KR101011220B1

KR101011220B1 - 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더

Info

Publication number: KR101011220B1
Application number: KR1020100063988A
Authority: KR
Inventors: 김상효; 안진희; 유정호; 한승수; 조창건; 최규태
Original assignee: 연세대학교 산학협력단; 유호산업개발(주)
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2011-01-26
Also published as: US20130097947A1; US8621797B2; WO2012002642A3; WO2012002642A2

Abstract

본 발명은 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강구조물을 구성하는 강거더에 있어서, 상기 강거더 하면부에 연결되고, 상호 이격 배열된 다수 개의 연결브라켓과, 일정 온도로 가열된 상태로 상기 각 연결브라켓 하면부에 연결되어 상온에서 냉각 수축됨으로써 강거더에 미리 압축응력을 도입하는 커버플레이트를 포함하여 이루어져, 일반적으로 강거더의 제작 및 이동성을 보장하기 위해 일정한 길이로 규격화되어 제작되는 강거더를 장경간에 사용하는 경우 복수의 강거더를 연결하여 사용하게 되는데, 이때 강거더의 연결 부분에는 복부판 및 플랜지에 강판을 덧대고 볼트를 체결하게 되며, 따라서 종래의 온도프리스트레싱을 위한 강판은 강거더의 연결 부분 때문에 프리스트레싱 구간이 단속적일 수밖에 없어 강거더의 연결 부분에서 프리스트레스 효과가 저감되는 문제를 해결하기 위해 강거더와 커버플레이트 사이에 연결브라켓을 설치하여 커버플레이트의 설치 시 강거더의 연결 부분에 의한 제한을 받지 않게 되어 프리스트레싱 구간을 연속적으로 도입할 수 있어 프리스트레스 효과를 증가시킬 수 있고, 아울러 연결브라켓이 강거더와 커버플레이트를 일정한 간격으로 이격시킴으로써 단면 2차 모멘트의 증대와, 이에 의한 단면효율 극대화로 교량의 장지간화를 이룰 수 있는 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더를 제안하고자 한다.

Description

내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더{STEEL GIRDER}

본 발명은 일반적으로 강거더의 제작 및 이동성을 보장하기 위해 일정한 길이로 규격화되어 제작되는 강거더를 장경간에 사용하는 경우 복수의 강거더를 연결하여 사용하게 되는데, 이때 강거더의 연결 부분에는 복부판 및 플랜지에 강판을 덧대고 볼트를 체결하게 되며, 따라서 종래의 온도프리스트레싱을 위한 강판은 강거더의 연결 부분 때문에 프리스트레싱 구간이 단속적일 수밖에 없어 강거더의 연결 부분에서 프리스트레스 효과가 저감되는 문제를 해결하기 위해 강거더와 커버플레이트 사이에 연결브라켓을 설치하여 커버플레이트의 설치 시 강거더의 연결 부분에 의한 제한을 받지 않게 되어 프리스트레싱 구간을 연속적으로 도입할 수 있어 프리스트레스 효과를 증가시킬 수 있고, 아울러 연결브라켓이 강거더와 커버플레이트를 일정한 간격으로 이격시킴으로써 단면 2차 모멘트의 증대와, 이에 의한 단면효율 극대화로 교량의 장지간화를 이룰 수 있는 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더에 관한 것이다.

일반적으로 강재 거더 또는 강거더는 'H형강' 또는 'I형강'으로 이루어져 교량의 교각이나 교대 상부에 연결되어 교량의 상부구조를 형성하게 되는데,

이 경우 강거더의 제작이나, 운반, 설치 작업 등의 용이성을 위하여 강거더는 일정한 길이, 즉 대략 13 내지 15m 정도의 길이로 규격화되어 제작된다.

따라서 일정한 길이로 규격화된 강거더를 장경간에 이용하기 위해서는 몇 개의 강거더를 연결하여 사용하여야 하기 때문에 상호 인접한 강거더의 단부 부분에는 연결부를 두어야만 한다.

이 경우 인접한 각 강거더의 단부 부분에 위치하는 웨브와 플랜지에는 강판을 덧대어 고정시키기 위해 상호 대응하는 결합공이 형성되고,

각 결합공에 고장력 볼트가 삽입되어 너트가 체결됨으로써 웨브와 강판, 플랜지과 강판을 고정 결합시키게 된다.

따라서 장경간에 이용되는 강거더의 연결 부분에서, 특히 각 강거더의 플랜지 하면에는 기존 온도프리스트레싱을 위한 커버플레이트를 덧대어 결합시키게 되는데,

이때 상기 플랜지와 강판을 연결하는 고장력 볼트가 체결된 연결 부분 때문에 커버플레이트를 강거더에 연속적으로 덧대어 고정시키는 것이 어렵게 된다.

이는 인접한 강거더 간의 연결 부분은 커버플레이트의 연속적인 설치를 간섭 및 제한하여 커버플레이트에 의한 프리스트레싱 구간이 13 내지 15m 구간으로 제한함으로써 프리스트레싱 구간을 단속적으로 밖에 도입할 수 없게 하여 커버플레이트에 의한 프리스트레싱 효과가 저감되는 문제가 있다.

더 나아가 종래와 같이 커버플레이트를 강거더에 직접 연결시키는 경우에는 단면 2차 모멘트에 의한 단면강성이 강거더의 높이로 제한되어 그 증대 효과가 크지 않아 교량의 장지간화에 적용하기에는 내하성능이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

일반적으로 강거더의 제작 및 이동성을 보장하기 위해 일정한 길이로 규격화되어 제작되는 강거더를 장경간에 사용하는 경우 복수의 강거더를 연결하여 사용하게 되는데, 이때 강거더의 연결 부분에는 복부판 및 플랜지에 강판을 덧대고 볼트를 체결하게 되며, 따라서 종래의 온도프리스트레싱을 위한 강판은 강거더의 연결 부분 때문에 프리스트레싱 구간이 단속적일 수밖에 없어 강거더의 연결 부분에서 프리스트레스 효과가 저감되는 문제를 해결하기 위해

강거더와 커버플레이트 사이에 연결브라켓을 설치하여 커버플레이트의 설치 시 강거더의 연결 부분에 의한 제한을 받지 않게 되어 프리스트레싱 구간을 연속적으로 도입할 수 있어 프리스트레스 효과를 증가시킬 수 있고,

아울러 연결브라켓이 강거더와 커버플레이트를 일정한 간격으로 이격시킴으로써 단면 2차 모멘트의 증대와, 이에 의한 단면효율 극대화로 교량의 장지간화를 이룰 수 있는 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더를 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 각 연결브라켓의 형성높이는 상기 커버플레이트의 양단부에서 중심부 쪽으로 갈수록 점진적으로 증가하도록 형성되어 각 연결브라켓 하면부에 고정된 커버플레이트가 중심부로 갈수록 배가 형성되도록 함으로써 커버플레이트의 중심부에서의 단면강성을 보강하여 프리스트레스 효과를 더욱 극대화시킴으로써 구조물의 사하중(고정하중)에 의해 발생하는 응력을 상쇄시키고,

아울러 커버플레이트에 의한 구조단면의 증가로 보다 경제적이면서 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더를 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.

본 발명에 따른 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더는 강구조물을 구성하는 강거더에 있어서, 상기 강거더 하면부에 연결되고, 상호 이격 배열된 다수 개의 연결브라켓; 및 일정 온도로 가열된 상태로 상기 각 연결브라켓 하면부에 연결되어 상온에서 냉각 수축됨으로써 강거더에 미리 압축응력을 도입하는 커버플레이트;를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 상기 각 연결브라켓의 형성높이는 상기 커버플레이트의 양단부에서 중심부 쪽으로 갈수록 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 연결브라켓은 상기 강거더 하면부와 연결된 상면판과, 상기 커버플레이트와 연결된 하면판과, 상기 상면판 및 하면판의 양측부와 연결된 측면판과, 상기 상면판, 하면판 및 측면판의 각 내측면과 연결되고, 상기 강거더의 길이방향과 평행하게 배열된 보장지지판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 강거더에는 상기 각 연결브라켓의 설치 위치에 연결된 보강부재가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더는 일반적으로 강거더의 제작 및 이동성을 보장하기 위해 일정한 길이로 규격화되어 제작되는 강거더를 장경간에 사용하는 경우 복수의 강거더를 연결하여 사용하게 되는데, 이때 강거더의 연결 부분에는 복부판 및 플랜지에 강판을 덧대고 볼트를 체결하게 되며, 따라서 종래의 온도프리스트레싱을 위한 강판은 강거더의 연결 부분 때문에 프리스트레싱 구간이 단속적일 수밖에 없어 강거더의 연결 부분에서 프리스트레스 효과가 저감되는 문제를 해결하기 위해

아울러 연결브라켓이 강거더와 커버플레이트를 일정한 간격으로 이격시킴으로써 단면 2차 모멘트의 증대와, 이에 의한 단면효율 극대화로 교량의 장지간화를 이룰 수 있게 된다.

아울러 커버플레이트에 의한 구조단면의 증가로 보다 경제적이면서 내하성능 및 사용성능을 개선시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 강거더를 나타내는 사시도 및 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 강구조물에서 서로 높이를 달리하는 연결브라켓이 구비된 강거더를 나타내는 사시도 및 정면도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 강거더의 다른 변형례를 나타내는 사시도 및 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 연결브라켓의 또 다른 변형례를 나타내는 사시도 및 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 연결브라켓의 또 다른 변형례를 나타내는 사시도 및 정면도,
도 7 내지 도 9은 본 시험에 적용된 타입별 모형을 나타내는 쉘 분포도,
도 10및 도 11은 도 7 내지 도 9의 모형별 해석 값을 하중-변위 곡선으로 도식화한 그래프,
도 12 내지 도 16는 연결브라켓의 높이가 동일한 경우와 동일하지 않은 경우에 따른 해석 결과를 나타내는 결과도.

본 발명에 따른 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더는

강구조물을 구성하는 강거더(10)에 있어서, 상기 강거더(10) 하면부에 연결되고, 상호 이격 배열된 다수 개의 연결브라켓(20); 및 일정 온도로 가열된 상태로 상기 각 연결브라켓(20) 하면부에 연결되어 상온에서 냉각 수축됨으로써 강거더에 미리 압축응력을 도입하는 커버플레이트(30);를 포함하여 이루어진다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더에서, 상기 강거더(10)는

교량의 교각이나 교대 상부에 연결되어 교량의 상부구조를 형성하게 되는데,

일반적으로 강재 거더, 즉 'H형강' 또는 'I형강'의 강거더(10)는 그 제작이나, 운반, 설치 작업 등의 용이성을 위하여 일정한 길이, 즉 대략 13 내지 15m 정도의 길이로 규격화되어 제작된다.

따라서 상기한 바와 같이 일정한 길이로 규격화된 강거더(10)를 장경간에 이용하기 위해서는 몇 개의 강거더(10)를 연결하여 사용하여야 하기 때문에 각 강거더(10)의 단부 부분에는 연결부를 두어야만 한다.

이 경우 상호 인접한 강거더(10)의 단부 부분에 위치하는 웨브(11)와 플랜지(13)에 강판을 덧대어 고정시키기 위해 웨브(11), 플랜지(13) 및 상기 강판(3)에는 상호 대응하는 결합공(17)에 형성되고,

각 결합공(17)에 고장력 볼트(1)가 삽입되어 너트가 체결됨으로써 웨브(11)와 강판(3), 플랜지(13)와 강판(3)을 고정 결합시키게 된다.

따라서 장경간에 이용되는 강거더(10)의 연결 부분에서, 특히 각 강거더(10)의 플랜지(13)에는 고장력 볼트(1)에 의하여 기존 온도프리스트레싱을 위한 커버플레이트(30)를 강거더(10) 하면부에 덧대어 고정시키는 경우

상기 플랜지(13)와 강판(3)을 연결하는 고장력 볼트(1)가 체결된 연결 부분 때문에 커버플레이트(30)를 상호 연결된 강거더(10)에 연속적으로 덧대어 고정시키는 것이 어렵게 된다.

이는 상호 인접한 강거더(10) 간의 연결 부분이 커버플레이트(30)의 설치 위치를 간섭 및 제한하여 프리스트레싱 구간이 13 내지 15m 구간으로 제한되어 프리스트레싱을 단속적으로 밖에 도입할 수 없어 프리스트레싱 효과가 저감되는 문제가 발생하게 된다.

따라서 이하에서는 상기한 바와 같은 종래의 문제를 해결하여 프리스트레싱 구간의 제한 없이 연속적으로 도입하고,

아울러 강구조물의 단면강성을 보강하기 위해 도입된 연결브라켓(20)에 관한 구성을 보다 자세하게 기술하기로 한다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더에서, 상기 연결브라켓(20)은

상기 강거더(10)의 하면부에 연결되고, 상호 일정한 간격으로 이격 배열되어 상기 강거더(10)와 커버플레이트(30)가 상호 일정한 간격으로 이격되도록 한다.

본 발명에 따른 연결브라켓(20)은 상기 강거더(10)의 길이방향을 따라 강거더(10) 하면부에 연결되는 상면판(21)과,

커버플레이트(30)와 연결된 하면판(23)과,

상기 상면판(21) 및 하면판(23)의 양측부에 연결된 측면판(25)과,

상기 상면판(21), 하면판(23) 및 측면판(25)의 각 내측면과 연결되고, 상기 강거더(10)의 길이방향과 평행하게 배열된 보강지지판(27)을 포함하여 이루어진다.

즉 본 발명에 따른 연결브라켓(20)은 블록 또는 박스 형태로 이루어지고, 상기 상면판(21) 및 하면판(23)에는 각각 다수의 체결공(29)이 형성되어 있으며,

상기 상면판(21) 및 하면판(23)의 각 체결공(29)에 대응하여 상기 강거더(10)의 플랜지(13) 및 커버플레이트(30)에도 다수의 체결공(15)(31)이 형성된다.

따라서 상기 상면판(21)의 각 체결공(29)과, 상기 플랜지(13)에 각 체결공(15)에 고장력 볼트(1)를 삽입하여 너트로 체결하여 상기 연결브라켓(20)의 상면판(21)과 강거더(10)의 플랜지(13)를 결합시키고,

그리고 상기 하면판(23)의 각 체결공(29)과, 커버플레이트(30)가 각 체결공(31)에 고장력 볼트(1)를 삽입하여 너트로 체결하여 상기 연결브라켓(20)의 하면판(23)과 커버플레이트(30)를 결합시키게 된다.

이 경우 우선 상기 강거더(10)의 하면부에 그 길이방향을 따라 상기 연결브라켓(20)의 상면판(21)을 결합시키고, 다음으로 상기 각 연결브라켓(20)의 하면판(23)에 커버플레이트(30)를 결합시키거나,

또는 상기 각 연결브라켓(20)의 하면판(23)에 커버플레이트(30)를 결합시킨 상태에서 상기 강거더(10)의 하면부에 커버플레이트(30)가 결합된 연결브라켓(20)의 상면판(21)을 결합시키는 것도 가능하고,

다만 상기 강거더(10), 연결브라켓(20) 및 커버플레이트(30)의 설치 작업 순서는 작업 용이성과 그 신속성을 고려하여 결정할 수 있는 사항이다.

아울러 상기 연결브라켓(20)의 측면판(25)은 연결브라켓(20)이 일정한 형성높이를 갖도록 연결브라켓(20)의 양측벽을 형성하게 되며,

이때 상기 측면판(25)의 형성높이를 충분히 확보하여 강구조물의 단면 2차 모멘트를 증대시킬 수 있도록 함으로서 강구조물의 단면강성을 보강하여 내하성능을 증대시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 연결브라켓(20)의 보강지지판(27)은 연결브라켓(20)의 내측부에 구비되고, 강거더(10)의 길이방향과 평행하게 배열되어 있어 연결브라켓(20)의 강성을 보강하여 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

더 나아가 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연결브라켓(20)은 서로 마주하는 측면판(25)이 구비되지 않은 경우에는

각 측면판(25)이 구비되지 않은 부분을 맞댄 후, 즉 각 연결브라켓(20)의 상면판(21), 보강지지판(27) 및 하면판(23)을 서로 맞대어 형성된 연결 부위에 강판(3)을 결합시키게 된다.

즉 상기 각 연결브라켓(20)의 보강지지판(27)에는 다수의 체결공(29)이 형성되어 있고, 상기 각 체결공(29)에 대응하도록 상기 강판에 체결공이 형성되어 있어 상기 보강지지판(27) 및 강판(3)의 각 체결공(29)에 고장력 볼트(1)를 체결하여 각 연결브라켓(20)을 결합시키게 된다.

한편 도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연결브라켓(20)은 그 형성높이를 달리하여 그 하면부에 연결되는 커버플레이트(30)가 중심부로 갈수록 아랫방향을 향하는 구배를 형성할 수 있도록 함으로써 효과적인 프리스트레싱을 도입할 수 있게 된다.

따라서 상기 각 연결브라켓(20)의 형성높이는 커버플레이트(30)의 양단부에서 중심부 쪽으로 갈수록 점진적으로 증가하도록, 즉 높아지도록 형성되고,

이 경우 상기 커버플레이트(30)는 양단부에서 중심부로 일정한 구배를 형성하게 되므로

상기 각 연결브라켓(20)의 양측면판(25)은 중심부 쪽을 위치하는 측면판(25)이 그 반대쪽에 위치하는 측면판(25)에 비하여 길이가 길게 형성된다.

그리고 상호 길이가 다른 각 연결브라켓(20)의 측면판(25) 하단부에 연결되는 하면판(23)은 커버플레이트(30)의 구배와 동일한 경사를 이루게 되고,

따라서 각 해당위치에서 일정한 구배를 갖는 연결브라켓(20) 하부에 연결된 커버플레이트(30)는 중심부로 갈수록 아랫방향을 향하는 구배를 형성하여

사하중이나 활하중에 의한 압축력에 대한 프리스트레스로 작용함으로써 강구조물의 상향력을 증대시켜 보다 효과적인 프리스트레싱을 도입할 수 있게 된다.

즉 본 발명에 따른 연결브라켓(20)은 강거더(10)와 커버플레이트(30)가 직접 연결되지 않으면서 프리스트레스를 구조적인 제한 없이 연속적으로 도입할 수 있고,

또한 강거더(10)와 커버플레이트(30)를 상호 이격시켜 확대된 단면 2차 모멘트에 의하여 단면강성을 증대시켜 강구조물의 내하성능을 향상시키며,

아울러 강구조물의 상향력을 증대시켜 보다 효과적인 프리스트레싱을 도입할 수 있게 된다.

그리고 상기 연결브라켓(20)을 제조하는 방법은 'H형강' 또는 'I형강'을 일정한 사이즈로 절단하게 되면 'H형강' 또는 'I형강' 플랜지가 상면판(21)과 하면판(23), 그리고 웨브가 보강지지판(27)을 이루게 되며,

다음으로 각 측면판(25)을 상기 상면판(21) 및 하면판(23) 양측부에 용접하여 결합시키게 된다.

아울러 첨부된 도면에는 도시되지 않았지만 상기 연결브라켓은 상기 각 측면판을 연결하지 않고, 'H형강' 또는 'I형강'을 일정한 사이즈로 절단하여 그대로 사용하는 것도 가능하다.

더 나아가 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연결브라켓(20)은 상기 강거더의 길이방향을 따라 다수 구비되는데,

이 경우 상기 연결브라켓(20) 중 커버플레이트의 양단부 부분을 지지하기 위해 양측지점에 위치하는 각 연결브라켓(20)에는 그 측면부 중에서 외측으로 배열된 측면부를 외측에서 내측방향을 향하도록 일정한 기울기를 갖는 경사부(28)가 형성된다.

즉 상기 연결브라켓(20)의 경사부(28)는 상면판(21)의 길이가 하면판(23)의 길이보다 길게 형성되고,

내측에 위치하는 측면판(25)은 수직하게 연결되며, 상기 경사부(28)를 형성하는 외측에 위치하는 측면판(25)은 상기한 바와 같이 일정한 기울기를 갖도록 비스듬하게 상기 상면판(21)과 하면판(23)에 용접되어 결합된다.

이는 양측지점에 위치하는 각 연결브라켓(20)에서 단면이 급격하게 변화하는 경우 이 부분에서 국부적으로 응력이 집중되는 응력집중현상이 발생하여 재료의 파괴나, 균열을 일으켜 내구성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있으므로,

양측지점에 위치하는 각 연결브라켓(20)에 경사부(28)를 형성하여 단면 변화를 최소화함으로써 이 부분에서의 응력집중현상을 방지하여 연결브라켓(20)의 내구성을 보장할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더에서, 상기 커버플레이트(30)는

상기 각 연결브라켓(20)의 하면부에 연결되어 강구조물을 사하중이나 활하중에 의한 응력에 대한 프리스트레스로 작용을 하게 된다.

본 발명에 따른 커버플레이트(30)는 강재로 이루어지고, 상기 각 연결브라켓(20)의 하면판(23)에 연결되는데,

상기 커버플레이트(30)에는 상기 각 하면판(23)의 각 체결공(29)에 대응하는 체결공(31)이 형성되어 있어 상기 각 하면판(23)의 체결공(29)과 커버플레이트(30)의 체결공(31)에 고장력 볼트(1)를 삽입하고, 고장력 볼트(1)에 너트를 체결하여 각 연결브라켓(20)과 커버플레이트(30)를 고정 결합시키게 된다.

즉 본 발명에 따른 커버플레이트(30)는 상기 연결브라켓(20)에 장착하기 전에 일정한 온도로 가열한 후,

가열된 커버플레이트(30)를 상기 각 연결브라켓(20)에 고정시키게 되면 상기 커버플레이트(30)는 상온에서 냉각 수축하여 상기 강거더(10)에 압축 응력을 미리 인가하게 된다.

따라서 프리스트레스가 인가된 커버플레이트(30)는 상기 강구조물의 자체 하중, 즉 사하중이나, 또는 활하중에 의하여 강거더(10)에 인가되는 인장응력에 저항하고,

또한 상기 연결브라켓(20)의 형성높이 만큼 증가된 단면강성이 증대되며,

아울러 커버플레이트(30)에 의한 프리스트레싱을 강거더(10)의 연결 부분에서 단속되지 않고 연속적으로 도입할 수 있어 강구물의 내하성능 및 사용성능을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

더 나아가 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 강거더(10)에는 상기 각 연결브라켓(20)이 설치된 위치에 보강부재(40)가 연결되는데,

상기 보강부재(40)는 상기 각 연결브라켓(20)의 측면판(25)에 평행하고, 그 직상방에 배열되도록 상기 강거더(10)에 용접되어 일체로 구비된다.

즉 상기 보강부재(40)는 각 연결브라켓(20)이 설치된 강거더(10) 부분의 강성을 보강하게 되는데,

이는 상기 커버플레이트(30)에 의한 프리스트레스의 도입 시 커버플레이트(30)가 연결된 각 연결브라켓(20)에 인가되는 응력에 대하여 상기 보강부재(40)가 저항하도록 함으로써 각 연결브라켓(20)이 설치되는 부분에서의 강성을 증대시켜 강구조물의 구조적인 안정성을 보다 효과적으로 작용할 수 있도록 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 연결브라켓이 도입된 온도프리스트레싱 공법의 효과를 분석하기 위하여 범용구조해석 프로그램(LUSAS 14.0)을 이용하여 보를 모형화 하였다.

여기서 강거더, 커버플레이트 및 연결브라켓은 쉘 요소를 이용하였으며, 일반적인 강재제원을 모형에 적용하였고,

비교 모델은 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 3가지 형태로 정하고, 해석 값은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 하중-변위 곡선으로 도식화하여 비교하였다.

비교 모델

Type 1 : 일반 H형강(도 7)

Type 2 : 기존 온도프리스트레싱 공법(도 8)

Type 3 : 연결브라켓(20)을 이용한 온도프리스트레싱 공법(도 9)

비교 대상의 주보는 H-588×300×12×20의 크기를 가지며, Type 2와 3은 동일한 두께(12mm) 커버플레이트와 다단계 온도프리스트레스(5℃-15℃-5℃)를 도입하였다.

보의 탄성구간 강성은 연결브라켓을 이용한 온도프리스트레싱 공법이 가장 크며 항복하중 또한 크게 나타나고 있음을 확인할 수 있는데,

이는 연결브라켓을 이용한 커버플레이트가 중립축을 낮추는 효과를 보이면서 단면효율이 커지는 결과이다.

그리고 Type 1의 일반 H형강의 항복하중(약 280KN)에서 각각의 처짐은 type 1의 경우 45mm, type 2의 경우 38mm, type 3의 경우는 21mm 이므로 연결브라켓을 이용한 온도프리스트레싱 공법은 항복하중을 증가시키고,

처짐은 감소시키므로 허용 처짐에 제한을 받는 가설구조에 사용한다면 내하성능의 증가 및 처짐의 감소로 인하여 보다 경제적인 설계를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

다음으로는 연결브라켓의 높이에 따른 온도프리스트레싱의 효과를 확인하기 위하여 범용 유한요소해석 프로그램(MIDAS CIVIL)을 이용한 구조 해석 결과를 기술하기로 한다.

우선 강거더와 커버플레이트는 FRAME 요소를 사용하였으며, 모델의 단면제원을 도 12에 도시된 바와 같고,

주부재로 SS400 강종의 압연형강 H-300×150×6.5×9 사용하였으며, 연결브라켓은 압연형강 H-194×150×6×9와 H-150×150×7×10을 사용하였다.

첫 번째 모형은 연결브라켓 전체가 동일한 크기(H-194×150×6×9)의 것을 사용하였으며,

두 번째 모형은 지점부 쪽 연결브라켓의 크기를 H-150×150×7×10으로 높이를 낮춰 사용하였다.

그리고 온도프리스트레싱 도입을 위한 커버플레이트에는 인장응력이 작용하게 되므로 커버플레이트의 강종은 거더의 강종보다 공칭허용응력이 큰 두께 22mm의 SM520 강종을 사용하였다.

구조해석 시 지점부는 고정단으로 보았으며, 하중은 경간 중앙에 50 tonf의 집중하중을 재하하였다.

도 13 및 도 14의 도시는 본 구조해석의 모형으로 도 13에는 연결브라켓이 높이가 동일한 경우가 도시되어 있고,

도 14에는 연결브라켓의 높이가 상호 다른 경우를 도시한 것을 나타내고 있다.

해석결과

연결브라켓의 높이에 따른 사용성을 평가하기 위하여 커버플레이트에 80℃의 온도를 각각 제어하여 프리스트레싱을 도입하여 동일한 높이를 가지는 연결브라켓을 사용한 강거더와 높이의 차를 가지는 연결브라켓을 사용한 강거더의 처짐량을 확인하였다.

도 15의 도시는 연결브라켓 높이의 차에 따른 해석결과로 연결브라켓의 높이가 동일한 거더의 경우 처짐량이 15.003mm이었으며,

연결브라켓의 높이의 차이를 가지는 강거더의 경우 처짐량이 14.576mm로 0.427mm의 처짐이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

이것은 연결브라켓의 높이의 차로 인해 프리스트레싱력이 축력과 함께 상향력을 가질 수 있어 생기는 이점이라 할 수 있다.

또한 높이의 차이가 없는 연결브라켓을 사용한 강거더의 커버플레이트 80°, 높이의 차이를 가지는 연결브라켓을 사용한 강거더의 커버플레이트에 72°를 각각 제어하여 처짐량을 비교하였다.

도 16의 도시는 커버플레이트에 도입 온도차에 따른 해석결과로 연결브라켓의 높이가 동일한 거더의 경우 처짐량이 15.003mm이었으며,

연결브라켓의 높이의 차이를 가지는 강거더의 경우 처짐량이 14.996mm로 0.007mm의 처짐이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

이것은 온도의 차이는 8°의 차이를 보이지만, 처짐량은 비슷하게 나타나므로 동일한 효과를 낼 경우 온도 도입의 시간을 절약할 수 있어 공사기간과 온도 도입 시 생기는 부수적인 지출을 줄일 수 있음을 의미한다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더를 설명함에 있어 특정 형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

SS : 강구조물
1 : 고장력볼트 3 : 강판
10 : 강거더 11 : 웨브
13 : 플랜지 15 : 체결공
17 : 결합공
20 : 연결브라켓 21 : 상면판
23 : 하면판 25 : 측면판
27 : 보강지지판 28 : 경사부
29 : 체결공
30 : 커버플레이트 31 : 체결공
40 : 보강부재

Claims

강구조물을 구성하는 강거더에 있어서,
상기 강거더 하면부에 연결되고, 상호 이격 배열된 다수 개의 연결브라켓; 및
일정 온도로 가열된 상태로 상기 각 연결브라켓 하면부에 연결되어 상온에서 냉각 수축됨으로써 강거더에 미리 압축응력을 도입하는 커버플레이트;
를 포함하여 이루어진 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더.
제 1 항에 있어서,
상기 각 연결브라켓의 형성높이는 상기 커버플레이트의 양단부에서 중심부 쪽으로 갈수록 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더.
제 1 항에 있어서, 상기 연결브라켓은
상기 강거더 하면부와 연결된 상면판과,
상기 커버플레이트와 연결된 하면판과,
상기 상면판 및 하면판의 양측부와 연결된 측면판과,
상기 상면판, 하면판 및 측면판의 각 내측면과 연결되고, 상기 강거더의 길이방향과 평행하게 배열된 보장지지판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강거더에는 상기 각 연결브라켓의 설치 위치에 연결된 보강부재가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 내하성능 및 사용성능이 개선된 강거더.