KR101203154B1 - 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법 - Google Patents

Abstract

효율적이고 경제적인 교량을 시공할 수 있는 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법이 개시되면 상기 시공방법은 상기 강재 거더를 교량하부구조물에 거치한 후 종방향으로 연결시키는 단계; 상기 종방향으로 연결된 강재 거더의 연결 상태 일부를 해제하는 가힌지(H)를 상기 경간중앙부에 설치하는 단계; 합성콘크리트로서 상부 확장플랜지와 하부콘크리트를 지점부의 강재 거더에 형성시키고 상기 상부 확장플랜지에 압축 프리스트레스(P1)를 도입시키는 단계; 상기 강재 거더의 가힌지(H) 설치 상태를 해제하는 단계; 및 상기 지점부를 제외한 경간중앙부에 합성콘크리트로서 상부 확장플랜지와 하부콘크리트를 형성시키고 상기 하부콘크리트에 압축 프리스트레스(P2)를 도입시는 단계;를 포함한다.

Description

휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법{CONTINUOUS BRIDGE CONSTRUCTION METHOD USING BENDING MOMENT CONTROL}

본 발명은 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 거더를 이용한 다경간 교량을 시공함에 있어서 시공과정에서 발생하는 지점부 및 경간중앙부의 교량용 거더의 휨 모멘트들을 효율적으로 제어하여 보다 경제적으로 다경간 교량을 시공할 수 있는 교량 시공방법에 관한 것이다.

도 1a는 종래 강재 거더를 이용한 연속교 시공방법을 개략적으로 순서대로 도시한 것이다.

이러한 강재 거더(10)는 도 1b와 같이 통상 I형 단면의 강재 거더를 이용하는 것이 일반적인데 이러한 강재 거더(10)는 하부플랜지(11), 복부(12) 및 상부플랜지(13)로 형성됨을 알 수 있다.

이에 강재 거더(10)가 준비되면 먼저 강재 거더(10)의 양 단부를 지지하도록 가설벤트(21)에 미리 임시 교량받침(23)을 설치하고, 교대(22)에는 영구 교량받침(24)을 미리 설치하게 된다.

이러한 교량받침들은 횡방향으로 거더 설치개수에 따라 각각의 강재 거더에 대하여 다수 설치된다.

다음으로는 강재 거더(10)를 교량받침(23,24) 상면에 거치함으로서 강재 거더(10)가 단순지지 방식으로 설치되도록 한다.

이에 강재 거더(10)를 서로 종방향으로 연결시켜 줌으로서 거더를 연결시키게 되는데, 이러한 연결수단의 경우 거더 연결부에 지점부 콘크리트를 타설하는 경우도 있을 수 있지만 강재 거더의 경우 통상 연결판, 연결볼트 및 너트를 이용하여 강재 거더를 서로 연결시켜 연결시키게 된다.

이에 강재 거더(10)가 연결되면 중앙의 영구 교각(25)에 설치된 영구 교량받침(24)을 설치하여 지지되도록 한다.

다음으로는 강재 거더(10) 상부면에 슬래브 콘크리트를 타설, 양생시킴으로서 슬래브(40)을 형성시켜 강재 거더를 이용하여 교량을 연속교 방식으로 완성될 수 있도록 하게 된다.

위와 같은 종래 연속교 시공 방법은 결국 강재 거더를 먼저 단순교 형태로 설치하고 나서, 강재 거더를 연결시키고, 슬래브를 강재 거더 상부에 형성시키는 방식이라 할 수 있다.

이러한 방식에 의하면 강재 거더의 단면크기는 예컨대 강재 거더의 자중 및 슬래브 자중에 의하여 강재 거더에 발생하는 휨 모멘트에 저항할 수 있도록 정해지게 된다.

이때 지점부(교각 부위, Support)와 경간중앙부에서 강재 거더에 발생된 단면력은 시공 과정에서 계속 누적 되므로 과대해 질 수밖에 없다.

따라서 강재 거더의 단면크기는 커질 수밖에 없게 되고 이에 따라 강재 거더 제작을 위한 강재 사용량이 많아져 강재 거더 제작비용이 증가할 수밖에 없게 된다.

나아가 강재거더의 자중이 증가하여 장경간의 다경간 교량시공에 불리하며 가설벤트(21)를 설치함에 따라 공사비 추가라는 이중적 공사비 증가라는 문제점이 있게 된다.

나아가 곡선교 및 장경간 교량에서 유리한 U형 스틸거더(강재거더)도 소개된 바 있는데 이를 살펴보면 다음과 같다.

도 1c는 교량용 거더로서 U형 스틸거더(30)를 보여주는 도면으로서, 일정한 간격을 두고 설치된 한 쌍의 파형강판을 파형복부(33)로 하고, 상기 파형복부의 각각의 상부에는 일정한 크기 강판을 상부플랜지(31)를 각각 분리되게 부착설치하고, 상기 한 쌍의 파형복부(33)의 하부를 일정한 크기의 강판으로 상호 연결 일체화 되도록 부착 설치된 하부플랜지(32)를 설치하여 제작한 것이다.

상기 파형복부(33)는 통상의 수직 복부와 비교하여 수직으로 작용하는 하중에도 강하게 작용하도록 하면서 비틀림 변형에도 강한 장점이 있다.

도 1d는 상기 U형 스틸거더(30)를 다경간 교량의 지점부에 설치하고 연결하여 연속교의 시공 상태를 도시한 것이다.

즉, 상기 도 1c와 같은 U형 스틸거더(30)를 직선교인 일반적인 교량의 지점부(A)에 설치하면서,

예컨대 지점부에서 U형 스틸거더(30)와 U형 스틸거더(30)를 연결구(C, 연결판, 연결볼트 및 너트 이용)로 서로 종방향으로 연결 설치한 다음, 한 쌍의 파형 복부(33) 내측과 하부플랜지(32) 상부의 공간 내에 바닥콘크리트(50)를 타설하고, 상기 상부플랜지(31)를 포함하는 교량상부콘크리트(34)를 타설하면서,

상기 교량에 하중이 작용되어 발생되는 휨 정, 부모멘트의 발생위치에 따라, 예컨대, 휨 부모멘트가 발생되는 지점부(A)에는 교량상부콘크리트(34)에 긴장재(60)를 이용하여 압축 프리스트레스를 도입시키고 있음을 알 수 있다.

하지만 이러한 시공방법은 다경간 교량의 지점부에 있어 휨 부모멘트에 저항하기 위한 것이고, 시공 전체과정에서 경간중앙부 및 지점부에 발생하는 휨 부모멘트를 제어하여 교량용 거더의 단면크기를 최소화하고자 하는 기술적 구성은 달리 제시하지 못하고 있는 실정이었다.

이에 본 발명은 교량용 거더 즉, 강합성 거더를 이용하여 다경간 교량을 시공함 있어서, 기존의 교량 가설방법에서 문제시 되는 휨 모멘트의 과다 발생을 보다 효율적으로 제어하여 교량용 거더의 단면크기를 최소화시켜 보다 경제적인 다경간 교량시공이 가능한 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 다경간 교량시공과정에서 발생하는 휨 모멘트들을 제어(최소화)시켜 다경간 교량을 경제적으로 시공하는 기술적 구성을 채택하게 된다.

이를 위해 본 발명은

첫째, 다경간 교량을 시공하는 방법에 있어서 먼저 교량용 거더(강재 거더)를 종방향으로 연결시킨 상태에서 경간중앙부(양 지점부 사이)에 가힌지를 설치하여 교량용 거더에 발생하는 휨 정모멘트를 감소시키게 된다.

즉, 교량용 거더를 먼저 종방향으로 연결시켜 발생되는 경간중앙부의 휨 정모멘트들을 교량용 거더 전체로 분배시키기 위하여 경간중앙부에 가힌지를 설치하게 되는데, 이러한 가힌지 위치에서는 휨 모멘트가 거의 제로(일부는 연결상태 유지)가 되기 때문에 경간중앙부의 휨 정모멘트는 지점부 휨 부 모멘트로 분배되어 경간중앙부 휨 정 모멘트가 감소되면서 강재 거더의 단면력(부재의 발생력)이 고루 분배된다.

둘째, 지점부에 상부 확장플랜지 및 하부콘크리트(합성콘크리트)를 먼저 타설한 후, 규정된 콘크리크 강도 이상이 발현되면 상부 확장플랜지에 압축 프리스트레스를 도입시켜 지점부에 휨 부모멘트를 감소시키게 된다.

즉 상기 합성콘크리트 타설 및 양생에 의하여 지점부의 강성은 아직 강재로만 형성된 중앙경간부에 비해서 더욱 큰 값을 보이게 된다. 이에 다음 단계의 경간중앙부에 합성콘크리트 타설 시 강성의 차이로 처짐의 제한에 효과적이기는 하지만 휨 부모멘트의 상당부분이 지점부에 발생된다.

즉, 지점부에 합성콘크리트를 형성시켜 지점부 상부 확장플랜지에는 휨 부모멘트에 의해 많은 인장력이 발생하므로 상부 확장플랜지에 압축 프리스트레스(P1)를 도입함으로서 지점부의 교량용 거더 상부에 발생하는 휨 부모멘트를 감소시키게 된다.

셋째, 상기 가힌지 설치 상태를 해제하여 교량용 거더에 발생하는 휨 모멘트들을 연결된 전체 교량용 거더에 분산시키게 된다.

즉, 가힌지 설치 상태를 해제하여 교량용 거더를 구조적으로 연결시키게 되면 교량 전체는 연속체로 되어 이후에 추가되는 하중에 의한 휨 모멘트가 지점부와 경간중앙부에 분배된다.

넷째, 상기 지점부 이외의 경간중앙부의 교량용 거더에 상부 확장플랜지, 하부콘크리트(합성콘크리트)를 타설한 후, 하부콘크리트에 압축 프리스트레스(P2)를 도입하거나 외부강선에 의하여 프리스트레스를 교량용 거더에 도입시켜 경간중앙부 및 지점부에 발생하는 휨 모멘트를 감소시키게 된다.

강합성 거더 시공을 위한 상부 확장플랜지와 하부콘크리트를 경간중앙부에 형성시키게 되면 지점부에서도 휨 부모멘트가 발생하지만 경간중앙부에도 휨 정모멘트가 발생하게 된다.

이에 상기 경간중앙부의 휨 정모멘트를 감소시키기 위하여 압축 프리스트레스(P2)를 도입하여 경간중앙부의 휨 정모멘트를 감소시키게 된다.

이로서 본 발명에 의한 시공방법으로 형성된 콘크리트와 강거더가 합성된 강합성 거더는 지점부 및 특히 경간중앙부에 발생하는 휨 모멘트가 부재를 최소화 하기 위해 전구간에 걸쳐 적절히 분배되는 효과에 의하여 교량용 거더의 단면크기를 최소화할 수 있어 보다 경제적인 다경간 교량 시공이 가능하게 된다.

이를 위하여 본 발명은

강재 거더와 합성콘크리트가 서로 일체화되어 형성된 강합성 거더인 교량용 거더를 이용한 다경간 교량 시공방법에 있어서,

상기 강재 거더를 교량하부구조물에 거치한 후 종방향으로 연결시키는 단계;

상기 종방향으로 연결된 강재 거더의 연결 상태 일부를 해제하는 가힌지(H)를 경간중앙부에 설치하는 단계;

합성콘크리트로서 상부 확장플랜지와 하부콘크리트를 지점부의 강재 거더에 형성시키고 상기 상부 확장플랜지에 압축 프리스트레스(P1)를 도입시키는 단계;

상기 강재 거더의 가힌지(H) 설치 상태를 해제하는 단계; 및

상기 지점부를 제외한 경간중앙부에 합성콘크리트로서 상부 확장플랜지와 하부콘크리트를 형성시키고 하부콘크리트에 압축 프리스트레스(P2)를 도입시는 단계;를 포함하는 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법을 제공한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 의한 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법에 의하면, 강합성 거더와 같이 장경간 교량시공에 유리한 교량용 거더를 시공함에 있어서 시공방법을 통하여 교량용 거더의 단면크기를 최소화 할 수 있기 때문에 다경간 교량 시공에 있어 교량용 거더의 제작, 운반, 거치에 있어 시공성 및 경제성을 충분히 확보할 수 있게 된다.

도 1a는 종래 강재 거더의 사시도,
도 1b는 종래 강재 거더의 연결 시공방법의 순서도,
도 1c는 종래 U형 스틸거더의 사시도,
도 1d는 종래 U형 스틸거더교의 시공사시도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 이용되는 교량용 거더의 실시예들에 대한 단면도 및 사시도,
도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d 및 도 3e는 본 발명에 의한 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법의 순서도,
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 및 도 4e는 본 발명에 의한 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법에 의한 휨 모멘트 발생도이다.

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 실시 예에 한정 되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

[ 교량용 거더(100) ]

본 발명의 교량 시공에 이용되는 교량용 거더(100)의 예들을 도 2a 및 도 2b에서 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 2a 및 도 2b과 같이 교량용 거더(100)를 준비하게 되는데 본 발명의 경우에는 강합성 거더를 기준으로 살펴본다.

이러한 강합성 거더는

한 쌍의 파형복부(110)와 상기 파형복부(110)의 하부 각각에 형성된 수평판 형태의 하부플랜지(120),

상기 파형복부(110)의 상부 각각에 형성된 상부플랜지(130),

상기 양 상부플랜지(130)를 서로 연결시키되 소정 두께를 형성된 수평판 형태의 상부확장플랜지(140),

상기 양 하부플랜지 상면 사이에 단부가 걸쳐지도록 설치된 하부 프리캐스트 패널(150),

상기 하부 프리캐스트 패널(150) 상부에 소정의 두께를 가지도록 타설되며 내부에 길이방향으로 연장되도록 설치된 긴장재(161)가 형성된 하부콘크리트(160)를 포함하여 제작된 것을 이용하게 된다.

이에 상기 강합성 거더는 폐합된 박스형 거더로 형성됨을 알 수 있는데 이러한 폐합된 박스형 거더는 강재인 파형복부를 이용함으로서 특히 장경간 교량시공에 매우 유리하게 된다.

이때 상기 강합성 거더는 하부 프리캐스트 패널(150), 상, 하부 플랜지와 양 파형복부(110)를 먼저 일체로 제작하고, 긴장재(161,141)가 형성된 하부콘크리트(160)와 상부 확장플랜지(140)는 교량하부구조(교대, 교각)에 거치한 후 형성시킬 수 있으며 이에 대하여는 후술하기로 한다.

이에 상기 도 2a에 의한 강합성 거더는 1개의 폐합된 박스형 거더라는 점에서 1 셀 구조라 할 수 있는데 폐합된 박스형 거더 2개가 횡방향으로 연결된 2 셀 구조를 가진 강합성 거더를 이용할 수도 있다. 이는 현장여건과 도로 폭에 따른 교량 횡방향 폭에 따라 결정하면 된다.

이에 상기 2 셀 구조를 가진 강합성 거더의 경우 도 2b와 같이 한 쌍의 파형복부(110)와

상기 파형복부(110)의 하부 각각에 형성된 수평판 형태의 하부플랜지(120),

상기 파형복부(110)의 상부 각각에 형성된 상부플랜지(130),

상기 양 하부플랜지 상면 사이에 단부가 걸쳐지도록 설치된 하부 프리캐스트 패널(150),

상기 하부 프리캐스트 패널(150) 상부에 소정의 두께를 가지도록 타설되며 내부에 길이방향으로 연장 되도록 설치된 긴장재(161)가 형성된 하부콘크리트(160)를 포함하여 제작된 박스형 거더 2개가 횡방향 으로 서로 이격되도록 배치한 상태에서 횡빔(170)에 의하여 서로 연결되도록 하고,

상기 2개의 박스거더의 상부플랜지(130)들을 서로 연결시키되 소정 두께를 형성된 수평판 형태의 상부확장플랜지(140)를 포함하여 제작된 강합성 거더를 이용할 수 있음을 알 수 있다.

이러한 교량용 거더(100)는 종방향으로 서로 연결 되도록 설치되는데 이는 도 1d와 같이 연결판, 볼트와 너트와 같은 연결구(c)를 이용하여 파형복부(110), 상부플랜지(130) 및/또는 상부플랜지(130)를 서로 연결시켜 종방향으로 서로 연결시키면 된다.

이러한 연결판, 볼트와 너트를 이용하는 이유는 필요에 따라 연결 상태를 해제시켜 교량용 거더에 가힌지(H)를 형성시킬 수 있기 때문인데 이에 대하여는 후술하기로 한다.

[ 가힌지를 이용한 교량용 거더의 연결 시공방법 ]

도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 의한 가힌지(H)를 이용한 교량용 거더의 연결 시공방법의 순서도를 도시한 것이다.

먼저 도 3a와 같이 본 발명의 교량용 거더(100)는 다경간 교량 시공에 이용되므로 교량하부구조(200)를 먼저 교량이 설치되어야 지반에 시공하게 된다.

이에 교량하부구조(200)는 교대(210)를 종방향(교축방향)으로 서로 이격 설치하고, 상기 교대(210) 사이에 적어도 1개 이상의 교각(220)을 시공하게 된다.

도 3a에서는 2개의 교대(210)와 3개의 교각(220)이 서로 이격 시공된 1경간 내지 4경간 연속교 시공을 도시됨을 알 수 있다.

이에 상기 교대(210)와 교각(220)에 설치된 교량받침(미도시)에 얹어지도록 도 2a에서 살펴본 교량용 거더(100)를 각 경간마다 단순교 방식으로 거치시키게 된다.

이러한 교량용 거더(100)는 예컨대 폐합된 박스형 거더로서 미리 공장에서 제작하여 현장에 반입한 후 기중기 등을 이용하여 교량하부구조(200)에 거치시키면 되는데 본 발명에서는 1 셀구조에 있어 상부플랜지(130) 및 하부플랜지(120)가 형성된 한쌍의 파형복부(110), 하부 프리캐스트 패널(150)이 서로 일체화된 것을 이용하는 것을 기준으로 살펴보며 본 발명에서는 이를 “강재 거더”라 지칭하기로 한다.

이와 같이 상부플랜지(130) 및 하부플랜지(120)가 형성된 한쌍의 파형복부(110), 하부 프리캐스트 패널(150)이 서로 일체화된 것을 이용하면 교량용 거더의 자중을 최소화 시킬 수 있어 역시 단면크기를 최소화 시킬 수 있기 때문이다.

이때, 거치된 교량용 거더(100,강재 거더)는 횡방향으로도 이격되어 다수가 설치될 수 있으며 횡방향으로 설치된 교량용 거더(100,강재 거더)는 가로빔(미도시)에 의하여 서로 구속되도록 설치된다.

이때 미리 양단지지 방식(단순교 방식) 거치된 교량용 거더(100,강재 거더)는 연결구(C)를 이용하여 종방향으로 먼저 연결시키게 된다.

상기 연결구(C)는 앞서 살펴본 것과 같이 상부플랜지(130), 하부플랜지(120)가 형성된 한쌍의 파형복부(110)에 연결판을 덧대고 볼트와 너트를 이용하여 서로 연결시키면 된다.

이에 종방향으로 연결된 교량용 거더들(강재 거더)에는 교대, 교각과 같은 지점부(A)에 단순지지 방식으로 설치 한 이후에 연결구에 의하여 서로 연결된 상태이기 때문에 휨 정모멘트(M+)가 발생하게 된다.

다음으로 도 3b와 같이 가힌지(H)를 형성시키게 되는데 이러한 가힌지(TEMPORARY HINGE)는 예컨대 2,3 경간중앙부(지점부 사이사이)에 각각 형성시키게 된다. 이러한 가힌지(H)는 별도의 장치를 설치하는 것이 아니라 2,3경간에 설치된 교량용 거더(100, 강재 거더)의 연결 상태를 일부 해제하는 방법을 이용하게 된다.

즉, 종방향으로 인접한 교량용 거더(100, 강재 거더)의 상부플랜지(130)와 하부플랜지(120)를 연결하고 있는 연결판에 설치된 볼트와 너트는 풀고 파형복부에 설치된 연결판의 연결상태는 그대로 유지 또는 일부만을 푸는 것이다. 본 발명에서는 파형복부에 설치된 연결판의 연결상태만 유지하는 것을 기준을 살펴본다.

이에 교량용 거더(100,강재 거더)는 경간중앙부에서 파형복부(110)는 서로 연결되어 있어 서로 분리되어 있지는 않지만 상부플랜지와 하부플랜지의 연결상태가 해제되어 있으므로 상기 2경간 및 3경간의 경간중앙부의 가힌지가 형성된 위치에 있어 발생하는 휨 정모멘트는 거의 제로(일부 연결상태 해제)가 되어 이에 따라 교량용 거더(100,강재 거더)에 발생된 휨 정모멘트(M+)는 재분배가 되면서 각 경간중앙부에는 휨 정모멘트(M+)가 지점부에는 휨 부모멘트(M-)가 발생하게 된다.

즉, 가힌지에 형성된 곳에서는 휨 모멘트가 거의 제로가 되기 때문에 연결된 교량용 거더(강재 거더)에 발생하는 휨 모멘트가 재분배 되면서 전체적으로 휨 정 모멘트가 감소하여 강재거더에 발생하는 단면력(발생력)의 분배가 이루어진다.

이에 종방향으로 연결된 교량용 거더(강재 거더)의 경간중앙부 연결된 상태 일부를 해제하여 휨 모멘트를 재분배 시키는 것을 본 발명에서는 “가힌지(H)를 형성시킨다고” 라고 지칭하기로 한다.

이러한 가힌지 형성 과정에서 연결된 교량용 거더(강재 거더)의 불안정을 해결하기 위하여 지점부 즉 교각에서는 필요시 교량용 거더(강재 거더)를 교각과 서로 일체화시켜 거더의 안정성을 확보하는 것이 바람직하다.

다음으로 도 3c와 같이 교량용 거더(100,강재 거더)의 먼저 지점부(A)에 있어 하부 프리캐스트 패널(150) 상부에 소정의 두께를 가지도록 타설시켜 형성된 하부콘크리트(160)를 형성시킴과 더불어 소정 두께로 상부 확장플랜지(140)를 형성시키게 된다.

상기 합성콘크리트 타설 및 양생에 의하여 지점부의 강성은 아직 강재로만 형성된 중앙경간부에 비해서 더욱 큰 값을 보이게 된다. 이에 다음 단계의 경간중앙부에 합성콘크리트 타설시 강성의 차이로 처짐의 제한에 효과적이기는 하지만 휨 부모멘트의 상당부분이 지점부에 발생된다.

즉, 상부 확장플랜지 및 하부콘크리트(140,160)는 현장에서 타설 및 양생시키게 되는데 이러한 상부 확장플랜지 및 하부콘크리트(160,140)의 무게가 더 작용하게 되므로 지점부에는 휨 부모멘트(M-)가 더 증가하게 된다.

이에 지점부(A)를 경유하도록 상부 확장플랜지(140)에는 긴장재(141)를 추가 설치하고, 긴장재(141)에 의한 압축 프리스트레스(P1)가 교량용 거더(100, 지점부에 합성콘크리트가 형성된 강재거더) 상부에 작용하도록 하여 상기 더 증가된 휨 부모멘트(M-)가 감소될 수 있도록 하게 된다.

이로서 휨 모멘트가 가힌지에 의하여 재분배 된 상태라 하더라도 장경간의 다경간 교량의 경우에는 지점부에는 비교적 큰 휨 부모멘트(M-)가 발생하고 있으므로 교량용 거더(100,지점부에 합성콘크리트가 형성된 강재거더)에 형성된 상부 확장플랜지(140)에, 압축 프리스트레스(P1)를 도입함으로서 지점부의 교량용 거더(100,지점부에 합성콘크리트가 형성된 강재거더) 상부에 발생하는 휨 부모멘트(M-)를 감소되도록 하는 것이다.

본 발명에서는 상기 상부 확장플랜지(140)와 하부콘크리트(160)를 합성콘크리트라 지칭하기로 한다.

다음으로는 도 3d와 같이 2,3 경간중앙부에 있어 가힌지(H) 상태를 해제하여 교량용 거더(100,지점부에 합성콘크리트가 형성된 강재거더)를 다시 연결시키게 된다.

즉, 연결판, 볼트와 너트에 의하여 연결 상태가 일부 해제된 교량용 거더(지점부에 합성콘크리트가 형성된 강재 거더)의 상부플랜지와 하부플랜지를 서로 다시 연결판, 볼트와 너트를 이용하여 연결시켜 연결된 상태로 복원시키는 것이다.

이에 교량용 거더를 구조적으로 연결시키게 되면 교량 전체는 연속체로 되어 이후에 추가되는 하중에 의한 휨 모멘트가 지점부와 경간중앙부에 분배된다.

다음으로는 도 3e와 같이 지점부 이외의 각 경간중앙부에 있어 하부 프리캐스트 패널(150) 상부에 소정의 두께를 가지도록 내부에 길이방향으로 연장되도록 설치된 긴장재(161)가 형성된 하부콘크리트(160)를 형성시킴과 더불어 소정 두께로 상부 확장플랜지(140)를 형성시키게 된다.

즉 합성콘크리트를 추가로 경간중앙부에 형성시키는 것이다.

이와 같이 상부 확장플랜지와 하부콘크리트를 경간중앙부에도 형성시키게 되면 콘크리트(레미콘) 타설시 지점부 휨강성이 경간중앙부에 비하여 훨씬 크므로 콘크리트 타설에 의한 단면력이 많은 부분 지점부 휨 부모멘트(M-)로 발생하며,

상대적으로 지점부보다는 작은 값이지만 경간중앙부의 휨 정모멘트(M+) 가 발생하게 된다. 이에 상기 경간중앙부의 휨 정모멘트(M+)를 감소시키기 위하여 압축 프리스트레스(P2)를 도입하여 경간중앙부의 휨 정모멘트(M+)를 감소시키게 된다.

이에 경간중앙부의 상부확장플랜지 및 하부콘크리트 타설에 의하여 강성이 커진 경간중앙부에 발생하는 휨 정모멘트(M+)를 감소시켜 전체적으로 연결된 교량용 거더(100, 지점부와 경간중앙부에 합성 콘크리가 형성된 강재거더)에 발생하는 휨 모멘트를 감소시켜 상기 교량용 거더의 단면크기를 최소화시킬 수 있게 된다.

다음으로는 미도시 하였지만 교량시공에 필요한 포장층, 난간, 중앙분리대 등을 추가로 설치하여 최종 본 발명의 연속교 시공이 완성될 수 있도록 하게 된다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 의한 교량용 거더의 시공방법에 의하여 지점부 및 경간중앙부에 발생하는 휨 부모멘트(M-)와 휨 정모멘트(M+)의 크기의 변화과정을 도시한 것이다.

먼저 도 4a와 같이 1 셀구조에 있어 상부플랜지(130) 및 하부플랜지(120)가 형성된 한쌍의 파형복부(110), 하부 프리캐스트 패널(150)이 서로 일체화된 교량용 거더(강재 거더)를 교대(210)와 교각(220)들 사이에 각각 양단 단순 지지방식(단순교 방식)으로 거치한 후 서로 연결구(C)인 연결판, 볼트와 너트를 이용하여 서로 연결시키게 되면 지점부(A)에는 휨 부모멘트(M-)가 발생하지 않고, 경간중앙부에는 휨 정모멘트(+M1, 최대값 기준)가 발생됨을 알 수 있다.

다음으로 도 4b와 같이 경간중앙부를 가힌지(H) 상태로 형성시키게 되면 상기 가힌지(H)에서는 휨 모멘트가 거의 제로가 되어 지점부에는 휨 부모멘트(-M1), 경간중앙부의 휨 정모멘트(+M2<+M1)가 발생된다.

다음으로 도 4c와 같이 먼저 지점부(A)에 있어 상부확장플랜지(140)와 하부콘크리트(160)를 형성시키게 되면 상기 상부확장플랜지와 하부콘크리트의 무게에 의하여 지점부(A)에는 휨 부모멘트(-M2)가 더 발생하게 된다.

이에 상기 휨 부모멘트(-M2)를 제어하기 위하여 긴장재(141)를 이용하여 상부 확장플랜지(140)에 압축 프리스트레스(P1)를 도입시키게 되면 최종 지점부의 휨 부모멘트(-M2)는 다시 감소하게 되어 지점부 휨 모멘트를 효과적으로 제어하게 된다.

다음으로 도 4d와 같이 경간중앙부에 있어 가힌지(H) 상태를 다시 복원시켜 교량용 거더를 연속화시키고, 각 경간중앙부에 합성콘크리트를 형성시키게 된다.

상기 가힌지 상태를 다시 복원시키게 되면 교양요 거더 전체에 걸쳐 휨 모멘트가 재분배 되지만,

나머지 경간중앙부에 있어 상부확장플랜지(140)와 하부콘크리트(160)를 모두 형성시키게 되면 상부확장플랜지 및 하부콘크리트에 의한 무게가 더해져 경간중앙부에는 휨 정모멘트(-M3)가 더 발생하게 된다.

즉, 지점부에는 휨강성이 크기 때문에 경간중앙부에 타설하는 콘크리트에 의한 휨 모멘트는 지점부에서 더 크게 발생하게 된다.

이에 경간중앙부의 휨 정모멘트를 제어하기 위하여 긴장재(161)를 이용하여 압축 프리스트레스(P2)를 강합성 거더에 도입시키게 된다.

이에 최종 상기 휨 정모멘트(+M3)를 제어하기 위하여 긴장재(161)를 이용하여 하부콘크리트(160)에 압축 프리스트레스를 도입시키게 되면 각각 경간중앙부에는 휨 정모멘트(+M3)는 다시 감소하게 됨을 알 수 있어 경간중앙부에 있어 휨 모멘트를 효과적으로 제어할 수 있게 된다.

이때 상기 긴장재(161) 이외에 강합성 거더 외부(지점부 및/또는 경간중앙부)에 추가 긴장재(미도시)를 설치하여 부족한 압축 프리스트레스를 도입시킬 수 있다.

결국 도 4e와 같이 전 경간에 걸쳐 분배된 휨 모멘트에 의하면 특히 경간중앙부의 휨 정모멘트(+M4)가 매우 작게 형성됨을 알 수 있다.

이에 종래 동일한 폐합된 박스형 강합성 거더를 이용하여 다경간 교량을 시공하는 것과 대비하여 휨 정모멘트의 크기가 개략 20~30%이상 감소하여 교량용 거더의 단면을 최소화시킬 수 있어 보다 경제적인 연속교 시공이 가능하게 되며, 이러한 효과는 교량용 거더의 거치, 가힌지 도입, 지점부의 상부확장플랜지와 하부콘크리트의 형성, 가힌지 해제, 경간중앙부의 상부확장플랜지와 하부콘크리트의 형성에 의한 공종의 변경에 의한 것임을 알 수 있다.

100: 교량용 거더 110: 파형복부 120: 하부플랜지
130: 상부플랜지 140: 상부확장플랜지
150: 하부 프리캐스트 패널 160: 하부콘크리트
170: 횡빔 200: 교량하부구조
210: 교대 220: 교각

Claims (4)

1. 강재 거더와 합성콘크리트가 서로 일체화되어 형성된 강합성 거더인 교량용 거더를 이용한 다경간 교량 시공방법에 있어서,
   상기 강재 거더를 교량 하부구조물에 거치한 후 종방향으로 연결시키는 단계;
   상기 종방향으로 연결된 강재 거더의 연결 상태 일부를 해제하는 가힌지(H)를 경간중앙부에 설치하는 단계;
   합성콘크리트로서 상부 확장플랜지(140)와 하부콘크리트(160)를 지점부의 강재 거더에 형성시키고 상기 상부 확장플랜지(140)에 압축 프리스트레스(P1)를 도입시키는 단계;
   상기 강재 거더의 가힌지(H) 설치 상태를 해제하는 단계; 및
   상기 지점부를 제외한 경간중앙부에 합성콘크리트로서 상부 확장플랜지(140)와 하부콘크리트(160)를 형성시키고 상기 하부콘크리트(160)에 압축 프리스트레스(P2)를 도입시는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 강합성 거더는
   한 쌍의 파형복부(110); 상기 파형복부(110)의 하부 각각에 형성된 수평판 형태의 하부플랜지(120); 상기 파형복부(110)의 상부 각각에 형성된 상부플랜지(130); 상기 양 상부플랜지(130)를 서로 연결시키되 소정 두께를 형성된 수평판 형태의 상부 확장플랜지(140); 상기 양 하부플랜지 상면 사이에 단부가 걸쳐지도록 설치된 하부 프리캐스트 패널(150); 및 상기 하부 프리캐스트 패널(150) 상부에 소정의 두께를 가지도록 타설되며 내부에 길이방향으로 연장되도록 설치된 긴장재(161)가 형성된 하부콘크리트(160);를 포함하는 폐합된 박스형 강합성 거더인 것을 특징으로 하는 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 강합성 거더는
   한 쌍의 파형복부(110); 상기 파형복부(110)의 하부 각각에 형성된 수평판 형태의 하부플랜지(120); 상기 파형복부(110)의 상부 각각에 형성된 상부플랜지(130); 상기 양 하부플랜지 상면 사이에 단부가 걸쳐지도록 설치된 하부 프리캐스트 패널(150); 상기 하부 프리캐스트 패널(150) 상부에 소정의 두께를 가지도록 타설되며 내부에 길이방향으로 연장되도록 설치된 긴장재(161)가 형성된 하부콘크리트(160)를 포함하여 제작된 박스형 거더 2개가 횡방향으로 서로 이격되도록 배치한 상태에서 횡빔(170)에 의하여 서로 연결되며, 상기 2개의 박스거더의 상부플랜지(130)들을 서로 연결시키되 소정 두께를 형성된 수평판 형태의 상부 확장플랜지(140)를 포함하여 제작된 폐합된 박스형 강합성 거더인 것을 특징으로 하는 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 교량용 거더의 연결 상태 일부를 해제하기 위하여 설치되는 가힌지는
   상부플랜지와 하부플랜지의 종방향 연결상태는 해제하고 파형복부의 연결상태는 유지하도록 하여 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 휨 모멘트 제어를 이용한 다경간 교량 시공방법.

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