KR101325245B1

KR101325245B1 - 강관과 콘크리트 합성된 조립식 교각 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR101325245B1
Application number: KR1020110033451A
Authority: KR
Inventors: 김상효
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2013-11-05
Also published as: KR20120115875A

Abstract

본 발명은, 콘크리트충진 강관(Concrete Filled Tube)으로 이루어지는 강관유닛들이 수직으로 적층되어 상호 결합되어 이루어지는 조립식 교각에 있어서, 두 강관유닛(100')(100")의 콘크리트(20) 상부면과 하부면이 서로 밀착되어 적층되어지되, 상기 강관의 상단부와 하단부에는 각각 상기 강관의 내주면을 노출시키는 홈(25)이 상기 강관의 내주면을 따라 형성되어 상기 두 강관유닛(100')(100")이 적층된 상태에서 상부와 하부의 상기 두 홈이 하나의 밀폐공간(S)을 형성하고, 상기 두 강관유닛(100')(100")의 강관(10) 연결부는 용접에 의해 일체로 결합하고, 상기 밀폐공간 내부로 그라우팅을 주입하여 전단력에 저항하도록 연결한 구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 조립식 교각은 콘크리트충진 강관교각의 장점을 그대로 살리면서도, 공장에서 정밀하게 제작된 CFT유닛을 운송하여 현장에서 간편하게 정밀 시공이 가능하다. 그러므로, 교각 단면의 감소, 거푸집의 불필요, 철근사용량의 최소화, 이에 따른 인건비 및 시공비용의 절약 등 경제적으로 유리한 효과가 있다.

Description

강관과 콘크리트 합성된 조립식 교각 및 그 시공방법{Bridge Post which is assembled by precasted units}

본 발명은 원통형의 중공 강관 내부에 콘크리트가 충진되어 이루어진 합성기둥 유닛을 수직으로 적층하여 제작되는 조립식 교각에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트가 강관 내부에 충진된 합성기둥 유닛이 수직으로 적층되는 조립식 교각에 있어서 각 합성기둥 유닛들의 접합부를 견고히 함으로써 조립시공방식의 장점인 공사기간 단축과, 철근 사용량을 최소화하고 거푸집을 사용하지 않음에 따른 경제성 향상, 그리고 휨모멘트에 대한 강성이 강하여 단면 및 자중을 줄이면서도, 조립식 교각의 접합부의 취성 파괴를 방지하도록 한 것이다.

교각 또는 기둥(Column)이란 축하중과 휨모멘트를 동시에 받는 부재로서, 크게 철근콘크리트교각과 합성교각으로 나뉠 수 있다.

철근콘크리트교각이란 종방향과 횡방향으로 철근을 배근하고 콘크리트를 부어 철근과 콘크리트가 일체로 되어 축하중과 휨모멘트에 저항하도록 한 교각으로서, 철근의 배근형태에 따라 띠철근교각과 나선철근교각이 있다.

합성교각은 콘크리트로 축하중에 저항하고 철구조물로 휨모멘트에 저항하도록 구성한 것으로서, 철골교각과 콘크리트충진 강관교각으로 나뉠 수 있다. 철골교각은 주로 H형강 또는 십자형강 등의 강재기둥을 콘크리트기둥 속에 매립하고 보강근과 후프를 사용한 것이며, 콘크리트충진 강관교각이란 원형 또는 주로 사각형의 강관 속에 콘크리트를 채워서 만든 것으로서 강관이 거푸집과 보강재의 역할을 하는 것을 말한다.

철근콘크리트교각은 서로 다른 물성을 갖는 콘크리트와 철근이 각각 압축재와 인장재로서 함께 사용되는 복합구조로서, 이는 콘크리트의 외면을 형성하도록 거푸집을 가설하고 이 거푸집 내에 철근을 배근한 뒤, 콘크리트를 주입하여 양생이 완료되면 거푸집을 제거하는 과정에 의해 이루어지는 것으로 토목, 건축구조물의 주종을 이루고 있다.

종래의 철근콘크리트 교각은 주로 현장타설 콘크리트 구조로 이루어져 왔으나, 거푸집의 설치 및 시공 후 거푸집의 탈형작업 등에서 많은 공사기간 및 경비가 소요될 뿐만 아니라, 교각의 시공위치에 따라서 고가도로 건설의 경우는 공사가 이루어지는 주변에 교통혼잡을 주며, 배수처리 능력을 요하는 수중공사 등과 같이 작업환경이 열악한 상황에서는 시공관리가 어렵고 부실시공의 우려가 상존하였다.

이러한 문제를 해결하기 위한 새로운 교각 시공방안으로서, 기초부 시공을 수행한 이후에 교각을 단위 구조물로 제작하여 적층하여 조립하는 시공방식(이러한 시공방식에 의해 제작된 교각을 '조립식 교각'이라 한다)이 최근 주목을 받고 있다.

이러한 조립식 교각의 시공에 따른 장점으로는 단위별로 프리캐스트 타입으로 제작된 구조물 즉, 프리캐스트 유닛은 공장에서 제작되므로 콘크리트의 품질관리가 유리하고, 프리캐스트 유닛을 연속적으로 제작하므로 인력관리 및 거푸집 전용에 유리하며, 프리캐스트 유닛제작을 기초부 공사와 병행해서 실시할 수 있으므로 현장 타설방식에 비해서 공기를 단축시킬 수 있다는 점을 장점으로 들 수 있다.

이와 같이 프리캐스트 유닛으로 제작되어 시공되는 조립식 교각의 시공은 대한민국 특허등록 제10-99113호(1996.02.03.등록)(이하 '종래기술1'이라 한다)에 나타난 바와 같다. 상기 종래기술1은, 교각의 높이에 따라 여러 프리캐스트 유닛으로 제작하여 상부 유닛의 하단면에는 볼록형태로 구성하고 이에 대응하는 하부유닛의 상단면은 오목형태로 구성하여 상호 조립하며, 휨모멘트에 의한 압축 또는 인장력, 축력, 전단력을 전달시키는 전단키를 볼록부와 오목부의 내부에 형성되도록 한 구성으로서, 상기 전단키는 중앙부의 전단키 홈에 외부로부터 그라우팅 구멍을 통해 그라우트를 주입시켜 연결하는 시공방법으로서 조립된다.

그러나, 상기 종래기술1은 볼록형태와 오목형태가 형성된 유닛 제작이 어려울 뿐만 아니라, 콘크리트재질의 프리캐스트 유닛의 자중 때문에 현실적으로 기중기를 이용하여 들어올릴 수 있는 무게로 제작하여야 하므로 고교각(高橋脚) 등의 시공시에는 너무 많은 유닛을 제작하여야 하는 문제점이 있다.

프리캐스트 유닛으로 제작되어 시공되는 조립식 교각의 시공에 관한 대한민국 특허등록 제10-0549649호(2006.01.31.등록)(이하 '종래기술2'라 한다)는, 운송 가능한 중량 및 높이를 가진 프리캐스트 철근콘크리트 교각유닛을 현장에서 조립한 후 강선에 의한 긴장력을 도입하여 보강한 조립구조를 가진 프리캐스트 조립구조에 의한 교각 구조물에 관한 것이다.

상기 종래기술2는 적층된 프리캐스트 철근콘크리트 교각유닛들 상호간의 의 결합력과 전단력 증대를 위해, 교각 내부에 강선을 삽입하여 긴장시킴으로써, 상기 적층된 프리캐스트 철근콘크리트 교각유닛에 압축력이 도입되도록 하여 교축방향으로의 전단력과 휨모멘트에 저항하도록 구성된다.

그러나, 상기 종래기술2와 같이 조립식 교각에 압축응력을 미리 도입함에 따라, 최대 압축허용응력을 저하시키는 요인으로 작용하게 되므로, 압축허용응력을 충분히 확보하기 위해서는 단면이 커질 수밖에 없고, 이에 따라 자중이 증가하는 문제점이 제기되고 있다.

이러한 종래기술2와 같은 조립식 교각의 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 콘크리트충진 강관(Concrete Filled Tube, 'CFT'이라고도 함)을 이용한 조립식 교각이 개발되었다. CFT(Concrete Filled Tube)라 함은 원형 혹은 각형 단면의 강관내부에 콘크리트를 충진한 구조를 말하는 것으로, 강성 있는 강관이 거푸집과 보강재의 기능을 겸하게 되므로, 구조적인 측면이나 시공상의 측면에서 많은 장점을 가질 뿐만 아니라, 콘크리트 코어가 강관의 국부적인 좌굴을 방지하여 내측방향의 변형이 억제되므로 구조적으로 강성이 증대되고, 콘크리트가 강관에 의해 구속되므로 더 큰 응력도와 변형도를 지지할 수 있어 콘크리트와 강재의 단순 누가 강도 이상의 강도 증진효과를 가지므로 결과적으로 큰 비용의 상승 없이도 기둥의 종국강도를 증가시키며 우수한 에너지 흡수능력을 가진다는 장점이 있고, 또 기존 콘크리트교각에 비해서 자중이 감소되는 장점이 있다.

이와 같은 장점을 갖는 콘크리트충진 강관(Concrete Filled Tube, 'CFT'이라고도 함)으로 이루어진 단일형 교각에 관한 대한민국 특허등록 제10-0666703호(2007.01.03.등록)(이하 '종래기술3'이라 한다)는, 충진되는 콘크리트와 강관과의 부착강도를 개선하기 위해, 강관의 내면에 길이방향으로 부착보강재(전단연결재)를 구비하여 콘크리트와 강관과의 합성작용을 극대화하도록 한 구성이다. 그러나, 종래기술3은 일체형으로 된 교각에 관한 기술로서, 높이가 큰 교각(高橋脚)의 경우에는 운송의 제약, 콘크리트의 충진밀도의 균일성 확보의 어려움 등으로 인해 그 상용화에 많은 애로가 있다.

콘크리트충진 강관유닛으로 제작되어 길이방향으로 적층 시공되는 조립식 교각의 시공에 관한 기술로서 대한민국 특허등록 제10-0713690호(2007.04.25.등록)(이하 '종래기술4'라 한다)가 공지된 바 있다. 상기 종래기술4는 외부강관과 내부강관의 사이에 콘크리트를 충진한 '강관-콘크리트의 합성'유닛을 적층하여 시공하는 조립식 교각으로서, 일반 조립식 교각의 시공상 장점은 물론, 중공 및 단면감소에 따른 자중 감소가 가능한 것을 목적으로 한다.

그러나, 종래기술4에 따른 조립식 교각은, 각 강관유닛 상호간의 연결부에서의 전단력 확보를 위해 '막대형 전단연결재'를 두 강관유닛의 접합면에 형성된 정착공 속에 삽입해야 할 뿐만 아니라, 외부강관의 접합부에 형성된 플랜지를 서로 체결해야 하는 등 두 강관유닛의 적층 시공에 많은 어려움이 상존하고 있다.

KR 10-0099113 B KR 10-0549649 B KR 10-0666703 B KR 10-0713690 B KR 10-0713692 B

이에 본 발명은 상기 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 콘크리트충진 강관(Concrete Filled Tube)으로 이루어진 조립식 교각에 있어서, 상기 조립식 교각의 접합부에서의 휨모멘트 강성과 전단저항력을 증대시키면서도 조립시공이 용이하도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 콘크리트충진 강관(Concrete Filled Tube)으로 이루어지는 강관유닛들이 수직으로 적층되어 상호 결합되어 이루어지는 조립식 교각에 있어서, 두 강관유닛(100')(100")의 콘크리트(20) 상부면과 하부면이 서로 밀착되어 적층되어지되, 상기 강관의 상단부와 하단부에는 각각 상기 강관의 내주면을 노출시키는 홈(25)이 상기 강관의 내주면을 따라 형성되어 상기 두 강관유닛(100')(100")이 적층된 상태에서 상부와 하부의 상기 두 홈이 하나의 밀폐공간(S)을 형성하고, 상기 두 강관유닛(100')(100")의 강관(10) 연결부는 용접에 의해 일체로 결합하고, 상기 밀폐공간 내부로 그라우팅을 주입하여 전단력에 저항하도록 연결한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 구성을 갖는 강관유닛을 수직으로 적층한 상태에서, 적층된 두 강관의 접합선 또는 겹쳐진 외측 경계선을 따라 용접하여 일체로 결합한 후에, 주입공(14)을 통해 상기 밀폐공간(S) 내부로 그라우팅을 주입함으로써 상기 조립식 교각의 접합부에서 휨모멘트 강성과 전단저항력 증대와 조립시공의 편의성을 동시에 확보할 수 있는 조립식 교각 시공방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 해결과제 및 그 해결수단들이 발명의 상세한 설명에서 더욱 구체적으로 설명될 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 조립식 교각은 콘크리트충진 강관교각의 장점을 그대로 살리면서도, 공장에서 정밀하게 제작된 CFT유닛을 현장에 운송하여 현장에서 간편하게 정밀 시공이 가능하다. 그러므로, 교각 단면의 감소, 거푸집의 불필요, 철근사용량의 최소화, 이에 따른 인건비 및 시공비용의 절약 등 경제적으로 유리한 효과가 있다.

또한, 종래기술3의 단점(일체형 교각의 문제점)과 종래기술4의 단점(강관 유닛의 체결작업의 어려움)을 동시에 해결이 가능하다.

도 1은 조립식 교각의 외형을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조립식 교각의 콘크리트충진 강관유닛을 도시한 사시도로서, 도 2의 [A]는 충실단면을 갖는 콘크리트충진 강관유닛을, 도 2의 [B]는 중공단면을 갖는 콘크리트충진 강관유닛을 각각 도시한 것이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트충진 강관유닛이 상하로 적층된 상태를 도시한 수직단면도이며, 도 3b는 본 발명의 변형 실시예에 따른 콘크리트충진 강관유닛이 상하로 적층된 상태를 도시한 수직단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조립식 교각의 콘크리트충진 강관유닛을 도시한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 조립식 교각을 위한 기초부 시공방법을 설명하는 수직 단면도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참고로 하여, 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 조립식 교각(1)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기초부(2)와 코핑부(3) 사이에 적층되는 하나 이상의 콘크리트충진 강관유닛(100)의 결합으로 구성된다.

상기 강관유닛(100)은 중공의 강관(10)의 내부에 콘크리트(20)가 충진되어 경화되어 이루어지는데, 상기 강관유닛들(100:100',100")은 그 길이방향으로 동일한 중심축선을 이루도록 적층된다.

상기 강관유닛(100)의 내부에 충진된 콘크리트(20)는 도 2a에 도시된 바와 같은 충실단면으로 구성될 수도 있으며, 도 2b에 도시된 바와 같은 중공단면으로 구성될 수도 있는데, 충진 콘크리트는 교각의 압축하중을 지탱하기 위해, 적층된 상부 강관유닛(100')의 콘크리트(20) 하부면과 하부 강관유닛(100")의 콘크리트(20) 상부면이 서로 긴밀하게 밀착되도록 구성된다. 이 때, 상기 두 콘크리트(20)의 밀착면에는 에폭시를 도포하여 결합력을 증대시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 조립식 교각을 구성하는 강관유닛(100)은, 특히 상기 강관(10)의 내주면을 노출시키는 홈(25)이 상기 강관(10)의 상단면과 하단면에 각각 상기 강관의 내주면을 따라 환형으로 형성되는 것에 특징이 있다.

상기 환형의 홈(25)은 후술하게 될 그라우팅 충진 공간이 될 뿐만 아니라, 강관의 연결부 용접시에 용접 열에 의해 충진 콘크리트가 손상되는 것을 차단하는 차단부로서의 기능을 하게 된다.

상기 환형 홈(25)의 단면 형상은 원호형 단면 또는 사각형 단면 등 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 상기 강관(10)의 내주면이 일정 높이로 노출되게 하면서 콘크리트의 표면적이 충분히 확보될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

조립식 교각을 적층하여 구성함에 있어서, 압축하중에 대해서는 강관 내부에 충진된 콘크리트(20)가 수직으로 긴밀하게 밀착되어 이루어지게 하여 압축하중에 충분히 저항할 수 있도록 구성할 수 있지만, 전단하중 및 휨모멘트에 대해 충분히 저항하도록 하기 위해서는 각 단위유닛 상호간의 접합부에 대한 상세한 설계가 요구된다.

본 발명에 따른 조립식 교각은 콘크리트충진 강관유닛을 상하로 적층한 후에 결합하는 방식으로서, 상기 홈(25) 내부에 그라우팅을 충진함으로써 경화된 그라우팅 고화물이 전단하중에 저항할 수 있도록 하고, 적층된 콘크리트충진 강관유닛의 외부 강관(10)을 용접으로 결합시킴으로써 휨모멘트에 충분히 저항할 수 있도록 구성된다.

종래기술4에서는 콘크리트충진 강관유닛을 서로 결합하기 위한 체결수단으로서, 강관의 상하 단부에 연결 플랜지를 형성하여 볼트로 체결하는 방식이 개시되어 있으나, 이러한 볼트 체결방식은 체결력에 대한 신뢰도가 낮을 뿐만 아니라 수작업에 따른 인건비 상승, 인장하중에 대한 취약성 등의 많은 문제점이 지적되고 있다.

이에 반해, 용접 체결방식은 체결신뢰도가 높고 특히 인장하중에 큰 내하력을 확보할 수 있다는 점에서 휨모멘트 저항에 매우 우수한 장점이 있다. 그러나, 콘크리트충진 강관의 외부면을 용접하는 경우, 용접과정에서 발생되는 고열에 의해 내부 충진된 콘크리트에 심각한 손상을 야기하게 된다. 콘크리트는 특히 고열에 취약하여 외부의 강관 용접 열에 의해 내부의 콘크리트 조직에 치명적인 영향을 미치게 되는 것은 물론, 용접 열이 콘크리트 내부로 급속히 열전도되기 때문에 용접 접합부에서 모재(강관 단부)가 충분히 용융되지 못해 용접 불량은 물론 용접부의 크랙 발생 등 용접부위에서도 심각한 문제가 발생된다.

본 발명은 콘크리트충진 강관유닛을 용접 체결방식으로 견고하게 결합하면서도 상기와 같은 용접 열에 의한 콘크리트 손상문제 및 용접부 불량문제를 해결하기 위해, 상기 콘크리트충진 강관유닛의 강관(10) 상단부 및 하단부 내주면을 노출시키도록 상기 강관(10)의 상단면과 하단면에 각각 상기 강관의 내주면을 따라 환형의 홈(25)을 형성한다.

상기 환형 홈(25)은, 상기 두 강관유닛(100')(100")이 적층된 상태에서, 상부 강관유닛의 하단부와 하부 강관유닛의 상단부의 밀착에 의해, 하나의 밀폐공간(S)을 이루게 된다.

특히, 상기 두 강관유닛이 상하로 적층되었을 때, 상기 강관의 연결부(상기 두 강관유닛의 강관(10) 끝단이 서로 맞닿아 적층되는 경우에는 그 접합선을 의미하며, 어느 한 강관유닛(100)의 강관(10) 끝단부가 인접한 강관유닛(100)의 강관(10) 끝단부와 겹쳐져서 적층되는 경우에는 그 외측 경계선을 의미함)가 상기 밀폐공간(S)의 높이 사이에 위치되도록 구성함으로써, 상기 연결부(접합선 또는 외측 경계선)를 용접하더라도 용접 열이 콘크리트로 직접 전달되지 않도록 하는 것에 본 발명의 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따른 조립식 교각은 상기 두 강관유닛(100)의 접합부에서의 전단 내하력을 확보하기 위해, 상기 연결부에 대한 용접작업이 완료된 후에, 상기 환형 홈(25) 내부에 그라우팅을 충진하여 경화시킴으로써, 경화된 그라우팅 고화물(이 고화물은 링(Ring) 형상을 가진다)이 전단연결부재로서 기능을 수행하도록 한다. 상기 경화된 그라우팅 링(고화물)은 교각의 콘크리트 외주면을 따라 환형으로 구성되므로, 전단저항 단면적을 최대로 확보할 수 있다.

본 발명에 따른 조립식 교각용 강관유닛(100)은 상기 환형 홈(25) 내부에 그라우팅을 충진하기 위해, 상기 강관의 상단부와 하단부에는 각각 상기 강관의 외부에서 상기 밀폐공간 내부로 관통하는 주입공(14)이 다수개 형성되어 이루어진다.

상기 주입공(14)은, 상기 두 강관유닛(100')(100")이 적층되어 상부 강관유닛의 하단부와 하부 강관유닛의 상단부가 밀착된 상태에서, 상기 밀폐공간(S)과 통하도록 구성된다. 예를 들어, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 두 강관유닛의 강관(10) 끝단이 서로 맞닿아 적층되는 경우에는 그 접합선상에 주입공이 형성되도록 구성할 수도 있으며, 어느 한 쪽의 강관에 또는 두 강관 모두에 각각 1~2개의 주입공을 각각 형성할 수도 있다. 또한, 어느 한 강관유닛(100)의 강관(10) 끝단부가 인접한 강관유닛(100)의 강관(10) 끝단부와 겹쳐져서 적층되는 경우에는 겹쳐진 두 강관을 동시에 관통하도록 주입공을 형성한다.

도 2의 [A]는 본 발명의 일실시예에 따른 조립식 교각의 콘크리트충진 강관유닛을 도시한 사시도로서, 강관유닛(100)의 내부에 충진된 콘크리트가 충실단면을 갖도록 형성한 실시예를 도시한 것이며, 도 2의 [B]는 본 발명의 변형 실시예로서 강관유닛(100)의 내부에 충진된 콘크리트가 중공부(H)를 갖는 중공단면의 실시예를 도시한 것이다.

그리고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트충진 강관유닛이 상하로 적층된 상태를 도시한 수직단면도로서, 도 3a는 상부 강관유닛(100')의 강관 하단면과 하부 강관유닛(100")의 강관 상단면이 맞닿은 상태로 적층된 구조를 도시한 것이며, 도 3b는 상부 강관유닛(100')의 강관 하단부의 외경을 축경하여, 하부 강관유닛(100")의 강관 내부로 삽입되면서 적층되는 구조를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 조립식 교각은 상하부 강관유닛이 그 길이방향으로 동일한 중심축선이 되게 적층된 상태에서 두 강관유닛(100')(100")의 콘크리트(20)의 상부면과 하부면은 서로 밀착되고, 상부 강관유닛의 하부면에 형성된 홈과 하부 강관유닛의 상부면에 형성된 홈이 하나의 밀폐공간(S)을 이루도록 구성되는 조건이면 충분하다.

나아가, 본 발명에 따른 조립식 교각의 강관유닛(100)은, 하부 강관유닛의 상단부에 상부 강관유닛을 더욱 편리하게 적층할 수 있도록 안내하고 두 강관유닛 사이의 결합력을 증대시키기 위해,

상기 강관(10) 상단부 또는 하단부의 외주면에, 상기 강관의 길이방향으로 다수 개의 연결브라켓(15)을 형성하는 것이 바람직하다. 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조립식 교각의 콘크리트충진 강관유닛을 도시한 사시도로서, 상기 연결브라켓(15)이 상기 강관(10) 어느 한 단부 외주면에 일체로 결합된 것을 나타낸 것이다.

4에 도시된 바와 같이, 상기 연결브라켓(15)은 상기 강관(10)의 단부에서 길이방향으로 더 연장되도록 구성하고, 상기 연결브라켓(15)의 상단 내측면은 외측으로 경사지되도록 구성하여, 상부 강관유닛을 인양하여 하부 강관유닛의 상단부에 적층시킬 때, 상부 강관유닛이 상기 연결브라켓(15)의 경사면을 따라 정확한 위치에 안착될 수 있도록 한다.

또한, 상기 연결브라켓(15)의 중간부 내측면은 상부 강관유닛(100')의 강관(10') 외주면에 밀착되게 구성하여, 상부 강관유닛이 하부 강관유닛의 상단부에 정확히 안착된 후에, 하부 강관유닛의 연결브라켓(15)과 상부 강관유닛의 밀착부를 용접으로 결합하는 것도 가능하다. 이 때, 용접부위는 상기 밀폐공간(S)의 상부 높이를 벗어나지 않도록 유의할 필요가 있다. 이와 같이 상기 연결브라켓(15)은 상기 두 강관유닛(100)의 접합력을 증대시키는 보조 결합부재로서의 역할까지 겸할 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 조립식 교각의 시공방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 조립식 교각의 시공방법은, 중공의 강관(10)의 내부에 콘크리트(20)가 충진되어 경화된 콘크리트충진 강관유닛들(100,100',100",..)을, 교각의 기초부(20)와 교각 코핑부(30) 사이에 하나 이상 적층하여 상호 결합시켜 시공하는 조립식 교각의 시공방법에 있어서,

상기한 구성을 갖는 두 강관유닛들(100',100")을 길이방향으로 동일한 중심축선이 되도록 적층(단계 S1)한 후에,

상기 두 강관유닛(100)의 강관(10) 연결부를 따라 용접하여 두 강관유닛들(100',100")을 일체로 결합(단계 S2)한다.

그리고, 상기 강관유닛의 주입공(14)을 통해 상기 강관의 외부에서 상기 밀폐공간(S) 내부로 그라우팅을 주입하여 경화(단계 S3)하는 방법으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 교각을 위한 기초부 시공방법은 다양한 형태로 구현이 가능할 것이나, 기초부와의 결합을 용이하게 하기 위하여 본 발명에 따른 조립식 교각은 기초부 강관유닛(110)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 일반적으로 교각은 기초부에서 특히 큰 휨모멘트와 전단하중을 받게 되는데, 본 발명에 따른 기초부 강관유닛(110)은 이러한 휨모멘트와 전단하중에 대한 저항력을 극대화하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이 구성되는 것이 바람직하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 콘크리트충진 강관의 하단부에 플랜지가 형성된 기초부 강관유닛(110)을 별도로 구비하는 것이 특히 바람직하다. 상기 기초부 강관유닛(110)의 상단부에는, 위에서 설명한 바와 같이, 강관의 내주면을 노출시키는 홈(25)을 형성하여, 기초부 강관유닛(110)의 상단부에 적층된 강관유닛(100)과 결합이 가능하도록 구성한다.

또한, 상기 기초부 강관유닛(110)의 하단부에도 강관의 내주면을 노출시키는 홈(125)을 형성하여, 주입공(115)을 통해 그라우팅(118)을 충진하여 경화시킴으로써 상기 경화된 그라우팅 링(118)에 의해 전단 저항력을 충분히 확보하도록 한다.

특히, 현장 타설된 기초부 콘크리트(2)에 앵커를 매립하고, 이 앵커에서부터 기초부 강관유닛(110)의 상단부까지 연장되는 강선(111)을 상기 기초부 강관유닛(110)을 상하로 관통시켜 삽입한 후, 상기 강선(111)을 긴장시켜 기초부 강관유닛(110)에 압축응력을 도입함으로써 기초부 강관유닛과 기초부 사이에 전단저항력과 휨모멘트 저항력을 극대화시키는 것도 가능하다.

이와 같이, 간단한 작업공정에 의해 콘크리트충진 강관유닛들을 견고하게 결합할 수 있으므로, 그 접합부에서 휨모멘트 강성과 전단저항력 증대와 조립시공의 편의성을 동시에 확보할 수 있어, 교량 시공기술분야에서 유용하게 상용화가 가능하다.

1: 교각
2: 기초부
3: 코핑부
100(100',100",..): 콘크리트충진 강관유닛
10: 강관, 14: 주입공, 15: 연결브라켓
20: 콘크리트, 25: 홈, T: 수직 철근
110: 기초부 강관유닛

Claims

중공의 강관(10)의 내부에 콘크리트(20)가 충진되어 경화된, 콘크리트충진 강관유닛들(100; 100',100",..)이 수직으로 적층되어 상호 결합되어 이루어지는 조립식 교각에 있어서,
상기 강관유닛들 중에서 서로 인접하여 적층되는 두 강관유닛(100')(100")의 콘크리트(20)의 상부면과 하부면은 서로 밀착되도록 구성하되, 상기 강관의 상단부와 하단부에는 각각 상기 강관의 내주면을 노출시키는 홈(25)이 상기 강관의 내주면을 따라 환형으로 형성되며;
상기 두 강관유닛(100')(100")이 적층된 상태에서, 상기 두 강관유닛의 상부와 하부에 각각 형성된 상기 두 홈이 하나의 밀폐공간(S)을 이루도록 구성되며;
상기 강관의 상단부와 하단부에는 각각 상기 강관의 외부에서 상기 밀폐공간 내부로 그라우팅을 주입하기 위한 주입공(14)이 다수개 형성되어 이루어지며;
적층된 상기 두 강관유닛(100')(100")의 강관(10) 연결부는 용접에 의해 일체로 결합되고,
상기 두 강관유닛의 강관(10) 끝단이 서로 맞닿아 적층되는 경우에는 그 접합선이,
상기 두 강관유닛 중의 어느 한 강관유닛의 강관(10) 끝단부가 인접한 강관유닛의 강관(10) 끝단부와 겹쳐져서 적층되는 경우에는 그 외측 경계선이,
상기 밀폐공간(S)의 높이 사이에 위치되어, 상기 접합선 또는 외측 경계선이 용접에 의해 일체로 결합되며,
서로 인접하여 적층되는 두 강관유닛 중의 어느 한 강관유닛의 강관(10) 상단부 또는 하단부의 외주면에는, 상기 강관의 길이방향으로 다수 개의 연결브라켓(15)이 형성되어 이루어지고,
상기 연결브라켓은 상기 강관(10)의 단부에서 더 연장되어 형성되며,
상기 연결브라켓(15)의 상단 내측면은 외측으로 경사지게 구성되고,
상기 연결브라켓(15)의 중간부 내측면은 연결되는 인접 강관유닛(100')의 강관(10') 외주면에 밀착되도록 구성하고,
상기 강관유닛의 하단부에 플랜지가 형성된 기초부 강관유닛(110)을 더 구비하고,
상기 기초부 강관유닛(110)의 상단부에 홈(25)을 형성하여 상기 기초부 강관유닛(110) 상단부에 적층되는 강관유닛(100)과 결합이 가능하고,
상기 기초부 강관유닛(110) 하단부에도 홈(125)을 형성하여 주입공(115)을 통해 그라우팅(118)을 충진하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 조립식 교각.
중공의 강관(10)의 내부에 콘크리트(20)가 충진되어 경화된 콘크리트충진 강관유닛들(100; 100',100",..)을, 교각의 기초부(20)와 교각 코핑부(30) 사이에 하나 이상 적층하여 상호 결합시켜 시공하는 조립식 교각의 시공방법에 있어서,

서로 인접하여 적층되는 두 강관유닛이 서로 적층된 상태에서, 어느 한 강관유닛의 콘크리트(20) 상부면이 인접한 강관유닛의 콘크리트(20) 하부면에 밀착되도록 구성되고,
상기 강관의 상단부와 하단부에는 각각 상기 강관의 내주면을 노출시키는 홈(25)이 상기 강관의 내주면을 따라 형성되고,
상기 다수의 강관유닛들 중에서 서로 인접한 두 강관유닛(100')(100'')이 서로 적층된 상태에서, 상기 두 강관유닛의 상부와 하부에 각각 형성된 상기 두 홈이 하나의 밀폐공간(S)을 이루도록 구성되며,
상기 강관의 상단부와 하단부에는 각각 상기 강관의 외부에서 상기 밀폐공간 내부로 그라우팅을 주입하기 위한 주입공(14)이 다수개 형성된 두 강관유닛들(100',100")을 길이방향으로 동일한 중심축선이 되도록 적층하는 단계(S1);

상기 두 강관유닛의 강관(10) 끝단이 서로 맞닿아 적층되는 경우에는 그 접합선을, 어느 한 강관유닛의 강관(10) 끝단부가 인접한 강관유닛의 강관(10) 끝단부와 겹쳐져서 적층되는 경우에는 그 외측 경계선을 따라 용접하여 두 강관유닛들(100',100")을 일체로 결합하는 단계(S2);

상단부에는 강관유닛(100)과 결합되는 홈(25)을 구비하고, 하단부에는 하단부에는 내주면을 노출시키는 홈(125)을 구비한 기초부 강관유닛(110)을 상기 강관유닛(100) 하부에 구비하여, 상기 주입공(14)을 통해 상기 강관의 외부에서 상기 밀폐공간(S) 내부로 그라우팅을 주입하는 단계(S3);를 갖는 것을 특징으로 하는 조립식 교각의 시공방법.
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