KR101014195B1 - 프리스트레스트 웨브 골형강판 합성보 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨브를 한 쌍의 골형강판으로 구성한 철골보의 내부에 채워지는 콘크리트에 프리스트레싱을 도입한 강-콘크리트 합성보에 관한 것이다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 골이 면에 수직한 방향으로 길이방향을 따라 연속적으로 반복되도록 얇은 강판을 절곡하여 성형한 웨브판을 서로 이격하여 배치하고 웨브판의 하면에 하부 플랜지 역할을 하는 하부 플랜지판을 용접하여 조립한 철골보와, 철골보 내부에 타설되는 콘크리트와, 콘크리트에 미리 압축력을 도입하기 위해 철골보 내부에 설치되는 복수의 긴장재와, 철골보의 양단부에 결합되어 소요 긴장력으로 긴장된 긴장재의 양단부를 정작하는 정착장치와, 긴장재가 절곡되어 배치되도록 절곡하기 위해 철골보 내부에 설치되는 절곡장치와, 철골보 내부에 타설되는 콘크리트에 의한 측압에 의해 웨브판이 벌어지는 것을 방지하기 위해 철골보의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 설치되는 복수의 간격유지재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 웨브 골형강판 합성보가 제공된다.

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Description

프리스트레스트 웨브 골형강판 합성보{Prestessed Composite beam having Profiled Steel Web}

본 발명은 강-콘크리트 합성보에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨브를 한 쌍의 골형강판으로 구성한 철골보의 내부에 채워지는 콘크리트에 프리스트레싱을 도입한 강-콘크리트 합성보에 관한 것이다.

보란 구조적으로는 2지점에 의하여 수평 또는 그에 가까운 상태로 지지되어 재축에 대하여 직각 또는 빗방향의 하중을 받는 구조부재를 말한다.

철근콘크리트구조에 있어서 보는 현장타설공법에 의해 시공되므로 콘크리트가 응결, 경화하는 동안 일정한 형태와 치수를 유지시키기 위한 거푸집과 거푸집을 지지하기 위한 동바리가 필요하고 콘크리트가 충분한 강도에 도달할 때까지 이들을 존치시켜야 하는 단점이 있다.

철골구조에서는 보통 H형강이 사용된다. 그러나 H형강으로 구성된 보에 있어서 웨브는 상대적으로 부재의 단면이 얇기 때문에 좌굴에 취약하다는 단점이 있다. 또한 테두리 보나 보에 이웃하는 경간의 길이가 상이할 경우 비대칭 하중에 의해 보에 비틀림이 유발될 가능성이 크다. 이러한 좌굴이나 비틀림은 구조물의 사용성 과 밀접한 관계가 있으므로 이를 최소화할 필요가 있다.

한편 장스팬에 사용되는 보의 경우에 프리스트레스를 도입할 필요가 있는데 프리스트레스 도입시 긴장재의 정착 및 배치는 보의 합리적인 설계에 있어 중요한 문제가 된다.

본 발명은 상기한 제반사정을 감안하여 창작된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 강재와 콘크리트를 합성시켜 좌굴 및 비틀림에 대한 저항성을 향상시킨 강-콘크리트 합성보를 제공하는 데 있다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 골이 면에 수직한 방향으로 길이방향을 따라 연속적으로 반복되도록 얇은 강판을 절곡하여 성형한 웨브판을 서로 이격하여 배치하고 웨브판의 하면에 하부 플랜지 역할을 하는 하부 플랜지판을 용접하여 조립한 철골보와, 철골보 내부에 타설되는 콘크리트와, 콘크리트에 미리 압축력을 도입하기 위해 철골보 내부에 설치되는 복수의 긴장재와, 철골보의 양단부에 결합되어 소요 긴장력으로 긴장된 긴장재의 양단부를 정작하는 정착장치와, 긴장재가 절곡되어 배치되도록 절곡하기 위해 철골보 내부에 설치되는 절곡장치와, 철골보 내부에 타설되는 콘크리트에 의한 측압에 의해 웨브판이 벌어지는 것을 방지하기 위해 철골보의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 설치되는 복수의 간격유지재를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 웨브 골형강판 합성보가 제공된다.

본 발명의 다른 적절한 실시형태에 따르면, 정착장치는, 긴장재의 양단부에 각각 결합되는 쐐기와, 철골보의 웨브판 및 하부 플랜지판에 접합되어 쐐기를 지지하는 지압판과, 지압판을 보강하기 위해 지압판의 면에 대해 수직으로 접합되며 콘크리트가 유동할 수 있도록 다수의 구멍이 형성된 보강판을 포함하는 것을 특징으 로 하는 프리스트레스트 웨브 골형강판 합성보가 제공된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 절곡장치는, 저면판과, 저면판에 수직하게 일정 간격으로 결합되는 복수의 수직판과, 수직판을 관통하여 결합되는 강봉으로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 웨브 골형강판 합성보가 제공된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 수직판의 벌어짐을 구속할 수 있도록 수직판의 상부에는 덮개판이 더 설치된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 웨브 골형강판 합성보가 제공된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따르면, 골이 면에 수직한 방향으로 길이방향을 따라 연속적으로 반복되도록 얇은 강판을 절곡하여 성형한 웨브판을 서로 이격하여 배치하고 그들의 하면에 하부 플랜지 역할을 하는 하부 플랜지판을 용접하여 조립한 철골보의 내부에 긴장재를 배치하고 미리 긴장력을 도입한 다음 콘크리트를 치고 콘크리트가 소요의 강도로 경화된 후 긴장을 풀어줌으로써 콘크리트에 프리스트레스가 도입되도록 구성한 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 웨브 골형강판 합성보가 제공된다.

본 발명에서는 웨브를 골형강판(파형강판)으로 구성하여 콘크리트와의 기계적인 맞물림 작용으로 웨브판과 콘크리트 사이의 경계면에서의 상대변위(slip)를 방지하여 이들이 일체로 합성되도록 하였다. 또한 웨브를 한 쌍의 골형강판으로 구성함에 따라 기존의 철골보에 비해 좌굴 및 비틀림에 대한 저항력을 향상시켰다. 또한 철골보 내부에 채워지는 콘크리트에 미리 압축력을 줌으로써 철골보의 춤을 키우지 않으면서도 장스팬 및 고하중용으로 사용될 수 있도록 하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 표기하며, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 1a는 본 발명에 따른 합성보를 나타낸 사시도이고, 도 1b는 E-E에 따른 단면도이다.

본 발명에 따른 합성보는 다수의 골이 형성된 한 쌍의 웨브판(110a)(110b)과 하부 플랜지판(120)을 용접으로 접합한 철골보(10)와, 철골보(10)의 내부에 채워지는 콘크리트(20)와, 콘크리트(20)에 미리 소정의 압축력을 도입하기 위한 긴장재(30)와, 긴장재(30)를 정착하기 위한 정착장치(40)와, 보에 작용하는 외력에 효과적으로 저항할 수 있도록 긴장재(30)를 절곡하는 절곡장치(50)와, 콘크리트(20) 타설시 웨브판(110a)(110b)이 벌어지는 것을 방지하기 위한 간격유지재(60)로 이루어진다.

즉, 본 발명에 따른 합성보는 골이 길이방향을 따라 연속적으로 반복되도록 얇은 강판을 절곡하여 성형한 웨브판을 서로 이격하여 배치하고 그들의 하면에 하부 플랜지 역할을 하는 평판을 용접하여 조립한 철골보의 내부에 긴장재를 배치하고 미리 긴장력을 도입한 다음 콘크리트를 치고 콘크리트가 소요의 강도로 경화된 후 긴장을 풀어줌으로써 콘크리트에 프리스트레스가 도입되도록 구성한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 합성보에 있어 콘크리트를 타설하기 전의 상태를 나타낸 개략적으로 사시도이고, 도 3은 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 철골보(10)는 골이 면에 수직한 방향으로 길이방향을 따라 연속적으로 반복되도록 얇은 강판을 절곡하여 성형한 웨브판(110a)(110b)을 서로 이격하여 배치하고 그들의 하면에 하부 플랜지 역할을 하는 평판(하부 플랜지판, 120)을 용접하여 조립한 것이다. 본 발명에 있어 철골보(10)는 콘크리트 타설을 위한 거푸집의 역할을 하며 콘크리트가 경화된 후에도 제거되지 않고 콘크리트와 일체로 합성되어 외력에 저항하게 된다. 본 발명에서는 웨브를 골형강판(파형강판)으로 구성하여 콘크리트와의 기계적인 맞물림 작용으로 웨브판과 콘크리트 사이의 경계면에서의 상대변위(slip)를 방지하여 이들이 일체로 합성되도록 하였다. 또한 웨브를 한 쌍의 골형강판으로 구성함에 따라 기존의 철골보에 비해 좌굴 및 비틀림에 대한 저항력을 향상시켰다. 웨브판(110a)(110b)은 예컨데 냉간압연(cold-rolling)으로 만들어질 수 있으며 골의 형상은 도시된 "V' 자형 또는 "W"자형에 한정되지 않으며 둥근형상으로 구성될 수 있다.

그리고 철골보(10)는 일종의 거푸집 역할을 하므로 콘크리트(20) 타설시 벌어짐을 구속할 필요가 있다. 이를 위해 본 발명에서는 철골보(10)의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 간격유지재(60)를 설치하였다. 도면에는 간격유지재(60)로 앵글이 사용된 예를 도시하였으나 이에 한정되지 않으며 콘크리트 타설시의 측압에 견딜 수 있는 강도를 가져 웨브판(110a)(110b)이 벌어지지 않도록 구속할 수 있는 것이라면 어떤 형상의 것이라도 가능하며, 웨브판(110a)(110b)과의 접합방법은 용 접으로 접합하는 것이 유리하나 보조철물을 이용해 볼팅으로 접합하는 것도 가능함은 물론이다.

철골보(10) 내부에는 콘크리트(20)가 채워지게 되며 철골보(10)의 춤을 키우지 않으면서도 장스팬 및 고하중용으로 적용할 수 있도록 본 발명에 따른 합성보에서는 콘크리트에 미리 압축력이 도입된다. 이를 위해 철골보(10)의 내부에는 콘크리트 타설 전에 복수의 긴장재(30)가 배치된다. 긴장재(30)로는 PS강선 또는 PS강연선이 선택적으로 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 합성보에 있어 콘크리트를 타설하기 전의 상태를 나타낸 개략적으로 단면도이고, 도 5의 (a)는 도 4의 A-A에 따른 단면도이고, 도 5의 (b)는 도 4의 B-B에 따른 단면도이고, 도 5의 (c)는 도 4의 C-C에 따른 단면도이고, 도 5의 (d)는 도 4의 D-D에 따른 단면도이다.

긴장재(30)의 양단부는 철골보(10)의 양단부에 설치된 정착장치(40)에 의해 정착된다. 정착장치(40)는 PS강선 또는 PS강연선으로 된 긴장재의 정착에 쓰이는 공지된 정착장치 중 적절한 것을 선택해 사용하면 되며, 예를 들어, 유압잭 등에 의해 인장력이 도입된 긴장재(30)의 단부에 결합되는 쐐기(410)와 쐐기(410)가 지지되는 지압판(420)으로 구성될 수 있다. 지압판(420)은 철골보(10)의 웨브판(110a)(110b) 및 하부 플랜지판(120)에 용접으로 접합되어 콘크리트 타설을 위한 일종의 거푸집 역할도 하는 철골보(10)의 양단부를 폐쇄하는 기능을 한다. 그 강도 및 강성을 보강하기 위해 지압판(420)의 면에 대해 수직하게 보강판(430)이 결합될 수 있다(도 5의 (a) 참조). 그리고 보강판(430)에는 콘크리트가 유동할 수 있도록 다수의 구멍(431)을 형성하는 것이 바람직하다(도 3 참조).

한편, 긴장재(30)를 적절한 형상으로 배치함으로써 콘크리트에 원하는 힘을 줄 수 있는데 휨모멘트와 전단력을 동시에 받는 보의 경우 긴장재를 포물선상 또는 절곡하여 배치하고 적당한 편심거리를 둠으로써 원하는 응력평형상태를 얻어 경제적인 설계를 할 수 있다. 이를 위해 본 발명에서는 철골보(10)의 길이방향으로 따라 절곡장치(50)를 설치하였다.

도 6a는 단부 절곡장치를 나타낸 사시도이고, 도 6b는 중앙부 절곡장치를 나타낸 사시도이며, 도 6c는 단부와 중앙부에 모두 적용할 수 있는 절곡장치를 나타낸 사시도이다.

절곡장치(50)는 저면판(510)과 저면판(50)에 수직하게 결합되는 복수의 수직판(520)과 수직판을 관통하여 결합되는 강봉(530)으로 구성된다. 수직판(520)에는 강봉(530)이 관통할 수 있도록 관통공(521)이 형성되어 있으며 강봉(530)에는 그 양단부에 나사산이 가공되어 있어 너트를 각각 체결될 수 있도록 구성되어 있다. 따라서 강봉(530)은 수직판(520)에 형성된 관통공(521)을 관통하게 되고 그 양단부에 너트가 체결됨으로써 수직판(520)을 관통하여 고정될 수 있다. 수직판(520)은 긴장재(30)의 직경보다 더 큰 공간이 형성될 수 있도록 서로 이격되어 설치되며 긴장재(30)는 수직판(520) 사이의 공간을 통과하게 되고 강봉(530)에 의해 위로 또는 아래로 구부려지게 된다. 도 4에서는 절곡장치(50)가 보의 지간 중앙부와 단부에 설치된 것으로 도시하였으나 긴장재가 포물선 또는 현수선과 유사한 곡선을 그리면서 구부려 질 수 있도록 다수 개를 설치할 수도 있다. 또한 도면에서는 절곡장 치(50)의 설치위치에 따라 단부에 설치되는 절곡장치(50a)의 경우 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 수직판(520)의 높이가 웨브판(110a)(110b)의 높이와 대략 동일한 높이를 가지고 중앙부에 설치되는 절곡장치(50b)의 경우 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이 수직판(520)의 높이가 웨브판(110a)(110b)의 높이에 대해 상대적으로 아주 낮게 형성되어 있으나, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 수직판(520)의 높이를 웨브판(110a)(110b)의 높이와 대략 동일한 높이를 가지도록 하고 수직판(520)의 높이방향으로 다수 개의 관통공(521)을 형성하여 강봉(530)의 설치위치를 변경함에 따라 단부 및 중앙부에 모두 적용할 수 있도록 구성할 수 있다. 또한 수직판(520)의 벌어짐을 구속할 수 있도록 수직판(520)의 상부에는 덮개판(540)을 더 설치할 수 있다. 한편, 절곡장치(50)는 위에서 설명한 절곡장치에 특별히 한정되지는 않으며, 긴장재(50)가 절곡되어 긴장될 수 있도록 하는 공지의 절곡장치로부터 선택되어 적용될 수도 있다.

위에서 본 발명은 예시한 도면을 참조로 하여 설명되었으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1a는 본 발명에 따른 합성보를 나타낸 사시도이고, 도 1b는 E-E에 따른 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 합성보에 있어 콘크리트를 타설하기 전의 상태를 나타낸 개략적으로 사시도이고, 도 3은 평면도이며, 도 4는 단면도이다.

도 5a는 도 4의 A-A에 따른 단면도이고, 도 5b는 도 4의 B-B에 따른 단면도이고, 도 5c는 도 4의 C-C에 따른 단면도이고,도 5d는 도 4의 D-D에 따른 단면도이다.

도 6a는 단부 절곡장치를 나타낸 사시도이고, 도 6b는 중앙부 절곡장치를 나타낸 사시도이며, 도 6c는 단부와 중앙부에 모두 적용할 수 있는 절곡장치를 나타낸 사시도이다.

Claims (5)

1. 골이 면에 수직한 방향으로 길이방향을 따라 연속적으로 반복되도록 얇은 강판을 절곡하여 성형한 웨브판을 서로 이격하여 배치하고 웨브판의 하면에 하부 플랜지 역할을 하는 하부 플랜지판을 용접하여 조립한 철골보와,

   철골보 내부에 타설되는 콘크리트와,

   콘크리트에 미리 압축력을 도입하기 위해 철골보 내부에 설치되는 복수의 긴장재와,

   철골보의 양단부에 결합되어 소요 긴장력으로 긴장된 긴장재의 양단부를 정작하는 정착장치와,

   긴장재가 절곡되어 배치되도록 절곡하기 위해 철골보 내부에 설치되는 절곡장치와,

   철골보 내부에 타설되는 콘크리트에 의한 측압에 의해 웨브판이 벌어지는 것을 방지하기 위해 철골보의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 설치되는 복수의 간격유지재를 포함하며,

   정착장치는,

   긴장재의 양단부에 각각 결합되는 쐐기와, 철골보의 웨브판 및 하부 플랜지판에 접합되어 쐐기를 지지하는 지압판과, 지압판을 보강하기 위해 지압판의 면에 대해 수직으로 접합되며 콘크리트가 유동할 수 있도록 다수의 구멍이 형성된 보강판을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 웨브 골형강판 합성보.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,

   절곡장치는,

   저면판과, 저면판에 수직하게 일정 간격으로 결합되는 복수의 수직판과, 수직판을 관통하여 결합되는 강봉으로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 웨브 골형강판 합성보.
4. 제3 항에 있어서,

   수직판의 벌어짐을 구속할 수 있도록 수직판의 상부에는 덮개판이 더 설치된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 웨브 골형강판 합성보.
5. 삭제

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