KR101232330B1 - 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더, 그 제작방법 및 이를 이용한 교량시공방법 - Google Patents

코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더, 그 제작방법 및 이를 이용한 교량시공방법 Download PDF

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Abstract

프리텐션 방식 및 포스트텐션 방식의 장점을 그대로 이용하면서 프리캐스트 및 현장타설 콘크리트 방식을 혼용하여 보다 효율적이고 경제적으로 거더를 제작하는 프리스트레스트 콘크리트 거더에 관한 것으로서 상기 거더는 작용하중에 의한 휨 모멘트가 크게 발생하는 중앙부위 하부에 위치하는 판형부재로서 코아부 쉬스가 단부면으로부터 돌출되도록 형성되며 공장에서 프리텐션 방식에 의하여 프리스트레스(P1)가 도입되도록 프리캐스트로 제작된 코아부: 및 메인빔 거푸집을 현장에 반입된 코아부 주위에 설치하여 상기 메인빔 거푸집에 메인빔 콘크리트(C2)를 타설하여 코아부와 일체로 형성되는 것으로서 내부에는 상기 코아부 쉬스와 연결되도록 메인빔 쉬스가 배치된 메인빔;을 포함하도록 제작된 거더(A); 및 상기 서로 연결된 메인빔 쉬스와 코아부 쉬스에 삽입되어 양 단부가 거더에 정착됨으로서 거더(A)에 추가 프리스트레스(P2)가 도입되도록 하는 포스트 텐션 긴장재;를 포함한다.

Description

코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더, 그 제작방법 및 이를 이용한 교량시공방법{PSC GIRDER USING CORE MEMBER AND MAIN BEAM, THE MAKING METHOD AND BRIDGE CONSTRUCTION METHOD USING THE PSC GIRDER}
본 발명은 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더, 그 제작방법 및 이를 이용한 교량시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 프리텐션 방식 및 포스트텐션 방식의 장점을 그대로 이용하면서 프리캐스트 및 현장타설 콘크리트 방식을 혼용하여 보다 효율적이고 경제적으로 거더를 제작하는 프리스트레스트 콘크리트 거더에 관한 것이다.
철근콘크리트 구조물의 단점을 보완하기 위해 개발된 프리스트레스트 콘크리트 공법(Prestressed Concrete Method)은 콘크리트 부재에 압축응력을 도입하는 프리스트레싱 방식에 따라서 프리텐션방식(Pretension Method)과 포스트텐션방식(Post-tension Method)으로 구분된다.
이때 상기 프리텐션방식은 일반적으로 공장에서 제작되어 현장으로 운반되며, 건설현장에 주요한 부재로 사용 된다.
도 1a 및 도 1b에 이러한 종래 프리텐션 방식에 의한 부재 제작도를 도시한 것이다.
즉, 베드(20) 위에 배치한 긴장재(30)의 한 끝을 고정단 정착판(40)에 쐐기 정착하고 다른 끝은 가동단 정착판(50)에 정착하여 잭(Jack, 60)을 작동시켜 긴장재(30)를 긴장한 다음 강재 거푸집(10, 몰드)을 조립한 후 콘크리트를 치고 잘 양생한 후 콘크리트가 굳어서 충분한 강도에 달하게 되면 긴장을 서서히 풀어서 콘크리트 부재에 프리스트레스를 도입하게 된다.
이때 도 1a에 나타낸 방식을 단일몰드방식이라 하고, 도 1b와 같이 여러 개의 몰드(10, Mold)를 베드(20) 위에 직렬로 배치하고 동시에 프리스트레스를 도입하는 방식으로 1회의 프리스트레싱으로 여러 개의 부재를 제조할 수 있는 방식을 롱라인 방식이라 한다.
이에 반해, 주로 현장에서 적용되는 포스트텐션방식은 교량의 거더, 건축보 부재 또는 장지간의 슬래브 부재와 같은 부재를 건설현장 주위에서 제작한 후, 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하고 긴장재의 단부를 부재에 정착시키는 방식이라 할 수 있다.
이에 프리텐션방식은 미리 긴장재를 제작대에서 긴장시킨 후, 부재를 제작하고, 긴장재를 커팅(이완 등)하여 부재에 프리스트레싱이 도입되도록 하는 방식이고, 포스트텐션방식은 부재를 먼저 제작한 후 긴장재를 긴장후 부재에 직접 정착시켜 프리스트레싱이 도입되도록 하는 방식이라 할 수 있다.
이러한 프리텐션방식은 포스트텐션방식에 비해 다음과 같은 특징과 장점을 갖고 있다.
첫째, 포스트텐션방식은 구조체에 미리 PS강선(긴장재, PC강연선)이 삽입될 수 있도록 덕트를 형성하여 그 안에 PS강선을 삽입하고, PS강선의 긴장을 통한 구조체에 압축응력을 도입하는 방식이기 때문에 덕트 형성을 위한 쉬스관과 PS강선의 정착장치 및 쉬스관 내의 그라우팅밀크 등의 자재가 필요하며, 이를 설치 및 시공하기 위한 인력품이 추가로 필요하다.
이에 반해 프리텐션방식은 정착대 위에 인장잭을 이용하여 미리 PS강선을 긴장하여 정착시킨 후 콘크리트를 타설하여 콘크리트의 소요강도를 얻어 후에 정착장치를 해제하여 구조체에 압축응력을 도입한다.
그러므로, 프리텐션방식의 PS구조체에는 정착장치가 필요 없고, 콘크리트와 PS강선이 부착에 의해 PS구조체에 압축응력을 도입하기 때문에 쉬스관과 밀크그라우팅의 자재가 필요하지 않게 된다. 또한, 이를 설치 및 시공하기 위한 인력품이 필요하지 않게 된다.
둘째, 포스트텐션방식은 PS강선의 정착장치를 이용하여 거더의 몸체 일부에 고정시키기 때문에 정착구역에 집중하중이 작용하여 균열이 발생하는 경우가 많다.
또한, 정착구역의 집중하중의 분산을 위해 콘크리트의 단면이 커지는 단점을 갖고 있다. 그러나, 프리텐션방식은 PS강선과 콘크리트의 부착에 의해 압축프리스트레스가 도입되기 때문에 긴장블럭 형성을 위한 콘크리트단면이나 정착구역의 균열발생이 없다.
셋째, 포스트텐션방식이 쉬스관과 PS강선에 의해 발생하는 곡률마찰, 파상마찰이 발생하지만, 프리텐션방식은 쉬스관이 없는 구조이기 때문에 이에 대한 마찰력을 고려하지 않아도 되며, 구조체에 도입되는 유효프리스트레스력을 높일 수 있다.
이와 같이 프리텐션방식은 포스트텐션방식에 비해 상당히 많은 장점을 가지고 있지만, 실제 프리텐션 방식을 사용하는 예가 많지 않았다.
그 이유는 공장에서 제작되는 프리텐션방식의 부재는 운반이 가능한 길이와 중량을 고려해야 하기 때문에 그 제약이 매우 많았기 때문이다.
따라서 공장에서 제작되는 대형구조물은 프리텐션방식에 의해 부재를 제작하는 것이 아니라, 철근콘크리트 프리캐스트 콘크리트 세그멘트로 제작하여 현장에서 포스트텐션방식으로 조립하여 구조물을 완성시키는 방식이 이용될 수밖에 없었다.
따라서 길이 및 중량이 매우 큰 교량부재의 거더, 건축보 부재 또는 장지간의 슬래브 부재는 단위중량이 매우 큰 콘크리트가 주요한 구성요소이기 때문에 공장에서 제작하는 프리텐션방식의 부재는 적용하는 것이 어려웠다.
이에 프리텐션방식으로 부재 등을 현장에서 제작하여 이런 문제를 해결할 수 있지만 실제 프리텐션방식에 의해 제작되는 구조체는 반력대, 반력 지주, 압축배드 등의 고가의 프리텐션 제작 장치 및 설비가 필요하여 현장에서 프리텐션방식을 적용하기가 어려웠다.
이에 프리스트레스트 콘크리트 거더는 아니지만 거더의 중앙부는 프리텐션 방식으로 제작하고, 프리텐션 방식으로 제작된 거더의 중앙부와 연결되는 양 단부는 현장타설 콘크리트 및 철근배근 작업으로 완성시키고 최종 거더 전체에 대하여 쉬스관과 PS강선을 이용하여 프리스트레스를 도입시키는 방식이 소개된 바 있다.
구체적으로 살펴보면, 도 1c와 같이 I형 강거더(20)의 하부를 감싸도록 케이싱콘크리트가 형성되도록 하고 상기 케이싱콘크리트 양 단부 상면에는 정착구(22)가 형성되도록 하되 이러한 거더의 중앙부는 공장에서 프리캐스트 방식으로 제작하게 된다.
이때 상기 케이싱콘크리트 양 단부에는 미리 설치된 쉬스(26)와 철근(24)이 노출되도록 하게 된다.
이때 상기 정착구(22)에는 미도시된 PS강선이 삽입 설치되어 케이싱콘크리트에 프리스트레스가 도입되도록 하게 된다.
이에 상기 프리캐스트 방식으로 제작된 거더의 중앙부는 현장에 반입시키고 양 단부에 다시 철근(24)와 쉬스를 배치하고, 콘크리트를 타설하여 결국 거더의 중앙부는 강합성, 양 단부는 철근콘크리트로 일체화시키게 된다.
마지막으로 상기 쉬스(26)에 PS강선을 삽입하여 거더에 프리스트레스를 추가 도입시키게 됨을 알 수 있다.
즉, 거더의 중앙부(A)는 프리캐스트 방식, 양 단부(B)는 현장 타설방식으로 제작하고 최종 포스트텐션 방식으로 거더를 제작하는 방식이 이용될 수 있는 데, 이러한 방법은 특히 상기 거더의 중앙부 전체를 공장에서 제작하는 방식을 따르다 보니 역시 길이 및 중량이 매우 큰 교량부재의 거더, 건축보 부재 또는 장지간의 슬래브 부재에 적용하기에는 제작, 운반 등이 용이하지 않다는 문제점이 있게 된다.
이에 본 발명은 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식을 장점을 그대로 이용할 수 있도록 하면서도 프리캐스트 제작방식과 현장제작 방식의 이점도 함께 가질 수 있어 구조적으로 효율적이면서도 경제적으로 제작할 수 있는 프리스트레스트 콘크리트 거더, 그 제작방법 및 이를 이용한 교량시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
첫째, 프리스트레스트 콘크리트 거더(이하 거더)를 중앙하부 부위인 코아부와 상기 코아부 상부와 양 측 단부로 형성되는 메인빔으로 구분 제작하게 된다.
즉, 거더의 중앙부위는 가장 큰 휨 모멘트가 작용하는 부위이므로 단면크기는 커질 수밖에 없지만 이럴 경우 무게가 커져 프리캐스트로 제작하기 어렵게 된다. 이에 본 발명은 상기 거더중앙 하부 예컨대 하부플랜지 높이에 해당하는 두께를 가지고 종방향 연장길이를 거더 종방향 길이의 1/3 정도로 가지는 판형부재로서 코아부를 프리캐스트 방식으로 제작하고, 상기 코아부를 현장에서 현장타설 콘크리트로 메인빔과 일체로 제작하게 된다.
즉, 코아부는 공장에서 제작하기 때문에 품질관리가 용이하도록 하고 그 단면크기 및 길이가 운반 및 거치에 가장 적합한 크기로 제작되도록 함으로서 프리캐스트 방식의 이점을 충분히 활용할 수 있도록 하고 이러한 코아부는 프리텐션 방식으로 제작하되 고강도 콘크리트를 이용하여 제작함으로서 정착장치 및 정착구를 별도로 구비하지 않을 수 있어 프리텐션 방식의 장점을 그대로 이용할 수 있도록 하게 된다.
다음으로 비교적 작용하중에 의한 발생모멘트가 코아부 보다 크지 않은 거더중앙 상부와 양 단부를 포함하는 메인빔은 현장에서 현장타설 콘크리트 방식으로 제작함으로서 단면이 큰 부재를 보다 경제적으로 제작할 수 있도록 하게 된다.
이때 상기 메인빔과 코아부는 서로 일체화되도록 한 상태에서 포스트텐션 방식을 이용하여 거더에 프리스트레스를 추가 도입시키게 된다.
둘째, 상기 메인빔과 코아부는 서로 일체화되도록 함에 있어서 메인빔 철근과 코아부 철근을 서로 연결되도록 하고, 상기 코아부는 프리텐션 방식으로 제작하기 때문에 프리텐션 긴장재(PS강선)가 단부면으로부터 돌출되어 있다. 이에 통상은 상기 프리텐션 긴장재를 커팅하게 되는데 본 발명은 상기 돌출된 프리텐션 긴장재를 코아부와 메인빔의 콘크리트를 서로 일체화시키는 연결철근 역할도 하도록 함으로서 상기 코아부와 메인빔이 서로 확실하게 일체화될 수 있도록 하였다.
또한 상기 코아부 상부와 메인빔의 일체성 확보를 위하여 코아부 철근은 코아부 상면으로부터 역시 상방으로 돌출 형성되도록 하였다. 특히 코아부 상면은 오목하게 파이게 하여 메인빔과의 결속을 강화시킬 수 있게 하였다.
셋째, 상기 코아부에는 미리 코아부 쉬스를 묻어두고 메인빔 쉬스를 상기 코아부의 쉬스와 연통되도록 연결시킨 다음 긴장재를 이용하여 거더에 추가 프리스트레스를 도입시키게 된다.
이를 위해 본 발명은
작용하중에 의한 휨 모멘트가 크게 발생하는 중앙부위 하부에 위치하는 판형부재로서 코아부 쉬스가 단부면으로부터 돌출되도록 형성되며 공장에서 프리텐션 방식에 의하여 프리스트레스(P1)가 도입되도록 프리캐스트로 제작된 코아부: 및 거더의 형태에 대응하여 제작된 메인빔 거푸집을 이용하여 현장에 반입된 코아부 주위에 현장타설 방식으로 코아부와 일체로 형성되는 것으로서 내부에는 상기 코아부 쉬스와 연결되는 메인빔 쉬스가 배치되는 메인빔;을 포함하도록 제작된 거더(A); 및
상기 서로 연결된 메인빔 쉬스와 코아부 쉬스에 삽입되어 양 단부가 거더에 정착되어 거더에 추가 프리스트레스(P2)가 도입되도록 하는 포스트 텐션 긴장재;를 포함하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더를 제공한다.
또한 바람직하게는
공장에 설치된 제작대 양 측방에 반력대를 설치하고 상기 반력대 사이에 프리텐션 긴장재를 긴장시킨 상태로 설치하고, 상기 프리텐션 긴장재가 관통되도록 제작대 상면에 코아부 거푸집을 세팅하고,
상기 코아부 거푸집 내부에 코아부 쉬스와 코아부 철근을 배치한 후, 상기 프리텐션 긴장재, 코아부 쉬스와 코아부 철근이 매립되도록 코아부 거푸집 내부에 코아부 콘크리트를 타설한 후 양생시켜 프리스트레스(P1)가 도입되도록 코아부를 프리텐션 방식으로 프리캐스트로 제작하는 단계;
상기 코아부를 현장에 반입하는 단계;
상기 현장에 반입된 코아부를 현장에 설치된 제작대 상면에 세팅하고, 상기 코아부 주위에 거더의 형태에 대응하여 제작된 메인빔 거푸집을 설치하고, 상기 메인빔 거푸집 내부에 상기 코아부 쉬스와 연결되는 메인빔 쉬스와 코아부 철근과 연결되는 메인빔 철근을 배치하여 연결한 후 상기 메인빔 거푸집 내부에 메인빔 콘크리트를 타설한 후 양생시켜 코아부와 일체화된 메인빔을 현장타설방식으로 제작하는 단계; 및
상기 서로 연결된 메인빔 쉬스와 코아부 쉬스에 포스트 텐션 긴장재를 삽입하고 양 단부가 거더에 정착되어 거더에 추가 프리스트레스(P2)가 도입되도록 하는 단계;를 포함하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더 제작방법을 제공한다.
또한 바람직하게는 상기 현장에 설치된 제작대 상면에 코아부 세팅은
상기 코아부 전구간이 지지되도록 코아부의 저면 전구간이 제작대 상면에 접촉되도록 하거나, 상기 코아부 양 단부만 지지되도록 코아부의 저면 양 단부가 제작대 상면에 접촉되도록 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더 제작방법을 제공한다.
또한 바람직하게는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더 제작방법에 의하여 제작된 거더를 교량하부구조에 거치하고 슬래브를 시공하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더를 이용한 교량시공방법을 제공한다.
본 발명에 의하여 기존 PSC 거더의 긴장재(PS강선) 양의 절감과 단면효율을 증진시킬 수 있게 된다.
즉, 전체 거더의 작은 일부분인 코아부는 공장에서 프리캐스트로 제작되고, 프리텐션 방식으로 제작하기 때문에 기본적으로 공장에서 현장으로 반입되는 코아부는 다량을 용이하게 운반 및 적치할 수 있게 되어 현장 이동물량을 크게 감소시킬 수 있게 된다.
또한 프리텐션 방식에 의하여 고강도 콘크리트로 제작되는 코아부는 강도가 매우 큰 부재로 제작될 수 있으므로 메인빔과 일체화된 후 포스트텐션 방식에 의하여 추가 프리스트레스량을 최적화 시킬 수 있어 메인빔에 긴장 후 정착되는 긴장재의 설치량을 줄일 수 있다, 이에 포스트텐션 방식에 의한 메인빔 정착단면 부족 및 고가의 정착장치와 정착구 형성을 최소화 시킬 수 있어 보다 경제적인 거더 제작이 가능하게 된다.
특히 코아부 지점 사이를 지지(코아부의 양 단부가 제작대에 지지)하여 메인빔 콘크리트가 코아부에 하중으로 작용하도록 하여 코아부에 인장력을 발생시킴에 따라 코아부에 도입된 압축력을 일정 부분 상쇄시킬 수 있게 되고 향후 포스트텐션 방식에 의한 추가 프리스트레스량을 전체 구간을 지지하여 메인빔 콘크리트와 일체화시키는 방법보다 더 가할 수 있으므로, 인장에 약한 콘크리트에 보다 많은 프리스트레스를 별다른 장치나 시공단계의 추가 없이 효율적으로 도입할 수 있게 된다.
이때 상기 메인빔에 긴장 후 정착되는 긴장재의 설치량이 일반적인 PSC빔에 비해 상당부분 줄게 되어 거더 제작시 발생되는 거더의 중립축 상부에 작용하는 인장응력을 줄일 수 있기 때문에 거더의 높이를 줄이거나 길이를 늘일 수 있어 구조적으로 보다 효율적인 거더 제작이 가능하게 된다.
또한 종래 프리캐스트 부재의 연결로 전체가 제작되는 거더에 비해서는 제작, 이동비용이 절감되고, 현장에서의 연결을 위한 부가적인 작업이 필요 없으며, 코아부 양 단부면에 메인빔의 현장타설 콘크리트와 일체화되도록 철근 및 긴장재이 돌출되어 있어 완전 합성이 용이하게 된다.
또한 종래와 같이 프리캐스트 부재간의 대단면 연결이 없고(별도의 전단 키 등이 설치되는 연결면이 불필요함), 최종 거더에 도입되는 프리스트레스(긴장력)으로 인해 코아부와 메인빔의 연결이 더욱 공고히 되며, 이로 인해 연결면의 내구성이 뛰어나다.
또한 전체가 일괄 제작된 빔에 포스트텐션을 도입하는 전통적인 방식에 비해서는 프리캐스트로 제작된 코아부가 형성되도록 하는 것 이외에는 특별히 추가적인 조치가 필요 없으며, 최종 거더에 도입되는 긴장량이 줄고, 긴장량이 줄게되면 정착장치와 긴장재의 양이 줄어 보다 경제적인 거더를 제작할 수 있게 된다.
또한 , 거더 제작 및 공용 중 응력발생이 가장 큰 거더 중앙부 하부(코아부 형성부위)을 고강도 재료로 제작하고 프리텐션 방식으로 프리스트레스를 도입하기 때문에 충분한 여유응력(압축응력)을 도입할 수 있어 상기 거더 중앙부에 작용하는 인장저항성능을 향상시키고, 제작 시 최종 거더에 도입되는 프리스트레스를 효과적으로 도입할 수 있어 거더 중앙부 상부 상단의 인장응력의 감소를 통해 형하공간 확보를 위하여 거더의 높이를 줄이고자하는 경우에도 용이하게 적용 가능하게 된다.
또한 코아부는 긴장재가 직선으로 배치되어 거더의 중립축으로부터 편심이 커지도록 하여 프리스트레스 도입효과를 증진될 수 있도록 할 수 있게 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 1a 및 도 1b는 종래 프리텐션 공법의 제작도,
도 1c는 종래 분절된 강합성거더의 제작 순서도,
도 2a는 본 발명의 거더의 사시도 및 정면도,
도 2b는 본 발명의 코아부 제작순서도 및 사시도,
도 3a는 본 발명의 거더의 제작순서도,
도 3b 및 도 3c는 본 발명의 코아부 지지 방식에 따른 거더 제작도,
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 코아부와 메인빔으로 구성된 거더를 이용한 교량시공방법의 순서도이다.
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.
[ 본 발명의 코아부(100)와 메인빔(200)으로 구성된 거더(A) 및 그 제작방법 ]
도 2a는 상기 코아부(100)가 본 발명의 거더에 위치한 부위를 점선으로 표시하고 상기 코아부(100) 이외의 부위인 메인빔(200)을 실선으로 표시한 거더의 사시도 및 정면도이다.
먼저 본 발명의 거더(A)는 프리트스트레스트 콘크리트 거더로서 통상 PSC 거더라 지칭하게 된다.
이에 상기 코아부(100)와 메인빔(200) 모두 철근콘크리트로 제작되며 긴장재에 의하여 프리스트레스가 도입되도록 제작된다.
이때 상기 코아부(100)는 공장에서 프리텐션 방식으로 프리캐스트로 제작되며 상기 메인빔(200)은 현장 부근의 제작장에서 현장타설 방식으로 코아부(100)와 서로 일체화되도록 제작된 후 포스트텐션 방식에 의하여 서로 일체화된 코아부와 메인빔에 추가 프리스트레스를 도입시키게 된다.
먼저, 상기 코아부(100)는 본 발명의 거더를 I형 단면으로 제작하는 경우 하부플랜지의 두께에 해당하는 두께(T)를 가지며, 거더를 길이방향으로 3등분으로 분절하였을 때 중앙부위(1/3L~2/3L)에 해당하는 종방향 연장길이(L)를 가지도록 제작되는 판형 부재로 형성된다. 이때 폭은 I형 단면의 하부플랜지 폭(D)에 해당될 것이다.
이로서 코아부(100)는 판형 부재로 제작되기 때문에 도 4a과 같이 다수를 차량에 적치하여 운반할 수 있는 형상을 가지게 되고, 제작 후 운반 및 하차와 현장 제작대에 세팅하기에 매우 접합한 크기와 형상을 가지게 됨을 알 수 있다.
이러한 코아부(100)는 공장에서 미리 제작(프리캐스트)하되, 도 2b와 같이 공장에서 프리텐션 방식으로 제작된다.
즉, 공장에 세팅된 반력대(400), 반력대와 반력대 사이에 세팅된 프리텐션 긴장재(120), 상기 프리텐션 긴장재(120)가 관통되도록 제작대 상면에 설치된 코아부 거푸집(140)을 준비하고,
상기 코아부 거푸집(140) 내부에 코아부 철근(110)과 코아부 쉬스(130)를 배치한 후, 타설된 코아부 콘크리트(C1)가 양생되면 코아부 거푸집(140)을 탈형하여 프리텐션 방식으로 프리캐스트로 제작하게 된다.
먼저 상기 코아부 철근(110)은 코아부 제작이 완성되었을 때 양 단부면으로부터 돌출되도록 배근하게 되며 이에 상기 코아부 철근(110)은 코아부 거푸집(140)을 관통하여 양 측방으로 돌출되도록 배근하게 된다.
또한 상기 코아부 철근(110)은 코아부 제작이 완성되었을 때 상면으로부터 상방으로도 돌출되도록 배근하게 된다.
이와 같이 코아부 철근(110)을 배근하는 이유는 메인빔(200) 제작을 위한 메인빔 콘크리트(C2) 타설 시 상기 코아부 철근(110)이 메인빔(200)과 코아부(100)의 일체성 확보(합성효과 증진)를 위한 일종의 연결철근 역할을 하도록 하기 위함이다.
이때 바람직하게는 상기 거푸집(430)의 측면에 형성시킨 철근 관통공에는 코아부 철근(110)이 삽입된 마개 형태의 패킹재를 사용하여 거푸집에 콘크리트를 타설할 때 상기 관통공으로 타설된 콘크리트가 누출되지 않도록 한다.
이로서 코아부 철근(110)은 코아부 내부에 길이방향으로 배근되는 길이방향 철근과 상기 길이방향 철근으로부터 상방으로 연장되도록 배근되는 상부철근으로 구분되도록 함을 알 수 있으며, 후술되는 메인빔(200)의 메인빔 철근(210)과 연결될 수 있도록 하게 된다.
상기 프리텐션 긴장재(120)는 미리 반력대 사이에 소정의 긴장력에 의하여 긴장되도록 한 상태에서 양 단부를 반력대에 정착시켜 놓은 상태로 세팅하게 된다. 이에 상기 프리텐션 긴장재(120)는 코아부(100)를 길이방향으로 관통되도록 거푸집(420)을 관통시켜 배치하게 되며 코아부 콘크리트(C2) 타설 시 누출이 되지 않도록 프리텐션 긴장재(120)에도 패킹재를 설치하는 것이 바람직하다.
상기 코아부 쉬스(130)는 코아부 철근(110) 내측으로 다수가 길이방향으로 배치되도록 하여 역시 코아부 철근(110)과 같이 완성된 코아부(100) 양 단부면으로부터 약간 연장되도록 배치하고 후술되는 메인빔(200)의 메인빔 쉬스(230)와 연결될 수 있도록 하게 된다.
이와 같이 상기 코아부 철근(110), 프리텐션 긴장재(120), 코아부 쉬스(130)를 코아부 거푸집(140)에 세팅하고 나면 코아부 콘크리트(C1)를 코아부 거푸집(140) 내부에 타설하게 되며 양생되면 상기 코아부 거푸집(140) 외측에서 프리텐션 긴장재(120)를 커팅(반력대와 코아부 거푸집 사이 커팅)하여 양생된 코아부(100)에 프리스트레스(P1)가 도입되도록 하고, 상기 코아부 거푸집(140)을 탈형하여 본 발명의 코아부(100)를 완성시키게 된다.
이때 상기 코아부 콘크리트(C1)는 고강도 콘크리트를 사용하게 되는데 통상적으로 40Mpa 이상의 고강도 콘크리트를 사용하여 작용하중에 의한 인장응력에 효과적으로 저항할 수 있도록 하고 후술되는 포스트텐션 긴장재(220)에 의한 프리스트레스가 추가로 도입할 수 있는 여유응력을 가질 수 있도록 제작하게 된다.
이로서 상기 코아부(100)는 판형 부재로서 양 단부면에는 코아부 철근(110), 프리텐션 긴장재(120) 및 코아부 쉬스(130)가 돌출되도록 형성되고, 상면에도 코아부 철근(110)이 상방으로 돌출되도록 형성시키고 있음을 알 수 있다.
이때 상기 커팅되어 코아부의 양 단부면으로부터 돌출된 프리텐션 긴장재(120)는 메인빔(200)과의 합성에 이용(연결철근으로 이용)되도록 한다는 점이다.
즉, 프리텐션 긴장재(120)는 메인빔 콘크리트 타설 시 메인빔 내부로 연장 설치되도록 함으로서 코아부(100)와 메인빔(200)과 합성능력을 배가시킬 수 있고 굳이 상기 프리스트레스(P1) 도입을 위한 커팅 후 단부면 정리를 위한 마감커팅작업이 필요 없도록 하게 된다.
결국 프리텐션 방식으로 프리캐스트로 제작된 본 발명의 코아부(100)는 연장길이에 대한 제한을 적게 받고, 형태도 I형 등이 아닌 판형이므로 적재관리가 매우 용이하게 된다.
또한 작용하중이 크게 작용하는 거더의 중앙부위 하부를 형성하도록 고강도 콘크리트로 제작하였기 때문에 작은 단면크기로도 큰 강성을 가질 수 있어 인장응력에 대한 강성이 크고 후술되는 포스트텐션 긴장재에 의한 압축응력에 대한 여유응력을 충분히 가질 수 있게 됨을 알 수 있다.
상기 메인빔(200)은 도 2a 및 도 3a와 같이 거더의 완성상태(최종 거더 형태로서 I형 단면등이 될 수 있을 것이다.)에서 코아부(100)를 제외한 부위를 현장 타설 방식으로 타설되는 메인빔 콘크리트(C2)로 제작하게 되며 포스트 텐션 방식으로 추가 프리스트레스(P2)를 도입시키게 된다.
이에 상기 메인빔(200)은 코아부(100) 상부의 거더중앙 상부(B1)와 양 단부(B2)로 크게 나눌 수 있지만 이는 형성위치에 따른 구분일 뿐 메인빔 콘크리트(C2)를 타설하여 서로 일체로 한꺼번에 형성시키게 된다.
이에 현장에 마련한 제작대 위에 거더의 중앙부 하부에 위치하도록 코아부(100)를 먼저 세팅하고, 메인빔(200) 제작을 위한 메인빔 거푸집(240)을 제작대에 설치하고, 상기 메인빔 거푸집(240) 내부에 메인빔 철근(210)을 배근하고, 역시 길이방향으로 메인빔 쉬스(230)를 배치하게 된다. 이때 코아부(100)를 세팅하는 방법은 코아부(100) 전 구간을 지지하는 세팅방법과 코아부(100) 지점 사이를 지지하여 세팅하는 방법이 있다.
즉, 도 3b와 같이 상기 코아부(100) 전구간이 지지되도록 코아부(100)의 저면 전구간이 제작대 상면에 접촉되도록 하거나,
도 3c와 같이 상기 코아부(100) 양 단부만 지지되도록 코아부(100)의 저면 양 단부가 제작대 상면에 접촉되도록 하게 된다.
즉, 도 3b와 같이 코아부와 메인빔을 일체화시킬 때, 코아부는 통상 전체 구간을 지지하여 메인빔 콘크리트와 일체화시키게 되지만,
도 3c와 같이 보다 많은 압축력을 콘크리트에 도입할 필요가 있는 경우에는 코아부 지점 사이를 지지(코아부의 양 단부가 제작대에 지지)하여 메인빔 콘크리트가 코아부에 하중으로 작용하도록 하여 코아부에 인장력을 발생(하방으로 처짐)시킴에 따라 코아부에 도입된 압축력을 일정 부분 상쇄시킬 수 있게 되고 향후 포스트텐션 방식에 의한 추가 프리스트레스량을 전체 구간을 지지하여 메인빔 콘크리트와 일체화시키는 방법보다 더 가할 수 있으므로, 인장에 약한 콘크리트에 보다 많은 프리스트레스를 별다른 장치나 시공단계의 추가 없이 효율적으로 도입할 수 있게 된다.
이때 상기 메인빔 철근(210)은 코아부 철근(110)과 서로 연결시키고 상기 메인빔 쉬스(230)는 코아부 쉬스(130)와 서로 연결시키되 포물선 형태로 배치되도록 하게 된다.
이에 본 발명의 쉬스들(130,230)은 코아부(100)에서는 직선형태로 코아부로(100)부터 메인빔(200)의 양 단부면까지는 포물선 형태로 배치되어 상기 쉬스들에 삽입되어 설치되는 포스트텐션 긴장재(220)가 전체적으로 포물선 형태로 배치되도록 하게 됨을 알 수 있다.
다음으로는 도 3a와 같이 상기 메인빔 거푸집(320) 내부에 메인빔 콘크리트(C2)를 타설하고 양생되면 메인빔 거푸집(23)을 탈형시켜 거더(A)를 제작하게 된다.
다음으로는 상기 쉬스들(130,230)에 포스트텐션 긴장재(220)를 삽입하고 포스트텐션 긴장재(220) 긴장시킨 후 거더의 양 단부면에 정착시켜 메인빔(200)과 코아부(100)가 서로 연결되도록 하면서 추가 프리스트레스(P2)가 거더(A)에 도입되도록 하게 된다.
[ 본 발명의 코아부(100)와 메인빔(200)을 이용한 교량시공방법 ]
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 거더를 이용한 교량시공방법을 순서대로 도시한 것이다.
먼저, 공장에서 미리 제작된 코아부(100)를 준비하여 차량에 적재하게 되는데 이는 앞서 살펴본 것과 같이 판형부재로서 프리텐션 방식으로 프리캐스트로 제작된 것이다.
이에 상기 코아부(100)는 양 단부면과 상면으로부터 코아부 철근(110)이 돌출되어 있고, 양 단부면에 코아부 쉬스(130)가 역시 돌출되어 있음을 알 수 있다.
또한 프리텐션 긴장재(120)도 상기 코아부 양 단부면으로부터 커팅된 상태로 돌출되어 형성되어 있음을 알 수 있다.
이러한 코아부(100)는 도 4a와 같이 공장에서 제작되어 차량에 다수가 적치되어 현장에 반입시키고, 제작대 주위에 다시 적치시켜 놓게 된다.
현장에서는 도 3a와 같이 본 발명의 거더(A)를 제작하기 위한 제작대가 미리 설치되어 있어 상기 제작대 상면에 코아부(100)를 거더 중앙부 하부에 위치하도록 세팅시켜 놓게 된다.
이때 상기 코아부(100)를 세팅하는 방법은 코아부(100) 전 구간을 지지하는 세팅방법과 코아부(100) 지점 사이를 지지하여 세팅하는 방법이 있음은 도 3b 및 도 3c에서 살펴본 바와 같다.
다음으로 상기 코아부(100)와 일체로 메인빔(200)을 포스트텐션 방식으로 현장 타설콘크리트로 제작하기 위한 메인빔 거푸집(240)을 상기 코아부(100) 주위에 설치하게 된다.
이때 상기 메인빔 거푸집(240) 내부에 코아부 철근(110)과 연결되는 메인빔 철근(210)과 코아부 쉬스(130)와 연결되는 메인빔 쉬스(230)을 함께 설치하게 된다.
다음으로 상기 메인빔 거푸집(240) 내부에 메인빔 콘크리트(C2)를 타설하여 양생되면 메인빔 거푸집(240)을 탈형하여 코아부(100)와 메인빔(200)이 서로 일체화되도록 거더(A)를 제작하게 된다.
이러한 거더(A)에는 메인빔 쉬스(230)와 코아부 쉬스(130)가 서로 연결되어 있으므로 그 내부에 포스트텐션 긴장재(220)를 삽입하고 긴장 후 거더(A)의 단부면에 정착시켜 추가 프리스트레스(P2)를 도입시키게 된다.
이에 본 발명의 거더(A)가 완성되면, 도 4b 및 도 4c와 같이 미리 시공된 교대, 교각과 같은 교량하부구조(500)에 거치시키고 상기 거치된 거더(A)들 상부에 슬래브(600)를 시공하여 최종 본 발명의 교량을 시공할 수 있도록 하게 된다.
100: 코아부 110: 코아부 철근
120: 프리텐션 긴장재
130: 코아부 쉬스 140: 코아부 거푸집
200: 메인빔
210: 메인빔 철근 220: 포스트텐션 긴장재
230: 메인빔 쉬스 240: 메인빔 거푸집
A: 본 발명의 거더 B1,B2: 거더중앙 상부, 거더 양 단부
C1: 코아부 콘크리트 C2: 메인빔 콘크리트
400: 반력대
500: 교량하부구조 600: 슬래브

Claims (12)

  1. 작용하중에 의한 휨 모멘트가 크게 발생하는 중앙부위 하부에 위치하는 판형부재로서 코아부 쉬스(130)가 단부면으로부터 돌출되도록 형성되며 공장에서 프리텐션 방식에 의하여 프리스트레스(P1)가 도입되도록 프리캐스트로 제작된 코아부(100): 및 메인빔 거푸집(240)을 현장에 반입된 코아부(100) 주위에 설치하여 상기 메인빔 거푸집(240)에 메인빔 콘크리트(C2)를 타설하여 코아부와 일체로 형성되는 것으로서 내부에는 상기 코아부 쉬스(130)와 연결되도록 메인빔 쉬스(230)가 배치된 메인빔(200);을 포함하도록 제작된 거더(A); 및
    상기 서로 연결된 메인빔 쉬스(230)와 코아부 쉬스(130)에 삽입되어 양 단부가 거더에 정착됨으로서 거더(A)에 추가 프리스트레스(P2)가 도입되도록 하는 포스트 텐션 긴장재(220);를 포함하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코아부(100) 내부에는 코아부 철근(110)이 단부면과 상면에 돌출되도록 형성되고, 상기 메인빔(200)에는 코아부 철근(110)과 연결되는 메인빔 철근이 (210) 배근되도록 하여 코아부(100)와 메인빔(200)이 서로 합성되도록 하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코아부(100)의 코아부 쉬스(130)는 직선 형태로 배치되고, 상기 메인빔(200)의 메인빔 쉬스(230)는 포물선 형태로 배치되도록 하여 상기 코아부 쉬스와 메인빔 쉬스에 삽입되는 포스트 텐션 긴장재(220)는 중앙부에서는 직선형태 양 단부에는 포물선 형태로 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 프리텐션 방식에 의하여 프리스트레스(P1)가 도입되도록 프리캐스트로 제작된 코아부(100)는
    공장에 세팅된 반력대(400)와 반력대(400) 사이에 세팅된 프리텐션 긴장재(120)가 관통되도록 제작대 상면에 설치된 코아부 거푸집(140)과
    상기 코아부 거푸집 내부에 코아부 철근(110)과 코아부 쉬스(130)를 배치한 후, 코아부 콘크리트(C1)를 타설하고 상기 코아부 콘크리트(C1)가 양생되면 상기 코아부 거푸집(140)을 탈형시켜 프리텐션 방식으로 프리캐스트로 제작되며,
    상기 반력대(400)와 코아부 거푸집 사이에서 프리텐션 긴장재(120)를 커팅하여 프리스트레스(P1)가 코아부(100)에 도입되도록 하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 커팅된 프리텐션 긴장재(120)는 코아부의 양 단부면으로부터 돌출되도록 하여 메인빔 콘크리트(C2) 타설 시 메인빔 내부로 연장 설치되도록 하여 연결철근으로서 작용하도록 하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더.
  6. 공장에 설치된 제작대 양 측방에 반력대(400)를 설치하고 상기 반력대 사이에 프리텐션 긴장재(120)를 긴장시킨 상태로 설치하고, 상기 프리텐션 긴장재(120)가 관통되도록 제작대 상면에 코아부 거푸집(140)을 세팅하고,
    상기 코아부 거푸집(140) 내부에 코아부 쉬스(130)와 코아부 철근(110)을 배치한 후, 상기 프리텐션 긴장재(120), 코아부 쉬스(130)와 코아부 철근(110)이 매립되도록 코아부 거푸집(140) 내부에 코아부 콘크리트(C1)를 타설한 후 양생시켜 프리스트레스(P1)가 도입되도록 코아부(100)를 프리텐션 방식으로 프리캐스트로 제작하는 단계;
    상기 코아부(100)를 현장에 반입하는 단계;
    상기 현장에 반입된 코아부(100)를 현장에 설치된 제작대 상면에 세팅하고, 상기 코아부 주위에 메인빔 거푸집(240)을 설치하고, 상기 메인빔 거푸집(240) 내부에 상기 코아부 쉬스(130)와 연결되는 메인빔 쉬스(230)와 코아부 철근(110)과 연결되는 메인빔 철근(220)을 배치하여 연결한 후 상기 메인빔 거푸집(240) 내부에 메인빔 콘크리트(C2)를 타설한 후 양생시켜 코아부(100)와 일체화된 메인빔(200)을 현장타설방식으로 제작하는 단계; 및
    상기 서로 연결된 메인빔 쉬스(230)와 코아부 쉬스(130)에 포스트 텐션 긴장재(220)를 삽입하고 양 단부가 거더(A)에 정착되어 거더에 추가 프리스트레스(P2)가 도입되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더 제작방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 프리텐션 방식에 의하여 프리스트레스(P1)가 도입되도록 프리캐스트로 제작된 코아부(100)는
    공장에 세팅된 반력대(400)와 반력대(400) 사이에 세팅된 프리텐션 긴장재(120)가 관통되도록 제작대 상면에 설치된 코아부 거푸집(140)과
    상기 코아부 거푸집 내부에 코아부 철근(110)과 코아부 쉬스(130)를 배치한 후, 코아부 콘크리트(C1)를 타설하고 상기 코아부 콘크리트(C1)가 양생되면 상기 코아부 거푸집(140)을 탈형시켜 프리텐션 방식으로 프리캐스트로 제작되며,
    상기 반력대(400)와 코아부 거푸집 사이에서 프리텐션 긴장재(120)를 커팅하여 프리스트레스(P1)가 코아부(100)에 도입되도록 하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더 제작방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 커팅된 프리텐션 긴장재(120)는 코아부(100)의 양 단부면으로부터 돌출되도록 하여 메인빔 콘크리트(C2) 타설 시 메인빔 내부로 연장 설치되도록 하여 연결철근으로서 작용하도록 하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더 제작방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 현장에 설치된 제작대 상면에 코아부(100) 세팅은
    상기 코아부(100) 전구간이 지지되도록 코아부(100)의 저면 전구간이 제작대 상면에 접촉되도록 하거나,
    상기 코아부(100) 양 단부만 지지되도록 코아부(100)의 저면 양 단부가 제작대 상면에 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더 제작방법.
  10. 작용하중에 의한 휨 모멘트가 크게 발생하는 중앙부위 하부에 위치하는 판형부재로서 코아부 쉬스(130)가 단부면으로부터 돌출되도록 형성되며 프리텐션 방식에 의하여 프리스트레스(P1)가 도입되도록 프리캐스트로 제작된 코아부(100)를 공장에서 제작하고 현장에 반입하는 단계;
    상기 현장에 반입된 코아부(100) 주위에 메인빔 거푸집(240)을 설치하고 상기 메인빔 거푸집(240)에 메인빔 콘크리트(C2)를 타설하여 코아부와 일체로 형성되는 것으로서 내부에는 상기 코아부 쉬스(130)와 연결되도록 메인빔 쉬스(230)가 배치된 메인빔(200)을 제작하는 단계;
    상기 일체화된 코아부와 메인빔의 쉬스들(130,230)에 포스트 텐션 긴장재(220)를 삽입하고 양 단부가 거더에 정착되도록 하여 거더에 추가 프리스트레스(P2)를 도입하는 단계; 및
    상기 추가 프리스트레스가 도입된 거더(A)를 교량하부구조(500)에 거치하고 슬래브(600)를 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더를 이용한 교량시공방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 코아부는
    공장에 세팅된 반력대(400)와 반력대(400) 사이에 세팅된 프리텐션 긴장재(120)가 관통되도록 제작대 상면에 설치된 코아부 거푸집(140)과
    상기 코아부 거푸집(140) 내부에 코아부 철근(110)과 코아부 쉬스(130)를 배치한 후, 코아부 콘크리트(C1)를 타설하고 상기 코아부 콘크리트(C1)가 양생되면 상기 코아부 거푸집(140)을 탈형시켜 프리텐션 방식으로 프리캐스트로 제작되며,
    상기 반력대(400)와 코아부 거푸집 사이에서 프리텐션 긴장재(120)를 커팅하여 프리스트레스(P1)가 도입되도록 함으로서 프리텐션 방식에 의하여 프리스트레스(P1)가 도입되도록 프리캐스트로 제작 하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더를 이용한 교량시공방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 커팅된 프리텐션 긴장재(120)는 코아부의 양 단부면으로부터 돌출되도록 하여 메인빔 콘크리트 타설(C2) 시 메인빔 내부로 연장 설치되도록 하여 연결철근으로서 작용하도록 하는 것을 특징으로 하는 코아부와 메인빔을 이용하여 제작된 거더를 이용한 교량시공방법.
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