KR101583401B1 - 콘크리트 블록과 강재블록으로 구성되며 블록들의 연결부 접합면 상단의 이격거리와 하단의 이격거리 차이를 이용하여 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 연속지간 하이브리드 거더 - Google Patents

콘크리트 블록과 강재블록으로 구성되며 블록들의 연결부 접합면 상단의 이격거리와 하단의 이격거리 차이를 이용하여 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 연속지간 하이브리드 거더 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주로 교량의 상부구조물로 사용되는, 콘크리트 블록과 강재블록으로 구성된 연속지간 하이브리드 거더에 대한 것으로,
거더의 경량화 및 연속화를 통한 장스팬 구조가 가능하면서도 복잡하고 비경제적인 연결방법 때문에 활성화 되지 못했던 하이브리드 빔거더의 연결방법에 효율성을 부가하여 활성화를 추구하고자 하며,
이를 위하여 지점부 부모멘트 구간에는 콘크리트 블록을, 지간부 정모멘트 구간에는 강재블록을 배열하는 연속지간 하이브리드 거더를 구성하되, 거더 조립 시 블록끼리의 접합면 아래부분이 먼저 닿도록한 후 접합면 윗부분이 완전히 닿을 때까지 연결용 긴장재에 긴장력을 도입, 거더를 조립함으로써 거더조립 과정에서 자동적으로 거더에 상향의 솟음변형이 생기는 휨모멘트가 발생하고 이에 따라 거더에 자동적으로 프리스트레스가 도입될 수 있도록 연결방법을 개선하며 콘크리트 블록에 블록연결용 강재조각을 매립하여 제작하는 방식으로 거더의 현장조립을 강재끼리의 연결만으로도 가능하도록 하여,
주로 전단력과 부모멘트에 저항하는 지점부는 콘크리트를 재료로, 주로 정모멘트에 저항하는 지간부는 강재를 재료로 하는 연속지간 하이브리드 빔거더의 경제적인 실용화를 달성함으로써 기존의 빔거더를 대체하는 구조형식으로 적용하거나, 또는 빔거더의 장지간화에 활용하거나 또는 경량구조라는 장점을 통해 하부구조물에 전혀 부담을 주지 않고 노후된 빔거더를 교체시공하는데 적용하는 등 다양한 발명효과를 창출할 수 있다.

Description

콘크리트 블록과 강재블록으로 구성되며 블록들의 연결부 접합면 상단의 이격거리와 하단의 이격거리 차이를 이용하여 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 연속지간 하이브리드 거더 {The continuous hybrid girder consist of concrete block and steel block which is can add prestress by gap difference between top and bottom of connection face of blocks}
본 발명은 주로 교량의 상부구조물로 사용되는, 콘크리트 블록과 강재블록으로 구성된 하이브리드 거더에 대한 것으로 더욱 구체적으로는 콘크리트 블록들이 한쪽 또는 양쪽으로 내민보 형태로 교대, 교각위에 얹혀지거나 또는 교대, 교각과 일체이면서 한쪽 또는 양쪽으로 내민보 형태로 돌출되거나 또는 이들이 혼용된 형태로 배치되고 이들을 연결하는 지간 중앙의 블록을 강재블록으로 구성하며, 블록과 블록 사이의 연결부 접합면들 중 적어도 하나 이상의 접합면의 접합면 상단과 하단 사이의 이격거리에 차이를 두어 이의 역할로 인하여 블록들을 연결 및 체결하여 거더를 시공함에 따라 거더에 프리스트레스력이 자동적으로 도입될 수 있도록한 연속지간 하이브리드 거더에 관한 것이다.
도로를 건설하다보면 강, 바다, 계곡, 기존도로 등의 장애물을 횡단해야 하는 경우가 발생되는데 이때 주로 적용되는 구조물로 교량이 있다.
교량은 하부구조물과 상부구조물로 나누어지며 하부구조물에는 교대 및 교각이 있고 상부구조물은 이들 하부구조물 사이를 수평으로 연결하는 거더의 형태를 갖게 되는데 이 거더의 재질 및 형상에 따라 교량형식을 분류하게 된다.
도로교, 철도교, 인도교를 막론하고 교량의 상부구조물인 거더의 재질 및 형상에 따라 교량형식을 분류하면 강합성형교(스틸박스거더교), 소수주형교, 트러스교, 프리스트레스드 콘크리트 박스거더교, 빔거더교 등으로 분류할 수 있는데 이 중 빔거더교는 빔의 구성형태에 따라 다시 PSC빔, 프리플렉스거더, PCT거더, IPC거더, DR거더, SCP거더 등으로 더 상세하게 나눌 수 있으며 이들은 대부분 프리캐스트 빔 거더로 제작되어 가설되고 있다.
본 발명은 교량에 관한 것이며 이 중에서도 상부구조물, 상부구조물 중에서도 빔거더교에 관한 것이다.
빔거더교는 도1a, 도1b, 도1c, 도1d에 예시된 것과 같이 이름 그대로 하나의 길다란 빔 형태로 만들어진 구조체 여러 개를 하부구조물 사이에 나란히 거치하고 거치된 여러 개의 빔을 통째로 덮어씌우는 바닥판을 시공하여 상부구조물을 구성하는 형태의 교량형식을 통칭하는 것이며 초창기에는 주로 PSC 빔 거더와 플레이트 거더가 사용되었고 장지간의 빔거더가 필요한 경우에 한하여 프리플렉스 거더가 제한적으로 사용되었으나 최근에는 다양한 형태의 빔거더가 개발됨에 따라 IPC거더, DR거더, PCT거더 등 빔거더 고유의 이름을 교량형식명으로 하는 경우가 많이 생겼다.
하지만 종래의 빔거더들은 주로 순수한 콘크리트 또는 강재만을 재료로 제작되어 왔으며 이들을 혼용한다 하더라도 강재거더의 외부를 콘크리트로 감싸거나, 강재거더 내부에 콘크리트를 채우거나, 상부 및 하부데크를 콘크리트로 하고 이들을 연결하는 벽체로 강판, 주름강판 혹은 강관트러스를 사용하는 방식으로 제작되어 왔다.
만약 빔거더의 소재를 주로 지압력 및 전단력에 대한 저항력이 더 필요한 지점부에서는 콘크리트를 사용하고 모멘트에 대한 저항력이 더 필요한 지간 중앙부에서는 강재를 사용한다면 위치별 지배하중에 가장 잘 저항하는 구조체를 구성할 수 있을 뿐만 아니라 순수한 콘크리트 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 자중을 줄일 수 있으며 순수한 강재 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 경제적인 거더를 제작할 수 있다.
특히 내부지점부의 콘크리트 블록을 교각 위에 설치할 때 교각 양쪽으로 내민보 형태로 설치하여 강재블록과의 연결로 거더가 완성되었을 때 구조적으로 연속된 거더가 되도록 한다면 최외측 경간을 제외한 내부경간의 정모멘트가 급격하게 줄어들게 되므로 상대적으로 고가의 재료인 강재의 물량을 줄일 수 있어 단경간 거더를 사용할 때 보다 경제적인 거더구성을 할 수 있다.
물론 지점부 콘크리트 블록에 작용되는 부모멘트가 커지기는 하지만 콘크리트는 강재보다 저렴한 재료이므로 규격을 증대시켜 물량이 늘어나도 크게 부담이 없으며 프리스트레스 등을 통해 경제성을 유지하면서도 보강하는 방법이 수월하기 때문에 문제가 되지 않는다.
또한 최외측 경간의 경우 교좌장치가 설치되는 단부를 제외하고 나머지는 모두 강재블록으로 구성한다면 자중을 줄일 수 있어 발생되는 정모멘트를 최소화 할 수 있다.
이러한 방식의 하이브리드 빔거더를 구성하려면 콘크리트 블록과 강재블록을 서로 연결하여 하나의 빔거더로 만들어야 하는데 문제는 이들을 연결하여 하나의 일체구조로 만드는 일이 쉽지 않아 많은 비용과 노력이 필요하다는 것이며 따라서 적지 않은 노력과 비용이 투입된 것에 비해 확보할 수 있는 빔의 내하력이 그다지 크지 않아 투입비용에 비해 효율성이 떨어지는 단점을 내포하고 있어 지금까지는 FCM 방식으로 가설되는 PSC 박스거더 교량이나 엑스트라도우즈드 교량 등에 적용된 적은 있으나 빔 형태의 빔거더에 적용된 적은 거의 없었다.
이는 교량의 상부구조물이 하나의 박스거더 형태로 구성되는 FCM 방식의 PSC 박스거더 교량이나 엑스트라도우즈드 교량의 경우 거더의 양측 지점부는 콘크리트를 재료로, 지간 중앙부는 강재를 재료로 하는 하이브리드 거더를 적용하여도 지간이 길고 폭원에 비해 콘크리트와 강재간의 연결개소가 적어 연결에 적지 않은 비용을 투입한다 하더라도 이질 재료간의 연결비용이 전체 교량가설비에서 차지하는 비중이 상대적으로 적으나 빔거더 교량에 상기와 같은 하이브리드 방식을 적용할 경우 공법의 특징상 지간이 짧고 폭원에 비해 많은 빔개수로 인하여 연결개소가 많아지며 따라서 이질 재료간의 연결비용이 전체 교량가설비에서 차지하는 비중이 커지게 되기 때문이었다.
일반적으로 거더의 지점부는 주로 지압력 및 전단력에 대한 저항력이 더 필요하고 거더의 지간 중앙부는 모멘트에 대한 저항력이 더 필요한데 만약 거더의 소재를 지점부에서는 콘크리트, 지간 중앙부에서는 강재를 사용한다면 상기의 위치별 지배하중에 가장 잘 저항하는 재료구성이 될 수 있을 뿐만 아니라 순수한 콘크리트 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 자중을 줄일 수 있으며 순수한 강재 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 경제적인 거더를 제작할 수 있다.
하지만 지점부에는 콘크리트, 지간 중앙부에는 강재를 소재로 사용한 블록들을 제작하고 이들을 단순히 연결하는 방식으로만 하이브리드 빔 거더를 제작한다면 이질 재료간의 거동특성 차이를 극복하기 어려워 블록들의 제작과 이들의 연결을 위해 투입되는 비용에 비해 효율성이 떨어지는 비경제적인 제품이 제작될 수밖에 없을 뿐만아니라 가설현장에서 콘크리트 블록과 강재블록을 서로 연결하는 공정을 필수적으로 수행해야 하는데 이 공정이 복잡하고 비용이 많이 들어 현장연결 부위가 많아질 수밖에 없는 빔거더에 적용하기에는 적합하지 않기 때문에 그 실효성에 문제가 있을 수 있다.
따라서 본 발명은 각 블록들의 연결부 접합면들 중에서 적어도 하나 이상의 접합면의 아랫부분 이격거리와 윗부분 이격거리에 차이를 두는 형태로 상기 각 블록들을 연결하는 방법을 기존의 방식과 차별화 함으로써 이질 재료간의 거동특성 차이를 최소로 만듦과 동시에 거더를 연결, 조립하는 과정 중에 자동적으로 거더에 프리스트레스력이 도입될 수 있도록 하여, 거더의 내하력 향상과 제품의 효율성을 동시에 확보할 수 있는, 진보된 시스템을 보유한 경제성과 실용성이 개선된 하이브리드 빔 거더를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 콘크리트 블록을 제작할 때 미리 강재블록과의 연결을 위한 강재조각을 매립시켜 제작함으로써 거더 가설 현장에서는 강재끼리의 볼트연결 또는 용접연결만으로 하이브리드 거더의 조립이 완성되도록 하여 이질 재료로 제작된 블록간의 현장 연결의 어려움을 극복, 거더의 내하력 향상과 제품의 효율성을 동시에 확보할 수 있는, 진보된 시스템을 보유한 경제성과 시공성이 개선된 다경간 연속 하이브리드거더를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
한편 종래의 빔 거더들은 대부분 단순경간 거더로 제작되어 거치된 후 부분적인 연속화를 통해 연속교화 되는 형태로 사용되어 왔는데 이는 최외측 경간의 정모멘트가 상대적으로 매우 크게 나타나는 연속거더의 특성에 적합하지 않는 형식일 뿐만 아니라 지점부에 집중되는 큰 부모멘트에 의해 하자가 발생하는 경우가 많은 형식이었다.
따라서 본 발명은 연속거더의 최외측 지점부에는 주로 강재블록을 사용하거나 또는 콘크리트 블록을 사용한다 하더라도 해당 콘크리트 블록 크기를 최소화 하여 최외측 경간 대부분이 강재블록이 되도록 하는 방식을 통해 자중을 줄여 발생하는 정모멘트를 최소화 하고, 최외측 경간에 배치된 블록들의 접합방식으로 블록들의 접합면 아랫부분 이격거리와 윗부분 이격거리에 차이를 두어 블록들을 접합하는 과정을 통해 자동적으로 거더에 상향의 변위를 발생시키는 프리플렉션이 발생하고 이에 의해 프리스트레스가 도입되는 접합방식을 적용함으로써 연속거더의 내력 특성에 가장 잘 부합되는 다경간 연속 하이브리드거더를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더에 있어서, 내부지점(3)부 부멘트 구간 및 단부지점부(3a)에는 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 구비하고 지간부 정모멘트 구간에는 강재블록(1,1c,1d)을 구비한 후 이들을 서로 연결하여 연속지간의 거더를 구성하되; 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)이 서로 연결되는 연결부 접합면(30,31)은 접합면들 중에서 적어도 하나 이상의 접합면이 접합면 하단부(31)의 이격거리가 접합면 상단부(30)의 이격거리보다 더 가깝게 되어 있어; 블록들을 조립하기 위해 나열하였을 때 더 가까운 접합면 하단부(31)가 서로 먼저 닿아서 접촉되고 접합면 상단부(30)는 접합면이 접촉되지 않고 떨어져 있게 됨에 따라; 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)을 연결 및 체결하는 거더 조립과정 중에 접촉되지 않고 떨어져 있는 접합면 상단부(30)의 이격거리가 좁아지거나 폐합되면서 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기의 과제해결 수단에 있어서, 상기 강재블록(1,1c,1d)과 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)의 접합면(30,31)의 강재블록(1,1c,1d)과 콘크리트 블록(2,2a,2b) 사이에 간극 채움재인 끼움쇠(20,21)(Shim)가 접합면 상단부(30) 또는 접합면 하단부(31) 또는 접합면 상단부(30)와 하단부(31) 양쪽 모두에 적어도 하나 이상 추가로 구비되고; 상기 끼움쇠(20,21)는 하나로 구성되거나 또는 여러 개를 적층으로 쌓아서 구성하는 것 중 어느 하나의 형태로 구성되며; 상기 끼움쇠(20,21)를 포함한 접합면 선단부 끝부분은 접합면 선단부 끝부분들 중에서 적어도 하나 이상의 선단부 끝부분이 접합면 하단부(31)의 이격거리가 접합면 상단부(30)의 이격거리보다 더 가깝게 되어 있어; 상기 강재블록(1,1c,1d)과 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 조립하기 위해 나열하였을 때 더 가까운 접합면 하단부(31)가 서로 먼저 닿아서 접촉되고 접합면 상단부(30)는 접합면이 접촉되지 않고 떨어져 있게 됨에 따라; 상기 강재블록(1,1c,1d)과 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 연결 및 체결하는 거더 조립과정 중에 접촉되지 않고 떨어져 있는 접합면 상단부 접합면(30)의 이격거리가 좁아지거나 폐합되면서 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기의 두가지 과제해결 수단에 있어서, 내부 지점(3)부 부모멘트 구간에 구비되는 블록이 강재블록이거나 또는 단부지점부에 구비되는 블록이 강재블록이거나 또는 이들 모두가 강재블록인 것을 특징으로 하는 연속지간 거더를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기의 첫 번째 과제해결 수단에 있어서, 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)들 중에서 적어도 하나 이상의 콘크리트 블록(2,2a,2b)이 프리스트레스드 콘크리트 블록으로 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기의 첫 번째 과제해결 수단에 있어서, 상기 강재블록(1,1c,1d)들 중에서 적어도 하나 이상의 강재블록(1,1c,1d)이 적어도 두 개 이상의 강재블록(1a,1b)의 조합으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기의 첫 번째 과제해결 수단에 있어서, 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)들 중에서 적어도 하나 이상의 콘크리트 블록(2a,2b)이 양 끝단부 중 어느 한 쪽 또는 양쪽 끝단부 모두에 매립된 강재조각(500)을 추가로 구비하고 있으며; 상기 강재조각(500)은 일부분이 콘크리트 블록(2a,2b) 바깥으로 돌출된 상태로 콘크리트 블록(2a,2b) 속에 매립되어 있어; 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)의 연결이 강재조각(500)과 강재블록(1c,1d) 사이의 연결이 될 수 있도록 하여; 강재끼리의 연결만으로도 블록들을 연결할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 바로 위의 과제해결 수단에 있어서, 상기 강재조각(500)이 콘크리트 블록(2a,2b)과 일체거동을 하게 하기 위하여 연결보조재로 정착판(510) 또는 정착판(510)과 정착판(510)에 부착되는 스터드(101) 또는 강재조각(500)에 직접 부착되는 스터드(100) 또는 강재조각에 직접 부착되는 천공홀이 가공된 강판(110) 또는 정착판(510)과 정착판(510)에 부착되는 천공홀(532)이 가공된 강판(530) 또는 정착판(510)과 정착판(510)에 부착되는 스터드(102)가 부착된 강판(531) 또는 정착판(510)과 이에 정착되는 긴장재 및 정착장치 또는 이들이 혼용되어 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더 교량을 시공하는 시공방법으로서, 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 현장에서 교각 또는 교대를 시공할 때 교각 또는 교대와 일체로 같이 제작하거나 또는 현장에서 별도의 블록으로 제작하거나 또는 공장에서 별도의 블록으로 제작하는 단계; 강재블록(1,1c,1d)을 현장에서 별도의 블록으로 제작하거나 또는 공장에서 별도의 블록으로 제작하는 단계; 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 별도로 제작하는 경우 별도로 제작된 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 교각 또는 교대 위에 설치하는 단계; 별도로 제작된 강재블록(1,1c,1d)을 교각 또는 교대와 일체로 제작되어 구비되었거나 또는 별도로 제작되어 교각 또는 교대 위에 설치된 콘크리트 블록(2,2a,2b)과의 연결 및 체결을 위하여 나열하되 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)의 연결부 접합면(30,31)은 접합면들 중에서 적어도 하나 이상의 접합면이 접합면 하단부(31)의 이격거리가 접합면 상단부(30)의 이격거리 보다 더 가깝게 되도록 하여 접합면 하단부(31)는 서로 먼저 닿아서 접촉되고 접합면 상단부(30)는 접합면이 접촉되지 않고 떨어져 있도록 하는 단계; 접촉되지 않고 떨어져 있는 접합면 상단부의 접합면(30)이 간격이 좁아지거나 폐합되면서 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 상기 강재블록(1,1c,1d)과 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 연결, 체결 및 조립하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 연속지간 하이브리드 거더 교량의 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 바로 위의 과제해결 수단에 있어서, 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 상기 강재블록(1,1c,1d)의 접합면의 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d) 사이에 끼움쇠(20,21)(Shim)를 삽입하되 끼움쇠(20,21)(Shim)를 포함한 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)의 연결부 접합면(30,31)은 접합면들 중에서 적어도 하나 이상의 접합면이 접합면 하단부(31)의 이격거리가 접합면 상단부(30)의 이격거리 보다 더 가깝게 되도록 하여 접합면 하단부(31)는 서로 먼저 닿아서 접촉되고 접합면 상단부(30)는 접합면이 접촉되지 않고 떨어져 있도록 하는 단계를 더 갖는 것을 특징으로 하는 연속지간 하이브리드 거더 교량의 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더에 있어서 블록사이의 연결이 강재끼리의 연결이 될 수 있도록 하기 위해 구비되는 강재조각(500)이 매립된 콘크리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)을 연결하는 과정을 통해 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 블록 연결방법으로서, 강재조각(500)이 매립된 콘크리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)을 각각 제작하는 단계; 상기 콘크리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)을 조립하기 위해 나열하되 연결부 접합면의 하단부(33) 이격거리가 상단부(32)의 이격거리 보다 더 좁도록 나열하는 단계; 접합면의 하단부(33)에는 이격된 이격거리에 알맞는 끼움쇠(Shim)(560)를 끼우고 접합면의 상단부(32)에는 이격된 이격거리를 줄이기 위한 힘을 도입하는데 사용할 긴장시스템(570,571,572) 또는 힘도입 장치를 구비하는 단계; 접합면 상단부(32)에 구비된 긴장시스템(570,571,572) 또는 힘도입 장치를 이용하여 접합면 상단부(32)의 이격거리를 좁히면서 거더에 프리스트레스를 도입하는 단계; 상기의 프리스트레스력이 도입된 상태에서 볼트연결 또는 용접연결 방법을 이용하여 콘크리트 블록(2a,2b)에 매립되어 있는 강재조각(500)과 강재블록(1c,1d)을 연결하는 단계; 접합면 상단부(32)에 설치된 긴장시스템(570,571,572) 또는 힘도입 장치를 제거하는 단계; 접합면 하단부(33)에 인입된 끼움쇠(560)을 제거하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 블록사이의 연결이 강재끼리의 연결이 될 수 있도록 하기 위해 구비되는 강재조각(500)이 매립된 콘트리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)을 연결하면서 그 연결과정을 통해 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 블록 연결방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더에 있어서 블록들을 조립하는 과정을 통하여 거더에 프리스트레스를 도입하는 방법의 하나로, 접합면 상단부(30)를 임시연결재로 묶어 블록들이 서로 밀리지 않도록 고정한 후 접합면 하단부(31)에 기구(40)를 장착하여 접합면 하단부(31)를 필요한 만큼 밀어냄으로써; 접합면 하단부(31)의 간격이 벌어짐에 따라 거더에 솟음 변형 형태의 프리플렉션이 발생하면서 프리스트레스가 도입되도록 한 후; 접합면(30,31)의 블록(2)과 블록(1) 사이의 벌어진 간격을 끼움쇠(20)로 채워 고정함으로써; 블록들을 연결하여 거더를 조립하는 과정 중에 거더에 프리스트레스가 도입되도록 하는 거더의 프리스트레스 도입방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더에 있어서, 내부지점(3)부 부멘트 구간 및 단부지점부(3a)에는 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 구비하고 지간부 정모멘트 구간에는 강재블록(1,1c,1d)을 구비한 후 이들을 서로 연결하여 연속지간의 거더를 구성하되; 상기 강재블록(1,1c,1d)들 중에서 적어도 하나 이상의 강재블록의 구성이 적어도 두 개 이상의 강재블록(1a,1b)으로 되어 있어 적어도 한 개 이상의 강재블록(1a,1b)끼리의 접합면이 존재하며; 상기 강재블록(1a,1b)끼리의 접합면들 중에서 적어도 한 개 이상의 접합면이 접합면 하단부(31)의 이격거리가 접합면 상단부(30)의 이격거리보다 더 가깝게 되어 있어; 블록들을 조립하기 위해 나열하였을 때 더 가까운 접합면 하단부(31)가 서로 먼저 닿아서 접촉되고 접합면 상단부는 접합면(30)이 접촉되지 않고 떨어져 있게 됨에 따라; 상기 강재블록(1a,1b)들을 연결 및 체결하는 거더 조립과정 중에 접촉되지 않고 떨어져 있는 접합면 상단부 접합면(30)의 이격거리가 좁아지거나 폐합되면서 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더를 제공한다.
또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더에 프리스트레스를 도입하는 방법으로서, 내부지점(3)부 부멘트 구간 및 단부지점부(3a)에는 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 구비하고 지간부 정모멘트 구간에는 강재블록(1,1c,1d)을 구비한 후 이들을 서로 연결하여 연속지간의 거더를 구성하되; 상기 강재블록(1,1c,1d)들 중에서 적어도 하나 이상의 강재블록의 구성이 적어도 두 개 이상의 강재블록(1a,1b)으로 되어있어 적어도 한 개 이상의 강재블록(1a,1b)끼리의 접합면이 존재하도록 하고; 상기 강재블록(1a,1b)끼리의 접합면 중 적어도 한 개 이상의 접합면을 접합면 상단부(30)를 임시연결재로 묶어 블록들이 서로 밀리지 않도록 고정한 후 접합면 하단부(31)에 기구(40)를 장착하여 접합면 하단부(31)를 필요한 만큼 밀어냄으로써; 접합면 하단부(31)의 간격이 벌어짐에 따라 거더에 솟음 변형 형태의 프리플렉션이 발생하면서 프리스트레스가 도입되도록 한 후; 접합면의 강재블록(1a,1b)들 사이의 벌어진 간격을 끼움쇠(20)로 채워 고정함으로써; 블록들을 연결하여 하이브리드 거더를 조립하는 과정 중에 거더에 프리스트레스가 도입되도록 하는 하이브리드 거더의 프리스트레스 도입방법을 제공한다.
일반적으로 가장 많이 사용되는 빔거더는 PSC 빔거더인데, 재래식 PSC 빔거더는 중량이 무겁고 효율성이 떨어져 30m 이하의 지간에 주로 적용되어 왔으며 반드시 현장에서 제작해야 하는 등 적용에 한계가 있었다.
따라서 빔거더를 개량하기 위한 여러 가지 시도들이 있었는데, 이들 또한 주로 순수한 콘크리트 또는 강재만을 재료로 하였으며 이들을 혼용한다 하더라도 강재거더의 외부를 콘크리트로 감싸거나, 강재거더 내부에 콘크리트를 채우거나, 상부 및 하부데크를 콘크리트로 하고 이들을 연결하는 벽체로 강판, 주름강판 혹은 강관트러스를 사용하는 방식이었으며 주로 현장에서 제작하는 방식을 채택하고 있었다.
이러한 방식의 거더들은 태생적으로 지간의 증대에 한계점이 있으며 긴 지간에 적용될 수 있는 거더인 경우는 그 구성과 제작, 가설과정이 복잡하여 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있었다.
하지만 주로 지압력 및 전단력에 대한 저항력이 필요한 거더의 지점부는 콘크리트를 소재로, 주로 휨모멘트에 대한 저항력이 필요한 지간 중앙부는 강재를 소재로 사용하는 거더를 구성한다면 위치별 지배하중에 가장 잘 저항하는 재료구성이 될 수 있을 뿐만 아니라 순수한 콘크리트 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 획기적으로 자중을 줄일 수 있으며 순수한 강재 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 경제적인 거더를 제작할 수 있다.
그러나 지점부는 콘크리트를 재료로하고 지간 중앙부는 강재를 재료로 하는 거더라 할지라도 이들을 연결하여 하나의 구조체로 만드는 과정이 복잡하여 시간과 비용이 많이 소요된다면 상기에 언급된 개량된 빔거더와 같이 지간의 증대와 경제성 확보라는 두 가지 과제를 모두 만족할 수 없을 것이다.
따라서 본 발명은 콘크리트 블록과 강재블록의 연결부 접합면들 중에서 적어도 하나 이상의 접합면을 접합면 하단부 이격거리보다 상단부 이격거리가 더 넓은 형태로 만들고, 이를 이용하여 거더를 조립하는 과정에서 자동적으로 거더에 상향의 솟음을 일으키는 휨모멘트를 발생시키는 프리스트레스가 도입되게 함으로써 거더의 내하력 향상과 효율성의 증대를 동시에 실현하여 빔거더의 경제적인 장지간화가 가능하도록 고안 하였다.
상기의 프리스트레스 도입이 가능한 블록연결 방식을 다경간 연속지간의 거더에 적용하면서 상대적으로 정모멘트가 과대하게 발생하는 연속거더의 최외측 경간에 적용한다면 구조적으로 매우 효율적인 최적의 보강효과를 얻을 수 있을 것이다.
이렇게 본 발명이 제공하는 하이브리드 거더를 사용할 경우 콘크리트 블록과 강재블록의 연결을 위해 투입되는 노력과 비용이 단순히 이질 재료를 결합하는 것에 그치는 것이 아니라 거더의 내하력 증대에도 기여될 수 있기 때문에 이때까지 거더의 지간 중앙부 자중을 감소시킬 수 있어 거더의 장지간화가 가능한 합리적인 방법이었음에도 불구하고 경제성, 효율성 문제로 널리 사용되지 못했던 지점부는 콘크리트, 지간중앙부는 강재를 재료로 사용한 하이브리드 빔 거더의 활성화를 추구할 수 있다.
또한 본 발명은 콘크리트 블록을 제작할 때 강재블록과의 볼트 연결 또는 용접연결을 위한 강재조각을 미리 매립해둠으로써 가설현장에서는 강재끼리의 볼트연결 또는 용접연결만으로 거더의 조립이 완성되도록 하여 우수한 시공성을 확보할 수 있는 기술도 고안하였으며, 거더의 구성을 다경간 연속 하이브리드 거더로 계획함으로써 단순경간에 비해 발생되는 정모멘트가 대폭 줄어들게 하여 강재블록에 사용되는 강재량을 최소화 하였고 부모멘트에 의해 지점부에 하자가 발생하는 것 또한 방지하였을 뿐만 아니라 최외측경간에 배치되는 블록 대부분을 강재블록으로 배치하여 자중을 줄임으로써 연속거더의 구조적 난제인 최외측 경간에 발생하는 과다한 정모멘트를 최소화 할 수 있도록 하였다.
이러한 본 발명이 제공하는 하이브리드 거더를 사용할 경우 콘크리트 블록과 강재블록의 현장연결을 위해 투입되는 노력과 비용이 절감될 뿐만 아니라 현장 연결부 접합면의 이격거리 차이를 이용하여 조립과정에서 자동적으로 거더에 프리스트레스를 도입할 수도 있어 거더의 내하력 증대에도 기여될 수 있음은 물론 위치별 지배하중에 가장 적합한 재료와 접합방법을 사용함으로써 다경간 연속거더의 구조적인 효율성을 최대한 활용할 수 있어 이때까지 거더의 지간 중앙부 자중을 감소시킬 수 있어서 거더의 장지간화가 가능한 합리적인 방법이었음에도 불구하고 경제성, 효율성 문제로 널리 사용되지 못했던 지점부는 콘크리트, 지간중앙부는 강재를 재료로 사용한 하이브리드 빔 거더의 활성화를 추구할 수 있을 뿐만 아니라 다경간 연속 빔거더의 활성화도 추구할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 거더는 기존에 널리 사용되고 있는 PSC 빔 거더와 유사한 적용범위에서도 높은 효율성을 갖고 있으며 이에 더하여 길이와 중량 때문에 반드시 현장에서 제작해야 하는 기존의 PSC 빔 거더와는 다르게 거더를 구성하는 각 블록을 일반 트레일러로도 운반할 수 있어 제작공장에서 규격품으로 대량 생산한 후 현장으로 운반, 간단한 조립과정만을 거쳐 가설을 완료하는 것도 가능하다.
이렇게 공장에서의 대량생산이 가능하다는 것에는 많은 장점들이 내포되어 있는데, 블록생산의 품질관리가 매우 용이하다는 것, 초고강도 콘크리트를 적용할 수 있다는 것, 하부구조물의 시공과 상부구조물인 거더의 제작을 동시에 진행할 수 있어 공기를 획기적으로 단축할 수 있다는 것, 끼움쇠를 이용하여 약간의 시공오차는 충분히 조정할 수 있으므로 거더 적용지간 별로 일정한 수량의 여유분을 미리 생산하여 보관함으로써 유사시에 지체없이 상부구조물을 철거 및 재가설 할 수 있다는 것, 그리고 제작공장의 고정설비에서 대량생산 함에 따른 경제성 확보도 가능하다는 것 등이 대표적인 것이다.
또한 본 발명의 하이브리드 거더를 사용할 경우 기존의 PSC 빔 거더와 동일한 규격과 기능을 갖는 거더를 훨씬 가벼운 중량으로 만들수 있기 때문에 천재지변에 의해 기존 PSC 빔 거더교량의 상부구조물에 손상이 발생했을 때 또는 노후된 기존의 PSC 빔 거더교량의 상부구조물을 재가설할 때 또는 기타 여러가지 사유로 기존의 PSC 빔 거더교량의 상부구조물을 재가설해야 할 때 하부구조물에 전혀 부담을 주지 않고 본 발명의 조립식 하이브리드 거더로 교체시공 할 수 있으며 더 나아가 거더를 구성하는 블록들을 미리 만들어 둘 경우 보다 신속하게 교체시공을 수행할 수 있다.
또한 현장에서의 작업을 최소화 및 신속화 할 수 있어 공사용 부지사용이 절감되고 친환경적인 시공이 가능할 뿐만 아니라 제작공장에서의 대량생산으로 경제성 확보까지 가능하기 때문에 추 후 신규교량의 가설에 있어서도 지금까지 많이 사용되었던 PSC 빔 거더에 대한 대안으로의 적용이 기대된다.
본 발명의 하이브리드 거더는 장스팬 구조에도 유리하므로 거더의 장지간화가 가능한데, 거더의 길이가 길어져 상기 방식의 프리스트레스 도입으로는 부족할 경우 별도의 프리스트레스 도입용 긴장재가 추가로 필요한 경우도 있겠지만, 그런 경우라 하더라도 거더 조립을 목적으로 도입한 긴장력이 이질 재료간의 거동일체화 뿐만 아니라 거더의 내하력 증강에도 충분히 기여할 수 있어 추가 긴장재의 투입량을 현격히 절감할 수 있으므로 하이브리드 빔 거더의 효율성과 경제성을 증진, 지점부는 콘크리트를 재료하고 지간 중앙부는 강재를 재료로한 하이브리드 거더의 실용화를 실현시킬 수 있으며, 상기와 같이 별도의 프리스트레스를 병행하는 경우 빔거더의 경제적인 장기간화도 가능하여 현재까지 다양하게 제시되고 있으나 그 구조의 복잡성으로 인하여 경제성 확보가 곤란하였던 장지간 빔거더들에 대한 경제적이고 효율적인 대안으로 사용될 수 있다.
본 발명에서 설명되고 도면에 도시된, 본 발명에 대한 내용과 일 실시예가 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
도1a은 본 발명의 하이브리드 거더들이 교각 위에 거치되어 있는 단계에 대한 연속지간 하이브리드 거더교의 일반적인 개념도이다.
도1b은 본 발명의 하이브리드 거더의 콘크리트 블록들이 지점부에서 교각과 일체로 시공된 채 교각에 거치되어 있는 단계에 대한 연속지간 하이브리드 거더교의 일반적인 개념도이다.
도1c는 본 발명의 하이브리드 거더들이 교각 위에 거치되어 있는 단계에 대한 연속지간 하이브리드 거더교의 일반적인 개념도 중에서 신축이음부가 있는 최외측 경간의 상대적으로 길이가 긴 강재블록의 모습과 최외측 지점에 있는 상대적으로 길이가 짧은 콘크리트 블록의 모습을 나타낸 연속지간 하이브리드 거더교의 일반적인 개념도이다.
도1d는 도1c에서 최외측 지점에 있는 상대적으로 길이가 짧은 콘크리트 블록을 교축 직각방향으로 길게 제작하여 빔거더 여러 개를 일체화 한 것이 추가된 연속지간 하이브리드 거더교의 일반적인 개념도이다.
도2a는 본 발명의 대표도로써 연속지간 하이브리드 거더의 개념을 나타내는 조립도이다.
도2b는 도2a에서 끼움쇠의 사용이 추가된 연속지간 하이브리드 거더의 조립도이다.
도2c는 도2a에서 강재블록끼리의 연결부가 추가된 연속지간 하이브리드 거더의 조립도이며, 강재블록끼리의 연결부는 본 발명에 따른 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 연결방법을 도입하거나 또는 도입하지 않거나 어떠한 방법을 써도 무방하다.
도2d는 본 발명의 실용예의 하나로서 3경간 연속지간 하이브리드 거더의 개념을 나타내는 조립도인데, 콘크리트 블록에는 현장연결용 강재조각이 매립되어 있어 연결판과 볼트를 이용한 강재블록과의 현장연결이 수행될 수 있도록 한 실시예이며 최외측 신축이음이 있는 곳의 지점부에 배치되는 콘크리트 블록의 길이를 최소화 하여 최회측 경간 대부분이 강재블록으로 구성되게 하여 자중을 감소시킨 실시예이고 최외측 경간의 정모멘트가 내부경간의 정모멘트보다 상대적으로 큰 연속지간 거더의 특성을 고려하여 최외측 경간에 있는 콘크리트 블록과 강재블록의 현장연결 1개소에만 본 발명이 고안한 거더의 조립을 통해 자동적으로 거더에 프리스트레스가 도입되는 연결방법을 적용한 실시예에 대한 조립도이다.
도3a는 도2a의 콘크리트 블록과 강재블록의 연결부를 보다 상세하게 표현한 상세도이다.
도3b는 도2b의 끼움쇠를 사용한 콘크리트 블록과 강재블록의 연결부를 보다 상세하게 표현한 상세도이다.
도3c는 강재블록끼리의 연결부에 대한 상세인 동시에 블록들의 접합면 하단부를 밀어내는 방식으로 거더에 프리스트레스를 도입하는 방법에 대한 개념도이다.
도3d는 강재블록과의 현장연결 편의를 위해 콘크리트 블록 속에 매립하는 강재조각(500)의 매립상세도이며 강재블록과의 볼트연결을 위해 필요한 볼트홀(540)이 가공된 강재조각의 일부분을 외부로 돌출시킨채 콘트리트 블록 속에 매립시키고 일체거동을 보장하기 위해 정착판(510)을 부착한 실시예에 대한 상세도이다.
도3e는 도3d에서 콘크리트 블록과 강재조각의 일체거동을 더욱 확실하게 보장하기 위해 정착판(510)에 전단연결재인 스터드(101)을 추가로 부착한 실시예에 대한 상세도 이다.
도3f는 도3d에서 정착판(510)을 사용하는 대신에 전단연결재인 스터드(100)를 강재조각(500)에 직접 부착한 실시예에 대한 상세도이다.
도3g는 도3f에서 스터드(100)를 사용하는 대신에 전단연결재로 천공홀이 가공된 강판(110)을 강재조각(500)에 직접 부착한 실시예에 대한 상세도 이다.
도3h는 도3e에서 정착판(510)에 스터드(100)를 사용하는 대신에 전단연결재로 천공홀(532)이 가공된 강판(530)을 부착한 실시예에 대한 상세도이다.
도3i는 도3h에서 천공홀(532)이 가공된 강판(530)을 사용하는 대신에 전단연결재인 스터드(102)가 부착된 강판(531)을 부착한 실시예에 대한 상세도이다.
도4a, 도4b, 도5a, 도5b는 콘크리트 블록과 강재블록의 연결부에 현장타설 콘크리트를 시공할 경우 콘크리트 블록에 배치되는 전단연결용 철근과 강재블록에 배치되는 전단연결재를 나타낸 개념도이며 도4a는 콘크리트 블록에서 철근을 연장시킨 모습, 도4b는 콘크리트 블록에 철근커플러를 매립해둔 모습, 도5a는 강재블록에 스터드를 부착한 모습, 도5b는 강재블록에 천공홀이 가공된 강판을 부착한 모습을 각각 나타내고 있다.
도6, 도7b은 바닥판과의 구조적 합성을 위해 콘크리트 블록과 강재블록 상면에 배치된 전단연결재에 대한 실시예를 표현한 예시도이다.
도7a는 강재블록의 상부플랜지의 압축보강을 위해 시공되는 압축력보강용 시스템에 대한 실시예를 표현한 예시도이다.
도8은 콘크리트 블록과 강재블록의 접합부에 현장타설 콘트리트를 시공한 후의 모습에 대한 개념도이다.
도9a, 도9b, 도9c는 가벤트를 사용하여 연속지간 하이브리드 거더를 거치, 조립 및 시공하는 절차에 대한 시공순서도이다.
도10a, 도10b, 도10c, 도10d는 거더 가설용 장비를 사용하여 연속지간 하이브리드 거더를 거치, 조립 및 시공하는 절차에 대한 시공순서도이다.
도11은 강재거더에 발생되는 프리스트레스력을 극대화 하기 위해 강재거더 아래 위로 브라켓을 설치하여 긴장재의 모멘트 팔길이를 최대화한 실시예이다.
도12a, 도12b, 도12c, 도12d, 도12e, 도12f는 콘크리트 블록 속에 매립된 강재조각(500)을 이용하여 블록간의 현장연결을 강재끼리의 볼트연결만으로 수행될 수 있도록 하였을 경우 블록들의 연결 과정을 통해 자동적으로 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 하는 연결방법에 대한 절차도이며, 차례로 도12a는 연결을 위해 콘크리트 블록(2b)과 강재블록(1c)이 정위치에 배치된 모습을 나타낸 도면으로 접합면 상단(32)의 이격거리가 접합면 하단(33)의 이격거리보다 큰 것을 확인할 수 있는 도면이고, 도12b는 도12a에서 접합면 하단부에 간격유지용 끼움쇠(560)를 삽입한 모습을 나타낸 도면이고, 도12c는 도12b에서 더 떨어져 있는 접합면 상단부의 이격거리를 좁혀 거더에 프리스트레스를 도입하기 위해 접합면 상단부를 서로 끌어당기기 위한 긴장재(570), 긴장재 정착장치(571) 및 정착구보강재(572)를 추가로 장착한 모습을 나타낸 도면이고, 도12d는 상기 접합면 상단부(32)에 장착된 긴장력 도입장치를 이용하여 거더에 계획된 프리스트레스력이 도입될 때까지 서로 끌어당긴 모습을 나타낸 도면이고, 도12e는 도12d에 나타난 바와 같이 끼움쇠(560)와 긴장재(570), 긴장재 정착장치(571) 및 정착구보강재(572)에 의해서 접합면이 정열된 상태에서 연결판(550)과 볼트(551)를 이용하여 블록들의 연결을 완료한 상태에 대한 모습을 나타낸 도면이고, 도12f는 도12e에서 접합면 상단부(32)의 긴장재(570), 긴장재 정착장치(571) 및 정착구보강재(572)와 접합면 하단부(33)의 간격유지용 끼움쇠(560)를 제거하여 블록들의 연결이 완료된 상태에 대한 모습을 나타낸 도면이다.
본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.
도1a는 여러 개의 빔거더가 교각 위에 거치되어 있는 모습을 나타낸 개념도로서 PSC 빔거더를 비롯한 다양한 연속거더 빔거더들의 대표적인 적용예를 나타내고 있으며, 도1b는 지점(3)부 부모멘트 구간에 설치되는 콘크리트 블록(2)이 교각과 일체로 구비된 경우에 대한 개념도이다.
도1c는 본 발명의 연속지간 하이브리드 거더에 대한 일 실시예로서 최외측 지점의 콘크리트 블록(2a)의 길이가 최소화 되고 내부지점의 콘크리트 블록(2b)의 길이는 지점부 부모멘트 구간에 대응할 수 있는 충분한 길이를 갖게 됨으로써 최외측 경간의 강재블록(1c)은 그 길이가 내측 경간에 배치되는 강재블록(1d)보다 더 길어지게 되는 경우에 대한 실시예를 나타내고 있으며 콘크리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)의 연결을 위해 콘크리트 블록(2a,2b)에 강재조각(500)을 매립한 경우에 대한 예시이다.
도1d는 도1c에서 최외측 신축이음이 있는 지점부에 배치된 콘크리트 블록(2a)을 교축직각 방향으로 서로 묶어 일체로 제작하여 빔거더들을 일체화 한 실시예를 보여주고 있는데 이렇게 할 경우 해당 콘크리트 블록(2a)의 거치 시 안정감을 확보할 수 있고 추후 교좌장치 보수작업을 할 때 임시 지지점 확보 등에 유리하다.
도1a, 도1b, 도1c, 도1d 모두 본 발명이 제안하는 하이브리드 빔거더를 서로 띄워서 배열해 놓은 연속거더교에 대한 실시예이며, 도1a, 도1b, 도1c, 도1d와 같이 빔거더의 나열 및 체결이 완료되면 거더 위에 바닥판을 시공하여 교량의 가설을 완료하게 된다.
도2a, 도2b, 도2c, 도2d는 본 발명이 고안한 하이브리드 거더의 개념을 나타내는 조립도이며,
이중, 도2a는 본 발명의 대표도로서 콘크리트 블록(2)과 접합되는 강재블록(1)의 단부 접합면(30,31) 자체를 경사지게 제작하여 접합면 아래쪽(31)이 위쪽(30)보다 콘크리트 블록(2)에 더 먼저 닿도록 한 표준적인 본 발명에 따른 하이브리드 거더의 예시이고,
도2b는 도2a에서 콘크리트 블록(2)과 강재블록(1)의 제작오차 등을 보완하기 위해 하이브리드 거더를 시공할 때 콘크리트 블록(2)과 강재블록(1) 사이에 임의의 간극이 필요한 경우에 이 간극을 채우기 위해 사용되는 끼움쇠(20,21) 즉, Shim이 추가된 것에 대한 예시이다.
도2c는 강재블록(1)을 두 개로 분리하고 분리된 강재블록(1) 끼리의 연결에 본 발명이 고안한 거더 연결과정을 통하여 거더에 프리플렉션에 의한 프리스트레스의 도입이 가능한 블록연결 방법을 적용하고 끼움쇠도 추가로 적용한 것에 대한 예시이다.
도2d는 콘크리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)의 현장연결을 편리하게 하기 위해 콘크리트 블록(2a,2b)을 제작할 때 콘크리트 블록 속에 블록연결용 강재조각(500)을 매립하여 제작한 사례에 대한 예시이며 3경간 연속거더에 대한 실시예인데 이는 도면의 식별 편의를 위해 예시로 제시된 연속경간의 숫자일 뿐이며 실제로는 6경간 연속, 7경간 연속 등 보다 많은 경간을 연속화 하는 것이 더 효율적이다.
도2d에는 길이가 짧은 최외측 지점의 콘크리트 블록(2a)과 상대적으로 길이가 이보다 긴 내부 지점부 콘크리트 블록(2b)의 길이차이가 표현되어 있으며 이에 따라 최외측 경간에 배치되는 강재블록(1c)의 길이가 내측 경간에 배치되는 강재블록(1d)의 길이보다 길게 되는 것으로 표현되어 있는데 이는 상대적으로 최외측 경간의 정모멘트가 내측 경간의 정모멘트 보다 매우 큰 연속지간 거더의 구조적 거동 특성을 고려하여 최외측 경간의 자중을 최소화 하기 위한 블록구성이고 이러한 블록구성은 연속경간의 수가 4경간, 5경간, 6경간 등으로 늘어난다 하더라도 변하지 않는 구조적 특성이므로 연속되는 경간의 숫자가 늘어난다 하더라도 변함없이 적용되는 블록구성 방법이다.
또한 도2d는 블록들의 연결부 중 최외측 경간의 연결부(22)에만 연결부 접합면 하단부(33)의 블록간 이격거리보다 접합면 상단부(32)의 블록간 이격거리를 더 크게 하고 이를 상단에 배치하는 임시 힘도입설비(570,671,572)를 이용하여 좁히면서 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 연결방법을 적용한 실시예를 나타내고 있는데 이 또한 최외측 경간의 정모멘트가 내측 경간의 정모멘트 보다 매우 큰 연속지간 거더의 구조적 거동 특성을 고려한 거더 연결방법이며, 연속되는 경간의 수가 더 늘어난다 하더라도 최외측 경간의 정모멘트가 내측 경간의 정모멘트보다 더 큰 구조적 거동 특성은 변하지 않기 때문에 연속되는 경간의 수에 상관없이 최외측 경간의 연결부(22)에만 블록끼리의 연결과정을 통해 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 연결방법을 적용하는 것이 유리하다.
도3d는 콘크리트 블록(2a,2b)에 강재블록과의 연결 편의를 위해 매립하는 강재조각(500)에 대한 매립 상세도인데 도3d와 같이 강재조각(500)에 정착판(510)을 구비하여 강재조각(500)과 콘크리트 블록(2a,2b)을 일체화 할 수도 있으며 도3e와 같이 정착판(510)에 스터드(100)를 추가로 부착하거나 또는 도3f와 같이 정착판(510) 대신에 스터드(100)을 강재조각(500)에 직접 부착하거나 또는 도3g와 같이 천공홀이 가공된 강판(110)을 강재조각(500)에 직접 부착하거나 또는 도3h와 같이 정착판(510)에 천공(531)홀이 가공된 강판(530)을 추가로 부착하거나 또는 도3i와 같이 정착판(510)에 스터드(100)가 부착된 강판(530)을 추가로 부착하거나 또는 상기의 방법들을 혼용한 연결보조재를 추가로 구비할 수도 있다.
상기 도3d~도3i의 실시예는 본 발명을 설명하기 위해 예시한 것일 뿐이며 실제로는 보다 더 다양한 형태의 연결보조재를 사용할 수 있으므로 본 발명의 범위가 상기의 실시예에 한정되지 않는다.
도12a, 도12b, 도12c, 도12d, 도12e, 도12f는 콘크리트 블록(2a,2b) 속에 매립된 강재조각(500)을 이용하여 블록간의 현장연결을 강재끼리의 볼트연결만으로 수행될 수 있도록 하였을 경우 블록들의 연결 과정을 통해 자동적으로 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 하는 연결방법에 대한 구체적인 상세도이자 단계별 설명도이다.
콘크리트 블록(2)을 교각과 일체로 교각을 시공할 때 같이 시공하는 방법도 있겠지만, 도2a를 참고로 본 발명이 제안하는 하이브리드 거더의 가장 일반적인 제작 및 가설방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제작공장 또는 현장의 적절한 제작설비에 있는 거푸집을 이용하여 교각 위에 설치될 콘크리트 블록(2)을 정해진 형상과 규격으로 제작하되, 긴장력 도입을 위한 신장량 확보를 위해 적절한 구간을 강관 혹은 HDPE, 쉬스관 등으로 만든 덕트로 씌우고 그 속을 부식 방지용 방식재료로 채운 뒤 밀봉한 상태의 긴장재(10)를 강재블록(1)과의 접합면 위치에 정확하게 일치되도록 매립하여 구비하거나 또는 강관 혹은 HDPE, 쉬스관 등을 콘크리트 블록(2)을 관통하도록 강재블록(1)과의 접합면 위치에 정확하게 매립하여 추후 긴장재(10)의 설치 및 긴장력 도입이 가능한 덕트(12)를 구성할 수 있도록 구비한다.
콘크리트 블록(2) 제작 시 강재블록(1)과의 체결을 위한 긴장재(10) 설치 부분은 현장제작방식이던 공장제작방식이던 간에 긴장재(10)의 설치, 인장력 도입 및 정착작업을 수행하는데 전혀 문제가 발생하지 않도록 지압력 보강판, 보강철근, 긴장재의 정착장치 등이 완벽하게 구비된 상태로 제작이 수행되어야 하며 강재블록(1)의 하단부가 접합되는 부분도 집중적으로 작용되는 지압력에 충분히 저항할 수 있는 지압판, 보강철근 등이 완벽하게 구비된 상태로 제작이 수행되어야 한다.
강재블록(1)을 정해진 형상과 규격으로 제작하되, 양 끝단 콘크리트 블록(2)과의 접합면의 상단 및 하단부에는 콘크리트 블록(2)과의 체결을 위한 긴장재(10)를 긴장하고 정착할 수 있는 정착판 및 정착판을 지지하고 정착판으로부터 전달되어 온 긴장력을 강재블록(1)의 상부플랜지 및 하부플랜지 또는 복부판의 상단부 및 하단부에 전달해 줄 수 있도록 상,하부 플랜지 또는 복부판의 상,하단부 또는 플랜지와 복부판에 동시에 부착된 정착부 보강재(11)를 구비하고, 강재블록(1)의 양 끝단 콘크리트 블록(2)과의 접합면(30,31)의 복부판 재단은 접합면들 중 적어도 하나 이상의 접합면 복부판의 재단을 윗변보다 아랫변이 더 길도록 경사지게 하여 상부플랜지보다 하부플랜지의 길이가 더 길도록 하며, 긴장재(10)의 긴장력 정착을 위해 구비된 정착부 보강재(11)의 정착판 반대편인 콘크리트 블록(2)과 접합되는 부분에는 지압면적 확보용 강판을 부착하여 콘크리트 블록(2)에 체결력을 전달하는 지압면적이 최대한 넓어지도록 제작한다.
상기 콘크리트 블록(2) 및 강재블록(1)의 제작은 각기 다른 장소에서 별도로 수행될 수 있으므로 병행작업이 가능하다.
상기 블록들의 제작이 완료되면 이들을 운반 및 나열, 조립하는 거더시공 작업을 수행하게 되는데, 거더시공은 크레인을 이용하여 수행하는 것이 가장 일반적인 방법이지만, 도9a, 도9b, 도9c에 차례로 예시 것과 같이 거더가 가설될 위치에서 가벤트(5)를 이용하여 수행할 수도 있으며, 도10a, 도10b, 도10c, 도10d에 차례로 예시된 것과 같이 빔런처(400)와 같은 빔거더 가설 전용 가설장비를 이용하여 수행하는 등 다양한 방법을 적용할 수 있다.
특히 본 발명의 경우 블록단위로 운반되며 콘크리트 블록(2)이 교각에 지지된 채 조립되므로 빔런처(400)에 가해지는 하중 분담율을 줄일 수 있어 빔런처(400) 경량화에 유리하다는 장점이 있다.
상기의 어떠한 거더시공 방법을 사용하더라도 긴장재(10)를 이용하여 콘크리트 블록(2)과 강재블록(1)을 체결, 조립하기 위해 나열하였을 때 이들 사이의 접합면의 형상은 접합면들 중 적어도 하나 이상의 접합면이 접합면 하단부(31)는 서로 닿아 있고 접합면 상단부(30)는 서로 떨어져 있어 전체적으로 V형상을 띄고 있어야 한다.
블록들의 나열 및 미세조정이 완료되면 계획된 순서에 따라 블록들을 연결하여 거더를 조립하게 되는데 이 때 일반적인 연결부는 긴장재를 충분히 긴장하여 콘크리트 블록(2)과 강재블록(1)을 밀착시키는 것으로 조립을 완료하지만 거더에 프리스트레스를 도입하기 위해 접합면 상단부와 하단부의 블록간 이격거리를 차이나게 정렬한 접합면의 연결은 블록들의 접합면 상단부에 있는 긴장재(10)부터 긴장력을 도입하여 거더의 조립을 수행하는데, 접합면 상단부의 긴장재(10)는 콘크리트 블록(2)과 강재블록(1)의 접합부 상단 접합면(30)의 떨어진 간격이 줄어들어 V형이던 접합면이 폐합되어 접합면 전체가 완전히 밀착된 이후까지 충분히 긴장재(10)에 긴장력을 도입한다.
접합면 상단부에 배치된 긴장재(10)에 긴장력을 도입하면 이미 콘크리트 블록(2)과 강재블록(1) 접합면이 서로 밀착되어 있는 접합부 하단 접합면(31)을 기준점으로 접합면이 회전하면서 V형 간극이 좁아져 결국 접합면 전체가 서로 밀착되게 되는데 이렇게 블록들의 단부를 회전시켜 서로 밀착시키려는 현상이 블록들에 휨모멘트를 발생시키고 이에 의해 블록들에 프리스트레스력이 도입되게 된다.
콘크리트 블록(2)에 긴장재(10)를 매립하였을 경우에는 긴장재(10)가 매립된 위치 및 긴장재(10)의 자유장 길이에 따라 콘크리트 블록(2)에 발생되는 내력분포가 복잡해지겠지만 본 실시예에서와 같이 긴장재(10)를 콘크리트 블록(2)을 관통하게 배치하고 콘크리트 블록(2) 양측의 강재블록(1)들을 직접 연결하여 긴장력을 도입한다면 블록들의 접합면이 완전히 폐합될 때까지는 콘크리트 블록(2), 강재블록(1) 모두에 부방향의 휨모멘트가 발생하게 된다.
접합면(30,31)이 폐합된 이후에도 접합면 상단부의 긴장재(10)에 추가적인 긴장력을 도입하여 블록들의 접합면(30,31)에 충분한 전단마찰 내하력이 잔존하도록 하는 것이 좋으며 활하중에 의한 교번하중 때문에 접합면(30,31)에 발생할 수도 있는 부모멘트에 대한 보강의 의미에서도 접합면(30,31)이 폐합되었다 하더라도 일정한 만큼의 추가적인 긴장력을 접합면 상단에 배치된 긴장재(10)에 도입하는 것이 유리하다.
이렇게 접합면(30,31)이 완전히 폐합된 이후에 추가적으로 도입되는 접합면 상단부에 배치된 긴장재(10)의 긴장력은 거더 조립과정에서 불필요하게 도입된 콘크리트 블록(2)의 부모멘트를 상쇄할 수 있는 정모멘트를 콘크리트 블록(2)에 유발하게 되는데 이는 콘크리트 블록(2)이 항구적으로 부보멘트를 받는 구조임을 감안할 때 바람직한 힘임을 알 수 있다.
물론 이러한 과정을 통해 콘크리트 블록(2)에는 영구적인 압축응력이 잔류되게 되겠지만 콘크리트 소재 자체가 압축응력에는 저항력이 매우 강한 소재이며 특히 콘크리트 블록(2)을 공장생산할 경우 초공강도 콘크리트의 적용이 가능하므로 전체구조계를 구성하는데 크게 문제가 되지는 않을 것이다.
콘크리트 블록(2)과 강재블록(1)의 길이비에 따라 조금씩 차이가 있을수는 있지만 본 발명의 하이브리드 거더는 연속교 형태를 취하게 되므로 거더의 콘크리트 블록(2)과 강재블록(1)의 접합면(30,31)에 발생하는 정모멘트는 발생하지 않거나 발생하더라도 아주 작은 값이다.
따라서 블록들의 접합면 하단부(31)에는 별도의 긴장재 배치가 필요없으나 본 실시예에서는 혹시 모를 부방향의 외력 등에 대비하여 안전성을 추가로 확보하는 의미로 접합면 하단부에도 긴장재(10)를 배치하는 것으로 예시 하였으나 이를 생략하여도 전혀 문제가 없으며 실제 구조물에 있어서는 콘크리트 블록(2)으로부터 돌출되는 철근(200) 또는 철근 커플러(210)를 이용하여 블록조립 후 콘크리트 블록(2)에 설치할 수 있는 철근 만으로도 충분히 단면력에 저항할 수 있으므로 이러한 방식이 더 선호될 것이다.
거더 연결용 긴장재(10)는 특별한 경우를 제외하면 블록들의 수직중심축 좌,우 양단에 같은 개수가 구비되는 것이 좋으며, 그 개수는 하나일 수도 또는 여러 개일 수도 있으며 필요에 따라 긴장재(10)가 단층 또는 2열 3열 등 다층으로 구비될 수도 있다.
상기 과정을 거쳐 거더의 조립이 끝나면 필요한 숫자만큼의 거더가 교대 또는 교각 위에 도1a, 도1b에 나타난 것 같이 배열되게 되며, 그 위에 바닥판을 시공하여 교량의 가설을 완성하게 된다.
도2b는 도2a에서 끼움쇠(20,21)의 사용을 추가한 것인데, 이는 블록들의 제작오차, 콘크리트 블록(2)의 크리프, 건조수축에 의한 길이변화 등 여러 가지 요인에 의해 발생되는 거더의 조립길이 오차를 보정하기 위해 콘크리트 블록(2)과 강재블록(1)의 접합부에 임의의 공간의 확보가 필요할 경우 이 공간을 채우기 위해 사용된다.
도2b에서 볼 수 있는 바와 같이 끼움쇠(20,21)를 사용할 경우에도 거더에 프리플렉션에 의한 프리스트레스를 도입하는 기능을 담당할 접합면은 접합면 아래쪽에 구비된 끼움쇠가 윗쪽에 구비된 끼움쇠보다 더 앞으로 돌출되어 있어, 상기 도2a에서 설명된 내용과 같이 거더를 조립할 때 아래쪽 끼움쇠가 콘크리트 블록(2)과 닿아 있도록 배치되고 윗쪽 끼움쇠는 콘크리트 블록(2)과 떨어져 있도록 배치되어, 거더 조립과정에서 자동적으로 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 하여야 한다.
도2b, 도3b에 나타난 것과 같이 상기 끼움쇠(20,21)를 적층으로 쌓을 경우 맨 앞쪽 콘크리트 블록(2)과 가장 가까운 곳에 구비되는 선단부 끼움쇠(21)는 일반적인 끼움쇠(20)와 달리 콘크리트 블록(2)과의 접합면이 아래쪽이 더 앞으로 돌출되도록 경사지게 깍여 있어 접합면이 회전하면서 콘크리트 블록(2)과 접합될 때 콘크리트 블록(2) 지압면과 강재블록(1)의 지압면이 완전하게 밀착될 수 있도록 되어야 한다.
상기에 설명된 콘크리트 블록(2)과 강재블록(1)의 접합면(30,31)에 대한 상세한 상세도는 도3a 및 도3b에 잘 표현되어 있다.
강재블록(1)의 형상은 수직으로 배치된 하나의 복부판과 그 아래, 위에 수평으로 접합된 한쌍의 플랜지로 구성된 강재빔 형태인 것이 가장 일반적이지만 필요에 따라 강관을 비롯하여 다양한 형태 및 형상으로 적용될 수 있으며 따라서 본 발명에 제시된 실시예가 본 발명의 적용범위를 국한하는 것은 아니다.
거더의 조립을 완료한 후 콘크리트 블록(2)과 강재블록(1)의 접합부를 도8에 예시된 것과 같이 현장타설 콘크리트(50)로 감싸주면 블록들의 구조적인 연결을 확고히 할 수 있을 뿐만 아니라 정착부 보강재(11), 정착판, 긴장재의 정착장치, 긴장재(10)를 현장타설 콘크리트(50)로 감쌀 수 있어 미관성을 향상시킴과 동시에 부식방지 기능도 확보할 수 있다.
이렇게 블록 접합부에 현장타설 콘크리트(50)를 시공할 경우에는 블록들의 구조적인 연속성을 보완하기 위하여 콘크리트 블록(2)에는 도4a에 예시된 것과 같은 매립된 연결철근(200) 또는 도4b에 예시된 것과 같은 매립된 철근 커플러(210), 또는 이 둘을 혼용하여 구비하고, 강재블록(1)에는 전단연결재로 도5a에 예시된 것과 같은 스터드(100) 또는 도5b에 예시된 것과 같은 천공홀이 가공된 강판(110) 또는 이 둘을 혼용하여 구비한 뒤 현장타설 콘크리트(50)를 시공함으로써 블록들의 구조적인 연속성을 확고하게 하도록 하는 것이 좋다.
본 발명의 하이브리드 거더는 주로 거더와 바닥판을 합성한 합성형 구조로 사용하게 되며 거더와 바닥판을 구조적으로 합성을 하기 위해서는 각 블록들 상단에 바닥판과의 합성을 위한 전단연결재(220,120,130)가 구비되어야 하는데, 콘크리트 블록(2)의 경우는 도6에 예시된 것과 같은 전단연결용 스트럽 철근(220)이 주로 사용되며, 강재블록(1)의 경우는 도7a, 도7b에 예시된과 같은 전단연결재인 스터드(120,130)가 주로 사용된다.
상기 전단연결재(220,120,130)는 그 목적을 달성할 수 있는 재료라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하나 콘크리트 블록(2)의 경우는 상기의 스트럽 철근(220)이 주로 사용되고, 강재블록(1)의 경우는 스터드(120,130), 천공홀이 구비된 강판(110), 지그재그로 구부러지게 가공된 철근 등이 주로 사용된다.
본 발명의 하이브리드 거더의 경우, 바닥판을 타설할 때 바닥판 콘크리트 하중이 거더에 정모멘트를 발생시키고 이 정모멘트는 특히 중앙에 배치된 강재블록(1)의 상부플랜지에 큰 압축응력을 일으키게 되는데 강재블록(1)은 그 사용재료와 단면형상의 특성상 바닥판과 합성구조가 되기 전에는 압축응력에 의한 좌굴에 매우 취약하므로 이 때의 하중조건이 강재블록(1) 단면을 결정하는 지배하중이 될 수도 있다.
도7a는 이러한 압축응력에 대한 대응의 한 실시예를 보여주고 있는데, 강재블록(1) 상부플랜지 양쪽 끝에 수직으로 강판(300)을 부착하되 강재블록(1) 처음부터 끝까지 전장에 걸쳐 구비하고, 이로 인하여 형성된 폐합공간을 콘크리트 또는 시멘트 몰탈 또는 시멘트 그라우트 등으로 채워 압축력저항용 저항체(310)를 구비, 압축력에 대한 보강을 실시함과 동시에 상부플랜지의 좌굴을 방지하는 역할을 담당하게 한다.
상기 압축력저항용 저항체(310)는 추후 바닥판 타설 시 바닥판에 매립될 수 있도록 계획하는 것이 좋다.
상기 압축력저항용 저항체(310)를 관통하여 위로 솟아 있는 전단보강재(130)를 도7a에서 볼 수 있는데, 이는 추후 바닥판과의 구조적 합성을 위해 구비된 것이기도 하지만 상부플랜지와 압축저항용 블록(310)의 일체거동을 확보하여 좌굴에 대한 보강을 돕는 역할도 담당하고 있다.
본 발명의 하이브리드 거더를 구성하는 구성요소 중 콘크리트 블록(2)은 인장력에 대한 저항력이 약한 콘크리트를 재료로 사용하므로, 그 특성상 압축응력만 받는 구조체로 제작하는 것이 유리하며 이를 위하여 거더 조립 시 도입되는 프리스트레스 이외에 별도의 프리스트레스의 도입이 필요한 경우도 있다.
상기와 같이 콘크리트 블록(2)에 별도의 프리스트레스가 필요한 경우, 콘크리트 블록(2) 제작용 거푸집에 프리텐션 시스템을 구비하여 개별강연선을 미리 배치하고 인장한 후 콘크리트 블록(2)을 제작, 프리스트레스를 도입하는 프리텐션 방식 또는 콘크리트 블록(2)을 제작할 때 포스트 텐션용 정착장치 및 덕트를 미리 매립한 후 블록 제작 후 긴장재를 설치하고 프리스트레스를 도입하는 포스트텐션 방식을 적용할 수 있는데, 본 발명에 있어서는 이 중 프리텐션 방식이 더 적합하다.
한편, 본 발명의 기술을 적용할 경우 콘크리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)을 혼용한 거더임에도 불구하고 현장에서는 강재끼리의 연결만으로도 거더의 조립이 가능하도록 할 수도 있는데 이는 강재조각(500)이 매립된 채로 제작되는 콘크리트 블록(2a,2b)의 적용을 통해 가능하며, 이러한 기술을 사용할 경우 일반적인 블록연결부(23)는 보편적인 강거더의 연결과 동일하게 블록들을 배열한 후 통상적인 볼트연결 또는 용접연결 방식으로 거더의 조립을 수행할 수 있게 된다.
하지만 최외측 경간의 정모멘트가 내부경간들의 정모멘트 보다 월등하게 크게 나타나는 연속거더의 구조적인 특성을 감안한다면 최외측 경간의 내부지점부 인근 블록연결부(22)의 경우 본 발명이 고안한 블록연결 과정을 통해 자동적으로 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 연결방법의 적용이 필요하므로, 본 발명은 강재끼리의 연결만으로도 블록들의 현장연결이 가능하도록 한 기술을 적용하면서도 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 방법을 고안하여 상기 연결부(22)에 적용할 수 있도록 하였으며 이를 도12a~도12f를 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.
도12a에 나타난 바와 같이 연결부 접합면 하단부(33)의 이격거리가 접합면 상단부(32)의 이격거리보다 좁게 되도록 블록(2b,1c)들을 나열하되 접합면 하단부(33)의 이격거리는 연결판(Splice)(550)을 이용하여 볼트(551)연결을 할 때 일반적으로 이격시키는 거리와 동일하게 하는 것이 좋다.
블록(2b,1c)들의 나열이 완료되면 도12b에 나타난 바와 같이 연결부 접합면 하단부(33)의 이격된 공간에 이를 메울 수 있는 간격유지용 끼움쇠(Shim)(560)를 끼워 상단에 배치되는 블록조립용 힘도입설비(570,571,572)로 접합면 상단부(32)의 이격거리를 좁힐 때 접합면 하단부(33)의 강재조각(500)과 강재블록(1c) 사이의 이격거리가 그대로 유지될 수 있도록 한다.
연결부 접합면 하단부(33)에 끼움쇠(560)의 설치가 완료되면 도12c에 나타난 바와 같이 긴장재(570), 긴장재 정착장치(571) 및 정착부보강재(572)를 구비한 후 도12d에 나타난 바와 같이 긴장재(570)에 긴장력을 도입하여 접합면 상단부(32)의 이격거리를 좁히는 방법으로 거더에 프리스트레스를 도입한다.
이 때 접합면 상단부(32)의 이격거리를 좁히는 장치로 긴장재(570), 정착장치(571) 및 정착부보강재(572) 대신에 유압잭과 반력대 등 다른 힘도입설비를 사용할 수도 있다.
계획된 만큼의 프리스트레스력이 도입된 후 도12e에 나타난 바와 같이 연결판(Splice)(550)과 볼트(551)를 이용하여 콘트리트 블록(2b)에 매립된 강재조각(500)과 강재블록(1c)의 연결을 완료하면 도12f에 나타난 바와 같이 접합면 상단부(32) 위에 설치된 힘도입설비(570,571,572)를 제거하고 접합면 하단부(33)에 설치된 간격유지용 끼움쇠(560)를 제거하더라도 거더에 도입된 프리스트레스는 그대로 유지되게 된다.
상기에 설명된 바와 같이 볼트연결 방법을 이용하여 거더의 조립을 수행할 수도 있지만 용접연결 방법을 사용할 수도 있으며 용접연결 방법을 사용한다고 하더라도 상기에 설명된 과정은 동일하게 적용할 수 있다.
이와 같이 콘크리트 블록(2a,2b) 속에 강재조각(500)을 매립하여 현장에서의 거더 조립을 강재끼리만의 볼트연결 또는 용접연결로 수행한다면 콘크리트 블록(2) 속에 강재블록(1)과의 연결을 위한 긴장재(10)를 구비하는 과정을 생략할 수 있으며 콘크리트 블록(2)과 강재블록(1)의 접합면을 보강하기 위해 현장타설 콘크리트(50)로 덮어 씌우는 과정 등도 생략할 수 있어 현장에서의 작업이 간소화 되어 현장시공성이 향상될 뿐만 아니라 품질관리성도 좋아지게 된다.
상기에 설명된 콘크리트 블록(2a,2b)에 매립된 강재조각(500)을 이용하여 블록간의 현장연결을 편리하게 하는 기술을 적용할 경우에는 콘크리트 블록(2a,2b)의 제작 시 강재조각(500)을 매립하고 이를 콘크리트 블록(2a,2b)과 일체화 하는 방법에 대해서도 고려하여야 하며, 현장연결 시 연결용 긴장재(10)를 사용하지 않기 때문에 콘크리트 블록(2a,2b)을 제작할 때 프리텐션 또는 포스트텐션 방법을 적용하여 프리스트레스드 콘크리트 블록으로 제작하는 것이 더 유리하다.
최근에는 일반적인 빔 거더교량에 대해서도 미관적인 측면이 고려되기 시작하였는데 본 발명의 하이브리드 거더의 경우 강재블록(1)의 색상, 강재블록 수직재에 천공홀 가공 등으로 미관을 향상시킬 수도 있지만, 콘크리트 블록(2)을 포함한 전체 거더를 하나의 원통형상으로 만들어 수려한 미관을 확보할 수도 있다.
거더 전체의 형상을 하나의 긴 원통형으로 만들기 위해서는 바닥판과의 접합을 위한 상세, 블록끼리의 접합상세 등 국부적으로 보강이 필요할 수도 있지만, 이는 통상적인 상식으로 쉽게 해결될 수 있으며 특히 강재블록의 강성이 커진다는 잇점이 있으므로 매우 효율적인 단면형상이 될 수 있다.

Claims (13)

  1. 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더에 있어서,
    내부지점(3)부 부멘트 구간 및 단부지점부(3a)에는 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 구비하고 지간부 정모멘트 구간에는 강재블록(1,1c,1d)을 구비한 후 이들을 서로 연결하여 연속지간의 거더를 구성하되;
    상기 강재블록(1,1c,1d)과 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)의 접합면(30,31)의 강재블록(1,1c,1d)과 콘크리트 블록(2,2a,2b) 사이에 간극 채움재인 끼움쇠(20,21)(Shim)가 접합면 상단부(30) 또는 접합면 하단부(31) 또는 접합면 상단부(30)와 하단부(31) 양쪽 모두에 적어도 하나 이상 추가로 구비되고;
    상기 끼움쇠(20,21)는 하나로 구성되거나 또는 여러 개를 적층으로 쌓아서 구성하는 것 중 어느 하나의 형태로 구성되며;
    상기 끼움쇠(20,21)를 포함한 접합면 선단부 끝부분은 접합면 선단부 끝부분들 중에서 적어도 하나 이상의 접합면 선단부 끝부분이 접합면 하단부(31)의 이격거리가 접합면 상단부(30)의 이격거리보다 더 가깝게 되어 있어;
    상기 강재블록(1,1c,1d)과 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 조립하기 위해 나열하였을 때 더 가까운 접합면 하단부(31)가 서로 먼저 닿아서 접촉되고 접합면 상단부(30)는 접합면이 접촉되지 않고 떨어져 있게 됨에 따라;
    상기 강재블록(1,1c,1d)과 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 연결 및 체결하는 거더 조립과정 중에 접촉되지 않고 떨어져 있는 접합면 상단부(30)의 이격거리가 좁아지거나 폐합되면서 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더.
  2. 삭제
  3. 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더에 있어서,
    내부 지점(3)부 부모멘트 구간에 구비되는 블록이 콘크리트 블록(2,2a,2b)이거나 또는 단부 지점부(3a)에 구비되는 블록이 콘크리트 블록(2,2a,2b)이고, 나머지 구간에는 강재블록(1,1c,1d)을 구비한 후 이들을 서로 연결하여 연속지간의 거더를 구성하되;
    상기 강재블록(1,1c,1d)과 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)의 접합면(30,31)의 강재블록(1,1c,1d)과 콘크리트 블록(2,2a,2b) 사이에 간극 채움재인 끼움쇠(20,21)(Shim)가 접합면 상단부(30) 또는 접합면 하단부(31) 또는 접합면 상단부(30)와 하단부(31) 양쪽 모두에 적어도 하나 이상 추가로 구비되고;
    상기 끼움쇠(20,21)는 하나로 구성되거나 또는 여러 개를 적층으로 쌓아서 구성하는 것 중 어느 하나의 형태로 구성되며;
    상기 끼움쇠(20,21)를 포함한 접합면 선단부 끝부분은 접합면 선단부 끝부분들 중에서 적어도 하나 이상의 접합면 선단부 끝부분이 접합면 하단부(31)의 이격거리가 접합면 상단부(30)의 이격거리보다 더 가깝게 되어 있어;
    상기 강재블록(1,1c,1d)과 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 조립하기 위해 나열하였을 때 더 가까운 접합면 하단부(31)가 서로 먼저 닿아서 접촉되고 접합면 상단부(30)는 접합면이 접촉되지 않고 떨어져 있게 됨에 따라;
    상기 강재블록(1,1c,1d)과 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 연결 및 체결하는 거더 조립과정 중에 접촉되지 않고 떨어져 있는 접합면 상단부(30)의 이격거리가 좁아지거나 폐합되면서 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)들 중에서 적어도 하나 이상의 콘크리트 블록(2,2a,2b)이 프리스트레스드 콘크리트 블록으로 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 강재블록(1,1c,1d)들 중에서 적어도 하나 이상의 강재블록(1,1c,1d)이 적어도 두 개 이상의 강재블록(1a,1b)의 조합으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)들 중에서 적어도 하나 이상의 콘크리트 블록(2a,2b)이 양 끝단부 중 어느 한 쪽 또는 양쪽 끝단부 모두에 매립된 강재조각(500)을 추가로 구비하고 있으며;
    상기 강재조각(500)은 일부분이 콘크리트 블록(2a,2b) 바깥으로 돌출된 상태로 콘크리트 블록(2a,2b) 속에 매립되어 있어;
    콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)의 연결이 강재조각(500)과 강재블록(1c,1d) 사이의 연결이 될 수 있도록 하여;
    강재끼리의 연결만으로도 블록들을 연결할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 강재조각(500)이 콘크리트 블록(2a,2b)과 일체거동을 하게 하기 위하여 연결보조재로 정착판(510) 또는 정착판(510)과 정착판(510)에 부착되는 스터드(101) 또는 강재조각(500)에 직접 부착되는 스터드(100) 또는 강재조각에 직접 부착되는 천공홀이 가공된 강판(110) 또는 정착판(510)과 정착판(510)에 부착되는 천공홀(532)이 가공된 강판(530) 또는 정착판(510)과 정착판(510)에 부착되는 스터드(102)가 부착된 강판(531) 또는 정착판(510)과 이에 정착되는 긴장재 및 정착장치 또는 이들이 혼용되어 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더.
  8. 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더 교량을 시공하는 시공방법으로서,
    콘크리트 블록(2,2a,2b)을 현장에서 교각 또는 교대를 시공할 때 교각 또는 교대와 일체로 같이 제작하거나 또는 현장에서 별도의 블록으로 제작하거나 또는 공장에서 별도의 블록으로 제작하는 단계;
    강재블록(1,1c,1d)을 현장에서 별도의 블록으로 제작하거나 또는 공장에서 별도의 블록으로 제작하는 단계;
    콘크리트 블록(2,2a,2b)을 별도로 제작하는 경우 별도로 제작된 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 교각 또는 교대 위에 설치하는 단계;
    별도로 제작된 강재블록(1,1c,1d)을 교각 또는 교대와 일체로 제작되어 구비되었거나 또는 별도로 제작되어 교각 또는 교대 위에 설치된 콘크리트 블록(2,2a,2b)과의 연결 및 체결을 위하여 나열하는 단계;
    상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 상기 강재블록(1,1c,1d)의 접합면의 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d) 사이에 끼움쇠(20,21)(Shim)를 삽입하되 끼움쇠(20,21)(Shim)를 포함한 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)의 연결부 접합면(30,31)은 접합면들 중에서 적어도 하나 이상의 접합면이 접합면 하단부(31)의 이격거리가 접합면 상단부(30)의 이격거리 보다 더 가깝게 되도록 하여 접합면 하단부(31)는 서로 먼저 닿아서 접촉되고 접합면 상단부(30)는 접합면이 접촉되지 않고 떨어져 있도록 하는 단계;
    접촉되지 않고 떨어져 있는 접합면 상단부의 접합면(30)이 간격이 좁아지거나 폐합되면서 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 상기 강재블록(1,1c,1d)과 상기 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 연결, 체결 및 조립하는 단계;가 포함된 것을 특징으로 하는 연속지간 하이브리드 거더 교량의 시공방법.
  9. 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더에 있어서 블록사이의 연결이 강재끼리의 연결이 될 수 있도록 하기 위해 구비되는 강재조각(500)이 매립된 콘크리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)을 연결하는 과정을 통해 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 블록 연결방법으로서,
    강재조각(500)이 매립된 콘크리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)을 각각 제작하는 단계;
    상기 콘크리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)을 조립하기 위해 나열하되 연결부 접합면의 하단부(33) 이격거리가 상단부(32)의 이격거리 보다 더 좁도록 나열하는 단계;
    접합면의 하단부(33)에는 이격된 이격거리에 알맞는 끼움쇠(Shim)(560)를 끼우고 접합면의 상단부(32)에는 이격된 이격거리를 줄이기 위한 힘을 도입하는데 사용할 긴장시스템(570,571,572) 또는 힘도입 장치를 구비하는 단계;
    접합면 상단부(32)에 구비된 긴장시스템(570,571,572) 또는 힘도입 장치를 이용하여 접합면 상단부(32)의 이격거리를 좁히면서 거더에 프리스트레스를 도입하는 단계;
    상기의 프리스트레스력이 도입된 상태에서 볼트연결 또는 용접연결 방법을 이용하여 콘크리트 블록(2a,2b)에 매립되어 있는 강재조각(500)과 강재블록(1c,1d)을 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록사이의 연결이 강재끼리의 연결이 될 수 있도록 하기 위해 구비되는 강재조각(500)이 매립된 콘트리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)을 연결하면서 그 연결과정을 통해 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 블록 연결방법.
  10. 제9항에 있어서,
    강재조각(500)과 강재블록(1c,1d)을 연결한 후, 접합면 상단부(32)에 설치된 긴장시스템(570,571,572) 또는 힘도입 장치를 제거하는 단계;가 포함된 것을 특징으로 하는 블록사이의 연결이 강재끼리의 연결이 될 수 있도록 하기 위해 구비되는 강재조각(500)이 매립된 콘트리트 블록(2a,2b)과 강재블록(1c,1d)을 연결하면서 그 연결과정을 통해 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 블록 연결방법.
  11. 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더에 있어서 블록들을 조립하는 과정을 통하여 거더에 프리스트레스를 도입하는 방법의 하나로,
    접합면 상단부(30)를 임시연결재로 묶어 블록들이 서로 밀리지 않도록 고정한 후 접합면 하단부(31)에 기구(40)를 장착하여 접합면 하단부(31)를 필요한 만큼 밀어냄으로써;
    접합면 하단부(31)의 간격이 벌어짐에 따라 거더에 솟음 변형 형태의 프리플렉션이 발생하면서 프리스트레스가 도입되도록 한 후;
    접합면(30,31)의 블록(2)과 블록(1) 사이의 벌어진 간격을 끼움쇠(20)로 채워 고정함으로써;
    블록들을 연결하여 거더를 조립하는 과정 중에 거더에 프리스트레스가 도입되도록 하는 거더의 프리스트레스 도입방법.
  12. 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더에 있어서,
    내부지점(3)부 부멘트 구간 및 단부지점부(3a)에는 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 구비하고 지간부 정모멘트 구간에는 강재블록(1,1c,1d)을 구비한 후 이들을 서로 연결하여 연속지간의 거더를 구성하되;
    상기 강재블록(1,1c,1d)들 중에서 적어도 하나 이상의 강재블록이 적어도 두 개 이상의 강재블록(1a,1b)으로 되어 있어 적어도 한 개 이상의 강재블록(1a,1b)끼리의 접합면이 존재하며;
    상기 강재블록(1a,1b)끼리의 접합면들 중에서 적어도 한 개 이상의 접합면의 강재블록(1a,1b) 사이에 간극 채움재인 끼움쇠(20,21)(Shim)가 접합면 상단부(30) 또는 접합면 하단부(31) 또는 접합면 상단부(30)와 하단부(31) 양쪽 모두에 적어도 하나 이상 추가로 구비되고;
    상기 끼움쇠(20,21)는 하나로 구성되거나 또는 여러 개를 적층으로 쌓아서 구성하는 것 중 어느 하나의 형태로 구성되며;
    상기 끼움쇠(20,21)를 포함한 접합면 선단부 끝부분은 접합면 선단부 끝부분들 중에서 적어도 하나 이상의 접합면 선단부 끝부분이 접합면 하단부(31)의 이격거리가 접합면 상단부(30)의 이격거리보다 더 가깝게 되어 있어;
    블록들을 조립하기 위해 나열하였을 때 더 가까운 접합면 하단부(31)가 서로 먼저 닿아서 접촉되고 접합면 상단부는 접합면(30)이 접촉되지 않고 떨어져 있게 됨에 따라;
    상기 강재블록(1a,1b)들을 연결 및 체결하는 거더 조립과정 중에 접촉되지 않고 떨어져 있는 접합면 상단부(30)의 이격거리가 좁아지거나 폐합되면서 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 거더.
  13. 콘크리트 블록(2,2a,2b)과 강재블록(1,1c,1d)으로 구성되는 2경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더에 프리스트레스를 도입하는 방법으로서,
    내부지점(3)부 부멘트 구간 및 단부지점부(3a)에는 콘크리트 블록(2,2a,2b)을 구비하고 지간부 정모멘트 구간에는 강재블록(1,1c,1d)을 구비한 후 이들을 서로 연결하여 연속지간의 거더를 구성하되;
    상기 강재블록(1,1c,1d)들 중에서 적어도 하나 이상의 강재블록의 구성이 적어도 두 개 이상의 강재블록(1a,1b)으로 되어있어 적어도 한 개 이상의 강재블록(1a,1b)끼리의 접합면이 존재하도록 하고;
    상기 강재블록(1a,1b)끼리의 접합면 중 적어도 한 개 이상의 접합면을 접합면 상단부(30)를 임시연결재로 묶어 블록들이 서로 밀리지 않도록 고정한 후 접합면 하단부(31)에 기구(40)를 장착하여 접합면 하단부(31)를 필요한 만큼 밀어냄으로써;
    접합면 하단부(31)의 간격이 벌어짐에 따라 거더에 솟음 변형 형태의 프리플렉션이 발생하면서 프리스트레스가 도입되도록 한 후;
    접합면의 강재블록(1a,1b)들 사이의 벌어진 간격을 끼움쇠(20)로 채워 고정함으로써;
    블록들을 연결하여 하이브리드 거더를 조립하는 과정 중에 거더에 프리스트레스가 도입되도록 하는 하이브리드 거더의 프리스트레스 도입방법.
KR1020130139538A 2012-11-21 2013-11-18 콘크리트 블록과 강재블록으로 구성되며 블록들의 연결부 접합면 상단의 이격거리와 하단의 이격거리 차이를 이용하여 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 연속지간 하이브리드 거더 KR101583401B1 (ko)

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