KR101040188B1 - 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보구조물의 시공방법 및 그 방법으로 제조된 구조물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법 및 그 방법으로 제조된 구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로 (a) 강형에 제 1 강선 및 제 2 강선을 설치한 상태에서, 강형의 하부에 하부 케이싱 콘크리트를 타설하는 단계; (b) 상기 하부 케이싱 콘크리트가 양생된 후, 하부 케이싱 콘크리트 내에 수용된 제 2 강선에 1차 긴장력을 가하는 단계; (c) 강형과 하부 케이싱 콘크리트가 합성된 합성 보 하부에 하나 이상의 중간 지지부를 설치하는 단계; (d) 강형에 복부 및 상부 케이싱 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계; 및 (e) 제 1 강선에 2차 긴장력을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법은 보의 구체 자중 재하 시점을 조정하는 공정을 적용하여 단계별 시공 시점에 따라 발생되는 응력을 효과적으로 분산시켜 장지간의 구조물 가설 및 낮은 형고의 구조물 계획이 가능하고 동일한 여건에서 강재 사용량을 줄여 공사비를 절감하여 구조물 가설이 가능하다.
합성보 구조물, 교량, 프리스트레스, 강형, 긴장재, 중간 지점부, 부분 타설
Description
본 발명은 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법 및 그 방법으로 제조된 구조물에 관한 것으로, 보다 구체적으로 프리스트레스트 합성 보 구조물 시공 시 보 제작 단계에 따라 중간 지지부의 적용과 보의 구체 자중 재하 시점을 조정하는 공정을 적용하여 단계별 시공 시점에 따라 발생되는 응력을 효과적으로 분산시켜 장지간의 구조물 가설 및 낮은 형고의 구조물 계획이 가능하고 동일한 여건에서 강재 사용량을 줄여 공사비를 절감하여 구조물 가설이 가능한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법 및 그 방법으로 제조된 구조물에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트는 압축 응력에 대해서는 효과적인 저항성을 보이지만 인장 응력에 대해서는 상당히 취약한 취성적 재료 특성을 가지고 있다.
보(beam) 구조물 시공시 보에 발생 되는 인장 응력에 대한 효과적인 대처 방안으로 프리스트레스(Prestress)를 도입하여 보의 인장 응력을 상쇄하기 위한 다양한 방법들이 제시되어 왔다.
이러한 방법들은 프리스트레스트 콘크리트 합성 보를 구성하고 있는 콘크리트의 인장 응력 발생부의 압축 응력 도입에 주된 목적을 두고 있다.
건설 현장에서 많이 쓰이고 있는 포스트테션 방식(Post-tensioning method)의 프리스트레스트 콘크리트 합성 보(Prestressed concrete composite beam)는 콘크리트 보 내부에 덕트 및 긴장재를 설치하고, 콘크리트 타설 및 양생으로 소정의 보의 형상을 확보한 후 콘크리트 내부에 설치된 긴장재를 긴장하여 외력에 저항할 수 있도록 고안된 기술이다.
이때 보의 적정한 강성 및 응력을 확보하기 위해 보의 단면 형상을 조정하게 되고, 장지간의 구조물 계획시 필요한 강성을 확보하기 위해 자연스럽게 빔고(Beam height)가 높아지며, 따라서 보 자중 증가 및 콘크리트의 재료적인 특성에 의해 장지간의 구조물 계획에 한계가 따르는 문제점이 있었다.
대부분의 포스트텐션 방식의 프리스트레스트 합성 보의 시공 단계를 살펴보면, 보를 구성하는 구체를 형성시키고 내부에 기 설치한 강선의 긴장을 통해 합성 보를 형성하게 된다.
이때 합성 보를 구성하고 있는 구체의 자중이 일시에 작용하게 되므로 보의 일부 구간에서 과도한 응력이 집중되는 현상이 발생하게 되어 구조물 시공에 제한 이 따르게 되는 문제점이 있었다.
이러한 단점을 보완하기 위해 긴장력 및 압축력에 대해 신뢰도가 높고 강한 단면력을 발휘하는 I자 형태의 강재를 이용하여 강형 하부 플랜지와 콘크리트를 압축스트레스 도입으로 합성시켜 강성을 확보하는 방식의 프리플렉스 합성 보(Preflex composite beam) 공법이 개발되어 프리스트레스트 콘크리트 합성 보(Prestressed concrete composite beam)에서는 한계가 따르는 낮은 형고 및 장지간 교량 구조물에 적용이 되고 있다.
그러나 프리플렉스 합성 보(Preflex composite beam) 공법이 프리스트레스트 콘크리트 합성 보(Prestressed concrete composite beam)에 비하여 낮은 빔고(Beam height) 확보 및 장지간 구조물 계획이 가능하도록 하는 상당한 기술적인 진보는 있으나 보를 구성하는 강재가 과다하게 사용되고, 강형 제작 및 프리플렉션(Preflexion) 비용이 과다하게 소요되어 타 공법에 비해 고가의 공사비가 요구되며, 공법 특성상 바닥판(Deck slab) 콘크리트 합성 시 프리스트레스가 도입되지 않고 단순 피복되는 복부 콘크리트 부에 균열이 많이 발생되어 복부에 타설되는 상당 부분의 콘크리트 단면을 보의 강성 산정 시 무시하고 설계를 함에 따라 강성 확보에 비효율적인 특성과 복부 콘크리트의 균열발생과 같은 구조적인 문제점의 극복이 요구되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 프리스트레스트 합성 보 구조물 시공 시, 합성 보 제작 단계에 따라 중간 지지부의 적용과 보의 구체 자중 재하 시점을 조정하는 공정을 적용하여 단계별 시공 시점에 따라 발생되는 응력을 효과적으로 분산시켜 장지간의 구조물 가설 및 낮은 형고의 구조물 계획이 가능하고, 동일한 여건에서 강재 사용량을 줄여 공사비를 절감하여 구조물 가설이 가능한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법 및 그 방법으로 제조된 구조물을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 측면에 따른 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법은 (a) 강형에 제 1 강선 및 제 2 강선을 설치한 상태에서, 강형의 하부에 하부 케이싱 콘크리트를 타설하는 단계; (b) 상기 하부 케이싱 콘크리트가 양생된 후, 하부 케이싱 콘크리트 내에 수용된 제 2 강선에 1차 긴장력을 가하는 단계; (c) 강형과 하부 케이싱 콘크리트가 합성된 합성 보 하부에 하나 이상의 중간 지지부를 설치하는 단계; (d) 강형에 복부 및 상부 케이싱 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계; 및 (e) 제 1 강선에 2차 긴장력을 가하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법은 (a) 강형에 제 1 강선 및 제 2 강선을 설치한 상태에서, 강형의 하부에 하부 케이싱 콘크리트를 타설하는 단계; (b) 상기 하부 케이싱 콘크리트가 양생된 후, 하부 케이싱 콘크리트 내에 수용된 제 2 강선에 1차 긴장력을 가하는 단계; (c) 강형에 복부 및 상부 케이싱 콘크리트를 타설하는 단계; (d) 강형과 하부 케이싱 콘크리트가 합성된 합성 보 하부에 하나 이상의 중간 지지부를 설치하는 단계; (e) 상기 복부 및 상부 케이싱 콘트리트를 양생하는 단계; 및 (f) 제 1 강선에 2차 긴장력을 가하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법은 합성 보 제작 과정 중 합성 보의 양단의 지점 사이에 1개 이상의 다수의 중간 지지부를 설치하여 합성 보 제작 중에 발생되는 자중의 재하 시점을 인위적으로 제어함에 따라 합성 보 제작과 가설 시 과다한 하중에 의한 제한 요소를 조정하여 부재에 발생되는 응력을 분산시킬 수 있으며, 따라서 장지간의 구조물 가설 계획이 가능하다.
또한, 응력의 분산에 따른 응력 여유도가 높아 동일한 조건에서 타 형식의 합성보에 비해 낮은 형고의 계획이 가능하고 또한 본 발명에 따른 합성 보와 유사한 재료(강재, 콘크리트, 긴장재) 조합으로 구성되는 종래의 강, 콘크리트 합성 보에 비하여 소요 강재량을 획기적으로 줄이는 효과로 합성 보의 경제적인 경쟁력 을 크게 확보할 수 있다.
또한, 강, 콘크리트 프리스트레스트 합성 보의 대표적인 프리플렉스 합성보에서는 극복하지 못한 복부 콘크리트 균열 문제를 강,콘크리트 전단면에 걸친 프리스트레스 도입으로 해결할 수 있으며, 그 결과 바닥판 타설 시 합성 보의 유효한 강성 확보가 유리하고 공용 중 구조물의 내구성 확보로 구조물의 품질 확보와 유지보수에 대한 부담을 줄일 수 있다.
또한, 합성 보의 거치 후 바닥판 슬래브 콘크리트의 타설 시 거푸집의 설치가 간단하고 철근 조립이 간단하게 이루어지므로 시공성이 우수하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, I형의 강재와 수직 하중에 대해 인장 응력이 발생되는 I형강 하연에 복수의 강선(제 1 및 제 2 강선)을 설치시키고, 하연의 일부 구간에 하부 케이싱 콘크리트를 합성시킨 후 하부 케이싱 콘크리트 내에 수용된 제 1 강선을 긴장하여 1차에 걸친 스트레스(1차 긴장력)를 도입하며, 위와 같은 공정을 통해 단순 거치된 강형과 하부 케이싱 콘크리트가 합성된 보의 초기 강성을 증가시키기 위해 추가 타설되는 복부 및 상부 케이싱 콘크리트의 자중에 의한 영향이 복부 및 상부 케이싱 콘크리트가 합성되기 전에 보에 전달되지 않도록 빔 중앙부에 1개 이상 다수의 중간 지지부를 설치하게 된다.
1차 프리스트레스 도입 과정을 통해 강형과 하부 케이싱 콘크리트의 구조적인 합성이 이루진 후 중간 지지부를 설치하여 추가 하중에 대한 중립상태를 유지한 상태에서 합성 보의 복부 및 상부 케이싱 콘크리트 타설 및 양생 공정으로 합성 보의 강성을 증가시키고, 합성 보 내부에 기 설치된 제 2 강선을 이용하여 2차 프리스트레스(2차 긴장력)를 도입하는 공정의 도입으로, 장지간의 구조물 계획 시 합성 보 자중 및 강선 긴장력에 의해 부재 일부 구간에 발생되는 과도한 응력 발생을 시공 단계에 따라 적절히 분산하여, 일반적인 포스트 텐션 방식의 합성 보(Prestressed composite beam) 제작 시 부분적인 과대 발생 응력에 의한 구조물 계획의 제한 요소 등을 합리적으로 극복할 수 있는 원리를 제공하게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 보를 구성하는 단면의 일부 구간을 시공 단계에 따라 분리하여 구체형성을 하고, 단면 형상에 따라 프리스트레스 도입 시점을 조정하며, 보 내부에 지점을 설치하여 보의 자중에 의한 단면력을 적절하게 분산하여 종래의 기술로는 가능하지 않은 낮은 형고와 장지간의 합성 보 제작이 가능하도록 그 기술적인 원리를 제공하게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공 단계를 도시한 공정도이고, 도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공 단계를 도시한 공정도이며, 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 프리스트레시트 합성 보 구조물 제작 단계에서 단계별 고정하중 재하 시점의 합성 보 강성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 하부 케이싱 콘크리트 타설 시점에서 하부 케이싱 콘크리트와 복부 콘크리트 일부를 합성할 수 있음을 보여주는 시공 단계별 단면도이며, 도 5는 도 1에서 도시된 프리스트레스트 합성 보 구조물의 제작과정에 따른 단계별 하중과 그에 따른 단면력 및 부재 응력을 도시한 빔 제작 및 교량가설 단계에 따른 하중 개념도이고, 도 6은 도 2에서 도시된 프리스트레스트 합성 보 구조물의 제작과정에 따른 단계별 하중과 그에 따른 단면력 및 부재 응력을 도시한 빔 제작 및 교량가설 단계에 따른 하중 개념도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보(prestressed composite beam) 구조물의 시공방법은 (a) 강형(101)에 제 1 강선(103) 및 제 2 강선(104)을 설치한 상태에서, 강형(101)의 하부에 하부 케이싱 콘크리트(102)를 타설하는 단계; (b) 상기 하부 케이싱 콘크리트(102)가 양생된 후, 하부 케이싱 콘크리트(102) 내에 수용된 제 2 강선(104)에 1차 긴장력을 가하는 단계; (c) 강형(101)과 하부 케이싱 콘크리트(102)가 합성된 합성 보 하부에 하나 이상의 중간 지지부(107)를 설치하는 단계; (d) 강형(101)에 복부 및 상부 케이싱 콘크리트(109, 108)를 타설 및 양생하는 단계; 및 (e) 제 1 강선(103)에 2차 긴장력을 가하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법은 (e) 단계 이후, 합성 보에 바닥판 슬래브 콘크리트(111)를 타설하는 단계 (f)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 단계(f)는 강형(101)의 상부 플랜지 노출부의 상연에 전단 연결재(stda1)를 설치하고, 상부 케이싱 콘크리트(108) 상면 및 측면에 철근을 돌출시킨 전단 연결재(stda2)를 설치한 상태에서 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보(prestressed composite beam) 구조물의 시공방법은 (a) 강형(201)에 제 1 강선(203) 및 제 2 강선(204)을 설치한 상태에서, 강형(201)의 하부에 하부 케이싱 콘크리트(202)를 타설하는 단계; (b) 상기 하부 케이싱 콘크리트(202)가 양생된 후, 하부 케이싱 콘크리트(202) 내에 수용된 제 2 강선(204)에 1차 긴장력을 가하는 단계; (c) 강형(201)에 복부 및 상부 케이싱 콘크리트(209, 208)를 타설하는 단계; (d) 강형(201)과 하부 케이싱 콘크리트(202)가 합성된 합성 보 하부에 하나 이상의 중간 지지부(207)를 설치하는 단계; (e) 상기 복부 및 상부 케이싱 콘트리트(209, 208)를 양생하는 단계; 및 (f) 제 1 강선(203)에 2차 긴장력을 가하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공 방법은 (f) 단계 이후, 합성 보에 바닥판 슬래브 콘크리트(211)를 타설하는 단계 (g)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 단계(g)는 강형(201)의 상부 플랜지 노출부의 상연에 전단 연결재(stda1)를 설치하고, 상부 케이싱 콘크리트(208) 상면 및 측면에 철근을 돌출시킨 전단 연결재(stda2)를 설치한 상태에서 이루어질 수 있다.
먼저, 도 1의 시공 순서도를 참조하면, 도 1의 S001과 같이 단순 거치된 강형(101)에 제 1 및 제 2 강선(103,104)을 설치한 상태에서 하부 케이싱 콘크리트(102)를 타설하며, 이때 강형(101)을 단순 거치한 상태에서 하부 케이싱 콘크리트(102)가 타설되며, 하부 케이싱 콘크리트(102)는 강형(101)과 합성되기 전이므로 하부 케이싱 콘크리트(102)에는 단면력이나 응력이 발생되지 않으며 강형(101) 단면에 단면력과 응력이 발생된다.
도 5의 (가)의 빗금부에 해당하는 하부 케이싱 콘크리트(102)의 자중이 작용하게 되며, 이때 작용되는 하중은 도 5의 <STEP 1>의 (가)에 도시한 w1이며 w1에 의해 M1의 단면력(모멘트)이 발생하게 된다.
이때 상기 M1 모멘트에 의해 강형(101) 상,하부 플랜지에 각각 압축 응력(fsu1)과 인장 응력(fsl1)이 작용하게 된다.
다음 단계로 하부 케이싱 콘크리트(102)가 양생된 후, 도 1의 S002와 같이 하부 케이싱 콘크리트(102)에 설치된 제 1 강선(103)을 P1의 긴장력으로 1차 인장하여 도 5의 <STEP 2>의 (나)에 도시한 바와 같이 -P와 -Mr1의 단면력을 발생시키 게 된다.
이때 단면 강성은 강형(101)과 하부 케이싱 콘크리트(102)가 합성된 합성 단면의 조건에서 각 부재의 응력이 발생된다.
한편, 각 부재의 각 부재의 응력 산정은 응력 산정식인 아래의 수학식 1에 의해 산출되며, 응력 산정 식에서 P는 강선 긴장력, A는 강형과 하부 케이싱 콘크리트의 단면적, M1은 강선 긴장력에 의해 발생되는 모멘트, I는 강형과 하부 케이싱 콘크리트의 단면2차모멘트, y는 강형과 하부 케이싱 콘크리트의 단면의 중립축에서 응력을 구하고자 하는 위치까지의 팔길이, M2는 외력에 의해 부재에 발생되는 부재력을 나타낸다.
위의 응력 산정식인 수학식 1을 이용해 얻어진 각 부재의 응력은, 부재의 압축 방향으로 발생되는 -P하중에 의해 강형(101)에 압축 응력(fsu2, fsl2)과 하부 케이싱 콘크리트(102)에 압축 응력(fcal1)이 발생되며, -Mr1의 모멘트에 의해 강형(101)의 상부 플랜지에 인장 응력(fsu3)과 하부 플랜지에 압축응력(fsl3)이 발생되며 동시에 하부 케이싱 콘크리트(102)에 압축 응력(fcal2)을 도입하여 강형과 하부 케이싱 콘크리트(102)가 합성 구조체의 유효한 강성을 확보하게 된다.
다음 단계는 도 1의 S003과 S004와 같이 강형(101)과 하부 케이싱 콘크리트(102)가 합성된 상태에서 합성 보 내에 하나 이상의 중간 지지부(107)를 설치한 후 복부 및 상부 케이싱 콘크리트(109, 108)를 타설하고 양생과정을 거쳐 구체 강성을 확보하게 된다
이후 도 1의 S005와 같이 합성 보 내부에 기 설치된 제 2 강선(104)에 2차 긴장력을 가하고 중간 지지부(107)를 제거하여 추가 프리스트레스를 도입하는 공정을 거치게 된다.
이때 강형(101)과 하부 케이싱 콘크리트(102)의 합성 단계 후 보의 강성을 추가 확보하기 위해 상부 및 복부 케이싱 콘크리트(108, 109)의 타설 단계에서 추가 타설되는 자중이 상대적으로 강성이 적은 강형(101)과 하부 케이싱 콘크리트(102) 합성 단면에 가해지지 않도록 중간 지지부(107)를 설치한 상태에서 이루어지므로, 중간 지지부(107)가 제거되는 시점의 강성을 충분히 확보한 후 상부 케이싱 콘트리트(108)와 복부 케이싱 콘크리트(109) 자중이 가해지도록 제어하므로 단면의 강성에 따라 응력의 크기와 시점을 분산시키는 효과를 기대할 수 있고, 따라서 시공 단계에서 일시적인 응력에 의한 부재 계획의 제한 요소를 제거할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
위의 단계에서 합성 보에 가해지는 구체 자중의 크기는 도 3의 (나)에서 도시된 바와 같이 상부 케이싱 콘크리트(108)와 복부 케이싱 콘크리트(109)의 자중으로 도 5에 도시된 <STEP 3>의 (다)에 표현된 w2가 합성 보에 수직하중으로 작용하 게 되며, w2 하중에 의해 합성 보의 모멘트(M2)로 작용하게 된다.
동시에, 도 1의 S005와 같이 합성 보 내부에 설치된 제 2 강선(104)의 인장으로, 도 5 의 <STEP 3>의 (가),(나)에 도시한 -P2와 -Mr2의 단면력이 발생하게 된다.
이때의 단면 강성은 강형, 상부, 하부 및 복부 케이싱 콘크리트(101, 108, 102 및 109)가 합성된 단면으로 이전 단계의 강형(101)과 하부 케이싱 콘크리트(102)로 이루어진 합성 단면의 강성과는 현저한 차이를 보이며, 따라서 상부 및 복부 케이싱 콘크리트(108, 109)의 자중에 의해 발생된 부재 응력은 이전 단계의 강성 하에서 발생되는 응력보다 상대적으로 적은 응력이 발생하게 된다.
도 11은 도 10에서 도시한 포스트텐션 방식으로 제작되는 프리스트레스트 합성보의 단계별 제작과정에 따른 단계별 하중과 그에 따른 단면력 및 부재 응력을 도시하고 있으며 도 11의 <STEP 1>에서 합성 보 전체의 자중(wb)이 일시에 작용하게 되므로 장지간의 합성 보 제작 시 과다한 자중 하중이 작용되어 필요한 형고와 장지간 확보에 제한이 따르게 된다.
반면 본 발명에 따른 보 구체 자중은 도 11의 <STEP 1>, <STEP 2> 및 <STEP 3>의 과정을 통해 구체 자중을 분산시키고, 충분한 강성 확보를 하면서 하부 케이싱 콘크리트에 압축 응력을 효과적으로 도입하는 과정을 구비하게 되므로 동일한 조건에서 장지간의 구조물 가설에 유리한 조건을 제공하게 된다.
다음 단계는 도 1의 (바)와 같은 시공 단계로 도 11의 <STEP 4>의 강형과 복 부 및 상,하부 케이싱 콘크리트의 합성 완료 후 거치된 합성보에 바닥판 슬래브 콘크리트를 타설하는 공정으로 바닥판 슬래브 콘크리트의 자중(w3)에 의해 모멘트(M3)가 발생되어 강형 상부 플랜지의 압축 응력(fsu7), 강형 하부 플랜지의 인장 응력(fsl7), 상부 케이싱 콘크리트 상연의 압축 응력(fcu4), 하부 케이싱 콘크리트 하연의 인장 응력(fcal6)이 발생되는 과정을 도시하고 있다.
위의 시공 단계는 본 발명에 따른 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공에서 도 15의 (가)와 같이 바닥판 타설 시 시공성을 개선하고 바닥판 슬래브 콘크리트 타설 시점의 프리스트레스트 합성 보 강성을 확대하기 위해 도 3의 (나)에 도시한 바와 같이 강형의 상부 플렌지 상연에 전단 연결재(stda1)와 상부 케이싱 콘크리트 상연 및 측면에 철근을 돌출시킨 전단 연결재(stda2)를 구비한 단면 형상으로 합성 보의 단면 성능을 극대화 할 수 있는 원리를 적용하는 공정을 포함하고 있다.
다음은 본 발명에 따른 합성 보와 바닥판 슬래브의 합성 후 추가되는 고정하중(w4)과 활하중(PL)에 의해 발생되는 단면력(M4, M5)에 의해 강형 상부 플랜지의 압축 응력(fsu8), 강형 하부 플랜지의 인장 응력(fsl8), 상부 케이싱 콘크리트 상연의 압축 응력(fcu5), 하부 케이싱 콘크리트 하연의 인장 응력(fcal7)이 발생되는 과정을 도시하고 있다.
도 6은 도 5과 유사한 기술적인 원리를 구비하고 있으며 도 2의 공정에 의해 본 발명에 따른 합성 보 제작 및 가설에 대한 구조적인 원리를 제공하게 된다.
도 5의 <STEP 3> 과정에서는 중간 지지부를 설치한 상태에서 상부 케이싱 콘크리트 및 복부 콘크리트를 타설하고 양생하여 강형과 하부 케이싱 콘크리트와 복부 및 상부 케이싱 콘크리트의 합성 상태에서 복부 및 상부 케이싱 콘크리트의 자중에 의한 단면력을 부담해야하는 조건에 의해 상부 케이싱 콘크리트 상연의 압축 응력이 과다하게 발생되어 구조물 계획 시 제한 요소로 작용되는 경우가 생길 수 있다.
도 6의 <STEP 3>과 같이 중간 지지부를 설치하지 않은 상태에서 복부 및 상부 케이싱 콘크리트를 타설하고 양생 기간 동안 중간 지지부를 설치하는 경우 복부 및 상부 케이싱 콘크리트의 자중에 저항하는 단면은 강형과 하부 케이싱 콘크리트의 합성 단면에서 부담하게 되므로 하부 케이싱 콘크리트 및 강형에 발생되는 응력은 다소 커질 수 있지만 상부 케이싱 콘크리트 상연 응력은 자중에 의한 영향이 배제되므로 상부 케이싱 콘크리트 상연의 압축 응력에 대한 부담이 감소하게 되는 이점이 유도된다.
따라서, 도 1과 도 5 및 도 2와 도 6에서 합성 보 제작 및 가설에 대해 제공되는 기술은 합성 보를 구성하는 구체 콘크리트의 자중 부담을 중간 지지부의 설치 시점의 조정으로 부재에 발생되는 응력을 분산시켜 합성 보 제작 시 제한 요소를 합리적으로 제어하는 기술적인 원리를 제공하게 된다.
본 발명의 각 실시예에 따른 프리스트레스트 합성 보 구조물의 비교 대상은 종래의 강, 콘크리트 프리스트레스트 합성 보의 일종인 프리플렉스 합성 보(Preflex Composite Beam)를 주요 비교 대상으로 하였으며, 종래의 프리플렉스 합성 보의 경우 강재 보의 인장부 일부 구간에 콘크리트 구체(하부 케이싱 콘크리트)를 피복한 후 압축 스트레스의 도입으로 강재와 하부 케이싱 콘크리트를 합성시켜 강재만의 강성보다 월등히 큰 강성 확보를 목적으로 제작되어왔다.
그러나 낮은 형고에서 높은 강성을 확보하기 위해서는 강재가 과다하게 소요되어 단위 공사비용이 크다는 단점을 가지고 있다.
또한 복부 케이싱 콘크리트에 스트레스 도입 공정이 없어 교량 가설 후 복부 하단에 인장 균열이 발생되어 복부 콘크리트 단면을 합성 보의 강성에 포함하지 않고 있으며, 따라서 바닥판 슬래브 합성 후 단면 강성 확보 면에서 상당한 강성 손실이 발생된다.
도 12의 (가)는 본 발명에 따른 실시 예로 단면도에 제시한 부재 치수를 대상으로 바닥판 타설 시점의 단면 강성을 산정하였으며 도 12의 (나)는 도 12의 (가)에서 제시한 동일한 조건의 바닥판 타설 시점의 프리플렉스 합성 보의 강성을 비교하였다.
도 12에 도시한 결과와 같이 본 발명에 따른 합성 보 단면의 바닥판 타설 시 강성은 60,645,400 cm2이며, 프리플렉스 합성 보의 강성은 33,342,100 cm2로 80% 이상의 강성 차이가 있다.
도 13의 (가)는 본 발명에 따른 실시 예로 단면도에 제시한 부재 치수를 대상으로 바닥판 합성 후의 단면 강성을 구했으며 도 13의 (나)는 도 13의 (가)에서 제시한 동일한 조건의 바닥판 합성 후의 프리플렉스 합성 보의 강성을 비교하였다.
도 13의 (나)의 프리플렉스 합성 보의 단면 강성은 복부 단면을 합성 보 강성에서 제외되어 85,082,500 cm2로 (가)에서 구한 강성 96,731,600 cm2과 13% 이상 차이가 있음을 알 수 있다.
도 14의 (가)와 (나)의 프리플렉스 합성 보의 단면 강성은 본 발명의 실시예에 따른 도 12의 (가)와 도 13의 (가)의 강성 및 최종 부재 응력이 유사한 범위에서 발생되기 위한 최소한의 단면 구성조건으로 도시하였으며, 도 11의 (가)와 (나)의 강형 단면적은 본 발명에 따른 강형 단면적과 큰 차이를 보이며 이는 1400cm2로 본 발명에 따른 강형 단면적 297 cm2와 비교하면 4.7배 이상의 강재가 사용되고 있음을 알 수 있다.
따라서 구조물 사용 재료로 쓰이는 강재의 재료비와 경비가 타 재료에 비하여 고가로 소요된다는 점을 고려하면, 본 발명에 합성 보의 소요 공사비는 기존 프리플렉스 합성 보의 공사비에 비하여 현격하게 줄어든다.
프리플렉스 합성 보의 제작 공정 및 하중 관계는 도 7과 도 9를 통해 합성 보 제작 단계에 따른 하중, 단면력, 발생 응력 등을 도시하였으며, 포스트텐션 방식으로 제작되는 프리스트레스트 합성 보의 단계별 제작과정은 도 10과 도 11을 통해 설명한 합성 보 제작 단계에 따른 하중, 단면력, 발생 응력 등을 도시하여 본 발명에 따른 공정과 비교 하였다.
다음은 본 발명에 따른 합성 보 제작 및 가설 방법에 따른 실시예로 지간 50m, 형고 2.0m의 합성 보 단면을, 도 12의 (가) 단면을 기본으로 가정하여 주요 공정에 대한 하중, 단면력, 부재 강성, 발생 응력 등을 수치 해석을 통해 동일한 조건의 종래의 합성 보와 응력 상태를 비교하여 본 발명의 원리와 효과를 해석 결과 집계표를 이용해 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명에 따른 합성 보 제작은 전술한 도 1과 도 5 및 도 2와 도 6을 통해 설명한 보 제작 공정에 따라 각 단계별 하중, 단면력, 단면 계수, 발생 응력을 산출하고 누적 응력을 산정하여 최종 단계의 부재 응력까지 산출하였으며, 동일한 조건에서 도 7과 도 9을 통해 설명한 프리플렉스 합성 보의 시공단계별 해석결과와 동일한 조건에서 도 10과 도 11을 통해 설명한 포스트 텐션 방식의 시공단계별 해석결과를 비교하여 본 발명에 따른 기술적인 효과를 확인할 수 있다.
이때 프리플렉스 합성 보의 경우 본 발명에 따른 단면과 동일한 단면 구성을 적용하는 경우 강형 부재에 발생되는 응력이 지나치게 과다하여 구조물 구성 자체가 성립되지 않으므로 앞서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 합성 보의 사용 강재량의 4.7배(도 14)에 달하는 제안한 강재량을 적용하여 해석한 결과이다.
먼저 본 발명의 제 1 실시예에 따른 합성 보 제작에서 도 1과 도 5를 통해 설명한 합성 보 제작 공정에 따른 해석 결과는 다음 [표 1]와 같다.
| 구 분 | 하중 및 단면력 | 단면 제정수 | 발생 응력 | 누계 응력 |
||||||
| 공종 및 단위 |
고 정 하 중 (w) |
지간장 (L) |
작 용 모멘트 ◆ M1(w .L2/8) ◆ M2(Px강선도심) |
축 력 (P) |
단면2차 모멘트 (I) |
단면적 (A) |
팔길이 (y) |
적용식 : 응력 산정식 (수학식 1) |
||
| tonf.m | m | tonf.m | tonf | cm4 | cm2 | cm | kgf/cm2 (+: 인장응력, -:압축응력) |
|||
| 1 단계 |
< 강형 거치 및 케이싱 자중 재하 단계 > ◆ 단면 강성 : 강형 ◆ 하중 : 강형단면과 케이싱 단면의 자중 |
|||||||||
| 1.24 | 50.0 | ◆ M1 = 388.0 | - | 14451300.0 | 3794.0 | -64.0 | 강형 상연 (fsu1) | -1288.7 | -1288.7 | |
| 106.0 | 강형 하연 (fsl1) | 2134.5 | 2134.5 | |||||||
| - | 하부케이싱 하연 | - | - | |||||||
| 2 단계 |
< 1차 강선 긴장 단계 > ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 콘크리트 ◆ 하중 : 강선 긴장력(758 tonf), 중립축으로부터 강선 도심까지 거리 : 58cm ◆ 강재, 하부케이싱 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 |
|||||||||
| - | - | ◆ M2 = 439.64 | 758.0 | 36645000.0 | 7635.0 | -118.0 | 강형 상연 (fsu2, fsu3) |
317.1 | -971.6 | |
| 52.0 | 강형 하연 (fsl2, fsl3) |
-1212.5 | 922.0 | |||||||
| 68.0 | 하부케이싱 하 연 (fcal1,fcal2) |
-180.9 | -180.9 | |||||||
| 3 단계 |
< 2차 강선 긴장 단계 > ◆ 복부와 상부 케이싱 콘크리트 자중은 중간 지점 제거 후 작용되므로 3단계 단면 제 정수에 하중 적용 ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 + 복부 + 상부케이싱 콘크리트 ◆ 하중 : 강선 긴장력(449 tonf), 중립축으로부터 2차 강선 도심까지 거리 : 69cm 복부 및 상부 케이싱 콘크리트 자중 ◆ 강재, 빔 본체 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 |
|||||||||
| 1.22 | 50.0 | ◆ M1 = 382.0 ◆ M2 = 309.8 |
449.0 | 60645400.0 | 13298.0 | -97.0 | 강형 상연 (fsu4, fsu5, fsu6) |
-339.8 | -1311.4 | |
| 73.0 | 강형 하연 (fsl4, fsl5, fsl6) |
-188.1 | 733.9 | |||||||
| 89.0 | 하부케이싱 하연 (fcal3,, fcal4, fcal5) |
-23.2 | -204.0 | |||||||
| -97.0 | 상부케이싱 상연 (fcu1,, fcu2, fcu3) |
-45.3 | -45.3 | |||||||
| 4 단계 |
< 바닥판 슬래브 콘크리트 타설 단계 > ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 + 복부 + 상부케이싱 콘크리트 ◆ 강재, 하부케이싱 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 |
|||||||||
| 1.25 | 50.0 | ◆ M1 = 391.0 | - | 60645400.0 | 13298.0 | -97.0 | 강형 상연 (fsu7) | -469.0 | -1780.5 | |
| 73.0 | 강형 하연 (fsl7) | 353.0 | 1086.9 | |||||||
| 89.0 | 하부케이싱 하연 (fcal6) | 57.4 | -146.7 | |||||||
| -61.1 | 상부케이싱 상연 (fcu4) | -62.5 | -107.8 | |||||||
| 5 단계 |
< 합성 후 고정하중 및 활하중 > ◆ 지간장 50.0m에서 평균치에 가까운 하중으로 가정 합성 후 고정하중에 의한 모멘트: 180.0 tonf.m, 활하중에 의한 모멘트 : 420.0 tonf.m ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 + 복부 + 상부케이싱 콘크리트 + 바닥판 슬래브 콘크리트 ◆ 강재, 빔 본체 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 ◆ 빔 본체 콘크리트, 바닥판 콘크리트 탄성계수 비 : 0.9 |
|||||||||
| - | 50 | ◆ M1 = 600.0 | - | 96731600.0 | 17981.0 | -74.0 | 강형 상연 (fsu8) | -344.3 | -2124.7 | |
| 96.0 | 강형 하연 (fsl8) | 446.6 | 1533.5 | |||||||
| 112.0 | 하부케이싱 하연 (fcal7) | 69.5 | -77.2 | |||||||
| -74.0 | 상부케이싱 상연 (fcu5) | -45.9 | -153.8 | |||||||
| 구 분 | 하중 및 단면력 | 단면 제정수 | 발생 응력 | 누계 응력 |
|||||||
| 공종 및 단위 |
고 정 하 중 (w) |
지간장 (L) |
작 용 모멘트 ◆ M1(w .L2/8) ◆ M2(Px강선도심) |
축 력 (P) |
단면2차 모멘트 (I) |
단면적 (A) |
팔길이 (y) |
적용식 : 응력 산정식 (수학식 1) |
|||
| tonf.m | m | tonf.m | tonf | cm4 | cm2 | cm | kgf/cm2 (+: 인장응력, -:압축응력) |
||||
| 1,2 단계 | < 강형 거치 및 케이싱 자중 재하 단계 > < 1차 강선 긴장 단계 > 는 본 발명에 따른 시공 단계(1)의 해석 결과와 동일 |
강형 상연 (fsu1,fsu2,fsu3) |
- | -971.6 | |||||||
| 강형 하연 (fsl1,fsl2,fsl3) |
- | 922.0 | |||||||||
| 하부케이싱 하연 (fcal1,fcal2) |
- | -180.9 | |||||||||
| 3 단계 |
< 복부 및 상부 케이싱 콘크리트 자중 재하 단계 > ◆ 복부와 상부 케이싱 콘크리트 자중은 중간 지점을 설치하지 않은 상태에서 이루어지므로 강형, 하부케이싱 콘크리트 합성 단면의 제 정수에 하중 적용 ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 ◆ 하중 : 복부 및 상부 케이싱 콘크리트 자중 ◆ 강재, 빔 본체 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 |
||||||||||
| 1.22 | 50.0 | ◆ M1 = 382.0 | - | 36645000.0 | 7635.0 | -118.0 | 강형 상연 (fsu6') | -922.6 | -1894.2 | ||
| 52.0 | 강형 하연 (fsl6') | 406.5 | 1328.5 | ||||||||
| 68.0 | 하부케이싱 하연 (fcal5') |
70.9 | -110.0 | ||||||||
| 4-1 단계 |
< 2차 강선 긴장 단계 > ◆ 2차 강선 긴장 단계의 단면 제정수는 강형, 상하부 케이싱 콘크리트, 복부 콘크리트가 합성 된 상태에서 긴장작업을 실시하므로 강형+하부케이싱, 복부, 상부케이싱 콘크리트 합성 단면의 제 정수에 하중 적용 ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 + 복부 + 상부케이싱 콘크리트 ◆ 하중 : 강선 긴장력(449 tonf) ◆ 중립축으로부터 2차 강선 도심까지 거리 : 69cm ◆ 강재, 빔 본체 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 |
||||||||||
| - | 50.0 | ◆ M2 = 309.8 | 449.0 | 60645400.0 | 13298.0 | -97.0 | 강형 상연 (fsu4, fsu5) |
59.2 | -1835.0 | ||
| 73.0 | 강형 하연 (fsl4, fsl5) |
-488.3 | 840.2 | ||||||||
| 89.0 | 하부케이싱 하연 (fcal3, (fcal4) |
-72.0 | -182.0 | ||||||||
| -97.0 | 상부케이싱 상연 (fcu1,, fcu2) |
7.9 | 7.9 | ||||||||
| 4-2 단계 |
< 바닥판 슬래브 콘크리트 타설 단계 > ◆ 단면 강성 : 4-1 단계의 합성 단면 제 정수에 하중 적용 ◆ 강재, 하부케이싱 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 |
|||||||||
| 1.25 | 50.0 | ◆ M1 = 391.0 | - | 60645400.0 | 13298.0 | -97.0 | 강형 상연 (fsu7) | -469.0 | -2304.0 | |
| 73.0 | 강형 하연 (fsl7) | 353.0 | 1193.2 | |||||||
| 89.0 | 하부케이싱 하연 (fcal6) |
57.4 | -119.9 | |||||||
| -61.1 | 상부케이싱 상연 (fcu4) |
-62.5 | -54.6 | |||||||
| 5 단계 |
< 합성 후 고정하중 및 활하중 > ◆ 지간장 50.0m에서 평균치에 가까운 하중으로 가정 합성 후 고정하중에 의한 모멘트: 180.0 tonf.m, 활하중에 의한 모멘트 : 420.0 tonf.m ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 + 복부 + 상부케이싱 콘크리트 + 바닥판 슬래브 콘크리트 ◆ 강재, 빔 본체 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 ◆ 빔 본체 콘크리트, 바닥판 콘크리트 탄성계수 비 : 0.9 |
|||||||||
| - | 50 | ◆ M1 = 600.0 | - | 96731600.0 | 17981.0 | -74.0 | 강형 상연 (fsu8) | -344.3 | -2648.3 | |
| 96.0 | 강형 하연 (fsl8) | 446.6 | 1639.8 | |||||||
| 112.0 | 하부케이싱 하연 (fcal7) |
69.5 | -50.4 | |||||||
| -74.0 | 상부케이싱 상연 (fcu5) |
-45.9 | -100.5 | |||||||
다음은 도 7과 도 9를 통해 설명한 프리플렉스 합성 보의 제작 과정에 따른 해석 결과로, 단계별 해석 결과는 다음 [표 3]와 같다.
| 구 분 | 하중 및 단면력 | 단면 제정수 | 발생 응력 | 누계 응력 |
|||||||
| 공종 및 단위 |
고 정 하 중 (w) |
지간장 (L) |
작 용 모멘트 ◆ M1(w .L2/8) ◆ M2(Pf.L/4) |
pf하중 (Pf) |
단면2차 모멘트 (I) |
단면적 (A) |
팔길이 (y) |
적용식 :  |
|||
| tonf.m | m | tonf.m | tonf | cm4 | cm2 | cm | kgf/cm2 (+: 인장응력, -:압축응력) |
||||
| 1,2 단계 |
< 빔 자중, 케이싱 콘크리트 자중 재하 및 PF 하중 재하 단계 > ◆ 단면 강성 : 강형 ◆ 하중 : 강형 및 하부 케이싱 콘크리트 본체 자중 재하 강재의 허용응력 범위 내에서 최대 하중(140tnf) 재하 ( 지간의 1/4, 3/4 지점) ◆ 강재, 빔 본체 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 |
||||||||||
| 1.86 |
50.0 | ◆ M1 = 581.3 ◆ M2 = 1715.0 |
140.0 | 60100200.0 | 10506.0 | -85.0 | 강형 상연 (fsua1, fsua2, fsua3) |
- | -2435.8 | ||
| 85.0 | 강형 하연 (fsla1, fsla2, fsla3) |
- | 2435.8 | ||||||||
| 3 단계 |
< 릴리즈 단계 > ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 콘크리트 ◆ 하중 : PF 하중 제거 (RELEASE)-하부 케이싱부 압축응력 도입 ◆ 강재, 하부케이싱 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 |
||||||||||
| - | 50.0 | ◆ M1 = -1715.0 | -140.0 | 79100600.0 | 13533.0 | -104.0 | 강형 상연 (fsua4) |
1691.1 | -744.6 | ||
| 66.0 | 강형 하연 (fsla4) |
-1073.2 | 1362.5 | ||||||||
| 82 | 하부케이싱 하연 (fcala1) |
-177.8 | -177.8 | ||||||||
| 4 단계 |
< 바닥판 슬래브, 복부 콘크리트 타설 단계 > ◆ 단면 강성 : 강형+하부 케이싱 ◆ 하중 : 복부 및 바닥판 슬래브 콘크리트 자중 재하 ◆ 강재, 하부케이싱 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 |
||||||||||
| 1.23 | 50.0 | ◆ M1 = 696.90 | 79100600.0 | 13533.0 | -104.0 | 강형 상연 (fsua5) |
-682.7 | -1431.8 | |||
| 66.0 | 강형 하연 (fsla5) |
436.1 | 1798.6 | ||||||||
| 82.0 | 하부케이싱 하연 (fcala2) |
72.2 | -105.5 | ||||||||
| 5 단계 |
< 합성 후 고정하중 및 활하중 > ◆ 지간장 50.0m에서 평균치에 가까운 하중으로 가정 합성 후 고정하중에 의한 모멘트: 180.0 tonf.m, 활하중에 의한 모멘트 : 420.0 tonf.m ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 + 바닥판 슬래브 콘크리트 ◆ 강재, 빔 본체 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 ◆ 빔 본체 콘크리트, 바닥판 콘크리트 탄성계수 비 : 0.9 |
|||||||||
| - | 50 | ◆ M1 = 600.0 | - | 129665600.0 | 22890.0 | -74.0 | 강형 상연 (fsua6) |
-256.8 | -1688.6 | |
| 96.0 | 강형 하연 (fsla6) |
333.2 | 2132.8 | |||||||
| 112.0 | 하부케이싱 하연 (fcala3) |
51.8 | -53.7 | |||||||
| 82.0 | 복 부 하연 (fcaua1) |
37.9 | 37.9 | |||||||
다음은 본 발명에 따른 동일한 조건에서, 도 10과 도 11을 통해 설명한 포스트텐션 방식(Post-Tensioning Method)으로 프리스트레스트 합성 보의 제작 과정에 따른 해석 결과로, 각 단계별 해석 결과는 다음 [표 4]와 같다.
| 구 분 | 하중 및 단면력 | 단면 제정수 | 발생 응력 | 누계 응력 |
||||||
| 공종 및 단위 |
고 정 하 중 (w) |
지간장 (L) |
작 용 모멘트 ◆ M1(w .L2/8) ◆ M2(Px강선도심) |
축 력 (P) |
단면2차 모멘트 (I) |
단면적 (A) |
팔길이 (y) |
적용식 : 응력 산정식 (수학식 1) |
||
| tonf.m | m | tonf.m | tonf | cm4 | cm2 | cm | kgf/cm2 (+: 인장응력, -:압축응력) |
|||
| 1,2,3 단계 |
< 빔 자중 재하 및 강선 긴장 단계 > ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 + 복부 + 상부케이싱 콘크리트 ◆ 하중 : 강형 및 빔 콘크리트 본체 자중 재하 강선1 긴장력(758 tonf), 중립축으로부터 강선1 도심까지 거리 : 79cm 강선2 긴장력(449 tonf), 중립축으로부터 강선1 도심까지 거리 : 69cm ◆ 강재, 빔 본체 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 |
|||||||||
| 2.46 | 50.0 | ◆ M1 = 768.8 ◆ M2 = 908.6 |
1207.0 | 60645400.0 | 13298.0 | -97.0 | 강형 상연 (fcub1, fcub2, fcub3) |
-513.0 | -513.0 | |
| 73.0 | 강형 하연 (fclb1, fclb2, fclb3) |
-807.0 | -807.0 | |||||||
| 89.0 | 하부케이싱 하연 (fcalb1, fcalb2, fcalb3) |
-111.3 | -111.3 | |||||||
| -97.0 | 상부케이싱 상연 (fsub1, fsub2, fsub3) |
-68.4 | -68.4 | |||||||
| 4 단계 |
< 바닥판 슬래브 콘크리트 타설 단계 > ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 + 복부 + 상부케이싱 콘크리트 ◆ 하중 : 바닥판 슬래브 콘크리트 자중 재하 ◆ 강재, 하부케이싱 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 |
|||||||||
| 1.25 | 50.0 | ◆ M1 = 391.0 | - | 60645400.0 | 13298.0 | -97.0 | 강형 상연 (fcub4) |
-469.0 | -981.6 | |
| 73.0 | 강형 하연 (fcalb4) |
353.0 | 454.3 | |||||||
| 89.0 | 하부케이싱 하연 (fcalb4) |
57.4 | -54.0 | |||||||
| -61.1 | 상부케이싱 상연 (fsub4) |
-62.5 | -130.9 | |||||||
| 5 단계 |
< 합성 후 고정하중 및 활하중 > ◆ 지간장 50.0m에서 평균치에 가까운 하중으로 가정 합성 후 고정하중에 의한 모멘트: 180.0 tonf.m, 활하중에 의한 모멘트 : 420.0 tonf.m ◆ 단면 강성 : 강형+하부케이싱 + 복부 + 상부케이싱 콘크리트 + 바닥판 슬래브 콘크리트 ◆ 강재, 빔 본체 콘크리트 탄성계수 비 : 7.5 ◆ 빔 본체 콘크리트, 바닥판 콘크리트 탄성계수 비 : 0.9 |
|||||||||
| - | 50 | ◆ M1 = 600.0 | - | 96731600.0 | 17981.0 | -74.0 | 강형 상연 (fcub5) |
-344.3 | -1325.8 | |
| 96.0 | 강형 하연 (fcalb5) |
446.6 | -7.8 | |||||||
| 112.0 | 하부케이싱 하연 (fcalb5) |
69.5 | 15.5 | |||||||
| -74.0 | 상부케이싱 상연 (fsub5) |
-45.9 | -176.8 | |||||||
위의 본 발명에 따른 합성 보 제작 방법과 프리플렉스 합성 보 제작 공법과 포스트 텐션 방식의 구조 해석 결과를 비교하면 동일한 조건에서 본 발명의 재료 활용도와 응력 분산에 따른 효과를 확인할 수 있으며, 구체적인 본 발명의 기술적인 효과는 다음과 같다.
대부분의 강,콘크리트 합성 보 또는 프리스트레스트 합성 보에서 구조물 가설 계획 시 가장 제어하기 까다롭고 구조물 계획 시 제한 요소는 합성 보 하연의 콘크리트 인장 응력이며 본 발명에 따른 합성 보의 경우 보를 형성하는 구체 자중을 적절한 강성을 확보한 시점에 작용되도록 제어함에 따라 합성 보 하연 인장 응력을 강형을 포함한 보 전체에 분산시켜 일정 부분의 응력 집중 현상을 완화하는 효과를 제공하게 된다.
본 발명에 따른 합성 보 제작(도 1 및 도 5 참조)에서 강형 거치 후 하부 케이싱 콘크리트 타설을 실시하고, 1차 프리스트레스 도입 후 중간 지지부를 설치하여 추가 타설되는 복부 및 상부 케이싱 콘크리트에 의한 자중을 강형, 복부, 상부 케이싱 및 하부 케이싱 콘크리트의 합성 단면으로 부재 강성을 증가 시킨 후에 작용되도록 제어를 함에 따라 자연스럽게 부재에 발생되는 응력을 분산시키는 효과가 인정되며, 비교되는 공법과 최종단계에서 현격하게 유리한 응력이 도출됨을 확인할 수 있다.
즉 동일한 단면과 동일한 하중과 프리스트레스가 작용되는 도 10 및 도 11의 응력과 비교하면 최종 단계의 하부 케이싱 하연 응력은 각각 -77.2 kgf/cm2(압축 응력), 15.5 kgf/cm2(인장응력)으로 92.7 kgf/cm2 응력차가 발생하며, 이는 종래 포스트텐션 방식의 프리스트레스트 빔 계획 시 동일한 조건에서 더욱 낮은 형고의 구조물 계획이나 장지간의 구조물 가설 계획이 가능하다는 의미이며 또한 동일한 조건에서 자재 절감이 가능하다는 의미로 본 발명의 목적인 낮은 형고와 장지간의 경제적인 구조물 계획이 가능한 효과가 있음을 알 수 있다.
한편 합성 보가 제작된 후에 일시에 강선 긴장력과 자중이 작용되기 때문에 합성 보 하연에 충분한 압축 응력을 도입하기에 제한이 따를 뿐 아니라 보 상연에 지나치게 큰 압축응력이 발생되어 구조물 계획 시 제한 요소로 작용하게 된다.
[표 4]에서 포스트텐션 방식으로 제작 된 합성보의 최종 응력은 -176.8 kgf/cm2(압축 응력)이 발생되어 콘크리트 허용 응력에 가까운 응력이 발생되고, 본 발명에 따른 [표 1]의 최종 상부 케이싱 상연 응력은 -153.8 kgf/cm2(압축 응력)로 포스트텐션 방식으로 제작된 합성보의 상연 응력에 대비해 다소 여유가 있으며, 특히 본 발명에 따른 합성보의 최종 상부케이싱 응력은 [표 2]에서 산출한 결과와 같이 -100.5 kgf/cm2(압축 응력)로 훨씬 큰 응력 여유치를 확보하고 있음을 보여준다.
[표 3]의 프리플렉스 합성 보 제작 공법을 대상으로 본 발명에 따른 합성 보 공법과 비교를 하면 최종 단계에서 하부 케이싱 하연 응력이 -53.7 kgf/cm2(압축 응력)로 본 발명에 따른 합성 보의 제작 단계에서 최종 하부케이싱 하연 응력(-77.2 kgf/cm2)에 비하여 23.5 kgf/cm2의 차이로 불리한 응력 상태를 보이지만 프리플렉스 합성 보의 사용 강재량은 본 발명에 따른 합성보의 4배 이상의 강재를 소요해야 가능하다는 사실을 보여주고 있으며, 따라서 종래의 강,콘크리트 합성보에 비하여 본 발명에 따른 합성 보의 사용 강재 절감에 의한 경제적인 합성 보 제작이 구조적으로 충분히 가능하다는 원리를 제공하게 된다.
또한 [표 3]의 프리플렉스 합성 보의 최종 단계에서 복부 콘크리트 하연 응력은 37.9 kgf/cm2로 구조적인 인장 응력이 발생되며 합성 보 제작 단계에서 비교 대상에서 제외한 콘크리트의 건조수축 및 크리프에 의한 영향을 고려한다면 복부 콘크리트에 필연적으로 진행성 인장 균열이 발생되는 조건이 갖추어지게 되며 일단 복부 콘크리트에 균열이 발생되면 그 균열이 서서히 확대되어 바닥판 슬래브까지 진행되는 진행성 균열이 발생되는 사례가 많아 프리플렉스 합성 보의 구조적인 단점으로 인식되어 왔고, 따라서 균열부를 통해 부재 내구성 저하 및 지속적인 유지보수가 필요한 단점을 개선의 필요성이 인식되어 왔다.
앞서 설명한 바와 같이 프리플렉스 합성 보는 위와 같은 극복할 수 없는 구조적인 한계에 의해 복부에 균열이 필연적으로 발생된다는 사실을 인정하고 있으며 따라서 합성 후 단면 강성에서 복부 콘크리트의 강성 기여도를 인정하지 않음에 따라 동일한 단면 형상을 갖추고 있음에도 불구하고 본 발명에 따른 바닥판 합성 후 강성과 비교하여 13% 정도의 강성의 손실을 감수하게 된다.
[표 2]의 결과를 보면 [표 1]에 의해 제작되는 합성 보에 비하여 최종 하부 응력은 [표 1]에 비하여 다소 불리하지만 합성 보 상부 케이싱 상연 압축 응력이 [표 1]에 비하여 유리한 응력 상태를 보이며 이는 필요에 따라 각 부재의 응력의 분산 효과를 효과적으로 적용할 수 있는 기술적인 원리가 제공되고 있음을 알 수 있다.
앞서 설명한 각 공법에 대한 합성 보 제작 및 구조물 가설 단계에 따른 단계별 응력의 적절한 제어는 구조물의 장경간화, 최소 형고 확보, 경제적인 구조물 계획 등 경제적이고 합리적인 구조물 가설에 상당히 중요한 변수로 작용된다는 사실을 알 수 있으며, 종래의 합성 보 제작 방법으로는 극복하기 힘든 제한 요소들을 본 발명의 원리가 적용되는 경우 합리적인 방법으로 극복될 수 있다는 사실을 알 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공 단계를 도시한 공정도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공 단계를 도시한 공정도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 프리스트레시트 합성 보 구조물 제작 단계에서 단계별 고정하중 재하 시점의 합성 보 강성을 설명하기 위한 단면도.
도 4는 하부 케이싱 콘크리트 타설 시점에서 하부 케이싱 콘크리트와 복부 콘크리트 일부를 합성할 수 있음을 보여주는 시공 단계별 단면도.
도 5는 도 1에서 도시된 프리스트레스트 합성 보 구조물의 제작과정에 따른 단계별 하중과 그에 따른 단면력 및 부재 응력을 도시한 빔 제작 및 교량가설 단계에 따른 하중 개념도.
도 6은 도 2에서 도시된 프리스트레스트 합성 보 구조물의 제작과정에 따른 단계별 하중과 그에 따른 단면력 및 부재 응력을 도시한 빔 제작 및 교량가설 단계에 따른 하중 개념도.
도 7은 종래 기술의 하나인 프리플렉스 합성 보(Preflex composite beam) 구조물의 제작 단계를 도시한 합성 보 제작 및 교량 가설에 대한 시공 단계별 공정도.
도 8은 도 7에 도시된 프리플렉스 합성 보 구조물의 제작 과정에서 하부케이싱 콘크리트의 자중과 바닥판 슬래브 콘크리트의 자중이 가해지는 시점과 본 발명 에 따른 프리스트레스트 합성 보 구조물의 제작에서 자중 재하 시점의 보의 강성을 비교하기 위해 도시한 프리플렉스 합성 보의 자중 재하 단계를 표현한 시공 단계별 단면도.
도 9는 도 7에 도시된 프리플렉스 합성 보(Preflex composite beam)의 제작과정에 따른 단계별 하중과 그에 따른 단면력 및 부재 응력을 도시한 빔 제작 및 교량가설 단계에 따른 하중 개념도.
도 10은 종래 기술의 하나인 포스트텐션(Post Tension) 방식의 제조 단계를 도시한 합성 보 제작 및 교량 가설에 대한 시공 단계별 공정도.
도 11은 도 10에 도시된 포스트텐션 방식으로 제작되는 프리스트레스트 합성보의 단계별 제작과정에 따른 단계별 하중과 그에 따른 단면력 및 부재 응력을 도시한 빔 제작 및 교량가설 단계에 따른 하중 개념도.
도 12는 본 발명에 따른 합성 보 제작 시 바닥판 슬래브 타설 시 합성 보의 단면 특성 중 구조적으로 중요한 변수로 작용하는 강성과 프리플렉스 합성 보의 바닥판 슬래브 타설 시 합성 보의 강성을 비교하기 위한 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 합성 보 제작 시 바닥판 슬래브 합성단계의 단면 특성 중 구조적으로 중요한 변수로 작용하는 강성과 프리플렉스 합성 보의 바닥판 합성 후 단면 강성을 비교하기 위한 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 합성 보와 유사한 강성 조건을 제공할 수 있는 프리플렉스 합성 보의 바닥판 타설 시점의 단면 형상과 바닥판 합성 단계의 적정 단면 형상을 제어하는 프리플렉스 합성 보의 단면 특성을 나태내는 단면도.
도 15는 본 발명에 따른 프리스트레스트 합성 보와 종래 기술인 프리플렉스 합성보의 바닥판 콘크리트 타설 공정을 도시한 교량가설 공정도.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
1, 101, 201: 강재(강형) 2, 102, 202: 하부 케이싱 콘크리트
3, 103, 203: 제 1 강선 4, 104, 204: 제 2 강선
5, 105, 205: 강선의 정착구 6, 106, 206: 보의 단부 받침부
7, 107, 207: 중간 지지부 8, 108, 208: 상부 케이싱 콘크리트
9, 109, 209: 복부 케이싱 콘크리트
10, 110, 210: 복부 케이싱 콘크리트 내에 설치되는 강선의 정착구
11, 111, 211: 바닥판 콘크리트
12, 112, 212: 바닥판 위에 포설되는 마모층
P1: 하부 케이싱 콘크리트 내에 설치된 강선의 최초 긴장력
P2: 하부 및 복부 케이싱 콘크리트 내에 설치된 강선의 2차 긴장력
a1: 프리플렉스 합성 보 제작 시 초기에 설치되는 강재(강형)
a2: 하부 케이싱 콘크리트
a3: 단부 받침부
a4: 하중 재하 위치점
a5: 바닥판 콘크리트
a6: 바닥판 위에 포설되는 마모층
Pf: 프리플렉스 합성 보의 제작 시 하부 케이싱 콘크리트에 프리스트레스를 도입하기 위하여 단순 거치된 강형에 가해지는 수직 방향의 하중(Preflexion)과 하부 케이싱 콘크리트 타설, 양생 후 이미 가해진 하중을 이완(Release)시켜 강형의 탄성 복원력에 의한 하부 케이싱 콘크리트에 압축응력 도입하기 위해 가해지는 수직 하중
stda1: 강형 상부 플랜지 상면에 설치한 전단 연결재
stda2: 상부 케이싱 콘크리트의 상면 및 측면의 접촉면에 설치한 전단 연결재로 합성 보 제작 시 상부 케이싱 콘크리트 면 밖으로 노출시킨 철근 부재
삭제
w1: 강형 및 하부 케이싱 콘크리트에 의한 자중
M1: w1 하중에 의해 강형에 발생되는 모멘트
fsu1: M1에 의해 강형 상부플랜지에 발생되는 압축응력
fsl1: M1에 의해 강형 하부플랜지에 발생되는 인장응력
-P1: 최초 긴장력 P1에 의하여 부재에 발생되는 압축력
-Mr1: 최초 긴장력 P1에 의하여 부재에 발생되는 부모멘트
fsu2: 최초 긴장력 P1에 따른 부재 압축력 -P1에 의하여 강형 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fsl2: 최초 긴장력 P1에 따른 부재 압축력 -P1에 의하여 강형 하부 플랜지에 발생되는 압축응력
fcal1: 최초 긴장력 P1에 따른 부재 압축력 -P1에 의하여 하부 케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 압축응력
fsu3: 최초 긴장력 P1에 따른 모멘트 Mr1에 의하여 강형 상부 플랜지에 발생되는 인장응력
fsl3: 최초 긴장력 P1에 따른 모멘트 Mr1에 의하여 강형 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fcal2: 최초 긴장력 P1에 따른 모멘트 Mr1에 의하여 하부 케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 압축응력
-P2: 2차 긴장력 P2에 의하여 부재에 발생되는 압축력
-Mr2: 2차 긴장력 P2에 의하여 부재에 발생되는 모멘트
fsu4: 2차 긴장력 P2에 따른 부재 압축력 -P2에 의하여 강재 상부 플랜지 상연에 발생되는 압축응력
fsl4: 2차 긴장력 P2에 따른 부재 압축력 -P2에 의하여 강재 하부 플랜지 하연에 발생되는 압축응력
fcu1: 2차 긴장력 P2에 따른 부재 압축력 -P2에 의하여 상부 케이싱 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
fcal3: 2차 긴장력 P2에 따른 부재 압축력 -P2에 의하여 하부 케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 압축응력
fcu2: 2차 긴장력 P2에 따른 부재 모멘트 -Mr2에 의하여 상부 케이싱 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
fcal4: 2차 긴장력 P2에 따른 부재 모멘트 -Mr2에 의하여 하부 케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 압축응력
fsu5: 2차 긴장력 P2에 따른 부재 모멘트 -Mr2에 의하여 강재 상부 플랜지에 발생되는 인장응력
fsl5: 2차 긴장력 P2에 따른 부재 모멘트 -Mr2에 의하여 강재 하부 플랜지에 발생되는 압축응력
w2: 중간 지지부 지지력
M2: w2 하중에 의해 보에 발생되는 모멘트
fsu6: M2에 의해 강형 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fsl6: M2에 의해 강형 하부 플랜지에 발생되는 인장응력
fcu3: M2에 의해 상부 케이싱 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
fcal5: M2에 의해 하부케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 인장응력
w3: 바닥판 콘크리트의 자중
M3: w3 하중에 의해 발생되는 모멘트
fsu7: M3에 의해 강형 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fsl7: M3에 의해 강형 하부 플랜지에 발생되는 인장응력
fcu4: M3에 의해 상부 케이싱 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
fcal6: M3에 의해 하부케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 인장응력
w4: 바닥판 슬래브 합성 후 추가되는 하중
PL: 교량 가설 후 교량을 이용하는 교통 하중 및 이동 하중
M4: 교량 가설 시 w4 하중에 의해 발생되는 모멘트
M5: PL 하중에 의해 발생되는 모멘트
fsu8: M4에 의해 강형 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fsl8: M4 및 M5에 의해 강형 하부 플랜지에 발생되는 인장응력
fcu5: M4 및 M5에 의해 상부 케이싱 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
fcal7: M4 및 M5에 의해 하부케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 인장응력
fslu1: M4 및 M5에 의해 바닥판 슬래브 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
w2‘: 중간 지지부를 설치하지 않은 상태에서 복부 및 상부 케이싱 콘크리트의 타설 자중
M2‘: w2' 하중에 의해 보에 발생되는 모멘트
fsu6‘: M2'에 의해 강형 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fsl6‘: M2'에 의해 강형 하부 플랜지에 발생되는 인장응력
fcal5‘: M2'에 의해 하부케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 인장응력
Pf1 : 프리플렉스 합성 보 제작 시 강형 하부 케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입을 위해 강형 거치 후 지간의 약 1/4 지점에 수직하중을 가하고 강형과 하부케이싱 콘크리트가 합성된 후에 이전에 가해졌던 하중을 제거하여 강형의 탄성 복원력을 이용해 하부케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입하게 되는데 이때 먼저 강형에 가하는 하중
Mpf1: Pf1 하중에 의해 강형에 발생되는 모멘트
wa1: 프리플렉스 합성 보 제작 시 강형의 자중
Ma1: 프리플렉스 합성 보 제작 시 wa1에 의해 빔에 발생되는 모멘트
fsua1: Mpf1에 의해 강형 상부플랜지에 발생되는 압축응력
fsla1: Mpf1에 의해 강형 하부플랜지에 발생되는 인장응력
fsua2: Ma1에 의해 강형 상부플랜지에 발생되는 압축응력
fsla2: Ma1에 의해 강형 하부플랜지에 발생되는 인장응력
wa2: 프리플렉스 합성 보 제작 시 하부 케이싱 콘크리트의 자중
Ma2: 프리플렉스 합성 보 제작 시 wa2에 의해 빔에 발생되는 모멘트
fsua3: 프리플렉스 합성 보 제작 시 Ma2에 의해 강형 상부플랜지에 발생되는 압축응력
fsla3: 프리플렉스 합성 보 제작 시 Ma2에 의해 강형 하부플랜지에 발생되는 압축응력
Pf2: 프리플렉스 합성 보 제작 시 강형과 하부 케이싱 콘크리트 합성 후 이전에 가해졌던 Pf1하중을 제거하여 강형의 탄성 복원력을 이용해 하부케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입하게 되는데 이때 전에 가했던 Pf1 하중과 크기는 같고 방향이 반대인 하중(Release)으로 보에 부모멘트를 발생시키는 하중
-Mpf2: Pf2 하중에 의해 강형에 발생되는 모멘트
fsua4: -Mpf1에 의해 강형 상부플랜지에 발생되는 인장응력
fsla4: -Mpf1에 의해 강형 하부플랜지에 발생되는 압축응력
fcala1: -Mpf2에 의해 하부케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 압축응력
wa3: 프리플렉스 합성 보 제작 후 교량 가설 시 바닥판 콘크리트의 자중
Ma3: 프리플렉스 합성 보 제작 후 교량 가설 시 wa3 하중에 의해 발생되는 모멘트
fsu5: Ma3에 의해 강형 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fsla5: Ma3에 의해 강형 하부 플랜지에 발생되는 인장응력
fcala2: Ma3에 의해 하부케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 인장응력
wa4: 바닥판 슬래브 합성 후 추가되는 합성 후 사 하중에 의한 하중
Ma4: wa4 하중에 의해 발생되는 모멘트
Ma5: PL 하중에 의해 발생되는 모멘트
fsu6: Ma4에 의해 강형 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fsla6: Ma4 및 Ma5에 의해 강형 하부 플랜지에 발생되는 인장응력
fcua5: Ma4 및 Ma5에 의해 상부 케이싱 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
fcala3: Ma4 및 Ma5에 의해 하부케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 인장응력
fslua1 : 프리플렉스 합성 보 제작 후 교량 가설 시 Ma4 및 Ma5에 의해 바닥판 슬래브 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
-Pb: 포스트 텐션 방식의 합성 보 제작 시 프리스트레스를 도입하기 위해 기 설치된 강선의 긴장력 P1, P2에 의해 부재에 발생되는 압축력
-Mrb: 긴장력 P1, P2에 의해 부재에 발생되는 부모멘트
fsub1: -Pb에 의해 보 내부에 합성시킨 강형의 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fslb1: -Pb에 의해 보 내부에 합성시킨 강형의 하부 플랜지에 발생되는 압축응력
fcub1: -Pb에 의해 상부 케이싱 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
fclb1: -Pb에 의해 하부 케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 압축응력
fsub2: -Mrb에 의해 보 내부에 합성시킨 강형의 상부 플랜지에 발생되는 인장응력
fslb2: -Mrb에 의해 보 내부에 합성시킨 강형의 하부 플랜지에 발생되는 압축응력
fcub2: -Mrb에 의해 상부 케이싱 콘크리트 상연에 발생되는 인장응력
fclb2: -Mrb에 의해 하부 케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 압축응력
wb1: 강형, 상,하부 케이싱 콘크리트 및 복부 콘크리트의 자중
Mb1: wb1 의해 부재에 발생되는 모멘트
fsub3: Mb1에 의해 보 내부에 합성시킨 강형의 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fslb3: Mb1에 의해 보 내부에 합성시킨 강형의 하부 플랜지에 발생되는 인장응력
fcub3: Mb1에 의해 상부 케이싱 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
fclb3: Mb1에 의해 하부 케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 인장응력
wb2: 바닥판 슬래브 콘크리트의 자중
Mb2: wb2 의해 부재에 발생되는 모멘트
fsub4: Mb2에 의해 보 내부에 합성시킨 강형의 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fslb4: Mb2에 의해 보 내부에 합성시킨 강형의 하부 플랜지에 발생되는 인장응력
fcub4: Mb2에 의해 상부 케이싱 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
fclb4: Mb2에 의해 하부 케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 인장응력
w3: 바닥판 슬래브 합성 후 추가되는 하중
M3: w3 하중에 의해 발생되는 모멘트
M4: PL 하중에 의해 발생되는 모멘트
fsub5: M4에 의해 강형 상부 플랜지에 발생되는 압축응력
fslb5: M3 및 M4에 의해 강형 하부 플랜지에 발생되는 인장응력
fcub5: M3 및 M4에 의해 상부 케이싱 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
fclb5: M3 및 M4에 의해 하부케이싱 콘크리트 하연에 발생되는 인장응력
fslub1: M3 및 M4에 의해 바닥판 슬래브 콘크리트 상연에 발생되는 압축응력
Claims (7)
- 프리스트레스트 합성 보(prestressed composite beam) 구조물의 시공방법으로서,(a) 강형에 제 1 강선 및 제 2 강선을 설치한 상태에서, 강형의 하부에 하부 케이싱 콘크리트를 타설하는 단계;(b) 상기 하부 케이싱 콘크리트가 양생된 후, 하부 케이싱 콘크리트 내에 수용된 제 2 강선에 1차 긴장력을 가하는 단계;(c) 강형과 하부 케이싱 콘크리트가 합성된 합성 보 하부에 하나 이상의 중간 지지부를 설치하는 단계;(d) 강형에 복부 및 상부 케이싱 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계; 및(e) 제 1 강선에 2차 긴장력을 가하는 단계를 포함하는 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법.
- 제 1 항에 있어서,(e) 단계 이후, 합성 보에 바닥판 슬래브 콘크리트를 타설하는 단계 (f)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 단계(f)는 강형의 상부 플랜지 노출부의 상연에 전단 연결재를 설치하고, 상부 케이싱 콘크리트 상면 및 측면에 철근을 돌출시킨 전단 연결재를 설치한 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법.
- 프리스트레스트 합성 보(prestressed composite beam) 구조물의 시공방법으로서,(a) 강형에 제 1 강선 및 제 2 강선을 설치한 상태에서, 강형의 하부에 하부 케이싱 콘크리트를 타설하는 단계;(b) 상기 하부 케이싱 콘크리트가 양생된 후, 하부 케이싱 콘크리트 내에 수용된 제 2 강선에 1차 긴장력을 가하는 단계;(c) 강형에 복부 및 상부 케이싱 콘크리트를 타설하는 단계;(d) 강형과 하부 케이싱 콘크리트가 합성된 합성 보 하부에 하나 이상의 중간 지지부를 설치하는 단계;(e) 상기 복부 및 상부 케이싱 콘트리트를 양생하는 단계; 및(f) 제 1 강선에 2차 긴장력을 가하는 단계를 포함하는 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법.
- 제 4 항에 있어서,(f) 단계 이후, 합성 보에 바닥판 슬래브 콘크리트를 타설하는 단계 (g)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 단계(g)는 강형의 상부 플랜지 노출부의 상연에 전단 연결재를 설치하고, 상부 케이싱 콘크리트 상면 및 측면에 철근을 돌출시킨 전단 연결재를 설치한 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항에 어느 한 항에 따른 다중 지점과 분할 타설을 이용한 프리스트레스트 합성 보 구조물의 시공 방법에 따라 제조된 구조물.
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