KR101527752B1 - 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법 - Google Patents

Abstract

제작대를 사용하지 않고 케이싱 콘크리트를 타설함으로써 제작대에 소모되는 공사비를 절감할 수 있는 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법이 개시된다. 이를 위하여 케이싱 콘크리트가 기 타설된 단부용 강재 거더를 배치하는 강재 거더 배치단계와, 상기 연결용 강재 거더에 상기 단부용 강재 거더를 연결하는 강재 거더 연결단계, 및 상기 연결용 강재 거더 및 단부용 강재 거더의 하부 플랜지 일부에 케이싱 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계를 포함하는 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 강재량이 감소된 강재 거더를 사용할 수 있으므로, 시공비용을 절감할 수 있고, 시공기간을 단축 할 수 있다.

Description

프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법{CONSTRUCTION METHOD OF PRESTRESSED COMPOSITE GIRDER BRIDGE}

본 발명은 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제작대를 따로 설치하지 않고 케이싱 콘크리트를 타설함으로써 공기를 획기적으로 단축시키고, 공사비를 절감할 수 있는 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법에 관한 것이다.

종래의 교량 건설은 교량이 설치될 현장에서 대부분의 공사가 이루어졌다. 이러한 공사 방식은 현장의 날씨 및 기타 제반 여건에 따라 교량의 완공시간이 결정되었다. 즉, 현장의 기상상태가 갑작스럽게 나빠지거나 현장에 투입될 인원에 결원이 생기면, 교량의 완공이 그만큼 늦어졌다.

이러한 문제점을 해소하기 위해, 최근에는 교량을 조립식으로 건설하는 경향이 증가되는 추세이다.

상기 조립식 교량은 교량의 각 부분들을 별도의 공장에서 사전제작하고, 사전 제작된 부분들을 현장에서 조립하는 방식으로 건설된다.

한편 조립식 교량에 있어서, 거더는 전문 공장 또는 별도의 실내 공간에서 운반 가능한 길이 단위로 박스 단면 또는 I형 단면을 갖도록 제작된다. 그리고 제작된 거더는 현장으로 운반된 후, 실질적으로 교량의 상판을 지지하는 구조체의 기능을 갖도록 일정 단위로 연결된다.

한편, 프리스트레스트 강합성 거더 시스템은 강재 거더(Steel Girders)의 하부 플랜지에 케이싱 콘크리트(Casing Concrete)를 설치한 구조를 갖는 것으로서, 세계적으로 널리 사용되는 일반적인 교량 형식이다.

이와 같은 종래의 프리스트레스트 강합성 거더 시스템은 강재 거더를 달아 매달기 위한 지지가설 구조물, 철근, 거푸집과 동바리 등의 강판 및 강재, 브레이싱(bracing) 등의 다양한 자재가 소요된다.

예를 들면, 대한민국 등록특허 제10-0541965호에는 강재가 지면으로부터 떨어지도록 상기 강재를 지지하는 지지대와, 케이싱 콘크리트를 타설하기 위하여 상기 강재의 주위에 설치된 거푸집과, 상기 거푸집이 상기 강재에 매달리도록 거푸집을 연결 고정하는 거푸집 지지대와 콘크리트 타설시 횡 방향 변위를 억제하기 위하여 설치된 브레이싱을 포함하는 강합성 거더의 제작장치가 개시되어 있다.

이와 같이, 대부분의 프리스트레스트 강합성 시공방법은 조립된 강형의 하부 플랜지에 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하기 위해서 조립된 강형을 제작대에 설치하는 기술이 적용되고 있었다.

그러나, 이러한 제작대를 사용하면 바람 혹은 미상의 충격에 의해서 강형이 움직이거나 전도될 가능성이 높아 부가적인 여러 장치가 필요하고, 거푸집에 콘크리트를 타설한 이후 적치하는 과정이 필수적으로 필요하므로 크레인 사용횟수가 증가하며, 제작대의 숫자만큼만 강합성 거더를 제작할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 현장 여건 상 다수의 제작대를 마련하기 어려운 경우에는 강합성 거더의 제작에 많은 시간이 요구되는 문제점이 있다.

다른 예를 들면, 대한민국 등록특허 제10-0730018호에는 일정한 크기로 강형을 분절 제작하는 단계와, 상기 분절 제작된 강형의 하부플랜지에, 분절된 강합성형들의 연결시 그 이음부에 이음부 홈을 형성하게 되는 하부플랜지 콘크리트를 결합시키는 단계와, 상기 분절된 강합성형을 고장력볼트로 상호 연결시키는 단계와, 상기 하부플랜지 콘크리트의 이음부 홈에 고강도 콘크리트를 타설하는 단계와, 하부플랜지 콘크리트에 설치된 긴장재를 긴장 및 정착시켜 하부플랜지 콘크리트 및 강형의 하부플랜지에 프리스트레스를 도입하는 단계를 포함하는 프리스트레스트 강합성형 시공방법이 개시되어 있다.

그러나, 부재분할형 프리스트레스트 합성빔은 모든 강재 거더에 케이싱 콘크리트가 미리 타설되어 있기 때문에 과중한 무게로 차량 수송이 어렵고, 수송 과정에서 미리 타설된 케이싱 콘크리트가 파손되는 문제가 있다. 더욱이, 연결용 강재 거더로 케이싱 콘크리트가 기 타설된 강재 거더를 사용하는 경우에는 상기 케이싱 콘크리트에 케이싱 콘크리트의 자중과 연결용 강재 거더에 부여된 자중이 모두 도입되므로, 긴장 시 케이싱 콘크리트에 부여된 자중과 연결용 강재 거더에 부여된 자중에 의한 인장응력을 케이싱 콘크리트가 버텨낸 이후 압축응력이 도입되는 문제가 발생된다.

즉, 이러한 기술은 긴장 시 필요한 강연선의 양을 증가되므로, 시공비가 높아지는 문제가 발생된다.

한편, 종래의 프리스트레스트 강합성 거더의 시공방법으로는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 거푸집을 통해 타설된 콘크리트를 긴장시켜 압축응력을 도입하는 기술이 사용되고 있다.

예를 들면, 도 1과 같이 지면과 접촉된 거푸집(F) 위에 콘크리트(C)를 타설하여 상측에 오목한 홈이 형성되도록 콘크리트 패널을 제작하는 제 1 단계와, 도 2와 같이 그 홈 내부에 I형 강재(S)의 하부 플랜지를 매립하고, 무수축 콘크리트를 타설하여 합성빔을 완성하는 제 2 단계, 및 도 3과 같이 양단부에서 쉬스관(SP) 내에 배치된 PC 강연선을 긴장하여 압축력을 도입함으로써 합성빔에 프리스트레싱을 도입하는 제 3 단계로 구성된 프리스트레스트 강합성 거더의 시공방법이 사용되고 있다.

그러나, 전술한 공법의 경우에도 콘크리트(C), 지면에 접해 있는 거푸집(F), 그리고 지면과의 상호 마찰력이 발생되고, 거푸집(F)의 변형이 생기게 되므로 시공경제성이 좋지 않은 문제점이 있다.

따라서, 종래의 강합성 거더 제작장치가 필요한 분야에서는 강재 거더를 달아매기 위하여 지지대를 설치하거나, 케이싱 콘크리트 타설시 발생될 수 있는 횡 방향 변위를 제어하기 위한 별도의 브레이싱 부재들이 생략되어도 제작할 수 있고, 좀 더 경제적인 설계를 위하여 강재 거더의 중량을 줄일 수 있는 강합성 거더 제작방법과 그 시공방법의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-0541965호(2006.01.10 공고) 대한민국 등록특허 제10-0730018호(2007.06.21 공고) 대한민국 등록특허 제10-0476837호(2005.03.18 공고)

따라서, 본 발명의 목적은 지지대와 브레이싱을 사용하는 제작대 없이 케이싱 콘크리트를 타설할 수 있는 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 제작대가 필요 없이 빠른 시간에 많은 거더를 제작하여 공기를 줄이고 시공비를 감소시키는 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 제공하는데 있다.

아울러, 본 발명의 목적은 이동지점을 설치하여 강합성 거더 중앙의 하부 플랜지에 작용하는 강재 및 케이싱 자중에 따른 하중을 감소시켜 강재량을 절감할 수 있는 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 연결용 강재 거더의 양단부에 제작대의 기능을 제공하는 프리캐스트 케이싱 콘크리트가 기 타설된 단부용 강재 거더를 배치하고, 상기 연결용 강재 거더의 강재량을 절감할 수 있도록 상기 연결용 강재 거더 방향에 위치하며 상기 프리캐스트 케이싱 콘크리트의 일단 하부인 이동지점을 이동 지지대로 지지하며, 상기 이동지점에 대향된 프리캐스트 케이싱 콘크리트의 타단 하부인 단부지점을 단부 지지대로 지지하여 연결용 강재 거더 및 단부용 강재 거더를 동일 선상에 배치하는 강재 거더 배치단계와, 상기 연결용 강재 거더에 상기 단부용 강재 거더를 연결하는 강재 거더 연결단계와, 상기 단부지점에 설치된 단부 지지대를 제거하는 지지대 제거단계, 및 상기 연결용 강재 거더 및 단부용 강재 거더의 하부 플랜지 일부에 케이싱 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계를 포함하는 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 제공한다.

본 발명에 의한 시공방법을 사용하면 단부용 강재 거더에 기 타설된 프리캐스트 케이싱 콘크리트를 받침점으로 이용하므로, 별도의 제작대가 필요 없고 또한 제작대에서 상치장으로 이동하기 위한 크레인의 사용횟수가 획기적으로 감소된다. 그리고 한 번에 여러 개의 강합성 거더를 제작할 수 있게 되어 급속시공이 가능해 공기를 단축시킬 수 있다.

예를 들어 10개의 강형에 케이싱을 타설한다고 가정하면 본 발명은 단순 거치된 10개를 한 번에 타설 할 수 있지만, 기존방법을 이용할 경우 매달기식 제작대가 10조가 있어야만 한 번에 타설이 가능하므로 제작대 설치를 위한 공사비가 크게 상승된다.

또한, 본 발명은 연결용 강재 거더에 케이싱 콘크리트를 타설하는 경우에 이미 연결용 강재 거더에 처짐이 발생되어 있다. 그러므로, 연결용 강재 거더에 타설된 케이싱 콘크리트에는 케이싱 자중과 강재 거더의 자중에 의한 응력이 없는 무응력 상태이기 때문에 긴장 시 곧바로 압축응력이 도입될 수 있다. 결과적으로, 본원발명은 케이싱 콘크리트를 긴장할 때 높은 효율이 얻을 수 있다.

아울러, 본 발명은 프리캐스트 케이싱 콘크리트의 이동지점에 지지대를 배치하고, 연결용 강재 거더에 케이싱 콘크리트를 타설한 후 지지대를 단부지점으로 이동시킨 다음 상기 케이싱 콘크리트를 긴장시키므로, 연결용 강재 거더가 부담하는 하중이 줄어든다.

따라서, 본 발명은 연결용 강재 거더의 케이싱 콘크리트에 무응력이 작용하는 장점을 통해 긴장 시 필요한 강연선의 양을 줄일 수 있고, 이동지점을 사용하므로 연결용 강재 거더의 강재량을 줄일 수 있으므로 시공비용을 절감할 수 있다.

나아가, 본 발명은 매달기식 제작대를 사용하여 강재 거더를 지면으로부터 이격시키는 종래의 공법과 달리 매달기식 제작대를 사용하지 않으므로, 매달기식 제작대의 제작비용을 절감할 수 있고, 제작대에서 적치대로 이동시키는 크레인의 사용횟수가 줄어들며, 작업 공기를 단축시킬 수 있다.

게다가, 본 발명은 케이싱 콘크리트가 미 타설된 연결용 강재 거더를 사용함으로써 수송 상의 문제를 해결할 수 있다. 그리고 고강도 콘크리트로 구성된 케이싱 콘크리트가 기 타설된 단부용 강재 거더를 사용함으로써 강합성 거더교의 양단부에서 공용 중 압축응력이 초과되어 케이싱 콘크리트가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.

도 1 내지 도 3는 종래의 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 나타낸 정면도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단부용 강재 거더를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단부용 강재 거더를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 종래 프리스트레스트 강합성 거더교의 강재 및 케이싱콘크리트 하중에 의해 발생되는 휨모멘트의 형상을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 강재 및 케이싱콘크리트 하중에 의해 발생되는 휨모멘트의 형상을 나타내는 그래프이다.
도 15는 종래 프리스트레스트 강합성 거더교의 하부케이싱 거푸집 하중에 의해 발생되는 휨모멘트의 형상을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 하부케이싱 거푸집 하중에 의해 발생되는 휨모멘트의 형상을 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 의한 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 단부용 강재 거더의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법은 단부용 강재 거더(100)와 연결용 강재 거더(200)를 일 열로 배치하는 강재 거더 배치단계(S100)와, 일 열로 배치된 연결용 강재 거더(200) 및 단부용 강재 거더(100)를 연결하는 강재 거더 연결단계(S200)와, 연결용 강재 거더(200) 및 단부용 강재 거더(100)의 하부 플랜지(114)에 케이싱 콘크리트를 타설하는 콘크리트 타설단계(S300), 및 타설된 케이싱 콘크리트를 긴장재로 긴장시키는 긴장단계(S400)를 포함한다.

이러한 프리스트레스트 강합성 거더교는 교대 또는 교각 위에 가설되어 콘크리트 슬래브를 지지하면서 사하중과 활하중 작용 시 발생하는 인장응력을 긴장에 의한 압축 응력을 통해 상쇄시키는 기능을 하게 된다.

이하, 도면을 참조하여 각 단계별로 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법은 강재 거더 배치단계(S100)를 포함한다.

상기 강재 거더 배치단계(S100)는 강합성 거더교의 시공을 단축하기 위해 단부용 강재 거더(100)와 연결용 강재 거더(200)를 현장으로 반입하여 현장에서 연결용 강재 거더(200)의 양단부에 단부용 강재 거더(100)를 배치하는 단계이다.

이러한 단부용 강재 거더(100)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 강재 I-거더(110)와, 상기 강재 I-거더(110)의 하단부에 합성되는 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)를 포함한다. 이때, 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)는 공장 혹은 현장에서 미리 제작된다.

보다 구체적으로, 상기 강재 I-거더(110)는 상부 플랜지(112), 하부 플랜지(114) 및 이들 플랜지(112, 114)를 연결하는 복부(116, web)로 구성된다. 이때, 수직 방향으로 배치되는 복부(116)의 상부에는 상부 플랜지(112)가 구비되고, 수직 방향으로 배치되는 복부(116)의 하부에는 하부 플랜지(114)가 구비된다. 그리고 상기 상부 플랜지(112)와 하부 플랜지(114)는 서로 수평 상태를 유지하도록 배치된다.

또한, 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)는 강재 I-거더(110)의 하부 플랜지(114)의 일부에 형성되며, 그 내부에는 긴장재를 삽입시킬 수 있도록 쉬스관(122)이 한 개 이상 구비될 수 있다. 이러한 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)는 연결용 강재 거더(200)가 받는 힘을 줄일 수 있도록 받침점의 변화를 부여하는 기능을 제공한다.

한편, 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)가 형성되지 않은 하부 플랜지(114)는 거푸집이 연결될 수 있는 공간을 제공한다.

아울러, 본 단계에서는 단부용 강재 거더(100)의 일단부가 연결용 강재 거더(200)의 양측 말단에 접촉되도록 배치된다.

이러한 단부용 강재 거더(100)는 일반적으로 널리 알려진 공지의 프리플렉스 또는 프리스트레스트 강합성 거더의 제작 방법에 의해 제작될 수 있으므로 이의 제작 방법에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 단계(S100)에서는 연결용 강재 거더(200) 및 단부용 강재 거더(100)를 지면으로부터 이격시키는 과정을 수행할 수 있다. 이를 위해, 연결용 강재 거더(200)의 양단을 중간 지지대(300)로 지지하고, 상기 단부용 강재 거더(100)는 단부지점을 단부 지지대(400)와 이동 지지대(500)로 지지한다. 여기서, 이동지점은 연결용 강재 거더(200)의 방향에 위치한 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)의 일단 하부를 의미하며, 단부지점은 상기 이동지점에 대향된 케이싱 콘크리트(120)의 타단 하부를 의미한다. 다시 말해, 이동지점은 연결용 강재 거더(200)의 인접한 방향에 위치하며, 단부지점은 연결용 강재 거더(200)의 반대 방향에 위치한다.

이때, 중간 지지대(300)와 단부 지지대(400)로는 연결용 강재 거더(200)와 단부용 강재 거더(100)가 동일 선상에 배치될 수 있는 높이의 지지대를 사용하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 본 단계(S100)에서는 먼저 단부지점 및 이동지점에 단부 지지대(400)와 이동 지지대(500)를 배치한다. 이어서 연결용 강재 거더(200)의 양단에 중간 지지대(300)를 배치한다. 그 다음, 크레인을 사용하여 단부 지지대(400) 및 이동 지지대(500)의 상부에 단부용 강재 거더(100)를 안착시킨다. 마지막으로, 중간 지지대(300)의 상부에 연결용 강재 거더(200)를 안착시킨다.

본 발명에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법은 강재 거더 연결단계(S200)를 포함한다.

상기 강재 거더 연결단계(S200)는 연결용 강재 거더(200)에 단부용 강재 거더(100)를 연결시키는 단계로, 연결용 강재 거더(200)의 양측 단부에 단부용 강재 거더(100)의 일측 단부를 연결한다.

보다 구체적으로, 본 단계(S200)에서는 용접 또는 볼팅 방식으로서 연결용 강재 거더(200)의 양측 단부에 단부용 강재 거더(100)의 일측 단부를 연결한다. 이 과정에서 연결용 강재 거더(200)의 상부 플랜지와 단부용 강재 거더(100)의 상부 플랜지(112)가 직접 연결되며, 연결용 강재 거더(200)의 하부 플랜지와 단부용 강재 거더(100)의 하부 플랜지(114)가 직접 연결되어 일체화 된다. 그리고 연결용 강재 거더(200)의 복부와 단부용 강재 거더(100)의 복부(116)도 직접 연결되어 일체화 된다.

이때, 연결용 강재 거더(200)와 단부용 강재 거더(100)는 접촉면을 직접 용접하여 연결시킬 수도 있고, 볼팅과 리벳 방식으로도 연결시킬 수 있다.

본 발명에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법은 콘크리트 타설단계(S300)를 포함한다.

상기 콘크리트 타설단계(S300)는 단부용 강재 거더(100)의 하부 플랜지 일부 및 연결용 강재 거더(200)에 케이싱 콘크리트를 타설하는 단계이다.

본 단계(S300)에서는 연결용 강재 거더(200)의 하부 플랜지와 그 양측 단말에 각각 연결된 단부용 강재 거더(100)의 단부측 하부 플랜지(114)에 철근과 거푸집을 설치하고, 콘크리트를 타설, 양생한다. 이때, 케이싱 콘크리트가 타설되는 단부용 강재 거더(100)의 단부측 하부 플랜지는 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)가 미 설치된 부분이다.

보다 구체적으로, 단부용 강재 거더(100)에서 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)가 타설되지 않은 부분과 연결용 강재 거더(200)에 거푸집을 설치한다. 이때, 거푸집은 각각의 강재 거더(100 ,200)의 상부 플랜지 혹은 복부에 볼트 등을 사용하여 고정한다.

이어서 거푸집의 내측에 철근 및 쉬스관(122, sheath pipe)을 배치한다. 그 다음, 거푸집의 내부로 콘크리트를 타설하고, 콘크리트를 경화시킨 후 거푸집을 제거한다.

한편, 상기 단부용 강재 거더(100)의 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)는 이동 지지대와 단부 지지대의 받침점으로 이용될 수 있다. 다시 말해, 본 발명은 연결용 강재 거더(200) 및 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)가 설치되지 않은 단부용 강재 거더(100)에 콘크리트 타설할 경우, 이동 지지대(500)에 대한 받침점의 변화를 주는 것이 가능하므로, 연결용 강재 거더(200)가 받게 되는 하중을 줄여줄 수 있다.

필요에 따라, 상기 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)는 공장에서 미리 제작하기 때문에, 설계기준강도를 기준으로 일반적으로 현장에서 타설하여 형성하기는 어려운 40 Mpa 이상, 바람직하게는 40 내지 100 Mpa 범위인 고강도 콘크리트를 사용할 수 있는 장점이 있다.

이때, 40 Mpa 미만의 설계기준강도를 가지는 프리캐스트 케이싱 콘크리트를 사용하면 균열이 발생하는 등 내구성이 문제될 수 있다. 그리고 1000 Mpa를 초과한 설계기준강도를 가지는 프리캐스트 케이싱 콘크리트를 사용하면 하한치와 상한치 사이의 설계기준강도를 가지는 프리캐스트 케이싱 콘크리트에 비하여 제작비용이 높아지는 문제가 발생된다.

이러한 고강도 콘크리트는 양생이 어렵고 현장 수급에 문제점이 있어 현장에서는 사용하기 어렵다는 단점이 있으나, 공장에서는 사용 할 수 있다. 또한, 정착 장치의 간격을 줄여, 케이싱 콘크리트의 단면적을 줄여줄 수 있는 장점이 있다. 또한, 이러한 고강도 콘크리트를 사용하면 강합성 거더교의 양단부에서 공용 중 압축응력이 초과되어 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 현장 혹은 공장에서 제작하는 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)로 고강도 콘크리트를 사용할 수 있으므로, 양단부에서 발생될 수 있는 과 압축력을 해결하고, 단부의 단면적을 줄여주어 연결용 강재 거더(200)의 강재량을 더욱 절감하는 효과를 제공할 수 있다.

만약, 연결용 강재 거더(200)를 단부용 강재 거더(100)에 연결하기 전 케이싱 콘크리트가 연결용 강재 거더(200)의 하부 플랜지에 미리 타설되어 있다면, 케이싱 콘크리트에 부여된 자중과 연결용 강재 거더(200)에 부여된 자중이 각각 도입되므로, 긴장 시 케이싱 콘크리트에 부여된 자중과 연결용 강재 거더(200)에 부여된 자중을 케이싱 콘크리트가 버텨낸 이후 압축응력이 도입되는 문제가 발생된다.

그러나, 본 발명은 전술한 바와 같이 연결용 강재 거더(200)가 단부용 강재 거더(100)에 연결되고, 단부용 강재 거더(100)의 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)가 지지대를 통해 지지된 이후에 연결용 강재 거더(200)의 하부 플랜지에 케이싱 콘크리트가 타설된다.

즉, 본 발명은 연결용 강재 거더(200)에 케이싱 콘크리트를 타설하기 이전에 연결용 강재 거더(200)에 처짐이 발생된다. 이에 따라, 연결용 강재 거더(200)에 타설된 케이싱 콘크리트에는 무응력이 발생되기 때문에 긴장 시 곧바로 압축응력이 도입된다.

결과적으로, 본 발명은 케이싱 콘크리트가 미리 타설된 연결용 강재 거더를 사용하는 경우에 비해 우수한 긴장 효율을 얻을 수 있게 된다.

본 발명에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법은 긴장단계(S400)를 포함한다.

상기 긴장단계(S400)는 케이싱 콘크리트를 강연선 등의 긴장재로 긴장시키는 단계로, 쉬스관(122) 내부에 긴장재를 삽입하고 긴장시켜 프리스트레싱(prestressing)을 가한다. 이때, 케이싱 콘크리트는 단부용 강재 거더(100)에 미리 타설된 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)와 케이싱 타설단계(S300)를 통해 타설된 케이싱 콘크리트를 모두 포함한다.

이에 따라, 연결용 강재 거더(200) 및 한 쌍의 단부용 강재 거더(100)로 이루어진 강합성 거더를 완성할 수 있게 된다.

이하, 도면을 참조하여 각 실시예별로 보다 구체적으로 설명한다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 강합성 거더교의 시공방법은 강재 거더 배치단계(S100), 강재 거더 연결단계(S200), 지지대 제거단계(S250), 케이싱 타설단계(S300), 및 긴장단계(S400)을 포함한다.

상기 강재 거더 배치단계(S100)에서는 연결용 강재 거더(200)의 양단부에 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)가 타설된 단부용 강재 거더(100)를 배치한다.

상기 강재 거더 연결단계(S200)에서는 1쌍의 중간 지지대(300)와 1쌍의 단부 지지대(400) 및 1쌍의 이동 지지대(500)를 준비한다. 이때, 단부 지지대(400)와 이동 지지대(500)로는 동일한 지지대를 사용할 수도 있다.

보다 구체적으로, 강재 거더 연결단계(S200)에서는 먼저 한 쌍의 중간 지지대(300)의 상부에 크레인을 사용하여 연결용 강재 거더(200)를 안착시킨다. 이어서, 단부 지지대(400)와 이동 지지대(500)를 연결용 강재 거더(200)의 양 측에 각각 배치한다. 그 다음, 상기 연결용 강재 거더(200)에 단부용 강재 거더(100)가 일 열로 접촉되도록 단부 지지대(400)와 이동 지지대(500)의 상부에 크레인을 사용하여 단부용 강재 거더(100)를 안착시킨다. 마지막으로, 연결용 강재 거더(200)의 양 단부에 단부용 강재 거더(100)를 연결하여 강재 거더 연결체를 생성한다.

상기 지지대 제거단계(S250)에서는 먼저 크레인을 사용하여 강재 거더 연결체를 들어 올린다. 이어서, 이동지점에 설치된 이동 지지대(500)를 제거하는 한편, 중간 지지대(300)도 함께 제거한다. 마지막으로, 단부지점에 설치된 단부 지지대(400)로 강재 거더 연결체를 안착시킨다.

상기 케이싱 타설단계(S300)에서는 먼저, 연결용 강재 거더(200)의 좌측에 배치된 단부용 강재 거더(100)의 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)와, 연결용 강재 거더(200)의 우측에 배치된 단부용 강재 거더(100)의 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120) 사이에 철근, 쉬스관, 거푸집을 설치한다. 그 다음, 연결용 강재 거더(200)의 하부 플랜지와 단부용 강재 거더(100)의 하부 플랜지(114)에 설치된 거푸집에 콘크리트를 타설, 양생한다.

상기 긴장단계(S400)에서는 쉬스관(122) 내부에 강연선 등의 긴장재를 삽입하고, 긴장시켜 프리스트레싱(prestressing)을 가한다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 강합성 거더교의 시공방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 강합성 거더교의 시공방법은 강재 거더 배치단계(S100), 강재 거더 연결단계(S200), 지지대 제거단계(S260), 케이싱 타설단계(S300), 지지대 이동단계(S350), 및 긴장단계(S400)를 포함한다.

상기 강재 거더 배치단계(S100)에서는 연결용 강재 거더(200)의 양단부에 단부용 강재 거더(100)를 배치한다.

상기 강재 거더 연결단계(S200)에서는 1쌍의 중간 지지대(300)와 1쌍의 단부 지지대(400) 및 1쌍의 이동 지지대(500)를 준비한다. 보다 구체적으로, 먼저 한 쌍의 중간 지지대(300)의 상부에 크레인을 사용하여 연결용 강재 거더(200)를 안착시킨다. 이어서, 단부 지지대(400) 및 이동 지지대(500)를 연결용 강재 거더(200)의 양 측에 각각 1개씩 배치한다. 그 다음, 상기 연결용 강재 거더(200)에 단부용 강재 거더(100)가 일 열로 접촉되도록 단부 지지대(400)와 이동 지지대(500)의 상부에 크레인을 사용하여 단부용 강재 거더(100)를 안착시킨다. 마지막으로, 연결용 강재 거더(200)의 양 단부에 단부용 강재 거더(100)를 연결하여 강재 거더 연결체를 생성한다.

상기 지지대 제거단계(S260)에서는 먼저 크레인을 사용하여 강재 거더 연결체를 들어 올린다. 이어서, 단부지점에 설치된 단부 지지대(400)를 제거하는 한편, 중간 지지대(300)도 함께 제거한다. 마지막으로, 이동지점에 설치된 이동 지지대(500)로 강재 거더 연결체를 안착시킨다.

상기 콘크리트 타설단계(S300)에서는 먼저, 연결용 강재 거더(200)의 좌측에 배치된 단부용 강재 거더(100)의 케이싱 콘크리트(120)와, 연결용 강재 거더(200)의 우측에 배치된 단부용 강재 거더(100)의 케이싱 콘크리트(120) 사이에 철근, 쉬스관, 거푸집을 설치한다. 그 다음, 상기 거푸집에 콘크리트를 타설, 양생한다.

상기 지지대 이동단계(S350)에서는 이동지점에 설치된 이동 지지대(500)를 단부지점으로 이동시킨다. 보다 구체적으로, 먼저 크레인을 사용하여 강재 거더 연결체를 들어 올린다. 이어서, 이동지점에 설치된 이동 지지대(500)를 단부지점으로 이동시킨다. 마지막으로, 단부지점에 위치한 이동 지지대(400)에 강재 거더 연결체를 안착시킨다.

상기 긴장단계(S400)에서는 쉬스관(122) 내부에 강연선을 삽입하고, 긴장시켜 프리스트레싱(prestressing)을 가한다.

이러한 제2 실시예는 제1 실시예에 비해 시공과정이 복잡하고 크레인의 사용량이 증가한다는 단점이 있으나, 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이 케이싱 콘크리트 타설 및 거푸집의 하중이 감소됨에 따라 강합성 거더교의 중앙부에 도입되는 휨모멘트가 줄어드는 장점이 있다. 따라서, 제2 실시예는 제1 실시예보다 강재량이 줄어든 연결용 강재 거더를 사용할 수 있게 된다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 강합성 거더교의 시공방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 강합성 거더교의 시공방법은 강재 거더 배치단계(S100), 강재 거더 연결단계(S200), 지지대 제거단계(S260), 케이싱 타설단계(S300), 1차 긴장단계(S330), 지지대 이동단계(S350), 및 2차 긴장단계(S400)를 포함한다.

상기 강재 거더 배치단계(S100)에서는 연결용 강재 거더(200)의 양단부에 단부용 강재 거더(100)를 배치한다. 이때, 케이싱 콘크리트(120)는 이동지점과 단부지점에서 각각 긴장과정을 수행할 수 있도록 1차 및 2차 정착구가 설치된다. 이때, 1차 및 2차 정착구에는 쉬스관이 매설된다.

상기 강재 거더 연결단계(S200)에서는 1쌍의 중간 지지대(300)와 1쌍의 단부 지지대(400) 및 1쌍의 이동 지지대(500)를 준비한다. 보다 구체적으로, 먼저 한 쌍의 중간 지지대(300)의 상부에 크레인을 사용하여 연결용 강재 거더(200)를 안착시킨다. 이어서, 단부 지지대(400)와 이동 지지대(500)를 연결용 강재 거더(200)의 양 측에 각각 1개씩 배치한다. 그 다음, 상기 연결용 강재 거더(200)에 단부용 강재 거더(100)가 일 열로 접촉되도록 단부 지지대(400) 및 이동 지지대(500)의 상부에 크레인을 사용하여 단부용 강재 거더(100)를 안착시킨다. 마지막으로, 연결용 강재 거더(200)의 양 단부에 단부용 강재 거더(100)를 연결하여 강재 거더 연결체를 생성한다.

상기 지지대 제거단계(S260)에서는 먼저 크레인을 사용하여 강재 거더 연결체를 들어 올린다. 이어서, 단부지점에 설치된 단부 지지대(400)를 제거하는 한편, 중간 지지대(300)도 함께 제거한다. 마지막으로, 이동 지점에 설치된 이동 지지대(500)로 강재 거더 연결체를 안착시킨다.

상기 콘크리트 타설단계(S300)에서는 먼저, 좌측에 배치된 단부용 강재 거더(100)의 케이싱 콘크리트(120)와 우측에 배치된 단부용 강재 거더(100)의 케이싱 콘크리트(120) 사이에 철근, 쉬스관, 거푸집을 설치한다. 그 다음, 상기 거푸집에 콘크리트를 타설, 양생한다.

상기 1차 긴장단계(S330)에서는 1차 정착구를 통해 그 말단부가 노출된 쉬스관(122)의 내부에 제 1 강연선 등의 긴장재를 삽입하고, 긴장시켜 현장에서 타설된 케이싱 콘크리트에 프리스트레싱(prestressing)을 가한다.

상기 지지대 이동단계(S350)에서는 이동지점에 설치된 이동 지지대(500)를 단부지점으로 이동시킨다. 보다 구체적으로, 먼저 크레인을 사용하여 강재 거더 연결체를 들어 올린다. 이어서, 이동지점에 설치된 이동 지지대(500)를 단부지점으로 이동시킨다. 마지막으로, 단부지점에 위치한 이동 지지대(500)에 강재 거더 연결체를 안착시킨다.

상기 2차 긴장단계(S400)에서는 단부지점의 2차 정착구를 통해 그 말단부가 노출된 쉬스관(122)의 내부에 제 2 강연선 등의 긴장재를 삽입하고 긴장시켜 공장에서 타설된 케이싱 콘크리트와 현장에서 타설된 케이싱 콘크리트에 프리스트레싱을 가한다.

이와 같이, 비교적 큰 휨응력이 발생하는 강합성 거더교의 중앙부에는 보다 많은 긴장재(제 1 강연선, 제 2 강연선)에 의해 큰 압축응력을 미리 도입하며, 상대적으로 작은 휨응력이 발생하는 강합성 거더교의 양단부에는 보다 작은 긴장재(제 2 강연선)에 의해 작은 압축응력을 미리 도입할 수 있다.

따라서, 본 발명은 정착구가 1차,2차로 나누어 설치되므로 도 5와 같이 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)의 단부 면적을 키우거나 고강도 프리캐스트 콘크리트를 사용할 필요가 없이 강합성 거더교의 중앙부에서 발생되는 최대 인장응력을 상쇄시키는 큰 압축응력을 안정적으로 도입할 수 있고, 단부에서 발생되는 과 긴장력을 제거할 수 있다.

전술한 제1 실시예에서는 b가 0이다. 그리고 제2 실시예와 제3 실시예에서는 왼쪽 이동 지지대(500)와 왼쪽 단부 지지대(400) 사이의 거리와, 오른쪽 이동 지지대(500)에서 오른쪽 단부 지지대(400)의 거리를 각각 b로 한다.

이때, b 값이 증가함에 따라 프리캐스트 케이싱 콘크리트(120)와 현장 타설 케이싱 콘크리트가 만나는 부분에서 인장응력이 허용을 초과하여 사용하지 못하는 경우(b>0.1L, L:지간길이)가 발생될 수 있다. 이때, L은 왼쪽에 위치한 단부용 강재 거더(100)의 왼쪽 단부 끝에서 오른쪽에 위치한 단부용 강재 거더(100)의 오른쪽 단부 끝까지의 길이를 의미한다.

즉, 0≤b<0.1L 인 경우에는 전술한 제1, 2, 3 실시예를 모두 사용할 수 있고, 0.1L<b<0.5L 인 경우에는 전술한 제3 실시예만을 사용할 수 있다.

이러한 제3 실시예에서는 프리캐스트 케이싱 내측에 설치된 정착구를 통한 1차 긴장을 시행하여 이동지점에 설치된 이동 지지대(500)의 이동 시 발생되는 허용인장응력 초과분을 상쇄시킬 수 있는 압축응력을 도입할 수 있으므로, b>0.1L인 경우에도 적용이 가능하다.

또한, 제3 실시예는 단부 지지대(400)를 단부지점으로 이동한 후 프리캐스트 케이싱의 외측 쉬스관(122)을 통해 긴장하는 방법을 적용할 수 있도록 내측 및 외측에 쉬스관(122)이 설치된 케이싱 콘크리트(120)를 프리캐스트로 제작하여 사용하므로, 필요에 의한 긴장을 자유롭게 할 수 있으며, 강선량을 줄여서 공사비도 절감할 수 있다.

다시 말해, 도 11 및 도 12와 같이 콘크리트 타설단계(S300)와 지지대 이동단계(S350) 사이에 단부용 강재 거더의 중간부를 1차 긴장재로 긴장시키는 1차 긴장단계(S330)와, 단부용 강재 거더의 말단부를 2차 긴장재로 긴장시키는 2차 긴장단계(S400)가 포함된 본 발명의 제3 실시예는 b가 지간길이(L)의 1/10 보다 큰 경우에도 제1,2 실시예와 달리 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공이 가능한 장점을 갖는다.

도 13은 종래 강합성 거더교의 강재 및 케이싱에 작용하는 휨모멘트를 나타내는 그래프이며, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 강합성 거더교의 강재 및 케이싱에 작용하는 휨모멘트를 나타내는 그래프이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 종래의 강합성 거더교의 중앙부에 도입된 휨모멘트(M1)와 본 발명의 실시예에 따른 강합성 거더교의 중앙부에 도입된 휨모멘트(M2)의 차이를 알 수 있다.

도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 오른쪽 이동 지지대(500)와 왼쪽 이동 지지대(500) 사이의 거리를 a로, 왼쪽 이동 지지대(500)와 왼쪽 단부 지지대(400) 사이의 거리 및 오른쪽 이동 지지대(500)와 오른쪽 단부 지지대(400) 사이의 거리를 각각 b라고 하면, 종래 강합성 거더교의 중앙부에 작용하는 휨모멘트는 다음과 같은 [수학식 1]이 주어지며, 본 발명에 따른 강합성 거더교의 중앙부에 작용하는 휨모멘트는 다음과 같은 [수학식 2]가 주어진다.

[수학식 1]

[수학식 2]

여기에 종래 강합성 거더교의 중앙부에 작용하는 휨모멘트(M1)에 본 발명의 강합성 거더교의 중앙부에 작용하는 모멘트(M2)를 뺀 값을 계산하여 보면, 다음과 같은 [수학식 3]이 주어진다.

[수학식 3]

상기와 같이, a와 b는 0보다 큰 양수(단, b=0 일 때 M1=M2 임)이므로, 종래 방법이 본 발명보다 중앙부에 작용하는 휨모멘트가 크다는 것을 확인할 수 있다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 종래의 강합성 거더교에 사용된 거푸집과 본 발명의 실시예에 따른 강합성 거더교에 사용된 거푸집의 중앙부에 도입된 휨모멘트를 알 수 있다.

도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 종래 강합성 거더교의 거푸집 중앙부에 작용하는 휨모멘트는 다음과 같은 [수학식 4]가 주어지며, 본 발명에 따른 강합성 거더교에 사용된 거푸집의 중앙부에 작용하는 휨모멘트는 다음과 같은 [수학식 5]가 주어진다.

[수학식 4]

[수학식 5]

여기에 종래 강합성 거더교의 거푸집에 작용하는 휨모멘트(M'1)에 본 발명의 강합성 거더교의 거푸집에 작용하는 휨모멘트(M'2)를 뺀 값을 계산하여 보면 다음과 같은 [수학식 6]이 주어진다.

[수학식 6]

상기와 같이, a와 b는 0보다 큰 양수(단, b=0 일 때 M'1=M'2 임)이므로, 종래 방법이 본 발명보다 거푸집에 작용하는 휨모멘트가 크다는 것을 확인할 수 있다.

따라서, W1에 의한 휨모멘트와 W2에 의한 휨모멘트가 모두 종래 기술보다 본 발명의 강합성 거더교 시공방법에서 줄어드는 효과(b=0 일 경우 제외)가 나타나므로, 본 발명은 종래 기술에 비해 연결용 강재 거더(200)에 사용된 강재량을 줄일 수 있다.

예를 들어 W1 = 1, W2 = 0.2, a = 36, b = 2 일 경우, M1 = 200, M2 = 160, M'1 = 39.6, M'2 = 32.4 이다. 그리고 (M1-M2)+(M′1-M'2) = (200-160)+(39.6-32.4) = 47.2 이다.

이러한 47.2는 M1+M'1=239.6의 20% 정도 되고, 교량 길이 별로 상이할 수 있지만, 기존 기술보다 강재량을 약 10 내지 20% 절감할 수 있다. 40m를 예로 들면 최소 기존 공법이 30ton 정도 필요하지만 본 발명은 4ton 정도 절감된 26ton이면 시공이 가능하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 단부용 강재 거더 110 : 강재 I-거더
112 : 상부 플랜지 114 : 하부 플랜지
116 : 복부 120 : 프리캐스트 케이싱 콘크리트
122 : 쉬스관 200 : 연결용 강재 거더
300 : 중간 지지대 400 : 단부 지지대
500 : 이동 지지대

Claims (4)

1. 연결용 강재 거더의 양단부에 제작대의 기능을 제공하는 프리캐스트 케이싱 콘크리트가 기 타설된 단부용 강재 거더를 배치하고, 상기 연결용 강재 거더의 양단을 중간 지지대로 지지하고, 상기 연결용 강재 거더의 강재량을 절감할 수 있도록 상기 프리캐스트 케이싱 콘크리트의 상기 연결용 강재 거더 방향 측 일단 하부인 이동지점을 이동 지지대로 지지하며, 상기 이동지점에 대향된 프리캐스트 케이싱 콘크리트의 타단 하부인 단부지점을 단부 지지대로 지지하여 연결용 강재 거더 및 단부용 강재 거더를 동일 선상에 배치하는 강재 거더 배치단계;
   상기 연결용 강재 거더에 상기 단부용 강재 거더를 연결하는 강재 거더 연결단계;
   상기 단부지점에 설치된 단부 지지대와 중간 지지대를 제거하는 지지대 제거단계; 및
   상기 연결용 강재 거더 및 단부용 강재 거더의 하부 플랜지 일부에 콘크리트를 타설하는 케이싱 콘크리트 타설단계를 포함하며,
   왼쪽 이동 지지대와 왼쪽 단부 지지대 사이의 거리와, 오른쪽 이동 지지대에서 오른쪽 단부 지지대의 거리가 각각 b이며, 상기 연결용 강재 거더의 왼쪽에 위치한 단부용 강재 거더의 왼쪽 단부 끝에서 상기 연결용 강재 거더의 오른쪽에 위치한 단부용 강재 거더의 오른쪽 단부 끝까지의 길이가 L인 경우, 상기 프리캐스트 케이싱 콘크리트와 현장 타설 케이싱 콘크리트가 만나는 부분에서 인장응력의 허용이 초과되지 않도록 상기 b는 0<b<0.1L의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 케이싱 콘크리트 타설단계 이후에
   상기 이동지점에 설치된 이동 지지대를 단부지점으로 이동시키는 지지대 이동단계; 및
   상기 케이싱 콘크리트를 긴장재로 긴장시키는 긴장단계를 포함하는 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 단부용 강재 거더에 설치된 프리캐스트 케이싱 콘크리트에 1차 및 2차 정착구가 설치되고,
   상기 케이싱 콘크리트 타설단계와 지지대 이동단계 사이에는 단부용 강재 거더의 중간부를 1차 긴장재로 긴장시키는 1차 긴장단계를 더 포함하며,
   상기 긴장단계는 단부용 강재 거더의 말단부를 2차 긴장재로 긴장시키는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 프리캐스트 케이싱 콘크리트는
   설계기준강도가 40 내지 100 Mpa 범위의 고강도 콘크리트로 구성된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더교의 시공방법.

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