KR101251298B1 - 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트 및 이를 이용한 스트레스 리본교의 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강성이 크고 경량인 폐합구조의 연결부재를 프리캐스트 세그먼트에 일체로 형성한후 케이블로 연결함으로써 폐합구조 및 그것을 연결한 케이블에 의하여 구조물의 진동수를 1~1.5 Hz로 저감되게 하여 공진현상을 방지하도록 함과 동시에 바람에 의한 비틀림 및 휨 변형을 억제함으로써 그 변위각이 최소화되도록 함에 그 목적이 있다.
이를 위한 본 발명의 구성은 현수케이블이 삽입되는 현수케이블 삽입공과, 그리고 폐합구조의 연결부재가 고정되는 프리캐스트 세그먼트의 접합부(S)를 이은 2개의 평행된 수직선(V)과, 현수케이블 삽입공을 서로 이은 수평선(H)과, 그리고 프리캐스트 세그먼트의 수평선으로 이루지는 폐합구조의 형태가 직각 4각형 형태가 되게 한 구성이다.
폐합구조의 형태가 직각 4각형 형태를 이루는 구성이므로 직각 4각형 형태의 일체화 거동에 의하여 구조물의 진동수가 저감될 뿐 아니라 비틀림 및 휨 변형에 대한 변위각을 더한층 억제되게 하는 효과가 있다.
또한 폐합구조의 연결부재를 통상의 프리캐스트 세그먼트에 고정시키는 구조가 간단하고 용이할 뿐 아니라 폐합구조의 연결부재에 의하여 단면력이 분산되는 구조이므로 부재단면이 작게 되어 스트레스 리본교를 효율적 경제적으로 시공할 수 있는 효과를 지닌 유용한 발명이다.

Description

폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트 및 이를 이용한 스트레스 리본교의 시공방법{Precast segment fixing the connection member of closed structure and method constructing a stress ribbon bridge therewith}
본 발명은 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트 및 이를 이용한 스트레스 리본교의 시공방법에 관한 것으로 강성이 크고 경량인 폐합구조의 연결부재를 프리캐스트 세그먼트에 일체로 형성한 후 케이블로 연결함으로써 폐합구조 및 그것을 연결한 케이블에 의하여 구조물의 진동수를 1~1.5 Hz로 저감되게 하여 공진현상을 방지하도록 함과 동시에 바람에 의한 비틀림 및 휨 변형을 억제함으로써 그 변위각이 최소화되도록 한 것이다.
본 발명은 특히 스트레스 리본교가 갖는 문제점인 보행자의 진동수로 인한 공진현상의 문제점과, 그리고 바람에 의한 비틀림 및 휨 변형의 문제점을 해결하고자한 것이다.
이러한 문제점을 해결함으로써 스트레스 리본교의 기술분야의 적용에 유용한 발명이다.
스트레스 리본교는 주로 현수선모양의 매우 얇은 콘크리트 상부구조(프리캐스트 세그먼트)로 이루어진 구조물이다. (도1참조)
스트레스 리본교는 단 경간 또는 연속경간으로 설계될 수 있으며 현수각이 크지 않은 부드러운 곡선으로 이루어지는 것이 특징이다. 이러한 곡선은 주변경관과 구조물 형상이 조화를 이루며, 가장 단순하고 기초적인 구조형태로 주변의 과도한 응력 없이 내력의 흐름을 확실하게 조절한다.
스트레스 리본교는 프리캐스트 세그먼트와, 이를 매달아 지지하는 지지긴장재와, 그리고 프리캐스트 세그먼트를 단일의 세그먼트 구조체로 형성하는 프리스트레싱 긴장재에 의하여 형성되는 교량으로 주로 보도교로 많이 사용된다.
그림-1에서와 같이 지지 긴장재는 프리캐스트 세그먼트를 매달아 지지하는 역할을 하고, 프리스트레싱 긴장재는 프리캐스트 세그먼트를 일체화된 단일의 세그먼트 구조체로 만드는 역할을 하기 때문에 지지 긴장재와 프리스트레싱 긴장재는 통상 프리캐스트 세그먼트를 관통하는 구조이다.
Figure 112011036077380-pat00001
그림-1
스트레스 리본교 구조는 안전하여야하고, 사용자에게 편안하여야하므로 인간의 척도에서 설계되고 가설되어야한다. 특히 보도교를 걷는 보행자 및 바람에 의한 흔들림 하에서 상부구조의 진동이 보행자에게 심리적 불안감으로 느끼지 않도록 하여야한다.
스트레스 리본교는 경간에 비하여 두께가 얇은 콘크리트 슬래브와 강성이 아닌 연성을 갖는 인장 현수케이블로 구성되어있기 때문에 흔들림에 의한 진동발생은 불가피하다.
먼저 보행자에 의해 야기된 동적거동과 생체적 효과와의 관계에 대하여 살펴보기로 한다.
보행자가 걷거나 뜀으로 인한 동적거동은 연직진동과 수평진동으로 나타난다.
가) 연직진동
보행자가 걷거나 뛸 때 일어나는 표준보행진동수와 한 점에서 점프할 때의 진동수는 표1.과 같다.
표1.에 의한 개략 평균치는 걸을 때 fs = 2 Hz, 뛸 때와 점프할 때 fr = 2.5 Hz이다.
스트레스 리본교 및 현수 보도교는 기본진동수를 2 Hz이하로 하는 것이 바람직하다. 기본진동수 2 Hz에서 공진현상이 발생되기 때문이다. 또한 기본진동수를 2 Hz이하에서는 동적거동으로 인해 보행자가 심리적 불안감을 느끼지 않는다.
2 Hz의 연직진동수에 대한 진폭은 10~20mm의 범위가 된다.
표1. 보행자의 걷기와 뛰기의 진동수(Hz)
Figure 112011036077380-pat00002

나) 수평진동
보행자가 걷거나 뛸 때 교량에 영향을 주는 연직력뿐만 아니라 수평력이 포함되어있다.
보행자의 연직력이 하향효과를 주는 반면 수평력은 오른쪽ㆍ왼쪽으로 교대로 힘을 전달한다. 연직하중과 수평하중의 모습이 도2에 나타나있다.
도2의 현상이 공진을 다루어야할 이유이다.
연직하중과 수평하중에 의한 연직진동과 수평진동은 연직진동의 반으로 설계하고 있다.
연직진동 : f H = f s
수평진동 : f V = f s/2
1 Hz의 수평진동수에 대한 진폭은 2~3mm의 범위가 된다.
비록 걷거나 뛸 때의 수평력이 연직력에 비하여 비교적 작을지라도 수평적으로 약하고, 낮은 진동수의 구조물인 경우 강한 진동을 일으키기에 충분하다. 따라서 수평력의 고려가 필요하다.
다음으로 바람에 의한 지동에 대하여 살펴보기로 한다.
스트레스 리본교는 바람에 의해 발생되는 동적거동을 검토하여야한다.
초속 20m/sec이상의 강풍에서 스트레스 리본교위를 걷는다는 것은 어렵기 때문에 바람속도에 대한 운동의 속도 및 가속도를 검토하여야한다.
이제 바람 등의 공기역학적인 거동에 대하여 살펴보기로 한다.
특히 스트레스 리본교의 상부구조는 횡방향 바람에 노출되어있다.
공기흐름 방향의 조그만 변화에도 양력의 효과를 변화시킨다.
공기의 흐름은 구조물에 비틀림 및 휨 진동을 유발시키는데 이 진동은 공기의 방향의 조그만 변화에도 양력의 효과를 변화시킨다. 플러터라고 알려진 이와 같은 현상은 미국의 위싱턴시의 Tacoma Narrow교의 붕괴에 의해 1940년에 밝혀졌다.
플러터는 Vortex-Shedding의 현상에 의해 발생된다.
플러터 현상은 도3으로 묘사된다.
즉, 상부구조의 형상이 공기의 흐름을 억제하고, 공기가 통과할 때 그 단면이 나쁜 유선형 와류형상이라면 Vortex-Shedding의 위험이 발생할 수 있다.
플러터는 자신의 움직임에 위해 일어나는 자발진동에 의해 발생된다.
도4는 휨과 비틀림사이에 π/2의 위상차가 있는 경우 이 역학의 단순화된 묘사를 나타내고 있다.
한계속도Vcrit 라고 알려진 어떤 바람의 속도이상에서 상부구조는 감쇄에 의해 분산될 수 있는 에너지보다 더 많은 에너지를 받아들인다. 그 결과 공기동역학 힘에 의해 급속히 증가하는 진폭화 교량의 붕괴를 일으키는 휨과 비틀림이 결합된 거동이 생성된다.
이와 같이 스트레스 리본교는 박판의 바닥판으로 이루어져 있어 보행자와 바람에 의하여 수평진동과 연직진동과 그리고 비틀림 진동 및 휨 진동을 피할 수 없다.
일반적으로 프리캐스트 세그먼트로 구성된 스트레스 리본교는 도5와 같이 양 측면에 난간을 설치하고 있다. 난간은 보행자의 추락을 보호하는 부재일뿐이다. 설령 난간이 강성이 큰 부재라 할지라도 상부로 개구된 구조이므로 양쪽에 설치된 난간과 프리캐스트 세그먼트가 일체로 거동할 수가 없다.
일체로 거동할 수 없기 때문에 양 측면의 난간이 위의 보행자와 바람으로 인해 발생된 진동을 감쇄시키는 역할을 할 수 없다.
양 측면이 서로 개구된 난간구조로는 횡방향 바람의 공기흐름으로 인해 발생된 상부구조의 비틀림 및 휨 진동을 일체로 대처할 수 없는 문제점이 있다.
또한 일반적으로 프리캐스트 세그먼트와, 이를 매달아 지지하는 현수케이블로 구성된 스트레스 리본교는 도5와 같이 양 측면에 난간을 설치하고 있다. 난간은 보행자의 추락을 보호하는 부재일뿐이다. 양 측면의 난간이 위의 보행자와 바람으로 인해 발생된 진동을 감쇄시키는 역할을 할 수는 없다. 양 측면의 난간이 서로 개구된 구조이기 때문에 더욱 그렇다.
양 측면이 서로 개구된 난간구조로는 횡방향 바람의 공기흐름으로 인해 발생된 상부구조의 비틀림 및 휨 진동을 일체로 대처할 수가 없는 문제점이 있다.
⒜ 본 발명은 강성이 크고 경량인 폐합구조의 연결부재를 프리캐스트 세그먼트에 일체로 형성한 후 케이블로 연결함으로써 폐합구조 및 그것을 연결한 케이블에 의하여 구조물의 진동수를 1~1.5 Hz로 저감되게 하여 공진현상을 방지하도록 함과 동시에 바람에 의한 비틀림 및 휨 변형을 억제함으로써 그 변위각이 최소화되도록 함에 그 목적이 있고,
⒝ 폐합구조의 연결부재가 프리캐스트 세그먼트에 고정되는 2개의 접합부(S)로부터 위로 그은 2개의 평행된 수직선(V)이 상부 폐합구조의 연결부재와 만나는 곳에 현수케이블 삽입공을 형성하고, 상기 2개의 평행된 수직선(V)과, 2개의 현수케이블 삽입공을 이은 수평선(H)과, 그리고 프리캐스트 세그먼트에 의하여 이루어지는 폐합구조의 기본형 직각 4각형 형태가 되게 함으로써 기본형의 거동에 의하여 구조물의 진동수를 저감되도록 함과 동시에 비틀림 및 휨 변형에 대한 변위각을 더한층 최소화되도록 함에 다른 목적이 있으며,
⒞ 통상의 프리캐스트 세그먼트에 폐합구조의 연결부재를 고정하는 구조가 간단하고 용이할 뿐 아니라 폐합구조의 연결부재에 의하여 단면력이 분산됨으로써 부재단면이 작게 되어 스트레스 리본교가 효율적으로 시공되도록 함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 중앙에 프리스트레싱 연결부(13)가 형성되어있고, 프리스트레싱 연결부(13)의 양측에 지지 긴장재 삽입부(12)가, 그리고 지지 긴장재 삽입부(12)에 인접되어 고정부(14)가 형성되어있는 통상의 프리캐스트 세그먼트에 있어서
폐합구조의 연결부재 고정부(14)의 종방향 중앙에 강재 또는 철근콘크리트로 된 폐합구조의 연결부재(15)의 단부에 체결공(152a)을 갖는 플랜지(15a)가 형성되고, 이에 대응되는 프리캐스트 세그먼트(10b)의 주철근에 용접된 앵카볼트(14a)가 폐합구조의 연결부재 고정부(14)로 돌출되어있으면서 앵카볼트(14a)가 상기 플랜지(15a)의 체결공(152a)에 삽입ㆍ접합된 상태에서 체결너트(14b)에 의하여 접합부(S)가 체결ㆍ고정되어있고, 또 폐합구조의 연결부재(15)의 2개의 접합부(S)로부터 위로 그은 2개의 평행된 수직선(V)이 상부 폐합구조의 연결부재(15)와 만나는 곳에 현수케이블 삽입공(15b)을 형성하고, 상기 2개의 평행된 수직선(V)과, 2개의 현수케이블 삽입공(15b)을 이은 수평선(H)과, 그리고 프리캐스트 세그먼트(10b)에 의하여 이루어지는 직각 4각형을 기본형으로 하여 일체로 거동되게 함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트이다.
또한 본 발명은 중앙에 프리스트레싱 연결부(13)가 형성되어있고, 프리스트레싱 연결부(13)의 양측에 지지 긴장재 삽입부(12)가, 그리고 지지 긴장재 삽입부(12)에 인접되어 고정부(14)가 형성되어있는 통상의 프리캐스트 세그먼트에 있어서
폐합구조의 연결부재 고정부(14)의 종방향 중앙에 강재 또는 철근콘크리트로 된 폐합구조의 연결부재(15)의 철근단부를 프리캐스트 세그먼트(10b)내의 주철근에 접합시켜 접합부(S)를 일체로 용접하고, 또 폐합구조의 연결부재(15)의 2개의 접합부(S)로부터 위로 그은 2개의 평행된 수직선(V)이 상부 폐합구조의 연결부재(15)와 만나는 곳에 현수케이블 삽입공(15b)을 형성하고, 상기 2개의 평행된 수직선(V)과, 2개의 현수케이블 삽입공(15b)을 이은 수평선(H)과, 그리고 프리캐스트 세그먼트(10b)에 의하여 이루어지는 직각 4각형을 기본형으로 하여 일체로 거동되게 함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트이다.
본 발명은 도8a 및 도8b에서와 같이 2개의 평행된 수직선(V)과, 2개의 현수케이블 삽입공(15b)을 이은 수평선(H)과, 그리고 프리캐스트 세그먼트(10b)에 의하여 이루어지는 직각 4각형을 폐합구조의 기본형으로 한 구성이다.
폐합구조의 연결부재(15)가 원형상이면 폐합구조의 기본형은 정사각형이고, 타원형상이면 직사각형이다.
현수케이블(15c)의 개수가 2개보다 많을 경우에는 상기와 같은 직각 4각형의 기본형은 그대로 유지되면서 다만 도8c와 같이 추가되는 현수케이블 삽입공(15b)의 위치를 기본형인 직각 4각형 SABS의 변의 중간에 해당되는 폐합구조의 연결부재(15)의 지점, 즉 C나 D-E와 같이 서로 대칭되게 형성한다.
직각 4각형의 기본형이 유지되는 한 보행자의 진동수에 의해 공진현상이 방지됨은 물론 바람에 의한 비틀림과 휨이 변형이 최소화되지만 바람의 영향이 크거나 경간이 긴 경우 이를 보강하게 되면 추가된 현수케이블(15c)에 의하여 최소화가 이루어지면서 더 강화되게 된다.
폐합구조의 연결부재(15)의 구조는 원형상, 또는 원형상에 유사한 형상, 예컨대, 타원형상이거나 다각형상도 무방하다. 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조가 이루어지는 것이면 그 형상에 제한받지 않는다.
직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조가 일체로 거동되는 메카니즘은 다음과 같다.
프리캐스트 세그먼트(10a)와 현수케이블로 이루어진 스트레스 리본 브리지는 바람에 의하여 도3과 같이 비틀림과 휨이 심하게 발생된다. 프리캐스트 세그먼트(10a)와 현수케이블이 이루는 구조가 폐합구조가 아닌 열린 구조로 되어있는데다 이를 폐합시킬 강성연결부재도 없기 때문이다.
직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조는 도8a 및 도8b에 도시되어있다.
도9b와 같이 바람에 의하여 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조는 원점O에서 O1로 이동되면서 변위각 β를 이루고 있다.
만약 강성이 아무리 큰 부재로 이루어졌다하더라도 도9b와 같이 개(開)단면 구조에서는 변위각α가 β보다 훨씬 크다.
직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조에서는 폐합구조의 강성 연결부재(15)에 의하여 현수케이블(15c)과 프리캐스트 세그먼트(10b)의 거동이 억제되고 있기 때문이다.
직각 4각형 형상은 비틀림과 휨에 대한 변위를 동시에 최소화시키는 가장 적합한 형상이다.
현수케이블(15c)의 위치가 추가된다하더라도 폐합구조의 연결부재(15)의 중간지점인 A, B, C, D,ㆍㆍㆍ에 대칭되게 설치되기 때문에 직각 4각형 형상의 기본형이 일체거동을 균형 있게 억제해나가면서 변위각β를 최소화할 뿐 아니라 추가될 폐합구조의 연결부재(15)의 위치선정이 용이하게 되는 이점이 있다.
직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조는 프리캐스트 세그먼트(10b)의 상부에만 존재하는 것은 아니다. 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조를 프리캐스트 세그먼트(10b)의 하부에 설치해도 위와 동일하다. 다만 폐합구조의 연결부재(15)와 현수케이블(15c)이 프리캐스트 세그먼트(10b)의 하부에 위치되기 때문에 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조가 아래에 위치되는 점만 다르다. 이경우의 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조를 “역기본형”이라 부르기로 한다.(도11참조)
직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조가 위에 위치되는 경우 도8b와 같이 하부 폐합구조의 연결부재(15′)를 프리캐스트 세그먼트(10b)의 하부에 설치할 수도 있다.
하부 폐합구조의 연결부재(15′)에 의하여 강성이 커지는 것은 물론 변위발생이 더 억제되게 된다. 그뿐 아니라 폐합구조의 연결부재(15)(15′)에 의해 단면력의 분산으로 부재단면이 작아지는 이점이 있다.
직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조는 변위각을 억제시킬 뿐만 아니라 구조물의 진동수를 1~1.5 Hz로 저감시킨다. 보행자의 진동수가 2 Hz가 되면 공진현상을 일으키게 되어 불안감을 크게 느끼기 때문이다.
본 발명의 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트는 스트레스 리본교의 길이방향을 따라 도6과 같이 일정간격마다 하나씩 설치되어있으면서 현수케이블 삽입공(15b)에는 현수케이블(15c)이 삽입되는 구조이다.
프리캐스트 세그먼트(10b)의 폐합구조의 연결부재 고정부(14)에는 폐합구조의 연결부재(15)의 단부(15a)가 일체로 고정되어있을 뿐만 아니라 난간지주도 함께 설치되어있다.
여기서 난간지주는 단순히 수직으로 서있기 때문에 폐합구조가 아니고, 개단면 구조이므로 보행자의 진동감쇄와, 그리고 바람에 의한 비틀림 및 휨을 억제하는 부재는 아니다.
스트레스 리본교는 박판인 프리캐스트 세그먼트(10)가 일체로 된 상태에서 현수케이블(12a)로 지지되는 구조이므로 바람에 의한 비틀림과 휨에 대하여 취약하다.
본 발명의 폐합구조의 연결부재(15)는 강성도 크고, 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조를 형성하기 때문에 스트레스 리본교의 이러한 문제를 해결하고 있는 것이다.
여기에서 본 발명의 프리캐스트 세그먼트는 통상 사용되는 프리캐스트 세그먼트를 그대로 사용하고, 다만 폐합구조의 연결부재(15)가 프리캐스트 세그먼트에 연결ㆍ고정하는 것만 다를 뿐이다. 본 발명의 프리캐스트 세그먼트와 통상적인 프리캐스트 세그먼트를 구분하기위하여 설명의 편의상 도면부호를 “10”을 사용하되 폐합구조의 연결부재(15)와 조그만 관련이 있으면 “10b”로, 전혀 관련이 없는 통상의 프리캐스트 세그먼트인 경우에는 “10a”로 표기하기로 한다.
스트레스 리본교에 사용되는 프리캐스트 세그먼트(10a)의 구조는 일반적으로 그림-1과 같이 중앙에 프리스트레싱 연결부(13)가 형성되어있고, 프리스트레싱 연결부(13)의 양측에 지지 긴장재 삽입부(12)가, 그리고 지지 긴장재 삽입부(12)에 인접되어 평면부가 형성되어있다.
본 발명의 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트(10b)는 통상적인 프리캐스트 세그먼트(10a)와 동일하다. 다만 폐합구조의 연결부재(15)가 프리캐스트 세그먼트(10b)에 일체로 고정되어 프리캐스트 세그먼트(10b)와 함께 폐합구조를 이루고 있는 구조인 점에서 차이가 있다.
폐합구조의 연결부재(15)의 재질은 철근콘크리트이거나 강재이다.
철근콘크리트인 경우 폐합구조의 연결부재(15)는 프리캐스트 세그먼트(10b)와 함께 제작되므로 폐합구조의 연결부재(15)의 철근단부는 접합부(S)인 프리캐스트 세그먼트(10b)내의 주철근과 일체로 용접ㆍ고정된 상태이다.
강재인 경우 폐합구조의 연결부재(15)의 단부 플랜지(15a)와 프리캐스트 세그먼트(10b)위로 돌출된 앵카볼트(14a)를 대응 접면시켜 그 접합부(S)에서 플랜지(15a)의 체결공(152a)에 삽입된 앵카볼트(14a)를 체결너트(14b)로 체결ㆍ고정한다.
폐합구조의 연결부재(15)는 중량이 가벼우면서 강성이 클수록 구조적으로 유리하다.
한편, 철근콘크리트재질로 된 경우에 대하여 설명하면 다음과 같다.
중앙에 프리스트레싱 연결부(13)가 형성되어있고, 프리스트레싱 연결부(13)의 양측에 지지 긴장재 삽입부(12)가, 그리고 지지 긴장재 삽입부(12)에 인접되어 고정부(14)가 형성되어있는 통상의 프리캐스트 세그먼트에 있어서
폐합구조의 연결부재 고정부(14)의 종방향 중앙에 철근콘크리트로 된 폐합구조의 연결부재(15)의 철근단부를 미리 프리캐스트 세그먼트(10b)내의 주철근에 접합시켜 접합부(S)를 일체로 타설하고, 또 폐합구조의 연결부재(15)의 2개의 접합부(S)로부터 위로 그은 2개의 평행된 수직선(V)이 상부 폐합구조의 연결부재(15)와 만나는 곳에 현수케이블 삽입공(15b)을 형성하고, 상기 2개의 평행된 수직선(V)과, 2개의 현수케이블 삽입공(15b)을 이은 수평선(H)과, 그리고 프리캐스트 세그먼트(10b)에 의하여 이루어지는 직각 4각형을 기본형으로 하여 일체로 거동되게 함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트이다.
⒜ 본 발명은 강성이 크고 경량인 폐합구조의 연결부재를 프리캐스트 세그먼트에 일체로 형성한 후 케이블로 연결함으로써 폐합구조 및 그것을 연결한 케이블에 의하여 구조물의 진동수를 1~1.5 Hz로 저감한 것이므로 공진현상이 방지될 뿐 아니라 바람에 의한 비틀림 및 휨 변형이 억제되므로 그 변위각이 최소화되는 효과가 있다.
⒝ 현수케이블이 삽입되는 현수케이블 삽입공과, 그리고 폐합구조의 연결부재가 고정되는 프리캐스트 세그먼트의 고정점을 이은 2개의 평행된 수직선(V)과, 현수케이블 삽입공을 서로 이은 수평선(H)과, 그리고 프리캐스트 세그먼트의 수평선으로 이루지는 폐합구조의 형태가 직각 4각형 형태이므로 직각 4각형 형태의 일체화 거동에 의하여 구조물의 진동수가 저감될 뿐 아니라 비틀림 및 휨 변형에 대한 변위각을 더한층 억제되게 하는 효과가 있다.
⒞ 폐합구조의 연결부재를 통상의 프리캐스트 세그먼트에 고정시키는 구조가 간단하고 용이할 뿐 아니라 폐합구조의 연결부재에 의하여 단면력이 분산되는 구조이므로 부재단면이 작게 되어 스트레스 리본교를 효율적 경제적으로 시공하는 효과가 있다.
⒟ 직각 4각형의 기본형 폐합구조가 유지되는 상태에서 현수케이블을 추가ㆍ설치하는 경우 추가되는 현수케이블 삽입공은 기본형인 직각 4각형의 중간부에 해당되는 폐합구조의 연결부재의 지점에만 서로 대칭되게 추가ㆍ설치하므로 추가될 폐합구조의 연결부재의 위치선정이 용이하게 되는 이점이 있다.
⒠ 또한 직각 4각형형태로 폐합구조를 이루고 있는 상태에서 프리캐스트 세그먼트의 하부에 원형상의 하부 폐합구조의 연결부재를 일체로 형성한 구성이므로 폐합구조의 연결부재의 강성이 커지는 것은 물론이고, 변위발생의 억제가 커서 변위각이 작게 되는 효과를 지닌 유용한 발명이다.
[도 1] 미국 CA의 Redding교-프리캐스트 세그먼트를 가설하고 있는 현장사진
[도 2] 연직하중과 수평하중의 거동관계를 나타낸 모형도
[도 3] 플러터 현상의 묘사
[도 4] 자발진동현상의 묘사
[도 5] 난간지주가 설치된 상태를 보인 프리캐스트 세그먼트
[도 6] 본 발명 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트를 이용한 스트레스 리본교의 사시도
[도 7] 본 발명 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트의 사시도
[도 8a] 본 발명의 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조를 나타낸 단면도
[도 8b] 본 발명의 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조를 나타낸 다른 실시예의 단면도
[도 8c] 본 발명의 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조를 나타낸 다른 실시예의 단면도
[도 9a] 본 발명의 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조가 그대로 유지되면서 추가된 현수케이블의 설치위치를 서로 대칭 되게 현수케이블 삽입공을 형성한 상태를 보인 단면도
[도 9b] 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조가 없는 상태에서 변위각(α)이 최대가 된 상태를 보인 단면도
[도 10a, 도10b] 본 발명 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트의 다른 실시예를 보인 단면도
[도 11] 본 발명의 역기본형이 설치된 모습을 보인 단면도
본 발명 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트를 이용한 스트레스 리본교의 시공방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
⒜ 통상의 프리캐스트 세그먼트(10a)와, 그리고 앵카볼트(14a)가 매설된 프리캐스트 세그먼트(10b)를 지지긴장재(12a)에 삽입하되 앵카볼트(14a)가 매설된 프리캐스트 세그먼트(10b)는 통상의 프리캐스트 세그먼트(10a)의 일정개수마다 하나씩 삽입한 다음 경간장에 모두 삽입이 완료된 후 지지긴장재(12a)를 양 교대(30)측의 앵카부(40a)에 견고하게 고정하는 단계;
⒝ 프리스트레싱 연결부(13)의 프리스트레싱 긴장재 삽입공(13a)에 프리스트레싱 긴장재(13b)를 삽입한 다음 프리스트레싱 긴장재(13b)에 소정의 프리스트레스를 가한 후 프리스트레싱 긴장재(13b)를 양단부에 정착하는 단계;
⒞ 현수케이블 삽입공(15b)을 갖는 폐합구조의 연결부재(15)의 단부 플랜지(15a)와, 그리고 폐합구조의 연결부재 고정부(14)에 돌출된 앵카볼트(14a)를 서로 대응ㆍ접면시켜 그 접합부(S)에서 플랜지(15a)의 체결공(152a)에 삽입된 앵카볼트(14a)를 체결너트(14b)에 의하여 견고하게 체결ㆍ고정하는 단계;
⒟ 폐합구조의 연결부재(15)의 현수케이블 삽입공(15b)에 현수케이블(15c)을 삽입한 다음 현수케이블(15c)의 양단을 앵카부(40b)에 단단히 고정하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트를 이용한 스트레스 리본교의 시공방법이다.
여기에다 상기 ⒞단계에서 폐합구조의 연결부재(15)의 상부형상이 원형상 또는 다각형상을 갖는 구성이다. 원형상은 원형상에 가까운 형상, 즉 타원형상을 포함한다.
또한 프리캐스트 세그먼트(10b)의 하부에 원형상의 하부 폐합구조의 연결부재(15′)를 일체로 형성한 구성이다.
한편, 직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조는 프리캐스트 세그먼트(10b)의 상부에만 존재하는 것은 아니므로 “역기본형” 폐합구조(도11참조)로 설치가 가능한 시공방법이다.
직각 4각형형태로 폐합구조는 구조물의 진동수를1~1.5 Hz로 저감되므로 공진현상을 피할 수 있게 된다. 보행자의 진동수는 보통 2 Hz정도에서 공진현상이 발생되기 때문이다.
또한 직각 4각형형태로 폐합구조를 이루고 있는 상태에서 프리캐스트 세그먼트(10b)의 하부에 폐합구조의 연결부재(15)의 하부를 원형상으로 폐합하게 되면 폐합구조의 연결부재(15)의 강성이 커지는 것은 물론 변위발생이 더 억제되어 변위각β가 작게 된다.
이와 같이 폐합구조의 연결부재(15)로 인하여 변위발생이 억제될 뿐 아니라 단면력의 분산으로 부재단면이 작아지는 이점이 있다.
다른 한편으로, 상기 ⒜단계에서 통상의 프리캐스트 세그먼트(10a)와, 철근콘크리트로 된 폐합구조의 연결부재(15)의 철근단부를 미리 프리캐스트 세그먼트(10b)내의 주철근에 접합시켜 접합부(S)를 일체로 타설하여 제작된 프리캐스트 세그먼트(10b)를 지지긴장재(12a)에 삽입하되 프리캐스트 세그먼트(10b)는 통상의 프리캐스트 세그먼트(10a)의 일정개수마다 하나씩 삽입한 다음 경간장에 모두 삽입이 완료된 후 지지긴장재(12a)를 양 교대(30)측의 앵카부(40a)에 견고하게 고정하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트를 이용한 스트레스 리본교의 시공방법이다.
10a; (통상의) 프리캐스트 세그먼트, 10b; (본 발명의) 프리캐스트 세그먼트
12; 지지 긴장재 삽입부, 12a; 지지긴장재,
13; 프리스트레싱 연결부, 13a; 프리스트레싱 긴장재 삽입공,
14; 폐합구조의 연결부재 고정부, 14a; 앵카볼트, 14b; 체결너트
15; 강재 또는 콘크리트로 된 폐합구조의 연결부재, 15′; 강재 또는 콘크리트로 된 폐합구조의 연결부재, 15a; 플랜지, 152a; 체결공, 15b; 현수케이블 삽입공, 15c; 현수케이블,
30; 교대,
40a; 앵카부, 40b; 앵카부
V; 수직선
H; 수평선
S; 접합부

Claims (11)

  1. 중앙에 프리스트레싱 연결부(13)가 형성되어있고, 프리스트레싱 연결부(13)의 양측에 지지 긴장재 삽입부(12)가, 그리고 지지 긴장재 삽입부(12)에 인접되어 고정부(14)가 형성되어있는 통상의 프리캐스트 세그먼트에 있어서
    폐합구조의 연결부재 고정부(14)의 종방향 중앙에 강재로 된 폐합구조의 연결부재(15)의 단부에 체결공(152a)을 갖는 플랜지(15a)가 형성되고, 이에 대응되는 프리캐스트 세그먼트(10b)의 주철근에 용접된 앵카볼트(14a)가 폐합구조의 연결부재 고정부(14)로 돌출되어있으면서 앵카볼트(14a)가 상기 플랜지(15a)의 체결공(152a)에 삽입ㆍ접합된 상태에서 체결너트(14b)에 의하여 접합부(S)가 체결ㆍ고정되어있고, 또 폐합구조의 연결부재(15)의 2개의 접합부(S)로부터 위로 그은 2개의 평행된 수직선(V)이 상부 폐합구조의 연결부재(15)와 만나는 곳에 현수케이블 삽입공(15b)을 형성하고, 상기 2개의 평행된 수직선(V)과, 2개의 현수케이블 삽입공(15b)을 이은 수평선(H)과, 그리고 프리캐스트 세그먼트(10b)에 의하여 이루어지는 직각 4각형을 기본형으로 하여 일체로 거동되게 함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트
  2. 중앙에 프리스트레싱 연결부(13)가 형성되어있고, 프리스트레싱 연결부(13)의 양측에 지지 긴장재 삽입부(12)가, 그리고 지지 긴장재 삽입부(12)에 인접되어 고정부(14)가 형성되어있는 통상의 프리캐스트 세그먼트에 있어서

    폐합구조의 연결부재 고정부(14)의 종방향 중앙에 철근콘크리트로 된 폐합구조의 연결부재(15)의 철근단부를 미리 프리캐스트 세그먼트(10b)내의 주철근에 접합시켜 접합부(S)를 일체로 타설하고, 또 폐합구조의 연결부재(15)의 2개의 접합부(S)로부터 위로 그은 2개의 평행된 수직선(V)이 상부 폐합구조의 연결부재(15)와 만나는 곳에 현수케이블 삽입공(15b)을 형성하고, 상기 2개의 평행된 수직선(V)과, 2개의 현수케이블 삽입공(15b)을 이은 수평선(H)과, 그리고 프리캐스트 세그먼트(10b)에 의하여 이루어지는 직각 4각형을 기본형으로 하여 일체로 거동되게 함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서
    직각 4각형의 기본형을 유지하고 있는 상태에서 추가되는 현수케이블 삽입공(15b)의 위치는 직각 4각형의 중간부에 대응되는 폐합구조의 연결부재(15)의 지점에 서로 대칭되게 형성함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서
    프리캐스트 세그먼트(10b)의 하부에 원형상의 하부 폐합구조의 연결부재(15′)를 일체로 형성함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서
    직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조를 프리캐스트 세그먼트(10b)의 하부에 “역기본형”으로 설치함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트
  6. 삭제
  7. ⒜ 통상의 프리캐스트 세그먼트(10a)와, 그리고 앵카볼트(14a)가 매설된 프리캐스트 세그먼트(10b)를 지지긴장재(12a)에 삽입하되 앵카볼트(14a)가 매설된 프리캐스트 세그먼트(10b)는 통상의 프리캐스트 세그먼트(10a)의 일정개수마다 하나씩 삽입한 다음 경간장에 모두 삽입이 완료된 후 지지긴장재(12a)를 양 교대(30)측의 앵카부(40a)에 견고하게 고정하는 단계;

    ⒝ 프리스트레싱 연결부(13)의 프리스트레싱 긴장재 삽입공(13a)에 프리스트레싱 긴장재(13b)를 삽입한 다음 프리스트레싱 긴장재(13b)에 소정의 프리스트레스를 가한 후 프리스트레싱 긴장재(13b)를 양단부에 정착하는 단계;

    ⒞ 현수케이블 삽입공(15b)을 갖는 강재로 된 폐합구조의 연결부재(15)의 단부 플랜지(15a)와, 그리고 폐합구조의 연결부재 고정부(14)에 돌출된 앵카볼트(14a)를 서로 대응ㆍ접면시켜 그 접합부(S)에서 플랜지(15a)의 체결공(152a)에 삽입된 앵카볼트(14a)를 체결너트(14b)에 의하여 견고하게 체결ㆍ고정하는 단계;

    ⒟ 폐합구조의 연결부재(15)의 현수케이블 삽입공(15b)에 현수케이블(15c)을 삽입한 다음 현수케이블(15c)의 양단을 앵카부(40b)에 단단히 고정하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트를 이용한 스트레스 리본교의 시공방법
  8. 제7항에 있어서
    상기 ⒞단계에서 직각 4각형의 기본형을 유지하고 있는 상태에서 추가되는 현수케이블 삽입공(15b)의 위치는 직각 4각형의 중간부에 대응되는 폐합구조의 연결부재(15)의 지점에 서로 대칭되게 형성함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트를 이용한 스트레스 리본교의 시공방법
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서
    상기 ⒞단계에서 프리캐스트 세그먼트(10b)의 하부에 원형상의 하부 폐합구조의 연결부재(15′)를 일체로 형성함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트를 이용한 스트레스 리본교의 시공방법
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서
    직각 4각형 형상의 기본형 폐합구조를 프리캐스트 세그먼트(10b)의 하부에 “역기본형”으로 설치함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트를 이용한 스트레스 리본교의 시공방법
  11. 제7항에 있어서
    상기 ⒜단계에서 통상의 프리캐스트 세그먼트(10a)와, 철근콘크리트로 된 폐합구조의 연결부재(15)의 철근단부를 미리 프리캐스트 세그먼트(10b)내의 주철근에 접합시켜 접합부(S)를 일체로 타설하여 제작된 프리캐스트 세그먼트(10b)를 지지긴장재(12a)에 삽입하되 프리캐스트 세그먼트(10b)는 통상의 프리캐스트 세그먼트(10a)의 일정개수마다 하나씩 삽입한 다음 경간장에 모두 삽입이 완료된 후 지지긴장재(12a)를 양 교대(30)측의 앵카부(40a)에 견고하게 고정하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 폐합구조의 연결부재가 일체로 형성된 프리캐스트 세그먼트를 이용한 스트레스 리본교의 시공방법
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