KR100965750B1 - 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조 및 이를 이용한 파이프 트러스교의 시공방법 - Google Patents

가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조 및 이를 이용한 파이프 트러스교의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조인트 유닛구조에 의하여 트러스부재의 가조립이 가능하도록 함과 동시에 그 구조가 간단하여 가조립이 용이하게 이루어지도록 함에 첫 번째 목적이 있고, 가조립된 상태에서 용접이 이루어짐으로써 용접이 용이하고 정확하게 이루어지도록 함에 두 번째 목적이 있으며, 가조립된 상태에서 트러스부재가 이루는 평면이 제 위치에서 제대로 된 평면인지에 대한 확인 및 보정이 가능함으로써 정확한 트러스 구조의 제작이 용이하도록 함에 세 번째 목적이 있고, 가조립된 상태에서 트러스구조의 용접 및 제작이 용이하게 이루어짐으로써 효율적이고 경제적인 트러스교의 시공이 되도록 함에 네 번째 목적이 있다.
조인트 유닛구조의 구성은 유닛구조 몸체부(22)와 트러스부재 연결가지부(23)가 일체로 형성되고, 트러스부재 연결가지부(23)에는 연결 링(24)이 삽입되어있으며, 연결 링(24)은 트러스부재 연결가지부(23)를 향하여 S만큼 출몰이 가능하고, S만큼 돌출된 연결 링(24)에 의하여 트러스부재의 가조립이 이루어지도록 된 구성이다.
이와 같이 구성된 본 발명은 조인트 유닛구조에 의하여 트러스 구조가 가조립된 상태에서 용접하게 되므로 용접이 용이할 뿐 아니라 가조립 상태의 정확한 트러스구조가 그대로 유지되므로 트러스구조가 안정적이고 용접이 정밀하여 품질이 뛰어나다. 그 뿐만 아니라 트러스구조의 제작이 효율적이고 경제적인 유용한 발명이다.

Description

가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조 및 이를 이용한 파이프 트러스교의 시공방법{Joint unit structure of pipe truss for temporary assembly and method constructing the truss bridge with it}
본 발명은 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조 및 이를 이용한 파이프 트러스교의 시공방법에 관한 것이다.
이를 좀더 구체적으로 말하면 트러스부재의 절점부를 용접함에 있어 조인트 유닛구조에 의하여 트러스부재의 가조립이 가능함으로써 가조립된 상태에서 트러스 구조의 절점부의 용접이 용이할 뿐 아니라 가조립된 상태에서 트러스부재가 이루는 평면이 제 위치에서 제대로 된 평면인지에 대한 확인 및 보정이 가능하여 정확한 트러스 구조의 제작이 용이하도록 한 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조 및 이를 이용한 파이프 트러스교의 시공방법에 관한 것이다.
본 발명은 조인트 유닛구조에 의해 트러스 구조가 가조립된 상태에서 절점부의 용접이 이루어지게 되므로 용접이 용이할 뿐 아니라 가조립 상태에서 정확히 확인 및 보정된 트러스구조가 그대로 유지되므로 용접후의 트러스구조가 안정적이고, 용접이 정밀하여 품질이 뛰어나다.
특히 조인트 유닛구조에 의해 가조립된 상태의 트러스 구조는 안정된 상태이므로 트러스 구조의 절점부 어디서나 동시 다발적으로 용접이 가능하여 종래 트러스교의 고질적인 용접의 문제를 해결함으로써 향후 공기의 단축과 더불어 시공비가 대폭 절감되는 트러스교의 건설기술 분야에 유용한 기술이다.
50m 내외지간을 갖는 교량건설에 주로 사용되는 교량구조의 형식으로는 PSC박스거더교, 강합성플레이트거더교, 강합성박스거더교, 강합성트러스교 등이 있다.
강합성박스거더교는 PSC박스거더교의 중량에 따른 문제 및 이와 관련된 기술적인 문제를 해결한 구조형식이면서 강합성플레이트거더교의 비틀림강성 및 국부좌굴의 취약한 문제를 해결한 구조형식이므로 설명의 편의상 강합성박스거더교를 먼저 살펴본 다음 트러스교와 이에 관련된 절점부의 연결에 대하여 살펴보기로 한다.
가. 강합성박스거더교
폐단면으로 구성된 강합성박스거더교는 비틀림강성이 커 곡선구간에서 외력에 대한 저항내력이 클 뿐 아니라 공장에서 사전 제작되므로 단일곡선, 완화곡선 등 모든 평면선형에서 적용이 가능해 가장 폭넓게 채택되는 교량형식이다.
그러나 플랜지 및 복부판의 두께대비 폭이 넓어 국부좌굴에 취약하다. 국부좌굴을 방지하기 위하여 상부플랜지와 하부플랜지에는 종리브, 횡리브가 설치되고, 복부판에는 수직보강재, 수평보강재가 설치된다.
또한 박스단면의 형상유지를 위하여 통상 5m 간격으로 다이아프램이 설치된다.
종횡리브 수직수평보강재 다이아프램의 강재중량은 전체 강재중량의 30%에 달한다.
이는 강합성박스거더교의 비경제성의 주된 원인이다.
한편 최대 부 모멘트(-Mmax)가 내부지점부에서 발생되기 때문에 결과적으로 인장응력이 발생된 상부플랜지와 콘크리트 슬래브가 접하게 된다. 이와 같이 상부플랜지와 콘크리트 슬래브가 이루는 단면은 비 합성단면이다.
한편 최대 부 모멘트(-Mmax)가 내부지점부에서 발생되기 때문에 결과적으로 인장응력이 발생된 상부플랜지와 콘크리트 슬래브가 접하게 된다. 이와 같이 내부지점부에서 상부플랜지와 콘크리트 슬래브가 이루는 단면은 비 합성단면이 된다.
상부플랜지와 콘크리트 슬래브가 합성단면이 되려면 상부플랜지에 압축응력이 작용되어야한다. 합성단면으로 거동하게 되면 구조적으로 안정되면서 경제적이다.
이와 반대로 비 합성단면은 비경제적인 설계의 원인일 뿐만 아니라 부 모멘트로 인한 지점부 콘크리트 스래브에 횡방향 균열이 생겨 철근의 부식을 촉진시키고 내구성을 급격하게 저하시키는 원인이 된다.
나. 트러스교
가) 트러스 구조
트러스(Truss)는 한 평면 내에서 직선부재에 의하여 삼각형형태를 연속적으로 연결ㆍ조립된 구조이다.
직선부재는 상ㆍ하현재, 경사재, 수직재로 불리고 있다. 상ㆍ하현재, 경사재, 수직재는 트러스구조를 이루는 주 트러스(Main Truss)부재이다.
트러스 구조는 그림 1과 같이 하나의 절점에서 만나는 부재의 수가 많으므로 구조해석이 간단하지 않다.
트러스구조의 설계 및 구조해석을 간편하게 하기위하여 다음과 같이 가정하고 있다.
트러스부재의 연결은 핀으로 연결되어 모든 부재는 축력만을 전달한다.
모든 하중과 반력은 트러스 절점(또는 격점)에 재하된다.
모든 트러스부재는 직선이며 절점은 해당부재의 교차점에 위치한다.
트러스의 축방향 변형은 미소하여 전체 구조에 영향을 주지 않는다.
그렇지만 실제 트러스교의 거동은 이러한 가정을 만족하고 있지 않으며 부재간의 절점 연결도 볼트 또는 용접연결이므로 휨이 전달되는 구조이다.
나) 트러스의 장점
트러스는 축방향 인장재와 축방향 압축재만으로 된 구조계이다. 구조계가 간단하여 구조해석이 명확하다.
트러스는 축방향 인장재와 축방향 압축재에 의하여 휨모멘트 및 전단력에 저항하도록 된 구조체이므로 단면효율(단면력)이 어떤 다른 구조형식보다 높다.
트러스는 강성이 크고 내풍안전성이 좋아 최근에는 주로 장대교량의 보강형(예컨대 영종대교, 세토대교 등)으로 많이 사용되고 있다.
트러스교는 60m이상의 중장경간 교량에 적합하다.
다) 트러스의 문제점
트러스의 첫 번째 문제점은 여러 부재가 한곳에서 만나는 절점에서의 용접이 쉽지 않다는데 있다.
그림 1에 의하면 절점A에서는 상현재와 2개의 사재가, 절점B 및 C에서는 하현재와 2개의 사재가 만나고 있다.
도1은 하현재와 2개의 사재가 만나고 있는 절점에서의 용접형태를 나타내고 있다.
도1에 의하면 하현재의 외주면에 사재가 접면되고 그 접면부가 용접되어있다.
절점은 응력이 집중되는 곳이므로 하현재와 사재의 접면부도 집중적인 응력을 받는 곳이다.
하현재와 사재의 접면부는 서로 밀접된 상태에서 한 몸으로 확실하게 용접되어야한다. 집중적인 응력에 대응하기위해서다.
절점은 여러 부재가 만나는 곳이므로 용접양도 많지만 특히 모든 부재를 밀접되게 하는 것은 더 어려운 일이다.
접면부가 밀접되지 않고 서로 멀리 떨어질수록 이와 반대로 하현재와 사재의 접면부가 밀접되지 않고 서로 멀리 떨어질수록 용접이 비효율적이고 비경제적이 된다. 그 뿐 아니라 접면부의 지지능력이 부족하게 되는 것이 더 큰 문제점이다.
트러스의 두 번째 문제점은 원형상의 하현재에 원형상의 사재가 밀접되도록 사재의 단부형상을 꼭 맞게 재단한다는 것이 극히 어렵다는데 있다.
원형상의 하현재에 꼭 맞게 원형상의 사재단부의 형상을 재단하는 작업은 많은 시간을 요하는 작업이다.
여기에다 절점의 개수가 많아지게 되면 재단작업이 더한층 가중되어 비효율성의 문제가 있다.
트러스의 세 번째 문제점은 절점에서의 부재의 연결을 조립식 구조로 만드는 것이 쉽지 않다는데 있다.
그림 1은 단위 3각형구조가 연속된 2차원 트러스구조이다.
단위 3각형구조는 예컨대, 절점 A, B, C에 연결된 3개의 부재-1, 부재-2, 부재-3에 의하여 이루어진 구조로서 단위 3각형은 동일평면을 이루고 있다.
절점B와 관련된 단위 3각형에 대하여 살펴보기로 한다.
절점B는 부재-4, 부재-5, 부재-1, 부재-2가 연결되는 곳이면서 동시에 절점D, E와 함께 단위 3각형-1을, 절점E, A와 함께 단위 3각형-2를, 그리고 절점A, C와 함께 단위 3각형-3을 이루고 있다.
절점B는 단위 3각형-1, 단위 3각형-2, 그리고 단위 3각형-3의 각각의 단위 3각형중 하나의 꼭지점일 뿐이다. 3개의 단위 3각형이 동일평면상에 있기 위해서는 각각의 단위 3각형 중 나머지 2개의 꼭지점도 제 위치에 위치되어야한다.
그러나 절점B를 제외한 나머지 2개의 꼭지점(예컨대, 꼭지점 A)은 또 다른 단위 3각형(A, C, F에 의한 단위 3각형)을 이루는 요소이므로 절점B가 이루는 단위 3각형(단위 3각형-1, -2, -3)과, 그리고 절점B이외의 나머지 꼭지점인 A가 이루는 단위 3각형(A, C, F에 의한 단위 3각형)이 동시에 동일평면상에 있도록 하기에는 간단하지도 않고 용이하지도 않다.
하나의 단위 3각형의 이렇다면 같은 평면에 위치되는 2개 이상의 단위 3각형을 서로 연속적으로 연결할 경우에는 절점부의 개수가 그만큼 배가되기 때문에 연속된 이들 단위 3각형모두가 동시에 동일평면상에 있도록 연결하는 것은 더욱 어렵다는 것은 말할 것도 없다.
Figure 112010018909248-pat00001
그림 1
라) 거셋 플레이트 구조
거셋 플레이트 구조는 도2의 용접방식의 문제점인 ⅰ) 사재를 수용할 수 있는 삽입부를 원형단면의 하현재에다 정확하게 천공하는 것이 쉽지 않은 문제점과, ⅱ) 그리고 천공작업 및 용접작업에 소요되는 막대한 시간의 문제점을 어느 정도 해결한 구조이다.
거셋 플레이트는 도3에 도시된 바와 같이 하현재의 종방향 외주면에 용접ㆍ고정되어있으면서 사재의 연결ㆍ고정을 용이하게 하는 부재이다.
거셋 플레이트는 사재로부터 오는 부재력을 하현재에 전달하는 매개역할을 하는 부재이다.
거셋 플레이트의 형상은 판형상이다. 이에 반하여 하현재의 형상은 원형상이다.
거셋 플레이트의 형상이 판형상이므로 사재를 볼트 체결 또는 용접에 의하여 거셋 플레이트에 고정시키는 것이 용이하다.
사재의 형상은 원형상이나 거셋 플레이트와 접면되는 사재의 접면부는 거셋 플레이트와 같이 평판상이다. 거셋 플레이트와 사재의 고정이 용이하도록 하기위해서다.
이와 반면에 사재의 단면이 원형상에서 평판상으로 급변하기 때문에 단면변화로 인한 응력집중이 거셋 플레이트에 발생하게 되는 문제점이 있다.
거셋 플레이트는 그 응력분포가 복잡해서 계산에 의한 구조해석이 단순치 않기 때문에 구조적 안정을 위해 과다설계를 하게 된다.
사재를 거셋플레이트에 용접하는 경우에는 절점부에서의 응력 흐름이 매우 복잡하기 때문에 구조 역학적으로 안정을 위해 통상 거셋플레이트의 두께를 크게 하고 있다.
거셋플레이트의 두께가 커지게 되면 거셋플레이트와 연결되는 상현재 또는 하현재의 복부판까지도 필요이상의 두께로 설계해야하므로 불합리한 과다설계를 야기하게 되는 문제점이 있다.
또한 사재를 거셋플레이트에 볼트에 의하여 체결하는 경우에는 사재의 유효단면적이 볼트구멍의 단면적만큼 작아지게 되어 그 만큼 부재력을 전달할 수 없기 때문에 사재의 유효단면적이 작아진 만큼 보충해주어야 하므로 재료가 그만큼 더 필요하게 되어 비경제적이 되는 문제점이 있다.
한편 거셋 플레이트는 그 구조상 국부적인 응력이 집중되기 때문에 하중이 크게 걸리는 교량 등의 구조물에는 거셋 플레이트 구조가 거의 사용되지 않고, 주로 하중이 적게 걸리는 돔구조와 같은 건축구조물에 주로 많이 사용된다.
다. 위에서의 살핀 문제점을 요약하면 다음과 같다.
트러스는 축방향 인장재와 축방향 압축재에 의하여 휨모멘트 및 전단력에 저항하도록 된 구조체이므로 어떤 다른 구조형식보다 단면효율(단면력)이 아주 높아 강재량이 절감될 뿐 아니라 강성과 내풍안전성이 큰 장점이 있는 것임에도 불구하고 절점부에서의 연결ㆍ용접작업이 쉽지 않아 단면효율(단면력)로 인한 경제성의 이점을 살리지 못하고 있는 실정이다.
또한 이러한 절점부에서 연결의 문제점을 평판형상의 거셋플레이트 구조로서 해소하고자하였으나 평판형상의 거셋플레이트에 대응되는 원형단면의 사재단부역시 평판단면으로 급변시킴으로써 그 결과 거셋플레이트에 응력이 집중되는 구조역학적인 문제점과 응력집중의 문제를 보강하기위하여 과도한 강재량을 사용하게 되는 비경제적인 문제점도 있게 된다.
또한 이와 같이 절점부에서의 연결ㆍ용접작업의 문제점을 평판형상의 거셋플레이트 구조로서 어느 정도 해소된 점은 있으나 원형상의 사재가 접면부에서 평판상으로 급변됨으로써 단면변화로 인한 국부응력이 거셋플레이트에 집중되는 문제점과, 그리고 응력집중의 문제를 해소하기위하여 과도한 강재량을 사용하게 되는 비경제적인 문제점도 있다.
본 발명은 조인트 유닛구조에 의하여 트러스부재의 가조립이 가능하도록 함과 동시에 그 구조가 간단하여 가조립이 용이하게 이루어지도록 함에 첫 번째 목적이 있고,
가조립된 상태에서 용접이 이루어짐으로써 용접이 용이할 뿐 아니라 용접이 정밀하게 이루어지도록 함에 두 번째 목적이 있으며,
가조립된 상태에서 트러스부재가 이루는 평면이 제 위치에서 제대로 된 평면인지에 대한 확인 및 보정이 가능함으로써 정확한 트러스 구조의 제작이 용이하도록 함에 세 번째 목적이 있고,
가조립된 상태에서 트러스구조의 용접 및 제작이 용이하게 이루어짐으로써 효율적이고 경제적인 트러스교의 시공이 되도록 함에 네 번째 목적이 있으며,
용접작업자의 손이 쉽게 조인트유닛구조내부 어느 곳이든지 닿을 수 있을 정도로 조인트유닛구조의 길이를 짧게 함으로써 강성증대를 위한 보강판을 조인트유닛구조내부에 설치하는 것이 가능하여 조인트유닛구조외부에 노출되지 않아 외관이 미려하고 깔끔하도록 함에 다섯 번째 목적이 있다.
본 발명의 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조의 기본구성은 유닛구조 몸체부(22)와 트러스부재 연결가지부(23)가 일체로 형성된 구성이다.
다만 트러스부재 연결가지부(23)에 트러스부재(10)가 용접되는 용접방식에 따라 트러스부재 연결가지부(23)의 단부구성이 약간 다르게 된다.
본 발명의 용접방식은 소켓삽입용접방식과 맞대음 용접방식이다.
먼저 소켓삽입용접방식에 대하여 설명하면 다음과 같다.
소켓삽입용접방식은 도7 및 도8에 도시되어있다.
소켓삽입용접방식은 유닛구조 몸체부(22)에 형성된 소켓 지지부(25a)에 트러스부재(10)의 내경이 접면되면서 삽입된 상태에서 개선각 용접부(K)를 용접하는 방식이다.
본 발명의 소켓삽입용접방식은 절삭방식(도7)과 소켓링 방식(도8)이 있다.
절삭방식은 도7에서 보는 바와 같이 연결가지부 몸체(232)의 두께(t)에서 소켓 지지부(25a)의 두께(t1)를 남겨놓고 단턱부(25b)를 형성하면서 절삭에 의한 방식이다.
연결가지부 몸체(232)의 두께(t)는 단턱부(25b)의 두께 (t2)와 소켓 지지부(25a)의 두께(t1)의 합의 관계이다. 이때 트러스부재(10)의 두께(t2)는 단턱부(25b)의 두께 (t2)와 동일하다.
이와 같이 절삭방식은 조인트 유닛구조의 연결가지부 몸체(232)의 두께(t)가 트러스부재(10)의 두께(t2)보다 더 두껍기 때문에 조인트 유닛구조의 강성이 충분한 상태이다.
이에 대하여 소켓링 방식(도8)은 유닛구조의 연결가지부 몸체(232)의 두께(t)와 트러스부재(10)의 두께(t)가 동일한 경우에 적용되는 방식이다. 연결가지부 몸체(232)를 절삭할 수 없기 때문에 소켓 링(25c)을 연결가지부 몸체(232)에 용접ㆍ고정하고 소켓 지지부(25a)와 같이 돌출된 것이다.
다시 말하면 절삭방식에서 소켓 지지부(25a)는 연결가지부 몸체(232)를 절삭한 것인데 반하여 소켓링 방식은 소켓 링(25c)을 연결가지부 몸체(232)에 용접ㆍ고정한 것으로 그 형태는 동일하다. 다만 절삭방식의 연결가지부 몸체(232)의 두께가 트러스부재(10)의 두께보다 두껍고, 소켓링 방식의 연결가지부 몸체(232)의 두께는 트러스부재(10)의 두께와 동일한 것이 다르다.
소켓 링(25c)은 수평부(252c)와 테이퍼부(254c)로 형성되어있다. 수평부(252c)는 연결가지부 몸체(232)의 내경에 접면되어있고, 테이퍼부(254c)는 돌출되어있다. 상ㆍ하현재(10A)의 수평부(16)가 소켓 링(25c)의 테이퍼부(254c)를 통과할 때 트러스부재(10)의 수평부(16)의 삽입이 원활하도록 유도되기 위해서 테이퍼부(254c)를 형성한 것이다.
소켓링 방식은 유닛구조의 연결가지부 몸체(232)의 두께(t)와 트러스부재(10)의 두께(t)가 동일한 경우에 적용되는 방식이므로 절삭방식(도7)과는 달리 그 두께가 얇아 조인트 유닛구조의 강성이 부족하다.
도9는 환보강재(27)가 설치되지 않은 경우 사재(또는 수직재)(10B)로부터 전달된 하중으로 인하여 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)에 발생된 국부변형의 모습이다.
환보강재(27)는 국부변형을 방지하기위하여 강성을 보강한 보강재이다.
환보강재(27)는 조인트 유닛구조내부에 설치되기 때문에 밖으로 노출되지 않아 그 외관이 미려하다.
소켓삽입용접방식에 의하여 용접되는 트러스부재(10)의 관계에 대하여 설명하면 다음과 같다.
트러스부재(10)는 절삭방식의 소켓 지지부(25a) 또는 소켓링 방식의 소켓 링(25c)에 삽입되어 지지된다.
트러스부재(10)의 수평부(16)와, 그리고 소켓 지지부(25a)의 수평부(252a) 또는 소켓 링(25c)의 수평부(252c)가 서로 접면된 상태로 지지되고 있다.
도7 및 도8에서와 같이 트러스부재(10)와 연결가지부 몸체(232)가 밀착되게 되면 트러스부재(10)의 수직부(14)와 트러스부재 연결가지부(23)의 루트부(254b)가 접면되면서 트러스부재(10)의 개선각 경사부(12)와 트러스부재 연결가지부(23)의 개선각 경사부(252b)에 의하여 개선각 용접부(K)가 형성되게 된다.
그러나 소켓삽입용접방식에 의하여 소켓 지지부(25a) 또는 소켓 링(25c)이 돌출된 조인트 유닛구조만으로 트러스부재(10)를 가조립하는 것은 그 구조상 불가능하다.
이에 대하여 설명하면 다음과 같다.
트러스부재(10)의 수평부(16)가 삽입되는 절삭방식의 소켓 지지부(25a)와 소켓링 방식이 소켓 링(25c)은 모두 앞으로 돌출되어있으면서 그 역할과 기능이 동일하므로 설명의 편의상 절삭방식(도7)의 소켓 지지부(25a)로서 설명하기로 한다.
트러스부재(10)는 반드시 2개의 절점부와 연결된다.
그런데 소켓삽입용접방식에서 트러스부재(10)의 길이는 트러스부재 연결가지부(23)의 단턱부(25b)와 단턱부(25b)를 이은 길이이다.
소켓 지지부(25a)는 단턱부(25b)에서 d만큼씩 앞으로 돌출되어있다.
이러한 상태에서 트러스부재(10)를 양측으로 돌출된 소켓 지지부(25a)사이에다 삽입하는 것은 불가능하다.
그렇다고 트러스부재(10)의 길이를 2d만큼 절단할 수도 없다. 절단하게 되면 소켓 지지부(25a)가 트러스부재(10)를 지지할 수 있는 역할을 할 수 없기 때문이다.
다음으로 맞대음 용접방식에 대하여 설명하면 다음과 같다.
맞대음 용접방식과 관련된 도면은 도5a와 도10이다.
맞대음 용접방식은 트러스부재 연결가지부(23)의 단부와 트러스부재(10)의 단부를 서로 맞대어놓은 상태에서 맞대음 용접을 하는 방식이다.
트러스부재(10)의 길이는 양 절점부의 트러스부재 연결가지부(23)의 단부와 단부를 이은 길이이다.
맞대음 용접방식은 트러스부재 연결가지부(23)의 단부에 단순히 맞댄 상태이기 때문에 트러스부재(10)를 지지할 수 있는 지지수단이 없다.
연결 링(24)이 바로 트러스부재(10)를 지지하는 지지수단이다.
연결 링(24)은 트러스부재 연결가지부(23)의 내경에 접면되어 좌우로 이동이 가능하다.
연결 링(24)의 좌우이동은 연결 링 작업 홀(26)에 삽입된 작업도구의 조작에 의하여 이루어진다.
연결 링(24)의 폭을 2S라 하면 트러스부재 연결가지부(23)에서 트러스부재(10)쪽으로 S만큼 돌출되게 된다.(도10 참조)
연결 링(24)의 좌우이동과 관련된 출몰관계는 다음과 같다.
도10의 (a)와 (b)는 연결 링(24)이 트러스부재 연결가지부(23)에 완전히 삽입되어있는 상태이다.
도10 (c)는 연결 링(24)이 트러스부재 연결가지부(23)로 S만큼 돌출된 상태이다. S만큼 돌출된 연결 링(24)에 의하여 트러스부재(10)가 지지되게 된다. 이렇게 지지된 상태를 가조립 상태라 한다.
이와 같이 맞대음 용접방식은 소켓 지지부(25a)가 고정된 소켓삽입용접방식과는 달리 연결 링(24)의 좌우이동이 가능한 구조이므로 맞대음 용접방식만으로 가조립이 가능하다.
다음으로 맞대음 용접방식과 소켓삽입용접방식의 병용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
소켓삽입용접방식만으로는 가조립이 불가능하지만 연결 링(24)의 이동이 자유로운 맞대음 용접방식과 병용하게 되면 가조립이 가능하다.
조인트 유닛구조(20)에 조립되는 트러스부재(10)의 순서는 조인트 유닛구조의 순차적 설치와 함께 상ㆍ하현재(10A)가 먼저 조립되면서 그 후속으로 사재(또는 수직재)(10B) 및 수평재(10C)의 조립이 이루어진다.
상ㆍ하현재(10A)는 사재(또는 수직재)(10B) 및 수평재(10C)와는 달리 수평방향으로 삽입ㆍ연결되는 부재이고, 여기에다 조인트 유닛구조의 순차적 설치와 함께 삽입ㆍ연결되는 부재이므로 맞대음 용접방식은 말할 것도 없고, 소켓삽입용접방식에 의해서도 상ㆍ하현재(10A)의 조인트 유닛구조의 조립이 가능하다.
그러나 조인트 유닛구조에 상ㆍ하현재(10A)가 삽입되어있는 상태에서 사재(또는 수직재)(10B) 및 수평재(10C)의 삽입ㆍ연결은 맞대음 용접방식에 의해서만 가능하다. 소켓삽입용접방식에 의해서는 삽입ㆍ연결을 할 수 없다.
이와 같이 맞대음 용접방식과 소켓삽입용접방식의 병용에 대해서는 상ㆍ하현재(10A)의 삽입ㆍ연결은 소켓삽입용접방식에 의하고, 사재(또는 수직재)(10B) 및 수평재(10C)의 삽입ㆍ연결은 맞대음 용접방식에 의하여 병용하는 것이 바람직하다.
이제 본 발명의 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조의 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.
가. 맞대음 용접방식에 의한 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조의 구성
본 발명은 트러스부재(10)가 서로 연결되는 절점부에 유닛구조 몸체부(22)와 트러스부재 연결가지부(23)가 일체로 형성된 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 설치하되 트러스부재 연결가지부(23)의 단부에는 개선각 경사부(236)와 루트부(234)가 형성되어있고, 트러스부재 연결가지부(23)의 내경에는 연결 링(24)이 외경과 서로 접면된 상태에서 슬라이딩이 가능하도록 트러스부재 연결가지부(23)의 단부측에 삽입되어있으며, 트러스부재 연결가지부(23)에는 연결 링 작업 홀(26)이 원주면을 따라 종방향으로 다수 개 천공되어있고, 연결 링(24)이 연결 링 작업 홀(26)에 의하여 트러스부재 연결가지부(23)의 내외로 자유롭게 출몰이 가능하도록 됨을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조의 구성이다.
여기에서 트러스부재(10)는 상ㆍ하현재(10A), 사재(또는 수직재)(10B), 수평재(10D)를 총칭하고, 트러스부재 연결가지부(23)는 상ㆍ하현재 연결가지부(23a), 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b), 수평재 연결가지부[사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)와 동일한 관계이므로 도시하지 않았음]를 총칭한다.
여기에다 앞굽(F)과 뒷굽(R)의 용접부의 응력집중을 저감시키기 위하여 다음 2가지방식에 의하여 강성을 보강한 구성이다.
하나의 보강방식은 도11a에서와 같이 사재(또는 수직재)(10B)의 단면두께(t)를 증가시키지 않고, 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)의 단면두께(T)만 증가시켜 앞굽(F)과 뒷굽(R)의 용접부의 응력집중이 저감되도록 함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조의 구성이다.
사재(또는 수직재)(10B)의 단면두께(t)를 증가시키지 않고, 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)의 단면두께(T)만 증가시킬 수 있는 것은 사재(또는 수직재)(10B)가 도2에서와 같이 하현재(10A)에 직접 설치ㆍ고정되는 구조가 아니라 조인트 유닛구조의 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)에 설치ㆍ고정되는 구조이기 때문에 가능하다.
다른 하나의 보강방식은 도11b에서와 같이 사재(또는 수직재)(10B)의 단면두께(t)와 조인트 유닛구조의 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)의 단면두께(t)를 동일하게 하면서 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)와 하현재 연결가지부(23a)에 접면되는 내부공간에 아치형 보강판(28)을 용접선을 따라 용접시켜 앞굽(F)과 뒷굽(R)의 용접부의 응력집중이 저감되도록 함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조의 구성이다.
도11b에서와 같이 사재(또는 수직재)(10B)의 단면두께(t)와 조인트 유닛구조의 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)의 단면두께(t)를 동일하게 하면서 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)와 하현재 연결가지부(23a)와 접면되는 내부공간에 아치형 보강판(28)의 용접이 가능한 것은 조인트 유닛구조의 길이가 짧아 그 내부공간으로 손이 자유롭게 삽입할 수 있기 때문이다.
아치형 보강판(28)이 조인트 유닛구조내부에 설치되기 때문에 밖으로 노출되지 않아 그 외관이 미려하다.
이에 대하여 종래기술은 도2에서와 같이 사재(10B)와 하현재(10A)가 직접 접면되기 때문에 사재(10B)와 하현재(10A)내부에 보강할 수 없다. 앞굽(F)과 뒷굽(R)부위에다 설치할 수밖에 없으므로 그 보강이 외부에 노출되어 외관이 미려하지 못한 문제점이 있다.
개선각 경사부(236)와 루트부(234)가 형성된 트러스부재 연결가지부(23)의 단부에 대응되는 트러스부재(10)의 단부에도 개선각 경사부(12)와 수직부(14)가 형성되어있다.
트러스부재 연결가지부(23)의 루트부(234)에 트러스부재(10)의 수직부(14)를 밀착시킨 상태에서 연결 링(24)을 트러스부재(10)쪽으로 S만큼 이동시키면 가조립상태가 된다.
가조립상태에서 개선각 경사부(236)와 개선각 경사부(12)에 의해 형성된 개선각 용접부(K)를 용접한다.
나. 맞대음 용접방식과 소켓삽입용접방식의 병용에 의한 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조의 구성
⒜ 본 발명은 트러스부재(10)가 서로 연결되는 절점부에 유닛구조 몸체부(22)와 트러스부재 연결가지부(23)가 일체로 형성된 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 설치하되 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)를 제외한 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부[사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)와 동일한 관계이므로 도시하지 않았음]의 내경에는 연결 링(24)의 외경과 서로 접면된 상태에서 슬라이딩이 가능하도록 연결 링(24)이 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부의 단부측에 삽입되어있고, 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부에는 연결 링 작업 홀(26)이 원주면을 따라 종방향으로 다수 개 천공되어있으며, 연결 링(24)이 연결 링 작업 홀(26)에 의하여 트러스부재 연결가지부(23)의 내외로 자유롭게 출몰이 가능하도록 구성되어있는 한편, 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 단부측에는 소켓 지지부(25a)와 단턱부(25b)가 일체로 이루어지고, 소켓 지지부(25a)에는 수평부(252a)와 테이퍼부(254a)가 연이어 바깥을 향하여 순차적으로 형성되어있으며, 단턱부(25b)에는 위에서부터 순차적으로 개선각 경사부(252b)와 루트부(254b)가 연이어 형성됨을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조의 구성이다.
⒝ 본 발명은 트러스부재(10)가 서로 연결되는 절점부에 유닛구조 몸체부(22)와 트러스부재 연결가지부(23)가 일체로 형성된 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 설치하되 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)를 제외한 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부의 내경에는 연결 링(24)의 외경과 서로 접면된 상태에서 슬라이딩이 가능하도록 연결 링(24)이 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부의 단부측에 삽입되어있고, 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부에는 연결 링 작업 홀(26)이 원주면을 따라 종방향으로 다수 개 천공되어있으며, 연결 링(24)이 연결 링 작업 홀(26)에 의하여 트러스부재 연결가지부(23)의 내외로 자유롭게 출몰이 가능하도록 구성되어있는 한편, 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 단부에는 개선각 경사부(252b)와 루트부(254b)가 연이어 형성된 단턱부(25b)가 형성되어있고, 소켓 링(25c)은 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 내경에 접면되어 단부 앞으로 돌출된 상태에서 용접ㆍ고정되어있으며, 소켓 링(25c)에는 수평부(252c)와 테이퍼부(254c)가 연이어 바깥을 향하여 순차적으로 형성됨을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조의 구성이다.
⒞ 개선각 경사부(252b)와 루트부(254b)가 형성된 단턱부(25b)에 대응되는 트러스부재(10)의 단부에도 개선각 경사부(12)와 수직부(14)가 형성되어있다.
⒟ 트러스부재 연결가지부(23a)의 루트부(254b)에 트러스부재(10A)의 수직부(14)를 밀착시키게 되면 연결가지부(23a)의 개선각 경사부(252b)와 트러스부재(10A)의 개선각 경사부(12)에 의하여 개선각 용접부(K)가 형성된다.
⒠ 소켓 지지부(25a)의 테이퍼부(254a) 및 소켓 링(25c)의 테이퍼부(254c)는 트러스부재(10A)의 수평부(16)가 원활하게 삽입되도록 유도하는 역할을 한다.
⒡ 트러스부재(10A)의 수평부(16)에 삽입된 소켓 지지부(25a) 및 소켓 링(25c)에 의하여 트러스부재(10A)가 가조립된다.
한편 본 발명의 조인트 유닛구조와, 여기에 조립되는 트러스부재(10)는 중공 파이프형상이고, 조립된 상태에서 중공부가 서로 관통되어있다. 특히 상ㆍ하현재(10A)는 연속적으로 조립되어 수평면을 이루고 있으면서 그 중공부는 하나로 관통되어있다.
이와 같이 조인트 유닛구조와 조립ㆍ관통된 하현재(10A)의 중공부에 시스관 설치 및 콘크리트(또는 무수축 모르타) 충진과, 그리고 강선 배치 및 강선의 긴장이 용이하고 효율적이다.
⒜ 본 발명의 파이프 트러스 조인트 유닛구조는 유닛구조 몸체부(22)와 트러스부재 연결가지부(23)가 일체로 형성된 구성이면서 트러스부재 연결가지부(23)의 내경에 연결 링(24)이 삽입된 구성이므로 트러스부재의 가조립이 가능할 뿐만 아니라 가조립 상태에서의 용접이 용이하다.
⒝ 가조립된 상태에서 용접이 가능한 구조이므로 용접이 정밀하여 용접의 품질은 물론 트러스구조의 전체의 품질이 형상되는 효과가 있다.
⒞ 가조립된 상태에서 트러스부재가 이루는 평면이 제 위치에서 제대로 된 평면인지에 대한 확인 및 보정이 가능한 구조이므로 정확한 트러스 구조의 제작이 용이하다.
⒟ 가조립된 상태에서 트러스구조의 용접 및 제작이 용이하게 이루어지므로 트러스교의 시공이 효율적이고 경제적인 효과가 있다.
트러스교 제작시 조인트유닛구조로 인하여 용접시간은 상하현재를 직접 용접ㆍ연결하는 기존방식의 1/5이고 용접작업에 투입되는 단가는 기존방식의 60%수준이다.
⒠ 용접작업자의 손이 쉽게 조인트유닛구조내부 어느 곳이든지 닿을 수 있을 정도로 조인트유닛구조의 길이를 짧게 된 구조이므로 강성증대를 위한 보강판을 조인트유닛구조내부에 설치하는 것이 가능하여 조인트유닛구조외부에 노출되지 않아 외관이 미려하고 깔끔하다.
외부에 거셋플레이트나 볼트 연결판이 노출되지 않아 외관이 깔끔하고 세장한 부재가 창출되는 수려한 미관으로 교량의 조형미가 향상된다.
⒡ 조인트 유닛구조와 조립ㆍ관통된 하현재(10A)의 중공부에 시스관 설치 및 콘크리트 충진과, 그리고 강선 배치 및 그 긴장이 이루어지는 구성이므로 하현재(10A)의 강성증대가 용이하고 효율적이다.
⒢ 조인트유닛구조를 사용함으로써 공장에서의 복잡한 부재제작이 단순해지고, 제작 정밀도가 향상되어 하자율이 급감하게 되는 유용한 발명이다.
[도 1] 일반적인 파이프 트러스교량의 단면도
[도 2] 파이프 트러스구조의 절점부에서 하현재에 사재가 용접된 상태를 보인 상태도
[도 3] 파이프 트러스구조의 절점부에서 하현재에 용접되어있는 거셋플레이트에 사재가 연결된 상태를 보인 상태도
[도 4] 본 발명의 조인트 유닛구조로 이루어진 트러스구조의 일실시예를 나타낸 단면도
[도 5a] 본 발명의 맞대음 용접방식용 조인트 유닛구조사시도
[도 5b] 본 발명의 맞대음 용접방식용과 소켓삽입 용접방식용 절삭방식이 병용된 조인트 유닛구조사시도
[도 5c] 본 발명의 맞대음 용접방식용과 소켓삽입용접방식용 소켓링 방식이 병용된 조인트 유닛구조사시도
[도 6] 본 발명의 조인트 유닛구조에 의하여 트러스부재가 연결된 모형도
[도 7] 본 발명의 조인트 유닛구조의 트러스 연결가지부와 트러스부재가 소켓삽입 용접방식용 절삭방식에 의하여 조립되는 상태를 보인 분해단면도와 결합도
[도 8] 본 발명의 조인트 유닛구조의 트러스 연결가지부와 트러스부재가 소켓삽입 용접방식용 소켓링 방식에 의하여 조립되는 상태를 보인 분해단면도와 결합도
[도 9] 도8의 절점부에서 사재의 축력으로 인한 국부변형을 나타낸 국부변형 형상도
[도 10] 본 발명의 조인트 유닛구조의 트러스 연결가지부와 트러스부재가 맞대음 용접방식에 의하여 연결되는 과정을 보인 과정도
[도 11a] 본 발명의 조인트 유닛구조에서 집중응력을 받는 앞굽과 뒷굽의 강성을 조인트 유닛구조의 단면을 증가시켜 보강한 일실시예를 보인 단면도
[도 11b] 본 발명의 조인트 유닛구조에서 집중응력을 받는 앞굽과 뒷굽의 강성을 아치형 보강판에 의하여 보강한 다른 실시예를 보인 단면도
본 발명의 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법을 설명하면 다음과 같다.
가. 맞대음 용접방식에 의한 시공방법
⒜ 유닛구조 몸체부(22)와, 그리고 연결 링 작업 홀(26) 및 연결 링(24)이 구비된 트러스부재 연결가지부(23)가 일체로 형성된 『조인트 유닛구조』를 절점부에 위치시키는 단계;
⒝ 『조인트 유닛구조』의 상ㆍ하현재 연결가지부(23a), 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b), 수평재 연결가지부에 대응되는 상ㆍ하현재(10A), 사재(또는 수직재)(10B), 수평재(10C)를 각각 맞댄 상태에서 각각의 연결 링(24)을 이에 대응되는 트러스 부재(10)쪽으로 S만큼 이동시켜 가조립하되 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)에 상ㆍ하현재(10A)를 먼저 가조립한 다음 그 나머지 사재(또는 수직재)(10B) 및 수평재(10C)를 가조립하는 단계;
⒞ 가조립된 상태에서 각각의 개선각 용접부(K)를 용접하는 단계;
⒟ 상기 ⒜단계~⒞단계를 반복하면서 순차적으로 시공해나가는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법이다.
나. 맞대음 용접방식과 소켓삽입용접방식을 병용한 시공방법
가) 맞대음 용접방식과 절단방식을 병용한 시공방법
⒜ 소켓 지지부(25a)와 단턱부(25b)가 일체로 형성된 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)와, 그리고 연결 링 작업 홀(26)과 연결 링(24)이 설치된 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부로 이루어진 『조인트 유닛구조』를 절점부에 위치시키는 단계;
⒝ 상기 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 소켓 지지부(25a)에 이에 대응되는 상ㆍ하현재(10A)를 삽입ㆍ연결하여 먼저 가조립한 후 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부에 이에 대응되는 사재(또는 수직재)(10B), 수평재(10C)를 각각 맞대어놓고, 이 상태에서 각각의 연결 링(24)을 트러스 부재(10)쪽으로 S만큼 이동시켜 가조립하는 단계;
⒞ 가조립된 상태에서 각각의 개선각 용접부(K)를 용접하는 단계;
⒟ 상기 ⒜단계~⒞단계를 반복하면서 순차적으로 시공해나가는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법이다.
나) 맞대음 용접방식과 소켓링 방식을 병용한 시공방법
⒜ 개선각 경사부(252b)와 루트부(254b)가 연이어 형성된 단턱부(25b)와 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 내경에 접면되어 앞으로 돌출된 상태로 용접ㆍ고정된 소켓 링(25c)이 구비된 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)와, 그리고 연결 링 작업 홀(26)과 연결 링(24)이 설치된 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부로 이루어진 『조인트 유닛구조』를 절점부에 위치시키는 단계;
⒝ 상기 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 소켓 링(25c)에 이에 대응되는 상ㆍ하현재(10A)를 삽입ㆍ연결하여 먼저 가조립한 후 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부에 이에 대응되는 사재(또는 수직재)(10B), 수평재(10C)를 각각 맞대어놓고, 이 상태에서 각각의 연결 링(24)을 트러스 부재(10B) 및 수평재(10C)쪽으로 S만큼 이동시켜 가조립하는 단계;
⒞ 가조립된 상태에서 각각의 개선각 용접부(K)를 용접하는 단계;
⒟ 상기 ⒜단계~⒞단계를 반복하면서 순차적으로 시공해나가는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법이다.
여기에다 ⒜단계에서 아치형 보강판(28)을 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)의 종방향 접면부와, 그리고 하현재 연결가지부(23a)의 외주면의 접면부에 용접함으로써 앞굽(F)과 뒷굽(R)에 집중되는 응력이 저감되도록 함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법이다.
상기 ⒜단계에서 사재(또는 수직재)(10C)의 단면을 증가시키지 않고, 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)의 두께(T)만 키움으로써 앞굽(F)과 뒷굽(R)에 집중되는 응력이 저감되도록 함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법이다.
또한 상기 ⒜단계에서 소켓 링(25c)이 용접ㆍ고정된 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 단부측 내경에 접면되게 환보강재(27)를 삽입ㆍ고정하여 강성을 보강시킴을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법이다.
본 발명은 조인트 유닛구조와 조립ㆍ관통된 하현재(10A)의 중공부에 시스관 설치 및 콘크리트(또는 무수축 모르타) 충진과, 그리고 강선 배치 및 그 긴장이 이루어지는 구성이므로 하현재(10A)의 강성증대가 용이하고 효율적이다.
트러스의 구조상 2개 이상의 단위 3각형을 서로 연속적으로 연결될 경우 절점부의 개수가 그만큼 배가되기 때문에 연속적으로 연결된 이들 단위 3각형모두가 동시에 동일평면상에 있도록 하는 것은 어렵다.
단위 3각형을 연속적으로 연결작업이 순차적으로 이루어지므로 절점부 하나에서 약간이라도 어긋나게 되면 잇달아 연속적으로 연결되는 단위 3각형에 영향을 미치게 될 뿐만 아니라 보정이 어렵다는 게 그 문제점으로 지적되고 있다.
이러한 문제점은 용접방식에 의하든 볼트체결방식에 의하든 똑같다.
본 발명은 트러스부재를 고정하기 전에 먼저 가조립된 상태에서 단위 3각형이 이루는 평면이 동일평면상에 있는가를 확인 가능할 수 있을 뿐 아니라 가조립 상태에서 보정이 가능한 것이 특징이다.
정확하게 가조립된 상태에서 용접이 이루어지므로 용접작업이 용이하다. 또한 용접의 순서가 필요가 없으므로 동시다발적으로 용접이 가능하므로 용접이 매우 빠른 장점이 있다.
본 발명의 조인트 유닛구조에 적합한 파이프는 원형강관 뿐 아니라 각형강관 모두 적용이 가능하다.
직선교 뿐 아니라 곡선교에서도 적용이 가능하다.
상ㆍ하현재 파이프를 곡선선형으로 휨 가공할 수도 있고 조인트 유닛구조를 곡선으로 제작하거나 절곡시켜 제작할 수도 있다.
공장에서 원형 또는 각형 파이프를 조립하여 운반에 적합한 소정 길이의 세그먼트로 제작하여 현장으로 운반한다.
일반적으로 트러스교의 절점부는 상ㆍ하현재를 이루는 주축과 일치하지 않는 집중하중이 작용되어 단면 국부변형에 취약하다. 본 발명에서 같이 환보강재 및 아치형 보강판이 바람직하다.
다경간 합성트러스교의 경우 내부 지점부의 최대축력이 지간 중앙부 축력의 2배 가량 발생되므로 단순히 부재의 치수나 두께를 변경하는 것으로는 비경제적인 설계가 될 수 있다.
이 경우 합리적인 설계를 위해서 과도한 압축력이 발생하는 지점부의 하현재에는 무수축 유동 콘크리트를 충진하여 단면내력을 효율적으로 증진시킬 수 있다.
이렇게 하현재 내부를 충진함으로써 단면 내력을 증진시키는 효과뿐 아니라 처짐 및 진동을 상당부분 저감시키는 2차 효과를 얻을 수 있다.
큰 인장력이 발생하는 내부 지점부 상현재는 무응력 상태에서 강봉이나 강선을 허용응력 범위에서 긴장하여 초기 압축응력을 도입하면 전체 구조체가 완성된 상태에서 고정하중 및 활하중에 의해 발생되는 인장응력이 긴장에 의해 압축응력과 일정부분 상쇄되어 효율적으로 공용시의 최대 인장응력을 허용응력 이내로 제어할 수 있다.
본 발명은 트러스부재의 조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조에 트러스부재를 먼저 가조립시키고, 가조립된 상태에서 트러스부재의 연결점의 위치확인이 가능하면서 이들 트러스부재가 이루는 연속된 단위 3각형이 이루는 평면이 동일평면상에 위치하고 있는지에 대한 확인이 가능할 뿐만 아니라 확인된 결과에 대한 보정도 가조립된 상태에서 가능하다.
트러스부재가 이루는 연속된 단위 3각형이 이루는 평면이 동일평면상을 그대로 유지된 가조립 상태에서 용접이 정확할 뿐 아니라 용접작업역시 용이하게 됨으로써 용접이 정밀하여 품질이 향상되어 트러스의 구조적인 안정이 한층 더 강화되도록 함과 동시에 공기가 단축되어 효율적이면서 경제적인 제작ㆍ시공이 이루어지게 된다.
가조립 상태에서 원형상의 트러스부재가 파이프 트러스 조인트 유닛구조에 그대로 삽입되도록 함으로써 거셋 플레이트와는 달리 트러스부재의 단면형상이 변화되지 않고 그대로 유지되어 단면변화로 인한 국부적인 응력집중이 발생되지 않아 절점부의 단면력이 향상될 뿐 아니라 트러스의 구조적인 안정이 한층 더 강화되는 효과가 있다.
10; 트러스 부재
10A; 상ㆍ하현재
10B; 사재(또는 수직재)
10C; 수평재
12; 개선각 경사부
14; 수직부
16; 수평부
20; 조인트 유닛구조
22; 유닛구조 몸체부
23; 트러스부재 연결가지부, 232; 연결가지몸체, 234; 루트부, 236; 개선각 경사부

23a; 상ㆍ하현재 연결가지부
23b; 사재 연결가지부, 23b; 사재(또는 수직재) 연결가지부
24; 연결 링
25; 소켓부
25a; 소켓 지지부, 252a; 수평부, 254a; 테이퍼부
25b; 단턱부, 252b; 개선각 경사부, 254b; 루트부
25c; 소켓 지지링, 252c; 수평부, 254c; 테이퍼부
26; 연결 링 작업 홀
27; 환보강재
28; 아치형 보강판

K; 개선각 용접부
F; 앞굽
R; 뒷굽

Claims (13)

  1. 트러스부재(10)가 서로 연결되는 절점부에 유닛구조 몸체부(22)와 트러스부재 연결가지부(23)가 일체로 형성된 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 설치하되 트러스부재 연결가지부(23)의 단부에는 개선각 경사부(236)와 루트부(234)가 형성되어있고, 트러스부재 연결가지부(23)의 내경에는 연결 링(24)의 외경이 서로 접면된 상태에서 슬라이딩이 가능하도록 트러스부재 연결가지부(23)의 단부측에 삽입되어있으며, 트러스부재 연결가지부(23)에는 연결 링 작업 홀(26)이 원주면을 따라 종방향으로 다수 개 천공되어있고, 연결 링(24)이 연결 링 작업 홀(26)에 의하여 트러스부재 연결가지부(23)의 내외로 자유롭게 출몰이 가능하도록 됨을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조
  2. 트러스부재(10)가 서로 연결되는 절점부에 유닛구조 몸체부(22)와 트러스부재 연결가지부(23)가 일체로 형성된 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 설치하되 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)를 제외한 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부의 내경에는 연결 링(24)의 외경과 서로 접면된 상태에서 슬라이딩이 가능하도록 연결 링(24)이 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부의 단부측에 삽입되어있고, 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부에는 연결 링 작업 홀(26)이 원주면을 따라 종방향으로 다수 개 천공되어있으며, 연결 링(24)이 연결 링 작업 홀(26)에 의하여 트러스부재 연결가지부(23)의 내외로 자유롭게 출몰이 가능하도록 구성되어있는 한편, 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 단부측에는 소켓 지지부(25a)와 단턱부(25b)가 일체로 이루어지고, 소켓 지지부(25a)에는 수평부(252a)와 테이퍼부(254a)가 연이어 바깥을 향하여 순차적으로 형성되어있으며, 단턱부(25b)에는 위에서부터 순차적으로 개선각 경사부(252b)와 루트부(254b)가 연이어 형성됨을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조
  3. 트러스부재(10)가 서로 연결되는 절점부에 유닛구조 몸체부(22)와 트러스부재 연결가지부(23)가 일체로 형성된 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 설치하되 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)를 제외한 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부의 내경에는 연결 링(24)의 외경이 서로 접면된 상태에서 슬라이딩이 가능하도록 연결 링(24)이 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부의 단부측에 삽입되어있고, 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부에는 연결 링 작업 홀(26)이 원주면을 따라 종방향으로 다수 개 천공되어있으며, 연결 링(24)이 연결 링 작업 홀(26)에 의하여 트러스부재 연결가지부(23)의 내외로 자유롭게 출몰이 가능하도록 구성되어있는 한편, 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 단턱부(25b)에는 개선각 경사부(252b)와 루트부(254b)가 연이어 형성되어있고, 소켓 링(25c)은 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 내경에 접면되어 단부 앞으로 돌출된 상태에서 용접ㆍ고정되어있으며, 소켓 링(25c)에는 수평부(252c)와 테이퍼부(254c)가 연이어 바깥을 향하여 순차적으로 형성됨을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서
    사재(또는 수직재)(10B)의 단면을 증가시키지 않고, 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)의 두께(T)만 증가시킴으로써 앞굽(F)과 뒷굽(R)의 용접부의 응력집중이 저감되도록 함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서
    아치형 보강판(28)이 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)의 종방향과, 그리고 하현재 연결가지부(23a)의 외주면에 접면ㆍ용접되게 함으로써 앞굽(F)과 뒷굽(R)에 집중되는 응력이 저감되도록 함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조
  6. 제3항에 있어서
    소켓 링(25c)이 용접ㆍ고정된 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 단부측 내경에 접면되게 환보강재(27)를 삽입ㆍ고정하여 강성을 보강함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조
  7. ⒜ 유닛구조 몸체부(22)와, 그리고 연결 링 작업 홀(26) 및 연결 링(24)이 구비된 트러스부재 연결가지부(23)가 일체로 형성된 『조인트 유닛구조』를 절점부에 위치시키는 단계;

    ⒝ 『조인트 유닛구조』의 상ㆍ하현재 연결가지부(23a), 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b), 수평재 연결가지부에 대응되는 상ㆍ하현재(10A), 사재(또는 수직재)(10B), 수평재(10C)를 각각 맞댄 상태에서 각각의 연결 링(24)을 이에 대응되는 트러스 부재(10)쪽으로 S만큼 이동시켜 가조립하되 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)에 상ㆍ하현재(10A)를 먼저 가조립한 다음 그 나머지 사재(또는 수직재)(10B) 및 수평재(10C)를 가조립하는 단계;

    ⒞ 가조립된 상태에서 각각의 개선각 용접부(K)를 용접하는 단계;

    ⒟ 상기 ⒜단계~⒞단계를 반복하면서 순차적으로 시공해나가는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법
  8. ⒜ 소켓 지지부(25a)와 단턱부(25b)가 일체로 형성된 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)와, 그리고 연결 링 작업 홀(26)과 연결 링(24)이 설치된 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부로 이루어진 『조인트 유닛구조』를 절점부에 위치시키는 단계;

    ⒝ 상기 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 소켓 지지부(25a)에 이에 대응되는 상ㆍ하현재(10A)를 삽입ㆍ연결하여 먼저 가조립한 후 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부에 이에 대응되는 사재(또는 수직재)(10B), 수평재(10C)를 각각 맞대어놓고, 이 상태에서 각각의 연결 링(24)을 사재(또는 수직재)(10B)와 수평재(10C))쪽으로 S만큼 이동시켜 가조립하는 단계;

    ⒞ 가조립된 상태에서 각각의 개선각 용접부(K)를 용접하는 단계;

    ⒟ 상기 ⒜단계~⒞단계를 반복하면서 순차적으로 시공해나가는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법
  9. ⒜ 개선각 경사부(252b)와 루트부(254b)가 연이어 형성된 단턱부(25b)와 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 내경에 접면되어 앞으로 돌출된 상태로 용접ㆍ고정된 소켓 링(25c)이 구비된 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)와, 그리고 연결 링 작업 홀(26)과 연결 링(24)이 설치된 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부로 이루어진 『조인트 유닛구조』를 절점부에 위치시키는 단계;

    ⒝ 상기 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 소켓 링(25c)에 이에 대응되는 상ㆍ하현재(10A)를 삽입ㆍ연결하여 먼저 가조립한 후 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b) 및 수평재 연결가지부에 이에 대응되는 사재(또는 수직재)(10B), 수평재(10C)를 각각 맞대어놓고, 이 상태에서 각각의 연결 링(24)을 트러스 부재(10)쪽으로 S만큼 이동시켜 가조립하는 단계;

    ⒞ 가조립된 상태에서 각각의 개선각 용접부(K)를 용접하는 단계;

    ⒟ 상기 ⒜단계~⒞단계를 반복하면서 순차적으로 시공해나가는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서
    상기 ⒜단계에서 아치형 보강판(28)을 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)의 종방향 접면부와, 그리고 하현재 연결가지부(23a)의 외주면의 접면부에 용접함으로써 앞굽(F)과 뒷굽(R)에 집중되는 응력이 저감되도록 함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서
    상기 ⒜단계에서 사재(또는 수직재)(10C)의 단면을 증가시키지 않고, 사재(또는 수직재) 연결가지부(23b)의 두께(T)만 키움으로써 앞굽(F)과 뒷굽(R)에 집중되는 응력이 저감되도록 함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법
  12. 제9항에 있어서
    상기 ⒜단계에서 소켓 링(25c)이 용접ㆍ고정된 상ㆍ하현재 연결가지부(23a)의 단부측 내경에 접면되게 환보강재(27)를 삽입ㆍ고정하여 강성을 보강시킴을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법
  13. 제7항 또는 제8항에 있어서
    ⒟단계에 의하여 경간이 이루어 진 다음 ⒠단계인 조인트 유닛구조와 조립ㆍ관통된 하현재(10A)의 중공부에 시스관 설치 및 콘크리트(또는 무수축 모르타) 충진과, 그리고 강선 배치 및 강선을 긴장하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조를 이용한 트러스교의 시공방법
KR1020100026646A 2009-05-29 2010-03-25 가조립이 가능한 파이프 트러스 조인트 유닛구조 및 이를 이용한 파이프 트러스교의 시공방법 KR100965750B1 (ko)

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