KR101146758B1 - 횡방향 스트럿부재를 이용한 라멘구조물 - Google Patents

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Abstract

저판에 작용하는 수평력, 수직력, 휨 모멘트를 최적화시켜 저판에 설치되는 파일의 설치량을 최소화하여 보다 경제적으로 시공할 수 있는 횡방향 스트럿부재를 이용한 라멘구조물에 대한 것으로서, 상기 시공방법은 상기 벽체부 하부 지반에는 강관파일을 포함하는 파일을 설치하고, 상기 벽체부는 파일 상부와 일체화된 저판을 설치하고, 상기 저판 상면에 상방으로 연장된 벽체부를 형성시키되, 상기 저판과 벽체부의 하단은 힌지결합에 의하여 저판에 작용하는 휨 모멘트(M1)가 발생하지 않도록 하고, 상기 횡방향으로 이격된 저판 사이에는 강관을 포함하는 횡방향 스트럿부재를 설치하고, 상기 횡방향 스트럿부재에 삽입되며 양 저판의 외측단에 횡방향으로 연장된 종방향 긴장재를 긴장후 정착되도록 한다.

Description

횡방향 스트럿부재를 이용한 라멘구조물{RAHMEN STRUCTURE USING LATERAL STRUT MEMBER}
본 발명은 횡방향 스트럿부재를 이용한 라멘구조물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 저판에 작용하는 수평력, 수직력, 휨 모멘트를 최적화시켜 저판에 설치되는 파일의 설치량을 최소화하여 보다 경제적으로 시공할 수 있는 횡방향 스트럿부재를 이용한 라멘구조물에 대한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 종래 라멘교의 사시도 및 시공정면도이다.
상기 라면교(50)는 통상 상부슬래브(51), 양 벽체부(52) 및 수평기초부(53)로 구성되며,
상기 양 벽체부(52)와 상부슬래브(51)가 강결체로 연결된 단일재료인 철근 콘크리트로 연결된 구조로 이루어지게 된다.
이러한 라멘교는 그 구조가 간단하여 시공이 비교적 간편하여 경제적으로 교량을 시공할 수 있기 때문에 나름 장점이 있기는 하지만,
교량 자체에 작용하는 하중에 저항하기 위하여 상기 상부슬래브 등의 구성부재 단면을 증가시킬 수 밖에 없기 때문에 고정하중(사하중)의 증가와 교량의 형하공간이 축소되는 등의 문제점이 있어 일반적으로 지간이 짧은 교량(개략적으로 지간 20M 이내)에 사용되고 있고, 장지간을 요하는 장소에는 일반적으로 적용하는 거더 등을 사용하는 일반적인 교량을 사용할 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.
이에 라멘교는 그 장점을 살리되 장경간의 라멘교로 시공하고자 하는 것이 그 기술개발의 목표가 될 수 밖에 없음을 알 수 있다.
따라서, 도 1b와 같이 장경간의 라멘교로 시공하는 방법으로써 상부슬래브(51)의 종방향 길이(L)를 연장시키되 내부에 긴장재(54)를 설치하여 프리스트레스를 상부슬래브(51)에 도입시키는 방법이 소개되어 있다.
이에 상부슬래브(51)의 종방향 길이를 연장시키는 수단으로서 장점은 인정될 수 있지만 이러한 장경간화에 따른 상부슬래브(51)에 있어 양 벽체부(52) 및 수평기초부(53)의 단면크기가 상대적으로 커질 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.
이에 양 벽체부(52)의 상하 높이를 더 크게 형성시켜 작용하중에 효과적으로 저항시킬 필요가 있는데 이러한 양 벽체부(52)의 상하 높이를 증가시키는 방법을 사용할 경우 그 주변 지반의 터파기를 더 확장시켜야 하므로 현실적으로 불가능한 경우가 많고,
이에 양 벽체부(52)의 상하 높이는 그대로 유지하고 수평기초부(53)의 크기를 증가시키는 방법이 있으나 이러한 방법은 양 벽체부의 제한된 높이를 유지할 수는 있으나 실제 수평기초부(53)의 크기가 커질 경우 터파기 공간이 함께 커져야 하고 이로 인한 시공성이 저하될 수 밖에 없어 매우 비효율적이고 비경제적인 시공방법이 될 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.
무엇보다도 이러한 수평기초부(53)를 크게 형성시키고 싶어도 현장여건에 의하여 작업공간을 확보할 수 없고 설사 확보할 수 있다 하더라도 터파기 등에 의한 토공량이 너무 많아져 경제성이 크게 떨어질 수 밖에 없었다.
나아가, 상기 긴장재(54)를 상부슬래브(51)의 양 단부에서 긴장후 정착시키다 보면, 시간이 경과함에 따라 도입된 프리스트레스의 손실이 발생하게 되는데 이러한 손실발생부위가 라멘교에 있어 가장 휨 모멘트가 크게 발생하는 우각부에 형성된다. 이때 상기 손실이 예상보다 커지게 되면 이로 인한 우각부에 시공 하자가 발생하는 경우가 많다는 문제점이 있었다.
또한 라멘교 개발에 다른 방식으로의 접근이 시도되었는데, 일반적인 라멘교의 하부구조는 도 1a 및 도 1b와 역 T형(벽체부 및 수평기초부)의 형상을 갖고 수평방향 및 회전변위에 대해 엄격히 제한하여 강성설계를 유도하고 있으나 최근 실용화된 교량형식 중 교대의 변위를 어느 정도 허용하는 연성설계 방식의 무교대(수평기초부 배제) 라멘교도 소개되어 있다.
이러한 무교대 라멘교(30)는 도 1c와 같이 기존 수평기초부와 같은 넓은 기초를 배제하고 연성이 좋은 강재 즉 강관파일 혹은 H파일(34)을 횡방향으로 1열로 설치하여 수평변위에 대한 유연성을 부여하고 파일두부에 철근콘크리트 캡핑부를 설치한 후 교대벽체부(32)를 구성하는 방식으로 온도, 크리이프 및 건조수축에 의해 발생되는 수평방향 변위를 허용하기 위하여 느슨한 뒷채움을 수행하고 교량과 일체화 시킨 접속부 하면이 유동될 수 있도록 한 것이 특징이다.
이러한 무교대 라멘교(30)는 터파기가 현저히 줄어들어 소하천의 제방의 손상을 막고 공사기간 또한 줄어들어 경제성 있는 공법으로 알려져 있다.
이에 본 발명은 강관파일 혹은 PHC 파일을 이용한 라멘교의 장점을 살린 라멘구조물을 시공할 수 있도록 하되 강관파일 혹은 PHC 파일의 설치개수를 최소화시켜 보다 경제적인 라멘구조물 시공이 가능한 횡방향 스트럿부재를 이용한 라멘구조물 제공을 그 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
이에 본 발명은 기본적으로 라멘구조물을 구성하는 저판과 벽체부를 기본 구성으로 하되, 상기 저판 하부에는 지반으로 연장되는 파일을 설치하고, 상기 파일로 전달되는 휨 모멘트(하중)를 최소화시킬 수 있도록 하게 된다.
즉, 라멘구조물에 있어서 상기 저판에 발생(도심)하는 수평력(H), 벽체부로부터 저판으로 전달되는 수직력(N) 및 휨 모멘트(M1)에 있어서,
상기 휨 모멘트(M1)는 저판과 벽체부의 연결을 힌지결합에 의하여 연결되도록 하여 휨 모멘트가 발생하지 않도록 하고,
상기 수평력(H)은 파일과 양 저판 사이에 설치된 횡방향 스트럿부재 및 종방향 긴장재가 완전하게 저항할 수 있도록 하여,
상기 파일은 수직력(N)에 대해서만 저항하도록 하여 파일의 설치개수를 최소화 할 수 있도록 하였다.
이에 본 발명은
먼저, 지반에 벽체부를 종방향으로 이격시켜 설치하고, 상기 벽체부 상부 사이에 상부슬래브가 서로 일체로 형성되도록 하는 단계를 포함하는 라멘구조물에 있어서,
상기 벽체부 하부 지반에 설치된 강관파일을 포함하는 파일;
상면에 상방으로 연장된 벽체부가 형성되며 상기 벽체부의 하단은 힌지결합되는 저판;
종방향으로 이격된 저판 사이에 설치되는 것으로서 양 저판이 가까워지도록 작용하는 수평력(H1)이 상기 수평력(H1)과 반대로 작용하는 반력(R1)에 의하여 저항되도록 저판의 양 내측측면(A1)의 사이에 설치된 관 형태의 횡방향 스트럿부재;
양 저판이 서로 멀어지도록 작용하는 수평력(H2)이 상기 수평력(H2)과 반대로 작용하는 프리스트레스(R2)에 의하여 저항되도록 저판에 형성된 종방향 관통홀과 저판 사이에 설치된 횡방향 스트럿부재에 관통되어 양 단부가 저판의 외측측면(A2)에 긴장 후 정착되는 종방향 긴장재;를 포함하는 횡방향 스트럿부재를 이용한 라멘구조물을 제공한다.
또한 바람직하게는
상기 상부슬래브는 단부면에 연결철근이 돌출되도록 제작되며 양 단부블록 및 양 단부블록 사이에 형성된 강재를 포함하여 구성된 강합성 상부슬래브 세그먼트의 양 단부저면이 양 벽체부 상면 내측에 단순 지지되어 길이방향으로 서로 접하도록 설치하여 양 벽체부 상면에 우각부 형성공간(S)이 확보될 수 있도록 하고, 양 벽체부 상면으로부터 상기 우각부 형성공간(S)으로 돌출되어 강합성 상부슬래브 세그먼트의 상부로 절곡되어 연장된 우각부 철근에 상기 연결철근을 서로 연결시키고, 상기 연결철근과 우각부 철근이 매립되도록 우각부 형성공간(S)과 강합성 상부슬래브 세그먼트 상부공간에 상부 콘크리트를 타설하여 형성된 우각부 콘크리트, 상부 콘크리트, 양 벽체부와 강합성 상부슬래브 세그먼트가 서로 합성되어 강결되도록 한다.
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본 발명에 의한 라멘구조물은 라멘구조물의 저판, 벽체부 및 파일의 단면크기 및 설치개수를 최소화할 수 있기 때문에 보다 경제적인 라멘구조물 시공이 가능하게 된다.
특히, 저판에 발생하는 수평력과 회전모멘트를 효과적으로 제어함으로써 저판에 설치되는 파일의 설치개수를 최소화하여 경제적인 라멘구조물의 시공이 가능하게 된다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a는 종래 라멘구조물의 사시도,
도 1b는 종래 긴장재를 이용한 라멘구조물의 정면도,
도 1c는 종래 무교대 라멘교의 정면도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 라멘구조물의 작용상태도,
도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d, 도 3e 및 도 3f는 본 발명의 라멘구조물 시공순서도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 라멘구조물 다른 시공순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
< 본 발명의 라멘구조물(100) >
본 발명의 라멘구조물(100)은 라멘교라고도 지칭할 수 있으며 도 3c 및 도 3e와 같이 크게 파일(110), 저판(120), 벽체부(130) 및 상부슬래브(140)을 포함하여 구성되며 각 구성에 대하여는 후술하되 본 발명의 작용과 관련하여 벽체부(130), 저판(120)과 파일(110)을 구체적으로 살펴보도록 한다.
먼저, 도 2a 및 도 2b와 같이 파일(110)이 각각 설치되고 저판(120)은 파일(110)과 일체화되어 종방향으로 서로 이격되어 지반(G)에 시공되어 있음을 알 수 있으며, 상기 저판(120)의 상면에는 벽체부(130) 하부가 각각 힌지 결합되도록 함을 알 수 있다.
이에 상기 저판(120)을 기준으로 보면, 상기 저판(120)에는 최종 라멘구조물의 시공 단계에서 수평력(H), 휨 모멘트(M1) 및 수직력(N)이 발생하게 됨을 알 수 있다.
바로 이러한 수평력(H), 휨 모멘트(M1) 및 수직력(N)에 의하여 파일(110)의 설치개수 및 두께가 정해지게 된다.
먼저, 수평력(H)은 벽체부(130)로부터 전달되는 수평하중, 상부슬래브의 온도에 따른 신축 등의 영향으로 저판의 종방향 변위를 발생시키는 하중인데 저판의 양 측방향으로 서로 반대되는 방향(H1, H2)으로 각각 작용할 수 있다.
이러한 수평력(H)에 의하여 파일(110)의 상단은 수평력이 발생하는 방향으로 역시 변위되면서 파일(110)에 휨 모멘트(이는 저판에 발생되는 휨 모멘트(M1)와는 구분된다)를 발생시키게 된다.
이에 통상 파일의 상단은 상기 수평력(H)에 충분히 저항할 수 있도록 두께 및 설치개수가 설계된다.
이때 본 발명의 기술적 특징은 상기 수평력(H1,H2)을 횡방향 스트럿부재(220)와 종방향 긴장재(210)에 의하여 제어되도록 한다는 점이다.
즉, 도 2b와 같이 저판(120)을 기준으로 우측으로 작용하는 수평력(H1)은 저판의 양 내측측면(A1)의 사이에 설치된 일종의 지지부재로써 관 형태의 횡방향 스트럿부재(220)에 의한 반력(R1)에 의하여 저항할 수 있도록 함으로써 파일(110)이 부담해야 하는 수평력(H1)을 제어할 수 있도록 하게 된다. 즉, 양 저판(120)이 가까워지도록 작용하는 수평력(H1)이 상기 수평력(H1)과 반대로 작용하는 반력(R1)에 의하여 저항되도록 저판의 양 내측측면(A1)의 사이에 설치된 관 형태의 횡방향 스트럿부재(220)를 설치하게 된다.
또한 저판(120)을 기준으로 좌측으로 작용하는 수평력(H2)은 저판(120)에 형성된 종방향 관통홀(122)과 저판 사이에 설치된 횡방향 스트럿부재(220)에 관통되어 양 단부가 저판의 외측측면(A2)에 긴장 후 정착되는 종방향 긴장재(210)의 긴장후 정착에 의한 프리스트레스(R2)에 의하여 제어될 수 있도록 하게 된다. 즉, 양 저판(120)이 서로 멀어지도록 작용하는 수평력(H2)이 상기 수평력(H2)과 반대로 작용하는 프리스트레스(R2)에 의하여 저항되도록 저판(120)에 형성된 종방향 관통홀(122)과 저판 사이에 설치된 횡방향 스트럿부재(220)에 관통되어 양 단부가 저판의 외측측면(A2)에 긴장 후 정착되는 종방향 긴장재(210)를 설치하게 된다.
이로서, 본 발명의 저판(120)에 발생되는 수평력(H1,H2)은 횡방향 스트럿부재(220)와 종방향 긴장재(210)에 의한 반력들(R1,R2)에 의하여 파일(110)의 부담부문을 상당부분 감소시켜 보다 경제적인 파일 설계 및 시공이 가능하도록 함을 알 수 있다.
다음으로 상기 휨 모멘트(M1)는 저판의 도심을 기준으로 벽체부(130)를 전도시키려는 하중으로 작용하게 되는데 이러한 휨 모멘트(M1)는 벽체부와 저판을 힌지결합시키게 되면 벽체부의 하부가 저판에 고정되지 않으므로 발생하지 않도록 할 수 있게 된다.
이에 이러한 휨 모멘트(M1)에 저항하기 위한 파일(110)의 반력을 고려하지 않을 수 있으므로 본 발명은 상기 휨 모멘트(M1)가 발생하지 않도록 벽체부와 저판은 서로 힌지결합시키게 된다.
이때 상기 힌지결합은 라멘구조물에 있어 벽체부와 저판이 서로 힌지로 일체화되어 벽체부에 발생하는 휨 모멘트가 저판으로 전달되지 않도록 하는 것으로서 강결연결과 대비되는 개념이다.
이에 본 발명에 있어 상기 힌지결합은 저판(120)에 벽체부(130)가 자립되는 정도에서 벽체부(130)가 저판에 안착되도록 하여 이루어지도록 하게 된다.
구체적으로는 도 2b 및 도 3b와 같이 상기 저판(120)의 상면에 사다리꼴 형태의 벽체부용 상면홈(121)을 형성시키고 상기 벽체부용 상면홈(121)의 내측 상방 경사면(S1)과 저면(S2)에 벽체부(130)의 하부 즉, 후술되는 하부지지벽체부(132)가 삽입되어 안착되도록 하여 벽체부와 저판이 서로 힌지결합되도록 하게 된다.
이에 본 발명의 파일(110)은 저판에 작용하는 수평력(H)과 휨 모멘트(M1)의 부담을 최소화한 상태에서 그 두께 및 설치개수를 정할 수 있게 되어 최적화된 파일 설계 및 시공이 가능하게 된다.
이에 본 발명의 파일(110)은 주로 수직력(N)을 부담하는 부재로 설계되는데 이러한 수직력(N)은 파일의 수직방향 지내력(R)에 의하여 결정되므로 상기 수직력에 대한 파일 설계로 파일(110)을 보다 경제적으로 설계할 수 있게 됨을 알 수 있다.
< 본 발명의 라멘구조물(100) 시공방법 >
본 발명의 라멘구조물(100)은 라멘교라고도 지칭할 수 있으며 크게 파일(110), 저판(120), 벽체부(130) 및 상부슬래브(140)을 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 파일(110)은 도 3a와 같이 라멘구조물을 시공하기 위하여 지반에 시공되는 강관파일 또는 H형 파일 등이다.
본 발명은 강관파일을 기준으로 설명하기로 한다.
이러한 파일(110)은 종방향으로 이격되어 시공된 양 저판(120)이 횡방향으로 일정길이(라멘구조물의 횡방향 폭) 연장되도록 설치됨에 따라 저판(120) 하부 지반에 횡방향 및 종방향으로 다수 이격되어 설치된다.
이와 같은 파일(110)은 항타 또는 압입 등의 방법으로 시공될 수 있으며, 파일(110)의 선단이 견질지지층 등에 의하여 지지될 수 있도록 하되, 파일(110) 설치 시 정지된 지반 표면으로부터 시공된 깊이가 서로 다를 수 있으므로 동일한 높이로 지반 표면으로부터 상방으로 돌출될 수 있도록 두부 커팅하여 상면 높이가 서로 동일하도록 처리하게 된다.
도 3a의 경우에는 2열로 파일(110)이 서로 종방향 및 횡방향으로 이격되어 다수가 설치되도록 하고 있음을 알 수 있으나 횡방향으로 1열로 시공할 수 있다.
이러한 파일(110)은 저판(120)과 일체화되어 저판(120)으로 전달되는 하중을 지반에 전달하는 역할을 하게 된다.
상기 저판(120)은 거푸집을 이용하여 현장타설 콘크리트 등을 이용하여 일정한 두께를 가진 횡방향으로 연장된 패널 형태의 철근콘크리트 부재로 시공하게 된다.
이러한 저판(120)의 종방향 폭(W)은 파일(110)의 설치개수(종방향)를 고려하여 최소화하도록 하여 저판 설치를 위한 지반 터파기의 규모가 커지지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 저판(120)의 상면 개략 중앙에는 후술되는 벽체부(130)가 안착되어 힌지결합될 수 있도록 벽체부용 상면홈(121)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
또한 상기 저판(120)의 내측측면(A1)과 외측측면(A2)에는 종방향으로 저판을 관통하는 종방향 관통홀(122)이 횡방향으로 다수 이격되어 설치되어 있다.
이러한 종방향 관통홀(122)은 후술되는 종방향 긴장재(210)가 관통되도록 하는 통로 역할을 하게 되며 이는 종방향 긴장재(210)의 설치 위치 및 개수에 대응하여 형성시키게 된다.
이러한 저판(120)은 종방향으로 서로 이격된 양 파일(110)에 각각 시공되고 있음을 알 수 있으며, 파일(110)과의 결합에 달리 문제가 없다면 프리캐스트 제품으로 제작한 것을 이용하여도 상관은 없다.
또한 상기 저판(120)에는 벽체부용 상면홈(121)의 내측 상방 경사면(S1)으로부터 저판 저면에 형성된 저판 고정구(125)까지 하방으로 경사져 형성된 저판 긴장홀(123)이 역시 횡방향으로 다수가 이격 설치되고 있음을 알 수 있는데 이는 후술되는 벽체부(130)와 저판(120)과의 일체화를 위해 설치되는 벽체부 경사긴장재(124)가 삽입될 수 있도록 하기 위한 것이다.
이에 상기 저판(120)은 설치된 파일(110) 두부가 하부에 매입되어 일체화되는 방식으로 저판(120)에 시공된다.
상기 벽체부(130)는 도 3b와 같이 수직벽체부(131) 및 하부지지벽체부(132)를 포함하여 구성되는 프리캐스트 구조물로 제작되어 설치될 수 있다.
이러한 벽체부(130)는 상기 하부지지벽체부(132)의 하부가 저판(120)의 벽체부용 상면홈(121)에 삽입 안착되도록 세팅되도록 함을 알 수 있다.
구체적으로 살펴보면,
상기 수직벽체부(131)는 수직 패널형태의 부재로써 형성된다.
상기 하부지지벽체부(132)는 수직벽체부(131)의 하부에 접하여 돌출된 사다리골 형태의 블록체로서 형성되고 앞서 살펴본 저판(120)의 저판 긴장홀(123)과 연통되는 벽체부 긴장홀(133)이 수직벽체부(131) 및 하부지지벽체부(132)를 거쳐 하방 경사지도록 형성하되, 상기 벽체부 긴장홀(133)은 수직벽체부(131)의 배면(C)에 형성된 벽체 정착구(134)까지 연장되도록 형성시키게 된다.
이때 상기 벽체부 경사긴장재(124)는 저판 고정구(125)에 하단이 고정되어 저판 긴장홀(123)을 관통하여 상방으로 연장되면서 벽체부(130)의 벽체부 긴장홀(133)에 삽입되어 벽체부(130)의 배면에 형성된 벽체 정착구(134)에서 상단이 긴장 후 정착됨으로서 양 벽체부(130)는 저판부(120) 상면에서 벽체부(120)에 작용하는 토압에 효과적으로 저항할 수 있도록 하게 된다.
이러한 벽체부(130)는 공장에서 제작되어 달리 그 제작에 있어 복잡하지 않고, 현장에서 벽체부(130)를 간단하게 저판부에 연결시킬 수 있어 그 제작, 설치가 간단해져, 벽체부 설치 작업성 및 시공성이 매우 증진되며, 벽체부(130)의 뒷 채움에 있어서도 달리 장애요소가 없어 라멘구조물의 시공이 효율적으로 이루어지게 된다.
이때, 앞서 도 2b와 같이 상기 벽체부(130)가 저판의 벽체부용 상면홈(121)에 안착되면서 저판과 힌지결합되도록 한다는 점이다.
이에 본 발명의 저판(120)과 벽체부(130)는 라멘구조물에 있어 철근과 같은 연결재 등에 의하여 벽체부에 발생하는 휨 모멘트가 저판으로 전달되지 않도록 하는 힌지결합을 통해 서로 연결된다.
나아가 본 발명에 있어 상기 힌지결합은 저판(120)에 벽체부(130)가 자립되는 정도에서 벽체부(130)가 저판에 안착되도록 하되, 발생하는 토압에 저항 할 수 있을 정도의 벽체부 경사긴장재(124)에 의하여 벽체부(130)가 안정적으로 저판(120)에 설치될 수 있도록 하는 것으로 이루어지게 된다.
이와 같이 저판(120)에 벽체부(130)의 설치가 완료되면 벽체부(130)의 상단에 상부슬래브(140)을 시공하여 양 벽체부(130)와 상부슬래브(140)를 서로 일체화시키게 된다.
라멘 구조물은 교량받침이 필요 없고, 신축이음장치가 설치되지 않아 사용성이 뛰어난 반면 양 벽체부(130)와 상부슬래브(140)의 양 단부가 연결되는 우각부에서 하중이 크게 작용하므로 부재의 연결시공이 매우 중요한 요인이 된다.
이에 본 발명은 예컨대 이러한 상부슬래브(140)를 크게 프리캐스트 방식으로 제작된 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)를 앞서 살펴본 양 벽체부(130)의 상부면에 걸쳐지도록 먼저 설치하고,
상기 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)에 우각부 콘크리트(142) 및 상부 콘크리트(143)를 현장 타설 콘크리트 방식으로 형성시키는 상부슬래브(140)를 일예로서 제시한다.
이에 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)는 도 3c 및 도 3d와 같이 우각부 콘크리트(142) 및 상부 콘크리트(143)의 거푸집 역할을 하면서도 상부슬래브의 일부 구성으로 작용할 수 있도록 종 방향으로 서로 접하여 설치된다.
물론 양 벽체부(130) 사이의 횡방향 연장길이를 가지도록 하는데, 이러한 횡방향 연장길이에 의한 휨 모멘트 작용에 충분히 저항할 수 있는 단면으로 제작된 프리스트레스가 도입된 빔 구조물로 형성시키게 된다.
이에 본 발명에서는 도 3c와 같이 상부 슬래브판(141a)과 복부(141b)로 구성되도록 하게 된다.
예컨대 양 벽체부(130) 상면 사이에 설치되도록 연장길이를 가지는 상부 슬래브판(141a); 상기 상부 슬래브판(141a) 저면에 하부로 연장되며 상부 슬래브판(141a)의 연장길이를 가지도록 형성된 직육면체 구체 형태의 복부(141b)로 구성된 T형 단면부재로 형성된 빔 형태로 제작된 것을 이용하도록 하게 된다.
이때, 양 단부는 헌치부의 역할을 할 수 있도록 확장단면부로 형성되도록 하고, 중간에는 복부(141b)를 가로지르는 종방향보강구체(141c)가 더 형성되도록 한다.
이는 그 중량을 최소화시킬 수 있으면서도 구조적으로도 충분한 강성을 확보하기 위함이며, 이로서 본 발명은 횡방향 길이가 긴 라멘구조물과 같은 구조물을 시공함에 있어 휨 부재로서 가장 큰 하중을 분담하는 상부 슬래브판(141a)을 최적화 단면으로 설계할 수 있고 이에 따라 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)를 운반, 시공함에 있어 시공성 및 경제성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
이에 이러한 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)에 바람직하게는 직육면체 구체 형태의 복부(141b)에 1차 긴장재(144)를 1차 긴장재용 쉬스(145)에 의하여 내부에 배치되도록 하여 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141) 양 단부면에서 긴장 후 정착되도록 하게 된다.
또한 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141) 내부에는 1차 긴장재용 쉬스(144)와 별도로 2차 긴장재용 쉬스(146)를 형성시켜 이러한 2차 긴장재용 쉬스(146)에 추후 2차 긴장재(147)가 삽입 설치될 수 있도록 하게 된다.
또한 이러한 2차 긴장재용 쉬스(146)는 도 3d와 같이 후술되는 우각부 형성공간(S)에 배치된 우각부 쉬스(148)와 연결되도록 하여 2차 긴장재(147)가 우각부 형성공간으로부터 2차 긴장재용 쉬스(146)에 삽입될 수 있도록 하게 된다.
또한 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141) 상면에는 스터드 또는 전단연결재(315)를 형성시켜 상부 콘크리트(143)와의 합성성능이 증진될 수 있도록 함이 바람직하다.
이러한 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)는 양 벽체부(130)의 상부면의 내측면에 양 단부 저면이 단순 지지되도록 설치하게 된다.
이는 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)의 횡방향 연장길이를 최소화 할 수 있도록 하면서 우각부 형성공간을 충분히 확보할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 본 발명의 우각부는 종래와 달리 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)에 의하여 확보될 수 있도록 하는 것이 아니라 별도 우각부 콘크리트(142)를 통해 확보하므로 이러한 우각부 콘크리트(142)의 형성공간을 방해하지 않도록 하기 위하여 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)를 양 벽체부(130)의 내측면에 단순 지지되도록 하는 것이다.
이에 이러한 우각부 형성공간(S)은 도 3d와 같이 양 벽체부(130)와 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141) 및 후술되는 상부 콘크리트(143)가 서로 연결되어 합성되도록 하여 이들이 서로 우각부에서 강결되도록 하게 된다.
이에 이러한 우각부 형성공간에는 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)의 연결철근(141d)이 연장되도록 한다.
이에 상기 연결철근(141d)은 적어도 1개 이상이 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)의 내부로부터 단부면으로 돌출되어 우각부 형성공간(S)으로 연장시키게 된다.
이러한 연결철근(141d)은 후술되는 우각부 철근(135)과 서로 연결되어 양 벽체부(130)와 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)가 서로 구조적으로 일체화되도록 하게 된다.
상기 우각부 철근(135)은 도 3d와 같이 양 벽체부(130) 상면으로부터 상기 우각부 형성공간(S)으로 돌출되어 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)의 상부로 절곡되어 연장되도록 배치된다.
이때 상기 우각부 형성공간(S)에서 연결철근(141d)과 우각부 철근(135)이 서로 연결되게 된다.
또한 우각부 형성공간(S)을 경유하여 우각부 철근(135)은 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)의 상부로 절곡되어 추후 타설되는 상부 콘크리트(143)에 매립되면서 결국, 상부 콘크리트(143)가 양 벽체부(130)와 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)에 서로 합성될 수 있도록 함을 알 수 있다.
또한 우각부 형성공간(S)에 있어 연결철근(141d), 우각부철근(135), 우각부 콘크리트(142) 및 상부 콘크리트(143)는 서로 강결되어 종국적으로 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141)와 상부 콘크리트(143)가 양 벽체부(130)와 강결되도록 함을 알 수 있다.
이에 도 3e와 같이 프리스트레스트 프리캐스트 상부 세그먼트(141) 상부에는 일정 두께에 의한 상부 콘크리트(143)가 형성되며 우각부 콘크리트(142)에 의하여 상부슬래브(140)와 양 벽체부(130)가 강결되어 합성된 라멘 구조물 시공이 이루어지게 됨을 알 수 있다.
다음으로 저판(120)의 내측측면(A1) 사이에는 종방향 관통홀(122)과 대응하여 관 형태의 횡방향 스트럿부재(220)를 설치하게 된다.
이러한 횡방향 스트럿부재(220)는 도 2a 및 도 2b와 같이 저판(120)에 있어 수평력(H1)에 의한 반력(R1)을 확보하기 위해 설치되는 것으로서 강관을 이용하는 것이 도 2b에 도시되어 있다.
이에 상기 횡방향 스트럿부재(220)는 저판 내측측면에 설치되어 저판을 서로 연결시켜 주는 역할도 하게 된다.
다음으로는 도 2b와 같이 종방향 긴장재(210)가 상기 저판(120)의 종방향 관통홀(122)과 횡방향 스트럿부재(220)내부에 삽입되어 양 단부가 저판(120)의 양 외측측면(A2)에 긴장후 정착되도록 하여 저판(120)을 도 2a의 수평력(H1)에 대한 반력(R2)을 확보할 수 있도록 하게 된다.
이에 상기 종방향 긴장재(210)와 횡방향 스트럿부재(220)의 설치가 완료되면 저판과 저판 사이를 별도의 저판 콘크리트(230) 타설에 의하여 서로 일체화시키게 된다.
이에 도 3e와 같이 저판 콘크리트(230)에 의하여 내부에 종방향 긴장재(210)가 삽입된 횡방향 스트럿부재(220)가 매립되어 시공됨을 알 수 있다.
이에 최종 횡방향 스트럿부재(220)를 이용한 본 발명의 라멘구조몰(100)의 시공이 완성되게 된다.
이때 도 3f와 같이 상기 저판 콘크리트(230)를 타설하지 않고 외부에 노출시킨 후 토사를 복토하는 방식으로 마감할 수도 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 상부슬래브(140)의 다른 실시예를 도시한 것이다.
즉, 상부슬래브(140)로서 양 단부 블록(151)과 양 단부블록(151) 사이에 양 단부가 매립된 강재(152)를 포함하여 구성된 강합성 상부슬래브 세그먼트(150)를 이용할 수도 있다.
이에 본 발명은 상부슬래브(140)로서 양 단부 블록(151)과 양 단부블록(151) 사이에 양 단부가 매립된 강재(152)를 포함하여 구성된 강합성 상부슬래브 세그먼트를 앞서 살펴본 양 벽체부(130)의 상부면에 걸쳐지도록 먼저 설치하고,
상기 상부슬래브(140)로서 양 단부 블록(151) 사이에 양 단부가 매립된 강재(152)를 포함하여 구성된 강합성 상부슬래브 세그먼트(150)에 우각부 콘크리트(142) 및 상부 콘크리트(143)를 현장 타설 콘크리트 방식으로 상부슬래브(140)를 시공하는 방법을 일예로서 추가 제시한다.
이에 상부슬래브(140)로서 양 단부 블록(151) 사이에 양 단부가 매립된 강재(152)를 포함하여 구성된 강합성 상부슬래브 세그먼트는 도 4a 및 도 4b와 같이 우각부 콘크리트(142) 및 상부 콘크리트(143)의 거푸집 역할을 하면서도 상부슬래브의 일부 구성으로 작용할 수 있도록 종 방향으로 서로 접하여 설치된다.
이는 상부슬래브의 구성을 간단하게 형성시키면서도 강재(152)의 휨 강성을 이용하여 장지간의 라멘구조물 시공을 위한 것이라 할 수 있다.
이에 본 발명에서는 도 4a와 같이 양 단부블록(151) 사이에 양 단부가 매립된 강재(152)로 구성되도록 하게 된다.
예컨대 상기 양 단부블록(151)은 직육면체 구체 형태로 형성되도록 하고 역시 양 단부는 헌치부의 역할을 할 수 있도록 확장단면부로 형성되도록 하게 된다.
이에 역시 상기 강합성 상부슬래브 세그먼트는 빔 형태로서 특히 중량을 최소화 시킬 수 있으면서도 구조적으로도 충분한 강성을 확보하기 위함이며, 이로서 본 발명은 횡방향 길이가 긴 라멘구조물과 같은 구조물을 시공함에 있어 휨 부재로서 가장 큰 하중을 분담하는 중량이 비교적 작은 강재와 헌치부에 적합한 철근콘크리트 직육면체 구체 형태의 단부블록을 이용함으로서 이를 운반, 시공함에 있어 시공성 및 경제성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
또한 강재(152)는 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지로 구성된 H형 철골 또는 형강을 이용하여 중량이 작으면서 휨 강성이 커 라멘구조물의 장지간화에 유리하도록 하게 되는데 도 4a의 경우 2개의 강재(152)가 도시되어 있으나 1개 또는 3개 이상도 가능할 것이다.
이러한 강합성 상부슬래브 세그먼트(150)는 양 벽체부 (130)의 상부면의 내측면에 양 단부 저면이 단순 지지되도록 설치하게 된다.
이는 강합성 상부슬래브 세그먼트의 횡방향 연장길이를 최소화 할 수 있도록 하면서 우각부 형성공간을 충분히 확보할 수 있도록 하기 위함이다.
역시, 본 발명의 우각부는 종래와 달리 강합성 상부슬래브 세그먼트에 의하여 확보될 수 있도록 하는 것이 아니라 별도 우각부 콘크리트(142)를 통해 확보하므로 이러한 우각부 콘크리트(142)의 형성공간을 방해하지 않도록 하기 위하여 강합성 상부슬래브 세그먼트를 양 벽체부(130)의 내측면에 단순 지지되도록 하는 것이다.
이에 이러한 우각부 형성공간(S)은 도 4b와 같이 양 벽체부(130)와 강합성 상부슬래브 세그먼트 및 후술되는 상부 콘크리트(143)가 서로 연결되어 합성되도록 하여 이들이 서로 우각부에서 강결되도록 하게 된다.
이에 이러한 우각부 형성공간에는 강합성 상부슬래브 세그먼트의 연결철근(141d)이 연장되도록 한다.
이에 상기 연결철근(141d)은 적어도 1개 이상이 강합성 상부슬래브 세그먼트의 내부로부터 단부면으로 돌출되어 우각부 형성공간(S)으로 연장시키게 된다.
이러한 연결철근(141d)은 후술되는 우각부 철근(135)과 서로 연결되어 양 벽체부(130)와 강합성 상부슬래브 세그먼트가 서로 구조적으로 일체화되도록 하게 된다.
상기 우각부 철근(135)은 도 4c와 같이 양 벽체부(130) 상면으로부터 상기 우각부 형성공간(S)으로 돌출되어 강합성 상부슬래브 세그먼트의 상부로 절곡되어 연장되도록 배치된다.
이때 상기 우각부 형성공간(S)에서 연결철근(141d)과 우각부 철근(135)이 서로 연결되게 된다.
또한 우각부 형성공간(S)을 경유하여 우각부 철근(135)은 강합성 상부슬래브 세그먼트의 상부로 절곡되어 추후 타설되는 상부 콘크리트(143)에 매립되면서 결국, 상부 콘크리트(143)가 양 벽체부(120)와 강합성 상부슬래브 세그먼트에 서로 합성될 수 있도록 함을 알 수 있다.
또한 우각부 형성공간(S)에 있어 연결철근(141d), 우각부철근(135), 우각부 콘크리트(142) 및 상부 콘크리트(143)는 서로 강결되어 종국적으로 강합성 상부슬래브 세그먼트와 상부 콘크리트(143)가 양 벽체부(130)와 강결되도록 함을 알 수 있다.
이때 상기 강합성 상부슬래브 세그먼트(150)는 서로 종방향으로 서로 접하도록 설치될 수도 있고 이격시켜 이격된 사이 공간은 별도의 콘크리트타설에 의하여 상부슬래브가 완성될 수 있도록 할 수도 있다. 이는 제작, 운반 및 시공상의 편의 등을 위한 것이라 할 수 있다.
100: 본 발명의 라멘구조물
110: 파일
120: 저판
121: 벽체부용 상면홈
S1: 내측 상방 경사면
122: 종방향 관통홀
123: 저판 긴장홀
124: 벽체부 경사긴장재
125: 저판 고정구
130: 벽체부
131: 수직벽체부
132: 하부지지벽체부
133: 벽체부 긴장홀
134: 벽체 정착구
135: 우각부철근
140: 상부슬래브
141: 프리캐스트 상부 세그먼트
141a: 슬래브판
141b: 복부
141c: 종방향보강구체
141d: 연결철근
142: 우각부 콘크리트
143: 상부 콘크리트
144: 1차 긴장재
145: 1차 긴장재용 쉬스
146: 2차 긴장재용 쉬스
147: 2차 긴장재
148: 우각부 쉬스
150: 강합성 상부슬래브 세그먼트
151: 양 단부블록
152: 강재(H형 철골 또는 형강)
210: 종방향 긴장재
220: 횡방향 스트럿부재
230: 저판콘크리트

Claims (9)

  1. 지반에 벽체부(130)를 종방향으로 이격시켜 설치하고, 상기 벽체부(130) 상부 사이에 상부슬래브(140)가 서로 일체로 형성되도록 하는 라멘구조물에 있어서,
    상기 벽체부(130) 하부 지반에 설치된 파일(110);
    상면에 사다리꼴 형태의 벽체부용 상면홈(121)을 형성시키고 상기 벽체부용 상면홈(121)의 내측 상방 경사면(S1)과 저면(S2)에 상기 벽체부(130)의 하부지지벽체부(132)가 삽입되어 안착되도록 하여 상방으로 연장된 벽체부의 하단과 힌지결합되는 저판(120);
    상기 종방향으로 이격된 저판(120) 사이에 설치되는 것으로서 양 저판(120)이 가까워지도록 작용하는 수평력(H1)이 상기 수평력(H1)과 반대로 작용하는 반력(R1)에 의하여 저항되도록 저판의 양 내측측면(A1)의 사이에 설치된 관 형태의 횡방향 스트럿부재(220); 및
    양 저판(120)이 서로 멀어지도록 작용하는 수평력(H2)이 상기 수평력(H2)과 반대로 작용하는 프리스트레스(R2)에 의하여 저항되도록 저판(120)에 형성된 종방향 관통홀(122)과 저판 사이에 설치된 횡방향 스트럿부재(220)에 관통되어 양 단부가 저판의 외측측면(A2)에 긴장 후 정착되는 종방향 긴장재(210)를 포함하며,
    상기 상부슬래브(140)는
    단부면에 연결철근(141d)이 돌출되도록 제작되며 양 단부블록(151) 및 양 단부블록 사이에 형성된 강재(152)를 포함하여 구성된 강합성 상부슬래브 세그먼트(150)의 양 단부저면이 양 벽체부(130) 상면 내측에 단순 지지되어 길이방향으로 서로 접하도록 설치하여 양 벽체부(130) 상면에 우각부 형성공간(S)이 확보될 수 있도록 하고, 양 벽체부(130) 상면으로부터 상기 우각부 형성공간(S)으로 돌출되어 강합성 상부슬래브 세그먼트의 상부로 절곡되어 연장된 우각부 철근(135)에 상기 연결철근(141d)을 서로 연결시키고, 상기 연결철근(141d)과 우각부 철근(135)이 매립되도록 우각부 형성공간(S)과 강합성 상부슬래브 세그먼트 상부공간에 상부 콘크리트(143)를 타설하여 형성된 우각부 콘크리트(142), 상부 콘크리트(143), 양 벽체부(130)와 강합성 상부슬래브 세그먼트가 서로 합성되어 강결되도록 하는 것을 특징으로 하는 횡방향 스트럿부재를 이용한 라멘구조물.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 저판(120)은
    횡방향으로 연장되어 형성되는 직육면체 구체 형태의 콘크리트 구조물로서
    종방향 긴장재(210)가 삽입되는 종방향 관통홀(122)이 내측측면(A1)과 외측측면(A2)을 관통하도록 형성되어 있고,
    상면에는 벽체부용 상면홈(121)이 형성되어 있으며,
    상기 벽체부용 상면홈(121)의 내측 상방 경사면(S1)으로부터 저판의 저면에 형성된 저판고정구(125)와 연통되도록 형성된 저판 긴장홀(123)이 형성되는 것이 이용되는 것을 특징으로 하는 횡방향 스트럿부재를 이용한 라멘구조물.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 벽체부(130)는
    수직벽체부(131) 및 하부지지벽체부(132)을 포함하여 구성되는 프리캐스트 구조물로 제작된 것이 이용되며,
    상기 하부지지벽체부(132)의 하부는 저판에 형성된 벽체부용 상면홈(121)에 삽입 안착되어 힌지결합되도록 하며,
    상기 수직벽체부(131)의 배면에는 벽체 정착구(134)가 형성되도록 하여 상기 벽체 정착구로부터 저판의 저판 긴장홀(123)에 연통되는 벽체부 긴장홀(133)이 형성되도록 하여
    벽체부 경사긴장재(124)가 상기 벽체부 긴장홀(133)과 저판 긴장홀(123)에 삽입되어 하단은 저판 고정구(125)에 의하여 고정되고 상단은 벽체 정착구(134)에 긴장후 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 횡방향 스트럿부재를 이용한 라멘구조물.
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