되어 있다.
도 4b에서는 본 발명에 따른 가설교량의 제 1실시예에 대한 경사재(200)와 거더(310)의 연결부에서의 단면도를 도시한 것으로, 경사재(200)의 일단부에 연결된 지간부 가로보(350)가 설치되고, 지간부 가로보(350) 상부면에서는 도 4a의 구조와 같이 거더(310), 복공판(500)이 설치된다. 이때 경사재(200)는 최외측 거더(310)에도 결합되는데, 경사재(200)와 최외측 거더(310)와의 결합을 용이하게 하는 연결구(340)가 설치된다.
도 5a, 도 5b는 본 발명에 따른 가설교량의 제 2실시예에 대한 단면도를 도시한 것이다.
도 5a에서는 본 발명에 따른 가설교량의 제 2실시예에 대한 지점부에서의 단면도를 도시한 것으로, 가설벤트(100)는 도 4a와 마찬가지로 분리형으로 설치되어 있다.
가설벤트(100)의 상부면에는 지점부 가로보(110)가 교축직각방향으로 설치된다. 또한 지점부 가로보(110)의 양단에는 포스트 구조(120)의 하단부 측면이 연결되고 가설벤트(100) 상부면에서 상향으로 포스트 구조(120)가 설치된다.
지점부 가로보(110) 상부면에는 I빔 형태의 거더(310)가 교축방향으로 양측면에 설치된다. 이 때 거더(310) 사이에는 거더(310)의 하부 플랜지 상부면에 걸쳐지도록 내측 가로보(330)를 교축직각방향으로 설치하고, 다시 내측 가로보(330) 상부면에는 단면이 작은 보조 거더(320)를 교축방향으로 설치한다.
상기와 같이 내측 가로보(330)와 단면이 다른 보조 거더(320)를 사용함으로서 거더(310)의 횡방향 변형이나 거더(310)의 전도 가능성에 대해 보다 효과적으로 저항할 수 있게 된다.
거더(310) 및 보조 거더(320)의 상면에는 복공판(500)이 설치되어 차량 등이 주행할 수 있도록 한다. 또한 포스트 구조(120)의 상단부에서는 마찬가지로 경사재(200)의 일단부가 설치되어 있다.
도 5b에서는 본 발명에 따른 가설교량의 제 2실시예에 대한 경사재(200)와 거더(310)의 연결부에서의 단면도를 도시한 것으로, 교량상판(300)을 이루는 거더(310)의 구성만 달리할 뿐, 지간부 가로보(350), 연결구(340)의 구성은 도 4b와 동일하다.