KR101414801B1 - 합성거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합성거더에 관한 것으로, 하부플랜지(10); 상기 하부플랜지(10) 상부에 배치되는 상부플랜지(20); 상기 하부플랜지(10) 및 상기 상부플랜지(20) 사이에 연결되는 웨브(30); 및 상기 상부플랜지(20) 양측에 상부로 경사지게 연결되는 한 쌍의 헌치보강판(40)을 포함하여 구성된다.
이로 인해, 강재의 불필요한 낭비를 줄일 수 있고, 구조 해석상 단계별 해석 시에도 거더에 슬래브의 압축응력이 포함된다. 이에 따라 효율적인 공사가 가능하고, 경제적으로도 유리하다.

Description

합성거더 {COMPOSITE GIRDER}

본 발명은 합성거더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 거더에 슬래브가 일체로 형성되는 합성거더에 관한 것이다.

일반적으로 합성거더(COMPOSITE GIRDER)는 강 및 콘크리트의 합성을 통해 거더를 구성하는 것을 말하는데, 구조적으로는 강 거더와 콘크리트 상판이 결합을 통해 일체가 되어 콘크리트 상판이 강 거더의 압축 플랜지로 구성되는 것을 말한다. 이에 따라 압축부에는 재료원가가 저렴한 콘크리트를 최대한 이용하여 강재사용을 최소화시킴으로써 효율적으로 압축응력을 지지하도록 하고, 인장부에는 강재를 사용하여 각각 재료의 특징을 살릴 수 있는 장점이 있다. 특히, 압축부는 강재가 콘크리트를 구속(CONFINE)시키는 구조로 인해 압축 좌굴을 방지할 수 있고, 인장부는 콘크리트를 사용하지 않아 인장력에 의한 균열(콘크리트가 타설되었을 시)을 근본적으로 차단시킬 수 있다.

이와 같은 종래의 콘크리트-강 합성거더가 '특허문헌 1'에 개시되어 있다. 도 1은 종래의 콘크리트-강 합성거더를 도시한 단면도 및 도 2는 종래의 콘크리트-강 합성거더에 발생하는 응력을 도시한 응력분포도로서, 종래의 합성거더는 도 1에 도시된 바와 같이 콘크리트로 구성되는 상부 플랜지(1) 및 하부 플랜지(2)가 강재 소재의 웨브(3)를 통해 연결되고, 상부 플랜지(1) 상부에는 슬래브(4)가 타설된다.

그러나 종래의 콘크리트-강 합성거더는 상부 플랜지(1)의 상부에 슬래브(4)가 별도로 분리 형성되는 구조이므로 먼저 타설되는 상부 플랜지(1)와 이후에 타설되는 슬래브(4) 사이의 연결을 위해 별도의 강재(5)가 필요하다. 또한, 상부 플랜지(1) 및 슬래브(4)가 분리 형성되는 경우에는 구조 해석상 단계별 해석에서 도 2에 도시된 바와 같이 거더에 작용할 수 있는 압축응력의 분포를 계산하는데, 실질적으로는 거더 뿐만 아니라 슬래브에서도 압축응력을 분담하므로 실제 거더에서 발생하는 압축응력이 예상되는 압축응력보다 덜 발생하게 된다. 즉, 구조 해석상 단계별 해석을 할 때 1차적으로 슬래브의 고정하중에 저항할 수 있는 수준으로 거더를 설계하고, 슬래브가 양생되면 2차적으로 활하중 및 슬래브 상부에 설치되는 방호벽, 방음벽 등 구조물의 고정하중에 저항할 수 있도록 설계하는데, 이렇게 되면 1차에서의 슬래브 고정하중에 대해서는 효과적으로 저항할 수 있지만, 2차에서 설계된 거더의 활하중 및 고정하중에 대한 저항은 실질적으로 슬래브가 상당부분 담당하게 되므로 실제 거더에 발생하는 압축응력은 설계치보다 낮게 발생하게 된다. 따라서 종래의 콘크리트-강 합성거더에서는 불필요한 강재가 사용되며, 실제 발생되는 압축력에 대응하는 거더의 압축응력이 실제 발생치보다 높게 설계되어 공사의 효율이 떨어지고, 경제적인 손실이 발생하는 문제점이 있다.

KR 10-0609304 B1 2006. 8. 3.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 상부플랜지가 슬래브에 매립될 수 있도록 하는 합성거더를 제공하는 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 합성거더는 하부플랜지; 상기 하부플랜지 상부에 배치되는 상부플랜지; 상기 하부플랜지 및 상기 상부플랜지 사이에 연결되는 웨브; 및 상기 상부플랜지 양측에 상부로 경사지게 연결되는 한 쌍의 헌치보강판을 포함하여 구성되며, 상기 상부플랜지는 상기 웨브의 상부에 결합되며, 양단에 상기 한 쌍의 헌치보강판이 연결되는 베이스플레이트부; 및 상기 베이스플레이트부 상에 돌출 형성되며, 슬래브 타설 시 매립되는 압축부를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 합성거더는 상부플랜지 일부가 슬래브에 매립되어 일체화될 수 있는 구조로 인해 강재의 불필요한 낭비를 줄일 수 있고, 구조 해석상 단계별 해석 시에도 거더에 슬래브의 압축응력이 포함된다. 이에 따라 효율적인 공사가 가능하고, 경제적으로도 유리하다.

도 1은 종래의 콘크리트-강 합성거더를 도시한 단면도
도 2는 종래의 콘크리트-강 합성거더에 발생하는 응력을 도시한 응력분포도
도 3은 본 발명에 따른 합성거더를 도시한 사시도
도 4는 슬래브가 형성된 본 발명에 따른 합성거더를 도시한 정면도
도 5는 본 발명에 따른 하부플랜지의 실시예를 도시한 정면도
도 6은 본 발명에 따른 상부플랜지의 실시예를 도시한 정면도
도 7은 본 발명에 따른 웨브의 실시예를 도시한 정면도

아래에서는 본 발명에 따른 합성거더를 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 합성거더에 관한 것으로, 도 3은 본 발명에 따른 합성거더를 도시한 사시도 및 도 4는 슬래브가 형성된 본 발명에 따른 합성거더를 도시한 정면도이다.

본 발명에 따른 합성거더는 하부플랜지(10); 하부플랜지(10) 상부에 배치되는 상부플랜지(20); 하부플랜지(10) 및 상부플랜지(20) 사이에 연결되는 웨브(30); 및 상부플랜지(20) 양측에 상부로 경사지게 연결되는 한 쌍의 헌치보강판(40)을 포함하여 구성된다.

아래에서는 각 구성요소에 대하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 하부플랜지의 실시예를 도시한 정면도이다.

하부플랜지(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 플레이트 형태로서 본 발명에 따른 합성거더의 하부에 해당되어 인장응력이 발생된다. 하부플랜지(10)는 인장력에 의한 변형에 효율적으로 저항하기 위하여 강재를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 하부플랜지(10)에는 ㄱ자 형태의 인장 보강판(12)이 설치되며, 필요에 따라 종리브(14)가 더 형성될 수 있다.

인장 보강판(12)은 하부플랜지(10) 상면에 ㄱ자 형태로 절곡되게 형성된다. 이때, 인장 보강판(12)은 웨브(30)의 측면 및 하부플랜지(10)의 상면에 연결되어 하부플랜지(10) 상에 박스(BOX)를 형성하게 되고, 필요에 따라 내부에는 콘크리트(C)가 충전된다. 이에 따라, 인장 보강판(12)의 설치를 통해 하부플랜지(10)의 너비를 자유롭게 넓힐 수 있는 장점이 있다. 하부플랜지(10)가 플레이트 강재로만 이루어질 경우, 도로교설계기준(국토해양부 제정)에서 하부플랜지(10)의 너비(자유돌출폭)에 제한을 두고 있으므로 하부플랜지(10)의 너비를 넓히는데 한계가 있으나, 본 발명에서는 인장 보강판(12)이 구비됨으로써 하부플랜지(10)의 너비에 대한 제약이 완화되어 너비를 자유롭게 조절할 수 있다. 또한, 인장 보강판(12)은 하부플랜지(10)의 인장응력을 분담하며, 후술할 웨브(30)의 좌굴을 방지하는 역할도 동시에 할 수 있다.

종리브(14)는 하부플랜지(10)의 상면에 형성되는데, 구체적으로는 인장 보강판(12)의 내측 안에 형성되어 하부플랜지(10)에서 발생하는 인장응력을 분담한다. 종리브(14)는 기본적으로 도 5(a)에 도시된 바와 같이 단일 종리브(14)가 하부플랜지(10)의 양측에서 각각 수직으로 형성된다. 또한, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 T자 형태의 종리브(14)가 형성될 수도 있으며, 도 5(c)에 도시된 바와 같이 두 개의 종리브(14)가 하부플랜지(10) 상에서 소정의 간격을 이루며 나란히 형성되고 그 상부를 덮는 형태의 종리브(14)가 설치될 수도 있다.

한편, 인장 보강판(12) 내측에는 도 5(d)에 도시된 바와 같이 프리스트레스트 텐던(PRESTRESSED TENDON, 16)이 형성되어 하부플랜지(10)의 허용인장응력을 높일 수 있다. 프리스트레스트 텐던(16)은 일반적인 철근보다 2배 내지 4배 정도의 고 인장강도를 가지므로 하부플랜지(10) 내에 타설된 콘크리트(C)에 프리스트레스를 주어 인장력(외력)에 대한 내성을 높일 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 상부플랜지의 실시예를 도시한 정면도이다.

상부플랜지(20)는 후술할 웨브(30) 상에 연결되어 압축응력을 담당하는 부분으로, 콘크리트로 구성되는 것이 바람직하다. 종래의 거더와 슬래브가 분리 형성되는 구조로 강재{도 1의 강재(5)} 및 콘크리트가 낭비되었던 것과는 달리, 본 발명에 따른 상부플랜지(20)는 도 4에 도시된 바와 같이 슬래브(S)에 내장되는 구조이므로 강재 및 콘크리트를 효율적으로 사용할 수 있으며, 교량상부 구조물의 형고를 낮출 수 있는 장점이 있다.

상부플랜지(20)는 웨브(30)의 상부에 결합되며, 양단에 후술할 한 쌍의 헌치보강판(40)이 연결되는 베이스플레이트부(22); 및 베이스플레이트부(22) 상에 돌출 형성되며, 슬래브(S) 타설 시 매립되는 압축부(24)로 구성된다.

베이스플레이트부(22)는 도 6(a)에 도시된 바와 같이 웨브(30)의 상부에 결합되고, 웨브(30)에 대해 수직으로 배치된다. 그리고 베이스플레이트부(22) 양측에는 각각 후술할 헌치보강판(40)이 연결된다.

압축부(24)는 베이스플레이트부(22) 상부에 돌출되게 형성되어 슬래브(S) 타설 시 도 4에 도시된 바와 같이 슬래브(S) 내부로 매립되는데, 압축부(24)는 콘크리트로만 구성될 수도 있고, 강재가 포함되어 구성될 수도 있다. 아래에서는 압축부(24)가 강재프레임(25) 및 보강콘크리트(26)로 구성되는 경우를 설명한다.

강재프레임(25)은 압축부(24)에서 강재부분에 해당하고, 하부프레임(25a) 및 상부프레임(25b)으로 구성된다.

하부프레임(25a)은 도 6(a)에 도시된 바와 같이 플레이트 형상으로 베이스플레이트부(22) 상에 수직으로 연결된다. 이때, 하부프레임(25a)은 두 개가 소정의 간격을 두고 형성된다.

상부프레임(25b)은 도 6(a)에 도시된 바와 같이 하부프레임(25a)의 상부에 형성되어 슬래브(S)가 타설될 위치에 배치됨으로써, 슬래브(S)의 결속력을 증가시키는 역할을 한다.

보강콘크리트(26)는 하부프레임(25a) 사이의 상기 소정의 간격에 타설되는 콘크리트로서, 본 발명에 따른 합성거더의 실질적인 압축응력을 담당한다. 보강콘크리트(26)는 필요에 따라 하부프레임(25a) 없이 거푸집만으로 타설될 수도 있다. 또한, 보강콘크리트(26)는 강화 콘크리트를 사용하여 상부플랜지(20)의 허용압축응력을 높일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 상부플랜지(20)는 다양한 형태로 형성될 수 있는데, 도 6(b)를 참조하면 상부프레임(25b)이 두 개로 분리 형성되어 하부프레임(25a) 각각의 상부에 설치될 수 있다. 또한, 도 6(c)에 도시된 바와 같이 각각의 하부프레임(25a) 상부에 플레이트 형상 대신 파이프 형상의 상부프레임(25b)이 형성되고, 그 내부에 보강콘크리트(26)가 타설될 수도 있다. 그리고 6(d)를 참조하면, 하부프레임(25a)이 베이스플레이트(22) 중앙 상부에 수직으로 형성되고, 보강콘크리트(26)가 하부프레임(25a) 양측에 타설되며, 상부에는 상부프레임(25b)이 설치될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 웨브의 실시예를 도시한 정면도이다.

웨브(30)는 하부플랜지(10) 및 상부플랜지(20) 사이에서 각각에 대해 수직으로 형성되어 하부플랜지(10) 및 상부플랜지(20)에 연결된다.

웨브(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 단일 강재로 형성될 수도 있지만, 형고가 높아질 경우 좌굴에 대한 부담이 있으므로 도 7(a)에 도시된 바와 같이 두 개의 웨브(30)가 소정의 간격을 두고 나란하게 배치되고, 내부에는 콘크리트(C)가 충전된다.

또한, 웨브(30)는 도 7(b)에 도시된 바와 같이 두 개의 웨브가 형성되어 하부플랜지(10) 상면으로 박스를 형성시킬 수 있다. 그리고 내부에는 콘크리트(C)가 충전되는데, 이때 콘크리트(C)에는 프리스트레스트 텐던(16)이 형성되어 압축응력을 도입시킴으로써 허용인장응력을 높일 수 있다. 이에 따라 강재의 소요량을 줄일 수 있고, 본 발명에 따른 합성거더 전체 단면을 유효로 볼 수 있어 효율적으로 거더의 강성을 증가시킬 수 있다.

한편, 웨브(30)가 단일 강재로 형성될 경우에는 도 7(c)에 도시된 바와 같이 웨브(30) 양측에 ㄷ자 형상의 웨브 보강재(32)가 더 설치되고, 필요에 따라서 내부에는 콘크리트(C)가 충전될 수 있다.

헌치보강판(40)은 상부플랜지(20) 양측, 구체적으로는 베이스플레이트부(22) 양측에 경사지게 연결된다. 이에 따라 추후 콘크리트{슬래브(S) 형성을 위한 콘크리트} 타설 시 거더와 슬래브 사이에 헌치(HAUNCH)가 형성된다. 헌치란 슬래브에서 거더로 연결되는 부분(모서리)에서 응력이 집중되는 것을 완화하기 위해 단면이 증가되는 부분으로, 상부플랜지(20)에서 슬래브로 이어지는 부분에 콘크리트를 타설하는 방식으로 형성된다. 종래에는 헌치를 형성시키기 위해 별도의 거푸집을 사용하여 콘크리트를 타설하였던 반면, 본 발명에 따른 합성거더는 헌치보강판(40)를 통해 별도의 거푸집을 사용하지 않으면서 헌치를 형성시킬 수 있는 장점이 있다. 그리고 헌치보강판(40)의 경사각에 따라 추후에 타설되어 형성될 헌치의 기울기가 결정된다.

10: 하부플랜지 12: 인장보강판
14: 종리브 16: 프리스트레스트 텐던
20: 상부플랜지 22: 베이스플레이트부
24: 압축부 25: 강재프레임
25a: 하부프레임 25b: 상부프레임
26: 보강콘크리트 30: 웨브
32: 웨브 보강재 40: 헌치보강판

Claims (7)

1. 하부플랜지(10);
   상기 하부플랜지(10) 상부에 배치되는 상부플랜지(20);
   상기 하부플랜지(10) 및 상기 상부플랜지(20) 사이에 연결되는 웨브(30) 및
   상기 상부플랜지(20) 양측에 상부로 경사지게 연결되는 한 쌍의 헌치보강판(40)을 포함하여 구성되며,
   상기 상부플랜지(20)는 상기 웨브(30)의 상부에 결합되며, 양단에 상기 한 쌍의 헌치보강판(40)이 연결되는 베이스플레이트부(22); 상기 베이스플레이트부(22) 상에 돌출 형성되며, 강재프레임(25) 및 보강콘크리트(26)로 구성되고, 슬래브 타설 시 매립되는 압축부(24)를 포함하여 구성되고,
   상기 강재프레임(25)은 상기 베이스플레이트부(22) 상에 소정의 간격을 두고 나란하게 형성되는 두 개의 하부프레임(25a); 및 상기 하부프레임(25a) 상부에 형성되는 상부프레임(25b)을 포함하여 구성되며,
   상기 보강콘크리트(26)는 상기 두 개의 하부프레임(25a) 내부에 타설되는 것을 특징으로 하는 합성거더.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 하부플랜지(10);
   상기 하부플랜지(10) 상부에 배치되는 상부플랜지(20);
   상기 하부플랜지(10) 및 상기 상부플랜지(20) 사이에 연결되는 웨브(30) 및
   상기 상부플랜지(20) 양측에 상부로 경사지게 연결되는 한 쌍의 헌치보강판(40)을 포함하여 구성되며,
   상기 상부플랜지(20)는 상기 웨브(30)의 상부에 결합되며, 양단에 상기 한 쌍의 헌치보강판(40)이 연결되는 베이스플레이트부(22); 상기 베이스플레이트부(22) 상에 돌출 형성되며, 강재프레임(25) 및 보강콘크리트(26)로 구성되고, 슬래브 타설 시 매립되는 압축부(24)를 포함하여 구성되고,
   상기 강재프레임(25)은 상기 베이스플레이트부(22) 중앙 상부에 수직으로 형성되는 하부프레임(25a); 및 상기 하부프레임(25a) 상부에 형성되는 상부프레임(25b)을 포함하여 구성되며,
   상기 보강콘크리트(26)는 상기 하부프레임(25a) 양측에 타설되는 것을 특징으로 하는 합성거더.
   
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 하부플랜지(10) 상면에 ㄱ자 형태의 인장 보강판(12)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 합성거더.
   
6. 삭제
7. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 웨브(30)는 두 개가 소정의 간격을 두고 나란하게 배치되고, 내부에는 콘크리트(C)가 충전되며,
   상기 콘크리트(C)에는 압축응력을 도입하는 것을 특징으로 하는 합성거더.
   

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