KR101339827B1

KR101339827B1 - 기계결합식 전단연결재에 의한 강재 거더와 콘크리트의 합성구조물 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR101339827B1
Application number: KR1020120139136A
Authority: KR
Inventors: 강재윤; 곽종원; 조창빈
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2032-12-03

Abstract

본 발명은 강재 거더(steel girder)와 콘크리트가 일체로 전단합성된 합성구조물 및 그 시공방법에 대한 것으로서, 구체적으로는 상부플랜지가 존재하지 않는 강재 거더의 웨브 상부에, 용접을 사용하지 않고서도 기계식으로 용이하게 조립되어 일체화될 수 있고 강재 거더의 길이 방향(종방향)으로는 확대된 단면을 가지는 확대 전단키 헤드를 가지고 있는 전단연결재를 설치하고, 상기 전단연결재가 매립되도록 콘크리트부를 형성함으로써, 전단연결재에 의해 강재 거더의 웨브(web)와 콘크리트부 사이에 견고한 전단결합을 이루고 있는 강재 거더와 콘크리트의 합성구조물, 및 이를 제작하여 시공하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 한 쌍의 끼움판(11)과 확대 전단키 헤드부(12)로 이루어지며; 강재 거더(100)의 웨브(110) 상단이 끼움판(11) 사이에 끼워져서 웨브에 고정되며, 상기 강재 거더(100)의 웨브(110) 상부에 형성되는 콘크리트부(200)에 매립되어, 상기 콘크리트부(200)와 상기 강재 거더(100) 사이에 전단력을 전달하는 전단연결재를 웨브에 결합하여 콘크리트에 매립한 구성의 강재 거더와 콘크리트의 합성구조물, 및 그 시공방법이 제공된다.

Description

기계결합식 전단연결재에 의한 강재 거더와 콘크리트의 합성구조물 및 그 시공방법{Shear Connecting Structure for Concrete-Steel Girder and Constructing Method thereof}

본 발명은 강재 거더(steel girder)와 콘크리트가 일체로 전단합성된 합성구조물 및 그 시공방법에 대한 것으로서, 구체적으로는 상부플랜지가 존재하지 않는 강재 거더의 웨브 상부에, 용접을 사용하지 않고서도 기계식으로 용이하게 조립되어 일체화될 수 있고 강재 거더의 길이 방향(종방향)으로는 확대된 단면을 가지는 확대 전단키 헤드를 가지고 있는 전단연결재를 설치하고, 상기 전단연결재가 매립되도록 콘크리트를 시공함으로써, 전단연결재에 의해 강재 거더의 웨브(web)와 콘크리트 사이에 견고한 전단결합을 이루고 있는 강재 거더와 콘크리트의 합성구조물, 및 이를 제작하여 시공하기 위한 방법에 관한 것이다.

강재 거더의 상부에 콘크리트를 타설하여 제작하는 "강재 거더-콘크리트 합성구조물"에서는 강재 거더와 그에 결합되는 콘크리트 간의 견고한 일체화가 매우 중요하다. 대한민국 등록특허 제10-639795호에는 강재 거더와 콘크리트 간의 일체화를 도모하기 위하여 강재 거더의 상부플랜지 상면에 "개방구멍을 형성시킨 반강절 전단연결재"를 설치하는 기술이 개시되어 있다. 도 1 및 도 2에는 각각 상기한 대한민국 등록특허 제10-639795호에 개시된 전단연결재 설치 강재 거더의 개략적인 사시도와, 이에 사용되는 전단연결재의 분해 사시도가 도시되어 있다.

종래의 강재 거더-콘크리트 합성구조물에서는, 강재 거더의 상부플랜지 상면에 강재로 제작된 별도의 전단연결재를 설치하고 상기 전단연결재가 콘크리트 내에 매립되도록 함으로써 강재 거더와 콘크리트의 일체화를 도모하게 된다. 그런데 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 종래 기술에 따른 전단연결재는 그 구성이 매우 복잡하여 제작이 번거롭고 비용도 많이 소요된다.

그 뿐만 아니라, 전단연결재를 반드시 용접에 의하여 강재 거더에 설치하게 되므로, 그에 따른 여러 가지 문제점이 발생한다. 우선 전단연결재를 용접에 의해서 결합하는 경우, 용접열에 의해 강재 거더에 열변형이 발생하게 되는 문제점이 존재한다. 또한 용접을 수행하는데는 상당한 시간과 시간이 소요되므로, 그만큼 강재 거더-콘크리트 합성형 구조물의 시공기간이 늘어날 뿐만 아니라 시공비도 증가되는 문제점이 존재한다.

한편, 종래의 거더-콘크리트 합성형 구조물의 한 예로서, 강재 거더의 상부에 콘크리트 바닥판이 결합된 구조물의 경우, 종래 기술에서는 전단연결재가 강재 거더의 상부플랜지 위에 구비되기 때문에, 콘크리트 바닥판이 강재 거더의 상부플랜지 위쪽에 놓여 있는 상태로 구축될 수밖에 없다. 그리고 전단연결재가 상부플랜지 표면으로 돌출되어 있기 때문에, 전단연결재가 콘크리트 바닥판에 매립되려면, 콘크리트 바닥판의 두께는 전단연결재의 돌출 높이 이상이 되어야 하므로, 콘크리트 바닥판의 두께를 줄이는데 큰 제약이 따른다. 최근에는 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete/이하, "UHPC"라고 약칭함)를 이용하여 콘크리트 바닥판을 시공하려는 시도가 이루어지고 있고, 이러한 UHPC는 우수한 강성 등을 가지고 있으므로, 종래의 콘크리트 바닥판보다 그 두께를 현저하게 감소시킬 수 있게 되는 장점을 가지고 있는데, 위와 같이 종래 기술에서는 콘크리트 바닥판의 두께가 반드시 상부플랜지 위로 돌출된 전단연결재의 돌출 높이 이상이 되어야 하므로, 종래 기술에서는 UHPC를 이용하여 콘크리트 바닥판을 시공하는 것에 의해 콘크리트 바닥판의 두께를 감소시키는데 큰 제약이 따르게 되는 것이다.

대한민국 등록특허공보 제10-639795호(2006. 10. 30. 공고) 참조.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 강재 거더-콘크리트 합성구조물 및 그 시공방법으로서, 강재 거더와 콘크리트의 일체화를 도모하기 위하여 콘크리트 내에 매립될 수 있는 전단연결재를 강재 거더의 웨브 상단에 설치하되, 용접에 의하지 아니하고서도 용이하고 신속하게 강재 거더에 결합 설치될 수 있는 전단연결재를 이용함으로써, 전단연결재를 반드시 용접에 의해서 설치하여야 하기 때문에 발생하게 되는 종래 기술의 문제점 즉, 용접이라는 번거로운 작업을 수행함으로 인한 비용증가 및 작업 시간 증가를 방지하여, 시공비용을 절감함과 동시에 시공기간도 단축시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 전단연결재에 의한 강재 거더와 콘크리트 간의 전단응력 전달 효율이 더욱 향상되어 강재 거더와 콘크리트가 더욱 견고하게 일체화된 수 있도록 하는 강재 거더와 콘크리트의 합성구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

더 나아가 본 발명은 강재 거더에 콘크리트부를 합성함에 있어서, 전단연결재의 돌출 높이로 인하여 콘크리트부의 두께를 줄이는데 제약이 발생하는 것을 방지하며, 따라서 UHPC와 같은 재료로 얇은 두께의 콘크리트부를 강재 거더에 상부에 합성할 수 있게 만드는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 강재 거더의 웨브 상부에 콘크리트부가 결합되어 있는 구성의 강재 거더-콘크리트 합성구조물로서, 종방향으로 폭을 가진 판부재로 이루어져서 횡방향으로는 간격을 가지고 이격되어 서로 마주하는 한 쌍의 끼움판과, 판부재가 절곡되어 상기 끼움판 사이를 일체로 연결하는 확대 전단키 헤드부로 이루어진 전단연결재를, 강재 거더의 웨브 상단이 상기 한 쌍의 끼움판 사이에 끼워지도록 함으로써, 상기 웨브가 끼워지면서 한 쌍의 끼움판사이의 횡방향 간격이 증가하여 상기 전단키 헤드부에서 만들어지는 탄성력에 의해 상기 한 쌍의 끼움판이 상기 웨브를 가압하는 상태로 상기 전단연결재가 상기 웨브의 상단에 고정되도록 하며; 상기 전단연결재가 매립되도록 상기 강재 거더의 웨브 상부에 콘크리트가 타설되어 콘크리트부가 형성됨으로써, 상기 전단연결재에 의해 상기 콘크리트부와 상기 강재 거더 사이에 전단력이 전달되는 구성을 가지게 되는 것을 특징으로 하는 강재 거더와 콘크리트 합성구조물이 제공된다.

또한 본 발명에서는 강재 거더의 웨브 상부에 콘크리트부가 결합되어 있는 구성의 강재 거더-콘크리트 합성구조물의 시공방법으로서, 종방향으로 폭을 가진 판부재로 이루어져서 횡방향으로는 간격을 가지고 이격되어 서로 마주하는 한 쌍의 끼움판과, 판부재가 절곡되어 상기 끼움판 사이를 일체로 연결하는 확대 전단키 헤드부로 이루어진 전단연결재를, 강재 거더의 웨브 상단이 상기 한 쌍의 끼움판 사이에 끼워지도록 함으로써, 상기 웨브가 끼워지면서 한 쌍의 끼움판사이의 횡방향 간격이 증가하여 상기 전단키 헤드부에서 만들어지는 탄성력에 의해 상기 한 쌍의 끼움판이 상기 웨브를 가압하는 상태로 상기 전단연결재를 상기 웨브의 상단에 고정시키는 단계; 및 상기 전단연결재가 매립되도록 상기 강재 거더의 웨브 상부에 콘크리트를 타설하여 콘크리트부를 형성하는 단계를 포함함으로써, 상기 전단연결재에 의해 상기 콘크리트부와 상기 강재 거더 사이에 전단력이 전달되는 구성을 가지는 강재 거더와 콘크리트 합성구조물을 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 강재 거더와 콘크리트 합성구조물의 시공방법이 제공된다.

위와 같은 본 발명의 강재 거더와 콘크리트 합성구조물 및 그 시공방법에 있어서, 전단연결재는, 한 쌍의 끼움판은 종방향으로 길게 연장되어 있되, 상기 확대 전단키 헤드부가 제거된 부분이 형성됨으로써 상기 확대 전단키 헤드부가 간격을 두고 단속적으로 존재하게 되는 구성을 가질 수 있는데, 이러한 구성에 더하여, 강재 거더의 웨브에 결합되었을 때, 상기 웨브의 상단이 노출되도록, 상기 확대 전단키 헤드부가 제거된 부분에서 끼움판에는 오목하게 파인 오목부가 형성될 수도 있다.

또한 위와 같은 본 발명의 전단연결재에 있어서, 상기 확대 전단키 헤드부는, 종방향으로의 단면이 원형을 이루도록 판부재가 원통형으로 구부러져서 형성될 수도 있고, 종방향으로의 단면이 역삼각형을 이루도록 판부재가 절곡되어 형성될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 강재 거더의 웨브 상부에 콘크리트부가 결합되어 있는 구성의 강재 거더-콘크리트 합성구조물을 형성함에 있어서, 콘크리트부에 매립되는 전단연결재가 강재 거더의 웨브 상단에 타격이나 가압에 의해 끼워져 맞물리는 형태로 결합되므로, 신속하고 간편하게 웨브에 결합될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 강재 거더-콘크리트 합성구조물을 시공하기 위하여 전단연결재를 웨브에 결합할 때, 용접을 반드시 이용해야 하는 것이 아니므로, 용접에 의한 부재의 열손상을 최소화할 수 있고, 용접이라는 번거로운 작업의 생략에 의해 작업시간 및 비용을 절감할 수 있게 되는 효과가 발휘되는 것이다.

또한 본 발명의 전단연결재는, 웨브의 횡방향 두께보다 더 큰 확대 전단키 헤드부를 가지고 있고, 이러한 확대 전단키 헤드부가 콘크리트부에 매립되어 있으므로, 강재 거더와 콘크리트부 사이에 전단력이 원활하고 매우 효율적으로 전달되어, 강재 거더와 콘크리트부 간의 일체화가 더욱 견고하게 되는 효과가 발휘된다.

더 나아가, 본 발명에 따른 전단연결재는 판부재를 절곡하여 제작할 수 있으므로, 제작이 용이하며 제작비용이 저렴하다는 장점이 있다.

그 뿐만 아니라, 본 발명에서는 전단연결재의 존재로 인하여 강재 거더의 높이가 크게 증가되지 아니하며 전단연결재가 상부플랜지로부터 돌출되지도 아니하고, 단지 웨브에 결합된 전단연결재의 높이만큼만 콘크리트부에 매립되므로, UHPC로 제작된 콘크리트 바닥판와 강재 거더의 합성구조물의 경우, 콘크리트 바닥판의 두께를 감소시키는 것이 매우 용이하다는 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 따라 개방구멍이 형성된 반강절 전단연결재가 설치된 강재 거더의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래기술에 따른 반강절 전단연결재의 개략적인 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 강재 거더와 콘크리트 합성구조물의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전단연결재의 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4의 선 B-B에 따른 개략적인 반단면 사시도이다.
도 6은 본 발명의 시공방법에 따라 도 4에 도시된 전단연결재를 강재 거더의 웨브 상단에 연속적으로 설치한 실시예를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 시공방법에 따라 도 4에 도시된 전단연결재를 강재 거더의 웨브 상단에 간격을 두고 복수개 설치한 실시예를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에서 사용되는 전단연결재의 개략적인 사시도이다.
도 9는 도 8의 실시예에 따른 전단연결재가 본 발명의 시공방법에 따라 강재 거더의 웨브에 연속 배치 상태로 결합되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 10은 도 8에 도시된 전단연결재를 이용하여 시공된 본 발명의 또다른 실시예에 따른 강재 거더와 콘크리트 합성구조물의 개략적인 사시도이다.
도 11 내지 도 13은 각각 본 발명의 또다른 전단연결재의 개략적인 사시도이다.
도 14는 도 12에 도시된 실시예에 따른 전단연결재가 강재 거더에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 15 및 도 16은 각각 도 12 및 도 13에 도시된 실시예에 따른 전단연결재가 강재 거더에 결합된 후, 콘크리트부가 형성된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 17 내지 도 19는 각각 확대 전단키 헤드부가 제거된 부분과 오목부가 형성된 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전단연결재의 개략적인 사시도이다.
도 20 및 도 21은 각각 도 17 및 도 18에 도시된 실시예에 따른 전단연결재가 강재 거더에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 22는 도 17에 도시된 실시예에 따른 전단연결재가 강재 거더에 결합된 상태의 개략적인 횡방향 측면도이다.
도 23은 도 17에 도시된 실시예에 따른 전단연결재가 강재 거더에 결합된 후, 콘크리트부가 형성된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 24는 도 23의 선 A-A에 따른 종방향의 개략적인 단면도이다.
도 25는 도 18에 도시된 실시예에 따른 전단연결재가 강재 거더에 결합된 후, 콘크리트부가 형성된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 26은 도 25의 선 C-C에 따른 종방향의 개략적인 단면도이다.
도 27은 복수개의 강재 거더에 바닥판으로 이루어진 콘크리트부가 일체로 형성된 구성의 본 발명에 따른 합성구조물의 또다른 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 28 및 도 29는 각각 하나의 빔 형태로 이루어진 본 발명에 따른 합성구조물의 개략적인 사시도이다.

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.

도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 강재 거더와 콘크리트의 합성구조물(이하, "합성구조물"이라고 약칭함)(10)의 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 실시예에서 본 발명에 따른 합성구조물(10)은, 상부플랜지가 존재하지 아니하는 강재 거더(100)의 연직한 웨브(110) 상단에 콘크리트부(200)가 형성되어 있는 구성을 가지고 있되, 콘크리트부(200)에 매립되어 있는 웨브(110)의 상단에는 웨브(110)의 횡방향 두께보다 더 큰 확대 전단키 헤드부를 가지는 전단연결재(1)가 설치되어 있어서, 상기 전단연결재(1)가 콘크리트부(200)에 매립되어 있는 구성을 가진다.

그러나 전단연결재(1)가 강재 거더(100)의 웨브(110)에 구비된 상태에서 콘크리트부(200)에 전단연결재(1)가 매립되는 본 발명에 따른 합성구조물(10)의 형태는 위와 같이 콘크리트부(200)가 웨브(110)의 상부에만 형성되는 것에 한정되지 아니하며, 후술하는 것처럼 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 그러나 편의상 아래에서는 콘크리트부(200)가 바닥판 형태로 이루어져 웨브(110)의 상부에 결합된 구성을 예시하여 본 발명의 합성구조물(10)을 설명한다.

우선 본 발명의 합성구조물에 구비되는 전단연결재(1)에 대해 상세히 설명한다. 도 4에는 본 발명의 합성구조물에 구비되는 전단연결재(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 선 B-B에 따른 개략적인 반단면 사시도로서 전단연결재(1)의 길이방향과 직교하는 수평방향(횡방향)으로 절단하여 바라본 개략적인 반단면 사시도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 전단연결재(1)는 클립형태로 이루어지는데, 도면에 도시된 것처럼, 종방향으로 폭을 가진 판부재로 이루어져서 횡방향으로는 간격을 가지고 이격되어 서로 마주하는 한 쌍의 끼움판(11)과, 판부재가 절곡되어 상기 끼움판(11) 사이를 연결하는 확대 전단키 헤드부(12)로 이루어진다. 본 발명의 전단연결재(1)에서 상기 확대 전단키 헤드부(12)는 판부재의 양단이 서로 마주하도록 절곡되어 있는 부분으로서, 상기 확대 전단키 헤드(12)의 서로 마주하는 양단에서는 각각 끼움판(11)이 수평하게 연속되어 있는 것이다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에 따른 전단연결재(1)에서 상기 확대 전단키 헤드부(12)는 종방향으로 폭을 가진 판부재가 원통형을 이루도록 구부러져서 형성되는데, 이렇게 원통형으로 구부러진 판부재로 이루어진 확대 전단키 헤드부(12)에서 원통형의 개방된 부분에서는 연직하게 각각 끼움판(11)이 연속되는 것이다. 이러한 본 발명에 따른 전단연결재(1)는 판재를 프레스 가공하여 제작할 수 있으므로, 그 제작이 용이하며 제작에 소요되는 비용도 저렴하다는 장점이 있다.

본 발명에서 상기 끼움판(11)은 판부재로 이루어지며, 앞서 설명하였듯이 한 쌍의 끼움판(11) 각각의 상단은 확대 전단키 헤드부(12)에 일체로 연속되어 있다. 한 쌍의 끼움판(11)은 횡방향으로 간격을 두고 서로 마주보게 되는데, 상기 한 쌍의 끼움판(11) 사이의 횡방향 간격은 후술하는 것처럼, 전단연결재(1)가 결합될 강재 거더(100)의 웨브(110) 두께 미만이 된다. 따라서 후술하는 것처럼 전단연결재(1)가 강재 거더(100)의 웨브(110)에 결합되기 위하여 상기 웨브(110)가 한 쌍의 끼움판(11) 사이에 끼워져서 한 쌍의 끼움판(11) 사이의 횡방향 간격이 증가하게 되면 상기 확대 전단키 헤드부(12)를 벌어지게 만들게 되고, 그에 따라 한 쌍의 끼움판(11) 자체의 탄성력뿐만 아니라, 상기 전단키 헤드부(12)에서 만들어지는 탄성력이, 한 쌍의 끼움판(11)을 서로 가까워지도록 하는 방향으로 작용하게 된다. 즉, 한 쌍의 끼움판(11)이 각각 강재 거더(100)의 웨브(110)를 가압하게 되는 것이다.

도 6 및 도 7은 각각 상기한 본 발명의 시공방법에 따라 상기한 전단연결재(1)가, 강재 거더(100)의 웨브(110)에 결합되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다. 도 6은 전단연결재(1)가 종방향으로 연속하여 결합된 실시예에 대한 것이며, 도 7은 전단연결재(1)가 종방향으로 간격을 두고 결합된 실시예에 대한 것이다. 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 시공방법에 의하면, 상기 전단연결재(1)는 상부플랜지가 존재하지 아니하는 강재 거더(100)의 웨브(110) 상단 즉, 강재 거더(100)의 웨브(110)와 콘크리트부(200)와의 합성을 위하여 콘크리트에 매립될 부분에 끼움방식으로 결합된다. 구체적으로, 상부플랜지가 없는 강재 거더(100)의 웨브(110) 상단에서, 전단연결재(1)에 구비된 한 쌍의 끼움판(11)이 웨브(110)를 향하게 한 후, 한 쌍의 끼움판(11) 사이로 웨브(110)가 삽입되도록 전단연결재(1)를 밀어서 결합하는 것이다.

한 쌍의 끼움판(11) 사이의 간격이 웨브(110)의 두께보다 작다. 따라서 단순히 인력으로 전단연결재(1)를 웨브(110) 방향으로 밀어서는 결합되지 않을 수 있다. 이 경우에는, 예를 들어 한 쌍의 끼움판(11) 사이의 간격 입구에 웨브(110)가 위치한 상태에서 망치(400) 등의 도구를 이용하여 전단키 헤드부(12)를 타격하게 되면, 그 타격력에 의해 전단연결재(1)가 웨브(110) 방향으로 밀려가면서 웨브(110)가 한 쌍의 끼움판(11) 사이의 간격에 끼워지게 된다.

앞서 설명하였듯이, 상기 한 쌍의 끼움판(11) 사이의 횡방향 간격보다 웨브(110)의 두께가 더 크므로, 상기 웨브(110)가 한 쌍의 끼움판(11) 사이의 간격에 끼워지게 되면, 끼움판(11) 자체의 탄성력에 의해 끼움판(11)이 웨브(110)를 가압하게 될 뿐만 아니라, 끼움판(11) 사이의 간격 증가로 인하여 상기 확대 전단키 헤드부(12)가 벌어지게 되고, 그에 따라 전단키 헤드부(12)에서 만들어지는 탄성력에 의해 한 쌍의 끼움판(11)이 웨브(110)를 강하게 가압하게 된다. 따라서 한 쌍의 끼움판(11) 사이에 웨브(110)가 끼워지고 확대 전단키 헤드부(12)는 웨브(110)의 위에 돌출되어 위치한 형태로, 본 발명의 전단연결재(1)가 웨브(110)의 상부에 견고하게 기계적으로 결합되어 위치하게 된다. 이와 같이, 본 발명에서는 전단연결재(1)를 강재 거더의 웨브(110)에 결합할 때, 기계적인 맞물림을 이용하게 된다. 따라서 용접 작업을 하지 않아도 무방하게 되며, 용접 작업을 생략한 만큼 시공성이 향상되고 비용 및 작업 기간도 줄일 수 있게 된다. 이와 같이, 타격 등에 의해 전단연결재(1)를 웨브(110)의 상단에 끼움 결합함에 있어서, 도 6에 도시된 것처럼, 종방향으로 전단연결재(1)를 연속하여 배치할 수도 있지만, 도 7에 도시된 것처럼, 종방향으로 간격을 두고 전단연결재(1)를 띄엄띄엄 배치할 수도 있다.

본 발명에 따른 시공방법에서는, 위에서 설명한 것처럼 전단연결재(1)를 웨브(110)의 상부에 견고하게 기계적으로 결합하여 위치시킨 다음에, 강재 거더(100)의 상부에 콘크리트를 타설하여 콘크리트부(200)를 일체로 형성하게 되는데, 이 때 상기 전단연결재(1)는 콘크리트부(200)에 매립된다. 특히, 전단연결재(1)의 확대 전단키 헤드부(12)는 완전히 콘크리트부(200)에 매립된 상태가 되고, 확대 전단키 헤드부(12)에 의해 만들어진 공간 내에도 콘크리트 채워지게 된다. 이와 같이 확대된 단면적을 가지는 부분 즉, 확대 전단키 헤드부(12)가 콘크리트부(200)에 매립된 상태에서는 전단저항면적이 확대되므로, 콘크리트(200)의 전단응력 전달이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있게 되고, 그에 따라 강재 거더(100)와 콘크리트부(200)가 더욱 견고한 전단연결 및 일체화를 이루고 있는 도 3과 같은 합성구조물(10)을 형성하게 된다.

또한, 본 발명의 전단연결재(1)로 인하여 웨브(110)의 최상단으로부터 돌출되는 높이는 매우 작기 때문에, 본 발명에 따른 합성구조물이 예를 들어 강재 거더(100)의 상부에 콘크리트 바닥판이 결합되어 있는 구조물인 경우, 상기 바닥판은 전단연결재(1)가 매립될 정도의 높이만 가지면 충분하게 되며, 따라서 UHPC를 이용하여 감소된 두께를 가지는 상태로 바닥판을 시공하는데 매우 유리하게 된다.

한편, 본 발명의 전단연결재(1)에서 상기 확대 전단키 헤드부(12)를 이루는 판 부재가 "절곡"되었다는 것은 도 4 내지 도 7에 도시된 것처럼 판 부재가 원통형을 이루도록 구부러지는 것 이외에도, 판 부재가 꺾여서 변형되는 것도 포함하는 의미로 이해되어야 한다.

도 8에는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전단연결재(1)에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 도 8에 도시되어 있듯이 판 부재가 종방향으로 볼 때 역삼각형을 이루도록 꺾여서 형성되는 것도 판 부재가 "절곡"되어 확대 전단키 헤드부(12)를 이루는 것이라는 의미에 포함되는 것이다. 특히, 본 발명에서 확대 전단키 헤드부(12)의 종방향으로의 단면 형상은 위에서 예시한 원형 및 역삼각형에 한정되지 않고 타원형, 다각형 등 여러 가지 형상을 가질 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에 따른 전단연결재(1)를 이용하여 합성구조물(10)을 시공하는 방법은 앞서 살펴본 도 4 내지 도 7의 경우와 동일하다. 구체적으로 도 9에는 도 8에 도시된 실시예에 따른 전단연결재(1)가 상기한 본 발명의 시공방법에 따라 강재 거더(100)의 웨브(110)에 연속적으로 결합되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 상태에 후속하여, 본 발명의 시공방법에 따라 전단연결재(1)가 완전히 콘크리트부(200)에 매립되도록 강재 거더(100)의 웨브(110) 상부에 콘크리트부(200)가 일체 형성된 상태를 보여주는 본 발명의 합성구조물(10)의 개략적인 사시도이다.

한편, 본 발명의 합성구조물(10)에 사용되는 전단연결재(1)는 U자형 단면을 가지도록 구부러진 형상을 가질 수 있다. 도 11에는 이와 같이 U자형 단면을 가지도록 구부러진 형상의 전단연결재(1)에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

본 발명에 있어서, 전단연결재(1)는 도 4 및 도 8에 도시된 것처럼, 강재 거더(100)의 길이 방향(종방향)으로 길게 연장된 형태로 제작될 수도 있지만, 이와 달리, 한 쌍의 끼움판(11)은 종방향으로 길게 연장되어 있되, 확대 전단키 헤드부(12)는 간격을 두고 단속적으로 끼움판(11)에 일체로 구비되는 구성을 가질 수도 있다. 도 12 및 도 13은 각각 도 4 및 도 8에 도시된 전단연결재(1)의 변형 실시예에 대한 개략적인 사시도인데, 도 12 및 도 13에 도시된 것처럼, 전단연결재(1)에는 종방향으로 일정 길이만큼 확대 전단키 헤드부(12)가 제거된 부분이 존재할 수도 있는 것이다. 특히 이러한 확대 전단키 헤드부(12)가 제거된 부분이 간격을 두고 복수개로 존재할 수도 있다. 도 12 및 도 134에 도시된 실시예의 경우, 전단연결재(1)가 콘크리트부(200)에 매립된 상태에서 상기 확대 전단키 헤드부(12)가 제거된 부분에 콘크리트가 존재하게 되고, 따라서 종방향으로의 전단력에 대해서도 힘의 전달능력이 향상되어 전단합성이 더욱 향상되는 효과가 발휘된다. 도 11에 도시된 실시예 역시 위의 도 12 및 도 13의 경우처럼 확대 전단키 헤드부(12)가 제거된 부분이 간격을 두고 복수개로 존재할 수도 있다.

도 14는 도 12에 도시된 실시예에 따른 전단연결재(1)가 본 발명의 시공방법에 따라 강재 거더(100)에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이며, 도 15는 도 12에 도시된 실시예에 따른 전단연결재(1)가 강재 거더(100)에 결합된 후, 콘크리트부(200)가 형성된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다. 도 16은 도 13에 도시된 실시예에 따른 전단연결재(1)가 본 발명의 시공방법에 따라 강재 거더(100)에 결합된 후, 콘크리트부(200)가 형성된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.

더 나아가, 본 발명에 있어서, 전단연결재(1)는 도 17 내지 도 19에 도시된 것처럼, 확대 전단키 헤드부(12)가 제거된 부분에서는 끼움판(11)에도 오목하게 제거된 오목부(13)가 존재하는 형태로 변형될 수도 있다. 즉, 도 17 내지 도 19는 각각 본 발명의 또다른 실시예에 따른 전단연결재(1)의 개략적인 사시도인데, 종방향으로 일정 길이만큼 확대 전단키 헤드부(12)가 제거된 부분이 존재하며, 확대 전단키 헤드부(12)가 제거된 부분에서 끼움판(11)에는 오목하게 파인 오목부(13)가 형성된 실시예에 대한 개략적인 사시도이다. 도 17 내지 도 19에 도시된 것처럼, 본 발명의 전단연결재(1)에서 끼움판(11)에 오목부(13)가 존재하는 경우, 전단연결재(1)가 웨브(110)로부터 뽑히는 것을 방지하는데 매우 유리하다.

도 20 및 도 21은 각각 도 17 및 도 18에 도시된 실시예에 따른 전단연결재(1)가 강재 거더(100)에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이며, 도 22는 도 17에 도시된 실시예에 따른 전단연결재(1)가 강재 거더(100)에 결합된 상태의 측면도이다. 도 23은 도 17에 도시된 실시예에 따른 전단연결재(1)가 강재 거더(100)에 결합된 후 콘크리트부(200)가 형성된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이고, 도 24는 도 23의 선 A-A에 따른 개략적인 종방향 단면도이다. 도 25는 도 18에 도시된 실시예에 따른 전단연결재(1)가 강재 거더(100)에 결합된 후 콘크리트부(200)가 형성된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이고, 도 26은 도 25의 선 C-C에 따른 개략적인 종방향 단면도이다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명의 시공방법에 따라, 전단연결재(1)가 앞서 설명한 방식에 따라 강재 거더(100)의 웨브(110) 상단에 결합된 상태가 되면, 도 22 내지 도 26에 도시된 것처럼, 끼움판(11)에 존재하는 오목부(13)로 인하여 오목부(13)에서는 웨브(110)가 노출된다. 이렇게 오목부(13)에 노출된 웨브(110)에, 스터드부재(20)를 횡방향으로 돌출되도록 일체 결합할 수 있다. 즉, 오목부(13) 때문에 노출된 웨브(110) 영역에 스터드부재(20)를 네일건(nail gun)이나 볼트 결합 또는 용접 등의 방법에 의해 부착하는 것이다.

이와 같이 오목부(13) 때문에 노출된 웨브(110) 영역에 스터드부재(20)가 부착되어 있는 상태에서는, 스터드부재(20)에 의한 강재 거더(100)와 콘크리트부(200)의 추가적인 전단결합 효과가 발휘될 뿐만 아니라, 전단연결재(1)를 웨브(110)의 상부 쪽으로 뽑아내도록 외력이 작용하더라도, 오목부(13)에서 끼움판(11)이 상기 스터드부재(20)에 걸리게 되므로, 끼움판(11)이 웨브(110)로부터 완전히 벗겨지는 것이 원천적으로 방지되며, 따라서 전단연결재(1)가 웨브(110)로부터 뽑히지 않게 되는 효과가 발휘된다.

한편, 본 발명에 따른 전단연결재(1)에 있어서, 상기 한 쌍의 끼움판(11)의 서로 마주하는 방향의 내면에는 돌기부가 형성되어 존재할 수 있다. 이러한 돌기부가 더 존재하는 경우에는, 후술하는 강재 거더의 웨브(110)가 한 쌍의 끼움판(11) 사이에 끼워졌을 때, 끼움판(11)과 웨브(110) 사이의 마찰력을 더 증가시켜서, 전단연결재(1)가 더욱 견고하게 강재 거더(100)에 결합되는 효과가 발휘된다. 특히, 상기 돌기부의 형상을 아래에서 위로 테이퍼진 형태로 만들고, 끼움판(11) 사이에 끼워지는 웨브(110)의 상단에 길이 방향으로 홈을 복수개로 나란하게 만들어 두면, 끼움판(11) 사이에 웨브(110)가 용이하게 삽입되면서도, 전단연결재(1)를 웨브(110)로부터 뽑아내려는 힘이 작용할 경우에는 상기 웨브(110)에 형성된 홈에 돌기부가 걸리게 되어 큰 저항력이 발생하게 되므로, 전단연결재(1)가 웨브(110)로부터 뽑히는 것이 억제되는 효과가 발휘된다.

위에서는 본 발명에 따른 합성구조물의 예시로서, 하나의 강재 거더(100)의 상부에 콘크리트부(200)가 결합된 것으로 설명하였으나, 본 발명에 따른 합성구조물은 이러한 구성에 한정되지 아니한다. 도 27에는 복수개의 강재 거더(100)가 나란하게 배치되고, 이러한 복수개의 강재 거더(100)의 웨브(110) 상단에 바닥판으로 이루어진 콘크리트부(200)가 일체로 형성된 구성의 본 발명에 따른 합성구조물의 또다른 실시예의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 또한 본 발명에 따른 합성구조물(10)은 하나의 빔 형태로 제작될 수 있는데, 도 28 및 도 29에는 각각 하나의 빔 형태로 이루어진 본 발명에 따른 합성구조물(10)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 28 및 도 29에 도시된 것처럼, 강재 거더(100)의 웨브(110) 상단에 본 발명에 따른 전단연결재(1)가 결합된 상태에서, 전단연결재(1)는 물론이고 웨브(110)까지도 콘크리트부(200)에 매립되도록 하여, 콘크리트부(200)와 강재 거더(100)가 함께 하나의 빔을 이루는 구성으로 본 발명의 합성구조물이 만들어질 수 있는 것이다. 한편, 이와 같이 빔 형태의 합성구조물에서는 빔의 중앙부에서는 콘크리트부(200)의 단면을 축소시킬 수 있는데, 도 28에 도시된 실시예의 경우는 이러한 단면 축소 형태가 직선형태로 되어 있는 것이고 도 29에 도시된 실시예의 경우는 이러한 단면 축소 형태가 아치형태로 되어 있는 것이다.

1: 전단연결재
10: 합성구조물
11: 끼움판
12: 확대 전단키 헤드부
100: 강재 거더
110: 웨브
200: 콘크리트부

Claims

강재 거더(100)의 웨브(110) 상부에 콘크리트부(200)가 결합되어 있는 구성의 강재 거더-콘크리트 합성구조물(10)로서,
종방향으로 폭을 가진 판부재로 이루어져서 횡방향으로는 간격을 가지고 이격되어 서로 마주하는 한 쌍의 끼움판(11)과, 판부재가 절곡되어 상기 끼움판(11) 사이를 일체로 연결하는 확대 전단키 헤드부(12)로 이루어진 전단연결재(1)를, 강재 거더(100)의 웨브(110) 상단이 상기 한 쌍의 끼움판(11) 사이에 끼워지도록 함으로써, 상기 웨브(110)가 끼워지면서 한 쌍의 끼움판(11) 사이의 횡방향 간격이 증가하여 상기 전단키 헤드부(12)에서 만들어지는 탄성력에 의해 상기 한 쌍의 끼움판(11)이 상기 웨브(110)를 가압하는 상태로 상기 전단연결재(1)가 상기 웨브(110)의 상단에 고정되도록 하며;
상기 전단연결재(1)가 매립되도록 상기 강재 거더(100)의 웨브(110) 상부에 콘크리트가 타설되어 콘크리트부(200)가 형성됨으로써, 상기 전단연결재(1)에 의해 상기 콘크리트부(200)와 상기 강재 거더(100) 사이에 전단력이 전달되는 구성을 가지게 되는 것을 특징으로 하는 강재 거더와 콘크리트 합성구조물.
제1항에 있어서,
상기 전단연결재(1)는, 한 쌍의 끼움판(11)이 종방향으로 길게 연장되어 있되, 상기 확대 전단키 헤드부(12)가 제거된 부분이 형성됨으로써 상기 확대 전단키 헤드부(12)가 간격을 두고 단속적으로 존재하게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강재 거더와 콘크리트 합성구조물.
제2항에 있어서,
상기 전단연결재(1)는, 상기 확대 전단키 헤드부(12)가 제거된 부분에서는 상기 웨브(110)의 상단이 노출되도록, 상기 확대 전단키 헤드부(12)가 제거된 부분에서 상기 끼움판(11)에는 오목하게 파인 오목부(13)가 형성되어 있으며;
전단연결재(1)가 상기 웨브(110)에 결합된 후, 상기 웨브(110)에서 상기 오목부(13)에 의해 노출된 부분에는 횡방향으로 돌출되는 스터드부재(20)가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 강재 거더와 콘크리트 합성구조물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전단연결재(1)의 상기 확대 전단키 헤드부(12)는 종방향으로의 단면이 원형을 이루도록 판부재가 원통형으로 구부러져서 형성된 것을 특징으로 하는 강재 거더와 콘크리트 합성구조물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전단연결재(1)의 상기 확대 전단키 헤드부(12)는 종방향으로의 단면이 역삼각형을 이루도록 판부재가 절곡되어 형성된 것을 특징으로 하는 강재 거더와 콘크리트 합성구조물.
강재 거더(100)의 웨브(110) 상부에 콘크리트부(200)가 결합되어 있는 구성의 강재 거더-콘크리트 합성구조물(10)의 시공방법으로서,
종방향으로 폭을 가진 판부재로 이루어져서 횡방향으로는 간격을 가지고 이격되어 서로 마주하는 한 쌍의 끼움판(11)과, 판부재가 절곡되어 상기 끼움판(11) 사이를 일체로 연결하는 확대 전단키 헤드부(12)로 이루어진 전단연결재(1)를, 강재 거더(100)의 웨브(110) 상단이 상기 한 쌍의 끼움판(11) 사이에 끼워지도록 함으로써, 상기 웨브(110)가 끼워지면서 한 쌍의 끼움판(11) 사이의 횡방향 간격이 증가하여 상기 전단키 헤드부(12)에서 만들어지는 탄성력에 의해 상기 한 쌍의 끼움판(11)이 상기 웨브(110)를 가압하는 상태로 상기 전단연결재(1)를 상기 웨브(110)의 상단에 고정시키는 단계; 및
상기 전단연결재(1)가 매립되도록 상기 강재 거더(100)의 웨브(110) 상부에 콘크리트를 타설하여 콘크리트부(200)를 형성하는 단계를 포함함으로써, 상기 전단연결재(1)에 의해 상기 콘크리트부(200)와 상기 강재 거더(100) 사이에 전단력이 전달되는 구성을 가지는 강재 거더와 콘크리트 합성구조물을 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 강재 거더와 콘크리트 합성구조물의 시공방법.