KR101036595B1 - 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열차의 통행에 따른 충격, 진동, 교량 상부 구조물의 거동, 계절별 온도변화에 따른 구조물의 수축 및 부등침하에 효과적으로 대응할 수 있고, 봉함재 등의 유지관리가 용이한 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치에 관한 것으로, 분리된 상판 슬래브 사이의 이격공간에 개재되어 상기 상판 슬래브의 팽창 및 수축을 수용하는 봉함재와, 상기 이격공간의 상부에 위치되고 금속재 플레이트 표면에 탄성체가 코팅되는 덮개판과, 상기 덮개판을 관통하여 상기 상판 슬래브에 고정되는 앵커볼트를 포함한다.
이때, 상기 플레이트는, 상기 이격공간의 상부에 위치되는 제1플레이트와, 상기 제1플레이트의 양측에 평행하게 배치되고 상판 슬패브의 상부에 위치되는 제2플레이트로 구성된다.
상기 구성의 철도교 신축이음장치에 의하면, 제1 및 제2플레이트가 탄성체의 내부에서 이격된 상태이므로 외력이 전달될 경우 덮개판이 굴절될 수 있다. 예를 들어, 상판 슬래브의 높이차가 발생할 경우 덮개판이 크랭크 형상으로 굴절된다. 따라서 상판 슬래브의 높이차에 의해 발생되는 진동 및 이물질 유입 등의 문제를 자연스럽게 해결할 수 있다.

Description

힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치{EXPANSION JOINT DEVICE USING HINGED COVER PLATE FOR RAIL ROAD BRIDGE}

본 발명은 철도교의 상판 슬래브를 연결하는 신축이음장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 열차의 통행에 따른 충격, 진동, 교량 상부 구조물의 거동, 계절별 온도변화에 따른 구조물의 수축 및 부등침하에 효과적으로 대응할 수 있고, 봉함재 등의 유지관리가 용이한 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치에 관한 것이다.

철도교를 포함하는 교량은 열차의 통행에 따른 진동 및 계절에 따른 온도 변화에 의한 팽창 및 수축을 고려하여 상판 슬래브가 일정 간격으로 이격되도록 배치하고 이를 연결하는 시공구조를 갖는다. 또한, 상판 슬래브 사이의 이격공간을 통해 빗물, 먼지 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위하여 이격공간에 설치되는 신축이음부를 포함하는 구조로 이루어진다.

이러한 신축이음부는 교량의 상판 슬래브 사이 또는 상판 슬래브와 교대 사이에 설치되어 상판 슬래브를 서로 연결함과 동시에 하중 및 온도 변화에 의한 상판 슬래브의 팽창 및 수축변형을 흡수함으로써 교량을 구조적으로 안전하게 유지시킨다.

한편, 열차가 통행하는 철도교에는 소음과 하중에 대한 대응력을 가질 수 있도록 궤도구간에 도상자갈이 깔리는데, 상판 슬래브 사이의 이격공간에 자갈파편 및 이물질이 유입될 경우 상판 슬래브의 팽창 및 수축을 방해하고, 탄성봉함재의 손상을 초래한다. 따라서 철도교에 설치되는 신축이음부는 열차 통행시 발생하는 충격에 의해 파쇄된 자갈 등이 상판 슬래브 사이의 이격공간에 유입되는 것을 방지할 수 있는 구조로 설계된다.

도 9는 종래의 철도교 신축이음장치를 도시하는 단면도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 교각(미도시)의 상단에 설치된 상판 슬래브(A,B) 사이에는 봉함재(10)가 위치되고, 상판 슬래브(A,B) 사이의 이격공간(C) 상부에는 이격공간(C)을 덮는 덮개판(20)이 설치되며, 상판 슬래브(A,B)와 덮개판(20) 사이에는 탄성패드(30)가 개재된다. 그리고 덮개판(20)과 탄성패드(30)는 일측에 설치된 앵커볼트(40)에 의해 인접한 한 쌍의 상판 슬래브(A,B) 중 어느 하나에 고정되는 구조를 갖는다.

그런데, 상술한 종래의 철도교 신축이음장치는 금속재 덮개판(20)이 한 쌍의 상판 슬래브(A,B) 중 어느 하나에 고정되는 구조이므로, 상판 슬래브(A,B)의 수평방향 변형에 대해서는 대응 가능하지만 수직방향 변형에 대해서는 대응이 불가능하다. 즉, 열차의 통행에 따른 충격, 진동, 교량 상부 구조물의 거동, 계절별 온도변화에 따른 구조물의 수축 및 부등침하가 발생되면 상판 슬래브(A,B) 사이의 높이차로 인해 덮개판(20)과 상판 슬래브(B) 사이에 단차가 생기거나 앵커볼트(40)가 파손된다.

이와 같이 덮개판(20)과 상판 슬래브(B) 사이에 단차가 생길 경우 열차의 통행과정에서 덮개판(20)이 진동하며 덮개판(20)을 고정하는 앵커볼트(40)가 풀리거나 상부로 돌출되는 문제가 발생된다. 특히, 충격 및 진동에 의해 소음이 크게 발생할 수 있으며, 자갈파편이 덮개판(20)과 탄성패드(30) 사이로 유입될 경우 탄성패드(30)가 손상되어 기능이 급격하게 저하될 수 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 열차의 통행에 따른 충격, 진동, 교량 상부 구조물의 거동, 계절별 온도변화에 따른 구조물의 수축 및 부등침하에 효과적으로 대응할 수 있고, 봉함재 등의 유지관리가 용이한 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치는, 분리된 상판 슬래브 사이의 이격공간에 개재되어 상기 상판 슬래브의 팽창 및 수축을 수용하는 봉함재와, 상기 이격공간의 상부에 위치되고 금속재 플레이트 표면에 탄성체가 코팅되는 덮개판과, 상기 덮개판을 관통하여 상기 상판 슬래브에 고정되는 앵커볼트를 포함한다.

이때, 상기 플레이트는, 상기 이격공간의 상부에 위치되는 제1플레이트와, 상기 제1플레이트의 양측에 평행하게 배치되고 상판 슬패브의 상부에 위치되는 제2플레이트로 구성된다.

상기 구성의 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치에 의하면, 제1 및 제2플레이트가 탄성체의 내부에서 이격된 상태이므로 외력이 전달될 경우 덮개판이 굴절될 수 있다. 예를 들어, 상판 슬래브 중 하나가 침하하여 높이차가 발생할 경우 덮개판이 크랭크 형상으로 굴절된다. 따라서 상판 슬래브의 높이차에 의해 발생되는 진동 및 이물질 유입 등의 문제를 자연스럽게 해결할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 상판 슬래브의 높이차가 발생할 경우 덮개판이 굴절되며 상판 슬래브 사이의 이격공간을 밀봉된 상태로 유지한다. 따라서 덮개판과 상판 슬래브 사이에 단차가 발생하지 않으므로 열차의 통행에 따른 진동이 전달되더라도 덮개판의 탄성체를 통해 진동을 흡수할 수 있다. 또한, 열차의 통행에 따른 진동을 흡수하므로 덮개판을 고정하는 앵커볼트가 풀리거나 돌출될 우려가 없으며, 자갈 등의 이물질이 상판 슬래브 사이의 이격공간으로 유입되지 않으므로 매우 효과적이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치의 단면도.
도 2는 본 실시예에 따른 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치 중 봉함재의 사시도.
도 3은 본 실시예에 따른 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치 중 덮개판의 사시도.
도 4는 본 실시예에 따른 덮개판의 부분단면사시도.
도 5는 본 실시예에 따른 덮개판의 단면도.
도 6은 본 실시예에 따른 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치 중 앵커볼트의 도면.
도 7과 도 8은 본 실시예에 따른 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치의 사용상태도.
도 9는 종래의 철도교 신축이음장치의 단면도.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 철도교 신축이음장치는 이격공간(C)을 두고 일렬로 배치되는 상판 슬래브(A,B)의 상부에 설치되어, 외부환경에 의한 상판 슬패브(A,B)의 팽창 및 수축을 수용하여 철도교의 안정성을 확보하기 위한 신축이음장치이다. 그 구조를 살펴보면, 상판 슬래브(A,B) 사이에 위치되는 봉함재(110)와, 이격공간(C)의 상부에 위치되는 덮개판(120)과, 덮개판(120)을 관통하는 앵커볼트(130)를 포함한다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 상술한 각 구성요소에 대해 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.

도 2는 본 실시예에 따른 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치 중 봉함재의 사시도이다.

봉함재(110)는 상판 슬래브(A,B)의 팽창 및 수축을 수용하고, 상판 슬래브(A,B) 사이의 이격공간(C)을 밀봉하여 누수 및 이물질의 유입을 방지하는 수단이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 봉함재(110)는 상판 슬래브(A,B) 사이의 이격공간(C)에 삽입될 수 있도록 사각봉 형상으로 형성된다. 상판 슬래브(A,B)와 접촉되는 양측면에 접착제가 함유될 수 있도록 다수의 홈(112)이 횡방향으로 형성된다.

이와 같은 형상을 갖는 봉함재(110)는 상판 슬래브(도 1의 A,B) 사이의 이격공간(도 1의 C)에 위치되고, 양측면에 도포된 접착제를 통해 상판 슬래브(A,B)에 각각 접착된다.

이때, 봉함재(110)는 철도교의 구조적 변형을 수용할 수 있도록 적절한 신축한계를 가지며, 상판 슬래브(A,B)의 팽창 및 수축 이외에 철도교에서 발생하는 수평 거동, 수직 거동, 전단 거동 및 회전 거동을 모두 수용할 수 있는 재질로 이루어진다.

한편, 도면에 도시되진 않았지만 봉함재(110)의 상면에 합성수지 코팅층이 형성될 수 있으며, 합성수지 코팅층의 상면에 배수홈이 형성될 수 있다. 상술한 합성수지 코팅층은 봉함재(110) 설치시 접착제가 봉함재(110)의 상면으로 밀려나와 경화되는 것을 방지하기 위한 것이며, 배수홈은 봉함재(110) 상면에 고인 수분을 외부로 배출하기 위한 것이다.

도 3은 본 실시예에 따른 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치 중 덮개판의 사시도이고, 도 4는 본 실시예에 따른 덮개판의 부분단면사시도이며, 도 5는 본 실시예에 따른 덮개판의 단면도이다.

덮개판(120)은 상판 슬래브(A,B) 사이의 이격공간(C) 상부에 설치되어 열차의 통행에 따른 진동을 흡수하고, 철도교에 깔린 자갈 파편 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하는 수단이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 덮개판(120)은, 플레이트(122)와, 플레이트(122)의 표면에 코팅되는 탄성체(124)로 구성된다.

플레이트(122)는 상판 슬래브(A,B) 사이에 높이차가 발생했을 때 덮개판(120)이 굴절될 수 있도록 두 개 이상으로 구성된다. 본 실시예에서는, 상판 슬래브(A,B) 사이의 이격공간(C) 상부에 위치되는 제1플레이트(122a)와, 제1플레이트(122a)의 양측에서 소정 거리 이격된 상태로 평행하게 배치되는 한 쌍의 제2플레이트(122b,122c)를 포함하는 세 개로 구성된다(도 1 참조).

이때, 제1플레이트(122a)와 제2플레이트(122b,122c)가 서로 다른 두께를 갖는다. 이와 같이 제1플레이트(122a)와 제2플레이트(122b,122c)의 두께를 다르게 형성할 경우 덮개판(120)을 경량으로 제작할 수 있으며 덮개판(120)의 강도를 증대시킬 수 있다. 즉, 이격공간(C)의 상부에 위치되는 제1플레이트(122a)의 두께를 상판 슬래브(A,B)의 상부에 위치되는 제2플레이트(122b,122c)의 두께보다 두껍게 형성할 경우 일정한 강도를 유지하면서 덮개판(120)의 중량을 줄일 수 있다. 일례로, 제1플레이트(122a)의 두께를 8~10㎜로, 그리고 제2플레이트(122b,122c)의 두께를 4~6㎜로 형성할 수 있다.

제1 및 제2플레이트(122a,122b,122c)에는 관통공(122h)이 형성된다. 관통공(122h)은 제1 및 제2플레이트(122a,122b,122c)와 탄성체(124) 사이의 접합력을 향상시키기 위한 것이며, 내부에 탄성체(124)가 충전된다. 이와 같이 관통공(122h)에 탄성체(124)가 충전되면 제1 및 제2플레이트(122a,122b,122c)에 상면과 하면에 코팅된 탄성체(124)가 제1 및 제2플레이트(122a,122b,122c)에 밀착되어 접합력이 향상된다.

한편, 제1 및 제2플레이트(122a,122b,122c)는 슬래브(A,B)의 팽창, 수축 및 거동시 변형되거나 파손되지 않도록 소정의 강도를 갖는 금속재(좀 더 상세하게는 강재)인 것이 바람직하다.

탄성체(124)는 성형을 통해 제1 및 제2플레이트(122a,122b,122c)의 표면에 점착되어, 제1 및 제2플레이트(122a,122b,122c)를 일체화한다. 성형된 탄성체(124)의 일부는 상술한 바와 같이 관통공(122h)에 충전되어 제1 및 제2플레이트(122a,122b,122c)와 탄성체(124) 사이의 접합력을 향상시킨다. 이때, 탄성체(124)는 제1 및 제2플레이트(122a,122b,122c)와 상판 슬래브(A,B) 사이에서 완충작용을 할 수 있는 정도의 두께, 일례로 4~9㎜인 것이 바람직하다.

탄성체(124)의 상면과 하면에 힌지홈(126)이 형성된다. 좀 더 상세하게는 제1플레이트(122a)와 제2플레이트(122b,122c) 사이의 탄성체(124) 상면과 하면에 힌지홈(126)이 형성된다. 힌지홈(126)은 덮개판(120)을 굴절할 때 힌지역할을 하는 회전 중심점이다. 따라서 상술한 힌지홈(126)은 여러 번의 굴절에도 견딜 수 있도록 소정의 강도를 가져야 하며, 굴절이 용이하도록 탄성체(124)를 압착한 U자로 형성되는 것이 좋다.

한편, 제1플레이트(122a)와 제2플레이트(122b,122c) 사이 상부 및 하부에 메쉬망(140)이 마련된다. 즉, 힌지홈(126)의 내부에 메쉬망(140)이 마련된다. 이 메쉬망(140)은 덮개판(120)을 여러 번 굴절하더라도 힌지홈(126) 부분이 손상되는 것을 방지하기 위한 수단으로, 굴절에 대해 소정의 강도를 갖는 섬유재 또는 합성수지재인 것이 바람직하다.

다른 한편, 덮개판(120)의 일측에는 앵커볼트(130)가 체결되는 체결공(128)이 형성된다.

탄성체(124)의 양측 상단 가장자리에는 경사면(124s)이 형성된다. 이러한 경사면(124S)을 제2플레이트(122b,122c)의 양단에서 각각 시작하도록 형성할 경우 제2플레이트(122b,122c)에 경사면을 가공하지 않아도 되므로 가공이 용이하고 제작비용을 절감할 수 있다.

이러한 구조로 이루어진 체결공(128)은 앵커볼트(130) 설치시 헤드(138)가 탄성체(124)와 밀착되므로 별도의 밀봉재를 사용하지 않고도 덮개판(120)과 앵커볼트(130) 사이로 자갈 파편 또는 수분 등의 이물질이 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치 중 앵커볼트를 도시하는 도면이다.

도 1과 도 6을 참조하면, 앵커볼트(130)는, 나사산(134)이 형성된 몸체(132)와, 몸체(132)에 일체로 형성된 다각형의 헤드(138)로 이루어진다. 이때, 나사산(134)은 촘촘하게 형성되지 않고 서로 이격되도록 형성된다. 나사산(134) 사이에 이격된 간격은 0.6~0.8cm의 범위이며, 가장 바람직한 간격은 0.7cm이다. 그리고 나사산(134)의 절삭력을 향상시키기 위하여, 나사산(134)의 표면에는 나사산 진행방향을 따라서 절삭홈(136)들이 형성된다.

상술한 절삭홈(136)은 나사산(134)의 끝부분에 나사산 진행방향을 따라서 요철이 형성된 것으로, 절삭작용이 주로 일어나는 곳은 몸체(132)의 하단부에 가까운 부분이므로 이 부분에만 절삭홈(136)을 형성하여 가공의 경제성을 높일 수 있다. 자세하게는 나사산(134)이 3 내지 4회전하는 부분까지만 절삭홈(136)을 형성할 수 있다.

앵커볼트(130)는 상판 슬래브(A)에 미리 형성된 타공부(D)에 직접 체결된다. 이와 같이 앵커볼트(130)를 상판 슬래브(A)에 직접 체결할 경우 앵커볼트(130)와 상판 슬래브(A) 사이에는 빈 공간이 거의 없다. 또한, 체결공(128)의 내부에 탄성체(124)가 코팅되어 앵커볼트(130)의 헤드(138)가 탄성체(124)에 밀착되므로 자갈 파편 또는 수분 등의 이물질이 유입될 우려가 없다. 따라서 상판 슬래브(A)의 타공부(D)에 수분이 유입되어 동결, 팽창됨에 따라 상판 슬래브(A)가 파손될 가능성이 매우 낮다.

한편, 도면에 도시되진 않았지만 앵커볼트(130)의 헤드(138)에는 밀봉캡이 설치될 수 있다. 이 밀봉캡은 덮개판(120)의 체결공(128)과 앵커볼브(130)의 헤드(138) 사이로 자갈 파편 또는 수분 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 수단이다.

도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치의 사용상태를 도시하는 도면이다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 철도교 신축이음장치는 덮개판(120)이 굴절 가능한 구조를 갖는다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이 철도교의 상판 슬래브(A,B) 사이의 높이차가 생기면, 덮개판(120)이 크랭크 형상으로 굴절되어 상판 슬래브(A,B)의 높이차에 의해 발생되는 진동 및 이물질 유입 등의 문제를 자연스럽게 해결할 수 있다. 또한, 상판 슬래브(A,B) 사이에 개재된 봉함재(110)가 손상될 경우 도 8에 도시된 바와 같이 덮개판(120)을 열어 봉함재(110)를 유지관리할 수 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 봉함재 120: 덮개판
130: 앵커볼트 A,B: 상판 슬래브
C: 이격공간 D: 타공부

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 분리된 상판 슬래브 사이에 설치되는 신축이음장치로서,
   상기 상판 슬래브 사이의 이격공간에 개재되어 상기 상판 슬래브의 팽창 및 수축을 수용하는 봉함재;
   상기 이격공간의 상부에 위치되고, 이격된 두 개 이상의 금속재 플레이트 표면에 탄성체가 코팅되어 일체화된 덮개판; 및
   상기 덮개판을 관통하여 상기 상판 슬래브에 고정되는 앵커볼트를 포함하고,
   상기 플레이트는 상기 이격공간의 상부에 위치된 제1플레이트 및 상기 제1플레이트의 양측에 평행하게 배치된 제2플레이트로 구성되며, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이의 상기 탄성체 상면과 하면에 힌지홈이 형성되고, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 상에는 다수의 관통공이 형성되며, 상기 관통공에 상기 탄성체가 충전되는 것을 특징으로 하는 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 힌지홈은 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이의 상기 탄성체를 압착한 U자형상인 것을 특징으로 하는 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이 상부 및 하부에 메쉬망이 마련되는 것을 특징으로 하는 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 덮개판의 일측에는 상기 앵커볼트의 헤드가 삽입될 수 있도록 다단의 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 앵커볼트가 삽입된 상기 체결공의 상부를 밀봉하는 밀봉캡을 더 포함하는 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치.
9. 삭제
10. 청구항 4에 있어서,
    상기 탄성체의 양측 상단 가장자리에 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 경사면은 상기 제2플레이트의 외측단에서 각각 시작되는 것을 특징으로 하는 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치.
12. 청구항 4에 있어서,
    상기 앵커볼트는, 외주면에 나사산이 형성되는 몸체와, 상기 몸체의 상단에 일체로 형성되어 상기 덮개판을 고정하는 헤드로 이루어지고, 상기 나사산들 중 하부 나사산의 표면에 요철이 형성되도록 나사산 진행방향을 따라서 절삭홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 힌지형 덮개판이 적용된 철도교 신축이음장치.

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