KR101242395B1 - 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법 - Google Patents

합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법 Download PDF

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김문영
이종철
박병규
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Abstract

본 발명은, 하부구조물의 기초와 벽체 시공단계,
하부구조물의 기초와 벽체 시공단계,
상기 벽체의 상단에 고정되어질 주거더의 제작 및 주거더틀의 조립단계,
상기 제작된 주거더틀을 벽체 상단에 거치하고, 벽체에 내입된 PC-Strand를 이용하여 축방향 압축력을 도입하여, 하부구조에 발생되는 부모멘트가 저감되도록 하거나, 교각의 상단측에 내입 매설된 강관과 용접 고정하여 부모멘트에 대처하도록 하는 주거더틀 고정단계,
상기 고정된 주거더틀의 상측으로 거푸집을 설치하고 상부슬래브를 타설 양생하는 상부슬래브 타설단계,
상기 상부슬래브의 타설과정에서, 상기 상부슬래브의 정모멘트를 감쇠시키기 위하여 주거더 외주면 양측으로 매입되는 파이프를 통해 PC-강연선을 이용하여 긴장 정착하는 PC-강연선 영구긴장단계로 이루어지는 것을 구성상 특징으로 하여, 구조적 측면에서 주거더에 프리플렉션을 부여하여 각 구조체로서의 효율성을 극대화 함은 물론, 단지간 및 장지간에 의한 라멘교의 설계가 용이할 수 있도록 하면서도, 제기되는 부모멘트의 저감과 정모멘트의 감쇠 작용이 탁월하도록 하고, 최종적으로 발생 되는 모멘트의 크기를 작게 하므로, 구조적 안정성을 확보할 수 있는 효과를 갖으며, 장지간 및 단지간 라멘교 시공시, 하부구조에 해당되는 교각벽체의 높낮이에 따라 적합한 시설 시공방법을 채택할 수 있도록 하여, 라멘교의 설치 지형 및 지리적 여건에 따라 적합한 방식으로의 선택 시공이 가능함은 물론, 장지간 라멘교에서 필요로 하는 다수의 강형이 필요치 않게 되고 슬래브를 얇게 할 수 있어, 이에 따른 시공 비용의 절감 및 시공의 공정 단축에 따른 효과를 갖는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법에 관한 것이다.

Description

합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법{CONSTRUCTION METHOD FOR RHAMEN BRIDGE}
본 발명은 라멘교의 시공방법에 관한 것으로, 교각을 이루는 하부구조물을 시설하고 상기 하부구조물 내부에 교각의 높이에 따라 선택 적용되는 교각의 높이에 맞게 PC-Strand를 삽입하거나 또는 강관을 교각의 상단 측에 내입 매설하고, 주거더와 주거더간을 횡간 연결하는 횡거더를 지상에서 현장 조립한 주거더틀을 크레인으로 들어 교각 상단에 거치하여 고정하고, PC-강연선에 의해 아치 형태로 형성되는 주거더 상면으로 상부슬래브를 타설 양생한 후, 상기 주거더를 긴장시키고 있는 상기 PC-강연선을 회수하여 상기 상부슬래브가 타설되어 아치 형태를 이루고 있는 주거더 양측 슬래브 내면에 미리 매입되어 있는 PC-강연선 삽입관인 파이프로, 회수한 PC-강연선을 끼워 영구 정착시키는 과정을 통해 완성된 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교의 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 라멘교는 교량의 시종점부 교대역할을 하는 벽체에 상부슬래브를 강절점으로 연결하여 문형의 라멘 구조로 시공되는 교량을 일컫는다.
철근 콘크리트 구조물로 이루어지는 라멘교는 상부구조와 하부구조를 강절로 연결함으로써 전체 구조의 강성을 높임과 동시에 지간 내 발생하는 휨 모멘트의 크기를 줄이는 대신, 단부인 우각부(상부슬래브 구조와 벽체 상단이 만나는 부분)가 이를 분담하는 공법으로 시공되고 있다.
그러나 철근과 콘크리트 만에 의해 휨 모멘트를 부담해야 하므로, 지간이 늘어날수록 휨모멘트가 크게 발생되며 단면 즉, 슬래브 높이가 커지면서 철근량도 증가하게 되는데 이는 공사비를 증가시키는 요인으로 작용하게 되고, 어느 일정 한계(예를 들면 약 15 m 내외)를 넘으면 철근과 콘크리트만으로는 장경간의 라멘교를 실현할 수 없게 된다.
이에 따라 상기한 단점을 보완하고 장경간 즉, 지간이 긴 라멘교를 실현하기 위해서 다양한 기술이 채택된 라멘교 및 이에 대한 시공방법이 개시되고 있는데, 예를 들면 공개특허 제 10-1998-2445 호는 먼저 기초를 시공한 후, 원형의 강재기둥을 기초에 고정 설치한 다음, 등단면으로 제작된 단일 상자형보를 기둥 상에 거치하게 되고, 이어서 일정한 무게의 웨이트(Weight)를 보의 중앙부에 얹어 하향의 하중을 가하고, 기둥과 보를 용접 또는 볼트 등으로 일체화한 후 상기 웨이트를 제거한 후, 포장하여 교량을 완성하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 이러한 시공 방법에 의한 라멘 구조는 우각부에서 거더와 기둥을 연결함으로써 피로 파괴 등의 문제가 수반되고, 부모멘트 구간의 단면력을 감소시키기 위해 부여되는 하향의 하중이 정모멘트 구간에 불리한 하중으로 작용하여 기존 일반 강재 라멘교에 비해 단면이 비대해지는 단점을 갖는다.
아울러, 부모멘트 구간의 단면력을 감소시키기 위해 별도의 웨이트 장비 및 시공절차를 소요하게 되고, 강재가 외부에 노출되어 유지관리비가 증가하게 되는 등의 단점이 있다.
또한, 공개특허 제 10-2001-44518 호는 먼저 기초를 시공한 후, 강재기둥을 앵커 볼트로 기초에 고정한 후, 가설벤트를 설치하고 중앙부 거더를 가설벤트위에 얹게 되며, 이어서 기둥 상단 거더에 수평력을 도입한 후 상부거더를 볼트로 체결하고, 기둥 상단 거더의 수평력과 기둥 사이의 가설벤트를 제거한 다음 포장 시공 처리하여 교량을 완성하는 경우가 있다.
그러나 이러한 라멘형 구조는 가설되는 벤트 설치와 수평력 도입 및 이를 위해 별도의 수평력 도입장치를 설치해야만 하는 단점을 갖으며, 강재가 외부에 노출되어 있어 유지관리가 힘들고 그 비용 또한 상당하게 소요됨은 물론, 강재의 부식이 발생 되는 문제점이 있다.
한편, 이와는 달리 공개특허 제 10-2005-55171 호는 기초를 시공하고 "ㄱ" 형상의 연결 강재를 벽체 상단에 설치한 다음, 벽체에 설치된 "ㄱ" 형상의 연결 강재와 미리 제작된 프리스트레스트 합성보를 고장력 볼트로 체결하여 연결하고, 이어서 슬래브와 다른 고강도의 콘크리트 연결부 하부케이싱 콘크리트를 타설하고, 벽체 일부분과 슬래브 및 복부 콘크리트를 타설한 다음 포장 등을 시공하여 교량을 완성하게 된다.
이때, 상기 "ㄱ"형상의 연결 강재에 프리스트레스트 합성보를 삽입하는 방식으로 가설되므로 시공 오차가 발생 될 경우, 강형을 늘리거나 잘라내야 하므로 정밀한 시공이 요구되는바, 전체적으로 시공 자체가 까다로운 문제점이 있다.
아울러, 장경간의 시공에 의해 정모멘트 구간은 프리스트레스트 합성보에 높은 선압축응력을 도입하여 제작할 수 있으나, 이것에 연결된 프리스트레스 되지 않은 "ㄱ"자 형상의 연결 강재와 벽체의 높은 단면력을 받을 수밖에 없어 단면이 매우 비대하게 되는 단점이 있다.
이에 따라 양끝단으로 모멘트가 집중하게 되어 벽체의 단면이 매우 커지고 균열이 발생하게 되는 문제점이 있다.
특히, 모든 하중이 라멘 형식의 구조에 형성되므로, 모멘트는 정모멘트 구간의 프리스트레스트 합성보가 설치되는 구간이 아닌 상부 슬래브의 양 단부, 벽체 상단에 매우 크게 발생하게 되는데, 이에 따라 경간 중앙부에 위치한 정모멘트 구간의 부재에 프리스트레스를 도입하는 장점이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
또한, 상기한 선행 기술 이외에도 특허등록 제 10-0770574 호가 개시되는데, 이는 먼저 기초를 시공한 상태에서 벽체 일부분을 형성한 다음, 기둥 상단부에 해당하는 받침 강형을 설치하고, 미리 프리스트레스가 가해진 합성형보를 제작한 후, 받침강형 상부에 회전에 대한 구속력이 없는 상태로 합성형을 가설하고, 합성형 위로 바닥 판 콘크리트와 받침강형 등 잔여 벽체에 콘크리트를 타설한 다음 포장 등을 시공처리하여 교량을 완성하도록 되어 있다.
그러나 이와 같은 라멘교는 상부의 프리스트레스가 가해진 합성형보를 제작하는데 많은 비용이 들고, 시공 공정이 복잡할 뿐만 아니라 품질 관리가 곤란하게 된다.
아울러, 합성보에 주부재인 강형의 경우 장경간이 되면 후판강재를 절단하는 가공과정이 필요하고 대부분의 공장 제작에 의해 이루어져야 하므로 공장 제작에 따른 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
또한, 합성형의 하부케이싱 콘크리트는 프리스트레스 되므로 고강도이어야 하며, 고가의 중기 양생을 하여야 함은 물론, 이를 위한 별도의 제작 장소 및 설비가 필요하게 되고, 이를 현장으로 운반하기 위한 운반 비용이 추가 발생하게 되는 문제점이 있다.
특히, 운반하기 위해 분절된 강재 부분은 이음 부분을 신뢰할 수 있다고 하더라도 분절된 하부 케이싱 콘크리트의 이음 부위는 프리스트레싱된다 하더라도 형고가 낮은 휨 부재에 해당하므로 피로 균열이 발생할 소지가 상당한 문제점이 있다.
특허등록 제 10-0770574 호 공개특허 제 10-2005-55171 호 공개특허 제 10-2001-44518 호 공개특허 제 10-1998-2445 호
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서, 주거더가 아치형태를 유지하도록 하단 측으로 PC-강연선을 설치하여, 휘어진 상태를 유지하도록 한 후, 다수의 주거더와 횡거더를 지상에서 조립한 주거더틀을 하부구조 상단측에 크레인으로 들어 거치한 후 고정하여 벽체에 내입 된 PC-Strand에 의하여 하부구조에 발생 되는 부모멘트가 저감되도록 하거나 교각의 상단 측에 내입 매설된 강관에 의하여 부모멘트에 대처하도록 한 다음, 상부슬래브를 타설하고 이를 다시 선행 PC-강연선을 이용하여 재 긴장함으로써 정모멘트가 현저히 추가 감쇠되도록 하여 구조적인 안정성을 도모할 수 있도록 함은 물론, 라멘교를 단지간으로 형성되는 1련교 또는 장지간으로 이루어지는 2련교 및 다경간교 등으로의 동일한 적용이 가능하도록 하는데, 이에 따른 시공성이 우수함은 물론 용이성이 확보되도록 하면서도, 공사비 및 공사기간을 단축할 수 있는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
하부구조물의 기초와 벽체 시공단계,
상기 벽체의 상단에 고정되어질 주거더의 제작 및 주거더틀의 조립단계,
상기 제작된 주거더틀을 벽체 상단에 거치하고, 벽체에 내입된 PC-Strand를 이용하여 축방향 압축력을 도입하여, 하부구조에 발생되는 부모멘트가 저감되도록 하거나, 교각의 상단측에 내입 매설된 강관과 용접 고정하여 부모멘트에 대처하도록 하는 주거더틀 고정단계,
상기 고정된 주거더틀의 상측으로 거푸집을 설치하고 상부슬래브를 타설 양생하는 상부슬래브 타설단계,
상기 상부슬래브의 타설과정에서, 상기 상부슬래브의 정모멘트를 감쇠시키기 위하여 주거더 외주면 양측으로 매입되는 파이프를 통해 PC-강연선을 이용하여 긴장 정착하는 PC-강연선 영구긴장단계로 이루어지는 것을 구성상 특징으로 한다.
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따라서 본 발명에 의하면, 구조적 측면에서 종래의 철근콘크리트 라멘교 등에 비하여 인성이 큼은 물론 내진 성능이 우수하고, 주거더에 프리플렉션 하중을 부여하여 각 구조체로서의 효율성을 극대화함은 물론, 단지간 및 장지간에 의한 라멘교의 설계가 용이할 수 있도록 하면서도, 제기되는 부모멘트의 저감과 정모멘트의 감쇠작용이 탁월하도록 하고 최종적으로 발생되는 모멘트의 크기를 작게하므로, 구조적 안정성을 확보할 수 있는 제1의효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 의하면, 장지간 및 단지간 라멘교 시공시, 하부구조에 해당되는 교각벽체의 높낮이에 따라 적합한 시공 방법을 채택할 수 있도록 하여, 라멘교의 설치 지형 및 지리적 여건에 따라 적합한 방식으로의 선택 시공이 가능하도록 하는 데 제2의 효과가 있다.
아울러 본 발명은 장지간 라멘교에서 필요로 하는 다수의 강형이 필요치 않게 되고, 슬래브를 얇게 할 수 있어, 이에 따른 시공 비용의 절감은 물론 시공의 공정 단축에 따른 제3의 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 공정 흐름도
도 2는 본 발명에서 벽체의 높이가 상대적으로 큰 경우 벽체 내부에 PC-Strand를 매입하고, 벽체 상단 우각부측으로 주거더틀이 거치되기 전의 상태를 도시한 도면
도 3은 도 2에 의한 벽체 우각부측에 주거더틀을 거치시킨 상태에서 주거더 단부측과 벽체의 PC-Strand 간을 고정하여 축방향 압축력을 도입한 상태를 도시한 단면도
도 4는 도 3에 의해 벽체 상단에 주거더틀을 거치하고 벽체의 PC-Strand를 이용하여 축방향 압축력을 도입시켜 벽체와 주거더간 고정이 완료된 후, 상부슬래브를 타설한 상태를 도시한 개괄적 도면
도 5는 도 4에 의해 상부슬래브가 타설된 상태에서, 주거더의 하방 측에 고정되어 있는 PC-강연선의 긴장을 해제한 후, 파이프 내부로 상기한 PC-강연선을 내입 시켜 상부슬래브의 양단측을 긴장 고정한 상태의 완성된 라멘교를 도시한 도면
도 6은 도 5에 의한 A-A선 단면도로 주거더와 주거더간을 연결하는 횡거더 및 상기 횡거더와 횡거더 간을 종방향으로 PC-강연선에 의하여 연결 지지하는 구성을 도시한 도면
도 7은 도 5에서의 우각부를 확대 도시한 도면
도 8은 본 발명에서 벽체의 높이가 상대적으로 작은 경우 벽체 내부 상단에 강관을 일부 매입하고, 벽체 상단 우각부측으로 주거더틀이 거치되기 전의 상태를 도시한 도면
도 9는 도 8에 의한 벽체 우각부측에 주거더틀을 거치시킨 상태에서 주거더 단부측과 벽체의 강관간의 고정 상태를 도시한 단면도
도 10은 벽체 상단에 주거더틀을 거치시킨 후 벽체와 강관간 고정이 완료된 후, 상부슬래브를 타설한 상태를 도시한 개괄적 도면
도 11은 도 10에서 상부슬래브를 타설한 후 주거더의 하방측에 고정되어 있는 PC-강연선의 긴장을 해제한 다음, 파이프 내부로 상기한 PC-강연선을 내입시켜 상부슬래브의 양단측을 긴장 고정한 상태의 완성된 라멘교를 도시한 도면
도 12는 본 발명에서 라멘교의 지간이 비교적 길어 2련교에 의한 실시가 가능한 상태를 도시한 것으로, 벽체의 높이가 높은 경우 벽체 내부에 PC-Strand 를 매입하여 시공한 상태를 도시한 개괄적 도면
도 13은 본 발명에서 라멘교의 지간이 비교적 긴 2련교에서의 실시 가능한 상태를 도시한 것으로, 벽체의 높이가 낮은 경우 벽체 상단 내측으로 강관을 매입하여 시공한 상태를 도시한 개괄적 도면
도 14는 벽체 상단으로 주거더와 주거더 사이를 연결하는 횡거더가 결합된 주거더틀이 거치된 상태를 도시한 사시도
도 15는 도 14의 도면에서 파이프가 고정 설치되고 파이프 내부로 주거더 하단에 고정되어 있던 PC-강연선의 긴장을 해제하여 내입한 상태를 도시한 사시도
도 16은 도 15에 의한 상태에서 상부슬래브를 타설하여 완성된 라멘교를 도시한 도면
이하 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부하는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교의 시공방법을 제공하기 위한 것으로,
하부구조물의 기초와 벽체 시공단계(S10)와, 상기 벽체의 상단에 고정되어질 주거더의 제작 및 주거더틀의 조립단계(S20), 상기 제작된 주거더틀을 벽체 상단에 거치 하고 벽체에 내입된 PC-Strand를 이용하여 축방향 압축력을 도입시켜 하부구조에 발생되는 부모멘트가 저감되도록 하거나 교각의 상단측에 내입 매설된 강관과 용접 고정하여 부모멘트에 대처하도록 하는 주거더틀 고정단계(S30), 상기 고정된 주거더틀의 상측으로 거푸집을 설치하고 상부슬래브를 타설 양생하는 상부슬래브 타설단계(S40), 상기 상부슬래브의 타설과정에서, 상기 상부슬래브의 정모멘트를 감쇠시키기 위하여 주거더 외주면 양측으로 매입되는 파이프를 통해 주거더 제작단계에서 사용되었던 PC-강연선을 이용하여 긴장 정착하는 PC-강연선 영구긴장단계(S50)로 이루어진다.
특히 본 발명은 지간의 장단에 따라 각각 1련교 또는 2련교 등에도 선택 적용 가능하도록 하였다.
본 발명의 시공 방법 및 과정을 상기한 단계에 의해 시계열순으로 설명한다.
아울러 본 실시예에서는 라멘교에서 지간이 비교적 짧은 1련교를 기본적인 실시예의 형태로 설명한다.
기초와 벽체 시공단계 - S10
벽체 시공은 도 2 또는 도 8에 도시된 바와 같이, 라멘교를 이루는 하부구조를 지칭하는 것으로, 벽체(100)의 높이에 따라 본 발명에서는 벽체(100)의 내부에 PC-Strand(110)를 매입하거나, 벽체(100)의 상단측에 강관(120)을 일정 깊이 매입되도록 하되 상기 PC-Strand(110) 또는 강관(120)의 상단 일부가 노출되도록 한다.
상기 PC-Strand(110)를 적용하는 경우는, 벽체(100)의 높이가 높을 경우이고, 강관(120)을 적용하는 경우는 벽체(100)의 높이가 지간에 비하여 낮을 경우에 채택 적용하여 시공할 수 있다.
PC-Strand(110)를 높은 높이를 갖는 벽체(100)에 적용하는 것은, 주거더(200)틀을 거치한 벽체(100)에 수직압축력을 제공하므로 향후 상부슬래브(300)를 통하여 하중이 재하될 때 벽체(100) 영역에 작용하는 부모멘트를 저감시키기 위함이다.
또한 강관(120)을 적용하는 것은, 지간에 비하여 벽체(100)의 높이가 상대적으로 낮은 라멘교에 적용하도록 하였는데, 이는 주로 우각부에서 크게 발생되는 부모멘트에 대처하기 위함이다.
본 발명에서의 상기한 본 단계인, 기초 및 벽체시공단계(S10)는 이와 같이 시공되는 벽체(100)의 높이에 따라, 벽체(100) 내부 전체 수직 길이에 대하여 전체적으로 PC-Strand(110)를 적용시키거나 또는 강관(120)을 벽체(100) 상단 부위에 노출되도록 매입하기도 하고, PC-Strand(110)와 강관(120)을 서로 조합하여 사용하기도 한다.
또한, 상기한 PC-Strand(110)를 벽체(100)의 수직 방향으로 길게 내입 하게 되는 경우에도, 상기 PC-Strand(110)의 상단측 일부는 전술한 바와 같이 노출 되도록 하여야 한다.
한편 벽체(100)에는 확대기초(100')가 있는데, 이들의 결합으로는 강결 결합방식과 힌지 결합방식으로 나눌 수 있다.
상기한 강결 결합방식은 벽체 하부에는 큰 모멘트가 작용하고, 벽체 상단부에는 비교적 모멘트가 적게 작용되어 기초의 규격이 비대하게 커지는 특징으로 하고 있어, 절토부에서 매우 불리한 반면에 성토부에서는 유리한 여건이 될 수 있다.
이와 달리 힌지 결합방식은 전술한 것과는 반대로 벽체 하부에는 모멘트가 없는 반면에 벽체 상단부에는 비교적 큰 모멘트가 작용 되어 기초의 규격이 다소 적어지는 특성이 있어 절토부에서 매우 유리한 반면에 성토부에서는 불리한 여건이 될 수 있다.
따라서 현장 여건에 따라 신축적으로 적용할 수 있는 기초의 형태를 포괄하는 것이 바람직할 것이다.
주거더의 제작 및 주거더틀의 조립단계 - S20
본 단계는, 전술한 기초와 벽체 시공단계(S10)에 의해 벽체의 시공이 진행되는 과정에서, 주거더(200) 제작을 동시에 시행하는 것이 바람직하다.
이러한 주거더(200)는 공장에서 만곡 되는 라운드형태로 휘어진 탄성 상태의 강관에 PC-강연선(220)을 긴장한 채로 미리 제작한 후 현장으로 이송하여 현장 지상에서 다수의 주거더(200)를 횡거더(250)와 결합하게 된다.
본 발명에서는 이와 같이 주거더(200)와 횡거더(250)간 결합 된 상태에 있는 구조물을 주거더틀이라 명명하기로 하고, 도면부호는 생략하였다.
즉, 주거더틀을 벽체 상단을 따라 거치하기 전에 현장으로 반입된 다수의 주거더(200)를 종렬로 배치하고 주거더(200)와 주거더(200) 사이를 횡거더(250)에 의해 주거더(200)간을 도 14 에서 보는 바와 같이 연결 고정한다.
이를 위해 도 14 에서 보는 바와 같이 주거더(200)와 주거더(200)의 이격 공간으로 H빔으로 이루어지는 횡거더(250)의 양단부를 각각 주거더(200) 측면에 용접처리하여 고정한다.
한편 상기와 같이 주거더(200)와 횡거더(250)간 결합에 의해 얻게 되는 주거더틀을, 교각을 이루는 벽체(100)의 양 상단 우각부측에 거치 한다.
이러한 주거더(200)는 도면에서 보는 바와 같이 만곡 되는 라운드형태를 갖도록 휜 상태를 유지하는데, 이를 위해서 주거더(200)의 양단 하측으로 각각 고정구(210)를 구비하고, 상기 고정구(210)간을 PC-강연선(220)을 이용하여 긴장 연결되도록 한다.
즉, 공장에서 일직선 상태의 주거더(200)에 힘(P)을 가하면 휘어지게 되는데 그 휘어진 상태를 유지하기 위하여 주거더(200)의 양측단 하면에 고정구(210)를 구비한 상태에서 각 고정구(210)에 PC-강연선(220)을 연결하여 긴장 정착시킨 후, 상기 주거더(200) 중심에 가해진 힘(P)을 제거하면, 주거더(200)는 최초 제작된 만곡되는 라운드 형태로 휘어진 탄성 상태를 유지하게 되는데, 이때 일정한 시간이 경과한 후에 PC-강연선을 풀었다가, 재 긴장하여 현장으로 공급할 수 있을 것이다.
이렇게 PC-강연선(220)을 1차 긴장 정착한 후 해제 하였다가 재긴장 정착하는 일련의 반복 작업은 주거더(200)에 남아 있는 잔류응력을 완전히 제거하여 탄성 상태를 유지하기 위함이고 상기와 같은 탄성 상태로 긴장되며 휘워져 있는 상태에 있게 되는 것은, 프리플렉션이 도입되었다는 것을 의미한다.
한편 전술한 바와 같이 형성되는 주거더(200)는 아칭 효과 뿐만 아니라 프리플렉션이 도입되어 있어, 외부에서 작용하는 하중에 견고히 지탱되어 정모멘트의 감쇠효과를 얻을 수 있을 것이다.
또한 이와 같이 휜 상태를 유지하도록 하는 PC-강연선(220)은 가설되는 구조로, 이후 설명하는 상부슬래브(300)의 타설이 완성된 후에는 상기 PC-강연선(220)을 각각 고정구(210)에서 해제한 후, 상부슬래브(300) 내면에 미리 매입되어 있는 파이프(310)의 내부를 통하면서도 주거더(200) 좌우 양측으로 상기 회수한 PC-강연선(220)이 진입되면서 'V'자 형태로 각각 휘어지는 형태를 이루며 영구 정착되도록 하였다.
한편, 상기 주거더(200)의 외주면측으로 평행하게 수평플레이트(260)를 용접 고정하는데, 이러한 수평플레이트(260)는 도 14의 확대도 에서 보는 바와 같이 주거더(200) 양측 외주면으로 각각 대향되도록 구성한다.
이러한 수평플레이트(260)는, 이후 설명하게 되는 상부슬래브 타설단계(S40)에서 상부슬래브를 타설하는 기준선 역할과 거푸집을 설치 조립하기가 용이하도록 하기 위한 구성이다.
한편 상기한 방법과는 달리, 주거더(200) 하단 양측에 턴버클(도면상 미도시)을 이용하여 긴장시킨 상태에서 횡거더(250)를 이용하여 주거더틀을 형성한 후, 벽체(100) 상단에 거치 고정 시킨 상태에서, 상부슬래브(300)에 콘크리트를 타설하여 양생한 후 상기 턴버클은 긴장을 해제하고 상부슬래브(300)에 미리 내입된 파이프(310)에 별도의 PC-강연선(220')을 이용하여 영구긴장하는 과정을 거칠 수 있다.
즉 제1실시예에서는 PC-강연선(220)을 주거더(200) 하단 양측에 긴장시킨 상태에서 주거더틀을 형성한 후, 벽체(100)의 상단측에 거치 고정한 상태에서 상부슬래브(300)를 타설한 후에는 PC-강연선(220)을 해제한 다음 상부슬래브(300)에 매입되는 파이프(310)를 통하여 영구긴장하는 과정을 거치지만, 제2실시예에서는 턴버클을 이용하더라도 본 발명에서의 동일한 효과를 기대할 수 있게 된다.
주거더틀 고정단계 - S30
본 단계는 전술한 바와 같이 공장에서 만곡 되는 라운드 형태로 휘어진 탄성상태를 이루며 제작되어 현장측으로 공급된 다수의 주거더(200)를 현장 지상에서 횡거더(250)와 연결 조립하게 되는데 이렇게 조립된 주거더틀을 벽체(100)의 상단측에 거치하며 고정하는 단계를 의미하는 것으로, 상기 주거더(200)는 본 발명의 실시예에서는 일정 직경을 갖는 강관으로 이루어지며 벽체(100) 상단부측에 다수개로 병렬 고정되어야 한다.
이를 위해서, 도 2 또는 도 8 에서 보는 바와 같이 주거더(200)를 거치 고정하는 작업은 두 가지로 구분될 수 있는데, 예를 들면 벽체(100)의 높이가 비교적 높을 때 벽체(100) 내부로 장입 매설되는 PC-Strand(110)와, 벽체(100)의 높이가 비교적 낮을 때 벽체(100) 내부로 일정길이 매입되는 강관(120)으로 상기 주거더(200)의 양단부를 고정하게 된다.
먼저 도 2 내지 도 5 를 참조하여 벽체(100) 내부에 PC-Strand(110)가 매입된 경우에서 주거더(200)를 벽체(100) 상단측(우각부)에 고정하는 예를 설명한다.
여기서 상기 PC-Strand(110)는 도면에서 보는 바와 같이 주거더(200)의 직경에 부합되는 간격으로 매입되어야 한다.
이와 같이 PC-Strand(110)는 벽체(100)의 상단측에 하나의 주거더(200) 단부가 각각 위치되어야 하므로, 2개의 PC-Strand(110)가 한 조를 이루어 다수조로 등간격 이격 되며 매입되어야 할 것이다.
이 상태에서, 도 7 에서 보는 것처럼 2개의 PC-Strand(110) 사이에 하나의 주거더(200) 단부를 벽체(100) 상단에 위치시키되, 주거더(200) 단부측 상단으로 평활한 덮개플레이트(230)를 상기 PC-Strand(110)가 관통되도록 구비하고, 덮개플레이트(230) 하단측으로는 다수개의 브라켓트(231)가 주거더(200)의 외주면과 덮개플레이트(230) 하단면간을 용접 등의 방법으로 고정 처리하고, 상기 덮개플레이트(230)를 관통하는 상기 PC-Strand(110)는 정착시켜 주거더(200)를 벽체(100) 상단과 고정한다.
이때, 상기 PC-Strand(110)는 벽체 내부에서 긴장 정착되어 벽체(100)에 축방향 압축력을 도입하게 되고, 이것이 향후 벽체(100)에 발생 할 부모멘트를 저감하게 되는 것이다.
한편, 도 8 을 참조하여 벽체(100) 내부에 강관(120)이 일정길이 매입된 경우에서 주거더(200)를 벽체(100) 상단측(우각부)에 고정하는 예를 설명한다.
도 8 내지 도 11 에서 보는 바와 같이 벽체(100) 내부에 강관(120)이 매입될 때에는 전술한 바와 같이 PC-Strand(110)가 벽체(100) 수직방향으로 전체에 걸쳐 매입되는 것과는 달리, 벽체(100) 상단부에서 일정 길이 매입되도록 하는데, 이는 우각부에서 모멘트가 크게 발생 되는 것에 대처하기 위함이다.
이를 위해 강관(120)의 상단측 외주면과, 주거더(200) 단부면을 용접 처리하여 고정하고, 주거더(200) 단부 상면과 강관(120) 최상단 측면으로 커버판(240)으로 연결 용접 고정한다.
이와 같이 하나의 주거더(200)를 상기한 바와 같이 PC-Strand(110)가 적용된 벽체(100) 혹은, 강관(120)이 적용된 벽체(100), 또는 PC-Strand(110)와 강관(120)이 조합한 벽체(100)의 상단부에 고정하는 작업을 반복 수행하며, 벽체(100) 상단 횡방향을 따라 전체적으로 다수의 주거더(200)를 고정하는 작업을 하게 된다.
상부슬래브 타설단계 - S40
본 단계는 전술한 주거더틀 고정단계(S30)에 의해 횡거더(250)를 이용하여 주거더(200)간을 서로 고정 연결한 주거더틀을 벽체(100) 상단에 각각 고정한 후,전술한 바와 같이 주거더(200)의 상방향측 외주면으로 각각 수평하게 고정되는 수평플레이트(260)를 기준선으로 하여 도 6 에서 보는 바와 같이 상부슬래브(300)를 타설하게 된다.
한편, 상부슬래브(300)를 타설할 때 상부슬래브(300)의 중앙 지점에서 발생 되는 정모멘트간의 감쇠가 가능하도록 하기 위해, 주거더(200)가 휘어진 방향의 반대방향으로 파이프(310)를 고정시킨다.
상기 파이프(310)는 강관으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 파이프(310)는 도 15 에서 보는 바와 같이 주거더(200)의 양측에 위치하며 타설되어지는 상부슬래브(300)의 단부측 상방향으로 이루어지며 매입되도록 하였다.
따라서, 상부슬래브(300)의 양측으로 각각 전술한 바와 같은 파이프(310)가 매입된 형태는 각각 일단부가 각각 상방향으로 향하면서 타단부는 주거더(200)의 외주면과 약간 이격되어, PC-강연선(220')이 끼워졌을 때 상기 PC-강연선(220')은 전체적으로 상방향으로 만곡되며 휘어진 상태를 유지하게 된다.
이와 같이 파이프(310)를 구성하여 PC-강연선(220')의 양단이 상방향으로 향하도록 하는 것은, 주거더(200) 및 주거더(200) 상방향으로 타설된 상부슬래브(300)로부터 발생되는 정모멘트의 크기를 감쇠시키기 위한 것으로, 즉 재하하중에 의하여 아치 형상으로 만곡된 탄성 상태의 주거더(200)가 부담하는 정모멘트를 PC-강연선(220')에 의하여 추가로 감쇠시키는 2중의 모멘트 감쇠 구조 형태를 띄도록 하기 위해 파이프(310) 내부로 PC-강연선(220')을 내입시켜 영구 정착되도록 한다.
이와 같이 추가 모멘트 감쇠를 위한 PC-강연선(220') 영구 장착 시설을 하는 이유는 주거더(200) 강형의 사용 수량을 줄여 공사비를 절감시키기 위한 목적을 달성하는데 있다.
PC -강연선 영구긴장단계 - S50
본 단계는 전술한 바와 같이, 상부슬래브(300)가 타설되기 전에 주거더(200)의 양측단으로 각각 대향되도록 파이프(310)를 매입 한 다음, 상부슬래브(300)가 타설된 후, 그 파이프(310) 내부로 PC-강연선(220')을 진입시켜 양단을 각각 긴장 정착되도록 하는 단계를 의미한다.
상기 PC-강연선(220')은 주거더 제작단계(S20)에서 주거더(200)의 하단측 양단에 각각 구비되는 고정구(210)간을 연결하는 PC-강연선(220)의 긴장을 해제하여, 이를 상기 파이프(310)측으로 진입시켜 재사용하도록 하는 것으로, 본 발명에서 PC-강연선(220)과 구분되도록 하기 위해 도면부호를 220'로 표기한다.
또한, 라멘교의 지간이 길어지게 되면 정모멘트와 처짐량의 발생이 상당하게 되는데, 이를 감쇠하기 위하여 주거더(200) 중앙을 가로지르며 지지하는 횡거더(250)의 하단측을 고정 지지하는 구성을 필요로 하게 된다.
즉 주거더(200) 중앙을 가로지르는 횡거더(250)와 횡거더(250)간을 상호 연결하며 지지하기 위해 상기 중앙의 횡거더(250) 하단측으로, 주거더(200)의 하측 고정구(210)와 연결되는 PC-강연선(220)의 긴장을 해제한 후(해제된 후의 PC-강연선은 도면부호로 220' 로 구분 표기한다), 슬래브 내면에 미리 매입되어 있는 파이프(310) 내측을 지나 해당 횡거더(250) 하단측을 통과하도록 하고 이어서 상기한 횡거더(250) 하단을 통과하는 PC-강연선(220')을 U볼트(252)등의 고정수단을 이용하여 고정 지지한다.
이와 같이 PC-강연선(220')을 파이프(310)로 진입시킨 후 파이프(310)의 양단부측으로 돌출된 PC-강연선(220')을 상부슬래브(300)측면에서 각각 긴장시키며 정착시키게 되면, 상부슬래브(300)와 주거더(200)에 재하되는 하중에 의하여 발생되는 정모멘트와 처짐을 추가로 감쇠시킬 수가 있어, 상부슬래브의 두께를 얇게 유도할 수 있으므로 자중을 줄여 공사비를 절감시키고, 형하 공간을 확보할 수 있음은 물론, 상부슬래브(300)의 안정적 구조 실현이 가능하게 되는 것이다.
상기한 각 단계에 의해 설명되고 있는 것은 1련 라멘교의 시공에 대하여 설명하였으며, 도 12 내지 도 13은 2련 라멘 구조인 경우에 해당되는 예를 도시한 것이다.
상기 도 12 내지 도 13 에서 보듯이 2련 라멘 구조인 경우에는 벽체(100)가 중앙 지점에 더 추가되며 각 벽체(100)로 매입되는 전술한 바와 같은 PC-Strand(110) 및 강관(120)의 실시예도 동일하게 적용될 수 있다.
그러나, 도 13 에서 보듯이 최우측 및 최좌측의 각 벽체(100)에 강관(120)이 적용될 경우에도 중앙의 벽체(100)에는 PC-Strand(110)를 적용하여야 한다.
아울러 도 12 내지 도 13 에서 보듯이 상부슬래브(300)의 타설전에 전술한 파이프(310)를 구비하는 과정에서, 중앙 벽체(100)부의 상부슬래브(300)에서는 전체적으로 주거더(200)의 만곡 방향과 같은 방향인 상향으로 만곡 되도록 고정 구비하여야 하고, 상부슬래브(300) 타설 후 전술한 바와 같이 주거더(200) 하방측에 고정구(210)에 의해 고정되어 있는 PC-강연선(220)의 긴장을 해제한 후 미리 매입된 상기 파이프(310)측으로 PC-강연선(220')이 내입되며 상부슬래브(300)의 좌우측에서 각각 긴장 정착되도록 하는 것은 지간이 비교적 짧은 경우의 실시예와 같다.
S10; 기초와 벽체시공단계
S20; 주거더의 제작 및 주거더틀의 조립단계
S30; 주거더틀 고정단계
S40; 상부슬래브 타설단계
S50; PC-강연선 영구긴장단계
100; 벽체 100'; 기초
110; PC-Strand 120; 강관
200; 주거더 210; 고정구
220, 220'; PC-강연선
230; 덮개플레이트 231; 브라켓트
240; 커버판 250; 횡거더
252; U볼트 260; 수평플레이트
300; 상부슬래브 310; 파이프
P; 하중

Claims (10)

  1. 하부구조물의 기초와 벽체 시공단계,
    상기 벽체의 상단에 고정되어질 주거더의 제작 및 주거더틀의 조립단계,
    상기 제작된 주거더틀을 벽체 상단에 거치하고, 벽체에 내입된 PC-Strand를 이용하여 축방향 압축력을 도입하여, 하부구조에 발생되는 부모멘트가 저감되도록 하거나, 교각의 상단측에 내입 매설된 강관과 용접 고정하여 부모멘트에 대처하도록 하는 주거더틀 고정단계,
    상기 고정된 주거더틀의 상측으로 거푸집을 설치하고 상부슬래브를 타설 양생하는 상부슬래브 타설단계,
    상기 상부슬래브의 타설과정에서, 상기 상부슬래브의 정모멘트를 감쇠시키기 위하여 주거더 외주면 양측으로 매입되는 파이프를 통해 PC-강연선을 이용하여 긴장 정착하는 PC-강연선 영구긴장단계로 이루어지는 것을 구성상 특징으로 하는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기초와 벽체시공단계에서, 벽체의 상대적 높이에 따라 벽체 내부에 PC-Strand 를 벽체의 전체 길이에 걸쳐 매입하거나 또는 강관을 벽체의 상단내부에 일정 깊이 매입하거나, PC-Strand와 강관을 조합하는 구조를 선택적으로 적용하는 것을 포함하는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주거더 제작 및 주거더틀의 조립단계에서, 상기 주거더를 만곡되는 라운딩 형태를 갖도록 제작하되 상기 주거더 양단 하측으로 각각 고정구를 구비하여 상기 고정구간을 PC-강연선으로 긴장시킨 후 일정 시간 경과 한 후 초기 긴장을 해제하고 재 긴장시키는 것을 포함하는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주거더의 제작 및 주거더틀 조립단계에서 벽체 내부에 PC-Strand가 매입되는 경우 2개의 PC-Strand가 한 조를 이루며 다수조 등간격 이격 매입되도록 하여 PC-Strand 사이에 주거더 단부를 위치시킨 상태에서 주거더 단부측 상단으로 덮개플레이트를 상기 PC-Strand가 관통되도록 구비하여 상기 주거더 상단 단부측을 정착시키고, 덮개플레이트 하단측으로 다수의 브라켓트가 주거더의 단부측 상면과 고정되도록 하는 것을 포함하는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주거더의 제작 및 주거더틀 조립단계에서 벽체 내부에 강관을 일정 깊이 매입하는 경우, 강관 상단측 외주면과 주거더 단부면간 용접 고정하고, 주거더 단부 상면과 강관 최상단 측면으로 덮개판을 구비하여 고정하는 것을 포함하는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 주거더와 주거더 사이를 횡거더에 의해 연결 고정하고, 상기 횡거더 하단측으로 PC-강연선을 고정 지지하여 상기 횡거더와 횡거더를 고정 지지하는 것을 포함하는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부슬래브 타설단계에서, 상기 주거더의 양측으로 각각 이격 되도록 위치되는 파이프의 양단부는 우각부의 상방향으로 향하도록 고정하고, 주거더의 하단측에 긴장 정착되어 있는 PC-강연선의 긴장을 해제하여 상기 파이프를 통해 내입되도록 하여, 타설되는 상부슬래브의 양측단에 각각 긴장 정착되도록 하는 것을 포함하는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 주거더의 제작 및 주거더틀 조립단계 및 상부슬래브 타설단계에서, 상기 주거더의 외주면으로 각각 평행하게 대향되는 수평플레이트를 고정하여 상부슬래브 타설시의 기준선 역할과 거푸집의 설치 조립이 용이하도록 하는 것을 포함하는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기초와 벽체시공단계에서, 기초를 조성할 때 기초와 벽체의 결합 방식을 현장 여건에 따라 강결과 힌지방식 중 어느 하나로 이루어지는 기초의 형태를 포함하는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 주거더 제작 및 주거더틀의 조립단계에서, 상기 주거더를 만곡되는 라운딩 형태를 갖도록 제작하되 상기 주거더 양단 하측으로 각각 턴버클을 구비하여 긴장시키고,
    상기 상부슬래브의 타설과정에서, 상기 상부슬래브의 정모멘트를 감쇠시키기 위하여 주거더 외주면 양측으로 매입되는 파이프를 통해 PC-강연선을 이용하여 긴장 정착하는 PC-강연선 영구긴장단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성형 프리스트레스트 아치 라멘교 시공방법.
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