KR101141885B1

KR101141885B1 - 강관트러스 복합 거더의 강관과 콘크리트 현재 합성용 연결재 및 그를 이용한 강관트러스 복합 거더

Info

Publication number: KR101141885B1
Application number: KR1020100028786A
Authority: KR
Inventors: 권오근
Original assignee: 권오근
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2012-05-03
Also published as: KR20110109179A

Abstract

본 발명은 복부재로 강관을 그리고 상현재와 하현재로 콘크리트를 사용하여 트러스 형태로 구성한 강관-콘크리트 복합 거더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구성이 간단하면서 강관의 접합 및 콘크리트 상현재 및 하현재와의 합성 작업의 공수를 줄일 수 있어 작업효율이 향상되며 이들 접합부에서의 합성효과를 증진시킬 수 있는 복부재로 강관을 사용한 복합 거더의 강관과 콘크리트 현재 합성용 연결재 및 그를 이용한 복합 거더에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 합성용 연결재는, 복부재가 강관으로 그리고 상현재와 하현재가 콘크리트로 구성되어 상자형 또는 I형 단면을 이루는 강관트러스 복합 거더에 있어서, 다수 개의 관통철근 삽입공이 형성된 직사각형 형상의 정착부; 및 정착부의 상부 또는 하부에서 강관의 결합각도에 대응하여 서로 일정한 각도를 가지고 연장되는 기둥 형상의 제1, 2 돌출부를 포함하며, 강관과 상현재 그리고 강관과 하현재를 서로 연결하기 위해 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

강관트러스 복합 거더의 강관과 콘크리트 현재 합성용 연결재 및 그를 이용한 강관트러스 복합 거더{Joint between steel pipe and concrete chord member of Steel truss hybrid girder and steel pipe truss hybrid girder using the same}

본 발명은 복부재로 강관을 그리고 상현재와 하현재로 콘크리트를 사용하여 트러스 형태로 구성한 강관-콘크리트 복합 거더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구성이 간단하면서 강관의 접합 및 콘크리트 상현재 및 하현재와의 합성 작업의 공수를 줄일 수 있어 작업효율이 향상되며 이들 접합부에서의 합성효과를 증진시킬 수 있는 복부재로 강관을 사용한 복합 거더의 강관과 콘크리트 현재 합성용 연결재 및 그를 이용한 복합 거더에 관한 것이다.

복부재로 강관을 그리고 상현재와 하현재로 콘크리트를 사용하여 트러스 형태로 구성한 강관-콘크리트 복합 거더(이하 '강관트러스 복합 거더'라 한다)는 복부재를 구성하는 강관의 배치형식, 콘크리트 상하현재의 구성 및 횡단면의 형상에 따라 다양한 종류가 알려져 있다.

도 5에 강관트러스 복합 거더의 일종인 PCT(Prestressed composite truss) 거더를 나타내었다. 이 거더는 소정의 압축력이 도입된 콘크리트 하현재(401), 다수 개의 강관을 동일 평면상에서 서로 일정한 각도를 가지고 배치하여 구성한 복부재(402), 그리고 강콘크리트 합성부재로 형성되는 상현재(403)로 구성되며 전체적으로 복부가 개방된 형태의 상자형 단면을 이룬다.

이러한 강관트러스 복합 거더는 통상 프리캐스트 콘크리트(PC) 구조의 상자형 거더를 사용한 것에 비해 30% 정도의 경량화를 도모할 수 있는 것으로 알려져 있다.

즉, PC 상자형 거더에 대한 상부 바닥판, 복부재 및 하부 바닥판의 횡단면적의 비율은 상부 바닥판이 40~50%, 복부재가 30~40%, 하부 바닥판이 20~25%의 범위에 있다. 여기서 30~40%의 비율을 차지하는 콘크리트재 복부재를 강관으로 바꾸고 콘크리트 상하 바닥판을 남김으로써 휨 강성을 그다지 떨어뜨리지 않고 상자형 거더 전체의 무게를 저감하고자 하는 것이 이 형식의 교량에 기본적인 사고이다.

이러한 부재중량의 감소에 따라 프리스트레스량도 감소할 수 있다는 것에 착안하여 콘크리트교 시공의 인력절감 및 급속시공의 요청에도 대응하고자 한 것이다.

강관트러스 복합 거더에 있어서는 복부재를 구성하는 강관과 상하부 바닥판, 즉 콘크리트 상하현재의 접합부가 가장 중요한 고려요소이다. 그 일 예로 도 6에 나타낸 강관과 콘크리트 상하현재와의 접합에 이용되는 연결부재가 제안된 바 있다.

도 6에 나타낸 연결부재(500)는, 도 5에 도시된 복합 거더에 사용되는 연결부재로서, 매입판(501), 매입판(501)의 상면에 수직하게 결합된 거셋판(502), 매입판(501)의 하면에 수직하게 결합된 다수 개의 보강판(503), 매입판(501)의 하면에 결합된 다수 개의 스터드(504) 및 매입판(501)의 하면에 결합된 다수 개의 U자형 보강철근(505)으로 구성된다. 거셋판(502)에는 일정한 각도를 가지고 복부재를 구성하는 강관(402)이 결합되고 매입판(501), 보강판(503), 스터드(504) 및 U자형 보강철근(505)는 콘크리트 하현재에 매입된다.

이 연결부재(500)의 경우 매입판(501)에 거셋판(502)과 다수 개의 보강판(503), 스터드(504) 및 U자형 보강철근(505)을 용접으로 접합하여 구성하게 되므로 다수의 부재를 사용하는데 따른 제작상의 번거로움이 있으며 또한 강관(402)의 단부를 거셋판(502)에 끼울 수 있도록 절개하고 거셋판(502)에 용접으로 접합하게 되므로 강관과 연결부재 간의 접합의 작업효율성이 떨어지는 단점이 있을 뿐만 아니라 비용이 상승하여 비경제적이라는 단점이 있다.

다른 예로 도 7에 나타낸 구조가 제안되었다.

도 7에 나타낸 연결부재(600)는 서로 간격을 두고 배치되고 콘크리트 부재(상현재 또는 하현재)에 매입되는 사각형 형태의 매입부(6011)와 콘크리트 부재에서 일부가 노출되며 강관의 결합각도에 대응되는 각도를 가지고 강관의 직경에 대응하는 폭을 가지는 한 쌍의 강관 결합부(6012)로 구성되는 2개의 거셋판(601), 2개의 거셋판(601)의 매입부(6011)를 서로 연결하는 다수 개의 연결볼트(602), 2개의 거셋판(601)의 매입부(6011)의 외면에 각각 고력볼트를 이용해 결합되는 보강판(603)으로 구성된다. 강관(604)은 거셋판(601)의 강관 결합부(6012) 사이에 삽입되고 용접에 의해 서로 결합된다. 이때 강관(604)의 단부는 콘크리트 부재 속에 매입되며 매입되는 강관(604)의 단부에는 관통공(6041)이 형성되고 이 관통공(6041)에는 복수의 도웰철근(605)이 설치된다.

이 연결부재(600)의 경우 강관(604)을 2개의 거셋판(601)의 강관 결합부(6012) 사이에 위치시켜 용접으로 접합한 후 거셋판(601)를 다수 개의 연결볼트(602)를 이용해 서로 연결하고 거셋판(601)을 보강하기 위해 추가로 고력볼트를 이용해 보강판(603)을 부착시켜야 하므로 부재 수가 많고 작업공수가 증가하게 되어 작업효율성이 떨어질 뿐만 아니라 비용이 상승하여 비경제적이라는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 간단한 구조로 강관과 콘크리트 상하현재의 합성 작업의 공수가 줄어 작업효율이 향상되며 이들 접합부에서의 합성효과를 증진시킬 수 있는 강관트러스 복합 거더의 강관과 콘크리트 상하현재 합성용 연결재 및 그를 이용한 강관트러스 복합 거더를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 복부재가 강관으로 그리고 상현재와 하현재가 콘크리트로 구성되어 상자형 또는 I형 단면을 이루는 강관트러스 복합 거더에 있어서, 다수 개의 관통철근 삽입공이 형성된 직사각형 형상의 정착부; 및 정착부의 상부 또는 하부에서 강관의 결합각도에 대응하여 서로 일정한 각도를 가지고 연장되는 기둥 형상의 제1, 2 돌출부를 포함하며, 강관과 상현재 그리고 강관과 하현재를 서로 연결하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 강관트러스 복합 거더의 강관과 콘크리트 현재 합성용 연결재가 제공된다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제1, 2 돌출부에는 길이방향을 따라 간격을 두고 복수의 나사구멍 또는 관통공이 형성된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 제1, 2 돌출부가 연장되는 쪽의 반대쪽 정착부에는 보강 정착부가 정착부에 대해 수직하게 더 형성된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 정착부의 일측면 또는 양측면에는 다수의 부착 보강리브가 더 형성된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 동일 평면상에서 일정한 각도를 가지고 배치되어 복부재를 구성하는 다수 개의 강관; 강관의 각 격점부에 배치되고 서로 일정한 각도를 가지는 강관의 단부가 삽입되는 기둥 형상의 제1, 2 돌출부와 제1, 2 돌출부와 일체로 형성되고 직사각형 형상을 가지는 정착부로 구성되는 다수 개의 합성용 연결재; 및 합성용 연결재의 정착부가 매입되며 다수 개의 강관으로 구성되는 복부재의 상하부에 각각 형성되는 콘크리트 상현재와 콘크리트 하현재를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관트러스 복합 거더가 제공된다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 강관트러스 복합 거더에 있어서 강관과 콘크리트 상현재 또는 강관과 콘크리트 하현재 합성용 연결재를 나타낸 사시도이고, 도 2는 변형예를 나타낸 사시도이다.
도 3a, 도 3b는 정착부의 다양한 변형 예를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성용 연결재를 이용하여 강관트러스 복합 거더의 강관과 콘크리트 하현재를 서로 접합하는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 강관트러스 복합 거더의 일종인 PCT 거더를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 PCT 거더의 강관트러스 격점부와 콘크리트 하현재의 접합부 구조의 일 예를 나타낸 단면사시도이다.
도 7은 종래 강관트러스 합성 거더의 강관트러스 격점부와 콘크리트 상현재의 접합부 구조의 다른 예를 나타낸 단면사시도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 강관트러스 복합 거더에 있어서 강관과 콘크리트 상현재 또는 강관과 콘크리트 하현재 합성용 연결재를 나타낸 사시도이고, 도 2는 변형예를 나타낸 사시도이다.

본 명세서에서 '격점부'란 동일 평면상에서 일정한 각도를 가지고 배치된 2개의 강관이 서로 접합되는 부분을 말한다. '콘크리트 상현재'란 강관트러스 복합 거더에 있어서 상부 바닥판을 말하고 '콘크리트 하현재'란 하부 바닥판을 말한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 강관과 콘크리트 상현재 또는 하현재 합성용 연결재(이하 간단히 '합성용 연결재'이라 한다, 10)는 정착부(11)와 그 상부 또는 하부에서 연장되는 강관 결합용 제1, 2 돌출부(12a)(12b)로 구성된다.

정착부(11)는 콘크리트 상현재 또는 콘크리트 하현재에 매입되는 부분으로 일정한 두께와 폭을 갖는 직사각형 형상이 될 수 있고 다수의 관통철근 삽입공(111)이 형성되어 있다. 삽입공(111)은 본 발명에 따른 합성용 연결재(10)와 콘크리트 상현재 또는 합성용 연결재(10)과 콘크리트 하현재와의 합성효과를 높여 이들이 일체로 거동하도록 하는 관통철근을 설치하기 위한 것이다. 정착부(11)는 제1, 2 돌출부(12a)(12b)의 직경과 동일하거나 또는 그보다 작은 두께를 가질 수 있으며 중량을 감소시키기 위해 도 2에서와 같이 내부에 중공부(112)를 형성할 수 있다.

정착부(11)의 상부 또는 하부에서 연장되어 강관(20)의 결합각도에 대응하여 서로 일정한 각도를 가지고 제1, 2 돌출부(12a)(12b)가 형성된다. 제1, 2 돌출부(12a,12b)는 강관(20)의 일단이 일정 깊이로 삽입될 수 있도록 강관(20)의 단면형상에 부합하는 형상과 직경 그리고 길이를 갖는다. 즉, 강관이 원형강관일 경우 제1, 2 돌출부(12a)(12b)는 원기둥 형상을 가질 수 있으며 강관(20)이 사각강관일 경우 사각기둥 형상이 되는 것처럼 강관(20)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 강관(20)의 일단은 제1, 2 돌출부(12a)(12b)에 삽입되고 볼트 또는 용접에 의해 서로 접합될 수 있다. 볼트접합을 위해 제1, 2 돌출부(12a)(12b)에는 각각 복수의 나사구멍 또는 관통공(121)이 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 형성될 수 있다. 제1, 2 돌출부(12a)(12b)는 속이 찬 중실체로 구성될 수도 있으나 중량을 감소시킬 수 있도록 도 2에서와 같이 속이 빈 파이프 형상으로 구성될 수 있다. 제1, 2 돌출부(12a)(12b)가 속이 빈 파이프 형상이 될 경우 강관(20)이 제1, 2 돌출부(12a)(12b)의 중공으로 삽입되고 볼트 또는 용접에 의해 결합될 수 있다.

정착부(11)와 제1, 2 돌출부(12a)(12b)는 강재를 이용하여 주조에 의해 일체로 성형될 수 있다.

이상과 같이 구성되는 합성용 연결재(10)는 강관을 트러스 형태로 배치하여 복부재로 이용한 상자형 또는 I형의 합성 거더에 있어서 강관과 콘크리트 상현재 그리고 강관과 콘크리트 하현재를 서로 연결하기 위해 사용될 수 있다. 정착부(11)는 콘크리트 하현재 또는 상현재에 매입되어 강관과 콘크리트 상현재 또는 하현재가 일체로 합성되도록 하는 기능을 하는 것으로서 콘크리트와의 합성력을 높이기 위해 아래에서 설명하는 것처럼 다양한 형상으로 변형될 수 있다.

도 3a, 도 3b는 정착부의 다양한 변형 예를 나타낸 사시도이다.

먼저, 도 3a를 참조하면 제1, 2 돌출부(12a)(12b)가 연장된 쪽의 맞은편 쪽의 정착부(11)에는 수직하게 보강 정착부(113)가 더 형성될 수 있다. 따라서 전체적으로 정착부의 단면형상은 역T자형 형상을 갖게 된다. 또한 도 3b에 나타낸 것처럼 정착부(11)의 일측면 또는 양측면에 다수의 부착 보강리브(114)를 형성할 수 있다. 이때, 관통철근 삽입공(111)들은 부착 보강리브(114) 사이에 형성된다. 이렇게 보강 정착부(113) 및 부착 보강리브(114)를 더 형성함에 따라 정착부의 정착력 내지 콘크리트와의 합성효과를 증대시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 합성용 연결재를 이용하여 강관트러스 복합 거더의 강관과 콘크리트 하현재를 서로 접합하는 모습을 나타낸 사시도이다.

강관(20)을 본 발명에 따른 합성용 연결재(10)와 접합하기 이전에 합성용 연결재(10)가 콘크리트 하현재(30)에 매입될 수 있다. 합성용 연결재(10)는 정착부(11)에 형성된 삽입공(111)에 관통철근(115)을 관통시켜 결합한 다음 설치 위치에 고정하고 콘크리트를 타설, 양생함으로써 콘크리트 하현재(30)에 매입될 수 있다. 필요에 따라 콘크리트 하현재(30)의 내부에는 긴장재가 배치되고 그를 이용해 미리 프리스트레스가 도입될 수 있다.

콘크리트 하현재(30)에 합성용 연결재(10)가 설치된 후 강관(20)이 제1, 2 돌출부(12a)(12b)에 각각 삽입되고 볼트 또는 용접에 의해 제1, 2 돌출부(12a)(12b)에 고정될 수 있다. 구체적으로, 강관(20)을 볼트에 의해 본 발명에 따른 합성용 연결재(10)과 결합하는 경우, 볼트는 나사구멍에 체결되거나 강관을 관통한 후 너트를 끼워 체결될 수 있다. 한편, 용접에 의해 결합하는 경우, 강관(20)을 합성용 연결재(10)의 제1, 2 돌출부(12a)(12b)에 삽입한 다음 용접으로 접합하면 된다. 이렇게 본 발명에 따른 합성용 연결재(10)를 이용하면 간단히 강관과 합성용 연결재의 결합이 완료된다.

그리고 강관의 상단과 콘크리트 상현재와의 접합 역시 위에서 설명한 강관과 콘크리트 하현재의 접합방법과 동일하게 이루어질 수 있다.

한편, 강관(20)과 합성용 연결재(10)를 결합한 다음 합성용 연결재(10)를 콘크리트 하현재(30)에 매입하는 방법으로 제작될 수 있다. 이후 현장으로 반입한 다음 콘크리트 상현재를 현장 시공하면서 합성용 연결재(10)와 강관(20)의 상단을 연결하고 콘크리트 상현재를 현장 타설에 의해 형성할 수 있다.

위에서 본 발명은 실시 예를 이용하여 상세하게 설명이 되었다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 제시된 실시 예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않고 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.

10: 합성용 연결재
11: 정착부
111: 삽입공
112: 중공부
12a: 제1 돌출부
12b: 제2 돌출부

Claims

복부재가 강관으로 그리고 상현재와 하현재가 콘크리트로 구성되어 상자형 또는 I형 단면을 이루는 강관트러스 복합 거더에 있어서,
다수 개의 관통철근 삽입공이 형성된 직사각형 형상의 정착부; 및
정착부의 상부 또는 하부에서 강관의 결합각도에 대응하여 서로 일정한 각도를 가지고 연장되는 기둥 형상의 제1, 2 돌출부를 포함하며,
강관과 상현재 그리고 강관과 하현재를 서로 연결하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 강관트러스 복합 거더의 강관과 콘크리트 현재 합성용 연결재.
제1 항에 있어서,
제1, 2 돌출부에는 길이방향을 따라 간격을 두고 복수의 나사구멍 또는 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 강관트러스 복합 거더의 강관과 콘크리트 현재 합성용 연결재.
제1 항에 있어서,
제1, 2 돌출부가 연장되는 쪽의 반대쪽 정착부에는 보강 정착부가 정착부에 대해 수직하게 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 강관트러스 복합 거더의 강관과 콘크리트 현재 합성용 연결재.
제1 항에 있어서,
정착부의 일측면 또는 양측면에는 다수의 부착 보강리브가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 강관트러스 복합 거더의 강관과 콘크리트 현재 합성용 연결재.
동일 평면상에서 일정한 각도를 가지고 배치되어 복부재를 구성하는 다수 개의 강관;
강관의 각 격점부에 배치되고 서로 일정한 각도를 가지는 강관의 단부가 삽입되는 기둥 형상의 제1, 2 돌출부와 제1, 2 돌출부와 일체로 형성되고 직사각형 형상을 가지는 정착부로 구성되는 다수 개의 합성용 연결재; 및
합성용 연결재의 정착부가 매입되며 다수 개의 강관으로 구성되는 복부재의 상하부에 각각 형성되는 콘크리트 상현재와 콘크리트 하현재를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관트러스 복합 거더.