KR101310039B1 - 내하력이 향상된 파형강판 웨브 피에스씨 박스거더교의 연속지점부 구조 및 이를 구비한 파형강판 피에스씨 박스거더교 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨브가 파형강판으로 이루어져 있으며 박스형상의 단면을 가지는 피에스씨 거더에 의해 상부구조가 형성된 교량과 그 연속지점부 구조에 관한 것으로서, 본 발명에서는 한 쌍의 파형강판 웨브(1) 각각은 종방향으로 연속되어 있으며, 상판, 하판, 양측 벽체(13) 및 격벽(14)을 가지도록 철근콘크리트의 지점부 구조체(10)가 한 쌍의 파형강판 웨브(1) 사이에 형성되어 있되, 벽체(13)가 형성되는 구간에서 관통공(20)이 형성되어 있는 결합판(2)이 파형강판 웨브(1)의 내면에 일체로 구비되어 있고, 결합판(2)은 종방향으로 간격을 두고 복수개로 구비되어 있으며, 결합판(2)의 관통공(20)을 관통철근(3)이 종방향으로 관통하여 배치되고, 결합판(2)과 관통공(20)이 벽체(13)의 콘크리트에 매립되는 상태로 콘크리트가 타설되어 양측 벽체(13)가 파형강판 웨브(1)의 내면에 일체로 부착된 상태로 형성되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 파형강판 박스거더교의 연속지점부 구조 및 이러한 연속지점부 구조를 가지는 파형강판 박스거더교가 제공된다.

Description

내하력이 향상된 파형강판 웨브 피에스씨 박스거더교의 연속지점부 구조 및 이를 구비한 파형강판 피에스씨 박스거더교{Corrugated Steel Web Box Girder Bridge, and Continuous Support Structure thereof}

본 발명은 웨브(web/복부)가 파형강판으로 이루어져 있으며 박스형상의 단면을 가지는 피에스씨(Prestressed concrete/ PSC) 거더에 의해 상부구조가 형성된 교량과 그 연속지점부 구조에 관한 것으로서, 구체적으로는 교각 위의 연속지점부에서 벽체와 격벽을 구비하고 박스형상의 단면을 가지는 콘크리트 지점부 구조체를 파형강판 웨브와 일체화시킴에 있어서, 파형강판 웨브의 연속성을 보장하여 미려한 외관이 유지되도록 함과 동시에 큰 내하력을 가지도록 하여 내진 성능은 향상시키면서도, 보강 및 일체화를 위한 관통철근을 벽체를 형성하는 콘크리트에 매립시켜서 파형강판 웨브와 지점부 구조체를 구조적으로 일체화되도록 합성시킴으로써 지점부 구조체의 콘크리트 벽체 단면을 축소시키고 파형강판 피에스씨 박스거더의 자중을 경감시켜 높은 경제성을 가지도록 하는 새로운 구성의 "내하력이 향상된 파형강판 웨브 피에스씨 박스거더교의 연속지점부 구조 및 이를 구비한 파형강판 피에스씨 박스거더교"에 관한 것이다.

박스형태의 단면을 가지되 웨브는 파형강판으로 이루어지고 이러한 파형강판 웨브의 상,하측에 콘크리트 슬래브가 일체로 결합되어 있는 파형강판 피에스씨 박스거더는 대한민국 등록특허 제10-1127362호에 개시되어 있다. 이러한 파형강판 피에스씨 박스거더를 이용하여 교량("파형강판 웨브 피에스씨 박스거더교"/ 이하, <파형강판 박스거더교>라고 약칭함)을 구축함에 있어서, 교각이 위치하는 연속지점부는 최대전단력과 휨모멘트가 발행하는 위치이다. 도 7에는 종래기술에 의한 파형강판 박스거더교의 연속지점부에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 선 D-D에 따른 개략적인 종방향 단면도가 도시되어 있으며, 도 9에는 도 7의 선 E-E에 따른 개략적인 평단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 종래의 파형강판 박스거더교에서 교각(200) 위에 위치하는 연속지점부는, 상판(101)과 하판(102) 및 양측 벽체(103)로 이루어진 박스 단면을 가지며, 이러한 박스단면을 횡단하는 격벽(104)으로 이루어진 지점부 구조체(100)로 이루어진다. 도 7 내지 도 9에서 도면부호 105는 격벽(104)을 관통하는 통행구(105)이다.

파형강판 피에스씨 박스거더의 상판과 하판은 연속지점부에서 상기 지점부 구조체(100)의 상판(101) 및 하판(102)과 종방향(교축방향)으로 연속되지만, 파형강판 피에스씨 박스거더의 파형강판 웨브(1)는 연속지점부에서 단절되어, 파형강판 웨브(1)의 단부는 상기 지점부 구조체(100)의 벽체(103)에 매립되는 구조를 가진다. 이와 같이 종래의 파형강판 박스거더교에서는, 파형강판 웨브(1)가 연속지점부에서 연속되지 못한 상태가 되며 그에 따라 미관이 불량하다는 단점이 있다.

또한 철근콘크리트로 제작되는 지점부 구조체(100)와 파형강판 웨브(1)가 연결되는 부분은 결국 파형강판과 콘크리트라는 이질적인 재료의 결합으로 이루어지므로 균열 및 콘크리트의 탈락 등이 발생하게 되고, 이는 교량 내하력 감소의 원인이 된다.

특히, 파형강판은 종방향의 강성이 작기 때문에 구조적으로 유리한 아코디언효과를 발휘하지만, 철근콘크리트로 제작된 지점부 구조체(100)의 벽체(103)는 종방향으로 강성이 크고, 지점부 구조체(100)의 벽체(103)와 파형강판 웨브(1)는 서로 매우 다른 구조적 특성을 가지고 있어, 이로 인하여 강선의 효율성을 저감시키게 되는 문제점이 있다.

특히, 종래 기술의 경우, 연속지점부에서 발생하는 최대전단력과 부모멘트에 저항하기 위해서는 지점부 구조체(100)를 이루는 철근콘크리트 벽체(103)의 두께가 커질 수밖에 없는데, 그에 따라 지점부 구조체(100)를 포함한 파형강판 피에스씨 박스거더의 자중이 증가하게 되고 이를 지지하는 교각 등의 하부구조에 악영향을 주어 하부구조의 단면이 커질 뿐만 아니라 철근 배근량도 증가하게 되어 경제성과 시공성이 매우 불리하게 된다. 또한 파형강판 피에스씨 박스거더의 자중이 커지게 되면 파형강판 박스거더교의 내진성능에도 매우 불리하다.

대한민국 등록특허공보 제10-1127362호(2012. 03. 29. 공고) 참조.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 단점과 문제점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 파형강판 피에스씨 박스거더를 이용한 파형강판 웨브 피에스씨 박스거더교의 연속지점부에서 파형강판 웨브가 연속되도록 함으로써, 미려한 외관을 가지도록 함과 동시에 연속지점부에 형성되는 철근콘크리트의 지점부 구조체의 벽체 두께를 감소시켜 파형강판 피에스씨 박스거더의 자중 증가를 방지하고, 그에 따라 교량 시공성을 개선하고 시공비를 절감하여 경제성을 향상시킬 뿐만 아니라 교량의 내진성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 파형강판 웨브가 철근콘크리트로 제작되는 지점부 구조체와 구조적으로 일체화되도록 견고하게 합성함으로써, 종래 기술의 문제점인 이질적인 재료의 부실한 결합으로 인한 균열 및 콘크리트의 탈락의 발생과 이로 인한 교량 내하력 감소를 방지하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 상판, 하판 및 한 쌍의 파형강판 웨브에 의해 박스형태의 단면을 가지는 파형강판 박스거더교의 연속지점부 구조로서, 한 쌍의 파형강판 웨브 각각은 종방향으로 연속되어 있으며, 상판, 하판, 양측 벽체 및 격벽을 가지도록 철근콘크리트의 지점부 구조체가 한 쌍의 파형강판 웨브 사이에 형성되어 있되, 벽체가 형성되는 구간에서 관통공이 형성되어 있는 결합판이 파형강판 웨브의 내면에 일체로 구비되어 있고, 결합판은 종방향으로 간격을 두고 복수개로 구비되어 있으며, 결합판의 관통공을 관통철근이 종방향으로 관통하여 배치되고, 결합판과 관통공이 벽체의 콘크리트에 매립되는 상태로 콘크리트가 타설되어 양측 벽체가 파형강판 웨브의 내면에 일체로 부착된 상태로 형성되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 파형강판 박스거더교의 연속지점부 구조가 제공된다.

이러한 본 발명에 따른 파형강판 박스거더교의 연속지점부 구조에 있어서, 상기 파형강판 웨브에 구비된 결합판 중에는 관통철근이 관통하지 않은 상태의 것이 존재하며, 관통철근이 관통되지 않은 결합판의 관통공을 콘크리트가 연통된 상태로 콘크리트가 경화되어 벽체가 형성된다.

본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 위에서 설명한 연속지점부 구조를 가지는 파형강판 박스거더교가 제공된다.

본 발명에 의하면, 본 발명에서는 파형강판 박스거더교의 연속지점부에서 파형강판 웨브는 단절되지 않고 종방향으로 길게 연속되어 있으며, 파형강판 웨브 내면의 결합판과, 이를 관통하는 관통철근이 벽체 내에 매립된 형태로 파형강판 웨브의 내부에 지점부 구조체가 매우 견고하게 구조적인 일체화를 이루면서 형성되므로, 철근콘크리트로 제작되는 지점부 구조체의 벽체 두께를 감소시킬 수 있게 되며, 그에 따라 파형강판 피에스씨 박스거더의 자중을 종래보다 월등히 감소시킬 수 있게 되며, 결과적으로 교량 시공성이 개선됨은 물론이고 시공비가 절감되어 경제성이 향상되며, 교량의 내진성능 역시 크게 향상되는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서는 파형강판 웨브가 지점부 구조체와 더욱 견고하게 합성되어 구조적인 일체화를 이루고 있으므로, 종래 기술의 문제점인 이질적인 재료의 부실한 결합으로 인한 균열 및 콘크리트의 탈락의 발생과 이로 인한 교량 내하력 감소를 방지할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

또한 본 발명에서는 지점부 구조체의 벽체 외측에 설치되는 연속된 파형강판 웨브에 의해 아코디언 효과가 발휘되므로 효율적인 압축력 도입이 이루어지고, 연속지점부에서의 합성응력 향상을 통해서, 파형강판 박스거더교의 형고축소 및 단면감소의 효과가 발휘되며, 그에 따라 교량의 미관 개선과 경제성 제고의 추가적인 장점을 가지게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 파형강판 박스거더교의 연속지점부에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 반단면 사시도이다.
도 3은 도 2에 대응되는 반단면 사시도로서, 지점부 구조체와 파형강판 웨브의 결합 상세가 보이도록 내부가 투시된 상태로 도시한 반단면 사시도이다.
도 4는 도 1의 선 B-B에 따른 개략적인 종방향 단면도이다.
도 5는 도 1의 선 C-C에 따른 개략적인 평단면도이다.
도 6은 도 1의 화살표 K 방향으로 바라본 본 발명에 따른 파형강판 박스거더교의 개략적인 횡방향 측면도이다.
도 7은 종래기술에 의한 파형강판 박스거더교의 연속지점부에 대한 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 7의 선 D-D에 따른 개략적인 종방향 단면도이다.
도 9는 도 7의 선 E-E에 따른 개략적인 평단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 특히, 아래에서는 본 발명에 따른 파형강판 박스거더교의 연속지점부에 형성되는 지점부 구조체를 설명할 때에는 종래기술의 지점부 구조체(100)와 구분하기 위하여 도면부호 10을 사용하여 표기하였다.

도 1은 본 발명에 따른 파형강판 박스거더교의 연속지점부에 대한 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 선 A-A에 따른 개략적인 반단면 사시도이다. 도 3은 도 2에 대응되는 반단면 사시도로서, 지점부 구조체(10)와 파형강판 웨브(1)의 결합 상세가 보이도록 지점부 구조체(10)의 벽체(13) 일부를 내부가 투시된 상태로 도시한 것이다. 도 4는 도 1의 선 B-B에 따른 개략적인 종방향 단면도이고, 도 5는 도 1의 선 C-C에 따른 개략적인 평단면도이다. 도 6은 도 1의 화살표 K 방향으로 바라본 개략적인 횡방향 측면도이다.

도면에 도시된 것처럼, 상판, 하판 및 한 쌍의 파형강판 웨브(1)에 의해 박스형태의 단면을 가지는 본 발명에 따른 파형강판 박스거더교의 연속지점부에서는, 종래와 유사하게 상판과 하판 및 양측 벽체(13)로 이루어진 박스 단면을 가지며 이러한 박스단면을 횡단하는 격벽(14)으로 이루어진 철근콘크리트의 지점부 구조체(10)가 상기 한 쌍의 파형강판 웨브(1) 사이에 형성되어 존재하는 구성을 가진다. 이러한 지점부 구조체(10)의 상판과 하판은 종방향으로 길게 연속되어 교각 사이의 경간부에서 파형강판 피에스씨 박스거더의 상판과 하판을 이루고 있다.

이러한 본 발명에서 상기 파형강판 웨브(1)는 연속지점부에서 단절되지 않고 종방향으로 연속되어 있으며, 지점부 구조체(10)의 양측 벽체(13)는 각각 종방향으로 구조계산에 의해 보강이 필요하다고 사전 결정된 구간에만 존재하는데, 종래기술과 달리 이러한 양측 벽체(13) 각각은 파형강판 웨브(1)의 내면과 일체화된 상태로 형성되어 있다. 구체적으로 본 발명에서는 도 3에 도시된 것처럼 연속지점부에서 파형강판 웨브(1)는 단절되지 않고 종방향으로 길게 연속되어 있다. 그리고 벽체(13)가 형성되는 연속지점부의 구간에서 파형강판 웨브(1)의 내면에는 연직방향으로 연장된 결합판(2)이 일체로 배치되어 있는데, 이러한 결합판(2)에는 관통공(20)이 연직방향으로 간격을 두고 복수개로 형성되어 있다.

이와 같이 관통공(20)이 형성된 결합판(2)은 지점부 구조체(10)의 벽체(13)가 결합될 구간에서 종방향으로 파형강판 웨브(1)에 간격을 두고 복수개로 배치된다. 이러한 결합판(2)은 도 5에 도시된 것처럼, 연직방향의 평면도로 보았을 때 영문자 T자 형태의 단면을 가지는 T형 스터드로 구성될 수 있으며, 간단한 필렛 용접을 통해서 결합판(2)을 파형강판 웨브(1)의 내면에 일체로 설치할 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서 상기 결합판(2)은 연직방향으로 길게 연장된 하나의 T형 스터드로 구성되어 있으나, 반드시 연직방향을 길게 연장된 하나의 부재로 구성되어야 하는 것은 아니며, 소정 길이를 가지는 판부재가 연직방향으로 간격을 두고 복수개로 배치될 수도 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 결합판(2)을 배치하고, 이러한 결합판(2)은 간단한 필렛 용접에 의해 파형강판 웨브(1)에 일체로 결합되므로, 결합판(2)이 부착될 때 과도한 용접열로 인한 파형강판 웨브(1)의 손상을 예방할 수 있게 된다.

한편, 파형강판 웨브(1)의 내면에 위와 같이 결합판(2)이 복수개로 배치된 상태에서, 종방향으로 복수개의 결합판(2)의 관통공(20)을 관통하도록 관통철근(3)이 배치된다. 파형강판 웨브(1)의 파형 형태로 인하여 관통철근(3)은 모든 결합판(2)을 관통할 수는 없지만 도 5의 평면도에 도시된 것처럼 파형강판 웨브(1)의 파형 내측 돌출부에 위치하는 복수개의 결합판(2)에 대해서는 상기 관통철근(3)이 동시에 관통하게 된다.

위에서 설명한 것처럼, 연속지점부에서 파형강판 웨브(1)의 내면에 결합판(2)과 관통철근(3)이 설치된 상태에서, 상기 결합판(2) 및 상기 관통철근(3) 설치 영역에 콘크리트가 타설되어 상기 결합판(2) 및 상기 관통철근(3)이 콘크리트에 매립된 상태로 지점부 구조체(10)의 벽체(13)가 파형강판 웨브(1)의 내면에 부착된 상태로 지점부 구조체(10)가 형성된다. 즉, 파형강판 웨브(1)의 내면에 콘크리트가 타설되어 파형강판 웨브(1)와 부착된 상태로 벽체(13)가 만들어지면서 지점부 구조체(10)가 형성되는데, 이 때 결합판(2)과 관통철근(3)이 벽체(13)의 콘크리트에 완전히 매립된 상태가 되는 것이다. 이와 같이 결합판(2)과 관통철근(3)이 벽체(13)의 콘크리트에 완전히 매립됨으로써, 파형강판 웨브(1)와 벽체(13)는 견고한 부착상태를 이루게 될 뿐만 아니라 결합판(2) 및 관통철근(3)과 벽체(13)를 이루는 콘크리트 간의 합성응력이 증대되며, 그에 따라 파형강판 웨브(1)와 지점부 구조체(10)는 매우 견고한 구조적인 일체화를 이루게 된다.

특히, 타설된 직후의 굳지 않은 콘크리트는 결합판(2)에서 관통철근(3)이 관통하지 않은 위치의 관통공(20)을 통과하게 되고, 이러한 상태에서 콘크리트가 양생되어 벽체(13)가 형성되면 결합판(2)은 단순하게 벽체(13)에 매립되어 있는 상태에 그치는 것이 아니라, 상기 관통공(20)을 통과한 상태로 경화된 콘크리트에 의해 결합판(2)과 벽체(13)간의 일체화는 더욱 강화된다.

이와 같이, 본 발명에서는 연속지점부에서 파형강판 웨브(1)는 단절되지 않고 종방향으로 길게 연속되어 있으며, 파형강판 웨브(1)의 내부에 벽체(13)와 격벽(14), 그리고 상판 및 하판으로 이루어진 지점부 구조체(10)가 콘크리트에 의해 형성되는데, 파형강판 웨브(1)의 내면에 고정 설치된 결합판(2)과, 복수개의 결합판(2)을 종방향으로 관통하도록 배치된 관통철근(3)이 지점부 구조체(10)의 벽체(13) 내에 매립된 상태가 되므로, 지점부 구조체(10)가 파형강판 웨브(1)와 매우 견고하게 구조적인 일체화를 이루면서 형성되는 것이다.

따라서 이와 같은 파형강판 웨브(1)와 지점부 구조체(10)의 견고한 구조적 일체화를 통해서 철근콘크리트로 제작되는 지점부 구조체(10)의 벽체(13) 두께를 감소시킬 수 있게 되며, 그에 따라 파형강판 피에스씨 박스거더의 자중을 종래보다 월등히 감소시킬 수 있게 되며, 결과적으로 교량 시공성이 개선됨은 물론이고 시공비가 절감되어 경제성이 향상되며, 교량의 내진성능 역시 크게 향상되는 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서는 파형강판 웨브(1)가 지점부 구조체(10)와 더욱 견고하게 합성되어 구조적인 일체화를 이루고 있으므로, 종래 기술의 문제점인 이질적인 재료의 부실한 결합으로 인한 균열 및 콘크리트의 탈락의 발생과 이로 인한 교량 내하력 감소를 방지할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

또한 본 발명에서는 벽체(13)의 외측에 설치되는 연속된 파형강판 웨브(1)에 의해 아코디언 효과가 발휘되므로 효율적인 압축력 도입이 이루어지고, 연속지점부에서의 합성응력 향상을 통해서, 파형강판 박스거더교의 형고축소 및 단면감소의 효과가 발휘되며, 그에 따라 교량의 미관 개선과 경제성 제고의 추가적인 장점을 가지게 된다.

1: 파형강판 웨브
2: 결합판
3: 관통철근
10: 지점부 구조체
13: 벽체
14: 격벽

Claims (3)

1. 상판, 하판 및 한 쌍의 파형강판 웨브(1)에 의해 박스형태의 단면을 가지는 파형강판 박스거더교의 연속지점부 구조로서,
   한 쌍의 파형강판 웨브(1) 각각은 종방향으로 연속되어 있으며,
   상판, 하판, 양측 벽체(13) 및 격벽(14)을 가지도록 철근콘크리트의 지점부 구조체(10)가 한 쌍의 파형강판 웨브(1) 사이에 형성되어 있되,
   벽체(13)가 형성되는 구간에서 관통공(20)이 형성되어 있는 결합판(2)이 파형강판 웨브(1)의 내면에 일체로 구비되어 있고,
   결합판(2)은 종방향으로 간격을 두고 복수개로 구비되어 있으며,
   결합판(2)의 관통공(20)을 관통철근(3)이 종방향으로 관통하여 배치되고,
   결합판(2)과 관통공(20)이 벽체(13)의 콘크리트에 매립되는 상태로 콘크리트가 타설되어 양측 벽체(13)가 파형강판 웨브(1)의 내면에 일체로 부착된 상태로 형성되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 파형강판 박스거더교의 연속지점부 구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 파형강판 웨브(1)에 구비된 결합판(2) 중에는 관통철근(20)이 관통하지 않은 상태의 것이 존재하며,
   관통철근(20)이 관통되지 않은 결합판(2)의 관통공(20)을 콘크리트가 연통된 상태로 콘크리트가 경화되어 벽체(13)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파형강판 박스거더교의 연속지점부 구조.
   
3. 상판, 하판 및 한 쌍의 파형강판 웨브(1)에 의해 박스형태의 단면을 가지는 파형강판 박스거더교로서,
   교각(200)에 의해 지지되는 연속지점부에서 상기 한 쌍의 파형강판 웨브(1) 각각은 종방향으로 연속되어 있으며,
   상기 연속지점부에는, 상판, 하판, 양측 벽체(13) 및 격벽(14)을 가지도록 철근콘크리트의 지점부 구조체(10)가 한 쌍의 파형강판 웨브(1) 사이에 형성되어 있되,
   벽체(13)가 형성되는 구간에서 관통공(20)이 형성되어 있는 결합판(2)이 파형강판 웨브(1)의 내면에 일체로 구비되어 있고,
   결합판(2)은 종방향으로 간격을 두고 복수개로 구비되어 있으며,
   결합판(2)의 관통공(20)을 관통철근(3)이 종방향으로 관통하여 배치되고,
   결합판(2)과 상기 관통공(20)이 벽체(13)의 콘크리트에 매립되는 상태로 콘크리트가 타설되어 양측 벽체(13)가 파형강판 웨브(1)의 내면에 일체로 부착된 상태로 형성되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 파형강판 박스거더교.

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