KR101642664B1 - 박스 거더 및 i형 거더를 이용한 합성빔 및 그 시공방법 - Google Patents

박스 거더 및 i형 거더를 이용한 합성빔 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박스 거더 형상으로서 교량의 지점에 각각 배치되는 지점부재; 및 I형 거더를 구비하고, 상기 지점부재 사이에 결합 배치되는 프리플렉스 합성부재를 포함하는 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔 및 그 시공방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따르면, 박스 거더 형상의 지점부재와 프리플렉스 합성부재를 함께 결합시켜 낮은 형고와 50m 이상의 지간을 동시에 충족시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔 및 그 시공방법 {Composite beam using box girder and I girder and construction method thereof}
본 발명은 합성빔 및 시공방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔 및 그 시공방법에 관한 것이다.
단순교 또는 연속교 같은 교량 건설공법 중 대표적인 것으로 플레이트 거더교 방식과 프리플렉스 거더교 방식이 있다.
플레이트 거더교 방식은 I형 단면을 가지는 형강빔, 또는 지간이 50m 정도인 경우에 강판을 조립하여 제작한 I형 단면의 조립판인 강재빔을 교각 및 교대 상부에 일정 간격을 두고 여러 개를 설치한 뒤, 데크 플레이트 또는 강재 거푸집을 이용하여 교량 상부 콘크리트를 타설, 교량 상판을 완성시켜 교량을 건설하는 방식이다.
플레이트 거더교 방식은 시공성도 좋고, 외관도 수려한 장점이 있으나, 지간이 50m를 초과하고, 외부환경에 의해 형고가 제한되는 경우에는 강재빔의 단면을 증대시키는 데 제한이 있다.
이에 I형 단면 강재 대신 보다 휨 강성 및 비틀림 강성에 유리한 스틸 박스 거더를 이용하는 경우도 있지만, 설계도 복잡하고, 무엇보다도 고가인 강판으로 내, 외부가 제작되어 통상적인 교량 적용에는 어려움이 있다.
프리플렉스 거더교 방식은 플레이트 거더교의 문제점인 지간의 길이 대비 형고가 제한되는 경우, I형 단면 강재의 단면의 크기가 제한되어 구조적으로 안전하고, 사용성을 확보할 수 있는 교량 설계가 어려울 경우, I형 단면 강재의 단면을 증대시키지 않고서도 소요되는 휨 강성 및 강도를 확보할 수 있다는 장점으로 인하여 근래에 많이 이용되고 있다.
즉, I형 단면 강재에 미리 프리플렉스 하중을 가하여 일정한 솟음을 준 상태에서, 하부 플랜지에 콘크리트를 타설하고 양생시키고, 상기 프리플랙션 하중을 제거하면, 기형성된 하부 플랜지 콘크리트에 압축력이 가해져, I형 단면 강재가 부담해야 할 인장력이 상대적으로 작아져, I형 단면 강재의 단면을 키우지 않고도 소요되는 설계력을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
하지만, 이러한 종래의 방식을 이용한 낮은 형고의 교량의 경우, 일반적으로 약 20~45M의 지간에만 사용이 가능한 제약이 있다.
한국등록특허 제1208363호 (2012. 11. 29), "단부 감소형 프리플렉스 거더를 이용한 합성형교" 한국등록특허 제1186273호 (2012. 09. 20), "단면 강성이 보강된 프리플렉스 합성형교 거더의 시공방법"
본 발명의 목적은 낮은 형고와 50m 이상의 지간을 동시에 충족시킬 수 있는 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔은 박스 거더 형상으로서 교량의 지점에 각각 배치되는 지점부재; 및 I형 거더를 구비하고, 상기 지점부재 사이에 결합 배치되는 프리플렉스 합성부재를 포함한다.
여기서, 상기 지점부재는, 내측 단부가 외측 단부보다 단면이 더 클 수 있다.
아울러, 상기 지점부재는, 내측 단부 측면이 아랫변이 길도록 경사지게 형성되고, 상기 프리플렉스 합성부재의 양 단부는 상기 지점부재의 내측 단부와 대응되도록 경사지게 형성될 수 있다.
나아가, 상기 지점부재는, 내측에 콘크리트가 충진될 수 있다.
게다가, 상기 프리플렉스 합성부재는, 상기 I형 거더의 하부 플랜지가 내측에 용접되도록 단면이 ㅛ자 형상인 하부 케이싱; 및 상기 하부 케이싱의 내측에 타설되는 콘크리트 또는 모르타르를 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 하부 케이싱과 단면상 박스 형상을 이루도록 상기 하부 케이싱의 상측 양쪽에서 결합하는 ㄱ자 형상의 상부 케이싱을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 지점부재와 상기 프리플렉스 합성부재는, 길이 방향으로 결합을 위해 프리스트레스 도입이 가능한 강연선을 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기 지점부재와 상기 프리플렉스 합성부재는, 상기 강연선의 매립을 위해 내측에 쉬스관을 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔 시공방법은 내측에 콘크리트가 충진된 박스 거더 형상의 지점부재를 교량의 지점에 각각 배치하는 단계; I형 거더를 구비한 프리플렉스 합성부재를 준비하는 단계; 상기 지점부재 사이에 상기 프리플렉스 합성부재를 배치하는 단계; 및 상기 지점부재와 상기 프리플렉스 합성부재의 결합을 위해 강연선에 의한 프리스트레스를 도입하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 프리플렉스 합성부재를 준비하는 단계는, 단면이 ㅛ자 형상인 하부 케이싱을 준비하는 단계; 상기 I형 거더에 하중을 재하하여 상기 하부 케이싱의 내측에 상기 I형 거더의 하부 플랜지를 용접하고 프리스트레스를 도입하는 단계; 및 상기 하부 케이싱의 내측에 쉬스관을 배치하고 콘크리트 또는 모르타르를 타설하는 단계를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 콘크리트 또는 모르타르를 타설하는 단계 이후에, 상기 하부 케이싱과 단면상 박스 형상을 이루도록 상기 하부 케이싱의 상측 양쪽에서 ㄱ자 형상의 상부 케이싱을 복수개 결합 용접하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔 및 그 시공방법에 의하면,
첫째, 박스 거더 형상의 지점부재와 프리플렉스 합성부재를 함께 결합시켜 낮은 형고와 50m 이상의 지간을 동시에 충족시킬 수 있는 효과가 있다.
둘째, 지점부재는 박스 거더로 마련하여 단부 형고를 최소화할 수 있고, 중앙부인 프리플렉스 합성부재는 I형 거더로 마련하여 하중을 줄여 경량화할 수 있다.
셋째, 지점부재의 내측 단부의 단면을 외측 단부보다 더 크게 함으로써 더 낮은 형고의 교량 시공이 가능하다.
넷째, 프리플렉스 합성부재가 하부 케이싱 및 상부 케이싱을 구비하여 프리스트레스 도입을 손쉽게 할 수 있다.
다섯째, 강연선과 프리스트레스를 도입하여 낮은 형고와 장경간을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 분해 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 결합 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 부분 단면도이다.
도 4 내지 도 9는 도 1에 도시된 프리플렉스 합성부재의 시공순서를 나타낸 측면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 하부 케이싱 및 상부 케이싱의 측면도 및 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔틸레버형 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 시공 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 프리플렉스 합성부재의 시공 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 사용범위를 나타낸 비교표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 분해 측면도, 도 2는 도 1에 도시된 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 결합 측면도, 도 3은 도 2에 도시된 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 부분 단면도, 도 4 내지 도 9는 도 1에 도시된 프리플렉스 합성부재의 시공순서를 나타낸 측면도, 도 10은 도 9에 도시된 하부 케이싱 및 상부 케이싱의 측면도 및 단면도, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔틸레버형 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 측면도이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔은 지점부재(100) 및 프리플렉스 합성부재(200)를 포함한다.
지점부재(100)는 박스 거더 형상으로서 교량의 지점(F)에 각각 배치된다. 도 1에 도시된 것처럼 지점부재(100)는 양끝에 배치된 것도 있으며, 2개가 합쳐진 형태의 지점부재(100')가 중앙에도 배치될 수 있다. 나아가, 지점부재(100)는 내측에 콘크리트(130)가 충진된다.
여기서, 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 것처럼 지점부재(100)는 내측 단부(110)의 단면이 외측 단부(120)보다 단면이 더 크게 구비된다. 지점부재(100)의 내측 단부(110)의 단면을 외측 단부(120)보다 더 크게 함으로써 더 낮은 형고의 교량 시공이 가능하다.
프리플렉스 합성부재(200)는 I형 거더(210)를 구비하고, 지점부재(100) 사이에 결합 배치된다. 도 1에 도시된 것처럼 지점부재(100)가 먼저 배치되고, 그 사이에 프리플렉스 합성부재(200)가 얹혀진다.
이를 위해 도 1에 도시된 것처럼 지점부재(100)는 내측 단부 측면이 아랫변(110')이 길도록 경사지게 형성되고, 프리플렉스 합성부재(200)의 양 단부(200')는 지점부재(100)의 내측 단부(110)와 대응되도록 경사지게 형성된다.
본 발명의 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔은 지점부재(100)의 박스 거더와 프리플렉스 합성부재(200)의 I형 거더를 포함하고 있기 때문에 BIC(BOX AND I COMPOSITE) GIRDER라고 불리울 수 있다.
도 3의 (c)에 도시된 것처럼 프리플렉스 합성부재(200)는 하부 케이싱(220), 콘크리트 또는 모르타르(230) 및 상부 케이싱(240)을 구비한다.
도 4 내지 도 10을 참조하면, 하부 케이싱(220)은 I형 거더(210)의 하부 플랜지(211)가 내측에 용접(W)되도록 단면이 ㅛ자 형상이다.
콘크리트 또는 모르타르(230)는 하부 케이싱(220)의 내측에 타설된다.
도 10에 도시된 것처럼 상부 케이싱(240)은 ㄱ자 형상으로서 하부 케이싱(220)과 단면상 박스 형상을 이루도록 하부 케이싱(220)의 상측 양쪽에서 결합한다. 상부 케이싱(240)의 사이에는 도 3의 (c)에 도시된 것처럼 보강판(P)이 결합된다.
또한, 도 2에 도시된 것처럼 지점부재(100)와 프리플렉스 합성부재(200)는 길이 방향으로 결합을 위해 프리스트레스 도입이 가능한 강연선(300)을 포함한다. 물론 지간이 짧거나 하중이 작은 경우에는 경제성을 위해 강연선(300)을 생략할 수도 있다.
지점부재(100) 단부는 강연선(300)을 긴장하도록 도 3의 (a)에 도시된 것처럼 긴장 정착구(SM)과 고정 정착구(FM)가 단부에서 반대 방향을 향해 배치될 수 있다.
지점부재(100)와 프리플렉스 합성부재(200)는 강연선(300)의 매립을 위해 내측에 쉬스관(400)을 구비한다. 강연선(300)은 도 7에 도시된 것처럼 I형 거더(210)의 웨브 양측으로 설치되고, 지점부재(100)에는 속채움 콘크리트에 정착구(SM)(FM)를 두게 된다.
한편, 도 11에 도시된 것처럼, 본 발명은 캔틸레버형 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔에도 적용이 가능하다. 캔틸레버(C) 길이를 길게 하기 위해 강연선(300)을 단부에 정착할 수 있으며, 앞서 설명한 것처럼 자중을 감소시키기 위해 지점부재(100)는 변단면화 할 수 있다. 아울러, 단부 정착부는 상부 긴장이 가능하며, 수평 긴장시 긴장잭 설치가 가능하도록 캔틸레버(C) 단부에서 교각(F) 측으로 이동하여 설치할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 시공 순서에 대해 설명한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 시공 순서를 나타낸 흐름도, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 프리플렉스 합성부재의 시공 순서를 나타낸 흐름도이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔 시공방법은 단계 S100 내지 단계 S400을 포함한다.
단계 S100은 내측에 콘크리트(130)가 충진된 박스 거더 형상의 지점부재(100)를 교량의 지점(P)에 각각 배치하는 단계이다.
단계 S200은 I형 거더(210)를 구비한 프리플렉스 합성부재(200)를 준비하는 단계이다.
단계 S300에서는 지점부재(100) 사이에 프리플렉스 합성부재(200)를 배치한다.
단계 S400은 지점부재(100)와 프리플렉스 합성부재(200)의 결합을 위해 강연선(300)에 의한 프리스트레스를 도입하는 단계이다.
여기서, 단계 S200은 더 구체적으로 단계 단계 S210 내지 단계 S240을 포함한다.
단계 S210은 도 4에 도시된 것처럼 단면이 ㅛ자 형상인 하부 케이싱(220)을 준비하는 단계이다. 하부 케이싱(220)은 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 먼저 하부틀(FR)에 고정시킨다.
단계 S220은 도 5 및 도 6에 도시된 것처럼 I형 거더(210)에 하중을 재하(FC)하여 하부 케이싱(220)의 내측에 I형 거더(210)의 하부 플랜지(211)를 용접(W)하고 프리스트레스를 도입하는 단계이다.
단계 S230은 도 7 및 도 8에 도시된 것처럼 하부 케이싱(220)의 내측에 쉬스관(400)을 배치하고 콘크리트 또는 모르타르(230)를 타설하는 단계이다.
단계 S240은 도 9에 도시된 것처럼 하부 케이싱(220)과 단면상 박스 형상을 이루도록 하부 케이싱(220)의 상측 양쪽에서 ㄱ자 형상의 상부 케이싱(240)을 복수개 결합 용접하는 단계이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔의 사용범위를 나타낸 비교표이다.
도 14에 도시된 표를 참조하면, 본 발명은 박스 거더 형상의 지점부재(100)와 프리플렉스 합성부재(200)를 함께 결합시켜 낮은 형고와 50m 이상의 지간을 동시에 충족시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100...지점부재 110...내측 단부
120...외측 단부 130...콘크리트
200...프리플렉스 합성부재 210...I형 거더
220...하부 케이싱 230...콘크리트(모르타르)
240...상부 케이싱

Claims (11)

  1. 박스 거더 형상으로서 교량의 지점에 각각 배치되는 지점부재; 및
    I형 거더를 구비하고, 상기 지점부재 사이에 결합 배치되는 프리플렉스 합성
    부재를 포함하는 박스 거더 및 I형 거더를 포함하고,
    상기 지점부재는,
    내측 단부가 외측 단부보다 단면이 더 크게 구비되고,
    내측 단부 측면이 아랫변이 길도록 경사지게 형성되며,
    상기 프리플렉스 합성부재는
    양 단부가 상기 지점부재의 내측 단부와 대응되도록 경사지게 형성되고,
    상기 I형 거더의 하부 플랜지가 내측에 용접되도록 단면이 자 형상인 하부 케이싱;
    상기 하부 케이싱의 내측에 타설되는 콘크리트 또는 모르타르; 및
    상기 하부 케이싱과 단면상 박스 형상을 이루도록 상기 하부 케이싱의 상측 양쪽에서 결합하는 자 형상의 상부 케이싱을 구비하는 것을 특징으로 하는 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 지점부재는,
    내측에 콘크리트가 충진된 것을 특징으로 하는 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 지점부재와 상기 프리플렉스 합성부재는,
    길이 방향으로 결합을 위해 프리스트레스 도입이 가능한 강연선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 지점부재와 상기 프리플렉스 합성부재는,
    상기 강연선의 매립을 위해 내측에 쉬스관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔.
  9. 내측에 콘크리트가 충진된 박스 거더 형상의 지점부재를 교량의 지점에 각각 배치하는 단계;
    I형 거더를 구비한 프리플렉스 합성부재를 준비하는 단계;
    상기 지점부재 사이에 상기 프리플렉스 합성부재를 배치하는 단계; 및
    상기 지점부재와 상기 프리플렉스 합성부재의 결합을 위해 강연선에 의한 프리스트레스를 도입하는 단계를 포함하고,
    상기 프리플렉스 합성부재를 준비하는 단계는,
    단면이 자 형상인 하부 케이싱을 준비하는 단계;
    상기 I형 거더에 하중을 재하하여 상기 하부 케이싱의 내측에 상기 I형 거더의 하부 플랜지를 용접하고 프리스트레스를 도입하는 단계; 및
    상기 하부 케이싱의 내측에 쉬스관을 배치하고 콘크리트 또는 모르타르를 타설하는 단계를 포함하며,
    상기 콘크리트 또는 모르타르를 타설하는 단계 이후에,
    상기 하부 케이싱과 단면상 박스 형상을 이루도록 상기 하부 케이싱의 상측 양쪽에서 자 형상의 상부 케이싱을 복수개 결합 용접하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박스 거더 및 I형 거더를 이용한 합성빔 시공방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102258426B1 (ko) * 2020-10-06 2021-05-28 유형식 프리스트레스를 도입한 합성형 라멘교 및 이의 시공방법

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