KR101033107B1 - 슬래브와 거더가 일체화된 강합성 교량 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판형교와 같은 강합성 교량을 구성시킴에 있어서 거더부와 슬래브가 공장에서 일체로 제작된 강재 프레임과 강재 프레임과 합성되도록 강재 프레임 내부로 콘크리트가 타설되어 양생되도록 한 것으로써, 거더부 내부에 종방향 보강재가 설치되도록 하여 내구성이 증진되고, 사용성 및 경제성이 향상된 슬래브와 거더가 일체화된 강합성 교량에 관한 것으로써, 이에 상기 강합성 교량은 구조적으로 안전할 뿐만 아니라, 각각의 구성에 대한 안전진단을 용이하게 수행할 수 있게 된다.

판형교, 슬래브, 거더, 강합성

Description

슬래브와 거더가 일체화된 강합성 교량{COMPOSITE BRIDGE COMBINED WITH COMBINED SLAB AND GIRDER}

본 발명은 슬래브와 거더가 일체화된 강합성 교량에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 철도교량에서 사용되는 판형교와 같은 강합성 교량에 관한 것으로써 슬래브, 거더 및 브레이싱재를 서로 일체형으로 제작하되 콘크리트와의 합성에 의하여 제작될 수 있도록 한 강합성 교량에 관한 것이다.

현재 국내 철도교의 약 40%(1000 여개소)를 차지하고 있는 강합성 교량 중 하나인 판형교는 현대의 발전된 교량형식에 비해 성능이 상당히 뒤처지는 교량형식이다.

즉, 상기 판형교의 형상은 도 1a과 같이, 두 개로 된 강재 플레이트 거더(10)를 브레이싱(20)으로 연결하되 상기 거더(10) 상부면에 슬리퍼(침목,30)이 형성된 매우 간단한 구조이다.

하지만, 이러한 판형교의 단점들은 다음과 같다.

경량구조물로써 진동이 심하고, 특히 거더 복부의 진동이 심하며 이로인한 소음발생이 크고, 피로 및 충격에 취약하여 다양한 균열이 발생하며, 교량의 바닥 판이 없어 활하중의 횡분배에 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 도 1b와 같이 대한민국 특허 제 646208호에 의하면 소음 및 진동 저감형 플레이트거더교가 소개된 바 있다.

상기 플레이트거더교는 특히 거더(40)를 제작함에 있어서 I형 단면으로 구성되도록 하되, 그 이중 벽체 형태로 형성된 복부의 내부공간에 콘크리트가 합성되도록 형성되도록 하고, 상기 거더(40) 상부면에 횡방향으로 역시 내부에 콘크리트 합성된 강재인 슬래브(50)가 형성되도록 하되, 상기 슬래브(50) 상면에 슬리퍼(30)가 설치되도록 한 것이다.

이는 기본적으로 거더(40)의 복부에 채워지는 콘크리트에 의한 거더 복부 구속에 의한 거더의 복부진동을 감소시키고, 슬래브 내부의 콘크리트에 의한 철도하중 횡 분배 및 진동을 감쇄시키고자 한 것이라 할 수 있다.

하지만, 위와 같은 소음 및 진동 저감형 플레이트거더교는 철도하중의 증가에 따라 그 제작단면의 크기가 커질 수 밖에 없는데, 이에 따라 강재의 가공공종이 더 필요하게 되고, 거더와 슬래브를 따로 제작하여 설치하다보니 시공성 및 제작성이 떨어질 수 있다는 문제점이 지적되었다.

이에 본 발명은 슬래브 및 거더를 포함하는 강합성 교량에 있어서, 상기 슬래브와 거더를 일체화시켜 공장 제작할 수 있도록 하여 품질관리에 유리하며, 종방향 강성을 증진시켜 보다 내구성 및 사용성이 증진될 수 있을 뿐만 아니라, 제작이 용이하면서도 시공성 및 경제성이 뛰어나며 진동 및 소음을 저감시킬 수 있는 슬래브와 거더가 일체화된 합성 판형교를 제공함을 그 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은

첫째, 거더와 슬래브를 일체로 제작하기 위한 강재 프레임이 제공될 수 있도록 하되, 상기 강재 프레임은 슬래브와 거더부를 포함하여 구성되도록 하되,

상기 거더부는 직육면체 단면 또는 상광하협의 구체단면 형태로 형성될 수 있도록 적어도 2개가 이격되어 준비되도록 하고, 상기 슬래브는 거더부 상단 내측을 연결시켜주면서, 상단 외측으로부터 수평으로 연장되어 소정의 두께를 가지도록 상방으로 연장되도록 하였다.

이러한 거더부와 슬래브는 강합성 교량의 외관을 전체를 이루도록 강재를 가공하여 제작하게 된다.

둘째, 상기 강재 프레임 내부에는 콘크리트 한꺼번에 타설되도록 하여 강제 프레임 내부에 슬래브용 및 거더부용 콘크리트가 일체로 형성될 수 있도록 하였 다.

이로서 강재프레임은 콘크리트와의 합성에 의하여 제작됨을 알 수 있으며, 강재 프레임이 일종의 거푸집 역할도 하게 됨을 알 수 있다.

셋째, 상기 거더부 내부 저면에 종방향으로 연장되도록 I 형강인 종방향 보강재가 더 설치되도록 하여 거더부의 강성증진이 가능하도록 하여 강합성 교량에 있어 내구성, 사용성 증진이 가능하도록 하였다.

이러한 종방향 보강재는 거더부 내측에 배근되는 철근역할을 하게 되며 특히 인장응력이 발생하는 거더부의 강재 두께를 감소시키는 역할도 하게 된다.

본 발명에 의한 강합성 교량은

강재 프레임에 의하여 강합성 교량이 감싸지도록 하였기 때문에 균열에 침투할 수 있는 염분 등을 예방할 수 있어 철근의 부식을 방지하여 교량의 건정성을 유지하는데 유리하며,

강재 프레임 하부 내부에 종방향 보강재를 설치하면 슬래브의 강성을 고려하여 중립축의 위치를 설정할 때 거더부의 전체적인 높이를 줄여주는 효과가 있어 강합성 교량의 형고를 낮출 수 있으며,

종방향 보강재의 설치는 강재 프레임의 바닥을 두껍게 하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있어 강재 프레임의 하부판 두께를 지나치게 두껍게 할 필요가 없게 되며,

종방향 보강재를 설치하면 강합성 교량 하부에서 발생하는 균열에 대한 리 던던시(Redundancy)를 증가시켜준다. 즉, 강재 프레임의 하부가 균열에 의해서 작용을 못하더라도 종방향 보강재가 어느 정도는 저항하기 때문에 파괴에 대한 안정성을 증가시키게 되며,

콘크리트 속의 종방향 보강재는 강재 프레임과 콘크리트의 일체거동을 도와 주기 때문에 강재 프레임 하부에 스터드 등을 설치할 필요가 없어 제작성 및 시공성이 증진되며,

강재 프레임을 사용하기 때문에 콘크리트 타설 시 거푸집이 필요없어 시공비가 절감되며,

강재와 콘크리트 합성으로 강합성 교량을 제작하는 경우 경량구조를 탈피하게 되어, 진동에 대한 저항성과 댐핑계수가 증가하여 소음이 크게 발생하지 않으며, 일정한 무게를 획득하여 진동특성이 개선되고, 콘크리트의 댐핑작용에 의한 소음 저감효과를 얻을 수 있으며,

공장에서 제작하여 현장으로 이동하여 설치하가 가능하며, 따라서 우수한 품질을 보장할 수 있게 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.

먼저 본 발명에 의한 강합성 교량은 도 2a, 도 2b 및 도 2c와 같이 크게 거 더부(110)와 슬래브(120)로 구성된 강재 프레임(100)과 (철근)콘크리트(200)로 구성된다.

상기 거더부(110)는 종래 강합성 교량(판형교)에 있어 거더(10)의 역할을 하는 것으로서 본 발명에서는 상광하협(상부의 폭이 크고 하부의 폭이 작은)의 구체(사다리꼴)단면 형태로 형성된 것을 제시한다.

이때 상부 및 하부의 폭은 도 1a와 같은 브레이싱이 필요없을 정도의 폭을 가지도록 형성시키는 것이 바림직하며, 거더의 기능을 가질 수 있는 상부 및 하부의 폭이 형성되도록 한다.

이러한 거더부(110)는 종방향으로 동일단면으로 연장되며 그 연장길이는 편형교의 지간 등에 대응하여 결정하면 될 것이다.

이러한 거더부(110)는 양 측면부(111)와 측면부(111) 하부 내측 사이에 형성된 저면부(112)로 이루어지도록 하되, 강판을 가공하여 제작하게 된다.

상기 거더부(110)의 높이 및 상부와 하부의 높이는 거더부(110)의 단면설계에 결정된다.

이러한 거더부(110)를 구성하는 저면부(112)의 상면에는 종방향으로 I 형강인 종방향 보강재(130)가 더 설치될 수 있다.

이러한 종방향 보강재(130)는 I형 단면의 형강제품을 이용하며, 상기 저면부(112)에 용접 등에 의하여 고정될 수 있도록 한다.

또한, 상기 종방향 보강재(130)의 높이는 거더부(110)의 전체 높이보다 작게 형성되도록 하여 거더부에 매립되도록 형성시키게 된다.

이에 거더부(110)는 종방향 보강재(130)가 내력철근의 역할을 하도록 하여, 비교적 좁은 공간일 수 밖에 없는 거더부(110) 내부의 철근조립 작업의 어려움을 덜어 줄 수 있도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 종방향 보강재(130)는 거더부(110) 자체로서 기능하여 거더부(110)의 강재(판) 두께를 감소시킬 수 있는 역할도 할 수 있고, 거더부(110)의 균열을 억제하거나 대신할 수 있어 판형교의 사용성 저하현상을 방지할 수 있도록 하게 된다.

나아가, 상기 종방향 보강재(130)는 그 형상에 의하여 일종의 스터드 역할을 할 수 있어 거더부(110) 내부에 타설되는 콘크리트와 거더부(110)의 부착성능을 증가시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 종방향 보강재(130)는 판형교 전체 단면의 중립축을 기준으로 인장응력이 발생하는 위치에 배치되도록 함에 따라 거더부의 높이를 감소시켜 판형교의 형고를 크게 낮추는 역할도 하게 된다.

이러한 종방향 보강재(130)는 거더부(110)의 저면부(112)에 1개를 설치할 수도 있으나 각각의 거더부에 다수개를 서로 연속하여 설치할 수도 있을 것이다.

상기 슬래브(120)는 거더부(110)의 상부에 일체로 형성되도록 배치되며, 역시 거더부(110)와 마찬가지로 강재를 가공하여 제작한다.

이에 상기 슬래브(120)는 거더부(110) 내측 상부 사이를 연결하고, 거더부 양 외측으로부터 연장되어 슬래브(120)가 소정의 두께를 가지도록 상방으로 연장되도록 형성되며, 역시 거더부(110)와 동일하게 강재를 이용하여 형성시키게 된 다.

이로써, 상기 슬래브(120)와 거더부(110)는 일체로 공장에서 제작되도록 하게 된다.

본 발명에서는 상기 거더부(110)와 슬래브(120)를 강재 프레임(100)이라고 지칭하며, 이는 공장에서 제작하게 된다.

다음으로는 강재 프레임(100) 내부에 콘크리트(200)를 타설하게 된다.

이러한 콘크리트(200)는 거더부(110)와 슬래브(120) 내측공간에 타설되도록 하여 강재 프레임(100)이 타설된 콘크리트(200)와 합성되도록 하게 된다.

이때 거더부(110)와 슬래브(120) 내부에는 미리 철근조립체(300)를 더 세팅시켜 놓을 수 있다.

이러한 철근조립체(300)는 기 설치된 종방향 보강재(130) 주위, 거더부와 슬래브에 의한 내측 공간에 맞추어 일체로 제작하여 설치하는 것이 바람직 하다.

최종 타설된 콘크리트(200)가 양생되면 본 발명에 의한 판형교인 강합성교량이 완성된다.

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.

도 1a는 종래 판형교를 단면도 형태로 도시한 것이다.

도 1b는 종래 소음 및 진동 감소형 교량을 도시한 것이다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 의한 슬래브와 거더가 일체화된 강합성 교량를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:판형교 110:거더부

120:슬래브 130:종방향 보강재

200:콘크리트 300:철근조립체

Claims (6)

1. 종방향으로 형성된 슬래브 및 거더를 포함하는 판형교을 포함하는 강합성 교량에 있어서,

   슬래브(120)와 거더부(110)를 포함하되, 상기 거더부는 직육면체 단면 또는 상광하협의 구체단면 형태로 형성될 수 있도록 적어도 2개가 이격되어 준비되도록 하고, 상기 슬래브는 거더부 상단 내측을 연결시켜주면서, 상단 양 외측으로부터 수평으로 연장되어 소정의 두께를 가지도록 상방으로 연장되도록 하되, 상기 슬래브와 거더부는 강재를 가공하여 일체로 제작되도록 하되 콘크리트가 내부로 타설될 수 있도록 상면이 개방되도록 제작된 강재 프레임(100); 및

   상기 강재 프레임 내부에 배근된 철근조립체와 상기 철근조립체가 매립되도록 하면서 강재 프레임 내부에 충전되어 양생되도록 타설된 콘크리트(200);를 포함하며, 상기 거더부 저면에는 내력철근의 역할을 하는 I 형강인 종방향 보강재(130)가 설치되는 슬래브와 거더가 일체화된 강합성 교량.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 콘크리트는 거더부 및 슬래브 내측에 철근조립체가 형성되도록 한 상태에서 철근조립체(300)가 매설되도록 타설되도록 하는 슬래브와 거더가 일체화된 강합성 교량.
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서, 상기 철근조립체(300)는 강재 프레임 내측에 일체로 제작된 것으로 설치되는 슬래브와 거더가 일체화된 강합성 교량.
6. 제 1항에 있어서, 상기 종방향보강재(130)는 각각의 거더부 전체 또는 일부에 설치되도록 하는 슬래브와 거더가 일체화된 강합성 교량.

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