KR101358878B1 - 거더의 상부 보강부재 및 이를 이용한 거더 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 거더(10)의 상부 플랜지(11)에 하부는 매설되고, 상부는 상측으로 돌출되어 길이 방향으로 설치되는 관 구조의 본체(110); 본체(110)의 내부에 충전된 충전재(120);를 포함하는 구조의 거더의 상부 보강부재 및 이를 이용한 거더를 제시함으로써, 구조적 안정성이 우수하고, 합성 효과가 우수하여 저비용 고효율의 제품 생산이 가능하며, 단순한 공정을 취하므로 시공성 또한 우수하고, 경제성을 확보할 수 있도록 한다.

Description

거더의 상부 보강부재 및 이를 이용한 거더{REINFORCEMENT MEMBER AND GIRDER USING THE SAME}
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 교량의 거더에 관한 것이다.
건설기술에 사용되는 거더는 외력에 의한 휨모멘트에 저항하기 위하여 사용되는 휨부재로서, 그 상부는 압축응력에 저항하고, 그 하부는 인장응력에 저항하기 위한 구조를 취한다.
콘크리트는 압축력이 강하고, 강재(철근)는 인장력이 강한 재질이므로, 인장응력에 저항해야 하는 거더의 하부에는 인장철근, 긴장재 등의 인장부재를 별도로 배치하는 것이 일반적이다.
다만 외력이 커서 콘크리트만으로 압축응력을 분담하도록 하면 그 단면이 너무 커지게 되는 경우, 효율적인 단면을 형성하기 위하여 거더의 상부에도 압축철근과 같은 압축부재(30)를 배치한다(도 2).
그런데, 이러한 종래기술은 다음과 같은 문제를 안고 있었다.
첫째, 압축부재(30)로서 배치되는 철근은 기본적으로 인장력은 강하지만 압축력이 우수하지 못한 재질이므로, 압축보강을 위하여 많은 양의 압축철근이 소요되고, 한정된 단면(공간)에 대한 배근작업이 어려우므로, 효율적이라 할 수 없다.
둘째, 압축부재(30)로서 가장 많이 사용되는 강봉 및 강재는 가격이 높아 경제성이 좋지 못하다.
셋째, 압축부에 설치되는 압축 보강재(강형)는 콘크리트 타설 및 다짐을 어렵게 하므로 품질이 저하될 우려가 있다.
넷째, 압축보강재가 외부로 노출되는 경우에는, 압축측 콘크리트와의 일체화를 위하여 많은 전단 연결재가 필요하므로, 시공이 복잡해지고 이로 인하여 경제성 또한 떨어진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 구조적 안정성이 우수하고, 합성 효과가 우수하여 저비용 고효율의 제품 생산이 가능하며, 단순한 공정을 취하므로 시공성 또한 우수하고, 경제성을 확보할 수 있는 거더의 상부 보강부재 및 이를 이용한 거더를 제시하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 거더(10)의 상부 플랜지(11)에 하부는 매설되고, 상부는 상측으로 돌출되어 길이 방향으로 설치되는 관 구조의 본체(110); 상기 본체(110)의 내부에 충전된 충전재(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 거더의 상부 보강부재(100)를 제시한다.
상기 본체(110)는 폐합형의 단면 구조인 것이 바람직하다.
상기 본체(110)는 각진 형상의 단면 구조인 것이 바람직하다.
상기 본체(110)를 관통하고, 단부가 노출되도록 설치된 연결부재(130);를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 연결부재(130)는 상기 본체(110)의 상, 하부에 형성된 관통공에 설치된 수직 연결부재(131)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 연결부재(130)는 상기 본체(110)의 양측부에 형성된 관통공에 설치된 수평 연결부재(132)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 연결부재(130)는 상기 본체(110)의 외측으로 돌출된 스터드(133)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 상부 보강부재(100)가 상부 플랜지(11)에 하부는 매설되고, 상부는 상측으로 돌출되어 길이 방향으로 설치된 것을 특징으로 하는 거더(10)를 함께 제시한다.
본 발명은 상기 상부 보강부재(100)가 상부 플랜지(11)에 하부는 매설되고, 상부는 상측으로 돌출되어 길이 방향으로 설치되고, 하부 플랜지(13)에 긴장재(40)가 설치되어 프리스트레스 힘이 인가된 것을 특징으로 하는 PSC 거더(10a)를 함께 제시한다.
본 발명은 구조적 안정성이 우수하고, 합성 효과가 우수하여 저비용 고효율의 제품 생산이 가능하며, 단순한 공정을 취하므로 시공성 또한 우수하고, 경제성을 확보할 수 있는 거더의 상부 보강부재 및 이를 이용한 거더를 제시한다.
도 1은 종래의 PSC 거더의 단면도.
도 2는 종래의 PSC 거더의 보강구조의 사시도.
도 3 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 3은 상부 보강부재의 제1 실시예의 사시도.
도 4는 상부 보강부재의 제2 실시예의 사시도.
도 5는 상부 보강부재의 제3 실시예가 설치된 거더의 사시도.
도 6은 상부 보강부재의 제4 실시예가 설치된 거더의 단면도.
도 7은 상부 보강부재의 제4 실시예의 사시도.
도 8은 상부 보강부재의 제5 실시예의 사시도.
도 9는 거더 및 상부 보강부재의 제5 실시예의 단면도.
도 10은 슬래브 콘크리트가 타설된 거더 및 상부 보강부재의 일실시예의 단면도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 3 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명은 거더(10)의 상부에 압축응력을 분담하기 위한 보강부재가 설치되는 거더의 상부 보강부재 및 이를 이용한 거더에 관한 것이다.
여기서, 상부 보강부재(100)는 거더(10)의 상부 플랜지(11)에 하부는 매설되고, 상부는 상측으로 돌출되어 길이 방향으로 설치되는 관 구조의 본체(110); 본체(110)의 내부에 충전된 충전재(120);를 포함하여 구성된다(도 3).
본체(110)의 하부가 거더(10)의 상부 플랜지에 매설되고, 상부는 돌출되는 구조는, 전체적으로 거더(10)의 압축 응력을 부담함과 동시에, 매설된 하부 구조로 인하여 안정적인 부착을 이루도록 한다(도 6).
이와 같은 상부 보강부재(100)의 구조를 통해 다음과 같은 다섯가지 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 상부 보강부재(100)가 설치된 거더(10)의 압축강도가 더 우수해지는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서는, 본체(110)의 내부에 충전된 충전재(120)로서 고강도 콘크리트를 사용하는 것이 바람직하다.
먼저 거더(10)에 상부 보강부재(100)를 설치한 후, 거더(10)와 본체(110)의 내부에 콘크리트를 타설하게 되는데 이때, 상부 보강부재(100)가 거더(10)를 구속하고, 충전재(120)가 본체(110)를 구속하게 되므로, 그 구속효과(콤파인드 효과)로 인하여 강도가 대단히 상승하게 된다.
이는, 휨 또는 전단 변형이 발생하기 어려운 우수한 압축부재(30)가 되어, 전체적으로 거더(10)의 구조적 안정성을 증대시키는 효율적인 구조를 얻을 수 있다.
즉, 상부 보강부재(100)의 본체(110)의 내부에 충전된 콘크리트는 그 주위의 콘크리트에 비해 훨씬 더 큰 강도를 발휘하게 되는바, 거더(10)에서 압축 보강부재의 역할을 수행함에 있어서 가장 효율적인 구조가 되는 것이다.
둘째, 상부 보강부재(100)가 거더(10) 및 거더(10)의 상부에 타설되는 슬래브 콘크리트의 초기 변형을 방지한다.
종래에는 거더(10)의 상부에 슬래브 콘크리트를 타설할 경우, 타설 중 슬래브 콘크리트의 하중을 거더(10)가 그대로 부담하게 되면서 유해 변형을 유발하였다.
이를 방지하기 위해, 거더(10)의 상부에 다수의 철근을 설치하여 보강하여야 했다(도 1,2).
하지만, 본 공정에서는 상부 보강부재(100)가 거더(10)와 슬래브 콘크리트를 구속함으로써, 프리스트레스 힘을 인가할 경우 또는 사용하중이 작용할 경우에 거더(10)와 슬래브 콘크리트의 초기변형을 방지할 수 있다(도 10).
슬래브 콘크리트를 타설하는 시공 중에도, 슬래브 콘크리트의 하중을 거더(10)와 상부 보강부재(100)가 나누어 분담하게 되기 때문에, 거더(10)와 슬래브 콘크리트의 초기변형을 방지할 수 있다.
따라서, 위에 상술한 방지 대책이 불필요하여 경제적 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 구조적 안정성을 높일 수 있다는 효과가 있다.
셋째, 거더(10)의 상부에 타설되는 슬래브 콘크리트의 하중을 감소하여 거더(10)의 강성을 증대하는 효과를 얻을 수 있다.
상부 보강부재(100)의 상부가 거더(10)의 상부에 돌출되어 형성되는 구조로 인하여, 거더(10)의 상부에 타설되는 슬래브 콘크리트를 구속하게 된다(도 10).
이때, 슬래브 콘크리트를 구속하는 상부 보강부재(100)의 중량만큼 슬래브 콘크리트의 중량을 감소하여 타설할 수 있기 때문에, 결국 거더(10)가 부담하는 슬래브 콘크리트의 하중이 감소하여 거더(10)의 강성을 증대하는 효과를 얻는다.
뿐만 아니라, 슬래브 콘크리트의 중량을 감소하여 타설함에 따라, 공사 비용을 더 많이 줄일 수 있다는 장점이 있다.
넷째, 거더(10)의 단면 2차 모멘트를 높일 수 있다는 장점이 있다(도 6).
상부 보강부재(100)의 상부가 거더(10)의 상측으로 돌출되어 설치됨에 따라, 실질적 단면 증대효과를 얻을 수 있기 때문에 거더(10)의 단면 2차 모멘트가 커져서 구조적으로 더 우수한 구조물을 얻을 수 있는 것이다.
다섯째, 상부 보강부재(100)는 하부가 거더(10)의 상부에 매설되고 상부가 거더(10)로부터 돌출됨에 따라, 철근과 거푸집 설치를 할 경우 스페이서 기능을 할 수 있기 때문에 시공적 측면에서 편리하다는 장점이 있다.
본체(110)의 내부에 충전된 충전재(120)로는 다양한 재질을 적용할 수 있을 것이나, 위에서 언급한 바와 같이 고강도 콘크리트를 사용할 경우 다음과 같은 세가지 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 본체(110)와 그 내부에 구속된 충전재(120)인 콘크리트는 상호 구속효과로 인하여 하나의 구조체로서 거동하게 되므로, 콘크리트가 파괴된 후라 할지라도 일반적인 철근과 달리 압축 보강부재로서의 기능을 충분히 수행할 수 있다.
둘째, 거더(10)의 콘크리트 타설 시 본체(110)의 내부의 충전 작업도 함께할 수 있으므로 효율적인 제조공정을 이룰 수 있다.
셋째, 가격이 비싼 철근 대신 저렴한 비용의 재료를 사용하므로 경제성이 우수하다는 효과를 얻을 수 있다.
본 구조물의 본체(110)의 단면 구조는 폐합형으로 형성하는 것을 특징으로 한다( 도 3).
폐합형 단면 구조는 본체(110)의 내부 충전재(120)를 구속하고, 거더(10) 및 거더(10)의 상부에 타설되는 슬래브 콘크리트를 모두 구속하는 구속효과를 발휘하여 단면 효율성을 극대화하고, 압축 저항 능력을 높인다는 장점이 있다.
본체(110)의 단면 구조는 사각형, 원형, 마름모 등 폐합형 단면을 충족시키면 어느 것이나 상관없다.
하지만 각진 형성의 구조의 경우, 단면 효율성이 가장 높아 압축 강도를 극대화할 수 있고, 구조적으로도 안정적이며 시공이 편리하다는 장점이 있다.
상부 보강부재(100)의 본체(110)를 관통하고, 단부가 노출되도록 연결부재(130)를 설치할 수 있다(도 4,7).
연결부재(130)는 거더(10)의 상부에 타설되는 슬래브 콘크리트의 배근과 일치하도록 결합하는 것이 수월하므로, 설치 작업이 용이하면서도 전체적으로 구조적 일체성을 확보할 수 있다는 장점이 있다(도 10).
또한, 연결부재(130)는 그 자체가 전단 철근 또는 휨 철근 역할을 하여 구조적 안정성을 높인다.
구체적으로, 먼저 연결부재(130)로서 본체(110)의 상, 하부에 관통공을 형성하고, 여기에 수직 연결부재(131)를 설치할 수 있다(도 4,5).
수직 연결부재(131)는 상부 보강부재(100)와 거더(10) 및 슬래브 콘크리트에서 전단 철근 역할을 한다.
이것은 거더(10) 및 슬래브 콘크리트에서 발생하는 사인장 균열을 방지하여 구조적 안정성을 높인다.
또한, 본체(110)의 양측부에 관통공을 형성하고, 여기에 수평 연결부재(132)를 설치할 수도 있다(도 8,9).
수평 연결부재(132)는 상부 보강부재(100)와 거더(10) 및 슬래브 콘크리트에서 휨 철근(인장 철근) 역할을 한다.
이것은 거더(10) 및 슬래브 콘크리트에서 발생하는 휨 균열을 방지하여 구조적 안정성을 높인다.
연결부재(130)의 구조는 일자형 철근, ㄷ자형 철근 또는 반원형 철근 등 상기 기능을 충족시키는 구조이면 어느 것이나 상관없다.
또한, 연결부재(130)로서 본체(110)의 외측으로 스터드(133)를 돌출시켜 설치할 수 있다(도 7,8).
스터드(133)를 돌출시켜 설치할 경우, 거더(10)의 상부에 타설되는 슬래브 콘크리트에 대한 상부 보강부재(100)의 결합력을 높여 구조적 측면에서 안정적이라는 장점이 있다.
본 발명에 의한 거더의 상부 보강부재(100)는 거더(10)의 상부 플랜지(11)에 하부는 매설되고, 상부는 상측으로 돌출되어 길이 방향으로 설치되고, 하부 플랜지(13)에 긴장재(40)가 설치되어 프리스트레스 힘이 인가된 PSC 거더(10a)에 설치되어 상술한 바와 같은 효과를 얻을 수 있음은 물론, 일반 거더(10)에 설치되더라도 위와 대동소이한 효과를 얻을 수 있다(도 9).
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10 : 거더 100 : 상부 보강부재
11 : 상부 플랜지 110 : 본체
12 : 웹 120 : 충전재
13 : 하부 플랜지 130 : 연결부재
20 : 긴장재 131 : 수직 연결부재
30 : 압축부재 132 : 수평 연결부재
40 : 슬래브 콘크리트 133 : 스터드

Claims (9)

  1. 관 구조의 본체(110);
    상기 본체(110)의 내부에 충전된 충전재(120);
    상기 본체(110)를 관통하고, 단부가 노출되도록 설치된 연결부재(130);를
    포함하는 거더의 상부 보강부재(100)가 하부는 상부 플랜지(11)에 매설되고, 상부는 슬래브(40)에 매설되도록 상측으로 돌출되어 길이 방향으로 설치되며,
    상기 연결부재(130)는 상기 본체(110)의 상, 하부에 형성된 관통공에 설치된 수직 연결부재(131) 및 상기 본체(110)의 양측부에 형성된 관통공에 설치된 수평 연결부재(132)를 포함하고, 거더(10)의 상부에 타설되는 슬래브 콘크리트의 배근과 결합하는 것을 특징으로 하는 거더(10).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 본체(110)는
    폐합형의 단면 구조인 것을 특징으로 하는 거더(10).
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 본체(110)는
    각진 형상의 단면 구조인 것을 특징으로 하는 거더(10).
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 연결부재(130)는
    상기 본체(110)의 외측으로 돌출된 스터드(133)를 포함하는 것을 특징으로 하는 거더(10).
  8. 삭제
  9. 제 1항, 2항, 3항, 7항 중 어느 한 항의 거더(10)에 하부 플랜지(13)에 긴장재(20)가 설치되어 프리스트레스 힘이 인가된 것을 특징으로 하는 PSC 거더(10a).
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