KR101167152B1 - 장경간 교량용 거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부 형강과 하부 형강 사이에 고정되는 중간 형강이 길이방향을 따라 헥사곤(hexagon) 타입으로 배열되는 거더에 관한 것이다.

Description

장경간 교량용 거더{girder}

본 발명은 상부 형강과 하부 형강 사이에 고정되는 중간 형강이 길이방향을 따라 헥사곤(hexagon) 타입으로 배열되는 거더에 관한 것이다.

일반적으로, 교량은 단면 부족에 의하여 거더의 처짐 변형이 발생되고, 이는 통과 차량의 대형화, 통행량의 급증과 같은 외적 요인 및 교량 거더 자체의 노후화 등으로 인한 거더의 강성 저하로 더욱 심화된다. 결국, 교량의 처짐 변형은, 거더를 비롯한 교량 구조물에 균열 및 부분 손상을 야기시키는 한편, 교량의 장경간화를 어렵게 하는 원인이 된다.

따라서, 이러한 처짐을 상쇄 또는 보강하기 위한 방안으로서, 강선을 사용하여 거더에 일어나는 인장응력을 상쇄시키도록 압축응력을 가하는 피에스에스(PSS, PreStressed Steel) 거더와 이에 콘크리트를 타설한 피에스에스 거더("피에스에스씨(PSSC, PreStressed Steel Concrete) 합성거더"라 칭한다)가 공지되어 있다.

이러한 유형의 종래 거더로서 예컨대 한국공개특허 제2004-91350호의 공보에 개시된 것이 제안되어 있다.

도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 종래 거더는 형강구조체(15)와 강선(10)을 포함하여 이루어진다.

형강 구조체(15)는 고위 위치에 두 개의 형강(5)과 저위 위치의 두 개의 형강(5)이 상호 결합되어 이루어진다.

강선(10)은 형강 구조체(15)의 길이 방향을 따라 곡선형 또는 절선형으로 배치된다. 이를 위하여, 형강 구조체(15)의 고위 위치의 형강(5)의 양단부에는 지지판(20)이 마련되고, 저위 위치의 형강(5)의 중간부에는 메인 새들(25)이 마련된다.

지지판(20)은 구멍을 구비하는데, 그 구멍에 강선(10)의 양단부가 끼워진 상태로 정착된다. 이를 위하여 강선(10)의 양단부에는 정착구(30)가 결합된다. 정착구(30)는 강선(10)과 동일한 경사로 연장되게 형성되는 것이 바람직하다.

메인 새들(25)의 하측에는 강선(10)가 접촉된 상태로 걸려 형강 구조체(15)에 상향 모멘트를 제공하여, 형강 구조체(15)가 캠버링 되도록 한다. 즉, 교량의 처짐에 의하여 교량의 하부에 발생하는 인장응력을 상쇄하기 위하여 미리 인위적으로 압축응력의 프리스트레스를 거더에 주는 것이다. 그 결과로 교량의 안전성이 향상된다.

형강(5)의 플랜지(40)에는 강선(10)의 설치를 위하여 강선(10)가 지나는 경로 상에 관통공(37)을 구비한다.

강선(10)으로는, 예컨대 고강도 탄성재인 강연선(steel strand)이 쉬쓰관(sheath)에 끼워진 통상의 형태로 이용된다. 강선(10)의 긴장을 위하여, 통상의 유압 잭 등이 이용될 수 있다.

이러한 종래 거더가 완성되면, 플랜지(40)에 형성된 주입공(47)을 통하여 콘크리트(50)를 타설하여 양생시킨다. 콘크리트(50)는 형강 구조체(15)의 내부 공간에 전체적으로 타설되거나, 또는 부분적으로 타설될 수 있다. 형강 구조체(15) 내부에 콘크리트(50)를 타설함으로 인하여 단면 2차 모멘트가 증가하므로 구조물의 진동폭의 대폭 감소가 가능하게 되고, 강선 등의 부식이 방지된다. 콘크리트(50)가 양생되면, 강선(10)을 필요한 만큼 1차로 긴장시켜 기응력을 가한다.

그런데, 콘크리트(50)가 타설됨으로써 자중의 중량이 무겁고, 콘크리트 타설과 양생 등에 따라 상대적으로 공사비의 증가와 공사기간의 길어짐 등의 단점이 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구조체 자체의 내진강성이 우수하고 자중을 경량화할 수 있어 상대적으로 공사비를 감소시키고 공기를 단축할 수 있는 거더를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 청구항 1에 기재된 거더는,

상부 빔; 하부 빔; 상기 상부 빔과 상기 하부 빔 사이에 설치되는 트러스 빔을 포함하되,

상기 트러스 빔은 상기 상부 빔과 하부 빔의 길이방향을 따라 헥사곤 형태로 배열되어 있다.

본 발명의 청구항 2에 기재된 거더는,

제1빔부재, 상기 제1빔부재와 마주하는 제2빔부재, 및 상기 제1빔부재와 상기 제2빔부재를 연결하는 연결부재를 포함하되,

상기 제1빔부재는 제1상부 빔과, 제1하부 빔과, 상기 제1상부 빔과 상기 제1하부 빔 사이에 설치되는 제1트러스 빔으로 구성되고,

상기 제2빔부재는 제2상부 빔과, 제2하부 빔과, 상기 제2상부 빔과 상기 제2하부 빔 사이에 설치되는 제2트러스 빔으로 구성되고,

상기 제1트러스 빔과 상기 제2트러스 빔은 상기 상부 빔과 하부 빔의 길이방 향을 따라 헥사곤 형태로 배열되어 있다.

이들 구성에 의하면, 헥사곤 형태로 배열되어 있기 때문에 거더 자체의 내진강성이 우수하고 자중을 경량화할 수 있어 상대적으로 공사비를 감소시키고 공기를 단축할 수 있다.

이상의 설명으로부터 명백하듯이, 본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

1. 헥사곤 구조체를 상용 형강으로 공장 일괄 제작이 가능해 제작기간이 단축되고 스틸박스나 일반 트러스교에 비해 자중을 경량화할 수 있어 상대적으로 공사비를 감소시키고 공기를 단축할 수 있다.

2.거더 내부에 강선을 이용해 최적화 설계를 유도할 수 있으며 성능 목표점까지 강선의 긴장력 조정으로 형고를 감소시킬 수 있으며, 설계자의 적절한 강선의 배치를 통해 응력이 집중되는 지점들의 힘들을 자유롭게 분산시켜 설계할 수 있다.

3.육각의 헥사곤 구조체는 탄소의 분자구조를 본떠 고안되었기 때문에 유리한 고유진동수를 확보할 수 있고, 구조체 자체가 갖는 강성이 우수해 내진성능 및 사장교나 아치교의 보강형으로 사용함에 있어서도 우수한 구조적 성능을 발휘할 수 있다.

4.교량이 장경간(기둥과 기둥 사이의 매우 긴 거리)화 될수록 풍하중에 의한 진동 및 좌굴과 사용하중으로 인해 급격히 증가하는 휨응력 및 축방향 응력에 취약 해지게 되는데, 이에 대한 일반공법의 해법은 상부구조의 고형고 및 트러스화 이지만, 헥사곤 공법은 트러스교와 일반 거더 공법의 유리한 점을 취합해 고안되었다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 설명하는데, 종래의 것과 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헥사곤 타입의 거더를 분리 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 사시도이고, 도 3은 본 실시예의 거더가 교대에 설치된 상태를 도시한 측면도이고, 도 4는 도 2의 평면도이고, 도 5는 도 2의 정면도이고, 도 6은 도 2의 종단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 거더는 교대와 교대 사이에 놓이는 구조체로서, 크게 제1빔부재(100), 제1빔부재(100)와 마주하는 제2빔부재(200) 및 제1빔부재(100)와 제2빔부재(200)를 연결하는 연결부재(300)로 구성하여 있다.

제1빔부재(100)는 양단측이 교대(1)에 놓이는 제1하부 빔(110)과, 제1하부 빔(110)의 위에 배치되는 제1상부 빔(130)과, 제1상부 빔(130)과 제1하부 빔(110) 사이에 설치되는 제1트러스 빔(150)으로 구성되어 있다.

제1하부 빔(110)과 제1상부 빔(130)은 교대(1)와 교대(1) 사이에 놓이는 정도의 길이를 갖는 H형강으로 구성하는 것이 바람직하다.

제1트러스 빔(150)은 제1수직형강(151), 일단은 제1수직형강(151)의 하단 양측에 경사지게 고정되고 타단은 제1하부 빔(110)의 상면에 고정되는 제1하측경사형강(153)(154)과, 일단은 제1수직형강(151)의 상단 양측에 경사지게 고정되고 타단은 제1상부 빔(130)의 하면에 고정되는 제1상측경사형강(155)(156)로 구성하여 있다.

따라서, 제1수직형강(151)은 제1하측경사형강(153)(154) 및 제1상측경사형강(155)(156)과 120도 정도로 배치되어 있다.

이러한 형태의 제1트러스 빔(150)이 길이방향을 따라 설치되면 전체적으로 헥사곤 타입으로 배열(탄소의 분자구조)되어, 별도의 콘크리트 타설 없이도 우수한 강성을 유지하는 형태를 취해 전체적으로 무게가 가볍고, 유리한 고유진동에 의한 내진성능 또한 우수하다.

마찬가지로 제2빔부재(200)는 양단측이 교대(1)에 놓이는 제2하부 빔(210)과, 제2하부 빔(210)의 위에 배치되는 제2상부 빔(230)과, 제2상부 빔(230)과 제2하부 빔(210) 사이에 설치되는 제2트러스 빔(250)으로 구성되어 있다.

또한, 제2하부 빔(210)과 제2상부 빔(230)은 교대(1)와 교대(1) 사이에 놓이는 정도의 길이를 갖는 H형강으로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 제2트러스 빔(250)은 제2수직형강(251), 일단은 제2수직형강(251)의 하단 양측에 경사지게 고정되고 타단은 제2하부 빔(210)의 상면에 고정되는 제2하측경사형강(253)(254)과, 일단은 제2수직형강(251)의 상단 양측에 경사지게 고정되고 타단은 제2상부 빔(230)의 상면에 고정되는 제2상측경사형강(255)(256)로 구성 하여 있다.

마찬가지로 제2수직형강(251)도 제2하측경사형강(253)(254) 및 제2상측경사형강(255)(256)과 120도 정도로 배치되어 있다.

연결부재(300)는 제1수직형강(151)과 제2수직형강(251)을 연결하는 중간연결부(310)와, 제1하부 빔(110)과 제2하부 빔(210)을 연결하는 하부연결부(330)와, 제1상부 빔(130)과 제2상부 빔(230)을 연결하는 상부연결부(350)로 구성되는 것이 바람직하다.

중간연결부(310)는 제1수평형강으로서 양단이 수직형강(151)(251)의 플랜지 사이로 끼워져 웨브에 접촉한 상태에서 용접 등에 의해 고정되는 것이 바람직하다.

하부연결부(330)는 제1하부 빔(110)과 제2하부 빔(210)의 플랜지 사이에 용접 고정된 하부보강판(331)(333)과 하부보강판(331)(333) 사이에 리벳 등으로 고정되는 하부수평형강(335)으로 구성하는 것이 바람직하다.

마찬가지로 상부연결부(350)는 제1상부 빔(130)과 제2상부 빔(230)의 플랜지 사이에 용접 고정된 상부보강판(351)(353)과 상부보강판(351)(353) 사이에 리벳 등으로 고정되는 상부수평형강(355)으로 구성하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 제1빔부재(100)와 제2빔부재(200)는 서로 대칭되게 마주보는 채 교대(1)에 올려지고, 하부연결부(330)와 상부연결부(350)는 상하로 대칭되는 구조를 취하는 것이 바람직하다.

또한, 헥사곤 형태로 배열되는 거더는 공장 일괄 제작이 가능해 제작기간이 단축되고, 스틸박스나 일반 트러스트교에 비해 자중을 경량화할 수 있어 상대적으 로 공사비를 감소시키고 공기를 단축할 수 있다.

한편, 거더의 폭이 좁은 경우 제1빔부재(100)만을 교대(1)에 거치하여 시공하여도 좋다.

또한, 본 실시예의 거더에는 상부 빔의 양단에 설치된 정착구를 통해 긴장재인 강연선을 긴장장치로 긴장시키면 처짐을 억제시킬 수 있음은 당업자라면 자명하다 할 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경 또는 변형하여 실시할 수 있음은 해당기술분야의 당업자라면 자명하다 할 것이다.

본 발명은 거더를 시공하는 교량 등에 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헥사곤 타입의 거더를 분리 도시한 사시도.

도 2는 도 1의 결합 사시도.

도 3은 본 실시예의 거더가 교대에 설치된 상태를 도시한 측면도.

도 4는 도 2의 평면도.

도 5는 도 2의 정면도.

도 6은 도 2의 종단면도.

도 7은 종래 거더의 사시도.

도 8은 도 1의 결합 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 교대 100 : 제1빔부재

110 : 제1하부 빔 130 : 제1상부 빔

150 : 제1트러스 빔 151 : 제1수직형강

153,154 : 제1하측경사형강 155,156 : 제1상측경사형강

200 : 제2빔부재 210 : 제2하부 빔

230 : 제2상부 빔 250 : 제2트러스 빔

251 : 제2수직형강 253,254 : 제2하측경사형강

255,256 : 제2상측경사형강 300 : 연결부재

310 : 중간연결부 330 : 하부연결부

331,333 : 하부보강판 335 : 하부수평형강

350 : 상부연결부 351,353 : 상부보강판

355 : 상부수평형강

Claims (2)

1. 양단측이 교대에 놓이는 H형강의 하부 빔;

   상기 하부 빔의 위에 배치되는 H형강의 상부 빔;

   상기 상부 빔과 상기 하부 빔 사이에 설치되는 트러스 빔을 포함하되,

   상기 트러스 빔은 상기 상부 빔과 하부 빔의 길이방향을 따라 헥사곤 형태로 배열되도록, 수직형강, 일단은 상기 수직형강의 하단 양측에 경사지게 고정되고 타단은 상기 하부 빔의 상면에 고정되는 하측경사형강과, 일단은 상기 수직형강의 상단 양측에 경사지게 고정되고 타단은 상기 상부 빔의 하면에 고정되는 상측경사형강으로 구성되는 장경간 교량용 거더.
2. 제1빔부재, 상기 제1빔부재와 마주하는 제2빔부재, 및 상기 제1빔부재와 상기 제2빔부재를 연결하는 연결부재를 포함하되,

   상기 제1빔부재는 양단측이 교대에 놓이는 H형강의 제1하부 빔과, 상기 제1하부 빔의 위에 배치되는 H형강의 제1상부 빔과, 상기 제1상부 빔과 상기 제1하부 빔 사이에 설치되는 제1트러스 빔으로 구성되고,

   상기 제2빔부재는 양단측이 교대에 놓이는 H형강의 제2하부 빔과, 상기 제2하부 빔의 위에 배치되는 H형강의 제2상부 빔과, 상기 제2상부 빔과 상기 제2하부 빔 사이에 설치되는 제2트러스 빔으로 구성되고,

   상기 제1트러스 빔과 상기 제2트러스 빔은 상기 제1,2상부 빔과 제1,2하부 빔의 길이방향을 따라 헥사곤 형태로 배열되도록,

   상기 제1트러스 빔은 제1수직형강, 일단은 상기 제1수직형강의 하단 양측에 경사지게 고정되고 타단은 상기 제1하부 빔의 상면에 고정되는 제1하측경사형강과, 일단은 상기 제1수직형강의 상단 양측에 경사지게 고정되고 타단은 상기 제1상부 빔의 하면에 고정되는 제1상측경사형강으로 구성되고,

   상기 제2트러스 빔은 제2수직형강, 일단은 상기 제2수직형강의 하단 양측에 경사지게 고정되고 타단은 상기 제2하부 빔의 상면에 고정되는 제2하측경사형강과, 일단은 상기 제2수직형강의 상단 양측에 경사지게 고정되고 타단은 상기 제2상부 빔의 상면에 고정되는 제2상측경사형강으로 구성되는 장경간 교량용 거더.

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