KR101585745B1 - 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더에 관한 것으로, 이는 무철근 콘크리트 부재, 이 무철근 콘크리트 부재를 길이방향으로 관통하는 단부덕트, 및 콘크리트 부재에 혼입되어 있는 강섬유를 구비한 한 쌍의 단부블록; 콘크리트 부재, 이 콘크리트 부재를 길이방향으로 관통하는 중앙덕트, 및 콘크리트 부재 내에서 길이방향으로 뻗어 있는 복수의 프리텐션 강연선을 구비하고, 단부블록들 사이에 배치되는 중앙블록; 및 단부덕트들과 중앙덕트를 관통하는 포스트텐션 긴장부재와, 이 포스트텐션 긴장부재의 양단을 각각 단부블록의 무철근 콘크리트 부재에 정착시키는 정착부재를 구비한 긴장장치를 포함하여서, 소요되는 철근의 양을 절감하게 되어 재료비 및 인력소모를 저감시키고, 시공성을 향상시킬 수 있는 효과를 볼 수 있다.

Description

분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더 {SEGMENTAL PRESTRESSED CONCRETE GIRDER}

본 발명은 전체적으로 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휨이 크게 발생하지 않지만 상대적으로 응력집중이 크게 발생하는 양쪽 단부에 대해서는 강섬유를 보강한 고강도 콘크리트의 프리캐스트 블록을 적용하고, 휨응력을 크게 받는 중앙부에는 고강도 강연선과 함께 고강도 콘크리트를 활용한 프리텐션 블록을 적용하여, 철근 배근을 생략할 수 있는 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.

거더는 교량이 내하력을 확보할 수 있도록 교각의 상부에 설치되고, 그 상부에 콘크리트 슬래브 등이 포설된다. 이러한 거더로는 교량의 내하력을 증가시키거나, 과하중이나 사용에 의해 발생된 처짐이나 균열 등에 저항할 수 있도록 긴장력을 도입하여 제조된 프리스트레스트 콘크리트 거더가 사용된다.

프리스트레스트 콘크리트 거더는 인장에 취약한 콘크리트의 특성을 보완하기 위해 고강도 강연선을 이용하여 콘크리트 거더에 사전 압축력을 도입함으로써 인장력에 저항할 수 있도록 한 구조이다. 이때 교량의 길이가 증가할수록 강성과 강도확보를 위해 콘크리트 단면은 높이와 폭이 커지게 되는데, 이 커진 단면에 프리스트레스를 도입하기 위해서는 수십 개의 강연선이 설치되어야 한다.

프리스트레스트 콘크리트 거더를 제작하기 위한 방법으로는 프리텐션 공법과 포스트텐션 공법이 있다.

프리텐션 공법은 미리 강선을 길이방향으로 배치하고 긴장력을 도입한 후에 콘크리트를 타설하고 콘크리트가 굳은 다음, 긴장력을 풀어서 콘크리트에 압축응력을 도입하는 방법이고, 포스트텐션 공법은 강선을 삽입하기 위한 덕트를 미리 설치하고 콘크리트를 타설한 뒤 콘크리트가 굳은 다음, 강선을 삽입하고 긴장력을 도입하여 콘크리트의 단부에 정착함으로써 콘크리트에 압축응력을 도입하는 방법이다.

프리텐션 공법은 대량으로 제작해서 운반 및 설치할 경우에 품질과 시공성에 있어 유리한 면이 있지만, 미리 강선을 긴장해야 하기 때문에 반력대, 롱 라인 베드 등 제작설비가 많이 소요되고, 국내 운반기준의 제약에 의해 15m 이상의 거더를 운반할 수가 없어서, 그 이하의 길이를 가진 거더에 국한되어 적용되거나 현장에서 제작되는 거더에 적용되는 것을 제외하고, 통상 포스트텐션 공법이 널리 적용되고 있다.

이러한 프리스트레스트 콘크리트 거더를 구성하는 재료로는 콘크리트, 강연선, 및 철근이 있는데, 여기서 철근은 콘크리트와 강연선으로는 부족한 휨강도와 전단강도를 보완하고, 비구조 균열을 방지하기 위해 추가로 배근되는 것이다.

특히, 정착부 주위에서는 휨이 거의 발생하지 않지만 프리스트레싱 힘의 정착과정에서 발생하는 응력집중과 더불어 지점부의 높은 전단응력에 대응하기 위해 다량의 철근이 배근되어야 한다. 또한, 다수의 정착장치가 단부에 몰리면서 복잡한 철근 배근을 피할 수 없게 됨과 더불어, 철근 배근에 따른 제작 단가가 상승하는 단점이 있게 된다.

한편, 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더는 하나의 거더를 다수의 블록으로 나누어 공장 등에서 제작한 다음, 현장에서 블록들을 서로 접합하고 길이방향의 긴장부재를 설치하고 긴장시켜 일체로 함으로써 제작되는 프리스트레스트 콘크리트 거더를 말한다.

이러한 분절형 거더는 각 블록을 공장 등에서 제작하기 때문에 품질관리가 용이하고, 빔의 연결 및 긴장력 도입을 제외한 제작공정 일체가 공장에서 이루어지므로 현장의 작업공기를 대폭 단축시킬 수 있으며, 현장의 넓은 제작장 대신 단기간의 소규모 조립장만 필요하므로, 그 적용성이 매우 우수해 보이나, 이음부 접합면에 대한 막연한 거부감 및 신뢰성 부족으로 적용사례는 많지 않다.

이에 본 발명은, 휨이 크게 발생하지 않지만 상대적으로 응력집중이 크게 발생하는 양쪽 단부에 대해서는 강섬유를 보강한 고강도 콘크리트의 프리캐스트 블록을 적용하고, 휨응력을 크게 받는 중앙부에는 고강도 강연선과 함께 고강도 콘크리트를 활용한 프리텐션 블록을 적용하여, 철근 배근을 생략할 수 있는 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더를 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명의 한 양상은, 무철근 콘크리트 부재, 상기 무철근 콘크리트 부재를 길이방향으로 관통하는 단부덕트, 및 상기 무철근 콘크리트 부재에 혼입되어 있는 강섬유를 구비한 한 쌍의 단부블록; 콘크리트 부재, 상기 콘크리트 부재를 길이방향으로 관통하는 중앙덕트, 및 상기 콘크리트 부재 내에 배열되고 상기 콘크리트 부재의 길이방향으로 뻗어 있으며 프리텐션이 적용되어 긴장된 복수의 프리텐션 강연선을 구비하고, 상기 단부블록들 사이에 배치되는 중앙블록; 및 상기 단부덕트들과 상기 중앙덕트를 관통하는 포스트텐션 긴장부재와, 상기 포스트텐션 긴장부재의 양단을 각각 상기 단부블록의 무철근 콘크리트 부재에 정착시키는 정착부재를 구비한 긴장장치를 포함하는 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더를 제공한다.

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이상과 같이 본 발명에 의하면, 양쪽 단부에 대해서는 강섬유를 보강한 고강도 콘크리트의 프리캐스트 블록을 적용하고, 중앙부에는 고강도 강연선과 함께 고강도 콘크리트를 활용한 프리텐션 블록을 적용함으로써, 소요되는 철근의 양을 절감하게 되어 재료비 및 인력소모를 저감시키고, 시공성을 향상시킬 수 있는 효과를 볼 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 강섬유를 보강하고 고강도 강연선을 사용함으로써, 철근 배근을 생략할 수 있음과 동시에 콘크리트의 인장응력을 보완할 수 있고, 단부의 형상이 슬림화되고 중앙부와 동일한 단면을 가질 수 있게 됨에 따라 거더의 단면 형상이 균일하게 형성될 수 있는 효과도 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B선 단면도이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더의 내부를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 3은 도 2의 A부분을 확대하여 도시한 단면도, 도 4는 도 2의 B-B선 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더(100)는, 무철근 콘크리트 부재(11), 이 무철근 콘크리트 부재(11)를 길이방향으로 관통하는 단부덕트(15), 및 무철근 콘크리트 부재(11)에 혼입되어 있는 강섬유(13)를 구비한 한 쌍의 단부블록(10); 콘크리트 부재(21), 이 콘크리트 부재(21)를 길이방향으로 관통하는 중앙덕트(25), 및 콘크리트 부재(21) 내에 배열되고 콘크리트 부재의 길이방향으로 뻗어 있으며 프리텐션이 적용되어 긴장된 복수의 프리텐션 강연선(22)을 구비하고, 단부블록(10)들 사이에 배치되는 중앙블록(20); 및 단부덕트(15)들과 중앙덕트(25)를 관통하는 포스트텐션 긴장부재(31)와, 이 포스트텐션 긴장부재(31)의 양단을 각각 단부블록(10)의 무철근 콘크리트 부재(11)에 정착시키는 정착부재(32)를 구비한 긴장장치(30)를 포함하고 있다.

단부블록(10)은 고품질로 제작할 수 있도록 거푸집을 사용한 프리캐스팅에 의해 공장에서 제작되는 것이 좋다. 하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며 현장에서도 제작되어도 된다. 각 단부블록(10)은 거더의 전체 길이 중 1/3 이하의 길이를 갖도록 제작되는 것이 바람직하다.

무철근 콘크리트 부재(11)는 거더의 길이방향을 따라 연장되게 형성될 수 있다. 이러한 무철근 콘크리트 부재(11)는 약 70Mpa 초과 100Mpa 이하 정도의 고강도 콘크리트를 사용하여 성형되며, 무철근 콘크리트 부재(11)를 보강하기 위해 강섬유(13)가 혼입될 수 있다.

강섬유(13)는 콘크리트의 단점인 인장강도를 보완할 수 있으며, 수축 및 동결융해 등과 같은 온도 균열 발생을 제어하고, 전단하중, 반복하중, 충격하중에 대한 저항성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 강섬유(13)의 보강을 통해 단부블록(10)에서 철근을 생략할 수 있게 된다.

단부덕트(15)는 중앙블록(20)과 연결하고 포스트텐션을 도입하기 위해 사용되는 긴장부재(31)를 수용하기 위한 부재로서, 무철근 콘크리트 부재(11)를 길이방향으로 관통하도록 위치되어, 성형시에 무철근 콘크리트 부재(11)에 내장되게 된다. 이 단부덕트(15)는 금속 등의 재질로 만들어지며, 1개 또는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 이에 따라, 긴장부재(31)도 1개 또는 한 쌍으로 구비되게 된다.

이와 같이 단부블록(10)은 고강도 콘크리트와 강섬유를 적용하여 전단저항능력을 향상시킴으로써 철근의 배근을 생략할 수 있게 된다. 또, 기존 거더의 단부에는 다수의 정착부재를 설치해야하기 때문에 거더의 중앙부(예컨대 I형상)보다는 비대한 형상(예컨대 박스형상)을 갖게 되지만, 본 발명에서는 단부블록(10)이 긴장부재(31)의 일단에서 소형의 정착부재(32)를 많아야 2개만 갖게 되어, 거더 전체가 동일한 단면형상을 가질 수 있는 장점이 있게 된다.

중앙블록(20)은 프리텐션 공법을 이용하여 공장 또는 현장에서의 제작이 모두 가능하다. 여기서, 단부블록(10)을 제작했던 거푸집을 이용하여 중앙블록(20)의 양단을 성형함으로써, 현장에서의 조립이 용이하게 이루어질 수 있다. 또, 중앙블록(20)은 거더의 전체 길이 중 1/3 이상의 길이를 갖도록 제작된다.

콘크리트 부재(21)는 거더의 길이방향을 따라 연장되게 형성될 수 있다. 이러한 콘크리트 부재(21)는 약 50 ~ 100Mpa 정도, 바람직하게는 50Mpa 이상 70Mpa 이하 범위의 고강도 콘크리트를 사용하여 단면이 슬림하게 성형된다. 또, 콘크리트 부재(21)를 보강하기 위해 강섬유(23)가 혼입될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 콘크리트 부재(21)는 균등하게 배치한 복수의 강연선에다 미리 긴장을 부여한 상태에서 콘크리트가 타설되어 양생된 후 외부로 연장한 프리텐션 강연선(22)의 양단을 잘라 형성될 수 있다.

프리텐션 강연선(22)은 중앙블록(20)에서 철근의 역할을 수행함과 더불어 프리스트레싱 기능이 도입되어, 거더의 휨 성능을 극대화시키게 된다.

전술한 바와 같이, 콘크리트 부재(21)의 단면이 슬림화될 경우에 프리텐션 강연선(22)의 배치공간이 부족하게 되는데, 이를 보상하기 위해 프리텐션 강연선(22)으로는 대략 2000MPa 이상의 고강도 강연선이 적용된다.

고강도 강연선의 부착성능은 주위 콘크리트가 깨지지 않고 구속해 줄 경우에 그 성능이 향상되게 되는데, 중앙블록(20)에도 도 2에 도시된 바와 같이 강섬유(23)를 일부 혼입하거나 고강도 콘크리트를 사용하여 부착성능을 향상시킬 수 있다.

중앙덕트(25)는 단부블록(10)들과 연결하고 포스트텐션을 도입하기 위해 사용되는 긴장부재(31)를 수용하기 위한 부재로서, 콘크리트 부재(21)를 길이방향으로 관통하도록 위치되어, 프리텐션 강연선(22)과 함께 성형시에 콘크리트 부재(21)에 내장된다. 이 중앙덕트(25)는 금속 등의 재질로 만들어지며, 1개 또는 한 쌍으로 구비될 수 있다.

이와 같이 중앙블록(20)은 프리텐션을 적용하여 단면 내 긴장된 프리텐션 강연선(22)을 균등하게 배치함으로써, 철근의 배근을 생략할 수 있고, 거더의 휨 성능을 확보할 수 있게 된다. 또한, 중앙블록(20)의 콘크리트 부재(21) 내에 강섬유(23)를 일부 혼입하거나 콘크리트 부재(21)를 고강도 콘크리트로 형성하여, 고강도의 강연선이 콘크리트에 부착되는 부착성능을 향상시킬 수 있게 된다.

긴장장치(30)는 고강도 강선 다발로 구성된 포스트텐션 긴장부재(31)와 이 포스트텐션 긴장부재(31)의 양단을 정착시키기 위한 정착부재(32)를 포함하여, 거더에 긴장력을 제공하고 단부블록(10)들과 중앙블록(20)을 연결하는 역할을 한다.

포스트텐션 긴장부재(31)는, 한 쌍의 단부블록(10) 사이에 중앙블록(20)이 배치되고 이들이 직선상으로 정렬될 때, 이들의 단부덕트(15) 및 중앙덕트(25)를 관통하여 삽입된다. 포스트텐션 긴장부재(31)는 1개 또는 한 쌍으로 구비될 수 있다.

이어서, 포스트텐션 긴장부재(31)는 예컨대 유압잭과 같은 인장장치(미도시)를 사용하여 긴장되고, 정착부재(32)를 사용하여 그 양단이 각각 단부블록(10)의 일측단에 정착된다. 그리고 덕트(15, 25)들의 내부에는 그라우팅(50)이 시공된다.

이와 같이 본 발명에서는 단부블록(10)들과 중앙블록(20)을 결합할 때 포스트텐션 공법을 이용하게 됨으로써, 거더에 프리스트레스가 도입되게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더의 시공방법에 대해 간략히 설명한다.

본 발명에 따른 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더(100)의 시공방법은, 무철근 콘크리트 부재(11)를 길이방향으로 관통하는 단부덕트(15)를 구비한 한 쌍의 단부블록(10)을 제작하는 공정; 중앙덕트(20)와 미리 긴장을 부여한 복수의 프리텐션 강연선(22)에다 콘크리트를 타설하고 양생하여 중앙블록(20)을 제작하는 공정; 단부블록(10)들 사이에 중앙블록(20)을 배치하여 정렬된 단부덕트(15)들과 중앙덕트(20)를 관통하는 포스트텐션 긴장부재(31)를 삽입하는 공정; 포스트텐션 긴장부재(31)에 긴장을 부여하고 양단을 각각 정착부재(32)를 매개로 단부블록(10)의 무철근 콘크리트 부재(11)에 정착시키는 공정을 포함한다.

단부블록(10)은 거푸집을 사용하여 프리캐스팅에 의해 공장에서 제작된다. 성형시 무철근 콘크리트 부재(11)를 보강하기 위한 강섬유(13)가 혼입된다.

중앙블록(20)은 프리텐션 공법을 이용하여 공장 또는 현장에서 제작된다. 여기서, 단부블록(10)을 제작했던 거푸집을 이용하여 중앙블록(20)의 양단을 성형할 수 있다. 중앙블록(20)을 제작할 때 콘크리트 부재(21)를 보강하기 위한 강섬유(23)가 혼입될 수 있다.

다음으로, 블록들의 제작이 완료되면, 이들 블록을 거더의 설치현장으로 운반하게 된다. 그리고 현장에서는 단부블록(10)들 사이에 중앙블록(20)을 위치시면서 일렬로 배치한다.

그 후에, 포스트텐션 긴장부재(31)를 정렬된 블록들(10, 20)의 덕트(15, 25)들을 통해 삽입하고, 인장장치를 사용하여 포스트텐션 긴장부재(31)가 긴장되게 하며, 정착부재(32)를 사용하여 포스트텐션 긴장부재(31)의 양단이 각각 단부블록(10)의 일측단에 정착되게 한다.

끝으로, 덕트(15, 25)들의 내부에다 그라우팅(50) 시공을 실시함으로써, 본 발명에 따른 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더(100)를 완성한다.

이러한 거더는 교대 및 교각에 거치되고, 바닥판 타설 및 양생, 포장작업을 거쳐 교량을 구성하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더(100)의 시공시, 단부블록(10)과 중앙블록(20) 사이의 이음부를 접합하는 공정이 추가될 수 있는데, 그 방법으로는 접합면에 에폭시 등의 접착제를 얇게 도포한 후 긴장력을 도입하여 밀착시켜 접합하는 접촉식 접합방법과, 정밀한 접합면을 제작하기 위해 단부블록(10)과 중앙블록(20) 사이에 서로 연결되도록 설치하는 한 쌍의 접합블록을 매치캐스팅하는 접합방법(즉, 어느 하나의 접합블록을 우선 제작하고 다른 하나의 접합블록 제작시 미리 제작된 접합블록을 거푸집의 일부로 사용하는 방식)을 적용할 수 있는데, 반드시 이들에 한정되는 것은 아니다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더
10: 단부블록 20: 중앙블록
30: 긴장장치 50: 그라우팅

Claims (15)

1. 무철근 콘크리트 부재, 상기 무철근 콘크리트 부재를 길이방향으로 관통하는 단부덕트, 및 상기 무철근 콘크리트 부재에 혼입되어 있는 강섬유를 구비한 한 쌍의 단부블록;
   콘크리트 부재, 상기 콘크리트 부재를 길이방향으로 관통하는 중앙덕트, 및 상기 콘크리트 부재 내에 배열되고 상기 콘크리트 부재의 길이방향으로 뻗어 있으며 프리텐션이 적용되어 긴장된 복수의 프리텐션 강연선을 구비하고, 상기 단부블록들 사이에 배치되는 중앙블록; 및
   상기 단부덕트들과 상기 중앙덕트를 관통하는 포스트텐션 긴장부재와, 상기 포스트텐션 긴장부재의 양단을 각각 상기 단부블록의 무철근 콘크리트 부재에 정착시키는 정착부재를 구비한 긴장장치
   를 포함하는 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단부블록의 무철근 콘크리트 부재는 70Mpa 초과 100Mpa 이하의 콘크리트를 사용하여 제작되는 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더.
3. 제1항에 있어서,
   상기 중앙블록의 콘크리트 부재는 50Mpa 이상 70Mpa 이하의 콘크리트를 사용하여 제작되는 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더.
4. 제1항에 있어서,
   상기 중앙블록에는 상기 콘크리트 부재를 보강하기 위해 강섬유가 혼입되는 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더.
5. 제1항에 있어서,
   상기 프리텐션 강연선으로는 2000MPa 이상의 강연선이 적용되는 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더.
6. 제1항에 있어서,
   상기 포스트텐션 긴장부재가 상기 단부덕트 및 상기 중앙덕트를 관통하여 삽입되고 상기 정착부재를 사용하여 상기 포스트텐션 긴장부재의 양단이 각각 상기 단부블록의 일측단에 정착된 후 상기 단부덕트들 및 상기 중앙덕트의 내부에 시공된 그라우팅을 포함하는 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더.
7. 제1항에 있어서,
   상기 중앙블록은 거더의 전체 길이 중 1/3 이상의 길이를 갖는 분절형 프리스트레스트 콘크리트 거더.
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