KR101486876B1 - 교량의 교각구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

교량의 교각구조물 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교량의 교각구조물에 관한 것으로서, 더 상세하게는 안정성이 우수하고 시공이 용이한 교량의 교각구조물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 교량의 교각구조물은 상부에 도로가 설치될 수 있는 거더를 갖는 교량의 교각구조물에 있어서, 바닥에 설치되는 강관파일과, 상기 거더와 상기 강관파일 사이에 설치되며 상기 거더의 하중을 상기 강관파일로 전달함으로써 상기 거더를 지지하는 강합성파일을 포함하며, 상기 강합성파일 내부에 충전재 및 프리스트레스가 도입된 보강재가 채워지는 것을 특징으로 한다.

Description

교량의 교각구조물 및 그 시공방법{Pier structure of bridge and construction method thereof}
본 발명은 교량의 교각구조물에 관한 것으로서, 더 상세하게는 안정성이 우수하고 시공이 용이한 교량의 교각구조물에 관한 것이다.
근래에 건강에 대한 관심이 급격히 증가함에 따라 조깅과 걷기, 자전거타기 등이 활발하게 증가하고 있으며, 사람이나 자전거의 통행을 위한 도로 및 교량에 대한 요구 또한 커지고 있다. 이에 따라 도보 및 자전거통행용 교량의 필요성 또한 증대되고 있는데, 이러한 교량의 예로서, 한국 등록특허 제10-1027162호(2011.04.05.공고)에 '프리캐스트 콘트리트 패널을 이용한 하천용 조립식 자전거 교량 및 이 시공방법'을 개시하고 있으며, 또한 한국 등록특허 제10-1118120호(2012.03.12.공고)에 '자전거 또는 보도용 구조물 및 그 시공방법'을 개시하고 있다.
이러한 종래의 도보 및 자전거 통행을 위한 교량은 일반적으로 하부구조물인 교각의 상부에 사람 및 자전거가 통행할 수 있는 상부구조물을 설치하는 방법으로 시공되고 있는데, 하천의 양측에 교각이 설치되고 그 상부에 상부구조물의 양단이 지지되는 방식의 구조를 갖고 있다. 그런데 교각은 상부구조물의 하중에 의해 수직으로부터 가해지는 수직응력 뿐만이 아니라 상부구조물 자체의 하중에 의하여 중간부의 쳐짐현상으로부터 발생되는 모멘트에 의한 전단응력까지 지지해야만 하기 때문에 이를 지지하기 위하여 교각에서 상부구조물과 결합되는 부분이 큰 강성을 가져야만 했다. 따라서 교각이 좌굴에 대하여 충분한 강성을 가지고 있음에도 불구하고 전단응력을 지지하기 위하여 전체적으로 교각을 크게 시공할 수 밖에 없는 문제가 있으며 이에 따라 자재의 과다소모, 큰 기초공사에 따른 자재운반, 시공상의 어려움이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시공이 용이하고 안정성이 우수한 교량의 교각구조물 및 그 시공방법을 제공함에 목적이 있다.
전술한 본 발명의 목적은, 상부에 도로가 설치될 수 있는 거더를 갖는 교량의 교각구조물에 있어서, 바닥에 설치되는 강관파일; 및 상기 거더와 상기 강관파일 사이에 설치되며 상기 거더의 하중을 상기 강관파일로 전달함으로써 상기 거더를 지지하는 강합성파일을 포함하며, 상기 강관파일은 상부에 각각 내측으로 돌출형성되는 복수의 받침돌기와 상기 받침돌기의 상면에 안착 고정되되 복수의 끼움홀을 갖는 받침플레이트를 가지며, 상기 강합성파일은 내부에 공간이 형성되는 바디와, 상부에 각각 내측으로 돌출형성되는 복수의 받침돌기와, 상기 받침돌기의 상면에 안착고정되되 복수의 끼움홀을 갖는 받침플레이트와, 양단이 각각 상기 강합성파일 및 강관파일의 받침플레이트의 끼움홀에 끼워지며 너트로 고정되는 복수의 보강재와, 상기 강합성파일의 내부에 충전되는 충전재를 갖는 것을 특징으로 하는 교량의 교각구조물을 제공함에 의해 달성될 수 있다.
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또한, 전술한 본 발명의 목적은, 내부에 공간이 형성된 바디의 상부에 내측으로 복수의 받침돌기를 용접고정시켜 강합성파일을 제작하는 단계와, 바닥에 강관파일을 설치하는 단계와, 상기 강관파일의 상부에 내측으로 복수의 받침돌기를 용접고정하는 단계와, 상기 강관파일의 받침돌기의 상면에 복수의 보강재가 결합고정된 받침플레이트를 안착고정시키는 단계와, 상기 강관파일의 상측에 상기 강합성파일을 안착시켜 용접하는 단계와, 상기 강합성파일의 내부에서 상방으로 돌출되는 보강재가 끼워질 수 있도록 상기 강합성파일의 받침돌기에 받침플레이트를 안착고정시키는 단계와, 상기 강합성파일의 내부에 충전재를 타설하는 단계를 포함하는 교량의 교각구조물 시공방법을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 교량의 교각구조물 및 그 시공방법에 의하면, 강합성파일의 내측에 보강재 및 충전재가 설치됨으로써 교각의 강성이 향상되어 교량의 안정성이 향상된다.
또한 본 발명에 따른 교량의 교각구조물 및 그 시공방법에 의하면, 강합성파일이 높은 강성을 가짐으로써 전체적인 교각의 크기가 작아져 자재비용 및 시공비용이 절감되고 시공이 용이해진다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 교각구조물의 정면도.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 교량의 교각구조물의 요부단면도.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 교량의 설치완성도.
도 4a 내지 도 4c는 도 1에 도시된 교량의 교각구조물에 프리스트레스를 도입하는 방법을 보인 요부단면도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량의 교각구조물의 요부단면도.
이하에서는 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
도 1a 내지 도 3b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 교각구조물 및 그 시공방법에 관하여 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 교각구조물은 강관파일(100), 강합성파일(200)을 포함한다.
우선, 교량은 상부에 사람 및 자전거가 통행할 수 있는 도로가 형성될 수 있도록 기반을 제공하는 거더(10)와 이를 지지하는 교각구조물(20)로 이루어진다.
거더(10)는 교각구조물(20)의 상부에 설치되는데, 좀 더 자세히 설명하면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 교량이 설치될 바닥면에 교각구조물(20)이 설치되고 교각구조물(20)의 상부에 지지프레임(11)이 설치되며, 하나의 지지프레임(11)과 다른 하나의 지지프레임(11)의 사이에 중간프레임(12)이 설치됨으로써 교량이 완성된다. 여기에서, 거더(10)는 일반적인 교량에 사용되는 거더(10)의 구성을 적용시킬 수 있으며 이에 대해서 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
교각구조물(20)은 바닥에 설치되어 거더(10)를 지지하는 역할을 하며, 이를 위해 강합성파일(200), 강관파일(100)을 포함한다. 강합성파일(200)은 거더(10)의 지지프레임(11)의 하측에 결합되어 하중을 강관파일(100)로 전달함으로써 거더(10)를 지지하는데, 이를 위해 바디(210), 받침돌기(220), 받침플레이트(230), 보강재(240), 충전재(250)를 포함하며, 플랜지(260)를 더 포함할 수 있다.
바디(210)는 강합성파일(200)의 몸체를 이루며 파이프와 같이 내부에 공간이 형성된다.
받침돌기(220)는, 도 2a, 도 2b 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 바디(210)의 상부 및 하부에 돌출 형성되는데, 복수가 소정 간격을 이루며 내측으로 형성된다. 이러한 받침돌기(220)는 복수가 바디(210)의 내측에 각각 용접됨으로써 형성될 수 있으며, 이에 한정되지는 않고 볼트 결합으로 결합될 수도 있다.
받침플레이트(230)는 받침돌기(220)의 상면에 안착 고정되며, 보강재(240)를 지지하는 역할을 함과 동시에 충전재(250)가 용이하게 양생될 수 있도록 잡아주는 역할도 한다. 이러한 받침플레이트(230)에는, 도 2b 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 복수의 끼움홀(232)이 형성되며, 끼움홀(232)에는 보강재(240)가 결합된다.
보강재(240)는 양단이 각각 상부 및 하부에 결합된 받침플레이트(230)의 끼움홀(232)에 끼워져 고정되는데, 도 2a에 도시된 바와 같이, 보강재(240)의 노출부에 너트가 각각 체결됨으로써 받침플레이트(230)에 고정된다. 이러한 보강재(240)는 철근 또는 스터드볼트로 이루어질 수 있으며, 중간부는, 도 2c에 도시된 바와 같이, 철근(242)으로 보강될 수 있다.
충전재(250)는 바디(210)의 내부 공간에 타설됨으로써 바디(210)의 강성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 충전재(250)는 콘크리트로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되지 않고 일반 건설현장에서 사용되는 충전재가 제한없이 적용될 수 있다.
플랜지(260)는 바디(210)의 하측에 형성되며, 볼트가 통과될 수 있도록 복수의 홀(도면부호 표시되지 않음)을 가질 수 있다. 플랜지(260)는 바디(210)가 강관파일(100)에 용이하게 결합될 수 있도록 하며, 이를 위해 강관파일(100) 또한 상부에 플랜지(110)가 형성된다. 따라서 강합성파일(200)은 플랜지(260)에 의해 강관파일(100)과 용이하게 결합될 수 있다.
강관파일(100)은 바닥면에 설치되어 강합성파일(200)을 지지하는 역할을 하며, 전술한 바와 같이, 상부에 강합성파일(200)과의 결합을 위한 플랜지(110)가 형성된다. 이러한 강관파일(100)의 기타 구조 및 특성에 관하여는 일반적인 교량의 기초에 관한 기술이 공지되어 있으므로 여기서는 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
도 2a 내지 도 2d, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 교각구조물의 시공방법에 관하여 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 교각구조물의 시공방법은 내부에 공간이 형성된 바디(210)의 상부 및 하부에 내측으로 복수의 받침돌기(220)를 용접고정하는 단계와 상부 및 하부의 받침돌기(220)의 상면에 복수의 끼움홀(232)을 갖는 받침플레이트(230)를 안착고정하는 단계와 상부 및 하부의 받침플레이트(230)에 보강재(240)의 양단을 삽입하여 너트로 체결고정하는 단계와 바디(210)의 내부의 공간에 충전재(250)를 타설하는 단계로 이루어지는 강합성파일(200)을 형성하는 단계, 바닥면에 강관파일(100)을 설치한 후 강관파일(100)의 상측에 강합성파일(200)을 결합고정시킴으로써 교각(200)을 형성하는 단계를 포함하며, 상부 및 하부의 받침플레이트(230)에 보강재(240)의 양단을 삽입하여 너트로 체결하는 단계와 바디(210)의 내부의 공간에 충전재(250)를 타설하는 단계 사이에 바디(210)의 상부에서 유압인장장치(300)를 이용하여 보강재(240)를 상방으로 인장시킨 후 너트(280)를 조여 고정시키는 단계가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 교량의 교각구조물을 시공하는 경우에, 우선 교각(20)의 강합성파일(200)을 제작하기 위한 파이프 형태의 바디(210)를 준비한다. 다음으로, 바디(210)의 상부 및 하부에 내측으로 돌출 형성되도록 복수의 받침돌기(220)를 용접으로 고정시킨다.
다음으로, 상부 및 하부의 받침돌기(220)의 상면에 각각 받침플레이트(230)를 안착 고정시킨 후, 받침플레이트(230)의 끼움홀(232)에 보강재(240)를 삽입한다. 이때, 받침플레이트(230)의 외측으로 노출되는 보강재(240)에 너트를 체결하여 보강재(240)를 고정시킨다.
다음으로, 바디(210)의 내부 공간에 충전재(250)를 타설하여 강합성파일(200)을 제작 형성시킨다.
다음으로, 교량의 교각구조물이 설치될 공간의 바닥에 강관파일(100)을 설치하여 기초를 만든다. 이때, 강관파일(100)의 설치에 관하여는 일반적인 교량건설에서 교각구조물에 관한 설치 기준을 따라 설치한다.
다음으로, 강관파일(100)의 플랜지(110)에 강합성파일(200)의 플랜지(260)를 결합시킴으로써 교량의 교각구조물(20)을 완성한다.
이러한 방법으로 사용자는 강합성파일(200)의 내측에 보강재(240) 및 충전재(250)가 내장되어 교각구조물의 강성이 향상되는 교량의 교각구조물을 시공할 수 있으며, 또한 강합성파일(200)이 높은 강성을 가짐으로써 전체적인 교각구조물의 크기가 작아져 자재비용 및 시공비용이 절감되고 시공이 용이한 교량의 교각구조물을 시공할 수 있다.
한편 전술한 바와 같이, 상부 및 하부의 받침플레이트(230)에 보강재(240)의 양단을 삽입하여 너트로 체결하는 단계와 바디(210)의 내부의 공간에 충전재(250)를 타설하는 단계 사이에 바디(210)의 상부에서 유압인장장치(300)를 이용하여 보강재(240)를 상방으로 인장시킨 후 너트(280)를 조여 고정시키는 단계가 더 포함될 수 있는데 이를 위해, 도 4a에 도시된 바와 같이, 너트로 보강재(240)를 체결한 후 바디(210)의 상방에 유압인장장치(300)를 배치시킨다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 유압인장장치(300)를 사용하여 보강재(240)를 상방으로 잡아당겨 인장력을 가한 상태에서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 너트(280)를 조여 보강재(240)에 가해진 인장력을 유지시킨다.
다음으로, 유압인장장치(300)를 제거한 후 바디(210)의 내부의 공간에 충전재(250)를 타설하는 방법으로 시공자는 보강재(240)에 프리스트레스를 가할 수 있으며, 따라서 본 발명에 따른 교량의 교각구조물은 큰 강성을 가질 수 있게 된다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량의 교각구조물 및 그 시공방법에 관하여 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량의 교각구조물은 강합성파일(200), 강관파일(100)을 포함하는데, 여기에서 강합성파일(200), 강관파일(100)의 기본적인 구성은 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 거더(100) 및 교각(200)과 기술적 특징이 실질적으로 동일하므로 자세한 설명을 생략하고, 각각에서 차이가 나는 부분에 관하여만 설명한다.
강합성파일(200)은 바디(210), 받침돌기(220), 받침플레이트(230), 보강재(240), 충전재(250)를 포함한다.
바디(210)는 강합성파일(200)의 몸체를 이루며 파이프와 같이 내부에 공간이 형성된다.
받침돌기(220)는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 바디(210)의 상부에 돌출 형성되는데, 복수가 소정 간격을 이루며 내측으로 형성된다. 이러한 받침돌기(220)는 복수가 바디(210)의 내측에 각각 용접됨으로써 형성될 수 있으며, 이에 한정되지는 않고 볼트 결합으로 결합될 수도 있다.
받침플레이트(230)는 받침돌기(220)의 상면에 안착 고정되며, 보강재(240)의 상단을 지지하는 역할을 한다. 받침플레이트(230)에는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 복수의 끼움홀(232)이 형성되며, 끼움홀(232)에는 보강재(240)가 결합된다.
보강재(240)는 일단이 상부에 결합된 받침플레이트(230)의 끼움홀(232)에 끼워져 고정되는데, 도 5a에 도시된 바와 같이, 보강재(240)의 노출부에 너트가 체결됨으로써 받침플레이트(230)에 고정된다. 한편, 보강재(240)의 하단은 강관파일(100)에 너트로 고정되는데 이에 대해서는 후술한다. 이러한 보강재(240)는 철근 또는 스터드볼트로 이루어질 수 있으며, 중간부는, 도 5c에 도시된 바와 같이, 철근(242)으로 보강될 수 있다.
충전재(250)는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량의 교각구조물의 충전재(250)와 동일하며, 더 이상의 설명은 생략한다.
강관파일(100)은 바닥에 설치되며, 강합성파일(200)과 결합하여 강합성파일(200)을 지지하는 역할을 한다.
강관파일(100)의 상부에는, 도 5c에 도시된 바와 같이, 내측으로 복수의 받침돌기(120)가 형성되며, 받침돌기(120)의 상면에는 복수의 끼움홀(132)을 갖는 받침플레이트(130)가 안착 고정된다.
받침플레이트(130)에는 강합성파일(200)의 보강재(240)의 단부가 끼워져 고정되는데, 보강재(240)는 볼트에 의해 결합 고정된다.
따라서 강관파일(100)은 보강재(240) 및 충전재(250)에 의해 측면 방향의 하중을 효율적으로 지지할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량의 교각구조물의 시공방법에 관하여 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량의 교각구조물의 시공방법은, 바닥에 강관파일(100)을 설치하는 단계와 강관파일(100)의 상부에 내측으로 복수의 받침돌기(120)를 용접고정하는 단계와 내부에 공간이 형성된 바디(210)의 상부에 내측으로 복수의 받침돌기(220)를 용접고정시켜 강합성파일(200)을 형성하는 단계와 강관파일(100)의 받침돌기(120)의 상면에 복수의 보강재(240)가 결합고정된 받침플레이트(230)를 안착고정시키는 단계와 강관파일(100)의 상측에 강합성파일(200)을 안착시켜 용접하는 단계와 강합성파일(200)의 내부에서 상방으로 돌출되는 보강재(240)가 끼워질 수 있도록 강합성파일(200)의 받침돌기(220)에 받침플레이트(230)를 안착고정시키는 단계와 강합성파일(200)의 내부에 충전재(250)를 타설하는 단계를 포함한다.
여기에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량의 교각구조물은 구성이 일 실시예와는 약간 다르기 때문에 시공방법에서 차이가 날 수 밖에 없다. 이에 대해 설명하면, 우선 강관파일(100)을 바닥에 먼저 설치한다.
다음으로, 강관파일(100)의 상부에 내측으로 복수의 받침돌기(120)를 용접시켜 고정한 후 강합성파일(200)의 복수의 보강재(240)가 결합고정된 받침플레이트(230)를 강관파일(100)의 받침돌기(120)의 상면에 안착고정시킨다.
다음으로, 내부에 공간이 형성된 바디(210)의 상부에 내측으로 복수의 받침돌기(220)를 용접고정시킨 후, 강관파일(100)의 상부에 안착시킨다. 이때, 강합성파일(200)과 강관파일(100)의 외면에 맞닿는 부분을 용접(270)으로 고정시킬 수 있으며, 한편 별도의 보강재를 사용하여 결합시킬 수도 있다.
다음으로, 강합성파일(200)의 내부에서 상방으로 돌출되는 보강재(240)가 끼워질 수 있도록 강합성파일(200)의 받침돌기(220)에 받침플레이트(230)를 안착고정시킨 후, 강합성파일(200)의 내부에 충전재(250)를 타설함으로써 본 발명의 다른 실시예에 따른 교량의 교각구조물을 완성시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양하게 변형 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
10 : 거더 11 : 지지프레임
12 : 중간프레임 20 : 교각구조물
100 : 강관파일 110 : 플랜지
120 : 받침돌기 130 : 받침플레이트
200 : 강합성파일 210 : 바디
220 : 받침돌기 230 : 받침플레이트
240 : 보강재 242 : 철근
250 : 충전재 260 : 플랜지
270 : 용접 280 : 너트
300 : 유압인장장치

Claims (7)

  1. 상부에 도로가 설치될 수 있는 거더를 갖는 교량의 교각구조물에 있어서,
    바닥에 설치되는 강관파일; 및
    상기 거더와 상기 강관파일 사이에 설치되며 상기 거더의 하중을 상기 강관파일로 전달함으로써 상기 거더를 지지하는 강합성파일을 포함하며, 상기 강관파일은 상부에 각각 내측으로 돌출형성되는 복수의 받침돌기와 상기 받침돌기의 상면에 안착 고정되되 복수의 끼움홀을 갖는 받침플레이트를 가지며, 상기 강합성파일은 내부에 공간이 형성되는 바디와, 상부에 각각 내측으로 돌출형성되는 복수의 받침돌기와, 상기 받침돌기의 상면에 안착고정되되 복수의 끼움홀을 갖는 받침플레이트와, 양단이 각각 상기 강합성파일 및 강관파일의 받침플레이트의 끼움홀에 끼워지며 너트로 고정되는 복수의 보강재와, 상기 강합성파일의 내부에 충전되는 충전재를 갖는 것을 특징으로 하는 교량의 교각구조물.
  2. 삭제
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  7. 내부에 공간이 형성된 바디의 상부에 내측으로 복수의 받침돌기를 용접고정시켜 강합성파일을 제작하는 단계;
    바닥에 강관파일을 설치하는 단계;
    상기 강관파일의 상부에 내측으로 복수의 받침돌기를 용접고정하는 단계;
    상기 강관파일의 받침돌기의 상면에 복수의 보강재가 결합고정된 받침플레이트를 안착고정시키는 단계;
    상기 강관파일의 상측에 상기 강합성파일을 안착시켜 용접하는 단계;
    상기 강합성파일의 내부에서 상방으로 돌출되는 보강재가 끼워질 수 있도록 상기 강합성파일의 받침돌기에 받침플레이트를 안착고정시키는 단계; 및
    상기 강합성파일의 내부에 충전재를 타설하는 단계를 포함하는 교량의 교각구조물 시공방법.
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