KR101489352B1 - 비틀림 강화 스트럿을 이용한 주거더의 비틀림 보강구조 및 이러한 비틀림 보강구조를 구비한 교량 주거더 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수개의 콘크리트 빔이 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 교량의 주거더를 구성하고 있는 상태에서, 횡방향으로 연장되어 있으며 양단이 횡방향 신축은 허용하지 않으면서도, 주거더의 비틀림에 따른 변위는 허용하는 형태로 콘크리트 빔의 하부플랜지에 결합되는 비틀림 강화 스트럿을 횡방향으로 상기 콘크리트 빔 사이에 배치함으로써, 복수개의 콘크리트 빔으로 이루어진 교량 주거더의 비틀림(torsion) 강성을 향상시키는 구성을 가지는 "비틀림 강화 스트럿을 이용한 콘크리트 빔의 비틀림 보강구조 및 이를 구비한 교량 주거더"에 관한 것이다.

Description

비틀림 강화 스트럿을 이용한 주거더의 비틀림 보강구조 및 이러한 비틀림 보강구조를 구비한 교량 주거더{Torsion Reinforcing Structure and Bridge Girders having such reinforcing structure}
본 발명은 주거더의 비틀림 보강구조 및 이러한 보강구조를 구비한 교량 주거더에 관한 것으로서, 구체적으로는 복수개의 콘크리트 빔이 교축직각방향(횡방향)으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 교량의 주거더를 구성하고 있는 상태에서, 횡방향으로 연장되어 있으며 양단이 횡방향 신축은 허용하지 않으면서도, 주거더의 비틀림에 따른 변위는 허용하는 형태로 콘크리트 빔의 하부플랜지에 결합되는 비틀림 강화 스트럿을 횡방향으로 상기 콘크리트 빔 사이에 배치함으로써, 복수개의 콘크리트 빔으로 이루어진 교량 주거더의 비틀림(torsion) 강성을 향상시키는 구성을 가지는 "비틀림 강화 스트럿을 이용한 콘크리트 빔의 비틀림 보강구조 및 이를 구비한 교량 주거더"에 관한 것이다.
복수개의 콘크리트 빔을 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치하여 교량의 주거더로 이용하는 구성을 가지는 콘크리트 교량은 철도교로 많이 사용된다. 이러한 주거더 구성을 가지는 콘크리트 교량의 동적 특성에서는 첫 번째 고유모드로서 휨모드가 나타나며, 두 번째 고유모드로서는 비틀림모드가 나타나게 된다. 이때 휨모드와 비틀림모드간의 고유주기에 큰 차이가 없는 경우(고유주기의 차이가 약 20% 이내인 경우)에는 교량의 동적 안정성에 문제가 발생할 가능성이 높다.
이러한 문제점 발생에 대한 대응방안으로는, 주거더의 비틀림 강성을 증가시키는 방안이 있다. 교량의 상부구조를 이루는 주거더의 비틀림 강성을 증가시키게 되면 두 모드(휨모드와 비틀림모드)간의 주기 차이가 증가하게 되면서, 위와 같은 동적 안정성의 저하라는 문제를 해소할 수 있다.
횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치된 복수개의 콘크리트 빔에 의해 주거더가 구성된 경우, 주거더의 비틀림강성을 증가시키기 위해서는, 주거더의 종방향(교축방향)으로의 단면이 폐합단면의 형상을 이루는 것이 가장 효율적인데, 다수 개의 콘크리트 빔이 횡방향으로 나란하게 배치되어 주거더를 이루고 있는 상황에서는, 주거더를 폐합단면으로 만드는 것이 매우 어렵다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-57753호에는 I형 강재 빔을 주거더로 이용한 사용하는 교량에서, I형 강재 빔 사이에 횡방향으로 강재로 이루어진 가로보를 설치하는 기술의 일예가 개시되어 있는데, 이러한 가로보는 단지 주거더의 상부로부터 가해지는 상재 하중을 복수개의 I형 강재 빔에 고르게 횡배분하는 기능을 수행할 뿐이다. 즉, 종래의 단순한 가로보는, 그 역할이 하중의 횡분배에 있을 뿐이고, 주거더의 비틀림 강성을 증가시키는 데는 거의 역할을 하지 않게 된다. 따라서 단순히 가로보를 설치하는 것만으로는 주거더의 비틀림 강성 증가 효과를 기대하기 어렵다.
특히, 종래 기술의 가로보는 강성이 매우 크고, 주로 강재 빔의 상부에 일정 간격으로 배치되어, 그 양단이 강재 빔의 복부(web)에 강절 형태로 즉, 회전을 비롯한 어떠한 변위도 이루어질 수 없는 상태로 고정되어 일체 결합된다. 이와 같이 강재 빔에 가로보를 변위허용이 불가능한 구조로 결합하여 설치하는 경우, 주거더의 휨강성이 증가되지만, 이와 같이 주거더의 휨강성이 증가되는 것은 오히려 "휨모드와 비틀림모드간의 주기 차이 증가를 통한 교량의 동적 안정성 향상"이라는 목적을 달성하는데 바람직하지 않다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-57753호(2008. 06. 25. 공개) 참조.
본 발명은 복수개의 콘크리트 빔이 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치된 교량의 주거더에서 발생할 수 있는 동적 안정성 저하의 문제점을 해결하고, 큰 강성을 가지고 있으면서 양단이 주거더에 대해 변위를 전혀 허용하지 않는 형태로 강절 연결되는 종래의 가로보로는 달성할 수 없었던 구조적이고 기술적인 한계를 극복하기 위하여 개발된 것이다.
구체적으로 본 발명은 복수개의 콘크리트 빔으로 이루어진 교량 주거더의 비틀림 강성을 효율적이고 경제적인 방식으로 증가시켜서, 동적 거동에서의 휨모드와 비틀림모드간의 주기 차이를 증가시키고, 이를 통하여 교량의 동적 안정성을 크게 향상시키는 것을 발명의 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 복수개의 콘크리트 빔이 횡방향(교축직각방향)으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 있는 주거더의 비틀림 보강구조로서, 신축되지 않는 부재로 제작된 비틀림 보강 스트럿이 횡방향으로 이웃하는 콘크리트 빔 사이에 횡방향으로 배치되어, 상기 비틀림 보강 스트럿의 횡방향 양단이 상기 콘크리트 빔의 하부플랜지 위에 놓이고 상기 비틀림 보강 스트럿의 횡방향 단부면이 콘크리트 빔의 복부에 밀착된 상태로 상기 비틀림 보강 스트럿과 콘크리트 빔이 결합됨으로써, 콘크리트 빔으로 이루어진 주거더가 종방향으로 바라볼 때 폐합단면의 형상을 가지게 되어 비틀림 강성이 증가되어 있는 것을 특징으로 하는 주거더의 비틀림 보강구조가 제공된다.
이러한 본 발명에서 상기 하부플랜지에는 매립체결부재가 매립된 상태로 구비되어 있으며, 상기 비틀림 보강 스트럿의 횡방향 양단에는 각각 관통공이 형성되어 있고, 상기 비틀림 보강 스트럿의 횡방향 양단이 상기 콘크리트 빔의 하부플랜지 위에 놓인 상태에서, 결합볼트가 상부로부터 상기 관통공에 관통삽입되어, 상기 결합볼트의 하단이 상기 매립체결부재와 체결됨으로써, 상기 비틀림 보강 스트럿과 콘크리트 빔이 결합되어 있는 구성을 가질 수 있다.
이와 달리 본 발명은, 상기 콘크리트 빔의 하부플랜지에는 결합봉이 위쪽을 향하여 상면에 돌출된 상태로 구비되어 있으며; 상기 비틀림 보강 스트럿의 횡방향 양단에는 각각 상기 결합봉이 삽입되는 관통공이 형성되어 있어서; 비틀림 보강 스트럿의 양단이 각각 상기 하부플랜지의 상면에 놓이면, 상기 결합봉이 상기 관통공에 관통삽입되고; 상기 결합봉이 관통공을 관통한 상태에서 결합너트가 결합봉에 체결됨으로써, 상기 비틀림 보강 스트럿과 콘크리트 빔이 결합되어 있는 구성을 가질 수도 있다.
위에서 기술한 본 발명에서, 비틀림 보강 스트럿과 하부플랜지가 서로 마주 접하는 면 사이의 간격과 비틀림 보강 스트럿과 복부가 서로 마주 접하는 면 사이의 간격에 채움재가 주입되어 채워져 있게 될 수도 있다.
아울러 본 발명에서는 복수개의 콘크리트 빔이 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 있는 교량의 주거더로서, 상기한 비틀림 보강구조를 구비한 교량의 주거더가 제공된다.
본 발명에 의하면, 비틀림 보강 스트럿이 콘크리트 빔 사이에 배치됨에 따라 복수개의 콘크리트 빔으로 이루어진 주거더는 종방향으로 바라볼 때 폐합단면의 형상을 가지게 되며, 따라서 콘크리트 빔 사이의 횡방향 간격은 변화되지 않은 상태가 되어 비틀림 변위가 최소화되고 주거더는 비틀림 강성이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.
특히, 비틀림 보강 스트럿은 단지 횡방향으로의 축력만 전달할 뿐이며 횡강성은 전달하지 아니하므로 본 발명에서는 이와 같이 비틀림 보강 스트럿의 설치에 의해 주거더의 비틀림 강성은 크게 증가되는데 비하여, 비틀림 보강 스트럿의 설치로 인하여 휨강성 증가는 없게 되며, 따라서 교량의 동적 거동에서의 휨모드와 비틀림모드간의 주기 차이가 더욱 커지게 되며, 그에 따라 교량의 동적 안정성이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.
더 나아가, 본 발명에서는 비틀림 보강 스트럿의 양단이 하부플랜지에 결합되므로, 주거더를 종방향으로 바라볼 때, 2개의 콘크리트 빔과 그 사이의 비틀림 보강 스트럿이 이룰 수 있는 폐합단면은 큰 크기를 갖게 되며, 따라서 비틀림 강성 증가에 따른 휨모드와 비틀림모드간의 주기 차이 증가 및 이를 통한 교량의 동적 안정성 향상이라는 효과를 매우 효율적으로 달성할 수 있게 되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따라 비틀림 보강 스트럿을 한 쌍의 콘크리트 빔 사이에 조립하는 상태를 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 제1실시예에 따라 비틀림 보강 스트럿이 한 쌍의 콘크리트 빔 사이에 조립된 상태에서 채움재를 채우는 것을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 채움재 채움 작업이 완료되어 비틀림 보강 스트럿이 한 쌍의 콘크리트 빔 사이에 설치되는 것이 완료된 후의 상태를 보여주는 개략적인 조립 사시도이다.
도 3은 도 1의 원 A부분의 개략적인 확대도이다.
도 4는 도 1에 도시된 상태를 도 1의 화살표 K 방향(종방향)으로 바라본 개략적인 정면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 상태에서 종방향으로 바라본 개략적인 정면도이다.
도 6은 도 5에서 선 B-B에 따른 개략적인 평단면도이다.
도 7은 복수개의 콘크리트 빔으로 이루어진 주거더에서 비틀림 보강 스트럿이 구비되지 않은 상태에서 비틀림 변위가 발생한 상태를 보여주는 종방향으로의 개략적인 정면도이다.
도 8은 복수개의 콘크리트 빔으로 이루어진 주거더에 본 발명에 따른 비틀림 보강 스트럿이 구비된 상태에서 비틀림 변위가 발생한 상태를 보여주는 종방향으로의 개략적인 정면도이다.
도 9는 결합봉과 결합너트를 이용하여 비틀림 보강 스트럿의 양단부가 하부플랜지에 결합되는 본 발명의 제2실시예에 대한 도 1에 대응되는 개략적인 분해 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 제2실시예에 대한 도 2에 대응되는 개략적인 조립 사시도이다.
도 11은 도 9의 원 C부분의 개략적인 확대도이다.
도 12는 도 9에 도시된 상태를 도 9의 화살표 M 방향으로 바라본 개략적인 정면도이다.
도 13은 도 10에 도시된 상태에서 종방향으로 바라본 개략적인 정면도이다.
도 14는 본 발명의 제3실시예에 대한 도 1에 대응되는 개략적인 분해사시도이다.
도 15는 도 14의 원 D에 대한 개략적인 확대도이다.
도 16은 본 발명의 제3실시예에서 사용되는 비틀림 보강 스트럿의 횡방향 단부의 모습을 보여주는 개략적이 사시도이다.
도 17은 도 15에 도시된 상태에 후속하여 비틀림 보강 스트럿의 횡방향 단부에서 매립연결봉을 서로 결합한 상태를 보여주는 도 15에 대응되는 개략적인 확대도이다.
도 18은 본 발명의 제3실시예에서 비틀림 보강 스트럿이 한 쌍의 콘크리트 빔 사이에 조립된 상태에서 채움재를 주입하여 채우는 것을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 19는 도 18에 도시된 채움재 채움 작업이 완료되어 비틀림 보강 스트럿이 한 쌍의 콘크리트 빔 사이에 설치되는 것이 완료된 후의 상태를 보여주는 개략적인 조립 사시도이다.
도 20은 복수개의 콘크리트 빔이 배치된 상태에서 각 콘크리트 빔 사이에 본 발명에 따라 비틀림 보강 스트럿이 설치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 21은 본 발명의 또다른 실시예로서 현장 타설 콘크리트 형태로 비틀림 보강 스트럿이 콘크리트 빔에 설치되는 것을 보여주는 개략도이다.
도 22는 본 발명의 또다른 실시예로서 반단면 프리캐스트 부재와 현장 타설 콘크리트 형태로 비틀림 보강 스트럿이 콘크리트 빔에 설치되는 것을 보여주는 개략도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1에는 본 발명에 따른 비틀림 강화 스트럿을 이용한 비틀림 보강구조를 복수개의 콘크리트 빔으로 이루어진 교량 주거더에 구현하기 위하여, 제1실시예의 방식에 따라, 비틀림 보강 스트럿(1)을 교량의 주거더를 이루는 2개의 콘크리트 빔(100) 사이에 횡방향으로 조립하는 상태를 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 2a에는 도 1에 도시된 제1실시예에 따라 비틀림 보강 스트럿(1)이 한 쌍의 콘크리트 빔(100) 사이에 조립된 상태에서 채움재(150)를 주입하여 채우는 것을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 2b에는 도 2a에 도시된 채움재 채움 작업이 완료되어 비틀림 보강 스트럿이 한 쌍의 콘크리트 빔 사이에 설치되는 것이 완료된 후의 상태를 보여주는 개략적인 조립 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는 도 1의 원 A부분의 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 도 4에는 도 1에 도시된 상태를 도 1의 화살표 K 방향 즉, 종방향(교축방향)으로 바라본 개략적인 정면도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 2b에 도시된 상태에서 종방향으로 바라본 개략적인 정면도가 도시되어 있다. 도 6에는 도 5에서 선 B-B에 따른 개략적인 평단면도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 것처럼, 본 발명에서는, 복수개의 콘크리트 빔(100)이 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 교량의 주거더를 이룰 때, 서로 횡방향으로 이웃하는 콘크리트 빔(100) 사이에는 비틀림 보강 스트럿(1)을 횡방향으로 배치하여, 상기 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단을 각각 콘크리트 빔(100)의 하부 플랜지(101)에 일체로 조립 결합한다.
구체적으로 도 1 내지 도 6의 제1실시예에서는, 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101)에는 매립너트 등의 매립체결부재(115)가 매립된 상태로 구비되어 있다. 상기 매립체결부재(115)는, 횡방향으로 이웃하는 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(11)에서, 서로 마주하게 되는 대응위치에 각각 구비되어 있되, 각각의 콘크리트 빔(100)의 교축방향 즉, 종방향으로는 간격을 두고 복수개가 구비된다.
비틀림 보강 스트럿(1)은 신축되지 않는 재질로 제작된 막대형 부재로서, 횡방향으로 이웃하는 콘크리트 빔(100) 사이에 배치되어 그 양단이 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101)에 각각 견고하게 조립된다. 도 1 내지 도 6에 도시된 제1실시예의 경우, 상기 비틀림 보강 스트럿(1)은 전체가 프리캐스트 콘크리트로 제작되는 것으로 도시되어 있는데, 상기 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단에는 결합볼트(116)가 관통될 수 있는 관통공(10)이 각각 형성되어 있다.
구체적으로 도면에 도시된 것처럼, 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치된 콘크리트 빔(100) 사이의 간격에서 횡방향으로 상기 비틀림 보강 스트럿(1)이 놓이게 되는데, 이 때 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단은 각각 횡방향으로 이웃하는 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101)에서 상기 매립체결부재(115)가 설치된 위치에 놓이게 되고, 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단에서 결합볼트(116)가 상부로부터 상기 관통공(10)에 관통삽입되어, 상기 결합볼트(116)의 하단이 상기 매립체결부재(115)와 체결됨으로써 비틀림 보강 스트럿(1)이 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101)에 견고하게 조립 결합된다.
이와 같이 비틀림 보강 스트럿(1)이 하부플랜지(101)에 놓일 때, 비틀림 보강 스트럿(1)과 하부플랜지(101)가 서로 접하는 면에, 예상하지 못한 간극이 존재할 수 있다. 또한 이러한 간극이 존재하지 않더라도 비틀림 보강 스트럿(1)과 하부플랜지(101)가 서로 접하는 면이 단순히 면과 면이 접하고 있는 상태에 있기 보다는 면이 서로 일체화되어 있는 것이 바람직하다. 이를 위해서 도 2a에 도시된 것처럼 비틀림 보강 스트럿(1)과 하부플랜지(101)가 서로 접하는 면 사이의 간격에 무수축 모르타르나 무수축 콘크리트와 같은 채움재(150)를 채우는 것이 바람직하다. 채움재(150)를 채울 때, 채움재(150)가 소실되지 않고 비틀림 보강 스트럿(1)과 하부플랜지(101)가 서로 접하는 면 사이의 간격에 안정적으로 채워져 존재할 수 있도록 하기 위하여, 실링부재(120)를 배치하는 것이 바람직하다. 따라서 도 1 내지 도 6에 도시된 것처럼, 비틀림 보강 스트럿(1)이 하부플랜지(101)에 놓여서 결합될 때, 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 단부면과 콘크리트 빔(100)의 복부(102)가 서로 마주하게 되는 영역과, 서로 마주하는 비틀림 보강 스트럿(1)의 하부면과 하부플랜지(101)의 상면이 서로 마주하게 되는 영역의 테두리에 실링부재(120)를 배치한 상태로 비틀림 보강 스트럿(1)을 하부플랜지(101) 위에 놓게 된다. 이렇게 실링부재(120)가 배치된 상태로 비틀림 보강 스트럿(1)을 하부플랜지(101) 위에 놓인 상태에서, 비틀림 보강 스트럿(1)과 하부플랜지(101)가 서로 마주 접하는 면 사이의 간격과 비틀림 보강 스트럿(1)과 복부(102)가 서로 마주 접하는 면 사이의 간격에 채움재(150)를 주입하여 채움으로써 비틀림 보강 스트럿(1)과 콘크리트 빔(100)은 채움재(150)에 의해 더욱 견고하게 일체화가 이루어지며 비틀림 보강 스트럿(1)과 콘크리트 빔(100) 사이에는 간극이 존재하지 않게 된다. 도 1 내지 도 6에 도시된 제1실시예에서는, 도 2a에 도시된 것처럼 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 단부면과 콘크리트 빔(100)의 복부(102) 사이의 간격을 통해서 채움재(150)를 주입하게 된다.
위와 같은 본 발명의 구성에서 비틀림 보강 스트럿(1)은 그 자체의 재질 특성상 길이 방향으로 신축하지 않으며 그 횡방향 단부면이 콘크리트 빔(100)의 복부(102)에 밀착된 상태로 결합되어 있으므로, 이웃하는 콘크리트 빔(100) 사이의 횡방향 간격은 상기 비틀림 보강 스트럿(1)에 의해 지지되는 미만으로 줄어들지 않게 된다.
또한 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단부가 각각 매립체결부재(115)와 결합볼트(116)에 의해 하부플랜지(101)에 결합되어 있으므로, 이웃하는 콘크리트 빔(100) 사이의 간격을 증가시키는 방향으로 힘이 가해지더라도 비틀림 보강 스트럿(1)의 단부는 횡방향으로의 변위가 전혀 없는 상태로 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101)와의 결합을 유지하게 되며, 따라서 이웃하는 콘크리트 빔(100) 사이의 횡방향 간격은 비틀림 보강 스트럿(1)의 길이에 의해 항상 변함없이 일정하게 유지된다.
도면에 예시된 실시예의 경우, 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단이 놓이게 되는 하부플랜지(101)의 상면이 경사면으로 되어 있고, 이에 대응하여 비틀림 보강 스트럿(1)의 단부 하면도 경사면으로 되어 있으나, 이에 한정되지 아니하며, 하부플랜지(101)의 상면과, 그 위에 놓이게 되는 비틀림 보강 스트럿(1)의 단부 하면이 모두 수평면으로 이루어질 수도 있다.
도 7에는 복수개의 콘크리트 빔(100)으로 이루어진 주거더에서 본 발명과 같은 비틀림 보강 스트럿(1)이 구비되지 않은 상태에서 비틀림 변위가 발생한 상태를 보여주는 종방향으로의 개략적인 정면도가 도시되어 있고, 도 8에는 복수개의 콘크리트 빔(100)으로 이루어진 주거더에 본 발명에 따른 비틀림 보강 스트럿(1)이 구비된 상태에서 비틀림 변위가 발생한 상태를 보여주는 종방향으로의 개략적인 정면도가 도시되어 있다. 도 7에 도시된 것처럼, 비틀림 보강 스트럿이 전혀 구비되어 있지 아니한 경우, 주거더에 비틀림 변위가 발생하게 되면 콘크리트 빔(100) 사이의 횡방향 간격이 변화된다. 즉, 비틀림 변위가 발생하기 전 상태에서의 이웃하는 콘크리트 빔(100) 사이 간격 L1과, 비틀림 변위가 발생한 후의 상태에서 이웃하는 콘크리트 빔(100) 사이 간격 L2가 서로 상이한 것이다. 그러나 본 발명에 따라 비틀림 보강 스트럿(1)이 콘크리트 빔(100) 사이에 배치되어 있는 경우에는, 콘크리트 빔(100)으로 이루어진 주거더는 종방향으로 바라볼 때 폐합단면의 형상을 가지게 되며, 따라서 도 8에 도시된 것처럼 콘크리트 빔(100) 사이의 횡방향 간격은 변화되지 않고 애초의 콘크리트 빔(100) 사이 간격 L1을 유지하게 된다. 이와 같이, 본 발명에 의하면 비틀림 변위가 최소화되고 주거더는 비틀림 강성이 크게 향상된다.
이와 같이 비틀림 보강 스트럿(1)의 설치에 의해 주거더의 비틀림 강성은 크게 증가되는데 비하여, 비틀림 보강 스트럿(1)은 단지 횡방향으로의 축력만 전달할 뿐이며 종방향으로는 서로 연속되어 있는 것이 아니므로 비틀림 보강 스트럿(1)에 의해 콘크리트 빔(100)간의 횡강성 전달은 발생하지 않게 되며, 따라서 비틀림 보강 스트럿(1)의 설치로 인하여 휨강성 증가가 발생하지는 않는다. 따라서 교량의 동적 거동에서의 휨모드와 비틀림모드간의 주기 차이가 더욱 커지게 되며, 그에 따라 교량의 동적 안정성이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.
특히, 본 발명에서는 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단이 하부플랜지(101)에 결합되므로, 주거더를 종방향으로 바라볼 때, 2개의 콘크리트 빔(100)과 그 사이의 비틀림 보강 스트럿(1)이 이룰 수 있는 폐합단면은 큰 크기를 갖게 되며, 따라서 매우 효율적으로 위와 같은 효과 즉, 비틀림 강성 증가에 따른 휨모드와 비틀림모드간의 주기 차이 증가 및 이를 통한 교량의 동적 안정성 향상이라는 효과를 매우 효율적으로 달성할 수 있게 되는 장점이 있다.
위에서 설명한 제1실시예에서는 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단부가 각각 매립체결부재(115)와 결합볼트(116)에 의해 하부플랜지(101)에 결합되어 있으나, 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단부를 하부플랜지(101)에 결합함에 있어서, 결합봉(111)과 결합너트(113)를 이용할 수도 있다.
도 9 및 도 10에는 각각 결합봉(111)과 결합너트(113)를 이용하여 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단부가 하부플랜지(101)에 결합되는 본 발명의 제2실시예에 대한, 도 1에 대응되는 개략적인 분해사시도(도 9)와 도 2b에 대응되는 개략적인 조립사시도(도 10)가 도시되어 있고, 도 11에는 도 9의 원 C에 대한 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 도 12에는 도 9에 도시된 상태를 도 9의 화살표 M 방향 즉, 종방향(교축방향)으로 바라본 개략적인 정면도가 도시되어 있으며, 도 13에는 도 10에 도시된 상태에서 종방향으로 바라본 개략적인 정면도가 도시되어 있다.
도 9 내지 도 13에 도시된 제2실시예에서는, 앵커볼트 등과 같은 결합봉(111)이 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101)에 상향 돌출된 상태로 구비되어 있다. 상기 결합봉(111)은 횡방향으로 이웃하는 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(11)에서, 서로 마주하게 되는 대응위치에 각각 구비되어 있되, 각각의 콘크리트 빔(100)의 종방향으로는 간격을 두고 복수개가 구비되어 있다. 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치된 콘크리트 빔(100) 사이의 간격에서 횡방향으로 상기 비틀림 보강 스트럿(1)이 놓일 때, 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101)에 돌출 구비된 결합봉(111)은 상기 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단에 형성된 상기 관통공(10)에 관통 삽입된다. 상기 결합봉(111)이 관통공(10)을 관통한 상태에서 결합너트(113)가 결합봉(111)에 체결되어, 비틀림 보강 스트럿(1)이 하부플랜지(101)와 결합된다.
기타 비틀림 보강 스트럿(1)과 하부플랜지(101) 및 복부(102) 사이에 실링부재(120)를 배치하고 채움재(150)를 채우는 등의 과정, 그리고 이러한 비틀림 보강 스트럿(1)의 설치에 따른 주거더의 거동 및 효과는, 앞서 설명한 제1실시예와 동일한 바, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 14 내지 도 19에는 본 발명의 제3실시예가 도시되어 있는데, 도 14는 도 1에 대응되는 개략적인 분해사시도이고, 도 15는 도 14의 원 D에 대한 개략적인 확대도이며, 도 16은 본 발명의 제3실시예에서 사용되는 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 단부의 모습을 보여주는 개략적인 사시도이다. 도 17은 도 15에 도시된 상태에 후속하여 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 단부에서 매립연결봉을 서로 결합한 상태를 보여주는 도 15에 대응되는 개략적인 확대도이다. 도 18은 본 발명의 제3실시예에서 비틀림 보강 스트럿(1)이 한 쌍의 콘크리트 빔(100) 사이에 조립된 상태에서 채움재(150)를 주입하여 채우는 것을 보여주는 개략적인 사시도이고, 도 19는 도 18에 도시된 채움재 채움 작업이 완료되어 비틀림 보강 스트럿(1)이 한 쌍의 콘크리트 빔 사이에 설치되는 것이 완료된 후의 상태를 보여주는 개략적인 조립 사시도이다.
도 14 내지 도 19에 도시된 제3실시예의 경우, 콘크리트 빔(100)에는 매립연결봉(119)이 돌출되도록 구비되고, 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방양 양단에는 각각 오목채움부(12)가 형성되어 있어서, 비틀림 보강 스트럿(1)이 한 쌍의 콘크리트 빔(100) 사이에 배치되었을 때, 매립연결봉(119)이 상기 오목채움부(12)에 위치하게 되고, 오목채움부(12)에 채움재(150)가 채워져서 매립연결봉(119)이 채움재(150)에 매립된 상태로 채움재(150)가 경화됨으로써, 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단이 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101)에 놓인 상태로 결합되는 구성을 가진다.
구체적으로 도면에 도시된 제3실시예에서는, 매립연결봉(119)이 하부플랜지(101)와 복부(102)에 각각 돌출된 상태로 구비되어 있다. 이와 같이 매립연결봉(119)은 하부플랜지(101)와 복부(102) 모두에 구비될 수도 있지만, 하부플랜지(101)와 복부(102) 중 어느 한곳에만 구비될 수도 있다. 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방양 양단에는 각각 상기 매립연결봉(119)이 위치할 수 있는 오목채움부(12)가 형성되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼, 이러한 오목채움부(12)에도 상기 비틀림 보강 스트럿(1) 내에 배치된 매립연결봉(119)이 노출된 상태로 구비될 수 있다. 비틀림 보강 스트럿(1)이 한 쌍의 콘크리트 빔(100) 사이에 배치되면, 콘크리트 빔(100)에 돌출되어 구비된 매립연결봉(119)은 상기 오목채움부(12)에 위치하게 되는데, 위와 같이 오목채움부(12)에도 매립연결봉(119)이 구비된 경우에는, 매립연결봉(119)을 서로 용접 등의 방법을 통해 일체로 연결하는 것이 바람직하다. 즉, 콘크리트 빔(100)에 돌출되어 구비된 매립연결봉(119)과, 비틀림 보강 스트럿(1)에 구비되어 오목채움부(12)로 노출되어 있는 매립연결봉(119)을 용접 등에 의해 일체로 결합하는 것이, 비틀림 보강 스트럿(1)과 콘크리트 빔(100) 간의 일체화에 더욱 유리한 것이다. 특히, 하부플랜지(101)에서 매립연결봉(119)이 연직하게 돌출되어 있는 경우, 비틀림 보강 스트럿(1)에 구비된 매립연결봉(119)의 단부를 하향 절곡시키게 되면, 하부플랜지(101)의 매립연결봉(119)과의 연결이 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.
이와 같이 콘크리트 빔(100)에 구비된 매립연결봉(119)이 오목채움부(12)에 위치하고 필요에 따라 매립연결봉(119)을 서로 일체로 연결한 후에는, 오목채움부(12)에 채움재(150)가 채워지고, 매립연결봉(119)이 채움재(150)에 매립된 상태로 채움재(150)가 경화된다. 그에 따라 비틀림 보강 스트럿(1)의 양단이 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101)에 놓인 상태로 결합된다. 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로 채움재(150)의 누출을 방지하기 위하여 서로 마주하는 비틀림 보강 스트럿(1)의 하부면과 하부플랜지(101)의 상면이 서로 마주하게 되는 영역의 테두리에 실링부재(120)가 배치되는 바, 이에 대한 상세한 설명은 앞서 설명한 것과 동일하므로 반복 기재를 생략한다.
위에서 설명한 제3실시예의 경우, 콘크리트 빔(100)과 비틀림 보강 스트럿(1)에 각각 고정 구비된 매립연결봉(119)이 서로 일체로 연결된 후에 채움재(150)에 의해 콘크리트 빔(100)과 비틀림 보강 스트럿(1)이 결합되어 있으므로, 콘크리트 빔(100)과 비틀림 보강 스트럿(1)간의 일체화가 더욱 견고하게 되는 장점이 있다.
위에서 살펴본 실시예들에서는 2개의 콘크리트 빔(100)만이 나란하게 배치되고, 그 사이에 횡방향으로 비틀림 보강 스트럿(1)이 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 3개 이상의 콘크리트 빔(100)이 설치되는 경우에도 동일하게 적용된다. 도 20에는 복수개의 콘크리트 빔(100)이 배치된 상태에서 각 콘크리트 빔(100) 사이에 비틀림 보강 스트럿(1)이 설치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 20에 도시된 것처럼 본 발명의 보강구조는 3개 이상의 콘크리트 빔(100)이 설치되는 경우에도 동일하게 적용되는 것이다. 또한 도 20에 도시된 것처럼, 종방향으로 복수개의 비틀림 보강 스트럿(1)을 연속하여 접한 상태로 배치할 수도 있다.
한편, 상기한 본 발명의 실시예들은, 비틀림 보강 스트럿(1)이 사전 제작된 프리캐스트 부재로 이루어져서 콘크리트 빔(100)에 설치되어 조립되는 구성을 가지고 있지만, 본 발명에서 상기 비틀림 보강 스트럿(1)은 현장 타설 콘크리트 형태로 제작되어 설치될 수도 있고, 반단면 프리캐스트 부재와 현장 타설 콘크리트를 이용한 형태로 설치될 수도 있다.
도 21에는 현장 타설 콘크리트 형태로 비틀림 보강 스트럿(1)이 콘크리트 빔(100)에 설치되는 것을 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 21에서 괄호문자 (a)부분은 콘크리트 빔(100)에 매립연결봉(119)이 돌출되어 있는 상태를 보여주는 것이고, 도 21의 괄호문자 (b)부분은 콘크리트 빔(100) 사이에 바닥거푸집(200)을 설치한 상태를 보여주는 것이고, 도 21의 괄호문자 (c)부분은 상기 매립연결봉(119)이 매립되도록 바닥거푸집(200) 위에 콘크리트를 타설하여 비틀림 보강 스트럿(1)을 제작하는 상태를 보여주는 것이며, 도 21의 괄호문자 (d)부분은 현장 타설 콘크리트에 의해 콘크리트 빔(100)에 비틀림 보강 스트럿(1)을 설치하는 것이 완료된 상태를 보여주는 것이다. 바닥거푸집(200) 위에 콘크리를 타설할 때, 비틀림 보강 스트럿(1)의 형상을 이루도록 비틀림 보강 스트럿(1)의 종방향 측면 부분의 거푸집 부재를 설치하여야 하는데, 편의상 도 21에서는 이러한 종방향 측면 부분에 대한 거푸집 부재의 도시를 생략하였다.
도 22는 본 발명의 또다른 실시예로서, 비틀림 보강 스트럿(1)의 아래쪽은 반단면 프리캐스트 부재로 제작하고 위쪽은 현장 타설 콘크리트로 제작하는 것을 보여주는 개략도이다. 구체적으로 도 22에서 괄호문자 (a)부분은 콘크리트 빔(100)에 매립연결봉(119)이 돌출되어 있고 실링부재(120)가 배치된 상태를 보여주는 것이고, 도 22의 괄호문자 (b)부분은 콘크리트 빔(100) 사이에 비틀림 보강 스트럿(1)의 아래쪽 절반을 이루는 반단면 프리캐스트 부재(1A)가 설치된 상태를 보여주는 것이고, 도 22의 괄호문자 (c)부분은 상기 매립연결봉(119)이 매립되도록 상기 반단면 프리캐스트 부재(1A) 위에 콘크리트를 타설하여 비틀림 보강 스트럿(1)의 위쪽을 제작하는 상태를 보여주는 것이며, 도 22의 괄호문자 (d)부분은 이러한 과정을 통해 콘크리트 빔(100) 사이에 비틀림 보강 스트럿(1)의 설치를 완료한 상태를 보여주는 것이다. 반단면 프리캐스트 부재(1A) 위에 콘크리를 타설할 때, 비틀림 보강 스트럿(1)의 위쪽 부분에 대한 종방향 측면 형성용 거푸집 부재를 설치하여야 하는데, 편의상 도 22에서는 이러한 종방향 측면 형성용 거푸집 부재의 도시를 생략하였다.
도 22에 도시된 것처럼, 본 발명에서는 비틀림 보강 스트럿(1)의 아래쪽은 반단면 프리캐스트 부재(1A)로 제작하여 콘크리트 빔(100) 사이에 설치하고, 이러한 반단면 프리캐스트 부재(1A)를 거푸집으로 이용하여, 상기 반단면 프리캐스트 부재(1A)의 위로 콘크리트를 현장 타설하여 위쪽을 형성함으로써, 반단면 프리캐스트 부재(1A)와 현장 타설 콘크리트로 이루어진 구성의 비틀림 보강 스트럿(1)을 콘크리트 빔(100) 사이에 설치할 수 있다. 위와 같이 반단면 프리캐스트 부재(1A)를 콘크리트 빔(100)에 설치함에 있어서는, 앞서 살펴본 본 발명의 다른 실시예에서 적용하였던 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단부와 콘크리트 빔(100)의 결합 구성을 동일하게 이용하게 된다. 즉, 결합볼트(116)와 매립체결부재(115)의 체결 구성, 결합너트(113)와 결합봉(111)의 체결 구성, 매립연결봉(119) 간의 연결 후 채움재(150)의 충진 구성 등이 동일하게 적용될 수 있는 것이다.
1: 비틀림 보강 스트럿
100: 콘크리트 빔
101: 하부플랜지
102: 복부

Claims (5)

  1. 복수개의 콘크리트 빔(100)이 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 있는 주거더의 비틀림 강성을 증대시키기 위한 비틀림 보강구조로서,
    프리캐스트 콘크리트로 사전 제작된 비틀림 보강 스트럿(1)이 횡방향으로 이웃하는 콘크리트 빔(100) 사이에 횡방향으로 배치되어,
    비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단이 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101) 위에 놓이고 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 단부면이 콘크리트 빔(100)의 복부(102)에 밀착된 상태로 비틀림 보강 스트럿(1)과 콘크리트 빔(100)이 조립되어 결합되고,
    상기 비틀림 보강 스트럿(1)은 종방향으로 복수개가 간격을 두고 배치되는데,
    하부플랜지(101)의 상면은 경사면으로 이루어져 있고, 상기 경사면으로 이루어진 하부플랜지(101)의 상면에는 매립너트로 이루어진 매립체결부재(115)가 매립된 상태로 구비되어 있으며,
    비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단에서, 하부플랜지(101)의 상면과 마주하게 되는 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단 하면은 경사면으로 이루어져 있으며, 상기 매립체결부재(115)에 대응되는 위치에는 각각 비틀림 보강 스트럿(1)을 연직하게 관통하는 관통공(10)이 형성되어 있고,
    비틀림 보강 스트럿(1)이 하부플랜지(101)에 놓일 때 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 단부면과 콘크리트 빔(100)의 복부(102)가 서로 마주하게 되는 영역과, 서로 마주하는 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단 하면과 하부플랜지(101)의 상면이 서로 마주하게 되는 영역의 테두리에 실링부재(120)가 배치되어 있으며,
    실링부재(120)가 배치된 상태로 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단이 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101) 위에 놓여서, 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 단부면과 콘크리트 빔(100)의 복부(102)가 서로 마주하고 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단 하면과 하부플랜지(101)의 상면이 서로 마주한 상태에서, 결합볼트(116)가 상부로부터 관통공(10)에 연직방향으로 관통 삽입되어 결합볼트(116)의 하단이 매립체결부재(115)와 체결되고, 비틀림 보강 스트럿(1)과 하부플랜지(101)가 서로 마주 접하는 면 사이의 간격과 비틀림 보강 스트럿(1)과 복부(102)가 서로 마주 접하는 면 사이의 간격에는 무수축 모르타르로 이루어진 채움재(150)가 주입되어 채워져 경화되어 비틀림 보강 스트럿(1)과 콘크리트 빔(100)이 조립 결합됨으로써,
    콘크리트 빔(100)으로 이루어진 주거더가 종방향으로 바라볼 때 폐합단면의 형상을 가지게 되고, 콘크리트 빔(100) 사이의 횡방향 간격이 비틀림 보강 스트럿(1)의 길이에 의해 일정하게 유지되면서, 비틀림 보강 스트럿(1)에 의해 횡방향으로의 축력만이 콘크리트 빔(100)간에 전달되어, 비틀림 강성이 증가되어 있는 것을 특징으로 하는 주거더의 비틀림 보강구조.
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  5. 복수개의 콘크리트 빔(100)이 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 있는 교량의 주거더로서,
    프리캐스트 콘크리트로 사전 제작된 비틀림 보강 스트럿(1)이 횡방향으로 이웃하는 콘크리트 빔(100) 사이에 횡방향으로 배치되어,
    상기 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단이 상기 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101) 위에 놓이고 상기 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 단부면이 콘크리트 빔(100)의 복부(102)에 밀착된 상태로 상기 비틀림 보강 스트럿(1)과 콘크리트 빔(100)이 조립 결합되어 있고,
    상기 비틀림 보강 스트럿(1)은 종방향으로 복수개가 간격을 두고 배치되어 있는데,
    하부플랜지(101)의 상면은 경사면으로 이루어져 있고, 상기 경사면으로 이루어진 하부플랜지(101)의 상면에는 매립너트로 이루어진 매립체결부재(115)가 매립된 상태로 구비되어 있으며,
    비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단에서, 하부플랜지(101)의 상면과 마주하게 되는 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단 하면은 경사면으로 이루어져 있으며, 상기 매립체결부재(115)에 대응되는 위치에는 각각 비틀림 보강 스트럿(1)을 연직하게 관통하는 관통공(10)이 형성되어 있고,
    비틀림 보강 스트럿(1)이 하부플랜지(101)에 놓일 때 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 단부면과 콘크리트 빔(100)의 복부(102)가 서로 마주하게 되는 영역과, 서로 마주하는 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단 하면과 하부플랜지(101)의 상면이 서로 마주하게 되는 영역의 테두리에 실링부재(120)가 배치되어 있으며,
    실링부재(120)가 배치된 상태로 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단이 콘크리트 빔(100)의 하부플랜지(101) 위에 놓여서, 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 단부면과 콘크리트 빔(100)의 복부(102)가 서로 마주하고 비틀림 보강 스트럿(1)의 횡방향 양단 하면과 하부플랜지(101)의 상면이 서로 마주한 상태에서, 결합볼트(116)가 상부로부터 관통공(10)에 연직방향으로 관통 삽입되어 결합볼트(116)의 하단이 매립체결부재(115)와 체결되고, 비틀림 보강 스트럿(1)과 하부플랜지(101)가 서로 마주 접하는 면 사이의 간격과 비틀림 보강 스트럿(1)과 복부(102)가 서로 마주 접하는 면 사이의 간격에는 무수축 모르타르로 이루어진 채움재(150)가 주입되어 채워져 경화되어 비틀림 보강 스트럿(1)과 콘크리트 빔(100)이 조립 결합됨으로써, 콘크리트 빔(100)으로 이루어진 주거더가 종방향으로 바라볼 때 폐합단면의 형상을 가지게 되고, 콘크리트 빔(100) 사이의 횡방향 간격이 비틀림 보강 스트럿(1)의 길이에 의해 일정하게 유지되면서, 비틀림 보강 스트럿(1)에 의해 횡방향으로의 축력만이 콘크리트 빔(100)간에 전달되어, 비틀림 강성이 증가되어 있는 것을 특징으로 하는 교량의 주거더.
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