KR101174098B1 - 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강재 거더(10)에 대하여 프리스트레스 힘을 인가하여, 강재 거더(10)의 상부에는 인장응력을 발생시키고, 강재 거더(10)의 하부에는 압축응력을 발생시키는 프리스트레스 힘 인가단계; 프리스트레스 힘을 인가한 강재 거더(10)의 상부에 구속 콘크리트(20)를 형성하는 구속 콘크리트 형성단계; 구속 콘크리트(20)의 상부에 거푸집을 설치하고 슬래브 콘크리트(30)를 타설하는 슬래브 콘크리트 타설단계; 슬래브 콘크리트(30)의 양생 후 프리스트레스 힘을 제거하는 프리스트레스 힘 제거단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법을 제시함으로써, 강재 거더의 상부 플랜지를 구속 콘크리트로 구속하여, 프리스트레스 힘을 인가하여도 강재 거더에 유해 변형이 발생하지 않도록 한다.

Description

구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법{CONSTRUCTION METHOD FOR GIRDER USING CONFINED CONCRETE}

본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 교량의 시공 방법에 관한 것이다.

교량 시공방법으로 강재 거더에 프리스트레스 힘을 인가한 후, 강재 거더의 상부에 슬래브 콘크리트를 타설하는 공법이 개발되어 있다.

여기서, 강재 거더에 인가하는 프리스트레스 힘은 대단히 큰 힘으로서, 강재 거더에 비틀림을 포함한 유해 변형을 유발한다.

이를 방지하기 위하여 강재 거더(10)의 취약부를 보강구조(11)로 보강하거나, 강재 거더의 두께를 증가시켜야 한다(도 1).

하지만 이러한 방안은 공사비를 매우 높인다는 문제점이 있다.

강재 거더에 프리스트레스 힘을 인가하는 공법과 관련된 종래의 기술로는, 프리스트레스 철근 콘크리트 거더 및 이의 시공방법(한국특허 등록번호 10-0926969, 2009.11.17), 프리스트레스트 콘크리트 거더 제조방법(한국특허 등록번호 10-0982668, 2010.09.10)등이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 프리스트레스 힘을 인가하여도 강재 거더에 유해 변형이 발생하지 않도록 하는 구속콘크리트에 의한 교량 시공방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 강재 거더(10)에 대하여 프리스트레스 힘을 인가하여, 상기 강재 거더(10)의 상부에는 인장응력을 발생시키고, 상기 강재 거더(10)의 하부에는 압축응력을 발생시키는 프리스트레스 힘 인가단계; 상기 강재 거더(10)의 상부에 구속 콘크리트(20)를 형성하는 구속 콘크리트 형성단계; 상기 구속 콘크리트(20)의 상부에 거푸집을 설치하고 슬래브 콘크리트(30)를 타설하는 슬래브 콘크리트 타설단계; 상기 슬래브 콘크리트(30)의 양생 후 상기 프리스트레스 힘을 제거하는 프리스트레스 힘 제거단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구속콘크리트에 의한 교량 시공방법을 제시한다.

상기 구속 콘크리트 형성 단계 이후, 상기 강재 거더(10)에 대하여 2차 프리스트레스 힘을 인가하여, 상기 강재 거더(10)의 상부에는 인장응력을 발생시키고, 상기 강재 거더(10)의 하부에는 압축 응력을 발생시키는 2차 프리스트레스 힘 인가단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 프리스트레스 힘은 상기 강재 거더(10)에 작용할 사용하중에 의해 발생하는 응력과 상기 프리스트레스 힘에 의해 발생하는 응력이 실질적으로 동일하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 2차 프리스트레스 힘은 상기 프리스트레스 힘 보다 큰 것이 바람직하다.

상기 구속 콘크리트 형성단계는 상기 구속 콘크리트(20)로 현장타설 콘크리트 또는 프리캐스트 콘크리트를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 구속 콘크리트 형성단계는 상기 구속 콘크리트(20) 내에 상기 강재 거더(10)의 상부 플랜지가 매설되도록 상기 구속 콘크리트(20)를 형성하는 것이 바람직하다.

상기 슬래브 콘크리트 타설단계는 상기 슬래브 콘크리트(30) 내에 상기 구속 콘크리트(20)가 매설되도록 상기 슬래브 콘크리트(30)를 타설하는 것이 바람직하다.

상기 프리스트레스 힘 인가단계는 상기 강재 거더(10)의 하부에 길이 방향으로 간격을 두고 한 쌍의 긴장재 정착구(110)를 설치하는 단계; 긴장재(100)를 긴장하여 양단을 상기 한 쌍의 긴장재 정착구(110)에 정착하는 단계;를 포함하는 것이바람직하다.

상기 프리스트레스 힘 인가단계는 상기 한 쌍의 긴장재 정착구(110)의 내측에 긴장재 지지대(111)를 설치하는 단계; 상기 긴장재(100)를 긴장하여 양단을 상기 한 쌍의 긴장재 정착구(110)에 정착하되, 상기 긴장재(100)의 중앙부가 상기 긴장재 지지대(111)에 지지되어 절곡 배치되도록 하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 프리스트레스 힘 제거단계 이후, 상기 강재 거더(10)가 설치된 교량에 부수 구조물을 설치하는 부수 구조물 설치 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 프리스트레스 힘을 인가하여도 강재 거더에 유해 변형이 발생하지 않도록 하는 구속콘크리트에 의한 교량 시공방법을 제시한다.

도 1 이하는 본 발명에 의한 제조방법의 실시예를 도시한 것으로서,
도 1 은 종래 강재 거더의 단면도.
도 2 는 프리스트레스 힘 인가단계의 제 1 실시예의 측면도.
도 3 은 구속 콘크리트 형성단계의 측면도.
도 4 는 슬래브 콘크리트 타설 단계에 관한 측면도.
도 5 는 프리스트레스 인가 단계의 제 2 실시예의 측면도.
도 6 은 사용하중이 작용하는 강재 거더의 측면도.
도 7 은 구속 콘크리트에 의한 교량이 설치된 상태의 측면도.
도 8 은 슬래브 콘크리트가 타설된 강재 거더의 단면도.
도 9 는 슬래브 콘크리트가 타설된 강박스 거더의 단면도.
도 10 은 긴장재 설치공정의 일실시예의 측면도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 2 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 구속 콘크리트를 이용한 교량 시공방법은 프리스트레싱(Pre-Stressing) 방식에 관한 것으로서, 다음과 같은 공정에 의해 구성된다.

먼저, 강재 거더(10)에 대하여 프리스트레스 힘을 인가한다(도 2).

프리스트레스 힘으로 인하여, 강재 거더(10)의 상부에는 인장응력이 발생하고, 강재 거더(10)의 하부에는 압축응력이 발생하게 된다.

다음으로, 강재 거더(10)의 상부에 구속 콘크리트(20)를 형성한다(도 3).

종래에는 강재 거더(10)의 상부에 바로 슬래브 콘크리트(30)를 타설함으로써, 타설 중 슬래브 콘크리트(30)의 하중을 강재 거더(10)가 그대로 부담하였다.

이것은 강재 거더(10)에 비틀림을 포함한 기타 유해 변형을 유발하였다.

이를 방지하기 위하여, 강재 거더(10)의 취약부에 강재로 된 보강구조(11)를 설치하거나, 강재 거더(10)의 두께를 증가시켜야 했다(도 1).

하지만, 본 공정에서는 구속 콘크리트(20)가 강재 거더(10)의 상부 플랜지를 구속함으로써 강재 거더(10)의 상부에 슬래브 콘크리트(30)를 타설할 경우, 슬래브 콘크리트(30)의 하중을 강재 거더(10)와 구속 콘크리트(20)가 나누어 분담하게 된다.

따라서, 시공 중의 강재 거더(10)의 변형을 방지하여 구조적 안정성을 높일 수 있고, 강재 거더(10)의 강성을 증대시킨다는 효과가 있다.

또한 위에서 상술한 방지 대책이 불필요하여 경제적 비용을 절감할 수 있다.

이 상태에서 구속 콘크리트(20)의 상부에 슬래브 콘크리트(30)를 타설한다(도 4).

이 때, 프리스트레스 힘은 그대로 존속하도록 한다.

이러한 공정을 거치는 경우, 먼저 형성된 구속 콘크리트(20)가 타설된 슬래브 콘크리트(30)를 구속하므로 다음과 같은 두가지 효과를 얻을 수 있다.

먼저, 구속 콘크리트(20)의 구속력이 슬래브 콘크리트(30)의 초기 변형을 방지하여, 구조적 안정성을 높일 수 있다.

또한, 슬래브의 중량을 감소시켜 타설하는 것이 가능하기 때문에 동바리를 비롯한 기타 가시설의 절감으로 공사비용을 줄일 수 있다.

프리스트레스 힘은 슬래브 콘크리트(30)의 양생 후에 제거한다.

만약 슬래브 콘크리트(30)의 양생 전에 프리스트레스 힘을 제거할 경우, 강재 거더(10)의 탄성 회복에 의한 과도한 압축력으로, 유해한 변형이 발생하게 된다.

이를 방지하기 위하여, 프리스트레스 힘을 슬래브 콘크리트(30)의 양생 후에 제거함으로써, 구조적 내구성과 안정성을 높일 수 있다.

본 발명에 의한 구속 콘크리트에 의한 교량 시공방법은 다음과 같은 공정에 의해서도 구성될 수 있다.

강재 거더(10)에 프리스트레스 힘을 인가한 후, 강재 거더(10)의 상부에 구속 콘크리트(20)를 형성한다.

구속 콘크리트(20) 형성단계 이후에, 강재 거더(10)에 대하여 2차 프리스트레스 힘을 한번 더 인가하여, 강재 거더(10)의 상부에는 인장응력을 발생시키고, 강재 거더(10)의 하부에는 압축응력을 발생시킨다(도 5).

그 이하 단계는, 앞서 상술한 단계를 거쳐 공정을 진행한다.

프리스트레스 힘에 의하여 강재 거더(10)의 상부는 인장응력 상태가 되므로, 구속 콘크리트(20)를 형성하여 자중이 크게 발생하더라도, 압축응력이 아닌 인장응력 상태를 유지하여 강재 거더(10)의 변형을 방지할 수 있다.

2차 프리스트레스 힘을 강재 거더(10)에 인가하는 경우에는, 강재 거더(10)에 작용할 사용하중에 의해 발생하는 응력과 프리스트레스 힘, 2차 프리스트레스 힘의 합력에 의해 발생하는 응력이 실질적으로 동일하도록 인가한다(도 6).

삭제

이 때, 사용하중은 강재 거더(10)에 작용하는 활하중과 사하중을 포함하는 개념으로 정의한다.

강재 거더(10)의 상부에 사용하중이 재하되면, 강재 거더의 상부는 사용하중에 의한 압축응력과 상술한 인장응력이 동시에 작용하는 바, 사실상 무응력 상태에 접근할 수 있으므로, 강재 거더의 구조적 안정성을 증대한다는 효과가 있다.

프리스트레스 힘 및 2차 프리스트레스 힘을 인가하는 단계를 실시하는 경우, 2차 프리스트레스 힘을 프리스트레스 힘 보다 크게 인가하는 것이 바람직하다.

그 이유는, 초기에 프리스트레스 힘을 크게 인가한 상태에서 구속 콘크리트(20)를 타설할 경우, 강재 거더(10)에 유해한 변형이 발생할 수 있기 때문이다.

따라서 프리스트레스 힘은 비교적 적게 인가하고, 점진적으로 2차 프리스트레스 힘을 크게 인가하는 것이 구조적 안정성 측면에서 바람직하다.

구속 콘크리트(20)는 현장타설 콘크리트 또는 프리캐스트 콘크리트를 사용할 수 있다.

본 공정은 강재 거더(10)가 교대(1) 또는 교각(2)에 설치된 상태에서 그대로 시공할 수 있기 때문에 프리캐스트 콘크리트를 사용할 수 있는 것이다(도 7).

구속 콘크리트(20)는 구속 콘크리트(20) 내에 강재 거더(10)의 상부 플랜지가 매설되도록 형성하는 것이 바람직하다.

그 이유는, 구속 콘크리트(20) 내에 강재 거더(10)의 상부 플랜지가 완전히 매설되어 구속됨으로써, 프리스트레스 힘을 인가할 경우에 강재 거더(10)의 변형을 방지하는 보강재의 역할을 더 확실히 할 수 있기 때문이다.

그러므로 구조적 안정성 측면에서도 더 효과적이라 할 수 있다.

슬래브 콘크리트(30)는 슬래브 콘크리트(30) 내에 구속 콘크리트(20)가 매설되도록 슬래브 콘크리트(30)를 타설하는 것이 바람직하다(도 8).

이러한 구조의 장점은 슬래브 콘크리트(30) 내에 구속 콘크리트(20)가 완전히 매설되어 구속됨으로써, 슬래브 콘크리트(30)의 초기 변형을 더 확실히 방지할 수 있기 때문에 구조적 안정성을 높일 수 있다.

또한, 매설된 구속 콘크리트(20)의 중량만큼, 타설되는 슬래브 콘크리트(30)의 중량을 감소하여 타설할 수 있기 때문에 공사비용을 더 많이 줄일 수 있다는 장점이 있다.

본 발명 즉, 구속 콘크리트(20)에 의한 교량 시공방법은 강재 거더(10)뿐 아니라 강박스 거더(13)에도 동일하게 시공할 수 있다.

강박스 거더(13)를 이용할 경우, 강성 및 진동성능 증대를 도모할 수 있기 때문에 진동 및 처짐 성능이 향상된다는 장점이 있다(도 9).

프리스트레스 힘 인가단계 및 2차 프리스트레스 힘 인가단계는 다양한 방식에 의해 구현할 수 있을 것이나, 강재 거더(10)의 하부에 길이 방향으로 간격을 두고 한 쌍의 긴장재 정착구(110)를 설치하는 단계; 긴장재(100)를 긴장하여 양단을 한 쌍의 긴장재 정착구(110)에 정착하는 단계;를 포함하는 구성이 작업의 효율성 및 구조적 안정성 측면에서 바람직하다.

한 쌍의 긴장재 정착구(110)의 내측에 긴장재 지지대(111)를 설치하고, 긴장재(100)를 긴장하여 양단을 한 쌍의 긴장재 정착구(110)에 정착하되, 긴장재(100)의 중앙부가 긴장재 지지대(111)에 지지되어 절곡 배치되도록 하는 구성은, 구조역학적으로 더욱 안정적이고 견고하게 프리스트레스 힘을 재하할 수 있다는 장점이 추가된다(도 10).

프리스트레스 힘 제거단계 이후, 강재 거더(10)가 설치된 교량에 부수 구조물을 설치하는 것이 바람직하다.

부수 구조물로는 난간, 보도, 경계석 등을 사용할 수 있다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

1 : 교대 20 : 구속 콘크리트
2 : 교각 30 : 슬래브 콘크리트
3 : 스터드 100 : 긴장재
10 : 강재 거더 110 : 긴장재 정착구
11 : 보강 구조 111 : 긴장재 지지대
13 : 강박스 거더

Claims (10)

1. 강재 거더(10)에 대하여 프리스트레스 힘을 인가하여, 상기 강재 거더(10)의 상부에는 인장응력을 발생시키고, 상기 강재 거더(10)의 하부에는 압축응력을 발생시키는 프리스트레스 힘 인가단계;
   상기 강재 거더(10)의 상부에 구속 콘크리트(20)를 형성하는 구속 콘크리트 형성단계;
   상기 구속 콘크리트(20)의 상부에 거푸집을 설치하고 슬래브 콘크리트(30)를 타설하는 슬래브 콘크리트 타설단계;
   상기 슬래브 콘크리트(30)의 양생 후 상기 프리스트레스 힘을 제거하는 프리스트레스 힘 제거단계;를
   포함하는 것을 특징으로 하는 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 구속 콘크리트 형성 단계 이후,
   상기 강재 거더(10)에 대하여 2차 프리스트레스 힘을 인가하여, 상기 강재 거더(10)의 상부에는 인장응력을 발생시키고, 상기 강재 거더(10)의 하부에는 압축 응력을 발생시키는 2차 프리스트레스 힘 인가단계;를
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 프리스트레스 힘은 상기 강재 거더(10)에 작용할 사용하중에 의해 발생하는 응력과 상기 프리스트레스 힘에 의해 발생하는 응력이 실질적으로 동일하도록 하는 것을 특징으로 하는 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 2차 프리스트레스 힘은 상기 프리스트레스 힘 보다 큰 것을 특징으로 하는 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 구속 콘크리트 형성단계는
   상기 구속 콘크리트(20)로 현장타설 콘크리트 또는 프리캐스트 콘크리트를 사용하는 것을 특징으로 하는 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 구속 콘크리트 형성단계는
   상기 구속 콘크리트(20) 내에 상기 강재 거더(10)의 상부 플랜지가 매설되도록 상기 구속 콘크리트(20)를 형성하는 것을 특징으로 하는 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 슬래브 콘크리트 타설단계는
   상기 슬래브 콘크리트(30) 내에 상기 구속 콘크리트(20)가 매설되도록 상기 슬래브 콘크리트(30)를 타설하는 것을 특징으로 하는 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 프리스트레스 힘 인가단계는
   상기 강재 거더(10)의 하부에 길이 방향으로 간격을 두고 한 쌍의 긴장재 정착구(110)를 설치하는 단계;
   긴장재(100)를 긴장하여 양단을 상기 한 쌍의 긴장재 정착구(110)에 정착하는 단계;를
   포함하는 것을 특징으로 하는 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 프리스트레스 힘 인가단계는
   상기 한 쌍의 긴장재 정착구(110)의 내측에 긴장재 지지대(111)를 설치하는 단계;
   상기 긴장재(100)를 긴장하여 양단을 상기 한 쌍의 긴장재 정착구(110)에 정착하되, 상기 긴장재(100)의 중앙부가 상기 긴장재 지지대(111)에 지지되어 절곡 배치되도록 하는 단계;를
   더 포함하는 것을 특징으로 하는 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 프리스트레스 힘 제거단계 이후, 상기 강재 거더(10)가 설치된 교량에 부수 구조물을 설치하는 부수 구조물 설치 단계;를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 구속콘크리트를 이용한 교량 시공방법.

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