KR101585524B1 - 프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더 및 이에 의한 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더의 제작 방법 - Google Patents

프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더 및 이에 의한 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더의 제작 방법 Download PDF

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주재호
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Abstract

본 발명은 I형 강재의 프리플렉션 복원력과 1차 강선긴장력을 갖는 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'의 하부 케이싱 콘크리트 내에 2차 추가강선을 삽입ㆍ긴장하되 2차 추가강선의 정착점이 프리플렉션 지점선상이면서 거더 단면 중립축에 위치되고, 또 2차 추가강선의 배치는 프리플렉션 지점사이에 하향포물선 형태로 배치함으로써 I형 강재의 프리플렉션 복원력에 의해 하부 케이싱에 도입된 압축응력과, 1차 강선 및 2차 추가강선의 긴장력에 의해 하부 케이싱에 도입된 압축응력과, 그리고 거더 자중에 의해 하부 케이싱에 도입된 인장응력의 총합에 의하여 프리플렉션 지점사이의 하부 케이싱의 최종압축응력이 최대압축응력, 즉 콘크리트 허용 압축응력(σca)이 되도록 한 것이다.
이렇게 함으로써 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더' 중앙부 하부 케이싱 하단에 도입된 압축응력보다 11%이상 증대된 압축응력이 도입ㆍ보강되게 되고, 그 결과 동일단면의 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'에 비해 더 큰 인장응력에 저항되도록 되어 구조성능이 개선될 뿐만 아니라 증강된 압축응력의 크기만큼 I형 강재량을 줄일 수 있어 거더 제작이 효율적이고 경제적이 되도록 한 유용한 발명이다.

Description

프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더 및 이에 의한 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더의 제작 방법{Prestressed composite girder with second tendon in the lower casing concrete of preflex girder and method constructing the composite girder thereby}
본 발명은 프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더 및 이에 의한 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더의 제작 방법에 관한 것으로 이를 좀 더 구체적으로 말하면, I형 강재의 프리플렉션 복원력과 1차 강선긴장력을 갖는 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'의 하부 케이싱 콘크리트 내에 2차 추가강선을 삽입ㆍ긴장하되 2차 추가강선의 정착점이 프리플렉션 지점선상이면서 거더 단면 중립축에 위치되고, 또 2차 추가강선의 배치는 프리플렉션 지점사이에 하향포물선 형태로 배치함으로써 I형 강재의 프리플렉션 복원력에 의해 하부 케이싱에 도입된 압축응력과, 1차 강선 및 2차 추가강선의 긴장력에 의해 하부 케이싱에 도입된 압축응력과, 그리고 거더 자중에 의해 하부 케이싱에 도입된 인장응력의 총합에 의하여 프리플렉션 지점사이의 하부 케이싱의 최종압축응력이 최대압축응력, 즉 콘크리트 허용 압축응력(σca)이 되도록 한 것이다.
이와 같이 중앙부 하부 케이싱 하단의 압축응력이 최대 콘크리트 허용 압축응력(σca)이 되게 함으로써 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더' 중앙부 하부 케이싱 하단에 도입된 압축응력보다 11%이상 증대된 압축응력이 도입ㆍ보강되게 되고, 그 결과 동일단면의 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'에 비해 더 큰 인장응력에 저항되도록 되어 구조성능이 개선될 뿐만 아니라 증강된 압축응력의 크기만큼 I형 강재량을 줄일 수 있어 거더 제작이 효율적이고 경제적이 되도록 한 유용한 발명이다.
프리플렉스 거더는 상향으로 솟은 캠버δ를 갖는 I형 강재 거더에 프리플렉션 하중(P)을 가하여 I형 강재 거더의 하부 플랜지에 하부 케이싱을 타설ㆍ양생한 후, 프리플렉션 하중(P)을 릴리즈하여 하부 케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입한 거더이다. (도1, 도2 참조)
하부 케이싱 콘크리트에 압축응력이 도입됨으로써 낮은 형고로 거더를 제작할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다. 따라서 형하 공간에 제약을 받는 경우에 가장 적합하다.
그 단점으로는 I형 강재의 강재량이 많이 소요된다는 점이다. 후속되는 공사비가 비경제적이다.
이에 대한 단점을 줄이기 위해 최근에는 도3과 같이 하부 케이싱 콘크리트에 강선을 삽입ㆍ긴장하고 있다. 강선 긴장력에 의해 하부 케이싱 콘크리트에 압축응력이 보강된다. 하부 케이싱 콘크리트에 보강된 압축응력만큼 I형 강재의 강재량을 줄일 수 있다. 하부 케이싱 콘크리트에 강선을 삽입하여 압축응력을 보강한 도3과 같은 프리플렉스 거더를, 설명의 편의상 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'라 부르기로 한다. 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'는 하부 케이싱에 강선이 삽입된 것만 다를 뿐 일반적인 프리플렉스 거더와 동일하다. 이에 따라 일반적인 프리플렉스 거더의 기본개념과 그 제작방식역시 동일하다.
도4에 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'의 응력과 거더 자중과의 관계가 도시되어있다.
'강선긴장 프리플렉스 거더'는 프리플렉스 거더인 I형 강재 거더(10)의 하부 플랜지(14)의 하부 케이싱(20)에 강선(40)이 삽입ㆍ긴장된 구조이다. P는 프리플렉션 하중이고, 42는 긴장강선(40)의 정착부이다.(도5 참조)
'강선긴장 프리플렉스 거더'는 프리플렉션 릴리즈에 의한 ‘압축응력’ 및 강선긴장에 의한 ‘압축응력’과, 그리고 거더 자중에 의한 ‘인장응력’이 밸런스를 이루도록 설계ㆍ제작되는 거더이다. 이상적인 설계는 프리플렉션 릴리즈에 의한 ‘압축응력’과, 강선긴장에 의한 ‘압축응력’과, 그리고 거더 자중에 의한 ‘인장응력’의 총합이, 거더 중앙부 하부케이싱에서 최대압축응력, 즉 콘크리트의 허용압축응력(σca)이 되도록 하는 것이다.
도4의 합 = 1) +2) +3)의 응력도가 이에 해당되는 설계응력도이다.
도4의 합 = 1) +2) +3)에 의하면, 프리플렉션 하중(P) 작용점인 S에서 하부케이싱에 가장 큰 압축응력이 도입된 것임을 알 수 있다. 최대휨모멘트는 거더의 중앙부에서 발생되는 것임에도 불구하고 중앙부의 하부케이싱에 도입된 압축응력은 프리플렉션 하중(P) 작용점 S보다 Δ만큼 작은 것을 알 수 있다.
'강선긴장 프리플렉스 거더'는 S점의 최대압축응력이 거더 단면의 설계를 주도하고 있음을 알 수 있다. 따라서 S점의 최대압축응력은 콘크리트의 허용압축응력(σca)일 수밖에 없다.
휨모멘트로 인한 인장응력과, 이에 저항하는 '강선긴장 프리플렉스 거더' 하부케이싱에 도입된 압축응력과의 관계에 대하여 살펴본다.
거더 자중에 의한 최대휨모멘트는 거더 중앙부에서 발생되므로 최대인장응력은 중앙부에서 발생된다. S점의 휨모멘트는 중앙부보다 훨씬 작다. 중앙부에서 최대인장응력이 발생되므로 이를 저항하기위해서는 '강선긴장 프리플렉스 거더'의 중앙부 하부케이싱에 최대압축응력이 도입되어있어야 한다. 그런데 도4의 합 = 1) +2) +3)에 의하면, S점에서 최대압축응력이 발생되고, 중앙부에서는 이보다 Δ만큼 작은 압축응력이 발생된다. 중앙부에서 최대휨모멘트에 의한 최대인장응력이 발생되고, 이에 저항하는 중앙부 하부케이싱에 도입된 압축응력은, 최대압축응력[콘크리트 허용압축응력(σca)]보다 Δ만큼 부족한 상태이다. 압축응력의 부족분 Δ만큼 구조적 비효율적ㆍ비경제적인 것이 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'가 갖는 문제점이다. 종래기술의 문제점인 압축응력의 부족분 Δ를 콘크리트 허용압축응력(σca)까지 증대ㆍ보강하여 I형 강재의 강재량를 그만큼 감소시키는 것이 본 발명이 추구하고자하는 과제이다.
만약 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'에서 중앙부 하부케이싱의 부족분 Δ을 강선긴장에 의해 콘크리트 허용압축응력(σca)까지 증대시키게 되면 S점은 이미 콘크리트 허용압축응력(σca)을 초과한 상태가 되어 S점에서 콘크리트 압축파괴가 일어나게 된다. 강선긴장으로는 중앙부 하부케이싱의 압축응력 부족분 Δ를 증대시킬 수가 없다.
따라서 S점의 콘크리트 허용압축응력(σca)이 그대로 유지된 상태에서 중앙부 하부케이싱의 부족분 Δ만 증대시키고자 한 것이 본 발명의 해결수단이다.
이제 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'의 중앙부 하부케이싱의 압축응력 부족분 Δ에 대하여 도4의 '시공단계별 거더 하부 케이싱 콘크리트 하단 응력도'에 의해 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저 일반적 개요에 대하여 살펴본다.
최대휨모멘트는 거더'의 중앙부에서 발생된다. S점의 휨모멘트는 최대휨모멘트보다 훨씬 작다. 거더 하부 케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입하는 것은 휨모멘트로 인한 인장응력에 저항하기 위해서다. 최대휨모멘트가 중앙부에서 일어나기 때문에 최대압축응력, 즉 콘크리트의 허용압축응력(σca)은 S점이 아닌 중앙부 하부 케이싱에 도입되어야한다. 그렇게 되어야 단면설계가 가장 경제적이기 때문이다.
그런데 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'는 최대압축응력, 즉 콘크리트의 허용압축응력(σca)이 S점에서 일어난다. 중앙부에 도입된 압축응력이 크리트의 허용압축응력(σca)보다 Δ만큼 작게 도입되어있다. 도4의 응력도의 합 = 1) + 2) + 3)이 이에 해당되는 응력도이다.
도4의 응력도의 합 = 1) + 2) + 3)에 의하면, 중앙부 하부 케이싱에 도입된 콘크리트의 압축응력이, 콘크리트의 허용압축응력(σca)보다 Δ만큼 부족한 상태를 나타내고 있다. 중앙부의 최대휨모멘트로 인한 최대인장응력에 대하여 중앙부 하부 케이싱에 도입된 압축응력으로 저항하기에는 Δ만큼 부족하다. 바꿔 말하면, 최대휨모멘트로 인한 최대인장응력이 하부 케이싱에 도입된 압축응력의 부족분 Δ를 초과하는 크기이다. 휨모멘트로 증가된 초과분의 인장응력은 하부 케이싱에 도입된 압축응력이 저항할 수 없으므로 초과분의 인장응력은 I형 강재가 이를 저항할 수밖에 없다. 이는 초과분의 인장응력만큼 I형 강재의 강재량이 증가됨을 의미한다.
이를 중앙부 하부 케이싱에 도입된 콘크리트의 압축응력의 관점에서 보면, 도4의 응력도의 합 = 1) + 2) + 3)과 같이 중앙부 하부 케이싱에 도입된 압축응력이 콘크리트의 허용압축응력(σca)보다 Δ만큼 부족하다는 것은 바로 I형 강재의 강재량의 증가됨을 의미한다. 이러한 이유 때문에 중앙부 하부 케이싱에 도입된 압축응력의 부족분 Δ는 I형 강재의 강재량을 그만큼 증가시켜야 하므로 비경제적이 된다.
도4의 응력도의 합 = 1) + 2) + 3)에서 보는바와 같이 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'는S점에서 도입된 압축응력이 최대가 되고, 중앙부에서 S점보다 압축응력이 Δ만큼 부족하게 된다. 그만큼 비경제적이다.
다음으로 도4의 '시공단계별 거더 하부 케이싱 콘크리트 하단 응력도'에 의하여 좀 더 구체적으로 살펴본다.
도4의 응력도에 의하면, 1)과 2)는 하부 케이싱 하단에 도입된 콘크리트 압축응력이다.
1)은 프리플렉션 릴리즈에 의한 I형 강재 거더의 복원력으로 인해 도입된 ‘콘크리트 압축응력’이다. 2)는 강선 긴장력으로 인해 도입된 하부 케이싱 하단 ‘콘크리트 압축응력’이다. 1)과 2)에 의해 하부 케이싱 하단 콘크리트에 도입된 압축응력의 합은 1) + 2)이다.
3)은 거더 자중로 인한 휨 모멘트의 ‘휨 인장응력’이다.
거더 자중에 의한 최대휨모멘트는 거더 중앙부에서 발생되고, 이에 따라 최대 휨 인장응력도 거더 중앙부 하단에 발생된다.
합 = 1) + 2) + 3)은, 1) + 2)의 하부 케이싱에 도입된 ‘압축응력’과, 3)의 휨 모멘트로 인한 ‘휨 인장응력’의 합이다.
그런데 응력도 합 = 1) + 2) + 3)에 의하면, 최대압축응력의 도입은 S점이고, 거더 중앙부가 아니다. 이때 거더 중앙부 하부 케이싱 하단 콘크리트에 도입된 압축응력의 크기는, S점에 도입된 콘크리트 허용 압축응력(σca)보다 Δ만큼 작다. 이때 압축응력의 부족분 Δ의 크기는 콘크리트 허용 압축응력(σca)보다 11%이상 작다. 이와 같이 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'는 콘크리트 허용 압축응력(σca)보다 11%이상 작기 때문에 그만큼 I형 강재의 강재량으로 보강하여야하므로 거더 제작이 비경제적이다.
4)는 바닥판 슬래브, 포장, 공용하중 재하로 인한 인장응력도이다.
최종단계의 응력도는 합 = 1) + 2) + 3) + 4)이다.
최종단계에서 중앙부 하부 케이싱에는 압축응력이 남아있게 된다. 이는 응력도 합 = 1) + 2) + 3)에서 본바와 같이 최대압축응력이 S점에서 먼저 도입되므로 거더 중앙부는 그보다 Δ만큼 작게 도입되기 때문이다. 만약 최대휨모멘트가 발생되는 중앙부의 하부 케이싱에서 S점보다 먼저 콘크리트 허용 압축응력(σca)에 도달되게 되면 중앙부에 도입된 압축응력은 최대휨모멘트로 인한 인장응력에 전적으로 저항ㆍ사용되기 때문에 남아있지 않게 된다. 달리 말하면, 최대 휨모멘트보다 작은 S점이 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'의 구조계를 지배하기 때문이다.
이와 같이 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'는 중앙부 하부 케이싱에 도입된 콘크리트의 압축응력이, S점의 콘크리트의 허용압축응력(σca)보다 Δ(11%이상)만큼 부족한 상태이므로 압축응력의 부족분만큼 프리플렉스 거더의 I강재 단면이 그만큼 커져야 된다. 그 결과 거더 제작비가 증가되어 비경제적이다.
⒜ 본 발명은 I형 강재의 프리플렉션 복원력과 1차 강선긴장력을 갖는 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'의 하부 케이싱 콘크리트 내에 2차 추가강선을 삽입ㆍ긴장하되 2차 추가강선의 정착점이 프리플렉션 지점선상이면서 거더 단면 중립축에 위치되고, 또 2차 추가강선의 배치는 프리플렉션 지점사이에 하향포물선 형태로 배치함으로써 I형 강재의 프리플렉션 복원력에 의해 하부 케이싱에 도입된 압축응력과, 1차 강선 및 2차 추가강선의 긴장력에 의해 하부 케이싱에 도입된 압축응력과, 그리고 거더 자중에 의해 하부 케이싱에 도입된 인장응력의 총합에 의하여 프리플렉션 지점사이의 하부 케이싱의 최종압축응력이 최대압축응력, 즉 콘크리트 허용 압축응력(σca)이 되도록 함에 그 목적이 있고,
⒝ 이와 같이 중앙부 하부 케이싱 하단의 압축응력이 콘크리트 허용 압축응력(σca)이 되게 함으로써 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더' 중앙부 하부 케이싱 하단에 도입된 압축응력보다 11%이상 증대된 압축응력이 도입ㆍ보강되게 되고, 그 결과 동일단면의 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'에 비해 더 큰 인장응력에 저항되도록 되어 구조성능이 개선될 뿐만 아니라 증강된 압축응력의 크기만큼 I형 강재량을 줄일 수 있어 거더 제작이 경제적이 되도록 함에 다른 목적이 있다.
본 발명 프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더의 구성을 설명하면 다음과 같다.
상향으로 솟은 캠버δ를 갖는 I형 강재 거더(10)에 프리플렉션 하중(P)을 가하여 I형 강재 거더(10)의 하부 플랜지(14)에 하부 케이싱(20)을 형성하고, 또 하부 케이싱(20) 하부에 1차 강선(40)을 긴장하여 양단부 정착부(42)에 정착되게 한 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더에 있어서
2차 추가강선(30)의 프리플렉션 지점정착부(32)는 수직방향의 프리플렉션 하중(P)지점선상에 위치하면서 수평방향의 거더의 중립축에 위치하되 프리플렉션 지점정착부(32)는 돌출 정착면(34)과 경사면(32b)으로 이루어지고, 또 프리플렉션 지점부(S1, S2)는 프리플렉션지점부이며, 또 2차 추가강선(30)은 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱(20) 콘크리트내에 포물선 형태로 배치되면서 그 정착은 중립축에 위치된 돌출 정착면(34)에 정착되는 한편, I형 강재 거더(10)에 프리플렉션 하중(P)을 가한 상태에서 하부 플랜지(14)에 하부 케이싱(20)을 타설ㆍ양생하고, 프리플렉션 하중(P)을 릴리즈하여 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱(20)에 도입된 압축응력과, 양단 정착부(42) 및 돌출 정착면(34)에 정착되는 1차 강선 및 2차 추가강선의 긴장력에 의해 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱에 도입된 압축응력과, 그리고 거더 자중에 의해 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱에 도입된 인장응력과의 총합에 의한 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱 하단의 최종압축응력이 콘크리트 허용 압축응력(σca)에 도달되게 함을 특징으로 하는 프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더이다.
여기에다 상기 포물선 형태로 배치된 2차 추가강선(30)이 프리플렉션 지점정착부(32)의 돌출 정착면(32a)과 직각으로 만나는 형상이 되도록 돌출 정착면(32a)을 형성함을 특징으로 하는 프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더이다.
2차 추가강선(30)의 정착이 돌출 정착면(32a)과 직각으로 정착되는 것이 정착력이 가장 효율적이다.
위에서 살핀바와 같이 종래 도4의 응력도 합 = 1) + 2) + 3)에 의하면, 도입된 최대 압축응력(콘크리트 허용 압축응력)은 프리플렉션 지점부(S, S)에서 발생된다. 이에 대하여 최대휨모멘트는 거더 중앙부에서 발생된다. 최대휨모멘트가 발생되는 거더 중앙부에 도입된 압축응력은 프리플렉션 지점부(S, S)에서의 콘크리트 허용 압축응력(σca)보다 Δ(11%이상)만큼 작은 압축응력이다.
이후의 바닥판 슬래브, 포장, 난간 및 공용하중 재하로 인하여 거더 중앙부 하부 케이싱 콘크리트 하단에는 포물선형상의 휨 인장응력이 발생하게 된다. 거더 중앙부 하부 케이싱 하단 콘크리트에 도입된 89%의 압축응력이 휨 인장응력에 대하여 저항하여야한다. 11%의 압축응력이 손실된 상태이다. 이를 보강하기위해서는 강재단면이 커지고 거더 제작비도 많이 들게 된다. 비경제적이다.
거더 중앙부 하부 케이싱 하단 콘크리트에 부족한 11% 이상의 압축응력을 증강하고자한 것이 바로 본 발명이다.
본 발명을 도6의 응력도와 관련하여 설명하면 다음과 같다.
응력도 도6의 1)은 I형 강재 거더(10)의 프리플렉션 복원력에 의해 거더 하부 케이싱 콘크리트 하단에 도입된 압축응력에 대한 응력도이다. 사다리꼴 형상이다.
응력도 도6의 2)는 1차 강선(A)과 2차 추가강선(B)의 긴장력에 의해 하부 케이싱 콘크리트 하단에 도입된 압축응력에 대한 응력도이다. 1차 강선(A)의 긴장력에 의해 하부 케이싱 콘크리트 하단에 도입된 압축응력도는 직선형상이다.
2차 추가강선(B)은 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱(20)에 포물선 형태로 배치된 강선이다. 2차 추가강선(B)의 긴장력에 의해 하부 케이싱 콘크리트 하단에 도입된 압축응력에 대한 응력도는 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 상향 포물선형상이다.
도6의 2차 추가강선(B)의 긴장력에 의한 응력도는, 기존방식의 도4의 응력도에는 없다.
2차 추가강선(B)이 도6에는 존재하지만 도4에는 없다. 2차 추가강선(B)이 없기 때문에 도4의 1) + 2) + 3)의 중앙부 하부 케이싱 하단 콘크리트의 압축응력은 프리플렉션 지점(S, S)의 콘크리트 허용 압축응력(σca)보다 Δ만큼 덜 도입된 상태다. 본 발명은 2차 추가강선(B)의 하향포물선 형태의 배치에 의하여 덜 도입된 Δ를 콘크리트 허용 압축응력(σca)까지 보강한 것이다.
또한 2차 추가강선(B)은 포물선 배치이면서 그 정착이 중립축에 위치되어있다. 2차 추가강선(30)의 정착점이 중립축이기 때문에 거더의 프리플렉션 지점부 하부 케이싱 콘크리트 하단에는 편심으로 인한 휨 압축응력이 발생되지 않는 장점이 있다.
응력도 도6의 (가)는 1) + 2)의 압축응력의 합이다.
도6의 3)은 거더 자중의 휨 모멘트에 의한 휨 인장응력이다.
거더 자중에 의한 최대휨모멘트가 거더 중앙부에서 발생되기 때문에 최대 휨 인장응력도 거더 중앙부 하단에서 발생된다.
응력도 도6의 (나)는 1) + 2) + 3)의 압축응력의 합이다.
응력도 도6의 (나)에 의하면, 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 중앙부 하부 케이싱 하단 콘크리트 압축응력이 콘크리트 허용 압축응력(σca)에 도달되어있음을 알 수 있다. 직선B는 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 중앙부구간이다. 직선B는 본 발명의 2차 추가강선(B)에 의해 콘크리트 허용 압축응력(σca)까지 증대된 압축응력을 나타낸 것이다. A는 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'[프리플렉스 거더 + 1차 강선(A)]에 의해 도입된 압축응력이다. 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 중앙부구간을 살펴보면, 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'에 의해 도입된 압축응력 A는, 프리플렉션 지점(S1, S2)에서 콘크리트 허용 압축응력(σca)에 도달된 상태이고, 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 중앙부의 압축응력은 콘크리트 허용 압축응력(σca)보다 Δ가 부족한 상태이다. 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'의 부족분 Δ를 포물선 형태의 2차 추가강선(B)에 의해 직선B로 증대ㆍ보강한 것이 바로 본 발명이다.
응력도 도6의 4)는 바닥판 슬래브, 포장, 공용하중 재하로 인한 인장응력도이다.
응력도 도6의 (다)는 1) + 2) + 3) + 4)의 압축응력의 합으로서 최종단계의 응력도이다.
최종단계의 응력도에서도 거더 하부 케이싱 하단에는 인장응력이 발생되지 않는다.
본 발명은 포물선 형태의 2차 추가강선(30)의 긴장력에 의하여 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 중앙부의 압축응력이 콘크리트 허용 압축응력(σca)에 이르고, 그 결과 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'보다 계산상 중앙부 하부 케이싱 하단 콘크리트의 압축응력이 Δ(11%)만큼 더 도입되게 된다. 본 발명은 동일단면에서 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'보다 11%이상 강재량을 줄일 수 있어 거더 제작이 경제적이다.
한편, 2차 추가강선(30)의 정착이 외부로 노출된 프리플렉션 지점정착부(32)에 정착되므로 외부 노출된 프리플렉션 지점정착부(32)에 의하여 2차 추가강선(30)의 긴장력 조정이 용이한 이점이 있다. 그뿐 아니라 프리플렉션 지점정착부(32)가 외부에 노출되었기 때문에 프리플렉션 지점정착부(32)에 유지관리용 정착구 및 쉬스관의 설치가 용이한 이점이 있다.
⒜ 본 발명은 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'에다 2차 추가강선을, 하부 케이싱 콘크리트 내에 삽입ㆍ긴장하되 2차 추가강선의 정착은 외부로 노출된 프리플렉션 지점정착부이면서 거더 단면 중립축에 위치되고, 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 중앙부에 포물선 형태로 배치된 구성이므로 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 중앙부 하부 케이싱 하단의 압축응력이 콘크리트 허용 압축응력(σca)까지 증대되고, 그 결과 같은 단면으로 더 큰 인장응력에 저항할 수 있는 구조성능이 개선될 뿐만 아니라 보강된 압축응력(Δ = 11%이상)만큼 강재량을 줄일 수 있어 거더 제작이 효율적이고 경제적이 되는 효과가 있고,
⒝ 2차 추가강선의 정착점인 프리플렉션 지점정착부가 외부로 노출되었으므로 2차 추가강선의 긴장력 조정이 용이할 뿐만 아니라 유지관리용 정착구 및 쉬스관의 설치가 용이한 효과를 지닌 유용한 발명이다.
[도1] 프리플렉스 거더의 통상적인 제작과정을 나타낸 과정도
[도2] 통상적인 프리플렉스 거더 제작과정에서 프리플렉션 하중(P)을 가한 상태에서 I형 강재 거더의 상하 플랜지의 응력상태도와, 그리고 프리플렉션 하중(P)을 가한 상태에서 하부 케이싱을 타설하고 이를 릴리즈시킨 응력상태도
[도3] 프리플렉션 하중(P)이 가해진 상태에서 하부 케이싱이 타설되고, 하부 케이싱 콘크리트 내에 1차 강선이 삽입ㆍ긴장된 상태를 보인 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'단면 사시도
[도4] 도3의 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'의 제작단계별 하부 케이싱 하단 응력도
[도5] 프리플렉션 하중(P)이 가해진 상태에서 하부 케이싱이 타설되고, 하부 케이싱 콘크리트 내에 1차 강선 및 2차 추가강선이 삽입ㆍ긴장된 상태를 보인 본 발명 '프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더' 단면 사시도
[도6] 본 발명 프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더의 제작단계별 하부 케이싱 하단 응력도
[도7] 본 발명 2차 추가강선의 정착점인 프리플렉션 지점정착부가 하부 케이싱상부이면서 중립축에 위치된 것을 보인 단면도
본 발명 프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더의 제작 방법의 구성을 첨부된 도면과 함께 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
a) 상향으로 솟은 캠버δ를 갖는 I형강재 거더(10)의 프리플렉션 지점부에 프리플렉션 하중(P)을 가하되 프리플렉션 하중(P)이 가해진 지점에서의 I형 강재 거더(10) 하부 플랜지의 인장응력이 강재의 허용 인장응력에 도달되도록 프리플렉션 하중(P)을 가하는 단계;
b) 상기 ⒜단계가 그대로 유지된 상태에서 I형 강재 거더(10) 하부 플랜지(14)에, 1차 강선(40) 및 포물선 배치형태를 갖는 2차 추가강선(30)의 삽입을 위한 쉬스관을 길이방향으로 각각 배치하되 1차 강선(40)의 쉬스관의 양단부는 I형 강재 거더(10)의 단부이고, 그리고 2차 추가강선(30)의 쉬스관의 양단부는 수직방향 프리플렉션 하중(P)지점선상이면서 수평방향 중립축에 위치한 프리플렉션 지점정착부(32)이며, 1차 강선(40)의 정착부(42) 및 2차 추가강선(30)의 프리플렉션 지점정착부(32)는, 각기 대응되는 쉬스관의 양단부에 설치되고, 여기에다 철근배근 및 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설, 양생하여 I형 강재 거더(10) 하부 플랜지(14)에 하부 케이싱과, 그리고 하부 케이싱(20) 상부 중립축에 프리플렉션 지점정착부(32)를 형성하는 단계;
c) 상기 ⒝단계의 프리플렉션 하중(P)을 릴리즈하여 I형강재 거더(10)의 휨복원력에 의해 하부 케이싱 콘크리트에 압축응력이 도입되게 한 후 양단부를 지지하여 바닥에 거치하는 단계;
d) 1차 강선(40) 및 2차 추가강선(30)을 각기 대응되는 쉬스관에 삽입한 다음 1차 강선(40) 및 2차 추가강선(30)을 긴장하여 1차 강선(40)의 정착부(42) 및 2차 추가강선(30)의 프리플렉션 지점정착부(32)의 돌출 정착면(32a)에 정착한 후 쉬스관내에 그라우팅을 하여 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱(20) 중앙부 하단의 콘크리트 응력이 허용압축응력(σca)에 이르도록 도입하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더의 제작 방법이다.
여기에다 상기 d)단계에서 포물선 형태로 배치된 2차 추가강선(30)이 프리플렉션 지점정착부(32)의 돌출 정착면(32a)과 직각으로 만나는 형상이 되도록 돌출 정착면(32a)을 형성함을 특징으로 하는 프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더의 제작 방법이다.
이와 같이 I형 강재의 프리플렉션 복원력과 1차 강선 긴장력에 의해 하부 케이싱에 압축응력이 도입된 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'에 있어서 하부 케이싱내에 포물선 형태로 배치된 2차 추가강선을 삽입ㆍ긴장하되 2차 추가강선의 정착점은 프리플렉션 지점선상이면서 거더 단면 중립축에 위치되게 하는 한편, 프리플렉션 하중(P)의 릴리즈에 의해 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱(20)에 도입된 압축응력과, 양단 정착부(42) 및 돌출 정착면(34)에 정착되는 1차 강선 및 2차 추가강선의 긴장력에 의해 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱에 도입된 압축응력과, 그리고 거더 자중에 의해 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱에 도입된 인장응력과의 총합에 의한 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱 하단의 최종압축응력이 콘크리트 허용 압축응력(σca)에 도달되게 함으로써 프리플렉션 하중(P)의 릴리즈와 1차 강선 긴장력에 의해 압축응력이 도입된 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'에 비하여 포물선 형태로 배치된 2차 추가강선의 긴장력에 의해 보강된 본 발명의 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱 하단의 압축응력이 11%이상 증대되고, 그 결과 같은 단면의 종래 '강선긴장 프리플렉스 거더'에 비해 더 큰 인장응력에 저항할 수 있어 구조성능이 개선될 뿐만 아니라 증가된 압축응력의 크기만큼 I형 강재의 강재량을 줄일 수 있어 거더 제작이 경제적인 이점이 있다.
그뿐만 아니라 2차 추가강선(30)의 정착이 외부로 노출된 프리플렉션 지점정착부(32)에 정착되므로 외부 노출된 프리플렉션 지점정착부(32)에 의하여 2차 추가강선(30)의 긴장력 조정이 용이한 이점이 있다. 그뿐 아니라 프리플렉션 지점정착부(32)가 외부에 노출되었기 때문에 프리플렉션 지점정착부(32)에 유지관리용 정착구 및 쉬스관의 설치가 용이한 이점이 있는 유용한 발명이다.
100; 프리플렉스 거더
10; I형 강재 거더, 12; 상부 플랜지, 14; 하부 플랜지
20; 하부 케이싱
30; 2차 추가강선, 32; 프리플렉션 지점정착부, 32a; 돌출 정착면, 32b; 경사면
40; 1차 강선, 42; 정착부
P; 프리플렉션 하중

Claims (4)

  1. 상향으로 활처럼 솟은 I형 강재 거더(10)에 프리플렉션 하중(P)을 가하여 I형 강재 거더(10)의 하부 플랜지(14)에 하부 케이싱(20)을 형성하고, 또 하부 케이싱(20) 하부에 1차 강선(40)을 긴장하여 양단부 정착부(42)에 정착되게 한 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더에 있어서

    상기 하부케이싱(20)에 2차 추가강선(30)을 배치하되 프리플렉션 지점(S1, S2)사이의 하부 케이싱(20) 콘크리트 내에 포물선 형태로 배치하는 한편, 상기 2차 추가강선(30)의 정착은 프리플렉션 지점정착부(32)에 정착하되 프리플렉션 지점정착부(32)는 수직방향의 프리플렉션 하중(P)지점선상이면서 거더의 중립축과 만나는 지점이고, 2차 추가강선(30)에 의해 프리플렉션 지점부(S1, S2)사이에 도입되는 압축응력이 프리플렉션 지점부(S1, S2)의 허용압축응력(σca)과 같게 됨을 특징으로 하는 프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더
  2. 삭제
  3. ⒜ 상향으로 활처럼 솟은 I형강재 거더(10)의 프리플렉션 지점부에 프리플렉션 하중(P)을 가하되 프리플렉션 하중(P)이 가해진 지점에서의 I형 강재 거더(10) 하부 플랜지의 인장응력이 강재의 허용 인장응력에 도달되도록 프리플렉션 하중(P)을 가하는 단계;

    ⒝ 상기 ⒜단계의 프리플렉션 하중(P)이 그대로 유지된 상태에서 I형 강재 거더(10) 하부 플랜지(14)에, 1차 강선(40의 삽입을 위한 쉬스관을 길이방향으로 배치하되 1차 강선(40)의 쉬스관의 양단부는 I형 강재 거더(10)의 단부이고, 그 정착부(42)는, 쉬스관의 양단부에 설치되고, 여기에다 철근배근 및 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설, 양생하여 I형 강재 거더(10) 하부 플랜지(14)에 하부 케이싱을 형성하는 단계;

    ⒞ 상기 ⒝단계의 프리플렉션 하중(P)을 릴리즈하여 I형강재 거더(10)의 휨복원력에 의해 하부 케이싱 콘크리트에 압축응력이 도입되게 한 후 양단부를 지지하여 바닥에 거치하는 단계;

    ⒟ 1차 강선(40)을 1차 강선(40)의 쉬스관에 삽입한 다음 1차 강선(40)을 긴장하여 1차 강선(40)의 정착부(42)에 정착한 후 1차 강선(40)의 쉬스관을 그라우팅하는 단계;로 이루어지는 프리플렉 거더를 제작하는 방법에 있어서


    상기 ⒝단계에서 포물선 배치형태를 갖는 2차 추가강선(30)의 추가삽입을 위한 2차 추가강선(30)의 쉬스관을 프리플렉션 지점부(S1, S2)사이에 추가ㆍ배치하되 상기 쉬스관의 형태는 포물선 형태이고, 2차 추가강선(30)의 쉬스관의 양단부는 수직방향 프리플렉션 하중(P)지점선상이면서 거더 중립축과 만나는 프리플렉션 지점정착부(32)이며, 하부 케이싱에 상기 2차 추가강선(30)의 쉬스관과 프리플렉션 지점정착부(32)를 형성하는 단계;

    상기 ⒟단계에서 2차 추가강선(30)을 2차 추가강선(30)의 쉬스관에 삽입한 다음 이를 긴장하고, 긴장된 2차 추가강선(30)을 상기 프리플렉션 지점정착부(32)에 정착한 후 상기 2차 추가강선(30)의 쉬스관을 그라우팅하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 프리플렉스 거더 하부 케이싱 콘크리트 상부 프리플렉션 지점선상에 2차 추가강선 돌출 정착부를 갖는 프리스트레스트 콘크리트 강합성 거더의 제작 방법
  4. 삭제
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