KR101163744B1 - 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법 - Google Patents

균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법 Download PDF

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Abstract

분절형 프리플렉스 거더를 제작함에 있어서 분절부에도 균일한 프리플렉션 도입이 가능하도록 하고, 프리플렉션 재하를 위한 고가의 설비를 이용하지 않아 보다 정밀하고 경제적인 프리플렉스 거더를 제작할 수 있는 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법에 대한 것으로서, 상기 프리플렉스 거더는 프리플렉션 블럭, 좌굴방지블럭이 설치된 강재빔에 케이싱거푸집, 쉬스, 철근조립체, 케이싱콘크리트가 타설 및 양생된 상태에서 케이싱거푸집를 해체할 때 강재빔의 탄성복원력에 의하여 프리플렉션이 1차로 도입되도록 하고, 프리플렉션 거더(A)를 인양하여 다시 상하 뒤집었을 때, 현장에서 거치된 프리플렉션 거더(A)의 케이싱콘크리트에 포스트텐션용 긴장재를 이용하여 압축 프리스트레스가 도입되도록 하여 케이싱콘크리트에 필요한 프리스트레스가 2차 및 3차로 도입되도록 하게 된다.

Description

균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법{SEGMENTAL TYPE PREFLEX GIRDER MAKING METHOD FOR UNIFORM PREFLEXION}
본 발명은 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 분절형 프리플렉스 거더를 제작함에 있어서 연결부에도 균일한 프리플렉션 도입이 가능하도록 하고, 프리플렉션 재하를 위한 고가의 설비를 이용하지 않아 보다 정밀하고 경제적인 프리플렉스 거더를 제작할 수 있는 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법에 대한 것이다.
프리플렉스 합성빔은 프리플렉스 합성빔용 강형(통상 I형강)에 소정의 프리플렉션하중을 가한 상태에서, 인장플랜지(하부플랜지) 주위에 콘크리트(케이싱콘크리트)를 타설하고, 가해진 프리플렉션하중을 제거하여 발생하는 강형의 복원력을 이용, 케이싱콘크리트에 일종의 압축프리스트레스를 도입시킨 교량용 빔이다.
이러한 프리플렉스 합성빔은 통상 분절하지 않고 제작하는 것이 일반적이었으나 이러한 방법은 현장마다 제작장을 조성해야 하기때문에 체계적인 품질관리가 용이하지 않고, 현장에 따라 작업부지 확보가 여의치 않은 경우 운반로를 별도로 만들어 현장에 반입시켜야 하기 때문에 제작비용이 고가이므로, 프리플렉스 합성빔을 분절하여 세그먼트화 시켜 제작하는 방법이 소개되었다.
즉, 도 1a와 같이 소정의 분절된 프리플렉스 합성빔용 강형(10a,10b,10c)의 연결부를 플레이트 및 볼트(20)로 서로 연결한 상태에서, 소정의 프리플렉션하중(P1)을 가한 후,
도 1b와 같이 강형의 인장플랜지(I형강의 경우 하부플랜지) 주위에 케이싱콘크리트(30)를 타설, 양생하되, 각 강형의 연결부의 케이싱콘크리트는 추후 분리 및 연결을 위하여 미리 소정의부분만큼 제외시켜 놓은 상태(블럭아웃,40)로 놓아둔다.
이때 프리플렉션하중(P1)을 제거하면(릴리스), 강재인 강형의 복원력에 의하여 케이싱콘크리트에 일종의 압축응력인 프리스트레스가 도입되며, 이때 블럭아웃된 부분의 케이싱콘크리트에는 프리스트레스가 도입되지 않은 상태에서 프리플렉스 합성빔(10, 프리플렉스 거더)이 제작된다.
이에 도 1c와 같이 연결부의 볼트를 해체하여 분리된 세그먼트 프리플렉스 합성빔(50a,50b,50c)을 만들어 놓은 상태에서, 현장에 반입하여,
도 1d와 같이 각각의 세그먼트 프리플렉스 합성빔을 볼트로 재결합시키고, 교량 하부구조물(교대 및 교각)에 설치 하게 된다.
이 때, 연결부의 케이싱콘크리트는 블럭아웃된 상태이므로, 현장에서 콘크리트를 타설하여 블럭아웃된 케이싱콘크리트 부위를 채운다 할지라도, 연결부의 케이싱콘크리트에는 프리스트레스가 도입되지 않기 때문에,
도 1e와 같이 교각 위에 연결되어 설치된 프리플렉스 합성빔의 블럭아웃된 케이싱콘크리트 부위에 연결부 케이싱콘크리트(70)를 타설하고, 프리플렉스 합성빔의 상부에는 상부슬래브콘크리트(80)를 타설, 양생한 상태에서,
도 1f와 같이 연결부 상부슬래브콘크리트 위에 카운터웨이트(90a)를 쌓아 놓은 후, 제거하는 방법으로 연결부 케이싱콘크리트에 국부프리스트레스를 도입하거나,
연결부 케이싱콘크리트(70)에 잭킹장치(90b)를 설치한 후, 잭킹장치 사이에 긴장재(90c)를 연결, 긴장하여 잭킹장치에 정착함으로서, 역시 케이싱콘크리트에 국부프리스트레스를 도입시키는 방식을 이용하여, 연결부 케이싱콘크리트에 추가적인 국부 프리스트레스를 도입하였다.
하지만 이러한 국부프리스트레스 도입 방법의 경우, 작업이 복잡할 뿐만 아니라, 잭킹장치를 이용하는 경우 과도한 잭킹에 의하여 오히려 응력집중에 의해 연결부를 오히려 취약하게 할 수 있다는 문제점이 있으며,
세그먼트 프리플렉스 합성빔의 연결부를 1차, 2차(국부프리스트레스)로 나누어 케이싱콘크리트를 타설 할 수밖에 없음에 따라 콘크리트 타설이라는 작업공정의 특성상 환경 및 시간 의존적 인자(건조수축,크리프 등등)에 영향 받을 수밖에 없어 관리가 용이하지 않으며,
케이싱콘크리트에 국부프리스트레스 도입 시 성질이 명확한 강형(I형강재)만의 복원력이 아닌 합성빔의 복원력에 의한 국부프리스트레스 도입의 관리가 어려워, 연결부의 케이싱콘크리트에 도입된 프리스트레스와 다른 부분에 도입된 프리스트레스에 있어,
도 1g와 같이 합성빔의 모멘트도에 있어 연결부에 단절이 있을 수밖에 없어, 조립 설치된 프리플렉스 합성빔이 반복응력을 받는 경우, 연결부는 구조적 취약성(외부하중에 의한 반복피로에 대한 저항성능에 대한 취약성 등)을 가질 수밖에 없다는 문제점이 있었다.
이에, 프리플렉스 합성빔의 세그먼트화 공법의 다른 기술이 소개된 바 이를 살펴보면 다음과 같다.
즉, 도 2a와 같이 소정의 분절된 프리플렉스 합성빔용 강형(10a,10b,10c)의 연결부를 플레이트(22) 및 볼트(23)로 서로 연결한 상태에서 소정의 프리플렉션하중을 가하여 위로 만곡된 프리플렉스 합성빔용 강형이 아래로 만곡되도록 한다.
프리플렉션 하중을 가한 상태에서, 각 세그먼트 프리플렉스 합성빔의 하부플랜지 전 길이에 걸쳐, 케이싱콘크리트(26)를 타설, 양생하되,
각 세그먼트 프리플렉스 합성빔의 해체 및 조립을 용이하게 하기 위하여 연결부의 세그먼트 프리플렉스합성빔(10a,10c)에서의 볼트 주위를 따라, 볼트 홀(27)을 형성시킨다.
이러한 볼트 홀은 볼트 주위에 형성된 강재 관 또는 강재 통(T)을 설치하면 되는데, 케이싱콘크리트가 타설될 때 연결부의 세그먼트 프리플렉스 합성빔(10a,10c)의 연결부의 볼트(23)는 상기 볼트 홀(27)에 의하여 케이싱콘크리트(26)에 묻히지 않게 되어, 볼트 홀 내부의 볼트(23)을 해체하고, 각 세그먼트 프리플렉스 합성빔에서 볼트홀이 설치된 쪽의 복부 및 상부 플랜지부의 볼트(23)를 해체하면 서로 연결된 세그먼트 프리플렉스 합성빔(10a,10b,10c)은 용이하게 분리될 수 있도록 한 것이다.
이에 가해진 프리플렉션하중(P1)을 제거하면, 볼트 홀(27)을 제외하고 케이싱콘크리트에 프리스트레스가 도입되게 되는데, 연결부 케이싱콘크리트가 블럭아웃되지 않고 전체가 일체로 타설되었기 때문에 케이싱콘크리트에 도입되는 프리스트레스에 의한 합성빔의 응력단절현상이 거의 없다는 장점이 있다.
이에 프리플렉스 합성빔용 강형(10a,10b,10c)의 하부플랜지에 케이싱콘크리트(26)이 타설, 양생된 상태에서
프리플렉션하중이 도 2b와 같이 제거되면 강형의 복원력에 의하여 프리플렉스 합성빔은 위로 다시 만곡된 형상으로 복원되면서, 세그먼트 프리플렉스 강합성빔(50a,50b,50c)이 제작된다. 이 상태에서는 연결부의 케이싱콘크리트의 볼트홀은 케이싱콘크리트가 채워지지 않은 상태로 존재한다.
다음으로 제작된 세그먼트 프리플렉스 강합성빔(50a,50b,50c)을 소정의 장소에 운반하기 전에 해체시키게 된다.
도 2c는 공장에서 분리된 세그먼트 프리플렉스 강합성빔(50a,50b,50c)을 현장에서 조립 및 설치하는 과정을 도시한 것인데, 이러한 조립은 연결부 세그먼트 프리플렉스 합성빔(50a,50c)와 중앙부에 위치하는 세그먼트 프리플렉스 합성빔(50b)의연결부에서 합성빔(50a,50c)의 볼트(23) 및 복부 및 상부플랜지부의 볼트(23)만 체결시키면 된다.
이때 연결부의 세그먼트 프리플렉스 강합성빔(50a,50c)의 볼트홀은 볼트(23)가 체결된 상태에서 볼트 홀의 내부가 채워지지 않은 상태이다. 이에 팽창성충진재(R)를 볼트홀에 충진함으로서 역시 케이싱콘크리트에 프리스트레스가 단절됨이 없이 도입되도록 하게 된다.
하지만 이와 같이 케이싱콘크리트에 프리스트레스가 단절됨이 없이 도입시킨다 하더라도 볼트 홀(27)이 형성된 프리플렉스 합성빔용 강형(10a,10b,10c)의 연결부에서는 프리플렉션하중(P1)이 균일하게 도입될 수 없게 됨을 알 수 있으며, 이는 프리플렉스 거더를 분절방식으로 제작함에 있어 정밀한 프리플렉션 도입이 어렵다는 문제점을 가질 수 밖에 없었다.
도 3은 종래의 일반적인 프리플렉스 거더를 제작하기 위하여 사용되는 제작장치를 나타낸 도면으로서, 통상적으로 소정의 길이를 갖는 2개의 프리플렉스 거더를 동시에 제작하게 됨을 알 수 있다.
이러한 프리플렉스 거더를 제작하기 위한 제작장치는, 서로 대향되는 상태로 일정한 간격과 거리를 유지하며 설치되는 2열의 포스트(100)와, 상기 각열의 포스트(100) 양측 소정위치(대략 L/4지점)에 각각 설치되어 프리플렉스 거더의 모체를 이루는 상부거더(G1) 및 하부거더(G2)가 지지되는 복수의 스탠드(102)와,
상기 각열의 포스트(100) 상부내측에 고정된 지지대(104)에 수평방향으로 대향되게 설치되어 상부거푸집(106)이 지지되는 상부레일(108)과, 상기 각열의 포스트(100) 내측바닥면에 설치되어 하부거푸집(110)이 지지되는 하부레일(112)을 포함한다.
상기 상부거더(G1)는 스탠드(102)에 거치된 상태에서 일측이 스탠드(102)에 연결된 턴버클(114)에 의하여 고정되고, 상기 하부거더(G2)는 일측이 스탠드(102)에 연결된 턴버클(116)에 의하여 매달려 고정된다.
상기 상부거푸집(106)은 상부거더(G1)의 상부 플랜지 부분에 설치되며, 상기 하부거푸집(110)은 도면에서 보아 하부거더(G2)의 하부 플랜지 부분에 설치된다.
이러한 상,하부거푸집(106)(110)은 그 하부 양측면에 제공된 지지부재(118)에 의하여 상,하부레일(108)(112)에 각 각 지지되어 설치된 상태를 유지할 수 있도록 되어있으며,
상기 지지부재(118)에는 길이조절 가능한 스크루잭(120)이 제공되어 상,하부거푸집(106)(110)이 좌우로 이동되는 것을 구속하도록 되어있다.
이와 같은 프리플렉스 거더 제작장치를 이용하여 프리플렉스 거더를 제작하려면, 먼저 상부거더(G1) 및 하부거더(G2)를 캠버된 부분이 서로 마주보도록 스탠드(102)에 거치하거나 위치시킨 상태에서 턴버클(114)(116)을 이용하여 스탠드(102)에 고정한다.
그 다음 상부거더(G1) 및 하부거더(G2)의 양쪽 끝 단부를 유압잭 등을 이용하여 상하 방향에서 가압하여 거더에 응력을 부여한 상태에서, 이들 상부거더(G1) 및 하부거더(G2) 일측 플랜지 부분에 상,하부거푸집(106)(110)을 조립 설치하고,
여기에 케이싱 콘크리트(500)를 각각 타설하여 양생시킨 후, 상,하부거푸집(106)(110)을 제거하고 거더에 가해진 응력을 제거하면 프리플렉스 거더의 제작이 완료된다.
하지만 상기와 같은 종래 프리플렉스 거더 제작장치는 매우 큰 설비로서 제작장 부지와 설비를 갖추기 위한 비용이 너무 많이 요구될 수 밖에 없다는 문제점이 있으며 프리플렉스 거더를 상하로 놓고 제작하기 때문에 길이가 긴 프리플렉스 거더를 제작함에 있어 제작과정에 있어 실제 수직 및 수평변위가 너무 커져 설사 상부 및 하부거더의 위치를 제어하기 위한 지지부재(118)를 이용한다 할지라도 실제 소요의 프리플렉스를 도입하는 정밀도가 아무래도 떨어질 수 밖에 없었다.
이에 본 발명은 프리플렉스 합성빔을 세그먼트화 하여 제작하는 방법으로서 연결부에 있어 도입되는 프리플렉션의 균일화가 가능하여 보다 효과적인 프리플렉스 거더 제작방법을 제공하는 것을 그 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
또한, 종래 프리플렉스 거더 제작설비를 최소화하여 경제성을 충분히 확보할 수 있으면서도 제작과정에 있어서도 프리플렉션 재하과정에서 강형의 변형등을 방지할 수 있어 보다 정밀한 프리플렉스 거더를 제작할 수 있는 프리플렉스 거더 제작방법 제공을 그 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
첫째, 프리플렉션 재하를 위한 설비를 최소화 하게 된다. 이는 강재빔의 하부에 케이싱콘크리트를 형성시키기 위한 케이싱거푸집, 케이싱콘크리트의 자중을 이용하도록 하게 된다.
또한, 프리플렉션 재하과정에서 강재빔이 하중에 의하여 좌굴되지 않도록 장착되는 좌굴방지블럭의 자중과 후술되는 프리플렉션블럭을 함께 이용하여 프리플렉션 재하에 필요한 설비를 최소화하여 보다 경제적인 프리플렉스 거더 제작이 가능하도록 하게 된다.
둘째, 프리플렉스 거더를 분할 제작함에 있어 연결부에 프리플렉션 하중이 균일하게 도입되도록 함으로서 보다 정일하고 효과적인 프리플렉스 거더 제작이 가능하도록 하게 된다.
이를 위하여 본 발명은 케이싱콘크리트와 연결부의 형상에 대응하는 프리플렉션블럭을 강재빔에 설치하고 프리플렉션이 도입되도록 하여 프리플렉션 하중이 균일하게 강재빔 및 케이싱콘크리트에 도입되도록 하게 된다.
이에 본 발명에 의한 프리플렉션 재하는 프리플렉스 거더를 제작하는 과정에 있어서,
프리플렉션 블럭, 좌굴방지블럭이 설치된 강재빔에 케이싱거푸집, 쉬스, 철근조립체, 케이싱콘크리트가 타설 및 양생된 상태에서 프리플렉션 블럭, 좌굴방지블럭, 케이싱거푸집를 해체할 때 강재빔의 탄성복원력(1차 프리플렉션)에 의하여,
프리플렉션 거더(A)를 인양하여 상하 뒤집었을 때(2차 프리플렉션)
현장에서 거치된 프리플렉션 거더(A)의 케이싱콘크리트에 포스트텐션용 긴장재를 이용하여 압축 프리스트레스가 도입되도록 하는 과정(3차 프리플렉션)에서 완성되도록 하게 된다.
본 발명은 프리플렉스 거더를 분할 제작함에 있어 균일한 프리플렉션이 연결부에도 도입되도록 함으로서 보다 정밀한 프리플렉스 거더 제작이 가능하게 된다.
또한, 이를 위하여 사용되는 블럭들은 프리플렉션 재하 및 재하과정에서의 강재빔 좌굴을 방지하는 기능을 가지도록 하여 보다 효율적이고 경제적인 프리플렉스 거더 제작이 가능하게 된다.
또한, 간단한 설비를 이용하여 보다 정밀하고 경제적인 프리플렉스 거더 제작이 가능하게 된다. 이에 복잡하고 큰 규모의 제작설비를 갖추지 않아도 보다 용이하게 프리플렉스 거더를 제작할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 프리플렉스 거더를 이용하여 단경간 및 다경간 교량시공이 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 1a 내지 1g는 종래 분절형 프리플렉스 거더의 제작순서도,
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 종래 분절형 프리플렉스 거더의 제작순서도,
도 3은 종래 프리플렉스 거더 제작대 상세도,
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 발명의 강재빔의 조립 사시도, 발췌 사시도, 지지프레임 설치 사시도 및 프리플렉스 거더의 조립사시도,
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명에 의한 프리플렉스 거더 제작순서도
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 한 다경간(연속교) 교량시공사시도이다.
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.
[ 프리플렉션블럭, 좌굴방지블럭이 설치된 강재빔(200) ]
이하 도 4a 및 도 4b를 기준으로 본 발명의 강재빔(200)을 살펴본다.
먼저 도 4a와 같이 강재빔(200)을 제작하게 되며 이는 상부플랜지(210), 복부(220) 및 하부플랜지(230)로 횡단면이 I형으로 형성된다. 본 발명에서는 강재빔(200)이 빌트-업(BUILT-UP) 제작방식으로 소정의 길이를 가지도록 제작된 것을 기준으로 살펴본다.
이때, 상기 하부플랜지(230)는 상부플랜지(210)의 횡방향 폭 보다 작은 강재빔(200)를 제작하게 되는데 이는 케이싱콘크리트에 차지하는 공간이 작게 형성되도록 하여 케이싱콘크리트 내부의 철근 및 긴장재의 설치공간 확보를 충분히 하기 위함이라 할 수 있다.
이러한 강재빔(200)은 종방향으로 상향 캠버(CAMBER)를 가지도록 미리 단면을 정하게 되며, 상향 캠버의 정도는 후술되는 바와 같이 종방향으로 직선형태의 프리플렉스 거더(강재빔+케이싱콘크리트+케이싱거푸집+프리플렉션블럭+좌굴방지블럭)의 양 단부가 단순지지형태로 세팅하였을때 자중에 의한 처짐값에 해당하는 만큼의 상향캠버를 가지도록 하게 된다.
이에 도 4a에서는 상기 처짐값에 해당하는 상향변위(δ)를 가질 수 있는 상향캠버가 도입되어 있음을 알 수 있으며, 이는 결국 프리플렉션 재하 및 강재빔의 탄성복원력에 의하여 케이싱콘크리트에 도입되는 프리스트레스를 확보하기 위한 것이라 할 수 있다.
이러한 강재빔(200)은 분절형으로 제작하기 위하여 다수개로 분절시키되 세그먼트 강재빔은 각각 연결볼트 및 너트를 포함하는 연결구 및 체결판(덧댐판 등)로 결합시키게 된다. 이는 추후 세그먼트 프리플렉스 거더를 분리하여 별도로 운반한 후 현장에서 결합시켜 설치하기 위함이다. 도 4a의 경우에는 3분절된 상태로 제작되고 있음을 알 수 있으나 길이에 따라 2개 또는 4개 이상이 될 수 있을 것이다.
이러한 강재빔(200)은 도 4a 및 도 4b와 같이 상하가 뒤집어진 상태에서 후술되는 지지프레임(300)에 설치되도록 하게 되는데 이에 상부플랜지(210)은 하부로 세팅되게 된다.
이러한 뒤집어진 상태에서 도 4b와 같이 강재빔(200)의 분절 부위인 연결부(D)에는 본 발명의 프리플렉션블럭(240)이 설치되도록 함을 알 수 있는데 이는 연결부에 형상에 맞추어져 제작된 것으로서 한쌍의 프리플렉션블럭(240a,240b)이 하부플랜지(230)을 감싸도록 하되 좌굴방지블럭이 서로 연결구(250)에 의하여 서로 결합되도록 함을 알 수 있다.
이러한 연결구(250)는 2개로 분할된 한쌍의 프리플렉션블럭(240a,240b)이 강재빔의 하부플랜지를 감싸 서로 일체화 되도록 하는 기능이라면 이에 포함되는데 도 4a 및 도 4b에서는 고정볼트와 2개의 수직판이 체결볼트에 의하여 서로 체결되도록 하여 연결구(250)에 의하여 한쌍의 프리플렉션블럭(240a,240b)이 강재빔의 하부플랜지(230)에 장착되도록 하고 있음을 알 수 있다.
이때 상기 프리플렉션블럭(240a,240b)이 복부(220)까지 커버하는 것이라면 복부를 관통하는 고정볼트를 통해 프리플렉션블럭(240a,240b)이 강재빔에 확실하게 고정되도록 하고 고정볼트를 풀어 탈착이 가능하도록(해체) 하게 된다.
상기 프리플렉션블럭(240)은 프리플렉션 재하과정에서 연결부에 설치되어 케이싱콘크리트에 균일한 프리플렉션이 도입되도록 하는 기능을 가지게 된다. 즉, 종래에는 도 1d와 같이 연결부가 블럭아웃된 상태로 되어 있으나 본 발명에서는 이를 프리플렉션블럭(240)으로 메꾸어지도록 한 것이다. 이에 프리플렉션블럭(240)에 의하여 프리플렉션 하중은 연결부에서 단속되는 일이 없어 강재빔의 연결부(D)에 균일한 프리플렉션 도입이 가능하도록 하게 된다.
이러한 좌굴방지블럭(240)은 연결구(250) 및 고정볼트를 이용하여 강재빔으로부터 탈착이 가능하여 추후 재사용이 가능하게 된다.
다음으로 상부플랜지(210) 상면에는 도 4b와 같이 좌굴방지블럭(260)이 복부(220) 양 측으로 설치되어 있음을 알 수 있는데 이는 프리플렉션 하중이 재하될 때, 강재빔(200)에 발생할 수 있는 좌굴 및 뒤틀림을 방지할 수 있도록 하기 위함이다.
이러한 좌굴방지블럭(260)도 한 쌍의 좌굴방지블럭(260a,260b)으로 설치되어 강재빔의 복부(220)와 좌굴방지블럭을 관통하는 고정볼트(270)로 설치될 수 있도록 하여 추후 해체가 가능하도록 하게 된다.
이러한 좌굴방지블럭(260)은 강재빔의 길이방향으로 다수가 이격되어 설치할 수 있을 것이다.
[ 강재빔(200)이 설치되는 지지프레임(300) ]
도 4c에서는 본 발명에 의한 프리플렉스 거더를 제작하기 위한 지지프레임(300)의 예를 보여주고 있다.
이때 상기 지지프레임에는 상향캠버가 형성된 강재빔(200)을 상하 뒤집어 안착시키게 된다.
이로서 상하 뒤집어진 상태에서는 상향 캠버가 형성된 강재빔(200)의 상부플랜지(210)는 하방으로 하부플랜지(230)는 상방으로 세팅됨을 알 수 있다.
이때 상기 지지프레임(300)의 역할은 강재빔(200)을 바닥으로부터 상방으로 배치되도록 지지하면서 위치를 구속시켜 주기 위함이다.
이러한 지지프레임(300)은 예컨대,
제작장 바닥에 설치된 저판(310); 및 상기 저판 상면에 서로 마주보도록 세팅된 양 수직측벽판(320);을 포함하도록 하되 강판을 이용하여 제작하되, 이러한 지지프레임(300)은 제작장 바닥에 서로 종방향으로 이격되도록 설치하면 된다.
이러한 양 수직측벽판(320)은 하향 만곡된 강재빔(200)의 상부플랜지(210)가 안정적으로 지지될 수 있도록 상부지지홈이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
결국, 본 발명은 강재빔(200)은 지지프레임(300)에 의하여 안정적인 세팅이 가능하게 되는데 이는 후술되는 케이싱거푸집(400)과 케이싱콘크리트(500) 타설시 그 자중 및 타설하중이 매우 크기 때문에 이러한 자중 등에 의하여 강재빔(200)의 수직 및 수평변위에 의하여 강재빔(200)의 세팅에 영향을 주지 않기 위함이라 할 수 있다.
이에 상기 지지프레임(300)은 장지간의 프리플렉스 거더를 제작할 때는 적어도 2개 이상을 설치하는 것이 바람직하다. 도 3에서는 중앙을 포함하여 3개가 설치되고 있음을 알 수 있다.
이에 기본적으로 지지프레임(300)의 위치, 개수 등을 조정하여 강재빔(200)의 변위를 정확하게 세팅되도록 한다.
또한 도 4c와 같이 하부플랜지(230) 주위에는 긴장재 삽입용 쉬스(410), 철근조립체(420)를 먼저 세팅하고, 상기 쉬스, 철근조립체 내부에 위치하도록 케이싱거푸집(400)을 강재빔의 상부를 감싸도록 설치하게 된다.
이러한 케이싱거푸집(400)은 프리플렉션 지지대(430)에 의하여 강재빔(200)의 하부에서 지지되도록 설치하여 케이싱거푸집(400) 및 케이싱콘크리트(500)의 자중이 강재빔(200)에 직접 전달되도록 하게 된다.
상기 프리플렉션 지지대(430)는 관 형태의 부재를 이용하되 중간에 회전손잡이의 회전에 의한 길이조정이 가능한 부재로 제작되도록 하는 것이 바람직하다.
이는 케이싱거푸집(400)의 설치 위치에 변동이 있을 경우 이를 용이하게 지지할 수 있도록 길이를 조정하기 위함이다.
이로서 상기 긴장재 삽입용 쉬스(410), 철근조립체(420), 케이싱거푸집(400)의 무게도 강재빔(200)를 하방으로 처지도록 하는 기능을 가져 일종의 프리플렉션 재하가 이루어지고 있음을 알 수 있다.
도 4d는 최종 본 발명의 프리플렉스 거더(A)의 연결 조립도를 도시한 것이다.
즉, 상기 프리플렉스 거더(A)는 다수의 세그먼트 프리플렉스거더(A1,A2,A3)가 서로 연결되도록 제작됨을 알 수 있다.
즉, 다수의 세그먼트 프리플렉스거더(A1,A2,A3)는 공장에서 제작되고,
이러한 공장 제작된 다수의 세그먼트 프리플렉스거더(A1,A2,A3)는 현장에서 서로 연결되도록 하는 과정을 거쳐 최종 도 6a 및 도 6b와 같이 교량하부구조물(600)에 설치된다.
[ 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법 ]
본 발명에 의한 프리플렉스 거더 제작방법을 살펴보면,
먼저, 앞서 살펴본 도 4c에 의한 지지프레임(300)을 공장 바닥에 안정적으로 세팅해놓게 되며, 미리 강재빔(200)도 상향 캠버(CAMBER)를 가지도록 도 4a와 같이 분절시킨 세그먼트 강재빔(200:200a,200b,200c)을 서로 연결구 등을 이용하여 연결시켜 놓게 된다.
이에 도 5a와 같이 상기 상향캠버가 형성된 강재빔(200)을 안정적으로 지지되도록 지지프레임(300)에 강재빔(200)을 상하 뒤집어 안착시키게 된다.
이에 폭이 좁은 하부플랜지(230)가 위쪽으로 세팅되고, 폭이 하부플랜지보다 큰 상부플랜지(210)가 아래쪽에 세팅되며, 상기 위쪽으로 세팅된 하부플랜지에 케이싱콘크리트(500)가 형성되게 된다.
다음으로는 앞서 살펴본 한쌍의 좌굴방지블럭(260a,260b)을 복부(220) 양 측방으로 상부플랜지(210) 상면에 설치하고, 강재빔의 복부(220)와 좌굴방지블럭을 관통하는 고정볼트(270)로 강재빔에 좌굴방지블럭(260)이 탈착이 가능하도록 설치하게 된다.
다음으로는 상기 하부플랜지를 감싸도록 프리플렉션블럭(240)은 연결부(D)에 설치하게 된다.
이러한 프리플렉션블럭(240)은 앞서 살펴본 것과 같이 한쌍의 프리플렉션블럭(240a,240b)이 하부플랜지(230)를 감싸도록 하되 좌굴방지블럭이 서로 연결구(250)에 의하여 서로 결합되도록 설치하면 된다.
다음으로는 상기 좌굴방지블럭(260) 상면에 프리플렉션 지지대(430)를 종방향으로 다수 이격 설치하고, 강재빔(200)의 하부플랜지를 감싸도록 케이싱거푸집(400)을 설치하게 된다.
이때, 상기 케이싱거푸집(400)은 미리 설치된 프리플렉션블럭(240)이 설치된 연결부 이외의 공간 즉, 프리플렉션블럭(240)을 제외한 하부플랜지(230)에 하부플랜지(230)를 감싸도록 설치되는데 이에 상기 케이싱거푸집은 프리플렉션블럭(240)의 양 측방으로 각각 설치되어 프리플렉션 지지대(430)에 의하여 지지되도록 설치됨을 알 수 있다.
다음으로는 상기 케이싱거푸집(400)에 케이싱콘크리트를 타설하여 먼저 케이싱거푸집 내부에 세팅한 쉬스(410)와 철근조립체(420)가 매립되도록 하면서 하부플랜지 주위에 사각구체 형태의 양생(경화)된 케이싱콘크리트(500)가 형성되도록 하게 된다.
이러한 케이싱콘크리트(500)는 무게가 상당히 크다. 이에 강재빔(200)에 충분한 프리플렉션이 재하되는 효과를 가질 수 있게 된다.
이러한 프리플렉션 재하 과정에서 강재빔(200)은 수평변위와 수직변위가 발생할 수 밖에 없는데 이러한 변위들은 강재빔(200)의 세팅초기 상태를 벗어나기 때문에 매우 불안정하고 정확한 프리플렉션 도입에 장애가 된다.
이에 상기 케이싱거푸집의 설치, 케이싱콘크리트의 설치과정에서 강재빔(200)의 수직 및 수평변위는 기본적으로 지지프레임(300)에 의하여 제어될 수 있도록 한다.
이는 강재빔(200)이 지지프레임에 안정적으로 지지되어 있어 강재빔(200)의 위치를 충분히 구속시켜 줄 수 있기 때문에 가능하다.
다음으로 도 5b와 같이 상기 케이싱콘크리트(500)가 경화되면 좌굴방지블럭(260), 프리플렉션블럭(240) 및 케이싱거푸집(400)을 해체하게 된다. 이러한 좌굴방지블럭(260), 프리플렉션블럭(240) 및 케이싱거푸집(400)을 해체를 하게 되면 각각의 무게가 제거되므로 강재빔(200)을 릴리즈 하는 효과를 가지게 된다.
즉, 강재빔의 자중, 좌굴방지블럭(260), 프리플렉션블럭(240), 케이싱거푸집(400, 쉬스 및 철근조립체 포함), 케이싱콘크리트(500) 무게(자중)에 의하여 강재빔(200)은 하방으로 처짐이 발생하게 되고 좌굴방지블럭(260), 프리플렉션블럭(240) 및 케이싱거푸집(400)을 해체하면 강재빔(200)의 탄성복원력이 발생하여 경화된 케이싱콘크리트(500)에 자연스럽게 압축 프리스트레스(1차 프리플렉션)가 도입되도록 하는 것이다.
이와 같이 케이싱콘크리트(500)가 하부플랜지(230)에 형성된 상태가 되면 프리플렉션 거더(A)가 제작된다.
다음으로는 미도시된 기중기 등의 양중장치를 이용하여 프리플렉션 거더(A)를 인양하면서 상하로 다시 뒤집어 세팅하면 케이싱콘크리트(240)가 형성된 하부플랜지는 아래쪽으로 상부플랜지는 위쪽으로 세팅됨을 알 수있다.
이 과정에서 프리플렉션 거더(A)의 자중에 의하여 케이싱콘크리트에 자연스럽게 다시 압축 프리스트레스(2차 프리플렉션)가 도입되도록 하는 것이다.
나아가 상기 프리플렉션 거더(A)의 노출된 강재빔의 복부 및 상부플랜지에 피복콘크리트(B)를 미리 타설하여 최종 상기 프리플렉션 거더(A)를 완성시키게 되며 상기 피복콘크리트는 도 6b와 같이 교량하부구조물에 설치 후 형성시켜도 상관은 없다.
다음으로 도 5c와 같이 케이싱콘크리트가 각각 형성된 세그먼트 프리플렉스거더(A1,A2,A3)을 서로 분리함으로서 3개의 세그먼트 프리플렉스거더(A1,A2,A3)으로 분리되도록 하여 현장에 운반될 수 있도록 준비하게 된다.
물론 이러한 분리된 세그먼트 프리플렉스거더(A1,A2,A3)는 현장에서 도 5c와 같이 다시 연결볼트 등을 이용하여 서로 연결시킨 후에 도 6a 및 도 6b와 같이 교량하부구조물(600)에 거치하게 된다.
또한 연결부는 무수축콘크리트(C)와 같이 최종 마감시키게 된다.
이때 중요한 점은 현장에서 서로 연결된 세그먼트 프리플렉스거더(A1,A2,A3)는 케이싱콘크리트(500)에 배치된 쉬스(410)에 PC 강연선과 같은 긴장재(440)를 삽입하여 긴장 후 케이싱콘크리트 단부면 등에서 긴장후 정착되도록 함으로서, 최종 케이싱콘크리트에 추가로 압축 프리스트레스(3차 프리플렉션)가 도입되도록 한다는 점이다.
물론 물론 이러한 긴장재에 의한 압축 프리스트레스 전부 또는 일부는 교량하부구조물에 설치 후 도입시켜도 상관은 없다.
이에 최종 케이싱콘크리트에 도입되는 압축 프리스트레스의 경우 본 발명은
첫째, 프리플렉션블럭, 좌굴방지블럭이 설치된 강재빔에 케이싱거푸집, 쉬스, 철근조립체, 케이싱콘크리트가 타설 및 양생된 상태에서 이들을 해체할 때 강재빔의 탄성복원력에 의하여(1차 프리플렉션),
둘째, 제작대에서 프리플렉션 거더(A)를 인양하여 상하 뒤집었을 때(2차 프리플렉션)
넷째, 프리플렉션 거더(A)의 케이싱콘크리트에 포스트텐션용 긴장재를 이용하여 압축 프리스트레스가 도입되도록 하는 과정(3차 프리플렉션)에서 완성됨을 알 수있다.
나아가 본 발명은 종래 프리플렉션 거더 제작과정에서 필요한 프리플렉션 재하장치를 별도 구비하지 않아도 되어 제작대 설비의 경제성을 충분히 확보할 수 있음을 알 수 있다.
< 본 발명의 프리플렉션 거더(A)를 이용한 단경간 교량시공방법 >
공장에서 운반을 위하여 분리된 세그먼트 프리플렉스거더(A1,A2,A3)는 현장에서 다시 연결볼트 등을 이용하여 서로 연결시키고, 당초 프리플렉션블럭이 차지하고 있는 공간에 무수축콘크리트(C)를 타설하여 상기 공간이 메워지도록 하되, 쉬스(410)가 단절되지 않도록 미리 쉬스를 서로 연통될 수 있도록 연결쉬스를 먼저 설치한 후 공간이 무수축콘크리트에 의하여 메워지도록 하게 된다.
이에 미리 시공된 교량하부구조물(600)에 서로 연결된 세그먼트 프리플렉스거더(A1,A2,A3)를 양 단부가 지지되도록 거치시키게 되며,
다음으로는 도 6a와 같이 상기 프리플렉션 거더(A) 상부에 슬래브(S)를 시공함으로서 교량을 완성시키되,
프리플렉션 거더(A)의 케이싱콘크리트(500)에 배치된 쉬스(410)에 PC 강연선과 같은 긴장재(440)를 삽입하여 긴장 후 케이싱콘크리트 단부면 등에서 긴장후 정착되도록 함으로서, 케이싱콘크리트에 압축 프리스트레스(3차 프리플렉션)가 도입되도록 하게 된다.
또한 상기 긴장재중 일부는 케이싱콘크리트의 상면에서 인출되도록 하여 추후 유지관리용으로 긴장후 정착될 수 있도록 할 수 있다.
이로서 본 발명의 긴장재(440)는 케이싱콘크리트 내부에 직선형으로 배치되어 케이싱콘크리트 단부면에 긴장후 정착되도록 하거나, 케이싱콘크리트 상면에서 인출될 수 있도록 하여 정착되도록 할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 프리플렉션 거더(A)에 있어 외부로 노출된 복부, 상부플랜지는 도 6b와 같이 피복콘크리트(B)를 더 형성시켜 강재빔이 외부로 노출되어 부식되지 않도록 함을 알 수 있으며, 상부플랜지 상면에는 전단연결재가 더 설치되어 피복콘크리트 위쪽으로 연장되어 돌출시키게 됨을 알 수 있다.
< 본 발명의 프리플렉션 거더(A)를 이용한 다경간 교량시공방법 >
도 6b는 2경간 이상의 교량시공방법에 대한 것을 도시한 것인데 이러한 다경간 교량 즉 연속교에서는 교량하부구조물에 설치된 프리플렉스 거더(A)를 서로 연결시켜 주어야 한다.
즉, 단경간과 같이 먼저 본 발명의 프리플렉스 거더(A)를 설치한 후에 지점부에서 인접한 프리플렉스 거더(A)들을 서로 연결시켜 주는 것이다.
이를 위해 본 발명은 지점부(교각,610)에 있어 프리플렉스 거더(A)의 양 단부는 강재빔의 상부플랜지, 복부가 노출되도록 하되 하부플랜지를 감싸는 케이싱콘크리트도 일정 길이 배제되도록 하여 하부플랜지가 노출되도록 하게 되며 이는 케이싱거푸집의 연장길이를 조정하면 제작이 가능하다.
이러한 프리플렉스 거더(A)를 지점부에 있어 서로 단부면이 접하도록 한 상태에서 지점부 연결재(700)를 이용하여 프리플렉스 거더(A)를 서로 연속화시키게 되며, 상기 프리플렉션 거더(A)의 노출된 강재빔의 복부(220) 및 상부플랜지(210)에 피복콘크리트(B)를 미리 형성되도록 하게 된다.
이때, 상기 지점부 연결재(700)는 역 ㄷ자 형태의 연결재를 노출된 강재빔(200)의 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지에 끼워넣고 상기 역 ㄷ자 형태의 연결재를 강재빔의 노출된 복부(220)에 연결볼트와 너트와 같은 체결구로 고정시켜 간단하게 강재빔(200)를 서로 연속화 될 수 있도록 하게 된다.
또한 강재빔의 상부플랜지도 덧댐판(710)을 이용하여 서로 확실하게 연결되도록 하게 된다.
이에 지점부에 있어 강재빔은 지점부 연결재(900)에 의하여 서로 연속화되기도 하지만 그 형태에 의하여 지점부에 있어 강재빔에 작용하는 휨 부모멘트, 좌굴 등에 매우 유리한 보강구조로 형성될 수 있도록 하게 됨을 알 수 있다.
이와 같이 지점부 연결재(700)에 의한 강재빔의 연속화가 이루어지게 되면 최종 강개거더의 노출된 하부플랜지에 지점부 콘크리트(800)을 더 타설하여 최종 케이싱거푸집도 지점부에 있어 연속화되도록 하게 된다.
다음으로는 상기 프리플렉션 거더(A) 상부에 슬래브(S)를 시공함으로서 교량을 완성시키게 된다.
200: 강재빔
210: 상부플랜지 220: 복부
230: 하부플랜지 240: 프리플렉션블럭
250: 연결구 260: 좌굴방지블럭
270: 고정볼트
300: 지지프레임
310: 저판 320: 양 수직측벽판
400:케이싱거푸집
410: 쉬스 420: 철근조립체
430: 프리플렉션 지지대 440: 긴장재
500: 케이싱콘크리트 600:교량하부구조물
700: 지점부 연결재 710: 덧댐판
800: 지점부 콘크리트
D: 연결부 S: 슬래브
B: 피복콘크리트 C: 무수축콘크리트

Claims (8)

  1. 분절시킨 다수의 세그먼트 강재빔(200a,200b,200c)을 서로 연결시켜 연결부를 형성시킴과 더불어 상향캠버가 도입되도록 강재빔(200)을 제작하고,
    상기 강재빔(200)을 상하 뒤집어 상기 강재빔(200)에 작용하는 프리플렉션에 의하여 위치가 변경되지 않도록 강재빔의 상부플랜지(210)가 지지프레임(300)에 지지되도록 설치하는 단계;
    상기 연결부에 프리플렉션이 균일하게 도입되도록 하부플랜지(230)를 감싸 형성되는 프리플렉션블럭(240)을 설치하는 단계;
    상기 프리플렉션블럭(240)을 제외한 하부플랜지(230)에 하부플랜지(230)를 감싸도록 케이싱거푸집(400)을 설치하고 케이싱거푸집 내부에 케이싱콘크리트를 타설하여 강재빔에 프리플렉션 하중을 재하하는 단계;
    상기 프리플렉션블럭(240)과 케이싱거푸집(400)을 해체하여 양생된 케이싱콘크리트에 프리스트레스가 도입되도록 하여 프리플렉스 거더(A)를 제작하는 단계; 및
    상기 프리플렉스 거더(A)를 인양하여 다시 상하 뒤집어 케이싱콘크리트에 프리스트레스가 도입되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 강재빔의 상부플랜지(210) 상면에는 프리플렉션 도입에 의한 강재빔의 좌굴 또는 뒤틀림을 방지하기 위하여 좌굴방지블럭(260)을 미리 더 설치하고, 프리플렉션블럭(240)과 케이싱거푸집(400)을 해체할 때 함께 해체되도록 하는 것을 특징으로 하는 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 프리플렉션블럭(240)은
    상기 연결부에 형상에 맞추어져 제작된 것으로서 한쌍의 프리플렉션블럭(240a,240b)이 하부플랜지(230)을 감싸 프리플렉션블럭(240a,240b)이 서로 결합되도록 하되 탈착이 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 좌굴방지블럭(260)은 한쌍의 좌굴방지블럭(260a,260b)으로 설치되어 강재빔의 복부(220)와 좌굴방지블럭을 관통하는 고정볼트(270)로 설치될 수 있도록 하되 탈착이 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 좌굴방지블럭(260) 상면에는 프리플렉션 지지대(430)가 더 설치도록 하고, 상기 프리플렉션 지지대(430)에 케이싱거푸집(400)이 지지되도록 하는 것을 특징으로 하는 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 케이싱거푸집 내부에는 종방향으로 연장되도록 배치되는 긴장재가 설치되어 타설된 케이싱콘크리트 내부에 매립되도록 하는 것을 특징으로 하는 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 프리스트레스가 도입된 프리플렉스 거더(A)는 연결부에서 서로 분리되도록 하여 다수의 세그먼트 프리플렉스거더(A1,A2,A3)로 분리 형성시키는 것을 특징으로 하는 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 다수로 분리된 세그먼트 프리플렉스거더(A1,A2,A3)는 현장에서 다시 연결시킨 프리플렉스 거더(A)에 형성된 긴장재를 긴장후 케이싱콘크리트에 정착되도록 하여 케이싱콘크리트에 추가 프리스트레스가 도입되도록 하는 것을 특징으로 하는 균일한 프리플렉션 도입이 가능한 분절형 프리플렉스 거더 제작방법.
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