KR101428759B1 - 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법 및 이를 이용한 제작된 프리스트레스트 아치구조물 - Google Patents
풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법 및 이를 이용한 제작된 프리스트레스트 아치구조물 Download PDFInfo
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Abstract
아치구조물 세그먼트의 단면을 최소화시켜 보다 경제적인 아치구조물(터널구조물) 시공이 가능한 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법 및 이를 이용하여 제작된 프리스트레스트 아치구조물에 관한 것으로서, 아치구조물의 어깨부에 수평긴장력을 도입하여 아치구조물 세그먼트의 단면을 최적화시켜 구조적으로도 효율적이며 경제적인 아치구조물 제공이 가능하게 된다.
Description
본 발명은 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법 및 이를 이용하여 제작된 프리스트레스트 아치구조물에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 아치구조물 세그먼트를 천정부에서 서로 연결시켜 제작되는 아치구조물에 있어서, 아치구조물 세그먼트의 단면을 최소화시켜 보다 경제적인 아치구조물 시공이 가능한 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법 및 이를 이용하여 제작된 프리스트레스트 아치구조물에 관한 것이다.
국토의 70%이상이 산지로 이루어진 우리나라는 철도 및 도로건설의 증대 및 지하철 등의 지하 공간 개발로 지하 굴착공사가 크게 급증함으로 인해 대 단면 터널공사가 현재까지도 활발하게 이루어지고 있다.
이와 같은 터널 구조물은 그 규모의 장대화로 인하여 터널 내 매연, 유해가스, 먼지, 화재 등의 위급상황으로부터 터널이용자를 보호하기 위해 교통량과 터널길이에 따라 효율성을 고려한 터널 환기설비를 갖추어야 한다.
또한 터널 구조물은 그 내부를 주행하는 자동차 배출가스로 인한 대기 오염이 터널 통행자 및 운전자의 인체에 심각한 영향을 미치므로 이를 방지하기 위해서는 적정한 환기계산에 의해 필요한 환기 설비를 갖추어야 한다.
이러한 환기 설비로서 오염된 공기를 배기하고, 신선한 공기를 송기하는 횡류식 환기방식이 적용되고 있다.
이러한 횡류 환기방식은 터널 구조물의 입 출구에 설치된 환기소에서 터널 단면에 설치한 별도의 급기 덕트와 배기 덕트를 이용하여 깨끗한 공기는 급기시키고, 오염된 공기는 배기시키도록 된 환기방식이다.
즉, 도 1a에 도시된 바와 같이, 터널 라이닝(50)의 중 상단에 풍도바닥슬라브(52)와 그 중간에서 터널 천장부(55)를 연결하는 격벽(58)을 철근콘크리트로 시공하여 급기 및 배기 덕트 역할을 하는 급기 및 배기풍도(42,44)를 형성시키고 있음을 알 수 있다.
이에 급기 및 배기풍도(42,44)를 형성시키기 위하여 터널의 전 구간 콘크리트 라이닝(58)에 철근 배근을 하고, 풍도바닥슬라브(52)와 격벽(58)에 대해서도 철근 배근을 하게 되므로 시공비가 많이 들뿐만 아니라, 공사기간도 길어질 수밖에 없다는 시공 상의 문제점도 있고,
이러한 횡류 환기방식(40)이 적용된 터널 천장부(55)에는 휨 모멘트가 가장 크게 걸리며, 격벽 설치 시 터널 천장부(55)의 휨 모멘트가 격벽(58)을 거쳐서 자중에 의해 휨 모멘트가 가장 크게 걸리는 풍도바닥슬라브(52)의 중앙부에 직접 걸리게 되어 풍도바닥슬라브(52)에 추가 하중을 부가하고, 그에 따라서 풍도바닥슬라브(52)의 단면 증가가 더욱 요구되어 구조적으로 매우 비효율적이라는 문제점이 지적되었다.
또한 종래의 횡류 환기방식(40)은 풍도바닥슬라브(52)를 터널 라이닝(50)에 일체로 체결하는 구조인데, 이와 같은 구조에서는 풍도바닥슬라브(52)가 축 방향으로 인장을 받게 되므로 풍도바닥슬라브(52)에 인장 균열을 유발하여 전체 터널 구조물의 내구성 저하뿐만 아니라 미관도 훼손될 수밖에 없다는 문제점도 있었다.
따라서 이와 같은 종래의 횡류 환기방식(40)은 그 환기 성능이 우수함에도 불구하고, 개선의 여지가 많은 문제점을 가지고 있었다.
이에 도 1b에 의하면, 아치구조물인 터널 구조물의 벽체를 구성하는 터널 라이닝의 양 내측면 상단에서 각각 내측으로 돌출한 한 쌍의 키 블록(61);
상기 키 블록 상에서 양단이 슬라이딩 가능하도록 지지되어 급기 풍도와 배기 풍도의 하부면을 형성하고, 다수의 급기 댐퍼와 배기 댐퍼(63,64)를 일정 간격으로 장착한 풍도바닥슬라브(62); 및
상기 풍도바닥슬라브(62)의 중앙로부터 상부 측의 터널 라이닝(65)의 천장으로 연장되어 급기 풍도와 배기 풍도를 구획하는 조립식 격벽(66)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 터널 풍도 구조도 소개되어 있다.
이때 상기 풍도바닥슬라브(62)를 PC 강선이 내장된 할로우 코아 판넬로 구성하고, 터널 라이닝로부터 구조적으로 분리하여 슬라이딩 조립시공이 가능하도록 구성하며, 급기 풍도와 배기 풍도를 구획하는 격벽(66)도 조립식으로 구성하여 터널 라이팅 천장으로부터 구조적으로 분리시킴으로써 각 구성 부품들이 견고하면서도 전체적으로 단기간의 시공이 가능하도록 한 것이다.
이에 종래 터널구조물에 있어 풍도는 환기 설비로서 기능을 전제로 시공상의 편의성 및 내구성 확보를 위한 기술은 소개된 바 있지만 터널 구조물의 단면 자체를 최적화시킴에 있어서 이러한 풍도(62,66)를 활용하는 기술은 달리 소개된 바 없었다.
이에 본 발명은 터널구조물과 같은 아치구조물의 환기에 필요한 풍도를 제작함에 있어서 이러한 풍도를 아치구조물의 단면 최적화를 위한 수단과 함께 설치될 수 있도록 함으로서 보다 효율적이고 경제적인 아치구조물을 시공할 수 있는 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법 및 이를 이용하여 제작된 프리스트레스트 아치구조물 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
첫째, 예컨대, 프리캐스트 방식으로 제작된 아치구조물 세그먼트를 천정부에서 서로 연결하여 길이방향으로 서로 연결함으로서 아치구조물(터널 구조물)을 시공하게 된다(세그먼트가 아닌 일체형도 가능).
이때 아치구조물의 천정부와 양 어깨부에는 휨 정모멘트, 휨 부모멘트가 발생하게 되는데, 특히 본 발명은 양 어깨부에 발생하는 휨 부모멘트를 감소시키는 프리스트레스를 도입시키게 된다.
이로서 프리프스트레스가 도입된 아치구조물(프리스트레스트 아치구조물)에는 휨 부모멘트 감소에 의하여 아치구조물의 단면을 최적화 시킬 수 있게 된다.
둘째, 본 발명은 이러한 프리스트레스 도입을 위해 아치구조물의 양 어깨부에 내측방향으로 작용하는 수평긴장력을 도입시키게 된다. 이러한 수평긴장력은 양 어깨부를 관통하여 수평으로 연장되는 어깨부긴장재의 양 단부를 어깨부 외측면에 형성된 정착구에 긴장 후 정착시켜 도입시키게 된다.
이때 어깨부긴장재는 양 어깨부 사이에 설치되는 프리캐스트 풍도슬래브의 수평관통홀을 관통하도록 하여 설치되도록 함으로서 결국 본 발명은 프리캐스트 풍도슬래브를 이용하여 아치구조물의 단면을 최적화 할 수 있는 수평긴장력을 도입시킬 수 있도록 하게 된다.
이때 프리캐스트 풍도슬래브의 중앙 상면으로부터 아치구조물의 천정부 사이에는 수직벽체 형태의 격벽을 설치하되 이러한 격벽은 강봉과 같은 슬래브지지부재가 내장되도록 하여 상기 슬래브지지부재의 하단부가 프리캐스트 풍도슬래브를 관통하여 하단부가 고정되며 천정부로 연장되는 상단부가 긴장 후 상기 천정부에서 정착되도록 하여 프리캐스트 풍도슬래브의 자중에 의한 아치구조물의 휨 모멘트가 증가 효과를 상쇄시킬 수 있도록 하였다.
셋째, 이때 상기 프리캐스트 풍도슬래브는 UHPC(초고성능 콘크리트)를 이용하여 자중을 최소화시킬 수 있도록 하여 아치구조물의 단면이 증가되지 않도록 함으로서 터널구조물과 같은 아치구조물에 풍도를 형성시킴에 있어서도 아치구조물의 단면 최적화가 가능하도록 하였다.
넷째, 상기 프리캐스트 풍도슬래브는 별도로 아치구조물의 내측에서 심재와 앵커볼트를 이용하여 고정되도록 하여 어깨부긴장재에 하자가 발생하더라도 프리캐스트 풍도슬래브의 균열 등에 의한 하자를 보다 용이하게 처리(유지관리)할 수 있도록 하였다.
본 발명은 풍도(프리캐스트 풍도슬래브, 격벽)를 형성시켜야 하는 터널구조물과 같은 아치구조물에 있어 아치구조물의 단면을 최적화하는 수평긴장력에 의한 프리스트레스를 도입시킴에 있어서 사용되는 어깨부긴장재를 감싸도록 프리캐스트 풍도슬래브를 설치하고 프리캐스트 풍도슬래브는 아치구조물의 천정부에 격벽의 강봉과 같은 슬래브지지부재에 의하여 매달려 지지되도록 하여 풍도 시공에 따른 아치구조물에의 영향을 최소화 할 수 있게 된다.
이때, 아치구조물의 양 어깨부 내측에 풍도로서 시공되는 프리캐스트 풍도슬래브와 격벽은 어깨부긴장재가 관통되는 UHPC(초고성능 콘크리트)를 이용함으로서 자중이 최소화되도록 하여 풍도의 자중을 고려한 아치구조물 단면 설계를 피할 수 있어 아치구조물의 단면 최적화가 가능하게 된다.
또한, 상기 프리캐스트 풍도슬래브는 수직연결봉의 긴장 및 정착을 통한 격벽에 의하여 아치구조물의 천정부에 지지되므로 프리캐스트 풍도슬래브 자중에 의한 인장응력에 효과적으로 저항할 수 있어 프리캐스트 풍도슬래브에 의한 풍도 시공에 매우 유리하게 된다.
또한, 상기 수평긴장력은 아치구조물에 있어 작용하는 토압에 의한 휨 모멘트를 감소시키게 되므로 아치구조물에 축력이 주응력으로 작용할 수 있도록 할 수 있고, 아치구조물은 축력에 대한 저항성능이 뛰어난 특성을 가지게 되므로 보다 효율적인 아치구조물 시공이 가능하게 된다.
나아가 상기 수평긴장력은 아치구조물의 천정부에서 서로 연결되는 아치벽체 세그먼트의 연결부를 압착시키는 효과도 가질 수 있어 아치벽체 세그먼트를 이용한 아치구조물 시공에 매우 유리하게 된다.
또한, 본 발명에 있어 아치구조물과 프리캐스트 풍도슬래브와의 연결부위 보강을 위하여 심재와 앵커를 이용하여 하자발생과 유지관리를 손쉽게 처리할 수 있게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래 터널 구조물(아치구조물)에 있어 형성되는 풍도의 시공단면도와 풍도가 형성된 터널 구조물에 작용하는 휨 모멘트도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물의 휨 모멘트 작용상태도,
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법의 순서도,
도 4는 본 발명의 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물의 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물의 휨 모멘트 작용상태도,
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법의 순서도,
도 4는 본 발명의 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물의 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[ 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물의 작용상태도]
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 풍도(300)를 활용한 프리스트레스트 아치구조물(100)의 휨 모멘트 작용상태도를 도시한 것이다.
프리스트레스트 아치구조물(100)은 먼저 프리캐스트 방식으로 제작된 아치벽체 세그먼트(110, 반원형 또는 호형)의 상단부를 서로 연결하여 길이방향으로 서로 연결함으로서 아치구조물을 시공하게 된다. 이러한 상기 서로 연결된 상단부를 아치구조물의 천정부(C1)라 한다.
이러한 아치벽체 세그먼트(110)의 하단부는 기초부(120)에 의하여 지지되도록 설치되며, 기초부(120) 사이에는 횡방향으로 저판구조물(130)이 설치되어 아치구조물이 시공된다.
이와 같은 아치구조물은 복토 등에 의하여 지중에 매립되면 토사 등에 의하여 토압을 받게 되며, 이러한 토압에 의하여 아치구조물의 어깨부(A) 상부는 휨 정모멘트(+)를 발생 되고, 어깨부(A) 하부는 휨 부모멘트(-)와 휨 정모멘트(+)가 교번하여 발생하게 된다.
이에 상기 교번하여 발생되는 휨 정,부모멘트에 저항할 수 있는 아치벽체 세그먼트(110)를 제작해야 하는데 이를 위해서는 철근등을 이용하여 아치벽체 세그먼트(110)의 단면을 최소화시킬 필요가 있다. 하지만 휨 부모멘트에 의한 인장응력에 취약한 아치벽체 세그먼트(110)의 특성상 단면을 최소화시키는 데에는 한계가 있을 수밖에 없게 된다.
나아가 상기 휨 정 및 부모멘트의 발생은 아치구조물의 특성 즉 축력에 의한 하중저항이라는 구조적 특성을 반감시켜 아치구조물의 구조적 특성을 살리지 못한다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 도 2b와 같이 아치구조물의 어깨부(A)에 작용하는 휨 부모멘트(-)를 감소시키기 위하여 양 어깨부(A)에서 수평긴장력(V)을 가해주게 된다.
말하자만 양 어깨부(A)에서 발생하는 휨 부모멘트(-)를 감소시켜 주는 수평긴장력(V)를 발생시켜 휨 부모멘트(-)를 감소시키고, 이에 어깨부(A) 상부의 휨 정모멘트(+)와 어깨부(A) 하부의 휨 부모멘트의 크기도 역시 함께 감소되어 결국 아치구조물을 구성하는 아치구조물 세그먼트(110)의 단면을 최적화시킬 수 있도록 하게 된다.
이와 같이 어깨부(A)에 발생하는 휨 부모멘트를 감소시키게 되면 아치구조물(A)은 결국 축력을 주로 부담하는 부재로 설계할 수 있어 아치구조물(A)의 구조적 특성을 최대한 살릴 수 있게 된다.
이때 상기 수평긴장력(V)은 비부착 PC 강연선을 이용한 어깨부긴장재(200)에 의하여 도입되도록 하게 된다.
즉, 아치구조물의 양 어깨부(A)를 관통하도록 설치된 어깨부긴장재(200)의 양 단부를 아치구조물의 외측에서 긴장후 외측면에 정착되도록 하는 것이다.
이러한 어깨부긴장재(200)에 의하여 어깨부에 수평긴장력 즉 프리스트레스가 도입된 아치구조물을 본 발명은 프리스트레스트 아치구조물(100)이라 한다.
이러한 어깨부긴장재(200)는 프리스트레스트 아치구조물(100)의 어깨부 내측에 위치하게 되는데 이러한 어깨부긴장재(200)를 감싸도록 하여 미관을 해치지 않도록 하면서 풍도(300)도 자연스럽게 설치되도록 하게 된다.
이러한 풍도(300)는 수평관통홀(310)이 형성된 프리캐스트 풍도슬래브(320)와 강봉과 같은 슬래브지지부재(340)가 내장된 격벽(330)을 포함하여 시공된다.
이에 먼저 어깨부긴장재(200)가 관통하는 수평관통홀(310)이 형성된 프리캐스트 풍도슬래브(320)를 설치하게 된다. 이에 상기 어깨부긴장재(200)는 비부착 PC 강연선을 이용하게 된다.
이러한 프리캐스트 풍도슬래브(320)는 어깨부(A) 양 내측에 위치하지만 어깨부긴장재(200)를 감싸도록 하되 자체 무게를 가지고 있으므로 이러한 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 중앙상면으로부터 아치구조물의 천정부 저면 사이에 강봉과 같은 슬래브지지부재(340)가 내장된 격벽(330)을 설치하여 결국 프리캐스트 풍도슬래브(320)는 격벽(330)의 슬래브지지부재(340)에 의하여 아치구조물에 설치되도록 하게 된다.
이에 아치구조물에는 프리캐스트 풍도슬래브(320)와 슬래브지지부재(340)의 무게가 전달되어 아치구조물의 천정부에 휨 정모멘트를 추가 발생시키게 된다.
이에 상기 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 무게를 감소시켜 주기 위하여 프리캐스트 풍도슬래브(320)는 UHPC(초고성능 콘크리트)를 이용함으로서 자중이 최소화되도록 아치구조물의 단면 최적화가 가능하게 된다.
상기 UHPC(초고성능 콘크리트)는 압축강도가 매우 높고 워커빌리티가 매우 높기 때문에 표면이 매우 매끈하게 성형시킬 수 있다는 장점이 있어 본 발명과 같이 중량물인 벽체부가 기초부에 힌지 연결되도록 함에 있어 매우 유용하게 된다. 이러한 통상 100MPa 이상의 압축강도를 가진 콘크리트를 초고성능 콘크리트라 지칭하고 이러한 UHPC를 이용한 UHSC 구조물(Ultra High Strength Concrete, 초고강도 콘크리트 구조물)의 제작 등에 대해서는 이미 공개특허(10-2011-67761호) 등에 이미 개시되어 있다.
나아가 상기 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 무게(자중)에 의한 휨 정모멘트는 앞서 살펴본 어깨부긴장재(200)에 의하여도 상쇄가 가능하므로 본 발명은 결국 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 무게(자중)에 의한 아치구조물 단면설계를 피할 수 있게 됨을 알 수 있다.
이러한 상기 슬래브지지부재(340)도 UHPC(초고성능 콘크리트)로 마감시켜 격벽(330)으로 제작한 것을 이용하도록 하게 된다. 이로서 슬래브지지부재(340)는 격벽(330) 내부를 관통하여 하단은 프리캐스트 풍도슬래브(320)에 고정되고, 상단은 아치구조물의 천정부에 있어 아치구조물 세그먼트의 연결부에 고정되도록 하게 된다.
결국, 본 발명은 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 수평관통홀(310)은 어깨부긴장재(200)의 가이드홀 역할 및 아치구조물에 의한 터널구조물의 풍도 역할을 하도록 하는 것임을 알 수 있다.
나아가 본 발명의 아치구조물의 하단은 기초부(120)에 의하여 수평변위가 구속되므로 휨 부모멘트에 의한 변형을 구속시켜 줄 수 있기 때문에 아치구조물의 단면 최적화는 기초부(120)에 의한 수평변위 구속에도 영향을 받게 되고, 이로서 축력에 의하여 작용하중에 저항할 수 있는 아치구조물의 구조적 특성을 충분히 이용하게 될 수 있음을 알 수 있고,
어깨부긴장재(200)를 감싸도록 프리캐스트 풍도슬래브(320)를 설치하고 프리캐스트 풍도슬래브(320)가 아치구조물 천정부에서 슬래브지지부재(340)에 의하여 매달려 설치되도록 하여 자연스럽게 풍도(흡기 및 배기풍도)가 형성되도록 함을 알 수 있다.
[ 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법]
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물(100)의 시공단면도를 도시한 것이다.
먼저, 도 3a와 같이 지반에 기초부(120)를 시공하게 된다. 이러한 기초부(120)의 상면은 지지홈(122)이 형성된 기초부상판(121)으로 형성되어 후술되는 아치구조물 세그먼트(110)의 하단이 삽입되어 지지되도록 하여 수평변위를 구속하도록 하고 있음을 알 수 있다.
이에 기초부저판(123)은 기초부상판(121)보다 횡방향 폭이 커지도록 하여 기초부저판 내측 사이의 상면에 저판구조물(130)을 시공하여 차도 및 철도등(철로 시공)으로 이용할 수 있도록 하게 된다.
이러한 저판구조물(130)은 현장타설콘크리트 또는 프리캐스트 구조물로 시공이 가능할 것이다.
다음으로 반원형 또는 호형 아치구조물 세그먼트(110)를 공장등에서 미리 프리캐스트 방식으로 제작하고, 기초부(120)의 지지홈(122)에 구비된 양 아치구조물 세그먼트(110)의 하단부가 삽입되어 지지되도록 하면서 상단부가 서로 연결되도록 하여 천정부(C1)를 형성시키게 된다.
이에 상기 천정부는 블럭아웃된 공간으로 형성되어 천정부 내측 하단에는 돌출된 연장부(111)가 서로 접하도록 배치되어 천정부(C1)에서 격벽(330)의 슬래브지지부재(340)가 연장부(111)를 관통하도록 하여 긴장후 정착될 수 있는 공간이 마련되도록 하게 된다.
이에 상기 기초부(120)에 아치구조물 세그먼트(110)가 자립되어 설치되도록 하게 된다.
또한 상기 아치구조물 세그먼트(110)의 어깨부(A)의 외측면에는 돌출블록 형태의 정착단(112)이 형성되어 있어 어깨부긴장재(200)의 양 단부가 긴장 후 정착될 수 있도록 하게 된다. 이를 위해 상기 정착단(112)에는 어깨부긴장재(200)가 관통할 수 있는 정착홀(113)이 형성되도록 하게 된다.
이에 도 3b와 같이 별도로 제작된 수평판 형태의 프리캐스트 풍도슬래브(320)에 미리 형성되어 있는 수평관통홀(310)에 어깨부긴장재(200)가 삽입되도록 한 상태에서 상기 수평관통홀(310)로부터 인출된 어깨부긴장재(200)를 아치구조물 세그먼트의 정착단(112)에 형성된 정착홀(113)에 삽입시키고 어깨부긴장재(200)를 긴장 후 정착단(112)에 정착시키게 된다.
이때 상기 프리캐스트 풍도슬래브(320)는 크레인등의 작업차량에 의하여 인양된 상태를 유지하도록 하여 별도의 동바리 시공이 불필요하도록 하게 된다.
이에 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 시공이 완료되면 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 중앙상면과 천정부를 서로 연결시키기 위한 격벽(330)을 설치하게 된다.
이러한 격벽(330)에는 강봉과 같은 슬래브지지부재(340)가 수직봉 형태로 내장되어 있으며 이러한 슬래브지지부재(340)는 격벽(330)의 상하면으로부터 연장 돌출되도록 형성되어 복수개가 서로 이격되어 격벽(330)에 배치되어 있다.
이에 상기 슬래브지지부재(340)의 상단부는 아치구조물 세그먼트(110)의 천정부(C1)에 연장시킨 후 긴장 후 정착시키고, 하단부는 프리캐스트 풍도슬래브(320)을 관통하여 저면에 고정시키는 방식으로 설치하여 결국 아치구조물에 프리캐스트 풍도슬래브(320)가 매달려 설치되도록 하게 된다.
이와 같이 슬래브지지부재(340)를 수직상방으로 긴장 후 천정부에서 정착시키게 되면 단순히 프리캐스트 풍도슬래브(320)를 매달아 설치하는 것과 대비하여 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 자중에 의한 인장응력을 감소시킬 수 있어 단면두께를 보다 감소시켜 제작할 수 있게 된다.
다음으로 상기 천정부(C1) 내측공간에 무수축 콘크리트와 같은 충진재를 타설하여 양 아치구조물 세그먼트(110)가 서로 천정부(C1)에서 고정 연결되도록 하여 본 발명의 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물을 완성시킬 수 있게 된다.
다음으로는 도 3c와 같이 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물은 복토등에 의하여 지중에 매립되도록 하게 되는데 특히 천정부(C1) 주위는 방수쉬트를 설치하는 등의 방수작업이 미리 이루어지도록 하고, 아치구조물 세그먼트(110)의 종방향 연결부위 등은 실링처리하게 된다.
[ 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물]
도 4는 특히 본 발명의 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물(100)의 단면도를 도시한 것이다.
이러한 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물(100)은 기초부(120)가 지반에 시공되어 있으며, 상기 기초부(120)의 지지홈(122)에 아치구조물 세그먼트(110)의 하단부가 각각 삽입되어 지지되도록 하고 있음을 알 수 있다.
이러한 기초부(120)는 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물(100)의 종방향 연장길이에 대응하는 길이로 시공되며, 이에 아치구조물 세그먼트(110) 복수개가 기초부(120)에 설치된다.
상기 아치구조물 세그먼트(110)의 어깨부(A) 내측 사이에는 어깨부긴장재(200)를 감싸도록 하여 풍도(300)가 설치되어 있음을 알 수 있고, 어깨부긴장재(200)는 긴장후 정착단(112)에 긴장후 정착되어 있다.
이러한 풍도(300)는 수평관통홀(310)이 형성된 프리캐스트 풍도슬래브(320)와 슬래브지지부재(340)가 내장된 격벽(330)으로 구성되어 있는데, 상기 프리캐스트 풍도슬래브(320)는 미리 형상에 따라 제작된 거푸집 내부에 수평관통홀(310)을 위한 관부재를 배치하고, 관부재가 매립되도록 UHPC를 타설하여 양생후 거푸집을 탈형하여 제작하면 되고, 격벽(330)도 역시 슬래브지지부재(340)가 내장되도록 미리 준비된 거푸집에 슬래브지지부재(340)를 배치한 후, UHPC를 타설하여 양생후 거푸집을 탈형하여 제작하면 된다.
이에 프리캐스트 풍도슬래브(320)와 격벽(330)은 종방향으로 연결된 아치구조물 세그먼트의 연장길이에 따라 복수개가 설치될 수 있을 것이다.
이러한 격벽(330)의 슬래브지지부재(340) 하단부는 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 저면에 고정되고, 상단부가 아치벽체 세그먼트(110)의 천정부(C1)에 긴장후 정착시켜 격벽(330)을 설치하게 된다.
또한 상기 천정부(C1)는 무수축콘크리트에 의하여 마감되어 본 발명의 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물(100)이 완성되며, 복토등에 의하여 지중에 매립된다.
이때 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 수평관통홀(310)에 삽입되어 긴장 후 정착된 어깨부긴장재에 의한 수평긴장력(V)은 시간이 경과함에 따라 프리스트레스가 손실될 수 있어, 본 발명은 특히 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 양 단부와 접하는 아치구조물 세그먼트의 내측면에는 심부재(140, 일종의 브라켓)를 설치하고, 심부재(140)와 프리캐스트 풍도슬래브(320)를 관통하는 앵커볼트(150)을 더 설치하여 프리스트레스 손실에 따른 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 처짐등을 방지할 수 있도록 함이 바람직하다.
이로서 본 발명의 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물(100)은 어깨부긴장재(200)의 긴장 및 정착에 의한 수평긴장력(V)에 의하여 어깨부에 발생하는 휨 부모멘트를 감소시켜 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 단면을 최적화 시킬 수 있게 되고 상기 수평긴장력(V)에 의하여 풍도(300)의 무게(자중)에 의한 처짐도 상쇄시킬 수 있게 되며, 천정부(C1)에 있어서 양 아치구조물 세그먼트의 연결성능도 충분히 확보 할 수 있게 된다.
또한 심부재와 앵커볼트를 이용하여 풍도(300)의 안정적인 유지 관리도 가능하게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물
110: 아치구조물 세그먼트 111: 연장부
112: 정착단 113: 정착홀
120: 기초부 121: 기초부상판
122: 지지홈 123: 기초부저판
130: 저판구조물 140: 심부재
150: 앵커볼트 200: 어깨부긴장재
300: 풍도 310: 수평관통홀
320: 프리캐스트 풍도슬래브
330: 격벽 340: 슬래브지지부재
110: 아치구조물 세그먼트 111: 연장부
112: 정착단 113: 정착홀
120: 기초부 121: 기초부상판
122: 지지홈 123: 기초부저판
130: 저판구조물 140: 심부재
150: 앵커볼트 200: 어깨부긴장재
300: 풍도 310: 수평관통홀
320: 프리캐스트 풍도슬래브
330: 격벽 340: 슬래브지지부재
Claims (5)
- 양 기초부(120)에 아치구조물을 설치하고,
수평판 형태의 프리캐스트 풍도슬래브(320)에 형성된 수평관통홀(310)에 어깨부긴장재(200)를 삽입 설치하여 어깨부긴장재(200)의 양 단부가 수평관통홀(310)으로부터 인출되도록 한 상태에서 프리캐스트 풍도슬래브(320)를 인양하고,
인양된 프리캐스트 풍도슬래브(320)에 설치된 어깨부긴장재(300)의 양 단부가 아치구조물의 어깨부(A) 외측면에 형성된 정착단(112)의 정착홀에 삽입되어 연장되도록 한후에, 상기 어깨부긴장재(200)를 긴장후 정착단(112)에 정착시켜 아치구조물의 어깨부(A)에 수평긴장력(V)을 도입시키고,
상기 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 중앙상부면에 격벽(330)에 내장된 수직봉 형태의 슬래브지지재(340)의 하단부가 고정되도록 하고, 슬래브지지재(340)의 상단부는 아치구조물의 천정부에 상방으로 긴장 후 정착되도록 함으로서 인양된 프리캐스트 풍도슬래브(320)가 아치구조물에 설치되도록 하는 단계를 포함하며,
상기 아치구조물은 천정부에서 양 아치구조물 세그먼트(110)이 서로 연결되도록 형성시키고, 상기 프리캐스트 풍도슬래브(320)는 콘크리트 수평판 형태로 제작된 것을 이용하되, 수평관통홀(310)이 형성되어 비부착 PC 강연선인 어깨부긴장재(200)가 상기 수평관통홀(310)에 삽입 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법. - 제 1항에 있어서,
상기 격벽(330)은 UHPC를 이용하여 제작된 콘크리트 수직판 형태로 제작된 것을 이용하되, 복수개의 슬래브지지부재(340)가 서로 이격되어 격벽에 수직봉 형태로 내장되어 있으며 상기 슬래브지지부재(340)의 하단부가 프리캐스트 풍도슬래브를 관통하여 프리캐스트 풍도슬래브의 저면에 고정되며 천정부로 연장되는 상단부가 긴장 후 상기 천정부에서 정착되도록 하는 것을 특징으로 하는 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법. - 제 1항에 있어서,
상기 아치구조물의 양 어깨부 내측 사이에 설치된 프리캐스트 풍도슬래브(320)의 양 단부는 아치구조물의 내측면에 고정 설치된 심부재(140)에 앵커볼트(150)에 의하여 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법. - 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 의한 풍도를 이용한 프리스트레스트 아치구조물 제작방법에 의하여 제작된 프리스트레스트 아치구조물.
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