KR101655403B1 - 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더 및 이의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 초고강도 콘크리트 체적대비 0.75~4%의 강섬유 또는 플라스틱섬유를 혼입하여 기존 콘크리트 박스거더 대비 약 1/2의 중량 및 2/3의 형고를 유지할 수 있으므로 50M 내외의 지간을 갖는 박스거더의 내구성 증진, 거치의 용이성, 시공성 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 단일 콘크리트 박스거더 대비 거더 다수의 작은 콘크리트 박스로 구성할 수 있으므로 중량이 감소되어 거치의 용이성 및 시공성이 향상됨은 물론 하부구조물의 설계하중 감소로 시공비용을 절감하여 경제성을 향상시킬 수 있는 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

Description

초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더 및 이의 시공방법{Ultra high strength fiber reinforced concrete segmental box girder and its construction method}

본 발명은, 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 초고강도 콘크리트 체적대비 0.75~4%의 강섬유 또는 플라스틱섬유를 혼입하여 기존 콘크리트 박스거더 대비 약 1/2의 중량 및 2/3의 형고를 유지할 수 있으므로 50M 내외의 지간을 갖는 박스거더의 내구성 증진, 거치의 용이성, 시공성 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 단일 콘크리트 박스거더 대비 거더 다수의 작은 콘크리트 박스로 구성할 수 있으므로 중량이 감소되어 거치의 용이성 및 시공성이 향상됨은 물론 하부구조물의 설계하중 감소로 시공비용을 절감하여 경제성을 향상시킬 수 있는 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

일반적인 교량에 있어 50M 내외의 지간을 갖는 콘크리트 교량 거더는 주로 단일 셀 또는 두 개의 셀로 이루어진 콘크리트 박스거더를 적용하는데, MSS, ILM, FSM 등은 형고가 높고 자중이 무거운 거더로서, 교각 위에서 시공이 이루어져 교각 상부에서 거푸집 및 거더의 이동이 어려워 시공기간이 길고, 제작비용이 고가인 단점을 가지고 있다.

또한, 상기 콘크리트 박스거더는 철도교량 및 도로교량에 사용되고 있는데, 이는 40~70MPa의 압축강도를 가지면서 두께가 최소 200mm 이상으로 강거더 박스에 비해 자중이 몇 배에 다다름에 따라 기초하중 증가로 인한 기초시공비 증가 및 안전성 감소 등에 개선의 여지를 가지고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1163456호의 분절 프리스트레스트 콘크리트 박스빔 및 접합방법은, 세그먼트들을 서로 접합할 때, 발생하는 오차를 최소화하여 이때 발생하는 응력집중 문제를 최소화하는 구성이다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-0645491호의 확폭플랜지가 형성된 교량용 유형 거더 설치방법은, 하부플랜지 철근 상부에 내부 중공 형상의 스티로폼을 포함하는 영구 내부 코어를 설치한 후, 확폭된 상부플랜지에 의하여 슬래브를 형성하는 구성이나, 철근콘크리트 상,하부 플랜지 및 복부의 폭이 200mm 이상으로서 40M 지간의 거더 중량이 250톤에 해당하는 고중량으로 반력 증가로 인한 이동 및 거치의 시공성 저하와 하부구조 시공비용의 상승을 초래하는 문제점이 있었다.

이에 상술한 바와 같은 종래의 제반문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 초고강도 콘크리트 체적대비 0.7~4%의 강섬유 또는 플라스틱섬유를 혼입하여 기존 콘크리트 박스거더 대비 약 1/2의 중량 및 2/3의 형고를 유지할 수 있고, 단일 콘크리트 박스거더 보다는 다수의 독립된 작은 콘크리트 박스로 구성할 수 있으므로 50M 내외의 지간을 갖는 박스거더의 내구성 증진, 거치의 용이성, 시공성 향상을 도모할 수 있는 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더 및 이의 시공방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 기존의 콘크리트 단일 박스거더 대비 다수의 독립된 작은 콘크리트 박스거더로 구성되어 중량이 감소되므로 거치성 용이 및 시공성이 향상됨은 물론 하부구조물의 설계하중 감소로 시공비용을 절감할 수 있는 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더 및 이의 시공방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 공극이 3%이하이고, SiO2의 비율이 98% 이상인 초고강도 콘크리트는 시멘트와 수화물결합상황이 매우 견고한 조직을 가지고 있으므로 내구성이 탁월하여 제품의 수명을 연장할 뿐만 아니라 염화칼슘침해, 중성화, 동결융해를 방지할 수 있는 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더 및 이의 시공방법을 제공함에 있다.

본 발명 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더는,

내부에 하나 이상의 격벽이 형성되면서 격벽 사이의 공간이 상부로 개구되는 분절 박스거더와;

상기 분절 박스거더 양측 및 격벽에 상부텐던 및 하부텐던이 결합되도록 관통된 상,하부고정홀과;

상기 상,하부고정홀에 결합되면서 분절 박스거더의 양측에 형성되는 정착프레임에 결합되어 프리스트레스트되는 상,하부텐던과;

상기 분절 박스거더 하단부에 매립되어 보강하는 PS강선과;

상기 분절 박스거더는, 초고강도 콘크리트 체적대비 0.7~4%의 강섬유 또는 플라스틱섬유를 혼입하여 압축강도 120MPa 이상을 유지하는 초고강도 콘크리트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더의 시공방법은,

분절 박스거더를 형성하기 위한 거푸집을 설치하고, 상기 거푸집의 양측에 상,하부텐던이 정착되는 정착프레임을 설치하는 단계와;

상기 거푸집의 하단부에 분절 거더박스를 보강하는 PS강선을 설치하는 단계와;

상기 거푸집의 하단부에 상,하부텐던을 삽입하기 위한 쉬스관을 설치하는 단계와;

상기 거푸집 내에 강섬유 또는 플라스틱섬유가 초고강도 콘크리트 체적대비 0.7~4% 혼입된 초고강도 콘크리트를 타설 및 양생하여 분절 박스거더를 형성하는 단계와;

상기 쉬스관을 통해 정착프레임에 상,하부텐던을 정착하여 프리스트레싱하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 초고강도 콘크리트 체적대비 0.7~4%의 강섬유 또는 플라스틱섬유를 혼입하여 기존 콘크리트 박스거더 대비 약 1/2의 중량 및 2/3의 형고를 유지할 수 있으므로 50M 내외의 지간을 갖는 박스거더의 내구성 증진, 거치의 용이성 및 시공성 향상을 도모할 수 있으므로 저형고 교량, 급속시공이 요구되는 도심지 및 고속도로에 적용할 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 기존의 콘크리트 단일 거더박스 대비 다수의 독립된 작은 콘크리트 박스거더로 구성되어 중량이 감소되고 거치성 용이 및 시공이 향상됨은 물론 하부구조물의 설계하중 감소로 시공비용을 절감할 수 있으므로 경제성을 향상시킬 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 공극이 3%이하이고, SiO2의 비율이 98% 이상인 초고강도 콘크리트는 시멘트와 수화물결합상황이 매우 견고한 조직을 가지고 있으므로 내구성이 탁월하여 제품의 수명을 연장할 뿐만 아니라 염화칼슘침해, 중성화, 동결융해를 방지할 수 있으므로 사용자로 하여금 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명 분절 박스거더의 제작을 위한 거푸집 구성도
도 4 내지 도 5는 본 발명의 사시도
도 6은 본 발명의 측단면도
도 7 내지 도 9는 본 발명을 이용한 교량의 시공과정도
도 10은 종래 PS 박스 교량의 단면 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 3은 본 발명 분절 박스거더의 제작을 위한 거푸집 구성도이다.

본 발명 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더(100)는, 내부에 하나 이상의 격벽(111)이 형성되면서 격벽(111) 사이의 공간이 상부로 개구되는 분절 박스거더(110)가 구성되고, 상기 분절 박스거더(110) 양측 및 격벽(111)에 상부텐던(130) 및 하부텐던(130')이 결합되도록 관통된 상,하부고정홀(120)(120')가 구성되며, 상기 상,하부고정홀(120)(120')에 결합되면서 분절 박스거더(110)의 양측에 형성되는 정착프레임(112)에 결합되어 프리스트레스트되는 상,하부텐던(130)(130')이 구성되고, 상기 분절 박스거더(110) 하단부에 매립되어 보강하는 PS강선(140)이 구성되며, 상기 분절 박스거더(110)는, 초고강도 콘크리트 체적대비 0.7~4%의 강섬유 또는 플라스틱섬유를 혼입하여 압축강도 120MPa 이상을 유지하는 초고강도 콘크리트로 이루어지는 것으로, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 격벽(111) 내부에 관통되어 상기 분절 박스거더(110)의 점검을 안내하는 점검통로(113)가 구비된다.

상기 초고강도 콘크리트는, 시멘트, 규사, 충전재, 실리카퓸, 고로슬래그, 배합수, 감수제, 강섬유 또는 플라스틱섬유로 이루어지며, 이들의 배합 중량비는 1 : 0.5~1.1 : 0.3~1.1 : 0.3~0.8 : 0.1~0.3 : 0.02~0.1 : 0.2~0.4 : 0.1~0.2 인 것이 바람직하다.

상기 강섬유 또는 플라스틱섬유는, 직경이 0.2~0.5mm이고, 길이가 13~30mm이며, 형상계수가 60~70인 것이 바람직하다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명 콘크리트 분절 박스거더(100)의 제조 및 시공과정을 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 설계 도면에 따라 분절 박스거더(110)를 형성하기 위한 거푸집(10)을 형성하는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 철근(111a)과 스터럽(111b)을 사용하지 않고, 강섬유 또는 플라스틱섬유를 초고강도 콘크리트 체적대비 3~4% 투입하여 분절 박스거더(110)를 형성할 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 거푸집(10) 내부에 철근(111a)과 스터럽(111b)을 단일 격자형식으로 배근하고, 철근을 사용하지 않을 때보다 강섬유 또는 플라스틱섬유를 적게 투입하여 분절 박스거더(110)를 형성할 수도 있다.

또한, 상기 거푸집(10)의 양측에는 상,하부텐던(130)(130')이 정착되는 정착프레임(112)을 설치한다. 이때, 상기 정착프레임(112)은 2개의 분절 박스거더(110)를 연결할 때, 어느 하나의 분절 박스거더(110)의 일측면에 설치하고, 다른 하나의 분절 박스거더(110) 타측면에 설치하여 정착프레임(112)에 의해 분절 박스거더(110)가 면접촉되지 않는 것을 방지할 수 있다.

그리고 다수의 분절 박스거더(110)를 연결할 경우, 양측의 분절 박스거더(110)에는 정착프레임(112)이 설치되지만, 양측의 분절 박스거더(110) 사이에 위치하는 분절 박스거더에는 정착프레임(112)이 설치되지 않아야 한다.

상기 거푸집(10)에 정착프레임(112)이 설치되면, 분절 박스거더(110)의 하단부가 형성되는 거푸집(10) 하단부에 PS강선(140) 및 상,하부텐던(130)(130')을 형성하기 위한 쉬스관(S)을 설치한 후, 초고강도 콘크리트를 타설 및 양생하여 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 분절 박스거더(110)를 형성한다.

상기 초고강도 콘크리트는, 시멘트, 규사, 충전재, 실리카퓸, 고로슬래그, 배합수, 감수제, 강섬유 또는 플라스틱섬유로 이루어지며, 이들의 배합 중량비는 1 : 0.5~1.1 : 0.3~1.1 : 0.3~0.8 : 0.1~0.3 : 0.02~0.1 : 0.2~0.4 : 0.1~0.2 로 이루어지며, 상기 규사는 입경이 2.5mm 이하이고, 충전재는 평균입경이 20㎛ 이하이며 규사성분이 95% 이상이 바람직하고, 상기 강섬유 또는 플라스틱섬유는, 직경이 0.2~0.5mm이고, 길이가 13~30mm이며, 형상계수가 60~70인 것이 바람직하다. 이는, 다량의 섬유를 함유하고 있기 때문에 콘크리트 인장응력 향상, 압축응력 구역에서의 섬유구속에 의한 연성거동 유도 효과뿐만 아니라 전단응력을 향상시키므로 전단철근의 배치없이 PS강선(140)의 배치만으로 충분한 구조적 성능을 발휘할 수 있고, 기존 콘크리트 박스거더 대비 약 1/2의 중량 및 2/3의 형고를 유지할 수 있기 때문이다.

여기서, 상기 강섬유 또는 플라스틱섬유를 초고강도 콘크리트 체적대비 0.7~4% 혼입하므로 분절 박스거더(110)의 압축 및 인장구역에 연성거동이 우수하므로 전단철근을 설치하지 않고 간단한 형태의 분절 박스거더(110)의 제작이 가능한 것이다.

이때, 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더(100)는, 초고강도 콘크리트를 사용하여 섬유보강 콘크리트 만으로 분절 박스거더(110)의 두께를 형성하므로 50~100mm의 범위를 가질 수 있으므로 두께가 얇아 좌굴이 발생할 수 있는 가능성이 있기 때문에 분절 박스거더(110) 내부에 격벽(111)을 형성하여 단면의 강성을 증대시킬 수 있고, 공극이 3% 이하이고, SiO2의 비율이 98% 이상인 초고강도 콘크리트와 수화물결합상황이 매우 견고한 조직을 가지고 있으므로 내구성이 탁월하여 제품의 수명을 연장할 뿐만 아니라 염화칼슘침해, 중성화, 동결융해를 방지하여 제품의 수명을 연장할 수 있는 것이다.

여기서, 상기 격벽(111) 내부에는 상,하고정홀(120)(120') 및 점검통로(113)가 형성된다.

상기의 과정으로 설계 도면에 따라 형성된 다수의 분절 박스거더(110)를 시공현장으로 이동시킨 상태에서 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 50M 내외의 지간을 갖는 교각과 교각 사이에 설치하도록 정착프레임(112)이 일측과 타측에 각각 형성된 분절 박스거더(110) 사이에 정착프레임(112)이 형성되지 않은 분절 박스거더(110)를 위치시켜 동일선상을 유지하게 한다.

이 상태에서 상기 분절 박스거더(110)에 형성된 상,하부고정홀(120)(120') 및 쉬스관(S)을 통해 상,하부텐던(130)(130')을 결합하고, 상기 상,하부텐던(130)(130')의 양단부를 분절 박스거더(110)에 형성된 정착프레임(112)에 결합하여 프리스트레싱하는데, 프리스트레스트되는 상,하부텐던(130)(130')은 정착프레임(112)에 의해 프리스트레싱을 유지하게 된다.

상기 상,하부텐던(130)(130')이 프리스트레스트되면서 연결된 콘크리트 분절 박스거더(100)를 50M 내외의 지간을 갖는 교각과 교각 사이에 거치시키는데, 상기 분절 박스거더(110)가 기존 콘크리트 거더보다 경량이므로 거치작업이 용이함은 물론 시공성이 향상된다.

상기 교각과 교각에 안착된 콘크리트 분절 박스거더(100)에 교량의 슬래브를 안착하고, 콘크리트를 타설 및 양생하여 콘크리트 분절 박스거더(100)와 슬래브를 일체로 형성한 후, 상판을 시공함으로써, 교량의 급속시공을 완성하게 되면, 교량의 시공 후, 점검통로(113)를 이용하여 콘크리트 분절 박스거더(100)를 점검할 수 있으므로 유지관리를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 초고강도 콘크리트의 최적충전밀도 특성에 의해 우수한 내구성을 가진 구조물로서 장수명에 기여할 수 있는 것이다.

기존 콘크리트 박스거더의 복부 및 하부 철근은 2겹으로 배근하는 것을 원칙으로 하나, 강섬유와 철근의 조합작용을 역학적 기반에 근거한 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더(100)는 철근(111a)과 스터럽(111b)을 단일 격자 형식으로 배근하여 강섬유 또는 플라스틱섬유를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 기존 콘크리트 박스거더에 비해 철근 재료 감소와 철근 조립작업을 감소시킬 수 있는 것이다.

또한, ILM, MSS 공법에 적용되는 기존의 콘크리트 박스거더 형상이 도 10과 같이 단위셀의 형고가 큰 구조물로서 자중이 큰 관계로 이동이 불가능하여 시공비용이 많은 부분을 차지하는데 비해 본 발명 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더(100)는 경량이면서 다수의 박스로 프리캐스트 제작하여 현장에 거치시키는 방법을 사용하므로 제작 및 거치면에서 경제성을 도모할 수 있는 것이다.

또한, 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더(100)를 코핑 위에 배치한 후, 박스거더 위의 슬래브 시공작업을 용이하게 하기 위하여 박판의 초고강도 섬유보강 콘크리트 영구 거푸집(20)을 거치하여 슬래브의 철근 작업 및 타설 등과 후속 공정을 신속하게 진행할 수 있도록 한다. 여기서 초고강도 섬유보강 콘크리트 거푸집은 시공 후, 제거하지 않으며 초고강도 콘크리트의 최적 충전밀도 특성에 의해 우수한 내구성을 가진 구조물로서 장수명에 기여할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더
110: 분절 박스거더 120,120': 상,하부고정홀
130,130': 상,하부텐던 140: PS강선

Claims (11)

1. 내부에 단일 격자형식으로 철근과 스터럽이 배근되면서 분절 박스거더의 점검을 안내하도록 점검통로가 관통된 격벽이 하나 이상 형성되고, 격벽 사이의 공간이 상부로 개구되는 분절 박스거더와;
   상기 분절 박스거더 양측 및 격벽에 상부텐던 및 하부텐던이 결합되도록 관통된 상,하부고정홀과;
   상기 상,하부고정홀에 결합되면서 분절 박스거더의 양측에 형성되는 정착프레임에 결합되어 프리스트레스트되는 상,하부텐던과;
   상기 분절 박스거더 하단부에 매립되어 보강하는 PS강선과;
   상기 분절 박스거더는, 시멘트, 입경이 2.5mm 이하인 규사, 평균입경이 20㎛ 이하이며, 규사성분이 95% 이상인 충전재, 실리카퓸, 고로슬래그, 배합수, 감수제, 직경이 0.2~0.5mm이고 길이가 13~30mm이며 형상계수가 60~70인 강섬유 또는 플라스틱섬유로 이루어지며, 이들의 배합 중량비는 1 : 0.5~1.1 : 0.3~1.1 : 0.3~0.8 : 0.1~0.3 : 0.02~0.1 : 0.2~0.4 : 0.1~0.2 로 이루어지며, 공극이 3% 이하이고, SiO2의 비율이 98% 이상인 초고강도 콘크리트 체적대비 0.7~4% 혼입되어 압축강도 120MPa 이상을 유지하는 초고강도 콘크리트로 이루어져 50M 내외의 지간을 갖는 교각과 교각 사이에 거치되는 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더.
   
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6. 내부에 단일 격자형식으로 철근과 스터럽이 배근되면서 분절 박스거더의 점검을 안내하도록 점검통로가 관통된 격벽이 하나 이상 형성되고, 격벽 사이의 공간이 상부로 개구되는 분절 박스거더를 형성하기 위한 거푸집을 설치하고, 상기 거푸집의 양측에 상,하부텐던이 정착되는 정착프레임을 설치하는 단계와;
   상기 거푸집의 하단부에 분절 거더박스를 보강하는 PS강선을 설치하는 단계와;
   상기 거푸집의 하단부에 상,하부텐던을 삽입하기 위한 쉬스관을 설치하는 단계와;
   상기 거푸집 내에 시멘트, 입경이 2.5mm 이하인 규사, 평균입경이 20㎛ 이하이며, 규사성분이 95% 이상인 충전재, 실리카퓸, 고로슬래그, 배합수, 감수제, 직경이 0.2~0.5mm이고 길이가 13~30mm이면서 형상계수가 60~70인 강섬유 또는 플라스틱섬유로 이루어지며, 이들의 배합 중량비는 1 : 0.5~1.1 : 0.3~1.1 : 0.3~0.8 : 0.1~0.3 : 0.02~0.1 : 0.2~0.4 : 0.1~0.2 로 이루어지며, 공극이 3% 이하이고, SiO2의 비율이 98% 이상인 초고강도 콘크리트 체적대비 0.7~4% 혼입되어 압축강도 120MPa 이상을 유지하는 초고강도 콘크리트를 타설 및 양생하여 분절 박스거더를 형성하는 단계와;
   상기 분절 박스거더를 교량의 길이에 따라 측면이 면접촉되도록 안착시키고, 분절 박스거더 내부의 쉬스관을 통해 상,하부텐던을 정착프레임에 정착한 후, 프리스트레싱하여 연결하고 50M 내외의 지간을 갖는 교각과 교각 사이에 거치하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고강도 섬유보강 콘크리트 분절 박스거더의 시공방법.
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