KR101308992B1 - 단경간 인장형 사장교 시공방법 - Google Patents

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    • E01D11/00Suspension or cable-stayed bridges
    • E01D11/04Cable-stayed bridges

Abstract

양 주탑 사이(주경간)에 거더를 경사케이블로 매달아 설치하는 단경간 사장교에 있어서 거더에 작용하는 압축력을 인장력으로 변환되도록 하는 시공과정을 거쳐 보다 경제적으로 사장교를 시공할 수 있도록 한 단경간 인장형 사장교 시공방법이 개시된다. 상기 시공방법은 주경간 중앙부에서 경사케이블에 의하여 매달려 압축력에 의하여 지배되는 데크세그먼트를 키세그와 잭을 이용하여 서로 강결시켜 연결시킨 후 잭을 제거하면서 서로 연결된 데크세그먼트들에 발생된 인장력에 의하여 상기 압축력이 상쇄되도록 하게 된다.

Description

단경간 인장형 사장교 시공방법{TENTION TYPED CABLE-STAYED BRIDGE CONSTRUCTION METHOD}
본 발명은 단경간 인장형 사장교 시공방법에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 양 주탑 사이(주경간)에 거더를 경사케이블로 매달아 설치하는 단경간 사장교에 있어서 거더에 작용하는 압축력을 인장력으로 변환되도록 하는 시공과정을 거쳐 보다 경제적으로 사장교를 시공할 수 있도록 한 단경간 인장형 사장교 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 사장교는 주탑에서 경사진 방향으로 설치된 경사케이블을 이용하여 주경간을 지지하는 교량이다.
사장교는 주경간의 길이를 길게 할 수 있기 때문에 최근에는 넓은 폭을 가지는 강이나 바다에도 시공되고 있다.
사장교는 양측 주탑에 데크세그먼트(Deck Segment)를 각각 순차적으로 설치하여 주경간(Main Span)과 측경간(Side Span)을 만들되, 경사케이블을 이용하여 상기 주경간과 측경간의 데크세그먼트가 서로 연결되도록 한다.
이에 따라, 서로 연결된 양측의 데크세그먼트에는 수평 방향으로 압축력이 작용하게 된다.
즉, 도 1a와 같이, 경사케이블(1)이 주탑(3) 양쪽의 데크세그먼트(2)를 서로 연결하기 때문에 경사케이블(1)이 작용하는 힘 중에서 수평방향 분력(F21)은 데크세그먼트(2)에 압축력으로써 작용하고 수직방향 분력(F11)은 상측으로 작용하게 된다.
상기 압축력은 주탑(3)이 설치된 곳(M)에서 최대로 되고 주경간(Main Span)의 중앙 지점(C)에서 제로(힌지연결)가 된다.
이는 주탑으로부터 데크세그먼트(2)의 설치가 시작됨에 따라 작용하는 압축력이 데크세그먼트(2)에 누적되어 증가되기 때문이다.
이에 상기 데크세그먼트(2)에 작용하는 최대 압축력은 주경간의 길이(L) 즉, 주탑(3) 사이의 거리에 비례하여 커진다.
도 1b는 상기 최대 압축력과 주경간 길이(L) 사이의 관계를 보여주는 그래프로서, 주경간의 데크세그먼트(2)의 단면적이 일정하다는 가정(Assumption)하에 만들어진 것이다.
즉, 예컨대 주경간의 길이(L)가 1000m인 경우에 160MPa이던 최대 압축력이 주경간의 길이(L)가 2000m가 되면 500MPa이 됨을 알 수 있다.
이에 이러한 압축력의 증가에 대응하기 위해서 데크세그먼트(2)는 고강도 강(Higher Strength Steel)을 사용하거나 단면적을 증가시켜야 한다는 문제점이 있었다.
또한 강재로 제작되는 데크세그먼트는 압축력에 의한 좌굴 및/또는 뒤틀림을 보완하기 위하여 스티프너 형태 등의 국부좌굴방지재가 많이 소요되는데 이러한 국부좌굴방지재의 사용으로 인하여 데크세그먼트의 자중이 증가할 수 밖에 없고, 그 제작 및 설치비용에 의하여 사장교의 공사비가 증가되는 문제점이 있었다.
도 1c는 종래 단경간 사장교의 예를 도시한 것이다.
즉, 단경간 사장교(10)의 경우에는 통상의 사장교과 비교할 때 도 1a와 같은 측경간이 없으므로 주탑(11)의 양쪽이 비대칭이 된다.
따라서 종래의 기술에 따르면 거더(12,데크세그먼트가 서로 연결되어 완성된 것)의 수직방향 분력(F11)에 해당하는 하중은 경사케이블(13)에 의하여 지지되며, 거더(12)의 축력(F1)은 거더(12)가 강결되는 주탑(11)이 지지하도록 시공된다.
이로써 주탑(11)은 상부에 걸쳐지는 다수의 경사케이블(13)에 의한 하방 연직력(F2)을 받으면서 동시에 하부에 강결되는 거더(12)로부터의 수평방향 축력(F1)을 동시에 받게 된다.
이에 종래의 기술에 따른 단경간 사장교(10)에서 주탑(11)은 경사케이블(13)이 걸쳐진 상부에서 발생되는 수평방향의 축력(F3)과, 거더가 강결된 하부에서의 축력(F1)으로 인하여 휨 모멘트를 받게 되어 활 모양으로 휘게 되어 불안전한 구조를 갖게 되므로 거더의 축력(F1)들에 의하여 발생되는 휨 모멘트에 저항 하기위하여 주탑하부의 기초(14)를 매우 크도록 설계하여야 하고, 이에 따라 경제성이 떨어지는 단점이 있었다.
이러한 단경간 사장교의 단점을 극복하기 위한 단경간 사장교가 도 1d 및 도 1e에 소개되어 있다.
즉, 주탑(11)의 일측으로 연장된 거더(12)를 경사케이블(13)로 지지하는 단경간 사장교에 있어서, 상기 주탑(11)과 상기 거더(12)는 서로 분리되어 있고, 상기 거더의 축력(F1)은 앵커리지블럭(15)에 설치되는 것으로서 거더의 단부를 지지하는 반력벽(16)에 지지되도록 한 것이다(반력 작용).
이에 거더와 주탑을 분리함으로써 거더에서 전달되는 축력(F1)을 배제하여, 주탑에 발생하는 휨 모멘트를 줄여 주탑의 안전성이 증대되는 효과를 가지도록 한 것이다.
이에 주탑의 기초블록(14)을 과대하게 크게 시공할 필요가 없게 되어 경제성을 확보할 수 있게 되는 효과도 갖는다.
한편, 거더의 축력(F1)을 받는 반력벽(16)을 앵커리지블록(15)에 형성하는 경우에 거더의 측력과 앵커리지블록의 축력이 상쇄됨으로써 단경간 사장교의 안전성이 더욱 증대되는 효과도 가지게 된다.
하지만 이러한 단경간 사장교에 있어서 근본적인 문제점은 거더에 역시 압축력이 누적되면서 거더의 단면이 커짐과 더불어 이에 따른 국부좌굴방지재의 많은 사용으로 인하여 데크세그먼트의 자중이 증가할 수 밖에 없고, 그 제작 및 설치비용에 의하여 사장교의 공사비가 증가된다는 점이다.
따라서 종래 단경간 사장교에 있어 거더에 작용하는 압축력인 축력을 감소시키는 것은 매우 중요한 의미를 가지게 됨을 알 수 있다.
이에 상기 종래 단경간 사장교의 거더에 있어 작용하는 압축력(F1)의 분포를 도 1f를 기준으로 살펴보면 다음과 같다.
즉, 상기 도 1f에 의하면 주경간에 걸쳐 양 단부는 매우 압축력이 커지고 중앙부는 힌지연결에 의하여 압축력이 발생하지 않음을 알 수 있다.
이에 종래 단경간 사장교도 역시 다경간 사장교와 마찬가지로 주경간에 걸쳐 압축력이 거더 단면을 지배하는 구조로 되어 있음을 알 수 있으며, 이로서 주경간이 커지게 되면 압축력에 지배되는 거더의 단면적이 커질 수 밖에 없어 거더의 국부좌굴방지를 위한 보강문제가 항상 대두될 수 밖에 없다는 문제점이 여전히 지적되었다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 고안된 것으로서
본 발명의 목적은 단경간 사장교를 시공함에 있어 주경간에 경사케이블에 의하여 매달려 지지되는 데크세그먼트를 제작함에 있어 데크세그먼트 단면설계의 최적화를 유도함으로서 상기 압축력에 의한 국부좌굴에 저항하기 위한 국부좌굴방지재의 최소화를 통해 보다 경제적인 단경간 사장교를 시공하기 위한 것이라 할 수 있다.
이에 본 발명에 의한 단경간 사장교는 동일한 데크세그먼트 단면이라면 보다 장경간(주경간의 길이가 길어짐)의 사장교를 시공할 수 있게 되며, 동일한 경간장(주경간)이라면 보다 경제적인 데크세그먼트 단면 설계가 가능하여 경제적인 단경간 인장형 사장교 제공이 가능하도록 하는 것을 그 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
전술한 바와 같이, 기존의 단경간 사장교는 주탑이 있는 곳에서 최대 압축력이 발생하고 상기 최대 압축력은 주경간의 길이가 길어질수록 커진다.
이에 따라 주경간의 길이가 길어질수록 주경간의 데크세그먼트의 단면을 보강하기 위해서 주경간의 데크세그먼트의 단면이 커지거나 국부좌굴방지를 위한 고강도 강(Higher Strength Steel)이 사용되어야 하기 때문에 주경간의 길이가 길어지게 되면 사장교의 경제성이 떨어질 수 밖에 없다.
이에 본 발명은
교축방향으로 서로 이격되어 설치된 양 주탑에 직접 지지되도록 최초 데크세그먼트를 경사케이블을 이용하여 설치하는 제 1단계;
상기 최초 데크세그먼트에 다수의 데크세그먼트들을 주경간 중앙부(C)로 다수 연속하여 추가 경사케이블을 이용하여 설치하는 제 2단계;
상기 주경간 중앙부(C)에서 서로 연결될 데크세그먼트가 인접하면 상기 주탑과 최초 데크세그먼트 사이에 잭을 설치한 후 상기 서로 연결될 데크세그먼트 사이에 키세그를 배치하고, 상기 잭을 작동시켜 연결될 데크세그먼트에 키세그가 접근하면 서로 강결 연결시켜 데크세그먼트를 연속화시키는 제 3단계; 및
상기 주탑과 최초 데크세그먼트 사이에 설치된 잭을 작동전 상태로 서서히 복원시켜 주경간 중앙부 반대방향으로 벌어진 주탑이 주경간 중앙부쪽으로 이동하면서 연결된 데크세그먼트에 인장력이 도입되도록 하는 제 4단계를 포함하는 인장형 단경간 사장교 시공방법을 제공하게 된다.
즉, 본 발명은 데크세그먼트에 작용하는 누적된 압축력을 데크세그먼트와 주탑 사이에 설치된 잭을 통해 주탑이 직접 저항하도록 하여 주경간 중앙부 반대방향으로 주탑이 벌어지도록 하고, 상기 잭을 서서히 복원시킴에 따라 벌어진 주탑이 다시 주경간 중앙부쪽으로 이동하면서 잭을 통해 데크세그먼트에 인장력이 도입되도록 하여 상기 압축력이 상쇄되도록 한 것이다.
또한 데크세그먼트와 주탑 사이에 추가로 설치되는 교축방향 댐퍼를 이용하여 시공과정 등에 있어 데크세그먼트의 안전성 및 지진하중에 대한 저항능력을 확보하도록 하고,
상기 데크세그먼트의 종방향 거동을 제어하면서 부반력을 제어하도록 링크슈를 설치함으로서, 장경간의 단경간 인장형 사장교를 시공함에 있어 안전성과 경제성을 충분히 확보할 수 있도록 하였다.
본 발명에 의한 단경간 인장형 사장교는
첫째, 종래 단경간 사장교의 경우 주경간에 설치되는 데크세그먼트는 압축력(일종의 축력)이 지배적이기 때문에 이러한 지배적인 압축력에 대응하는 단부세그먼트의 단면 설계가 필요하게 되고, 나아가 압축력에 취약한 단부세그먼트 내부에 다수의 국부좌굴방지재를 설치해야 했지만, 본 발명의 단경간 사장교에 있어서는 시공과정에서 단부세그먼트에 압축력을 상쇄하는 인장력이 발생하게 되므로 발생하는 압축력이 크기가 감소하여 단부세그먼트의 단면을 최적화(단부세그먼트를 구성하는 상부,하부플랜지 양 측벽부의 강재 사용량 절감 등)하여 강재로 제작하는 단부세그먼트의 제작비용 및 시공비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 단부세그먼트에 설치해야 하는 국부과굴방지재의 사용량을 현저하게 감소시킬 수 있어 매우 경제적인 단경간 사장교 시공이 가능하게 된다.
둘째, 단경간 사장교의 시공 이후 교통하중, 풍하중 등의 활하중에 의해서 사장교에는 추가 압축력이 발생하게 되는데 이러한 추가 압축력도 단부세그먼트에 단면설계에 반영되어 결국 데크세그먼트의 자중을 증가시키는 요인이 된다. 하지만 본 발명의 경우에는 상기 추가 압축력도 본 발명에 의한 인장력에 의하여 상쇄될 수 있어 시공과정에서 발생하는 압축력 뿐만 아니라 시공후 과정에서 발생하는 활하중에 의한 압축력도 제어할 수 있어 보다 효율적이고 경제적인 사장교 시공이 가능하게 된다.
셋째, 결국 본 발명에 의한 단경간 사장교는 단부세그먼트의 최적화 단면설계로 동일 경간 기준이라면 단부세그먼트 제작비용 및 시공비용이 절감될 수 있어 보다 경제적인 사장교 시공이 가능하게 되며, 동일 단부세그먼트라면 보다 장경화된 장경간 사장교 시공이 가능하게 된다.
도 1a는 종래 기술에 따른 사장교의 정면도 및 작용하는 압축력의 형태를 보여주는 력도,
도 1b는 사장교에서 주경간의 길이(L)와 주경간의 데크세그먼트에 발생하는 최대 압축력의 관계를 보여주는 그래프,
도 1c는 종래 단경간 사장교의 힘 분력도,
도 1d 및 도 1e는 종래 개량 단경간 사장교의 시공도,
도 1f는 종래 개량 단경간 사장교의 하중작용도,
도 2는 본 발명의 단경간 인장형 사장교의 시공도,
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 본 발명에 의한 단경간 인장형 사장교의 시공순서도 및 이에 따른 축력도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 주탑 주두부 시공도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 의한 단경간 인장형 사장교의 축력도 및 단부세그먼트의 횡단면도를 도시한 것이다.
먼저, 본 발명에 의한 사장교(100)는 종래 단경간 사장교와 같이 주탑(110)이 교축방향(종방향)으로 서로 이격되어 설치되며 주탑 사이의 이격거리가 주경간이 된다.
이러한 주경간 사이에 데크세그먼트(120)가 설치되는데 이러한 데크세그먼트는 주탑 외측으로 각각 설치된 앵커리지블럭(130)에 경사케이블(300)의 일 단부가 고정되며 주탑(110) 상단을 경유하여 타 단부는 데크세그먼트(120)에 연결되도록 설치됨을 종래 단경간 사장교와 동일하다.
이때 주탑(110)에 하부에 설치되는 데크세그먼트(120)는 세그먼트를 각 주탑으로부터 경사케이블(300)로 지지하면서 주경간 중앙부(C)로 연속하여 연결 설치하게 되며 이는 FCM(Free Cantilever Method) 공법과 같은 종래 시공방법에 의하여 서로 연속 연결 설치할 수 있을 것이다.
이에 경사케이블(300)에 의하여 주경간 중앙부(C)에서 서로 데크세그먼트가 서로 키세그에 의하여 강결되어 연결되기 이전까지는 데크세그먼트(120)에 압축력이 누적되어 발생하게 된다.
하지만 도 3d와 같이 주탑과 최초 데크세그먼트 사이에 설치된 잭을 작동전 상태로 서서히 복원시키는 과정(제 4단계)에서 주경간 중앙부 반대방향으로 벌어진 주탑이 주경간 중앙부쪽으로 이동하면서 연결된 데크세그먼트에 인장력(T)이 도입된다.
이러한 인장력(T)은 동일한 조건의 종래 단경간 사장교에 작용하는 압축력과 대비하여 절대값이 개략 20%정도 감소하여 데크세그먼트의 단면을 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 압축력이 발생하는 데크세그먼트에는 좌굴 및 뒤틀림이 발생하게 되는데 이러한 좌굴 및 뒤틀림에 저항하는 국부좌굴방지재를 데크세그먼트 내부에 설치해야 한다.
하지만 본 발명은 상기 압축력이 감소함으로서 도 2와 같이 데크세그먼트를 구성하는 예먼대 상부,하부플랜지, 양측벽부의 두께를 줄일 수 있으며, 국부좌굴방지재(D)의 사용량을 현저하게 절감시킬 수 있어 특히 장경간의 단순 사장교를 시공함에 있어 매우 경제적인 사장교 시공이 가능하게 된다.
이에 어떠한 시공과정을 거처 본 발명의 단경간 인장형 사장교를 시공할 수 있는지 도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d를 기준으로 살펴보도록 한다.
[제 1단계]
먼저, 도 3a 및 도 3c와 같이 양 주탑(110)을 설치하게 되는데 이러한 주탑(110)은 전체적으로 상단으로부터 하부로 내려가면서 양 측벽부(111)로 횡방향으로 벌어지는 형태(예컨대 다이아몬드형)로 형성시키고, 양 측벽부(111)의 하부는 기초(140)에 지지되도록 설치하게 된다.
이러한 양 주탑(110)과 기초(140)는 모두 철근콘크리트 구조물로 설치하게 된다.
이에 주탑(110,LEG)은 서로 교축방향으로 서로 이격되어 설치되며 주탑 사이의 간격이 주경간이 됨을 알 수 있다.
이러한 주탑(110)의 양 측벽부(111) 사이에는 최초 데크세그먼트(121)가 교축방향으로 관통하도록 설치되는데 이러한 최초 데크세그먼트(121)는 교량받침(160)에 의하여 지지되도록 가로보(150)를 설치하게 된다.
즉, 서로 횡방향으로 이격된 주탑(110)의 양 측벽부(111) 사이에 횡방향(교축직각방향)으로 가로보(150)를 설치하여 최초 데크세그먼트(121)의 양 단부가 교량받침(160)에 의하여 지지되도록 하고, 상기 가로보(150)에 접속도로용 상판(170)의 거더가 역시 교량받침(160)에 의하여 지지되도록 하게 된다.
이러한 가로보(150)가 설치되는 부위를 지점부 또는 주두부로 지칭하게 된다.
이때, 상기 최초 데크세그먼트(120)가 관통하는 부위의 양 주탑(110) 정확하게는 양 측벽부(111)의 주경간 중앙부쪽 외측면(I)에는 지지대(180)가 설치된다.
이러한 지지대(180)는 강재프레임으로 제작되는 일종의 스트럿(Strut)으로 탈착이 가능하도록 설치하게 된다.
상기 스트럿은 단면이 U형으로 제작되도록 하여 내부에 후술되는 잭(200,Jack)을 안착할 수 있도록 하게 된다.
이에 상기 지지대(180)가 설치되면 인접한 최초 데크세그먼트(121)의 양 외측면에 형성시킨 반력대(190)의 단부면에 지지대(180)가 접하도록 하게 된다.
이러한 반력대(190) 역시 강재프레임(또는 강재박스)으로 제작할 수 있으며 주두부에 설치되는 최초 데크세그먼트(121)에만 설치하면 된다.
이로서 반력대(190)가 양 외측면에 설치된 최초 데크세그먼트(121)는 앵커리지 블럭(130)에 일단부가 고정되고 주탑(110)의 상단을 경유하여 타단부가 상기 최초 데크세그먼트(121)에 연결되는 경사케이크블(300)에 결국 매달려 설치되도록 있음을 알 수 있다.
이 상태에서는 상기 경사케이블(300)에 의하여 최초 데크세그먼트(121)에 축력으로서 압축력이 발생하게 되며, 이러한 압축력은 반력대(190)를 거쳐 지지대(180)를 거쳐 주탑(110)에 의하여 지지된다.
[제 2단계]
다음으로는 도 3b와 같이 상기 주두부에 설치된 최초 데크세그먼트(121)에 추가 경사케이블(300)을 이용하여 주경간 중앙부(C)에 추가 데크세그먼트들(122,123)이 인접할 때까지 연속하여 연결 설치하게 되며 이때까지는 최초 데크세그먼트(121)와 다른 추가 데크세그먼트들(122,123)에 계속해서 압축력이 발생하여 주탑(110)에 전달된다.
물론 최초 데크세그먼트 이외의 추가 데크세그먼트(122,123)들은 2개로 구분되어 있으나 주경간의 연장길이에 따라 설치개수가 증가될 수 있을 것이며 이에 데크세그먼트들(121,122,123)이 동일한 연장길이를 가지도록 제작되기 때문에 주경간의 연장길이에 맞추어 2개 이상의 다수가 서로 설치될 수 있을 것이다.
본 발명에서는 최초 데크세그먼트(121)를 제외하고 연속하여 주경간 중앙부로 연속하여 설치되는 단부세그먼트들(122,123)을 추가 단부세그먼트로 지칭하기로 한다.
[제 3단계]
다음으로 도 3c와 같이 주경간 중앙부(C)에서 추가 데크세그먼트(123)가 서로 인접하게 되면 서로 강결시켜 연결시키게 되는데 이를 위하여 키세그(400,KEY SEG)가 이용된다.
이러한 키세그(400)는 데크세그먼트와 동일한 단면형태로 제작하는 것으로서 서로 인접한 추가 데크세그먼트들(123)를 연결시키기 위한 것이다.
상기 키세그(400)는 별도로 사장교 주경간 중앙부 하부에서 미도시된 인양장치로 인양하여 인접한 추가 데크세그먼트(123) 사이에 끼워지도록 세팅하게 된다.
이에 상기 키세그(400)와 인접한 추가 데크세그먼트들(123)과 서로 강결 연결시키게 된다.
여기서 강결의 의미는 최초 및 추가 데크세그먼트들이 서로 구조적으로 연속하여 연결되도록 한다는 의미이며, 강재로 제작되는 데크세그먼트들의 연결은 용접, 긴장재에 의한 압착 등의 의미를 모두 포함한다.
하지만 상기 키세그(400)와 인접한 추가 데크세그먼트(123)들은 동일선상에서 서로 정확하게 접하도록 하면서 서로 강결 연결시키기 쉽지 않기 때문에 셋백(SET BACK) 작업을 통해 이격 간격을 조정하게 된다.
이를 위해 잭(200)을 설치하게 된다.
즉, 상긱 잭(200)의 양 단부를 지지대(180)와 반력대(190) 사이에 탈착이 가능하도록 고정시킨 후, 잭(200)을 작동시켜 셋백(SET BACK)시키게 된다.
즉, 셋백(SET BACK)작업은 잭(200)의 연장길이를 신장시키는 것이 아니라 연장길이를 축소시키는 방향으로 작동시켜 인접한 추가 데크세그먼트(123) 이격 간격을 일시적으로 약간 더 벌어지도록 하여 상기 추가 데크세그먼트 사이에 키세그(400)가 용이하게 끼워져 설치되도록 하기 위함이며 키세그를 설치할 수 있는 정도로 이격 간격을 확보할 수 있으면 셋백은 수행하지 않아도 상관은 없다.
이에 상기 셋백(SET BACK) 작업에 의하여 키세그(400)의 위치를 정확하게 세팅되도록 한 이후에는 잭(200)을 셋포워드(SET FOWARD) 작업을 통해 키세그(400)와 추가 데크세그먼트(123)이 동일선상으로 서로 접하도록 한 상태에서 앞서 살펴본 것과 같이 서로 강결시켜 구조적으로 데그세그먼트들이 연속하여 연결되도록 하게 된다.
이러한 셋포워드(SET FOWARD) 작업에 의하여 지지대(180)는 도 3d와 같이(제 3단계) 주탑(110)과 반력대(190)로부터 분리된다.
상기 셋포워드(SET FOWARD) 작업은 셋백(SET BACK) 작업에 의하여 추가 세그먼트들의 이격 간격이 벌어진 것을 다시 원상 복귀시키면서 키세그(400)와 인접한 데크세그먼트(123)들을 압착되도록 하는 것을 의미한다.
이로서 양 주탑(110)의 주두부로부터 주경간 중앙부로 연장된 데크세그먼트들(120)은 서로 구조적으로 강결되어 연결됨을 알 수 있다.
이러한 제 3단계까지는 데크세그먼트(120)에 압축력(P)이 계속해서 발생되어 단부세그먼트(120)의 반력대(190)을 경유하여, 잭(200)을 통해 주탑(110)에 전달되어 결국 압축력은 주탑(110)이 저항하도록 함을 알 수 있다.
[제 4단계]
이에 도 3d와 같이 제 3단계에 이후에 설치된 잭(200)을 제거하게 되는데 이러한 잭(200)의 제거는 시간당 개략 1-5CM정도 진행시켜 데크세그먼트들의 안정성을 확보하면서 서서히 셋포워드(SET FOWARD)된 잭을 원상으로 복원시키게 된다.
즉, 본 발명은 데크세그먼트(120)에 작용하는 누적된 압축력을 데크세그먼트(120)의 반력대(190)과 주탑(110) 사이에 설치된 잭(200)을 통해 주탑이 직접 저항하도록 하여 주경간 중앙부(C) 반대방향으로 주탑이 벌어지도록 하고,
상기 잭(200)을 서서히 복원시킴에 따라 벌어진 주탑(110)이 다시 주경간 중앙부쪽으로 이동하면서 잭(200)을 통해 데크세그먼트(120)에 인장력(T)이 도입되도록 하여 상기 압축력이 상쇄되도록 한 것이다.
이때 도 3d를 기준으로 하면, 주탑(110)은 벌어진 상태에서 주경간 중앙부(C)쪽으로 L1에 대항하는 변위만큼 이동함을 알 수 있다.
이로서 최종 잭(200)은 주탑(110)과 단부세그먼트(120)의 반력대(190) 사이가 충분히 벌어짐에 따라 자연스럽게 분리되게 된다.
이 과정에서 주탑(110)과 데크세그먼트(120)의 반력대 사이는 이격되면서 안정화 되며, 후술되는 바와 같이 주두부에 설치된 가로보(150)의 교량받침(160)에 최초 데크세그먼트가 지지되어 설치되도록 하게 된다.
상기 제 4단계에 의하여 경사케이블(300)에 의하여 매달려 설치되어 서로 강결 연결된 데크세그먼트(120)에는 압축력이 상쇄되도록 하는 인장력(T)의 크기는 주경간에 설치되는 데크세그먼트(120)의 설치개수, 경사케이블(300)의 설치 각도 등 여러 요인에 의해서 조절될 수 있는데 압축력의 크기를 개략 20%정도 상쇄될 수 있을 정도로 세팅하는 경우를 기준으로 할 경우 데크세그먼트(120)의 최적화가 가능하여 매우 경제적인 사장교 시공이 가능하게 됨을 알 수 있었다.
이로서, 본 발명은 데크세그먼트 설치 초기에는 데크세그먼트에 압축력이 발생하게 되지만 주경간 중앙부에서 데크세그먼트를 서로 강결 연결시키고 설치된 잭을 복원시키는 과정에서 데크세그먼트에 압축력을 상쇄하는 인장력이 발생하는 형태가 되기 때문에 종래 최대 압축력에 지배되어 단면설계되는 데크세그먼트와 대비하여 보다 경제적인 단면의 데크세그먼트를 제작할 수 있어 특히 장경간의 단경간 사장교에 매우 유리하게 된다.
또한, 사장교 시공 이후에는 차량이 통과하게 되고, 풍하중 등에 의하여 사장교의 강결 연결된 데크세그먼트(120)에는 추가로 압축력이 발생하게 된다.
이러한 추가 압축력은 데크세그먼트 단면 설계 시 고려되어 데크세그먼트 단면크기에 반영되는데 본 발명은 이러한 추가 압축력을 구속인장력에 의하여 제어할 수 있어 매우 효율적인 사장교 설계 및 시공이 가능하게 된다.
도 4a는 특히 상기 주탑의 주두부에서의 데크세그먼트 설치 상세를 확인할 수 있는데 경사케이블에 의하여 서로 연결된 최초 데크세그먼트(121)는 주두부에 설치된 가로보(150)의 교량받침(160)에 의하여 안착되도록 하고 있음을 알 수 있으며, 접속도로의 상판(170)에 설치된 거더도 역시 가로보(150)의 교량받침(160)에 의하여 안착되어 상기 최초 데크세그먼트(120)와 접속도로의 거더는 서로 신축이음장치(B)에 의하여 서로 연결되어 있음을 알 수 있다.
이에 본 발명의 데크세그먼트(120)는 잭(200)이 제거 됨에 따라 가로보(150)에 안착되어 안전된 세팅상태를 유지할 수 있게 된다.
이에 시공 과정에서 풍압 등을 고려할 경우 주탑이 종방향으로 이동이 가능하고 교량이 완성된 이후라도 종방향으로 온도에 의한 이동이 가능하여 다소 불안정해질 수 있다.
이에 본 발명은 도 4a와 같이 주탑 주두부의 가로보(150) 상면에 댐퍼(510)를 설치하고 상기 댐퍼(510)는 가로보(150)와 데크세그먼트(120)의 저면에 설치된 지지프레임(520)에 연결되도록 하여 댐퍼(510)가 교축방향으로의 데크세그먼트(120) 이동을 제어할 수 있도록 하게 된다.
이러한 댐퍼는 상시에는 온도하중, 풍하중, 통과차량에 의한 영향을 흡수하고, 지진시에 발생하는 순간적인 충격에 저항하여 교량전체의 안정성을 확보할 수 있도록 하게 된다.
또한 주탑 주두부 외측면에는 브라켓형태로 지지구(530)를 설치하고 상기 지지구(530)에 링크부재(540)의 하단부를 연결하고, 상단부를 데크세그먼트(120)의 외측면에 링크슈(550)로 연결하여 링크부재(540)가 상하방향으로 데크세그먼트(120)와 주탑(110)을 연결하여 링크부재(540) 상단부의 링크슈(550)에 의하여 주두부에서 발생하는 데크세그먼트(120)의 부반력을 제어하도록 하게 된다.
또한 상기 링크부재(540)는 교축방향으로 회전이 가능하여 데크세그먼트(120)의 종방향 변위도 함께 제어되도록 하게 된다.
나아가 도 4b와 같이 상기 주두부에 있어 데크세그먼트의 양 측면과 주탑의 횡방향 내측면에는 풍력에 의한 데크세그먼트의 이동을 제어하기 위하여 윈드슈(560)를 설치하는 것이 바람직하다.
또한 앵커리지블럭(130)은 경사케이블(300)의 일단부가 고정되도록 주탑 외측으로부터 이격된 위치에 콘크리트 블럭 형태로 시공하게 되며 경사케이블이 정착되어 고정될 수 있도록 내부중공이 형성된 구조로 시공하게 된다.
이에 경사케이블(300)은 앵커리지블럭(130)에 일단부가 고정되어 주탑의 상단을 경유하여 데크세그먼트에 다수가 연결되어 있음을 알 수 있다.
100: 단경간 사장교
110: 주탑 111: 양 측벽부(주탑)
120: 데크세그먼트 121: 최초 데크세그먼트
122.123: 추가 데크세그먼트 130: 앵커리지 블럭
140: 기초 150: 가로보
160: 교량받침 170: 접속도로용 상판
180: 지지대(스트럿) 190: 반력대
200: 잭(Jack) 300: 경사케이블
400: 키세그(KEY SEG) 510: 댐퍼
520: 지지프레임 530: 지지구
540: 링크부재 550: 링크슈
560: 윈드슈
B: 신축이음장치 C: 주경간 중앙부
D: 국부좌굴방지재

Claims (10)

  1. 교축방향으로 서로 이격되어 설치된 양 주탑(110)에 직접 지지되도록 최초 데크세그먼트(121)를 경사케이블(300)을 이용하여 설치하는 제 1단계;
    상기 최초 데크세그먼트(121)에 다수의 데크세그먼트들을 주경간 중앙부(C)로 다수 연속하여 추가 경사케이블(300)을 이용하여 설치하는 제 2단계;
    상기 주경간 중앙부(C)에서 서로 연결될 데크세그먼트가 인접하면 상기 주탑과 최초 데크세그먼트 사이에 잭(200)을 설치한 후 상기 서로 연결될 데크세그먼트 사이에 키세그(400)를 배치하고, 상기 잭(200)을 작동시켜 연결될 데크세그먼트에 키세그가 접근하면 서로 강결 연결시켜 데크세그먼트를 연속화시키는 제 3단계; 및
    상기 주탑(110)과 최초 데크세그먼트(121) 사이에 설치된 잭(200)을 작동전 상태로 서서히 복원시켜 주경간 중앙부 반대방향으로 벌어진 주탑(110)이 주경간 중앙부쪽으로 이동하면서 연결된 데크세그먼트에 인장력(T)이 도입되도록 하는 제 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단경간 인장형 사장교 시공방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 주탑(110)과 최초 단부세그먼트(121)은 주탑에 탈착이 가능하도록 설치된 지지대(180)와 최초 단부세그먼트(121)에 설치된 반력대(190)에 의하여 서로 직접 접하도록 하고, 상기 지지대(180)는 잭(200)을 작동전 상태로 서서히 복원시키는 과정에서 주탑(110)과 최초 단부세그먼트의 반력대(190)로부터 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는 단경간 인장형 사장교 시공방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 지지대(180)는 양 측벽부 내측면에 설치된 U형 강재프레임으로 제작되도록 하고 지지대 내측에는 잭(200)이 안착되어 설치될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 단경간 인장형 사장교 시공방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 양 주탑(110)은 상단부로부터 하부로 내려갈 수록 서로 횡방향으로 벌어지는 양 측벽부(111)로 형성되도록 하고, 상기 양 측벽부 하부는 기초에 의하여 지지되어 설치되도록 하며, 서로 연속화된 단부세그먼트가 양 측벽부 사이를 교축방향으로 관통하도록 하는 것을 특징으로 하는 단경간 인장형 사장교 시공방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 양 측벽부 사이에는 가로보(150)를 더 설치하고, 상기 가로보 상면에 교량받침(160)을 설치하여 교량받침에 연속화된 단부세그먼트의 단부가 지지되도록 하고, 상기 가로보(150)에는 접속도로용 상판의 거더가 지지되도록 교량받침을 더 설치하고, 상기 교량받침에 의하여 지지된 접속도로용 상판의 거더와 연속화된 단부세그먼트가 신축이음장치(B)에 의하여 서로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 단경간 인장형 사장교 시공방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 가로보(150) 상면에 댐퍼(510)를 설치하고 상기 댐퍼(510)는 가로보(150)와 연속화된 데크세그먼트의 저면에 설치된 지지프레임(520)에 연결되도록 하여 댐퍼(510)가 교축방향으로의 데크세그먼트(120) 이동을 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 단경간 인장형 사장교 시공방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 주탑 외측면에는 브라켓형태로 지지구(530)를 설치하고 상기 지지구(530)에 링크부재(540)의 하단부를 연결하고, 상단부를 연속화된 데크세그먼트의 외측면에 링크슈(550)로 연결하여 링크부재(540)가 상하방향으로 연속화된 데크세그먼트와 주탑(110)을 연결하여 링크부재(540) 상단부의 교축방향(종방향) 이동을 제어하는 링크슈(550)에 의하여 상기 연속화된 데크세그먼트(120)의 부반력을 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 단경간 인장형 사장교 시공방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 연속화된 데크세그먼트의 양 외측면과 주탑의 횡방향 내측면에는 풍력에 의한 데크세그먼트의 이동을 제어하기 위하여 윈드슈를 설치하는 것을 특징으로 하는 단경간 인장형 사장교 시공방법.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 연속화된 데크세그먼트는 강재로 제작된 중공박스 형태로 제작된 것을 이용하도록 하고, 상기 반력대(190)는 강재프레임으로 제작된 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 단경간 인장형 사장교 시공방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 키세그는 강재로 제작된 중공박스 형태로 제작된 것을 이용하여 데크세그먼트와 서로 구조적으로 강결되어 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 단경간 인장형 사장교 시공방법.
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