KR101704355B1 - 복합 교량용 거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량에 적용되는 거더프레임에 거푸집이 일체형으로 구비되면서 거푸집에 배치되는 철근이 거푸집에 고정 설치된 구성으로 콘크리트 타설시 거푸집의 변형을 방지하면서 거푸집에 일체로 배치되어 내구성을 높이고 압축응력에 강한 상부 콘크리트와 인장응력에 강한 하부플랜지로 이루어진 복합 교량용 거더에 관한 것이다.

Description

복합 교량용 거더{Girder for bridge}

본 발명은 복합 교량용 거더에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 교량에 적용되는 거더프레임에 거푸집이 일체형으로 구비되면서 거푸집에 배치되는 철근이 거푸집에 고정 설치된 구성으로 콘크리트 타설시 거푸집의 변형을 방지하면서 거푸집에 일체로 배치되어 내구성을 높이고 압축응력에 강한 상부 콘크리트와 인장응력에 강한 하부플랜지로 이루어진 복합 교량용 거더에 관한 것이다.

일반적으로 교량의 거더에 대한 종래의 기술로는 상자형 거더가 일반적으로 사용되고 있는바, 상자형 거더는 두개의 수직판을 양 옆으로 세우고 그 상, 하단에 각각 플랜지를 고정하여 사각의 통형으로 구성되는 것이다.

상자형 거더는 그 폭을 크게 하여 단독으로 교량의 상판을 떠받치거나 폭을 작게 제작하여 여러 개를 사용함으로써 교량의 상판을 지지하게 되면, 상자형 거더의 내부에는 거더의 변형을 막기 위하여 사각형의 판상으로 이루어진 다이아프램을 설치하게 되고, 이웃하는 박스형 거더는 보로 연결되어 하중을 고루 분담하도록 구성된다.

또 다른 종래의 거더로는 복부와 상, 하부의 플랜지로 I자형의 단면 구조를 갖도록 구성한 후, 이렇게 구성된 여러 개의 I자형의 구조물을 수직 및 수평으로 서로 브레이싱하여 교량의 거더로 사용하는 방법이 있다.

상기와 같은 종래 기술들은 복부판과 플랜지를 용접하여 고정한 후에 수직 및 수평의 여러 개의 보강재를 별도로 다시 부착하거나 별도의 브레이싱을 필요로 하는 것이어서, 작업성이 매우 떨어지게 되고 따라서 공기가 상당히 소요되는 문제점이 있고, 수많은 보강 부재들이 필요로 되기 때문에 재료의 소모가 많아 경제적이지 못하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 거더프레임에 거푸집이 일체형으로 구비함으로써, 완성된 교량용 거더에서 거푸집을 탈형하지 않고 그대로 사용하는 기술에 관한 것이다.

아래에는 거더에 관한 선행기술들을 살펴보고자 한다.

① 등록특허공보 제10-1414801호에는 하부플랜지와, 상기 하부플랜지 상부에 배치되는 상부플랜지와, 상기 하부플랜지 및 상기 상부플랜지 사이에 연결되는 웨브; 및 상기 상부플랜지 양측에 상부로 경사지게 연결되는 한 쌍의 헌치보강판을 포함하여 구성되며, 상기 상부플랜지는 상기 웨브의 상부에 결합되며 양단에 상기 한 쌍의 헌치보강판이 연결되는 베이스플레이트부; 및 상기 베이스플레이트부 상에 돌출 형성되며 슬래브 타설 시 매립되는 압축부를 포함하는 구성이 제시되어 있다.

상기 선행기술은 웨브의 상부가 상부플렌지의 하단에 부착된 구조여서 웨브와 상부플렌지의 결합력이 저하되는 문제점이 있고, 상부플랜지의 양단에 형성된 헌치보강판 끼리 지지될 수 있는 구성이 존재하지 않아 좌우로 쉽게 벌어질 수 있어 거푸집 사용시 내구성이 취약하고 양생 완료 후 압축력이 작용할 때 역시 헌치보강판의 처짐발생이 일어날 수 있어 압축응력에 효과적으로 대응할 수 없는 문제점이 있다.

② 일본 공개특허공보 특개평11-343700호에는 T형 강재의 상단부에 앵글을 부착하고, 앵글의 상면에 데크플레이트를 결합시킨 후, T형 강재의 웨브의 상단부에 통공을 형성하며, 상기 통공에 슬라브철근을 관통 배근하고, 콘크리트를 타설하여 콘크리트 슬라브를 형성하는 기술이 개시되어 있다.

상기 선행기술은 합성빔에 관한 것으로 콘크리트를 양생하기 위한 거푸집에 관한 구성이 전혀 나와 있지 않기 때문에, 슬라브 양생시 별도의 거푸집을 설치해야 하고 양생 후에는 반드시 거푸집을 탈형해야 하므로 작업성이 비효율적이며 거푸집 사용에 따른 각종 보강 부재의 소모가 많아 경제적이지 못한 문제점이 있다.

③ 공개특허공보 제10-2009-0072224호에는 I형 강재의 상부플랜지에 거푸집을 설치하고, 콘크리트를 거푸집에 타설하여 강합성 거더를 제작하고 거푸집을 탈형시키는 강합성 거더의 제조방법에 관한 기술이 제시되어 있으나, 상기 선행기술 역시 거푸집 설치 및 탈형과정에 따른 불편함이 있고 거푸집끼리 내측에서 고정될 수 있는 구성이 존재하지 않아 거푸집을 지지할 수 있는 지지부재가 반드시 필요한 구조적인 문제점이 있다.

④ 공개특허공보 제10-2010-0069845호에는 설정된 형상을 갖는 강재거더, 강재거더의 상측에서 설정된 형상을 갖고 이격 배치되며, 콘크리트 패널에 일부 매립되는 철근과 콘크리트 패널로부터 일부 노출되는 철근들을 갖는 복수의 거푸집 부재, 복수의 거푸집 부재 사이에 개재되어 복수의 거푸집 부재간의 이격 거리를 조절하는 제1 간격조절부재, 및 복수의 거푸집 부재가 연결되어 서로 이격된 간격이 조절된 상태에서 복수의 거푸집 부재의 내측에 타설되어 강재거더와 복수의 거푸집 부재 및 간격조절부재와 일체로 형성되는 구성이 제시되어 있다.

상기 선행기술은 강재거더의 상부플랜지 상부에 거푸집부재를 올려놓고 콘크리트 타설에 의해서 서로 결합이 이루어지는 기술로서, 콘크리트 타설전에는 강재거더와 거푸집부재가 일체로 이루어진 구성이 아니며, 선행기술에는 거푸집부재와 강재거더와 결합력을 높이기 위한 어떠한 구성도 제시되어 있지 않고 거푸집의 보강구조가 없기 때문에 콘크리트 타설시 거푸집의 변형이 발생하며 압축응력 또는 인장응력에 따른 지지능력이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.

한국 등록특허공보 제10-1414801호 일본 공개특허공보 특개평11-343700호 한국 공개특허공보 제10-2009-0072224호 한국 공개특허공보 제10-2010-0069845호

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 하부플랜지가 형성된 거더프레임의 상부에 거푸집을 일체로 부착하되 상기 거푸집 내에 거더프레임의 상단부가 돌출되게 설치되고 상기 거푸집에 돌출된 거더프레임의 상측면에 형성된 통공부를 수평으로 관통하여 철근이 배치된 다음 철근의 양끝단부는 거푸집에 부착되어 철근이 고정 설치된 거푸집에 콘크리트가 타설되어 구성되는 콘크리트층의 구성으로 압축응력에 강한 상부 콘크리트와 인장응력에 강한 하부플랜지로 이루어지는 복합 교량용 거더를 제공함에 있다.

본 발명은 하부플랜지가 형성되고 상측면에 통공부가 형성되어 있는 거더프레임과, 상기 거더프레임의 상측면에 부착되어 일체로 구성되고 거더프레임의 상단부가 돌출되어 있는 거푸집과, 상기 거푸집 내에 돌출된 거더프레임의 상단부에 복수개의 통공부가 수평으로 일정간격 형성되며, 상기 통공부를 관통하여 연결된 철근의 양끝단이 거푸집에 일체로 고정되고, 상기 거푸집에 콘크리트가 타설된 콘크리트층으로 이루어지는 한편, 상기 거푸집은 거더프레임의 상부 양측면에 "

"형 또는 "

"형 거푸집판이 서로 대응된 위치에 각각 부착되어 상향 개구된 거푸집을 형성하며, 상기 거푸집의 하부 양측단과 거더프레임의 하부플랜지 양측단을 서로 연결하는 형태로 외장재가 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 교량에 적용되는 거더프레임에 거푸집이 일체형으로 구비되면서 거푸집에 배치되는 철근이 거푸집에 고정 설치된 구성으로 콘크리트 타설시 거푸집의 변형을 방지하면서 슬래브와 일체로 연결되어 압축응력에 강한 상부 콘크리트와 인장응력에 강한 하부플랜지로 이루어져서 충분한 강도 및 강성을 갖고, 시공성이 크게 향상되며, 강재 사용량도 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 교량용 거더를 이용한 거더교 설치상태를 나타낸 단면 예시도.
도 2는 본 발명에 의한 교량용 거더에서 거더프레임과 거푸집을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 교량용 거더에서 거더프레임과 거푸집을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 교량용 거더를 이용한 거더교 설치상태를 나타낸 일부 확대 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 교량용 거더에서 외장재가 부착된 상태를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 교량용 거더에 의한 도 3은 압축응력과 인장응력이 발생되는 응력분포를를 나타내는 측면 예시도.
도 7은 본 발명에 의한 교량용 거더에서 또 다른 형태의 거푸집에 배치된 철근에 전단연결재가 구비된 것을 나타낸 단면도,
도 8은 상기 도 7의 구성에 의한 거더교 설치상태를 나타낸 일부 확대 단면도.
도 9는 본 발명에 의한 교량용 거더의 또 다른 구성 실시예를 나타낸 단면도.
도 10은 상기 도 9의 구성에 의한 거더교 설치상태를 나타낸 단면 예시도.
도 11은 본 발명에 의한 교량용 거더에서 거푸집에 배치된 철근에 구비된 전단연결재의 구성을 나타낸 나타낸 단면도
도 12는 상기 도 11에서 전단연결재의 설치상태를 나타낸 측단면도.
도 13은 상기 도 11에서 전단연결재의 설치상태를 나타낸 평면 예시도.
도 14는 도 12는 상기 도 11에서 전단연결재를 나타낸 사시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

일반적으로 거더는 교량에서 차도 또는 인도를 구성하는 바닥판을 지지하는 구조물로서 길이방향을 따라 중력 방향으로 하중을 받는다. 따라서 거더는 중력방향으로의 하중에 대해 충분히 견딜 수 있는 응력을 갖도록 설계되어야 한다.

아울러 차량이 교량을 고속으로 지나는 경우에는 바닥판에 충격하중과 반복되는 충격하중에 의한 진동하중이 발생할 수 있다. 따라서 바람직하게는 거더는 충격하중과 진동하중에 견딜 수 있는 충분한 강도 및 강성을 갖고, 시공성을 높일 수 있도록 설계되어야 한다.

본 발명에 의한 복합 교량용 거더는, 하부플랜지(12)가 형성되고 상측면에 통공부(14)가 형성되어 있는 거더프레임(10)과, 상기 거더프레임(10)의 상측면에 부착되어 일체로 구성되고 거더프레임(10)의 상단부가 돌출되어 있는 거푸집(20)과, 상기 거푸집(20) 내에 돌출된 거더프레임(10)의 상단부에 복수개의 통공부(14)가 수평으로 일정간격 형성되며, 상기 통공부(14)를 관통하여 연결된 철근(30)의 양끝단이 거푸집(20)에 일체로 고정되고, 상기 거푸집(20)에 콘크리트가 타설된 콘크리트층(40)의 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기와 같이 철근(30)의 양 끝단이 거푸집(20)에 일체로 고정된 구조를 가짐으로써, 거더프레임(10)에 거푸집(20)이 일체로 고정된 안정적인 틀을 유지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 거더프레임(10)은 상단부가 거푸집(20) 내로 돌출된 구조로 되어 있으며, 상단부에 복수개의 통공부(14)가 일정간격으로 형성되어 있어 거푸집(20) 내부에서 철근(30)을 통해 거푸집(20)을 효율적으로 고정할 수 있는 구조가 된다.

상기 거더프레임(10)은 수직으로 된 강재 또는 형강부재에 의해 하부플랜지(12)가 일체로 구비되어 있는 "

"형으로 구비되고, 거더프레임(10)의 상측면에 철근이 관통될 수 있는 복수개의 통공부(14)가 수평으로 일정간격 형성되며, 상기 통공부(14)는 거더프레임(10)의 길이방향으로 1단뿐만 아니라 2단 이상으로 형성될 수도 있다.

본 발명의 거푸집(20)은 거더프레임(10)의 상부 양측면에 서로 대향된 위치에 각각 부착되어 콘크리트를 타설할 수 있는 거푸집(20)을 형성하도록 되어 있다.

상기 거푸집(20)은 도 3 및 도 7에서와 같이, 거더프레임(10)의 상부 양측면에 "

"형 또는 "

"형 거푸집판(22)이 서로 대응된 위치에 각각 부착되어 상향 개구된 거푸집(20)을 형성하도록 되어 있으며, 상향 개구된 거푸집(20)을 통해 콘크리트 타설이 용이하게 이루어진다.

그리고 본 발명은 "

"형 또는 "

"형 거푸집판(22)이 부착되어 형성된 거푸집(20)의 하부 양측단과 거더프레임(10)의 하부플랜지(12) 양측단을 서로 연결하는 형태로 외장재(60)가 부착된 구성으로 외장재(60)에 의한 커버 기능으로 거더프레임(10)이 내장되도록 한다.

또, 본 발명은 도 7과 같이 철근(30)에 상향 돌출된 전단연결재(50)를 부착하여 전단연결재(50)에 의해 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있도록 되어 있으며, 이는 거푸집(20)의 콘크리트층에 전단연결재(50)가 소정깊이만큼 묻히도록 타설되면서 전단연결재(50)가 교량의 상판 슬래브(70)와 일체로 연결 지지하도록 되어 있다.

또한, 도 11은 철근(30)에 상향 돌출된 전단연결재(50)를 구비한 또 다른 구성을 나타낸 것으로서, 도 12 내지 도 14에서 보는 바와 같이 수평선상의 중심을 이루는 상부지지부(52)와, 상부 지지부(52)의 양측이 45도 각도로 하향 경사각을 이루도록 절곡된 경사지지부(54)와, 상기 양측 경사지지부(54)의 내측으로 각각 절곡되고 끝단은 거더프레임(10)의 상측면 양측에 부착될 수 있도록 한 하부지지부(56)로 구성되어 있으며, 이러한 전단연결재(50)는 도 13과 같이 철근(30)과 철근(30) 사이에 배치되면서 거더프레임(10)의 고정된 상태를 유지하게 된다.

그리고, 상기 거푸집(20)은 도 9에서와 같이, 거더프레임(10)의 상부 양측면에 "

"형 거푸집판(22)이 서로 대응된 위치에 각각 부착되어 상향 개구된 거푸집을 형성하도록 되어 있고, 상기 "

"형 거푸집(20)의 하부 양측단과 거더프레임(10)의 호형으로 된 하부플랜지(12) 양측단을 서로 연결하는 형태로 호형의 외장재(60)를 부착하여 전체적으로 원형 단면을 이루는 거더를 형성할 수도 있다.

이와 같이 된 본 발명은 일 실시예에 따른 거더를 제작하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 강재 또는 형강부재로 하부플랜지(12)가 형성되고 상측면에 복수개의 통공부(14)가 형성된 거더프레임(10)을 제작한다. 하부플랜지(12)는 수평 또는 호형으로 형성되어 인장응력이 발생하는 응력분포를 가지도록 하며, 거더프레임(10)의 상측면에 형성되는 통공부(14)는 철근(30)이 관통상태로 배치될 수 있는 크기로 형성되되 거더프레임(10)의 길이방향을 따라 수평으로 1단뿐만 아니라 2단 이상으로 통공부(14)가 형성되어 철근이 배치될 수도 있다.

상기 거더프레임(10)의 상측면에 형성된 복수개의 통공부(14)에는 거푸집에 배치될 수 있는 철근(30)을 각각 관통 연결한다. 상기 철근(30)은 거푸집(20)에 배치될 수 있도록 함에 있으며, 이러한 철근(30)의 길이는 거푸집(20)의 내측벽에 철근(30)의 양끝단이 맞닿거나 근접된 상태가 될 수 있도록 하여 용접 부착 등으로 고정연결할 수 있도록 한다.

이어서 거더프레임(10)의 상부 양측면에 거푸집판(22)을 부착하여 거더프레임(10)에 거푸집(20)이 일체가 되게 한다. 이때 거더프레임(10)의 통공부(14)에 관통 연결된 철근(30)은 거푸집(20)내에 설치되어 배열된 상태가 된다.

거더프레임(10)의 상부 양측면에 거푸집판(22)을 부착하여 형성되는 거푸집(20)은 상향 개구된 형태 뿐만 아니라 원형 거더를 형성하기 위한 호형으로 구비될 수 있다.

상기 거푸집(20) 내에 배치되어 있고, 거더프레임(10)의 통공부(14)에 관통 연결된 철근(30)의 양끝단을 거푸집(20)의 양측벽에 용접 등으로 일체로 부착한다. 이와 같이 철근(30)은 거더프레임(10)에 지지됨과 아울러 거푸집(20)에 일체로 부착되어 거푸집(20)의 변형을 방지하면서 내력강도를 높일 수 있게 된다.

상기 거더프레임(10)의 상부에 위치한 거푸집(20)에 배치된 철근(30)이 일체로 고정되면, 거푸집에 콘크리트를 타설하여 콘크리트층(40)을 형성한다. 이러한 콘크리트층(40)은 압축응력이 발생하는 응력분포를 갖게 된다.

그리고 거푸집(20)의 하부 양측단과 거더프레임(10)의 하부플랜지(12) 양측단을 서로 연결하는 외장재(60)가 부착하는 단계를 더 포함하며, 상기 외장재(60)에 의해 거더프레임(10)의 전체적인 미관을 좋게 한다.

이러한 본 발명에 의한 교량용 거더는 압축력에 강한 상부 콘크리트층과 인장력에 강한 하부플랜지의 구성으로 강재의 사용량을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 콘크리트층의 중량으로 진동에 대해서도 강재만으로 이루어진 거더에 비해 진동발생이 적어 사용성에서도 우수하다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

10 : 거더프레임 12 : 하부플랜지
14 : 통공부 20 : 거푸집
22 : 거푸집판 30 : 철근
40 : 콘크리트층 50 : 전단연결재
52 : 상부지지부 54 : 경사지지부
56 : 하부지지부 60 : 외장재
70 : 슬래브

Claims (3)

1. 하부플랜지(12)가 형성되고 상측면에 통공부(14)가 형성되되, 수직으로 된 강재 또는 형강부재에 하부플랜지(12)가 일체로 구비되어 있는 "

   

   "형으로 구비된 거더프레임(10)과,
   상기 거더프레임(10)의 상측면에 부착되어 일체로 구성되고 거더프레임(10)의 상단부가 돌출되어 있는 거푸집(20)과,
   상기 거푸집(20) 내에 돌출된 거더프레임(10)의 상단부에 복수개의 통공부(14)가 수평으로 일정간격 형성되며,
   상기 통공부(14)를 관통하여 연결된 철근(30)의 양끝단이 거푸집(20)에 일체로 고정되고,
   상기 거푸집(20)에 콘크리트가 타설된 콘크리트층(40)으로 이루어지는 한편,
   상기 거푸집(20)은 거더프레임(10)의 상부 양측면에 "

   

   "형 또는 "

   

   "형 거푸집판(22)이 서로 대응된 위치에 각각 부착되어 상향 개구된 거푸집(20)을 형성하며, 상기 거푸집(20)의 하부 양측단과 거더프레임(10)의 하부플랜지(12) 양측단을 서로 연결하는 형태로 외장재(60)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 교량용 거더.
   
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 철근(30)에 상향 돌출된 전단연결재(50)를 부착하여서 된 것을 특징으로 하는 복합 교량용 거더.
   
   

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