KR101488388B1 - 대경간 및 조합식 아치교 및 그 건축방법 - Google Patents

대경간 및 조합식 아치교 및 그 건축방법 Download PDF

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Abstract

메인 빔(2), 중간 지지점인 중부 교각(11), 양단 지지점인2개의 보조 교각(12, 13)을 포함하는 대경간 및 조합식 아치교에 있어서, 상기 대경간 및 조합식 아치교는 아치축 커넥터 어셈블리(3) 및 2개의 상향으로 돌출된 호형의 아치축 곡선보(4, 5)를 더 포함하고, 아치축 커넥터 어셈블리(3)는 중부 교각(11)에 장착되고, 그 양단은 2개의 아치축 곡선보(4, 5)의 내측단과 각각 맞춤 연결되며, 2개의 아치축 곡선보(4, 5)의 외측단은 각각 2개의 보조 교각(12, 13)에 장착되고, 2개의 아치축 곡선보(4, 5)와 메인 빔(2) 사이는 복수개의 케이블에 의해 연결된다. 본 발명은 상기 아치교의 건축방법에 대하여 더 공개하였다. 듀얼 아치축선을 사용함으로써 아치교의 단면 굴곡강도를 증가시켰고 중부 지지점 위치의 아치 단면의 굽힘 모멘트를 감소시켰으며, 아치교 허리부분의 종방향 변위가 비교적 작고 메인 빔의 변형량을 감소시켜 전체 교량에 인가되는 힘이 비교적 합리적이도록 하여 시공원가를 절감할 수 있고 시공기간을 단축시킬 수 있다.

Description

대경간 및 조합식 아치교 및 그 건축방법 {EXTENDED-SPAN AND ALTERNATIVELY-SHAPED ARCH BRIDGE AND CONSTRUCTION METHOD THEREFOR}
본 발명은 교량 기술분야에 관한 것으로, 상세하게는 비교적 큰 스팬을 구비하는 대경간 및 조합식 아치교 및 이러한 대경간 및 조합식 아치교의 건축방법에 관한 것이다.
아치교의 설계는 기존의 교량 건축 중에서 비교적 많이 응용되고 있는 바, 이는 스팬(span)이 크고 조형이 아름다우며 재료의 저항성을 충분히 이용할 수 있는 등 우점을 구비한다. 하지만 기존의 대경간 아치교에는 수평 추력이 크고 횡방향으로의 안정적인 제어가능성 난이도가 비교적 크며 시공 난이도가 비교적 높은 결함이 존재한다.
미국특허 US7469438에서 사용한 아치 스풀은 상기와 같은 결함을 효과적으로 해결할 수 있는바, 아치교의 수평 추력을 감소시키고 횡방향 안정성이 비교적 양호하지만 여전히 하기와 같은 부족점이 존재한다.
1. 아치축선의 조절로 인해, 중부 지지점 위치의 메인아치 단면 굽힘 모멘트가 비교적 크고, 메인아치 단면의 재료원가가 비교적 높다.
2. 아치축선이 아치의 압력선을 이탈하므로, 비교적 큰 굽힘 모멘트를 형성하고, 아치교 허리부분 범위의 종방향 변위가 크며, 이로 인해 메인 빔의 변형이 커져 정상적인 사용에 필요하는 기능적 요구를 만족시키기 어렵다.
기존기술의 부족점에 대비해, 본 발명의 하나의 목적은 듀얼 아치축선 방법을 사용함으로써 메인아치 단면의 굽힘 모멘트를 효과적으로 감소시키는 동시에 메인 빔의 변형을 감소시키는 대경간 및 조합식 아치교를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 대경간 및 조합식 아치교의 건축방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 하나의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기와 같은 기술적 해결방법을 사용한다.
메인 빔(main beam), 중간 지지점인 중부 교각(center bridge pier), 양단 지지점인 2개의 보조 교각을 포함하는 대경간 및 조합식 아치교에 있어서, 상기 대경간 및 조합식 아치교는 아치축 커넥터 어셈블리 및 2개의 상향으로 돌출된 호형의 아치축 곡선보를 더 포함하고, 아치축 커넥터 어셈블리는 중부 교각에 장착되고, 그 양단은 2개의 아치축 곡선보의 내측단과 각각 맞춤 연결되며, 2개의 아치축 곡선보의 외측단은 각각 2개의 보조 교각에 장착되고, 2개의 아치축 곡선보와 메인 빔(main beam) 사이는 복수개의 케이블에 의해 연결된다.
아치축 커넥터 어셈블리는 하부 아치축과 상부 아치축을 포함하고, 하부 아치축은 "V" 형을 나타내고 그 "V" 형의 하단부는 중부 교각에 고정되며, 상부 아치축은 아래로 만곡된 호형을 나타내고 상부 아치축은 하부 아치축의 "V" 형의 개구위치에 구비되며 또한 상부 아치축의 양단은 하부 아치축의 양단에 각각 연결된다.
상부 아치축의 양단은 하부 아치축의 양단과 각각 서로 접하고 또한 상부 아치축과 2개의 아치축 곡선보는 맞춤방식으로 평활한 곡선을 형성한다.
아치축 곡선보 외측단은 보조 교각과 연결되는 2개의 곡선보 서포팅푸트로 성형된다.
아치축 곡선보는 복수개의 곡선보 세그먼트(beam segment)가 순차적으로 맞추어 형성된다.
상기와 같은 다른 하나의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기와 같은 기술적 해결방법을 사용한다.
상기 대경간 및 조합식 아치교의 건축방법은,
중간에 위치하는 중부 교각 및 각각 양단에 위치하는 보조 교각을 포함하는 교각을 건축하는 단계(A)와,
중부 교각에서 분단방식으로 아치축 커넥터 어셈블리를 구축하고 아치축 커넥터 어셈블리의 각 세그먼트 사이에 내부관 위치결정 방식으로 임시적으로 연결하는 단계(B)와,
구축된 아치축 커넥터 어셈블리의 단부에서 안쪽으로부터 바깥쪽으로 순차적으로 아치축 곡선보의 세그먼트에 맞추는 단계(Cl)와, 보조 교각에서 안쪽으로부터 바깥쪽으로 순차적으로 아치축 곡선보의 세그먼트에 맞추는 단계(C2) 등 순서와 상관없이 상기 2개의 단계를 포함하는 상향으로 돌출된 호형의 아치축 곡선보를 구축하는 단계(C)와,
아치축 곡선보의 합친 세그먼트의 양단을 상기 단계(Cl)과 단계(C2)에서 구축된 아치축 곡선보의 노드부분에 맞추어 아치축 곡선보를 합치고, 각각의 서로 인접한 아치축 곡선보의 세그먼트에 대하여 용접을 실시하는 단계(D)와,
2개의 보조 교각에 의해 안쪽으로 메인 빔 세그먼트를 순차적으로 구축하는 동시에 중부 교각에 의해 그 양측으로 메인 빔 세그먼트를 순차적으로 구축하며, 2개의 보조 교각에 의해 안쪽으로 메인 빔 세그먼트를 순차적으로 구축하는 동시에 케이블을 이용하여 구축된 매개 메인 빔 세그먼트와 아치축 곡선보를 연결시키는 단계(E)와,
메인 빔(main beam)을 합치고, 서로 인접한 메인 빔 세그먼트에 대하여 용접을 실시하는 단계(F)를 포함한다.
상기 단계(A)에서는 건축된 중부 교각 및 보조 교각에 타워크레인을 구축해야 하고, 상기 단계(C)에서는 구체적으로 단계(C1)에서, 중부 교각 타워크레인을 이용하여 아치축 곡선보의 세그먼트를 리프팅하고, 복수개의 아치축 곡선보의 세그먼트는 아치축 커넥터 어셈블리의 외측단부를 시작단으로 하나하나 맞추어 장착하며, 매 하나의 아치축 곡선보의 세그먼트를 장착한 후, 스틸 로프를 이용하여 상기 아치축 곡선보의 세그먼트를 임시적으로 중부 교각의 타워크레인에 연결시키고,
단계(C2)에서, 보조 교각에서 아치축 곡선보의 외단부 피트를 시작단으로 하여 안쪽으로 아치축 곡선보의 세그먼트를 하나하나 맞추어 구축하고, 매개 아치축 곡선보의 세그먼트는 모두 스틸 로프를 거쳐 보조 교각의 타워크레인에 임시적으로 연결되며, 이 과정에서 아치축 곡선보의 세그먼트는 보조 교각의 타워크레인을 통하여 리프팅한다.
상기 단계(D)에서 수송선을 이용하여 아치축 곡선보의 합친 세그먼트를 아치축 곡선보의 합친 위치 하부에 운송하고, 또 크레인 기구를 이용하여 아치축 곡선보의 합친 세그먼트를 리프팅한다.
본 발명은 하기와 같은 효과를 가진다.
본 발명은 듀얼 아치축선을 사용함으로써 아치교의 단면 굴곡강도를 대폭 증가시켰고 중부 지지점 위치의 아치 단면의 굽힘 모멘트를 감소시켰으며, 아치교 허리부분의 종방향 변위가 비교적 작고 메인 빔의 변형량을 감소시켜 전체 교량에 인가되는 힘이 비교적 합리적이도록 한다. 동시에 본 발명의 방법에 의하면, 시공원가를 효과적으로 절감할 수 있고 시공기간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하나의 대경간 및 조합식 아치교의 구조설명도이다.
도 2는 도 1의 아치축 커넥터 어셈블리의 구조설명도이다.
도 3은 도 1의 A위치의 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 하나의 대경간 및 조합식 아치교의 구조설명도이다.
도 5는 본 발명에 따른 건축방법의 설명도로서 교각 및 타워크레인의 건축을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 건축방법의 설명도로서 아치축 커넥터 어셈블리의 구축을 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 건축방법의 설명도로서 아치축 곡선보의 구축을 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 건축방법의 설명도로서 메인 빔의 구축을 나타낸다.
하기 도면 및 구체적인 실시방식을 결부하여 본 발명에 대하여 진일보로 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하나의 대경간 및 조합식 아치교로서, 상기 대경간 및 조합식 아치교는 메인 빔(2), 중부 교각(11) 및 2개의 보조 교각(12, 13)을 포함한다. 중부 교각(11)을 전체 대경간 및 조합식 아치교의 중간 지지점으로 하고, 2개의 보조 교각(12, 13)을 양단의 지지점으로 하며, 중부 교각(11)에 아치축 커넥터 어셈블리(3)가 고정 장착되어 있고, 중부 교각(11)과 2개의 보조 교각(12, 13) 사이에 아치축 곡선보(4, 5)가 각각 연결되어 있으며, 아치축 곡선보(4, 5)에 아치축선을 각각 구비하고, 아치축 곡선보(4, 5)는 대칭되게 설치되며, 양자는 모두 상향으로 돌출된 호형으로서 복수개의 아치축 곡선보 세그먼트가 순차적으로 맞추어 형성된다.
도 2, 도 3을 결부하면, 아치축 커넥터 어셈블리(3)는 하부 아치축(31)과 상부 아치축(32)을 포함하고, 하부 아치축(31)은 "V" 형을 나타내고 그 밑단은 중부 교각(11)에 고정되며 "V" 형의 개구는 위를 향한다. 상부 아치축(32)은 오목한 호형을 나타내고 이는 하부 아치축(31)의 "V" 형 개구위치에 구비되며 양단은 하부 아치축(31) "V" 형 개구의 양단에 서로 접하는 방식으로 각각 연결된다. 아치축 곡선보(5)의 내측단과 아치축 커넥터 어셈블리(3)의 대응하는 단부를 맞추고, 아치축 곡선보(5)의 외측단은 분기되어 2개의 곡선보 서포팅푸트(51, 52)를 형성하며, 상기 2개의 곡선보 서포팅푸트(51, 52)는 보조 교각(12)에 연결되어 안정성을 강화시킨다. 상기 아치축 곡선보(4)와 아치축 곡선보(5)의 구조는 동일하고, 이와 보조 교각(13)의 연결방식도 상기와 동일한 바, 여기서 중복설명을 생략한다.
상기 아치축 곡선보(4, 5)와 상부 아치축(32)의 맞춤 위치는 평활하게 이행하는 방식으로 평활한 곡선을 형성한다. 아치축 곡선보(4, 5)는 각각 복수개의 케이블에 의해 메인 빔(2)과 연결된다. 상기 아치축 곡선보(4, 5)는 모두 복수개의 세그먼트가 순차적으로 맞추어 형성된다.
상기 중부 교각이 중간위치에 구비되는 구조 외에, 본 발명의 대경간 및 조합식 아치교는 도 4에 도시된 바와 같이 중부 교각이 중간위치에 구비되지 않고, 대응되는 2개의 아치축 곡선보의 경간도 상이하다.
상기 대경간 및 조합식 아치교는 하기와 같은 방법에 따라 건축될 수 있다.
(A) 도 5에 도시된 바와 같이, 중부 교각(11)과 2개의 보조 교각(12, 13)을 건축하고, 실제 수요에 따라 중부 교각을 2개의 보조 교각 사이에 위치시키며 또한 3자가 라인을 공유하도록 한다. 또한 중부 교각 및 2개의 보조 교각에서 타워크레인(61, 62, 63)을 각각 구축한다.
(B) 도 6에 도시된 바와 같이, 중부 교각(11)에서 풀 브래킷(111)을 구축하고, 상기 풀 브래킷(111)이 아치축 커넥터 어셈블리(3)의 형상에 적응되도록 한 다음, 풀 브래킷(111)을 이용하여 아치축 커넥터 어셈블리(3)의 각 세그먼트를 하나하나 순차적으로 구축한다. 아치축 커넥터 어셈블리(3)의 서로 인접한 2개의 세그먼트는 내부관 위치결정의 방식으로 임시적으로 연결한다.
(C) 상향으로 돌출된 호형의 아치축 곡선보(4, 5)를 구축하는 바, 이 단계는 하기와 같은 2개의 단계로 구분되어 동시에 진행하거나 또는 임의의 선후순서로 두개의 분단계를 진행할 수 있다.
단계(C1)에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 중부 교각(11)의 타워크레인(61)을 이용하여 아치축 곡선보(4, 5)의 세그먼트(43, 53)을 리프팅하고, 복수개의 아치축 곡선보(4, 5)의 세그먼트(43, 53)는 아치축 커넥터 어셈블리(3)의 외측단부를 시작단으로 하나하나 맞추어 장착하며, 매 하나의 아치축 곡선보(4, 5)의 세그먼트(43, 53)를 장착한 후, 스틸 로프(71)를 이용하여 상기 아치축 곡선보(4, 5)의 세그먼트(43, 53)를 임시적으로 중부 교각(11)의 타워크레인(61)에 연결시킨다.
단계(C2)에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 보조 교각(12, 13)에서 아치축 곡선보(4, 5)의 외단부 피트를 시작단으로 하여 안쪽으로 아치축 곡선보(4, 5)의 세그먼트(43, 53)를 하나하나 맞추어 구축하고, 매개 아치축 곡선보의 세그먼트(43, 53)는 모두 스틸 로프(72)를 거쳐 보조 교각(12, 13)의 타워크레인(62, 63)에 임시적으로 연결되며, 이 과정에서 아치축 곡선보(4, 5)의 세그먼트(43, 53)는 보조 교각(12, 13)의 타워크레인(62, 63)을 통하여 리프팅한다.
(D) 도 7에 도시된 바와 같이, 수송선(81)을 이용하여 아치축 곡선보(4, 5)의 합친 세그먼트(44, 54)를 단계(Cl)과 단계(C2)에서 구축된 아치축 곡선보(4, 5)의 노드부분의 바로 아래로 운송하고, 사전에 아치축 곡선보(4, 5) 노드 위치에 구축된 크레인 기구(82)를 이용하여 합친 세그먼트(44, 54)를 적당한 높이로 리프팅한다. 다음, 합친 세그먼트(44, 54)를 아치축 곡선보(4, 5)의 사전에 구축된 양단 노드에 맞추허 합친다. 마지막으로, 아치축 곡선보(4, 5)의 서로 인접한 세그먼트의 맞춤단에 대하여 용접을 실시한다. 이로써, 아치축 곡선보(4, 5)의 구축을 완성한다.
(E) 도 8에 도시된 바와 같이, 2개의 보조 교각(12, 13)에 의해 안쪽으로 메인 빔(2)의 세그먼트(21)를 순차적으로 구축하는 동시에 중부 교각(11)에 의해 그 양측으로 메인 빔(2)의 세그먼트(21)를 순차적으로 구축하며, 2개의 보조 교각(12, 13)에 의해 안쪽으로 메인 빔(2)의 세그먼트(21)를 순차적으로 구축하는 동시에 케이블(6)을 이용하여 구축된 매개 메인 빔(2)의 세그먼트(21)와 아치축 곡선보(4, 5)를 연결시킨다. 메인 빔(2)의 세그먼트(21)가 중부 교각(11) 또는 보조 교각(12, 13)으로부터 비교적 멀리 떨어질 때, 우선 수송선(81)을 이용하여 상기 세그먼트(21)를 사전 장착 위치의 바래 아래에 운송하고, 다음 사전에 아치축 곡선보(4, 5)에 걸린 케이블을 이용하여 상기 세그먼트(21)를 리프팅함으로써 소정된 높이에 도달한 후 맞춤을 실시할 수 있다.
(F) 메인 빔을 합치고, 서로 인접한 메인 빔 세그먼트에 대하여 용접을 실시한다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 설명된 기술적 해결방법 및 구상에 각종 대응되는 변화 및 변형을 실시할 수 있고, 이러한 모든 변화 및 변형은 모두 본 발명이 보호하고자 하는 범위 내에 포함되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 메인 빔(main beam), 중간 지지점인 중부 교각(center bridge pier), 양단 지지점인 2개의 보조 교각을 포함하는 대경간 및 조합식 아치교에 있어서,
    상기 대경간 및 조합식 아치교는 아치축 커넥터 어셈블리(arch axis connector assembly) 및 2개의 상향으로 돌출된 호형의 아치축 곡선보를 더 포함하고, 아치축 커넥터 어셈블리는 중부 교각에 장착되고, 그 양단은 2개의 아치축 곡선보의 내측단과 각각 맞춤 연결되며, 2개의 아치축 곡선보의 외측단은 각각 2개의 보조 교각에 장착되고, 2개의 아치축 곡선보와 메인 빔(main beam) 사이는 복수개의 케이블(cable)에 의해 연결되고,
    상기 아치축 커넥터 어셈블리는 하부 아치축과 상부 아치축을 포함하고, 하부 아치축은 "V" 형을 나타내고 그 "V" 형의 하단부는 중부 교각에 고정되며, 상부 아치축은 아래로 만곡된 호형을 나타내고 상부 아치축은 하부 아치축의 "V" 형의 개구위치에 구비되며 상부 아치축의 양단은 하부 아치축의 양단에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는,
    대경간 및 조합식 아치교.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상부 아치축의 양단은 하부 아치축의 양단과 각각 서로 접하고 상부 아치축과 2개의 아치축 곡선보는 맞춤방식으로 평활한 곡선(smooth curve)을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    대경간 및 조합식 아치교.
  4. 제 1 항에 있어서,
    아치축 곡선보 외측단은 보조 교각과 연결되는 2개의 곡선보 서포팅푸트로 성형되는 것을 특징으로 하는,
    대경간 및 조합식 아치교.
  5. 제 1 항에 있어서,
    아치축 곡선보는 복수개의 곡선보 세그먼트가 순차적으로 맞추어 형성되는 것을 특징으로 하는,
    대경간 및 조합식 아치교.
  6. 제 1 항에 따른 대경간 및 조합식 아치교의 건축방법에 있어서,
    중간에 위치하는 중부 교각 및 각각 양단에 위치하는 보조 교각을 포함하는 교각을 건축하는 단계(A)와,
    중부 교각에서 분단방식으로 아치축 커넥터 어셈블리를 구축하고 아치축 커넥터 어셈블리의 각 세그먼트 사이에 내부관 위치결정 방식으로 임시적으로 연결하는 단계(B)와,
    구축된 아치축 커넥터 어셈블리의 단부에서 안쪽으로부터 바깥쪽으로 순차적으로 아치축 곡선보의 세그먼트에 맞추는 단계(Cl)와, 보조 교각에서 안쪽으로부터 바깥쪽으로 순차적으로 아치축 곡선보의 세그먼트에 맞추는 단계(C2)로 구성되고, 상기 2개의 단계(C1, C2)가 순서와 상관없이 실행될 수 있는, 상향으로 돌출된 호형의 아치축 곡선보를 구축하는 단계(C)와,
    아치축 곡선보의 합친 세그먼트의 양단을 상기 단계(Cl)과 단계(C2)에서 구축된 아치축 곡선보의 노드부분에 각각 맞추어 아치축 곡선보를 합치고, 각각의 서로 인접한 아치축 곡선보의 세그먼트에 대하여 용접을 실시하는 단계(D)와,
    2개의 보조 교각에 의해 안쪽으로 메인 빔 세그먼트를 순차적으로 구축하는 동시에 중부 교각에 의해 그 양측으로 메인 빔 세그먼트를 순차적으로 구축하며, 2개의 보조 교각에 의해 안쪽으로 메인 빔 세그먼트를 순차적으로 구축하는 동시에 케이블을 이용하여 구축된 매개 메인 빔 세그먼트와 아치축 곡선보를 연결시키는 단계(E)와,
    메인 빔(main beam)을 합치고, 서로 인접한 메인 빔(main beam) 세그먼트에 대하여 용접을 실시하는 단계(F)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    대경간 및 조합식 아치교의 건축방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계(A)에서는 건축된 중부 교각 및 보조 교각에 타워크레인을 구축해야 하고, 상기 단계(C)에서는 구체적으로,
    단계(C1)에서, 중부 교각 타워크레인을 이용하여 아치축 곡선보의 세그먼트를 리프팅하고, 복수개의 아치축 곡선보의 세그먼트는 아치축 커넥터 어셈블리의 외측단부를 시작단으로 하나하나 맞추어 장착하며, 매 하나의 아치축 곡선보의 세그먼트를 장착한 후, 스틸 로프(steel rope)를 이용하여 상기 아치축 곡선보의 세그먼트를 임시적으로 중부 교각의 타워크레인에 연결시키고,
    단계(C2)에서, 보조 교각에서 아치축 곡선보의 외단부 피트를 시작단으로 하여 안쪽으로 아치축 곡선보의 세그먼트를 하나하나 맞추어 구축하고, 매개 아치축 곡선보의 세그먼트는 모두 스틸 로프를 거쳐 보조 교각의 타워크레인에 임시적으로 연결되며, 이 과정에서 아치축 곡선보의 세그먼트는 보조 교각의 타워크레인을 통하여 리프팅하는 것을 특징으로 하는,
    대경간 및 조합식 아치교의 건축방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계(D)에서 수송선을 이용하여 아치축 곡선보의 합친 세그먼트를 아치축 곡선보의 합친 위치 하부에 운송하고, 또 크레인 기구를 이용하여 아치축 곡선보의 합친 세그먼트를 리프팅하는 것을 특징으로 하는,
    대경간 및 조합식 아치교의 건축방법.
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