KR101342894B1 - 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더, 그 제작 방법 및 연속화 교량의 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더는, 상부재, 복부경사재, 하부재 및 긴장재를 포함하여 구성되되,
상기 복부경사재와 하부재는 철근콘크리트재로 일체로 성형되고, 상기 복부경사재와 상부재가 만나는 상격점부의 상부에는 정착포켓이 형성되며, 상기 긴장재는, 거더의 중심부에 대하여 대칭하는 위치의 제1정착포켓과 제2정착포켓에 설치되는 제1정착구와 제2정착구에 각 단이 정착되고, 제1정착구에서 거더의 중심부 방향으로 경사진 제1복부경사재와, 제2정착구에서 거더의 중심부 방향으로 경사진 제2복부경사재 및 상기 제1복부경사재와 제2복부경사재 사이의 하부재를 따라 내설된 쉬스관의 내부를 관통하도록 설치되어, 상기 제1정착구와 제2정착구에 의해 상기 긴장재에 인장력을 가함으로써, 상기 제1복부경사재, 제2복부경사재 및 하부재에 포스트 텐션에 의한 프리스트레스를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더, 그 제작 방법 및 연속화 교량의 제작 방법 {TRUST TYPE PRESTRESSED CONCRETE GIRDER, MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME AND CONSTRUCTING METHOD OF CONTINUATION BRIDGE USING THE SAME}

본 발명은 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더에 관한 것으로, 상부재와 복부경사재 및 하부재로 구성되는 트러스형 거더에서 복부경사재와 하부재를 철근콘크리트재로 일체로 성형하고 복부경사재와 하부재의 내부를 연속적으로 경유하는 긴장재를 배치함으로써, 가볍고 경제적이면서 별도의 조립공정이 필요 없는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더에 관한 것이다.

거더(Girder)는 교량에서 다리의 하중을 지탱하기 위하여 교각위에 설치하는 구조물이다. 일반적으로 교량에 상용되는 거더 중에는 빔형 거더와 트러스형 거더가 있다. 빔형 거더는 트러스형 거더에 비하여 제작은 용이하나 중량이 많이 나가고 처짐 현상이 크게 나타나기 때문에 교각의 간격이 짧은 교량에 주로 사용되며, 트러스형 거더는 빔형 거더에 비하여 견딜 수 있는 하중 대비 중량이 작아 교각의 거리가 멀고 큰 하중을 지탱해야 하는 교량에 많이 사용된다.

트러스형 거더에는 다양한 종류가 있으나, 상현재와 하현재는 철근콘크리트로 제작하고 복부재는 강관 등의 강재로 제작하는 복합 트러스 거더가 많이 사용되고 있다. 복합 트러스 거더는 철근 콘크리트재 상부재와 하부재 사이에 강재 복부경사재를 결합한 것으로 교량 시공현장 부근에서 세그먼트로 제작한 복부경사재를 상부 및 하부재와 결합하고 하부재에 프리스트레스를 도입한 후 교각 위에 설치하는 방식으로 주로 시공되고 있다.

이러한 복합 트러스 거더는 빔형 트러스 거더에 비해 중량이 작아 교각 사이의 거리가 먼 경우에 주로 사용되어 왔는데, 콘크리트재로 제작된 상하부재와 강재로 제작된 복부재 간의 이질감으로 인하여 상부재 및 하부재에 연결부재를 설치하고 복부경사재를 결합하여 사용하였다. 이 경우 상하부재와 복부경사재의 연결부인 격점부에 하중이 집중되어 구조적으로 안정시키기 위한 보강문제가 발생하고, 상하부재와 복부경사재를 개별 제작하여 시공해야 하는 시공 상의 비효율성이 존재하였으며, 강재의 부식으로 인한 지속적인 관리가 필요하고, 관리 소홀시에는 교량의 안전에 심각한 문제를 발생시킬 수 있는 단점이 있어 왔다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하부재와 복부경사재를 철근 콘크리트재로 일체로 성형하고, 복부경사재와 하부재를 연속적으로 경유하는 긴장재를 배치함으로써, 복부경사재와 하부재에 동시에 프리스트레스를 도입하여 가볍고 견고한 복합 트러스 거더의 장점을 그대로 유지하면서 내구성과 경제성이 우수한 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더는,

상부재, 복부경사재, 하부재 및 긴장재를 포함하여 구성되되,

상기 복부경사재와 하부재는 철근콘크리트재로 일체로 성형되고,

상기 복부경사재와 상부재가 만나는 상격점부의 상부에는 정착포켓이 형성되며,

상기 긴장재는,

거더의 중심부에 대하여 대칭하는 위치의 제1정착포켓과 제2정착포켓에 설치되는 제1정착구와 제2정착구에 각 단이 정착되고,

제1정착구에서 거더의 중심부 방향으로 경사진 제1복부경사재와, 제2정착구에서 거더의 중심부 방향으로 경사진 제2복부경사재 및 상기 제1복부경사재와 제2복부경사재 사이의 하부재를 따라 내설된 쉬스관의 내부를 관통하도록 설치되어,

상기 제1정착구와 제2정착구에 의해 상기 긴장재에 인장력을 가함으로써,

상기 제1복부경사재, 제2복부경사재 및 하부재에 포스트 텐션에 의한 프리스트레스를 제공하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 정착포켓은 상기 상격점부의 전방과 후방에 한 쌍으로 형성되고, 상기 정착구에 의해 긴장재에 인장력을 도입하는 작업 시 작업공간이 충분히 확보되도록 일정한 공간부가 형성되며, 정착구가 설치되는 정착면이 복부경사재의 방향에 수직한 방향으로 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한,일부가 상기 정착포켓의 하면에 상격점부 내부의 콘크리트에 매설되고, 일부는 일정높이 상방향으로 노출된 정착포켓 매입철근과, 상기 정착구에 의해 긴장재에 인장력이 도입된 이후에 상기 정착포켓 매입철근에 커플러에 의해 연결되는 정착포켓 연결철근을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부재가 강재인 경우에는,

상기 강재의 하방으로 연결되어 다수개의 관통구가 형성된 구멍강판과, 상기 구멍강판의 관통구에 삽입되는 일정한 길이의 철근으로 구성되어, 상기 상격점부의 콘크리트 내부로 매설되는 적어도 하나 이상의 구멍강판전단연결재를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 복부경사재와 하부재가 만나는 하격점부 중 거더의 중심에서 일정한 거리 이격되고, 거더의 중심에서 대칭된 위치에 있는 한 쌍의 하격점부에는, 거더의 중심과 먼 쪽 측면에 각각 적어도 하나 이상의 유지관리용 정착구가 설치되는 것을 특징으로할 수 있다.

상기 복부경사재와 하부재가 만나는 하격점부의 상부면은,

복부경사재, 하부재 및 하격점부를 경유하는 쉬스관과 일정 이상의 거리를 가지도록 일정 이상의 곡률반경을 가지는 곡면으로 설계되고, 상기 하격점부의 내부에는 상기 쉬스관을 고정하는 적어도 하나 이상의 쉬스관 보호철근이 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 거더의 양단 하격점부의 측면부에는 두 개의 거더를 긴장재에 의해 연결시킬 수 있도록 긴장재를 고정하는 제1연속화 정착구가 설치되고,

거더의 양 단에서 가장 가까운 상격점부의 측면부에는 두개의 거더를 상부 슬라브를 경유하는 긴장재에 의해 연결시킬 수 있도록 긴장재를 고정하는 제2연속화 정착구가 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 거더의 제작 방법은, 하부재와 복부재 및 거더 단부 벽체를 구성하는 철근을 배근하여 거더 골격을 형성하고, 거푸집을 설치하며, 거더 골격 내부를 경유하는 쉬스관을 배치하는 제1단계;

상기 거더 골격의 위에 전단연결재가 결합된 상부재 강재를 거치하는 제2단계;

거푸집 내부로 콘크리트를 타설하는 제3단계;

타설된 콘크리트가 건조되어 강도가 발현된 후 긴장재를 쉬스관 내부를 관통하도록 배치하고 긴장재의 양단에 장착구를 설치하여 긴장재에 긴장력을 도입하는 제4단계;

정착포켓 매입철근과 연결철근 결합하는 제5단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 거더 연속화 교량의 제작방법은,

상기의 거더 제작 방법에 의해 제작된 거더를 교각위에 거치하는 제6단계;

용접 또는 볼트 체결방식을 이용하여 인접하는 거더의 상부재 강재를 서로 연결하는 제7단계;

연속화될 두 거더의 상격점부에 양단이 위치하고 상부 슬래브의 내부를 경유하는 쉬스관을 배치하는 제8단계;

인접한 두 거더의 선단 하격점부를 관통하도록 긴장재를 배치하고, 긴장재의 양 단에 정착구를 설치하여 긴장력을 도입하는 제9단계;

상부 슬래브의 골격을 이루는 철근을 배근하는 제10단계;

상부 슬래브와 정착포켓이 일체화 되도록 콘크리트를 동시 타설하는 제11단계;

상기 제8단계에서 배치한 쉬스관에 슬래브 연속화 긴장재를 삽입 후 긴장력 도입하는 제12단계;

를 포함한다.

본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더는, 빔형 프리스트레스 콘크리트 거더에 비하여 가볍고 견고하여 교각 간의 거리가 먼 교량의 공사에 사용하기 용이하다.

또한, 본 발명은 상부재와 하부재를 철근 콘크리트로 제작하고 복부경사재를 강관 등의 강재로 제작하는 복합 트러스 거더에서 발생하는 격점부의 하중 집중으로 인한 안전성 문제를 해결하고 강재의 부식으로 인한 교량의 내구성 저하의 문제점을 해결하여, 가볍고 견고하며 내구성이 뛰어나다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 분리사시도.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 정면도.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 긴장재 배치를 나타낸 평면도.
도 3a는 도 2a의 A-A 단면도.
도 3b는 도 2a의 B-B 단면도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 거더의 시공 과정을 설명하기 위한 부분 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 거더의 시공 과정을 설명하기 위한 정면도.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명에 따른 거더의 연속화 공정을 설명하기 위한 정면 투시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 분리사시도.
도 8은 본 발명에 따른 거더의 하격점부의 내부 구조를 설명하기 위한 투시도.

본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다

이하, 본 발명과 관련된 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더 및 그 제작방법에 대하여 도 1 내지 도 10을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 상부재가 강재인 경우의 분리사시도이고, 도 2a는 본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 상부재가 강재인 경우의 정면도이며, 도 2b는 본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더에 긴장재가 배치되는 것을 나타낸 평면도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더는 상부재(10), 복부경사재(20) 및 하부재(30)를 포함하여 구성된다. 트러스형 거더는 상부재, 복부재, 하부재로 구성된다. 복부재는 상부재와 하부재에 경사진 방향으로 설치되는 복부경사재(또는 경사재)와 하부재와 상부재에 수직한 방향으로 설치되는 수직재가 있다. 도 1에 도시된 트러스형 거더는 상부재(10), 복부경사재(20), 하부재(30)로 구성된 경우이며, 상부재로 강재(10a)가 선택된 경우이다. 도 1에는 수직재를 포함하고 있지 않으나, 필요에 따라 수직재를 배치할 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 복부경사재(20)와 하부재(30)는 철근 콘크리트로 제작되고, 상부재는 강재이다. 강재 상부재(10a)는 전단연결재(15)가 결합되어 거더콘크리트와의 결합력을 높이며 횡방향으로 일정간격의 구멍(11)이 형성되어 상부슬라브 철근을 관통시켜 상부 슬라브(5)가 타설될 때 강재(10a)가 슬라브(5)와 일체화 되어 상부 슬라브(5)와 거더의 결합력을 향상시키는 역할을 한다. 강재 상부재(10a)의 형태는 H-형, ㅁ-형, ㅠ-형, ㅛ-형 등의 형태로 제작 될 수 있다.

가장 바람직하게는 강재 상부재(10a)는 H 빔을 선택하는 것이 바람직하다. H 빔 형태의 강재 상부재(10a)는 휨 모멘트와 뒤틀림 모멘트 등에 강해 거더 전체의 견고성 및 내구성을 향상시켜 거더의 상부재로 사용되기에 적합하며, 상부 슬라브가 타설될 때 강재가 슬라브와 일체화 되어 상부 슬라브와 거더의 결합력을 향상시키는 역할을 한다.

하부재(30)와 복부경사재(20)는 철근 골격에 콘크리트를 타설하고 양생하여 제작된다. 종래의 철근 콘크리트 거더는 빔형태가 주로 사용되었으며, 트러스형 거더의 경우에는 하부재만 철근 콘크리트로 제작되고 복부재는 강재를 사용하는 복합 트러스형 거더가 사용되었다. 다만, 하중이 크게 작용하지 않는 교량의 경우에는 복부재가 철근 콘크리트재인 경우에 대하여 개시된 문헌이 있으나, 복부재가 철근 콘크리트재이고, 여기에 프리스트레스가 도입되어 시공된 경우는 없었으며, 이에 관해 개시된 문헌도 없다.

복부경사재(20)에 프리스트레스가 도입되면 종래의 복합 트러스 거더에서 복부경사재를 강재 등을 사용하는 것과는 달리 철근 콘크리트로 제작할 수 있다. 복부경사재(20)를 철근 콘크리트로 제작하는 경우의 가장 큰 장점은 복합 트러스 거더와는 달리 복부경사재(20)와 하부재(30)를 연결하는 별도의 연결부재가 필요 없게 된다는 점이다. 이는 복부경사재와 하부재가 동일한 재질로 구성되어 일체로 제작할 수 있기 때문이다. 종래에 복부경사재를 철근 콘크리트 재질로 사용하지 못했던 이유는 철근 콘크리트는 압축력에는 잘 견디지만, 인장력에 약해 인장력이 발생하는 지점에 철근 콘크리트 재질의 복부경사재를 사용하면 쉽게 파괴될 가능성이 크기 때문이다. 또한, 복부경사재에 프리스트레스가 도입되지 못한 이유는, 철근 콘크리트 복부경사재에 따로 프리스트레스를 도입하는 경우에는 하부재 및 상부재와의 연결에 있어 기술상의 난점이 있었으며, 하부재와 복부경사재에 연속하여 경유하도록 긴장재를 배치하는 경우에는 긴장재가 곡선을 이루어야 되는 점, 긴장재를 정착하는 정착구 설치의 어려움 등의 기술적인 난점이 있기 때문이다.

본 발명은 상기의 기술적 난점을 해결하기 위해 하부재(30)와 복부경사재(20)를 철근 콘크리트로 일체로 제작하고, 강재 상부재(10a)를 사용하되, 복부경사재와 상부재가 만나는 지점인 상격점부(40)에 긴장재(60)의 양 단을 고정시키는 정착구(80)가 설치될 수 있도록 정착포켓(70)을 배치하고, 긴장재(60)가 거더의 중심에 대칭되는 구조로 복부경사재(20), 하부재(30), 다시 복부경사재(20)를 연속하여 경유하도록 설계된다.

하부재(30)에는 종래의 빔형 프리스트레스 거더 또는 복합 트러스형 프리스트레스 거더에 적용된 것과 마찬가지로 거더의 양 단에 정착구(85)가 설치되고, 하부재를 경유하는 긴장재(65)가 적어도 하나 이상 배치되도록 한다.

정착구(85)는 거더의 내부로 삽입되도록 설치되며, 별도의 정착블록을 필요로 하지 않는 구조로 설계된다.

거더의 중앙부로 가까울수록 휨모멘트에 의해 하부재에 작용하는 인장력이 크다. 종래에는 중앙부에 작용하는 인장력을 상쇄시키기 위하여 거더 하부재의 측면부에 외부로 돌출되는 정착블록을 형성하여 정착블록에 정착구를 설치하여 긴장재에 인장력을 도입하는 방법을 사용하였다. 이러한 방법은 거더 외부로 정착블록이 돌출되어 외관상으로도 좋지 않을 뿐 아니라, 콘크리트 타설시에도 어려움이 있으며, 정착블록에 하중이 집중되어 내구성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해, 복부경사재(20)와 하부재(30)를 철근 콘크리트로 일체로 제작하되, 상격점부(40)에 정착포켓(70)을 형성하고, 정착포켓(70)에 정착구(80)를 설치하며, 긴장재(60)가 복부경사재(20)와 하부재(30)를 연속하여 경유하도록 설계한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 긴장재(60)에 의해 복부경사재(20)와 하부재(30)에 동시에 프리스트레스를 도입하기 위하여 상격점부(40)에는 정착포켓(80)이 형성된다. 도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이 거더 중앙부의 상격점부를 제외한 나머지 상격점부에는 정착포켓이 형성된다. 상격점부 모두에 정착포켓을 형성시켜야 하는 것은 아니고, 경우에 따라 특정 복부경사재에 프리스트레스를 도입할 필요가 없는 경우에는 일부 상격점부에는 정착포켓을 형성시키지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 일 실시예의 설명함에 있어 편의상 용어를 정의한다. 거더의 중앙부에서 어느 한 쪽에 형성된 정착포켓을 제1정착포켓(71), 거더 중앙부에 대해 제1정착포켓(71)과 반대쪽 대응되는 위치에 형성된 정착포켓을 제2정착포켓(72)으로 정의하고, 제1정착포켓(71)은 다시 거더 중앙부에서 가장 가까운쪽 상격점부에 형성된 정착포켓을 제1a정착포켓(71a), 제1a정착포켓(71a)과 대응되는 위치에 형성된 정착포켓을 제2a정착포켓(72a)이라 정의하며, 거더 중앙부에서 먼 쪽으로 갈수록 제1b정착포켓(71b)과 제2b정착포켓(72b), 제1c정착포켓(71c)과 제2c정착포켓(72c)으로 정의한다. 상격점부의 수가 도면에 도시된 것보다 그 수가 많을 경우에는 동일한 원리로 적용하여 정의할 수 있다.

또, 제1정착포켓(71)에 설치된 정착구를 제1정착구(81), 제2정착포켓(72)에 설치된 정착구를 제2정착구(82)로 정의하며, 정착포켓의 명칭을 정하는 것과 같은 방식으로 제1a정착구(81a), 제2a정착구(82a) 등을 정의한다.

또한, 정착구에 의해 양 단이 고정되는 긴장재와 복부경사재도 동일한 방식으로 정의한다.

도 1 및 도 2a에 도시된 일 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 상기한 바와 같이 복부경사재(20)와 하부재(30)는 철근 콘크리트로 일체로 성형되고, 상부재는 강재(10a)가 선택된다. 복부경사재(20)와 상부재(10)가 만나는 상격점부(40)에는 정착포켓(70)이 형성된다. 정착포켓(70)은 각 상격점부의 전면과 후면에 한 쌍이 형성되는 것이 바람직하다. 정착포켓(70)이 상격점부의 중앙부에 있는 경우에는 긴장재에 프리스트레스를 도입하는 작업시 작업 공간을 확보하기 어렵고, 거더 전체에 고르게 프리스트레스를 도입하기 어렵다. 도 1에 도시된 바와 같이 정착포켓(70)은 상격점부의 상부면에 대해 하방으로 일정한 공간을 갖도록 형성되고, 상부와 일 측이 개방되도록 형성되어 긴장재에 프리스트레스를 도입하는 작업이 용이하도록 설계된다. 정착구(80)는 정착포켓(70)에 설치되되 거더 중앙부로 경사진 복부경사재의 방향으로 함입된 공간에 설치된다. 정착포켓에 정착구가 설치되는 정착면은 정착판에 의해 정착구가 안정적으로 고정되도록 복부경사재와 수직하도록 설계된다.

정착포켓과 정착구가 설치되는 공간은 거더 제작을 위한 거푸집 설치시 정착포켓과 정착구가 설치되는 공간이 마련되도록 거푸집을 설계한다. 콘크리트 타설 후 거푸집을 제거하면 정착포켓과 정착구 설치 공간이 마련된다.

정착포켓의 바닥면에는 정착포켓 매입철근(75)이 상부로 일정 높이 돌출되어 형성된다. 정착포켓 매입철근(75)은 일정 부분은 거더의 콘크리트 내부에 매설되고 일부만이 정착포켓(70)의 하부면으로 돌출된다. 도 1에 도시된 바와 같이 상격점부의 상부면에는 일정 높이 돌출된 매입철근(45)이 배치되는데, 매입철근(45)은 상부 슬라브(5) 타설시 돌출된 부분이 상부 슬라브에 매설됨으로써, 거더와 상부 슬라브의 결합력을 증강시키는 역할을 한다. 정착포켓 매입철근(75)은 콘크리트 타설 시에는 정착포켓의 바닥면에서 커플러(77)에 의해 연결철근(76)과 연결이 가능할 정도로만 돌출되도록 배치한다. 정착포켓 매입철근(75)이 낮은 높이로 돌출되도록 하는 것은 정착구에 의해 긴장재에 긴장력을 도입하는 과정에서 정착포켓 매입철근(75)이 작업에 방해되지 않도록 충분한 작업공간을 확보하기 위함이다. 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 긴장재에 긴장력을 도입하는 과정이 끝난 후에 연결철근(76)을 커플러(77)로 정착포켓 매입철근(75)에 결합한다. 빔형 콘크리트 거더의 제작시에 거더와 상부 슬라브의 결합을 견고히 하기 위하여 거더에는 상부로 돌출된 매입철근을 배치하고, 상부 슬라브에는 매입철근을 수용하는 공간부인 전단포켓를 형성하고, 여기에 콘크리트를 타설하여 상부 슬라브와 거더를 결합한다. 본 발명의 정착포켓(70)은 정착구가 설치되는 공간, 긴장력 도입시 작업 공간의 역할을 함과 동시에, 상부 슬라브를 타설 시에는 종래의 전단포켓의 역할까지 하는 장점이 있다.

본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더에는 제1정착포켓(71)에서 제2정착포켓(72)까지 경유하는 긴장재(60)가 배치된다. 아래 표 1과 표 2는 트러스형 거더에 작용하는 축력 및 휨모멘트의 분포와 프리스트레스를 가하여 인장력을 제거한 경우의 축력 및 휨모멘트의 분포를 나타낸 표이다.

축 력

PS 도입으로 인장력 제거

휨모멘트

30% 이상 감소

표 1에서, 프리스트레스를 가하지 않은 상태에서 상부재, 하부재 및 복부경사재에 가해지는 축력분포를 살펴보면, 상부재에는 거더의 중앙부에 가까울수록 큰 압축력이 분포되고, 하부재는 중앙부에 가까울수록 큰 인장력이 분포하며, 복부경사재의 경우 인장력 가해지는 것과, 압축력이 가해지는 것이 있다. 복부경사재 중에서 거더의 중심방향으로 경사진 복부경사재에는 인장력이 분포되고, 거더의 단부 방향으로 경사진 복부경사재에는 압축력이 분포된다.

철근 콘크리트의 경우에는 압축력에 대해서는 강하나 인장력에 대해서는 약한 재질 특성을 보이는 바, 프리스트레스가 도입될 필요가 있는 부분은 하부재(30)와 거더의 중심 방향으로 경사진 복부경사재(21a,21b,21c,22a,22b,22c)이다. 복부경사재에 가해지는 인장력의 분포를 살펴보면, 거더의 중심에서 먼 쪽으로 갈수록 인장력의 크기가 커지는 분포를 가짐을 알 수 있다. 따라서, 거더의 중심방향으로 경사진 복부경사재의 위치에 따라 개별적으로 적합한 프리스트레스가 도입될 필요가 있음을 의미한다.

이러한 하부재와 복부경사재의 프리스트레스 도입 필요성을 충족시키기 위하여 복부경사재와 하부재를 연속적으로 경유하는 긴장재를 배치할 필요가 있다. 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 긴장재의 배치에 대하여 설명한다.

거더의 중심에서 일정한 거리에 있는 상격점부에는 제1정착포켓(71)이 형성되고, 여기에는 제1정착구(81)가 설치되며, 이에 대칭되는 위치에는 제2정착포켓(72)이 형성되고 여기에는 제2정착구(82)가 설치된다. 제1정착구(71)에 일단이 고정되고 제1복부경사재(21), 하부재(30), 제2복부경사재(22)를 경유하는 긴장재(60a,60b,60c)가 배치된다.

구체적으로, 거더의 중심에서 가장 가까운 상격점부에는 제1a정착포켓(71a)이 형성되고, 제1a정착포켓(71a)에는 제1a정착구(81a)가 설치된다. 거더의 중심에 대하여 대칭한 위치에 있는 상격점부에는 제2a정착포켓(72a)이 형성되고, 제2a정착포켓(72a)에는 제2a정착구(82a)가 설치된다. 제1a정착구(81a)에 일단이 고정된 제a긴장재(60a)는 제1a복부경사재(21a), 하부재(30) 및 제2a복부경사재(22a)를 경유하여 제2a정착구(82a)에 타단이 고정되어 경유하는 복부경사재와 하부재에 프리스트레스를 제공한다.

또한, 그 다음 거리에 있는 상격점부에는 제1b정착포켓(71b)이 형성되고, 제1b정착포켓(71b)에는 제1b정착구(81b)가 설치된다. 거더의 중심에 대하여 대칭한 위치에 있는 상격점부에는 제2b정착포켓(82b)이 형성되고, 제2b정착포켓(72b)에는 제2b정착구(82b)가 설치된다. 제1b정착구(81b)에 일단이 고정된 제b긴장재(60b)는 제1b복부경사재(21b), 하부재(30) 및 제2b복부경사재(22b)를 경유하여 제2b정착구(82b)에 타단이 고정되어 경유하는 복부경사재와 하부재에 프리스트레스를 제공한다.

중심부에서 가장 먼 쪽 상격점부에는 제1c정착포켓(71c)이 형성되고, 제1c정착포켓(71c)에는 제1c정착구(81c)가 설치된다. 거더의 중심에 대하여 대칭한 위치에 있는 상격점부에는 제2c정착포켓(72c)이 형성되고, 제2c정착포켓(72c)에는 제2c정착구(82c)가 설치된다. 제1c정착구(81c)에 일단이 고정된 제c긴장재(60c)는 제1c복부경사재(21c), 하부재(30) 및 제2c복부경사재(22c)를 경유하여 제2c정착구(82c)에 타단이 고정되어 경유하는 복부경사재와 하부재에 프리스트레스를 제공한다.

상기와 같이 복부경사재와 하부재 다시 복부경사재를 경유하고, 양 단이 상격점부의 정착포켓에 설치된 정착구에 의해 양 단이 고정되는 여러개의 긴장재에 의해 각 긴장재에 도입하는 프리스트레스의 크기를 필요에 따라 적절히 조절함으로써, 표 1에 도시된 인장력을 제거한 응력분포를 얻을 수 있게 된다.

도 1을 참조하여 설명한 실시예는 본 발명의 일실시예에 불과하므로, 상격점부의 갯수는 설계하는 거더의 길이에 따라 그 수가 달라지는 경우에도 동일한 원리로 긴장재를 배치할 수 있다.

도2b 와 도3b를 참조하여 설명하면, 하부재와 복부경사재를 경유하는 긴장재(60a, 60b, 60c, 65)는 서로 간섭을 일으키지 않고, 거더에 고른 프리스트레스를 제공하기 위하여 서로 좌우 또는 상하로 일정한 거리를 두도록 설계된다. 하부재의 두께가 약 300 mm 로 설계되는 경우에 긴장재 간의 상하 간격은 약 100mm 인 것이 바람직하다. 또한, 긴장재 간의 좌우 간격은 적어도 100mm 이상이 되도록 배치한다.

긴장재(60)에 긴장력을 도입하면, 긴장재(60), 또는 쉬스관(90)과 일정한 거리에 있는 영역은 긴장재(60)에 도입된 프리스트레스에 의해 높은 응력 분포를 보이게 된다. 이때 도 8에 도시된 바와 같이 일정 응력 이상의 분포를 가지는 영역(응력영향범위)이 거더의 내부에 존재하도록 설계하여야 거더의 안정성이 보장된다. 긴장재가 하격점부에서 완만한 곡선을 이루도록 배치되므로, 이에 대응하여 하격점부의 상부면(51)도 긴장재에 의한 응력영항범위를 포함하도록 완만한 곡면을 이루도록 설계되는 것이 바람직하다.

또한, 긴장재에 긴장력을 도입하면 긴장재를 감싸는 쉬스관(90)에는 긴장재에 의해 곡선의 안쪽으로 힘이 가해지게 된다. 이 경우의 응력 집중을 해소하고 쉬스관(90)을 보호하기 위하여 도 8에 도시된 바와 같이 쉬스관 보호철근(95)이 배치된다. 쉬스관 보호철근(95)은 긴장재(60)에 의해 쉬스관(90)에 힘이 가해지는 반대방향으로 쉬스관(90)에 힘을 가하는 고리부(95a)와 선단이 바깥쪽으로 절곡되어 콘크리트에 매설되는 절곡부(95b)로 형성된다. 쉬스관(90)이 곡선을 이루는 부분에 일정한 간격으로 배치함으로써 쉬스관(90)을 보호하고 쉬스관 주변에 집중되는 응력을 분산할 수 있다.

도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 복부경사재와 하부재가 만나는 하격점부 중 거더의 중심에서 일정한 거리 이격되고 거더의 중심에서 대칭된 위치에 있는 한 쌍의 하격점부에는, 거더의 중심에 대해 먼 쪽 측면에 각각 적어도 하나 이상의 유지관리용 정착구(86)가 설치될 수 있다. 긴장재에 의해 거더에 가해지는 프리스트레스는 오랜 시간이 경과하면 긴장재의 크리프 변형(creep deformation) 등에 의해 긴장재에 의해 가해지는 압축력이 줄어들게 된다. 이를 보완하기 위하여 교량 설치 후 일정한 기간이 경과한 후 추가적인 프리스트레스를 제공하기 위한 유지관리용 정착구(86)가 설치된다.

본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 상부재(10)는 강재 상부재(10a)와 철근콘크리트 상부재(10b) 중 어느 하나가 선택될 수 있다. 도 1은 강재 상부재(10a)를 선택한 경우이고, 도 7은 철근 콘크리트 상부재(10b)를 선택한 경우이다. 먼저 강재 상부재는 전단연결재(15)에 의해 거더의 상격점부 및 거더 단부 벽체와 결합된다.

도 1에 도시된 바와 같이 전단연결재(15)는 상격점부가 위치하는 위치에 대응하여 강재 상부재(10a)의 하부면에 결합된다. 전단연결재(15)는 일정한 면적을 가지고 다수개의 구멍이 형성된 구멍강판(15a)과, 상기 구멍강판(15a)을 관통하는 관통철근(15b)으로 구성된다. 전단연결재(15)는 상격점부의 내부에 위치하여 거더의 콘크리트 타설시 상격점부(40)의 내부에 매설된다. 도 3b에 도시된 바와 같이 횡방향으로 구멍강판(15a)을 관통하는 관통철근(15b)에 의해 강재 상부재(10a)와 상격점부의 결합력이 증강된다. 도4d 및 도4e에 도시된 바와 같이 강재 상부재(10a)의 측면에는 일정한 간격으로 구멍(11)이 형성되어 상부 슬라브 철근 골격을 이루는 일부 철근(5b)이 강재 상부재(10a)를 관통하도록 설계됨으로써, 상부 슬라브(5)와 강재 상부재(10a) 간의 결합력을 증강시킨다.

상부재가 철근 콘크리트 상부재로 선택되는 경우에는, 하부재 및 복부경사재의 철근 골격을 형성할 때 상부재의 철근 골격을 함께 형성하고, 콘크리트를 타설하여 일체로 제작된다. 콘크리트를 타설한 이후의 형상은 도 7에 도시된 바와 같다.

이하 도 5a 내지 5c를 참조하여 거더의 제작방법에 대하여 설명한다.

제1단계( S10 )

먼저 도 5a에 도시된 바와 같이 하부재(151)와 복부재(152) 및 거더 단부 벽체(153)를 구성하는 철근을 배근하여 거더 골격(150)을 형성한다. 골격이 형성되면 골격 내부를 경유하는 쉬스관(90)을 배치한다. 복부경사재와 하부재를 연속하여 경유하는 쉬스관, 하부재를 관통하는 쉬스관, 유지관리용 쉬스관 및 빔 연속화 쉬스관을 모두 배치한다.

철근콘크리트 상부재인 경우에는 이 단계에서 하부재와 복부재의 철근 배근시에 상부재의 골격을 함께 형성한다.

철근 배근과 쉬스관의 배치가 끝나면 거푸집을 설치한다. 거푸집은 철근 골격 주위로 판넬 등으로 제작하며, 정착포켓과 정착구가 설치될 공간을 확보할 수 있도록 제작한다.

제2단계(S20)

상기 거더 골격(150)의 위에 전단연결재(15)가 결합된 상부재 강재(10a)를 거치한다. 상부재는 거더 골격의 위에 배치되고, 전단연결재(15)는 상격점부 내부에 매설될 수 있도록 배치된다. 상부재가 철근콘크리트인 경우에는 이 단계는 생략된다.

제3단계(S30)

거더의 골격(150)이 형성되고, 상부재(10a)가 거치되면 거푸집 내부로 콘크리트를 타설한다. 콘크리트를 타설한 후 일정시간 동안 건조 양생한다.

제4단계(S40)

타설된 콘크리트가 건조되어 강도 발현된 후 긴장재(60)를 쉬스관(90) 내부를 관통하도록 배치하고 긴장재(60)의 양단에 장착구(80)를 설치하여 긴장재에 긴장력을 도입한다. 각 긴장재에 도입되는 긴장력의 크기는 차이가 있으며, 거더의 중심에서 먼 쪽의 복부경사재에 더 큰 긴장력이 도입되어야 한다. 긴장력을 도입하는 작업 시 정착포켓(70)이 작업공간을 확보해 주는 역할을 한다.

제5단계(S50)

긴장재에 긴장력을 도입하는 작업이 끝나면, 정착포켓 매입철근(75)과 연결철근(76)을 커플러(77)로 연결하여 거더를 완성한다.

거더가 완성되면, 완성된 거더를 교각(1) 위에 거치하고 상부 슬라브(5)의 철근 골격을 배근한 후 콘크리트를 타설하여 교량을 완성한다.

이하, 본 발명에 따른 거더 연속화 교량의 제작 방법에 대하여 설명한다.

교량의 길이가 긴 경우에는 여러 개의 교각과 여러 개의 거더가 필요하다. 이 때 거더와 거더를 연속화 시키고 상부 슬라브를 타설함으로써, 교량의 안정성을 확보할 수 있다.

제6단계( S60 ) 및 제7단계( S70 )

상기의 거더 제작 방법에 의해 제작된 거더를 교각(1) 위에 거치한다. 교각 위에는 서로 다른 거더의 양 단부가 맞닿도록 거치된다. 강재 상부재가 선택된 거더의 경우에 인접하는 두 강재 상부재(10a)를 용접 또는 볼트 체결방식에 의해 결합한다. 볼트로 체결하는 경우에는 각 상부재에 볼트가 결합될 수 있는 플랜지(도면미표시)를 구비하고, 두 플랜지를 볼트에 의해 결합할 수 있다.

제8단계( S80 ) 및 제9단계( S90 )

두 거더를 연속화하기 위해서 빔연속화 정착구(87)와 슬라브 연속화 정착구(88)가 이용된다. 빔연속화 정착구(87)는 거더의 하부를 긴장재에 의해 연속화시키는 정착구이며, 슬라브 연속화 정착구(88)는 두 거더의 상부에 고정되고 상부 슬라브를 경유하는 긴장재에 의해 연속화시키는 정착구이다.

상부 슬라브(5)를 타설하기 전에 연속화될 두 거더의 상격점부에 양단이 위치하고 상부 슬래브의 내부를 경유하여 슬라브 연속화 정착구에 연결되는 쉬스관을 배치한다.

인접한 두 거더의 하부를 연속화 시키기 위하여 인접한 두 거더의 선단 하격점부를 관통하도록 긴장재(67)를 배치하고, 긴장재(67)의 양 단에 빔 연속화 정착구(87)를 설치하여 긴장력을 도입한다. 이 때 거더를 제작 시에 미리 빔 연속화 정착구가 설치될 공간을 확보하고 쉬스관을 배치하여 콘크리트를 타설해 두어야 한다.

제10단계( S100 ), 제11단계( S110 ), 제12단계( S120 )

거더의 하부가 빔 연속화 정착구(87)와 긴장재(67)에 의해 연속화가 되면, 상부 슬래브(5)를 시공하기 위한 상부 슬라브의 골격을 이루는 철근을 배근한다. 상부 슬라브의 골격 배근은 상기에 기재된 바와 같다. 철근이 배근되면 상부 슬라브(5)와 정착포켓(70)이 일체화 되도록 콘크리트를 동시 타설한다. 앞서 설명한 바와 같이 정착포켓(70)은 전단포켓의 역할을 한다. 제8단계에서 배치한 쉬스관에 슬래브 연속화 긴장재(68)를 삽입 후 긴장력 도입하면, 거더 연속화 교량이 완성된다.

5 : 상부슬래브
10(10a, 10b) : 상부재
10a : 강재 상부재
10b : 철근콘크리트 상부재
15 : 전단연결재
20(21, 22) : 복부경사재
21(21a, 21b, 21c) : 제1복부경사재
22(22a, 22b, 22c) : 제2복부경사재
30 : 하부재
40 : 상격점부
45 : 매입철근
50 : 하격점부
60(60a, 60b, 60c) : 긴장재
70(71, 72) : 정착포켓
71(71a, 71b, 71c) : 제1정착포켓
72(72a, 72b, 72c) : 제2정착포켓
75 : 정착포켓 매입철근
76 : 연결철근
77 : 커플러
80(81, 82) : 정착구
81(81a, 81b, 81c) : 제1정착구
82(82a, 82b, 82c) : 제2정착구

Claims (9)

1. 상부재, 복부경사재, 하부재 및 긴장재를 포함하여 구성되는 트러스형 거더에 있어서,
   상기 복부경사재와 하부재는 철근콘크리트재로 일체로 성형되고,
   상기 복부경사재와 상부재가 만나는 상격점부의 상부에는 정착포켓이 형성되며,
   상기 긴장재는,
   거더의 중심부에 대하여 대칭하는 위치의 제1정착포켓과 제2정착포켓에 설치되는 제1정착구와 제2정착구에 각 단이 정착되고,
   제1정착구에서 거더의 중심부 방향으로 경사진 제1복부경사재와, 제2정착구에서 거더의 중심부 방향으로 경사진 제2복부경사재 및 상기 제1복부경사재와 제2복부경사재 사이의 하부재를 따라 내설된 쉬스관의 내부를 관통하도록 설치되어,
   상기 제1정착구와 제2정착구에 의해 상기 긴장재에 인장력을 가함으로써,
   상기 제1복부경사재, 제2복부경사재 및 하부재에 포스트 텐션에 의한 프리스트레스를 제공하는 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 정착포켓은 상기 상격점부의 전방과 후방에 한 쌍으로 형성되고,
   상기 정착구에 의해 긴장재에 인장력을 도입하는 작업 시 작업공간이 충분히 확보되도록 일정한 공간부가 형성되며, 정착구가 설치되는 정착면이 복부경사재의 방향에 수직한 방향으로 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더.
   
3. 제 2항에 있어서,
   일부가 상기 정착포켓의 하면에 상격점부 내부의 콘크리트에 매설되고, 일부는 일정높이 상방향으로 노출된 정착포켓 매입철근 및
   상기 정착구에 의해 긴장재에 인장력이 도입된 이후에 커플러에 의해 상기 정착포켓 매입철근에 연결되는 정착포켓 연결철근을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 상부재가 강재인 경우에는,
   상기 강재의 하방으로 연결되어 다수개의 관통구가 형성된 구멍강판과, 상기 구멍강판의 관통구에 삽입되는 일정한 길이의 관통 철근으로 구성되어, 상기 상격점부의 콘크리트 내부로 매설되는 적어도 하나 이상의 전단연결재를 포함하는 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 복부경사재와 하부재가 만나는 하격점부 중 거더의 중심에서 일정한 거리 이격되고 거더의 중심에서 대칭된 위치에 있는 한 쌍의 하격점부에는, 거더의 중심에 대해 먼 쪽 측면에 각각 적어도 하나 이상의 유지관리용 정착구가 설치되는 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 복부경사재와 하부재가 만나는 하격점부의 상부면은,
   복부경사재, 하부재 및 하격점부를 경유하는 쉬스관과 일정 이상의 거리를 가지도록 일정 이상의 곡률반경을 가지는 곡면으로 설계되고, 상기 하격점부의 내부에는 상기 쉬스관을 고정하는 적어도 하나 이상의 쉬스관 보호철근이 배치되는 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 거더의 양단 하격점부의 측면부에는 두 개의 거더를 긴장재에 의해 연결시킬 수 있도록 긴장재를 고정하는 제1연속화 정착구가 설치되고,
   거더의 양 단에서 가장 가까운 상격점부의 측면부에는 두개의 거더를 상부 슬라브를 경유하는 긴장재에 의해 연결시킬 수 있도록 긴장재를 고정하는 제2연속화 정착구가 설치되는 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더.
   
8. 하부재와 복부재 및 거더 단부 벽체를 구성하는 철근을 배근하여 거더 골격을 형성하고, 거푸집을 설치하며, 거더 골격 내부를 경유하는 쉬스관을 배치하는 제1단계;
   상기 거더 골격의 위에 전단연결재가 결합된 상부재 강재를 거치하는 제2단계;
   거푸집 내부로 콘크리트를 타설하는 제3단계;
   타설된 콘크리트가 건조되어 강도가 발현된 후 긴장재를 쉬스관 내부를 관통하도록 배치하고 긴장재의 양단에 장착구를 설치하여 긴장재에 긴장력을 도입하는 제4단계;
   정착포켓 매입철근과 연결철근 결합하는 제5단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 제작 방법
   
9. 제 8항의 제작 방법에 의해 제작된 거더를 교각위에 거치하는 제6단계;
   용접 또는 볼트 체결방식을 이용하여 인접하는 거더의 상부재 강재를 서로 연결하는 제7단계;
   연속화될 두 거더의 상격점부에 양단이 위치하고 상부 슬래브의 내부를 경유하는 슬라브 연속화 쉬스관을 배치하는 제8단계;
   인접한 두 거더의 선단 하격점부를 관통하도록 빔 연속화 긴장재를 배치하고, 긴장재의 양 단에 빔 연속화 정착구를 설치하여 긴장력을 도입하는 제9단계;
   상부 슬래브의 골격을 이루는 철근을 배근하는 제10단계;
   상부 슬래브와 정착포켓이 일체화 되도록 콘크리트를 동시 타설하는 제11단계;
   상기 제8단계에서 배치한 쉬스관에 슬래브 연속화 긴장재를 삽입 후 긴장력 도입하는 제12단계;
   를 포함하는 거더 연속화 교량의 제작 방법
   
   
   
   
   
   

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