KR101198897B1 - 개구형 프리스트레스드 강합성 단경간 유-거더교 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

도로 이송 제한 길이를 초과하지 않는 길이로 절단된 복수 개의 강제 U-형 거더부재들을 일렬로 조립하여 강제 U-형 거더를 만들어, 단경간 거더교의 제1 교대(또는 교각)와 제2 교대(또는 교각)에 거치한다. 직립 대면하는 2매의 강제 복부판과 이의 하단을 따라 용접 연결된 강제 하부플랜지가 U-형 단면을 가지며 단경간 거더교의 경간장(L) 만큼 길게 연장되고, 그 강제 복부판 상단에는 강제 상부플랜지와 다수의 제1 전단연결재들이 연결되고, 강제 하부플랜지 상면의 가운데 일부의 프리스트레스 도입 구간에는 제2 전단연결재가 연결된다. 프리스트레스 도입 구간에 직선형 쉬스관을 길이 방향으로 배치한 다음 쉬스관과 제2 전단연결재들을 덮도록 하부 콘크리트를 타설한다. 강연선을 쉬스관에 삽입하여 긴장시킨 상태로 정착구에 고정하여 하부 콘크리트에 프리스트레스를 도입한다. 이렇게 만든 강제 U-형 거더의 상부에 상부 바닥판 콘크리트를 타설한다. 하부 콘크리트 타설과 강연선을 이용한 프리스트레스 도입을 마친 후에 강제 U-형 거더를 양 교대에 거치할 수도 있다. 또한, 가설벤트를 양 교대 사이에 설치하여 복수 개의 강제 U-형 거더부재들을 하나씩 들어 올려 공중에서 강제 U-형 거더를 조립할 수도 있다. 또한, 구멍 뚫린 강판을 강제 하부플랜지 보강용 리브와 제2전단연결재 겸용으로 채용할 수도 있다.

Description

개구형 프리스트레스드 강합성 단경간 유-거더교 및 이의 시공방법 {Top-opened and pre-stressed concrete-steel composite single span U-type girder bridge and method of constructing the same}

본 발명은 거더교와 그것을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단경간 교량에 적용되는 개구형 강합성 U-형 거더교(U-type girder bridge)의 개선된 구조와 그 시공방법에 관한 것이다.

거더교는 교량형식 중 가장 많이 쓰이고 일반적인 것으로서, 상부 슬래브에 가해지는 하중(자중과 차량 무게 등)을 버티어 주는 거더의 형태에 따라 T-형 거더교, 플레이트 거더교, 스틸박스 거더교, 강상판형 거더교, 프리스트레스드 콘크리트(pre-stressed concrete: PSC) 박스 거더교, PSC빔 거더교, U-형 거더교 등과 같이 여러 가지 종류의 거더교가 알려져 있다. 그 중 U-형 거더교는 거더의 형태가 U자 형으로 된 거더교이다. U-형 거더교에 관한 종래기술로는 대한민국 특허등록 제10-0800393호 (발명의 명칭: 강합성 콘크리트 U거더), 대한민국 특허등록 제10-0869568호 (발명의 명칭: 개구제형 강합성 콘크리트 강제 거더 및 이의 제작방법), 그리고 대한민국 특허등록 10-0881921호 (발명의 명칭: 개구제형 강합성 U거더 시공방법) 등이 알려져 있다.

교량은 사회적 환경적 조건에 최적화된 설계를 통해 교량의 구조적 효율성을 높이면서 시공 단가를 낮추고, 시공 작업의 용이성과 안전성 등의 측면에서 유리하도록 설계될 필요가 있다. U-형 거더교도 마찬가지이다. 상기 종래 특허기술들은 교량의 구조적 효율성을 확보하기 위해 프리스트레스를 도입하는 여러 가지 방안을 제안하는데, 그것의 적용대상 교량은 모두 다경간 교량이다. 교량의 구조적 효율성 향상을 위해 거더에 작용하는 휨 모멘트에 저항할 수 있는 구조로 설계하는 것이 바람직한데, 다경간 교량과 단경간 교량은 휨 모멘트의 분포가 서로 다르므로 다경간 교량용 휨 모멘트 분포 저항 구조의 설계안을 단경간 교량에 그대로 적용하는 것은 부적절하다. 단경간 교량에 적용할 U-형 거더교에 적합한 특수한 설계 요건들이 설계에 반영될 필요가 있다. 단경간 U-형 거더교에 있어서, 예컨대 프리스트레스를 어느 부위에 어느 정도의 구간에 도입하는 것이 교량의 구조적 안전성 보장과 시공단가의 경제성, 그리고 시공의 용이성과 안전성을 조화롭게 만족시킬 수 있는지에 관한 해법이 필요하다.

본 발명은 강제 U-형 거더의 하부의 적정 구간에 프리스트레스를 도입하여 부모멘트가 생기게 하여 교량 자중과 차량 하중으로 인해 생기는 정모멘트와 상쇄되도록 함으로써, 교량의 구조적 효율을 향상시키고 거더 제작에 필요한 강재량을 줄여 교량 설치비용을 낮출 수 있는 단경간용 강제 U-형 거더교를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 위와 같은 단경간용 강제 U-형 거더를 이용하여 단경간 거더교를 시공하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 단경간 거더교로서, 도로 이송 제한 길이를 초과하지 않는 길이로 절단된 복수 개의 강제 U-형 거더부재들을 볼트 연결과 용접 연결 중 적어도 어느 한 가지 방법으로 일렬로 연결하여 한 몸체로 조립된 강제 U-형 거더로서, 상기 강제 U-형 거더는 서로 대면하면서 위와 아래가 같은 간격으로 벌어져 있거나 위가 아래보다 더 넓게 벌어져 있는 2매의 강제 복부판과 상기 2매의 강제 복부판 각각의 하단을 따라 용접 연결되어 그들을 서로 연결해주는 강제 하부플랜지에 의해 U-형 단면을 형성하며 상기 단경간 거더교의 경간장(L) 만큼 길게 연장된 U-형 거더부와, 상기 2매의 강제 복부판 각각의 상단을 따라 용접 연결된 2매의 강제 상부플랜지와, 상기 2매의 강제 상부플랜지 각각의 상면에 연결되어 상방향으로 돌출 설치된 다수의 제1 전단연결재들과, 상기 강제 하부플랜지의 상면에 길이방향으로 중간의 일부 구간(프리스트레스 도입 구간)에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 제2 전단연결재들을 포함하며, 선단부와 말단부가 상기 단경간 거더교의 제1 교대(또는 교각)와 제2 교대(또는 교각)에 각각 거치되도록 설치된 강제 U-형 거더; 상기 프리스트레스 도입 구간에 길이 방향으로 배치되고 양 단부에 정착구들이 마련된 적어도 하나의 직선형 쉬스관; 상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 하부플랜지 위에 상기 쉬스관과 상기 제2 전단연결재들을 덮도록 타설되어 상기 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 도입 구간과 합성된 하부 콘크리트; 상기 쉬스관에 삽입되어 양 끝을 잡아당김에 의해 긴장된 상태가 되어 그 양 끝이 상기 정착구들에 고정되어 상기 하부 콘크리트에 프리스트레스를 도입하는 강연선 부재; 및 상기 강제 U-형 거더의 상기 상부플랜지 위와 및 그 좌우측 평면상에, 상기 제1 전단연결재를 덮도록 타설되어 상기 강제 U-형 거더의 상부 전구간과 합성된 상부 바닥판 콘크리트를 포함하는 것을 특징으로 하는 개구형 프리스트레스드 강합성 단경간 U-거더교를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 프리스트레스 도입 구간의 길이는 L/3 ~ 3L/4의 범위 내이고, 상기 프리스트레스 도입 구간의 앞뒤의 나머지 구간들은 길이가 동일하며 프리스트레스가 도입되지 않은 것이 바람직하다.

상기 강제 U-형 거더는 상기 강제 하부플랜지의 상면에 길이방향으로 용접 연결되어 상기 강제 하부플랜지를 보강하는 하나 이상의 길이방향 강제 리브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제2 전단연결재는, (i) 상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 하부플랜지의 상면의 복수의 지점에 용접 연결되어 위쪽으로 돌출 설치되어 상기 하부 콘크리트와 전단 연결된 다수의 강제 봉형 전단연결재 또는 (ii) 상기 강제 하부플랜지 상면의 상기 프리스트레스 도입구간에 하면이 용접 연결되어 위쪽으로 일정 높이를 가지며 길이방향의 가운데 부분을 따라 소정 간격으로 다수의 구멍이 마련된 강판으로서, 상기 강판은 보강용 리브 기능 외에 상기 구멍 안에 채워진 상기 하부 콘크리트와의 전단 연결을 통해 전단연결재 기능도 함께 갖는 구멍 뚫린 강판 전단연결재일 수 있다.

상기 하부 콘크리트는, 상기 제2 전단연결재와 교차되게 조립된 철근부재; 및 상기 쉬스관, 상기 제2 전단연결재, 상기 철근부재를 덮도록 상기 강제 하부플랜지 위에 타설되어 상기 강제 하부플랜지와 합성된 40~100MPa의 압축강도를 갖는 고강도 콘크리트를 포함한 구성으로 만들 수 있다.

상기 하부 콘크리트는, 압축강도가 100MPa 이상이며, 철근의 배근 없이 상기 쉬스관과 상기 제2 전단연결재를 덮도록 상기 강제 하부플랜지 위에 타설되어 상기 강제 하부플랜지와 합성된 초고강도 콘크리트로 만들 수도 있다.

상기 강제 복부판은 굴곡이 없는 평판형 강판으로 만드는 것이 바람직하다.

상기 강연선 부재는 직선형으로 긴장된 상태를 유지하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 목적에 따르면, 단경간 거더교를 시공하는 첫 번째 방법으로서, 도로 이송 제한 길이를 초과하지 않는 길이로 절단된 복수 개의 강제 U-형 거더부재들을 지상에서 볼트 연결과 용접 연결 중 적어도 어느 한 가지 방법으로 일렬로 연결하여 한 몸체가 된 강제 U-형 거더를 조립하는 단계로서, 상기 강제 U-형 거더는 서로 대면하면서 위와 아래가 같은 간격으로 벌어져 있거나 위가 아래보다 더 넓게 벌어져 있는 2매의 강제 복부판과 상기 2매의 강제 복부판 각각의 하단을 따라 용접 연결되어 그들을 서로 연결해주는 강제 하부플랜지에 의해 U-형 단면을 형성하며 상기 단경간 거더교의 경간장(L) 만큼 길게 연장된 U-형 거더부와, 상기 2매의 강제 복부판 각각의 상단을 따라 용접 연결된 2매의 강제 상부플랜지와, 상기 2매의 강제 상부플랜지 각각의 상면에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 다수의 제1 전단연결재들과, 상기 강제 하부플랜지의 상면에 길이방향으로 중간의 일부 구간(이하 '프리스트레스 도입 구간'이라 함)에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 제2 전단연결재들을 포함하는, 제1-1 단계; 크레인으로 상기 강제 U-형 거더를 들어 올려 상기 강제 U-형 거더의 선단부와 말단부를 상기 단경간 거더교의 시점에 설치된 제1 교대(또는 교각)와 종점에 설치된 제2 교대(또는 교각)에 각각 거치하여 고정하는 제1-2단계; 상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 하부플랜지 위에 적어도 하나의 직선형 쉬스관을 길이방향으로 배치하고 그 양단부에 정착구를 설치하고, 상기 제2 전단연결재, 상기 정착구와 상기 쉬스관을 덮도록 상기 강제 하부플랜지 위에 하부 콘크리트를 타설하여 상기 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 도입 구간을 상기 하부 콘크리트와 1차 합성하는 제1-3단계; 상기 정착구를 통해 상기 쉬스관에 강연선을 삽입하여 양 끝을 당겨 긴장시킨 상태로 상기 정착구에 고정시킴으로써 상기 프리스트레스 도입구간에 프리스트레스를 도입하는 제1-4단계; 및 상기 강제 U-형 거더의 상기 상부플랜지 상부 및 그 좌우측에 상기 제1 전달연결재들과 교차하도록 철근을 조립한 후 상부 바닥판 콘크리트를 타설하여 양생함으로써 상기 강제 U-형 거더를 상기 상부 바닥판 콘크리트와 2차 합성하는 제1-5단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 개구형 프리스트레스드 강합성 단경간 U-거더교 시공방법이 제공된다.

단경간 거더교를 시공하는 두 번째 방법으로서, 도로 이송 제한 길이를 초과하지 않는 길이로 절단된 복수 개의 강제 U-형 거더부재들을 지상에서 볼트 연결과 용접 연결 중 적어도 어느 한 가지 방법으로 일렬로 연결하여 한 몸체가 된 강제 U-형 거더를 조립하는 단계로서, 상기 강제 U-형 거더는 서로 대면하면서 위와 아래가 같은 간격으로 벌어져 있거나 위가 아래보다 더 넓게 벌어져 있는 2매의 강제 복부판과 상기 2매의 강제 복부판 각각의 하단을 따라 용접 연결되어 그들을 서로 연결해주는 강제 하부플랜지에 의해 U-형 단면을 형성하며 상기 단경간 거더교의 경간장(L) 만큼 길게 연장된 U-형 거더부와, 상기 2매의 강제 복부판 각각의 상단을 따라 용접 연결된 2매의 강제 상부플랜지와, 상기 2매의 강제 상부플랜지 각각의 상면에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 다수의 제1 전단연결재들과, 상기 강제 하부플랜지의 상면에 길이방향으로 중간의 일부 구간(이하 '프리스트레스 도입 구간'이라 함)에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 제2 전단연결재들을 포함하는, 제2-1 단계; 복수의 강재 또는 목재로 된 가받침블럭을 설치하고 그 위에 조립된 상기 강제 U-형 거더를 설치한 상태에서, 상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 하부플랜지 위에 적어도 하나의 직선형 쉬스관을 길이방향으로 배치하고 그 양단부에 정착구를 설치하고, 상기 제2 전단연결재, 상기 정착구와 상기 쉬스관을 덮도록 상기 강제 하부플랜지 위에 하부 콘크리트를 타설하여 상기 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 도입 구간을 상기 하부 콘크리트와 1차 합성하는 제2-2단계; 상기 정착구를 통해 상기 쉬스관에 강연선을 삽입하여 양 끝을 당겨 긴장시킨 상태로 상기 정착구에 고정시킴으로써 상기 프리스트레스 도입구간에 프리스트레스를 도입하는 제2-3단계; 1차 합성 및 프리스트레스 도입이 완료된 상기 강제 U-형 거더를 크레인으로 들어 올려 상기 강제 U-형 거더의 선단부와 말단부를 상기 단경간 거더교의 시점에 설치된 제1 교대(또는 교각)와 종점에 설치된 제2 교대(또는 교각)에 각각 거치하여 고정하는 제2-4단계; 및 상기 강제 U-형 거더의 상기 상부플랜지 상부 및 그 좌우측에 상기 제1 전달연결재들과 교차하도록 철근을 조립한 후 상부 바닥판 콘크리트를 타설하여 양생함으로써 상기 강제 U-형 거더를 상기 상부 바닥판 콘크리트와 2차 합성하는 제2-5단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 개구형 프리스트레스드 강합성 단경간 U-거더교 시공방법이 제공된다.

단경간 거더교를 시공하는 세 번째 방법으로서, 적어도 하나의 가설벤트를 상기 단경간 거더교의 양 교대 사이에 설치하는 제3-1단계; 도로 이송 제한 길이를 초과하지 않는 길이로 절단된 복수 개의 강제 U-형 거더부재들을 하나씩 크레인으로 들어 올려 상기 양 교대와 상기 가설벤트 위에 거치하여 공중에서 볼트 연결과 용접 연결 중 적어도 어느 한 가지 방법으로 일렬로 연결하여 한 몸체가 된 상기 강제 U-형 거더를 조립하는, 상기 강제 U-형 거더는 서로 대면하면서 위와 아래가 같은 간격으로 벌어져 있거나 위가 아래보다 더 넓게 벌어져 있는 2매의 강제 복부판과 상기 2매의 강제 복부판 각각의 하단을 따라 용접 연결되어 그들을 서로 연결해주는 강제 하부플랜지에 의해 U-형 단면을 형성하며 상기 단경간 거더교의 경간장(L) 만큼 길게 연장된 U-형 거더부와, 상기 2매의 강제 복부판 각각의 상단을 따라 용접 연결된 2매의 강제 상부플랜지와, 상기 2매의 강제 상부플랜지 각각의 상면에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 다수의 제1 전단연결재들과, 상기 강제 하부플랜지의 상면에 길이방향으로 중간의 일부 구간(이하 '프리스트레스 도입 구간'이라 함)에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 제2 전단연결재들을 포함하는, 제3-2단계; 상기 양 교대와 상기 가설벤트 위에 거치된 상기 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 하부플랜지 위에 적어도 하나의 직선형 쉬스관을 길이방향으로 배치하고 그 양단부에 정착구를 설치하고, 상기 제2 전단연결재, 상기 정착구와 상기 쉬스관을 덮도록 상기 강제 하부플랜지 위에 하부 콘크리트를 타설하여 상기 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 도입 구간을 상기 하부 콘크리트와 1차 합성하는 제3-3단계; 상기 정착구를 통해 상기 쉬스관에 강연선을 삽입하여 양 끝을 당겨 긴장시킨 상태로 상기 정착구에 고정시킴으로써 상기 프리스트레스 도입구간에 프리스트레스를 도입하는 제3-4단계; 상기 강제 U-형 거더의 선단부와 말단부를 상기 단경간 거더교의 시점에 설치된 제1 교대(또는 교각)와 종점에 설치된 제2 교대(또는 교각)에 고정하는 제3-5단계; 및 상기 강제 U-형 거더의 상기 상부플랜지 상부 및 그 좌우측에 상기 제1 전달연결재들과 교차하도록 철근을 조립한 후 상부 바닥판 콘크리트를 타설하여 양생함으로써 상기 강제 U-형 거더를 상기 상부 바닥판 콘크리트와 2차 합성하는 제3-6단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 개구형 프리스트레스드 강합성 단경간 U-거더교 시공방법이 제공된다.

상기 세 가지 시공방법 중 어느 하나에 있어서, 상기 프리스트레스 도입 구간의 길이는 L/3 ~ 3L/4의 범위 내이고, 상기 프리스트레스 도입 구간의 앞뒤의 나머지 구간들은 길이가 동일하며 프리스트레스가 도입되지 않은 것이 바람직하다.

상기 세 가지 시공방법 중 어느 하나에 있어서, 상기 강제 U-형 거더는 상기 강제 하부플랜지의 상면에 길이방향으로 용접 연결되어 상기 강제 하부플랜지를 보강하는 하나 이상의 길이방향 강제 리브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 세 가지 시공방법 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 전단연결재는 (i) 상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 하부플랜지의 상면의 복수의 지점에 용접 연결되어 위쪽으로 돌출 설치되어 상기 하부 콘크리트와 전단 연결된 다수의 강제 봉형 전단연결재 또는 (ii) 상기 강제 하부플랜지 상면의 상기 프리스트레스 도입구간에 하면이 용접 연결되어 위쪽으로 일정 높이를 가지며 길이방향의 가운데 부분을 따라 소정 간격으로 다수의 구멍이 마련된 강판으로서, 상기 강판은 보강용 리브 기능 외에 상기 구멍 안에 채워진 상기 하부 콘크리트와의 전단 연결을 통해 전단연결재 기능도 함께 갖는 구멍 뚫린 강판 전단연결재일 수 있다.

상기 세 가지 시공방법 중 어느 하나에 있어서, 상기 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 구간과 상기 하부 콘크리트 간의 1차 합성은, 철근을 상기 제2 전단연결재와 교차되게 조립하는 단계; 상기 쉬스관을 상기 철근에 포위되도록 배치하고 그 양 끝에 상기 정착구를 배치하는 단계; 40~100MPa의 압축강도를 갖는 고강도 콘크리트를 상기 제2 전단연결재, 상기 쉬스관, 상기 철근부재, 상기 정착구를 덮도록 상기 강제 하부플랜지 위에 타설하는 단계; 상기 고강도 콘크리트를 양생하여 상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 U-형 거더와 1차 합성하는 단계의 수행에 의해 이루어질 수 있다.

상기 세 가지 시공방법 중 어느 하나에 있어서, 상기 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 구간과 상기 하부 콘크리트 간의 1차 합성은, 압축강도가 100MPa 이상인 초고강도 콘크리트를 철근 배근 없이 상기 쉬스관과 상기 정착구, 그리고 상기 제2 전단연결재를 덮도록 상기 강제 하부플랜지 위에 타설하는 단계; 및 상기 초고강도 콘크리트를 양생하여 상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 U-형 거더와 1차 합성하는 단계를 수행하는 것에 의해 이루어질 수도 있다.

상기 세 가지 시공방법 중 어느 하나에 있어서, 상기 강제 복부판은 굴곡이 없는 평판형 강판으로 제작하는 것이 바람직하다.

강제 U-형 거더의 하부의 일부 구간에 콘크리트 타설과 강연선을 이용한 프리스트레스를 도입하여 거더의 강도를 보강하면서 교량 하중에 의한 정모멘트를 상쇄하는 부모멘트를 인위적으로 걸어줌으로써, U-형 거더 제작에 소요되는 강재량을 현저히 줄일 수 있고 교량의 구조적 효율을 향상시켜줄 뿐만 아니라 시공도 간단하여 교량 건설비를 최소한 20% 정도 절감할 수 있다.

프리스트레스 도입용 강선을 직선으로 배치하여 마찰이 작아 긴장의 효율성이 우수하고, 강연선의 길이도 매우 짧아 경제적이다.

또한, 종방향 리브 기능과 전단연결재 기능을 겸비하는 구멍 뚫린 전단연결재를 채용하는 경우에는 용접량이 줄어 경제적이고, 고온의 용접열에 의한 재료의 강성 저하를 최소화할 수 있으면서도, 전단연결 효과 또한 우수하다.

나아가, 프리스트레스 도입 구간의 하부플랜지에 1차 합성 및 프리스트레스 도입을 위해 고강도나 초고강도 콘크리트를 사용하면 콘크리트의 강성이 증가하고 중량을 감소시켜 구조적으로 유리하다. 그리고 초고강도 강섬유보강 콘크리트를 적용하는 경우에는 철근 배근이 불필요하므로 작업의 경제성이 더욱 높아진다.

도 1 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단경간용 개구형 프리스트레스드 강합성 U-형 거더교의 시공방법을 나타낸 도면으로서,
도 1은 본 발명의 제1 실시예 따른 강제 U-형 거더의 측면도이고,
도 2의 (a)는 도 1의 절단선 A-A와 C-C에서 본 단면도이고, (b)는 그것의 사시도이며,
도 3의 (a)는 도 1의 절단선 B-B에서 본 단면도이고, (b)는 그것의 사시도이며,
도 4는 양쪽 교대 위에 도 1에 도시된 강제 U-형 거더를 거치한 상태를 도시하는 측면도이고,
도 5는 강제 U-형 거더의 중앙부 부재에 고강도 하부 콘크리트를 타설하고 강연선으로 긴장시켜 합성한 상태를 도시하는 측면도이고,
도 6의 (a)와 (b)는 도 5의 절단선 D-D에서 본 단면도와 그 절단선 D-D 부근의 일부 구간의 사시도이고,
도 7은 강제 U-형 거더 상부에 바닥판 콘크리트를 타설하여 2차 합성한 상태를 도시한 측면도이며,
도 8은 도 7의 절단선 E-E와 G-G에서 본 단면도이고,
도 9는 도 7의 절단선 F-F에서 본 단면도이며,
도 10 내지 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단경간용 개구형 프리스트레스드 강합성 U-형 거더교의 시공방법을 나타낸 도면으로서,
도 10은 육상에서 강제 U-형 거더를 제작하는 상태를 나타낸 측면도이고,
도 11은 육상에서 강제 U-형 거더의 중앙부 부재에 고강도 하부 콘크리트를 타설하고 강연선으로 긴장시켜 1차 합성한 상태를 도시하는 측면도이고,
도 12는 1차 합성된 강제 U-형 거더를 양쪽 교대에 거치한 상태를 나타내며,
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 단경간용 개구형 프리스트레스드 강합성 U-형 거더교의 시공방법을 나타낸 도면으로서, 가설 벤트를 사용하여 1차 합성된 강제 U-형 거더를 공중에서 제작하는 것을 도시하며,
도 14의 (a)와 (b)는 강제 U-형 거더의 중앙부 부재에 구멍 뚫린 강판을 전단연결재와 길이방향 리브의 대용으로 채용한 경우와 그 구멍 뚫린 강판에 철근을 교차 배근하여 하부 콘크리트를 타설한 상태를 각각 도시하며,
도 15는 초고강도 콘크리트를 강제 U-형 거더의 중앙부 부재의 하부 콘크리트로 사용한 경우를 도시한다.
도 16은 강제 U-형 거더교에 가해지는 인장응력과 압축응력을 설명하기 위한 도면이다.
도 17의 (a) 내지 (c)는 프리스트레스 도입 범위를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

단경간 교량의 구조 역학적 특징은 양쪽 교대 사이의 교량 전 구간에 하향 처짐을 유발하는 정모멘트가 걸린다. 그 정모멘트에 의해 교량의 상부에는 압축력이 작용하고 하부에는 인장력이 작용한다. U-형 거더교를 만듦에 있어서, 강제 U-형 거더만으로 교량에 가해지는 하중(자중과 차량과 사람 등의 무게의 합)을 견디도록 하기 위해서는 두께가 두꺼운 강재를 사용해야 하고 강도 보강을 위한 보조적 부재도 많이 사용해야 한다. 그러므로 교량 설치비용이 높고 시공도 까다로워진다.

본 발명은 이런 점을 고려하여, 정모멘트가 크게 걸리는 강제 U-형 거더의 일부 구간의 하부의 안쪽 바닥에 콘크리트를 타설하고 강선으로 당겨 미리 긴장시켜 거더의 강도를 보강한다. 이에 의해 U-형 거더교는 하부가 압축되고 상부는 인장되어 부모멘트가 걸린다. 이러한 프리스트레스의 도입에 의한 부모멘트는 U-형 거더교의 하중에 의한 정모멘트와 상쇄되어 교량의 구조적 효율이 향상된다. 이 방법에 의하면 강제 U-형 거더 제작에 소요되는 강재량을 현저히 줄일 수 있어 공사비를 대폭 절감할 수 있다.

본 발명에 따른 U-형 거더교의 시공방법은 다음과 같이 몇 가지 실시예가 있다.

(1) 제1 실시예

먼저, 도 1에 도시된 것과 같은 강제 U-형 거더(10)를 제작한다. 강제 U-형 거더(10)는 교량 설치 현장에서 제작하기 보다는 공장에서 미리 제작하는 것이 효율적이다. 단경간 교량의 경우 경간장은 일반적으로 25-60미터 정도이다. 그런데 법규상 구조물을 도로를 통해 이송할 때에는 그 크기가 도로 이송 제한 길이인 15미터를 넘지 않아야 하는 제약이 있다. 그러므로 강제 U-형 거더(10)를 공장에서 제작하는 경우, 그것을 교량 설치 현장까지 이송을 위해 15미터 이하의 크기를 갖는 복수 개의 부재로 절단하여야 한다. 예를 들어 만약 경간장이 45미터를 초과하고 60미터를 넘지 않는 경우에는 적어도 4 부분으로 절단하면 될 것이다.

이하의 설명에서는 강제 U-형 거더(10)를 제1 지점부 부재(100a), 제2 지점부 부재(100b) 그리고 중앙부 부재(200) 이렇게 세 개의 부재로 절단하여 이송하는 경우를 예로 한다. 그리고 이하의 설명에서 편의상 프리스트레스를 도입하는 구간을 중앙부 부재(200)의 전체 길이와 같은 경우를 예로 하고 있지만, 실제로는 프리스트레스 도입구간은 중앙부 부재(200)의 전체 길이와 반드시 일치할 필요는 없음에 유의할 필요가 있다. 나중에 보다 자세히 설명하겠지만, 프리스트레스 도입 구간은 강제 U-형 거더(10)의 절단 구간과는 아무런 상관이 없이 구조적 효율성과 안전성 등을 고려한 계산을 통해 결정된다. 그러므로 프리스트레스 도입 구간은 중앙부 부재(200)의 전체 길이보다 짧은 구간 또는 중앙부 부재(200) 전 구간과 제1 및 제2 지점부 부재(100a, 100b)의 일부 구간을 합친 구간이 될 수도 있다.

프리스트레스 비도입구간에 설치되는 부재 즉, 제1 지점부 부재(100a)와 제2 지점부 부재(100b)는 동일한 구성요소들을 포함하는 동일 구조로 만드는 반면, 프리스트레스를 도입하는 구간인 중앙부 부재(200)는 제1 및 제2 지점부 부재(100a, 100b)의 구성요소들 외에도 프리스트레스를 도입하기 위한 구성요소들을 더 포함한다. 구체적으로, 도 2와 3에 도시된 바와 같이, 제1 지점부 부재(100a)와 제2 지점부 부재(100b) 각각은, 위와 아래가 같은 간격으로 벌어져 있거나 위가 아래보다 더 넓게 벌어져 있는 2매의 강제 복부판(110a, 110b)과, 그 2매의 강제 복부판(110a, 110b)의 상단에 용접 연결된 2매의 강제 상부플랜지(120a, 120b)와, 그 2매의 강제 상부플랜지(120a, 120b) 각각의 상면에 결합되어 위쪽으로 돌출 설치된 다수의 제1 전단연결재(122a, 122b)와, 그 2매의 강제 복부판(110a, 110b) 하단에 결합되어 그들을 서로 연결해주는 1매의 강제 하부플랜지(130)를 포함한다. 중앙부 부재(200)는 위와 동일한 구조로 된 2매의 강제 복부판(210a, 210b), 2매의 강제 상부플랜지(220a, 220b), 다수의 제1 전단연결재(222a, 222b), 그리고 1매의 강제 하부플랜지(230)를 갖되, 프리스트레스 도입용 콘크리트와 강제 하부플랜지(230)를 결합시켜주기 위해 그 강제 하부플랜지(230)의 상면에 결합되어 위쪽으로 돌출 설치된 제2 전단연결재(232)를 더 갖는다. 그리고 제1 및 제2 지점부 부재(100a, 100b), 그리고 중앙부 부재(200) 각각은 교량의 크기에 따라 필요한 경우, 강제 하부플랜지(130, 230)의 상면에 선단부에서 말단부까지 길이방향으로 길게 연결되어 그 강제 하부플랜지를 보강하는 하나 이상의 길이방향 리브(234)를 더 포함할 수도 있다. 제1 전단연결재(122a, 122b, 222a, 222b)와 제2 전단연결재(232)는 일반적으로 널리 사용하는 강제 봉형 전단연결재이다. 강제 상부플랜지(120a, 120b, 220a, 220b) 및 강제 하부플랜지(130, 230)는 물론이거니와 상기 강제 복부판(110a, 110b, 210a, 210b)들도 파형 강판이 아닌 평판형 강판을 사용하는 것이 바람직하다. 강제 복부판(110a, 110b, 210a, 210b)들을 평판형 강판으로 만들면 상하부에 용접 연결되는 강제 상부플랜지(120a, 120b, 220a, 220b) 및 강제 하부플랜지(130, 230)와의 용접 접합이 용이한데 비해, 파형 강판으로 만들면 그러한 용접 접합이 불리하고 강판 면적 및 용접장의 증가로 비경제적이다.

이들 세 부재(100a, 100b, 200)는 전방에서 보면 U자형 단면 모양을 가진다. U자형 단면의 사이즈는 동일하다. 세 부재(100a, 100b, 200)의 길이는 같거나 다를 수 있다. 이들 부재의 길이는 이송가능 길이인 15미터 이내에서 적절히 결정하면 된다. 경간 중앙지점을 기준으로 양쪽으로 대칭이 이루어지는 것이 좋으므로 제1 및 제2 지점부 부재(100a, 100b)는 길이를 같게 하는 것이 바람직하다.

공장에서 제작된 이들 세 부재(100a, 100b, 200)를 교량 설치 현장으로 이송한 다음, 그 현장에서는 다시 이들을 연결한다. 즉, 제1 지점부 부재(100a)의 말단부와 중앙부 부재(200)의 선단부 끼리 그리고 중앙부 부재(200)의 말단부와 제2 지점부 부재(100b)의 선단부 끼리를 볼트 연결과 용접 연결(30a, 30b) 중 적어도 어느 한 가지 방법으로 일렬로 연결한다. 이에 의해, 콘크리트와 합성되지 않은 상태의 비합성 강제 U-형 거더(10)가 조립된다.

그렇게 조립된 강제 U-형 거더(10)를 크레인(비도시)을 이용하여 들어 올려 도 4에 도시된 것처럼 그 강제 U-형 거더(10)의 시점과 종점을 교량의 양쪽 교대(20a, 20b)에 거치하여 설치한다. 이러한 설치에 앞서 교대(20a, 20b) 위에는 교좌장치(22a, 22b)를 설치한다. 그리고 그 교좌장치(22a, 22b) 위에 강제 U-형 거더(10)의 시점과 종점을 거치하여 설치한다.

이렇게 강제 U-형 거더(10)의 거치가 끝나면 도 5와 6에 도시된 것처럼, 프리스트레스를 강제 U-형 거더(10)의 하부 일부 구간에 프리스트레스를 도입한다. 이를 위해 먼저, 프리스트레스 도입구간인 강제 U-형 거더(10)의 중앙부 부재(200) 전 구간의 하부플랜지(230) 위에 철근(240)을 제2 전단연결재(232)들과 교차하도록 폭방향과 길이방향으로 배근하여 설치한다. 철근(240)은 리브(234)를 관통하여 서로 교차되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 리브(234)에는 철근(240) 관통용 구멍이 형성되는데, 이 구멍은 후술할 구멍 뚫린 강판(280)의 구멍(282)과 달리 그 크기가 철근(240)이 겨우 관통할 정도로 만든다. 철근 배근 작업을 하면서 그 철근(240) 속에 적어도 하나의 직선형 쉬스관(250)을 중앙부 부재(230)의 선단부에서 말단부까지 길이방향으로 배치하고 그 양 단부에 정착구(255a, 255b)를 설치한다.

그런 다음, 강제 하부플랜지(230) 위에 제2 전단연결재(232)와 철근(240)을 덮는 충분한 두께로 하부 콘크리트(270)를 타설하여 양생한다. 하부 콘크리트(270)용으로는 압축 강도가 40~100MPa인 고강도 콘크리트를 사용하는 것이 바람직하다. 하부 콘크리트(270)의 양생이 완료되면, 정착구(255a, 255b)를 통해 강연선(260)을 쉬스관(250) 내부로 삽입한 후 그 강연선(260)의 양 끝을 잡아당겨 긴장시켜 정착구(255a, 255b)에 고정시킨다. 이에 의해 중앙부 부재(200)와 하부 콘크리트(270)간의 1차 합성을 이루어지고, 이를 통해 중앙부 부재(200) 전 구간에 프리스트레스가 도입된다. 그 결과 중앙부 부재(200)에는 부모멘트가 생겨 상부는 늘어나고 하부는 줄어들어 가운데 부분이 볼록한 휨 상태가 된다. 여기서, 쉬스관(250)을 곡선형이 아닌 직선형으로 하는 이유는 강연선(260)을 직선으로 배치하기 위함이다. 강연선(260)을 직선 배치로 하면 마찰이 작아 긴장의 효율성이 우수하고 강연선(260)의 길이도 짧게 할 수 있어 매우 경제적이기 때문이다.

마지막으로, 도 7 내지 도 9에 도시된 것처럼, 강제 U-형 거더(10)의 상부 전 구간에 걸쳐 바닥판 콘크리트(300)를 타설하여 거더(10)와 합성시킨다. 즉, 일렬로 연결된 제1 및 제2 지점부 부재(100a, 100b)와 중앙부 부재(200)의 상부플랜지 상부(120a, 120b, 220a, 220b) 및 그 좌우측에 제1 전단연결재(122a, 122b, 222a, 222b)들과 교차하도록 철근(비도시)을 조립한 후 콘크리트를 타설하여 상부 바닥판 콘크리트(300)를 양생한다. 이로써 제1 및 제2 지점부 부재(100a, 100b)와 중앙부 부재(200)는 상부 바닥판 콘크리트(300)와 2차 합성된다.

위와 같이 하부 콘크리트(270)와 1차 합성된 중앙부 부재(200)는 긴장상태에 있는 강연선(260)에 의해 하부 콘크리트(270)가 압축되면서 위쪽으로 휨 모멘트(부 모멘트)를 받게 된다. 이 프리스트레스 도입 구간에 생긴 부 모멘트는 교량의 상부 바닥판 콘크리트(300)에 걸리는 차량 하중과 교량 자중에 의해 아래쪽으로 처지려는 정 모멘트에 저항하여 상쇄된다. 강연선(260)은 상부 바닥판 콘크리트(300) 위에 하중이 많이 걸리더라도 하부 콘크리트(270)의 과도한 인장을 막아주어, 구조적으로 매우 안전한 상태를 유지해준다. 그 결과, 강제 U-형 거더(10)의 강제 복부판(110a, 110b, 210a, 210b), 강제 상부플랜지(120a, 120b, 220a, 220b), 강제 하부플랜지(130, 230) 등과 같이 하중을 견뎌내는 강제 구성요소들의 두께를 프리스트레스를 도입하지 않는 경우에 비해 크게 얇게 할 수 있는 장점이 있다.

프리스트레스 구간의 상부 바닥판 콘크리트(300)는 시공 시에는 부 모멘트가 최대로 크게 걸린 상태의 U-형 거더(10) 위에 설치되므로, 교량 완공 후에는 차량 하중의 증가에 따라 언제나 정 모멘트가 걸려 압축응력을 받게 된다. 상부 바닥판 콘크리트(300)에 가해지는 이런 응력조건은 압축에는 강하나 인장에는 약한 콘크리트의 물성과 조화를 잘 이루어, 상부 바닥판 콘크리트(300)의 수명 연장에 도움을 준다.

(2) 제2 실시예

제1 실시예에 따른 시공방법은 강제 U-형 거더(10)를 조립하는 것만 육상에서 수행하고, 하부 콘크리트(270)의 1차 합성과 프리스트레스 도입 그리고 상부 바닥판 콘크리트(300)의 2차 합성과 같은 나머지 공정은 크레인을 이용하여 강제 U-형 거더(10)를 교대(20a, 20b)에 설치한 후에 수행한다. 이하에서 설명할 제2 실시예는 강제 U-형 거더(10)의 조립뿐만 아니라 하부 콘크리트(270)의 1차 합성과 프리스트레스 도입 공정까지 육상에서 수행하고, 상부 바닥판 콘크리트(300) 타설을 통한 2차 합성은 그 1차 합성된 U-형 거더(10)를 교대(20a, 20b)에 설치한 후에 공중에서 수행하는 점에서 제1 실시예와 다르다.

구체적으로 설명한다. 먼저, 도 10에 도시된 것처럼 교량 현장으로 이송된 제1 및 제2 지점부 부재(100a, 100b)와 중앙부 부재(200)를 일렬로 연결하여 강제 U-형 거더(10)를 조립한다. 그런 다음, 강제 U-형 거더(10)의 시점부에서 종점부까지 여러 개소에 목재 또는 강재로 된 가받침블록(40)들을 설치하고, 그 위에 상기 강제 U-형 거더(10)를 거치한다.

그렇게 거치한 상태에서, 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 실시예와 같은 방법으로 프리스트레스 도입 구간인 중앙부 부재(200)의 하부플랜지(230) 위에 철근(240)을 배근하면서 그 안에 직선형 쉬스관(250)을 묻고 하부 콘크리트(270)를 타설하여 양생하여 그 프리스트레스 도입 구간과 1차 합성을 한 다음, 강연선(260)을 쉬스관(250)에 삽입하여 긴장시켜 그 구간에 프리스트레스를 도입한다.

이렇게 하부 플랜지(230)와 하부 콘크리트(270) 간의 1차 합성과 프리스트레스 도입 후, 그 강제 U-형 거더(10)를 크레인을 이용하여 교량의 교대(20a, 20b) 위에 설치하고(도 12 참조), 제1 실시예와 같은 방법으로 바닥판 콘크리트(300)를 타설하는 등의 후속 공정을 수행하여 거더교 설치를 완료한다.

(3) 제3 실시예

교대(20a)와 교대(20b) 간의 간격이 긴 경우에는 강제 U-형 거더(10)도 그에 맞게 크고 길게 제작되어야 한다. 그 경우, 제1 및 제2 지점부 부재(100a)와 중앙부 부재(200)를 조립한 강제 U-형 거더(10)는 중량이 무거우므로 큰 용량의 크레인을 필요로 하게 된다. 크레인 용량을 줄일 필요가 있는 경우에는 각 부재(100a, 200, 100b)를 하나씩 들어 올려 공중에서 조립하는 것이 바람직한데, 제3 실시예는 그런 상황에서의 시공방법이다.

구체적으로, 도 13에 도시된 것처럼, 교대(20a)로부터 대략 제1 지점부 부재(100a)의 길이만큼 떨어진 지점에 교대(20a) 위의 교좌장치(22a)와 같은 높이의 가설벤트(50)를 설치한 다음, 크레인으로 제1 지점부 부재(100a)를 들어 올려 그 교좌장치(22a)와 제1 가설벤트(50a) 위에 거치하고 제1 지점부 부재(100a)의 선단부를 교좌장치(22a)와 결합한다.

제2 가설벤트(50b)를 제1 가설벤트(50a)로부터 중앙부 부재(200)의 길이만큼 이격된 지점에 설치한 다음, 중앙부 부재(200)를 크레인으로 들어 올려 제1 가설벤트(50a)와 제2 가설벤트(50b) 위에 거치한다. 그리고 제1 지점부 부재(100a)의 말단부와 중앙부 부재(200)의 선단부를 볼트 연결과 용접 연결 중 적어도 어느 한 가지 방법으로 연결한다.

계속해서, 제2 지점부 부재(100b)를 들어 올려 제2 가설벤트(50b)와 교대(20b) 위의 교좌장치(22b) 위에 거치하고, 중앙부 부재(200)의 말단부와 제2 지점부 부재(100b)의 선단부를 볼트 연결과 용접 연결 중 적어도 어느 한 가지 방법으로 연결한다. 또한, 제2 지점부 부재(100b)의 말단부를 교좌장치(22b)와 결합한다.

이러한 작업이 완료되면, 제1 실시예의 도 4와 같은 상태와 같게 된다. 이후의 공정은 제1 실시예와 마찬가지로, 프리스트레스 도입 구간의 하부 플랜지(230) 상면에 철근(240)의 배근과 쉬스관(250)의 설치, 하부 콘크리트(270)의 타설 및 양생, 그리고 강연선(260)을 쉬스관(250)에 삽입한 후 긴장시켜 양끝을 정착구(255a, 255b)에 고정하여 프리스트레스를 도입하는 등의 작업을 수행한다. 계속해서 상부 바닥판 콘크리트(300)를 강제 U-형 거더의 상부에 타설하여 강제 U-형 거더교를 완성한다.

(4) 프리스트레스 도입구간의 구조 변형예

앞에서 도 3에 도시한 프리스트레스 도입구간 즉, 중앙부 부재(200)는 하부 플랜지(230) 상면에 다수의 제2 전단연결재(232)와 길이방향 리브(234)가 설치된다. 이 제2 전단연결재(232)와 길이방향 리브(234)를 도 14의 (a)에 도시된 것처럼 구멍 뚫린 하나 이상의 강판(280)으로 대체할 수도 있다. 중앙부 부재(200-1)에서, 그 구멍 뚫린 강판(280)은 하부 플랜지(230)의 상면에 프리스트레스 도입 구간의 선단부에서 말단부까지 연장 결합된다. 이 구멍 뚫린 강판(280)은 하부 플랜지(230)의 강도를 보강해주는 길이방향 리브 기능을 갖는다. 이에 더하여, 이 강판(280)에는 가운데 높이에서 길이방향으로 가면서 소정 간격마다 구멍(282)들이 형성되어 있다. 이 구멍(282)에는 상당량의 하부 콘크리트(270)가 이 구멍(282)들을 메우게 됨에 따라 이 구멍(282)들에 의해 하부 콘크리트(270)와 이 강판(280)은 전단 연결된다. 즉, 강제 하부플랜지(230)는 이 강판(280)의 구멍(282)들에 의해 하부 콘크리트(270)와 결합이 강화된다. 이 구멍(282)은 그 크기가 철근(240)의 굵기보다 훨씬 크게 만든다. 하부 콘크리트(270) 타설을 위한 철근(240) 배근 시 도 14의 (b)처럼 그 구멍(282)을 관통하여 서로 교차하도록 배근할 수도 있기 때문이다. 구멍(282)의 크기가 철근(240)의 굵기에 비해 현저하게 굵으므로 철근(240) 배근 후에도 빈 공간이 남아 그곳을 하부콘크리트(270)가 메우게 된다. 이처럼 구멍 뚫린 강판(280)은 길이방향 보강재인 리브에 구멍을 뚫어 전단연결재를 조합 개선한 것으로 볼 수 있으며, 전단연결 효과가 우수하며, 봉형 전단연결재들을 대체하므로 용접량이 현저하게 줄어 경제적이고, 용접열에 따른 강재의 강성 저하를 최소화할 수 있는 이점이 있다.

(5) 프리스트레스 도입용 초고강도 하부 콘크리트

한편, 강제 U-형 거더(10) 하부에 타설하는 콘크리트는 강도가 높지 않으면 타설 단면이 커져서 중량이 증가하게 되고 그에 따라 강연선의 양이 증가하는 등 구조적으로 불리할 수 있다. 이런 점을 고려하여 앞의 실시예들에서는 고강도 콘크리트를 사용한다.

그런데 수년 전에는 고강도 콘크리트 보다 압축강도가 훨씬 더 큰 초고강도 콘크리트(Ultra High Performance Concrete / "UHPC")가 개발되었다. 여기서, 고강도 콘크리트(270)는 압축강도가 40~100MPa의 범위인 콘크리트이고, 초고강도 콘크리트는 압축강도가 100MPa 이상이며 일반 콘크리트와 달리 철근이 없이도 충분한 압축 강도와 인장 강도를 갖는다. 이 초고강도 콘크리트를 제조하는 데 사용되는 결합재의 조성에 관해서는 한국특허공개 제10-2005-0081782호(발명의 명칭: 강섬유 보강 시멘트 복합체 및 그 제조 방법)과 이의 개량특허인 한국특허등록 제10-0873514호(발명의 명칭: 초고강도 콘크리트용 결합재 및 이를 이용한 콘크리트의 제조방법)에 자세하게 설명되어 있다.

한국특허공개 제10-2005-0081782호는 시멘트 100 중량부를 기준으로 모래 100 내지 130 중량부, 반응성 분체(예: 실리카흄, 플라이애쉬 및 고로슬래그로) 10 내지 30 중량부, 충전재(예: 10㎛ 이하의 입자 크기를 갖는, SiO₂ 95중량%이상인 석영질 분말 또는 CaCO₃ 75중량%이상인 석회석 미분말) 10 내지 30 중량부 및 섬유뭉침현상을 저감시키기 위한 증점제(예: 셀로룰오스 증점제 또는 아크릴 증점제) 0.05 내지 1 중량부를 포함하는 모르타르를 제조하는 단계와, 물 90중량% 내지 99.5중량%와 감수제(예: 폴리칼본산계 감수제 또는 나프탈렌계 감수제) 0.5중량% 내지 10중량%로 구성되는 배합수와 상기 모르타르의 결합재(시멘트와 반응성 분체의 합)의 비가 0.25이하가 되도록 상기 배합수와 상기 모르타르를 혼합하는 단계와, 상기 배합수와 모르타르의 혼합물에 강섬유를 상기 시멘트 복합체의 1체적% 내지 5체적%를 투입하여 혼합한 후 양생하는 단계를 포함하는 강섬유 보강 시멘트 복합체의 제조 방법을 개시한다. 강성유 투입은 구체적으로, 배합수와 모르타르의 혼합물에 직경이 0.2mm이고 길이가 12mm인 강섬유를 상기 혼합물에 대해 1체적%, 직경이 0.35mm 내지 0.5mm이고 길이가 30mm인 강섬유를 상기 혼합물에 대해 2체적%를 투입하여 혼합하는 방안을 제시한다. 또한 강섬유가 투입된 배합수 및 모르타르 혼합물의 양생방법으로, 1일 내지 3일 동안 습윤양생을 실시하고, 그 후 60℃ 내지 110℃ 의 온도에서 2일 내지 4일 동안 증기양샹을 실시하여 양생을 하는 방법을 제시한다.

또한, 한국특허등록 제10-0873514호에 따르면, 초고강도 콘크리트 제조용으로 사용되는 결합재는 시멘트 50~90중량%, 실리카흄 5~20중량%, 충전재(실리카플로우) 5~30중량%의 조성을 갖는 혼합물로 구성될 수 있다. 또한, 이런 조성의 결합재를 이용하여 합수, 잔골재, 굵은 골재를 포함하여 구성되는 초고강도 콘크리트를 제조할 수 있다. 구체적으로, 1㎥을 구성하는 콘크리트에 대하여 단위수량을 140~160㎏/㎥으로 물을 준비하고, 상기 결합재를 이용하여, 물-결합재비(W/B)가 10~30중량%가 되도록 배합하고, 사용된 결합재의 함량대비 1~5중량%의 폴리칼본산계 고성능 감수제를 배합하여 배합수를 준비하고, 잔골재와 굵은골재를 잔골재율이 40~70중량%가 되도록 골재를 준비한 다음, 이들 준비물들을 혼합한 혼합물을 만든다. 이러한 혼합물에 콘크리트의 취성파괴를 막기 위해 강섬유를 혼입할 수도 있다. 이 혼합물을 타설하여 양생하면 초고강도 콘크리트가 만들어진다.

상기 두 개의 종래기술에서 제안한 초고강도 콘크리트를 본 발명의 초고강도 콘크리트로 사용할 수 있다. 이들 두 종래기술에서 설명하는 내용 전부는 본 발명이 사용하는 초고강도 콘크리트에 관한 설명임을 선언하며, 여기서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

도 15에 도시된 것처럼, 프리스트레스 도입 구간 즉, 중앙부 부재(200)의 하부 플랜지(230)에 타설하는 1차 합성용 콘크리트는 철근 배근이 필요한 고강도 콘크리트(270) 대신에 철근 배근이 필요 없는 초고강도 콘크리트(290)를 사용할 수도 있다.

따라서 하부 플랜지(230) 위에 제2 전단연결재(232)와 길이방향 리브(234)를 설치하거나 또는 이들 대신 구멍 뚫린 강판(280)을 설치하고 철근은 설치하지 않고 쉬스관(250)을 묻고 강연선(260)을 그것에 삽입하여 양 끝을 잡아당겨 긴장시키는 방법으로 중앙부 부재(200-2)에 프리스트레스를 도입한다.

이처럼, 본 발명의 여러 실시예들은 강제 U-형 거더(10)의 프리스트레스 도입 구간에 고강도 또는 초고강도 강섬유보강 콘크리트를 적용하기 때문에 콘크리트 강성은 증가하되 중량은 줄일 수 있으므로 구조적으로 유리하다. 특히 초고강도 강섬유보강 콘크리트를 적용하면 철근이 불필요하므로, 철근 조립을 위한 작업이 생략되어 경제적이다.

(6) 프리스트레스 도입 범위

한편, 위의 실시예들은 중앙부 부재(200, 200-1, 200-2)의 전 구간에 프리스트레스를 도입하는 것으로 설명하였다. 하지만 이는 하나의 예시일 뿐이며, 프리스트레스 도입 구간을 중앙부 부재(200, 200-1, 200-2)의 일부로 하거나 또는 '중앙부 부재(200, 200-1, 200-2) 전 구간+제1 및 제2 지점부 부재(100a, 100b)의 일부 구간'으로 할 수도 있다.

앞서 언급하였듯이, 일반적으로 단경간 교량이 U-형 거더(10)의 자중과 차량 하중을 받게 되면 U-형 거더(10)에 정모멘트가 발생하고, 이로 인해 U-형 거더(10)의 아래쪽과 위쪽은 인장응력과 압축응력을 각각 받게 된다. 단경간 강제 U-형 거더(10)가 상부의 바닥판 콘크리트(300)와 합성되어 일체 구조가 되면, 상부의 바닥판 콘크리트(300)가 압축응력을 받게 되고 하부의 강제 하부플랜지(130, 230)는 인장응력을 받게 된다. 이 경우 상부의 바닥판 콘크리트(300)의 단면적이 커서 단면도심(310)으로부터 상부의 바닥판 콘크리트(300)의 상면까지의 거리(y₁)는 짧아지고 강제 하부플랜지(130, 230)까지의 거리(y₂)는 길어지게 되어 강제 하부플랜지(130, 230)에 작용하는 인장응력이 커지게 된다(도 16 참조). 이 인장응력이 강제의 허용인장응력을 초과하지 않아야 하기 때문에 강제 하부플랜지(130, 230) 쪽에 미리 프리스트레스를 도입하여 압축응력을 주는 것이다.

따라서 U-형 거더(10)의 높이를 일정하게 유지하고자 하는 데 강제 하부플랜지(130, 230)의 인장응력이 허용인장응력을 초과하게 되면, 프리스트레스력(pre-stressed force)의 크기를 조절하거나 프리스트레스 도입구간의 범위를 조정하는 등의 방법을 사용하여 그러한 초과를 방지할 수 있다. 강연선의 가닥수 및/또는 그것의 당김 정도 등을 적절히 조절함으로써 프리스트레스력의 크기는 조절할 수 있다. 프리스트레스 도입구간의 범위 조정과 관련해서는, 프리스트레스를 도입하는 구간은 L/3 ~ 3L/4 (여기서, L은 교량의 경간 길이임)의 범위로 하는 것이 바람직하다(도 17의 (a)와 (b) 참조). 이 경우, 중앙부 부재(200, 200-1, 200-3)에도 일부 구간에만 프리스트레스가 도입될 수도 있고, 중앙부 부재(200, 200-1, 200-3) 전 구간과 제1 및 제2 지점부 부재(100a, 100b)의 일부 구간까지 프리스트레스를 도입하는 경우도 있을 수 있다. 가장 바람직하기로는, 교량의 경간 길이(L)의 대략 절반 정도(즉, L/2 내외)가 가장 적당한 프리스트레스 도입구간의 길이다(도 17의 (c) 참조). L/3보다 더 짧은 구간에 프리스트레스를 도입하면, 너무 짧은 구간에만 부모멘트가 생겨 본 발명이 의도하는 정모멘트와의 상쇄효과의 효율성이 낮게 된다. 반대로 3L/4보다 더 긴 구간, 예를 들어 프리스트레스를 중앙부 부재(200, 200-1, 200-2)와 제1 및 제2 지점부 부재(100a, 100b) 전 구간 즉, 교량의 경간 길이(L) 전 구간에 도입하는 것도 생각해볼 수 있지만, 이렇게 하면 제1 및 제2 지점부 부재(100a, 100b)의 양끝 부근은 정모멘트의 크기가 작기 때문에 도입되는 프리스트레스력에 의해 오히려 상부의 바닥판 콘크리트(300)에 콘크리트의 허용인장응력을 초과하는 인장응력이 생겨 문제가 될 수 있다.

(7) 공사비 절감을 비롯한 여러 가지 효과

본 발명에 의하면 강제 U-형 거더 제작에 소요되는 시간은 물론 강재량도 크게 줄일 수 있다. 강재량 감소에 따른 공사비 절감의 정도를 살펴보기 위해, 본 발명자는 거더(10) 3개를 사용하여(참고로, 본 발명에 따른 단경간 U-거더교는 강제 U-형 거더(10)를 한 개 또는 복수 개를 채용하여 제작하며, 채용하는 거더(10)의 개수는 교량의 너비, 예상 하중 등을 고려하여 적절히 정하면 됨) 폭 10.9미터 복선 철도교를 제작하는 경우를 가정하여 기존의 스틸박스 거더교와 본 발명에 따른 프리스트레스드 강합성 단경간 U-거더교 간의 강재소요량을 산출하여 비교해보았다. 가장 큰 물량을 차지하는 상부플랜지, 복부판, 하부플랜지와 같은 주부재의 경우, 약 39%의 물량감소가 가능한 것으로 계산되었다. 부부재까지를 고려할 경우, 최소 20%의 물량 절감이 가능할 것으로 판단된다.

이러한 물량 절감이 가능한 이유는 거더의 높이를 3미터를 할 때 거더 폭은 스틸박스 거더의 경우 2미터인 반면 본 발명의 경우 1.5미터로 설계가 가능하여, 거더폭 감소로 가로보의 효율이 증대될 수 있기 때문이다. 게다가 본 발명의 거더는 개구형 박스거더이므로 상부플랜지 강재량을 최소화할 수 있기 때문이다. 또한, 본 발명의 거더는 고강도 콘크리트 설치로 강연선 긴장 시 박스 거더 하연의 압축력을 극대화하기 때문에 하부플랜지 단면도 최소화할 수 있기 때문이다.

구조적 효율성 내지 안전성의 측면에서 보면, 프리스트레스 도입구간을 강연선으로 긴장시켜 정모멘트부의 인장력을 최소화하여 구조적 효율성과 안전성을 도모할 수 있다. 전단연결재 및 종방향 보강재를 일체화한 구조를 사용하여 콘크리트와 강재간의 합성력을 높이는 것도 구조적 효율성과 안전성을 높이는 데 기여한다.

본 발명은 단경간 교량의 시공에 널리 적용될 수 있다.

10: 강제 U-거더 30a, 30b: 지점부 부재와 중앙부 부재의 연결부
100a: 제1 지점부 부재 100b: 제2 지점부 부재
200: 중앙부 부재 110a, 110b, 210a, 210b: 복부판
120a, 120b, 220a, 220b: 상부플랜지
122a, 122b, 222a, 222b: 제1 전단연결재
130, 230: 하부플랜지 232: 제2 전단연결재
134, 234: 길이방향 리브 240: 철근
250: 쉬스관 255a, 255b: 정착구
260: 강연선 270: 고강도 하부 콘크리트
280: 전단연결재 및 길이방향 리브 겸용 구멍 뚫린 강판
290: 초고강도 하부 콘크리트 300: 바닥판 콘크리트

Claims (17)

1. 철도교량용 단경간 거더교에 있어서,
   도로 이송 제한 길이를 초과하지 않는 길이로 절단된 복수 개의 강제 U-형 거더부재들을 볼트 연결과 용접 연결 중 적어도 어느 한 가지 방법으로 일렬로 연결하여 한 몸체로 조립된 강제 U-형 거더를 적어도 한 개 포함하며, 상기 강제 U-형 거더는 (i) 서로 대면하면서 위와 아래가 같은 간격으로 벌어져 있거나 위가 아래보다 더 넓게 벌어져 있고 굴곡이 없는 평판형 강판으로 제작된 2매의 강제 복부판과 상기 2매의 강제 복부판 각각의 하단을 따라 용접 연결되어 상기 하단을 서로 연결해주는 강제 하부플랜지에 의해 U-형 단면을 형성하며 상기 단경간 거더교의 경간장(L) 만큼 길게 연장된 U-형 거더부와, (ii) 상기 2매의 강제 복부판 각각의 상단을 따라 용접 연결된 2매의 강제 상부플랜지와, (iii) 상기 2매의 강제 상부플랜지 각각의 상면에 연결되어 상방향으로 돌출 설치된 다수의 제1 전단연결재들과, (iv) 상기 강제 하부플랜지의 상면에 길이방향으로 중간의 일부 구간(이하 '프리스트레스 도입 구간'이라 함)에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 제2 전단연결재들을 포함하며, 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더의 선단부와 말단부가 상기 단경간 거더교의 제1 교대(또는 교각)와 제2 교대(또는 교각)에 각각 거치되도록 설치된 강제 U-형 거더부;
   상기 프리스트레스 도입 구간에 길이 방향으로 배치되고 양 단부에 정착구들이 마련된 적어도 하나의 직선형 쉬스관;
   상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 하부플랜지 위에 상기 쉬스관과 상기 제2 전단연결재들을 덮도록 타설되어 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 도입 구간과 합성된 하부 콘크리트;
   상기 쉬스관에 삽입되고 양 끝을 잡아당김에 의해 긴장된 상태로 상기 양 끝이 상기 정착구들에 고정되어 상기 하부 콘크리트에 프리스트레스를 도입하는 강연선 부재; 및
   상기 강제 U-형 거더의 상기 상부플랜지 상부 및 그 좌우측 평면상에 상기 다수의 제1 전단연결재들을 덮도록 타설되어 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더의 상부 전구간과 합성된 상부 바닥판 콘크리트를 포함하며,
   상기 프리스트레스 도입 구간의 길이는 L/3 ~ 3L/4의 범위 내이고, 상기 프리스트레스 도입 구간의 앞뒤의 나머지 구간들은 길이가 동일하고 프리스트레스가 도입되지 않고,
   상기 하부 콘크리트는 내부에 철근이 배근되고 40-100MPa의 압축강도를 갖는 고강도 콘크리트이거나 또는 내부에 철근이 배근되지 않고 100MPa을 초과하는 압축강도를 갖는 초고강도 콘크리트이며,
   상기 강제 상부플랜지는 강판을 절단하여 평판형으로 제작된 것이고,
   상기 프리스트레스 도입 구간에 설치된 상기 강연선 부재는 직선형으로 긴장된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 철도교량용 개구형 프리스트레스드 강합성 단경간 U-거더교.
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9. 철도교량용 단경간 거더교 시공방법에 있어서,
   도로 이송 제한 길이를 초과하지 않는 길이로 절단된 복수 개의 강제 U-형 거더부재들을 지상에서 볼트 연결과 용접 연결 중 적어도 어느 한 가지 방법으로 일렬로 연결하여 한 몸체가 된 적어도 한 개의 강제 U-형 거더를 조립하는 단계로서, 상기 강제 U-형 거더는 (i) 서로 대면하면서 위와 아래가 같은 간격으로 벌어져 있거나 위가 아래보다 더 넓게 벌어져 있고 굴곡이 없는 평판형 강판으로 제작된 2매의 강제 복부판과 상기 2매의 강제 복부판 각각의 하단을 따라 용접 연결되어 상기 하단을 서로 연결해주는 강제 하부플랜지에 의해 U-형 단면을 형성하며 상기 단경간 거더교의 경간장(L) 만큼 길게 연장된 U-형 거더부와, (ii) 상기 2매의 강제 복부판 각각의 상단을 따라 용접 연결된 2매의 강제 상부플랜지와, (iii) 상기 2매의 강제 상부플랜지 각각의 상면에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 다수의 제1 전단연결재들과, (iv) 상기 강제 하부플랜지의 상면에 길이방향으로 중간의 일부 구간(이하 '프리스트레스 도입 구간'이라 함)에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 제2 전단연결재들을 포함하는, 제1-1 단계;
   크레인으로 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더를 들어올려 상기 강제 U-형 거더의 선단부와 말단부를 상기 단경간 거더교의 시점에 설치된 제1 교대(또는 교각)와 종점에 설치된 제2 교대(또는 교각)에 각각 거치하여 고정하는 제1-2단계;
   상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 하부플랜지 위에 적어도 하나의 직선형 쉬스관을 길이방향으로 배치하고 상기 쉬스관의 양단부에 정착구를 설치하고, 상기 제2 전단연결재들, 상기 정착구와 상기 쉬스관을 덮도록 상기 강제 하부플랜지 위에 하부 콘크리트를 타설하여 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 도입 구간을 상기 하부 콘크리트와 1차 합성하는 제1-3단계;
   상기 정착구를 통해 상기 쉬스관에 강연선을 삽입하고 양 끝을 당겨 긴장시킨 상태로 상기 정착구에 고정시킴으로써 상기 프리스트레스 도입구간에 프리스트레스를 도입하는 제1-4단계; 및
   상기 강제 U-형 거더의 상기 상부플랜지 상부 및 그 좌우측에 상기 다수의 제1 전단연결재들과 교차하도록 철근을 조립한 후 상부 바닥판 콘크리트를 타설하여 양생함으로써 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더를 상기 상부 바닥판 콘크리트와 2차 합성하는 제1-5단계를 구비하며,
   상기 프리스트레스 도입 구간의 길이는 L/3 ~ 3L/4의 범위 내이고, 상기 프리스트레스 도입 구간의 앞뒤의 나머지 구간들은 길이가 동일하고 프리스트레스가 도입되지 않고,
   상기 하부 콘크리트는 내부에 철근을 배근하고 상기 철근에 40-100MPa의 압축강도를 갖는 고강도 콘크리트를 타설하여 제작하거나 또는 철근 배근 없이 100MPa을 초과하는 압축강도를 갖는 초고강도 콘크리트를 타설하여 제작된 것이며,
   상기 강제 상부플랜지는 강판을 절단하여 평판형으로 제작된 것이고,
   상기 프리스트레스 도입 구간에 설치된 상기 강연선 부재는 직선형으로 긴장된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 철도교량용 개구형 프리스트레스드 강합성 단경간 U-거더교 시공방법.
10. 철도교량용 단경간 거더교 시공방법에 있어서,
    도로 이송 제한 길이를 초과하지 않는 길이로 절단된 복수 개의 강제 U-형 거더부재들을 지상에서 볼트 연결과 용접 연결 중 적어도 어느 한 가지 방법으로 일렬로 연결하여 한 몸체가 된 적어도 한 개의 강제 U-형 거더를 조립하는 단계로서, 상기 강제 U-형 거더는 (i) 서로 대면하면서 위와 아래가 같은 간격으로 벌어져 있거나 위가 아래보다 더 넓게 벌어져 있고 굴곡이 없는 평판형 강판으로 제작된 2매의 강제 복부판과 상기 2매의 강제 복부판 각각의 하단을 따라 용접 연결되어 상기 하단을 서로 연결해주는 강제 하부플랜지에 의해 U-형 단면을 형성하며 상기 단경간 거더교의 경간장(L) 만큼 길게 연장된 U-형 거더부와, (ii) 상기 2매의 강제 복부판 각각의 상단을 따라 용접 연결된 2매의 강제 상부플랜지와, (iii) 상기 2매의 강제 상부플랜지 각각의 상면에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 다수의 제1 전단연결재들과, (iv) 상기 강제 하부플랜지의 상면에 길이방향으로 중간의 일부 구간(이하 '프리스트레스 도입 구간'이라 함)에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 제2 전단연결재들을 포함하는, 제2-1 단계;
    복수의 강재 또는 목재로 된 가받침블럭을 설치하고 그 위에 조립된 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더를 설치한 상태에서, 상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 하부플랜지 위에 적어도 하나의 직선형 쉬스관을 길이방향으로 배치하고 그 양단부에 정착구를 설치하고, 상기 제2 전단연결재들, 상기 정착구와 상기 쉬스관을 덮도록 상기 강제 하부플랜지 위에 하부 콘크리트를 타설하여 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 도입 구간을 상기 하부 콘크리트와 1차 합성하는 제2-2단계;
    상기 정착구를 통해 상기 쉬스관에 강연선을 삽입하고 양 끝을 당겨 긴장시킨 상태로 상기 정착구에 고정시킴으로써 상기 프리스트레스 도입구간에 프리스트레스를 도입하는 제2-3단계;
    1차 합성 및 프리스트레스 도입이 완료된 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더를 크레인으로 들어올려 상기 강제 U-형 거더의 선단부와 말단부를 상기 단경간 거더교의 시점에 설치된 제1 교대(또는 교각)와 종점에 설치된 제2 교대(또는 교각)에 각각 거치하여 고정하는 제2-4단계; 및
    상기 강제 U-형 거더의 상기 상부플랜지 상부 및 그 좌우측에 상기 제1 전단연결재들과 교차하도록 철근을 조립한 후 상부 바닥판 콘크리트를 타설하여 양생함으로써 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더를 상기 상부 바닥판 콘크리트와 2차 합성하는 제2-5단계를 구비하며,
    상기 프리스트레스 도입 구간의 길이는 L/3 ~ 3L/4의 범위 내이고, 상기 프리스트레스 도입 구간의 앞뒤의 나머지 구간들은 길이가 동일하고 프리스트레스가 도입되지 않고,
    상기 하부 콘크리트는 내부에 철근을 배근하고 상기 철근에 40-100MPa의 압축강도를 갖는 고강도 콘크리트를 타설하여 제작하거나 또는 철근 배근 없이 100MPa을 초과하는 압축강도를 갖는 초고강도 콘크리트를 타설하여 제작된 것이며,
    상기 강제 상부플랜지는 강판을 절단하여 평판형으로 제작된 것이고,
    상기 프리스트레스 도입 구간에 설치된 상기 강연선 부재는 직선형으로 긴장된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 철도교량용 개구형 프리스트레스드 강합성 단경간 U-거더교 시공방법.
11. 철도교량용 단경간 거더교 시공방법에 있어서,
    적어도 하나의 가설벤트를 상기 단경간 거더교의 양 교대 사이에 설치하는 제3-1단계;
    도로 이송 제한 길이를 초과하지 않는 길이로 절단된 복수 개의 강제 U-형 거더부재들을 하나씩 크레인으로 들어 올려 상기 양 교대와 상기 가설벤트 위에 거치하여 공중에서 볼트 연결과 용접 연결 중 적어도 어느 한 가지 방법으로 일렬로 연결하여 한 몸체가 된 적어도 한 개의 강제 U-형 거더를 조립하는 단계로서, 상기 강제 U-형 거더는 (i) 서로 대면하면서 위와 아래가 같은 간격으로 벌어져 있거나 위가 아래보다 더 넓게 벌어져 있고 굴곡이 없는 평판형 강판으로 제작된 2매의 강제 복부판과 상기 2매의 강제 복부판 각각의 하단을 따라 용접 연결되어 상기 하단을 서로 연결해주는 강제 하부플랜지에 의해 U-형 단면을 형성하며 상기 단경간 거더교의 경간장(L) 만큼 길게 연장된 U-형 거더부와, (ii) 상기 2매의 강제 복부판 각각의 상단을 따라 용접 연결된 2매의 강제 상부플랜지와, (iii) 상기 2매의 강제 상부플랜지 각각의 상면에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 다수의 제1 전단연결재들과, (iv) 상기 강제 하부플랜지의 상면에 길이방향으로 중간의 일부 구간(이하 '프리스트레스 도입 구간'이라 함)에 연결되어 위쪽으로 돌출 설치된 제2 전단연결재들을 포함하는, 제3-2단계;
    상기 양 교대와 상기 가설벤트 위에 거치된 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 도입 구간의 상기 강제 하부플랜지 위에 적어도 하나의 직선형 쉬스관을 길이방향으로 배치하고 상기 쉬스관의 양단부에 정착구를 설치하고, 상기 제2 전단연결재들, 상기 정착구와 상기 쉬스관을 덮도록 상기 강제 하부플랜지 위에 하부 콘크리트를 타설하여 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더의 상기 프리스트레스 도입 구간을 상기 하부 콘크리트와 1차 합성하는 제3-3단계;
    상기 정착구를 통해 상기 쉬스관에 강연선을 삽입하고 양 끝을 당겨 긴장시킨 상태로 상기 정착구에 고정시킴으로써 상기 프리스트레스 도입구간에 프리스트레스를 도입하는 제3-4단계;
    상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더의 선단부와 말단부를 상기 단경간 거더교의 시점에 설치된 제1 교대(또는 교각)와 종점에 설치된 제2 교대(또는 교각)에 고정하는 제3-5단계; 및
    상기 강제 U-형 거더의 상기 상부플랜지 상부 및 그 좌우측에 상기 다수의 제1 전단연결재들과 교차하도록 철근을 조립한 후 상부 바닥판 콘크리트를 타설하여 양생함으로써 상기 적어도 한 개의 강제 U-형 거더를 상기 상부 바닥판 콘크리트와 2차 합성하는 제3-6단계를 구비하며,
    상기 프리스트레스 도입 구간의 길이는 L/3 ~ 3L/4의 범위 내이고, 상기 프리스트레스 도입 구간의 앞뒤의 나머지 구간들은 길이가 동일하고 프리스트레스가 도입되지 않고,
    상기 하부 콘크리트는 내부에 철근을 배근하고 상기 철근에 40-100MPa의 압축강도를 갖는 고강도 콘크리트를 타설하여 제작하거나 또는 철근 배근 없이 100MPa을 초과하는 압축강도를 갖는 초고강도 콘크리트를 타설하여 제작된 것이며,
    상기 강제 상부플랜지는 강판을 절단하여 평판형으로 제작된 것이고,
    상기 프리스트레스 도입 구간에 설치된 상기 강연선 부재는 직선형으로 긴장된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 철도교량용 개구형 프리스트레스드 강합성 단경간 U-거더교 시공방법.
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