KR101207914B1 - 장지간화를 위한 가설교량 - Google Patents

장지간화를 위한 가설교량 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장지간화를 위한 가설교량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지반에 매설되고, 두 가설교량의 연결부에 위치하는 하나의 벤트; 상기 벤트의 상부에 위치하고, 교축방향을 따라 일렬로 배열되되, 상호 이격되도록 설치된 거더; 및 상기 거더간의 인접한 단부 부분에 설치되는 보강부재와, 상기 벤트와 상기 보강부재를 연결하는 지지부재를 포함하되, 상기 거더의 온도변화에 따른 신축변형은 수용하고, 상기 거더의 휨변위는 구속하기 위한 서포터;를 포함하여 이루어져, 두 가설교량의 연결부에 설치된 하나의 벤트 상부에 교축방향을 따라 거더가 일렬로 배열되는데, 인접한 거더의 단부는 일정한 간격으로 이격되어 설치되고, 거더와 벤트를 연결하는 서포터가 일교차 및/또는 연교차에 따른 거더의 교축방향으로의 수평변위를 수용하여 벤트로 전달되는 수평력은 차단시키고, 온도변화 이외의 기타 하중에 의한 거더의 휨변위는 구속하여 휨모멘트를 벤트로 분배하여 줌으로써 두 가설교량의 연결 시 불필요한 잉여벤트의 소요를 방지하면서도 총연장에 제약을 받지 않고 가설교량을 연속하여 시공하는 것이 가능하여 공기단축은 물론, 재료비, 인건비 및 장비비 등의 공사비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 내하성능을 갖는 가설교량의 설계 및 시공이 가능한 장지간화를 위한 가설교량을 제안하고자 한다.

Description

장지간화를 위한 가설교량{TEMPORARY BRIDGE EQUIPPED WITH CONNECTING APPARATUS OF MOMENT}
본 발명은 두 가설교량의 연결부에 설치된 하나의 벤트 상부에 교축방향을 따라 거더가 일렬로 배열되는데, 인접한 거더의 단부는 일정한 간격으로 이격되어 설치되고, 거더와 벤트를 연결하는 서포터가 일교차 및/또는 연교차에 따른 거더의 교축방향으로의 수평변위를 수용하여 벤트로 전달되는 수평력은 차단시키고, 온도변화 이외의 기타 하중에 의한 거더의 휨변위는 구속하여 휨모멘트를 벤트로 분배하여 줌으로써 두 가설교량의 연결 시 불필요한 잉여벤트의 소요를 방지하면서도 총연장에 제약을 받지 않고 가설교량을 연속하여 시공하는 것이 가능하여 공기단축은 물론, 재료비, 인건비 및 장비비 등의 공사비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 내하성능을 갖는 가설교량의 설계 및 시공이 가능한 장지간화를 위한 가설교량에 관한 것이다.
가설교량은 본 교량을 설치하기 전 차량의 통행을 위한 교통우회용, 공사현장 내 공사차량의 통행을 위한 공사용 등으로 활용되는 임시교량이며,
가설교량은 구조적 효율성을 위해 라멘형식으로 설계하는 것이 일반적이며, 대부분 H형강으로 구성된 부재의 조립을 통해 건설된다.
최근 여러 장지간 가설공법의 등장에 따라 가설교량의 지간장이 획기적으로 증가하여 경제성과 시공성이 증가되고 있으며, 가설교량의 설계 시 적용되는 하중은 도로교설계기준에 준하여 설계되는데,
거더와 벤트 사이에 교좌장치가 없는 라멘구조로 설계되는 가설교량의 특성상, 연중 온도변화에 의한 거더의 신축은 벤트의 수평력 결정에 있어 가장 큰 인자 중에 하나로 작용한다.
교량 설계 시 온도변화에 의한 상부구조의 신축량은
Figure 112011009383863-pat00001
과 같은 식으로 계산될 수 있으며,
강재의 열팽창계수
Figure 112011009383863-pat00002
는
Figure 112011009383863-pat00003
, 연중온도변화는 일반적으로 50℃,
Figure 112011009383863-pat00004
은 교량 연장이다.
여러 경간으로 구성된 가설교량의 경우 교량의 중앙부를 중심으로 신축하며, 단부에 가까운 벤트일수록 신축량이 누적되어 이에 따른 수평력이 커지게 되고(도 1),
따라서 교량의 연장은 수평력이 벤트의 내하력을 초과하지 않는 범위 내로 제한되며, 벤트의 부재 구성, 높이, 지반조건 등에 따라 편차가 있으나 라멘구조 형식의 가설교량은 대략 연장 100m 내외가 한계로 알려져 있다.
보다 긴 연장을 필요로 하는 가설교량은 수평력이 벤트의 내하력을 초과하지 않도록 도 2와 같이 별개의 교량을 연결하여 시공하여야 하므로 교축방향으로 연결된 두 가설교량의 연결부에서 두 열의 벤트가 중복 설치되는 비합리적인 구조를 갖게 된다.
이 경우 추가 벤트 시공에 따른 파일 항타비용, 자재비, 노무비 등의 증가로 경제성이 심각하게 저하되며 비대한 단면으로 인해 미관이 저해되고,
또한 교하공간이 줄어들어 하천횡단 교량의 경우 홍수 시 통수능을 감소시키고 부유물 충돌에 의한 위험성을 증가시킨다.
비대한 벤트 단면은 도로횡단 교량의 경우에도 교통흐름을 저해하여 차선수 감소와 교통정체를 유발하며 교통사고 가능성을 증가시켜 운전자는 물론 대형차량 추돌시 교량 전체의 안전성을 위협할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
두 가설교량의 연결부에 설치된 하나의 벤트 상부에 교축방향을 따라 거더가 일렬로 배열되는데, 인접한 거더의 단부는 일정한 간격으로 이격되어 설치되고, 거더와 벤트를 연결하는 서포터가 일교차 및/또는 연교차에 따른 거더의 교축방향으로의 수평변위를 수용하여 벤트로 전달되는 수평력은 차단시키고,
온도변화 이외의 기타 하중에 의한 거더의 휨변위는 구속하여 휨모멘트를 벤트로 분배하여 줌으로써 두 가설교량의 연결 시 불필요한 잉여벤트의 소요를 방지하면서도 총연장에 제약을 받지 않고 가설교량을 연속하여 시공하는 것이 가능하여 공기단축은 물론, 재료비, 인건비 및 장비비 등의 공사비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 내하성능을 갖는 가설교량의 설계 및 시공이 가능한 가설교량을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 서포터에는 보강재가 내장된 강박스 형태의 보강부재나, 또는 파일 형태의 지지부재를 도입하여 거더의 휨변위를 효과적으로 구속할 수 있도록 강성을 보강하고,
또한 공장에서 사전 제작하는 것이 가능하여 품질관리가 용이하고 재활용이 가능하여 경제성을 높일 수 있을 뿐만 아니라,
거더를 벤트에 거치한 후 단순 조립작업만으로 시공이 완료되고, 추가 공정이나 별도의 장비가 필요하지 않아 시공성이 매우 우수한 장지간화를 위한 가설교량을 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
본 발명에 따른 거더와 접하는 서포터 또는 연결부재 사이에는 마찰저감부재를 도입하여 온도변화에 따른 거더의 수평변위 시 최소 미끄럼저항을 갖도록 하여 거더의 수평변위에 효과적으로 대응할 수 있는 장지간화를 위한 가설교량을 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
본 발명에 따른 장지간화를 위한 가설교량은 지반에 매설되고, 두 가설교량의 연결부에 위치하는 하나의 벤트; 상기 벤트의 상부에 위치하고, 교축방향을 따라 일렬로 배열되되, 상호 이격되도록 설치된 거더; 및 상기 거더의 단부 부분에 설치되는 보강부재와, 상기 벤트와 상기 보강부재를 연결하는 지지부재를 포함하되, 상기 거더의 온도변화에 따른 신축변형은 수용하고, 상기 거더의 휨변위는 구속하기 위한 서포터;를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 상기 서포터에서 상기 보강부재는 상기 인접한 거더의 단부 부분을 연속하여 연결하고, 보강재가 내장된 강박스로 이루어지고,
상기 지지부재는 상기 벤트의 상단부에 연결되고, 상기 강박스의 측면부를 지지하기 위한 복수의 고정부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 서포터에서 상기 보강부재는 상기 인접한 거더의 단부 부분에 분절된 형태로 구비되고,
상기 지지부재는 상기 각 보강부재와 연결되고, 하부 방향으로 연장된 제1 지지부와, 상기 각 제1 지지부의 하단부와 상기 벤트를 연결하는 제2 지지부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 거더와 상기 강박스간의 인접면 사이에는 제1 마찰저감부재가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 벤트는 교축방향을 따라 복수 열로 배열된 파일들로 구성되고,
상기 파일들의 상단부를 교축방향을 따라 연결하고, 상기 벤트의 내측 또는 외측, 또는 이들 모두에 배열되는 제1 이음부와, 상기 벤트의 외측에 배열된 제1 이음부의 단부와 상기 벤트를 연결하고, 경사진 형태로 배열되는 제2 이음부를 포함하여 이루어진 연결부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 연결부재의 제1 이음부 상면부 또는 상기 벤트의 상단면, 또는 이들 모두와 상기 각 거더의 하면부 사이에는 제2 마찰저감부재가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 장지간화를 위한 가설교량은 두 가설교량의 연결부에 설치된 벤트 상부에 교축방향을 따라 거더가 일렬로 배열되는데, 인접한 거더의 단부는 일정한 간격으로 이격되어 설치되고, 인접한 거더와 벤트는 연결하는 서포터가
일교차 및/또는 연교차에 따른 인접한 거더의 교축방향으로의 수평변위를 수용하여 벤트로 전달되는 수평력은 차단하고, 온도변화 이외의 기타 하중에 의한 인접한 거더의 휨변위는 구속하여 휨모멘트를 벤트와 인접한 거더로 분배하여 줌으로써
두 가설교량의 연결 시 불필요한 잉여벤트의 소요를 방지하면서도 총연장에 제약을 받지 않고 종래 가설교량과 동일하거나 우수한 내하성능을 갖는 교량의 설계 및 시공이 가능하게 된다.
종래 가설교량은 통상 100m 이상의 연장을 갖는 경우, 벤트에 작용하는 수평력 과다로 인해 복수의 교량으로 분리하여 설계?시공함으로써 교량 인접부에 두 열의 벤트가 소요되는 비합리적인 구조를 피할 수 없었으나,
본 발명에 따른 가설교량은 총연장에 제약을 받지 않음으로 구조적으로 불필요한 잉여벤트 시공을 생략할 수 있어 연장이 긴 교량의 경우 벤트의 높이에 따라 차이가 있으나 공기단축, 재료비, 노무비, 장비비 등을 포함하여 대략 5～10%의 공사비 절감이 가능하다.
그리고 본 발명에 따른 서포터에는 보강재가 내장된 강박스 형태의 보강부재나, 또는 파일 형태의 지지부재를 도입하여 거더의 휨변위를 효과적으로 구속할 수 있도록 강성을 보강하고,
또한 공장에서 사전 제작하는 것이 가능하여 품질관리가 용이하고 재활용이 가능하여 경제성을 높일 수 있을 뿐만 아니라,
거더를 벤트에 거치한 후 단순 조립작업만으로 시공이 완료되고, 추가 공정이나 별도의 장비가 필요하지 않아 시공성을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 거더와 접하는 서포터 또는 연결부재 사이에는 마찰저감부재를 도입하여 온도변화에 따른 거더의 수평변위 시 최소 미끄럼저항을 갖도록 하여 거더의 수평변위에 효과적으로 대응할 수 있게 된다.
또한 본 발명은 서포터가 구비된 가설교량과, 기존 가설교량의 비교 해석 결과를 통하여 서포터가 구비된 가설교량의 지간 길이를 늘린 경우에도 지간 길이가 짧은 기존 가설교량과 동일하거나 유사한 내하성능을 얻을 수 있음을 확인함으로써 가설교량의 연장에 제약이 없이 장지간화가 가능함을 확인하였고,
또한 벤트의 강재 소모량을 기존 가설교량과 대비하여 약 30% 정도 절감할 수 있어 경제적인 절감효과도 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 1은 여러 경간으로 구성된 가설교량에서 온도변화에 따른 신축변위 시 수평력의 분포를 나타내는 해석도,
도 2는 종래의 가설교량에서 벤트의 구조를 나타내는 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 장지간화를 위한 가설교량을 나타내는 모식도,
도 4는 본 발명에 따른 장지간화를 위한 가설교량을 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 서포터가 적용된 벤트를 나타내는 정면도 및 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 서포터를 나타내는 평면도 및 측면도,
도 7은 본 발명에 따른 서포터를 나타내는 단면도,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 장지간화를 위한 가설교량의 서포터의 또 다른 변형례를 나타내는 모식도,
도 10 및 도 11은 도 8 및 도 9의 A-A 섹션 및 B-B 섹션을 나타내는 단면도,
도 12 내지 도 16은 기존 가설교량과 본 발명에 따른 가설교량의 비교시험 해석자료들을 나타내는 개념도.
본 발명에 따른 장지간화를 위한 가설교량을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 장지간화를 위한 가설교량은
지반에 매설되고, 두 가설교량의 연결부에 위치하는 하나의 벤트(10); 상기 벤트(10)의 상부에 위치하고, 교축방향을 따라 일렬로 배열되되, 상호 이격되도록 설치된 거더(20); 및 상기 거더(20)간의 인접한 단부 부분에 설치되는 보강부재(31)와, 상기 벤트(10)와 상기 보강부재(31)를 연결하는 지지부재(33)를 포함하되, 상기 거더(20)의 온도변화에 따른 신축변형은 수용하고, 상기 거더(20)의 휨변위는 구속하기 위한 서포터(30);를 포함하여 이루어진다.
도 3 내지 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 장지간화를 위한 가설교량에서, 상기 벤트(10)는
지반에 매설되고, 그 상부 부분에는 거더(20)를 포함하는 교량의 상부구조로부터 인가되는 하중을 지지하는 역할을 하게 된다.
본 발명에 따른 벤트(10)는 'I' 또는 'H' 빔으로 이루어진 다수의 파일(11)들로 이루어지며,
상기 벤트(10)의 파일(11)들은 교축방향을 따라 2열로 배열되고,
각 열에는 두 개의 파일(11)들이 구비되어 그 상부에 거더(20)가 교축방향을 따라 얹히게 된다.
그리고 상기 벤트(10)는 교축방향을 따라 다수로 배열되어 그 상부에 거더(20)가 일렬로 나란히 배열되는데,
종래에는 가설교량을 연장하기 위해 거더의 온도변화에 따른 수평력이 벤트의 내하력을 초과하지 않도록 별개의 교량을 연결하여 시공하여야 하므로 교축방향으로 연결된 두 가설교량의 연결부에서 중복 설치되는 불합리한 구조를 갖게 되고,
따라서 가설교량의 연장 시 추가적인 벤트의 시공으로 배경기술에서 지적한 바와 같은 문제점이 야기된다.
본 발명에서 따른 벤트(10)는 가설교량을 총연장의 제약 없이 시공하기 위해 두 가설교량의 연결부에 하나의 벤트(10)가 설치되도록 하고,
이때 상기 벤트(10)의 상부에 위치하는 거더(20)의 수평변위는 수용하고, 휨변위를 구속하여 휨모멘트를 벤트(10)로 효과적으로 분배시켜 가설교량의 연장에 제약이 없도록 하는 서포터(30)를 도입하게 된다.
도 3 내지 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 장지간화를 위한 가설교량에서, 상기 거더(20)는
상기 벤트(10)의 상부에 위치되고, 그 상부에는 콘크리트나 아스팔트 등을 포장하여 도로노면을 포장하여 교량의 상부구조를 형성하게 된다.
본 발명에 따른 거더(20)는 'I' 또는 'H' 형강으로 이루어진 강재 거더(20)나, 또는 철근 콘크리트 또는 강재 거더와 콘크리트가 합성된 강-콘크리트 거더 등으로 이루어지는 것이 가능하나,
상술한 배경기술에서 언급된 바와 같이 가설교량의 구조적인 효율성을 위하여 'H' 형강의 강재 거더를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 거더(20)는 일교차 및/또는 연교차에 따른 온도변화에 대응하여 교축방향으로 신축변형을 하게 되는데,
도 1에 도시된 바와 같이 여러 경간으로 구성된 가설교량의 경우에는 교량의 중앙부을 중심으로 신축하여 단부 방향으로 갈수록 신축량이 누적되어 이에 따른 수평력이 커지게 된다.
즉 상기 거더(20)의 하면부에 배열된 상기 벤트(10)는 상기 거더의 신축에 따른 수평력을 수용하게 되는데,
이때 교량의 중앙부에서 단부에 가까운 벤트(10)는 거더의 누적된 신축량에 의하여 점증된 수평력을 받게 된다.
따라서 가설교량의 연장은 수평력이 상기 벤트(10)의 내하력을 초과하지 않는 범위 내로 제한되어야 하고,
이는 종래에 라멘구조의 가설교량에서 교량의 연장을 제한하는 요인으로 작용할 뿐만 아니라,
이러한 제한에도 불구하고 보다 긴 연장을 필요로 하는 경우에는 수평력이 벤트(10)의 내하력을 초과하지 않도록 도 2와 같이 별개의 가설교량으로 시공하여야 하므로 교축방향으로 연결된 두 가설교량의 연결부에는 두 개소의 벤트가 중복 설치되는 비합리적인 구조를 취하게 된다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 상기 벤트(10)의 파일(11) 상단부에 교축방향을 따라 일렬로 거더(20)가 얹히고,
교축방향을 따라 일렬로 배열된 인접한 거더(20)는 그 단부가 이격되어 일정한 간격을 유지하도록 신축변형 수용부(S1)를 형성하게 된다.
그리고 상기 수용부(S1)는 온도변화에 따른 인접한 거더(20)의 교축방향으로의 수평변위를 수용할 수 있는 공간을 제공하여 상기 벤트(10)로 전달되는 수평력을 차단시키는 역할을 하게 되는데,
이때 상기 수용부(S1)의 이격거리는 인접한 거더(20)간의 최대 신축 변위량까지 수용할 수 있을 만큼 확보하여 수평력의 차단효과를 확실히 보장할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 3 내지 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 장지간화를 위한 가설교량에서, 상기 서포터(30)는
상기 거더(20)의 온도변화에 따른 신축변형은 수용하고, 온도변화 이외의 기타 하중(교량 상부구조의 자체 하중에 의한 고정하중이나, 차량의 운행 등과 같은 활하중을 포함.)에 의하여 인접한 거더(20)에 인가되는 휨변위를 구속하는 역할을 하게 된다.
본 발명에 따른 서포터(30)는 상기 거더(20)간의 인접한 단부 부분에 설치되는 보강부재(31)와, 상기 벤트(10)와 상기 보강부재(31)를 연결하는 지지부재(33)를 포함하여 이루어지는데,
이하에서는 상기 서포터(30)의 다양한 변형례들 중에서 두 변형례를 나누어 설명하기로 한다.
우선 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 서포터의 제1 변형례에서,
상기 보강부재(31)는 상기 인접한 거더(10)의 단부 부분을 연속하여 연결하고, 보강재(35)가 내장된 강박스(31A)로 이루어지고,
상기 지지부재(33)는 상기 벤트(10)의 상단부에 연결되고, 상기 강박스(31A)의 측면부를 지지하기 위한 복수의 고정부(33A)로 이루어진다.
즉 상기 강박스(31A)는 상기 거더(20)의 상부플랜지(21), 하부플랜지(23) 및 웨브(web)(25)에 의하여 형성되는 양측 공간부에 구비되고,
상기 인접한 거더(20)간에 이격된 부분인 수용부(S1)을 연결할 수 있도록 교축방향을 따라 배열된다.
그리고 상기 강박스(31A)에 내장된 보강재(35)는 상기 강박스(31A)의 내부 공간에 충진된 콘크리트(C)나, 또는 별도의 강성부재를 이용하여 보강함으로써 각 거더의 휨변위에 대한 구속력을 보강하게 된다.
또한 상기 강박스(31A)를 지지하기 위한 상기 지지부재(33)의 고정부(33A)는 파일 형태의 강부재로 그 하단부가 상기 벤트(10)의 파일(11) 상단부에 고장력볼트(B)에 의하여 고정되고,
상기 고정부(33A)는 상부 방향으로 연장되어 상기 강박스(31A)의 측면부에 연결되어 강박스를 지지하게 된다.
따라서 상기 강박스(31A)는 상기 거더(20)의 온도변화에 따른 신축변형에 의한 수평변위를 수용하여 상기 벤트(10)로 전달되는 수평력을 차단하고,
또한 상기 강박스(31A) 및 고정부(33A)는 온도변화 이외의 기타 하중에 의하여 상기 거더(20)의 단부 부분에 인가되는 휨변위를 구속하여 휨모멘트를 상기 벤트(10)로 분배시키는 역할을 하게 된다.
아울러 상기 강박스(31A)와 상기 거더(20)와의 인접면, 즉 상기 공간부의 내측면과 이격된 유격부(S2)를 형성하게 되는데,
상기 유격부(S2)에는 제1 마찰저감부재(40)가 구비되어 온도변화에 따른 상기 거더(20)의 수평방향으로의 거동 시 상기 거더(20)와 강박스(31A)간의 인접면에서 마찰을 저감시켜 마찰에 의한 영향을 최소화시키게 된다.
이때 상기 제1 마찰저감부재(40)로는 상기 유격부(S2)에 윤활재가 충진되거나 또는 테프론판 등과 같은 마찰저감용 소재를 도입하여 마찰저감효과를 극대화시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 서포터의 제2 변형례에서,
상기 보강부재(31)는 상기 인접한 거더의 단부 부분에 분절된 형태로 구비되고,
상기 지지부재(33)는 상기 각 보강부재(31)와 연결되고, 하부 방향으로 연장된 제1 지지부(33B)와,
상기 각 제1 지지부(33B)의 하단부와 상기 벤트(20)를 연결하는 제2 지지부(33C)를 포함하여 이루어진다.
즉 상기 보강부재(31)는 상기 거더(20)의 상부플랜지(21), 하부플랜지(23) 및 웨브(web)(25)에 의하여 형성되는 양측 공간부에 구비되되,
상기 서포터의 제1 변형례의 강박스(31A)와 달리 상기 제2 지지부(33C)와 연결되어 각 거더(20)의 단부 부분으로 연장된 파일 형태로 이루어진 복수의 제1 지지부(33B)에 연결될 수 있도록 분절된 형태로 구비된다.
그리고 상기 제1 및 제2 지지부(33B)(33C)는 파일 형태의 강부재로 이루어지는데,
상기 제1 지지부(33B)는 'ㄷ'형 파일로 그 상단 부분이 상기 보강부재(31)와 고장력볼트(B)로 연결되고, 하부 방향으로 일정 길이 이상 연장되어 종방향으로 배열된다.
아울러 상기 제2 지지부(33C)는 'H'형 파일로 상기 각 제1 지지부(33B)의 하단부 사이에 횡방향으로 배열되어 상기 제2 지지부(33C)의 양측 플랜지와 상기 제1 지지부(33B)를 고장력볼트(B)로 연결하여 고정시키고,
동시에 상기 제2 지지부(33C)의 양단부는 상기 벤트(10)의 교축방향으로 배열된 파일(11)에 고장력볼트(B)로 연결하여 고정시킨다.
따라서 상기 제1 지지부(33B)는 상기 거더(20)의 온도변화에 따른 신축변형에 의한 수평변위를 수용하여 상기 벤트(10)로 전달되는 수평력을 차단하고,
또한 상기 제1 및 제2 지지부(33B)(33C)는 온도변화 이외의 기타 하중에 의하여 상기 거더(10)의 단부 부분에 인가되는 휨변위를 구속하여 휨모멘트를 상기 벤트(10)로 분배시키는 역할을 하게 된다.
본 발명에 따른 서포터(30)는 볼트나 용접 등에 의하여 상기 거더(20)와 직접 연결 없이도 상기 거더(20)로부터 전달되는 수평력이 벤트(10)라 전달되는 것을 차단하고,
휨변위를 구속하여 휨모멘트를 상기 벤트(10)로 분배하여 줌으로써 가설교량의 총연장에 제한 없이 종래의 가설교량과 동일하거나 또는 우수한 내하성능을 갖는 가설교량의 설계 및 시공이 가능하게 된다.
더 나아가 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 발명에 따른 서포터의 제1 및 제2 지지부(33B)(33C)를 보강하기 위해
상기 벤트(10)에서 교축방향을 따라 배열된 파일(11)들과 상기 제2 지지부(33C)를 연결하는 보강지지부재(70)가 더 구비된다.
상기 보강지지부재(70)는 상기 제2 지지부(33C)의 웨브의 상면 및 하면에 용접에 의한 방식으로 연결되는 보강판(71)과,
상기 각 보강판(71)에 연결되고, 상기 벤트(10)의 파일(11)들 내측부에 연결되는 복수의 보강파일(73)을 포함하여 이루어진다.
이때 상기 보강지지부재(70)의 보강판(71)은 교축방향을 따라 상기 거더(20)의 단부 부분에 연결된 제1 지지부(33B)의 위치마다 구비되거나,
또는 교축방향으로 인접한 제1 지지부(33B) 사이, 즉 상기 제2 지지부(33C)의 중간 부분에 구비될 수 있다.
그리고 전자의 경우에는 상기 보강파일(73)이 상기 각 보강판(71)의 상부 및 하부에 연결되고,
각 보강파일(73)의 단부는 각 보강파일(73)에 인접한 벤트(10)의 파일(11)에 연결되며,
후자의 경우에는 상부 및 하부에 배열된 각 보강판(71)에 두 개의 보강파일(73)이 상기 벤트(10)의 파일(11)들과 연결되어 크로스 형태로 배열된다.
아울러 상기 보강지지부재(70)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 보강판(71)이 구비되지 않고 상기 보강파일(73)이 크로스 형태로 교차하고, 각 보강파일(73)이 교차하는 지점을 고장력볼트(B)를 체결하는 형태로 배열되는 것이 가능하며,
상기 각 보강파일(73)의 단부는 상기 벤트(10)의 파일(11)들과 연결하여 고정시키게 된다.
이 경우 상기 각 보강파일(73)과 연결되는 파일(11)들의 내측면에는 고정편(75)이 구비되어 'L'형 포강파일과 고장력볼트(B)에 의하여 연결되어 고정된다.
한편 본 발명에 따른 상기 벤트(10)는 상기한 바와 같이 교축방향을 따라 복수 열로 배열된 파일(11)들로 구성되고,
상기 파일(11)들의 상단부를 교축방향을 따라 연결하고, 상기 벤트(10)의 내측 또는 외측, 또는 이들 모두에 배열되는 제1 이음부(51)와,
상기 벤트(10)의 외측에 배열된 제1 이음부(51)의 단부와 상기 벤트(10)를 연결하고, 경사진 형태로 배열되는 제2 이음부(53)를 포함하여 이루어진 연결부재(50)를 포함하여 이루어진다.
즉 상기 연결부재(50)의 제1 이음부(51)는 상기 거더(10)의 하부에 교축방향을 따라 배열되고,
상기 제1 이음부(51)의 양단부는 벤트(10)의 내측에 배열되도록 교축방향으로 배열되는 파일(11)들의 상단부 내측면에 고장력볼트(B)에 의하여 연결되거나,
또는 상기 벤트(10)의 외측에 배열되도록 교축방향으로 배열된 파일(11)들의 상단부 외측면에 고장력볼트(B)에 의하여 연결될 수 있으나,
첨부된 도 8 및 도 9에는 상기 제1 이음부(51)는 상기 벤트(10)의 내측 및 외측에 모두 연결되도록 구성되어 있다.
아울러 상기 제2 이음부(53)는 상기 제1 이음부(51) 중에서 상기 벤트(10)의 외측에 연결된 제1 이음부(51)에서 상기 벤트(10)의 파일들과 연결되지 않은 일측 단부와 연결되고,
동시에 상기 벤트(10)의 파일(11)들 외측면에 경사지도록 형성되어 상기 벤트(10)의 외측에 배열되는 제1 이음부(51)를 지지하는 역할을 하게 된다.
한편 상기 제1 이음부(51)는 본 발명에 따른 서포터의 제1 변형례에서는 상기 고정부(33A)의 양단부에 직교하는 형태로 연결되는 것이 가능하고,
이 경우 상기 제1 이음부(51)는 상기 지지부재(33)로서의 역할을 하게 되므로 상기 강박스(31A)를 지지하여 서포터의 구조적인 안정성을 보장할 수 있게 된다.
또한 상기 제1 이음부(51)는 교축방향을 따라 배열되되, 상기 거더(20)의 하면부에 구비되는데,
이때 상기 제1 이음부(51)의 상면부 또는 상기 벤트(10)의 상단면, 또는 이들 모두와 상기 각 거더(10)의 하면부 사이에는 제2 마찰저감부재(60)가 더 구비된다.
상기 제2 마찰저감부재(60)는 상기 거더(20)가 온도변화에 따른 신축변형에 의한 수평방향으로의 거동 시 상기 제1 이음부(51) 또는 상기 벤트(10)의 상단면, 또는 이들 모두와 상기 거더(20)의 하면부 사이에 접촉면에서의 마찰을 저감시켜 마찰에 의한 영향을 최소화시키게 된다.
이때 상기 제2 마찰저감부재(60)로는 상기 유격부에서 구비된 테프론판과 같은 마찰패드나 또는 슈(shoe)와 같은 마찰저감용 소재를 도입하여 마찰저감효과를 극대화시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이 경우 상기 벤트(10)를 구성하는 각 파일(11)들은 각 거더(20)의 이격거리를 유지시키고, 각 파일(11)들을 상호 구속하기 위해 상호 인접한 파일(11)을 가로방향 또는 사선방향으로 연결하여 지지하는 결합부재(13)가 구비되며,
상기 각 파일(11)들과 결합부재는(13)는 고장력볼트(B)에 의하여 체결 결합된다.
더 나아가 첨부된 도면에는 도시되지 않았지만 거더와 강박스 사이에는 윤활제의 누유나 우수의 유입을 방지하기 위해 실링 처리하여 유지관리 문제를 최소화할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 따른 서포터가 구비된 가설교량과 서포터가 구비되지 않은 기존 가설교량을 비교 해석한 결과에 관하여 기술하기로 한다.
우선 표 1은 본 시험을 위한 가설교량의 형식을 나타내고 있는 바와 같이,
각 가설교량은 동일한 연장과 폭원으로 본원의 가설교량은 6경간으로 구성하였고, 기존 가설교량은 3경간을 구성하였다.
기존 가설교량 본원의 가설교량
교량 형식 3경간 연속 가설교량 6경간 연속 가설 교량
교량 연장 30 m × 3 = 90 m 30 m × 6 = 180 m
교량 폭원 8 m 8 m
다음으로 각 가설교량에 시험 적용하중은,
1) 사하중(단위중량) - 강재 자중: 78.5 kN/m3
2) 등분포하중 - 복공판 자중: 2.42 kN/m3
3) 이동하중 - DB24 하중 적용
4) 열사에 의한 온도하중 - 온도하중은 -25℃의 경우와 +35℃의 경우로 구분하여 해석, -10℃ ~ +50℃의 분포 고려, 가설 시 온도는 15℃로 가정하였다.
도 12 및 도 13은 기존 가설교량의 종단면도 및 횡단면도를 도시한 것이고,
도 14는 기존 가설교량(3경간)의 모형이고, 도 15는 본 발명에 따른 가설교량(6경간)을 도시한 것이다.
그리고 도 16은 본 시험에서 재하된 하중 분포를 나타내는 것으로,
(a)는 등분포 하중 및 사하중 분포, (b)는 35°C 하에서의 열사에 의한 온도하중 분포, (c)는 -25°C 하에서의 열사에 의한 온도하중 분포, (d)는 DB24 이동하중 분포를 나타내고 있다.
표 2은 기존 가설교량의 주거더에 인가되는 응력을 나타내고 있으며,
표 3는 본 발명의 가설교량의 주거더에 인가되는 응력을 나타내고 있다.
정모멘트 부 부모멘트부
StressTOP - 136.15 MPa < 285 MPa 164.85 MPa < 285 MPa
StressBOTTOM 153.59 MPa < 285 MPa - 202.36 MPa < 285 MPa
휨모멘트(M) 831,972,000 N-mm - 1,054,432,000 N-mm
축력(P) 205,402 N - 441,685 N
단면적(A) 23,550 mm2 23,550 mm2
단면2차모멘트(I) 2,010,000,000 mm4 2,010,000,000 mm4
정모멘트 부 부모멘트 부
StressTOP - 140.04 MPa < 285 MPa 203.28 MPa < 285 MPa
StressBOTTOM 152.17 MPa < 285 MPa - 234.62 MPa < 285 MPa
휨모멘트(M) 839,055,800 N-mm - 1,257,384,700 N-mm
축력(P) 142,754 N - 369,099 N
단면적(A) 23,550 mm2 23,550 mm2
단면2차모멘트(I) 2,010,000,000 mm4 2,010,000,000 mm4
즉 상기 표 2 및 표 3에 나타난 바와 같이 기존 가설교량의 주거더에 인가된 응력과, 본 발명의 서포터가 구비된 가설교량의 주거더에 인가된 응력은 모두 최대 허용응력보다 작은 것으로 나타나 있다.
그리고 정모멘트의 경우에는 본 발명의 가설교량의 주거더에 인가된 응력과, 기존 가설교량의 주거더에 인가된 응력에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났고,
부모멘트의 경우에는 본 발명의 가설교량의 주거더에 인가된 응력이 기존 가설교량의 주거더에 인가된 응력에 대하여 대략 10 내지 20%정도 높은 것으로 나타났지만,
상기한 바와 같이 최대 허용응력 값을 넘지 않는 것을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 서포터가 구비된 가설교량은 경간을 기존 3경간으로 구성된 가설교량보다 2배로 늘린 6경간으로 구성된 경우에도 주거더에 인가된 응력이 기존 가설교량의 주거더에 인가된 응력과 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다.
이는 본 발명의 서포터가 일교차 및/또는 연교차에 따른 거더의 교축방향으로의 수평변위를 수용하여 벤트로 전달되는 수평력은 차단시키고,
온도변화 이외의 기타 하중에 의한 거더의 휨변위는 구속하여 휨모멘트를 벤트로 분배함으로써 나타나는 결과로 해석되며,
이에 의하여 가설교량의 장지간화가 가능하게 된다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 장지간화를 위한 가설교량을 설명함에 있어 특정 형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 벤트 11 : 파일
13 : 결합부재
20 : 거더 21 : 상부플랜지
23 : 하부플랜지 23 : 웨브
30 : 서포터 31 : 보강부재
31A : 강박스 33 : 지지부재
33A : 고정부 33B, 33C : 제1, 제2 지지부
35 : 보강재
40 : 제1 마찰저감부재
50 : 연결부재 51 : 제1 이음부
53 : 제2 이음부
60 : 제2 마찰저감부재
70 : 보강지지부재 71 : 보강판
73 : 보강파일
75 : 고정편
S1 : 신축변형 수용부 S2 : 유격부
C : 콘크리트 B : 고장력볼트

Claims (6)

  1. 지반에 매설되고, 두 가설교량의 연결부에 위치하는 벤트;
    상기 벤트의 상부에 위치하고, 교축방향을 따라 일렬로 배열되되,
    상호 이격되도록 설치된 거더; 및
    상기 거더간의 인접한 단부 부분에 설치되는 보강부재와,
    상기 벤트와 상기 보강부재를 연결하는 지지부재를 포함하되,
    상기 거더의 온도변화에 따른 신축변형은 수용하고, 상기 거더의 휨변위는 구속하기 위한 서포터;를 포함하여 이루어진 장지간화를 위한 가설교량.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 서포터에서
    상기 보강부재는 상기 인접한 거더의 단부 부분을 연속하여 연결하고, 보강재가 내장된 강박스로 이루어지고,
    상기 지지부재는 상기 벤트의 상단부에 연결되고, 상기 강박스의 측면부를 지지하기 위한 복수의 고정부로 이루어진 것을 특징으로 하는 장지간화를 위한 가설교량.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 서포터에서
    상기 보강부재는 상기 인접한 거더의 단부 부분에 분절된 형태로 구비되고,
    상기 지지부재는 상기 각 보강부재와 연결되고, 하부 방향으로 연장된 제1 지지부와,
    상기 각 제1 지지부의 하단부와 상기 벤트를 연결하는 제2 지지부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 장지간화를 위한 가설교량.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 거더와 상기 강박스간의 인접면 사이에는 제1 마찰저감부재가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 장지간화를 위한 가설교량.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벤트는 교축방향을 따라 복수 열로 배열된 파일들로 구성되고,
    상기 파일들의 상단부를 교축방향을 따라 연결하고, 상기 벤트의 내측 또는 외측, 또는 이들 모두에 배열되는 제1 이음부와,
    상기 벤트의 외측에 배열된 제1 이음부의 단부와 상기 벤트를 연결하고, 경사진 형태로 배열되는 제2 이음부를 포함하여 이루어진 연결부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 장지간화를 위한 가설교량.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연결부재의 제1 이음부 상면부 또는 상기 벤트의 상단면, 또는 이들 모두와 상기 각 거더의 하면부 사이에는 제2 마찰저감부재가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 장지간화를 위한 가설교량.
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