KR101355445B1 - 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더 및 그 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더는 상부재와 복부경사재 및 하부재로 구성되고, 상기 복부경사재와 하부재는 철근콘크리트재로 일체로 성형되되, 외부 하중에 의해 인장력이 발생되는 복부경사재와 하부재를 연속적으로 경유하는 하나 이상의 긴장재에 의해 복부경사재와 하부재에 프리스트레스를 제공하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 제작 방법은 하부재와 복부경사재가 성형될 거푸집을 준비하는 제1단계와, 상기 거푸집에 하부재와 복부경사재가 성형될 위치에 철근을 배선하고, 복부경사재와 하부재를 경유하는 쉬스관을 설치하는 제2단계와 상기 거푸집에 콘크리트를 타설하여 하부재와 복부경사재를 성형하는 제3단계와 상기 쉬스관에 복부경사재와 하부재를 경유하도록 긴장재를 삽입하는 제4단계 및 상기 긴장재의 양단에 정착장치를 설치하고 프리스트레스를 도입하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
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.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더는 상부재와 복부경사재 및 하부재로 구성되고, 상기 복부경사재와 하부재는 철근콘크리트재로 일체로 성형되되,
외부 하중에 의해 인장력이 발생되는 복부경사재와 하부재를 연속적으로 경유하는 하나 이상의 긴장재에 의해 복부경사재와 하부재에 프리스트레스를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 하부재에는 하부재의 일부 또는 전부를 경유하여 하부재에 프리스트레스를 제공하는 하나 이상의 긴장재가 더 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 상부재는, 상기 복부경사재와 일체로 성형되는 철근콘크리트재 또는 상기 복부경사재에 전단연결재에 의해 결합되는 강재 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더가 단순교에 적용되는 경우, 상기 긴장재는, 거더의 중심부를 기준으로 상호 대칭한 위치에 있는 복부경사재들과 상기 복부경사재들 사이의 하부재를 경유하도록 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더가 연속교에 적용되는 경우, 상기 긴장재는, 가해지는 인장력의 크기가 가장 유사한 복부경사재들과 상기 복부경사재들 사이의 하부재를 경유하도록 설치되고,
상기 상부재에는 상부재의 일부 또는 전부를 경유하여 상부재에 프리스트레스를 제공하는 하나 이상의 긴장재가 더 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 제작 방법은, 하부재와 복부경사재가 성형될 거푸집을 준비하는 제1단계와, 상기 거푸집에 하부재와 복부경사재가 성형될 위치에 철근을 배선하고, 복부경사재와 하부재를 경유하는 쉬스관을 설치하는 제2단계와 상기 거푸집에 콘크리트를 타설하여 하부재와 복부경사재를 성형하는 제3단계와 상기 쉬스관에 복부경사재와 하부재를 경유하도록 긴장재를 삽입하는 제4단계 및 상기 긴장재의 양단에 정착장치를 설치하고 프리스트레스를 도입하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 긴장재 배치 예시도.
도 2는 도 1에 대응하는 평면도.
도 3은 콘크리트 거더의 하부재에 긴장재가 배치되는 경우의 예시도.
도 4는 콘크리트 거더의 상부재가 강재인 경우의 긴장재 배치 예시도.
도 5는 수직재를 포함하는 콘크리트 거더의 예시도.
도 6은 연속교에 사용되는 콘크리트 거더의 상부재에 긴장재가 배치되는 예시도.
도 7은 콘크리트 거더에 긴장재가 배치되는 다른 예시도.
도 8은 콘크리트 거더에 긴장재의 정착지점을 나타내는 도.
도 9는 콘크리트 거더에 긴장재가 배치되는 또 다른 예시도.
도 10은 콘크리트 거더의 상부재가 강재인 경우의 사시도.
도 11은 콘크리트 거더의 상격점부에 강재의 결합상태를 나타내는 도.
도 12는 콘크리트 거더에 긴장재가 배치되는 다양한 실시 예.
도 2는 도 1에 대응하는 평면도.
도 3은 콘크리트 거더의 하부재에 긴장재가 배치되는 경우의 예시도.
도 4는 콘크리트 거더의 상부재가 강재인 경우의 긴장재 배치 예시도.
도 5는 수직재를 포함하는 콘크리트 거더의 예시도.
도 6은 연속교에 사용되는 콘크리트 거더의 상부재에 긴장재가 배치되는 예시도.
도 7은 콘크리트 거더에 긴장재가 배치되는 다른 예시도.
도 8은 콘크리트 거더에 긴장재의 정착지점을 나타내는 도.
도 9는 콘크리트 거더에 긴장재가 배치되는 또 다른 예시도.
도 10은 콘크리트 거더의 상부재가 강재인 경우의 사시도.
도 11은 콘크리트 거더의 상격점부에 강재의 결합상태를 나타내는 도.
도 12는 콘크리트 거더에 긴장재가 배치되는 다양한 실시 예.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 말하는 실시예에 한정되지 않는다.
그러면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더에 대하여 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더에 긴장재(40)가 배치되는 상태를 나타내는 예시도이다. 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 프리스트레스 콘크리트 거더는 상부재(10), 복부경사재(20), 하부재(30)로 구성된 경우이며, 복부경사재(20)와 하부재(30)의 내부를 경유하는 긴장재(40)가 설치된다. 긴장재(40)는 통상적으로 사용하는 강선 또는 강선 다발을 선택할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 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. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 복부경사재(20)를 철근 콘크리트 재질로 제작하되 하부재(30)와 일체로 성형하고 복부경사재(20)에 프리스트레스를 도입한다.
아래의 표는 트러스형 거더의 복부경사재와 하부재에 프리스트레스를 도입하지 아니한 경우와 프리스트레스를 도입한 경우의 축력과 휨모멘트를 비교한 표이다.
| 축 력 |
  |
인장력 제거 |
| 휨모멘트 |
  |
30% 감소 |
상기의 표 1 및 표 2에서 보는 바와 같이 복부경사재와 하부재에 프리스트레스를 도입한 경우 복부경사재와 하부재에 작용하던 인장력이 제거되고 압축력만 남게 되었고, 휨모멘트가 약 30% 감소하는 결과를 보인다. 이러한 결과를 볼 때 복부경사재에 프리스트레스가 도입되면 인장력에 약한 철근콘크리트 재질의 복부경사재를 채택하여도 안정성에 전혀 영향을 주지 않게 된다.
복부경사재에 프리스트레스를 도입함에 있어서, 복부경사재만을 경유하는 긴장재를 설치하게 되면 필연적으로 하격점부(하부재와 복부경사재가 연결되는 지점) 부위의 견고성이 떨어지거나, 하부재 하방으로 별도의 돌출형 정착구를 형성해야 하는 등의 시공상 어려움이 발생하게 된다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서는 복부경사재를 경유하는 긴장재가 연속적으로 하부재를 경유하도록 설치하는 것이 가장 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이 긴장재(40)는 복부경사재(20)의 상격점부(15) 상단부에 일단이 정착되고 복부경사재(20)를 경유하여 하격점부(25)에 이른 다음 하부재(30)를 거쳐 다른 하격점부(25)를 지나 다른 복부경사재(20)를 경유한 후 다른 상격점부(15) 상단부에 타단이 정착되도록 설치될 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이 긴장재(40)는 복부경사재(20)의 상격점부(15) 상단부에 일단이 정착되고 복부경사재(20)를 경유하여 하격점부(25)에 이른 다음 일정 구간의 하부재(30)를 경유한 후 다른 하격점부(25)에 타단이 정착할 수 있다.
긴장재(40)가 복부경사재(20)와 하부재(30)를 경유하는 경우는 도 1 또는 도 9에 도시된 바에 한정되지 아니하며 긴장재는 다양한 형태로 배치될 수 있다. 도 7에 도시된 긴장재(40)의 배치도 그 일 예이다. 교각의 간격이 멀어지면 필연적으로 거더의 형고가 높아지게 되는데, 거더의 형고가 높으면 복부경사재와 하부재가 이루는 각이 커지게 되어 강선을 쉬스관(도면미포함)에 삽입하기가 곤란해지는 문제가 생긴다. 이때에는 도 5에 도시된 바와 같이 복부경사재(30)의 사이에 수직재(35)를 배치하여 해결한다.
상기와 같이 복부경사재(20)와 하부재(30)를 연속적으로 경유하는 긴장재(40)를 배치하여 복부경사재(20)와 하부재(30)에 동시에 프리스트레스를 도입한 경우에도 통상 복부경사재(20) 보다 하부재(30)에 보다 큰 인장력이 발생하므로, 하부재(30)에는 충분한 프리스트레스가 제공되지 못하므로, 하부재(30)의 일부 또는 전부를 경유하는 긴장재(41)를 더 설치할 필요가 있다. 도 6은 하부재(30)에 긴장재(41)를 배치하는 경우의 예시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 인장력이 집중되는 거더 중앙부에는 긴장재(41)를 많이 배치할 수 있다. 통상적으로 시공의 편의상 하부재에는 하부재 양단에 긴장재를 정착하여 일정한 프리스트레스를 도입하는 경우가 많다 이는 구간마다 다른 프리스트레스를 도입하기 위해서는 돌출형 정착구를 별도로 설치해야 하는 어려움이 있기 때문인데, 본 발명과 같이 복부경사재와 하부재를 철근 콘크리트재로 일체로 성형하는 경우에는 그러한 어려움이 해결된다.
본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 상부재(10)는, 철근 콘크리트재 또는 강재(10a) 중에서 선택될 수 있다. 상부재가 철근 콘크리트로 성형되는 경우에는 복부경사재와 일체로 성형된다. 이 경우에는 상부재, 복부경사재 및 하부재가 모두 철근 콘크리트재가 되므로 일체로 성형할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이 상부재(10)를 성형하는 경우에는 상부 콘크리트 슬라브의 타설을 용이하게 하기 위하여 상부재의 상부면에 철근을 노출시키고 I형 형강재를 고정 결합할 수 있다.
교량의 작업환경에 따라 거더를 교각에 거치하기가 어려워 거더의 중량을 줄이는 것이 중요한 경우에는 상부재를 철근 콘크리트재로 일체로 제작하는 것 보다, 강재(10a)를 선택하는 것이 바람직하다. 상부재가 철근 콘크리트재인 경우보다 강재인 경우가 거더의 전체 중량이 작기 때문이다. 강재는 도 11에 도시된 바와 같이 복부경사재의 상격점부 상단에 전단연결재(11)를 이용하여 고정 결합한다. 강재가 결합된 거더를 교각위에 설치한 다음 상부 콘크리트 슬라브(50)를 타설하여 교량을 완성한다.
본 발명에 따른 상기 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더가 단순교에 적용되는 경우에는 거더의 중심부를 기준으로 거의 대칭되는 응력분포가 나타난다. 즉, 거더의 중심부에서 같은 거리에 있는 복부경사재끼리는 거의 동일한 인장력이 발생한다.
따라서 도 1 등에 도시된 바와 같이 인장력의 분포가 유사한 대칭되는 위치에 있는 복부경사재들과 그 사이의 하부재를 경유하도록 긴장재를 설치하면 프리스트레스의 과부족 없이 필요한 프리스트레스를 도입할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더가 연속교에 적용되는 경우에는 단순교에 비하여 보다 복잡한 축력의 분포를 가진다. 따라서 이때에는 설계단계에서 가장 유사한 인장력이 발생하는 복부경사재를 해석으로 파악한 다음, 유사한 인장력이 발생하는 복부경사재끼리 긴장재가 경유할 수 있도록 설계한다. 또한, 연속교의 경우에는 통상 중간 교각의 상부에 위치하는 상부재(10)에는 인장력이 발생할 가능성이 크므로 도 6에 도시된 바와 같이 인장력이 발생하는 상부재에도 긴장재(42)를 설치하여 인장력을 제거한다.
도 13은 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 다양한 실시예를 나타내고 있다. 도 13에 도시된 바와 같이 콘크리트 거더의 양단은 하부재가 경사지도록 형성될 수 있는데 이렇게 하면 교각에 거치한 상태에서 콘크리트 거더의 무게 중심이 낮아지게 되므로 콘크리트 거더가 전복되는 사고를 막을 수 있다.
본 발명에 따른 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더의 제작 방법을 살펴보면, 하부재와 복부경사재가 성형될 거푸집을 준비하는 제1단계와, 상기 거푸집에 하부재와 복부경사재가 성형될 위치에 철근을 배선하고, 복부경사재와 하부재를 경유하는 쉬스관을 설치하는 제2단계와 상기 거푸집에 콘크리트를 타설하여 하부재와 복부경사재를 성형하는 제3단계와 상기 쉬스관에 복부경사재와 하부재를 경유하도록 긴장재를 삽입하는 제4단계 및 상기 긴장재의 양단에 정착장치를 설치하고 프리스트레스를 도입하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기의 제작 방법에 따라 거더를 제작함에 있어서, 하부재와 복부경사재를 동시에 성형할 수도 있고, 하부재를 성형한 후 일정 시간이 경과한 다음에 복부경사재를 성형할 수도 있다. 상부재가 철근 콘크리트로 선택되는 경우에는 하부재, 복부경사재 및 상부재를 차례로 또는 동시에 성형할 수 있다.
10, 10a : 상부재
15 : 상격점부
20 : 복부경사재
25 : 하격점부
30 : 하부재
35 : 수직재
40, 40a, 40b, 40c, 41, 42 : 긴장재
50 : 상부 콘크리트 슬라브
15 : 상격점부
20 : 복부경사재
25 : 하격점부
30 : 하부재
35 : 수직재
40, 40a, 40b, 40c, 41, 42 : 긴장재
50 : 상부 콘크리트 슬라브
Claims (6)
- 상부재와 복부경사재 및 하부재로 구성되는 트러스형 거더에 있어서,
상기 복부경사재와 하부재는 철근콘크리트재로 일체로 성형되고,
외부 하중에 의해 인장력이 발생되는 복부경사재와 하부재를 연속적으로 경유하는 하나 이상의 긴장재에 의해 복부경사재와 하부재에 프리스트레스를 제공하되,
상기 긴장재는 복부경사재의 상격점부 상단부에 일단이 정착되고 복부경사재를 경유하여 하격점부에 이른 다음 하부재를 거쳐 다른 하격점부를 지나 다른 복부경사재를 경유한 후 다른 상격점부 상단부에 타단이 정착되도록 설치하며,
하부재에는 하부재의 일부 또는 전부를 경유하여 하부재에 프리스트레스를 제공하는 하나 이상의 긴장재가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 상부재는, 상기 복부경사재와 일체로 성형되는 철근콘크리트재 또는 상기 복부경사재에 전단연결재에 의해 결합되는 강재 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더.
- 제 1항에 있어서,
상기 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더가 단순교에 적용되는 경우,
상기 긴장재는, 거더의 중심부를 기준으로 상호 대칭한 위치에 있는 복부경사재들과 상기 복부경사재들 사이의 하부재를 경유하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더.
- 제1항에 있어서,
상기 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더가 연속교에 적용되는 경우,
상기 긴장재는, 가해지는 인장력의 크기가 가장 유사한 복부경사재들과 상기 복부경사재들 사이의 하부재를 경유하도록 설치되고,
상기 상부재에는 상부재의 일부 또는 전부를 경유하여 상부재에 프리스트레스를 제공하는 하나 이상의 긴장재가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 트러스형 프리스트레스 콘크리트 거더.
- 삭제
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060272267A1 (en) * | 2005-01-31 | 2006-12-07 | Javier Mentado-Duran | Concrete truss |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130135431A (ko) | 2013-12-11 |
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