KR101299089B1 - 입체형 복합교량 - Google Patents

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KR101299089B1 KR1020130066776A KR20130066776A KR101299089B1 KR 101299089 B1 KR101299089 B1 KR 101299089B1 KR 1020130066776 A KR1020130066776 A KR 1020130066776A KR 20130066776 A KR20130066776 A KR 20130066776A KR 101299089 B1 KR101299089 B1 KR 101299089B1
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Abstract

본 발명은 H형강 거더 형식의 구조체를 트러스 구조체가 지지하되, 상기 트러스 구조체를 형성시키는 현재에 대하여 서로 다른 방향의 아치형상을 가지게 함으로써 교량의 하중을 효율적으로 지지하게 하게 하면서 교량의 외관미를 살릴 수 있는 입체형 복합교량에 관한 것으로서, 교량의 길이방향으로 위치하면서 바닥판 구조체를 지지하는 적어도 2개 이상의 세로재와, 상기 세로재의 하부에 위치하면서 이를 지지하는 트러스 구조체와, 세로재와 트러스 구조체를 연결하는 지지재로 이루어지고; 상기 트러스 구조체는 중앙에 위치하는 하나의 상현재와, 상현재의 좌우에 위치하는 한 쌍의 하현재 및 상현재와 하현재를 연결하는 사재로 이루어지되; 상현재는 수직방향으로 일직성을 유지하면서 상부로 볼록한 아치형상을 가지고, 한 쌍의 하현재는 수평방향으로 일직선을 유지하면서 각각 좌측 또는 우측의 바깥쪽으로 볼록한 아치형상을 가지는 것을 특징한다.

Description

입체형 복합교량{composite bridge}
본 발명은 입체적 구조를 가진 복합교량에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 H형강 거더 형식의 구조체를 트러스 구조체가 지지하되, 상기 트러스 구조체를 형성시키는 현재에 대하여 서로 다른 방향의 아치형상을 가지게 함으로써 교량의 하중을 효율적으로 지지하게 하게 하면서 교량의 외관미를 살릴 수 있는 입체형 복합교량에 관한 것이다.
트러스구조는 상현재와 하현재 및 이들을 연결하는 사재로 구성되어 수직하중을 상기 부재들의 축방향의 인장력 및 압축력만으로 지지할 수 있도록 한 구조로서, 짧고 가벼운 부재를 조합하여 장스팬의 교량을 건설할 수 있도록 할 뿐 아니라, 상기 각 부재들 간의 결합형상이 주는 규칙성, 부재들 사이의 개방성 등으로 인하여 외관이 미려하기 때문에 사용되는 빈도가 점차 증가하고 있다.
도 1은 트러스 구조를 이용한 종래기술의 교량구조에 관한 것으로서 2011. 4. 12. 등록된 특허 제1029165호의 '교량용 하이브리드 거더'에 관한 각 사시도 및 횡단면도이다.
상기의 종래기술은 교량의 길이방향으로 설치되는 바닥판 하부에 등간격으로 각각 배치되는 가로보(20)와, 상기 바닥판(10)의 하부 중앙과 간격을 두고 길이방향으로 배치되어 가로보(20)와 제1사재(51)로 연결되는 상현재(30)와, 상기 상현재(30)의 길이방향 양측에 각각 배치되어 상현재(30)와 제2사재(52)로 연결되고 가로보(20)의 양단부와 제3사재(53)로 각각 연결되는 하현재(40)로 이루어지되, 상기 상현재(30)는 하향의 수직으로 볼록한 아치형상을 가지고, 상기 하현재(40)는 상향의 대각선 방향으로 볼록한 아치형상을 가지도록 하고 있다.
이러한 종래기술의 교량구조에서는 구성하는 부재의 수가 많음에도 불구하고 트러스 구조체가 개별적으로 가로보에 접합되어 있어 강풍이나 지진 등에 의해 교량에 비틀림 등의 수평하중이 작용되는 경우 교량의 상판을 일체적으로 지지할 수 있는 구조체가 없기 때문에 비틀림 변형이 발생하여 교량이 쉽게 파괴될 수 있을 뿐 아니라, 교량의 수직하중에 의하여 횡단면의 중앙점을 기준으로 하여 트러스 구조체의 각 하현재(40)에 수평력이 발생하게 되고, 상기 수평력은 가로보(20)와 하현재(40)를 연결하는 제3사재(53)에 과다한 인장응력을 유발하는 문제점이 있을 뿐 아니라, 교량의 길이방향 중앙부위에는 정모멘트가 발생함에도 불구하고 상현재(30)가 아래로 볼록한 아치형상을 이루고 있어 비효율적인 응력구조를 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조형식을 단순 간결화시키면서도 교량에 작용할 수 있는 수평 및 수직의 각 방향에서 작용하는 하중에 대하여 효율적으로 지지할 수 있도록 하여 강재의 사용량을 줄이고, 시공 및 유지보수가 용이하며 외관이 미려한 입체형 복합교량을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 교량의 길이방향으로 위치하면서 바닥판 구조체를 지지하는 적어도 2개 이상의 세로재와, 상기 세로재의 하부에 위치하면서 이를 지지하는 트러스 구조체와, 세로재와 트러스 구조체를 연결하는 지지재로 이루어지고; 상기 트러스 구조체는 중앙에 위치하는 하나의 상현재와, 상현재의 좌우에 위치하는 한 쌍의 하현재 및 상현재와 하현재를 연결하는 사재로 이루어지되; 상현재는 수직방향으로 일직성을 유지하면서 상부로 볼록한 아치형상을 가지고, 한 쌍의 하현재는 수평방향으로 일직선을 유지하면서 각각 좌측 또는 우측의 바깥쪽으로 볼록한 아치형상을 가지는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량을 제공한다.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 세로재는 교량의 횡단면을 기준으로 좌우에 위치하는 한 쌍의 외측세로재와, 중앙에 위치하는 하나의 중앙세로재로 이루어지고, 상기 지지재는 외측세로재와 하현재 사이를 연결하는 외측지지재와, 중앙세로재와 상현재 사이를 연결하는 중앙지지재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량이 제공된다.
이때 상기 세로재와 세로재 사이에는 상기 세로재들을 연결하는 상부가로재가 일정한 간격으로 설치되고, 하현재와 하현재 사이에는 상기 하현재들을 연결하는 하부가로재가 일정한 간격으로 더 설치 되어질 수 있다.
이와 더불어 상기 바닥판 구조체는 교량의 횡단면을 기준으로 좌우에 위치하는 한 쌍의 연석부재와, 상기 연석부재의 사이에서 상부가로재 위에 놓여지는 다수의 각관과, 상기 각관 위에 놓여지는 데크 및 양 측단의 연석으로 이루어진다.
또 다른 본 발명의 바람직한 실시에에 의하면, 교량의 양 단부에서는 상현재가 하현재보다 아래에 위치하고, 상현재와 하현재를 하나로 일체화시키기 위한 고정플레이트가 더 설치되고, 교량의 최외단에 위치한 상부가로재와 교대위에 설치되는 교좌장치 사이에 단부지지체가 더 설치되며, 트러스 구조체의 상현재와 하현재의 각 단부는 상기 단부지지체에 접합 고정되는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량이 제공된다.
이러한 단부지지체는 교좌장치의 상면에 놓여지는 받침플레이트와, 상기 받침플레이트의 양 측단에서 수직으로 설치되는 한 쌍의 지주부재와, 상기 받침플레이트와 한 쌍의 지주부재에 의해 형성되는 개구면을 폐쇄하는 정착플레이트로 이루어지고, 상현재와 하현재의 각 단부는 단부지지체의 정착플레이트에 정착된다.
본 발명은 상부의 지지구조체와 하부의 지지구조체를 일체적으로 거동하게 하고, 각 부재의 형상을 하중의 방향에 대응할 수 있도록 구성시킴으로써 강재의 사용량을 줄이고 교량의 중력하중뿐만 아니라 지진이나 풍하중 등의 다양한 방향의 하중에 대하여도 효율적으로 지지하게 하여 높은 구조적 안정성을 제고시킨다.
또한 본 발명은 각 부재의 결합을 단순화시켜 응력전달이 명확하게 이루어질 수 있도록 하게 하고 시공 및 유지관리를 용이하게 할 뿐 아니라 간결하면서도 미려한 외관을 가지게 한다.
도 1은 트러스 구조를 이용한 종래기술의 교량구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 입체형 복합교량을 전체적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 입체형 복합교량을 정면에서 바라본 정면도이다.
도 4는 도 2의 입체형 복합교량을 아래에서 바라본 배면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 입체형 복합교량의 바닥구조체를 일부 절개한 절단사시도이다.
도 6은 본 발명의 입체형 복합교량에 대한 각 단면도로서, (a)는 도 3의 A-A의 단면도이고, (b)는 B-B의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 입체형 복합교량의 트러스 구조체 단부를 나타내는 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관하여는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 복합교량을 전체적으로 나타낸 사시도이고, 도 3 내지 4는 상기 복합교량의 정면 및 배면에서 각 바라본 정면도 및 배면도이며, 도 5는 본 발명의 바닥구조체를 나타내기 위해 일부를 절개한 절단 사시도이다.
도 2 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 바닥판 구조체(100)와, 바닥판 구조체(100)를 지지하는 하나 이상의 세로재(110)와, 세로재(110)를 지지하는 트러스 구조체(200)와, 각 세로재(110)들 사이 및 트러스 구조체(200)의 하현재(202)들 사이를 연결하여 이들 구조체들이 일체로 거동할 수 있도록 함과 아울러 하중을 균등하게 배분하는 가로재(120)로 이루어져 있다.
보행자나 차량 등이 직접 접하여 이용되는 바닥판 구조체(100)는 다양하게 구성될 수 있으나, 도 5에서와 같이 데크(103)와 이를 하부에 지지하는 다수 개의 각관(102)과, 양측단에 위치하는 연석부재(101)으로 이루어지는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 바닥판 구조체(100)의 하부에는 교량의 길이방향으로 적어도 2개 이상의 세로재(110)가 배치된다.
설치되는 세로재(110)의 수는 세로재(110)의 규격, 교량의 폭 등에 따라 달리 정할 수 있으나 기본적으로는 한 쌍의 세로재(110)가 교량 양측단에 대칭적으로 설치되어야 하며, 보다 바람직하게는 도 6의 각 단면도에서 보여지는 바와 같이, 교량의 중앙에도 세로재(110)가 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 교량의 양측단과 중앙에 각각 설치되는 것을 예시로 하여 설명하며, 이하에서는 양측단에 설치된 세로재(110)를 외측세로재(111)라 하고 중앙에 설치된 세로재를 중앙세로재(112)로 부르기로 한다.
이와 같은 각 세로재(110)는 바닥판 구조체(100)를 지지하면서 수직하중을 길이방향에 대하여 적절하게 배분하고, 후술하는 상부가로재(121)와 함께 결합되어 세로재(110) 및 가로재(120)로 이루어지는 구조체가 일체로 거동하게 함으로써 수직하중은 물론 수평하중 및 비틀림 하중에 대하여도 구조적 안정성을 도모할 수 있게 한다.
각 세로재(110)들의 사이, 예컨대 외측세로재(111)와 중앙세로재(112)의 각 사이에는 상부가로재(121)가 일정한 간격으로 설치된다.
상부가로재(121)는 바닥구조체로부터 전달받은 하중을 세로재(110)에 균등하게 배분하고, 세로재(110)와 격자틀을 형성시켜 앞서 설명한 바와 같이 다양한 방향의 하중에 대하여도 효과적으로 대응할 수 있도록 하게 한다.
상기한 세로재(110)와 상부가로재(121)는 그 단면형상을 특별히 제한할 필요는 없으나, 상부플랜지와 하부플랜지 및 웨브로 이루어지는 H형강을 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 H형상의 단면은 바닥판 구조체(100) 설치 및 각 부재간의 결합시공을 용이하게 한다.
세로재(110)의 하부에는 하나의 상현재(201)와 한 쌍의 하현재(202)로 구성되는 트러스 구조체(200)가 설치된다.
도 6은 본 발명의 입체형 복합교량에 대한 각 단면도로서, (a)와 (b)는 도 3의 A-A와 B-B의 각 단면도이고, 도 7은 상기 트러스 구조체(200)의 단부를 나타내는 사시도이다.
상현재(201)는 트러스 구조체(200)의 중앙에 위치하면서 수직방향으로 일직선을 유지하되 상향으로 볼록한 아치형상을 가지며, 이러한 상향으로 볼록한 아치형상의 구조는 교량의 길이방향 중간부분에 발생되는 정모멘트에 대하여 효율적으로 대응할 수 있게 한다.
한 쌍의 하현재(202)는 상현재(201)의 좌, 우에 각각 위치하면서 수평방향으로 일직선을 유지하되 좌측 또는 우측의 바깥쪽으로 각각 볼록한 아치형상을 가지며, 이러한 좌 우로 볼록한 아치형상의 구조는 지진이나 바람 등에 의한 수평하중에 대하여 효율적으로 대응할 수 있게 한다.
상기 트러스 구조체(200)는 지지재(130)에 의해 세로재(110)와 연결된다. 보다 구체적으로는 트러스 구조체(200)의 중앙에 위치한 상현재(201)는 중앙지지재(132)에 의해 중앙세로재(112)에 연결되고, 상현재(201)의 좌 우에 위치한 하현재(202)는 외측지지재(131)에 의해 외측세로재(111)에 각각 연결된다.
다만 상현재(201)는 아치형상 정점에서 중앙세로재(112)의 하면에 직접 접하여 연결되므로 이 부위에서는 중앙지지재(132)의 설치가 생략된다.
이러한 본 발명에서의 트러스 구조체(200)는 지지재(130)에 의한 3점 지지를 통해 세로재(110)와 가로재(120)에 의해 형성되는 격자틀 형상의 구조체를 지지하게 되므로 응력전달이 명확하게 된다.
한편, 교량의 횡단면 방향과 관련하여 상부의 수직하중은 사재(203)를 통해 수평분력이 발생하게 되고, 이에 연결된 한 쌍의 하현재(202)는 상기 수평분력에 의해 서로 외측으로 벌어지게 되어 트러스 구조체(200)에 변형이 발생될 수 있는바, 본 발명에서는 상기한 하현재(202)의 벌어짐을 방지하기 위하여 하현재(202)와 하현재(202) 사이를 하부가로재(122)로 연결 고정시키는 것을 중요한 기술적 특징의 하나로 하고 있다.
이와 같이 상현재(201)와 한 쌍의 하현재(202)는 사재(203) 및 하부가로재(122)에 의해 일체적으로 연결되어 구조적으로 간결하면서도 안정된 삼각형상의 단면을 가지는 트러스 구조체(200)를 형성하게 하고, 상현재(201)와 하현재(202)의 서로 다른 방향성의 아치형상은 상기한 구조적인 효율성 뿐만 아니라 미려한 외관을 창출시키는 효과를 발휘하게 한다.
트러스 구조체(200)를 구성하는 상, 하현재(202) 및 사재(203)와, 하부가로재(122) 및, 트러스 구조체(200)를 세로재(110)에 연결시키는 각 지지재(130)는 원형강관으로 구성시키는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정할 필요는 없으며 타원강관이나 사각강관이 사용될 수도 있다.
교량의 중앙부위에서, 상향으로 볼록한 아치형상의 상현재(201)와 좌 우측으로 볼록한 한 쌍의 하현재(202)는, 도 7에 도시된 바와 같이 교량의 양 단부에 가까이 갈수록 서로 인접하게 되며, 최 단부측에서는 상현재(201)와 한 쌍의 하현재(202)가 하나의 다발을 형성하게 된다.
상기한 다발은 서로 접한 한 쌍의 하현재(202)의 상면에 상현재(201)를 위치시켜 삼각형의 단면형상을 가지게 할 수도 있고, 서로 접한 한 쌍의 하현재(202)의 하면에 상현재(201)를 위치시켜 도 7에서와 같이 역삼각형의 단면형상을 가지게 할 수도 있다.
트러스 구조체(200)의 단부측에는, 상현재(201)와 한 쌍의 하현재(202)가 하나의 다발을 형성하여 단일의 구조체로서의 기능을 할 수 있도록 하기 위하여, 이들을 엮어주는 단부고정플레이트(140)가 더 설치된다.
상기 단부고정플레이트(140)는 판상의 부재로서 세로부재의 하면에 고정설치되며, 상현재(201) 및 하현재(202)의 다발을 관통시키기 위한 관통공이 구비되어 있다.
한편, 교량의 하중을 교대(400)에 전달시켜주기 위한 단부지지체(150)가 세로부재 및 상부가로재(121)를 지지할 수 있도록, 교대(400)에 설치되는 교좌장치(300)의 상부에 위치하게 된다.
상기 단부지지체(150)는 하중의 전달이 명확하면서 안정적인 구조를 가지는 것으로서 다양한 형상으로 구성할 수 있으나, 바람직하게는 교좌장치(300) 상면에 놓여지는 받침플레이트(151)와, 상기 받침플레이트(151)의 양 단부측에 수직으로 설치되는 한 쌍의 지주부재(152)와, 상기 받침플레이트(151)와 한 쌍의 지주부재(152)에 의해 형성되는 개구면을 폐쇄시키는 정착플레이트(153)로 이루어진다.
상기 정착플레이트(153)는 하나의 다발을 형성한 상현재(201) 및 하현재(202)의 단부를 정착시켜 상기 지주부재(152)와 함께 교량의 전 하중을 교대(400)에 전달하게 된다.
이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다. 따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.
100: 바닥구조체 101: 연석부재
102: 각관 103: 데크
110: 세로재 111: 외측세로재
112: 중앙세로재 120: 가로재
121: 상부가로재 122: 하부가로재
130: 지지재 131: 외측지지재
132: 중앙지지재 140; 단부고정플레이트
150: 단부지지체 151; 받침플레이트
152: 지주부재 153; 정착플레이트
200: 트러스 구조체 201: 상현재
202: 하현재 203: 사재
300: 교좌장치 400: 교대

Claims (9)

  1. 교량의 길이방향으로 위치하면서 바닥판 구조체(100)를 지지하는 적어도 2개 이상의 세로재(110)와, 상기 세로재(110)의 하부에 위치하면서 이를 지지하는 트러스 구조체(200)와, 세로재(110)와 트러스 구조체(200)를 연결하는 지지재(130)로 이루어지고;
    상기 트러스 구조체(200)는 중앙에 위치하는 하나의 상현재(201)와, 상현재(201)의 좌우에 위치하는 한 쌍의 하현재(202) 및 상현재(201)와 하현재(202)를 연결하는 사재(203)로 이루어지되;
    상현재(201)는 상부로 볼록한 아치형상을 가지고, 한 쌍의 하현재(202)는 각각 좌측 또는 우측의 바깥쪽으로 볼록한 아치형상을 가지고, 교량의 양 단부에서는 상현재(201)가 하현재(202)보다 아래에 위치하며, 교량의 양 단부에 위치한 상기의 상현재(201)와 하현재(202)를 하나로 일체화시키기 위한 단부고정플레이트(140)가 설치되는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량
  2. 제1항에 있어서, 상기 세로재(110)는, 교량의 횡단면을 기준으로 좌우에 위치하는 한 쌍의 외측세로재(111)와, 중앙에 위치하는 하나의 중앙세로재(112)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량.
  3. 제2항에 있어서, 상기 지지재(130)는, 외측세로재(111)와 하현재(202) 사이를 연결하는 외측지지재(131)와, 중앙세로재(112)와 상현재(201) 사이를 연결하는 중앙지지재(132)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하현재(202)는 수평방향으로 일직선을 유지하고, 상현재(201)는 수직방향으로 일직성을 유지하는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량.
  5. 제1항에 있어서, 세로재(110)와 세로재(110) 사이에는 상기 세로재(110)들을 연결하는 상부가로재(121)가 일정한 간격으로 설치되고, 하현재(202)와 하현재(202) 사이에는 상기 하현재(202)들을 연결하는 하부가로재(122)가 일정한 간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량.
  6. 제5항에 있어서, 상기 바닥판 구조체(100)는, 교량의 횡단면을 기준으로 좌우에 위치하는 한 쌍의 연석부재(101)와, 상기 연석부재(101)의 사이에서 상부가로재(121) 위에 놓여지는 다수의 각관(102)과, 상기 각관(102) 위에 놓여지는 데크(103) 및 양 측단의 연석부재(101)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량.
  7. 제1항에 있어서, 교량의 최외단에 위치한 상부가로재(121)와 교대(400)위에 설치되는 교좌장치(300) 사이에 단부지지체(150)가 더 설치되고, 트러스 구조체(200)의 상현재(201)와 하현재(202)의 각 단부는 상기 단부지지체(150)에 접합 고정되는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량.
  8. 제7항에 있어서, 단부지지체(150)는 교좌장치(300)의 상면에 놓여지는 받침플레이트(151)와, 상기 받침플레이트(151)의 양 측단에서 수직으로 설치되는 한 쌍의 지주부재(152)와, 상기 받침플레이트(151)와 한 쌍의 지주부재(152)에 의해 형성되는 개구면을 폐쇄하는 정착플레이트(153)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량.
  9. 제8항에 있어서, 상현재(201)와 하현재(202)의 각 단부는 단부지지체(150)의 정착플레이트(153)에 정착되는 것을 특징으로 하는 입체형 복합교량.
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