KR101414811B1 - 보강 강판을 이용한 거더 보강방법 - Google Patents

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    • E01D2101/00Material constitution of bridges
    • E01D2101/30Metal

Abstract

본 발명은 거더의 하부에 보강 강판을 구성한 후 거더의 휨변형을 발생시키면서 보강 강판에는 인장응력이 도입되도록 하는 보강 강판을 이용한 거더 보강방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예는 (a) 거더의 중앙 하부에 가설벤트와, 가설벤트의 상부에 인상용 잭업장치를 설치하고, 보강 강판의 하부에 일정 간격으로 버팀대를 설치하여 잭업장치와 거더의 사이에 보강 강판을 설치하는 단계; (c) 잭업장치로 잭업하여 거더(10)에 상향 휨변형이 발생하도록 한 상태에서 보강 강판의 양단부를 거더의 하면에 결합 고정하는 단계; (d) 보강 강판에 인장응력이 도입되고 거더에 일정량의 잔류 휨변형이 남도록 잭업장치를 잭다운하고 거더의 하부면에 보강 강판(20)을 고정 결합하는 단계; (e) 잭업장치와 가설벤트 및 버팀대를 제거하는 단계;를 포함하여 구성된다.

Description

보강 강판을 이용한 거더 보강방법{Method for strengthening girder using steel plate}
본 발명은 보강 강판을 이용한 거더 보강방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬래브교, 거더교의 보강을 위하여 거더의 하부에 보강 강판을 구성한 후 거더의 휨변형을 발생시키면서 보강 강판에는 인장응력이 도입되도록 하는 보강 강판을 이용한 거더 보강방법에 관한 것이다.
현재 국내에서 사용되고 있는 교량의 주요 보강공법으로는 외부 강봉을 이용한 후인장공법, 보강 강판이나 탄소섬유 등을 거더 하부에 직접 부착하는 단면부착공법, 교각증설공법 등이 있다. 외부 강봉을 이용한 교량의 보강공법은 강봉에 의한 프리스트레싱 도입으로 처짐 및 재하 하중에 의해 거더에 발생되는 응력의 개선을 기대할 수 있는 공법으로 PSC 교량, 강교량 등에 폭넓게 적용되고 있다. 그러나 외부 강봉을 이용한 후인장공법은 교량의 극한 및 항복에 대한 강성을 증가시켜 휨보강 효과가 뛰어나지만, 모재 접합부의 응력집중, 비효율적인 하중 분배, 고정 앵커부 설치, 유지관리의 어려움 등의 단점을 가지고 있다.
일반적으로 구조체를 보강하는 방법에는 외적 포스트텐션 방법(External Post-Tension Method)이 있으며, 이는 사용중인 기존 구조체를 보강하는 공법으로 긴장재(와이어)의 긴장에 의한 탄성복원력을 이용하여 보 또는 슬래브가 받고 있는 하중 때문에 생긴 응력과 반대되는 방향으로 응력을 작용시켜 부재의 고정하중에 의한 응력을 감소시키고, 부재 내력을 증가시켜 부재의 안정성을 효과적으로 증가시켜 주는 방법이다.
그러나 종래의 거더 보강을 위해서는 거더의 단면확대 또는 하부면 보강, 강연선 고정 등을 위하여 거더의 양측단부에 작업대, 정착장치 등의 설치 작업이 필요하기 때문에, 거더에 손상을 줄 뿐만 아니라 시공이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제0648046호 "외적 포스트텐션 방법을 이용한 보 및 거더 보강장치 및 그를 이용한 보 및 거더의 보강방법"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 도 4에서와 같이 "외적 포스트텐션 방법에 의한 보 보강장치에 있어서, PS 강선 또는 PS 강봉으로 이루어지며 양단에 웨지콘(29)이 부착된 긴강재(10)와; 보강을 요하는 보에 의해 지지되는 슬래브 하면에 고정되며 양 단부에 상기 긴장재(10)를 정착시키기 위한 정착판(27)이 마련된 소정 길이를 갖는 압축재(20)와; 보강을 요하는 보의 측면 상부에 고정되며 상기 압축재(20)의 하부에서 슬라이딩 가능하게 지지하는 한 쌍의 단부 브라켓(30)과; 상기 압축재(20)의 중앙에서 하방으로 소정의 간격으로 이격된 채 보강을 요하는 보의 측면 하부에 고정되어 긴장재(10)의 중앙부를 지지하는 중간부 브라켓(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 보 보강장치"를 제안한다.
그러나 상기 배경기술은 기설된 거더를 외적 포스트텐션 방법에 의하여 보강하나, 정착단을 주부재인 주형 및 슬래브에 설치함으로써 정밀한 시공이 이루어지지 않으면 주부재에 손상을 줄 우려가 있고, 모재 접합부의 응력집중, 고정 앵커부 설치로 인한 유지관리의 어려움이 있을 뿐만 아니라 설치가 어렵고 비경제적인 문제점이 있었다.
특허등록 제0648046호 "외적 포스트텐션 방법을 이용한 보 및 거더 보강장치 및 그를 이용한 보 및 거더의 보강방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 거더의 하부에 보강 강판을 덧대고, 보강 강판의 하부에서 잭업장치를 이용하여 거더에 상향 휨변형이 발생하도록 한 상태에서 보강 강판의 거더의 하면에 결합하여, 거더의 휨변형을 발생시키면서 보강 강판에는 인장응력이 도입되도록 하여 거더의 저하된 내하력을 보강시킬 수 있고, 인장응력이 도입된 보강 강판을 거더의 노출된 하부면에 설치함으로써 거더의 단면확대 또는 하부면 보강, 강연선 고정 등을 위하여 거더의 양측단부에 작업대, 정착장치 등의 설치 작업이 필요치 않아 거더에 손상을 주지 않을 뿐만 아니라 시공이 용이하고 공기가 단축되어 경제적인 보강 강판을 이용한 거더 보강방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 (a) 거더의 중앙 하부에 가설벤트와, 가설벤트의 상부에 인상용 잭업장치를 설치하고, 보강 강판의 하부에 일정 간격으로 버팀대를 설치하여 잭업장치와 거더의 사이에 보강 강판을 설치하는 단계; (c) 잭업장치로 잭업하여 거더에 상향 휨변형이 발생하도록 한 상태에서 보강 강판의 양단부를 거더의 하면에 결합 고정하는 단계; (d) 보강 강판에 인장응력이 도입되고 거더에 일정량의 잔류 휨변형이 남도록 잭업장치를 잭다운하고 거더의 하부면에 보강 강판을 고정 결합하는 단계; (e) 잭업장치와 가설벤트 및 버팀대를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강 강판을 이용한 거더 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (a) 단계와 (c) 단계의 사이에, (b) 보강 강판과 거더의 하부면 사이에 쐐기를 고정 설치하되, 보강 강판의 양단부에서 중앙부로 소정의 간격으로 이격된 곳에 단부 쐐기를 끼워 구성하고, 보강 강판의 중앙부에는 단부 쐐기(21)의 높이보다 높은 높이의 중앙부 쐐기를 끼워 구성하는 단계;를 추가하고, (d) 단계에서, 단부 쐐기와 중앙부 쐐기를 제거하고 보강 강판을 고정 결합하도록 하는 것을 특징으로 하는 보강 강판을 이용한 거더 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (b) 단계에서의 쐐기는 수평면과 수평면의 단부에서 수직으로 형성된 수직면으로 이루어지는 ㄴ자 단면을 갖도록 하여 수평면이 보강 강판과 거더의 하부면 사이에 끼워져 고정되는 것을 특징으로 하는 보강 강판을 이용한 거더 보강방법을 제공하고자 한다.
또한, (d) 단계에서, 쐐기를 제거한 후에, 거더의 하면과 보강 강판의 상면 사이에 발생되는 틈에 에폭시를 주입하도록 하는 것을 특징으로 하는 보강 강판을 이용한 거더 보강방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 보강 강판을 이용한 거더 보강방법은 거더의 하부에 보강 강판을 덧대고, 보강 강판의 하부에서 잭업장치를 이용하여 거더에 상향 휨변형이 발생하도록 한 상태에서 보강 강판의 거더의 하면에 결합하여, 거더의 휨변형을 발생시키면서 보강 강판에는 인장응력이 도입되도록 하여 거더의 저하된 내하력을 보강시킬 수 있고, 인장응력이 도입된 보강 강판을 거더의 노출된 하부면에 설치함으로써 거더의 단면확대 또는 하부면 보강, 강연선 고정 등을 위하여 거더의 양측단부에 작업대, 정착장치 등의 설치 작업이 필요치 않아 거더에 손상을 주지 않을 뿐만 아니라 시공이 용이하고 공기가 단축되어 경제적인 매우 유용한 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 보강 강판을 이용한 거더 보강방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 2는 상기 도 1에서 단부 쐐기(21) 부분의 단면도이다.
도 3은 상기 도 1에서 중앙부 쐐기(22) 부분의 단면도이다.
도 4는 종래의 보 보강장치가 적용된 예를 보여주는 개략도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 보강 강판을 이용한 거더 보강방법은 거더(10)의 노출되어 있는 하부면에만 보강강판을 보강하기 때문에, 단순구조의 거더(10)의 단부와 교대의 흉벽의 사이에는 공간부가 없더라고 보강이 가능하고, 연속구조의 거더와 거더 사이에 공간부가 없더라도 보강이 가능하기 때문에 단순구조뿐만 아니라 연속구조의 거더(10)에서도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 보강 강판을 이용한 거더 보강방법을 순서대로 나타낸 도면이다. 도 1은 단순 거더의 경우를 도시한 것이지만, 연속거더의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명은 먼저 도 1(a)와 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 거더(10)의 중앙 하부에 가설벤트(40)와, 가설벤트(40)의 상부에 인상용 잭업장치(50)를 설치하고, 보강 강판(20)의 하부에 일정 간격으로 버팀대(60)를 설치하여 잭업장치(50)와 거더(10)의 사이에 보강 강판(20)을 설치한다(a).
보강 강판(20)은 거더(10)의 노출된 하부면 전체를 보강하도록 하며, 폭과 길이는 가변적으로 적용이 가능하다.
보강 강판(20)은 거더(10)의 하부면에 일정 간격 하부로 이격되도록 하여 설치되는데, 보강 강판(20)의 지지를 위하여, 보강 강판(20)의 하부에 다수의 버팀대(60)를 설치하여 보강 강판(20)를 지지하도록 한다.
보강 강판(20)의 중앙 하부에는 가설벤트(40)가 설치되는데, 가설벤트(40)는 잭업장치(50)를 설치하고 잭업을 하기 위하여 설치하는 것으로 그 형상과 재료는 공지의 다양한 제품을 사용할 수 있다.
보강 강판(20)의 중앙 하부에, 가설벤트(40)를 설치하고 가설벤트(40)의 상단부에는 잭업장치(50)를 위치시켜 고정 설치한다.
다음으로, 도 1(d)와 같이, (c) 단계를 실행 하도록 할 수 있지만, 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 거더(10)의 하부면과 보강 강판(20)의 상부면 사이에 쐐기(21)(22)를 끼워 고정 설치하는 (b) 단계를 추가로 구성할 수도 있다.
(b) 단계가 추가로 구성될 경우에는, 보강 강판(20)의 양단부에는 단부 쐐기(21)를 끼워 고정하고, 보강 강판(20)의 중앙부에는 중앙부 쐐기(22)를 끼워 고정한다.
단부 쐐기(21)는 보강 강판(20)의 양단부에서 일정거리 중앙부 측으로 이격된 부분에 설치되도록 하는데, 이는 추후, 잭업장치(50)로 거더(10)에 휨변형을 가했을때, 보강 강판(20)의 양단부가 거더(10)에 밀착이 되도록 하여 결합이 용이하도록 하게 하기 위해서이다.
중앙부 쐐기(22)는 보강 강판(20)의 중앙부의 위치에 끼워 넣는데, 중앙부 쐐기(22)는 단부 쐐기(21) 보다 높이가 높도록 구성하여, 단부 쐐기(21)와 중앙부 쐐기(22)를 거더(10)와 보강 강판(20)의 사이에 끼워 고정하였을 때, 보강 강판(20)이 아래로 만곡되어 휨변형이 일어난다. 이와 같이, 보강 강판(20)이 휨변형 하게 되면, 보강 강판(20)의 양단부가 상부로 올라가면서 거더(10)의 단부에 밀착이 되게 된다.
도 2는 상기 도 1에서 단부 쐐기(21) 부분의 단면도이고, 도 3은 상기 도 1에서 중앙부 쐐기(22) 부분의 단면도이다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 쐐기(21)(22)는 수평면(21a)(22a)과 수평면(21a)(22a)의 단부에서 수직으로 형성된 수직면(21b)(22b)으로 이루어지는 ㄴ자 단면을 갖도록 형성할 수 잇다.
이와 같이 쐐기(21)(22)를 형성하면, 쐐기(21)(22)의 수평면(21a)(22a)이 보강 강판(20)과 거더(10)의 하부면 사이에 끼워져 고정이 되도록 하고, 외부에 돌출된 수직면(21b)(22b)은 가이드의 역할을 하거나, 추후 쐐기(21)(22)를 제거할 때 용이하게 하도록 할 수 있다.
다음으로, 도 1(d)와 같이, 잭업장치(50)로 잭업(jack-up)하여 거더(10)에 상향 휨변형이 발생하도록 한 상태에서 보강 강판(20)의 양단부를 거더(10)의 하면에 결합 고정한다(c).
(b) 단계가 구성되지 않은 경우에는 보강 강판(20)의 중앙부만 잭업장치(50)로 잭업하여 상방향으로 올리면 하향 만곡된 보강 강판(20)의 중앙부가 올라가면서, 거더(10)가 상향 만곡되도록 휨변형이 일어나게 되고, (b) 단계가 추가로 구성될 경우에는 쐬기(21)(22)를 끼워 고정하여 보강 강판(20)을 하향 만곡되게 변형을 일으킨 후, 보강 강판(20)의 중앙부만 잭업장치(50)로 잭업하여 상방향으로 올리면 하향 만곡된 보강 강판(20)의 중앙부가 올라가면서, 거더(10)가 상향 만곡되도록 휨변형이 일어나게 된다.
가설벤트(40) 상부에 설치된 잭업장치(50)에서 잭업을 하면 하향으로 휨변형된 보강 강판(20)의 중앙부가 올라가면서 거더(10)에는 휨변형 즉, 상향 솟음이 발생한다. 이때 잭업장치(50)에 거더(10)가 들어올려지는 범위는 거더(10) 상부에 인장균열이 발생하지 않을 정도로 잭업을 해야 한다.
상기 거더(10)에 상향 휨변형이 발생하도록 한 상태에서 보강 강판(20)을 거더(10)의 양단부를 거더(10)의 하부면에 볼트 등의 다양한 공지의 결합수단으로 견고히 체결한다.
다음으로, 도 1(e)와 같이, 보강 강판(20)에 인장응력이 도입되고 거더(10)에 일정량의 잔류 휨변형이 남도록 잭업장치(50)를 잭다운(jack-down)하고 거더(10)의 하부면에 보강 강판(20)을 고정 결합한다(d).
(c) 단계에서 보강 강판(20)의 양단부를 거더(10)의 하부면에 고정 결합한 후, 잭업장치(50)를 잭다운(jack-down)하면 보강 강판(20)에 인장응력이 도입되고 거더(10)에 일정량의 잔류 휨변형이 남게 된다.
상향 휨변형된 거더(10)는 원래의 상태로 복원되려고 하는데 보강 강판(20)이 이를 구속함으로써, 거더(10)에는 일정한 변형량이 잔류하며 보강 강판(20)에는 인장응력이 도입되게 되는 것이다.
(b) 단계를 추가로 구성할 경우에는 쐐기(21)(22)를 먼저 제거하고 거더(10)의 하부면에 보강 강판(20)을 고정 결합한다.
쐐기(21)(22)를 제거하게 되면 상향 휨변형된 거더(10)는 원래의 상태로 복원되려고 하는데 보강 강판(20)이 이를 구속함으로써, 거더(10)에는 일정한 변형량이 잔류하며 보강 강판(20)에는 인장응력이 도입되게 된다.
이때, 보강 강판(20)을 거더(10)의 하부면에 고정결합하는데 보강 강판(20)의 거더(10)의 하부면에 결합시에는 응력이 집중되는 것을 방지하기 위하여 결합부분을 여러 군데 위치하도록 한다. 즉, 볼트 결합시 결합되는 볼트를 일정간격으로 다수 개 구성할 수 있다.
보강 강판(20)을 거더(10)의 하부면에 고정 결합할 때, 거더(10)의 하부면과 보강 강판(20)의 상부면 사이에는 공간부가 형성될 수도 있다. 따라서 상기의 공간부에 에폭시를 주입하여 충전하여 공간부를 제거하여 응력의 전달이 용이하도록 할 수 있다.
마지막으로, 잭업장치(50)와 가설벤트(40) 및 버팀대(60)를 제거하여 작업을 완료한다.
이상과 같이 본 발명에 따르면 보강 강판(20)에는 인장응력이 도입되고 보강 강판(20)에 의해 구속된 거더(10)는 일정한 상향 솟음량이 남게 되어 전체적으로 내하성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 보강 강판(20)에 도입된 인장응력은 사용하중 상태에서 허용응력의 범위 내에 있게 되고 대신 이를 통해 거더(10)에 솟음이 발생하고 또한 인장응력이 도입된 보강 강판(20)이 설치됨으로써 처짐에 대해 보다 효과적으로 저항할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 보강 강판을 이용한 거더 보강방법에 따르면 중앙부와 단부에 높이가 다른 쐐기를 끼워 거더의 하부에 보강 강판을 덧대고, 보강 강판의 하부에서 잭업장치를 이용하여 거더에 상향 휨변형이 발생하도록 한 상태에서 보강 강판의 거더의 하면에 결합하고, 쐐기를 제거하도록 하여, 거더의 휨변형을 발생시키면서 보강 강판에는 인장응력이 도입되도록 하여 거더의 저하된 내하력을 보강시킬 수 있고, 인장응력이 도입된 보강 강판을 거더의 노출된 하부면에 설치함으로써 거더의 단면확대 또는 하부면 보강, 강연선 고정 등을 위하여 거더의 양측단부에 작업대, 정착장치 등의 설치 작업이 필요치 않아 거더에 손상을 주지 않을 뿐만 아니라 시공이 용이하고 공기가 단축되어 경제적인 매우 유용한 효과가 있다.
한편, 이상에서는 보강 강판을 이용하여 거더를 보강하는 방법에 대해 설명하였지만, 슬래브교의 경우에는 슬래브를 위에서 설명한 것과 같은 방법으로 보강할 수 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10 : 거더
20 : 보강 강판
21 : 단부 쐐기
22 : 중앙부 쐐기
21a, 22a : 수평면
21b, 22b : 수직면
40 : 가설벤트
50 : 잭업장치
60 : 버팀대

Claims (4)

  1. (a) 거더(10)의 중앙 하부에 가설벤트(40)와, 가설벤트(40)의 상부에 인상용 잭업장치(50)를 설치하고, 보강 강판(20)의 하부에 일정 간격으로 버팀대(60)를 설치하여 잭업장치(50)와 거더(10)의 사이에 보강 강판(20)을 설치하는 단계;
    (b) 보강 강판(20)과 거더(10)의 하부면 사이에 쐐기(21)(22)를 고정 설치하되, 보강 강판(20)의 양단부에서 중앙부로 소정의 간격으로 이격된 곳에 단부 쐐기(21)를 끼워 구성하고, 보강 강판(20)의 중앙부에는 단부 쐐기(21)의 높이보다 높은 높이의 중앙부 쐐기(22)를 끼워 구성하는 단계;
    (c) 잭업장치(50)로 잭업하여 거더(10)에 상향 휨변형이 발생하도록 한 상태에서 보강 강판(20)의 양단부를 거더(10)의 하면에 결합 고정하는 단계;
    (d) 보강 강판(20)에 인장응력이 도입되고 거더(10)에 일정량의 잔류 휨변형이 남도록 잭업장치(50)를 잭다운하고 단부 쐐기(21)와 중앙부 쐐기(22)를 제거한 거더(10)의 하부면에 보강 강판(20)을 고정 결합하는 단계; 및
    (e) 잭업장치(50)와 가설벤트(40) 및 버팀대(60)를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보강 강판을 이용한 거더 보강방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    (b) 단계에서의 쐐기(21)(22)는 수평면(21a)(22a)과 수평면(21a)(22a)의 단부에서 수직으로 형성된 수직면(21b)(22b)으로 이루어지는 ㄴ자 단면을 갖도록 하여 수평면(21a)(22a)이 보강 강판(20)과 거더(10)의 하부면 사이에 끼워져 고정되는 것을 특징으로 하는 보강 강판을 이용한 거더 보강방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    (d) 단계에서,
    쐐기(21)(22)를 제거한 후에, 거더(10)의 하면과 보강 강판(20)의 상면 사이에 발생되는 틈에 에폭시를 주입하도록 하는 것을 특징으로 하는 보강 강판을 이용한 거더 보강방법.
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KR101658390B1 (ko) * 2015-08-17 2016-09-21 지엘콘(주) 암거 보강 공법
KR102159395B1 (ko) * 2019-10-23 2020-09-23 (주)서린브릿지텍 강성 재배치를 이용한 강박스 거더의 보수/보강 공법

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KR100773385B1 (ko) * 2007-07-31 2007-11-05 우경건설 주식회사 I빔 세그먼트에 고강도 강재를 덧대어 프리스트레스를도입시 i빔 세그먼트 연결 조립용 볼트구멍 천공부를이용한 정밀한 프리스트레스 도입방법

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