KR101585072B1 - 교량 구조물의 보강구조체를 이용한 성능개선 및 내진보강 공법 - Google Patents

교량 구조물의 보강구조체를 이용한 성능개선 및 내진보강 공법 Download PDF

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Abstract

교량 구조물의 보강구조체에 관한 것으로, 교각의 상부 양면에 각각 시공되는 받침대, 상기 받침대의 상면에 설치되는 제1 보강재, 상기 교각 및 상기 제1 보강재와 직교되는 방향으로 거더의 양면에 각각 설치되며 일정 간격으로 강선을 고정하는 텐션 정착구가 다수 설치된 제2 보강재, 상기 제2 보강재의 상면에 설치되는 센터 정착구, 상기 센터 정착구를 관통하여 상기 텐션 정착구에 양단이 각각 고정되는 강선을 마련하여 교량 구조물의 연결부에 제2 보강재를 설치함으로써 거더 또는 상부고조물의 전단을 방지할 수 있고, 연결부로부터 제2 보강재가 소정의 길이만큼 설치됨에 따라 휨응력을 줄일 수 있으며, 강선에 의한 텐션으로 상부구조물을 지지하므로 거더 또는 상부구조물의 모멘트를 감소시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

교량 구조물의 보강구조체를 이용한 성능개선 및 내진보강 공법{Performance Improvement and Seismic Reinforcement using Reinforcement Structure of Bridge Structures}
본 발명은 교량 구조물의 보강구조체를 이용한 성능개선 및 내진보강 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교각(橋脚) 또는 교대(橋臺)의 상부에 설치되는 상부구조물인 슬래브, 거더, 빔(beam)을 강재구조물로 보강하고, 교량 구조물에 텐션을 보강하는 보강구조체를 설치하여 강선의 모멘트 보강 및 텐션의 응력 증대 및 교량 구조물의 내하력 보강에 의한 강도 보강 및 내진 보강이 이루어지며, 교량 구조물의 교축 방향, 횡 방향 등의 수축·팽창 시 발생되는 수축량, 팽창량을 수렴하여 사하중, 활하중을 보강하고, 거더의 전단 및 휨응력을 보강할 수 있는 교량 구조물의 보강구조체를 이용한 성능개선 및 내진보강 공법에 관한 것이다.
일반적으로 교량 구조물의 슬래브, 거더, 빔 등은 도로, 철도의 교량 및 지하차도(이하 '교량'이라 한다)의 상부구조물에 위치하여 교량의 사하중과 활하중과 주행 시 발생되는 하중 등을 전달받게 된다.
이러한 상부구조물인 슬래브, 거더, 빔 등은 하부구조물인 교대, 교각, 기둥 등을 통하여 기초로 전달하게 된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 교량은 교대(500)와 교각(510)에 콘크리트 빔 거더(520)의 양단부가 놓여지도록 설치됨과 아울러 교각(510)과 교각(510) 사이에 콘크리트 빔 거더(520)의 양단부가 놓여지도록 설치되어 있다.
여기서 콘크리트 빔 거더(520)는 도 3에 도시된 바와 같이, 교량의 길이 방향에 대해 직각인 횡방향에서 바라보았을때 다수개가 나란하게 설치되어 있다.
콘크리트 빔 거더(520)의 상부에는 콘크리트를 타설하는 방법 등으로 슬래브(530)가 형성되어 있고, 이 슬래브(530) 위에 방호벽, 난간 등의 후속공정이 이루어진다.
상기와 같은 구조로 이루어진 교량을 구성하는 요소 중에서 콘크리트 빔 거더(520) 자체에는 프리스트레싱(prestressing) 기능이 구비되어 있다.
부언하면, 슬래브(530), 2차 고정하중, 빔 거더(520)를 포함한 자중과 같은 사하중 및 주행 차량에 의한 활화중에 의해 콘크리트 빔 거더(520)에는 전체가 하방향으로 활 모양처럼 휘어지는 인장 응력이 발생하게 된다.
이러한 인장 응력이 소멸 되지 않은 콘크리트 빔 거더(520) 및 슬래브(530)에 균열이 발생되어 결과적으로 교량의 역할을 수행하지 못하게 된다.
이러한 현상을 방지하기 위해 콘크리트 빔 거더(520) 자체에 사하중이나 활화중의 작용에 의하여 생기는 인장 응력을 소멸시키고, 역방향의 응력을 미리 가하는 프리스트레싱(pre-stressing) 기능이 부여하게 된다.
좀 더 구체적으로 PC 강선(Prestressed Concrete 강선 또는 인장강선)(이하, '긴장재'라 칭함)을 통해서 빔 거더(520)에 긴장력을 도입하면, 빔 거더(520) 전체가 상방향으로 활 모양처럼 휘어지는 현상이 발생된다.
즉, 빔 거더(520)의 상면에는 인장응력이 발생되고, 빔 거더(520)의 하면에는 압축응력이 발생된다. 이러한 프리스트레스 콘크리트(Prestressed Concrete) 빔 거더(520)를 교량에 적용하게 되면, 프리스트레스 콘크리트 빔 거더(520)의 자체 자중, 슬래브, 2차 고정하중 등과 같은 사하중 및 주행 차량에 의한 활하중에 의해 프리스트레스 콘크리트 빔 거더(520) 하면에 발생되는 인장응력이 허용인장응력 이내가 되도록 하여, 콘크리트 빔 거더(520) 및 슬래브(530)에 균열의 발생을 방지함으로써, 교량의 역할을 수행할 수 있도록 한다.
이와 같이 빔 거더(520)와 같이 구조물을 구성하는 부재에 프리스트레싱(pre-stressing)을 인가하는 방식은 크게 포스트 텐션(post-tention) 방식과 프리-텐션(pre-tention) 방식으로 대별할 수 있다.
전자는 쉬스관과 철근을 조립한 후 쉬스관이 조립된 철근을 거푸집 내에 설치한 다음 콘크리트를 타설하고, 콘크리트의 양생 후 쉬스관에 긴장재를 삽입하여 긴장시킴과 동시에 그 긴장재의 단부를 부재의 양단부에 그라우팅을 병행하게 된다.
아울러 정착수단을 이용하여 정착한 다음 정착부에 무수축 몰탈로 마감처리하는 공정으로 진행되는 방식을 말한다. 이러한 포스트 텐션 방식을 이용한 빔 거더(520)의 제작 방법은 별도의 쉬스관을 설치함과 아울러 그라우팅 작업을 실시함에 따라 빔 거더의 제작 공정이 길어짐과 아울러 단위 빔 거더마다 긴장재의 개수대로 정착수단이 사용되기 때문에 경제적인 측면서 볼때 비효율적인 문제점이 있었다.
이에 최근에는 미리 거푸집에 긴장재를 설치하여 긴장시킨 후 그 거푸집에 콘크리트를 타설하고, 콘크리트의 경화(양생)와 함께 부재와 긴장재의 정착이 동시에 이루어지도록 하며, 콘크리트의 양생 완료 후 긴장재를 절단함으로써, 제작 공정을 대폭 단축시킴과 아울러 경제적인 측면에서도 비용을 적게 들임으로써 생산할 수 있도록 한 후자의 프리-텐션(pre-tention) 방법이 사용되고 있다.
프리-텐션 빔은 거더교에서 교각과 교각 사이에 길이방향으로 설치되는 거더로 사용되는 것으로, 빔 제작시에 다수의 긴장재를 내설하고, 콘크리트를 타설한 후 콘크리트의 양생이 끝나면 긴장재에 긴장력을 도입함으로써, 거더에 작용하는 정모멘트에 저항할 수 있도록 하는 부재이다.
상기 빔 거더(520)의 상부와 하부에 각각 상부 플랜지와 하부 플랜지가 형성되고, 프리스트레싱을 인가하기 위하여 하부 플랜지의 내부에 미리 복수의 긴장재를 삽입 설치하여 구성한 것이다.
이와 같이 프리스트레싱 방식으로 긴장재를 하부 플랜지에 삽입 설치한 프리-텐션 빔 거더는 거더에 작용하는 중간부분에서는 정모멘트에 대응할 수 있으나, 긴장재를 하부 플랜지에만 삽입 설치한 구조이기 때문에 외력에 의해 단부의 응력 컨트롤이 어렵다는 단점이 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 '교량용 프리 텐션 빔 거더'가 개시되어 있다.
하기 특허문헌 1에 따른 교량용 프리 텐션 빔 거더에는 교량용 프리텐션 빔 거더로서, 프리텐션 빔 거더의 상부 플랜지와 하부 플랜지에 모두 긴장재를 삽입 설치하여 상하부 프리스트레싱을 인가한 프리텐션 빔 거더가 개시되어 있다.
하기 특허문헌 2에는 '강선 가이드구조를 갖는 교량상판용 거푸집'이 개시되어 있다.
하기 특허문헌 2에 따른 프리스트레스트 콘크리트 빔 중간 연결부 연속화 구조 및 방법은 교대 또는 교각으로 이루어지는 교량의 하부구조물 상에 다수개가 거치되며, 일측단 또는 양측단 하부에 솔 플레이트가 부착된 PSC빔과; 상기 솔 플레이트가 부착된 PSC빔과 PSC빔 사이의 솔 플레이트 연결부 상면에 배치되는 슬래브 철근, 프리텐션용 PC강재와; 상기 슬래브 철근 및 솔 플레이트 연결부에 타설 양생되는 1차 콘크리트와; 상기 PSC빔의 상면 중앙부 슬래브에 타설 양생되는 2차 콘크리트가 개시되어 있다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2013-0120096호(2013년 11월 4일 공개) 대한민국 특허 등록번호 제10-0529518호(2005년 11월 11일 등록)
그러나 상술한 바와 같은 종래기술에서는 교량의 연결부에 경간이 수평 상태로 설치되므로 거더에 전단력이 발생됨은 물론 휨하중으로 인한 교량의 강성이 떨어지게 되고, 거더에 가해지는 사하중 및 활하중에 의한 거더의 손상 또는 파손이 발생하게 되며, 이로 인한 교량의 안전을 보장하지 못하는 문제점이 있었다.
또한 기 시공된 교량 구조물은 기간이 지남에 따라 내하력이 떨어지게 되고, 교량의 내하력을 유지하기 위한 유지·보수의 공사 기간이 길어질 뿐만 아니라 교량의 내하력을 높이기 위한 보강 공사 비용이 과다하게 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 거더에 가해지는 전단력, 휨하중을 줄임은 물론 내하력을 높일 수 있는 교량 구조물의 보강구조체를 이용한 성능개선 및 내진보강 공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 거더의 양 측면에 각각 보강구조체를 시공하여 교량의 안전성을 높일 수 있는 교량 구조물의 보강구조체를 이용한 성능개선 및 내진보강 공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 거더의 양 측면에 텐션을 갖는 강선을 설치하여 텐션을 유지함은 물론 교량 구조물의 연결부 강성을 높일 수 있는 교량 구조물의 보강구조체를 이용한 성능개선 및 내진보강 공법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 교량 구조물의 보강구조체는 교각의 상부 양면에 각각 시공되는 받침대, 상기 받침대의 상면에 설치되는 제1 보강재, 상기 교각 및 상기 제1 보강재와 직교되는 방향으로 거더의 양면에 각각 설치되며 일정 간격으로 강선을 고정하는 텐션 정착구가 다수 설치된 제2 보강재, 상기 제2 보강재의 상면에 설치되는 센터 정착구, 상기 센터 정착구를 관통하여 상기 텐션 정착구에 양단이 각각 고정되는 강선을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 보강재와 직교되는 방향으로 설치되어 상기 제1 보강재를 일체로 고정시키는 제3 보강재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 교각 상면에는 상기 거더로부터 상기 교각에 가해지는 진동 및 충격을 감소시키는 고무패드가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 보강재에는 상기 제2 보강재를 안정적으로 지지하는 받침판이 설치되며, 상기 제2 보강재에는 상기 거더의 측면에 견고하게 고정되도록 앵커볼트가 관통되는 제1 고정판이 설치되며, 상기 제3 보강재에는 상기 교각의 상면에 견고하게 고정되도록 앵커볼트가 관통되는 제2 고정판이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 교량 구조물의 보강구조체를 이용한 내진보강 공법은 교각의 상부 양면에 받침대를 시공하는 단계,완화시킬 수 있도록 고무패드를 설치하는 단계, 상기 받침대의 상면에 설치되는 제1 보강재, 상기 제1 보강재의 상면에 직교되게 설치되는 제2 보강재 및 상기 제1 보강재를 고정시키는 제3 보강재로 이루어진 보강재를 설치하는 단계, 교량의 경간 길이 또는 거더의 조건에 따라 설치하고자 하는 강선의 종류, 수량, 인장력(텐션)을 산출하는 교량 구조물의 구조해석 단계, 제2 보강재의 저면에 설치하고자 하는 강선의 수랑만큼 텐션 정착구를 설치하며, 제2 보강재의 상면에 센터 정착구를 설치하는 단계, 상기 텐션 정착구 및 센터 정착구에 강선을 설치하여 상기 강선이 텐션을 유지하도록 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 교량 구조물의 보강구조체를 이용한 성능개선 및 내진보강 공법에 의하면, 교량 구조물의 연결부에 제2 보강재를 설치함으로써 거더 또는 상부고조물의 전단을 방지할 수 있고, 연결부로부터 제2 보강재가 소정의 길이만큼 설치됨에 따라 휨응력을 줄일 수 있으며, 강선에 의한 텐션으로 상부구조물을 지지하므로 거더 또는 상부구조물의 모멘트를 감소시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
본 발명에 따른 교량 구조물의 보강구조체를 이용한 성능개선 및 내진보강 공법에 의하면, 강선의 수를 자유로이 설치할 수 있어 교량의 내진을 보강할 수 있고, 교량 구조물의 내하력을 증대시킬 수 있으며, 고무패드에 의해 진동이나 충격을 줄일 수 있고, 교량 구조물의 교축 방향, 휨 방향 등의 수축·팽창 시 발생되는 수축량 및 팽창량을 수렴할 수 있으며, 교량 구조물의 사하중, 활하중 등 상부구조물을 보다 안정되게 유지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1 내지 도 3은 일반적인 교량의 구조 설명도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체를 보인 평면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 교량 구조물의 연결부를 보인 평면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 교량 구조물의 연결부를 보인 정면도,
도 7은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 교량 구조물의 연결부를 보인 단면도,
도 8은 도 4의 A-A선 단면도,
도 9는 도 4의 B-B선 단면도,
도 10은 도 4의 정면도,
도 11은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체가 설치된 상태를 보인 설치 상태도,
도 12는 도 11의 정면도,
도 13은 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체를 보인 설치 상태도,
도 14는 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 교량 구조물을 보인 설치 상태도,
도 15는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교량 구조물의 내진 보강공법을 보인 공정도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체를 이용한 성능개선 및 내진보강 공법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체를 보인 평면도이다.
본 발명에서 "연결부"는 교각의 상면에 소정의 거리만큼 떨어져 설치되는 교량(또는 상판을 포함한다)의 연결 부위를 지칭한다.
즉, 교각(10)의 상면에 설치되는 상부구조물은 진동, 충격 또는 온도에 의한 교량의 길이 변형 등을 대응될 수 있도록 소정 거리만큼 떨어져 설치되는데, 교량과 교량이 떨어져 설치되는 부위를 총칭하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체는 교각(10)의 상부 양면에 각각 시공되는 받침대(20), 상기 받침대(20)의 상면에 설치되는 제1 보강재(30), 상기 교각(10) 및 상기 제1 보강재(30)와 직교되는 방향으로 거더(15)의 양면에 각각 설치되며 일정 간격으로 강선을 고정하는 텐션 정착구(41)가 다수 설치된 제2 보강재(40), 상기 제2 보강재(40)의 상면에 설치되는 센터 정착구(60), 상기 센터 정착구(60)를 관통하여 상기 텐션 정착구(41)에 양단이 각각 고정되는 강선(70)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체는 교각(10)의 상면에 상부구조물인 거더(15), 슬래브(미도시), 상판(미도시) 등이 기 설치된 교량 구조물의 내하력, 강성 증대, 연결부(또는 지점부)의 전단을 보강할 수 있도록 한다.
또한 교량 구조물의 시공 시에 상부구조물의 연결부의 전단을 보강함은 물론 중앙부의 휨응력 발생 부분에 응력을 가하여 내력을 증가 또는 보강함으로써 보다 견고한 교량 구조물을 시공할 수도 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체는 제1 보강재(30), 제2 보강재(40), 센터 정착구(60) 및 강선(70)에 의해 거더(15)를 강선(70)으로 지지함으로써, 연결부의 전단 응력을 보강, 휨응력의 감소, 수평 보강, 내하력을 보강할 수 있도록 한다.
<제1 실시 예>
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 교량 구조물을 보인 평면도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 교량 구조물을 보인 정면도이며, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교량 구조물을 보인 단면도이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 교각(10)에는 양면에 각각 받침대(20)가 형성될 수 있다. 교각(10)은 교량을 받치는 기둥으로, 상부구조가 2경간 이상이 되는 경우에 설치되되며, 상부구조의 하중과 교각의 자중을 안전하게 기초 지반에 전달하는 구조물이다.
이러한 교각은 교각기초(미도시), 기둥(11), 코핑부(12)로 구성될 수 있으며, 받침대(20)는 교각(10) 상부의 기둥(11) 및 코핑부(12)의 양 측면에 각각 형성될 수 있다.
이러한 받침대(20)는 교각(10)과 동일하게 콘크리트로 타설될 수 있으며, 받침대(20)는 충분한 강성을 갖도록 철근 등이 내장될 수 있음은 물론이다.
도 8은 도 4의 A-A선 단면도이고, 도 9는 도 4의 B-B선 단면도이며, 도 10은 도 4의 정면도이다.
도 4 및 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 보강구조체는 받침대(20)의 상면에 설치되는 한 쌍의 제1 보강재(30), 제1 보강재(30)와 직교되는 방향으로 설치되는 제2 보강재(40) 및 상기 한 쌍의 제1 보강재(30)가 견고하게 설치된 상태를 유지하도록 제1 보강재(30) 상면에 고정되는 제3 보강재(50)가 설치될 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 받침대(20)의 상면에는 길이 방향을 따라 일정 길이를 갖는 제1 보강재(30)가 설치될 수 있으며, 제1 보강재(30)의 전체 길이는 받침대(20)의 길이보다 긴 길이로 이루어질 수 있다.
상기 제1 보강재(30)는 일정 크기를 갖는 H-빔(beam)으로 이루어질 수 있으며, 후술하는 제2 보강재(40) 및 제3 보강재(50) 또한 일정 크기를 갖는 H-빔(beam)으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 보강재(30)의 상면에는 제2 보강재(40) 및 제3 보강재(50)가 설치될 수 있다.
상기 제1 보강재(30)에는 제2 보강재(40), 제3 보강재(50) 및 상판(미도시)으로부터 가해지는 하중에 견딜 수 있도록 일정 간격으로 다수의 제1 스티프너(31)가 설치될 수 있다.
상기 제1 스티프너(31)는 제1 보강재(30)의 형태적인 변형을 방지함은 물론 제1 보강재(30)에 가해지는 하중에 견딜 수 있는 강성을 갖도록 제1 보강재(30)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 다수 설치될 수 있다.
또 제1 보강재(30)의 상면에는 제1 보강재(30)와 직교되는 방향으로 제2 보강재(40)가 설치될 수 있고, 제2 보강재(40)는 거더(15)의 양 측면에 밀착된 상태로 설치될 수 있다.
상기 제2 보강재(40)의 저면에는 일정 간격으로 다수의 텐션 정착구(41)가 고정될 수 있으며, 이들 텐션 정착구(41)에는 강선(70)이 관통할 수 있도록 구멍(42)이 형성될 수 있다.
상기 제1 보강재(30)와 제2 보강재(40) 사이에는 제2 보강재(40)를 지지할 수 있는 받침판(43)이 설치될 수 있으며, 이들 제1 보강재(30), 제2 보강재(40) 및 받침판(43)은 용접에 의해 일체로 고정될 수 있다.
또한 받침판(43)의 저면에는 제2 스티프너(44)가 고정될 수 있으며, 제2 스티프너(44)는 받침판(43)을 견고하게 지지할 수 있도록 제1 보강재(30)의 측면 및 받침판(43)의 저면에 용접으로 고정될 수 있다. 이러한 제2 스티프너(44)는 일정 간격으로 다수개 설치될 수 있다.
상기 제2 보강재(40)의 상면에는 제2 보강재(40)가 거더(15)에 안정되게 고정되도록 고정판(45)이 고정될 수 있다. 상기 고정판(45)에는 앵커볼트 등이 관통되도록 구멍이 형성될 수 있다. 이러한 구멍은 일정 직경을 갖는 원형 또는 장공으로 형성될 수 있다.
아울러 제2 보강재(40)에는 제2 보강재(40)의 강성 증대 및 형상 변형을 방지하기 위한 제3 스티프너(46)가 설치될 수 있으며, 제3 스티프너(46)는 일정 간격으로 다수 설치될 수 있다. 상기 스티프너(44, 46)는 제2 보강재(40)에 용접으로 고정될 수 있다.
또한 제2 보강재(40)는 거더(15)의 양 측면에 각각 밀착될 수 있고, 제2 보강재(40)는 거더(15)에 고정될 수 있다. 즉, 고정판(45)에는 앵커볼트를 관통시켜 거더(15)에 시공함으로써, 제2 보강재(40)는 거더(15)의 측면에 고정된다.
아울러 거더(15)의 저면에는 상부구조물로부터 가해지는 하중, 진동을 감소키시기 위한 고무패드(16)가 설치될 수 있다.
상기 고무패드(16)는 교각(10)의 상면과 거더(15)의 하면 사이에 설치될 수 있다.
도 4 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 보강재(30)의 상면에는 제3 보강재(50)가 고정될 수 있다. 제3 보강재(50)에는 길이 방향을 따라 강성 증대 및 형상 변형을 방지하기 위한 제4 스티프너(51)가 설치될 수 있고, 제3 보강재(50)의 양단에는 제1 보강재(30)에 견고하게 고정되도록 제5 스티프너(52)가 설치될 수 있다.
상기 제5 스티프너(52)는 제1 보강재(30)의 상면에 용접으로 고정됨과 함께 제3 보강재(50)의 측면에 용접으로 고정될 수 있다. 즉, 제5 스티프너(52)는 제1 보강재(30)와 제2 보강재(40)를 일체로 고정시킬 수 있으며, 제1 보강재(30)의 설치 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.
또한 제3 보강재(50)의 양 측면에는 각각 고정판(53)이 고정될 수 있다. 상기 고정판(53)은 제3 보강재(50)가 교각(10)의 상면에 안정된 상태를 유지하도록 한다. 즉, 고정판(53)에는 구멍이 형성되어 있으며, 고정판(53)은 앵커볼트(미도시) 등으로 교각(10)에 고정될 수 있다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교량 구조물의 연결부 보강구조체가 설치된 상태를 보인 설치 상태도이고, 도 12는 도 11의 정면도이다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 보강재(40)의 상면에는 센터 정착구(60)가 설치될 수 있다. 상기 센터 정착구(60)에는 강선(60)이 관통될 수 있도록 구멍(61)이 형성될 수 있다.
이러한 구멍(61)은 제2 보강재(40)의 양단에 설치되는 강선(70)이 관통될 수 있다. 상기 구멍(61)은 필요에 따라 다수로 형성될 수 있다.
상기 강선(70)은 센터 정착구(60)의 구멍(61)을 관통하여 제2 보강재(40)의 양측에 상기 센터 정착구(60)를 기준으로 대칭되게 고정된 텐션 정착구(41)에 설치될 수 있으며, 강선(70)은 텐션 정착구(41)의 구멍(42)을 관통하여 설치될 수 있다.
도 4 내지 도 12에 도시된 제2 보강재(40)에는 하나의 센터 정착구(41)가 설치된 것으로, 비교적 짧은 길이를 갖는 교량의 경간에 적용될 수 있다.
다음 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체의 결합관계를 상세하게 설명한다.
도 4 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체는 교각(10)의 상부 양면에 받침대(20)를 형성할 수 있다. 이러한 받침대(20)는 이미 시공된 교각(10)에 설치될 수 있음은 물론 교각(10)의 시공 시에 형성할 수도 있다.
상기 받침대(20)는 교각(10)과 동일한 콘크리트 구조물로 이루어지는 것으로, 강성을 갖도록 철근(미도시) 등이 포함될 수 있다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 받침대(20)는 교각(10)의 기둥(11) 상부 및 코핑부(12)에 형성할 수 있으며, 받침대(20)의 상면은 교각(10)의 상면보다 낮은 위치에 형성할 수 있다.
도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 받침대(20)의 상면에는 제1 보강재(30)를 설치할 수 있고, 제1 보강재(30)는 일정 길이를 갖는 H-빔(beam)을 사용할 수 있다.
또 제1 보강재(30)의 길이 방향에는 일정 간격으로 다수의 제1 스티프너(31)를 설치할 수 있다. 상기 제1 스티프너(31)는 제1 보강재(30)에 가해지는 상부구조물의 하중 또는 진동 등에 의한 변형을 방지함은 물론 강성을 유지하도록 설치한다.
상기 제1 스티프너(31)는 제1 보강재(30)에 끼워진 상태로 용접에 의해 고정될 수 있다.
상기 제1 보강재(30)의 상면에는 직교되는 방향으로 제2 보강재(40)를 설치할 수 있다. 상기 제2 보강재(40)는 제1 보강재(30)보다 큰 크기를 갖는 H-빔(beam)을 사용할 수 있다.
상기 제2 보강재(40)의 저면에는 센터 정착구(60)를 기준으로 대칭되도록 일정 간격으로 다수의 텐션 정착구(41)를 설치할 수 있으며, 텐션 정착구(41)에는 강선(70)이 관통할 수 있도록 구멍(42)을 형성할 수 있다.
또 제1 보강재(30)와 제2 보강재(40) 사이에는 일정 크기를 갖는 받침판(43)을 고정할 수 있다. 상기 받침판(43)은 제1 보강재(30) 및 제2 보강재(40)에 용접으로 고정될 수 있다.
또한 받침판(43)의 저면에는 제1 보강재(30)에 견고하게 고정되도록 제2 스티프너(44)를 고정할 수 있다. 즉, 제1 보강재(30), 받침판(43) 및 제2 스티프너(44)는 용접 등에 의해 일체로 설치할 수 있다.
상기 제2 보강판(40)의 상면에는 제2 보강재(40)를 거더(15)에 고정할 수 있도록 고정판(45)을 설치할 수 있다. 즉, 앵커볼트는 고정판(45)을 관통하여 거더(15)에 시공됨으로써, 제2 보강재(40)를 거더(15)를 지지할 수 있도록 한다.
또 제2 보강판(40)에는 제2 보강재(40)의 강성 보강 및 변형을 방지할 수 있도록 일정 간격으로 다수의 제3 스티프너(46)를 설치할 수 있으며, 제3 스티프너(46)는 용접으로 고정할 수도 있다.
상기 거더(15)는 양 측면에 각각 제2 보강재(40)를 설치함과 함께 거더(15)의 저면에 진동, 충격 등을 줄일 수 있도록 고무패드(16)를 설치할 수 있다.
상기 고무패드(16)는 교각(10)과 거더(16) 사이에 설치되어 거더(16)를 진동이나 충격으로부터 보호함은 물론 진동이나 충격을 흡수하여 줌으로써, 교각(10)의 파손이나 손상을 줄일 수 있다.
상기 제3 보강재(50)는 제1 보강재(30) 상면에 설치할 수 있으며, 제3 보강재(50)는 거더(15)의 양측에 설치된 한 쌍의 받침대(20) 상면에 설치되어 있는 제1 보강재(20)의 설치 상태를 안정되게 유지시킨다.
이러한 제3 보강재(50)는 제3 보강재(50)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 다수의 제4 스티프너(51)를 설치할 수 있고, 제3 보강재(50)의 양단에는 각각 제5 스티프너(52)를 설치할 수 있다.
또한 제3 보강재(50)는 양 측면에 각각 고정판(53)을 고정할 수 있으며, 이들 고정판(53)은 제3 보강재(50)가 이동되거나 움직이지 않도록 견고하게 고정하게 된다.
즉, 앵커볼트는 고정판(53)에 관통되어 교각(10)에 시공됨으로써, 제3 보강재(50)를 교각(10)에 안정되게 고정할 수 있게 된다.
상기 제2 보강재(40)의 상면에는 일정 높이를 갖는 센터 정착구(60)를 고정할 수 있고, 센터 정착구(60)에는 강선(70)이 관통되며, 강선(70)은 센터 정착구(60)를 기준으로 대칭된 텐션 정착구(41)에 설치할 수 있다.
상기 강선(70)은 나선 로프(spiral rope), 평행 강선케이블(parallel wire cable) 등을 사용할 수 있으며, 이들 나선 로프, 평행 강선케이블을 텐션 정착구(41)로부터 분리되지 않도록 견고하게 고정하게 된다.
이와 같은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체는 교각(10)에 가해지는 사하중, 활하중 뿐만 아니라 거더(15)의 양측에 제2 보강재(40)로 보강할 수 있게 된다.
교량의 상부구조물에서 가해지는 하중, 진동, 충격 등은 거더(15)로 전달되며, 거더(15)로 전달된 하중, 진동, 충격 등은 제2 보강재(40)로 전달된다.
이와 같이 제2 보강재(40)는 거더(15)의 양 측면에 밀착되게 설치되어 있다. 이에 거더(15)에 가해지는 진동은 거더(15)와 교각(10) 사이에 설치되어 있는 고무패드(16)에 의해 진동을 흡수하게 된다.
또 거더(15)의 양 측면에 설치된 제2 보강재(40)는 거더(15)의 자중으로 인해 발생되는휨하중을 줄일 수 있게 된다. 상기 제2 보강재(40)는 거더(15)의 양측 선단 부위를 지지함으로써, 거더(15)를 보다 안정되게 지지할 수 있게 된다.
또한 거더(15)는 제2 보강재(30)에 의해 지지되므로, 상부구조물의 전단을 방지할 수 있게 된다.
이와 같이 제2 보강재(30)에 전달된 하중, 진동 등은 제1 보강재(30)로 전달되며, 제1 보강재(30)로 전달된 하중, 진동 등은 받침대(20)로 전달된 다음 교각(10)으로 전달된다.
한편 제2 보강재(40)에 설치되는 강선(70)은 텐션 정착구(41)의 양단에 설치되어 있으므로, 제2 보강재(40)를 수평으로 유지시킴과 함께 거더(15)를 수평으로 유지시킬 수 있게 된다.
즉, 텐션 정착구(41) 및 센터 정착구(60)에 설치된 강선(70)은 제2 보강재(40) 및 거더(15)를 보다 수평 상태로 유지시켜 거더(15)의 전단을 방지할 수 있게 된다.
제1 실시 예에 따른 교량 구조물의 연결부 보강구조체는 경간의 거리가 비교적 짧은 교량에 적용될 수 있는 것으로, 센터 정착구(41)는 하나가 설치된다.
상기 텐션 정착구(41)는 필요에 따라 강선의 수를 자유로이 설치할 수 있어 교량의 내진을 보강할 수 있고, 교량 구조물의 연결부의 강도를 보강하여 줌으로써 교량 구조물의 내하력을 증대시킬 수 있게 된다.
또한 거더(15)의 저면에 설치된 고무패드는 상부구조물로부터 가해지는 진동이나 충격을 줄일 수 있고, 교량 구조물의 교축 방향, 휨 방향 등의 수축·팽창 시 발생되는 수축량 및 팽창량을 수렴할 수 있으며, 교량 구조물의 사하중, 활하중 등 상부구조물을 보다 안정되게 유지할 수 있게 된다.
<제2 실시 예>
다음에 본 발명에 따른 제 실시 예를 도 13에 따라 설명한다.
또한 제2 실시 예에서 제1 실시 예와 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 반복적인 설명은 생략한다.
도 13은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체를 보인 설치 상태도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체는 제2 보강재(40)의 상면에 2개의 센터 정착구(60)가 설치될 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 교량 구조물의 보강구조체는 받침대(20), 제1 보강재(30), 제2 보강재(40) 및 강선(70)은 제1 실시 예와 동일하므로 중복 설명을 생략한다.
즉, 제2 실시 예에 따른 센터 정착구(60)는 제2 보강재(40)의 상면에 소정 거리만큼 떨어진 위치에 2개가 설치될 수 있다.
상기 제2 보강재(40)의 저면에는 제2 보강재(40)를 수평으로 유지시킬 수 있는 강선(75)이 설치될 수 있고, 제2 보강재(40)의 양단에는 각각 강선(75)이 고정될 수 있는 지지판(76)이 설치될 수 있다.
상기 강선(75)은 제2 보강재(40)를 수평 상태로 유지시킴으로써, 거더(15)를 수평 상태로 유지시킬 수 있게 된다. 이에 따라 거더(15)는 전단력을 줄일 수 있게 됨은 물론 휨하중이 감소하게 된다.
이와 같이 2개의 센터 정착구(60)에는 강선(70)이 보다 긴 길이로 관통하게 되므로, 교량의 경간 길이가 긴 경우에 적용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 교량 구조물을 보인 설치 상태도이다.
도 14에서와 같이, 교량 구조물은 2개의 교각(10) 사이에 거더(15)를 설치할 수 있고, 이들 거더(15)에는 각각 제1 보강재(30), 제2 보강재(40), 제3 보강재(50), 센터 정착구(60) 및 강선(70)을 설치할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제1 실시 예 또는 제2 실시 예에 의한 보강구조체가 2개의 경간에 설치된 상태를 도시한 것이다.
상기 거더(15)는 각각 보강구조체인 받침대(20), 제1 보강재(30), 제2 보강재(40), 제3 보강재(50), 센터 정착구(60) 및 강선(70)에 의해 인장력(텐션)을 갖게 된다.
즉, 교각(10)을 중심으로 좌우 대칭되게 설치되는 거더(15)는 강선(70)에 의해 텐션을 갖게 되며, 이로 인해 사하중, 활하중, 전단에 의해 교량의 파손 또는 손상을 줄일 수 있게 된다.
상기 거더(15)는 텐션 정착구(41), 센터 정착구(60) 및 강선(70)에 의해 텐션이 유지됨으로써, 강성이 보강됨은 물론 거더(15)의 휨하중을 줄일 수 있으며, 거더(15)의 강성이 증대됨에 따라 교량 구조물의 내진 성능을 높일 수 있게 된다.
한편 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 교량 구조물의 내진 보강공법을 설명하기로 한다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 교량 구조물의 내진 보강공법을 보인 공정도이다.
도 15에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 교량 구조물의 내진 보강공법은 교각(10)의 상부 양면에 받침대(20)를 시공한다(S10).
상기 받침대(20)는 교각(10)의 기둥(11) 상부 및 코핑부(12)에 일정 두께 및 높이를 갖도록 콘크리트로 시공된다. 이러한 받침대(20)는 압축 강도 및 인장 강도를 갖도록 콘크리트에 철근 등이 설치됨은 물론이다.
상기 교각(10)과 거더(15) 사이에는 진동 흡수 및 충격을 완화시킬 수 있도록 고무패드(16)를 설치한다(S20).
상기 고무패드(16)는 진동의 흡수 및 충격의 흡수가 양호하게 이루어지도록 서로 적층된 상태로 설치될 수 있다. 즉, 고무패드(16)는 2겹 이상으로 적층시켜 진동의 흡수, 충격 완화 및 교량 구조물의 진동 거동을 수렴할 수 있도록 한다.
상기 받침대(20)에는 교량 구조물의 연결부에 보강재를 설치한다(S30).
상기 보강재의 설치 단계는 받침대(20)의 상면에 한 쌍의 제1 보강재(30)를 설치하고, 제1 보강재(30)의 상면에 안착됨과 함께 거더(15)의 양 측면에 밀착되게 설치한다. 도 12에서와 같이, 제2 보강재(40)인 H-빔의 플랜지는 거더(15)의 측면에 밀착된다.
상기 한 쌍의 제1 보강재(30)의 상면에는 제3 보강재(50)를 설치하며, 제3 보강재(50)는 제1 보강재(30)를 받침대(20)에 견고하게 고정된 상태를 유지되게 한다.
아울러 제1 보강재(30), 제2 보강재(40) 및 제3 보강재(50)에 각각의 보강재(30, 40, 50)의 강성을 향상시킴은 물론 H-빔의 형상 변형을 방지하는 스티프너(31, 44, 46, 51, 52)를 각각 설치함은 물론이다.
또 제2 보강재(40)의 저면에는 다수의 텐션 정착구(41)를 설치하며, 제2 보강재(40)의 상면에는 센터 정착구(60)를 설치한다.
텐션 정착구(41) 및 센터 정착구(60)에는 교량의 경간 길이 또는 거더(15)의 제반 조건에 따라 설치하고자 하는 강선의 종류, 수량, 인장력(텐션) 등 교량 구조물의 구조를 해석(검토)한다(S40).
상기 구조 검토 단계는 교량 구조물의 구조 해석을 한 다음 보강에 필요한 강성, 강선의 종류, 강선의 수, 보강하고자 하는 강선의 인장력(텐션) 등 수치적인 해석을 거치게 된다.
이와 같이 구조 검토가 이루어진 이후에는 산출된 인장력에 따라 제2 보강재(40)의 저면에 설치하고자 하는 강선(70)의 수량만큼 텐션 정착구(41)를 일정 간격으로 설치하며, 제2 보강재(40)의 상면에는 센터 정착구(60)를 설치한다(S50).
상기 텐션 정착구(41) 및 센터 정착구(60)에는 강선(70)을 설치하여 적정한 긴장력, 즉 텐션을 유지하도록 설치한다(S60).
상기 강선(70)은 수직, 수평, 상향력을 발생시켜 상부구조물을 지지할 수 있도록 텐션한다.
아울러 강선(70)의 텐션이 이루어진 다음에는 텐션 정착구(41) 및 센터 정착구(60)의 강선을 체결 완료하며, 교량 구조물의 연결부 전단력과 상향력 모멘트 응력을 높이게 되며, 교량 구조물의 내하력을 증가시킴은 물론 내진을 높여 교량 구조물의 성능을 한층 높일 수 있게 된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10: 교각 11: 기둥
12: 코핑부 15: 거더
16: 고무패드 20: 받침대
30: 제1 보강재 31: 제1 스티프너
40: 제2 보강재 41: 텐션 정착구
42: 구멍 43: 받침판
44: 제2 스티프너 45: 고정판
46: 제3 스티프너 50: 제3 보강재
51: 제4 스티프너 52: 제5 스티프너
53: 고정판 60: 센터 정착구
61: 구멍 70: 강선

Claims (5)

  1. 교각의 상부 양면에 각각 시공되는 받침대,
    상기 받침대의 상면 양측에 각각 설치되는 한 쌍의 제1 보강재,
    상기 교각 및 상기 제1 보강재의 길이 방향과 직교되는 방향으로 거더의 양 측면에 각각 설치되는 제2 보강재,
    상기 제2 보강재의 상면에 설치되는 센터 정착구,
    상기 센터 정착구를 기준으로 상기 제2 보강재의 저면 양측에 일정 간격으로 대칭되게 설치되는 다수의 텐션 정착구,
    상기 센터 정착구를 관통하여 상기 양측의 텐션 정착구에 양단이 각각 고정되는 강선을 포함하고,
    상기 제1 보강재와 직교되는 방향으로 상기 한 쌍의 제1 보강재가 일체로 고정되도록 상기 제1 보강재의 상면에 설치되는 제3 보강재를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 보강구조체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교각 상면에는 상기 거더로부터 상기 교각에 가해지는 진동 및 충격을 감소시키는 고무패드가 설치되는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 보강구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보강재에는 상기 제2 보강재를 안정적으로 지지하는 받침판이 설치되며,
    상기 제2 보강재에는 상기 거더의 측면에 견고하게 고정되도록 앵커볼트가 관통되는 제1 고정판이 설치되며,
    상기 제3 보강재에는 상기 교각의 상면에 견고하게 고정되도록 앵커볼트가 관통되는 제2 고정판이 설치되는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 보강구조체.
  5. 교각의 상부 양면에 받침대를 시공하는 단계,
    상기 교각과 거더 사이에 진동 흡수 및 충격을 완화시킬 수 있도록 고무패드를 설치하는 단계,
    상기 받침대의 상면에 일정 간격으로 이격되게 설치되는 한 쌍의 제1 보강재, 상기 교각 및 상기 제1 보강재의 상면에 직교되는 방향으로 상기 거더의 양 측면에 각각 설치되는 제2 보강재 및 상기 한 쌍의 제1 보강재가 일체로 고정되도록 상기 제1 보강재의 상면에 고정되는 제3 보강재로 이루어진 보강재를 설치하는 단계,
    교량의 경간 길이 또는 상기 거더의 조건에 따라 설치하고자 하는 강선의 종류, 수량, 인장력(텐션)을 산출하는 교량 구조물의 구조해석 단계,
    상기 제2 보강재의 저면에 설치하고자 하는 강선의 수량만큼 텐션 정착구를 설치하며, 상기 제2 보강재의 상면에 센터 정착구를 설치하는 단계,
    상기 센터 정착구를 기준으로 대칭되게 설치된 상기 텐션 정착구에 강선을 설치하여 상기 강선이 텐션을 유지하도록 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 보강구조체를 이용한 내진보강 공법.
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