KR101241400B1 - 아치형구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건설,토목분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아치교 등 아치형 구조를 갖는 아치형구조물에 관한 것이다. 특히 본발명은 복수개가 서로 소정 거리를 두고설치된 하부구조물(10); 프리플렉스(preflex) 하중에 의한 프리스트레스(prestress)가 도입된 아치(arch)형으로 프리캐스트(precast) 제작되며, 상기 복수의 하부구조물(10)의 배치방향(화살표 L)을 따라 아치형을 이루도록 상기 복수의 하부구조물(10) 사이에 설치고 아치형으로 형성된 만곡부(100)와, 상기 만곡부(100)의 저면에 하나 또는 복수로 돌출 형성된 돌출부(110)를 이루는 콘크리트부(22) 및 상기 콘크리트부(22)에 프리스트레스를 도입하기 위해 상기 만곡부(100)의 만곡방향을 따라 길게 배치되며 상기 만곡부(100) 및 상기 돌출부(110)에 걸쳐 매립된 하나 또는 복수의 강재빔(24)로 이루어지는 아치형부재(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 아치형구조물을 제시한다.

Description

아치형구조물{ARCH STRUCTURE}
본 발명은 건설,토목분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아치교 등 아치형 구조를 갖는 아치형구조물에 관한 것이다.
일반적으로 아치형구조물은 아치교나 터널과 같이 적어도 상측부가 아치형식을 갖는 구조물로서, 사각형상 등 다른 형상에 비해 높은 압축강도를 가질 수 있고, 이에 따라 중량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 미관이 수려한 장점을 가지고 있다.
따라서, 건설,토목분야에서 아치형구조물을 보다 폭넓게 사용하기 위한 방안에 대하여 다양한 연구가 이루고지고 있는 것이 현실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압축강도 등 내력을 증대한 아치형구조물을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 복수개가 서로 소정 거리를 두고설치된 하부구조물(10); 프리플렉스(preflex) 하중에 의한 프리스트레스(prestress)가 도입된 아치(arch)형으로 프리캐스트(precast) 제작되며, 상기 복수의 하부구조물(10)의 배치방향(화살표 L)을 따라 아치형을 이루도록 상기 복수의 하부구조물(10) 사이에 설치고 아치형으로 형성된 만곡부(100)와, 상기 만곡부(100)의 저면에 하나 또는 복수로 돌출 형성된 돌출부(110)를 이루는 콘크리트부(22) 및 상기 콘크리트부(22)에 프리스트레스를 도입하기 위해 상기 만곡부(100)의 만곡방향을 따라 길게 배치되며 상기 만곡부(100) 및 상기 돌출부(110)에 걸쳐 매립된 하나 또는 복수의 강재빔(24)로 이루어지는 아치형부재(20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 아치형구조물을 제시한다.
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상기 아치형부재(20)와 상기 하부구조물(10)에 동시에 정착되는 포스트텐션(post-tention) 긴장재(120)를 더 포함할 수 있다.
상기 아치형부재(20)는 상기 포스트텐션 긴장재(120)의 정착을 위한 관통홀(20B)이 형성되며, 상기 관통홀(20B)은 상기 만곡부(100)와 반대방향으로 만곡된 형상을 취할 수 있다.
상기 돌출부(110)는 상기 만곡부(100)의 길이방향을 따라 길게 형성될 수 있다.
상기 아치형부재(20)와 상기 하부구조물(10)의 상호 인접면(20A,10A)은 서로 대응되는 요철형상으로 형성될 수 있다.
상기 아치형부재(20)와 상기 하부구조물(10)의 상호 인접면(20A,10A)은 연속적으로 적어도 2번 이상 만곡된 형상일 수 있다.
상기 아치형부재(20)는 상기 복수의 하부구조물(10)의 배치방향(화살표 L)과 수직한 폭방향(화살표 W)을 따라 복수개가 연접될 수 있다.
상기 아치형부재(20)의 상측에 흙다짐(40)을 할 수 있도록, 상기 아치형부재(20)의 상측에 상기 복수의 하부구조물(10)의 배치방향(화살표 L)과 수직한 폭방향(화살표 W)을 따라 이격 설치된 한쌍의 상부벽체(30)를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 프리플렉스 공법에 의해 아치형부재에 프리스트레스가 도입됨으로써, 아치형부재의 내력이 증대될 수 있다. 또한, 본발명은 아치형부재의 만곡부에 보강을 위한 돌출부를 돌출 형성함으로써, 아치형부재의 내력이 보다 증대될 수 있다.
도 1 내지 도 10은 본발명의 제1실시예에 따른 아치형구조물에 관한 것으로서,
도 1은 아치형구조물의 측면도.
도 2 내지 도 5는 아치형구조물의 시공순서에 따른 모식도.
도 6은 아치형구조물의 일부 측면도.
도 7은 도 6의 A-A선에 따른 단면도.
도 8은 도 6의 'B'부분의 단면도.
도 9는 아치형부재의 평면 사시도.
도 10은 아치형부재의 저면 사시도.
도 11은 본발명의 제2실시예에 따른 아치형구조물의 측면도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 아치형구조물은 기본적으로, 복수개가 서로 소정 거리를 두고 설치된 하부구조물(10)과, 복수의 하부구조물(10)의 배치방향(화살표 L)을 따라 아치형을 이루도록 복수의 하부구조물(10) 사이에 설치된 아치형부재(20)를 포함하여 구성될 수 있다.
특히 아치형부재(20)는 프리플렉스(preflex) 하중에 의한 프리스트레스(prestress)가 도입된 아치(arch)형으로 프리캐스트(precast) 제작된 것을 특징으로 한다.
따라서, 아치형부재(20)가 프리플렉스 공법에 의해 프리스트레스가 도입됨으로써 압축강도가 충분히 확보될 수 있으며, 이에 따라 구조적 안정성이 높아서 장지간 설치가 용이하다.
또한, 아치형부재(20)가 공장에서 미리 패널 형태로 제작됨에 따라, 균등한 품질관리가 가능하여 하자 및 보수발생 빈도가 현저히 낮아진다는 점, 동절기 및 야간에도 시공이 가능하다는 점, 별도의 양생 기간이 필요 없기 때문에 공사기간이 짧다는 점 등에서 전자의 현장타설공법과 비교하여 매우 우수한 장점을 가질 수 있다.
한편, 복수의 하부구조물(10)은 교량의 길이방향 또는 폭방향(화살표 W)을 따라 이격 설치될 수 있으며, 바람직하게는 교량의 길이방향을 따라 이격 설치될 수 있다.
각각의 하부구조물(10)은 도시된 바와 같은 교각은 물론, 아치형구조물의 용도 등에 따라서 교대나 받침대, 슈(shoe) 등으로 구성될 수 있다.
아치형부재(20)는 하부구조물(10)과 하부구조물(10) 사이의 하나의 지간에 하나의 세그먼트(segment)로 설치될 수 있으며, 다만 대형 구조물인 경우 도시된 바와 같이 복수의 세그먼트로 분할되는 것이 각각의 아치형부재(20)가 소형으로 제작될 수 있다는 점에서 보다 바람직하다. 즉, 후자의 경우 아치형부재(20)는 각 지간마다 복수의 하부구조물(10)의 배치방향(화살표 L)과 수직한 폭방향(화살표 W)을 따라 복수개가 서로 연접되도록 설치될 수 있다.
본발명에 따른 아치형구조물은 용도 등에 따라서 또 다른 부재들이 더 포함될 수 있다.
예컨대, 도시된 바와 같이 아치교 용도인 경우, 본발명에 따른 아치형구조물은 아치형부재(20)의 상측에 복수의 하부구조물(10)의 배치방향(화살표 L)(즉, 교량의 길이방향)과 수직한 폭방향(화살표 W)을 따라 이격 설치된 한쌍의 상부벽체(30)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 한쌍의 상부벽체(30)에 의해 아치형부재(20)의 상측에 흙다짐(40)을 할 수 있는 성토공간이 형성될 수 있는 바(도 3 참조), 이 성토공간에 흙다짐(40)을 하고(도 4 참조), 흙다짐(40)한 성토층의 표면을 아스팔트 등으로 포장(50)하면(도 5 참조), 차량이나 사람 등이 통행할 수 있는 교량 상면이 형성될 수 있다.
상부벽체(30)는 현장타설공법에 의해 설치될 수도 있고, 아치형부재(20)와 같이 프리캐스트 제작될 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 10을 참조하여 본발명에 따른 아치형구조물의 아치형부재(20)에 대하여 다음과 같이 보다 상세히 설명한다.
아치형부재(20)는 기본적으로, 아치형으로 형성된 만곡부(100)를 포함한다.
나아가 아치형부재(20)는 만곡부(100)의 저면에 하나 또는 복수 돌출 형성된 돌출부(110)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 돌출부(110)가 리브(rib)와 같은 역할을 하여 만곡부(100)가 돌출부(110)에 의해 보강될 수 있으며, 이에 따라 만곡부(100)를 두껍게 형성하지 않더라도 충분한 내력을 확보할 수 있고(즉 만곡부(100)의 두께 대비 내력이 증대), 만곡부(100)의 중량을 줄일 수 있다.
특히 돌출부(110)는 만곡부(100)의 길이방향, 즉 복수의 하부구조물(10)의 배치방향(화살표 L)을 따라 길게 형성될 수 있다. 이때, 돌출부(110)는 만곡부(100)의 길이방향을 따라 전체가 만곡부(100)의 저면에 연접된 상태이다. 이와 같이 돌출부(110)가 지간방향을 따라 만곡부(100)를 보강할 수 있는 바, 아치형부재(20)는 장지간에 보다 용이하게 적용될 수 있다.
이와 아울러, 돌출부(110)는 만곡부(100)의 폭이 넓은 경우, 만곡부(100)를 보다 균일하게 보강할 수 있도록, 만곡부(100)의 폭방향(화살표 W)을 따라 일정 간격을 두고 복수 형성될 수 있다.
또한, 아치형부재(20)는 하부구조물(10)과 요철결합될 수 있도록 형성될 수 있다.
즉, 아치형부재(20)와 하부구조물(10)의 상호 인접면(20A,10A)은 서로 대응되어 형합되는 요철형상으로 형성될 수 있다.
따라서, 앵커 등의 별도의 결합공법이 더 추가되지 않더라도, 아치형부재(20)와 하부구조물(10)의 요철 결합에 의해 아치형부재(20)가 하부구조물(10)의 상측에 견고하고 안정적으로 안착될 수 있다.
또한, 아치형부재(20)와 하부구조물(10)의 결합면적이 보다 넓게 확보됨으로써, 아치형부재(20)와 하부구조물(10)이 보다 견고하게 밀착 결합될 수 있다.
특히 아치형부재(20)와 하부구조물(10)의 상호 인접면(20A,10A)은 만곡된 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 아치형부재(20)와 하부구조물(10)의 결합면적이 안정적으로 넓어질 수 있어서 강성 측면에서 보다 유리하다. 또한 아치형부재(20)와 하부구조물(10)이 큰 마찰없이 부드럽게 결합될 수 있어서 시공이 보다 용이해질 수 있고, 아치형부재(20)와 하부구조물(10)의 결합시 손상이 방지될 수 있다.
나아가 아치형부재(20)와 하부구조물(10)의 상호 인접면(20A,10A)은 S자나 웨이브 형상처럼 연속적으로 적어도 2번 이상 만곡된 형상을 취할 수 있으며, 이에 따라 다중 결합과 같은 효과를 얻을 수 있어 결합성이 보다 향상될 수 있다.
또한, 아치형부재(20)는 하부구조물(10)과 포스트텐션(post-tention) 긴장재(120)에 의해 상호 결합될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 아치형부재(20)는 포스트텐션 긴장재(120)가 정착되는 관통홀(20B)이 형성될 수 있다. 물론 하부구조물(10)에도 아치형부재(20)의 관통홀(20B)과 연결되며 포스트텐션 긴장재(120)가 정착되는 관통홀(10B)이 형성될 수 있다. 참고로 아치형부재(20)의 관통홀(20B) 및 하부구조물(10)의 관통홀(10B)에는 각각, 포스트텐션 긴장재(120)가 관통되는 쉬스 파이프가 매립될 수 있다.
이에 따라서, 포스트텐션 긴장재(120)에 의해 아치형부재(20)와 하부구조물(10)이 보다 견고하게 결합될 수 있다. 아울러, 포스트텐션 긴장재(120)에 의해 아치형부재(20) 및 하부구조물(10)에 프리스트레스가 도입됨으로써 아치형부재(20) 및 하부구조물(10)의 내력이 보다 증대될 수 있고, 이에 따라 만곡부(100)의 두께 및 중량이 상대적으로 줄어들 수 있다.
여기서, 아치형부재(20)의 관통홀(20B)은 포스트텐션 긴장재(120)가 정착될 수 있다면 어떻게 형성되든 무방하나, 다만 포스트텐션 긴장재(120)가 아치형부재(20) 및 하부구조물(10)에 동시에 정착되기 용이하도록, 만곡부(100)의 상면과 만곡부(100)의 길이방향에 따른 끝단면을 연결토록 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 아치형부재(20)의 관통홀(20B)은 포스트텐션 긴장재(120)에 의해 외력에 대한 저항이 충분히 형성될 수 있도록, 포스트텐션 긴장재(120)가 만곡된 구조로 정착될 수 있게 만곡된 형상을 취하는 것이 더욱 바람직하다. 특히, 아치형부재(20)에 작용하는 상부하중에 저항할 수 있도록, 아치형부재(20)의 관통홀(20B)은 만곡부(100)와 반대방향으로 만곡된 구조를 취할 수 있도록 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
이와 같은 아치형부재(20)는 프리플렉스 공법에 의해 제작됨에 따라 다음과 같은 구성을 취할 수 있다. 즉 아치형부재(20)는 콘크리트 타설에 의해 만곡부(100) 및 돌출부(110)를 이루는 콘크리트부(22)와, 콘크리트부(22)에 프리스트레스를 도입하기 위해 만곡부(100)의 만곡방향을 따라 길게 배치되도록 콘크리트부(22)에 매립된 하나 또는 복수의 강재빔(24)의 합성에 의해 이루어질 수 있다.
강재빔(24)은 콘크리트부(22)에 다양하게 매립될 수 있으며, 보다 바람직하게는 만곡부(100) 및 돌출부(110)에 각각 균일하게 프리스트레스가 도입될 수 있도록 만곡부(100) 및 돌출부(110)에 걸쳐 매립될 수 있다.
즉 강재빔(24)은 일부는 만곡부(100)에 매립되고, 나머지 타부가 돌출부(110)에 매립될 수 있다. 예컨대, 강재빔(24)은 도 6의 '24A'로 지시된 바와 같이, 만곡부(100)의 길이방향을 따라 양끝단이 각각 만곡부(100)에 매립되고 중앙부가 돌출부(110)에 매립될 수 있다. 또는 강재빔(24)은 도 6의 '24B'로 지시된 바와 같이, 하측부가 돌출부(110)에 매립되고 상측부가 만곡부(100)에 매립될 수 있다.
강재빔(24)은 만곡부(100)의 폭방향(화살표 W)을 따라 하나 또는 복수 매립될 수 있으며, 도시된 바와 같이 돌출부(110)가 복수인 경우, 복수의 돌출부(110)에 일대일 대응되게 매립될 수 있다.
한편, 아치형부재(20)는 상술한 실시 예에 한정되지 않고 여러가지로 하부구조물(10)과 결합될 수 있다. 예컨대, 도 11에 도시된 바와 같이, 아치형부재(20)는 하부구조물(10)과 앵커 등의 체결부재(150)에 의해 결합될 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10; 하부구조물 20; 아치형부재
22; 콘크리트부 24; 강재빔
30; 상부벽체 100; 만곡부
110; 돌출부 120; 포스트텐션 긴장재

Claims (10)

  1. 복수개가 서로 소정 거리를 두고설치된 하부구조물(10);
    프리플렉스(preflex) 하중에 의한 프리스트레스(prestress)가 도입된 아치(arch)형으로 프리캐스트(precast) 제작되며, 상기 복수의 하부구조물(10)의 배치방향(화살표 L)을 따라 아치형을 이루도록 상기 복수의 하부구조물(10) 사이에 설치고 아치형으로 형성된 만곡부(100)와, 상기 만곡부(100)의 저면에 하나 또는 복수로 돌출 형성된 돌출부(110)를 이루는 콘크리트부(22) 및 상기 콘크리트부(22)에 프리스트레스를 도입하기 위해 상기 만곡부(100)의 만곡방향을 따라 길게 배치되며 상기 만곡부(100) 및 상기 돌출부(110)에 걸쳐 매립된 하나 또는 복수의 강재빔(24)로 이루어지는 아치형부재(20);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 아치형구조물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 아치형부재(20)와 상기 하부구조물(10)에 동시에 정착되는 포스트텐션(post-tention) 긴장재(120)를 더 포함하는 특징으로 하는 아치형구조물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 아치형부재(20)는 상기 포스트텐션 긴장재(120)의 정착을 위한 관통홀(20B)이 형성되며, 상기 관통홀(20B)은 상기 만곡부(100)와 반대방향으로 만곡된 형상을 취하는 것을 특징으로 하는 아치형구조물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부(110)는 상기 만곡부(100)의 길이방향을 따라 길게 형성된 것을 특징으로 하는 아치형구조물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 아치형부재(20)와 상기 하부구조물(10)의 상호 인접면(20A,10A)은 서로 대응되는 요철형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 아치형구조물.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 아치형부재(20)와 상기 하부구조물(10)의 상호 인접면(20A,10A)은 연속적으로 적어도 2번 이상 만곡된 형상인 것을 특징으로 하는 아치형구조물.
  9. 청구항 1, 청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아치형부재(20)는 상기 복수의 하부구조물(10)의 배치방향(화살표 L)과 수직한 폭방향(화살표 W)을 따라 복수개가 연접된 것을 특징으로 하는 아치형구조물.
  10. 청구항 1, 청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아치형부재(20)의 상측에 흙다짐(40)을 할 수 있도록, 상기 아치형부재(20)의 상측에 상기 복수의 하부구조물(10)의 배치방향(화살표 L)과 수직한 폭방향(화살표 W)을 따라 이격 설치된 한쌍의 상부벽체(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아치형구조물.
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