KR101640933B1 - 강합성 라멘교 및 그 시공 방법 - Google Patents

강합성 라멘교 및 그 시공 방법 Download PDF

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KR101640933B1
KR101640933B1 KR1020150080923A KR20150080923A KR101640933B1 KR 101640933 B1 KR101640933 B1 KR 101640933B1 KR 1020150080923 A KR1020150080923 A KR 1020150080923A KR 20150080923 A KR20150080923 A KR 20150080923A KR 101640933 B1 KR101640933 B1 KR 101640933B1
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박재현
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박재현
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Abstract

본 발명은 강합성 라멘교 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 교량 상부구조의 단부를 이루며 교축방향으로 연장되도록 구성된 연장부와, 상기 연장부와 일체로 형성되어 교량 하부구조를 이루는 벽체와, 상기 연장부에 끝단이 노출되도록 내설된 우각부 강재거더와, 상기 벽체의 저면에 형성된 수용홈을 갖는 지점부 프리캐스트 부재를 준비하는 단계와; 두부가 노출된 형태로 지반에 파일(pile)을 고정시키는 파일설치단계와; 상기 지점부 프리캐스트 부재의 벽체 저면에 형성된 상기 수용홈에 상기 파일의 두부를 삽입시키고 상기 수용홈과 상기 파일 두부의 외주면이 이루는 공간에 그라우팅재를 주입하여 상기 지점부 프리캐스트 부재와 상기 파일을 일체화하는 지점부 프리캐스트 부재 설치단계와; 미리 준비된 경간부 강재거더를 상기 우각부 강재거더에 종방향으로 연결 설치하는 경간부 거더 설치단계와; 상기 경간부 강재거더의 상측에 미리 제작된 프리캐스트 바닥판을 거치시키는 바닥판 거치단계와; 상기 경간부 강재거더와 상기 프리캐스트 바닥판을 결합시키는 바닥판 고정단계를; 포함하여 구성되어, 라멘교의 우각부에 응력이 집중되지 않고 분산되면서 안정된 구조계를 유지할 수 있으면서, 라멘교의 시공 시간을 크게 단축할 수 있는 강합성 라멘교 및 그 시공 방법을 제공한다.

Description

강합성 라멘교 및 그 시공 방법 {PREFABRICATED RAHMEN BRIDGE AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 강합성 라멘교 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부구조의 신축에 따른 큰 수평력을 교량 하부구조의 휨변형으로 수용하여 안정된 구조계를 유지하면서도, 긴급 교체 공사에 적합하고 별도의 제작장이 불필요하며 터파기 양을 감소시켜 사유지 점유없이 시공할 수 있는 강합성 라멘교 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 교량은 강이나 바다 또는 계곡을 차량 등이 보다 편리하게 통행할 수 있도록 시공되는 것으로서, 상부 구조에 작용하는 고정하중과 활하중을 견디기 위해 제작된 거더와, 상기 거더의 상측에 차량 등이 통행할 수 있도록 판 형상으로 형성된 바닥판 콘크리트로 이루어진다.
교량의 형식 가운데 라멘교(Rahmen Bridge)는 교량의 하부 구조와 상부 구조를 일체화시킴으로써 전체적인 구조 강성을 높이고 경간 중앙부에 발생되는 휨 모멘트의 크기를 줄이는 대신, 줄어든 휨 모멘트의 크기를 교각 및 교대에서 부담하는 형식의 교량이다.
일반적으로 라멘교는 벽체를 세우고, 바닥판 또는 바닥판을 지지하는 거더와 벽체를 일체로 결합하는 형태로 제작되어 왔다. 예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제10-0770574호로 특허등록된 프리스트레스된 철골철근 콘크리트 합성형 라멘교 및 그 시공방법에 따르면, 교각에 받침 강형을 미리 설치해 놓고, I형 강재거더의 하부 플랜지의 일부에 프리스트레스가 도입된 케이싱 콘크리트를 합성한 강합성 거더를 받침 강형에 거치시킨 후, 강합성 거더와 교각을 일체화시키는 벽체 콘크리트와 바닥판 콘크리트를 동시에 타설하여 일체화하는 방식이 제안되었다.
그러나, 상기와 같이 프리스트레스가 도입되도록 케이싱 콘크리트를 I형 강재 거더에 합성하여 강합성 거더를 제작하는 것 자체에도 막대한 비용이 소요되고 공기가 지연되는 심각한 문제점이 있었다. 이 뿐만 아니라, 지점부에서 발생되는 부모멘트의 크기를 줄일 수 있는 장점에도 불구하고 우각부의 벽체 콘크리트와 바닥판 콘크리트가 함께 타설됨에 따라 그 큰 자중에 의해 정모멘트가 크게 작용하는 것을 피할 수 없었다.
또한, 종래의 라멘교량에서 벽체 콘크리트는 교량의 상부구조와 일체로 구성됨에 따라, 계절에 따라 온도 변화 등에 따른 상부구조의 신축변형이 교량 하부구조에 구속되어 교량의 상부 및 하부구조에 큰 단면력이 발생되는 문제점도 있었다.
따라서, 라멘 형식의 교량을 시공함에 있어서 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 라멘 구조로 교량을 시공하면서도 상부구조의 신축에 따른 변동응력의 크기를 크게 완화할 수 있는 안정된 구조의 강합성 라멘교 및 그 시공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 짧은 시간에 시공이 가능하여 풍수피해를 입은 라멘교의 응급 복구나 노후 교량을 긴급 교체할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 주요부재의 제작이 공장에서 이루어 질 수 있도록 하여 교량의 시공을 위하여 주변에 별도의 제작장을 가질 필요가 없으며, 하부구조의 시공 시 터파기 양을 줄여 주변의 사유지의 점유를 최소로 한 상태에서 교량을 시공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 교량 시공 중에 발생되는 경간 중앙부에서 크게 발생되는 정모멘트의 크기를 감소시킴으로써, 정모멘트의 감소분에 해당하는 만큼 보다 더 장경간 교량을 구현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 교량 상부구조의 단부를 이루며 교축방향으로 연장되도록 구성된 연장부와, 상기 연장부와 일체로 형성되어 교량 하부구조를 이루는 벽체와, 상기 연장부에 끝단이 노출되도록 내설된 우각부 강재거더와, 상기 벽체의 저면에 형성된 수용홈을 갖는 지점부 프리캐스트 부재를 준비하는 단계와; 두부가 노출된 형태로 지반에 파일(pile)을 고정시키는 파일설치단계와; 상기 지점부 프리캐스트 부재의 벽체 저면에 형성된 상기 수용홈에 상기 파일의 두부를 삽입시키고 상기 수용홈과 상기 파일 두부의 외주면이 이루는 공간에 그라우팅재를 주입하여 상기 지점부 프리캐스트 부재와 상기 파일을 일체화하는 지점부 프리캐스트 부재 설치단계와; 미리 준비된 경간부 강재거더를 상기 우각부 강재거더에 종방향으로 연결 설치하는 경간부 거더 설치단계와; 상기 경간부 강재거더의 상측에 미리 제작된 프리캐스트 바닥판을 거치시키는 바닥판 거치단계와; 상기 경간부 강재거더와 상기 프리캐스트 바닥판을 결합시키는 바닥판 고정단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강합성 라멘교의 시공 방법을 제공한다.
이와 같이, 본 발명은, 연장부와 벽체를 'ㄱ'자 단면 형태로 결합하여 지점부 프리캐스트 부재를 미리 제작하여 두고, 라멘교의 우각부를 형성하는 지점부 프리캐스트 부재를 지반에 박아 고정된 파일(pile) 상에 고정 설치함에 따라, 교량 상부구조의 신축변형에 따른 수평하중 작용이 반복하더라도, 상부구조의 수평하중이 지반에 박힌 파일의 휨 변위에 의하여 수용될 수 있게 되어, 라멘교의 우각부에 응력이 집중되지 않고 분산되면서 안정된 구조계를 유지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 벽체와 연장부를 'ㄱ'자 형태로 결합한 지점부 프리캐스트 부재를 미리 제작하여 현장에서 지반에 고정된 파일에 고정 설치하고, 경간부 강재거더도 미리 제작하여 지점부 프리캐스트 부재의 우각부 강재거더와 종방향으로 연결되며, 바닥판도 프리캐스트 형태로 미리 제작해두고 현장에서 경간부 강재거더 상에 거치시킨 후 결합하여 라멘교의 시공을 완료함에 따라, 라멘교의 시공 시간을 크게 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명은 시공 기간을 종래에 비하여 크게 단축할 수 있으므로, 예상치 못한 풍수해 피해를 입은 교량의 응급 복구나 노후 교량의 긴급 교체를 가능하게 한다. 또한, 파일과 일체로 연결되는 지점부 프리캐스트 부재가 낮은 높이로 형성되므로 하부구조의 시공에 따른 터파기 양을 감소시켜 주변의 사유지의 점유를 최소화하면서 시공할 수 있다.
그 밖에, 본 발명은, 현장 작업량이 최소화되고 공장 작업에 의하여 주요 공정이 이루어지므로, 인력 수급이 원활하지 못한 소규모 현장에서도 균일한 품질을 확보할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에서 우각부를 형성하는 지점부 프리캐스트 부재는 통상 교폭의 확보를 위하여 횡방향으로 2개 이상 배열되며, 이 경우, 상기 지점부 프리캐스트 부재에는 횡방향으로 제1쉬스관이 관통하여 내설되며; 상기 제1쉬스관에 제1긴장재를 삽입한 후 상기 제1긴장재를 긴장 정착하여 상기 지점부 프리캐스트 부재에 횡방향으로 밀착시키는 횡방향 긴장력 도입단계를; 상기 경간부 거더 설치단계 이전에 더 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이, 제1긴장재에 의해 지점부에서 다수의 지점부 프리캐스트 부재가 견고하게 결합된 라멘 구조 상태에서 바닥판 콘크리트를 합성하도록 구성됨에 따라, 바닥판 콘크리트를 타설하면서 우각부를 형성하는 종래의 구성에 비하여, 프리캐스트 바닥판의 자중에 의해 발생되는 정모멘트의 크기를 줄일 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
즉, 제1긴장재에 의하여 다수의 지점부 프리캐스트 부재를 횡방향으로 일체화시킨 라멘 구조 상태에서 프리캐스트 바닥판이 거치됨에 따라, 지점부의 강성이 경간부의 강성에 비하여 월등하게 커진 상태에서 프리캐스트 바닥판의 자중을 지점부에 분담시키므로, 경간부의 정모멘트를 대폭적으로 감소시킬 수 있게 된다. 이를 통해, 교량의 경간 중앙부에서 발생되는 휨 응력이 훨씬 줄어들기 때문에, 경간 중앙부에서 줄어든 휨 응력에 해당하는 만큼 경간부를 보다 길게 연장할 수 있게 되어, 종래에 비하여 보다 긴 경간에 대해 효과적으로 지지할 수 있는 라멘교을 시공할 수 있게 된다.
그리고, 상기 경간부 강재거더는 종방향으로 다수의 프리캐스트 바닥판이 거치되고, 상기 다수의 프리캐스트 바닥판에는 종방향으로 연통되는 제2쉬스관이 내설되고; 상기 제2쉬스관에 제2긴장재를 삽입한 후 상기 제2긴장재를 긴장 정착하여 상기 다수의 프리캐스트 바닥판을 종방향으로 밀착시키는 종방향 긴장력 도입단계를; 더 포함하여 구성되어, 프리캐스트 바닥판이 하나로 일체 결합되어 견고한 바닥판을 형성할 수 있게 된다.
이 때, 상기 경간부 강재거더에 거치되는 상기 프리캐스트 바닥판에는, 상기 경간부 강재거더의 상면이 드러나는 관통부가 형성되고, 상기 관통부를 향하여 철근이 노출되어 있으며; 상기 바닥판 고정단계는 상기 관통부에 현장타설 콘크리트를 타설하여 양생시키는 것에 의해 간단히 이루어질 수 있다. 이를 통해, 바닥판 콘크리트를 현장타설하지 않고, 프리캐스트 바닥판을 경간부 강재 거더에 거치시킨상태에서 관통부에 현장타설 콘크리트나 몰탈 등의 충전제를 채우는 것에 의하여, 프리캐스트 바닥판과 경간부 강재 거더를 일체화시킬 수 있다.
한편, 본 발명은, 두부가 노출된 형태로 지반에 매입된 파일과; 교량 상부구조의 단부를 이루며 교축방향으로 연장되도록 구성된 연장부와, 상기 연장부와 일체로 형성되어 교량 하부구조를 이루는 벽체와, 상기 연장부에 끝단이 노출되도록 내설된 우각부 강재거더와, 상기 벽체의 저면에 형성된 수용홈에 상기 파일의 두부를 고정설치한 지점부 프리캐스트 부재와; 상기 우각부 강재 거더에 종방향으로 연결 설치된 경간부 강재거더와; 상기 경간부 강재거더의 상측에 설치되어 상기 경간부 강재 거더와 결합된 프리캐스트 바닥판을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강합성 라멘교를 제공한다.
여기서, 상기 지점부 프리캐스트 부재는 교축 직각 방향으로 2개 이상 배치되고; 상기 지점부 프리캐스트 부재를 횡방향으로 관통하여 설치되어 긴장 정착되는 제1긴장재를; 더 포함하여 구성되어, 다수의 열로 배열된 지점부 프리캐스트 부재를 횡방향으로 밀착시키면서 일체화시켜, 하나의 몸체로서 거동하는 구조를 손쉽게 설치할 수 있다.
이와 동시에, 상기 프리캐스트 바닥판은 교축 방향으로 2개 이상 배치되고; 상기 프리캐스트 바닥판을 종방향으로 관통하여 설치되어 긴장 정착되는 제2긴장재를; 더 포함하여 구성되어, 프리캐스트 바닥판의 종방향 길이를 짧게 유지하여 시공 현장으로 편리하게 운반할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 종방향으로 배열된 다수의 프리캐스트 바닥판을 제2긴장재의 긴장 정착에 의하여 종방향으로 밀착시켜 하나의 판 거동을 할 수 있게 하는 잇점을 얻을 수 있다.
그리고, 상기 프리캐스트 바닥판에는 상기 경간부 강재 거더의 상면이 드러나는 관통부와 상기 관통부를 향하여 노출된 연결 철근이 구비되고, 상기 경간부 강재 거더의 상면에는 연결 강재가 구비되어 상기 관통부를 메우는 충전제에 의해 상기 프리캐스트 바닥판과 상기 경간부 강재거더가 결합됨으로써, 라멘교의 바닥판을 현장타설 콘크리트의 타설 없이 손쉽게 설치할 수 있는 효과가 얻어진다.
한편, 본 명세서 및 특허청구범위 전반에 걸쳐 사용된 '지점부'라는 용어는 교각 및 교대 상측을 지칭하는 것으로, 교축방향으로 연속되어 시공된 거더를 양끝단이 아닌 내측위치에서 지지하는 '연속 지점부'를 포함할 뿐만 아니라, 거더의 일단만을 지지하는 교대의 상측을 지칭하는 '우각부'를 모두 포함하는 것으로 정의한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 '하부 구조'라는 용어는 교량을 제작하기 위하여 거더 등을 지지하는 교각, 교대, 벽체를 통칭하는 의미로 사용된 것으로서, 거더가 종방향으로 연속하여 배열된 교량의 경우에 종방향의 일측으로만 거더를 지지하는 교각, 교대, 벽체 등을 포함하는 용어로 사용하기로 한다.
그리고, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 '종방향'라는 용어는 일반적으로 교량을 통행하는 길이 방향으로서 '교축 방향'으로 정의하며, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 '횡방향'라는 용어는 '종방향'에 수직한 방향으로서 '교축 직각 방향'으로 정의하기로 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 벽체와 연장부를 'ㄱ'자 형태로 결합한 지점부 프리캐스트 부재를 미리 제작하여 현장에서 지반에 고정된 파일에 고정 설치하고, 경간부 강재거더도 미리 제작하여 지점부 프리캐스트 부재의 우각부 강재거더와 종방향으로 연결되며, 바닥판도 프리캐스트 형태로 미리 제작해두고 현장에서 경간부 강재거더 상에 거치시킨 후 결합하여 라멘교의 시공을 완료함에 따라, 라멘교의 시공 시간을 종래에 비하여 크게 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은, 라멘교의 바닥판을 시공하는 과정에서도 철근이 노출된 관통부를 갖는 프리캐스트 바닥판을 이용하여 경간부 강재거더 상에 거치시킨 이후에, 관통부를 몰탈, 현장타설 콘크리트 등으로 메우는 것에 의하여 간단히 고정할 수 있으므로, 바닥판의 시공에 필요한 거푸집의 설치 등을 모두 배제하면서도 신속하게 바닥판을 설치할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은, 교량의 하부 구조로서 파일을 지반에 박아 설치하고, 미리 제작한 'ㄱ'자 형태의 지점부 프리캐스트 부재를 고정된 파일(pile) 상에 고정하여 설치하는 것에 의하여, 교량의 바닥판과 거더가 계절 변화에 따른 열팽창과 수축을 반복하더라도, 상부구조의 수평 방향으로의 신축변형은 지반에 박힌 파일의 휨 변위에 의해 수용되므로, 교량의 우각부에 응력이 집중되지 않고 분산되면서 안정된 구조계를 유지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 시공 기간을 종래에 비하여 크게 단축함에 따라, 예상치 못한 풍수해 피해를 입은 교량의 응급 복구나 노후 교량의 긴급 교체를 할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은, 종래의 교량 하부구조를 이루는 교각, 교대, 벽체 등을 시공할 때에 터파기 양을 감소시켜 주변의 사유지를 최소한으로 이용하면서 시공할 수 있고, 이에 따른 민원의 발생도 줄일 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 현장에서의 작업량이 최소화되고 공장 작업에 의하여 주요 공정이 이루어지므로, 인력 수급이 원활하지 못한 소규모 현장에서도 균일한 품질로 라멘교를 시공할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
부수적으로, 본 발명은 현장에서 차지하는 토지를 최소화하므로, 민원 발생을 최소화할 수 있으며, 거주가 불안정한 건설 노동자들을 주거가 일정한 공장 노동자로 유도하여 양질의 직장을 제공하여 삶의 질을 향상시킬 수 있는 잇점도 얻어진다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강합성 라멘교의 분해 사시도,
도2a 내지 도2h는 도1의 강합성 라멘교의 시공 순서에 따른 도면
도3은 도2d의 'A'부분의 확대도,
도4a 및 도4b는 도2f의 프리캐스트 바닥판의 구성을 도시한 사시도,
도5는 도2f의 절단선 V-V에 대응하는 단면도로서 프리캐스트 바닥판에 제2긴장재가 설치된 구성을 도시한 횡단면도,
도6은 도1의 지점부를 하측에서 바라본 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강합성 라멘교의 분해 사시도, 도2a 내지 도2h는 도1의 강합성 라멘교의 시공 순서에 따른 도면, 도3은 도2d의 'A'부분의 확대도, 도4는 도2f의 프리캐스트 바닥판의 구성을 도시한 사시도, 도5는 도2f의 절단선 V-V에 대응하는 단면도로서 프리캐스트 바닥판에 제2긴장재가 설치된 구성을 도시한 횡단면도, 도6은 도1의 지점부를 하측에서 바라본 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 강합성 라멘교(100)는, 두부가 노출된 형태로 지반(66)에 매입 설치된 파일(110, pile)과, 파일(110)의 두부(110a)에 고정되고 연장부(120x)와 벽체(120y)가 일체로 결합되며 우각부 강재거더(125)가 일부 노출되게 합성된 지점부 프리캐스트 부재(120)와, 우각부 강재거더(125)의 끝단(125e) 사이를 종방향으로 연결하게 결합된 경간부 강재 거더(130)와, 경간부 강재 거더(130) 상에 거치되어 경간부 강재 거더(130)에 고정되어 설치되는 프리캐스트 바닥판(140, 140')을 포함하여 구성된다.
상기 파일(110)은 강재로 형성되며 도2b에 도시된 바와 같이 지반(66)에 박아 고정하며, 두부(110a)는 지반의 바깥에 노출된 상태로 되게 한다. 지반(66)에 고정되는 파일(110)은 설치하고자 하는 라멘교(100)의 교폭에 맞춰 개수와 간격이 정해진다.
상기 지점부 프리캐스트 부재(120)는, 도3에 도시된 바와 같이, 수직 방향 성분을 갖도록 연장되고 저면에 수용홈(127)이 요입 형성된 벽체(120y)와, 교량 상부 구조의 단부를 이루며 벽체(120y)로부터 교축 방향으로 연장된 연장부(120x)가 'ㄱ'자 형태의 콘크리트 블록으로 미리 일체 형성되며, 교축 방향으로 우각부 강재거더(125)가 내설되어 종방향으로 단부(125e)가 외부에 드러난 상태로 설치된다. 지점부 프리캐스트 부재(120)의 저면에는 파일(110)의 두부를 수용하는 수용홈(127)이 형성되어, 파일(110)의 두부(110a)를 수용홈(127)에 수용한 상태로 파일(110)과 고정된다. 지점부 프리캐스트 부재(120)가 파일(110)의 두부(110a)를 수용한 상태로 결합되는 방법은 통상 몰탈 등의 그라우팅재를 수용홈(127)에 채우는 것에 의해 지점부 프리캐스트 부재(120)와 파일(110)의 두부를 일체로 결합할 수 있다.
이를 위하여, 지점부 프리캐스트 부재(120)에는 외부와 수용홈(127)을 연통하는 유입로(121)가 형성되어, 지점부 프리캐스트 부재(120)의 수용홈(127)에 파일(110)의 두부(110a)가 수용된 상태로 지반(66)의 상면(66s)에 거치시킨 후, 유입로(121)를 통해 무수축 몰탈 등의 그라우팅재(99)를 유입(99d)시켜 수용홈(127)을 채우는 간단한 공정에 의하여, 그라우팅재(99)가 경화되면서 지점부 프리캐스트 부재(120)는 파일(110)의 두부에 견고하게 고정된다. 이 때, 파일(110)의 두부(110a)는 단면이 더 크게 형성되어, 그라우팅재(99)가 경화되면, 두부(110a)와 지면(66s) 사이에서 경화된 그라우팅재(99)에 의해 간섭되어, 지점부 프리캐스트 부재(120)는 상측으로나 하측으로 이동할 수 없는 견고하게 고정된 상태가 된다.
지점부 프리캐스트 부재(120)의 폭이 크게 형성된 경우에는 수용홈(127)을 다수개 형성하여, 하나의 지점부 프리캐스트 부재(120)가 다수의 파일(110)의 두부를 수용한 상태로 설치된다. 그러나, 지점부 프리캐스트 부재(120)의 폭이 크게 형성하는 경우에는, 공장에서 제작한 지점부 프리캐스트 부재(120)를 시공 현장까지 운반하는 것이 곤란하다. 따라서, 지점부 프리캐스트 부재(120)는 운반할 수 있는 크기로 공장에서 제작하고, 시공 현장에서는 교축 직각 방향으로 다수의 지점부 프리캐스트 부재(120)를 횡방향으로 배열 설치하는 것이 좋다.
이 때, 다수의 지점부 프리캐스트 부재(120)가 하나의 몸체로 거동하도록 하기 위하여, 공장에서 지점부 프리캐스트 부재(120)를 제작할 때에 횡방향으로 관통하는 관통공에 제1쉬스관(122a)을 미리 설치해 둔다. 그리고, 다수의 지점부 프리캐스트 부재(120)에 미리 설치되는 제1쉬스관(122a)은 모두 동일한 위치에 설치되어, 다수의 지점부 프리캐스트 부재(120)가 설치된 이후에, 이들의 제1쉬스관(122a)을 관통하여 제1긴장재(122)를 삽입할 수 있게 된다.
이와 같이, 다수의 지점부 프리캐스트 부재(120)를 파일(110)에 고정시킨 상태에서, 제1긴장재(122)를 제1쉬스관(122a)에 관통하도록 횡방향으로 배열 설치한 상태에서, 제1긴장재(122)를 긴장, 정착하는 것에 의해 횡방향으로 배열된 다수의 지점부 프리캐스트 부재(120)를 횡방향으로 밀착시키면서 하나의 몸체로 형성된 것과 같이 거동하게 한다.
또한, 제1긴장재(122)에 의해 지점부에서 다수의 지점부 프리캐스트 부재(120)가 견고하게 결합된 라멘 구조 상태에서 프리캐스트 바닥판(140, 140')이 거치되고 합성하도록 구성됨에 따라, 바닥판 콘크리트를 타설하면서 우각부를 형성하는 종래의 구성에 비하여, 지점부의 강성이 경간부의 강성에 비하여 월등하게 커진 상태에서 프리캐스트 바닥판(140, 140')의 자중을 지점부에 분담시키므로, 프리캐스트 바닥판(140, 140')의 자중에 의해 발생되는 정모멘트의 크기를 줄일 수 있게 된다. 이를 통해, 교량의 경간 중앙부에서 발생되는 휨 응력이 훨씬 줄어들기 때문에, 경간 중앙부에서 줄어든 휨 응력에 해당하는 만큼 경간부를 보다 길게 연장할 수 있게 되어, 종래에 비하여 보다 긴 경간 교량으로 시공할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
상기 경간부 강재거더(130)는, 지점부 프리캐스트 부재(120)의 교축 방향으로 노출된 우각부 강재거더(125)를 종방향으로 연결하게 설치된다. 경간부 강재거더(130)의 단면은 우각부 강재거더(125)의 단면과 동일한 것이 연결의 연속성 측면에서 바람직하다.
경간부 강재거더(130)는 운반 가능한 종방향 길이로 분절(130a, 130b, 130c)된 상태로 시공 현장으로 운반되며, 우각부 강재거더(125)의 사잇 거리에 해당하는 길이로 현장에서 결합(130x)된다. 그리고 결합된 경간부 강재 거더(130)는 크레인 등에 의해 인상되어, 우각부 강재거더(125)의 끝단(125e)에 연결되어 결합된다. 이에 의하여, 교량의 교축 방향으로 우각부 강재 거더(125)와 경간부 강재거더(130)에 의하여 지지되는 구조가 완료된다.
경간부 강재거더(130)와 우각부 강재거더(125)는 도면에 도시된 바와 같이 상부 플랜지, 하부 플랜지 및 이들을 연결하는 복부로 이루어지는 I자형 단면으로 형성될 수 있지만, 본 발명에 따른 강재 거더는 다양한 단면으로 형성될 수 있다. 그리고, 경간부 강재거더(130)의 상면(130s)에는 프리캐스트 바닥판(140)과의 견고한 결합을 보조하도록 스터드 등의 전단 연결재(136)가 돌출 형성된다.
상기 프리캐스트 바닥판(140)은 도4a에 도시된 바와 같이, 경간부 강재거더(130)의 상부 플랜지 상면(130s)에 양단 지지되게 거치되는 중앙판(141)과, 횡방향으로 최외측에 배치되어 경간부 강재거더(130)의 상면에 일단 지지되게 배치된 가장자리 판(144)과, 중앙판(141)과 가장자리 판(144)을 연속하는 형태로 연결하는 연결 철근(146)으로 이루어진다.
따라서, 경간부 강재거더(130)의 상면(130s)이 드러나는 관통부(140c)가 중앙판(141) 및 가장자리 판(144) 중 어느 2개의 사이에 형성된다. 관통부(140c, 140c')에는 연결 철근(146)이 연속하게 돌출되어 있고, 경간부 강재거더(130)의 상면으로부터 전단 연결재(136)가 돌출되어 서로 간섭된 상태가 된다. 따라서, 관통부(140c)를 현장타설 콘크리트나 몰탈 등의 충전제(77)로 채우는 것에 의하여, 경간부 강재거더(130)와 프리캐스트 바닥판(140)을 일체화할 수 있다.
한편, 도4b에 도시된 바와 같이, 프리캐스트 바닥판(140')은 교량의 교폭에 해당하는 폭(W)으로 바닥 플레이트(140p)로 형성되고, 바닥 플레이트(140p)에 관통부(140c')가 형성되게 구성될 수 있다. 이 경우에는, 경간부 강재거더(130)의 상면에 돌출된 전단 연결재(136)가 관통부(140c')에만 돌출되게 그 위치가 정해진다.
이 때, 프리캐스트 바닥판(140, 140')은 공장에서 제작되어 시공 현장으로 운반되므로, 프리캐스트 바닥판(140, 140')의 길이(L)는 운반 가능한 길이로 형성된다. 그리고, 프리캐스트 바닥판(140, 140')의 두께(T)는 시공하고자 하는 라멘교(100)의 바닥판 높이와 동일한 전단면 바닥판으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 프리캐스트 바닥판(140, 140')은 시공하고자 하는 교량의 교폭과 동일한 폭(W)으로 연결 철근(146)에 의하여 연결 형성됨에 따라, 프리캐스트 바닥판(140, 140')을 경간부 강재거더(130)의 상면에 거치시키는 것에 의하여 교량의 교폭에 부합하는 바닥판의 시공이 실질적으로 완료된 상태가 된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 프리캐스트 바닥판(140, 140')은 교량의 바닥판의 일부 두께로 형성되고, 프리캐스트 바닥판(140, 140')의 상면에 현장타설 콘크리트(미도시)를 타설하여, 관통부(140c, 140c')를 채우면서 프리캐스트 바닥판과 현장타설 콘크리트에 의해 교량 바닥판의 전체 두께로 형성되게 된다.
한편, 프리캐스트 바닥판(140, 140')은 다수로 분할 제작되어 교축 방향을 따라 다수가 거치되므로, 관통부(140c, 140c')에 충전제(77)를 채워 경간부 강재거더(130)와 일체 결합시키면, 외력에 대하여 프리캐스트 바닥판(140, 140')과 경간부 강재거더(130)가 함께 거동하지만, 프리캐스트 바닥판(140, 140')의 상호간에 하나의 판 형태로 거동하지 못하는 한계가 생길 수 있다.
따라서, 프리캐스트 바닥판(140, 140')은 공장에서 미리 제작될 때에 정해진 위치에 종방향으로 관통하는 제2쉬스관(142a)이 미리 설치되고, 경간부 강재거더(130) 상에 프리캐스트 바닥판(140, 140')을 거치하는 도중에 2개 이상의 일부에 대하여 또는 경간부 강재 거더(130) 상에 거치된 전체 프리캐스트 바닥판(140, 140')에 대하여 제2긴장재(142)를 삽입 설치한 후 긴장력(P2)을 도입한 상태로 정착할 수 있다. 이를 통해, 종방향으로 배열된 각각의 프리캐스트 바닥판(140, 140')은 종방향으로 밀착하면서 밀착하게 하는 힘이 공용 중에 작용한 상태로 유지되므로, 외력에 대하여 하나의 판 형태로 거동하는 구조계를 구현할 수 있다.
이 때, 도면에 도시되지 않았지만, 제2긴장재(142)의 정착구는 쉬스관 내부에 설치하여, 프리캐스트 바닥판(140, 140')이 종방향으로 밀착되는 데 방해받지 않도록 한다. 이와 병행하거나 이와 별개로, 도3에 도시된 바와 같이, 지점부 프리캐스트 부재(120)에는 우각부 강재거더(125)의 상면과 평행하고 바닥판의 두께(120d)에 해당하는 높이만큼 더 낮은 단턱 영역(120u)이 형성되어 있으므로, 이 단턱 영역(120u)에만 프리캐스트 바닥판(140, 140')을 거치시키지 않은 상태에서 경간부 강재거더(130) 상에 거치된 프리캐스트 바닥판(140, 140')에 제2긴장재(142)를 삽입 설치한 후 제2긴장력(P2)을 도입하여 밀착시키고, 지점부 프리캐스트 부재(120)의 단턱 영역(120u)에 마지막으로 프리캐스트 바닥판(140, 140')을 거치시키는 것에 의하여 교량을 시공할 수도 있다.
이와 같이, 강합성 라멘교(100)의 바닥판의 시공이 완성되면, 바닥판의 상면에 포장면(153)을 입히고, 난간(152)을 설치하여 교량의 시공을 완료한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 강합성 라멘교(100)는, 벽체(120y)와 연장부(120x)를 'ㄱ'자 형태로 미리 결합한 지점부 프리캐스트 부재(120)를 지반에 고정된 파일(110)에 고정 설치하고, 미리 제작된 경간부 강재거더(130)를 지점부 프리캐스트 부재(120)에 일체 결합되어 있는 우각부 강재거더(125)에 종방향으로 연결 설치하며, 미리 제작된 바닥판 전체 두께의 프리캐스트 바닥판(140, 140')을 경간부 강재거더 상에 거치시키고 관통부(140c, 140c')를 충전제(77)로 채워 결합하여 라멘교의 시공을 완료하므로, 바닥판 콘크리트 타설 공정과 이를 위한 거푸집의 설치 공정 등 교량의 시공에 필요한 작업의 공정이 크게 단순화되면서 시공 시간을 크게 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은, 교량의 하부 구조로서 파일(110)을 지반에 박아 설치하고 파일(110)에 우각부로 마련된 지점부 프리캐스트 부재(120)를 고정하여 교량을 시공하므로, 교량의 프리캐스트 바닥판(140, 140')과 거더(125, 130)에 신축 등에 따른 수평하중에 크게 작용하더라도, 지반에 박히게 설치된 파일(110)의 지반(66)에 대한 미세한 허용 변위(110d)에 의하여 교량의 우각부에 응력이 집중되지 않고 분산되면서 안정된 구조계를 유지할 수 있게 된다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 강합성 라멘교(100)의 시공 방법을 상술한다.
단계 1: 도2a에 도시된 미리 제작되어 운반된 파일(110)을 도2b에 도시된 바와 같이 지반(66)에 박아 고정시킨다. 파일(110)의 개수는 시공하고자 하는 라멘교(100)의 교폭 및 상부구조로부터 전달되는 하중의 크기에 따라 정해진다. 그리고, 지반(66)의 상면을 편평하게 다지는 작업을 한다.
단계 2: 그리고 나서, 공장에서 제작된 지점부 프리캐스트 부재(120)를 시공 현장으로 운반하여, 도2c에 도시된 바와 같이, 지점부 프리캐스트 부재(120)를 파일(110)의 두부(110a)에 고정시킨다.
이와 같이, 파일(110)의 두부(110a)에 지점부 프리캐스트 부재(120)를 결합하여 라멘교를 시공하므로, 지점부 프리캐스트 부재(120)의 벽체부(120y)는 높이가 낮은 난장이 벽체를 형성하게 된다. 그리고 운반의 편의를 위하여 지점부 프리캐스트 부재(120)는 작은 폭으로 형성되어, 지점부 프리캐스트 부재(120)의 수용홈(127)마다 하나의 파일(110) 두부가 삽입되게 한 후, 유입로(121)를 통해 무수축 몰탈 등의 충전제(99)를 수용홈(127) 내에 채운다. 이에 따라, 다진 지반(66)의 표면(66s)과 수용홈(127)에 둘러싸인 공간은 몰탈 등의 충전제(99)가 채워지고 경화되면서, 지점부 프리캐스트 부재(120)는 파일 두부(110)에 고정된 상태가 된다.
단계 3: 단계 2에 의하여 교량의 교대에 해당하는 위치에는 지점부 프리캐스트 부재(120)가 파일(110) 마다 하나씩 고정된 상태가 된다. 이 때, 지점부 프리캐스트 부재(120)에는 동일한 위치에 횡방향으로 관통하는 제1쉬스관(122a)이 설치되어 있으므로, 도2d에 도시된 바와 같이, 다수의 지점부 프리캐스트 부재(120)의 제1쉬스관(122a)을 관통하는 제1긴장재(122)를 삽입 설치한 다음, 제1긴장재(122)에 제1긴장력(P1)을 도입한 상태로 정착시킨다.
이에 따라, 횡방향으로 다수 배치된 지점부 프리캐스트 부재(120)는 서로 밀착되면서, 다수의 지점부 프리캐스트 부재(120)가 하나의 우각부를 형성하는 몸체로 거동할 수 있게 된다.
단계 4: 단계 3이 행해진 다음에, 현장으로 운반된 분절 형태의 경간부 강재거더(130a, 130b, 130c)를 연결 플레이트를 이용하여 교량의 경간부의 길이(우각부 강재거더 끝단 사이의 길이)가 되도록 결합한다. 그리고 나서, 도2e에 도시된 바와 같이, 경간부 강재거더(130)를 인상하여 우각부 강재거더(125)의 끝단(125e)에 종방향으로 연결 고정시킨다. 이 때, 경간부 강재 거더(130)를 횡방향으로 연결하는 가로보(미도시) 설치를 병행한다.
단계 5: 그리고 나서, 공장에서 제작되어 시공 현장으로 운반된 도4a 또는 도4b의 프리캐스트 바닥판(140, 140')을 경간부 강재거더(130) 상에 종방향을 따라 거치시킨다. 이 때, 프리캐스트 바닥판(140, 140')의 두께(T)는 시공하고자 하는 교량(100)의 바닥판의 두께로 형성되어, 바닥판 타설 공정을 행하지 않고도 짧은 시간 내에 교량 바닥판을 시공할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 단계 3에 의하여 지점부의 강성이 경간부의 강성에 비하여 월등하게 커진 상태에서 프리캐스트 바닥판의 자중을 지점부에 분담시키므로, 경간부 강재거더(130)에 발생되는 정모멘트의 크기를 크게 줄일 수 있다. 따라서, 경간 중앙부에서 줄어든 휨 응력에 해당하는 만큼 경간부를 보다 길게 연장할 수 있는 잇점이 얻어진다.
단계 6: 그 다음, 경간부 강재거더(130)에 거치된 프리캐스트 바닥판(140, 140')에는 종방향으로 관통 설치된 제2쉬스관(142a)이 설치되어 있으므로, 도5에 도시된 바와 같이 다수의 프리캐스트 바닥판(140, 140')의 제2쉬스관(142a)을 관통하는 제2긴장재(142)를 삽입 설치한 다음, 제2긴장재(142)에 제2긴장력(P2)을 도입한 상태로 정착시킨다.
이에 따라, 종방향으로 다수 배치된 프리캐스트 바닥판(140, 140')은 서로 밀착되면서, 다수의 프리캐스트 바닥판(140, 140')이 하나의 판 형태로 거동할 수 있는 상태가 된다.
단계 7: 그리고 나서, 도5에 도시된 바와 같이, 프리캐스트 바닥판(140, 140')에 형성된 관통부(140c, 140c')에 현장타설 콘크리트나 무수축 몰탈 등의 충전제(77)를 채워 양생되게 한다. 이를 통해, 프리캐스트 바닥판(140, 140')은 경간부 강재거더(130)와 일체로 거동하게 된다.
한편, 교량의 우각부를 형성하는 지점부 프리캐스트 부재(120)에 도5에 도시된 단턱 영역(120u)은 구비되지 않을 수도 있지만, 제2긴장재(142)의 긴장 및 정착 공간을 마련하기 위하여 구비될 수 있다. 이 경우에는, 제2긴장재(142)의 정착이 행해진 단계 6 이후에, 단턱 영역(120u)에 프리캐스트 바닥판(140, 140')을 설치하고, 프리캐스트 바닥판(140, 140')의 관통부(140c')에 충전하는 것에 의하여, 프리캐스트 바닥판(140, 140')과 우각부 강재거더(125)를 일체 거동하게 한다.
따라서, 프리캐스트 바닥판(140, 140')은 경간부 강재거더(130)와 우각부 강재거더(125)와 관통부(140c, 140c')에서 일체 결합되면서, 외력에 대하여 바닥판과 거더가 함께 거동하여 지지할 수 있는 상태가 된다.
단계 8: 그리고 나서, 도2h에 도시된 바와 같이 바닥판의 표면에 포장면(153)을 형성하고, 가장자리에 난간(152)을 시공하여, 강합성 라멘교(100)의 시공을 완료한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 강합성 라멘교의 시공 방법은, 교량의 시공 기간을 종래에 비하여 크게 단축함에 따라, 예상치 못한 풍수 피해를 입은 교량의 응급 복구나 노후 교량의 긴급 교체를 할 수 있으며, 종래의 교량 하부구조를 이루는 교각, 교대, 벽체 등을 시공할 때와 비교하여 파일과 지점부 프리캐스트 부재가 일체로 되면서 교대를 형성하므로, 터파기 양을 감소시켜 주변의 사유지를 최소한으로 이용하면서 시공할 수 있고, 이에 따른 민원의 발생도 줄일 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 즉, 본 발명에 따른 라멘교에 관한 실시예는 단경간 교량을 예로 들어 설명하였지만, 이를 기초로 당연히 이해할 수 있는 2경간 이상의 라멘교량에 대해서도 적용될 수 있다는 것은 당해 기술 분야의 당업자에게 너무도 자명하며, 이들로부터 이해될 수 있는 라멘교는 특허청구범위에 기재된 범위 내에서 본 발명의 범주에 속한다.
100: 라멘교 110: 파일
120: 지점부 프리캐스트 부재 125: 우각부 강재거더
130: 경간부 강재거더 140, 140': 프리캐스트 바닥판

Claims (8)

  1. 교량 하부 구조를 이루면서 저면에 수용홈이 요입 형성된 벽체와, 교량 상부 구조의 단부를 이루며 상기 벽체로부터 교축 방향으로 연장된 연장부가 'ㄱ'자 형태의 콘크리트 블록으로 미리 형성되고, 교축 직각 방향으로 제1쉬스관이 관통하여 내설되고, 상기 연장부에 끝단이 노출되게 우각부 강재거더가 내설된 지점부 프리캐스트 부재를 준비하는 지점부 프리캐스트 부재 준비단계와;
    두부가 노출된 형태로 지반에 파일(pile)을 교축 직각 방향으로 2개 이상 고정시키는 파일설치단계와;
    상기 지점부 프리캐스트 부재의 상기 수용홈에 상기 파일의 두부를 삽입시키고 상기 벽체의 저면이 지면에 접촉한 상태로 상기 지점부 프리캐스트 부재를 교축 직각 방향으로 2개 이상 상기 파일에 위치시킨 후, 상기 수용홈과 상기 파일 두부의 외주면이 이루는 공간에 그라우팅재를 주입하여 상기 지점부 프리캐스트 부재와 상기 파일을 일체화하는 것에 의해 상기 지점부 프리캐스트 부재를 상기 파일에 고정 설치하는 지점부 프리캐스트 부재 설치단계와;
    상기 제1쉬스관에 제1긴장재를 삽입한 후 상기 제1긴장재를 긴장 정착하여 상기 지점부 프리캐스트 부재를 교축 직각 방향으로 밀착시키는 횡방향 긴장력 도입단계와;
    미리 준비된 경간부 강재거더를 상기 우각부 강재거더에 종방향으로 연결 설치하는 경간부 거더 설치단계와;
    상기 경간부 강재거더의 상측에 미리 제작된 프리캐스트 바닥판을 거치시키는 바닥판 거치단계와;
    상기 경간부 강재거더와 상기 프리캐스트 바닥판을 결합시키는 바닥판 고정단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강합성 라멘교의 시공 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 경간부 강재거더는 종방향으로 다수의 프리캐스트 바닥판이 거치되고, 상기 다수의 프리캐스트 바닥판에는 종방향으로 연통되는 제2쉬스관이 내설되고;
    상기 제2쉬스관에 제2긴장재를 삽입한 후 상기 제2긴장재를 긴장 정착하여 상기 다수의 프리캐스트 바닥판을 종방향으로 밀착시키는 종방향 긴장력 도입단계를;
    더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강합성 라멘교의 시공 방법.
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 경간부 강재거더에 거치되는 상기 프리캐스트 바닥판에는, 상기 경간부 강재거더의 상면이 드러나는 관통부가 형성되고, 상기 관통부를 향하여 철근이 노출되어 있으며;
    상기 바닥판 고정단계는 상기 관통부에 현장타설 콘크리트를 타설하여 양생시키는 것에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 강합성 라멘교의 시공 방법.
  4. 두부가 노출된 형태로 교축 직각 방향으로 2개 이상 지반에 매입된 파일과;
    교량 하부 구조를 이루면서 저면에 수용홈이 요입 형성된 벽체와, 교량 상부 구조의 단부를 이루며 상기 벽체로부터 교축 방향으로 연장된 연장부가 'ㄱ'자 형태를 포함하도록 콘크리트 블록으로 미리 형성되고, 상기 연장부에 끝단이 노출되도록 우각부 강재거더가 내설되어, 상기 벽체의 저면이 지면에 접촉한 상태로 상기 수용홈에 상기 파일의 두부를 삽입시켜 교축 직각 방향으로 2개 이상 설치되되, 횡방향으로 제1쉬스관이 관통하여 내설되고, 상기 수용홈과 상기 파일 두부의 외주면이 이루는 공간에 그라우팅재를 주입하여 상기 파일과 일체화하는 것에 의해 상기 파일에 고정 설치되는 2개 이상의 지점부 프리캐스트 부재와;
    상기 지점부 프리캐스트 부재를 횡방향으로 관통하게 설치되어 긴장 정착되어 상기 2개 이상의 지점부 프리캐스트 부재를 횡방향으로 밀착시키는 제1긴장재를;
    상기 우각부 강재 거더에 종방향으로 연결 설치된 경간부 강재거더와;
    상기 경간부 강재거더의 상측에 설치되어 상기 경간부 강재 거더와 결합된 프리캐스트 바닥판을;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강합성 라멘교.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 프리캐스트 바닥판은 교축 방향으로 2개 이상 배치되고;
    상기 프리캐스트 바닥판을 종방향으로 관통하게 설치되어 긴장 정착되는 제2긴장재를;
    더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강합성 라멘교.
  6. 제 4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 프리캐스트 바닥판에는 상기 경간부 강재 거더의 상면이 드러나는 관통부와 상기 관통부를 향하여 노출된 연결 철근이 구비되고, 상기 경간부 강재 거더의 상면에는 연결 강재가 구비되어 상기 관통부를 메우는 충전제에 의해 상기 프리캐스트 바닥판과 상기 경간부 강재거더가 결합되는 것을 특징으로 하는 강합성 라멘교.
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