KR101216126B1 - 축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 시공방법 - Google Patents

축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 시공방법 Download PDF

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Abstract

서로 연결시킨 측벽부재와 천정부재를 종방향으로 연속하여 일체화시켜 최종 아치 터널과 같은 아치 구조물을 보다 효과적으로 시공할 수 있도록 한 축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 연결방법 및 시공방법이 개시되며, 상기 측벽부재와 천정부재는 서로 설치되는 방향(중력방향)으로 서로 자연스럽게 지지되도록 설치되어 축방향철근과 연결블록에 의하여 축방향 연결되고 종방향 철근에 의하여 종방향으로 서로 일체화되어 거동하게 된다.

Description

축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 시공방법{ARCH STRUCTURE CONSTRUCTION METHOD USING AXIAL AND LONGITUDINAL CONNECTION REBAR}
본 발명은 축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 축방향으로 서로 연결시킨 측벽부재와 천정부재를 종방향으로도 연속하여 일체화 시켜 최종 아치 터널과 같은 아치 구조물을 보다 효과적으로 시공할 수 있도록 한 축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 연결방법 및 시공방법에 관한 것이다.
종래 아치 구조물(10)을 소개한 것이 도 1a에 소개되어 있다.
이러한 아치 구조물(10)은 교량 등의 구조물을 시공함에 이용되는데 아치 형상으로 인하여 아치 구조물을 이루는 구조요소에는 축력이 작용하게 된다.
이러한 아치 구조물을 공장에서 미리 제작하여 현장으로 운반하여 설치할 수도 있는데, 형상이 곡선으로 구부러져 있기 때문에 현장으로 운반하는 작업이 용이하지 않다.
예를 들어, 미리 곡선 형태로 만들어져 그 형상이 고정되어 있는 아치 구조물을 트럭에 실어서 운반하는 경우, 곡선 형상으로 인하여 여러 개의 아치 구조물을 동시에 운반하는 것이 매우 어렵게 된다.
이에 2분절, 3분절 등의 형태로 아치 구조물을 복수개로 분절하여 각각의 분절된 블록을 프리캐스트로 제작하고, 각각의 블록을 현장으로 운반하여 현장 조립을 통해 아치 구조물을 시공하기도 한다.
도 1a에는 이와 같이 종래의 방법에 의해 복수개의 프리캐스트 블록(11)을 현장으로 운반하여 아치 구조물(10)을 형성하는 것을 보여주는 개략도가 도시되어 있다.
이때 복수개로 제작된 각각의 프리캐스트 블록(11)을 아치 형상으로 구축하기 위해서는 하부에 프리캐스트 블록(11)을 지지하기 위한 동바리(20)의 설치가 필수적이다.
즉, 정점의 프리캐스트 블록(11)까지 모두 조립하게 되면 각각의 프리캐스트 블록은 서로 축력을 받으면서 아치 구조물(10)을 형성하여 단독으로 그 아치 형상을 유지할 수 있지만, 최 정점의 프리캐스트 블록(11)을 끼워 넣기 전까지는 아치 형태로 배열된 프리캐스트 블록(11)이 그 자체로서 형상을 유지할 수 없다.
따라서 프리캐스트 블록(11)을 완전히 조립하기 위해서는 하부에 동바리(20)를 반드시 설치할 수밖에 없다.
하지만 이렇게 동바리(20)를 설치하는 것은 결국 그 만큼 추가적인 작업과 비용이 더 소요된다는 것을 의미하므로, 그 만큼 시공성이 저하되는 단점을 가져온다.
이러한 아치 구조물 설치 시 동바리를 이용하지 않고 설치하는 예가 도 1b에 소개되어 있다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 종래의 조립식 암거는 천정부재(1), 측벽부재(2)를 포함하고 있다.
천정부재(1)는 아치 형상을 가지며, 설치되는 길이방향을 따라 양측 연부에는 내측표면으로부터 두께방향을 따라 소정 절취된 접촉면(1a)이 각각 형성된다.
또한, 설치되는 길이방향(종방향)을 따라 고정볼트(3a)를 수용할 수 있도록 복수의 볼트 수용공(5)이 형성되어 있으며, 설치되는 길이 방향을 따라 고정볼트(3a)가 상호 교번적으로 결합되도록 한다.
이때 상기 측벽부재(2)는 상향 만곡된 천정부재(1)와 내면이 완만하게 연결될 수 있도록 만곡된 내면을 가지며, 상단영역에는 천정부재(1)의 접촉면(1a)에 결합되도록 천정부재(1)의 만곡형상을 따라 계단상으로 절취된 접촉지지부(2a)가 형성된다.
또한, 하단영역에는 설치면에 접촉되어 안정적인 기립상태를 유지할 수 있게 저부플랜지(4)가 수평방향을 따라 형성된다.
이와 같이 구성된 현장타설형 조립식 암거는 크레인 등의 인양수단에 의해 측벽부재(2)를 정해진 위치에 안착 설치한 후 천정부재(1)를 인양하여 측벽부재(2)의 상단영역에 형성되어 있는 접촉지지부(2a)에 안전하게 거치시켜 설치한다.
이후 고정볼트(3a)및 너트(3b)등의 체결수단으로 조립한다.
그러나, 측벽부재(2)와 천정부재(1)가 접촉되는 접촉지지부(2a)와 접촉면(1a)의 단면이 계단 형상으로 형성되어 있는데 이럴 경우 측벽부재(2)에 천정부재(1) 거치 시 충격 및 마찰에 의해 접촉지지부(2a) 및 접촉면(1a)이 쉽게 손상되는 단점이 있었다.
이에 도 1c와 같이 이러한 접촉지지부(2a) 및 접촉면(1a)이 쉽게 손상되는 단점을 해결할 수 있는 T형 단면 조립식 아치터널이 소개된 바 있다.
이러한 T형 단면 조립식 아치터널은 지반에 일정간격으로 설치되는 측벽부재(20)와, 측벽부재(20)의 상단에 접촉 지지되는 천정부재(30)를 포함한다.
상기 측벽부재(20)는 터널 시공시 버림 콘크리트(10)의 양측에 설치되는 것으로, 만곡된 내면을 가지며 콘크리트(10)에 안전하게 안착될 수 있도록 하단부가 대략 L형상으로 마련되고, 측벽부재(20)의 상단부에는 S형상으로 형성된 접촉지지부(22)가 형성된다.
상기 측벽부재(20)의 상단부에 형성된 접촉지지부(22)는 천정부재(30)와 조립시 상호 마찰에 따른 마모 또는 균열을 방지하기 위하여 그 단면이 S형상을 이루도록 함으로써, 슬라이딩 가능하게 하도록 한 것이다.
이때 상기 천정부재(30)는 상향 만곡된 아치형상으로 구성되고, 천정부재(30)의 하부면에 터널의 폭 방향으로 양단을 연결하는 지지보(34)가 돌출 형성된다.
여기서, 천정부재(30)는 아치형으로 구성됨으로써, 외부로부터 작용하는 토압, 수압 및 교통하중 등이 천정부재(30) 및 측벽부재(20)의 축방향 압축력으로 작용하므로 콘크리트의 높은 압축강도를 최대한 활용하여 경제적인 단면 설계가 가능하다는 장점이 있게 된다.
또한 상기 천정부재(30)의 양 하단면에는 S형상의 측벽부재(20)의 접촉지지부(22)와 대응되도록 천정부재(30)의 경사면(32)을 S형상으로 형성하여 측벽부재(20)의 접촉지지부(22)에 안전하게 안착되도록 하게 된다.
이에 종래 아치 구조물은 천정부재와 측벽부재의 연결부위를 계단형상 또는 S자형으로 형성시켜 서로 전단결합 형태로 서로를 연결시키고 부족한 접합성능은 고정볼트(3a)및 너트(3b)등의 체결수단을 이용하고 있으나 아무래도 대형 아치 구조물에 있어서는 이러한 연결부위 성능을 충분히 확보하기에는 충분치 않다는 문제점이 지적되었다.
또한 종래에 접합되는 프리캐스트 아치 구조물의 측벽부재의 양측하단은 힌지접합을 하고 아치 구조물의 최상단은 철근 겹이음 하는 경우가 있는데 이럴 경우 측벽부재의 양측하단이 기초부(기초구조물)와 힌지 접합됨에 따라 휨 모멘트가 재분배 되면서 철근 겹이음되어 접합되는 천정부재(예컨대 아치 크라운부)에 휨 모멘트가 집중되는 경우가 있다.
이에 최대 휨모멘트가 집중되는 위치에 철근을 단순히 겹이음 하는 경우 예기치 못한 하중에 의하여 천정부재의 인장부에 콘크리트 균열이 발생하게 되면 철근 겹이음 부위의 철근 겹이음 효과가 일시에 손실되어 상기 아치 구조물이 급격하게 파괴될 우려가 있게 된다.
이에 본 발명의 목적은 프리캐스트 아치 구조물에 있어 서로 연결되는 측벽부재와 천정부재에 있어 서로 연결되어 설치되는 방향(중력방향)으로 서로 자연스럽게 지지되도록 설치함으로서 연결 부위의 안정적인 세팅이 가능한 종방향 및 횡방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 시공방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 프리캐스트 아치 구조물의 안정적인 세팅에 나아가 연결부위에 있어 체결부재에 의하여 연결성능을 확보하는 것에 더하여 축방향 및 종방향(아치 구조물의 연장방향) 연결철근에 의하여 서로 일체화되도록 함으로서 보다 확실한 연결부위 성능 확보가 가능한 종방향 및 횡방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 시공방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 프리캐스트 아치 구조물에 있어 양 측 하부를 힌지결합 방식으로 설치함에 있어 발생하는 최대 휨 모멘트에 대하여도 프리캐스트 아치 구조물의 연결부 성능을 충분히 확보할 수 있도록 하면서, 상기 힌지결합 부위를 보강할 수 있는 종방향 및 횡방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 시공방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
첫째, 청구항 1 내지 청구항 4는 양 측벽부재에 천정부재를 상부 연결단부에 의하여 서로 축방향 및 종방향으로 연결 및 일체화시키는 방법인데,
이는 아치 구조물의 천정부재와 양 측벽부재로부터 종방향(축방향)으로 돌출되는 연결철근을 서로 교차시킬 수 있을 정도의 상부 연결공간을 확보할 수 있도록 하고, 상기 천정부재와 양 측벽부재의 연결은 상부 연결단부에 형성시킨 연결블록을 이용하여 양 측벽부재에 천정부재를 설치하는 방향 즉 중력방향으로 서로 간단하게 지지되도록 하여 간단하게 천정부재와 측벽부재의 초기 세팅이 가능하도록 하였다.
또한 상기 연결블록은 서로 체결부재에 의하여 서로 압착되도록 함으로서 보다 안정적인 연결부위 세팅이 하도록 하였다.
또한 상기 아치 구조물의 천정부재와 양 측벽부재로부터 축방향으로 돌출되는 축방향 연결철근이 추가 연결철근과 기계적체결구(커플러)로 직접 일체 연결되도록 하거나 기계적체결구(커플러)로만 직접 연결되도록 하고, 상기 상부 연결공간에 있어 상부 종방향 연결철근(아치 구조물의 연장방향)을 종방향으로 추가 설치되도록 하여 축방향으로 서로 연결된 천정부재와 양 측벽부재가 종방향으로도 서로 확실한 일체화 거동이 가능하도록 하였다.
둘째, 청구항 5 내지 청구항 9는 양 측벽부재에 양 천정부재를 상부 및 하부 연결단부에 의하여 서로 축방향과 종방향으로 연결 및 일체화시키는 방법인데,
이는 먼저 양 천정부재를 축방향으로 돌출되는 연결철근을 서로 교차시킬 수 있을 정도의 상부 연결공간을 확보할 수 있도록 하고, 상기 천정부재의 연결은 상부 연결단부에 형성시킨 연결블록을 이용하여 양 천정부재를 서로 연결시키는 방향 즉 중력방향으로 서로 간단하게 지지되도록 하여 간단하게 천정부재와 측벽부재의 초기 세팅이 가능하도록 하였다.
또한 상기 연결블록은 역시 서로 체결부재에 의하여 서로 압착되도록 함으로서 보다 안정적인 연결부위 세팅이 하도록 하였다.
또한 상기 아치 구조물의 천정부재들은 축방향으로 돌출되는 연결철근이 추가 연결철근과 기계적체결구(커플러)로 직접 일체 연결되도록 하거나 기계적체결구로(커플러)만 직접 연결되도록 하고, 상기 상부 연결공간에 있어 종방향 연결철근(아치 구조물의 연장방향)이 추가 설치되도록 하여 축방향으로 서로 연결된 천정부재가 종방향으로도 서로 확실한 일체화 거동이 가능하도록 하였다.
또한 양 천정부재와 양 측벽부재의 하부 연결부단부는 양 측벽부재의 축방향 연결철근이 횡방향 연결철근에 의하여 서로 연결되도록 하고 하부 종방향 연결철근(아치 구조물의 연장방향)이 추가 설치되도록 하여 축방향으로 서로 연결된 양 천정부재와 양 측벽부재가 종방향으로도 서로 확실한 일체화 거동이 가능하도록 하였다.
또한 상기 양 천정부재의 하단부는 하부 연결공간을 확보할 수 있도록 하단부는 중앙연결부가 양측연결부보다 더 돌출되도록 형성되도록 하였다.
본 발명에 의한 프리캐스트 아치 구조물의 천정부재와 측벽부재는 축방향 연결철근에 의하여 축방향으로 서로 연결될 뿐만 아니라, 종방향으로도 즉 종방향연결철근에 의하여 서로 일체화되도록 함으로서 확실한 일체화 거동이 가능하게 된다.
나아가 프리캐스트 아치 구조물은 축방향으로 하중이 전달되기 때문에 축방향으로의 연결성능 확보가 매우 중요하게 된다.
이에 시공시에는 프리캐스트 아치 구조물의 천정부재와 측벽부재를 안정적으로 축방향 세팅할 수 있도록 하고 체결부재를 이용하여 서로 압착 시킨 이후에 종방방향 연결철근에 의하여 서로 종방향으로 완벽하게 일체화되도록 하게 된다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a는 종래 아치 구조물 형성용 프리캐스트 블록을 이용한 아치 구조물 시공도,
도 1b 및 도 1c는 종래 아치 구조물의 연결 사시도들,
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명의 축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 조립사시도, 연결부위 발췌사시도 및 정면도들,
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 시공방법 순서도이다.
도 4a는 본 발명의 축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 다른 조립도,
도 4b는 본 발명의 축방향 연결철근의 설치단면도이다.
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 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[ 축방향 연결철근 및 상부 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물(100) 연결방법]
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명의 축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 조립사시도, 연결부위 발췌사시도 및 정면도들이다.
상기 아치 구조물(100)은 도 3c와 같이 프리캐스트 철근콘크리트 부재로 제작된 천정부재(110)와 측벽부재(120)를 서로 축방향으로 연결시킨 것을 종방향으로 다수를 서로 일체화시켜 시공하게 된다.
이에 도 2a에는 1개의 천정부재(110)와 2개의 측벽부재(120)가 서로 연결부위에서 축방향으로 연결되도록 하고 이와 같이 축방향으로 연결된 천정부재(110)와 양 측벽부재(120)가 종방향으로 다수 연속으로 일체화되어 아치 구조물(100)로 형성되도록 함을 알 수 있다.
물론 상기 천정부재(110)는 후술되는 도 4a와 같이 1개가 아닌 2개 이상으로 구분되어 양 측벽부재와 축방향으로 서로 연결될 수 있을 것이다.
이때 상기 천정부재(110)는 아치 구조물(100)의 상부(천정부위)를 구성하는 것으로서 아치 형태(상방으로 만곡된 패널부재)로서 일정한 두께(t)를 가지고 있으며 종방향으로 일정한 폭(W)을 가지게 된다.
또한 상기 천정부재(110)는 철근콘크리트 부재로서 공장 등에서 미리 거푸집과 콘크리트와 철근을 이용하여 제작한 프리캐스트 철근콘크리트 부재로서 양 측 연결단부면에는 내부로부터 축방향으로 돌출 형성된 축방향 연결철근(111)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
상기 측벽부재(120)는 도 2a와 같이 아치 구조물(100)의 양 측벽을 구성하는 것으로 예컨대 역 L형 형태(상하 측벽과 수평저부)로서 역시 공장 등에서 미리 거푸집과 콘크리트와 철근을 이용하여 제작한 프리캐스트 철근콘크리트 부재로서 상부 연결단부면에는 내부로부터 역시 축방향으로 돌출 형성된 축방향 연결철근(121)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
이에 상기 양 측벽부재(120)와 천정부재(110)는 서로 상부 연결단부에서 연결되어 종방향으로 서로 연속으로 일체화되어 최종 아치 구조물(100) 예컨대 아치 터널 형태로 형성시킬 수 있게 된다.
이때 상기 양 측벽부재(120)와 천정부재(110)의 상부 연결단부에서 축방향 연결철근(111,121)의 연결은 도 2d와 같이 기계적체결구(B, 커플러)만을 이용하거나 추가 연결철근(C)와 기계적체결구(B)를 함께 이용하면 된다.
도 2b 및 도 2c는 상기 양 측벽부재(120)와 천정부재(110)의 상부 연결단부를 확대 도시 한 것이다.
먼저, 도 2b와 같이 상기 천정부재(110)의 양측 연결단부를 살펴보면 천정부재 두께(t)보다 작은 두께로 축방향연결판(112)이 축방향으로 하부에 돌출 형성되어 있고 상기 축방향연결판(112)의 상부는 블록아웃(Block-out)되어 파여진 홈으로서 상부 연결공간(S)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
또한 상기 축방향연결판(112)의 중앙 상면에는 직육면체 형태의 연결블록(113)이 축방향으로 연장 형성되어 있음을 알 수 있으며, 상기 연결블록(113)에는 적어도 1개 이상의 관통홀(114)이 축방향으로 연결블록(113)의 전면 및 배면을 관통(축방향으로)하도록 형성되어 있음을 알 수 있다.
이러한 연결블록(113)의 연결단부면이 후술되는 양 측벽부재(120)의 연결블록(123)의 연결단부면과 서로 접할 수 있도록 그 위치가 세팅되며 이는 양 측벽부재의 연결블록(123)도 동일하다.(서로 대칭 형성된다는 의미이다.)
이러한 관통홀(114)이 형성된 연결블록(113)은 후술되는 양 측벽부재(120)의 관통홀(124)이 형성된 연결블록(123)과 체결부재(140)에 의하여 서로 압착 연결시키게 된다.
즉, 상기 체결부재(140)는 양 연결블록의 관통홀들(114,124)에 삽입되어 연결블록들의 배면에 체결너트에 의하여 체결시켜 양 측벽부재가 천정부재에 압착 연결되도록 하는 역할을 하게 된다.
이때 상기 연결블록(113)의 연결단부면을 살펴보면 측벽부재(120)에 천정부재(110)의 설치방향 즉, 중력방향으로는 서로 상하지지 되도록 하고 있음을 알 수 있으며, 상기 상하지지 되는 부위를 제외한 부위에서는 측벽부재(120)와 천정부재(110)의 연결블록(113,123)이 서로 접하도록(A2,A3) 세팅되고 있음을 알 수 있다.
즉, 상기 연결블록의 연결단부면은 천정부재가 양 측벽부재에 중력방향으로 설치될 때 상기 중력방향에 직각으로 접하도록 지지면(A1)이 형성되도록 하게 된다.
물론 이러한 지지면(A1)은 그 형성방향에 특징이 있으므로 원형곡면, 평평한 면으로 형성될 수 있을 것이다.
또한 상기 상부 연결공간(S)은 마감재(150)가 내부에 용이하게 수용될 수 있을 정도의 충분한 빈 공간이 형성되도록 하게 된다.
이에 상기 상부 연결공간에 모르타르 또는 팽창콘크리트와 같은 마감재(150)가 채워져 마감된다.
이에 이러한 축방향연결판, 상부 연결공간, 연결블록은 양 측벽부재(120)의 상부 연결단부에도 형성되는데 천정부재(110)와 서로 대칭되도록 형성시키게 된다.
즉, 상기 측벽부재(120)의 상부 연결단부에는 전체 두께(t)보다 작은 두께에 의하여 축방향연결판(122)이 역시 하부에 종방향으로 돌출 형성되어 있고 상기 축방향연결판(122)의 상부도 블록아웃(Block-out)되어 파여진 홈으로서 상부 연결공간(S)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
또한 상기 축방향연결판(122)의 중앙 상면에는 직육면체 형태의 연결블록(123)이 종방향으로 연장 형성되어 있음을 알 수 있으며, 상기 연결블록(123)에는 적어도 1개 이상의 관통홀(124)이 축방향으로 연결블록(123)을 관통하도록 형성되어 있음을 알 수 있어 체결부재(140)에 의하여 천정부재의 연결블록(113)과 압착 연결된다.
역시 상기 연결블록(123)의 연결단부면을 살펴보면 양 측벽부재(120)에 천정부재(110)가 설치되는 방향 즉 중력방향으로는 서로 상하지지(A1)되도록 하고 있음을 알 수 있으며, 상기 상하지지 되는 부위 이외(A2,A3)에서는 측벽부재(120)와 천정부재의 연결블록들(113,123)이 서로 축방향으로 서로 접하고 세팅되고 있음을 알 수 있다.
또한 상기 상부 연결공간(S)도 마감재(150)가 내부에 용이하게 수용될 수 있을 정도의 충분한 빈 공간이 형성되도록 하게 됨을 알 수 있다.
이로서 서로 상기 축방향연결판(112,122)들이 서로 마주보면서 접하도록 세팅시키게 되면 상부 연결공간들은 2개의 상부 연결공간이 합쳐진 공간이 되고, 축방향 연결철근들(111,121)도 서로 겹쳐지면서 서로 겹이음 되는 방식으로 세팅시키게 된다.
이때 상기 합쳐진 상부 연결공간(S)들에는 도 2c와 같이 종방향으로 축방향 연결철근(111,121)과 서로 교차하는 상부 종방향 연결철근(130)들이 설치됨을 알 수 있다.
이러한 상부 종방향 연결철근(130)은 종방향으로 프리캐스트 천정 부재와 양 측벽부재의 합쳐져 종방향으로 연장된 상부 연결공간(S)에 연속 설치되도록 하되 축방향철근들과 서로 교차되도록 배근됨으로서 결국 천정부재와 양 측벽부재들을 서로 종방향으로 일체화 거동하도록 하는 역할을 하게 된다.
이에 본 발명의 천정부재와 양 측벽부재는 연결블록(113,123)을 서로 압착시키는 체결부재(140), 상부 연결공간(S)에서 서로 겹쳐져 연결된 축방향 연결철근(111,121), 상부 연결공간(S)에서 서로 교차된 축방향 연결철근(111)과 연결된 상부 종방향 연결철근(130), 상기 상부 연결공간(S)에 채워져 축방향 철근과 상부 종방향 연결철근을 서로 합성시키는 마감재(150)에 서로 완전하게 일체화되도록 함을 알 수 있다.
[ 축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물(100) 시공방법]
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 의한 아치 구조물(100)의 시공방법을 순서대로 도시한 것이다.
이러한 아치 구조물은 아치 터널을 연속으로 시공하는 예라 할 수 있는데, 양 측벽부재(120)와 양 측벽부재 상부에 천정부재(120)를 서로 축방향으로 연결시킨 것을 종방향으로 다수 접하도록 세팅한 후 상부 종방향 연결철근(130)을 이용하여 서로 일체화시키는 공종을 따르게 된다.
이에 도 3a와 같이 공장에서 미리 양 측벽부재(120)와 천정부재(110) 다수를 제작하고 현장에 운반하게 된다.
아치 구조물이 설치되어야 부지를 정리한 후, 상기 양 측벽부재(120)를 먼저 서로 횡방향으로 서로 이격되도록 설치하게 된다.
이러한 양 측벽부재(120)의 상부에는 천정부재(110)가 설치된다.
즉, 천정부재(110)의 양측 연결단부와 양 측벽부재(120)의 상부 연결단부가 서로 접하도록 세팅되면, 연결단부를 구성하는 축방향연결판(112,122)이 서로 접하면서 연결블록(113,123)들이 역시 접하도록 세팅됨을 알 수 있다.
이때 앞서 살펴본 것과 같이 천정부재의 연결블록(연결단부면)은 먼저 설치된 양 측벽부재의 연결블록(연결단부면)과 서로 중력방향으로 상하 지지되도록 설치되어 천정부재의 세팅이 용이함을 알 수 있게 된다.
즉 중력방향으로 천정부재(110)를 양 측벽부재(120)에 얹어 설치하는 방식으로 설치할 수 있기 때문에 따로 천정부재와 양 측벽부재의 연결단부 세팅을 위해 위치 등을 조정할 필요가 없게 된다.
이에 양 측벽부재와 천정부재(110)의 연결단부들을 먼저 도 2b와 같이 축방향연결판(112,122)이 서로 접하도록 세팅한 후에는 양 측벽부재(120)와 천정부재(110)의 연결블록들(113,123)을 체결부재(140)를 이용하여 서로 압착 연결시키게 된다.
이에 축방향 연결철근들(111,121)이 서로 겹쳐지게 됨을 알 수 있으면 서로 겹이음 방식으로 연결(기계적 체결구, 추가 연결철근 이용)시키게 된다.
다음으로는 도 3b와 같이 종방향으로 다수의 양 측벽부재와 천정부재를 연속으로 축방향 연결시켜 가면서 아치 구조물(100)을 시공하게 된다.
즉, 상기 축방향으로 연결된 천정부재와 양 측벽부재를 종방향으로 서로 연속하여 설치하여 상기 상부 연결공간(S)이 축방향 및 종방향으로 합쳐지도록 하게 된다.
이에 종방향으로 다수의 양 측벽부재와 천정부재는 서로 연속화 설치됨을 알 수 있다.
이에 상기 양 측벽부재와 천정부재의 연결단부들이 서로 압착 연결된 상태에서 합쳐진 상부 연결공간(S)에 상부 종방향 연결철근(130)을 배치하게 되는데 이는 축방향철근과 교차하도록 배근하고 가는 철선으로 서로 연결시키게 된다.
이러한 축방향 철근과 상부 종방향 연결철근의 연결 상태를 도 3b에서 확인할 수 있다.
다음으로 도 3c와 같이 상기 합쳐진 상부 연결공간(S) 내부에 모르타르 등의 마감재(150)를 채워 연결공간을 마감시키게 된다.
이로서 최종 아치구조물(100)의 시공이 완성될 수 있음을 알 수 있다.
[ 양 천정부재(110)와 양 측벽부재(120)의 연결 시공방법 ]
도 4a는 특히 청구항 5,6,7,8에 관한 것으로서 측벽부재(120)가 L형 형태가 아닌 “ㅗ"(측벽과 수평저부)로서 형성되어 있고, 양 측벽부재(120) 상부에 2개의 천정부재(110)가 형성되는 경우를 도시한 것이다.
이에 양 천정부재(110)가 아치구조물의 천정부에서 상부 연결공간(S)에서 서로 연결되고 양 천정부재와 양 측벽부재는 하부 연결공간(S1)에서 서로 연결되어 있음을 알 수 있다.
이러한 양 천정부재(110)의 천정부 연결은 도 4a와 같이 양 축방향 연결철근(111), 양 축방향연결판(112), 체결부재(140)에 의한 양 연결블록(113), 상부 종방향 연결철근(130) 및 마감재(150)에 의하여 서로 연결되어 종방향으로 서로 일체화되도록 하게 되는데 이러한 연결은 앞서 살펴본 것과 동일하게 이루어지게 된다.
이러한 양 천정부재(110)와 양 측벽부재(120)와의 연결은 하부 연결공간(S1)에서 이루어지는데 이때 상기 양 천정부재(110)의 하단부는 도 4a와 같이 중앙연결부(115)가 양측연결부(116)보다 더 돌출되도록 형성시키게 된다.
이에 상기 중앙연결부(115)가 양 측벽부재(120) 상면의 지지홈(127)에 지지되면서(힌지연결) 양 측벽부재와 양측연결부(116) 사이의 하부 연결공간(S1)은 양 측벽부재(120)에 형성된 하부 축방향 연결철근(125), 상기 하부 축방향 연결철근을 서로 횡방향으로 연결하는 횡방향 연결철근(126) 및 종방향으로 연장되는 하부 종방향 연결철근(160)이 배치되는 공간으로 이용된다.
즉, 상기 양 측벽부재(120)와 양측연결부(116) 사이의 공간은 종방향으로 서로 합쳐져 하부 종방향 연결철근(160)에 의하여 양 측벽부재(120)와 양 천정부재(110)가 서로 일체화되도록 하게 된다.
한편 상기 양 측벽부재(120)의 상면은 지지홈(127)이 형성되어 있음을 알 수 있는데 상기 지지홈(127)에 양 천정부재(110)의 중앙연결부(115)가 힌지방식으로 지지되도록 하게 되어 양 천정부재(110)의 축력이 양 측벽부재에 전달되도록 하게 됨을 알 수 있다.
이에 상기 중앙연결부(115)가 양 측벽부재의 상면에 지지되면 하부 연결공간(S1)에 중앙연결부 양 측방으로 하부 축방향 연결철근(125)이 상방으로 연장될 수 있게 되는데 이때 하부 축방향 연결철근(125)을 서로 횡방향 연결철근(126)으로 결속시키게 된다.
다음으로는 상기 하부 축방향 연결철근(125)과 횡방향 연결철근(126)에 하부 종방향 연결철근(160)을 결속시켜 종방향으로 연장시켜 설치하고, 종방향으로 연장된 하부 연결공간(S1)에 마감재(150)를 미도시한 거푸집 등을 이용하여 마감시켜 최종 양 천정부재(110)와 양 측벽부재(120)를 서로 확실하게 연결시키게 된다.
도 4b는 특히 상기 상부 연결공간에 있어 축방향 연결철근(111)의 연결구성을 살펴볼 수 있는데, 축방향 연결철근은 기계적체결구(B, 커플러)로만으로 서로 연결되도록 하거나 추가 연결철근(C)를 이용하여 연결시킬 수 있으며, 연결블록(113)이 없이 축방향 연결철근들만 연결시킬 수도 있음을 알 수 있다.
100: 아치 구조물 110: 천정부재
111: 축방향 연결철근 112: 축방향연결판
113: 연결블록 114: 관통홀
120: 측벽부재 121: 축방향 연결철근
122: 축방향연결판 123: 연결블록
124: 관통홀 125: 하부 축방향 연결철근
126: 횡방향 연결철근
130,160: 상부 및 하부 종방향 연결철근
140: 체결부재 150: 마감재

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  5. 축방향연결판(112)이 하부에 축방향으로 돌출 형성되어 있고 상기 축방향연결판의 상부는 파여진 홈으로서 상부 연결공간(S)이 형성되어 있으며 상기 상부 연결공간으로 축방향 연결철근(111)이 돌출 형성된 상부 연결단부를 가지며, 하부 연결단부는 중앙연결부(115)가 양측연결부(116)보다 더 돌출되도록 형성되도록 하여 하부 연결공간(S1)이 형성된 양 천정부재(110)의 상부 연결단부를 서로 축방향으로 연결하고,
    서로 횡방향으로 이격 설치되며 하부 축방향 연결철근(125)이 축방향으로 돌출 형성되어 있고 상면은 지지홈(127)이 형성되도록 하여, 양 천정부재(110)의 중앙연결부(115)가 상기 지지홈(127)에 지지되도록 하여 양 천정부재(110)와 양 측벽부재(120)를 서로 축방향으로 연결하고,
    상기 축방향으로 연결된 양 천정부재(110)와 양 측벽부재(120)를 종방향으로 서로 연속하여 설치하여 상기 상부 연결공간(S) 및 하부 연결공간(S1)이 축방향 및 종방향으로 합쳐지도록 하고,
    상기 축방향 및 종방향으로 합쳐진 상부 연결공간(S)에 천정부재와 측벽부재의 축방향 연결철근(111)이 서로 교차되어 연결되도록 한 후 상기 상부 연결공간(S)에 마감재(150)를 형성시키고,
    상기 축방향 및 종방향으로 합쳐진 하부 연결공간(S1)에 하부 축방향 연결철근(125)을 횡방향 연결철근(126)으로 서로 연결되도록 한 후 상기 하부 연결공간(S)에 마감재(150)를 형성시키는 단계를 포함하며,
    상기 양 천정부재(110)의 축방향연결판들(112)의 상면에는 "축방향으로" 관통홀(114)이 형성된 연결블록(113)들이 형성되도록 하고, 상기 연결블록의 관통홀에는 체결부재(140)를 삽입 설치되어 양 단부가 연결블록의 배면에 체결너트에 의하여 체결되도록 함으로서, 상기 양 천정부재는 축방향으로 압착 연결되도록 하고,
    상기 연결블록들(113)의 연결단부면은 양 천정부재가 서로 축방향으로 중력방향으로 설치될 때 상기 중력방향에 직각으로 접하도록 지지면(A1)이 형성되도록 하며,
    상기 합쳐진 상부 연결공간(S)의 축방향 연결철근(111)에는 상부 종방향 연결철근(130)이 서로 더 교차되어 연결되도록 한 후 상기 상부 연결공간(S)에 마감재(150)를 형성시키는 단계를 포함하고,
    상기 합쳐진 하부 연결공간(S1)의 하부 축방향 철근(125)에는 하부 종방향 연결철근(160)이 서로 더 교차되어 연결되도록 한 후 상기 하부 연결공간(S)에 마감재(150)를 형성시키는 단계를 포함하도록 하는 것을 특징으로 하는 축방향 및 종방향 연결철근을 이용한 아치 구조물 시공방법.
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