KR101432087B1 - 프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 합성형 라멘교 및 그의 시공방법 - Google Patents

프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 합성형 라멘교 및 그의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강재빔 상부에 일정 간격으로 배력철근관통홀이 구비된 수평전단연결재를 길이방향으로 결합하여 강재거더 빔을 형성하고, 상기 강재거더 빔의 중심을 일정 높이 들어올린 상태에서 연결플레이트 상부에 거치 고정 후, 양 단부 하측에 솟음판넬을 설치하여 프리스트레스트를 도입시키고, 폭 방향으로 복수 개 설치되는 강재거더 빔의 상부 수평전단연결재의 사이에는 주철근관통홀이 일정 간격으로 구비된 사이전단연결재가 결합형성되도록 하며, 필요에 따라 상기 배력철근관통홀 및 주철근관통홀에 상부슬래브 철근을 각각 균일한 간격으로 가로/세로 교차 배근되도록 하는 프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 합성형 라멘교 및 그의 시공방법에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 합성형 라멘교 시공방법은, 교량기초를 이루는 양 벽체부의 상면에 지면과 평행한 평면상태를 유지하는 연결플레이트가 구비된 단부연결강재를 설치하는 단계(S10); 강재빔으로부터 상부로 일정 높이 형성되며, 일정 간격으로 복수개 천공된 배력철근관통공이 구비되는 수평전단연결재가 상기 강재빔에 일체로 결합되어 형성된 강재거더 빔을 상기 양측 벽체부의 상측에 거치하는 단계(S20); 상기 강재거더 빔의 중심으로부터 좌우로 점차 만곡되도록 상기 강재거더 빔의 중심을 일정 높이 들어올린 상태에서, 상기 양측 벽체부의 끝단에 상기 강재거더 빔을 결합나사로 고정시키는 단계(S30); 상기 강재거더 빔을 들어올려 형성되는 강재거더 빔과 연결플레이트의 사이에 형성되는 경사진 형태의 틈에 별도로 제작된 솟음판넬을 삽입하는 단계(S40); 솟음판넬을 삽입한 상태에서, 강재거더 빔, 상기 솟음판넬 및 연결플레이트를 결합나사를 이용하여 상호 견고하게 고정하여 프리스트레스트 강재거더 빔을 형성하는 단계(S50); 및 상기 프리스트레스트 강재거더 빔을 교량의 폭 방향으로 복수 개 설치한 다음, 인접하는 상기 프리스트레스트 강재거더 빔에 형성된 수평전단연결재 사이에 주철근관통공(151)이 일정 간격으로 복수개 천공된 사이전단연결재를 교량의 길이 방향으로 2개 이상 일정 간격으로 형성하는 단계(S60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 합성형 라멘교 및 그의 시공방법 {Composite rahman bridge using preflex beam and horizontal shear connectors and construction method thereof}
본 발명은 프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 합성형 라멘교 및 그의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강재빔 상부에 일정 간격으로 배력철근관통홀이 구비된 수평전단연결재를 길이방향으로 결합하여 강재거더 빔을 형성하고, 상기 강재거더 빔의 중심을 일정 높이 들어올린 상태에서 연결플레이트 상부에 거치 고정 후, 양 단부 하측에 솟음판넬을 설치하여 프리스트레스트를 도입시키고, 폭 방향으로 복수 개 설치되는 강재거더 빔의 상부 수평전단연결재의 사이에는 주철근관통홀이 일정 간격으로 구비된 사이전단연결재가 결합형성되도록 하며, 필요에 따라 상기 배력철근관통홀 및 주철근관통홀에 상부슬래브 철근을 각각 균일한 간격으로 가로/세로 교차 배근되도록 하는 프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 합성형 라멘교 및 그의 시공방법에 관한 것이다.
교량을 지지하기 위해 시공되는 교각의 경우, 시공비용 및 시공기간이 많이 소요되는 특성상, 교각 수를 줄이기 위해 길이가 긴 강재를 이용하여 하중을 지지할 수 있도록 하고 있으나, 강재의 길이가 길수록 교량 상부의 하중으로 인해 굽힘 변형이 커지게 되고, 이로 인해 강재 상부의 상판 슬래브에 균열이 발생될 수 있는 문제가 있다.
교량 또는 고가도로의 교각 사이에 배치되는 강재의 하부에 케이싱콘크리트가 타설되는 합성빔은, 강재의 강성을 강화시켜 시공비용을 절감하고, 공사 기간을 단축하며, 유지보수 비용을 절감하기 위해 사용된다. 다만, 상기 케이싱콘크리트를 통해 강재의 굽힘 변형이 일부 억제되기는 하나, 콘크리트가 압축응력에 비해 인장응력에 취약한 특성상, 상기 케이싱콘크리트 또한 균열이 쉽게 발생될 수 있는 문제를 여전히 내포하고 있다.
케이싱콘크리트의 균열을 방지하기 위해 일반적으로 프리플렉션 공법이 이용되게 되며, 상기 프리플렉션 공법은 먼저 강재를 상부로 만곡되도록 제작한 다음, 강재의 상부에 하중(P)을 가해 굽힘 변형이 이루어지도록 한 상태에서, 강재의 하부에 케이싱콘크리트를 양생하는 과정으로 이루어지며, 콘크리트의 양생이 완료된 다음 상기 하중(P)을 제거함으로써, 강재의 복원력을 통해 상기 케이싱콘크리트에 압축응력(σ)이 상존하는 상태가 되도록 한다.
따라서, 상기 강재가 교각에 설치된 상태에서 차량통행 등의 상부 하중이 가해지거나 사라지면서 굽힘 변형이 지속적으로 발생되는 경우에도, 상기 케이싱콘크리트의 내부에서는 압축응력(σ)이 일부 감소하게 되거나 인장응력의 발생이 미미하게 이루어지는 상태를 유지하게 되며, 이를 통해 케이싱콘크리트의 균열이 방지될 수 있게 된다.
일반적으로 거더교(Girder Bridge)에서는 교량 상부구조(거더, 슬래브 등)의 하중이 교량하부구조(교대,교각)로 전달되도록 하기 위해 받침장치(Shoe, 교량받침)가 설치되며, 이러한 거더교는 시공이 간단하면서도 경제적인 시공이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 슬래브와 교대의 결합부위에 설치되는 신축이음장치에 의해 주행성이 저하(덜컹거림)될 수 있으며, 받침장치에 하자가 발생하는 경우 이를 교체해야 하는 등 유지관리가 용이하지 않다는 단점이 있다.
따라서, 상기 받침장치 및 신축이음 장치를 제거할 수 있는 교량시공방법에 대한 필요성이 대두되었으며, 라멘교(Rahmen Bridge)는 교량상부구조와 교량 하부구조를 일체화시키는 것을 특징으로 하고 있다.
철근콘크리트 라멘교는 시공이 간편함과 함께, 비교적 짧은 지간 (대략 10-15m) 의 다리에서 효율적이고 경제적인 교량으로서, 거더교에 설치되는 교량받침과 신축이음장치를 설치하지 않아도 되어, 유지관리가 용이하지 않은 지방 단경간 소교량에 많이 이용되고 있다.
하지만 최근 개정된 하천설계기준에 의하면, 하천 내 12.5m 이내에는 교각을 설치하지 못하도록 규정하고 있는바, 하천 폭 18 ~ 25 m 규모의 소하천에서는 기존 철근콘크리트 라멘교를 사용하려고 해도 경간장의 한계(15 ~ 17m)로 인해 상기 하천설계기준을 만족시키지 못하는 경우가 많이 발생되고 있으며, 상기 종래 라멘교가 갖는 경간장의 한계를 극복하기 위한 새로운 라멘교가 소개되고 있다.
도 1은 이러한 라멘교의 일 실시 예인 강합성 라멘교를 도시한 것으로서, 도 1a)와 같이 저판(13)과 저판 중앙 상부면에 수직방향으로 연장돌출되도록 설치된 양 벽체부(12)를 먼저 시공하고, 상기 양 벽체부(12) 상면에 'ㄱ' 자형 철골부재(30)를 설치하며, 상기 'ㄱ' 자형 철골부재(30) 사이에 프리플렉스 합성빔(40)을 연결하는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 프리플렉스 합성빔(40)은 강재(41)의 하부에 케이싱콘크리트(42)가 형성되도록 제작되므로, 양 단부의 강재(41)가 노출되어 있게 되고, 벽체부(12)에 미리 설치된 'ㄱ' 자형 철골부재(30)를 이용하여 프리플렉스 합성빔(40)을 벽체부(12) 사이에 고정 설치(강결)되도록 한 후, 도 1b)와 같이 'ㄱ' 자형 철골부재(30)가 매립되도록 하면서 프리플렉스 합성빔(40)과 합성되도록 슬래브(11)를 시공하게 된다.
하지만, 문제는 프리플렉스 합성빔(40)과 같은 장경간용 합성빔들은 제작비용이 상승하게 되고 시공 과정이 복잡해질 수밖에 없기 때문에, 경제적인 강합성 라멘교의 시공을 위한 측면에서는 개선의 여지가 많은 문제가 있다.
이러한 종래의 문제점을 개선하기 위한 기술로서 국내등록특허 제10-1178876호 (등록일자: 2012.08.27.) 가 개시되어 있는데, 도 2는 상기 종래기술의 프리스트레스트 강합성 라멘교의 구성 사시도이고, 도 3은 도 2에 의한 프리스트레스트 강재빔의 작용상태도로서, 강재빔(50)과 상기 강재빔(50)이 강결되는 양 벽체부(60)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
상기 강재빔(50)은 예컨대 I형 단면의 빔으로서 상부플랜지(51), 복부(52) 및 하부플랜지(53)로 구성되어 있으며, 상기 강재빔(50)의 상부플랜지(51) 상면에는 수직판재 형태의 상부보강재(54)가 형성되어 있다.
이러한 상부보강재(54)는 강재빔의 단면높이를 증가시키게 되므로 휨 강성을 증진시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 관통홀(55)이 다수 형성되어 있어 상기 관통홀(55)을 횡방향으로 관통하도록 역 'ㄷ' 자 형태의 전단연결재(56)를 다수 설치함으로써 추후 슬래브(70)와의 결합능력을 충분히 확보할 수 있도록 하고 있다.
또한, 강재빔(50)의 중앙부에 있는 복부(52)에는, 강판과 같은 강성보강재를 더 형성시켜 강재빔의 효과적인 강성증진을 꾀할 수 있으며, 상기 강재빔(50)의 양 단부는 벽체부(60)의 상면에 미리 매립되도록 하고 있고, 상방으로 돌출된 단부연결강재(61)가 설치되도록 하고 있다.
상기 단부연결강재(61)는 철골부재를 이용하여 제작하면 되는데, 하부판(62)과 상기 하부판(62) 상면에 상방으로 돌출된 수직강재(63)가 형성되며, 상기 수직강재(63)의 상면은 벽체부 양 측방(외측)으로 경사지게 형성되도록 하여 앞서 살펴본 강재빔(50)의 하부플랜지(53)와 서로 강결되도록 하며, 강결을 위해 연결플레이트(65)를 이용하게 된다.
도 3은 상기 수직강재(63)와 강재빔(50)을 연결하는 공정을 순서대로 도시한 것으로서, 상기 연결플레이트(65)는 강재빔(50)의 하부플랜지(53)와 상기 수직강재(63)의 연결면적을 확장시켜 더욱 확실하게 강재빔(50)의 양 단부가 벽체부(60)에 강결되도록 하는 역할을 하며, 상기 연결플레이트는 철판 등을 이용하여 제작된다.
이때 강재빔(50)과 벽체부(60)의 강결은 단부연결강재(61)와 연결플레이트(65)를 이용하되, 강재빔(50)과 단부연결강재(61)는 연결플레이트(65)에 의해 용접 또는 체결볼트와 너트를 이용하여 상호 연결될 수 있도록 한다.
그러나 상기 종래기술은 단부연결강재(61)와 연결플레이트(65)를 설계 가공할 때, 미리 일정한 경사각도를 이루도록 설계 제작하여야 함으로 인해 제작이 용이하지 못한 문제가 있고, 강재빔 재료의 특성상 현장조건이나 기온에 따라 상기 강재빔이 상방으로 만곡되는 변위량이 일정하지 않게 된다. 즉, 날씨가 더워지는 경우, 강재의 처짐량에 차이가 발생하게 되고, 이는 교량의 길이가 길수록 심화되게 되는데, 미리 경사각을 갖도록 연결플레이트를 고정한 상태에서 강재빔의 중심을 들어올려 계절 또는 온도와 무관하게 상기 강재빔의 자중만으로 솟음도를 결정하는 것은 현장여건상 매우 쉽지 않은 일로서, 이에 따라 경사각을 갖도록 미리 제작된 연결플레이트(65)와 강재빔을 강결하는 과정이 정밀하게 이루어지지 않게 되어 각 강재빔의 솟음량을 일정하게 확보할 수 없는 문제가 있으며, 철근배근이 상기 강재빔(50)과 직접 접촉되지 못하고 일정 간격을 띄워진 상태로 배근되는 특성상 슬래브(70) 시공시 결속력이 떨어지는 문제가 있다.
즉, 상기 강재빔과 상호 이격된 상태로 철근이 배근되기 때문에, 각 철근의 간격이 일정 간격을 유지하지 못한 채 불규칙하게 분포되어 상부 하중을 균일하게 지지하지 못하는 문제가 있고, 각 철근이 상호 결속력을 충분히 갖지 못한 상태에서 슬래브가 시공되면서, 철근과 슬래브(70)와의 결합력이 충분히 확보될 수 없어 견고성이 저하되는 문제가 있다.
KR 10-1178876 B1 2012.08.27.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 프리스트레스트 강재거더 빔을 연결플레이트에 거치 고정한 상태에서 상부로 들어올려, 솟음도에 따라 미리 제작된 솟음판넬을 삽입하는 과정을 통해, 상기 강재거더 빔에 프리스트레스트를 일정하게 도입시킬 수 있는 프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 교량상부구조물의 시공방법을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, I형 강재빔의 상부에 길이방향으로 형성된 상태에서 일정 간격으로 관통홀이 천공된 수평전단연결재와 상기 수평전단연결재 사이에 일정 간격으로 결합 형성되는 관통홀이 형성된 사이전단연결재를 사용하여 강재거더 빔의 휨방지와 전도방지를 실현하고, 상기 관통홀에 철근을 삽입하는 과정을 통해 철근 배근이 간편하게 이루어지도록 함과 함께, 강재거더 빔간의 결속을 견고히 하도록 한 프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 교량상부구조물의 시공방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 합성형 라멘교는, 교량기초를 이루는 양 벽체부의 상면에 지면과 평행한 평면상태를 유지하는 연결플레이트가 구비된 단부연결강재; 강재빔으로부터 상부로 일정 높이 형성되며, 일정 간격으로 복수개 천공된 배력철근관통공이 구비되는 수평전단연결재가 상기 강재빔에 일체로 결합되어 형성되는 강재거더 빔; 상기 양측 벽체부의 끝단에 상기 강재거더 빔을 결합나사로 고정시킨 상태에서, 상기 강제거더 빔과 연결플레이트의 사이에 형성되는 경사진 형태의 틈에 삽입되도록 형성되는 솟음판넬; 및 상기 강재거더 빔, 연결플레이트 및 솟음판넬이 상호 결합 고정되어 형성되는 프리스트레스트 강재거더 빔을 교량의 폭 방향으로 복수 개 설치한 상태에서, 인접하는 상기 프리스트레스트 강재거더 빔에 형성된 수평전단연결재 사이에 교량의 길이 방향으로 2개 이상 일정 간격으로 형성되며, 일정 간격으로 복수개 천공된 주철근관통공이 구비되는 사이전단연결재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 합성형 라멘교는, 강재거더 빔의 상부에 가로 또는 세로방향으로 거치 및 고정되는 일정 폭과 두께를 갖는 목재를 더 포함하거나, 상기 강재거더 빔의 수평전단연결재에 형성되는 배력철근관통공에 삽입되는 배력철근; 상기 사이전단연결재에 형성되는 주철근관통공에 삽입되는 주철근; 및 상기 배력철근 및 주철근이 삽입된 후 상호 수직으로 교차한 상태에서, 교차 지점에 철사를 포함하는 고정수단으로 고정된 다음, 상기 강재거더 빔, 주철근 및 배력철근을 포함하는 상부에 콘크리트가 타설되어 형성되는 슬래브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명의 합성형 라멘교 시공방법은, 교량기초를 이루는 양 벽체부의 상면에 지면과 평행한 평면상태를 유지하는 연결플레이트가 구비된 단부연결강재를 설치하는 단계(S10); 강재빔으로부터 상부로 일정 높이 형성되며, 일정 간격으로 복수개 천공된 배력철근관통공이 구비되는 수평전단연결재가 상기 강재빔에 일체로 결합되어 형성된 강재거더 빔을 상기 양측 벽체부의 상측에 거치하는 단계(S20); 상기 강재거더 빔의 중심으로부터 좌우로 점차 만곡되도록 상기 강재거더 빔의 중심을 일정 높이 들어올린 상태에서, 상기 양측 벽체부의 끝단에 상기 강재거더 빔을 결합나사로 고정시키는 단계(S30); 상기 강재거더 빔을 들어올려 형성되는 강재거더 빔과 연결플레이트의 사이에 형성되는 경사진 형태의 틈에 별도로 제작된 솟음판넬을 삽입하는 단계(S40); 솟음판넬을 삽입한 상태에서, 강재거더 빔, 상기 솟음판넬 및 연결플레이트를 결합나사를 이용하여 상호 견고하게 고정하여 프리스트레스트 강재거더 빔을 형성하는 단계(S50); 및 상기 프리스트레스트 강재거더 빔을 교량의 폭 방향으로 복수 개 설치한 다음, 인접하는 상기 프리스트레스트 강재거더 빔에 형성된 수평전단연결재 사이에 주철근관통공(151)이 일정 간격으로 복수개 천공된 사이전단연결재를 교량의 길이 방향으로 2개 이상 일정 간격으로 형성하는 단계(S60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 합성형 라멘교 시공방법은, 상기 S60 단계 이후, 상기 강재거더 빔의 상부에 가로 또는 세로방향으로 일정 폭 및 두께를 갖는 목재를 거치 및 고정하는 단계(S70)가 더 구비되도록 하거나, 또는 수평전단연결재의 배력철근관통공에 배력철근을 삽입 배열하고, 상기 사이전단연결재의 주철근관통공에 주철근을 삽입 배열하며, 상기 배력철근과 주철근이 상호 수직으로 교차된 상태에서 교차된 지점에 철사를 포함하는 고정수단으로 고정하는 철근배근 단계(S81); 및 상기 철근배근 단계 이후, 강제거더 빔, 주철근 및 배력철근을 포함하는 상부에 콘크리트를 타설하여 일정 두께를 갖는 슬래브를 형성하는 단계(S82)가 더 구비되도록 한다.
또한, 상기 S81 단계를 통해 배열되는 배력철근 및 주철근은, 수평전단연결재에 천공된 배력철근관통공 또는 상기 사이전단연결재에 천공된 주철근관통공에 의해 일정한 간격으로 배열되면서, 상기 배력철근 및 주철근이 강재거더 빔과 일체로 직접 결속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 주작업재료인 벽체부와 단부연결강재의 설계 시공시 구배각도를 미리 형성하지 않아 작업이 간편하며, 강재거더 빔에 프리스트레스트의 도입시 별도로 솟음판넬을 미리 제작하여 사용함으로써, 인접하는 강재거더 빔들의 구배가 상호 일정하게 유지될 수 있어 시공의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 강재빔에 일체로 결합된 수평전단연결재에 천공된 관통공에 철근을 직접 끼워 배근하게 되므로, 철근배열이 관통공을 따라 균일한 간격을 유지할 수 있어 상부하중을 고르게 분산할 수 있으며, 강재거더 빔과 직접적으로 철근이 결합됨을 통해 더욱 강한 결속력이 유지되면서 라멘교가 견고하게 형성되는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 라멘교의 구성을 도시한 도면.
도 2는 상기 종래기술의 프리스트레스트 강합성 라멘교의 구성 사시도.
도 3은 도 2에 의한 프리스트레스트 강재빔의 작용상태도.
도 4는 본 발명에 따른 합성형 라멘교의 시공 순서를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 합성형 라멘교의 상부 구조물 골격구조의 구성상태를 보인 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 합성형 라멘교의 상부에 목재를 이용하여 시공한 상태를 보인 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 합성형 라멘교의 상부에 슬래브를 시공한 상태를 보인 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 합성형 라멘교의 시공과정을 나타내는 흐름도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 합성형 라멘교가 시공되는 상태를 보인 것이고, 도 5는 본 발명에 따른 합성형 라멘교의 골격구조 구성상태를 보인 사시도로서, 도 4a)에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 프리플렉스 라멘교의 상부구조물은 교량기초를 이루는 양 벽체부(100)와, 상기 양 벽체부(100)의 상면에 지면과 평행한 평면상태를 유지하는 연결플레이트(120)가 구비된 단부연결강재(110)가 설치되고, 상기 양측의 벽체부(100)의 연결플레이트(120)의 상측에는 강재거더 빔이 올려져 거치되게 된다.
상기 강재빔은 일반적으로 적용되는 I빔을 이용할 수 있으며, 상기 강재빔(130)의 상부에는, 일정 높이, 예를 들면, 상기 강재빔의 상하 길이에 대해 1/10 ~ 1/2의 범위를 갖는 높이로 형성되며, 일정 간격으로 천공된 배력철근관통공(141)이 구비되는 수평전단연결재(140)가 상기 강재빔의 길이 방향을 따라 형성된 상태에서 상기 강재빔과 일체로 결합되어 형성되도록 한다. 상기 수평전단연결재에 형성되는 상기 배력철근관통공의 상호 간격은 임의로 정해질 수도 있으나, 법규에 정해진 철근간 간격의 범위로 정해지도록 함이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 강재빔과 수평전단연결재의 결합된 구성을 강재거더 빔으로 칭하기로 한다.
상기 강재거더 빔이 연결플레이트의 상측에 거치되도록 한 후, 상기 강재거더 빔의 중간부분, 즉 중심을 크리엔과 같은 인양장치를 이용하여 상부로 일정높이 들어올린 상태에서, 도 4b)와 같이 상기 양측 벽체부(100)의 끝단을 결합나사(161)로 우선 고정시킴으로써, 상기 강재빔(130)의 양측 끝단이 벽체부에 고정된 상태에서 중심으로 갈수록 점차 상방으로 만곡되는 형태로 고정될 수 있도록 한다. 이때 상부로 만곡되는 강재거더 빔의 길이방향 위치별 솟음도는, 일 예로 합성형 라멘교의 제작시 필요한 제반 법규에 정해진 솟음도로 결정될 수 있다.
강재거더 빔의 중심을 상부로 들어올린 상태로 끝단을 결합나사로 고정시킨 상태에서, 도 4c)에 도시된 바와 같이 상기 강재거더 빔과 연결플레이트(120)의 사이에 형성되는 경사진 형태의 틈에, 별도로 제작된 솟음판넬(160)이 삽입되도록 하고, 강재거더 빔의 양측단에 구비된 솟음판넬(160), 상기 강재거더 빔 및 연결플레이트(120)를 결합나사(161)를 이용하여 상호 견고하게 고정함으로써, 상기 강재거더 빔에 프리스트레스트가 도입된 프리플렉스 빔이 형성되도록 한다.
상기 솟음판넬(160)은 일측이 얇고 타측이 두꺼운 쐐기형 판재로 이루어지는데, 얇은 쪽이 내측으로 향하도록 틈 사이에 삽입하게 되며, 삽입된 상태에서 상기 강재거더 빔과 연결플레이트(120)에 천공된 나사공과 일치되도록 상기 솟음판넬에는 나사공이 미리 형성되도록 하며, 결합나사가 상기 나사공에 상하방향으로 삽입되면서 상호 결합이 이루어질 수 있도록 한다. 상기 솟음판넬은 교량의 길이, 강재거더 빔의 규정 솟음도에 따라 틈의 경사각이 미리 예측된 상태에서 제작되도록 하며, 이를 통해 현장에서의 시공과정이 단축될 수 있도록 한다. 또한 일정 경사각을 갖는 상기 솟음판넬을 이웃하는 강재거더 빔에 동일하게 반복 적용함으로써, 이웃하는 상기 강재거더 빔의 구배가 일정하게 유지되게 되며, 이를 통해 교량의 상부구조물의 구배가 일정하게 유지되어 시공의 신뢰성이 향상되게 된다.
도 5는 상기의 순서로 시공되는 합성형 라멘교의 상부 구조물 골격구조의 구성상태를 보인 사시도로서, 상기 도 5는 후술하는 배력철근, 주철근이 설치되지 않은 상태를 보여주고 있다. 본 발명에서는 상기 배력철근 및/또는 주철근이 배근되지 않은 상태에서도 간단한 구조의 다리인 인도교 등 상부하중이 적은 다리를 시공할 수 있다.
즉, 철근 등이 배근되지 않고, 또한 상부에 슬래브 시공이 이루어지지 않은 상태에서, 상기 슬래브 시공 대신 강재거더 빔(130)의 상부에 가로 또는 세로방향으로 일정 두께 및 폭을 갖는 목재 또는 데크 등을 거치 및 고정하여 다리 상부가 시공되도록 함으로써, 차량이 통과하지 않은 인도교 등의 시공시 시공기간 및 시공비용이 절감될 수 있는 장점이 있다.
도 5를 참조하면, I빔의 강재빔(130) 상부에 결합되는 수평전단연결재의 사이에 사이전단연결재(150)가 형성됨을 알 수 있다. 상기 사이전단연결재는 강재거더 빔 사이의 간격이 정해진 상태에서, 현장에서 상기 강재거더 빔의 수평전단연결재와 볼트결합(미도시) 또는 용접 등을 통해 상호 결합되어 형성되는 것으로서, 상기 사이전단연결재에도 교량의 길이방향으로 주철근이 관통되어 결합될 수 있도록 주철근관통공(151)이 일정 간격으로 복수 개 천공되어 형성되도록 한다.
천공된 상기 주철근관통공의 상호 간격 또한 임의로 정해질 수도 있으나, 법규에 정해진 주철근간 간격의 범위로 정해지도록 함으로써, 철근배근시 법규에 정해진 철근간격을 만족시킬 수 있도록 하며, 작업자가 주철근관통공 및/또는 배력철근관통공에 해당 철근을 삽입시키는 과정만으로도 규정된 법규를 준수할 수 있어 시공기간이 단축될 수 있는 장점이 있다.
상기 사이전단연결재는 교량의 길이방향으로 일정 간격 이격된 상태로 2개 이상 복수로 형성됨이 바람직하며, 상기 간격은 특별히 정해질 필요는 없으나, 강재거더 빔의 길이를 3 ~ 7 등분할 수 있는 간격으로 형성되도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 합성형 라멘교의 상부에 일정 폭과 두께를 갖는 목재(200)를 이용하여 시공한 상태를 보인 사시도로서, 도 6a)는 목재의 두께가 수평전단연결재의 높이와 같도록 형성된 상태에서 상기 수평전단연결재 사이를 일정 폭을 갖는 목재를 연이어 배치하여 상부구조물을 형성함을 보여주고 있으며, 도 6b) 또한 목재(200)를 이용하되 상기 목재를 교량의 길이방향으로 연이어 배치하여 상부구조물을 형성함을 보여주고 있다. 상기 목재와 하부의 강재거더 빔과의 결합은 볼트결합 등 일반적인 결합방식을 이용하여 이루어질 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.
상기 도 6은 강재빔(130)의 상부에 수평전단연결재가 구비되고, 상기 수평전단연결재 사이에 사이전단연결재가 형성된 상태에서, 배력철근 및 주철근을 상기 수평전단연결재 및 사이전단연결재에 각각 구비된 배력철근관통공 및 주철근관통공에 삽입형성하는 대신, 상기 강재거더 빔의 상부에 일정 두께와 폭을 갖는 목재를 가로 또는 세로방향으로 연이어 배치하여 고정한 모습을 보여주고 있다.
도 7은 본 발명에 따른 합성형 라멘교의 상부에 슬래브를 시공한 상태를 보인 사시도로서, 상기 수평전단연결재에 형성된 배력철근관통공과 사이전단연결재에 형성된 주철근관통공에 배력철근과 주철근을 삽입한 상태에서 콘크리트를 일정 두께로 타설하여 슬래브를 시공할 수 있음을 보여주고 있다.
즉, 강재빔(130)의 상측에 결합형성된 수평전단연결재(140)에 일정 간격으로 복수개 천공되어 형성된 배력철근관통공(141)에 배력철근(170)을 삽입 배열하고, 상기 수평전단연결재(140)의 사이에 결합형성되는 사이전단연결재(150)에 일정 간격으로 복수개 천공도어 형성된 주철근관통공(151)에 상기 배력철근(170)에 수직하게 주철근(180)을 삽입한 후, 상기 배력철근과 주철근을 철사 등의 고정수단을 이용하여 상호 견고하게 결속한 상태에서, 거푸집 설치 후 콘크리트를 타설하여 일정 두께를 갖는 슬래브를 형성하도록 한다.
상기 배력철근(170)과 주철근(180)이 상호 수직으로 교차 결속된 상태에서 콘크리트를 타설하여 결속력이 강화되게 되며, 특히 상기 배력철근 및 주철근이 배력철근관통공 및 주철근관통공에 삽입되면서 강재거더 빔과 직접적으로 결합되게 되면서 결속력이 더욱 강화되는 효과가 있다. 또한 상기 배력철근(170)과 주철근(180)은 상기 수평전단연결재(140)와 사이전단연결재(150)에 각각 일정 간격으로 천공되어 형성되는 배력철근관통공(141)과 주철근관통공(151)에 삽입되어 배근되는 특성상, 특별히 간격을 유지하기 위한 노력없이 상호 일정 간격 유지된 상태로의 배근을 통해 상부로부터의 하중을 균일하게 분산시킬 수 있음과 함께, 배력철근과 주철근을 배력철근관통공 및 주철근관통공에 각각 삽입하는 과정만으로 철근간 간격을 유지하는 노력없이 시공이 간편하게 이루어져 시공기간 및 시공비용이 절감되는 효과가 나타나게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 합성형 라멘교의 시공과정을 나타내는 흐름도로서, 본 발명은 먼저, 교량기초를 이루는 양측 벽체부(100)의 상면에 지면과 평행한 평면상태를 유지하는 연결플레이트(120)가 구비된 단부연결강재(110)를 설치하도록 한다(S10). 도 4a)를 참조하면, 양 벽체부(100)가 좌우에 형성되어 있고, 상기 양 벽체부의 내부에 단부연결강재가 일부 고정결합된 상태에서, 나머지가 상부로 노출된 상태에서 상기 단부연결강재의 상부에 연결플레이트(120)가 지면과 수평으로 평면상태를 유지하도록 한다. 도 5를 통해 알 수 있듯이 상기 연결플레이트는 강재거더 빔의 하부면을 지지할 수 있도록 일정 폭을 갖도록 형성된다.
양측 벽체부(100)의 상면에 연결플레이트가 구비된 단부연결강재를 설치한 상태에서, 강재거더 빔을 상기 양측 벽체부(100)의 상측에 거치하도록 한다(S20). 상기 강재거더 빔은 I형의 강재빔(130)의 상부에 수평전단연결재(140)가 고정 결합되어 형성되며, 상기 수평전단연결재는 상기 강재빔으로부터 상부로 일정 높이 형성되며, 상기 수평전단연결재에는 배력철근관통공(1410이 일정 간격으로 복수 개 천공되어 형성된다. 상기 강재거더 빔은 교량의 길이에 대응되는 길이로 미리 제작된 상태에서, 크레인 등을 이용하여 상기 단부연결강재의 연결플레이트에 거치되도록 한다.
강재거더 빔을 양측 벽체부의 상측에 거치한 후, 상기 강재거더 빔의 중간부분인 중심을 크레인 등을 이용하여 일정 높이 들어올리는 인양 상태에서, 상기 양측 벽체부(100)의 끝단에 상기 강재거더 빔을 결합나사(161)로 고정시키도록 한다(S30). 도 4b)를 참조하면 양측 벽체부의 끝단이 결합나사(161)로 결합된 것을 알 수 있고, 도 5를 참조하면, 상기 결합나사는 I형 강재빔(130) 좌우 양측에 형성됨을 알 수 있다.
또한 도 5를 참조하면, 강재거더 빔과 하부의 연결플레이트가 결합나사를 통해 결합되는 부위가 2개 이상 복수로 형성되어 있음을 알 수 있으며, 상기 S30 단계에서 강재거더 빔이 결합되는 부위는 도 4b)에서 보듯이 좌우 양측 끝단이 되게 된다. 끝단이 결합나사로 결합된 상태에서 크레인 등을 이용하여 상기 강재거더 빔의 중심을 일정 높이로 들어올리면서 교량의 길이에 따른 솟음도를 만족시키도록 한다. 상기 강재거더 빔의 중심을 상부로 인양하는 작업을 통해, 상기 강재거더 빔은 중심으로부터 좌우로 점차 만곡되는 형상으로 유지되게 된다.
상기 강재거더 빔의 중심을 일정 높이 들어올린 상태에서, 상기 강재거더 빔과 연결플레이트(120)의 사이에 형성되는 경사진 형태의 틈에 별도로 제작된 솟음판넬(160)을 삽입하도록 한다(S40). 상기 솟음판넬에는 나사공이 1개 이상 형성될 수 있으며, 상기 나사공은 상기 솟음판넬이 도 4c)에서와 같이 단부연결강재의 상부 연결플레이트(120)와 강재거더 빔의 하부에 밀착되도록 삽입된 상태에서, 상기 강재거더 빔, 솟음판넬 및 연결플레이트를 상호 결합하기 위해 결합나사가 관통되도록 하기 위한 것이다. 상기 솟음판넬은 교량의 길이, 교량의 솟음도를 참조하여 경사진 형태를 예측하여 미리 제작될 수 있다.
상기 S40 단계를 통해 솟음판넬을 삽입한 상태에서, 강재거더 빔, 상기 솟음판넬 및 연결플레이트(120)를 결합나사(161)를 이용하여 상호 견고하게 고정함으로써 프리스트레스트 강재거더 빔을 형성하도록 한다(S50). 전술한 바와 같이, 솟음판넬을 미리 제작한 상태에서, 경사진 형태의 틈에 삽입하게 되며, 삽입된 상기 솟음판넬을 강재거더 빔 및 연결플레이트와 상호 견고하게 고정하기 위해 결합나사를 미리 형성된 나사공에 삽입하도록 한다. 결합나사의 삽입을 위해 강재거더 빔의 하단, 솟음판넬 및 연결플레이트의 상부에 나사공이 형성되게 되며, 상기 나사공은 결합나사가 관통하여 결합될 수 있도록 상하방향으로 일치되게 된다.
상기 나사공에 결합나사가 관통하여 결합되기까지는 크레인 등으로 계속해서 강재거더 빔의 중심을 들어올린 상태로 작업이 이루어지게 되며, 나사공을 통해 상기 강재거더 빔, 솟음판넬 및 연결플레이트가 결합된 후에는 강재거더 빔의 중심을 들어올리는 크레인 등에 의한 인양력을 제거할 수 있도록 한다. 이 상태에서 상기 프리스트레스트 강재거더 빔이 결합나사에 의해 고정되면서 프리플렉스 빔으로 유지되게 된다.
상기 강재거더 빔, 상기 솟음판넬 및 연결플레이트(120)를 결합나사(161)를 이용하여 상호 견고하게 고정한 상태에서, 상기 프리스트레스트 강재거더 빔을 교량의 폭 방향으로 S10 ~ S50 단계를 통해 복수 개 설치한 다음, 인접하는 상기 프리스트레스트 강재거더 빔에 형성된 수평전단연결재(140) 사이에 주철근관통공(151)이 일정 간격으로 복수개 천공된 사이전단연결재(150)를 교량의 길이 방향으로 2개 이상 일정 간격으로 형성하도록 한다(S60). 상기 사이전단연결재를 수평전단연결재에 결합하는 방식은 'ㄴ' 자 형태의 결합부재를 이용하여 나사결합하거나, 용접방식을 통해 이루어질 수 있으며, 이 외에도 다양한 방식으로 결합될 수 있다.
본 발명에서는 상기 S60 단계 이후, 일 실시 예로서 상기 강재거더 빔의 상부에 가로 또는 세로방향으로 일정 두께 및 폭을 갖는 목재를 거치 및 고정하는 단계(S70)로 강재거더 빔의 상부를 마무리 할 수 있으며, 또는 다른 실시 예로는 수평전단연결재(140)의 배력철근관통공(141)에 배력철근(170)을 삽입 배열하고, 상기 사이전단연결재(150)의 주철근관통공(151)에 주철근(180)을 삽입 배열하며, 상기 배력철근과 주철근이 상호 수직으로 교차된 상태에서 교차된 지점에 철사를 포함하는 고정수단으로 고정하는 철근배근 단계(S81) 및 상기 철근배근 단계 이후 강제거더 빔, 주철근 및 배력철근을 포함하는 상부에 콘크리트를 타설하여 일정 두께를 갖는 슬래브를 형성하는 단계(S82)를 통해 상부를 마무리할 수 있다.
본 발명에 의하면, 주작업재료인 벽체부와 단부연결강재의 설계 시공시 구배각도를 미리 형성하지 않아 작업이 간편하며, 강재거더 빔에 프리스트레스트의 도입시 별도로 솟음판넬을 미리 제작하여 사용함으로써, 인접하는 강재거더 빔들의 구배가 상호 일정하게 유지될 수 있어 시공의 신뢰성이 향상되며, 강재빔에 일체로 결합된 수평전단연결재에 천공된 관통공에 철근을 직접 끼워 배근하게 되므로, 철근배열이 관통공을 따라 균일한 간격을 유지할 수 있어 상부하중을 고르게 분산할 수 있으며, 강재거더 빔과 직접적으로 철근이 결합됨을 통해 더욱 강한 결속력이 유지되면서 라멘교가 견고하게 형성되는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
100: 벽체부 110: 단부연결강재
120: 연결플레이트 130: 강재빔
140: 수평전단연결재 141: 배력철근관통공
150: 사이전단연결재 151: 주철근관통공
160: 솟음판넬 161: 결합나사
170: 배력철근 180: 주철근
190: 슬래브 200: 목재

Claims (6)

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  4. 프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 합성형 라멘교 시공방법에 있어서,
    교량기초를 이루는 양측 벽체부(100)의 상면에 지면과 평행한 평면상태를 유지하는 연결플레이트(120)가 구비된 단부연결강재(110)를 설치하는 단계(S10);
    강재빔(130)으로부터 상부로 일정 높이 형성되며, 일정 간격으로 복수 개 천공된 배력철근관통공(141)이 구비되는 수평전단연결재(140)가 상기 강재빔에 일체로 결합되어 형성된 강재거더 빔을 상기 양측 벽체부(100)의 상측에 거치하는 단계(S20);
    상기 강재거더 빔의 중심으로부터 좌우로 점차 만곡되도록 상기 강재거더 빔의 중심을 일정 높이 들어올린 상태에서, 상기 양측 벽체부(100)의 끝단에 상기 강재거더 빔을 결합나사(161)로 고정시키는 단계(S30);
    상기 강재거더 빔을 들어올려 형성되는 강재거더 빔과 연결플레이트(120)의 사이에 형성되는 경사진 형태의 틈에 별도로 제작된 솟음판넬(160)을 삽입하는 단계(S40);
    솟음판넬을 삽입한 상태에서, 강재거더 빔, 상기 솟음판넬 및 연결플레이트(120)를 결합나사(161)를 이용하여 상호 견고하게 고정하여 프리스트레스트 강재거더 빔을 형성하는 단계(S50); 및
    상기 프리스트레스트 강재거더 빔을 교량의 폭 방향으로 복수 개 설치한 다음, 인접하는 상기 프리스트레스트 강재거더 빔에 형성된 수평전단연결재(140) 사이에 주철근관통공(151)이 일정 간격으로 복수 개 천공된 사이전단연결재(150)를 교량의 길이 방향으로 2개 이상 일정 간격으로 형성하는 단계(S60);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 합성형 라멘교 시공방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 S60 단계 이후,
    상기 강재거더 빔의 상부에 가로 또는 세로방향으로 목재를 거치 및 고정하는 단계(S70);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 합성형 라멘교 시공방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 S60 단계 이후,
    수평전단연결재(140)의 배력철근관통공(141)에 배력철근(170)을 삽입 배열하고, 상기 사이전단연결재(150)의 주철근관통공(151)에 주철근(180)을 삽입 배열하며, 상기 배력철근과 주철근이 상호 수직으로 교차된 상태에서 교차된 지점에 철사를 포함하는 고정수단으로 고정하는 철근배근 단계(S81); 및
    상기 철근배근 단계 이후, 강제거더 빔, 주철근 및 배력철근을 포함하는 상부에 콘크리트를 타설하여 일정 두께를 갖는 슬래브를 형성하는 단계(S82);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 빔과 수평전단연결재를 이용한 합성형 라멘교 시공방법.
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