KR101023172B1 - 측면에서의 긴장이 가능한 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 제조방법 등에 관한 것으로, 특히 프리캐스트 콘크리트 분절거더를 이용한 상부구조물 제조에 있어서 분절거더 간의 이음부 및 일체화된 거더 정착단의 안전성을 증대시키고, 긴장 작업시의 작업성을 향상시키며, 유지관리용 긴장재를 배치하여 거더의 공용수명을 증가시킬 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 긴장력도입을 위한 잭이 수용되는 잭수용공간과, 상기 잭수용공간과 연통되는 내측정착단용 긴장재 수용을 위한 제1덕트와, 외부정착단용 긴장재 수용을 위한 제2덕트와, 다른 세그먼트의 이음단부와의 접합을 위한 전단키가 구비되는 좌측세그먼트와; 상기 좌측세그먼트와 서로 대향하되 동일구조를 이루도록 형성되는 우측세그먼트와; 상기 좌측세그먼트 및 우측세그먼트의 전단키가 삽입되도록 양단 이음면에 구비되는 전단키홈과, 내측정착단용 긴장재 및 외부정착단용 긴장재 수용을 위한 제1덕트 및 제2덕트에 각각 연결되는 제1연결덕트 및 제2연결덕트가 구비되는 중앙세그먼트를 포함하되, 상기 각 세그먼트들이 프리캐스트 되고, 상기 좌측세그먼트 및 우측세그먼트는 단면 중앙부가 I형인 거더로서, 상기 잭수용공간이 중앙부 좌우측에 구비되며, 상기 내측정착단은 좌측세그먼트 및 우측세그먼트의 단면 중앙부 좌우측에 외부로 노출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 시공방법이 제공된다.

Description

측면에서의 긴장이 가능한 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 시공방법{segmental precast prestressed concrete girder and method for constructing the same}

본 발명은 교량용 거더와 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 거더간의 이음부 및 일체화된 거더 정착단의 안전성을 증대시키고, 교량 길이방향으로 단면을 변화시켜 거더의 효율성을 증대시키며, 거더의 공용수명을 증가시킬 수 있도록 한 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 분절형 프리캐스트 프리트스레스트 콘크리트 거더(이하, '분절거더'라 한다)란, 하나의 거더를 여러개의 세그먼트(segment; 분절)로 나누어 공장이나 제작장에서 제작한 다음 거더의 사용현장에서 세그먼트를 서로 접합하고 길이방향의 긴장재를 설치 긴장하여 일체화시킴으로써 제작되는 프리스트레스트 콘크리트 거더를 말한다.

이러한 분절거더는 각 세그먼트의 공장제작으로 품질관리가 용이하고, 빔의 연결 및 긴장력 도입을 제외한 제작공정 일체가 공장에서 이루어지므로 현장의 작업공기를 대폭 단축시킬 수 있으며, 현장의 넓은 제작장 대신 단기간의 소규모 조립장만 필요하므로 그 적용성이 매우 우수해 보이나 이음부 접합면에 대한 막연한 거부감 및 신뢰성 부족으로 적용사례는 많지 않다.

한편, 분절거더 제작을 위한 세그먼트의 이음부 접합방법에는 현장에서 세그먼트를 일정한 간격을 두고 배치하여 보강철근을 이은 다음, 콘크리트 또는 몰탈을 타설하여 접합하는 현장타설 접합방법과 접합면에 에폭시 등의 접착제를 얇게 도포한 후 긴장력을 도입하여 밀착시켜 접합하는 접촉식 접합방법이 있다.

상기한 방법 중, 현장타설 접합방법은 이음부에 별도의 콘크리트 또는 몰탈을 타설하기 때문에 세그먼트 이음부의 접합면 형상이 일치할 필요는 없으나, 접합되는 세그먼트 사이에 보강철근을 배근하는 작업과 콘크리트의 타설 및 양생이 요구되므로 작업이 복잡하고 공기가 길어지는 문제점이 있다.

이에 반하여 접촉식 접합방법은 현장에서 콘크리트를 타설 및 양생하는 공정 없이 미리 제작된 전단키를 가진 세그먼트를 단순히 맞붙이는 방식으로 접합하여 거더를 제작하는 방식이므로 현장타설 접합방식에 비해 공기가 현저히 짧아지는 장점이 있고, 비용면에서도 경제적이다. 또한 접합 면의 단면형상이 서로 일치해야 하는 문제점이 있지만 공장제작 특성상 높은 정밀도를 가질 수 있으므로 제작에 별다른 어려움이 없다. 그러나 이음부에서 보강철근이 연결되지 않으므로 접합면의 신뢰성 확보를 위해 콘크리트 접합면을 충분히 밀착시켜 접합시켜야 한다. 따라서 접합면을 밀착시키기 위한 별도의 임시정착단 및 긴장재가 소요되며, 이에 따른 긴장작업이 추가되므로 상기 장점을 반감시키게 된다.

이하에서는 접촉식 접합방법을 이용한 기존의 프리스트레스트 콘크리트 거더 관련 기술에 대해 살펴본다.

먼저, 한국 특허등록번호 10-0510254호(이하, "종래기술1'이라 한다)는 접촉식 접합방법을 적용하여 프리스트레스트 콘크리트 거더를 제작하는 방식으로서, 정밀한 접합면을 제작하기 위해 세그먼트 사이에 서로 연결되도록 설치하는 한 쌍의 접합블록을 매치캐스팅 방식, 즉 어느 하나의 접합블록을 우선 제작하고 다른 하나의 접합블록 제작시 상기 미리 제작된 접합블록을 거푸집의 일부로 사용하는 방식을 적용한다.

즉, 공장에서 세그먼트의 한쪽 끝단에 해당하는 전단키를 가진 접합블록(100)을 제작하고, 상기 미리 제작된 접합블록을 거푸집 일부로 사용하여 타단 접합블록(200)을 제작한 후, 접합블록을 거더가 분절될 자리에 위치시켜서 분절거더용 세그먼트(10a)(10b)(10c)를 제작하고, 제작된 세그먼트를 현장으로 운반한 다음, 현장에서 세그먼트간의 조립, 긴장재 삽입, 접합면 에폭시 도포, 긴장력 도입, 그라우팅 작업을 순차적으로 실시하고, 분절거더(10)를 교대 및 교각에 거치하고, 바닥판 타설 및 양생, 포장작업을 수행하여 교량을 완성하게 된다(도 1의 (가) 내지 (바) 참조).

한편, 도 2는 종래기술1에 따른 거더의 이음 단면 상세도이며, 도 3은 종래기술1에 따른 거더의 긴장재 배치 상태를 나타낸 도면이며, 도 4는 거더 하연의 응력분포도로서, 종래기술1은 매치캐스팅 방식을 적용하므로 정밀한 접합면 시공이 가능하며, 접합블록을 분절거더 본체보다 높은 강도를 적용하므로 이음부의 안전성이 증대된다.

그러나 상기한 종래기술1은 다음과 같은 여러가지 문제점을 안고 있다.

즉, 종래기술1은 접합블록이 다른 접합블록의 거푸집 일부 및 분절거더의 거푸집 단부로 사용되므로 접합블록의 우선 시공이 없이는 분절거더(10)를 제작할 수 없으므로 공기가 증가되고, 접합면에 에폭시를 도포한 후 콘크리트구조설계기준(한국콘크리트학회)에 제시된 최소 0.3MPa의 압축응력을 도입하기 위한 임시 긴장재 및 정착단이 없으므로 단부 정착단에 배치된 긴장재(7)로 이음부를 접합하는 방식을 취하나 이는 횡방향으로 편심되거나 높이 방향으로 편심량이 매우 커 이음부에 압축응력이 접합부에 고루 전달되지 않거나 일부 인장응력이 도입될 가능성이 크므로 접합면의 전 단면이 접합되지 않아 상기 단면의 안정성이 매우 떨어지며, 장기적으로 전단 및 비틀림에 의해 교량의 안정성에 심각한 손상을 초래할 수 있다.

종래기술1의 거더에 대해 이음부의 접합면에 작용하는 응력을 살펴보면 아래와 같다.

여기서, Yt는 중립축에서 거더 상연까지 거리, Yb:중립축에서 거더 하연까지 거리를 나타내며, (+)값은 압축, (-)값은 인장을 의미한다.

따라서, 종래기술1의 경우, 거더 하연의 경우 별다른 문제가 없으나 거더 상연의 경우 편심량의 증가에 의해 인장응력이 발생할 수 있음을 알 수 있다. 또한 접합블록을 분절거더 본체의 강도보다 높은 강도의 콘크리트를 적용함으로써 재료가 동일하지 않아 별도의 재료 수급이 불가피하며, 콘크리트 이음부는 인장 및 전단에 지배를 받으므로 인장력에 매우 취약한 콘크리트를 고강도의 것으로 사용하는 것에는 회의적이다. 그리고 이음부의 정밀 제작에만 염두를 둔 발명이므로 일반 프리스트레스트 콘크리트 거더가 가지고 있는 단점을 내재하고 있으며, 이는 단부에 모든 정착단이 배치되어 과도한 압축응력이 도입되므로 단부의 지압파괴 또는 국부인장응력에 의한 균열에 취약할 수밖에 없다.

부언컨대, 종래기술1의 경우에는 접합블록이 다른 접합블록의 거부집 일부로 사용되거나, 분절거더용 세그먼트의 거부집 단부로 사용되므로 접합블록의 우선 시공이 없이는 분절거더 제작이 불가능하게 되며, 이로 인해 공기가 증가되는 단점이 있다.

또한, 접합면에 에폭시를 도포한 후, 콘크리트구조설계기준(한국콘크리트학회)에 제시된 최소 0.3MPa의 압축응력을 도입하기 위한 임시 긴장재 및 정착단이 없으므로 단부 정착단에 배치된 긴장재로 이음부를 접합하는 방식을 취하나, 이는 횡방향으로 편심되거나 높이 방향으로 편심량이 매우 커 이음부에 압축응력이 접합부에 고루 전달되지 않거나 일부 인장응력이 도입될 가능성이 크므로 접합면의 전(全) 단면이 접합되지 않아 상기 단면의 안전성이 매우 떨어지게 된다.

그리고 이러한 콘크리트 접합면에 대한 신뢰성 부족은 장기적으로는 전단 및 비틀림에 의해 교량의 안전성에 심각한 손상을 초래할 수 있다.

또한, 종래기술1은 접합블록의 제작에 분절거더 본체의 강도보다 높은 강도의 콘크리트를 적용함으로써, 분절거더 본체와 접합블록의 재료가 동일하지 않아 별도의 재료 수급이 불가피한 단점이 있으며, 특히 콘크리트 이음부는 인장 및 전단에 지배를 받는데 이러한 이음부에 인장력에 매우 취약한 콘크리트를 고강도 재료로 사용하는 것은 기술적으로 무의미하며 비경제적이다.

그리고, 거더의 단부에 모든 정착단이 배치되어 과도한 압축응력이 도입되므로 단부의 지압파괴 또는 국부인장응력에 의한 균열에 대해 취약하게 되는 문제점이 있다.

다음으로, 한국 특허등록번호 10-0334635호(이하, "종래기술2'라 한다)에 개시된 기술에 대해 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 5는 종래기술2에 따른 거더의 시공순서도이고, 도 6은 종래기술2에 따른 거더의 이음 단면 상세도이며, 도 7은 종래기술2에 따른 거더의 긴장재 배치 상태를 나타낸 도면이며, 도 8은 거더 하연의 응력분포도이다.

종래기술2의 기술 역시 접촉식 접합방법을 적용하여 프리스트레스트 콘크리트 거더(20)를 제작하는 방식으로서, 공장에서 제작한 각 분절거더용 세그먼트(20a)(20b)(20c)를 현장으로 운반하고, 여러 개의 세그먼트를 현장에서 연결하되 콘크리트구조설계기준(한국콘크리트학회)에 제시된 최소 0.3MPa의 압축응력을 도입하기 위한 임시 정착단 및 긴장재를 설치한 후 접합면에 에폭시를 도포하여 상기 설치된 긴장재에 긴장력을 도입하여 밀착시켜 접합하게 되는데(도 5의 (가) 내지 도 5의 (다) 참조), 이는 콘크리트 접합면의 신뢰성 확보에 매우 효과적이다.

그러나 접합면을 밀착시키기 위한 별도의 임시정착단 및 임시긴장재가 소요되며, 이에 따른 긴장작업의 추가 및 해체작업이 병행되어야 하므로 시공이 번거롭고 공사비 및 공기를 증가시키는 요인이 된다.

또한, 종래기술2는 이음부의 접합에만 염두를 둔 기술이므로 일반 프리스트레스트 콘크리트 거더가 가지고 있는 단점을 내재하고 있으며, 이는 단부에 모든 정착단이 배치되어 과도한 압축응력이 도입되므로 단부의 지압파괴 또는 국부인장응력에 의한 균열에 취약할 수밖에 없다는 문제점을 가지게 된다.

한편, 상기한 바와 같은 종래기술1,2가 갖는 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 도 9 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 분절거더 간의 이음부 및 일체화된 거더 정착단의 안전성을 증대시키고, 단부절취가 가능하여 하천 통과 교량에서 여유고 확보에 유리하며, 유지관리용 긴장재를 배치하여 거더의 공용수명을 증가시킬 수 있도록 한 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더를 출원하여 등록번호 10-0951670호로 등록을 받은 바 있다.

그러나, 상기 등록특허 10-0951670호(이하, '종래기술3'이라 한다)는 분절거더 간의 이음부 및 일체화된 거더 정착단의 안전성을 증대시킬 수 있고, 단부절취가 가능하여 하천 통과 교량에서 여유고 확보에 유리하며, 유지관리용 긴장재를 배치하여 거더의 공용수명을 증가시킬 수 있도록 하는 장점이 있으나, 그럼에도 다음과 같은 해결 과제를 안고 있다.

먼저, 종래기술3에 따른 분절형 거더는 중앙부의 거더가 I형 단면(도 12 참조)으로 강성이 약해서 처짐, 진동, 비틀림 성능이 나쁘다는 문제점을 안고 있다.

그리고, 이음부 가까이 단면 중앙부에 내측정착단이 배치되는데, 이로 인해 거더 내부 공간이 협소하여 내측정착단의 설치 갯수가 제한되고, 이에 따라 충분한 긴장력 도입이 어렵다.

또한, 종래기술3은 유지관리용 정착단이 거더 단부 아래에 별도로 배치되어 있어 교대 및 교좌장치와의 간섭으로 인해 작업 공간이 협소함에 따라 유지관리를 위한 긴장 작업에 어려움을 겪게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분절거더 이음부 및 일체화된 거더 정착단의 안전성 및 이를 위한 작업성을 증대시키고, 교량 길이방향으로 단면을 변화시켜 거더의 효율성을 증대시키며, 유지관리용 긴장재를 배치하여 거더의 공용수명을 증가시킬 수 있도록 한 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 시공방법, 그리고 그에 적용되는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 더불어 본 발명은, 내측정착단의 배치를 효과적으로 변경하여 정착단 설치 및 긴장력 도입을 쉽게 하면서 충분한 긴장력 도입이 가능하도록 하고, 내측정착단에 유지관리용 긴장재를 추가하여 유지관리용 정착단의 별도 설치 없이 재긴장이 가능하며 긴장작업이 쉽게 이루어지도록 하는 한편, 거더 중앙부의 처짐, 진동, 비틀림 성능을 향상시킬 수 있도록 한 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 시공방법, 그리고 그에 적용되는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 긴장력도입을 위한 잭이 수용되는 잭수용공간과, 상기 잭수용공간과 연통되는 내측정착단용 긴장재 수용을 위한 제1덕트와, 외부정착단용 긴장재 수용을 위한 제2덕트와, 다른 세그먼트의 이음단부와의 접합을 위한 전단키가 구비되는 좌측세그먼트와;

상기 좌측세그먼트와 서로 대향하되 동일구조를 이루도록 형성되는 우측세그먼트와;

상기 좌측세그먼트 및 우측세그먼트의 전단키에 삽입되도록 양단 이음면에 구비되는 전단키홈과, 내측정착단용 긴장재 및 외부정착단용 긴장재 수용을 위한 제1덕트 및 제2덕트에 각각 연결되는 제1연결덕트 및 제2연결덕트가 구비되는 중앙세그먼트를 포함하여 구성되되,

상기 각 세그먼트들이 프리캐스트 되고,

상기 중앙세그먼트는 박스형 거더를 이루며,

상기 좌측세그먼트 및 우측세그먼트는 단면 중앙부가 I형인 거더로서, 상기 잭수용공간이 중앙부 좌우측에 구비되며,

상기 내측정착단은 좌측세그먼트 및 우측세그먼트의 단면 중앙부 좌우측에 외부로 노출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더가 제공된다.

이때, 본 발명의 거더는, 상기 중앙세그먼트와 좌우측 세그먼트의 접합면에 대해 긴장력을 가해 균등접합이 가능하도록 제1덕트에 설치되는 내측정착단용 긴장재와, 접합된 거더에 대해 전체적으로 긴장력을 가하기 위해 제2덕트에 설치되는 외부정착단용 긴장재를 더 구비함을 특징으로 한다.

그리고, 상기 내측정착단에는, 내측정착단용 긴장재와 더불어 유지관리용 긴장재가 함께 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 좌측세그먼트 및 우측세그먼트의 내측정착단은 형고 방향에 있어서 상기 세그먼트의 단면 중앙부에 가까이 위치하게 되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 긴장력도입을 위한 잭 수용공간과 이음부에 내부 전단키를 가지는 좌우측 세그먼트와 그 가운데 설치되며 상기 좌우측 세그먼트의 전단키에 대응하는 전단키홈을 구비한 중앙세그먼트를 공장 제작하는 단계와;

상기 좌우측 세그먼트 및 중앙세그먼트를 현장으로 운반하는 단계와;

현장에서 상기 좌우측 세그먼트 및 중앙세그먼트를 상호 조립하되 접합면에 대한 에폭시 도포를 위한 간격을 두고 조립하는 단계와;

상기 좌우측 세그먼트 및 중앙세그먼트의 접합면에 대해 압축응력을 도입하는 단계와;

상기 세그먼트들이 일체화된 분절거더에 대해 전체적으로 거더의 처짐극복 및 주하중 재하시에 발생될 수 있는 크랙 방지를 위한 압축응력을 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 시공방법이 제공된다.

상기 시공방법은, 압축력이 도입된 분절거더를 교대 및 교각에 거치하는 단계와, 바닥판 타설 및 양생을 수행하는 단계와, 포장 작업 등을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 좌우측 세그먼트 및 중앙세그먼트의 접합면에 대해 압축응력을 도입하는 단계는, 내측정착단용 긴장재 수용을 위한 제1덕트에 내측정착단용 긴장재를 삽입하는 단계와, 상기 내측정착단용 긴장재를 긴장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 내측정착단용 긴장재의 긴장은 상기 좌우측 세그먼트은 단면 중앙부 좌우측에 외부로 노출되도록 각각 형성된 잭 수용공간에 잭을 설치하여 수행하게 되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 분절거더에 대해 전체적으로 압축응력을 도입하는 단계는, 외부정착단용 긴장재 수용을 위한 제2덕트에 외부정착단용 긴장재를 삽입하는 단계와, 상기 외부정착단용 긴장재를 긴장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 접합면에 에폭시를 도포한 후 콘크리트구조설계기준(한국콘크리트학회)에 제시된 최소 0.3MPa의 압축응력을 도입하기 위한 임시 긴장재 및 정착단을 배제하고, 대신 이음부 가까이 단면 중앙부 좌우측에 노출되게 설치된 내부정착단에 길이가 짧은 긴장재를 이용하여 초기 긴장함으로써 이음부에 고른 압축응력을 분포시켜 균등접합을 실현할 수 있게 된다.

다음으로 본 발명에 따르면, 정착부를 내외로 구분하여 배치함으로써 모멘트 형상에 부합하는 계단식 긴장력의 도입이 가능하므로 정착단에 과도한 압축응력이 도입되지 않아 지압파괴 또는 국부인장응력에 의한 균열등에 대해 안전성을 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 접합면을 밀착시키기 위한 별도의 임시정착단 및 긴장재가 필요하지 않아 시공이 간단하다.

아울러, 본 발명은 교량 완성후, 외측정착단은 교대에 막히지만 내측정착단은 외부에 노출되어 있어, 상기 노출된 내측정착단에 유지관리용 긴장재를 설치하여 거더의 공용 수명을 증대시킬 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더는, 중앙세그먼트가 박스형 거더로 구성되어, 기존에 비해 강성이 좋아져서 처짐, 진동, 비틀림 성능이 우수하다.

그리고, 내측정착단이 이음부 가까이 단면 중앙부 좌우측에 외부로 노출되어 배치되므로 정착단 설치 및 긴장력 도임이 쉽고 원활하게 이루어져 충분한 긴장력 도입이 가능해진다.

또한, 본 발명에 따르면, 거더 이음부에 인접한 단면 중앙부 좌우측에 바깥으로 드러나게 배치된 내측정착단의 쉬스관내에 유지관리용 긴장재를 추가로 배치하여, 별도의 추가 정착단없이 재긴장이 가능하며, 유지관리를 위한 긴장시 작업 공간이 충분하여 긴장 작업이 원활하게 이루어진다.

그리고, 본 발명에 따르면, 내측정착단이 배치되는 거더 단면이 I형태로 바뀜으로써 단면 중앙부 좌우 양측으로 내측정착단이 배치되어, 동일 형고에서 더 많은 수의 내측정착단을 마련함으로써 더 큰 압축력을 도입할 수 있게 된다.

도 1은 종래기술1에 따른 거더의 시공 순서도
도 2는 종래기술1에 따른 거더의 이음 단면 부분절개 상세도
도 3은 종래기술1에 따른 거더의 긴장재 배치 상태를 나타낸 도면
도 4는 종래기술1에 따른 거더 하연의 응력분포도
도 5는 종래기술2에 따른 거더의 시공순서도
도 6은 종래기술2에 따른 거더의 이음 단면 부분절개 상세도
도 7은 종래기술2에 따른 거더의 긴장재 배치 상태를 나타낸 도면
도 8은 종래기술2에 따른 거더 하연의 응력분포도
도 9의 (가) 내지 (마)는 종래기술3에 따른 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더의 시공 순서도
도 10은 종래기술3에 따른 좌측 또는 우측세그먼트의 이음 단면 부분절개 상세도
도 11은 종래기술3에 따른 중앙세그먼트의 이음 단면 부분절개 상세도
도 12는 종래기술3에 따른 거더의 긴장재 배치 상태를 나타낸 도면
도 13은 종래기술3에 따른 거더 하연의 응력분포도
도 14의 (가) 내지 (마)는 본 발명에 따른 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더의 시공 순서도
도 15의 (가) 및 (나)는 본 발명에 따른 좌측 및 우측세그먼트의 이음 단면 부분절개 상세도
도 16은 본 발명에 따른 중앙세그먼트의 이음 단면 부분절개 상세도
도 17은 본 발명에 따른 거더의 긴장재 배치 상태를 나타낸 도면
도 18은 본 발명에 따른 거더 하연의 응력분포도
도 19는 내측 정착단 상세도
도 20의 (가)와 (나)는 종래기술3의 내측정착단과 본 발명의 내측정착단의 형고에 따른 정착단수 비교도

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 14는 본 발명에 따른 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더의 시공 순서도이고, 도 15은 본 발명에 따른 좌측 또는 우측세그먼트의 이음 단면 부분절개 상세도이며, 도 16은 본 발명에 따른 중앙세그먼트의 이음 단면 부분절개 상세도이고, 도 17는 본 발명에 따른 거더의 긴장재 배치 상태를 나타낸 도면이며, 도 18은 본 발명에 따른 거더 하연의 응력분포도이다.

그리고, 도 19는 내측정착단 상세도이고, 도 20은 종래기술3의 내측정착단과 본 발명의 내측정착단의 형고에 따른 정착단수 비교도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명의 분절거더는 좌측세그먼트(1)와 우측세그먼트(2) 및 중앙세그먼트(3)를 포함하여 구성되며, 상기 각 세그먼트는 프리캐스트(precast), 즉 공장제작된다.

여기서, 상기 좌측세그먼트(1)는 긴장력도입을 위한 잭이 수용되는 잭수용공간(10)과, 상기 잭수용공간(10)과 연통되는 내측정착단용 긴장재(4) 수용을 위한 제1덕트(11)와, 외부정착단용 긴장재(5) 수용을 위한 제2덕트(12)와, 다른 세그먼트의 이음단부와의 접합을 위한 전단키(13)를 구비한다.

그리고, 상기 우측세그먼트(2)는 상기 좌측세그먼트(1)와 서로 대향하되 동일구조를 이루도록 형성된다. 즉, 우측세그먼트(2) 역시 긴장력도입을 위한 잭이 수용되는 잭수용공간(20)과, 상기 잭수용공간(20)과 연통되는 내측정착단용 긴장재(4) 수용을 위한 제1덕트(21)와, 외부정착단용 긴장재(5) 수용을 위한 제2덕트(22)와, 다른 세그먼트의 이음단부와의 접합을 위한 전단키(23)를 구비한다.

그리고, 상기 좌측세그먼트(1) 및 우측세그먼트(2)의 잭수용공간(10)(20)은 각 세그먼트의 단면 중앙부 좌우측에 바깥으로 드러나게 된다. 즉, 도 17의 단면 B-B를 통해 알 수 있듯이 좌우측 세그먼트(1)(2)의 단면 중앙부는 I형 구조를 갖는다.

한편, 상기 중앙세그먼트(3)는 상기 좌측세그먼트(1) 및 우측세그먼트(2)의 전단키(13)(23)에 삽입되도록 양단 이음면에 구비되는 전단키홈(33)과, 내측정착단용 긴장재(4) 및 외부정착단용 긴장재(5) 수용을 위한 제1덕트(11) 및 제2덕트(22)에 각각 연통되는 제1연결덕트(31) 및 제2연결덕트(32)를 구비한다.

그리고, 상기 중앙세그먼트(3)와 좌우측 세그먼트(1)(2)의 접합면에 대해 긴장력을 가해 균등접합이 가능하도록 상호 연결되는 제1덕트(11)(21)(31)에는 내측정착단용 긴장재(4)가 설치되고, 접합된 거더에 대해 전체적으로 긴장력을 가하기 위해서 상호연결된 제2덕트(12)(22)(32)에는 외부정착단용 긴장재(5)가 설치된다.

이때, 상기 좌측세그먼트(1) 및 우측세그먼트(2)의 내측정착단(7)은 세그먼트의 단면 중앙부 좌우측에 외부로 노출되도록 배치된다. 미설명부호 9는 외부정착단을 나타낸다.

그리고, 상기 중앙세그먼트(3)는 내부에 공간부를 갖는 박스형 거더로서 강성이 향상되며, 거더 내부의 공간은 세그먼트 중앙부는 넓고 양측으로 멀어질수록 좁아지는 형태를 이루는데, 상기 공간에는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리스타이렌과 같은 경량재(8)가 채워진다.

한편, 도 19의 내측정착단 상세도를 참조하면, 내측정착단용 긴장재(4) 수용을 위한 긴장재 삽입용 쉬스관 내에는 유지관리용 긴장재(6)가 내측정착단용 긴장재(4)와 함께 수용된다.

이와 같이 구성된 본 발명 분절거더의 시공과정은 다음과 같다.

먼저, 이음부에 내부 전단키(13)(23)를 가진 좌우측 세그먼트(1)(2)와 그 가운데 설치되며 상기 전단키(13)(23)에 각각 대응하는 전단키홈(33)을 가지는 중앙세그먼트(3)를 공장 제작한다.

이때, 상기 좌우측 세그먼트(1)(2)의 I형 단면 중앙부 좌우측에는 긴장력 도입을 위한 잭을 수용하는 잭수용공간(10)(20)이 각각 형성되고, 상기 중앙세그먼트(3) 내부 공간에는 경량재(8)가 채워진다.

다음으로 공장 제작이 완료되면, 프리캐스트된 좌우측 세그먼트(1)(2) 및 중앙세그먼트(3)를 현장으로 운반하게 된다.

그리고, 현장에서는 상기 좌우측 세그먼트(1)(2) 및 중앙세그먼트(3)를 상호 조립하되 접합면에 대한 에폭시 도포를 위한 간격을 두고 조립하게 된다.

그 다음, 내측정착단용 긴장재(4)를 조립된 거더의 제1덕트(11)(21)(31)를 통해 삽입하고 상기 좌우측 세그먼트(1)(2) 및 중앙세그먼트(3)의 접합면에 대해 에폭시(도시는 생략함)를 도포한다.

이어 상기 좌측세그먼트(1) 및 우측 세그먼트의 단면 중앙부 좌우측으로 노출된 잭수용공간(10)(20)에 각각 잭을 설치하고 잭(도시는 생략함)의 잭킹작용을 통해 내측정착단용 긴장재(4)를 긴장시킴으로써 상기 좌우측 세그먼트(1)(2) 및 중앙세그먼트(3)의 접합면에 대해 압축응력을 도입하게 된다.

이때 본 발명에 따르면 내측정착단용 긴장재(4)가 각 세그먼트간의 접합면의 중앙부를 지나게 되므로 초기에 접합면에 대해 고르게 압축응력이 도입된다.

상기와 같이하여 각 세그먼트(1)(2)(3)를 접합시켜 일체화한 후에는, 일체화된 거더에 대해 전체적으로 거더의 처짐극복 및 주하중 재하시에 발생될 수 있는 크랙 방지를 위한 압축응력을 도입하게 된다.

이를 위해서는 외부정착단용 긴장재(5) 수용을 위한 제2덕트(12)(22)(32)에 외부정착단용 긴장재(5)를 삽입한 다음, 일체화된 분절거더 좌우측에서 잭을 설치하여 상기 잭의 잭킹작용을 이용하여 상기 외부정착단용 긴장재(5)를 긴장시키게 된다.

상기한 바와 같이하여 분절거더 전체에 대해 압축력을 도입시킨 다음에는 압축력이 도입된 분절거더를 교대 및 교각에 거치하고, 바닥판 타설 및 양생을 수행한 다음, 포장 작업 등을 수행하여 시공을 완료하게 된다.

이상에서와 같이 구성 및 시공되는 본 발명에 따르면 다음과 같은 여러가지 장점을 나타내게 된다.

먼저, 본 발명에 따르면 분절거더를 구성하는 각 세그먼트의 공장 제작을 통해 품질관리가 잘 이루어지며, 현장제작에 따른 제약으로부터 벗어날 수 있는 장점이 있다.

즉, 본 발명은 일정한 길이로 분절된 교량 상부구조(분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더)를 이를 구성하는 세그먼트의 공장 제작을 통해 균일한 품질로 정밀 제작한 후 가설장소에서 긴장재(4)(5)의 포스트텐션에 의한 프리스트레스로써 순차적으로 연결하여 상부구조를 완성시킴으로써, 품질관리가 용이하게 이루어지며, 현장제작에 따른 제약으로부터도 벗어날 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은 접합면을 밀착시키기 위한 별도의 임시정착단 및 긴장재가 필요하지 않아 시공이 간단하다.

다음으로, 본 발명은 분절거더를 구성하는 각 세그먼트의 연결시, 이음부 가까이 단면 중앙부 좌우측에 설치된 내측정착단에 길이가 짧은 긴장재를 이용하여 초기 긴장함으로써 이음부에 고른 압축응력을 분포시켜 균등접합을 실현할 수 있게 되며, 신뢰성 높은 시공이 가능하게 되는 장점이 있다.

즉, 최초 긴장을 내측정착단용 긴장재(4)로 시행하므로 외부 정착단의 긴장력은 존재하지 않는다. 이 경우 이음부의 접합면에 작용하는 응력을 식을 통해 살펴보면 아래와 같다.

여기서, Yt는 중립축에서 거더 상연까지 거리, Yb:중립축에서 거더 하연까지 거리를 나타내며, (+)값은 압축, (-)값은 인장을 의미한다.

상기 식에서 최초 긴장을 시행하는 내측정착단이 단면의 중립축에 가까우므로 편심량은 "0"에 가까운 값을 지닌다(도 17의 단면 C-C를 따른 이음부 도면 참조).

따라서 상기 식은 편심량을 "0"으로 가정하면 아래와 같이 수정이 가능하다.

따라서 접합면에는 고른 압축응력의 분포가 가능하므로 균등접합을 실현할 수 있다.

그리고 본 발명은 정착부를 내·외로 구분하여 배치함으로써 모멘트 형상에 부합하는 계단식 긴장력의 도입이 가능하므로(도 18 참조), 정착단에 과도한 압축응력이 도입되지 않아 지압파괴 또는 국부인장응력에 의한 균열등에 대해 안전성이 증대되는 장점이 있다.

또한 본 발명은 분절거더의 단부측에 모든 정착단이 배치되지는 않는 구조여서 단부측 정착장치의 개수를 줄일 수 있어 단면의 활용성이 증대된다.

아울러, 본 발명은 교량 완성후, 외측정착단은 교대에 막히지만 내측정착단은 외부에 노출되어 있어, 상기 노출된 내측정착단에 유지관리용 긴장재(6)를 배치함으로써 거더의 공용 수명을 증대시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더는, 좌우측 세그먼트(1)(2)를 이루는 I형 거더와 중앙세그먼트(3)를 이루는 박스형 거더로 구성되어, 중앙세그먼트(3)가 박스형 단면이어서 종래기술3에 제시된 기존 I형 단면 거더와 비교할 경우 자중은 약간 더 크나, 강성이 좋아져서 처짐, 진동, 비틀림 성능이 우수해지는 장점이 있다.

그리고, 내측정착단이 이음부 가까이 단면 중앙부 좌우측에 외부로 노출되어 배치되므로 정착단 설치 및 긴장력 도입이 쉽고 원활하게 이루어져 충분한 긴장력 도입이 가능해지는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 거더 이음부에 인접한 단면 중앙부 좌우측에 바깥으로 드러나게 배치된 내측정착단의 쉬스관내에 유지관리용 긴장재(6)를 추가로 배치함에 따라, 별도의 추가 정착단없이 재긴장이 가능하며, 유지관리를 위한 긴장시 작업 공간이 충분하여 긴장작업이 쉽게 이루어지는 장점이 있다.

그리고, 도 20의 (가)를 참조하면, 본 발명은 내측정착단이 배치되는 거더 단면이 I형태로 바뀜으로써 단면 중앙부 좌우 양측으로 내측정착단이 배치되어 기존 등록특허인 종래기술3에 비해 더 많은 수의 정착단 배치가 가능하며, 도 20의 (나)와 같이 형고를 키워 종래기술3의 구조가 내측정착단을 3개 배치할 수 있는 경우라면, 본 발명의 구조에서는 공간상 좌우 배치를 통해 4개를 배치할 수 있는 등, 본 발명은 기존에 비해 동일 형고에서 더 많은 수의 내측정착단을 마련함으로써 더 큰 압축력을 도입할 수 있게 된다는 장점이 있다.

한편, 본 발명은 상기한 실시예들로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 한 여러가지 다양한 형태로의 변경 및 수정이 가능 함은 물론이다.

따라서, 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예들로 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

본 발명에 따르면, 분절거더 이음부 및 일체화된 거더 정착단의 안전성을 증대시키고, 교량 길이방향으로 단면을 변화시켜 거더의 효율성을 증대시키며, 유지관리용 긴장재를 배치하여 거더의 공용수명을 증가시킬 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

1:좌측세그먼트 2:우측세그먼트
3:중앙세그먼트 10,20:잭수용공간
11,21,31:제1덕트 12,22,32:제2덕트
13,23:전단키 33:전단키홈
4:내측정착단용 긴장재 5:외부정착단용 긴장재
6:유지관리용 긴장재 8:경량재

Claims (11)

1. 긴장력도입을 위한 잭이 수용되는 잭수용공간과, 상기 잭수용공간과 연통되는 내측정착단용 긴장재 수용을 위한 제1덕트와, 외부정착단용 긴장재 수용을 위한 제2덕트와, 다른 세그먼트의 이음단부와의 접합을 위한 전단키가 구비되는 좌측세그먼트와;
   상기 좌측세그먼트와 서로 대향하되 동일구조를 이루도록 형성되는 우측세그먼트와;
   상기 좌측세그먼트 및 우측세그먼트의 전단키에 삽입되도록 양단 이음면에 구비되는 전단키홈과, 내측정착단용 긴장재 및 외부정착단용 긴장재 수용을 위한 제1덕트 및 제2덕트에 각각 연결되는 제1연결덕트 및 제2연결덕트가 구비되는 중앙세그먼트를 포함하여 구성되되,
   상기 각 세그먼트들이 프리캐스트 되고,
   상기 좌측세그먼트 및 우측세그먼트는 단면 중앙부가 I형인 거더로서, 상기 잭수용공간이 중앙부 좌우측에 구비되며,
   상기 내측정착단은 좌측세그먼트 및 우측세그먼트의 단면 중앙부 좌우측에 외부로 노출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 중앙세그먼트와 좌우측 세그먼트의 접합면에 대해 긴장력을 가해 균등접합이 가능하도록 제1덕트에 설치되는 내측정착단용 긴장재와,
   접합된 거더에 대해 전체적으로 긴장력을 가하기 위해 제2덕트에 설치되는 외부정착단용 긴장재를 더 구비함을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 내측정착단에 내측정착단용 긴장재와 더불어 유지관리용 긴장재가 함께 설치되는 것을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 좌측세그먼트 및 우측세그먼트의 내측정착단은 형고 방향에 있어서 상기 세그먼트의 단면 중앙부에 가까이 위치하게 되는 것을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 중앙세그먼트는 내부 공간이 형성되는 박스형 거더를 이루는 것을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 중앙세그먼트의 내부 공간에는 경량재가 채워짐을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더.
7. 긴장력도입을 위한 잭 수용공간과 이음부에 내부 전단키를 가지는 좌우측 세그먼트와 그 가운데 설치되며 상기 좌우측 세그먼트의 전단키에 대응하는 전단키홈을 구비한 중앙세그먼트를 공장 제작하는 단계와;
   상기 좌우측 세그먼트 및 중앙세그먼트를 현장으로 운반하는 단계와;
   현장에서 상기 좌우측 세그먼트 및 중앙세그먼트를 상호 조립하되 접합면에 대한 에폭시 도포를 위한 간격을 두고 조립하는 단계와;
   상기 좌우측 세그먼트 및 중앙세그먼트의 접합면에 대해 압축응력을 도입하는 단계와;
   상기 세그먼트들이 일체화된 분절거더에 대해 전체적으로 거더의 처짐극복 및 주하중 재하시에 발생될 수 있는 크랙 방지를 위한 압축응력을 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 따른 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 시공방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 시공방법은,
   압축력이 도입된 분절거더를 교대 및 교각에 거치하는 단계와,
   바닥판 타설 및 양생을 수행하는 단계와,
   포장 작업 등을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 시공방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 좌우측 세그먼트 및 중앙세그먼트의 접합면에 대해 압축응력을 도입하는 단계는,
   내측정착단용 긴장재 수용을 위한 제1덕트에 내측정착단용 긴장재를 삽입하는 단계와,
   상기 내측정착단용 긴장재를 긴장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 시공방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 내측정착단용 긴장재의 긴장은 상기 좌우측 세그먼트은 단면 중앙부 좌우측에 외부로 노출되도록 각각 형성된 잭 수용공간에 잭을 설치하여 수행하게 되는 것을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 시공방법.
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 분절거더에 대해 전체적으로 압축응력을 도입하는 단계는,
    외부정착단용 긴장재 수용을 위한 제2덕트에 외부정착단용 긴장재를 삽입하는 단계와,
    상기 외부정착단용 긴장재를 긴장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분절형 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 거더 시공방법.

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