KR100970247B1 - 이중합성 강박스거더의 압축플랜지 보강구조 - Google Patents

Abstract

이중합성된 강박스거더를 제작함에 있어 종래 종방향 및 횡방향 보강리브를 압축플랜지 상면에 부착하게 되는데 이러한 보강리브들은 고가인 강판(강재)을 이용하기 때문에 강박스거더 제작 및 시공에 있어 비경제적이라는 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 봉 형태의 점간격재를 상기 종방향 및 횡방향 보강리브의 설치라인에 설치하고, 상기 봉 형태의 점간격재가 매립되도록 콘크리트를 타설함으로서 보다 경제적으로 강박스거더를 제작 시공할 수 있는 이중합성 강박스거더의 압축플랜지 보강구조를 제공하게 된다.

강박스거더, 보강리브

Description

이중합성 강박스거더의 압축플랜지 보강구조{COMPRESSED FLANGE STRUCTURE OF COMPOSITE-STEEL BOX GIRDER}

본 발명은 이중합성 강박스거더의 압축플랜지 보강구조에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 강박스거더를 이용한 교량시공에 있어, 지점부에 지지되는 강박스거더 압축플랜지에 콘크리트를 합성시킴으로서 제작되는 이중합성 강박스거더의 지점부 보강을 위한 이중합성 강박스거더의 압축플랜지 보강구조에 관한 것이다.

강박스거더(10)는 도 1a와 같이 일반적으로 복부가 연속적으로 형성된 거더로서 강재인 상부플랜지(11), 복부(12), 하부플랜지(13)로 형성된 박스구조체로 제작되며, 상부플랜지(11) 상면에 포장 또는 슬래브(20)를 타설하여 교량상부구조물로서 기능하는 교량용 거더의 일종이다.

이러한 강박스거더(10)는 다수 지간 즉, 연속교 형태로 교량을 시공할 때는 교각 또는 교대 사이에 서로 연결되도록 시공되는데, 이러한 교각 또는 교대 부위(지점부)에 있어서는 휨 부모멘트가 발생하게 된다.

이러한 휨 부모멘트가 발생하게 되면, 강박스거더의 하부플랜지에는 압축응력이 발생하게 되므로 강박스 거더의 하부플랜지를 압축플랜지라고 지칭하기도 한 다.

통상은 상기 지점부에 발생하는 휨 부모멘트에 저항하기 위하여 압축플랜지 상면에는 도 1b와 같이 종방향으로 부착된 판재 형태의 종방향 보강리브(30)를 설치하게 된다.

또한, 상기 종방향 보강리브(30)를 가로지르도록 직각으로 횡방향으로 부착된 횡방향 보강리브(40)를 함께 설치하게 되며, 상기 주위에 미도시된 전단연결재를 부착시킨 후 콘크리트를 타설하여 종방향 및 횡방향 보강리브(30,40)와 전단연결재가 매립되도록 하게 된다.

이와 같이, 강박스 거더(10)에 있어 지점부에 위치한 압축플랜지(하부플랜지,13)에 콘크리트가 타설되어 합성된 상태를 통상 이중합성구조라 하게 되며, 이러한 이중합성구조는 결국 강박스거더(10), 종방향 및 횡방향 보강리브(30,40)와 콘크리트가 필수적인 구성으로 구성됨을 알 수 있다.

하지만, 상기 종방향 및 횡방향 보강리브(30,40)의 경우 강재(강판)를 가공하여 이를 압축플랜지에 용접하는 방법으로 설치하게 되는데,

이러한 종방향 및 횡방향 보강리브(30,40) 설치공종은 시공성이 떨어질 뿐만 아니라, 최근 강재 가격이 올라 그 비용도 고가일 수 밖에 없어 이를 대체할 수 있는 방법에 대한 기술개발의 필요성이 요구되었다.

이에 본 발명은 상기 이중합성 강박스 거더의 지점부에 설치되는 종방향 및 횡방향 보강리브의 기능을 대체할 수 있는 보강수단을 제공함으로서 보다 시공성이 뛰어나며, 경제적인 이중합성된 강박스 거더 제작 및 시공이 가능하도록 함을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은

교대 또는 교각 사이에 설치되어 하부플랜지의 양 측단부로부터 상방으로 연장된 복부를 포함하여 구성된 강박스거더에 있어서, 지점부에 지지되는 상기 하부플랜지(압축플랜지)의 상면에 종방향 및 횡방향으로 격자로 부착된 판재 형태의 보강리브를 대체하여,

상기 종방향 보강리브 부착라인에 종방향으로 다수 이격되어 고정시킨 봉형태의 점간격재(100)를 부착시킴과 더불어 상기 다수 이격된 봉형태의 점간격재를 상기 횡방향 보강리브 부착라인에 병렬 설치되도록 하되, 상기 봉형태의 점간격재를 콘크리트에 매립되도록 설치하였다.

즉, 상기 보강리브가 설치되는 부위에 있어 봉형태의 점간격재를 이격시켜 설치하여 상기 종래 판재 형태의 보강리브를 대체할 수 있도록 한 것이다.

본 발명에 의하여 강박스거더 제작에 있어 고가인 강재를 가공하여 설치할 수 밖에 없는 종방향 및 횡방향 보강리브를 저가인 봉형태의 점간격재로 대체함으로서, 지점부에 발생하는 휨 부모멘트에 효과적으로 저항할 수 있으면서도 경제적으로 제작할 수 있는 강박스거더 제작이 가능하게 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2a는 교대 또는 교각 사이에 설치되는 이중합성 강박스 거더에 있어서, 지점부에 지지되는 하부플랜지(13,압축플랜지)의 상면에 설치되는 종방향 보강리브(30)를 설치하였을 때의 상기 압축플랜지의 좌굴형태를 보인 것으로서, 상기 종방향 보강리브(30)가 일종의 단순지점부재로 기능하고 있음을 알 수 있다.

이에 대비하여 도 2b는 본 발명의 봉 형태의 점간격재(100)를 지점부에 지지되는 하부플랜지(13,압축플랜지)의 상면에 설치하였을 때의 압축플랜지 좌굴형 태를 보인 것으로서 역시 상기 봉 형태의 점간격재(100)들이 일종의 단순지점부재로 기능하고 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 상기 봉 형태의 점간격재(100)는 종래 종방향 보강리브(30)의 설치라인을 따라 동일하게 설치되도록 하여 종방향 보강리브(30)에 대비됨을 알 수 있다.

이에 봉 형태의 점간격재(100)는 강박스거더를 구성하는 하부플랜지(13)에 종방향으로 이격되어 다수가 예컨대 용접에 의하여 설치되는데,

이러한 봉 형태의 점간격재(100)가 종래 종방향 보강리브(30)를 대체하여 설치되더라도 하부플랜지의 좌굴형태에 큰 차이가 없어

본 발명의 봉 형태의 점간격재(100)가 종래 강박스거더의 종방향 보강리브(30)를 대체하는 기능을 가지게 됨을 알 수 있다.

물론 종방향 보강리브(30)와 설치방향이 직각인 횡방향 보강리브(40)의 경우에는, 종방향으로 설치된 봉 형태의 점간격재(100)을 횡방향으로 다수 병렬 설치함으로서 그 대체 가능하게 된다.

도 3은 종래 종방향 및 횡방향 보강리브(30,40)가 부착된 강박스거더의 하부플랜지에 대비되는 본 발명의 봉 형태의 점간격재(100)가 종방향 및 횡방향으로 설치되는 경우가 도시되어 있다.

이때 상기 봉 형태의 점간격재(100)는 예컨대 수직봉 형태의 강재인 철근, 볼트 또는 스터드가 이용될 수 있다.

먼저, 철근의 경우 통상의 철근을 동일한 길이를 가지도록 절단한 다음 하부플랜지에 종래 종방향 및 횡방향 보강리브(30,40) 설치 라인을 따라 용접하여 부착시킴으로서 본 발명의 봉 형태의 점간격재(100)로써, 그 기능을 확보할 수 있으며,

볼트의 경우 역시 통상의 볼트머리부와 몸통부를 가진 것을 하부플랜지에 종래 종방향 및 횡방향 보강리브(30,40) 설치 라인을 따라 용접하여 부착시킴으로서 본 발명의 봉 형태의 점간격재(100)로써, 그 기능을 확보할 수 있으며,

스터드의 경우에는 전단연결재로서가 아닌 종래 종방향 및 횡방향 보강리브(30,40)의 대체기능으로서 구입이 가능한 아니면 별도의 형태를 가진 스터드를 이용하여 결국 스터드가 본 발명의 봉 형태의 점간격재(100)로써, 그 기능을 확보할 수 있도록 한 것이라 할 수 있다.

이에, 본 발명의 봉 형태의 점간격재(100)는 먼저 종방향으로 설치되는 것이 종래 종방향 보강리브에 해당되고,

상기 종방향으로 설치되는 봉 형태의 점간격재(100)를 횡방향으로 병렬시켜 설치되는 것이 종래 횡방향 보강리브에 해당됨을 알 수 있다.

도 3의 경우에는 종방향으로 설치되는 봉 형태의 점간격재(100)가 횡방향으로 4열로 설치되도록 하고 있음을 알 수 있다.

나아가, 상기 봉 형태의 점간격재(100)의 종방향 이격거리는 등간격으로 설치하는 것이 바람직하지만 일정하지 않은 이격거리로써 설치될 수도 있다.

또한, 종방향 봉 형태의 점간격재(100)의 횡방향 이격거리는 역시 등간격으로 설치하는 것이 바람직하지만 일정하지 않은 이격거리로써 설치될 수도 있다.

위와 같이 본 발명의 봉 형태의 점간격재(100)가 종방향 및 횡방향으로 설 치되며, 지점부에 있어 타설되는 콘크리트가 타설된 후 양생되게 되며, 이로서 이중합성 강박스거더의 제작 및 시공이 가능하게 된다.

<실시예>

강박스거더에 있어 지점부구간인 휨 부모멘트구간에서 강박스거더의 압축플랜지와 콘크리트의 합성을 위해 종방향으로 일정간격으로 배치되는 봉 형태의 점간격재(100)가

압축플랜지의 거동에서 단순지지역할(종래 보강리브 역할)을 하기 위해 소요되는 간격을 결정하기 위해 1차적으로 봉 형태의 점간격재(100)가 설치될 위치에 도 4와 같이 점지지를 형성시켜 선형좌굴해석을 수행하였으며 표 1은 점지지 간격에 따른 압축플랜지의 탄성좌굴강도가 기재되어 있다.

이로서 압축플랜지가 봉 형태의 점간격재(100)에 의하여 점지지될 때 상기 점간격재가 일정간격 이하로 점지지가 된다면 종래 종방향 보강리브와 같이 단순지지역할을 할 수 있음을 알 수 있게 된다.

국내에서 설계되는 강박스거더 압축플랜지의 종방향 보강리브의 갯수는 경험적으로 3개 이상을 적용하고 있다.

물론 압축플랜지의 종방향 보강리브를 최소화하는 방향으로 연구가 진행되고 있으나, 하부콘크리트와의 합성작용을 고려해서 본 실시예에서는 도 5와 같이 4열의 봉 형태의 점간격재(100)가 설치될 경우에 대해서 아래와 같이 추가적으로 검토하였다.

결국, 점지지된 압축플랜지의 선형좌굴해석을 통해서, 종래 종방향 보강리브가 설치되지 않아도 일정간격으로 수직변위가 억제(콘크리트 타설하여 매립되도록 할 경우 가능)되면 단순지지에 의한 압축좌굴강도를 충분히 발현할 수 있음을 알 수 있다.

이는 결국 강박스거더 하부에 콘크리트를 타설하여 휨 압축강성을 증가시키는 데 효과적인 이중합성거더에서 봉 형태의 점간격재(100)의 배치를 통해 종방향 보강리브를 대체할 수 있음을 알 수 있게 해준다.

이에 이중합성 강박스거더의 하부 압축플랜지가 전단면 항복에 도달하는 세장비 영역에서 설계가 이루어지도록 함이 바람직하며, 강박스거더의 후판 하부플랜지를 얇은 판으로 설계할 수 있도록 봉 형태의 점간격재(100)의 단면내 배치 개수를 자유롭게 선택하도록 제시하기 위해 해석을 수행한 결과를 통해 전단연결재의 종방향 배치간격은 150mm을 넘지 않도록 제시하고자 하며 표 3은 점지지 열수에 다른 적용간격을 표로 정리하였다.

도 1a는 종래 강박스거더의 예를 도시한 것이다.

도 1b는 종래 강박스거더에 있어 보강리브의 설치예를 도시한 것이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 기술적 작용을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 봉 형태의 점간격재가 설치된 강박스거더의 압축플랜지에 설치된 예를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 봉 형태의 점간격재가 1열로 종방향으로 강박스거더의 압축플랜지에 설치된 예를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 봉 형태의 점간격재가 4열로 종방향으로 강박스거더의 압축플랜지에 설치된 예를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 강박스 거더

11: 강박스 거더의 상부플랜지,

12: 강박스 거더의 복부

13:강박스 거더의 하부플랜지

100:봉 형태의 점간격재

Claims (5)

1. 교대 또는 교각 사이에 설치되어 하부플랜지의 양 측단부로부터 상방으로 연장된 복부를 포함하여 구성된 강박스거더에 있어서, 지점부에 지지되는 상기 하부플랜지(압축플랜지)의 상면에 종방향 및 횡방향으로 격자로 부착된 판재 형태의 보강리브를 대체하여,

   상기 종방향 보강리브 부착라인에 종방향으로 다수 이격되어 고정시킨 봉형태의 점간격재(100)를 부착시킴과 더불어 상기 다수 이격된 봉형태의 점간격재를 상기 횡방향 보강리브 부착라인에 병렬 설치되도록 하되, 상기 봉형태의 점간격재를 콘크리트에 매립되도록 설치하는 것을 특징으로 하는 이중합성 강박스거더의 압축플랜지 보강구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 점간격재는 수직봉 형태의 강재로 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 이중합성 강박스거더.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 점간격재는 종방향으로 이격된 거리가 서로 다르도록 하는 것을 특징으로 하는 이중합성 강박스거더.
4. 제 2항에 있어서, 상기 수직봉 형태의 강재는 스터드로 형성시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 이중합성 강박스거더.
5. 제 2항에 있어서, 상기 수직봉 형태의 강재는 철근으로 형성시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 이중합성 강박스거더.

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