KR101202416B1

KR101202416B1 - 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔 및 이를 이용한 구조물 시공방법

Info

Publication number: KR101202416B1
Application number: KR1020100135755A
Authority: KR
Inventors: 강문희
Original assignee: 강문희
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-11-16
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: KR20120073858A

Abstract

교량용 거더와 같은 휨 부재용 빔에 있어서, 양 단부를 제외한 중앙부에 작용하는 휨 모멘트에 대하여는 강재와 프리스트레스 철근콘크리트 빔에 의한 프리플렉스 빔이 저항하도록 하고, 양 단부는 PSC 빔(프리스트레스 철근콘크리트 빔)이 저항하도록 하여 프리플렉션, 프리스트레스와 강재와 철근콘크리트의 구조적 특성과 장점을 활용하되 보다 구조적으로 효율적이면서도 용이하게 제작할 수 있어 경제성이 뛰어난 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔 및 이를 이용한 구조물 시공방법에 대한 것으로, 일정한 길이를 가지는 구조용 빔에 있어 경간 중앙부는 프리플렉스 합성빔을 배치하게 되다. 이러한 프리플렉스 합성빔은 하부에 케이싱콘크리트가 형성되는데 직선배치로 설치된 긴장재에 의하여 프리플렉션 도입이 가능하도록 하여 시공성 및 긴장재에 의한 프리플렉 도입의 효과를 가질 수 도록 하고, 보다 적은 강재 사용으로 인한 빔의 장경화가 가능하도록 하였다.

Description

프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔 및 이를 이용한 구조물 시공방법{STRUCTUAL MEMBER MAKING METHOD USING PREFLEX BAEM AND PSC BEAM AND THE BRIDGE CONSTRUCTION METHOD THREREWITH}

본 발명은 프리플렉스 합성빔과 PSC 빔을 이용한 구조용 빔 및 이를 이용한 구조물 시공방법에 대한 것이다. 더욱 구체적으로 교량용 거더와 같은 휨 부재용 빔에 있어서, 양 단부를 제외한 중앙부에 작용하는 휨 모멘트에 대하여는 강재와 프리스트레스 철근콘크리트 빔에 의한 프리플렉스 빔이 저항하도록 하고, 양 단부는 PSC 빔(프리스트레스 철근콘크리트 빔)이 저항하도록 하여 프리플렉션, 프리스트레스와 강재와 철근콘크리트의 구조적 특성과 장점을 활용하되 보다 구조적으로 효율적이면서도 용이하게 제작할 수 있어 경제성이 뛰어난 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔 및 이를 이용한 구조물 시공방법에 대한 것이다.

구조용 빔에 있어 교량용 거더는 교량하부구조에 설치되어 바닥판(슬래브)을 지지하도록 제작되며, 통상 이러한 교량용 거더는 PSC 거더 또는 합성거더(복합거더)가 이용된다.

PSC 거더는 프리스트레스 콘크리트 거더로써 통상 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 포함하는 I형 단면으로 제작된 I형 철근콘크리트 거더에 PS 강연선과 같은 긴장재를 이용하여 압축 프리스트레스가 도입되도록 제작된다.

이에 철근콘크리트 거더의 경제성과 압축 프리스트레스에 의한 단면강성증대 효과를 가질 수 있어 교량용 거더로써 현재까지 많이 이용되고 있다.

이러한 종래의 초기 프리스트레스트 철근콘크리트 빔(PSC 빔,10)은 도 1a와 같이 통상 I형 단면의 콘크리트빔(11)과 콘크리트빔 내부 전장에 걸쳐 배치되며, 빔의 양 단부에 긴장 후 정착되는 PS강선(통상 PS 강연선)을 포함하는 긴장재(20)로 구성되어 있다.

이러한 긴장재(20)는 포물선 형태로 배치하여 콘크리트빔의 하연에 압축응력을 미리 도입하여 시공단계별 설계하중에 의해 발생하는 인장응력에 대응하도록 하고 있다.

즉, PSC 빔(10)에는 설계하중(단순교 기준)에 의해 휨 모멘트(외력모멘트)가 발생하고, 이에 대응하기 위해 미리 철근콘크리트 빔의 하연에 압축응력(압축 프리스트레스)을 긴장재(20)에 의한 프리스트레스로서 프리텐션 또는 포스트텐션 방식에 의하여 도입되도록 한 것이다.

이에 긴장재에 의해 콘크리트빔에 도입되는 응력 메커니즘에 대하여 살펴보면,

먼저, 프리스트레스 도입 직후 철근 콘크리트빔 하연에 발생하는 응력은 PSC 빔 자중에 의해 발생하는 응력에 더하여 긴장재의 긴장 후 프리스트레스에 의해 콘크리트빔 하연에 도입되는 응력의 합으로 결정된다.

여기서, PSC 빔 자중에 의해 발생하는 응력과 긴장재에 의해 도입되는 응력은 통상 반대의 힘을 가진다.

즉, PSC 빔 자중에 의한 응력(휨 모멘트에 의한 응력)은 긴장재에 의해 도입된 프리스트레스에 의하여 상쇄되고, 최종적으로 남은 나머지 응력만 콘크리트빔에 존재하게 된다.

이때, 최종적으로 남은 프리스트레스에 의한 응력은 일반적으로 콘크리트 허용응력까지 도입하게 되는데, 설계기준에서는 프리스트레스 도입 시의 콘크리빔 허용압축응력을 초과하지 않도록 규정하고 있다.

그러므로 이런 규정을 만족하기 위해서는 도 1a와 같이 PSC 빔의 양 단부로 갈수록 PSC 빔 자중에 의한 휨 모멘트(M)가 줄어들기 때문에 이를 고려하여 긴장재를 전체적으로 포물선 형태로 배치하여 빔의 양 단부에 발생하는 프리스트레스에 도입에 의한 응력이 설계기준을 벗어나지 않도록 설계하고 있다.

즉, 긴장재를 포물선 형태로 배치하면 콘크리트에 도입되는 응력은 직선 형태로 배치하는 것보다 그 손실이 많아 비효율적임에도 불구하고, PSC 빔의 콘크리트에 발생하는 자중에 의한 응력 형태에 따라 맞추어 긴장재를 배치하고 있는 것이다.

그러나, 기존의 PSC 빔은 소요 응력에 대한 빔의 높이가 비교적 크고 이에 따른 거치중량(자중)이 커질 수밖에 없다는 단점 때문에, 이에 설치할 수 있는 경간장(지간)이 매우 짧아질 수밖에 없어, 다양한 형태의 교량에 적용하는 것이 어렵다는 단점을 갖고 있었다.

이런 단점을 개선하기 위해 도 1b와 같이, I형 강재(31,32,33)와 강합성빔 하연에 위치하는 단면이 작은 케이싱콘크리트(40) 로 구성된 프리플렉스 빔(30, PF 빔, 강합성빔)이 개발되었다.

그 원리는 도 1b와 같이 I형 강재에 미리 프리플렉션 하중(Pf)을 재하하여 I형 강재 하부에 케이싱콘크리트(40)를 타설 양생하고, 프리플렉션 하중을 제거함으로써, 하부케이싱 콘크리트에 압축 프리스트레스(응력)가 도입되도록 한 것이다.

이러한 프리플렉스 빔 제작 방법은 도 1b와 같이 L/4와 3L/4(L:프리플렉스 빔의 전체 길이) 지점에 도입된 프리플렉션 하중을 제거할 때, 케이싱콘크리트(40)에 작용하는 프리플렉션에 의한 휨 모멘트(M_p)가 프리플렉스빔의 중앙부에서는 설계기준에서 정한 허용응력 내에서 케이싱콘크리트(40)에 도입된다.

그러나 도 1b와 같이 L/4 및 3L/4 지점에서는 자중에 의한 모멘트(M_d)가 중앙부에 비해 개략 75% 정도가 발생하기 때문에 허용치보다 약 25% 큰 압축응력이 L/4 및 3L/4 지점의 케이싱콘크리트에 초과 도입되는 결과를 초래하였다.

이런 설계 및 시공방법은 구조적인 안전성 및 내구성 저하의 원인이 되고 있으며, 지금까지도 프리플렉스 빔을 이용한 교량에서 발생하는 균열이 제대로 제어되지 못하는 이유라 할 수 있다.

또한, 최근에 제작비용이 매우 고가이기 때문에 현재 프리플렉스 빔을 대체하기 위해서 신공법이 많이 개발된 바 있다.

이러한 신공법들의 상당수가 강재와 강재의 하연에 위치한 케이싱콘크리트, PS강선을 포함한 긴장재로 구성된 복합 구조체의 강합성 빔(RPF 빔, 프리콤)으로서 개발되었다.

그런데 이들 신공법들도 프리플렉스 빔의 케이싱콘크리트 단면과 유사한 직사각형의 높이가 낮은 단면(일반적으로 100cm×40cm:가로×세로)을 적용하고 있으며, 그 케이싱콘크리트 단면에 프리스트레스 도입을 위하여 긴장재를 직선으로 배치하는 동일한 특징을 갖고있다.

즉, 케이싱콘크리트의 높이가 작아 긴장재를 포물선 형태로 배치하기가 어렵기도 하고, 케이싱콘크리트의 자중을 감소시켜 지간을 길게 하고, 간편한 제작과 공사비를 절감하기 위하여 위에서 살펴본 것과 같이 긴장재를 직선으로 배치하였던 것이다.

그러므로, 이들 신공법들은 프리플렉스 공법과 마찬가지로 균열발생 등의 문제점은 그대로 가지고 있음을 알 수 있다.

이에 위와 같은 신공법들에 의한 RPF 합성빔, 프리콤 등은 긴장재를 모두 직선으로 배치하기 때문에, 빔 단부 쪽에서는 긴장재에 의한 프리스트레스 도입 시에 프리플렉스빔과 같이 설계기준의 콘크리트 허용압축응력을 초과하는 설계 및 제작이 이루어질 수밖에 없었다.

이에 콘크리트, 강재 및 긴장재를 포함하는 종래의 강합성 빔에 있어 설계상의 오류와 시공은 프리프렉스빔과 동일한 구조적인 안전성 및 내구성 저하의 원인을 가질 수밖에 없었고, 향후 시간이 지남에 따라 보수 및 보강이 필요할 것으로 예상된다.

도 1c는 강재거더와 피에스씨 거더가 혼용된 복합거더(합성거더)의 예를 도시한 것이다. 즉 교량에 따른 전체 연장길이(L)로 제작되어야 하는 거더에 있어서,

상기 연장길이(L)보다는 작고 미리 제작된 거더거푸집의 길이에 의하여 정해지는 고정 연장길이(L1)를 가지도록 제작되며, 상부(51),복부(52) 및 하부플랜지(53) 구성된 양단부 PSC 거더(50);상기 연장길이(L)에서 양단부 PSC 거더 세그먼트의 길이(L1)의 차이만큼의 가동 연장길이(L2)를 가지도록 직접 가공되어 상기 단부 PSC 거더 세그먼트 사이에 연결된 강재 거더(60);를 포함함으로서, 상기 강재 거더의 가동 연장길이(L2)에 의하여 전체 연장길이(L)를 조정할 수 있도록 한 강재 거더와 피에스씨 거더가 혼용된 복합거더를 확인할 수 있다.

즉, 휨 정모멘트가 가장 크게 발생하는 거더의 중앙부는 박스형태의 강재 거더를 이용하고, 양 단부는 PSC 거더를 이용하는 장점은 있지만 이러한 박스거더 형태의 강재 거더를 이용함에 있어 경제성이 떨어질 수 있다는 문제점이 있을 수 있었다.

도 1d와 같이 PSC 거더와 강재 플레이트 거더 연결에 있어서, 강재 연결부를 PSC 거더 단부면에 형성되도록 하되,

상기 강재 연결부는 교각측 피에스씨 거더(50)의 상부면으로부터 연장되는 상부연결판(71), 그 하부면으로부터 연장되는 하부연결판(72); 교각측 피에스씨 거더의 단부면에 접하여 그 상단과 하단이 상기 상부연결판과 하부연결판에 연결된 마구리판(73); 및 상기 마구리판으로부터 상기 상부연결판과 하부연결판 사이에 연장되도록 형성된 중간수직판(74);을 포함하여 구성되도록 하되, 상기 상부, 하부, 중간수직판의 연장길이는 서로 동일하도록 하여 그 각각의 단부면이 I형 단면으로 형성될 수 있도록 함으로서, 상기 I형 단면인 강재 플레이트 거더(60)와 직접 연결될 수 있도록 한 피에스씨 거더와 강재 플레이트 거더의 연결구조도 소개된 바 있다.

즉, 강재연결부(70)를 별도 이용하여 PSC 거더와 강재 플레이트 거더를 서로 연결하고 이는 용접 또는 스플라이스(덧댐판, 볼트, 너트)를 이용하는데 이럴 경우 강재연결부를 설치하기 위한 노력이 너무 많이 소요될 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 종래와 달리 경간 중간부는 프리플렉스 합성빔을 이용하여 효과적인 휨 모멘트에 저항하도록 하되 경간의 양 단부측(양 단부라 지칭한다.)는 긴장재의 구조적인 배치와 함께 경제성도 확보할 수 있으며, 상기 프리플렉스 합성빔과 양 단부의 연결성능을 충분히 확보하면서도 그 시공성도 뛰어난 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔 및 이를 이용한 교량구조물 시공방법제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

먼저, 본 발명은

첫째, 일정한 길이를 가지는 구조용 빔에 있어 경간 중앙부는 프리플렉스 합성빔을 배치하게 된다. 이러한 프리플렉스 합성빔은 하부에 케이싱콘크리트가 형성되는데 직선배치로 설치된 긴장재에 의하여 프리플렉션 도입이 가능하도록 하여 시공성 및 긴장재에 의한 프리플렉 도입의 효과를 가질 수 있도록 하고 보다 적은 강재 사용으로 인한 빔의 장경화가 가능하도록 하였다.

둘째, 상기 경간 중앙부를 제외한 구조용 빔의 양 단부에는 PSC 빔으로 형성되도록 하되, 긴장재는 PSC 빔에 있어 직선 또는 곡선배치가 가능하도록 하되, 이러한 긴장재는 일측 PSC 빔의 단부면으로부터 연장되어 경간중앙부를 거처 타측 PSC 빔의 단부면까지 연장되어 프리스트레가 구조용 빔 전체에 도입되도록 하면서, 경간중앙부와 양 단부가 서로 압착 연결되도록 하였다.

셋째, 상기 경간 중앙부와 양 단부에 의한 본 발명의 구조용 빔은 상기 양 단부를 경간중앙부보다 높이가 커지도록 하는 변단면 구조용 빔으로 형성시킬 수 있도록 하여 미관이 증진될 수 있도록 하였다.

넷째, 상기 경간 중앙부의 프리플렉스 합성빔과 양 단부인 PSC 빔의 연결은 프리플렉스 합성빔을 구성하는 강형이 PSC 빔의 내부로 연장되면서 PSC 빔 시공시 프리플렉스 합성빔과 PSC 빔이 서로 일체화 되도록 함으로써 연결성능의 확보가 가능하도록 하였다. 이때 상기 양 단부를 프리캐스트 방식으로 제작하는 경우에는 양 단부에 프리플렉스 합성빔의 강형과 동일한 형태의 연결강재를 양 단부 연결면에 형성되도록 하여 간단하게 경간 중앙부의 프리플렉스 합성빔과 양 단부인 PSC 빔의 연결이 가능하도록 하였다.

이를 위하여 본 발명은

강형의 하부를 길이방향으로 감싸도록 형성된 케이싱콘크리트에 프리플렉션을 도입시킨 중앙부 프리플렉스 합성빔; 및 상기 중앙부 프리플렉스 합성빔의 강형과 케이싱콘크리트의 양 단부에 일체로 형성된 철근콘크리트 빔으로서 상기 철근콘크리트 빔 하부와 상기 케이싱콘크리트에 길이방향으로 프리스트레스가 도입되도록 형성시킨 양 단부 피에스씨빔;을 포함하는 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔을 제공한다.

또한 바람직하게는

상기 강형은 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 포함하는 I형 강재빔을 이용하여 상기 케이싱콘크리트가 I형 강재빔의 하부플랜지와 복부 하부를 감싸면서 I형 강재빔의 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지 단부가 노출되도록 형성시키고, 상기 케이싱콘크리트를 길이방향으로 관통하는 긴장재에 의하여 상기 케이싱콘크리트에 프리플렉션이 도입되도록 하는 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔을 제공한다.

또한 바람직하게는

상기 양 단부 피에스씨빔은 노출된 강형의 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지의 양 단부에 전단연결재(스터드)를 형성시키고, 상기 전단연결재가 매립되도록 타설되는 양 단부 피에스씨빔용 현장타설 콘크리트에 의하여 양 단부 피에스씨 빔과 프리캐스트 방식으로 제작된 중앙부 합성빔이 서로 일체화되도록 한 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔을 제공한다.

또한 바람직하게는

상기 양 단부 피에스씨 빔은 노출된 강형의 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지의 양 단부에 덧댐판과 볼트 및 너트를 포함하는 체결구에 의하여 연결되는 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지로 형성된 연결강재를 프리캐스트 방식으로 제작된 양 단부 피에스씨빔으로부터 돌출되도록 형성시켜 상기 연결강재에 의하여 양 단부 피에스씨 빔과 중앙부 합성빔이 서로 프리캐스트 방식으로 일체화되도록 한 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔을 제공한다.

또한 바람직하게는

상기 중앙부 합성빔에 배치되는 긴장재는 케이싱콘크리트에 직선형태로 배치되고, 양 단부 피에스씨빔에 배치되는 긴장재는 피에스씨빔의 하부에 직선형태 또는 포물선 형태로 배치되도록 하는 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔을 제공한다.

또한 바람직하게는

강형의 하부를 길이방향으로 감싸도록 형성된 케이싱콘크리트에 프리플렉션을 도입시킨 중앙부 프리플렉스 합성빔; 및 상기 중앙부 프리플렉스 합성빔의 강형과 케이싱콘크리트의 양 단부에 일체로 형성된 철근콘크리트 빔으로서 상기 철근콘크리트 빔 하부와 상기 케이싱콘크리트에 길이방향으로 프리스트레스를 도입시킨 양 단부 피에스씨빔;을 포함하는 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔을 제작하고,

상기 구조용 빔의 상부에 바닥판을 형성시키는 단계를 포함하는 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔을 이용한 교량구조물 시공방법을 제공한다.

본 발명에 의한 구조용 빔은 경간중앙부는 단면강성이 매우 큰 프리플렉스 합성빔을 이용하되, 긴장재의 직선배치에 의한 프리플렉션 도입의 효율성을 높일 수 있고 강재 사용량을 최적화시키고, 휨 모멘트에 크지 않은 양 단부는 길이 조정이 쉽고 경제적인 PSC 빔을 이용할 수 있고, 긴장재의 배치형태로 포물선 형태로 형성시킬 수 있기 때문에 구조적으로 매우 효과적인 구조용 빔 제공이 가능하게 된다.

또한, 양 단부 피에스씨빔은 변단면 형태로 제작이 용이하므로 빔의 미관이 크게 증진될 수 있게 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

도 1a는 종래 PSC 빔의 정면도 및 휨 모멘트도,
도 1b는 종래 프리플렉스 합성빔의 정면도 및 휨 모멘트도,
도 1c는 종래 강재거더와 PSC 빔의 연결사시도,
도 1d는 종래 강재플레이트거더와 PSC 빔의 연결사시도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 구조용 빔의 조립 사시도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 또 다른 구조용 빔의 조립 사시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 또 다른 구조용 빔의 조립 사시도,
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명에 의한 구조용 빔의 시공사시도이다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

[실시예 1: 직선형 구조용 빔]

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예 1에 의한 구조용 빔(A)의 전체 조립 및 완성사시도이며 전체적으로 직선형태로 제작됨을 알 수 있다.

이러한 구조용 빔(A)은 전체 길이(L)을 가지는데 예컨대 40M의 구조용 빔이 이용될 수 있다.

이때, 상기 구조용 빔(A)은 중앙경간부(L1)과 양 단부(L2, 전체길이에서 중앙경간부 길이 제외한 부위)로 구분할 수 있으며 예컨대 상기 중앙경간부(L1)은 20M, 각 단부는 10M씩으로 형성시킬 수 있다.

이때 상기 중앙경간부는 자중 등에 의한 하중에 의하여 휨 모멘트가 크게 발생하는 구간이고, 양 단부는 중앙경간부와 대비하여 개략 80~70%정도의 휨 모멘트가 발생하게 된다.

이에 본 발명은 상기 구조용 빔(A)의 중앙경간부(L1)에는 프리플렉스 합성빔으로 형성시키고, 양 단부는 프리스트레스 철근콘크리트 빔(이하 PSC 빔)을 형성시키게 된다.

구분을 위하여 상기 프리플렉스 합성빔을 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)이라 하고, 프리스트레스 철근콘크리트 빔(이하 PSC 빔)을 양 단부 PSC 빔으로 지칭하기로 한다.

상기 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)은 크게 I형 강형(110)과 케이싱콘크리트(120)으로 구성된다.

먼저, 상기 I형 강형(110)은 강재 빔으로써 상부플랜지(111), 복부(112) 및 하부플랜지(113)으로 구성되며 형강제품을 이용하여도 상관은 없다.

이때, 상기 I형 강형(110)의 양 단부에는 후술되는 양 단부 PSC 빔(200)과의 일체성 확보를 위한 다수의 스터드(114)를 형성시켜 놓게 되며, 상부플랜지(113) 상면에 역시 바닥판(400,슬래브)과의 일체성 확보를 위한 스터드(114)가 형성되도록 제작하게 된다.

이때 바람직하게는 상부플랜지 폭이 하부플랜지 폭보다 크도록 I형 강형(110)을 이용하는 것이 단면의 효율성 및 경제성 측면에서 바람직하며, 응력전달의 효율성을 위하여 I형 강형의 단부는 변단면(테이퍼링 등)의 형태로 양 단부 PSC 빔쪽으로 연장되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 I형 강형(110)의 하부플랜지(113) 및 복부(112)의 하부에는 케이싱콘크리트(120)를 형성시키게 된다.

이러한 케이싱콘크리트(120)는 미도시된 강재 거푸집을 이용하여 형성시키게 되는데 상기 강재 거푸집 내부에 미리 내부철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 상기 케이싱콘크리트(120)를 형성시키게 된다.

이때, 상기 케이싱콘크리트(120)의 전체 연장길이는 I형 강형(110)의 단부가 노출되도록 그 연장길이를 조정시키게 된다. 이는 양 단부 PSC 빔과의 연결시공을 위한 것이다.

또한 상기 강재 거푸집 내부에는 길이방향으로 직선형태로 배치된 긴장재(140)가 배치되도록 하여 상기 케이싱콘크리트(120)가 양생되면 유압잭 등을 이용하여 긴장시키고, 상기 케이싱콘크리트(120) 양 단부에서 정착시켜 케이싱콘크리트(120)에 프리플렉션이 도입되도록 하게 된다.

이에 상기 케이싱콘크리트(120)에 프리스트레스에 의한 프리플렉션이 도입된 I형 강형(110)을 본 발명에 있어 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)이라 지칭하기로 한다.

단지, 상기 프리플렉션은 긴장재(140)에 의하여 도입되도록 하고는 있으나 통상의 PF 합성빔, 프리콤, RPF 합성빔과 같이 종래 I형 강형의 탄성복원력에 의한 프리플렉션 도입 또는 긴장재에 의한 프리플렉션 도입과 병행시킬 수도 있을 것이며, 프리콤과 같이 거푸집과 케이싱콘크리트의 무게를 이용하면서 긴장재에 의한 프리플렉션 도입도 가능할 것이다.

이러한 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)은 강재를 이용하기 때문에 자중이 크지 않으면서도 빔의 높이를 경간대비 작게 형성시킬 수 있고, 인장응력이 크게 발생하는 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)의 하부에 소요의 프리플렉션 도입시켜 보다 장지간의 구조용 빔 제작이 가능하게 된다.

이에 따라 본 발명의 구조용 빔은 높이 대비 연장길이를 충분히 확보할 수 있으면서도 자중이 크지 않고, 강재량도 크지 않아 구조적 효율성이 매우 뛰어나게 된다.

또한 긴장재만을 이용하여 프리플렉션을 도입시킬 경우 종래 프리플렉스(PF) 합성빔과 같이 프리플렉션 설비를 갖추지 않고서도 긴장재만에 의한 프리플렉션 도입이 가능하여 제작의 편의성이 커지고, 긴장재를 직선배치하기 때문에 긴장력 도입의 효율성 및 PT WORK의 효율성 및 시공성도 확보할 수 있게 된다.

또한 상기 케이싱콘크리트(120)에는 후술되는 양 단부 PSC 빔의 긴장재(240)가 관통될 수 있는 쉬스에 의한 긴장재 관통홀(121)이 미리 형성될 수 있도록 하게 된다.

이와 같이 케이싱콘크리트(120)에 프리플렉션이 도입된 상태에서 I형 강형(110)은 외부에 그대로 노출되어 있으므로 이를 이용하여 양 단부 PSC 빔(200)을 형성시키게 된다.

이러한 양 단부 PSC 빔(200)은 프리캐스트 방식 또는 현장타설콘크리트 방식으로 제작할 수도 있다.

이에 먼저, 공장에서 미도시된 강재 거푸집을 이용하여 현장타설콘크리트 방식으로 제작하는 경우를 살펴본다.

즉, 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)이 제작되면 바닥에 상기 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)을 세팅하고, 중앙부 프리플렉스 합성빔(100) 양 단부에 양 단부 PSC 빔(200) 제작을 위한 강재 거푸집을 설치하게 된다.

이러한 강재 거푸집은 종래 PSC 빔 제작에 사용되는 것이므로 달리 새로운 설비가 아니므로 효율적인 이용이 가능하게 된다.

이에 상기 강재 거푸집(미도시)가 세팅되면 내측으로 내부철근과 긴장재(240)용 쉬스를 배치하되, 상기 긴장재용 쉬스가 케이싱콘크리트(120)의 긴장재용 관통홀(121)과 연통될 수 있도록 배치하고, 콘크리트를 타설하여 양 단부 PSC 빔(200)이 제작될 수 있도록 하게 된다.

이때, 상기 I형 강형(110)의 노출된 단부는 강재 거푸집 내측으로 연장되도록 한 상태에서 콘크리트가 타설되도록 하여 결국 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)과 양 단부 PSC 빔(200)이 일체로 간단하게 일체화되도록 하게 됨을 알 수 있다.

이에 본 발명은 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)과 양 단부 PSC 빔(200)의 연결성능에 있어서도 확실한 연결효과를 가질 수 있게 됨을 알 수 있다.

또한 케이싱콘크리트(120)도 동질재료인 콘크리트에 의하여 단부 PSC 빔(200)과 일체화되므로 달리 연결성능 확보에 문제가 없음을 알 수 있다.

다음으로는 상기 양 단부 PSC 빔(200)의 긴장재용 쉬스와 케이싱콘크리트의 긴장재용 관통홀(121)에 추가 긴장재(240)를 삽입하여 단부를 PSC 빔의 단부면에 긴장 후 정착시키게 된다.

나아가, 케이싱콘크리트(120)에 정착된 긴장재(140)는 미도시된 커플러를 이용하여 긴장재(240)를 연결한 후, 양 단부 PSC 빔(200)에 형성된 긴장용 쉬스에 삽입하여 양 단부 PSC 빔(200)에 정착시키게 된다.

이에 경간중간부와 양 단부에 일체화된 구조용 빔(A)에 긴장재(240)에 의하여 추가적인 프리스트레스가 도입되도록 하여 휨 강성이 매우 증진될 수 있도록 하게 된다.

도한 상기 긴장재(140,240)는 모두 PS 강연선이 이용될 수 있으며, 특히 양 단부 PSC 빔(200)에 있어서는 긴장재(240)가 포물선 형태로 배치될 수 있도록 할 수 있어 발생하는 휨 모멘트의 크기에 따른 대처가 가능하여 구조적으로 매우 효과적인 구조용 빔 제작이 가능하게 된다.

또한, 상기 양 단부 PSC 빔(200) 상부플랜지 상면에는 ㄷ 자형태의 전단철근이 형성되도록 하여 바닥판과의 일체성을 확보할 수 있도록 하게 된다.

도 3a 및 도 3b는 프리캐스트 방식으로 제작된 양 단부 PSC 빔(200)과 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)과의 연결방식 및 완성된 상태의 구조용 빔을 도시한 것이다.

즉, 프리캐스트 방식으로 양 단부 PSC 빔(200)을 제작할 때 미리 단부면에 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지로 구성되는 I형 강형(110)와 동일한 형태의 연결강재(500)를 돌출되도록 하고, 상기 연결강재를 양 단부 PSC 빔(200)의 I형 강형(110)과 덧댐판, 앵커볼트와 너트를 이용하여 서로 연결시키는 방식을 취하게 된다.

이에 노출된 I형 강형(110)과 연결강재(500) 부위는 무수축 콘크리트로 최종 마감시켜 최종 본 발명의 구조용 빔을 제작할 수 있게 됨을 알 수 있다.

[실시예 2: 변단면 구조용 빔]

상기 변단면 구조용 빔을 도시한 것이 도 4a 및 도 4b이다.

이러한 변단면 구조용 빔의 실시예 1과 대비하여 양 단부 PSC 빔(200)이 직선형태가 아니라 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)의 연결부위로부터 단부면으로 갈수록 높이가 점증적으로 증가하는 방식으로 형성된 것이다.

이에 도 4b에 의하면, 구조용 빔은 교량하부구조에 설치 시 미관이 매우 증진되어 효율적인 이용이 가능하게 된다.

물론 상기 변단면 형태의 양 단부 PSC 빔은 중앙부 프리플렉스 합성빔(100)와 일체로 프리캐스트 방식 또는 현장타설 콘크리트 방식으로 제작될 수 있을 것이다.

[실시예 3: 구조용 빔의 시공방법]

상기 구조용 빔의 시공방법은 실시예 1에 의한 직선형태의 구조용 빔을 단경간 방식으로 설치하는 경우를 기준으로 살펴보지만 다경간 방식으로도 당연히 이용될 수 있다.

이에 도 5a 내지 도 5c에 의한 구조용 빔 시공방법을 살펴보도록 한다.

먼저, 도 2b와 같이 본 발명의 구조용 빔(A)은 공장에서 미리 제작하여 예컨대 교량용 거더로 이용이 가능하다.

즉, 도 5a과 같이 먼저 교대와 같은 교량하부구조(300)를 시공하고,

상기 교량하부구조(300)에 도 5b와 같이 본 발명의 구조용 빔(A)을 거치하게 된다.

이때 횡방향으로 다수 이격된 구조용 빔(A)의 복부 사이에는 가로빔(B)을 설치하여 서로 구속되도록 하게 된다.

본 발명의 구조용 빔(A)은 복부가 I형 강형(110)으로 노출되어 있기 때문에 강재로 제작된 가로빔(B)을 이용하여 가로빔 설치의 시공성을 확보할 수 있게 된다.

이러한 거치 후에는 도 5c와 같이 슬래브용 거푸집을 이용하여 바닥판(400,슬래브)를 형성시키게 된다.

이때 상기 구조용 빔(A)을 구성하는 I형 강형(110)의 상부플랜지(111) 상면에는 스터드(114)가 형성되어 있고, 양 단부 PSC 빔의 상면에는 전단철근이 형성되어 있어 콘크리트로 형성되는 바닥판(400)과 서로 일체화될 수 있게 됨을 알 수 있다.

A: 구조용 빔
100: 중앙부 프리플렉스 합성빔
110: I형 강형
111: 상부플랜지 112: 복부
113: 하부플랜지 114: 스터드
120: 케이싱콘크리트 121: 긴장재용 관통홀
140: 긴장재
200: 양 단부 PSC 빔 211: 긴장재용 관통홀
240: 긴장재
300: 교량하부구조 400:바닥판(슬래브)
500: 연결강재

Claims

강형의 하부를 길이방향으로 감싸도록 형성된 케이싱콘크리트에 프리플렉션을 도입시킨 중앙부 프리플렉스 합성빔; 및
상기 중앙부 프리플렉스 합성빔의 강형과 케이싱콘크리트의 양 단부에 일체로 형성된 철근콘크리트 빔으로서 상기 철근콘크리트 빔 하부와 상기 케이싱콘크리트에 길이방향으로 프리스트레스가 도입되도록 형성시킨 양 단부 피에스씨빔;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔.
제 1항에 있어서,
상기 강형은 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 포함하는 I형 강재빔을 이용하여 상기 케이싱콘크리트가 I형 강재빔의 하부플랜지와 복부 하부를 감싸면서 I형 강재빔의 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지 단부가 노출되도록 형성시키고, 상기 케이싱콘크리트를 길이방향으로 관통하는 긴장재에 의하여 상기 케이싱콘크리트에 프리플렉션이 도입되도록 하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔.
제 2항에 있어서,
상기 양 단부 피에스씨빔은 노출된 강형의 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지의 양 단부에 전단연결재(스터드)를 형성시키고, 상기 전단연결재가 매립되도록 타설되는 양 단부 피에스씨빔용 현장타설 콘크리트에 의하여 양 단부 피에스씨 빔과 프리캐스트 방식으로 제작된 중앙부 합성빔이 서로 일체화되도록 한 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔.
제 2항에 있어서,
상기 양 단부 피에스씨 빔은 노출된 강형의 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지의 양 단부에 덧댐판과 볼트 및 너트를 포함하는 체결구에 의하여 연결되는 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지로 형성된 연결강재를 프리캐스트 방식으로 제작된 양 단부 피에스씨빔으로부터 돌출되도록 형성시켜 상기 연결강재에 의하여 양 단부 피에스씨 빔과 중앙부 합성빔이 서로 프리캐스트 방식으로 일체화되도록 한 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔.
제 2항에 있어서,
상기 중앙부 합성빔에 배치되는 긴장재는 케이싱콘크리트에 직선형태로 배치되고, 양 단부 피에스씨빔에 배치되는 긴장재는 피에스씨빔의 하부에 직선형태 또는 포물선 형태로 배치되도록 하는 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔.
강형의 하부를 길이방향으로 감싸도록 형성된 케이싱콘크리트에 프리플렉션을 도입시킨 중앙부 프리플렉스 합성빔; 및 상기 중앙부 프리플렉스 합성빔의 강형과 케이싱콘크리트의 양 단부에 일체로 형성된 철근콘크리트 빔으로서 상기 철근콘크리트 빔 하부와 상기 케이싱콘크리트에 길이방향으로 프리스트레스를 도입시킨 양 단부 피에스씨빔;을 포함하는 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔을 제작하고,
상기 구조용 빔의 상부에 바닥판을 형성시키는 단계를 포함하는 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔을 이용한 교량구조물 시공방법.
제 6항에 있어서,
상기 강형은 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 포함하는 I형 강재빔을 이용하여 상기 케이싱콘크리트가 I형 강재빔의 하부플랜지와 복부 하부를 감싸면서 I형 강재빔의 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지 단부가 노출되도록 형성시키고, 상기 케이싱콘크리트를 길이방향으로 관통하는 긴장재에 의하여 상기 I형 강재빔과 케이싱콘크리트에 프리스트레스가 도입되도록 하여 제작하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성빔과 피에스씨빔을 이용한 구조용 빔을 이용한 구조물 시공방법.