KR101204966B1 - 증가된 단면강성을 가진 강재거더의 구속콘크리트 제작방법 - Google Patents

Abstract

자중에 의한 압축응력 및 인장응력이 I형 강재의 상연 및 하연에 구속되도록 제작되어 턴-오버 되어 설치되는 강재 거더 제작방법에 있어, 특히 턴-오버 되기 이전에 제작대 설치 상태에서 I형 강재의 휨에 대한 강성이 증진되도록 하면서도, 구속콘크리트 형성에 있어 거푸집의 해체에 따른 부속 작업이 용이하도록 하기 위한 증가된 단면강성을 가진 강재거더의 구속콘크리트 제작방법이 개시된다.
이를 위해 구속 콘크리트 내부에 구속 콘크리트 철근이 전부 매립되도록 하고, 상기 구속 콘크리트 철근을 외부로 돌출시켜 슬래브와의 일체성 확보를 위한 구성을 스터드로 대신하도록 하도, 이에 상기 스터드가 종래 구속 콘크리트 철근과 같이 구속콘크리트 외부로 돌출되어 거푸집 내부에 위치함에 따라 종래 구속 콘크리트 철근과 같이 거푸집 내부에서의 스터드 훼손 문제점을 해결하기 위하여, 상기 거푸집 내측면에 개구부를 형성시키고, 상기 개구부에 스터드가 위치하여 거푸집 외부로 노출되도록 함으로써 상기 스터드의 채택에 의한 제작상의 문제점이 해결될 수 있도록 하였다.

Description

증가된 단면강성을 가진 강재거더의 구속콘크리트 제작방법{CONSTRUCTION METHOD FOR CONFINE CONCRETE MEMBER OF STEEL PLATE GIRDER WITH REINFORCED BENDING MOMENT}

본 발명은 증가된 단면강성을 가진 강재거더의 구속콘크리트 제작방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 자중에 의한 압축응력 및 인장응력이 I형 강재의 상연 및 하연에 구속되도록 제작되어 턴-오버 되어 설치되는 강재 거더 제작방법에 있어, 특히 턴-오버 되기 이전에 제작대 설치 상태에서 I형 강재의 휨에 대한 강성이 증진되도록 하면서도, 구속콘크리트 형성에 있어 거푸집의 해체에 따른 부속 작업이 용이하도록 하기 위한 증가된 단면강성을 가진 강재거더의 구속콘크리트 제작방법에 관한 것이다.

본 발명과 관련된 구속콘크리트가 형성된 강재거더 제작방법과 관련하여 특허 제 795920호가 소개된 바 있으며, 이러한 강재거더 제작방법을 살펴보면 다음과 같다.

즉, 통상의 I형 강재(플레이트 거더)를 이용하여 특히 교량을 시공할 때, I형 거더(10)의 단면 설계는 최종 설치단계에 작용하는 여러 자중 및 하중에 의하여 발생하는 압축 및 인장응력을 고려하되 안전율을 고려하여 이루어지게 되는데, 정량적으로 살펴보면, I형 거더의 자중에 의한 것이 그 설계단면에 가장 큰 요인을 차지하게 된다.

이에 상기 I형 거더 단면을 최적화하여 그 자중을 감소시키는 방법으로 I형 거더의 단면을 설계할 수 있도록 하는 것은 매우 중요한 의미를 가지게 되므로 이를 위해 강재 거더는 제작과정에 있어 하부플랜지 주위에 구속콘크리트가 형성되도록 하고 이를 턴-오버(뒤집는 과정)시켜 설치하는 방법을 개시하고 있음을 알 수 있다.

이때, 상기 구속콘크리트는 I형 강재의 자중에 의하여 I형 강재의 상연 및 하연에 도입된 인장응력과 압축응력을 구속시키기 위함인데, 도 1a 및 도 1b와 같이 상기 구속콘크리트는 턴-오버 되어 슬래브와의 연결을 위하여 구속콘크리트용 철근(140)이 구속콘크리트(150) 외부로 돌출되도록 제작해야 하나 제작대에서 상기 구속콘크리트(150)가 아래로 위치하도록 매달린 상태로 두고 거푸집을 I형 거더의 하부플랜지 주위에 설치하는 제작 공정상,

구속콘크리트용 철근(140)이 거푸집내부에서 그 자중에 의하여 훼손시키지 않으면서 자연스럽게 구속콘크리트로 외부로 돌출된 강재거더 제작방법에 대한 필요성이 요구되었다.

이에, 도 1c 및 도 1d와 같이, 양 단이 단순 지지되도록 I형 강재(100)를 설치하여, 상기 I형 강재의 자중에 의하여 I형 강재의 상연 및 하연에 압축응력 및 인장응력이 도입되도록 하고, 상기 I형 강재의 하부플랜지(130) 주위에 거푸집(400)을 설치한 후, 상기 거푸집에 콘크리트를 타설, 양생시킴으로서 I형 강재(100)의 하부플랜지(130)에 구속콘크리트(150)가 형성되어 상기 압축응력 및 인장응력이 I형 강재(100)에 구속되도록 하는 강재 거더(A)를 제작함에 있어서,

상기 I형 강재(100)의 하부플랜지(130) 주위에 구속콘크리트(150)에 매립되도록 구속콘크리트용 철근(140)을 먼저 설치하고,

상기 거푸집(400) 내측 상면에 스티로폴과 같은 스페이서(160)를 먼저 설치한 후, 상기 스페이서(160)에 매립되도록 세팅함으로서 구속콘크리트용 철근(140)이 거푸집 내측 상면으로부터 상방으로 이격 배치되도록 하고, 거푸집(400) 내부에 콘크리트가 타설되도록 함으로써,

결국, 상기 스티로폴과 같은 스페이서(160)에 의하여 구속콘크리트용 철근(140)이 제작 시 거푸집 저면과 맞닿지 직접 맞닿지 않도록 하여 상기 철근이 거더의 자중에 의하여 훼손되지 않도록 하는 방법이 소개되어 있다.

하지만, 도 1e와 같이, 상기 스티로폴과 같은 스페이서(160)가 거푸집 해체 후 구속콘크리트(150)에 부착되어 이를 추후 분리함에 있어 스티로폴이 부분적으로 해체되고 인력으로 분리하기 어려워 에어건과 물을 이용하여 스티로폴을 분리하는 등 불필요한 시간과 노력을 요구하는 예가 많아 구속콘크리트에 의한 강재거더의 제작공기 및 경제성과 작업성 저하가 문제시되어 이러한 스티로폴 이용에 대한 방법개선이 요구되었다.

이에 본 발명은 종래 턴-오버 시켜 구속 콘크리트에 의한 강재 거더 제작 시 스티로플과 같은 스페이서를 사용함에 따른 불편함을 해소하면서, 상기 강재 거더의 휨 강성도 함께 증가시킬 수 있는 새로운 구속 콘크리트에 의한 강재거더 제작방법 제공을 그 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 기술적과제를 달성하기 위하여 본 발명은 기본적으로 구속 콘크리트에 의한 강재거더 제작을 위하여 종래 스티로플과 같은 스페이서 사용을 배제하고, 이러한 스티로플과 같은 스페이서 사용을 배제하기 때문에 발생하는 구속 콘크리트 철근의 거푸집 내부에서의 훼손을 방지하기 위하여

먼저, 구속 콘크리트 내부에 구속 콘크리트 철근이 전부 매립되도록 하고, 상기 구속 콘크리트 철근을 외부로 돌출시켜 슬래브와의 일체성 확보를 위한 구성을 스터드로 대신하도록 하였다.

이에 상기 스터드가 종래 구속 콘크리트 철근과 같이 구속콘크리트 외부로 돌출되어 거푸집 내부에 위치함에 따라 종래 구속 콘크리트 철근과 같이 거푸집 내부에서의 스터드 훼손 문제점을 해결하기 위하여,

상기 거푸집 거푸집 내측 저면에 개구부를 형성시키고, 상기 개구부에 스터드가 위치하여 거푸집 외부로 노출되도록 함으로써 상기 스터드의 채택에 의한 제작상의 문제점이 해결될 수 있도록 하였다.

또한, I형 거더의 하부플랜지가 거푸집 내측 상면에 직접 닿도록 하게 되므로 구속 콘크리트용 콘크리트 타설 시 상기 개구부로 타설된 콘크리트가 누출되지 않도록 하였다.

이에 상기 하부플랜지가 거푸집 내측 상면에 직접 닿도록 해야 함을 고려하여 특히 I형 거더의 복부 상하 길이를 조정하고, 이에 따른 I형 강재 거더의 단면 높이가 증가될 수 있도록 하되 강재거더의 전체적인 형고는 변함이 없도록 하면서도 전체적인 강재 거더의 휨 강성이 증진되도록 하였다.

본 발명에 의하면, 종래 I형 강재 거더의 하연에 발생하는 인장응력을 고려한 단면설계와 비교하여 보다 효과적이고 경제적인 교량용 거더 제작방법을 제공할 수 있는 강재 거더에 있어서, 제작대 설치상태에서도 구속콘크리트용 철근을 안전하게 구속콘크리트와 일체로 제작할 수 있게 됨에 따라, 보다 용이한 품질관리가 가능하면서도, 휨 강성을 충분히 확보할 수 있는 한 강재 거더 제작이 가능하게 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 기술 분야에서 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 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 종래 구속 콘크리트 형성된 강재거더의 시공단면도, 상기 종래 강재 거더의 사시도, 제작단면도 및 단순지지 사시도 및 스티로폴과 같은 스페이서 제거도,
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명에 의한 강재 거더 제작방법을 개략 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 제작대에 강재거더가 설치된 상태를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 의한 강재 거더의 사시도,
도 5a 및 도 5b는 종래 강재거더와 본 발명에 의한 강재거더의 시공단면도의 비교도이다.

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.

본 발명에 의하여 제작된 강재 거더(A)는 I형 강재(100)의 하부플랜지(130) 주위에 I형 강재의 상부 및 하부플랜지에 도입된 압축응력 및 인장응력을 구속시키기 위한 구속콘크리트(150)를 형성시키게 되는데 이러한 강재 거더(A)는 도 2a 내지 2d와 같이 제작대에서 매달려 구속콘크리트(150)가 아래에 위치하도록 하는 제작과정을 먼저 거치게 되며, 제작대에서 분리된 이후에,

강재 거더(A)는 턴-오버(상,하를 뒤집는 과정) 되어, 도 5b와 같이 구속콘크리트(150)가 위로 위치하도록 하여 교량용 슬래브(600)에 상기 구속콘크리트(150)가 슬래브(600)를 지지하도록 최종 설치된다.

이때 상기 슬래브(600)와 구속 콘크리트(150)는 스터드(170)가 전단연결재 역할을 하여 서로가 서로 구조적으로 일체화되도록 하게 된다.

이에 상기 스터드는 제작과정에서부터 설치 시 까지 구속콘크리트(150)로부터 외부로 돌출되도록 하게 된다.

즉, 본 발명에 의한 강재 거더(A)는 턴-오버 되기 이전의 제작대에서 강재 거더(A)를 제작할 때, 스터드(170)가 구속콘크리트(150)로부터 자연스럽게 돌출 형성되도록 제작해야 하는데, 바로 이러한 강재 거더(A)를 제작하기 위한 방법을 아래에서 구체적으로 살펴보도록 한다.

먼저, 도 2a와 같이 I형 강재(100)를 제작하게 된다.

상기 I형 강재(100)는 크게 하부플랜지(130), 복부(120) 및 상부플랜지(110)를 포함하여 제작하게 되며, 강판을 가공하여 용접에 의한 방법으로 제작할 수 있을 것이다. 이때 상기 상부플랜지(110)는 하부플랜지(130)의 폭보다 작은 폭을 가지도록 제작하게 된다.

또한, I형 강재(100) 하부플랜지(130) 저면에는 추가로 스터드(170)를 더 형성시켜 종래 구속콘크리트(150)로부터 외부로 돌출되어 슬래브와의 일체성 확보를 위한 구속콘크리트용 철근(140)의 역할을 하도록 한다.

다음으로 I형 강재(100)의 양 단부는 예컨대, 단순 지점부로 지지되도록 한 상태로 세팅하게 되는데 이러한 양 단부 지지상태의 예를 살펴보면,

도 3과 같이 I형 강재(100)의 양 단부는 제작대(300)의 양 단에 매달려 설치되도록 함으로서 I형 강재(100)의 양 단부가 단순 지점부로 지지될 수 있도록 하고 있음을 알 수 있다.

이때 상기 제작대(300)의 구성을 살펴보면, 전체적인 형태가 역 ㄷ 자 형태로 제작되며 철골을 이용하여,

먼저 제작장(200) 지반으로부터 상방으로 연장된 양 수직지지대(310)와 각 수직지지대 상단 사이에 설치된 수평지지대(320)를 포함하여 구성되도록 하게 된다.

이러한 제작대(300) 내측에는 I형 강재(100)가 세팅되는데, 상기 제작대(300)의 수평지지대(320) 내측면 개략 중앙부에 I형 강재(100)의 상부플랜지(110) 상면이 고정되도록 턴버클을 포함하는 연결지지대(330)의 일단부를 수평지지대(320) 내측면 양 측면에 고정시키고,

타단부를 I형 강재(100)의 복부(120)에 설치된 지그대(340)에 연결시킴으로서, 최종 제작대(300)에 I형 강재(100)의 양 단부가 단순 지점부로 지지될 수 있도록 하게 된다.

다음으로는 제작대에 설치된 I형 강재(100)의 하부플랜지(130)에 구속콘크리트 철근(140)이 미리 I형 강재의 전장에 걸쳐 설치되도록 한다.

이때, 상기 구속콘크리트 철근(140)은 하부플랜지(130) 상면 위쪽으로 배치하도록 하는데 이는 추후 도 5b와 같이 상기 철근(140)이 구속콘크리트 외부로 돌출되지 않고 구속콘크리트 내부에 완전히 매립되도록 형성시키기 때문이다.

이에 종래와 달리 구속콘크리트용 철근(140)의 배치 형태가 달라짐을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 경우 구속콘크리트 철근(140)은 하부플랜지(130)를 기준으로 그 상면 위쪽에 배치되고, 하부플랜지(130) 저면에 하방으로 스터드(170)가 형성되고 있음을 알 수 있으며,

슬래브(600)와의 일체화를 위한 전단연결재의 역할을 구속콘크리트 철근(140)이 아닌 스터드(170)가 단독으로 담당하고 있음을 알 수 있다.

이에 스터드(170)가 구속콘크리트(150) 외부로 돌출되어 있기 때문에 거푸집(400) 내부에 스터드(170)가 배치되면 이러한 스터드가 I형 거더의 자중에 의하여 거푸집 내측 상면에서 훼손 될 수밖에 없다.

이에 본 발명에서는 상기 스터드(170)가 거푸집(400) 내부에 위치하지 않도록 즉, 거푸집 외부로 돌출되도록 도 2b와 같이 거푸집(400)을 설치하게 된다.

이를 위해 상기 거푸집(400)은 상면이 개방된 상자형 강재 거푸집을 이용하되, 상기 스터드(170)가 거푸집 외부로 돌출되도록 내측 중앙부에 개구부(P)를 형성시킨 것이 이용된다.

이러한 거푸집(400)은 제작장(200) 지반에 미리 동바리 역할을 하는 유압잭 등과 같은 지지구(500)를 먼저 설치한 후, 상기 지지구(500) 상부면에 거푸집(400)을 도 2b 및 도 2c와 같이 세팅시키게 되며, 미도시 하였지만 I형 강재에 매달려 설치될 수 있도록 할 수 도 있다.

이에 도 2b와 같이 상기 개구부(P)에 스터드(170)가 하방으로 연장되어 돌출되도록 하면서, I형 거더의 하부플랜지(130)의 양 단부(D)가 거푸집 개구부(P) 주위에 걸쳐져 세팅시키고 있음을 알 수 있으며, 이에 개구부는 상기 하부플랜지(130)에 의하여 막혀지고 있음을 알 수 있다.

이에 상기 개구부의 폭은 하부플랜지의 폭보다는 적어도 작게 형성되도록 해야 함을 알 수 있다.

따라서 상기 하부플랜지가 개구부가 막히도록 하고 있고, I형 거더의 자중에 의하여 거푸집 상면 내측에 지지되어 도 2c와 같이 추후 거푸집 내부로 타설되는 콘크리트(180)가 상기 개구부를 통해 누출되지 않도록 함을 알 수 있다.

이때, 상기 I형 거더의 하부플랜지가 거푸집 개구부를 막을 수 있도록 I형 거더의 단면 높이는 조정하되, 이때 상기 단면 높이는 복부(120)의 상하 길이를 조정하여 가능하도록 한다.

그 이유는 상기 복부의 상하 길이 조정에 의한 단면 높이 조정은 결국 I형 강재의 전체 휨 강성을 높이는 가장 유효한 방법이므로 가장 효율적인 I형 강재 단면 높이 조정방법에 해당되기 때문이다.

이에 도 2c와 같이 상기 거푸집 내측으로 구속콘크리트용 콘크리트(180)를 타설 및 양생시키게 된다.

상기 구속콘크리트용 콘크리트(180)가 최종 양생되면, 도 2d와 같이 거푸집(400)을 해체하게 되며 이러한 해체작업에 의하여 제작대로부터 분리되어 턴-오버된 강재 거더(A)를 도시한 것이 도 4이다.

상기 도 4에 의한 강재 거더(A)에 의하면 그 하부플랜지(130)가 구속콘크리트(150) 저면으로부터 노출되어 있음을 알 수 있으며,

상기 구속콘크리트(150) 내부에 구속콘크리트 철근(140)이 완전해 매립되어 외부에서 보이지 않고, 스터드(170)가 자연스럽게 구속콘크리트 상방으로 돌출되어 형성되어 있음을 알 수 있다.

위와 같은 방법으로 제작된 강재 거더(A)는 도 5b와 같이 슬래브(600) 저면에 배치되어 스터드(170)가 슬래브(600) 내측에 매립됨으로서 강재 거더(A)가 슬래브(600)와 일체화되도록 설치됨을 알 수 있다.

이때, 도 5a에 의한 종래 강재 거더와 대비하여 보면, 일정한 단면강성 확보를 위하여 I형 강재가 단면 높이(H1)를 가져야 하는 종래 강재 거더와 대비하여 제작 과정상 복부 높이 조정에 의하여 본 발명의 경우 I형 강재가 다소 큰 단면 높이(H2)를 가질 수 있도록 함을 알 수 있다.

이때 이러한 단면 높이 증가에 의하여 설사 I형 강재의 강재량이 증가될지는 있지만, 이러한 단면 높이 증가에 의한 휨 강성 증가에도 불구하고 전체적인 강재 거더(A)의 형고(H3)는 서로 변함이 없음을 알 수 있어,

결국, 본 발명에 의한 강재거더는 복부 길이 조정에 의한 휨 강성 증가에도 불구하고 이에 강재 거더의 형고에는 차이가 없어, 복부 증가에 의한 강재량 증가에 의한 경제성 문제를 충분히 상쇄시키면서 오히려 전체적인 강재 거더 제작에 있어 경제성을 증진시키는 효과를 가질 수 있으며,

이러한 복보의 상하 길이 조정은 강재 거더 제작 시 거푸집 내측 상면에 하푸플랜지가 거푸집의 개구부를 막도록 세팅시킬 수 있도록 할 수 있는 작용도 함께 하고 있음을 알 수 있다.

100: I형 강재
110: 상부 플랜지
120: 복부
130: 하부 플랜지
140: 구속콘크리트 철근
150: 구속콘크리트
170: 스터드

Claims (4)

1. 양 단이 단순 지지되도록 I형 강재를 설치하여, 상기 I형 강재의 자중에 의하여 I형 강재의 상연 및 하연에 압축응력 및 인장응력이 도입되도록 하고, 상기 I형 강재의 하부플랜지 주위에 거푸집을 설치한 후, 상기 거푸집에 콘크리트를 타설, 양생시킴으로서 I형 강재의 하부플랜지에 구속콘크리트가 형성되어 상기 압축응력 및 인장응력이 I형 강재에 구속되도록 하는 강재 거더를 제작함에 있어서,
   상기 I형 강재의 하부플랜지 주위에 구속콘크리트에 매립되도록 하되, 상기 하부플랜지 상면 위쪽으로 구속콘크리트용 철근을 먼저 배치되도록 하고, 하부플랜지 저면에 중앙부에 스터드를 형성시키고,
   상기 I형 강재의 복부 연장길이를 조정하여 상기 거푸집 내측 상면에 하부플랜지의 양단부가 직접 걸쳐져 지지 되도록 하여 I형 강재가 상기 거푸집 내부에 세팅되어도 거푸집 내측 저면에 형성된 개구부를 통해 타설된 콘크리트가 누출되지 않도록 하면서, 상기 하부플랜지에 형성된 스터드가 개구부를 통해 노출되도록 하고,
   상기 거푸집 내부에 콘크리트가 타설되도록 하는 단계를 포함하여,
   상기 스터드가 I형 거더의 자중에 의하여 거푸집 내측 상면에서 훼손되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 증가된 단면강성을 가진 강재거더의 구속콘크리트 제작방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 콘크리트가 양생된 후 거푸집을 해체한 이후, 턴-오버되어 상기 하부플랜지 저면에 형성시킨 스터드가 슬래브에 매립되도록 상기 하부플랜지 저면에는 거푸집 외부로 상기 스터드가 돌출되도록 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증가된 단면강성을 가진 강재거더의 구속콘크리트 제작방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 I형 강재의 양 단부는 단순 지지된 상태에서 세팅되도록 하되, 이를 위하여
   제작장 지반으로부터 상방으로 연장된 양 수직지지대와 각 수직지지대 상단 사이에 설치된 수평지지대를 포함하는 제작대 내측에 배치되도록 I형 강재를 세팅하고,
   상기 제작대의 수평지지대 내측면 중앙부에 I형 강재의 상부플랜지 상면이 고정되도록 턴버클을 포함하는 연결지지대의 일단부를 수평지지대 내측면 양 측면에 고정시키고, 타단부를 I형 강재의 복부에 설치된 지그대에 연결시키는 단계에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 증가된 단면강성을 가진 강재거더의 구속콘크리트 제작방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거푸집은 제작대 지반에 설치된 동바리 또는 I형 강재에 매달려 지지되도록 하는 것을 특징으로 하는 증가된 단면강성을 가진 강재거더의 구속콘크리트 제작방법.

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