KR101637249B1 - 프리캐스트 콘크리트 바닥판의 일체화를 위한 긴장력에 의한 휨보강 구조를 가지는 강박스 합성거더 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리캐스트 콘크리트 바닥판을 합성하기 위하여 도입되는 종방향의 긴장력을 이용하여 강박스 빔에 휨모멘트를 도입함으로써 효율적으로 장지간화할 수 있게 되는 "프리캐스트 콘크리트 바닥판의 일체화를 위한 긴장력에 의한 휨보강 구조를 가지는 강박스 합성거더 및 그 시공방법"에 관한 것이다.
본 발명에서는 강박스 빔(1)과 프리캐스트 바닥판(2)이 비합성된 상태에서, 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)을 관통한 긴장재(3)는 긴장되어 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)에 정착됨으로써; 긴장재(3)의 긴장력에 의해 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)을 밀착시키는 압축력이 작용함과 동시에 새들장치(5)의 설치위치에서는 강박스 빔(1)에 연직 상향력이 작용하게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더와, 이를 시공하는 방법이 제공된다.

Description

프리캐스트 콘크리트 바닥판의 일체화를 위한 긴장력에 의한 휨보강 구조를 가지는 강박스 합성거더 및 그 시공방법{Composite Girder with Steel Box Beam and Precast Concrete Slabs, and Constructing Method thereof}

본 발명은 강박스 빔의 상면에 종방향으로 복수개의 프리캐스트 콘크리트 바닥판이 연속 배치되어 강박스 빔과 프리캐스트 콘크리트 바닥판이 일체로 합성된 강박스-프리캐스트 바닥판 합성거더와 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 프리캐스트 콘크리트 바닥판을 일체화시키기 위하여 도입되는 종방향의 긴장력을 이용하여 강박스 빔에 휨모멘트를 도입함으로써 효율적으로 장지간화할 수 있게 되는 "프리캐스트 콘크리트 바닥판의 일체화를 위한 긴장력에 의한 휨보강 구조를 가지는 강박스 합성거더 및 그 시공방법"에 관한 것이다.

종방향(교축방향)으로 연장된 강재 빔의 상부에 프리캐스트 콘크리트 바닥판(이하, "프리캐스트 바닥판"이라고 약칭함)을 종방향으로 복수개 배치하고 강재 빔과 프리캐스트 바닥판을 일체로 합성하여 "합성거더"를 형성함에 있어서는, 프리캐스트 바닥판들은 종방향으로 일체화시키기 위해, 프리캐스트 바닥판에는 프리스트레싱에 의한 압축력 도입 과정이 필요하다.

종래기술에서는, 강재 빔의 상부에 프리캐스트 바닥판이 놓여 있지만 아직 서로 일체화되어 있지 않은 강재 빔과 프리캐스트 바닥판의 비합성 상태에서 프리캐스트 바닥판에 쉬스관을 매입하고 내부강연선을 설치하여 긴장함으로써 프리캐스트 바닥판에 종방향으로 순수 압축력을 도입하는 방식을 이용하였다. 대한민국 등록특허 제10-1479613호에는 이러한 방식으로 프리캐스트 바닥판에 종방향 압축력을 도입하는 기술이 개시되어 있다.

그런데 이러한 종래 기술에서는 프리캐스트 바닥판에 도입되는 종방향의 긴장력 즉, 종방향의 압축력은 단지 프리캐스트 바닥판들을 종방향으로 가압하여 일체화시키는데만 이용될 뿐이며, 강재 빔에는 구조적인 영향을 주지 못한다. 따라서 강재 빔은 그 자체의 강성만으로 상부에서 재하되는 하중을 지지할 수 있도록 설계되어야 한다. 이러한 종래 기술의 한계는 강재 빔이 단순한 I형강으로 구성된 경우뿐만 아니라, 박스형상의 강재 빔 즉, 강박스 빔의 경우에도 동일하게 존재한다.

대한민국 등록특허공보 제10-1479613호(2015. 01. 08. 공고).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 강박스 빔의 상면에 프리캐스트 바닥판을 종방향으로 복수개 연속 배치하여 프리캐스트 바닥판들을 구조적으로 일체화시키고 이와 더불어 강박스 빔과 프리캐스트 바닥판을 일체화시켜서 강박스-프리캐스트 바닥판 합성거더를 구축함에 있어서, 프리캐스트 바닥판에 도입되는 긴장력을 프리캐스트 바닥판의 일체화를 위한 압축력으로 이용할 뿐만 아니라, 강박스 빔에 대해서는 상향력에 의한 휨모멘트 강성 보강으로도 이용함으로써, 합성거더를 효율적으로 장지간화시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 강박스 빔 그 상부에 종방향으로 연속배치된 복수개의 프리캐스트 바닥판의 일체 합성구조의 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더로서, 강박스 빔에서 종방향 양단으로부터 각각 중앙방향으로 이격된 위치에서 강박스 빔의 내부에는 다이아프램과 새들장치가 설치되어 있고; 긴장재가 강박스 빔의 내부에서 새들장치의 하면에 걸쳐져서 진행 방향이 변환되어 그 양단이 최외측 프리캐스트 바닥판을 관통하도록 하향으로 볼록한 형태로 배치되며; 강박스 빔과 프리캐스트 바닥판이 비합성된 상태에서, 최외측 프리캐스트 바닥판을 관통한 긴장재는 긴장되어 최외측 프리캐스트 바닥판에 정착됨으로써; 긴장재의 긴장력에 의해 복수개의 프리캐스트 바닥판을 밀착시키는 압축력이 작용함과 동시에 새들장치의 설치위치에서는 강박스 빔에 연직 상향력이 작용하게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더가 제공된다.

또한 본 발명에서는 상기한 과제를 달성하기 위하여, 상기한 본 발명에 따른 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더를 시공하는 방법이 제공되는데, 구체적으로 본 발명에 따른 시공방법은, 강박스 빔에서 종방향 양단으로부터 각각 중앙방향으로 이격된 위치에서 강박스 빔의 내부에는 다이아프램과 새들장치가 설치되어 있도록 강박스 빔을 제작하고; 강박스 빔의 내부에서 긴장재를 새들장치의 하면에 걸쳐져서 진행 방향이 변환되도록 종방향으로 길게 배치하고, 강박스 빔의 상면에는 복수개의 프리캐스트 바닥판을 종방향으로 연속배치하되, 강박스 빔과 프리캐스트 바닥판이 비합성된 상태에서, 긴장재의 양단을 각각 최외측 프리캐스트 바닥판을 관통시키고; 최외측 프리캐스트 바닥판에 양단이 관통된 긴장재를 긴장하여 프리스트레스가 도입되도록 한 후, 최외측 프리캐스트 바닥판에 정착함으로써; 긴장재의 긴장력에 의해 복수개의 프리캐스트 바닥판을 밀착시키는 압축력이 작용하게 함과 동시에 새들장치의 설치위치에서는 강박스 빔에 연직 상향력이 작용하게 한 후; 강박스 빔과 프리캐스트 바닥판을 서로 일체로 합성하게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한 위와 같은 본 발명에 따른 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더와 그 시공방법에서, 강박스 빔은 상,하면 및 좌우 양측의 4변을 모두 가지는 폐합형 강박스 빔이고; 다이아프램은 강박스 빔의 전체 단면을 가로막는 판형상의 부재로 구성되며; 새들장치는 다이아프램을 관통하여 설치되는 구성을 가질 수도 있다.

이와 달리 위와 같은 본 발명에 따른 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더와 그 시공방법에서 강박스 빔은 상부면이 개방되어 양측면과 하면의 3변만을 가지는 개구제형 강박스 빔이고; 다이아프램은 강박스 빔의 내면에 일체 배치된 테두리 연직판과, 상기 테두리 연직판에 의해 둘러싸인 영역을 가로질러 배치되는 빔 형태의 브레이싱 부재로 구성되며; 새들장치는 다이아프램의 테두리 연직판을 관통하여 설치되는 구성을 가질 수도 있다.

본 발명에서는 프리캐스트 바닥판의 일체화에 필요한 긴장력을, 아직 프리캐스트 바닥판과 비합성 상태인 강박스 빔에 휨모멘트 형태로 도입하는 데에도 활용하게 되어, 강박스 빔에 부모멘트가 미리 도입되며, 그에 따라 강박스 빔의 휨강성이 증가하게 되어 필요 강재량을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 동일한 강재량으로는 강박스 빔의 종방향 길이를 더 길게 할 수 있게 되어, 합성거더 및 이를 이용한 교량의 장지간화를 용이하게 달성할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

특히, 프리캐스트 바닥판의 일체화를 위한 압축력을 도입하고 강박스 빔의 휨강성을 증가시키게 되는 긴장재를 배치함에 있어서, 본 발명에서는 긴장재가 강박스 빔의 내부 공간에 노출된 상태로 배치되어 있으므로, 종래 기술과 달리 긴장재를 프리캐스트 바닥판 내에 매립된 쉬스관에 관통시켜야 하는 번거로운 작업을 수행할 필요가 없으며, 따라서 시공이 매우 신속하고 간편하게 이루어질 수 있게 되어, 시공효율성 및 시공경제성이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 합성거더의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 합성거더의 개략적인 측면도이다.
도 3 및 도 4는 각각 도 1의 합성거더에서 긴장재의 변곡위치를 포함하는 구간만을 절취하여 바라보는 방향을 달리하여 투시된 형태로 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명에서 새들장치가 다이아프램에 결합되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에서 각각 다이아프램에 새들장치가 설치되어 있는 형상을 바라보는 방향을 달리하여 상세히 보여주는 도 5의 원 D부분에 대한 개략적인 확대도이다.
도 8은 최외측 프리캐스트 바닥판에서 긴장재의 단부가 정착되어 있는 상태를 보여주는 도 1의 원 E 부분에 대한 개략적인 확대도이다.
도 9는 본 발명에 따른 합성거더에서 긴장재를 긴장 정착함에 의하여, 긴장재에 작용하는 응력을 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 합성거더에서 긴장재를 긴장 정착함에 의하여, 프리캐스트 바닥판에 작용하는 응력을 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 합성거더에서 긴장재를 긴장 정착함에 의하여, 강박스 빔에 작용하는 응력을 보여주는 개략적인 측면도와 그에 따라 본 발명의 합성거더에 도입되는 부(-)모멘트를 보여주는 개략적인 휨모멘트이다.
도 12는 프리캐스트 바닥판과 강박스 빔을 합성하는 방식을 보여주는 프리캐스트 바닥판 상면에 대한 개략적인 부분 확대도이다.
도 13 및 도 14는 각각 개구제형 강박스 빔을 이용한 본 발명의 제2실시예에 따른 합성거더에서 긴장재(3)의 변곡위치를 포함하는 구간만을 절취하여 바라보는 방향을 달리하여 투시된 형태로 보여주는 개략적인 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

본 발명에 의하면, 강박스 빔(steel box beam)의 상부에 프리캐스트 바닥판이 종방향으로 복수개 연속배치되어 프리캐스트 바닥판들 사이가 구조적으로 일체화되어 있을 뿐만 아니라 프리캐스트 바닥판과 강박스 빔 간에도 구조적으로 일체화된 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더(이하, "합성거더"라고 약칭함)가 제공된다. 여기서 강박스 빔은 그 종방향의 단면이 상,하면 및 좌우 양측의 4변을 모두 가지는 완전히 폐합된 상태의 단면을 가지는 "폐합형" 강박스 빔뿐만 아니라, 상부면이 개방되어 양측면과 하면의 3변만을 가지는 개구제형 강박스 빔을 모두 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서 다음에서 본 발명을 설명함에 있어서는, 본 발명의 제1실시예로서 폐합형 강박스 빔을 이용한 합성거더를 우선적으로 예시하여 설명하고, 후속하여 본 발명의 제2실시예인 개구제형 강박스 빔을 이용한 합성거더에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에는 본 발명의 제1실시예에 따른 합성거더(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 2에는 도 1에 도시된 합성거더(100)의 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 합성거더(100)는, 강박스 빔(1)의 상부에 프리캐스트 바닥판(2)이 종방향으로 복수개로 연속배치되어 있다. 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)에 대해 종방향으로 압축력을 가하여 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)을 서로 구조적으로 일체화시키기 위하여 긴장재(3)가 배치되어 긴장됨으로써 종방향으로 프리캐스트 바닥판(2)에 긴장력을 부여하게 되는데, 본 발명에 긴장재(3)는 하향으로 볼록한 형태로 강박스 빔(1)의 내부 공간에 배치되고, 긴장재(3)의 종방향 양단부는 각각 프리캐스트 바닥판(2) 중에서 종방향 양측단부에 위치하는 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)을 관통하여 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)에 정착된다.

구체적으로 긴장재(3)는 강박스 빔(1)의 내부 공간에서 배치되어 있되, 도 2에 도시된 것처럼 강박스 빔(1)의 종방향 양단으로부터 각각 경간의 중앙방향으로 소정 거리로 이격된 위치에 긴장재 변곡위치(P)가 존재하고 있어서, 긴장재(3)는 2개의 변곡위치(P) 사이에서는 단면의 중립축보다 더 아래쪽에서 강박스 빔(1)의 하면에 가깝게 위치하고, 변곡위치(P)를 지나서 종방향 양단으로 가면서 경사지게 되어 긴장재(3)의 양단은 각각 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)을 관통하여 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)에 정착됨으로써, 하향으로 볼록한 선형을 가지고 배치되어 있다.

변곡위치(P)에는 긴장재(3)가 급격하게 꺾이지 않고 유연하게 방향을 전환할 수 있도록 하기 위하여 새들(saddle)장치(5)가 설치되며, 이러한 새들장치(5)를 강박스 빔(1) 내부에 설치하고, 이에 더하여 강박스 빔(1)의 강성을 보강하기 위하여 변곡위치(P)에는 강박스 빔(1)의 단면을 가로질러 다이아프램(6)이 설치된다.

도 3 및 도 4에는 각각 도 1의 합성거더(100)에서 긴장재(3)의 변곡위치에서의 개략적인 사시도 즉, 도 1에서 A로 표시된 구간 즉, 변곡위치(P)가 포함된 일부 구간만을 절취하여 바라보는 방향을 달리하여 투시된 형태로 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 본 발명에서 긴장재(3)는 횡방향으로 복수개가 나란하게 배치될 수 있지만, 편의상 도 3 및 도 4에서는 프리캐스트 바닥판(2)의 도시를 생략하였다.

"폐합형" 강박스 빔(1)의 경우, 다이아프램(6)은 강박스 빔(1)의 전체 단면을 가로막는 판형상의 부재로 구성될 수 있으며, 이러한 다이아프램(6)에 새들장치(5)가 설치된다. 도 5에는 본 발명에서 새들장치(5)가 다이아프램(6)에 결합되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 6 및 도 7에는 각각 다이아프램(6)에 새들장치(5)가 설치되어 있는 형상을 바라보는 방향을 달리하여 상세히 보여주는 도 5의 원 D부분에 대한 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 도 5에서는 새들장치(5)에 긴장재(3)가 걸쳐진 상태에서 새들장치(5)가 다이아프램(6)에 결합되는 것처럼 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 설명을 위하여 편의상 표현한 것이며, 실제로는 새들장치(5)를 우선 다이아프램(6)에 완전히 결합 설치한 후에 긴장재(3)를 새들장치(5)에 걸쳐지도록 배치하게 되는 것이 바람직하다.

도면에 예시된 것처럼, 새들장치(5)는 종방향으로 연장되어 다이아프램(6)을 관통하여 배치되며 긴장재(3)와 직접 접촉하게 되며 곡면으로 이루어진 접촉판(50)과, 상기 접촉판(50)의 횡방향(교축직각방향) 양측에 각각 구비되어 긴장재(3)의 횡방향으로 이동을 제한함으로써 긴장재(3)가 횡방향으로 접촉판(50)을 벗어나는 것을 방지하게 되는 횡측면 스톱퍼부재(51)를 포함하여 구성된다. 도면에 도시된 실시예에서 횡측면 스톱퍼부재(51)는 판부재로 이루어져 접촉판(50)의 하면에 연직하게 결합되어 있다. 그리고 필요에 따라서는 도면에 도시된 실시예처럼, 접촉판(50)의 상면과 다이아프램(6) 사이에는 보강리브(52)가 더 구비될 수도 있다. 접촉판(50)은 긴장재(3)의 배치 형상에 맞추어서 곡면 판으로 이루어지는데 일측은 수평한 부분으로 되어 있고 타측은 상향 경사진 부분으로 이루어져 있으며 수평한 부분과 경사진 부분은 유연한 곡선 형태로 이어지는 형상을 가진다.

이와 같은 형상의 새들장치(5)는 강박스 빔(1)의 종방향 양단으로부터 각각 경간의 중앙방향으로 소정 거리로 이격된 위치에 존재하는 2개의 긴장재 변곡위치(P)에서 다이아프램(6)에 설치되는데, 2개의 긴장재 변곡위치(P)에 설치되는 새들장치는 종방향으로 접촉판(50)의 수평한 부분이 서로 마주보도록 거울 대칭 관계를 가지면서 설치된다.

특히, 도면에 도시된 것처럼 새들장치(5)에는 접촉판(50)의 중앙을 가로질러서 접촉판(50)과 직교하는 결합판(53)이 구비될 수 있는데, 다이아프램(6)에 관통개방부(60)를 형성하고, 결합판(53)을 관통개방부(60)에 배치하여 결합판(53)의 가장자리를 용접 등에 의해 다이아프램(6)과 일체화시킬 수도 있다(도 5 참조). 즉, 이 경우, 결합판(53)은 결과적으로 다이아프램(6)의 일부가 되는 것이다. 이러한 구성에 의하면 새들장치(5)를 미리 공장에서 제작한 후, 현장에서는 결합판(53)과 다이아프램(6)간의 결합작업만 수행하면 되므로, 새들장치(5)의 설치가 용이하게 되는 장점이 있다.

위와 같이 새들장치(5)가 다이아프램(6)에 설치되고, 긴장재(3)는 2개의 긴장재 변곡위치(P) 사이에서는 새들장치(5)의 접촉판(50) 하면에 걸쳐져서 강박스 빔(1)의 단면 중립축보다 더 아래쪽에서 강박스 빔(1)의 하면에 가깝게 위치하여 직선 배치되고, 새들장치(5)를 지나면서 방향이 전환되어 강박스 빔(1)의 종방향 양단으로 가면서 경사지게 배치된다. 긴장재(3)의 양단은 각각 최외측 프리캐스트 바닥판(2)을 관통한 후, 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)에 정착된다.

긴장재(3)의 정착과 긴장은 아직 프리캐스트 바닥판(2)이 강박스 빔(1)과 구조적으로 일체 합성되지 않은 "비합성 상태"에서 이루어진다. 즉, 강박스 빔(1) 위에 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)을 종방향으로 연속배치하되, 아직 프리캐스트 바닥판(2)과 강박스 빔(1)을 일체로 합성하지 않은 상태에서, 위와 같이 새들장치(5)에 의해 하향 볼록하게 강박스 빔(1)의 내부에 배치된 긴장재(3)를 그 양단이 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)에 관통되도록 한 후, 긴장재(3)를 긴장하여 프리스트레스 즉, 긴장력을 도입한 후, 긴장재(3)의 양단을 각각 최외측 프리캐스트 바닥판(2)에 정착하는 것이다. 도 8에는 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)에서 긴장재(3)의 단부가 정착되어 있는 상태를 보여주는 도 1의 원 E 부분에 대한 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 긴장재(3)의 단부를 정착하기 위하여 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)에는, 경사진 정착면(41)을 가지는 오목한 정착홈(4)이 형성되어 있다. 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)을 관통한 상태로 긴장된 긴장재(3)의 단부는 정착홈(4)에 정착된다. 정착홈(4)이 오목하게 형성되어 있으므로, 정착된 긴장재(3)는 프리캐스트 바닥판의 외면으로 돌출되지 않으며, 따라서 프리캐스트 바닥판의 상면에 또다른 구조체를 설치하는데 있어서 긴장재(3)는 어떠한 방해도 일으키지 않게 된다.

도 9에는 본 발명에 따른 합성거더(100)에서 긴장재(3)를 긴장 정착함에 의하여, 긴장재(5)에 작용하는 응력을 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 긴장재(3)가 긴장되어 정착되면 도면에서 화살표 T로 도시된 것처럼 종방향 외측으로는 긴장재(3)에 의한 긴장력(T)이 작용하게 되는데, 변곡위치(P)에서는 새들장치(5)에 의해 긴장재(3)에는 연직 하향력(Vd)이 작용하게 된다.

한편, 이 경우, 프리캐스트 바닥판(2)에는 종방향으로 압축력이 작용한다. 도 10에는 본 발명에 따른 합성거더(100)에서 긴장재(3)를 긴장 정착함에 의하여, 프리캐스트 바닥판(2)에 작용하는 응력을 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있다. 긴장재(3)를 긴장 정착하게 되면, 도 10에 도시된 것처럼 프리캐스트 바닥판(2)에는 종방향으로 프리캐스트 바닥판(2)을 밀어주는 압축력(H)이 작용하게 되는 것이다. 이러한 수평한 압축력(H)의 작용에 의해서 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)은 종방향으로 서로 강하게 밀착되면서 구조적으로 일체화되는 것이다.

본 발명에서 긴장재(3)는 강박스 빔(1)의 내부 공간에 노출된 상태로 배치되어 있고, 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)을 일체화시키기 위하여 종방향으로 프리캐스트 바닥판(2)에 압축력을 도입함에 있어서는 이러한 긴장재(3)를 이용하므로, 종래 기술과 달리 긴장재를 프리캐스트 바닥판 내에 매립된 쉬스관에 관통시켜야 하는 번거로운 작업을 수행할 필요가 없으며, 따라서 시공이 매우 신속하고 간편하게 이루어질 수 있게 되어, 시공효율성 및 시공경제성이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.

한편, 긴장재(3)가 긴장 정착되면 강재 빔(1)의 변곡위치(P)에는 연직 상향력(Vb)이 작용하게 된다. 도 11에는 본 발명에 따른 합성거더(100)에서 긴장재(3)를 긴장 정착함에 의하여, 강박스 빔에 작용하는 응력을 보여주는 개략적인 측면도와 그에 따라 본 발명의 합성거더(100)에 도입되는 부(-)모멘트를 보여주는 개략적인 휨모멘트가 각각 도시되어 있다. 본 발명에서는 긴장재(3)가 하향 볼록한 형태로 배치되어 있으므로, 긴장재(3)를 긴장 정착하게 되면, 도 11의 (a)에 도시된 것처럼 본 발명의 합성거더(100) 양단에는 하향의 연직력(L)이 작용하게 되고 변곡위치(P)에서는 새들장치(5)에 상향력(Vb)이 작용하게 되며, 그에 따라 합성거더(100)에는 도 11의 (b)에 도시된 것처럼, 강재 빔(1)의 경간 중앙을 위로 솟아오르게 만들려는 형태의 휨모멘트가 도입된다.

이와 같이 본 발명에서는 긴장재(3)를 긴장하여 정착하게 되면, 프리캐스트 바닥판(2)들을 일체화시킬 수 있는 수평방향의 압축력이 작용하게 될 뿐만 아니라, 강박스 빔(1)에는 휨강성을 증대시킬 수 있는 부모멘트가 작용하게 된다. 즉, 본 발명에서는 프리캐스트 바닥판(2)의 일체화에 필요한 긴장력을, 아직 프리캐스트 바닥판과 비합성 상태인 강박스 빔(1)에 휨모멘트 형태로 도입하는 데에도 활용하게 되는 것이다. 강박스 빔(1)에 부모멘트가 미리 도입되면 그만큼 강박스 빔(1)의 휨강성이 증가하게 되며, 따라서 본 발명의 합성거더에서는 필요 강재량을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 동일한 강재량이라면 강박스 빔(1)의 종방향 길이를 더 길게 할 수 있으므로, 본 발명의 합성거더(100) 및 이를 이용한 교량의 장지간화를 용이하게 달성할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

긴장재(3)의 긴장 정착이 완료되면, 프리캐스트 바닥판(2)과 강박스 빔(1)을 일체로 결합하여 합성시키는 작업을 수행한다. 프리캐스트 바닥판(2)과 강박스 빔(1)을 일체로 합성하는데는 종래의 기술을 이용할 수 있는데, 도 12에는 프리캐스트 바닥판(2)에 개방홈(25)을 형성하고, 강박스 빔(1)의 상면에 일체 구비된 스터드 등의 전단연결재(15)가 개방홈(25)에 삽입되도록 한 후, 개방홈(25)에 무수축 모르타르 등의 채움재(그라우트재)를 채우는 종래의 방식을 보여주는 프리캐스트 바닥판(2) 상면에 대한 개략적인 부분 절취 확대도가 도시되어 있다. 도 12에서 프리캐스트 바닥판(2)은 편의상 일부 절취된 형태로 도시되어 있다. 그러나 본 발명에서 프리캐스트 바닥판(2)과 강박스 빔(1)을 일체로 결합하여 합성시키는 방식은 도 12에 도시된 것에 한정되지 아니하며, 다양한 형태의 종래 기술을 이용할 수 있다.

앞서 언급한 것처럼, 본 발명에서 강박스 빔(1)은 도 1 내지 도 4에 도시된 폐합형 강박스 빔에 한정되지 않으며, 상부면이 개방되어 양측면과 하면의 3변만을 가지는 개구제형 강박스 빔으로 구성될 수도 있다. 도 13 및 도 14에는 각각 개구제형 강박스 빔을 이용한 본 발명의 합성거더(100)에서 긴장재(3)의 변곡위치를 포함하는 구간만을 절취하여 바라보는 방향을 달리하여 투시된 형태로 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 13 및 도 14에서도 프리캐스트 바닥판(2)의 도시는 편의상 생략하였지만, 개구제형 강박스 빔(1)의 상면에 프리캐스트 바닥판(2)이 배치되어 결합되는 것은, 앞서 살펴본 폐합형 강박스 빔을 이용한 실시예와 동일하다.

도 13 및 도 14에 도시된 개구제형 강박스 빔을 이용한 합성거더(100)의 경우, 다이아프램(6)이 강박스 빔의 내면에 일체 배치된 테두리 연직판과, 상기 테두리 연직판에 의해 둘러싸인 영역을 가로질러 배치되는 빔 형태의 브레이싱 부재로 구성되어 있다. 따라서 도 13 및 도 14에 도시된 실시예에서는 새들장치(5)가 다이아프램(6)을 이루는 테두리 연직판을 관통하여 설치된다.

도 13 및 도 14의 실시예는 위와 같이 강박스 빔의 형상 그리고 다이아프램(6)의 형태에서 앞서 살펴본 폐합형 강박스 빔과 상이할 뿐이고, 그 외의 구성과 그에 따른 작용효과는 동일하다. 따라서 새들장치(5), 긴장재(3)의 배치와 긴장 정착, 그리고 그에 따른 긴장력의 작용 등의 기타 사항에 대해서는 반복 설명을 생략한다.

1: 강박스 빔
2: 프리캐스트 콘크리트 바닥판
2a: 최외측 프리캐스트 콘크리트 바닥판
3: 긴장재
4: 정착홈
5: 새들장치
6: 다이아프램
100: 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더
P: 변곡위치

Claims (8)

1. 강박스 빔(1)과 그 상부에 종방향으로 연속배치된 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)의 일체 합성구조의 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더로서,
   강박스 빔(1)에서 종방향 양단으로부터 각각 경간의 중앙방향으로 이격되어 있는 2개의 긴장재 변곡위치(P) 각각에서 강박스 빔(1)의 내부에는 다이아프램(6)과 새들장치(5)가 설치되어 있고;
   긴장재(3)는 강박스 빔(1)의 내부에서 2개의 변곡위치(P) 사이에서는 단면의 중립축보다 더 아래쪽에 위치하다가, 긴장재(3)가 새들장치(5)의 하면에 걸쳐져서 진행 방향이 변환되어 변곡위치(P)를 지나서 종방향 양단으로 가면서 경사지게 되어, 긴장재(3)의 양단이 각각 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)을 관통함으로써, 긴장재(3)가 하향으로 볼록한 선형을 가지고 배치되어 있으며;
   긴장재(3)의 단부를 정착하기 위하여 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)에는, 경사진 정착면(41)을 가지는 오목한 정착홈(4)이 형성되어 있고;
   강박스 빔(1)과 프리캐스트 바닥판(2)이 비합성된 상태에서, 긴장재(3)는 그 양단이 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)을 관통한 후에 긴장되어, 긴장재(3)의 양단이 각각 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)의 정착홈(4)에 위치한 상태로 정착됨으로써;
   긴장재(3)의 긴장력에 의해 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)을 종방향으로 밀어주어 서로 밀착시키는 압축력이 작용하여 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)이 종방향으로 서로 밀착되면서 구조적으로 일체화됨과 동시에 새들장치(5)의 설치위치에서는 강박스 빔(1)에 연직 상향력이 작용하게 되어, 강박스 빔(1)에는 휨모멘트가 도입되어 강박스 빔(1)이 보강되는 구성을 가지며;
   새들장치(5)는, 다이아프램(6)을 관통하여 배치되며 긴장재(3)와 직접 접촉하게 되며 곡면으로 이루어진 접촉판(50)과, 상기 접촉판(50)의 횡방향 양측에 각각 구비되어 긴장재(3)의 횡방향으로 이동을 제한함으로써 긴장재(3)가 횡방향으로 접촉판(50)을 벗어나는 것을 방지하게 되는 횡측면 스톱퍼부재(51)와, 접촉판(50)의 중앙을 가로질러서 접촉판(50)과 직교하는 결합판(53)을 포함하여 구성되는데;
   접촉판(50)은 긴장재(3)의 배치 형상에 맞출 수 있도록 곡면판으로 이루어지는데, 일측은 수평한 부분으로 되어 있고 타측은 상향 경사진 부분으로 이루어져 있으며 수평한 부분과 경사진 부분은 곡선 형태로 이어지는 형상을 가지며;
   다이아프램(6)에는 관통개방부(60)가 형성되어 있고;
   새들장치(5)의 결합판(53)가 관통개방부(60)에 배치되어 결합판(53)의 가장자리가 다이아프램(6)에 용접됨으로써, 새들장치(5)가 다이아프램(6)에 일체화되어 설치되어 있으며;
   긴장재(3)의 긴장 정착이 완료된 후, 프리캐스트 바닥판(2)과 강박스 빔(1)이 일체로 합성되는 것을 특징으로 하는 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더.
   
2. 제1항에 있어서,
   강박스 빔(1)은 상,하면 및 좌우 양측의 4변을 모두 가지는 폐합형 강박스 빔이고;
   다이아프램(6)은 강박스 빔(1)의 전체 단면을 가로막는 판형상의 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더.
   
3. 제1항에 있어서,
   강박스 빔(1)은 상부면이 개방되어 양측면과 하면의 3변만을 가지는 개구제형 강박스 빔이고;
   다이아프램(6)은 강박스 빔의 내면에 일체 배치된 테두리 연직판을 포함하여 구성되며;
   새들장치(5)는 다이아프램(6)의 테두리 연직판을 관통하여 설치되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더.
   
4. 삭제
5. 강박스 빔(1)과 그 상부에 종방향으로 연속배치된 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)의 일체 합성구조의 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더를 시공하는 방법으로서,
   강박스 빔(1)에서 종방향 양단으로부터 각각 중앙방향으로 이격되어 있는 2개의 긴장재 변곡위치(P) 각각에서 강박스 빔(1)의 내부에는 다이아프램(6)과 새들장치(5)가 설치되어 있도록 강박스 빔(1)을 제작하되, 새들장치(5)는, 다이아프램(6)을 관통하여 배치되며 긴장재(3)와 직접 접촉하게 되며 곡면으로 이루어진 접촉판(50)과, 상기 접촉판(50)의 횡방향 양측에 각각 구비되어 긴장재(3)의 횡방향으로 이동을 제한함으로써 긴장재(3)가 횡방향으로 접촉판(50)을 벗어나는 것을 방지하게 되는 횡측면 스톱퍼부재(51)와, 접촉판(50)의 중앙을 가로질러서 접촉판(50)과 직교하는 결합판(53)을 포함하여 구성되며, 접촉판(50)은 긴장재(3)의 배치 형상에 맞출 수 있도록 곡면판으로 이루어지는데, 일측은 수평한 부분으로 되어 있고 타측은 상향 경사진 부분으로 이루어져 있으며 수평한 부분과 경사진 부분은 곡선 형태로 이어지는 형상을 가지고, 다이아프램(6)에는 관통개방부(60)가 형성되어 있으며, 새들장치(5)의 결합판(53)을 관통개방부(60)에 배치시켜 결합판(53)의 가장자리를 다이아프램(6)에 용접함으로써, 새들장치(5)가 다이아프램(6)에 일체화되어 설치되어 있도록 강박스 빔(1)을 제작하고;
   강박스 빔(1)의 내부에서, 긴장재(3)를 새들장치(5)의 하면에 걸쳐져서 진행 방향이 변환되도록 종방향으로 길게 배치하고, 강박스 빔(1)의 상면에는 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)을 종방향으로 연속배치하되, 2개의 변곡위치(P) 사이에서는 긴장재(3)가 단면의 중립축보다 더 아래쪽에 위치하다가, 새들장치(5)의 하면에 걸쳐져서 진행 방향이 변환되어 변곡위치(P)를 지나서 종방향 양단으로 가면서 경사지게 되어, 긴장재(3)의 양단이 각각 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)을 관통하게 만들어서 긴장재(3)가 하향으로 볼록한 선형을 가지고 배치되도록 하며;
   긴장재(3)의 단부를 정착하기 위하여 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)에는, 경사진 정착면(41)을 가지는 오목한 정착홈(4)이 형성되어 있고;
   강박스 빔(1)과 프리캐스트 바닥판(2)이 비합성된 상태에서, 긴장재(3)의 양단을 각각 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)을 관통시키고;
   최외측 프리캐스트 바닥판(2a)에 양단이 관통된 긴장재(3)를 긴장하여 프리스트레스가 도입되도록 한 후, 긴장재(3)의 양단을 각각 최외측 프리캐스트 바닥판(2a)의 정착홈(4)에 위치한 상태로 정착함으로써;
   긴장재(3)의 긴장력에 의해 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)을 종방향으로 밀어주어 서로 밀착시키는 압축력이 작용하여 복수개의 프리캐스트 바닥판(2)이 종방향으로 서로 밀착되면서 구조적으로 일체화되게 만듦과 동시에 새들장치(5)의 설치위치에서는 강박스 빔(1)에 연직 상향력이 만들어서, 강박스 빔(1)에 휨모멘트가 도입되어 강박스 빔(1)이 보강되게 만든 후;
   강박스 빔(1)과 프리캐스트 바닥판(2)을 서로 일체로 합성하게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더의 시공방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   강박스 빔(1)은 상,하면 및 좌우 양측의 4변을 모두 가지는 폐합형 강박스 빔이고;
   다이아프램(6)은 강박스 빔(1)의 전체 단면을 가로막는 판형상의 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더의 시공방법.
   
7. 제5항에 있어서,
   강박스 빔(1)은 상부면이 개방되어 양측면과 하면의 3변만을 가지는 개구제형 강박스 빔이고;
   다이아프램(6)은 강박스 빔의 내면에 일체 배치된 테두리 연직판을 포함하여 구성되며;
   새들장치(5)는 다이아프램(6)의 테두리 연직판을 관통하여 설치되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강박스 빔-프리캐스트 콘크리트 바닥판 합성거더의 시공방법.
   
8. 삭제

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