KR101082125B1 - 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더 - Google Patents

프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더 Download PDF

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본 발명은 콘크리트의 중립축 상부 영역의 부모멘트를 증가시키기 위하여 강재와 독립된 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더는 내측 하부에 정착 가이드가 구비되는 강거더와; 상기 정착 가이드가 교축 방향으로 활동 가능하게 결합되는 한 쌍의 장착구와; 상기 장착구에 의해 양 단부가 지지되는 상태로 상기 강거더의 내부에 배치되는 아치형 콘크리트 보강부재와; 상기 장착구에 양 단부가 결합되어 상기 아치형 콘크리트 보강부재의 중립축 하부영역에 프리스트레스를 부여하는 압축력 제공부재;를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 강거더에 보강재로 도입된 아치형 콘크리트에 프리스트레스를 도입시켜 아치형 콘크리트로 보강된 강합성거더의 중립축 이하부에서 아치형 콘크리트에 인장응력의 발생이 최대한 억제될 수 있고, 합성거더의 내하력이 증진될 수 있으며, 거더의 전체 강중을 저감시킬 수 있다.
Figure R1020090130181
강합성 거더, 아치형 콘크리트, 축응력, 프리스트레스, 인장응력

Description

프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더{STEEL COMPOSITE GIRDER HAVING ARCH CONCRETE STIFFENER INDUCED PRESTRESS}
본 발명은 콘크리트의 중립축 상부 영역의 부모멘트를 증가시키기 위하여 강재와 독립된 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더에 관한 것이다.
일반적으로, 강교량은 시공이 단순하고 중량이 가벼워 장경간을 구현하기에 효율적이지만 강재가격이 고가여서 경제성 측면에서는 불리한 단점이 있다.
이와 같은 단점을 극복하기 위하여 최근에는 압축에 강한 콘크리트를 압축응력이 발생하는 위치에 적절히 보강하여 사용하는 강합성거더 개발이 증가하고 있는 실정이다. 예를 들어, 강박스 거더 또는 빔 형태의 거더에 아치형 콘크리트를 합성하여 정모멘트가 발생하는 거더의 영역을 지지하는 구조가 개발된바 있다.
그러나, 강거더의 휨에 대한 주응력 방향인 아치형태의 콘크리트를 보강재로 사용하는 강합성거더의 경우, 등분포하중에 대해서는 아치형 콘크리트가 압축응력에 저항하게 되지만 집중하중에 대해서는 압축응력과 동시에 휨응력이 작용하여 보강재인 아치 콘크리트의 중립축 이하 영역에서는 인장응력이 발생할 수 있다.
이 경우, 아치 콘크리트는 중립축 이하의 영역의 보강력이 상실되거나 경우에 따라서는 파손 발생으로 인해 오히려 거더에 대한 보강력을 주기보다는 하중을 가하게 되는 원인이 될 수 있다.
본 발명은 종래의 보강재로 아치형 콘크리트가 구비된 강거더에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 일 목적은 강거더에 보강재로 구비된 아치형 콘크리트에 프리스트레스를 도입시켜 아치형 콘크리트로 보강된 강합성거더의 중립축 이하부에서 아치형 콘크리트에 인장응력의 발생이 최대한 억제되도록 하며, 내하력이 증진될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 프리스트레스 도입시 하중에 대한 아치형 콘크리트의 교축방향 변형이 가능하도록 하여 아치형 콘크리트에만 축응력을 전달하고 강합성거더에는 하중과 반대방향의 휨응력이 발생될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 프리스트레스가 도입된 아치형 콘크리트를 이용하여 거더의 내하력을 증진시켜 전체 강중을 저감시킬 수 있도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일 실시 형태와 관련된 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로, 보강재로 이용되는 아치형 콘크리트의 중립축 하부에 프리스트레스가 도입되도록 구성되는 것을 기초로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강 부재가 구비된 강합성거더는 내측 하부에 정착 가이드가 구비되는 강거더와; 정착 가이드에 교축 방향으로 활동 가능하게 결합되는 한 쌍의 장착구와; 장착구에 의해 양 단부가 지지되는 상태로 강거더의 내부에 배치되는 아치형 콘크리트 보강부재와; 장착구에 양 단부가 결합되어 아치형 콘크리트 보강부재의 중립축 하부영역에 프리스트레스를 부여하는 압축력 제공부재;를 포함하여 구성될 수도 있다.
이 경우, 강거더는 아이-형강 거더 또는 박스형 거더로 구성될 수도 있다.
또한, 장착구는 정착 가이드를 따라 강거더의 길이 방향으로 이동 가능하게 장착되는 장착부와; 장착부에서 연장되며, 단부에 아치형 콘크리트 보강부재의 단부가 장착되는 지지면이 구비되고, 어느 일 위치에는 압축력 제공부재의 단부가 결합되는 결합구멍이 형성되는 결합부;를 포함하여 구성될 수도 있다.
다른 한편 압축력 제공부재는 강봉 또는 강연선으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 강봉 또는 강연선의 단부는 장착구의 구멍에 끼워져 장력 조절 가능하게 결합될 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 강거더에 보강재로 도입된 아치형 콘크리트에 프리스트레스를 도입시켜 아치형 콘크리트로 보강된 강합성거더의 중립축 이하부에서 아치형 콘크리트에 인장응력의 발생이 최대한 억제될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 하중에 대한 아치형 콘크리트의 교축방향 변형이 가능한 상태로 프리스트레스가 도입되어 아치형 콘크리트에만 축응력이 전달되고, 강합성거더에는 하중과 반대방향의 휨응력을 부여할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 강거더에 프리스트레스가 도입된 아치형 콘크리트가 합성되어 내하력이 증진되기 때문에 거더의 전체 강중을 저감시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다.
따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다.
그리고, 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 보강재로 이용되는 아치형 콘크리트의 중립축 하부에 프리스트레스가 도입되도록 구성되는 것을 기초로 한다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더(100)는 강더거(110)에 벤딩 모멘트에 저항할 수 있는 아치형 콘크리트(130)가 더 구비되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 강거더(110)는 폐단면 구조의 박스형 거더로 구성될 수도 있고, 개단면 구조의 아이 형강 또는 에이치 형강으로 이루어진 거도로 구성될 수도 있다.
이하, 설명에서는 강거더(110)가 개단면 구조의 아이 형강으로 이루어진 거더에 적용되는 구성을 기초로 설명될 것이나, 에이치 형강 또는 박스형 거더에도 동일하게 적용될 수 있다.
상기 아치형 콘크리트(130)는 강거더(110)의 복부판(111)을 중심으로 양측으로 배치되게 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 아치형 콘크리트(130)는 양 단부가 강거더(110)의 하부 플랜지(112)에 의해 지지되는 상태로 배치되고, 아치형 콘크리트(130)의 중앙부는 강거더(110)의 상부 플랜지(113)를 지지하는 상태로 배치될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 강거더(110)의 중앙부에서 발생하는 수직 하중이 아치형 콘크리트(130)의 축력에 의해 지지되도록 할 수 있다. 즉, 강거더(110)의 중앙부에서 발생하는 수직 하중이 아치형 콘크리트(130)의 축방향을 따라 강거더(110)의 양단부로 분산될 수 있게 된다.
이 경우, 상기 아치형 콘트리트(130)의 양 단부는 상기 강거더(110)의 하부 플랜지(112) 상에 고정되지 아니하고, 아치형 콘크리트(130)의 양 단부가 강거더(110)의 길이 방향을 따라 활동 가능한 상태로 상기 하부 플랜지(112)에 장착되도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 아치형 콘크리트(130)의 양 단부는 압축력 제공부재(140)에 의해 서로 연결되는 상태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 압축력 제공부재(140)는 아치형 콘크리트(130)가 구부러지는 방향으로 프리스트레스가 도입되는 힘을 제공하도록 구성될 수 있다.
이와 같은 구성을 위하여, 도 3에 도시된 것과 같은 장착구(120)에 의해 상기 아치형 콘크리트(130)의 단부가 지지되도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 장착구(120)는 결합부(122)에 상기 압축력 제공부재(140)의 단부가 결합되는 결합구멍(122b)이 형성되고, 상기 결합부(122)의 상부가 절곡되어 압축력 제공부재(140)의 단부면이 접하게 되는 지지면(122a)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 결합부(122)의 하부에는 강거더(110)의 하부 플랜지(112)를 따라 활동 가능하게 접하는 장착부(121)가 구비될 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 것과 같이 강거더(110)의 하부 플랜지(112)에는 정착 가이드(112a)가 구비되어 상기 장착구(120)가 이탈되지 않는 상태로 하부 플랜지(112)를 따라 활동 가능하도록 장착되게 구성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 장착구(120)의 장착부(121)가 상기 하부 플랜지(112)의 정착 가이드(112a)에 끼워져 이탈되지 않으면서 일정 거리를 활동 가능하게 될 수 있다.
이 경우, 상기 장착구(120)에 결합되는 압축력 제공부재(140)에 의해 아치형 콘크리트(130)에 프리스트레스가 도입되는 경우, 아치형 콘크리트(130)의 단부로 압축력이 도입되면서, 아치형 콘크리트(130)의 중앙부는 강거더(110)의 상부 플랜지(113)와 밀착력이 증가하게 되고, 이와 더불어 아치형 콘크리트(130)의 양 단부 는 하방으로 이동하게 되면서 장착구(120)를 통해 강거더(110)에는 부모멘트가 도입된다.
이와 같은 구성에 의해 상기 아치형 콘크리트(130)에는 프리스트레스가 도입된 상태이기 때문에 강거더(110)의 중앙부에 수직 하중이 가해지는 경우에도 아치형 콘크리트(130)의 프리스트레스와 상쇄되어 내하성능이 증진된다.
한편, 상기 압축력 제공부재(140)는 강봉 또는 강연선 등으로 구성될 수 있으며, 압축력 제공부재(140)의 양 단부는 장력이 조절 가능하고록 상기 장착구(120)의 결합구멍(122b)에 끼워져 결합이 이루어질 수도 있다.
이 경우, 상기 강거더(110)가 외기의 온도 변화에 따라 신장이 발생하는 경우에도 그에 상응하는 장력의 조절이 가능하게 될 수 있다.
본 발명에 따른 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더는 상기와 같이 설명된 실시예들로 한정되게 적용되는 것이 아니라, 다양한 변형을 위하여 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 이루어질 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더의 구조를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더의 측 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 아치형 콘크트 보강부재가 결합되는 장착구의 일 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 강거더의 일 구성예를 나타내는 부분 사시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
100 ... 강합성 거더 110 ... 강거더
111 ... 복부판 112,113 ... 플랜지
120 ... 장착구 121 ... 장착부
122 ... 결합부 122a ... 지지면
122b ... 결합구멍 130 ... 아치형 콘크리트
140 ... 압축력 제공부재

Claims (4)

  1. 내측 하부에 정착 가이드가 구비되는 강거더와;
    상기 정착 가이드에 교축 방향으로 활동 가능하게 결합되는 한 쌍의 장착구와;
    상기 장착구에 의해 양 단부가 지지되는 상태로 상기 강거더의 내부에 배치되는 아치형 콘크리트 보강부재와;
    상기 장착구에 양 단부가 결합되어 상기 아치형 콘크리트 보강부재의 중립축 하부영역에 프리스트레스를 부여하는 압축력 제공부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 강거더는 아이-형강 거더 또는 박스형 거더인 것을 특징으로 하는 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 장착구는
    정착 가이드를 따라 강거더의 길이 방향으로 이동 가능하게 장착되는 장착부와;
    장착부에서 연장되며, 단부에 아치형 콘크리트 보강부재의 단부가 장착되는 지지면이 구비되고, 어느 일 위치에는 압축력 제공부재의 단부가 결합되는 결합구멍이 형성되는 결합부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 압축력 제공부재는 강봉 또는 강연선으로 구성되며, 단부가 상기 장착구의 구멍에 끼워져 장력 조절 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스 구조의 아치형 콘크리트 보강부재가 구비된 강합성거더.
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