KR101335382B1 - 내부힌지를 활용한 복합트러스 거더교의 시공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경량의 트러스 형상의 강부재를 교각위에 미리 거치한 다음, 캔내부힌지를 활용해 장경간의 복합트러스 거더교를 시공하는 공법개발에 관한 것이다. 보다 상세히는, 크레인을 이용해 경량의 트러스 강부재를 경간장에 맞춰 일괄거치 또는 교각에서부터 경간중앙부를 향해 순차적으로 거치해나가는 방법을 통해 일단 트러스 강부재가 교량전체에 걸쳐 연속된 구조계를 형성토록 하고, 그런 다음 교각과 복합트러스 거더와의 결합방식에 따라 트러스 강부재에 설치하는 내부힌지의 개수와 위치를 달리해가면서 교량을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 복합트러스 거더를 구성하고 있는 강재와 콘크리트의 재료사용효율을 구조특성에 맞게 극대화할 수 있는 시공법 개발에 있다.

Description

내부힌지를 활용한 복합트러스 거더교의 시공법{Constrution method of Prestressed Composite Truss girder with internal hinge structure}
본 발명은 경량의 트러스 형상의 강부재를 교각위에 미리 거치한 다음, 이를 활용해 장경간의 복합트러스 거더교를 시공하는 공법개발에 관한 것이다. 보다 상세히는, 크레인을 이용해 경량의 트러스 강부재를 경간장에 맞춰 일괄거치 또는 교각에서부터 경간중앙부를 향해 순차적으로 거치해나가는 방법을 통해 일단 트러스 강부재가 교량전체에 걸쳐 연속된 구조계를 형성토록 하고, 그런 다음 교각과 복합트러스 거더와의 결합방식에 따라 트러스 강부재에 설치하는 내부힌지의 개수를 달리해가면서 교량을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 복합트러스 거더를 구성하고 있는 강재와 콘크리트의 재료사용효율을 구조특성에 맞게 극대화할 수 있는 시공법 개발에 있다.
본 발명에서 대상으로 하는 복합트러스 거더교는 충복구조의 콘크리트 거더교의 자중을 경감하기 위해 복부와 상부플랜지를 트러스 형상의 강부재로 변환시켜 교각위에 거치시켜 원하는 구조계를 먼저 형성한 다음, 강부재의 상현강재를 콘크리트 바닥판과 합성시키는 것을 주요특징으로 하는 구조형식이다.
산악지역의 계곡부 또는 기존교량이나 도로를 횡단하는 곳에 교량이 놓이게 될 경우에는 100m이상의 긴 경간장이 필요함과 동시에 교량건설에 필요한 건설자재의 공급 및 건설장비 운용 등의 요인으로 인해 평형캔틸레버공법(Balanced Free Cantilever Method)이라고 불리는 특수한 가설공법이 많이 사용된다.
평형캔틸레버공법은 먼저 교각을 시공하고, 시공된 교각의 양쪽에 이동작업차를 부착하여 경간중앙부를 향해 대칭성을 유지하면서 순차적으로 교량을 가설해 나가는 방법으로써, 자재공급은 주로 교각부에 설치한 타워크레인을 통해 이루어지며, 이동작업차의 비용절감과 구조안전성 확보를 위해 한번에 거더높이에 해당하는 길이만큼씩 거더를 제작해 나가는 것을 주요 특징으로 하고 있다.
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앞서 기술한 바와 같이, 평형캔틸레버공법은 가설조건이 비교적 열악한 곳에 장경간 교량을 가설할 때 주로 적용되는 공법으로써, 캔틸레버 구조로 가설되는 마지막 단계에서 마주하는 두 거더를 연결하여 연속구조계로 전환시키는 작업이 필요하다. 이때, 마주하는 두 거더를 원활히 연결하기 위해서는 각 거더 끝단높이를 동일하게 유지되도록 하는 시공 중의 캠버관리작업이 필요하지만, 두 거더를 구성하고 있는 콘크리트의 재료균질성을 항상 동일하도록 확보하는 것이 쉽지 않고, 이 결과 양끝단에서 두거더사이의 높이차가 발생하고, 여기에 일교차로 인한 거더의 온도변형이 더해져 두 거더간의 높이차가 더 늘어나게 되는데, 이를 보정하기 위한 수단이 마땅치 않아 거더연결에 많은 비용과 공기가 소요되는 문제점을 갖는다.
복합트러스 거더는 하현재 콘크리트의 제작전까지는 구조체로서 외력에 저항하는 역활을 하지 못하기에 평형캔틸레버공법으로 거더를 시공하기 위해서는 이동작업차가 강부재들을 일시적으로 지지할 수 있는 기능을 구비하고 있어야 하며, 게다가 이동작업차는 시공이 완료된 트러스 격점에 안전하게 지지되어야 하기에 종래의 콘크리트 박스거더에 사용되는 이동작업차에 비해 형상과 운영방식이 다소 복잡해지는 문제점을 갖는다.
종래의 복합트러스 거더를 캔틸레버 공법으로 시공할 때에 이동작업차 갖추어야 하는 기능과 작업내용을 설명하기 위하여 기존공법에 사용되는 전형적인 이동작업차(1)의 사시도를 도 1에 나타내었다. 철근이나 콘크리트와 같이 상대적으로 크기가 작고, 공급이 용이한 재료와는 달리 이미 고정된 형상의 큰 치수의 강부재(2)를 이동작업차 내로 공급하기 위한 호이스트(3)와 같은 별도의 기계장치가 필요하고, 강부재의 조립과 용접을 위한 지지시설(4)들이 구비되어야 하므로 이동작업차의 제작비용이 크게 늘어나게 된다.
또한, 복합트러스 거더의 가장 큰 장점은 종래의 콘크리트 거더와 비교해 시공중의 자중이 대폭 가벼워진다는 것을 들 수 있는데, 반대로 이러한 구조특성상의 장점이 캔틸레버 공법으로 시공될 때에는 오히려 공사비를 증가시키는 요인이 되기도 한다. 바닥판 콘크리트 합성전의 복합트러스 거더의 콘크리트 단면적은 종래의 콘크리트 박스거더의 약 20%밖에 되지 않기에, 비록 한 격점단위로 하현재 콘크리트를 시공해 나가더라도 1회 소요되는 콘크리트량이 통상의 콘크리트 박스거더의 30~40%정도로, 콘크리트 치기에 소요되는 펌프카 등의 건설장비 비용이 크게 상승하게 된다. 이 문제를 해결하기 위해서는 한번에 최소 두 격점 이상으로 하현재 콘크리트를 시공하는 것이 필요하지만, 이로 인해 이동작업차가 대형화되고, 결과적으로 초기건설비용의 상승을 초래한다.
한편, 복합트러스 거더의 강부재는 서로간의 용접을 통해 구조적 일체화가 이루어지는데, 이동작업차 위에서 수행되는 주요 작업중의 일부가 바로 이 용접과 관련된 것이다. 강부재의 용접을 위해서는 조립->조립검수->용접->비파괴 검사->현장도장 등의 세부작업이 수반되며, 고공에서 이러한 작업수행은 교량가설공기를 결정하는 중요변수가 된다. 결국 강부재의 용접관련 작업을 줄이는 것이 공기단축에 있어서 가장 큰 역활을 하며, 공기단축을 위해서는 1회 시공되는 강부재 세그멘트 길이를 길게하는 것이 바람직하지만, 강부재 세그먼트의 길이가 길어지면 이동작업차 내부로의 강부재 공급 및 이동작업차의 대형화로 건설비용이 증가되는 문제가 발생한다.
캔틸레버 가설공법은 주로 교량가설여건이 주변환경에 많은 제약을 받는 곳에 주로 적용된다. 특히, 산악의 계곡부에 교량이 가설되는 경우에는 30m이상의 고교각이 요구되며, 이 경우 거더와 교각을 강결로 하는 라멘구조형식이 많이 채용된다. 라멘구조의 가장 큰 장점은 교량받침이 필요치 않아 유지 관리가 용이하며, 캔틸레버 시공시의 불균형모멘트를 교각이 분담할 수 있다는 것을 들 수 있다.
하지만, 복합트러스 거더의 연속화가 이루어진 후의 경간중앙부에는 연석 및 포장 등에 의한 추가고정하중, 콘크리트의 크리프로 인한 단면력의 재분배, 일교차로 인한 온도구배, 활하중의 재하 등의 요인으로 인해 경간중앙부에서 콘크리트 하현재에 인장력이 발생하게 되는데, 이로 인해 유해한 콘크리트 균열이 생기지 않도록 하기 위해서는 인장력이 생기는 영역의 콘크리트 하현재에 소정의 프리스트레스력을 도입하는 것이 필요하다. 이때, 거더와 교각이 구조적으로 일체화 되어 있으면 하현재에 도입되어야 하는 프리스트레스힘의 수평성분이 교각에 의해 구속을 받게 되어, 긴장재를 수평한 직선형태로 배치하여 인장력이 발생되는 영역의 콘크리트 하현재에 소정크기의 선행압축력을 도입하는 것이 어려워진다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 기존의 캔틸레버 가설공법에서는 긴장재를 연속한 다각형 형상으로 교량 전구간에 걸쳐 배치, 긴장재의 수직편향력을 이용하여 콘크리트 하현재에 선행압축력이 도입되도록 하고있다. 하지만, 밀실의 콘크리트 박스거더교와는 달리 거더내부가 외기에 노출되는 복합트러스 거더에서 수직편향력을 갖도록 긴장재를 배치하면 긴장재의 상당부분이 외부에 노출되는 현상이 불가피하게 발생하며, 노출된 긴장재를 보호하기 위한 설비가 추가로 요구됨은 물론이고 경관상으로도 바람직하지 못한 결과를 초래한다.
또한, 도 2에 나타낸 것과 같이, 최외측 측경간장이 내측경간장(L)의 70~80%정도인 다경간 연속구조의 복합트러스 거더를 일시에 가설되는 것으로 가정하였을때 생기는 단면력은 중간지점부에 생기는 최대 부(-)의 휨모멘트에 비해 경간중앙부에 생기는 최대 정(+)의 휨모멘트가 약54%(=0.0442/0.0822)내외가 된다.
하지만 상기와 동일한 경간구성을 갖는 교량을 캔틸레버 공법으로 가설하게 되면, 도 3에 나타낸 것과 같이 경간중앙부의 최대 정모멘트가 중간지점부의 최대 부모멘트의 약 18% (=0.0254/0.1394)밖에 안되는 현상이 발생된다. 한 교량내에서 최대 정모멘트와 최대 부모멘트의 절대크기가 큰 차이를 나타낼 때 생기는 주요 문제점은 트러스 상현재를 구성하는 강판의 두께가 위치에 따라 현저한 차이를 나타내는 것이다.즉, 부모멘트 영역에는 매우 두꺼운 강판사용이 요구되고, 반대로 정모멘트 구간에는 상대적으로 얇은 강판을 사용하여도 응력상 여유가 남게 되는 등의 불합리한 현상이 발생될 뿐만 아니라, 두께가 다른 강판을 서로 용접할 때에는 두께차가 일정범위 내에 있어야 하는 도로교 설계기준의 규정으로 인해 응력상 필요한 것보다 두꺼운 강판을 사용하여야 함에 따라 거더제작에 소요되는 강재량이 늘어나는 문제가 발생한다.
한편, 도 4에 나타낸 것과 같이, 중간교각을 중심으로 0.15L 위치에 게르버 형식의 내부힌지를 설치한 조건에서 가설을 하게 되면, 경간중앙부의 최대 정모멘트가 중간지점부의 최대 부모멘트의 약 83%(=0.0528/0.0638)정도로, 앞선 도 2와 도3에 나타낸 두 구조계 상태에 비해 단면력의 크기가 차이나는 현상을 대폭 개선할 수 있다.
이상에서 기술한 바와 같이, 복합트러스 거더를 종래의 평형캔틸레버 공법을 통해 하나 내지 두개의 격점단위로 순차적으로 시공하게 되면, 연속구조계 전환시의 마주보는 두 거더선단에서의 높이단차 발생문제, 현장용접으로 인한 가설공기 지연, 이동작업차 및 타워크레인의 대형화로 인한 건설비용증가, 콘크리트 치기시의 장비사용 효율성 저하, 외기에 노출되는 긴장재의 사용, 강판두께차이로 인한 소요강재량의 증가라는 문제점 등이 발생하는데, 본 발명에서는 이러한 문제점들을 효율적으로 해결할 수 있는 가설공법을 제공하는 것을 주요 해결과제로 한다.
종래공법이 가지는 전술한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 복합트러스 거더의 캔틸레버 가설공법에서는 먼저 마주하는 두 거더 선단에서의 높이차가 생기는 문제를 근본적으로 해소하기 위하여 재료의 균질성 확보가 용이하고, 공장에서 가조립을 통해 제작정도를 미리 확인할 수 있는 트러스 형상의 강부재를 교량전체에 걸쳐 크레인을 이용해 거치하여 연속구조계를 형성시킨다. 강부재를 통한 구조적 연속성이 확보된 상태에서 이동작업차를 이용해 하현재 콘크리트를 구조계 특성에 맞게 순차적으로 시공해나가는 것을 통해 종래의 캔틸레버 가설공법에서 문제가 되었던 시공 중의 캠버관리 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.
또한, 격점단위로 제작된 강부재 세그먼트를 이동작업차내에서 용접함에 따라 발생되는 공기지연 문제는 경량의 트러스 형상의 강부재를 지상에서 미리조립한 다음 크레인을 이용해 교각위에 일괄거치 또는 20m길이 정도의 세그먼트를 별도의 용접공정없이 내민보 구조계 상태로 순차적으로 결합해 나가면서 연속구조계를 형성시키는 방법을 통해 해결할 수 있다.
이때 세그먼트 단위로 제작된 트러스 강부재는 상현재는 핀형연결구조로 결합하고, 복부재와 하현재가 결합되는 하부격점은 교각측에 미리 거치된 트러스 강부재의 하현격점위에 단순지지구조로 거치시키는 것을 통해 트러스 구조로써의 힘의 전달이 이루어지도록 함으로써 별도의 현장용접없이도 트러스 강부재를 연속적으로 거치해 나가는 작업을 수행할 수 있다. 이러한 방법을 통해, 트러스 강부재가 교량전체에 걸쳐 외력에 저항할 수 있는 일체화된 구조계를 먼저 형성하게 되면, 상기 트러스 강부재에 소정길이의 이동작업차를 매달아 콘크리트 하현재를 순차적으로 시공해 나가는 것이 가능해진다.
한편, 종래의 캔틸레버 공법을 이용한 복합트러스 거더의 시공에 있어서의 가장 중요한 구조적 장점은 거더가설중에 거더자중과 작업하중으로 인해 생기는 단면력을 강재로 된 상현재가 인장력에 저항하고, 콘크리트 하현재가 압축력에 저항하도록함으로써 인장에 강한 강재와 압축에 강한 콘크리트의 재료특성을 최대한 활용할 수 있다는 것에 있으며, 이 결과 캔틸레버 구조로 거더를 가설하는 동안에는 콘크리트 하현재에 별도의 프리스트레스힘을 도입하지 않아도 된다는 것에 있다.
이러한 복합트러스 거더의 구조적 특성을 살리기 위하여, 본 발명에 따른 가설공법에서는 트러스 강부재의 거치가 완료되면, 교각과 강부재를 강결시키기 위하여 교각부 거더격벽을 시공하여 강부재와 거더격벽을 일체로 한 다음, 교각상부에 매입한 고강도 강봉을 통해 거더격벽과 교각이 강결구조가 되도록 한다.
교각과 트러스 강부재가 강결상태로 연결되고 난 다음, 경간중앙의 트러스 강부재의 하현재를 서로 분리시켜 회전변형에 대한 구속작용이 해제되는 내부힌지를 형성시킨다. 각 경간중앙점에 내부힌지가 형성되면 교각부에서 경간중앙부로 이동작업차를 순차적으로 이동시키면서 콘크리트 하현재를 제작할 때 발생되는 외적단면력을 트러스 강부재의 상현재의 인장저항과 기 시공된 콘크리트 하현재의 압축저항으로 각각 대응할 수 있게 되므로 종래의 캔틸레버 가설공법이 지녔던 구조적 장점을 그대로 활용할 수 있다. 여기에다, 캔틸레버 구조로 가설하는 동안에 경간중앙점에서 마주하는 두 거더가 트러스 강부재의 상현재에 설치된 핀형 내부힌지로 연결되어 있어 하현재 콘크리트의 재료의 비균질성과 일교차로 인한 거더단차 발생을 근본적으로 차단할 수 있다.
한편, 외부에 노출되는 긴장재의 사용과 위치에 따라 상현재를 구성하는 강판두께차가 현저해지는 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 복합트러스 거더의 가설공법에서는 트러스 강부재를 캔틸레버 구조로 순차적으로 거치한 다음, 교각중심으로부터 양쪽으로 내측경간장(L)의 0.1~0.2L에 해당하는 위치에 게르버형 내부힌지를 각각 설치하도록 한다. 다경간 연속거더교에서 교각을 중심으로 양쪽으로 각각 1개소씩 게르버형 내부힌지를 설치하게 되면 교각에서 내부힌지가 설치된 구간까지는 모든 외적작용에 대해 부모멘트만 발생하게 되는 캔틸레버 구조계가 형성되며, 내부힌지 사이에 위치한 경간중앙부는 모든 외적작용에 대해 정모멘트만 발생하게 되는 단경간 구조계가 형성된다.
본 발명에 따른 내부 힌지를 활용한 복합트러스 거더의 시공법은 종래의 가설공법에 비해 다음의 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 종래의 캔틸레버 공법에 의한 복합트러스 거더시공시의 이동작업차가 필수적으로 구비해야 하는 강부재 조립 및 설치를 위한 이동장치와 지지구조가 필요치 않게 되므로 이동작업차의 구조가 크게 간소화되고, 이 결과로써 이동작업차 제작비용이 절감되고, 가설공기도 단축된다.
둘째, 트러스 강부재의 거치가 완료되고 나면 교량전구간에 걸쳐 거더사이의 연직방향 단차발생이 근본적으로 방지되므로, 종래의 캔틸레버 가설공법에서의 가장 큰 현안이었던 시공중의 캠버관리 문제가 해결된다.
셋째, 종래의 캔틸레버 가설공법에서는 거더제작에 필요한 모든 자재를 교각에 설치한 타워크레인 또는 지상에 설치한 크레인을 통해 제공하여야만 하고, 더불어 작업자의 동선확보를 위한 별도의 간이승강기를 교각에 설치하는 것이 필요하였지만, 본 발명에 따른 따른 시공법에서는 트러스 강부재의 거치가 완료되면 양쪽 교대부로부터의 자재공급 및 작업자 이동이 가능하므로, 기존에 비해 휠씬 더 빠르고 안전하게 공사를 진행할 수 있다.
넷째, 종래의 캔틸레버 가설공법에서는 외부 노출형 긴장재를 교량 전구간에 걸쳐 다각형상으로 배치한 다음에 상부 콘크리트 바닥판 시공전과 후의 두차례에 걸쳐 나누어 긴장력을 도입하고 있지만, 본 발명에 따른 시공법에서는 콘크리트 내부에 매입되는 직선의 긴장재를 통해 콘크리트에 인장력이 생기는 구간에만 단 한차례에 걸쳐 프리스트레스힘을 도입할 수 있기에, 프리스트레싱 도입에 따른 작업이 간소화되어 공기를 단축시킬 수 있고, 동시에 외부에 노출되는 긴장재를 사용하지 않아도 되므로 유지관리성와 미관성도 개선된다.
다섯째, 본 발명에서 제공하는 게르버형 내부힌지의 구조특성을 활용하면, 교각부의 최대부모멘트와 경간중앙부의 최대 정모멘트의 절대 크기차이를 설계자의 의도에 따라 임의로 조절될 수 있어 사용강판의 두께의 적절한 배분이 가능하고, 중간지점부 구간의 바닥판 콘크리트를 하현재 콘크리트의 시공과 병행하여 시공할 수 있기에 공기를 단축할 수 있고, 인장력이 발생되는 구간의 콘크리트 내부에 직선형상의 긴장재를 콘크리트 내부에 배치하여 교각의 간섭작용 없이 원하는 수준의 프리스트레스힘을 효율적으로 도입할 수 있다.
제1도는 종래의 캔틸레버 가설공법에 사용되는 이동작업차의 사시도.
제2도는 연속보 구조계 상태로 가설될 때의 휨모멘트 분포도.
제3도는 캔틸레버 구조로 가설될 때의 휨모멘트 분포도.
제4도는 게르버 힌지조건으로 가설될 때의 휨모멘트 분포도.
제5도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동작업차의 사시도.
제6도와 제7도는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내측경간중앙에 핀형 내부힌지를 구비한 복합트러스 거더교의 시공순서도.
제8도와 제9도는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 게르버형 내부힌지를 구비한 복합트러스 거더교의 시공순서도.
제10도는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 핀형 내부힌지 구조 상세도.
제11도는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 하현격점 가체결을 위한 구조상세도.
제12도는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 게르버형 내부힌지 구축을 위한 하현격점의 구조상세도.
제13도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상현재 격점구간에 구비되는 게르버 구조성능을 갖는 핀형 내부힌지 구조상세도.
제14도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트러스 강부재 하부수평재에 구비되는 고장력볼트를 사용한 가체결 구조상세도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합트러스 거더교의 시공법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동작업차(5)의 구성요소를 나타내는 사시도이다. 도 5로부터 알 수 있듯이, 콘크리트 하현재(6)의 시공을 위한 이동작업차를 트러스 강부재의 상현재(7)에 직접 지지시키는 것을 주요 특징으로 한다. 종래의 캔틸레버 가설공법에 사용된 이동작업차(도1)에서 요구되는 강부재 설치 및 영구조립시설 등이 필요치 않게 됨에 따라 구조가 크게 간소화 됨을 알 수 있으며, 또한 먼저 저항구조계가 형성된 트러스 강부재의 상현재에 이동작업차를 직접지지시킬 수 있어 1회당 시공할 수 있는 콘크리트 하현재의 길이가 종래공법에 비해 2배 이상 길어질 수 있다. 또한, 해당구간의 콘크리트 하현재 시공이 완료되면 트러스 강부재에 레일(8)을 부착하여 이동작업차(5)를 이동시킬 수 있어, 이동작업차의 이동과 설치에 소요되는 시간 및 노동력을 크게 절감시킨다.
도 6과 도7은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 캔틸레버 가설공법의 순서를 나타낸 것으로, 내측경간 중앙과 중간교각으로 부터 내측경간장의 절반이 되는 측경간 위치의 트러스 강부재 상현재에 각각 핀형 내부힌지를 구비하여 캔틸레버 구조특성을 활용하면서 콘크리트 하현재를 시공하는 것을 주요 특징으로 한다.
이 공법은 트러스 강부재를 경간단위로 크레인을 이용해 일괄 거치할 수 있을 때 적용되며, 핀형 내부힌지(30)와 하현재 가체결장치(40)를 각각 구비하여 경간단위로 조립된 트러스 강부재를 교각위에 일괄거치하는 단계(도6(a)), 거치된 트러스 강부재를 중간교각 위치(9)에서 용접을 통해 연결하는 단계(도6(b)), 양쪽 교대쪽에서 이동작업차(5)를 조립설치하여 중간교각으로 이동시킨 다음 중간교각부 부근의 격벽과 콘크리트 하현재(6)를 시공하는 단계(도6(c)), 교각에 매입된 강봉(11)을 이용하여 중간교각부 격벽과 교각을 강결처리하고, 경간중앙점과 측경간에 각각 구비된 하현재 가체결장치(40)를 해체하여 캔틸레버 구조계로 변환하는 단계(도6(d)), 이동작업차를 경간중앙부와 교대쪽을 각각 향하여 대칭구조를 유지하면서 내부힌지 설치점(12)까지 캔틸레버 구조상태로 콘크리트 하현재를 시공해 나가는 단계(도7(e)), 상기 핀형 내부힌지(30)와 분리된 하부격점의 수직연결판을 각각 덧판(13,14)을 용착해 일체화 시키고, 잔여구간의 콘크리트 하현재와 중간지점부 부모멘트 발생구간의 상부바닥판 콘크리트(15)를 시공하는 단계(도7(f)), 중간교각과 격벽을 고정하는 강봉(11)을 해체하여 영구받침(16)이 정상 가동되도록 한 다음 인장력이 발생하는 콘크리트 영역에 PS강재를 이용해 프리스트레스힘을 도입하는 단계(도7(g)), 그리고 나머지 정모멘트 발생영역(S1)의 상부바닥판 콘크리트를 시공하는 단계(도7(h))로 크게 구분되어 진다.
도 8과 도 9는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 게르버형 내부힌지를 이용한 복합트러스 거더교의 가설공법 순서를 나타낸 것으로, 중간교각으로부터 내측경간장(L)의 0.1L~0.2L 떨어진 양쪽위치에 게르버형 내부힌지를 구비한 다음 콘크리트 하현재를 시공하는 것을 주요 특징으로 한다.
이 공법은 복합트러스거더와 교각이 라멘구조로 강결되는 교량에 적용되는데 통상적으로 교각이 높아 트러스 강부재를 경간단위로 일괄 거치할 수 없게 되는 경우가 많다. 교각과 주두부 트러스 강재 세그먼트(17)의 결합이 완료되면 소정길이의 트러스 강재 세그먼트(18)를 트러스 상현재는 핀형 내부힌지(30)로 하현격점은 게르버형 내부힌지(50)를 형성하면서 크레인을 이용해 캔틸레버 구조로 거치해 나가는 단계(도8(a)), 게르버형 내부힌지가 구비되어야 하는 세그먼트 연결점(19,S1과 S2 구간이 만나는 곳)의 상현재 핀을 제거하고, 나머지 연결점(20)에서는 상현재의 핀형 내부힌지와 하부격점의 게르버형 내부힌지는 용착을 통해 일체형 부재로 변환시키는 단계(도8(b)), 양쪽 교대쪽에서 이동작업차(5)를 조립설치하여 중간교각으로 이동시킨 다음 부모멘트 발생영역(S2구간)의 콘크리트 하현재를 시공하는 단계(도8(c)), 이동작업차를 경간중앙부와 교대쪽을 향하여 각각 진행하면서 정모멘트 구간(S1)의 콘크리트 하현재를 시공해 나가는 단계(도8(d)), 부모멘트 구간(S2)의 상부바닥판 콘크리트(15)와 정모멘트 구간(S1)의 콘크리트 하현재를 직선의 PS강재를 이용하여 프리스트레스힘을 도입하는 단계(도9(e)), 게르버형 내부힌지가 구비된 곳의 상현재 핀형 내부힌지와 하부격점의 게르버형 내부힌지를 덧판(13)용착을 통해 각각 일체화하여 연속구조계로 변환시키는 단계(도9(f)), 그리고 나머지 정모멘트 발생영역(S1)의 상부바닥판 콘크리트를 시공하는 단계(도9(g))로 크게 구분할 수 있다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 핀형 내부힌지 구축을 위해 트러스 강부재의 상현재에 구비하는 핀형 내부힌지의 구조상세를 나타낸 사시도이다.
도10(a)는 상현재(31)의 형상이 박스형상을 가질 때의 구조상세를 나타낸 것으로써, 고정측의 상현재 복부판(32)의 단부에 핀(33) 결합을 위한 소정크기의 구멍(34)을 구비하고, 이동측의 상현재의 복부판(35)에 각각 핀(33) 결합을 위한 구멍을 구비한 한쌍의 연결판(36)을 용착한다.
도10(b)는 트러스 강부재의 상현재(31)가 개방된 형상을 가질 때의 구조상세를 나타낸 것으로써, 고정측의 상현재 복부판(32)과 수평판(37)에 용착지지된 연직보강판(38)에 핀(33)결합을 위한 소정크기의 구멍(34)을 구비한 고정연결판(39)을 용착하고, 동일한 방법으로 이동측의 상현재에 한 쌍의 연결판(39)을 용착한 다음, 두 연결판을 핀(33)으로 결합한다.
도 11에 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따른 핀형 내부힌지 구축을 위해 힌지가 형성되는 위치의 트러스 강부재의 하현재가 구조적으로 완전히 분리되도록 하기 위한 하현재 가체결 장치(40)를 나타내었다. 크레인에 의한 일괄거치시 트러스 강부재의 하현재에 생기는 인장력에 저항할 수 있도록 고강도 강봉들을 분리된 하현격점부에 부착하여 인양거치시 발생되는 인장력에 저항하도록 한 다음, 트러스 강부재가 교각과 강결구조로 결합되고 나면 강봉을 해체하여 두 하현격점구조가 완전히 분리되도록 한다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 하현재 가체결 장치(40)는 인접한 두 하부격점 사이에는 채움판(42)이 삽입되어져 있으며, 강봉(41)의 정착을 위해 수직연결판(43)에 지지되는 받침구조(44)를 구비하며, 받침구조(44)에 전달되는 힘을 분산시키기 위한 정착판(45)을 구비하며, 강봉(41)정착을 위한 정착너트(46)을 구비한다.
도 12는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 게르버형 내부힌지(50) 형성을 위한 하현격점의 구조상세를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 게르버형 내부힌지는 지지측의 하부격점에 구비된 수직연결판 위에 재하측의 하부격점에 구비된 수직연결판을 단순지지상태로 간단히 거치할 수 있도록 하는 것을 주요 특징으로 한다.
도 12(a)는 하부거셋판의 바깥쪽에 두 개의 수직연결판이 부착되는 격점구조에 적용되는 구조상세로써, 지지측 하부격점의 수직연결판(51)에 재하측 하부격점의 수직연결판(52)이 거치될 수 있도록 수직연결판의 길이를 길게 하고, 연장된 부분의 수직연결판 사이에 다수의 지지판(53)을 용착하여 받침구조를 형성시키고, 재하측 수직연결판(52)의 선단부에 일정깊이의 턱을 형성시켜 지지측 수직연결판에 구비된 받침구조위에 걸치며, 재하측 수직연결판(52)의 작용하는 수평력이 지지측 수직연결판(51)에 전달되기 위하여 전면지압판(54)을 지지측 수직연결판 사이에 용착시켜둔다.
도 12(b)는 하부거셋판의 내부에 두 개의 수직연결판이 부착되는 격점구조에 적용되는 구조상세로써, 지지측 하부격점의 수직연결판(51)에 재하측 하부격점의 수직연결판(52)이 거치될 수 있도록 수직연결판의 길이를 길게 하고, 연장된 부분의 수직연결판 사이에 다수의 지지판(53)을 용착하여 받침구조를 형성시키고, 재하측 수직연결판(52)의 선단부에 일정깊이의 턱을 형성시켜 지지측 수직연결판(51)에 구비된 받침구조 위에 걸치며, 재하측 수직연결판(52)에 작용하는 수평력이 지지측 수직연결판(51)에 원활히 전달되기 위하여 수직연결판의 선단면에 지압판(54)을 용착시킨다.
도 13은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 게르버 구조 성능을 갖는 핀형 내부힌지의 구조상세를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 상기 핀형 내부힌지(60)는 연직력만 핀(33)을 통해 전달되고, 핀연결부에서 회전변형과 수평방향으로의 이동은 자유롭게 생길 수 있도록 고안된 것이다. 도 13으로 부터 알 수 있듯이, 고정측과 연결측의 상현재 복부판(61,62)에 연결핀(33)의 설치를 위한 연결판(63)을 각각 용착하는데, 이때 연결판에 설치되는 구멍(64)은 연결핀이 수평방향으로 움직일 수 있도록 소정의 직선구간을 둔다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핀형 내부힌지 형성을 위해 힌지가 구비되는 위치에서 트러스 강부재의 하현재가 구조적으로 완전히 분리되도록 하기 위한 하현재 가체결 장치(70)를 나타내었다. 크레인에 의한 일괄거치시 트러스 강부재의 하현재에 생기는 인장력에 저항할 수 있도록 고장력 볼트(71)를 이용하여 분리된 트러스 강부재의 하부수평재(72)를 일체화하여 트러스 강부재 거치시 발생되는 인장력 또는 압축력에 저항할 수 있도록 하고, 일단 트러스 강부재가 교량 전구간에 걸쳐 구조적으로 서로 연결된 후에는 내부힌지 구축을 위해 고장력 볼트(71)와 채움판(73)을 해체하여 두 하현격점 사이에서 하부수평연결재가 서로 분리되도록 한다.
1 : 종래의 이동작업차
2 : 강부재
3 : 호이스트
4 : 지지시설
5 : 본 발명에 따른 이동작업차
6 : 복합트러스 거더의 콘크리트 하현재
7 : 트러스 강부재의 상현재
8 : 이동작업차 이동을 위한 레일
10 : 중간교각부 콘크리트 격벽
11 : 거더와 교각을 강결시키기 위한 PS강봉
12 : 내부힌지 설치점
13 : 핀형내부 힌지고정을 위한 덧판
14 : 분리된 하부격점의 영구결합을 위한 덧판
15 : 부모멘트 발생구간의 상부 바닥판 콘크리트
16 : 교각에 설치된 영구받침
17 : 주두부 트러스 강재 세그먼트
18 : 트러스 강재 세그먼트
19 : 강부재 거치 후에 게르버형 내부힌지가 설치되는 곳
20 : 강부재 거치 후에 용착을 통해 힌지구조의 기능이 상실되는 연결점
30 : 상현재에 구비되는 핀형 내부힌지
40 : PS강봉을 이용한 하현재 가체결 장치
50 : 트러스 하현격점에 구비되는 게르버형 내부힌지
60 : 트러스 상현격점에 구비되는 게르버 구조성능을 갖는 핀형 내부힌지
70 : 고장력볼트를 이용한 트러스 하현재 가체결 장치

Claims (7)

  1. 복합트러스 거더를 구성하는 강부재를 크레인을 이용해 교각에 먼저 거치하고, 거치된 트러스 강부재에 이동작업차를 부착시켜 복합트러스 거더교를 가설하는 공법에 있어서,
    캔틸레버 구조특성을 활용하기 위하여 거치된 트러스 강부재의 경간중앙점에 핀형 내부힌지를 구축한 다음 이동작업차를 교각에서 경간중앙점을 향해 순차적으로 진행하면서 콘크리트 하현재를 시공하는 것을 주요 특징으로 하는 복합트러스 거더교의 가설공법.
  2. 제1항에 있어서,
    트러스 강부재에 상기 핀형 내부힌지를 구축할 목적으로 상현재 복부판에 소정크기의 구멍이 구비된 연결판을 용착한 다음, 용착된 연결판을 핀을 이용해 결합된 구조를 구비하는 것을 특징으로 복합트러스 거더교의 가설공법.
  3. 제1항에 있어서,
    트러스 강부재에 상기 핀형 내부힌지를 구축할 목적으로 하현재 격점판을 분리된 상태로 제작한 다음, 크레인으로 강부재를 거치하는 단계에서는 연속된 트러스 구조성능을 확보하기 위하여 채움판과 고강도 강봉을 구비한 가체결 장치를 이용해 분리된 하현격점을 구조적으로 연결하는 것을 특징으로 복합트러스 거더교의 가설공법.
  4. 제1항에 있어서,
    트러스 강부재에 상기 핀형 내부힌지를 구축할 목적으로 하현재 격점판을 분리된 상태로 제작한 다음, 크레인으로 강부재를 거치하는 단계에서는 연속된 트러스 구조성능을 확보하기 위하여 채움판과 고장력 볼트를 이용해 분리된 하현격점을 구조적으로 연결하는 것을 특징으로 복합트러스 거더교의 가설공법.
  5. 복합트러스 거더를 구성하는 강부재를 크레인을 이용해 교각에 먼저 거치하고, 거치된 트러스 강부재에 이동작업차를 부착하여 복합트러스 거더교를 가설하는 공법에 있어서,
    게르버형 연속교의 구조특성을 활용하기 위하여 중간교각의 양쪽으로 내측경경장(L)의 0.1L내지 0.2L만큼 떨어진 곳에 게르버형 내부힌지를 구축한 다음, 이동작업차를 이용해 부모멘트 구간의 콘크리트 하현재, 정모멘트 구간의 콘크리트 하현재 그리고 부모멘트 구간의 상부바닥판 콘크리트를 순차적으로 시공한 다음, PS강재를 이용하여 정모멘트 구간의 콘크리트 하현재와 부모멘트 구간의 상부바닥판에 소정크기의 선행압축력을 도입하고, 다음으로 게르버형 내부힌지에 덧판을 용착해 힌지기능을 상실시킨 다음 정모멘트 구간의 상부바닥판 콘크리트를 시공하는 것을 특징으로 하는 복합트러스 거더교의 가설공법.
  6. 제5항에 있어서,
    트러스 강부재에 게르버형 내부힌지를 구축하는 것을 목적으로 고정측 하부격점의 수직연결판 위에 재하측 하부격점의 수직연결판을 거치시키는 것을 특징으로 하는 복합트러스 거더교의 가설공법.
  7. 제5항에 있어서,
    트러스 강부재에 게르버형 내부힌지를 구축하는 것을 목적으로 분리된 상부격점의 복부판에 미리 용착된 연결판을 핀으로 서로 결합하는데 있어서, 핀설치를 위해 연결판에 구비되는 구멍형상을 일정길이의 직선을 가진 다음 단부에 반원이 형성되도록 함으로써 교축방향으로의 핀 이동이 구속되지 않도록 고안된 핀형 내부힌지를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합트러스 거더교의 가설공법.
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