KR101674306B1

KR101674306B1 - 합성거더 구조체

Info

Publication number: KR101674306B1
Application number: KR1020150105205A
Authority: KR
Inventors: 박선규; 장용준; 민동주; 최진웅
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2016-11-09

Abstract

본 발명은 합성거더 구조체에 관한 것으로, 강재거더; 강재거더에 결합되는 다수의 전단연결재; 및 다수의 전단연결재를 연결하여 전단연결재 중 어느 하나 또는 둘에 가해지는 응력을 분산시키는 연결수단; 을 포함하여, 하중이 소수의 전단연결재에 집중되더라도 다른 전단연결재들로 응력을 분산시켜 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 경제적이고 시공이 편리한 것을 특징으로 한다.

Description

합성거더 구조체{STRUCTURE FOR COMPOSITE BEAM GIRDER}

본 발명은 합성거더 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하중이 소수의 전단연결재에 집중되어 응력이 설계 값 보다 크게 발생하더라도 다른 전단연결재들로 응력을 분산시켜 전단연결재가 파단되는 것을 방지하여 안정성을 확보하고, 기존 설계의 구조변경 없이 내구성을 향상시켜 주므로 경제적이고 시공이 편리한 합성거더 구조체에 관한 것이다.

교량은 거더(Girder)와 슬래브(Slab)의 연결상태에 따라 합성구조와 비합성구조로 나누어진다. 비합성구조는 모든 하중을 거더가 부담하게 됨으로써 거더의 단면이 커져야 하는 문제점이 있는 반면, 합성구조는 거더와 슬래브를 일체화시켜 함께 거동하게 함으로써 하중을 효율적으로 분담할 수 있다는 장점이 있어 널리 사용되고 있다.

여기서, 합성구조는 거더(강재거더)와 슬래브(콘크리트상판)를 일체화시키기 위한 전단연결재를 필요로 한다. 전단연결재로서 스터드(Stud, 스터드볼트)가 일반적으로 사용된다.

그런데, 전단연결재로 스터드를 사용하는 경우 거더와 슬래브의 결합시 발생하는 응력단차에 의해 합성작용이 일어나기 전에 슬립 현상이 발생할 우려가 있고, 이로 인해 사용하중 하에서도 슬래브에 큰 균열이 발생할 수 있다.

또한, 하중 등이 전단연결재 중 일부에 집중되어 전단연결재의 설계허용내력을 넘어서게 되면 전단연결재가 파단될 우려가 있었다.

따라서, 전술한 바와 같은 문제점이 보완된 전단연결제의 필요성이 대두되고 있다.

대한민국 특허공개 제10-2012-0013105호 대한민국 특허등록 제10-1084736호

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 하중이 소수의 전단연결재에 집중되어 응력이 설계 값 보다 크게 발생하더라도 다른 전단연결재들로 응력을 분산시켜 전단연결재가 파단되는 것을 방지하여 안정성을 확보할 수 있는 합성거더 구조체를 제공함에 있다.

또, 기존 설계의 구조변경 없이 내구성을 향상시켜 주므로 경제적이고 시공이 편리한 합성거더 구조체를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 합성거더 구조체에 있어서, 강재거더; 상기 강재거더에 결합되는 다수의 전단연결재; 및 상기 다수의 전단연결재를 연결하여 상기 전단연결재 중 어느 하나 또는 둘에 가해지는 응력을 분산시키는 연결수단; 을 포함하는 합성거더 구조체에 의해 달성된다.

여기서, 상기 연결수단은, 한 쌍으로 이루어지는 와이어; 및 다수가 서로 떨어져 상기 와이어의 외면을 감싸도록 배치되고, 상기 와이어의 길이방향을 따라 이동 가능한 와이어고정부재; 를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 와이어는, 상기 전단연결재를 중심으로 양측으로 나누어 끼워지도록 마련되고, 상기 와이어고정부재는, 상기 전단연결재를 중심으로 서로 떨어져 배치되는 한 쌍이 상기 전단연결재측으로 접근하도록 동작하여 상기 와이어를 상기 전단연결재에 고정시키거나 상기 전단연결재측으로부터 멀어지도록 동작하여 상기 와이어를 상기 전단연결재로부터 풀어지도록 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 와이어의 외면에는 제1 나사산이 형성되고, 상기 와이어고정부재의 내주면에는 상기 제1 나사산에 대응되는 제2 나사산이 형성되어 상기 와이어고정부재가 상기 제1 및 제2 나사산을 이용하여 이동 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 전단연결재는, 몸체; 및 상기 몸체에 연결되고, 수평 단면 형상이 원판형, -자형, ＋자형 중 어느 하나로 형성되는 헤드; 를 포함하여 이루어지는 스터드인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 강재거더에는 내주면을 따라 제3 나사산이 형성된 관통공이 형성되고, 상기 몸체의 외면에는 상기 제3 나사산에 대응되는 제4 나사산이 형성되어 상기 전단연결재가 상기 제3 및 제4 나사산을 이용하여 상기 강재거더에 결합 또는 분리되도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 하중이 소수의 전단연결재에 집중되어 응력이 설계 값 보다 크게 발생하더라도 다른 전단연결재들로 응력을 분산시켜 전단연결재가 파단되는 것을 방지하여 안정성을 확보할 수 있는 합성거더 구조체가 제공된다.

또, 기존 설계의 구조변경 없이 내구성을 향상시켜 주므로 경제적이고 시공이 편리하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성거더 구조체의 분해사시도,
도 2는 도 1에 도시된 합성거더 구조체의 결합사시도,
도 3의 (a) 내지 (d)는 본 발명에서 사용되는 전단연결재의 예시도,
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명에서 사용되는 연결수단의 예시도,
도 5의 (a) 및 (b)는 도 4의 (a)에 도시된 전단연결재와 강재거더의 결합예시도,
도 6의 (a) 및 (b)는 도 4의 (b)에 도시된 전단연결재와 강재거더의 결합예시도,
도 7의 (a) 내지 (d)는 본 발명에서 사용되는 전단연결재에 연결수단을 고정시키는 순서를 나타낸 도,
도 8의 (a) 내지 (c)는 본 발명에서 사용되는 전단연결재와 연결수단의 다양한 결합상태를 나타낸 상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 합성거더 구조체에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성거더 구조체의 분해사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 합성거더 구조체의 결합사시도이다. 그리고, 도 3의 (a) 내지 (d)는 본 발명에서 사용되는 전단연결재의 예시도이며, 도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명에서 사용되는 연결수단의 예시도이다. 또한, 도 5의 (a) 및 (b)는 도 4의 (a)에 도시된 전단연결재와 강재거더의 결합예시도이고, 도 6의 (a) 및 (b)는 도 4의 (b)에 도시된 전단연결재와 강재거더의 결합예시도이다.

도 1 내지 도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 합성거더 구조체는 크게 강재거더(100)와 전단연결재(200) 및 연결수단(300)을 포함하여 구성된다.

강재거더(Steel Girder, 100)는 교량에서 차도 또는 인도를 구성하는 상판을 지지하는 철 구조물로서, 단면 형태에 따라 I(H)형 또는 박스(Box)형 등이 있다. 본 발명에서는 I형 강재거더(100)를 사용하는 것으로 예시하여 설명한다. 강재거더(100)는 상부플랜지(102)와 웨브(104), 하부플랜지(106)로 구성된다. 상부플랜지(102)는 그 상면에 하기에서 서술하는 전단연결재(200)를 부착하여 교량의 상판을 연결하는 곳으로서, 웨브(104)의 상단에 직각으로 형성된다. 웨브(104)는 교량의 상판의 하중에 의해 상부플랜지(102)로부터 가해지는 응력을 하부플랜지(106)로 분산시키는 역할을 한다. 웨브(104)는 상부플랜지(102) 및 하부플랜지(106)와 각각 용접 연결될 수 있다.

전단연결재(Shear Connector, 200)는 강재거더(100)와 상판을 한 몸으로 하기 위하여 강재거더(100), 특히 상부플랜지(102)에 다수로 결합되는 구성요소이며, 강재거더(100)와 철근 콘크리트 상판 사이의 수평 전단력에 저항하고, 상판의 부상(浮上)도 방지하는 역할을 하게 된다. 전단연결재(200)는 교량이 사용되는 장소 등에 따라 스터드(Stud), 뒤벨(Dubel), 합성철근, 나사선형 철근, 채널 형강 등 다양한 형상의 전단연결재(200)를 사용할 수 있는데, 본 발명에서는 전단연결재(200)로 소정의 길이를 갖고 몸체(210)와 헤드(220)를 포함하여 이루어지는 스터드를 사용하게 된다. 도 3의 (a) 내지 (d)에는 본 발명에서 사용되는 전단연결재(200)의 예시가 나타나 있는데, 도 3의 (a) 및 (b)에 나타나는 전단연결재(200), 즉 스터드(200)는 헤드(220)의 수평 단면 형상이 원판형이고, 도 3의 (c)에 도시된 스터드(200)는 헤드(220)의 수평 단면 형상이 -자형이며, 도 3의 (d)에는 헤드(220)의 수평 단면 형상이 ＋자형인 스터드(200)가 나타나 있다. 여기서, 도 3의 (b)에 도시된 스터드(200)의 몸체(210)에는 말단측 외면에 제4 나사산(212)이 형성된다.

연결수단(300)은 본 발명의 특징적인 구성요소로서 다수의 전단연결재(200)를 연결하여 전단연결재(200) 중 어느 하나 또는 둘에 가해지는 응력을 분산시키게 된다. 도 4의 (a) 및 (b)에는 본 발명에서 사용되는 연결수단(300)의 예시가 도시되어 있다. 먼저, 도 4의 (a)에 나타나는 연결수단(300)을 살펴보면, 한 쌍으로 이루어지는 와이어(310)와, 와이어(310)의 길이방향을 따라 이동 가능한 와이어고정부재(320) 다수가 와이어(310)의 외면을 감싸도록 배치된다. 그리고 도 4의 (b)에서는 와이어(310)와 와이어고정부재(320)로 구성되는 것은 도 4의 (a)에 도시된 연결수단(300)과 동일하나, 와이어(310)의 외면에 제1 나사산(312)이 형성되고, 와이어고정부재(320)의 내주면에 와이어(310)의 제1 나사산(312)에 대응되는 제2 나사산(322)이 형성된 연결수단(300)이 도시되어 있다. 이에, 와이어고정부재(320)는 제1 및 제2 나사산(312, 322)을 이용하여 와이어(310)의 길이방향을 따라 이동 가능하게 구성된다. 이 외에, 와이어(310)는 도 4의 (a)에 도시된 와이어(310)를 사용하면서, 와이어고정부재(320)가 와이어(310)에 밀착되는 구성을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 와이어고정부재(320)에 와이어(310)가 관통되는 2개의 구멍을 형성하고, 이러한 2개의 구멍은 와이어(310)와 접하는 내측이 탄성을 갖는 재질로 형성되도록 구성할 수 있는 것이다.

한편, 전술한 전단연결재(200)를 강재거더(100)의 상부플랜지(102)에 부착하는 방법은 여러가지가 있으나, 본 발명에서는 용접결합 또는 나사결합을 통해 부착하게 된다. 우선, 도 5의 (a) 및 (b)에서는 도 4의 (a)에 도시된 헤드(220)의 수평 단면 형상이 원판형인 스터드(200)를 용접하여 상부플랜지(102)에 부착하는 것을 나타낸 것으로, 이처럼 용접을 이용함에 따라 상부플랜지(102)에 부착된 스터드(200)에는 용접부(202)가 형성된다. 그리고, 도 6의 (a) 및 (b)에서는 강재거더(100), 특히 상부플랜지(102)에 관통공(110)이 형성되고, 관통공(110)에는 내주면을 따라 제3 나사산(112)이 형성된다. 여기에, 도 3의 (b)에 도시된 스터드(200)의 몸체(210)에는 말단측 외면에 제4 나사산(212)이 형성되어 있다. 이에 따라 스터드(200)가 제3 및 제4 나사산(112, 212)을 이용하여 상부플랜지(102)에 결합 또는 분리되도록 구성되는 것이다. 이 외에, 관통공(110)에 나사산을 형성하지 않고, 관통공(110)에 맞추어 별도의 너트체(도시하지 않음)를 상부플랜지(102)의 상면과 하면에 각각 둠으로써 스터드(200) 몸체(210)의 제4 나사산(212)과 별도의 너트체를 통해 스터드(200)를 상부플랜지(102)에 부착시킬 수도 있다.

지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 합성거더 구조체에서 특징적으로 사용되는 연결수단을 전단연결재에 고정시키는 순서와, 연결수단이 전단연결재에 고정된 상태에 대하여 설명한다.

도 7의 (a) 내지 (d)는 본 발명에서 사용되는 전단연결재에 연결수단을 고정시키는 순서를 나타낸 도이고, 도 8의 (a) 내지 (c)는 본 발명에서 사용되는 전단연결재와 연결수단의 다양한 결합상태를 나타낸 상태도이다. 여기서, 도 7의 (a) 내지 (d)와 도 8의 (b) 및 (c)는 도 1 또는 도 2를 기준으로 도면 상 상측에서 하측방향으로, 즉 상부플랜지(102)에서 하부플랜지(106) 방향으로 바라보는 상태를 도시한 평면도이다.

우선, 몸체(210) 및 수평 단면 형상이 원판형인 헤드(220)로 구성되는 스터드(200)가 상부플랜지(102)에 부착되어 있는 상태에서 연결수단(300)을 스터드(200)에 고정시키기 위해 도 7의 (a)와 같이 한 쌍으로 이루어지는 와이어(310)의 양측을 전단연결재(200)의 중심측을 향해 압축한다. 이때, 작업자가 손으로 압축하는 경우 안전사고의 위험이 있으므로 와이어고정부재(320)를 잡은 상태에서 압축시키는 것이 바람직하다.

와이어(310)의 양측이 압축되면서 한 쌍의 와이어(310)가 벌어져 도 7의 (b)처럼 공간이 형성되며, 이러한 공간이 스터드(200)의 헤드(220)를 통과할 수 있을 정도가 되면 와이어(310)를 스터드(200)에 밀어넣는다. 그리고, 벌어져 있는 와이어(310)를 잡아당겨 팽팽하게 하면 도 7의 (c)와 같이 와이어(310)가 스터드(200)를 중심으로 양측으로 나누어 끼워지도록 마련된다.

이러한 상태에서, 도 7의 (d)와 같이 하나의 스터드(200)를 중심으로 서로 떨어져 배치되어 있는 한 쌍의 와이어고정부재(320)를 각각 스터드(200)측으로 접근하도록 밀게 되면 와이어(310)가 스터드에 고정된다. 그리고, 상황에 따라 연결수단(300)을 전단연결재(200)에서 분리해야 하는 경우, 예를 들어 교량의 보수 등을 수행하기 위해 연결수단(300)을 분리하고자 하는 경우 스터드(200)마다 와이어(310)를 고정하고 있는 한 쌍의 와이어고정부재(320)를 스터드(200)측으로부터 멀어지도록 잡아당기면 연결수단(300)이 스터드(200)에서 풀어지게 되므로 손쉽게 분리할 수 있게 된다.

이처럼 하나의 스터드(200)와 그에 이웃하는 스터드(200)를 연결하는 연결수단(300)이 도 2에 도시된 것처럼 하나인 것으로 구성될 수도 있으나, 도 8의 (a)와 같이 2개의 연결수단(300)이 각각 스터드(200)의 상측과 하측을 연결하도록 구성되거나, 3개 이상의 연결수단(300)이 연결되도록 구성하여 좀 더 응력의 분산 효과를 높이고, 전단연결재(200)와 강재거더(100) 사이의 모멘트를 효과적으로 분배되도록 할 수 있다.

또한, 도 8의 (b)처럼 연결수단(300)이 순차적으로 스터드(200)를 모두 연결하여 하중이 소수의 스터드(200)에 집중되어 응력이 설계 값 보다 크게 발생하더라도 모든 스터드(200)에 응력이 분산되도록 하여 안정성을 확보할 수 있으며, 상황에 따라 도 8의 (c)와 같이 연결수단(300)을 모든 스터드(200)에 중첩되도록 연결하여 보다 큰 안정성을 갖도록 구성할 수도 있다.

이러한 본 발명은 기존 설계의 구조변경 없이 연결수단(300)으로 전단연결재(200)를 연결함으로써 내구성을 향상시켜 주므로 경제적이고 시공이 편리한 효과를 갖는다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100: 강재거더 102: 상부플랜지
104: 웨브 106: 하부플랜지
110: 관통공 112: 제3 나사산
200: 전단연결재(스터드) 202: 용접부
210: 몸체 212: 제4 나사산
220: 헤드 300: 연결수단
310: 와이어 312: 제1 나사산
320: 와이어고정부재 322: 제2 나사산

Claims

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합성거더 구조체에 있어서,
강재거더;
상기 강재거더에 결합되는 다수의 전단연결재; 및
상기 다수의 전단연결재를 연결하여 상기 전단연결재 중 어느 하나 또는 둘에 가해지는 응력을 분산시키는 연결수단;을 포함하고,
상기 연결수단은, 한 쌍으로 이루어지는 와이어; 및 다수가 서로 떨어져 상기 와이어의 외면을 감싸도록 배치되고, 상기 와이어의 길이방향을 따라 이동 가능한 와이어고정부재;를 포함하며,
상기 와이어는 상기 전단연결재를 중심으로 양측으로 나누어 끼워지도록 마련되고,
상기 와이어고정부재는 상기 전단연결재를 중심으로 서로 떨어져 배치되는 한 쌍이 상기 전단연결재측으로 접근하도록 동작하여 상기 와이어를 상기 전단연결재에 고정시키거나 상기 전단연결재측으로부터 멀어지도록 동작하여 상기 와이어를 상기 전단연결재로부터 풀어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 합성거더 구조체.
제3항에 있어서,
상기 와이어의 외면에는 제1 나사산이 형성되고,
상기 와이어고정부재의 내주면에는 상기 제1 나사산에 대응되는 제2 나사산이 형성되어 상기 와이어고정부재가 상기 제1 및 제2 나사산을 이용하여 이동 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 합성거더 구조체.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 전단연결재는,
몸체; 및
상기 몸체에 연결되고, 수평 단면 형상이 원판형, -자형, ＋자형 중 어느 하나로 형성되는 헤드; 를 포함하여 이루어지는 스터드인 것을 특징으로 하는 합성거더 구조체.
제5항에 있어서,
상기 강재거더에는 내주면을 따라 제3 나사산이 형성된 관통공이 형성되고,
상기 몸체의 외면에는 상기 제3 나사산에 대응되는 제4 나사산이 형성되어 상기 전단연결재가 상기 제3 및 제4 나사산을 이용하여 상기 강재거더에 결합 또는 분리되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 합성거더 구조체.