KR101043239B1 - 장경간화가 가능한 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트빔 및 그 제작 방법 - Google Patents

장경간화가 가능한 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트빔 및 그 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 공용 중 가장 큰 응력이 작용하는 교량 상부구조의 거더의 중앙부에 위치하는 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔에 대해서만, 중립축 상측에는 인장 응력이 도입되고, 중립축 하측에는 압축 응력을 도입하여 공용중 실제로 작용하는 휨 변위와 유사하지만 그 방향이 반대인 휨 변위를 미리 도입시킴으로써, 공용중 최대로 작용하는 중앙부에서의 내하 능력을 효율적으로 향상시킬 수 있으며, 이와 동시에, 공용 중 응력이 거의 작용하지 않는 교량의 양단부에 위치하는 단부 세그먼트 콘크리트 빔에는 작은 응력만을 도입함으로써, 공용 중 작용하는 고정하중과 활하중에 효과적으로 견딜 수 있게 되므로, 동일한 양의 프리스트레스를 도입하더라도 상대적으로 긴 경간에 적용하는 것이 가능한 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔을 제공한다.
분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔, 철근 조립체, 휨 변위, 세그먼트 빔

Description

장경간화가 가능한 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔 및 그 제작 방법 {PRESTRESSED SEGMENT CONCRETE GIRDER FOR BRIDGE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 교량용 프리스트레스트 콘크리트 빔 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강재 거더를 사용하지 않으면서도 보다 긴 경간에 적용할 수 있는 프리스트레스트 콘크리트 빔 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 구조물에 사용되는 휨에 저항하는 구조 부재로는 강재와 콘크리트가 주로 사용된다. 이 중 콘크리트는 재료가 저렴하고 성형성이 좋으며 진동에 유리하므로 널리 사용되고 있는데, 압축에는 강하지만 인장에는 취약하므로 압축과 인장이 함께 발생되는 휨을 받는 구조에서는 인장에 대한 보강이 반드시 이루어져야 한다.
그 방편으로서, 인장 영역의 콘크리트의 강도를 무시하고 철근이 그 힘을 받도록 설계되는 철근콘크리트 빔(Reinforced Concrete Beam)과 인장 영역에 미리 압축 프리스트레스를 도입하여 인장측의 콘크리트를 유효하게 사용하는 프리스트레스 트 콘크리트 빔(Prestressed Concrete Beam, 이하 "PSC빔"이라고 한다)이 있다. 그 밖에 보다 긴 경간에 설치할 수 있는 형태의 빔으로서, 휨강성이 높은 I형 강재거더와 콘크리트가 결합되는 강합성보와 상자형 강재거더와 콘크리트가 결합된 강상자형보가 있지만, 이들은 매우 고가인 단점이 있다.
이에 따라, 강재 거더를 사용하지 않아 저렴하게 제작할 수 있으면서, 진동 등의 특성이 우수하고 보다 긴 경간에 설치할 수 있는 콘크리트 빔을 구현할 수 있는 기술의 필요성이 높게 대두되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 강재 거더를 사용하지 않는 저렴한 프리스트레스트 콘크리트 빔으로서 보다 긴 경간에 적용할 수 있는 프리스트레스트 콘크리트 빔 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 양단부에 설치되는 정착구의 수를 줄임으로써 종래에 프리스트레스트 콘크리트 빔(PSC빔)의 양단부에서는 중앙부에서보다 단면을 더 크게 제작해야 하는 문제점을 해결하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 종래의 포스트텐션 방식을 사용하면서도 구조물에 압축력을 가하지 않고 휨만을 가함으로써 휨에 저항하는 구조 부재에 최적의 프리스트레스를 도입하고, 이를 이용하여 장경간화를 구현하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔을 제작 함에 있어서 서로 인접하는 프리스트레스트 콘크리트 빔을 상호 교축 방향으로 간섭되어 구속하도록 철근 조립체를 배근함으로써 보다 튼튼하게 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔을 제작하는 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 교량의 상판을 지지하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔으로서, 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 양단부 상연에는 블록 아웃된 한 쌍의 제1블록아웃부가 형성되고, 상기 한 쌍의 제1블록아웃부를 직선 형태로 연결하는 쉬스관 내부에 내설되어 중립축의 상측을 따라 배열된 압축용 강봉과, 상기 압축용 강봉의 끝단을 포물선 형태로 연결하는 쉬스관 내부에 내설되어 중앙부에서는 중립축의 하측을 통과하도록 배열된 인장용 강선과, 상기 인장용 강선의 끝단부와 상기 압축용 강봉의 끝단부를 함께 수용하여 상기 인장용 강선을 잡아당기는 것에 의한 반력으로 상기 압축용 강봉의 끝단을 밀도록 작용하여 중앙부의 중립축의 하측에는 압축 응력이 도입되고 중앙부의 중립축의 상측에는 인장 응력이 도입되도록 하는 정착구를 구비한 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과; 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 양측에 각각 연장되는 단부 세그먼트 콘크리트 빔과; 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔을 함께 관통하는 쉬스관 내부에 포물선 형태로 배열되어 긴장되는 연결용 인장재와; 상기 제1블록아웃부와 상기 제2블록아웃부를 메우는 현장타설 콘크리트를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔을 제공한다.
그리고, 이 때, 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔이 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과 밀착되는 면의 일단부 상연에는 상기 제1블록아웃부와 연속하도록 블록 아웃되어 형성된 제2블록아웃부가 형성되고; 상기 제1블록아웃부와 상기 제2블록아웃부에 위치하여 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔을 상호 연결하는 연결 철근 조립체를 추가적으로 포함된다.
이는, 공용 중 가장 응력이 크게 작용하는 교량의 중앙부에 위치하는 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔에는 충분히 큰 프리스트레스를 도입하는 데 반하여, 공용 중 응력이 거의 작용하지 않는 교량의 양단부에 위치하는 단부 세그먼트 콘크리트 빔에는 작은 프리스트레스를 도입함으로써, 공용 중 작용하는 고정하중과 활하중에 효과적으로 견딜 수 있게 되므로, 동일한 양의 프리스트레스를 도입하더라도 상대적으로 긴 경간에 적용할 수 있도록 하기 위함이다.
무엇보다도, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 중립축 상측에는 공용 중 작용하는 압축 응력을 상쇄시키는 인장 응력을 미리 도입하고, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 중앙부 중립측 하측에는 공용 중 작용하는 인장 응력을 상쇄시키는 압축 응력을 미리 도입하여, 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔에는 종래와 달리 휨모멘트와 압축력이 함께 가해지는 것이 아니라, 휨 변위를 가함으로써 제작되는 프리스트레스트 콘크리트 빔의 휨에 저항하는 능력을 극대화할 수 있게 된다.
더욱이, 압축용 강봉을 이용하여 인장응력을 도입하고 인장용 강선을 이용하여 압축 응력을 도입하는 과정에서, 압축용 강봉이나 인장용 강선의 길이가 길수록 쉬스관과의 마찰 등에 의하여 정착구에서 잡아당기거나 미는 힘의 일부가 손실되는 데, 상기와 같이 분절형으로 제작하여 큰 응력이 작용하는 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔에서만 공용 중 작용하는 휨의 반대 방향으로 휘는 휨변위를 크게 도입함으로써, 프리스트레스를 도입하는 공종에서 불가피하게 발생되는 쉬스관과 긴장재와의 마찰 손실을 최소화할 수 있는 장점도 얻게 된다.
이 때, 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔은 미리 제작된 프리캐스트 콘크리트 빔으로 제작되어, 현장에서의 시공 시간을 크게 단축할 수 있을 뿐만 아니라 시공성을 향상시킬 수도 있다.
그리고, 상기 프리스트레스트 콘크리트 빔의 길이 방향을 따라 배열되어 필요 시 재긴장되는 유지관리용 긴장재가 설치될 수 있도록, 상기 프리스트레스트 콘크리트 빔의 복부를 중심으로 양측에는 측방향으로 유지관리용 블록이 돌출 형성된다. 그리고, 상기 유지관리용 긴장재가 관통할 수 있는 관통공이 상기 유지관리용 블록에 관통 형성된다. 이를 통해, 유지 관리용 긴장재의 정착구를 설치하기 위하여 콘크리트 거더를 손상시키지 않으면서도, 제작시 도입된 긴장력이 사용 연한의 경과에 따라 손실되어 이를 보충하는 경우나, 교량의 내하력 등급을 상향시키고자 하는 경우에, 설치된 유지 관리용 긴장재를 시공 당시에 설치하거나 사후에 상기 유지관리용 블록의 관통공에 관통하도록 설치한 후 긴장시키는 것에 의하여 간단히 해결할 수 있게 된다.
상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 중앙부는 상기 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔의 중앙부에 위치하고, 상기 교량용 분절형 프리스트레스트 콘 크리트 빔은 그 중앙부에 대하여 대칭으로 제작되는 것이 바람직하다. 이는, 교량의 중앙부에 가장 큰 휨 변위가 발생되므로, 가장 큰 압축 프리스트레스(하측)과 인장 프리스트레스(상측)이 미리 도입되는 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 중앙부가 상기 완성된 프리스트레스트 콘크리트 빔의 중앙에 위치하는 것이 효과적이기 때문이다.
그리고, 상기 철근 조립체는 상기 정착구를 감싸도록 배근되어 상기 프리스트레스트 콘크리트 빔의 길이 방향에 대하여 정착구와 간섭됨으로써, 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔이 보다 견고하게 연결된다. 이 때, 상기 철근 조립체는 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔으로부터 돌출되는 철근과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔으로부터 돌출된 철근과도 연결될 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 교량의 상판을 지지하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔의 제작 방법으로서, 양단부 상연에는 블록 아웃된 한 쌍의 제1블록아웃부가 형성되고, 상기 한 쌍의 제1블록아웃부를 직선 형태로 연결하는 쉬스관 내부에 내설되어 중립축의 상측을 따라 배열된 압축용 강봉과, 상기 한 쌍의 제1블록아웃부를 포물선 형태로 연결하는 쉬스관 내부에 내설되어 중앙부에서는 중립축의 하측을 통과하도록 배열된 인장용 강선과, 상기 인장용 강선의 끝단부와 상기 압축용 강봉의 끝단부를 함께 수용하여 상기 인장용 강선을 잡아당기는 것에 의한 반력으로 상기 압축용 강봉의 끝단을 밀도록 작용하여 중앙부의 중립축의 하측에는 압축 응력이 도입되고 중앙부의 중립축의 상측에는 인장 응력이 도입되도록 하는 정착구를 구비하고, 제1연결용 쉬스관이 미리 설치된 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔을 제작하는 단계와; 상기 정착구를 이용하여 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 중립축 상측에는 상기 압축용 강봉의 압축에 의하여 인장 응력을 도입하고, 중앙부의 중립축 하측에는 상기 인장용 강선의 긴장에 의하여 압축 응력을 도입하는 단계와; 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 양단면에 밀착되는 면의 일단부 상연에는 블록 아웃된 제2블록아웃부가 형성되고, 상기 제1연결용 쉬스관과 연통되는 제2연결용 쉬스관이 설치되는 단부 세그먼트 콘크리트 빔을 제작하는 단계와; 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 양측에 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔을 위치시키는 단계와; 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 제1연결용 쉬스관과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔의 제2연결용 쉬스관을 관통하는 연결용 인장재를 설치한 후, 상기 연결용 인장재를 긴장하여, 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔을 밀착시키면서 일체화시키는 단계와; 상기 압축용 강봉 및 상기 인장용 강선을 감싸는 쉬스관과, 상기 연결용 인장재를 감싸는 연결용 쉬스관의 내부에 충진재를 주입하는 단계와; 상기 정착구를 감싸는 연결철근 조립체를 상기 제1블록아웃부와 상기 제2블록아웃부에 걸치도록 설치하여, 상기 연결철근 조립체에 의해 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔을 연결하는 단계와; 현장타설 콘크리트를 타설하여 상기 제1블록아웃부와 상기 제2블록아웃부를 메우는 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔의 제작 방법을 제공한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 공용 중 가장 큰 응력이 작용하는 교량 상부구조의 거더의 중앙부에 위치하는 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔에 대해서만, 중립축 상측에는 인장 응력이 도입되고, 중립축 하측에는 압축 응력을 도입하여 공용중 실제로 작용하는 휨 변위와 유사하지만 그 방향이 반대인 휨 변위를 미리 도입시킴으로써, 공용중 최대로 작용하는 중앙부에서의 내하 능력을 효율적으로 향상시킬 수 있으며, 이와 동시에, 공용 중 응력이 거의 작용하지 않는 교량의 양단부에 위치하는 단부 세그먼트 콘크리트 빔에는 작은 응력만을 도입함으로써, 공용 중 작용하는 고정하중과 활하중에 효과적으로 견딜 수 있게 되므로, 동일한 양의 프리스트레스를 도입하더라도 상대적으로 긴 경간에 적용하는 것이 가능한 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔을 제공한다.
그리고, 본 발명은 강재 거더를 사용하지 않으면서 비교적 저렴한 콘크리트를 주재료로 하는 프리스트레스트 콘크리트 빔으로 보다 긴 경간에 적용할 수 있도록 하는 유리한 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 공용 중 큰 응력이 작용하는 거더의 중앙부에 위치하는 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔에는 상대적으로 큰 응력을 미리 도입할 수 있으며, 공용 중 작은 응력이 작용하는 거더의 양단부에 위치하는 단부 세그먼트 콘크리트 빔에는 상대적으로 작은 응력을 미리 도입하여, 전체 거더에 도입되는 프리스트레스의 효율을 극대화할 수 있다.
이와 동시에, 본 발명은 양단부에 설치되는 정착구의 수를 줄임으로써 종래 에 프리스트레스트 콘크리트 빔(PSC빔)의 양단부에서는 중앙부에서보다 단면을 더 크게 제작해야 하는 문제점을 해결할 수 있다.
그리고, 본 발명은 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔을 제작함에 있어서 서로 인접하는 프리스트레스트 콘크리트 빔이 상호 교축 방향으로 간섭되어 구속하도록 철근 조립체에 의하여 보다 견고하게 연결되어 일체화된 거동을 가능하게 하는 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔을 제작할 수 있게 된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도1 내지 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 분절형 콘크리트 빔의 제작 단계별 구성을 도시한 도면, 도4는 도1의 프리스트레스트 분절형 콘크리트 빔에 사용되는 정착구의 구성을 도시한 도면, 도5는 도2의 'A'부분의 확대 사시도, 도6은 도2의 절단선 Ⅵ-Ⅵ에 따른 단면도이다.
도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔(100)은, 중앙부에 위치하여 공용 중 작용하는 휨 변위의 반대 방향의 휨 변위가 도입되는 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)과, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)의 양단에 연장되게 연결되는 한 쌍의 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)이 연결되어 구성된다.
상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)의 양단부 상연에는 블록아웃된 한 쌍의 제1블록아웃부(12)가 형성된다. 이 때, 제1블록아웃부(12)는 도5 및 도7에 도시된 바와 같이, 그 양측면이 콘크리트에 의해 둘러싸인 홈 형상이어서, 빔(1)의 내하력을 저하시키지 않으면서 현장타설 콘크리트를 용이하게 타설할 수 있도록 형성된다. 그리고, 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)의 내부에는, 한 쌍의 제1블록아웃부(12)를 포물선 형태로 연결하여 중앙부에서는 중립축의 하측을 통과하는 쉬스관(111) 내부에 내설된 인장용 강선(110)이 배열되며, 이와 동시에, 한 쌍의 제1블록아웃부(12)를 직선 형태로 연결하여 중앙부에서는 중립축의 상측을 통과하는 쉬스관(121) 내부에 내설된 압축용 강봉(120)이 배열되고, 인장용 강선(110)과 압축용 강봉(120)은 각각 하나의 중앙 정착구(130)에 연결 고정된다.
여기서, 도4에 도시된 바와 같이, 중앙 정착구(130)에는, 몸체(131)를 통과한 다수의 인장용 강선(110)의 끝단마다 쐐기(112)가 설치되어, 유압잭(미도시)로 인장용 강선(110)을 잡아당기면 쐐기(112)가 인장용 강선(110)에 대하여 전방으로 이동하게 되므로, 인장용 강선(110)은 잡아당겨진 상태로 쐐기(112)에 의해 몸체(131)에 고정된다. 이와 동시에, 유압잭으로 인장용 강선(110)을 잡아당기는 과정에서, 잡아당기는 힘의 반력에 의하여 몸체(131)가 압축용 강봉(120)을 밀게 되므로, 압축용 강봉(120)은 압축되는 힘이 작용한다.
이렇듯, 중앙 정착구(130)를 이용하여 인장용 강선(110)을 잡아당기면 그 반력으로 압축용 강봉(120)에 압축력이 동시에 도입되는 효과가 발생되고, 이에 따 라, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)의 상측에는 인장 응력이 도입되며, 중앙부의 중립축 하측에는 압축 응력이 도입되므로, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)에는 휨모멘트와 함께 압축력이 작용하던 종래의 PSC빔과 달리 상방으로 볼록해지는 휨 변위를 도입할 수 있게 된다. 여기서, 상기 중앙 정착구(130)를 이용하여 상방으로 볼록해지는 휨 변위를 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)에 도입하는 과정에서, 중앙 정착구(130)의 몸체(131)는 중앙부를 향하여 전진하게 되므로, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)에 프리스트레스를 도입하기 이전에는 중앙 정착구(130)가 제1블록아웃부(12)의 벽면으로부터 소정거리만큼 이격된 상태로 설치된다. 선택적으로, 도면부호 132로 표시된 너트에 의하여 압축용 강봉(120)에 압축력을 추가로 가할 수도 있다.
중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)은 현장에서 굳지 않은 콘크리트를 타설하여 제작되지 않고 공장에서 미리 제작되는 프리캐스트 빔으로 제작될 수 있다.
도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)은 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)과 결합하는 면의 상연에는 제1블록아웃부(12)와 연속하는 제2블록아웃부(22)가 블록 아웃되어 형성된다. 마찬가지로, 도5에 도시된 바와 같이, 제2블록아웃부(22)는 그 양측면이 콘크리트에 의해 둘러싸인 홈 형상이어서, 빔(2)의 내하력을 저하시키지 않으면서 현장타설 콘크리트를 용이하게 타설할 수 있도록 한다. 그리고, 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)과 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)의 연결 부위에는 상호 맞물리는 돌기(2a)와 홈(1a)이 형성되어, 상호 정렬시 키는 공종의 편의를 도모한다. 이와 같이, 상호 요철부(1a,2a)를 통해 정렬된 상태에서는 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)과 한 쌍의 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)의 내부에는 제2연결용 쉬스관(141)이 상호 연통되게 배열된다. 따라서, 중앙부 세그먼트 빔(1)과 단부 세그먼트 빔(2)이 상호 정렬된 상태에서, 연결용 쉬스관(141,151)의 내부에 연결용 인장강선(140)을 삽입하여 긴장시키고, 프리스트레스트 콘크리트 빔(100)의 양단부에서 단부 정착구(150)로 긴장 상태를 고정하는 것에 의하여, 중앙부 세그먼트 빔(1)과 단부 세그먼트 빔(2)을 일체화시키게 된다.
이와 같이, 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)에는 연결용 인장강선(140)에 의하여 압축 프리스트레스가 도입되는 것 이외에는 별도의 프리스트레스가 도입되지 않는다. 일반적으로 교각이나 교대 상부에 들보 역할을 하기 위하여 거치되는 교량용 빔은 공용 중에 활하중과 고정하중에 의하여 포물선 형태의 힘이 작용하게 되는데, 양 단부에는 상대적으로 작은 힘이 작용하므로, 연결용 인장강선(140)에 의하여 압축 프리스트레스가 도입되는 것에 의해서도 충분한 압축 프리스트레스가 도입된다. 따라서, 하나의 빔으로 제작되는 PSC빔과 대비하여 볼 때, PSC빔은 양단부에 수많은 정착구가 설치되어야 함에 따라 단면적이 비대해지는 문제점이 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 거더는 거더(100)의 양 단부에 연결용 인장강선(140)을 정착시키는 단부 정착구(150)만 설치되어도 무방하므로, 거더(100)의 양 단부의 단면적이 비대해지는 문제점이 발생되지 않는다.
도5에 도시된 바와 같이, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)과 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)의 맞닿는 면의 상측에는 제1블록아웃부(12)와 제2블록아웃부(22)가 연속하게 된다. 이 때, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)과 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)의 견고한 결합을 위하여, 종방향으로 배열된 종방향 연결철근(11b)을 감싸는 횡방향 연결철근(11a)이 용접 결합되며, 횡방향 연결 철근(11a)이 중앙 정착구(130)를 감싸면서 종방향으로의 이동 시에는 중앙 정착구(130)와 간섭되는 크기로 철근 조립체(11,21)가 제작된다. 그리고, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)에 위치하는 제1연결철근 조립체(11)와 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)에 위치하는 제2연결철근 조립체(21)는 충분한 길이에 대하여 상호 겹이음(99)된 상태로 현장타설 콘크리트(160)에 의해 매립되도록 함으로써, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)과 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)이 보다 견고하게 결합되어 일체 거동하는 것을 보조한다.
한편, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)으로부터 종방향 철근(미도시)이 노출되어 제1연결철근 조립체(11)와 용접 등에 의해 일체 결합되고, 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)으로부터 종방향 철근(미도시)이 노출되어 제2연결철근 조립체(21)와 용접 등에 의해 일체 결합됨으로써, 보다 견고한 이음 구조를 구현할 수도 있다.
도6에 도시된 바와 같이, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)의 양단부에는 유지관리용 긴장선(170)이 설치될 수 있도록 측방향으로 돌출된 유지관리용 블록(4)이 돌출 형성된다. 이 유지관리용 블록(4)은 유지관리용 긴장선(170)의 긴장에도 잘 견딜 수 있도록 충분히 두껍게 돌출되며, 상기 프리스트레스트 콘크리트 빔(100)의 시공 당시에 유지관리용 긴장선(170)이 반드시 설치될 필요는 없다. 다만, 선택적으로 유지관리용 긴장선(170)의 설치를 돕기 위하여, 유지관리용 긴장선(170)이 관통하는 관통공이 관통형성된 것이 바람직하다. 도면에는 유지관리용 블록(4)이 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)의 양단부 양측에 측방으로 각각 돌출된 것으로 도시되어 있지만, 유지관리용 블록(4)은 단부 세그먼트 콘크리트 빔(1)의 양단부 양측에 측방으로 각각 돌출될 수도 있다.
단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)도 역시 공장에서 미리 제작되는 프리캐스트 빔으로 제작될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔의 그 시공 방법을 상술한다.
단계 1: 도1에 도시된 바와 같이, 양단부 상연에는 블록 아웃된 한 쌍의 제1블록아웃부(12)가 형성되고, 한 쌍의 제1블록아웃부(12)를 직선 형태로 연결하는 쉬스관(121) 내부에 내설되어 중립축의 상측을 따라 배열된 압축용 강봉(120)과, 한 쌍의 제1블록아웃부(12)를 포물선 형태로 연결하는 쉬스관(111) 내부에 내설되어 중앙부에서는 중립축의 하측을 통과하도록 배열된 인장용 강선(110)과, 인장용 강선(110)의 끝단부와 압축용 강봉(120)의 끝단부를 함께 수용하는 중앙 정착구(130)를 구비하며, 제1연결용 쉬스관(151)이 미리 설치된 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)을 제작한다. 이 때, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)은 현장에서 타설 하여 제작할 수도 있지만, 공장에서 미리 제작한 프리캐스트 빔으로 제작된다.
단계 2: 그리고 나서, 중앙 정착구(130)를 이용하여 인장용 강선(110)을 잡아당기는 것에 의한 반력으로 압축용 강봉(120)의 끝단을 밀도록 작용하여 중앙부의 중립축의 하측에는 압축 응력이 도입되고 중앙부의 중립축의 상측에는 인장 응력이 도입되도록 하여, 공용 중 작용하는 휨 변위에 반대되는 방향의 휨 변위가 발생되도록 한다.
단계 3: 한편, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)의 양단면에 밀착되는 면의 일단부 상연에는 블록 아웃된 제2블록아웃부(22)가 형성되고, 제1연결용 쉬스관(151)과 연통되는 제2연결용 쉬스관(141)이 설치되는 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)을 제작한다. 이 때, 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)은 현장에서 타설하여 제작할 수도 있지만, 공장에서 미리 제작한 프리캐스트 빔으로 제작된다.
단계 4: 그리고 나서, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)의 양측에 한 쌍 혹은 두 쌍의 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)을 위치시킨다.
단계 5: 그리고 나서, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)의 제1연결용 쉬스관(151)과 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)의 제2연결용 쉬스관(141)을 관통하는 연결용 인장강선(140)을 삽입하여 설치한다. 그리고, 연결용 쉬스관(141,151) 내의 연결용 인장강선(140)을 긴장시켜, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)과 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)을 밀착시키면서 일체화시킨다.
단계 6: 그리고 나서, 압축용 강봉(120)을 감싸는 쉬스관(121)의 충진재 주입구(121a)에 몰탈을 충진하여 부식되는 것을 방지하고, 마찬가지로, 인장용 강선(110)을 감싸는 쉬스관(111)의 충진재 주입구(111a)에 몰탈을 충진하며, 연결용 인장강선(140)을 감싸는 연결용 쉬스관(141,151)의 내부에도 충진재를 주입한다.
단계 7: 한편, 중앙 정착구(130)를 감싸는 연결철근 조립체(11,21)를 제1블록아웃부(12)와 제2블록아웃부(22)에 걸치도록 설치한 후, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)에 위치한 제1연결철근 조립체(11)와 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)에 위치한 제2연결철근 조립체(21)를 상호 겹이음(99)하여 일체화시킨다. 그리고, 도면에 도시되지 않았지만, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)으로부터 돌출된 종방향 철근은 제1연결철근 조립체(11)의 종방향 연결철근(11b)과 용접이나 겹이음에 의해 연결되고, 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)으로부터 돌출된 종방향 철근도 역시 제2연결철근 조립체(21)의 종방향 연결철근과 용접이나 겹이음에 의해 연결시킨다. 이 때, 연결철근 조립체(11,21)의 횡방향 철근은 끝단이 꺾여진 단면 'ㄷ' 자형태로 형성되어 중앙 정착구(130)를 감싸도록 형성되고, 종방향으로는 'ㄷ'자 단면이 중앙 정착구(130)와 간섭되도록 하여, 중앙 정착구(130)와 연결철근 조립체(11)와의 간섭에 의해서도 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)과 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2) 이 일체로 결합되도록 한다.
단계 8: 그리고 나서, 현장타설 콘크리트(160)를 타설하여 제1블록아웃부(12)와 제2블록아웃부(22)를 매워, 외부에 연결철근 조립체(11,21)와 중앙 정착구(130)가 노출되지 않도록 한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서는 단부 세그먼트 콘크리트 빔(2)은 그 단면이 I형상으로 형성되고, 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔(1)은 대체로 사각단면으로 형성되었지만, 특허청구범위에 기재된 범위 내에서 어떠한 단면 형태로도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서는 제1블록아웃부(12)와 제2블록아웃부(22)는 그 양측면이 콘크리트 빔(1,2)에 의해 둘러싸인 홈 형상으로 형성된 것을 예로 들어 설명하였지만, 이들 블록아웃부는 양측면이 개방된 형태로 형성될 수도 있다.
도1 내지 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 분절형 콘크리트 빔의 제작 단계별 구성을 도시한 도면
도4는 도1의 프리스트레스트 분절형 콘크리트 빔에 사용되는 정착구의 구성을 도시한 도면
도5는 도2의 'A'부분의 확대 사시도
도6은 도3의 절단선 Ⅵ-Ⅵ에 따른 단면도
도7은 도3의 절단선 Ⅶ-Ⅶ에 따른 단면도
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
1: 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔 2: 단부 세그먼트 콘크리트 빔
1a: 결합홈 2a: 결합 돌기
11: 중앙부 연결철근 조립체 21: 단부 연결철근 조립체
12: 제1블록아웃부 22: 제2블록아웃부
110: 인장용 강선 120: 압축용 강봉
130: 중앙 정착구 140: 연결용 인장강선
150: 단부 정착구 160: 현장타설 콘크리트

Claims (7)

  1. 교량의 상판을 지지하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔으로서,
    중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 양단부 상연에는 블록 아웃된 한 쌍의 제1블록아웃부가 형성되고, 상기 한 쌍의 제1블록아웃부를 직선 형태로 연결하는 쉬스관 내부에 내설되어 중립축의 상측을 따라 배열된 압축용 강봉과, 상기 한 쌍의 제1블록아웃부를 포물선 형태로 연결하는 쉬스관 내부에 내설되어 중앙부에서는 중립축의 하측을 통과하도록 배열된 인장용 강선과, 상기 인장용 강선과 상기 압축용 강봉의 끝단부에 설치되어 상기 인장용 강선의 끝단부와 상기 압축용 강봉의 끝단부를 함께 수용하여 상기 인장용 강선을 잡아당기는 것에 의한 반력으로 상기 압축용 강봉의 끝단을 밀도록 작용하여 중앙부의 중립축의 하측에는 압축 응력이 도입되고 중앙부의 중립축의 상측에는 인장 응력이 도입되도록 하는 정착구를 구비한 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과;
    상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 양측에 각각 연장되는 단부 세그먼트 콘크리트 빔과;
    상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔을 함께 관통하는 쉬스관 내부에 포물선 형태로 배열되어 긴장되는 연결용 인장재와;
    상기 제1블록아웃부를 메우는 현장타설 콘크리트를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔의 일단부 상연에는 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 상기 제1블록아웃부와 연속하도록 블록 아웃된 제2블록아웃부가 형성되고;
    상기 제1블록아웃부와 상기 제2블록아웃부에서 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔을 상호 연결하는 연결 철근 조립체를;
    추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 프리스트레스트 콘크리트 빔의 길이 방향을 따라 배열되어 필요 시 재긴장되는 유지관리용 긴장재가 설치될 수 있도록, 상기 프리스트레스트 콘크리트 빔의 복부를 중심으로 양측에는 측방향으로 돌출되고, 상기 유지관리용 긴장재가 관통할 수 있는 관통공이 구비된 유지관리용 블록을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 연결 철근 조립체는 상기 정착구를 감싸도록 배근되어 상기 프리스트레스트 콘크리트 빔의 길이 방향에 대하여 상기 정착구와 간섭되는 것을 특징으로 하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  5. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔은 미리 제작된 프리캐스트 콘크리트 빔인 것을 특징으로 하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔의 연결부에는 서로 맞물리는 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔.
  7. 교량의 상판을 지지하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔의 제작 방법으로서,
    양단부 상연에는 블록 아웃된 한 쌍의 제1블록아웃부가 형성되고, 상기 한 쌍의 제1블록아웃부를 직선 형태로 연결하는 쉬스관 내부에 내설되어 중립축의 상측을 따라 배열된 압축용 강봉과, 상기 한 쌍의 제1블록아웃부를 포물선 형태로 연결하는 쉬스관 내부에 내설되어 중앙부에서는 중립축의 하측을 통과하도록 배열된 인장용 강선과, 상기 제1블록아웃부로 노출되는 상기 인장용 강선의 끝단부와 상기 압축용 강봉의 끝단부를 함께 수용하여 상기 인장용 강선을 잡아당기는 것에 의한 반력으로 상기 압축용 강봉의 끝단을 밀도록 작용하여 중앙부의 중립축의 하측에는 압축 응력이 도입되고 중앙부의 중립축의 상측에는 인장 응력이 도입되도록 한 쌍의 상기 제1블록아웃부로 노출되는 상기 인장용 강선과 상기 압축용 강봉의 끝단에 설치되는 정착구를 구비하고, 제1연결용 쉬스관이 미리 설치된 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔을 제작하는 단계와;
    상기 정착구를 이용하여 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 중립축 상측에는 상기 압축용 강봉의 압축에 의하여 인장 응력을 도입하고, 중앙부의 중립축 하측에는 상기 인장용 강선의 긴장에 의하여 압축 응력을 도입하는 단계와;
    상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 상기 제1블록아웃부와 연속하는 제2블록아웃부가 일단부 상연에 형성되고, 상기 제1연결용 쉬스관과 연통되는 제2연결용 쉬스관이 구비된 단부 세그먼트 콘크리트 빔을 제작하는 단계와;
    상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 양측에 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔을 위치시키는 단계와;
    상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔의 제1연결용 쉬스관과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔의 제2연결용 쉬스관을 관통하는 연결용 인장재를 설치한 후, 상기 연결용 인장재를 긴장하여, 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔을 밀착시키면서 일체화시키는 단계와;
    상기 압축용 강봉 및 상기 인장용 강선을 감싸는 쉬스관과, 상기 연결용 인장재를 감싸는 연결용 쉬스관의 내부에 충진재를 주입하는 단계와;
    상기 정착구를 감싸는 연결철근 조립체를 상기 제1블록아웃부와 상기 제2블록아웃부에 걸치도록 설치하여, 상기 연결철근 조립체에 의해 상기 중앙부 세그먼트 콘크리트 빔과 상기 단부 세그먼트 콘크리트 빔을 연결하는 단계와;
    현장타설 콘크리트를 타설하여 상기 제1블록아웃부와 상기 제2블록아웃부를 메우는 단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 분절형 프리스트레스트 콘크리트 빔의 제작 방법.
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