KR101134290B1 - 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법 - Google Patents

프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법 및 그 상부 구조에 관한 것으로, 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법으로서, 하부 플랜지와, 상기 하부 플랜지의 양 끝단으로부터 이격된 위치에 상방으로 연장 형성된 한 쌍의 복부와, 상기 한 쌍의 복부 및 상기 하부 플랜지에 결합되도록 형성된 격벽을 구비한 개단면 박스거더를 제작하는 거더 제작 단계와; 상기 개단면 박스거더의 상기 하부 플랜지와 상기 복부 중 어느 하나 이상에 종방향으로 내설된 긴장재를 긴장시켜 상기 개단면 박스거더에 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입단계와; 횡방향으로 배열되는 2개 이상의 상기 개단면 박스거더의 하부플랜지가 간격을 두고 위치하도록 상기 개단면 박스거더를 교각 상에 거치시키는 거더 거치 단계와; 횡방향으로 인접한 개단면 박스거더의 복부를 연결하는 가로보를 상기 격벽과 횡방향으로 연속하도록 시공하는 가로보 설치단계와; 상기 개단면 박스거더의 상기 복부의 상단부와 연결되어 상기 개단면 박스거더의 상측 개구부가 폐합되도록 바닥판 콘크리트를 시공하는 바닥판 설치단계를 포함하여 구성되어, 콘크리트의 사용량을 최소화하면서 높은 지지 능력을 갖는 콘크리트 박스거더 교량을 보다 용이하게 시공할 수 있는 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법 및 그 상부 구조를 제공한다.

Description

프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법 {METHOD OF CONSTRUCTING PRESTRESSED CONCRETE BOX GIRDER BRIDGE }
본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 높은 지지 능력을 갖는 콘크리트 박스거더 교량을 보다 용이하게 시공할 수 있는 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트 박스거더 교량은 단면 계수가 커서 높은 지지 능력을 필요로 하는 곳에 사용된다. 통상적으로 박스 거더는 유지관리를 위해 내부의 공간에 점검자가 통행할 수 있을 정도의 공간이 확보되도록 시공되며, 이 경우 박스 거더는 내부 및 외부 거푸집을 별도로 설치한 후 콘크리트가 양생되면 거푸집을 제거하여 완성한다. 그러나 최근 거더의 높이가 낮게 시공되는 교량의 필요성이 커짐에 따라 종래의 박스거더의 형고를 작게 구성하되 박스 거더의 개수를 증가시켜 상부 구조의 휨 강성을 증가시키려는 시도가 빈번하게 이루어지고 있다.
이에 대한 일례로서, 대한민국 등록특허공보 제10-645491호에 따르면, 박스거더는 폐합된 구조로 인하여 비틀림 강성이 증진되지만 박스거더의 중공부를 형성하기 위한 내부 거푸집이 필요하다는 점에서 시공이 용이하지 않음을 시사하고 있다. 이에 따라, 대한민국 등록특허공보 제10-645491호는 낮은 형고를 가지는 상부구조의 형상을 폐합된 단면의 상자 형상으로 형성하기 위하여 스티로폼으로 내부 거푸집을 형성하는 구성을 개시하고 있다.
그러나, 스티로폼으로 내부 거푸집을 형성하는 것은 박스거더를 제작하기 위하여 거푸집 내에 굳지 않은 콘크리트를 타설하는 과정에서 많은 문제점이 발생한다. 즉, 굳지 않은 콘크리트의 타설압에 의하여 스티로폼으로 이루어진 내부 거푸집을 위치 고정하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라, 스티로폼이 제 위치에 고정되지 않아 일측 복부의 두께가 타측 복부의 두께보다 더 두꺼워질 가능성이 높아 거더를 일관된 형태로 제작할 수 없을 뿐 아니라 부력에 의해 스티로폼이 상측으로 이동하여 박스 거더의 하부 및 상부 플랜지의 두께를 유지하기가 어려운 점 등 많은 문제점이 있었다.
무엇보다도, 대한민국 등록특허공보 제10-645491호에 개시된 콘크리트 박스거더 교량은 거더들 간에 이들을 횡방향으로 구속하여 윤하중을 분배시키는 역할을 하는 가로보를 시공하는 것이 매우 곤란한 문제가 있었다. 즉, 교량이 충분한 지지 능력을 갖기 위해서는 횡방향으로 인접한 박스거더를 서로 연결하는 가로보를 시공해야 하는데, 이 가로보를 박스거더에 대하여 시공하기 위해서는 지상으로부터 거더의 형고에 이르도록 동바리를 길게 연장시켜 거푸집을 설치하거나, 공중에 거치된 박스거더에 거푸집을 매달리도록 설치해야 한다. 그러나, 이 방법들은 현실적으로 실현하는 것이 매우 어려우므로, 높은 비틀림 강성을 갖는 콘크리트 박스거더 교량에 대해서는 가로보를 시공하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 콘크리트 박스거더 교량의 상단부에는 별도의 바닥판 콘크리트가 시공되므로 지상에서 제작한 콘크리트 박스거더를 교각 상에 거치시키면, 박스거더 사이의 솟음량이 서로 달라 횡방향으로 배열된 박스거더 별로 단차가 발생되어 바닥판 콘크리트에도 단차가 발생되며, 교량의 공용 중에 작용하는 하중에 의하여 이 단차에 반복 하중이 집중되어 균열이 발생되는 사용상의 문제점도 야기한다.
따라서, 콘크리트 박스거더 교량을 시공하는 데 있어서 신뢰성 있는 단면을 유지하면서 보다 간편하게 시공할 수 있으면서 가로보를 쉽게 타설할 수 있는 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 필요성이 높게 대두되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 높은 지지 능력을 갖는 콘크리트 박스거더 교량을 보다 용이하게 시공할 수 있는 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
무엇보다도 본 발명은 인접한 콘크리트 박스거더를 횡방향으로 연결하는 가로보를 간편하게 시공할 수 있도록 함으로써, 콘크리트 박스거더 교량이 높은 지지 능력을 발현하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상부가 개방되도록 개단면 박스거더를 제작한 후 교각상에서 바닥판 콘크리트가 시공되도록 하여 횡방향으로 배열되는 거더 별로 발생되는 단차가 수용되도록 하여 그에 따른 영향이 최소화되어 공용 중 발생되는 반복 하중의 재하에 따른 응력 집중 현상을 최소화하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 달성하기 위하여 도출된 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법으로서, 하부 플랜지와, 상기 하부 플랜지의 양 끝단으로부터 이격된 위치에 상방으로 연장 형성된 한 쌍의 복부와, 상기 한 쌍의 복부 및 상기 하부 플랜지에 결합되도록 형성된 격벽을 구비한 개단면 박스거더를 제작하는 거더 제작 단계와; 상기 개단면 박스거더의 상기 하부 플랜지와 상기 복부 중 어느 하나 이상에 종방향으로 내설된 긴장재를 긴장시켜 상기 개단면 박스거더에 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입단계와; 횡방향으로 배열되는 2개 이상의 상기 개단면 박스거더의 하부플랜지가 서로 이격되어 위치하도록 상기 개단면 박스거더를 교각 상에 거치시키는 거더 거치 단계와; 횡방향으로 인접한 개단면 박스거더의 복부를 연결하는 가로보를 상기 격벽과 횡방향으로 연속하도록 시공하는 가로보 설치단계와; 상기 개단면 박스거더의 복부의 상단부를 연결하는 바닥판 콘크리트를 설치하는 바닥판 설치단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법을 제공한다.
이는, 박스거더 교량을 시공함에 있어서 거더를 제작할 당시에는 "ㅛ"자형 개단면으로 형성하고, 개단면 거더를 교각에 거치한 상태에서 바닥판 콘크리트에 의하여 개단면이 폐합되는 박스거더 교량이 되도록 함으로써, 거더의 제작 당시에 폐합부를 미리 형성하기 위한 복잡한 내부 거푸집을 사용하지 않아도 무방하므로 거더의 제작이 용이해지고, 거더의 폐합부를 형성하고 그 위에 바닥판 콘크리트를 시공하여 단면의 상측에 과도한 콘크리트가 사용됨에 따른 비경제적인 문제점을 해소하기 위함이다.
이 뿐만 아니라, 본 발명은 하부 플랜지와 그 단부로부터 이격된 위치에 한 쌍의 복부가 수직 또는 경사진 상방으로 연장되는 'ㅛ'자형 콘크리트 거더를 제작하므로, 교량의 공용 중 하중이 크게 작용하는 하부 플랜지의 구조 부재가 'ㅁ'자형 박스거더에 비하여 크게 형성되므로, 보다 높은 지지 능력을 구현할 수 있는 장점이 얻어진다.
무엇보다도, 복부의 바깥측으로 돌출되는 하부 플랜지는 횡방향으로 인접하는 개단면 박스거더의 복부를 상호 연결하는 가로보 콘크리트 시공시 작업원이 추락없이 안전하게 작업할 수 있는 작업 공간의 역할을 하게 되며, 특히 가로보에 의해 판거동을 구현하는 본 발명에 따른 콘크리트 박스거더 교량은 교량의 상부 구조에 국부적으로 큰 하중이 작용하더라도 손상없이 효과적으로 지지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 이 때, 개단면 박스거더의 복부의 바깥쪽으로 돌출된 하부 플랜지는 가로보 및 바닥판 콘크리트의 설치를 용이하게 하는 역할을 할 뿐만 아니라, 교량의 자중과 활하중에 의한 힘을 견디는 구조 부재로서의 역할을 하는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 'ㅛ'자형 개단면의 복부를 연결하는 격벽을 미리 설치해둠으로써 비틀림 변형에 대하여 효과적으로 저항함으로써, 상기 개단면 박스거더를 인상하거나 운반하는 과정에서 국부적으로 응력이 집중되어 파손되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 그리고, 상기와 같이 개단면 박스거더에 격벽을 미리 설치해둠으로써, 시공 현장에서 개단면 박스거더의 복부의 외측을 연결하는 가로보를 설치하기만 하면 교량 상부구조의 지지 구조를 횡방향으로 연속하도록 구현할 수 있게 된다.
여기서, 개단면 박스거더를 횡방향으로 연결하는 가로보를 시공하는 데 있어서, 개단면 박스거더의 복부의 바깥쪽으로 돌출된 하부 플랜지는 가로보를 시공하기 위한 가로보 거푸집을 지지할 뿐만 아니라, 작업자가 거푸집을 설치하는 지지대 역할을 하며, 가로보 거푸집에 타설하여 개단면 박스거더에 합성되는 가로보를 중력방향으로 지지한다. 이에 의해, 가로보의 설치가 보다 용이해지면서 동시에 거푸집 설치가 수월해지고 작업원의 안전성이 확보되는 장점을 얻을 수 있다.
한편, 상기 개단면 박스거더의 상기 복부의 상단부는 단면이 확장되게 형성되거나, 상기 복부의 상단부에 보강 형강이 종방향을 따라 설치되어, 공용 중 거더 상측에 작용하는 큰 압축 응력을 보다 효과적으로 상쇄시킬 수 있다. 이 때, 콘크리트로 형성되는 개단면 박스거더의 복부는 국부적인 응력이 크게 작용하는 것을 방지하고 제작용 거푸집의 설치를 용이하게 하도록 종방향 전체에 걸쳐 일정한 단면으로 복부 상단부의 단면이 확장되게 형성되는 것이 좋다. 그리고, 보강 형강이 설치되는 경우에는, 개단면 박스거더의 종방향 전체에 걸쳐 설치될 수도 있지만, 고가의 강재 사용을 보다 효과적으로 하기 위하여 휨 모멘트가 크게 작용하는 경간 중앙부에만 설치될 수도 있다.
상기 가로보 설치단계와 바닥판 설치단계는 순차적으로 이루어질 수도 있지만, 가로보와 바닥판 콘크리트를 한꺼번에 합성하는 영구 거푸집을 설치한 후, 가로보 설치단계와 바닥판 설치단계를 동시에 행할 수도 있다.
상기 프리스트레스 도입단계는, 통상적인 방법으로 배치된 긴장재의 긴장에 의해 이루어지지만, 필요한 경우에는 이에 더하여 이루어질 수도 있다. 더욱 구체적으로는 상기 개단면 박스거더의 중립축의 상측을 따라 상기 복부를 직선 형태로 관통 배열되는 쉬스관 내에 내설된 압축용 강봉과, 상기 압축용 강봉의 양 끝단을 수용하도록 설치된 한 쌍의 정착구와, 상기 한 쌍의 정착구에 양끝단부가 수용되어 상기 개단면 박스 거더의 경간부에서는 상기 개단면 박스거더의 중립축의 하측을 통과하도록 상기 한 쌍의 정착구로부터 포물선 형태로 상기 복부를 관통 배열되는 쉬스관 내에 내설된 인장용 강연선을 포함하여 설치되어, 상기 인장용 강연선을 잡아당기는 것에 의한 반력으로 상기 압축용 강봉의 끝단을 밀도록 작용하여 상기 개단면 박스거더의 중앙부의 중립축의 하측에는 압축 응력이 도입되고 중앙부의 중립축의 상측에는 인장 응력을 도입시킬 수 있다.
이렇듯, 정착구를 이용하여 인장용 강연선을 잡아당기면 그 반력으로 압축용 강봉에 압축력이 동시에 도입되는 효과가 발생되고, 이에 따라, 개단면 박스거더의 복부의 상측에는 인장 응력이 도입되며, 중앙부의 중립축 하측에는 압축 응력이 도입되므로, 거더에는 압축력만 작용하던 종래의 콘크리트 박스거더와 달리 상방으로 볼록해지는 휨 변위를 도입할 수 있게 된다.
상기 바닥판 설치단계는, 횡방향으로 배열된 상기 개단면 박스거더의 복부의 상단부에 거치되는 거치재를 설치하여, 상기 거치재의 상측에 콘크리트를 타설하여 상기 거치재가 바닥판 콘크리트의 일부를 형성하도록 상기 개단면 박스거더에 합성할 수도 있다. 이는, 바닥판을 시공하기 위한 거푸집을 설치하고, 거푸집에 콘크리트를 타설 양생하여 개단면 박스거더에 합성한 후, 거푸집을 제거하는 종래의 시공 공정을 보다 간략화하기 위한 것이다. 여기서, 거치재는 바닥판보다 얇은 두께로 형성된 프리캐스트 콘크리트로 이루어진 부분 바닥판 콘크리트로 사용될 수도 있고, 데크 플레이트로 사용될 수도 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 상부 구조로서, 하부 플랜지와, 상기 하부 플랜지의 양 끝단으로부터 이격된 위치에 상방으로 연장 형성된 한 쌍의 복부와, 상기 한 쌍의 복부 및 상기 하부 플랜지에 결합되도록 양단부를 포함하는 위치에 형성된 격벽을 각각 구비하고, 상기 하부 플랜지와 상기 복부 중 어느 하나 이상에 종방향으로 내설된 긴장재를 긴장시켜 프리스트레스가 도입되며, 횡방향으로 서로 이격되어 나란히 교각 상에 거치되는 개단면 박스거더와; 상기 격벽의 위치로부터 횡방향으로 연장되어 횡방향으로 인접한 개단면 박스 거더의 복부를 연결하고, 상기 개단면 박스 거더 복부의 외측면에 결합되는 가로보와; 상기 개단면 박스거더의 복부의 상단부를 연결하여 설치되는 바닥판 콘크리트를; 포함하여 구성된 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 상부 구조를 제공한다.
그리고, 본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량에 사용되는 콘크리트 박스거더로서, 하부 플랜지와, 상기 하부 플랜지의 양 끝단으로부터 이격된 위치에 서로 이격되어 상방으로 연장 형성된 한 쌍의 복부로 이루어진 'ㅛ'자형 콘크리트 거더와; 상기 한 쌍의 복부 및 상기 하부 플랜지에 결합되도록 양단부를 포함하는 위치에 형성된 격벽과; 상기 개단면 콘크리트에 프리스트레스를 도입하도록 상기 하부 플랜지와 상기 복부 중 어느 하나 이상에 종방향으로 내설된 긴장재를; 포함하여 구성된 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량용 거더를 제공한다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 '교각'라는 용어는 교량을 제작하기 위하여 거더 등을 지지하는 하부 구조를 통칭하는 의미로 사용된 것으로서, 거더가 교축 방향으로 연속하여 배열된 교량의 경우에 교축 방향의 일측으로만 거더를 지지하는 '교대'의 의미 등을 포함하는 용어로 사용하기로 한다.
이상에서 기재된 바와 같이, 본 발명은, 박스거더 교량을 시공함에 있어서 거더를 제작할 당시에는 하부 플랜지와 그 중앙부에 한 쌍의 복부가 상방으로 연장된 개단면으로 형성하고, 개단면 거더를 교각에 거치된 상태에서 바닥판 콘크리트에 의하여 개단면이 폐합되는 박스거더 교량이 되도록 함으로써, 거더의 제작 당시에 폐합부를 미리 형성하기 위한 복잡한 내부 거푸집을 사용하지 않아도 무방하므로 거더의 제작이 용이해지고, 종래에 박스거더의 단면이 폐합되도록 형성하고 그 위에 바닥판 콘크리트를 시공하여 상측에 과도한 콘크리트가 사용됨에 따른 비경제적인 문제점을 해소한 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법 및 그 상부 구조를 제공한다.
그리고, 본 발명은 하부 플랜지와 그 단부로부터 이격된 위치에 한 쌍의 복부가 수직 또는 경사진 상방으로 연장되는 'ㅛ'자형 콘크리트 거더를 제작하므로, 교량의 공용 중 하중이 크게 작용하는 하부 플랜지의 구조 부재가 'ㅁ'자형 박스거더에 비하여 크게 형성되므로, 보다 높은 지지 능력을 구현할 수 있다.
무엇보다도, 무엇보다도, 복부의 바깥측으로 돌출되는 하부 플랜지는 횡방향으로 인접하는 개단면 박스거더의 복부를 상호 연결하는 가로보를 콘크리트 시공시 작업원이 추락없이 안전하게 작업할 수 있는 작업 공간의 역할을 하는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은 횡방향으로 인접한 상기 개단면 박스거더의 복부를 횡방향으로 연결하는 가로보를 개단면 박스거더의 격벽과 횡방향으로 연속하는 배열로 간편하게 시공함에 따라, 개단면 박스거더는 가로보에 의하여 횡방향으로 상호 연결되어 지지함으로써 보다 효과적으로 공용 하중을 지지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상부가 개방되도록 개단면 박스거더를 제작한 후 교각상에서 바닥판 콘크리트가 시공되도록 하여 횡방향으로 배열되는 거더 별로 발생되는 단차가 수용되도록 하여 그에 따른 영향이 최소화되어 공용 중 발생되는 반복 하중의 재하에 따른 응력 집중 현상을 최소화할 수 있다.
도1는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 일부 구성을 도시한 사시도
도2는 도1의 측면도
도3는 도1의 개단면 박스거더의 구성을 도시한 사시도
도4는 도3의 개단면 박스 거더에 긴장재를 배치한 구성을 도시한 측면도
도5는 도4의 긴장재에 프리스트레스를 도입하는 데 사용되는 정착구의 구성을 도시한 사시도
도6a는 도3의 절단선 A-A에 따른 단면도
도6b 내지 도6d는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 프리스트레스트 콘크리트 박스 거더의 도3의 절단선 A-A에 따른 단면도
도7 내지 도10은 도1의 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량을 시공하는 순서에 따른 구성을 도시한 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량(100)에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도1는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 일부 구성을 도시한 사시도, 도2는 도1의 측면도, 도3는 도1의 개단면 박스거더의 구성을 도시한 사시도, 도4는 도3의 개단면 박스 거더의 긴장재의 배치를 도시한 도면, 도5는 도4의 긴장재에 프리스트레스를 도입하는 데 사용되는 정착구의 구성을 도시한 사시도, 도6a는 도3의 절단선 A-A에 따른 단면도, 도6b 내지 도6d는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 프리스트레스트 콘크리트 박스 거더의 도3의 절단선 A-A에 따른 단면도, 도7 내지 도10은 도1의 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량을 시공하는 순서에 따른 구성을 도시한 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량(100)은 횡방향으로 2열 이상 교각(10)의 교좌장치(10a)에 거치되는 'ㅛ'자형 콘크리트 개단면 박스거더(110)와, 개단면 박스거더(110)를 횡방향으로 연결시켜 상호간의 변위를 구속하는 가로보(120)와, 개단면 박스거더(110)의 복부(111b)의 상단부에 연결되도록 합성되는 바닥판(130)으로 구성된다.
상기 개단면 박스거더(110)는 하부 플랜지(111a)와, 하부 플랜지(111a)의 양 끝단으로부터 이격된 위치에 상방으로 연장 형성된 한 쌍의 복부(111b)로 이루어진 'ㅛ'자형 콘크리트 거더(111)로 형성된다. 도면에는 복부(111b)가 수직으로 상방 연장 형성된 형태의 개단면 박스거더(110)를 예로 들었지만, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면 복부(111b)는 하부 플랜지(111a)로부터 경사지게 상방 연장되어 형성될 수도 있다.
개단면 박스거더(110)의 내부에는 하부 플랜지(111a)와 복부(111b)에 종방향으로 내설된 긴장재(112)를 이용하여 프리스트레스를 개단면 박스거더(110)에 도입한다. 개단면 박스거더(110)의 하부 플랜지(111a)와 복부(111b)에는 도4에 도시된 바와 같이 다수의 강연선(112c)이 배치되어 강연선(112c)을 긴장하는 것에 의하여 압축 프리스트레스를 도입할 수 있다.
그리고 도4에 도시된 바와 같이, 개단면 박스거더(110)에 압축 프리스트레스를 도입하는 긴장재(112)로서, 개단면 박스거더(110)의 복부(111b)에는 중립축의 상측에 직선 형태로 배열된 쉬스관에 압축용 강봉(112a)이 설치되고, 개단면 박스거더(110)의 중앙부에서 복부(111b)의 중립축의 하측을 통과하도록 포물선 형태로 배열된 쉬스관에 인장용 강연선(112b)이 설치되며, 압축용 강봉(112a)의 양단부와 인장용 강연선(112b)의 양단부를 수용하는 정착구(119)가 설치된다. 이 때, 도6a에 도시된 바와 같이 박스 거더(110)의 중앙부에서는 인장용 강연선(112b, 112c)이 중립측 하연을 통과하도록 배열된다.
이와 같이 긴장재(112)가 설치된 상태에서, 인장용 강연선(112b)을 잡아당기면, 이에 의한 반력으로 압축용 강봉(112a)의 끝단을 밀도록 작용하여 개단면 박스거더(110)의 중앙부의 중립축의 하측에는 압축 응력이 도입되고 중앙부의 중립축의 상측에는 인장 응력이 도입되어, 종래에 거더에는 압축력만 작용하던 프리스트레스 도입방식과 달리 상방으로 볼록해지는 휨 변위를 도입할 수 있게 된다. 그리고, 정착구(119)가 위치하는 블록 아웃된 영역은 휨 변위를 도입한 이후에 현장타설 콘크리트(111c)로 매워진다.
한편, 개단면 박스거더(110)의 복부(111b)는 공용 중 상단부에 큰 압축 응력이 작용하므로, 도6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 개단면 박스 거더(110')는 교각 사이의 휨 모멘트가 크게 작용하는 경간 중앙부에서 보강 형강(115)의 전부 또는 일부가 복부(111b)의 상단부에 매설될 수 있다. 이와 달리, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 개단면 박스 거더(110")는 도6c에 도시된 바와 같이 개단면 박스거더(110'')의 복부(111b')의 상단부는 단면이 확장되게 형성되어, 공용 중 거더 상측에 작용하는 큰 압축 응력을 보다 효과적으로 상쇄시킬 수 있다. 이 때, 콘크리트로 형성되는 개단면 박스거더(110'')의 복부(110b')는 국부적인 응력이 크게 작용하는 것을 방지하고 제작용 거푸집의 설치를 용이하게 하도록 종방향 전체에 걸쳐 일정한 단면으로 복부 상단부의 단면이 확장되게 형성되는 것이 좋다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 개단면 박스거더(110"')는 도6d에 도시된 바와 같이 개단면 박스거더(110"')의 복부(111b')의 상단부는 단면이 확장되게 형성되고 동시에 교각 사이의 경간 중앙부에서 보강 형강(115)의 전부 또는 일부가 복부(111b)의 상단부에 매설될 수도 있다.
개단면 박스거더(110)의 복부(111b)의 상단부에는 바닥판 연결철근(113)이 상방으로 돌출 형성되어, 바닥판(130)의 내부에 배근된 바닥판 철근(132)과 결속되고 동시에 개단면 박스거더(110)의 상측에 합성되는 바닥판 콘크리트(131)에 덮이게 됨으로써, 개단면 박스거더(110)와 바닥판(130)이 보다 견고하게 결합되도록 한다.
한편, 상기와 같이 구성된 개단면 박스거더(110)는 하부 플랜지(111a)가 복부(111b)의 위치로부터 양측 방향으로 연장 형성됨에 따라, 단면 계수가 높아져 비틀림 변위나 하방으로 휘는 변위에 저항하는 데 보다 효과적일 뿐만 아니라, 횡방향으로 인접한 개단면 박스거더(110)들 사이를 횡방향으로 연결하여 구속하는 가로보(120)의 설치를 보다 용이하게 한다.
그리고, 도3에 도시된 바와 같이 가로보(120)가 설치되는 개단면 박스거더(110)의 복부(111b)의 양측면에는 가로보 연결철근(113)이 횡방향으로 돌출 형성된다. 개단면 박스거더(110)의 복부(111b)의 바깥 측면(인접한 다른 개단면 박스거더에 대향하는 면)에 돌출된 가로보 연결철근(113)은 가로보(120)에 배근되는 철근과 결속되도록 설치되어 보다 완전한 합성을 보조한다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 도3에 도시된 바와 같이, 가로보(120)가 연결되는 위치의 복부(111b)사이를 연결하는 격벽(114)이 개단면 박스거더(110)의 제작 시에 미리 형성된다. 이에 의하여, 교각(10)에 거치된 상태에서 격벽(114)을 형성하는 공정을 생략할 수 있으므로 시공성이 향상되면서 비틀림 강성이 증대된다.
그리고, 가로보(120)는 개단면 박스거더(110)의 격벽(114)으로부터 횡방향으로 연속하게 연장 형성된다. 따라서, 도1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트 박스거더 교량(100)은 종방향으로는 복부(111b)에 의해 연속하는 열을 형성하며 교량에 작용하는 하중을 지지하고, 횡방향으로는 가로보(120)와 격벽(114)에 의해 연속하는 열을 형성하며 교량에 작용하는 하중을 지지하므로, 자중과 외력에 대하여 완전한 판거동을 구현하여 보다 높은 하중이 국부적으로 작용하더라도 횡방향으로 이격된 다른 박스거더(110)에 의하여 그 힘을 효과적으로 지지할 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.
일반적으로 교각(10) 상에 시공되는 교량은 공용 중에 경간 중앙부에 큰 응력이 작용한다. 특히, 교량에 작용하는 하중을 지지하는 거더는 경간 중앙부에서 상연부에 큰 압축 응력이 작용한다. 따라서, 본 발명에 따른 교량(100)의 개단면 박스거더(110)는 경간 중앙부의 상측에 크게 작용하는 응력에 견딜 수 있도록 개단면 박스거더(110)의 경간 중앙부의 복부의 상단부에 종방향으로 보강 형강(115)의 일부 이상이 매설되거나, 개단면 박스거더(110")의 복부(110b')의 상단부는 보다 확대된 단면을 갖는다. 보강 형강(115)은 'T'자 또는 'I'자 단면 등 다양한 형상을 선택할 수 있다.
보강 형강(115)의 전부를 개단면 박스거더(110)의 복부(111b)에 매설시킬 수도 있지만, 보강 형강(115)의 일부는 개단면 박스거더(110')의 복부(111b)에 매설되고 다른 일부는 바닥판 콘크리트(131)에 매설됨으로써, 개단면 박스거더(110)와 바닥판 콘크리트(131)가 보강 형강(115)을 통해서도 보다 견고하게 합성되어 외력에 대해 일체로 거동하여 지지하도록 하는 것이 보다 효과적이다.
상기 가로보(120)는 횡방향으로 인접 배열된 개단면 박스거더(110)의 복부(111b)의 바깥면에 노출된 가로보 연결철근(113)과 견고하게 결속되도록 개단면 박스거더(110)를 횡방향으로 연결한다. 가로보(120)는 개단면 박스거더(110)가 교각(10) 상에 거치된 상태에서 현장 시공된다. 교각(10) 상에 거치된 개단면 박스거더(110)는 복부(111b)에 대하여 외향 돌출된 하부 플랜지(111a)를 구비함에 따라, 작업자가 외향 돌출된 하부 플랜지(111a)상에서 추락의 위험이 없이 하부 플랜지(111a)에 지지되도록 거푸집(미도시)을 설치하고 하부 플랜지(111a)에 의해 지지되도록 가로보(120)를 시공하게 된다. 따라서, 종래에 콘크리트 박스거더 교량에서 시공이 곤란하였던 가로보(120)를 매우 용이하게 시공할 수 있다.
이를 위하여, 교각(10) 상에 거치되는 개단면 박스거더(110)는 그 하부플랜지(111a)사이의 간격(c)이 작업자가 추락하지 않는 대략 10cm 내외의 간격 정도로만 이격시키는 것이 좋다.
상기 바닥판(130)은 개단면 박스거더(110)의 복부(111b)의 상단부와 연결 합성되는 바닥판 콘크리트(131)와, 그 내부에 배근된 바닥판 철근(132)으로 구성된다. 바닥판 콘크리트(131)를 타설하기 이전에 바닥판 철근(132)을 배근하며, 바닥판 콘크리트(131)를 타설하기 위한 거푸집의 설치 시에 바닥판 철근(132)과 개단면 박스거더(110)의 상단부에 노출된 바닥판 연결철근(113)을 결속키는 것은 당연하다.
이에 따라, 개단면 박스거더(110)의 상측으로 노출된 개구부는 바닥판(130)에 의해 폐합되어, 시공 완료된 상태에서 박스형태의 단면을 구현하게 된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법을 상술한다.
단계 1: 먼저 도3에 도시된 바와 같이, 폭이 길게 형성된 하부 플랜지(111a)와, 하부 플랜지(111a)의 양 끝단으로부터 이격된 위치에 상방으로 연장 형성된 한 쌍의 복부(111b)로 이루어진 'ㅛ'자형 콘크리트 거더(111)를 제작한다. 이 때, 복부(111b)의 상측으로 바닥판 연결철근(113)이 돌출되고 복부(111b)의 측방향으로도 가로보 연결철근(113)이 돌출되도록 콘크리트 거더(111)의 내부에 철근을 배근한다. 이 때, 한 쌍의 복부(111b) 사이에는 격벽(114)이 미리 형성되며, 특히 교각 상에서 작용하는 큰 수직력에 견디기 위하여 거더의 양단부에는 격벽(114)이 형성되는 것이 좋다.
개단면 박스거더(110, 110')의 제작시에 양단부에 격벽(114)이 형성되지 않는다면, 가로보(120)를 설치할 때에 거더의 양단부에 격벽(114)을 설치한다.
그리고, 도6a에 도시된 궤적으로 압축용 강봉(112a)과, 이에 대응되는 인장용 강연선(112b)이 복부(111b)의 쉬스관 내에 설치되며, 또 다른 인장용 강연선(112c)이 하부플랜지(111a) 및 복부(111b)의 쉬스관 내에 설치된다.
이 때, 복부(111b)의 상단부에 작용하는 압축 응력을 효과적으로 견디기 위하여 복부(111b)의 상측에는 도6b 및 도6d에 도시된 바와 같이 'I'자 또는 'T'자 단면의 보강 형강(115)이 일부 매설할 수도 있으며, 도6c 및 도6d에 도시된 바와 같이 복부(111b') 상단부의 단면을 확대시킨 상태로 개단면 박스거더(110, 110')를 제작할 수도 있다.
단계 2: 그 다음, 개단면 박스거더(110)의 하부 플랜지(111a)와 복부(111b)에 종방향으로 내설된 긴장재(112)를 긴장시켜 콘크리트 개단면 박스거더(110)에 압축 프리스트레스를 도입한다. 보다 구체적으로는, 강연선(112c)을 긴장시켜 개단면 박스거더(110)에 압축 프리스트레스를 도입한다. 그리고, 필요한 경우에 인장용 강연선(112b)을 잡아당기는 것에 의한 반력으로 정착구(119)가 압축용 강봉(112a)의 끝단을 밀도록 작용하여, 개단면 박스거더(110)의 복부 중앙부의 중립축의 하측에는 압축 응력이 도입되고, 복부 중앙부의 중립축의 상측에는 인장 응력을 도입시키는 구성을 추가할 수도 있다. 이에 따라, 종래의 콘크리트 거더와 달리 상방으로 볼록해지는 휨 변위를 도입할 수 있게 된다.
단계 3: 그리고 나서, 도7에 도시된 바와 같이 제작된 개단면 박스거더(110)는 교각(10)의 상측에 다수의 열로 거치된다. 횡방향으로 인접한 개단면 박스거더(110)는 그 하부 플랜지(111a)의 간격(c)이 대략 10cm 내외로 유지되는 것이 좋다. 이를 통해, 개단면 박스거더(110)의 바깥으로 돌출된 하부 플랜지(111a) 상에서 작업자가 하부 플랜지(111a)의 간격(c)사이로 추락하는 것을 방지할 수 있다. 다만, 미리 정해진 치수의 개단면 박스거더(110)를 다양한 폭의 교량에 적용하는 데 있어서, 상기 간격(c)이 대략 25cm 내지 30cm 보다 큰 경우로 시공되는 경우에는, 작업자의 안전을 위하여 하부 플랜지(111a)의 돌출부 상에 추락방지용 발판을 거치시킬 수도 있다.
단계 4: 복부(111b)로부터 양측으로 돌출된 하부 플랜지(111a) 상에서 작업자는 가로보(120)를 시공하기 위한 가로보 거푸집(미도시)을 설치한다. 이 거푸집은 복부(111b)로부터 양측으로 돌출된 하부 플랜지(111a) 상에 지지되도록 설치되므로 가로보 거푸집의 설치가 매우 용이해진다. 가로보 거푸집에 굳지 않은 콘크리트를 타설하여 도8에 도시된 바와 같이 가로보(120)를 횡방향으로 인접한 개단면 박스거더(110)에 연결 합성시킨다. 이 때, 횡방향으로 인접한 개단면 박스거더(110)를 연결하는 가로보(120)도 역시 바닥면이 복부(111b)로부터 양측으로 돌출된 하부 플랜지(111a) 상에 지지되도록 설치된다.
이와 동시에, 개단면 박스거더(110)의 한 쌍의 복부(111b)를 연결하는 격벽(114)도 가로보(120)와 횡방향으로 연속한 열을 이루는 위치에 합성된다. 따라서, 가로보(120)와 격벽(114)에 의하여 교량(100)의 상부구조는 종방향으로는 복부(111b)에 의하여 횡방향으로는 가로보(120)와 격벽(114)에 의하여 격자형 판구조가 되어, 교량(100)의 상부구조에 작용하는 외력을 효과적으로 지지할 수 있게 된다.
단계 5: 그 다음, 도9에 도시된 바와 같이, 종방향으로는 복부(111b)에 의하여 지지되도록 바닥판 콘크리트(131)를 타설하기 위한 거푸집의 일부로서 거치재(50)를 설치한다. 거치재(50)는 바닥판 콘크리트(131)의 두께보다 얇고 연결 강재(51)가 형성된 부분 바닥판으로 형성될 수도 있고, 영구 거푸집으로 사용되는 데크 플레이트로 형성될 수도 있다. 따라서, 거치재(50)는 시공 후 제거되는 것이 아니라 영구적으로 바닥판(130)의 일부를 구성하며, 이를 통해 교량의 바닥판 콘크리트(131)를 타설하는 거푸집의 설치가 매우 간단해진다.
거치재(50)의 시공과 함께, 교량의 횡방향 끝단부에 바닥판 콘크리트(131)를 타설할 수 있는 바닥판 거푸집(미도시)을 설치하고, 바닥판(130)의 강도를 보강하는 바닥판 철근(132)을 바닥판 연결철근(113)과 결속시킨 후, 도10에 도시된 바와 같이 굳지 않은 콘크리트를 타설하여 바닥판 콘크리트(131)를 개단면 박스거더(110)의 복부(111b)에 합성시킨다.
단계 6: 타설된 바닥판 콘크리트(131)가 충분한 강도로 양생되면, 교량의 횡방향 끝단부에 바닥판 콘크리트(131)를 타설할 수 있는 바닥판 거푸집(미도시)을 제거한 후, 바닥판 콘크리트(131)의 상면에 포장면을 포장하고, 난간을 시공하여 교량(100)을 완성한다.
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.
예를 들어, 상기 실시예에서는 개단면 박스거더(110)에 압축 프리스트레스를 도입하는 시점이 교각(10)에 거치하기 이전으로 예를 들었으나, 교각(10)에 거치한 이후에도 추가적으로 압축 프리스트레스를 도입할 수 있다. 또한, 위 실시예에서는 하부 플랜지(111a)와 복부(111b)에 모두 긴장재(112)가 내설된 구성을 예로 들었으나, 하부플랜지(111a)와 복부(111b) 중 어느 하나에만 긴장재(112)가 내설될 수도 있다.
그리고, 상기 실시예에서는 단순교 형태의 교량(100)을 예로 들어 설명하였지만, 연속교 형태의 교량에 대해서도 본 발명이 적용될 수 있음은 당해 기술 분야의 당업자에게 자명하다.
또한, 상기 실시예에서는 가로보(120)를 설치하는 단계 4와 바닥판 콘크리트(131)를 설치하는 단계 5가 순차적으로 이루어지는 경우를 예로 들었지만, 영구거푸집을 이용함으로써 가로보(120)와 바닥판 콘크리트(131)를 합성하는 단계는 동시에 이루어질 수도 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 공정을 보다 단순화할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.
100: 콘크리트 박스거더 교량 110: 개단면 박스거더
111a: 하부 플랜지 111b: 복부
112: 긴장재 113: 바닥판 연결철근
114: 격벽 115: 보강 형강
116: 가로보 연결철근 120: 가로보
130: 바닥판 131: 바닥판 콘크리트

Claims (7)

  1. 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법으로서,
    하부 플랜지와, 상기 하부 플랜지의 양 끝단으로부터 이격된 위치에 상방으로 연장 형성된 한 쌍의 복부와, 상기 한 쌍의 복부 및 상기 하부 플랜지에 결합되도록 형성된 격벽을 구비한 개단면 박스거더를 제작하는 거더 제작 단계와;
    상기 개단면 박스거더의 상기 하부 플랜지와 상기 복부 중 어느 하나 이상에 종방향으로 내설된 긴장재를 긴장시켜 상기 개단면 박스거더에 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입단계와;
    상기 프리스트레스 도입단계가 행해진 이후에, 횡방향으로 배열되는 2개 이상의 상기 개단면 박스거더의 하부플랜지가 서로 이격되어 위치하도록 상기 개단면 박스거더를 교각 상에 거치시키는 거더 거치 단계와;
    횡방향으로 인접한 개단면 박스거더의 복부를 연결하는 가로보를 상기 격벽과 횡방향으로 연속하도록 시공하는 가로보 설치단계와;
    상기 개단면 박스거더의 복부의 상단부를 연결하는 바닥판 콘크리트를 설치하는 바닥판 설치단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 개단면 박스거더의 상기 복부의 상단부는 단면이 확장되게 형성되거나, 상기 복부의 상단부에 보강 형강이 종방향을 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법.
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가로보 설치단계와 상기 바닥판 설치단계는 영구 거푸집에 콘크리트를 타설하여 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법.
  4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프리스트레스 도입단계는 상기 긴장재를 긴장시켜 상기 개단면 박스거더에 프리스트레스를 도입하되;
    상기 긴장재는,
    상기 개단면 박스거더의 중립축의 상측을 따라 상기 복부를 직선 형태로 관통 배열되는 쉬스관 내에 내설된 압축용 강봉과, 상기 압축용 강봉의 양 끝단을 수용하도록 설치된 한 쌍의 정착구와, 상기 한 쌍의 정착구에 양끝단부가 수용되어 상기 개단면 박스 거더의 경간부에서는 상기 개단면 박스거더의 중립축의 하측을 통과하도록 상기 한 쌍의 정착구로부터 포물선 형태로 상기 복부를 관통 배열되는 쉬스관 내에 내설된 인장용 강연선을 포함하고;
    상기 인장용 강연선을 잡아당기는 것에 의한 반력으로 상기 압축용 강봉의 끝단을 밀도록 작용하여 상기 개단면 박스거더의 중앙부의 중립축의 하측에는 압축 응력이 도입되고 중앙부의 중립축의 상측에는 인장 응력이 도입되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 시공 방법.
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