KR101717624B1 - 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

이싱콘크리트가 강재빔 하부에 일체로 형성되는 강합성빔에 있어서 강재빔의 하부플랜지를 배제시킴에 있어서도 단면력을 충분히 확보할 수 있어 보다 경제적인 제작이 가능한 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법에 관한 것으로서, 상기 강재빔은 상부플랜지, 복부, 단부저판플레이트, 점연결재, 십자형지지블록, 수직스티프너를 포함하며, 강재빔 하부에는 케이싱콘크리트 일체로 형성되어 하부플랜지가 없는 강재빔을 이용하게 된다.

Description

하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법{STEEL AND CONCRETE COMPOSITE BEAM WITHOUT UNDER FLANGE AND THE CONSTRUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 케이싱콘크리트가 강재빔 하부에 일체로 형성되는 강합성빔에 있어서 강재빔의 하부플랜지를 배제시킴에 있어서도 단면력을 충분히 확보할 수 있어 보다 경제적인 제작이 가능한 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래 “하부플랜지 매립 및 일체 연결구조의 프리캐스트 콘크리트패널 합성빔(MSP 합성빔이라고도 하며, 특허 10-0596072호)”의 구성사시도 및 결합단면도를 도시한 것이다.

즉, 도 1a와 같이 강재빔(10)과 프리캐스트 콘크리트패널(20)을 각각 별도로 제작하고, 도 1b와 같이, 프리캐스트 콘크리트패널(20) 상부면에 형성된 오목부(27)에 강재빔(10)의 하부플랜지(13)가 매립되도록 하고, 2차 콘크리트(26)를 오목부(27)에 타설하여 합성시키고 있으며, 상기 합성성능을 확보하기 위하여 보강연결철근(29), 전단키(31), 단부절곡철근(14)을 형성시키고 있음을 알 수 있다.

이때 상기 프리캐스트 콘크리트패널(20)은 MSP 합성빔의 연장길이 방향으로 동일한 단면으로 연속 형성된 부재로 형성되고 있음을 알 수 있다.

또한, 상기 강재빔(10)은 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지(13)의 I형 단면의 강재빔으로서 역시 MSP 합성빔의 연장길이 방향으로 동일한 단면으로 연속 형성된 부재로 형성되어 오목부(27)에 상기 하부플랜지(13)와 복부(12) 하단이 2차 콘크리트(26)에 의하여 매립시키고 있음을 알 수 있다.

이때, 상기 강재빔(10)의 하부플랜지(13)의 횡방향 폭은 상부플랜지 횡방향 폭 보다 작게 형성시키고 있음을 알 수 있는데 합성빔의 중립축을 기준으로 복부 하부와 하부플랜지는 주로 인장응력이 발생되는 부위로서 압축력이 도입된 케이싱콘크리트(프리캐스트 콘크리트패널(20))이 이러한 인장응력을 주로 부담하도록 설계되기 때문에, 하부플랜지의 단면을 줄여 오목부(27)에 매립시키기 위한 공간을 최소화하고 철근조립을 위한 공간을 확보하기 위한 것이라 할 수 있다.

이때 상기 강재빔(10)의 복부에는 도 1a와 같이 단부절곡철근(14)이 관통되도록 하여 2차 콘크리트(26)와의 합성성능을 충분히 확보하도록 함을 알 수 있다.

이러한 강재빔(10)은 제작 시 상부플랜지, 하부플랜지와 복부를 서로 필렛 용접으로 용접하여 I형 단면으로 제작하게 되는데,

특히 하부플랜지는 강재빔(10)의 자립을 확보할 수 있도록 하면서 구조적으로는 인장응력에 일부 저항하기는 하지만 강재 사용량에 비하여 그 구조적인 역할은 크지 않아 과다설계에 의하여 강재빔 제작의 경제성을 떨어뜨리는 요인으로 지적되었다.

도 1c 및 도 1d는 종래 “강재가 콘크리트의 자중을 부담하는 강합성거더의 제작장치 및 그 제작방법, 특허 10-0541965호(프리콤)”의 제작사시도 및 부분단면도를 도시한 것이다.

즉, 강재빔(10)을 제작대(40)에 매달아 설치하고, 강재빔(10)의 하부플랜지는 제작대(40)에 설치된 강재거푸집(41) 내측에 위치하도록 한 후, 강재거푸집(41)의 내측에 콘크리트를 타설하여 하부플랜지를 감싸도록 케이싱콘크리트가 구비된 프리콤 을 제작하는 방법이라 할 수 있다.

이러한 프리콤의 강재빔(10)도, 도 1d와 같이 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지로 구성된 I형 강재(10)를 이용하고 있음을 알 수 있으며, 콘크리트 타설 과정에서 하부플랜지는 콘크리트와 합성을 위한 전단연결재가 부착되는 부재로 사용됨과 더불어 제작대에 매달려 설치되는 강재거푸집(41) 내부에 콘크리트를 타설하여 케이싱콘크리트를 제작하는 과정에서 콘크리트 자중에 저항하는 역할을 하게 된다.

이때 상기 하부플랜지는 공용 중 발생되는 하부플랜지 응력보다 제작 시 I형 강재 자중, 강재거푸집 자중, 콘크리트 자중에 의해 발생되는 하부플랜지의 응력이 훨씬 크기 때문에 하부플랜지 횡방향폭이 상부플랜지 횡방향 폭보다 작게 형성시키는 하지만 공용중 저항단면 보다 필요 이상의 단면적을 가진 하부플랜지를 사용하여 고가의 강재를 비효율적으로 사용하고 있다는 문제점이 역시 지적되었다.

또한 강재빔(10)을 제작대(40)에 매달아 설치한 후, 콘크리트를 강재거푸집에 타설하다보니 작업하중, 콘크리트 타설하중에 의하여 편심하중이 작용하여 강재빔(10)의 좌굴등 안정적으로 제작하기 어려운 문제점이 있었다.

도 1e는 종래 “프리플렉션 하중 재하시스템”에 대한 것(공개특허 제 10-2006-0103691호)으로서 특히 강합성빔 제작에 있어 프리콤과 같이 강재빔(10)을 제작대(50)에 매달아 설치하지 않고,

지반(S)에 제작대(50)가 지지되도록 설치하여 강재빔(10)에 유압잭(60)을 이용하여 프리플렉션 하중을 도입시킨 후 하부플랜지를 감싸는 콘크리트를 타설하는 RPF 강합성빔 제작단면도를 도시한 것이다.

이러한 제작대(50)는 형태는 유사하지만 강재빔(10)이 지면으로부터 상방으로 매달려 설치될 정도는 아니어서 RPF 강합성빔을 안정적으로 제작할 수 있게 된다.

결국 종래 강재빔의 하부플랜지를 감싸는 케이싱콘크리트를 포함하는 강합성빔(강합성거더)는 케이싱콘크리트를 프리캐스트 콘크리트패널과 같이 프리캐스트 방식으로 형성시키거나, 강재 거푸집을 이용하여 현장타설 콘크리트를 이용하여 제작할 수 있으며,

이에 따라 제작대를 별도로 구비하여 지반(S)에 가깝게 강재빔을 세팅하여 제작(RPF 강합성빔)하거나, 강재빔에 케이싱콘크리트 자중을 지지하도록 하기 위하여 지반으로부터 상방으로 매달리도록 세팅하여 제작하는 방식(프리콤)을 취하고 있음을 알 수 있다.

하지만 제작 작업을 기준으로 보게 되면 작업성 및 품질관리 측면을 고려할 경우 공장 또는 현장의 제작장에서 지반에 강재빔이 지지되도록 한 상태에서 케이싱 콘크리트를 형성시키는 방식이 가장 안정적이고 제작비용도 절감할 수 있게 된다.

하지만 도 1a와 같이 지반에서 프리캐스트 콘크리트패널(20)를 제작한 후, I형 강재빔(10)을 오목부에 세팅한 뒤, 2차 콘크리트(26)를 타설하여 케이싱 콘크리트를 제작하기 때문에 작업성이 매우 떨어지는 측면과 2차 콘크리트(26)와 I형 강재빔(10)의 합성을 위하여 상당한 단부절곡철근(14)를 구비해야 하는 비경제적인 측면, 신구 콘크리트간의 시공이음등 품질확보가 용이하지 않다는 측면이 있었다.

이로서 종래 강재빔의 하부플랜지를 감싸는 케이싱콘크리트를 포함하는 강합성빔은 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지로 구성되는 I형 단면의 강재빔을 그대로 사용하되, 하부플랜지의 횡방향폭을 상부플랜지 보다 약간 줄이는 정도에 불과하였다.

도 1f는 종래 “합성거더 제작방법, 그에 의해 제작된 합성거더, 및 합성 거더가 사용된 건설구조물”에 대한 것(특허 제 10-1512674호)으로서, 특히 지반(S)에 강재빔(10)의 하부플랜지(13)가 각목 등에 의하여 지지되도록 한 상태에서 케이싱콘크리트(16)가 형성된 상태를 도시한 것인데, 특히 강재빔(10)은 3개로 분절되어 덧댐판(30, 스플라이스와 볼트연결)을 이용하여 서로 상부플랜지, 복부가 연결되도록 하고 있음을 알 수 있다.

하부플랜지(13)는 달리 연결여부가 도시되어 있지 않지만 구조적 연결성능을 확보하기 위해서는 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지 모두를 덧댐판을 이용하여 강결시켜야 한다.

이러한 하부플랜지 강결에 있어 덧댐판을 이용하지 않고 서로를 용접시키는 경우에 는, 필렛 용접이 아닌 맞대기 용접을 하여 구조적인 강결성능을 확보할 수 있도록 하게 된다.

하지만 이러한 맞대기 용접은 용접량이 많아질 수밖에 없어 작업성이 매우 떨어져 균일한 품질관리가 용이하지 않으며, 앞서 살펴본 바와 같이 강합성빔은 통상 하부플랜지 횡방향 폭이 크지 않기 때문에 과다한 용접량 때문에 용접열에 의한 변형에 취약하여 종방향 선형에 있어 직선도를 확보할 수 없는 등의 제작상의 한계가 있을 수밖에 없었다.

이에 본 발명은 강재빔의 하부를 감싸도록 케이싱콘크리트를 형성시키는 강합성빔에 있어서, 구조적인 작용과 기능이 크지 않은 하부플랜지를 배제한 강재빔을 이용하면서도 단면력을 충분히 확보할 수 있어 제작이 간단하고 고가의 강재를 절감할 수 있어 경제적이며, 케이싱콘크리트와의 합성성능을 충분히 확보할 수 있는 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

또한 본 발명은 분절된 강재빔과 케이싱콘크리트를 이용한 강합성빔에 있어서, 분절된 강재빔 서로를 필렛 용접만으로도 강재빔의 강결성능을 확보할 수 있도록 함으로서 용접작업의 균일한 품질관리가 가능하면서도 용접작업을 최소화시킬 수 있는 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

또한 본 발명은 강재빔을 바닥판에 안정적으로 세팅시킨 상태에서, 종방향으로의 캠버를 조절해가면서 케이싱콘크리트를 형성시킬 수 있어 제작품질관리에 보다 유리하여 경제적인 제작이 가능한 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

이를 위하여 본 발명에 의한 하부플랜지가 배제된 강합성빔은

상부플랜지 저면에 양 단부의 단면높이가 양 단부 사이의 단면높이보다 커지도록 형성된 복부; 상기 복부의 양 단부 저면이 삽입되는 십자형지지블록이 상면에 일체로 형성된 단부저판플레이트;와 상기 복부의 중앙부 저면에 인접한 부위에 복부 양 측방으로 돌출되며 종방향으로 다수가 서로 이격되어 설치된 점연결재;를 포함하는 강재빔; 및 상기 점연결재가 매립되어 합성되도록 강재빔 하부를 감싸도록 형성되며 프리스트레스가 도입되도록 형성된 케이싱콘크리트;를 포함하며
상기 강재빔은 분절된 강재빔을 서로 종방향으로 연결시킨 것으로서, 상기 종방향 연결은 연결저판을 양 복부 저면을 경유하도록 설치되도록 하고, 상기 연결저판과 복부 하부는 필렛 용접으로만 서로를 용접시켜 복부를 서로 연결시켜 강결 시키는 하부플랜지가 배제된 강합성빔을 제공하도록 구성된다.

나아가 본 발명에 의한 하부플랜지가 배제된 강합성빔 시공방법은

(a) 공장에서 미리 상부플랜지 저면에 양 단부의 단면높이가 양 단부 사이의 단면높이보다 커지도록 형성된 복부; 및 상기 복부의 중앙부 저면에 인접한 부위에 복부 양 측방으로 돌출되며 종방향으로 다수가 서로 이격되어 설치된 점연결재;를 포함하는 강재빔을 제작한 후, 상기 강재빔을 현장에 반입하는 단계;

(b) 현장의 바닥판(B) 상면에 분절된 강재빔의 양 단부 복부를 바닥판 상면에 설치된 단부저판플레이트 상면의 십자형지지블록에 삽입하여 자립시키는 단계; 및

(c) 상기 점연결재가 매립되어 합성되도록 강재빔 하부를 감싸도록 프리스트레스가 도입되도록 케이싱콘크리트;를 형성시키는 단계;를 포함하게 된다.

본 발명에 의한 강합성빔에 사용되는 강재빔은 중립축을 기준으로 중립축 하부의 강재빔에 있어 하부플랜지를 배제시키게 된다. 이에 강합성빔 제작을 위한 강재빔 제작에 있어 하부플랜지 단면이 배제되는 만큼 강재빔 제작에 소요되는 강재량을 절감시킬 수 있으면서도 구조적 성능은 충분히 확보할 수 있는 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.

또한 본 발명에 의한 강합성빔에 사용되는 강재빔은 종방향 연장길이에 따라 분절하여 서로 종방향으로 강결시킴에 있어서 연결부위에만 연결저판을 일부 형성시켜 하부플랜지의 맞대기 용접이 아닌 필렛 용접만으로 연결부위의 강재빔을 서로 강결시킬 수 있어 용접량을 최소화 시킬 수 있으므로 균일한 용접품질 관리가 가능하며 용접열에 의한 변형등을 방지할 수 있는 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 의한 강합성빔에 있어 케이싱콘크리트와의 합성은 강재빔의 복부에 종방향으로 서로 이격된 다수의 점연결재, 단부저판플레이트를 이용하여 케이싱콘크리트와 강재빔의 합성성능도 충분히 확보할 수 있는 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법 제공이 가능하게 되며 강재빔이 케이싱콘크리트로부터 뽑히려고 하는 인발저항 성능도 충분히 확보할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 강합성빔에 사용되는 강재빔은 하부플랜지가 배제되어 있으므로 중립축이 강재빔 상부로 이동하기 때문에 케이싱콘크리트에 매립되어 배치되는 긴장재에 의한 프리스트레스의 편심효과가 커져 보다 효과적인 중립축 하부의 압축응력 도입 효과에 의하여 재료적 절감에도 구조적 성능을 충분히 확보할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 강합성빔에 사용되는 강재빔의 단부는 복부와 하부플랜지 사이에 십자형 연결판과 십자형 연결판이 설치된 단부저판플레이트를 바닥판에 지지되도록 한 상태에서 안정적인 강재빔의 자립이 가능하도록 한 상태에서 케이싱콘크리트타설이 이루어지기 때문에 콘크리트 타설작업의 효율성을 크게 증진시킬 수 있게 되며, 별도의 전도방지장치가 필요하지 않아 안정적인 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.

도 1a 및 도 1b는 종래 강합성빔의 구성사시도 및 결합단면도를 도시한 것이다.
도 1c 및 도 1d는 종래 강합성빔 제작용 제작대사시도 및 부분단면도,
도 1e는 종래 프리플렉션 하중 재하시스템에 있어 콘크리트를 타설하는 제작대 설치단면도,
도 1f는 종래 강합성빔에 사용되는 강재빔의 연결구성 및 케이싱콘크리트를 구비한 강합성빔의 사시도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A)의 구성사시도,
도 3은 본 발명의 하부플랜지가 배제된 강재빔의 연결구성도,
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 발명의 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A) 시공방법 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

[ 본 발명의 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A) ]

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A)의 구성사시도를 도시한 것이다.

상기 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A)은 상부플랜지(110), 복부(120), 단부저판플레이트(130), 점연결재(140), 십자형지지블록(150), 수직스티프너(160) 및 연결저판(170)을 포함하는 강재빔(100)과 케이싱콘크리트(200)를 포함하여 구성된다.

이러한 강재빔(100)은 종래 도 1a 내지 도 1f에서 살펴본 강재빔의 하부플랜지를 배제하고,

복부 양 단부의 단면높이가 양 단부 이외의 단면높이 보다 크게 형성되도록 하되, 상기 복부 양 단부 저면에 사각판재 형태의 단부저판플레이트(130)를 형성시키되,

상기 복부(120)에는 길이방향으로 서로 이격된 점연결재(140)가 형성되도록 하여 케이싱콘크리트(200)와의 합성성능을 확보할 수 있도록 하게 되며, 종방향으로 일정한 길이를 가진 것이다.

이에 상기 상부플랜지(110)는 도 2a 및 도 2b와 같이 강판으로서 종방향(길이방향)으로 연장되어 일정한 횡방향 폭을 가지도록 형성시킨 수평판 형태로 형성시키고 있음을 알 수 있다. 상면에는 슬래브와의 합성을 위한 바형태의 전단연결재를 더 형성시키고 있음을 알 수 있다.

이때 상기 상부플랜지(110)의 횡방향 폭은 중앙부로부터 양 단부로 갈수록 횡방향 폭이 작아지는 변단면 형태로 형성되도록 하여 역시 강재빔 제작에 있어 강재량 감소가 가능하도록 하게 된다.

상기 복부(120)는 강판으로서 상부플랜지 저면 중앙에 역시 종방향(길이방향)으로 연장되어 단면높이를 가진 수직판 형태로 형성시키고 있음을 알 수 있다.

이때 상기 복부의 양 단부는 단면높이(h1)가 양 단부 사이의 단면높이(h2)보다 더 크게 형성됨을 알 수 있는데 이러한 복부 단면높이는 결국 양 단부 단면높이(h1)를 기준으로 복부의 단면높이가 양 단부 사이에 작아져 사용 강재량을 절감시키는 역할을 하게 된다.

이로서 상기 상부플랜지(110)와 복부(120)는 그 결합단면이 T형 단면으로 형성되도록 하되, 상기 복부(120)의 양 단부 저면은 후술되는 단부저판플레이트(130)의 상면에 일체화된 십자형지지블록(150)에 삽입 및 지지되어 일체화되도록 하게 된다.

상기 단부저판플레이트(130)는 사각강판으로서 복부(120)의 양 단부 저면에 십자형지지블록(150)을 통해 일체화시키게 된다.

이러한 단부저판플레이트(130)는 강재빔(100)의 자립이 가능하도록 하여 전도방지에 유리한 지지판 역할을 하게 되며 후술되는 케이싱콘크리트의 횡방향폭에 해당하는 횡방향폭을 가지게 되고,

사각판 형태로 형성시키되 상면에는 십자형지지블록(150)이 일체화되어 있고 십자형지지블록 주위 상면에는 스터드와 같은 전단연결재를 다수 형성시켜 케이싱콘크리트(200)의 합성이 용이하도록 하게 된다.

또한 상기 단부저판플레이트(130)는 강합성빔의 소울플레이트로서도 기능하게 되어 케이싱콘크리트 저면에 노출되도록 하게 된다.

상기 점연결재(140)는 복부(120)의 양 측방으로 다수가 이격되어 형성되어 있는데 이러한 점연결재(140)는 케이싱콘크리트(200)의 합성을 위한 스터드와 같은 전단연결재의 기능을 확보하기 위한 것이라 할 수 있다.

또한 상기 점연결재(140)는 일정한 간격으로 강재빔의 길이방향으로 다수가 형성되어 있으므로 직선상의 리브 부재 역할을 하기 때문에 종래 하부플랜지를 복부에 형성시키는 효과를 가질 수 있어 복부를 보강하는 역할을 하면서 강재빔의 하부플랜지를 배제함으로서 발생되는 보강부재 기능을 가지게 된다.

이러한 점연결재(140)는 일직선상에 위치하도록 형성시킬 수 있으며, 복부를 기준으로 점연결재는 상, 하 지그재그, 상하 일렬 상태등으로 형성시켜도 상관은 없다.

또한 상기 점연결재(140)는 양 단부 사이의 중앙부 복부 저면에 인접한 높이를 가지도록 하여 종방향으로 연장 설치되도록 함을 알 수 있다.

상기 십자형지지블록(150)은 앞서 살펴본 복부(120)의 양 단부 하단이 끼워져 설치되도록 하여 강재빔(100)이 단부저판플레이트(130)에 의하여 자립이 용이하도록 세팅시킬 수 있으면서도 강재빔(100)과 단부저판플레이트(130)를 일체화시키기 위한 것으로서 복부(120)의 양 단부가 삽입될 수 있을 정도의 이격거리를 가지는 수직블록을 십자형으로 배치시키고

상기 이격거리에 의한 공간에 강재빔(100)의 복부(120)를 하방으로 삽입시킬 수 있도록 하게 된다.

십자형으로 형성시켜 단부저판플레이트(130)를 횡방향으로 보강하는 역할도 하기 때문에 단부저판플레이트(130)의 두께를 최소화 시킬 수 있게 되며 수직스티프너(160)를 복부가 삽입되지 않는 횡방향 이격공간 사이에 삽입하여 강재빔의 단부 저면을 교량받침에 지지되도록 하는 과정에서 수직스티프너(160) 설치 공간도 확보할 수 있도록 하게 된다.

상기 수직스티프너(160)는 복부 양 단부에 있어 단부저판플레이트(130) 상면에 형성된 십자형지지블록(150)의 하단이 삽입되어 상부플랜지(110) 저면 사이에 복부와 일체화되도록 형성시킨 보강부재로서 강합성빔(A)의 양 단부 저면이 교량받침에 의하여 지지되도록 거치됨에 있어서 지점부 보강역할을 하게 된다.

또한 상기 수직스티프터(160)의 상면은 상부플랜지 저면과 서로 접하도록 하고 측면은 복부와 서로 접하여 일체화되도록 형성시키고 있음을 알 수 있다.

이때 상기 상부플랜지(110), 복부(120), 단부저판플레이트(130), 점연결재(140), 십자형지지블록(150), 수직스티프너(160)를 포함하여 제작되는 강재빔(100)은 연장길이에 따라 다수개를 서로 종방향으로 분절하여 현장에서 강결시키는 방식으로 거치하는 것이 일반적이지만, 연장길이에 따라서는 분절하지 않고 제작할 수도 있다.

상기 연결저판(170)은 분절된 강재빔의 연결부위에 있어 양 복부(120) 저면을 경유하도록 설치되도록 하고, 상기 연결저판(170)과 복부(120) 하부는 상기 연결부위에 있어 필렛 용접으로만 서로를 간단하게 용접시켜 복부를 서로 연결시키는 방식으로 서로 강결시킬 수 있도록 한 것이다.

상기 케이싱콘크리트(200)는 직육면체 형태의 콘크리트 블록으로서 앞서 살펴본 점연결재(140)가 내부에 매립되도록 복부(120) 하부에 일체로 형성된 것으로서 공장에서 미리 강재거푸집을 이용하여 형성시키게 된다.

이러한 케이싱콘크리트(200)는 케이싱철근(210), 쉬스(220)를 미리 강재빔(100)의 복부(120) 하부에 설치하고, 미도시된 강재거푸집을 복부 하부를 감싸도록 설치한 후, 상기 강재거푸집 내부에 케이싱철근(210), 쉬스(220)가 매립되도록 타설한 후, 타설된 콘크리트가 양생되면 강재거푸집을 탈형시켜 최종 강재빔(100)의 하부에 케이싱콘크리트(200)가 일체화되도록 하게 된다.

이때 케이싱콘크리트(200) 양 단부 저면은 단부저판플레이트(130)가 노출되도록 형성된다.

이때 복부에 형성된 점연결재(140), 단부저판플레이트(130)의 상면에 형성된 전단연결재에 의하여 강재빔(100)과 케이싱콘크리트(200)의 합성성능을 충분히 확보할 수 있게 되며, 강재빔에 작용하는 하중에 의하여 강재빔이 케이싱콘크리트로부터 인발되려 할때 상기 단부저판플레이트는 효과적인 인발저항 수단으로 작용하게 되어 일체성 확보에 매우 중요한 역할을 하게 된다.

이로서 본 발명의 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A) 제작이 완료되고 있음을 알 수 있다.

나아가 상기 쉬스(220)에 미도시된 긴장재를 삽입하고 긴장재의 양 단부를 긴장 후, 케이싱콘크리트 양 단부면에 정착구를 이용하여 정착시켜 케이싱콘크리트(200)에 프리스트레스가 도입되도록 하게 된다.

[ 본 발명의 하부플랜지가 배제된 강재빔(100)의 종방향 연결 ]

도 3은 본 발명의 하부플랜지가 배제된 강재빔(100)의 종방향 연결도를 도시한 것이다.

이에 상기 강재빔(100)은 도 3에 의하면 분절 되어 있고, 이러한 분절된 강재빔(100a,100b)은 서로 연결시키되 구조적 성능을 확보하기 위해 종방향으로 서로 강결시켜야 한다.

이러한 강결 방법은 용접 또는 덧댐판을 이용하는 것이 통상적인데, 본 발명의 강재빔에 있어 복부 하부를 연결저판(170)을 이용하여 서로 필렛 용접으로만 간단하게 서로를 강결시키게 된다.

즉, 연결저판(170)은 분절된 강재빔(100a,100b)의 연결부위에 있어 양 복부(120) 저면을 경유하도록 설치되도록 하고, 상기 연결저판(170)과 복부(120) 하부는 상기 연결부위에 있어 필렛 용접으로만 서로를 간단하게 용접시켜 복부를 서로 연결시키는 방식으로 서로 강결시킬 수 있게 된다.

이에 연결저판(170)에 의한 연결부위 보강 및 연결저판(170)이 복부 저면에 위치하도록 하여 종래와 같이 하부플랜지를 서로 맞대기 용접하지 않아도 되는 장점이 있게 된다.

이러한 연결저판(170)은 복부의 연결부위를 경유하여 연결부위에 개략 중간에 위치하는 수평강판을 이용하여 현장에서 필렛 용접으로 연결부위에 있어 복부 저면에 형성시키면 된다.

[ 본 발명의 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A) 시공 방법]

도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 발명의 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A) 시공방법의 순서도를 도시한 것이다.

상기 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A)은 공장에서 분절된 강재빔(100)을 제작하고, 현장에 반입하여, 현장에서 분절된 강재빔을 서로 종방향으로 강결시킨 후, 강재빔(100) 하부를 감싸는 케이싱콘크리트(200)를 형성시키는 방식으로 제작하고,

제작된 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A)을 교량하부구조물에 거치하는 방식으로 시공하게 된다.

이에 먼저 공장에서 상부플랜지(110), 복부(120), 점연결재(140) 및 연결저판(170)으로 제작되는 강재빔(100)을 예컨대 3분절하여 각각을 제작하게 된다. 이와는 별도로 단부저판플레이트(130), 십자형지지블록(150), 수직스티프너(160)는 별도로 구비하게 된다.

이러한 연결저판(170)은 연결되는 강재빔의 일측에만 형성시켜 현장 작업의 효율성을 높일 수 있도록 함이 바람직하다.

이에 상기 분절된 강재빔(100)과 단부저판플레이트(130), 십자형지지블록(150), 수직스티프너(160)는 차량 등으로 운반하여 현장에 반입시키게 된다.

이에 도 4a와 같이, 현장에서는 상부플랜지(110), 복부(120), 점연결재(140)로 제작되어 분절된 강재빔(100)을 서로 종방향으로 강결시키게 되는데 이는 앞서 살펴본 바와 같이 연결저판(170)을 이용하여 간단하게 필렛용접만으로 강결이 가능하도록 하게 된다.

이에 일정한 길이로 연장된 강재빔(100)을 현장 지반(G)에 형성된 바닥판(B)에 세팅시켜 놓게 된다.

상기 바닥판(B)은 평탄성을 확보하기 위하여 현장의 바닥판에 각목 상면에 베이스플레이트를 설치한 것을 이용하면 되고,

먼저 십자형지지블록(150)이 상면에 일체로 형성된 단부저판플레이트(130)을 바닥판(B) 단부 상면에 설치하고,

상부플랜지(110), 점연결재(140)가 형성된 복부(120)로 구성된 강재빔(100)의 상기 양 단부 복부를 상기 십자형지지블록(150)에 하방으로 삽입시키는 방식으로 강재빔(100)을 바닥판(B)에 세팅시켜 놓으면 된다.

이에 상기 강재빔(100)은 바형 전단연결재가 상면에 형성된 상부플랜지(110), 수직판 형태의 복부(120)로 구성된 T형 단면으로 형성되고 있으며,

상기 복부(120)는 양 단부 단면높이(h1)가 양 단부 사이의 단면높이(h2)보다 커진 상태로 형성되어 있으며,

상기 복부 개략 중간 정도의 단면높이를 기준으로 점연결재(140)가 종방향으로 직선상으로 배치되고 있음을 알 수 있다.

또한 상기 상부플랜지(110)는 양 단부의 횡방향 폭이 양 단부 사이(중앙부)의 횡방향 폭보다 작게 형성되도록 하여 역시 중앙부에 작용하는 휨 모멘트에 효과적으로 대응하고 상대적으로 작은 휨 모멘트가 작용하는 단부에 있어 강재량 절감이 가능하도록 하게 된다.

또한 복부 양 단부는 십자형지지블록(150)에 하방으로 끼워져 간단하게 강재빔 세팅이 가능하도록 하고 있음을 알 수 있으며

복부 하단이 삽입되지 않은 십자형지지블록(150)에는 수직스티프너(160)가 삽입되어 있음을 알 수 있다.

이때 십자형지지블록(150)과 복부 하단은 용접 또는 볼트 등으로 서로 일체화시키면 되고, 상기 수직스티프너(160)는 복부에 일체로 형성되도록 한 상태에서 복부 하단과 함께 십자형지지블록(150)에 삽입될 수 있도록 하면 된다.

또한 십자형지지블록(150)은 단부저판플레이트(130) 상면 중앙에 형성되어 있어 그 주위 상면에는 다수의 전단연결재가 형성되어 있어 케이싱콘크리트(200)와의 합성성능이 증진될 수 있도록 하고 있음을 알 수 있다.

이로서 지반으로부터 상방으로 이격된 상태에서 안정적인 강재빔의 자립이 가능하도록 한 상태에서 케이싱콘크리트 타설이 이루어지기 때문에 콘크리트 타설작업의 효율성을 크게 증진시킬 수 있게 되며, 별도의 전도방지장치가 필요하지 않아 안정적인 하부플랜지가 배제된 강합성빔과 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.

다음으로는 도 4b와 같이 세팅된 강재빔(100)에 캠버조절장치(300)를 설치하게 되며 도 4b에는 2개가 설치되어 있으나 필요에 따라 설치개수는 조정이 가능하다. 강합성빔에 있어 종방향 설계캠버(CAMBER)와 시공캠버(CAMBER)에는 오차가 발생하게 된다.

구조적 계산에 의한 강재빔의 처짐량과 2차응력(케이싱콘크리트의 크리프, 건조수축에 의한 것)에 의한 실제 캠버에는 차이가 발생할 수밖에 없어 정밀한 캠버적용을 할 수 없다.

예컨대, 강합성빔(MSP 강합성빔)의 경우 프리캐스트 콘크리트패널을 제작할 때 설계캠버를 적용하여 강재빔을 제작하고 공장에서 캠버가 반영되어 제작된 I강재빔을 프리캐스트 콘크리트패널의 오목부에 삽입하여 시공되어지는데 제작캠버의 오차가 프리캐스트 콘크리트패널과 강재빔에서 2번 발생할 수밖에 없어 정밀한 캠버적용 및 관리에 어려움이 따랐다.

나아가, 프리콤의 경우 강재빔에 캠버를 반영하여 케이싱콘크리트와 일체로 시공되어지므로 캠버 적용성은 양호하나 이 공법 역시 제작캠버 오차를 보정할 수 없어 정밀한 캠버적용에 어려움이 있다.

이에 제작캠버 오차가 보정되지 않은 강합성빔을 거치하여 슬래브콘크리트를 타설 할 경우 단경간은 문제되지 않으나 연속경간(다경간)의 경우 경간 중앙부의 솟음으로 인하여 중앙부와 교각부의 단차가 발생하게 되고 이 현상을 대처하기 위하여 슬래브의 포장을 추가로 포설하여야하는 문제점이 발생하게 되며 이는 고정하중(사하중)의 증가와 주행성 불량, 시각적 불량으로 이어지게 되어 유지관리에 영향을 주게 된다.

이에 본 발명에서는 도 4b와 같이, 가능한 2개소 이상의 캠버조절장치(300)를 강재빔(100) 세팅 후 설치하여 강재빔의 미세한 종방향 캠버조절이 가능하도록 하여 제작 캠버오차에 따른 강합성빔의 중앙부와 교각부의 단차발생으로 인한 문제점인 사하중 증가와 주행성 불량, 시각적 불량에 대한 문제점을 해소하여 구조안정성, 시공품질을 개선하도록 한 것이다.

나아가 본 발명에 의한 캠버조절장치는 전도방지의 역할 뿐만 아니라 강재빔의 수직도 조절, 종방향 직선 선형 및 조절이 가능한 다기능 장치라 할 수 있다.

다음으로는 도 4c와 같이, 점연결재(140) 사이사이로 케이싱철근(210)이 복부(120)를 관통하여 “ㅁ” 단면의 띠철근으로 배근되도록 함과 더불어 케이싱철근(210) 내부로 종방향으로 연장된 쉬스(220)가 배치되도록 하게 된다.

이에 도 4d와 같이 미도시된 강재거푸집을 설치한 후, 상기 점연결재(140), 케이싱철근(210), 쉬스(220)가 매립되도록 콘크리트를 타설하여 케이싱콘크리트(200)를 형성시키게 된다.

이에 상기 케이싱콘크리트(200)는 강재빔의 하부를 감싸는 직육면체 형태로 형성되고 있음을 알 수 있다.

이로서 상부플랜지(110), 복부(120), 단부저판플레이트(130), 점연결재(140), 십자형지지블록(150), 수직스티프너(160)를 포함하는 강재빔(100)의 하부를 감싸는 케이싱콘크리트(200)가 일체로 합성된 본 발명의 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A)에,

상기 쉬스(220)에 미도시된 긴장재를 삽입하고 긴장재의 양 단부를 긴장 후, 케이싱콘크리트 양 단부면에 정착구를 이용하여 정착시켜 케이싱콘크리트(200)에 프리스트레스가 도입되도록 하게 된다.

이때 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A)의 중립축은 하부플랜지가 배제되어 있어 하부플랜지가 형성된 경우와 대비하여 상방으로 중립축이 이동되어 있어 긴장재에 의한 프리스트레스 도입효과(편심효과)가 커지기 때문에 긴장재 도입에 의한 프리스트레스 도입효과를 증진시킬 수 있게 된다.

이에 다수의 하부플랜지가 배제된 강합성빔(A)를 교량하부구조물에 거치한 후, 슬래브를 시공하여 교량을 완성시키게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 강재빔
100a, 100b, 100c: 분절된 강재빔
110: 상부플랜지 120: 복부
130: 단부저판플레이트 140: 점연결재
150; 십자형지지블록 160; 수직스티프너
170; 연결저판 200: 케이싱콘크리트
210: 케이싱철근 220: 쉬스

Claims (10)

1. 상부플랜지(110) 저면에 양 단부의 단면높이가 양 단부 사이의 단면높이보다 커지도록 형성된 복부(120); 상기 복부(120)의 양 단부 저면이 삽입되는 십자형지지블록(150)이 상면에 일체로 형성된 단부저판플레이트(130);와 상기 복부의 중앙부 저면에 인접한 부위에 복부 양 측방으로 돌출되며 종방향으로 다수가 서로 이격되어 설치된 점연결재(140);를 포함하는 강재빔(100); 및
   상기 점연결재가 매립되어 합성되도록 강재빔 하부를 감싸도록 형성되며 프리스트레스가 도입되도록 형성된 케이싱콘크리트(200);를 포함하며,
   상기 강재빔(100)은 분절된 강재빔(100a,100b,100c)을 서로 종방향으로 연결시킨 것으로서, 상기 종방향 연결은 연결저판(170)을 양 복부(120) 저면을 경유하도록 설치되도록 하고, 상기 연결저판(170)과 복부(120) 하부는 필렛 용접으로만 서로를 용접시켜 복부를 서로 연결시켜 강결 시키는 하부플랜지가 배제된 강합성빔.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 상부플랜지(110)와 복부(120)는 T형 단면으로 필렛 용접으로 제작되며, 상부플랜지 상면에는 슬래브와의 합성을 위한 바형태의 전단연결재가 더 형성되도록 하는 하부플랜지가 배제된 강합성빔.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 단부저판플레이트(130)는 수평판 플레이트로 형성되며, 케이싱콘크리트의 횡방향폭에 해당하는 횡방향폭을 가진 사각판 형태로서 십자형지지블록(150)이 일체화되어 있고 십자형지지블록 주위 상면에는 전단연결재를 다수 형성시켜 케이싱콘크리트(200)의 합성이 용이하도록 하고, 케이싱콘크리트 저면에 노출되도록 형성되는 하부플랜지가 배제된 강합성빔.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 십자형지지블록(150)은 복부가 삽입될 수 있을 정도의 이격거리를 가지는 수직블록을 십자형으로 배치시키고, 상기 이격거리에 의한 공간에 강재빔(100)의 복부(120)를 하방으로 삽입시킬 수 있도록 하며, 복부가 삽입되지 않는 횡방향 이격공간 사이에 수직스티프너(160)가 삽입되어 상기 수직스티프터(160)의 상면은 상부플랜지 저면과 서로 접하도록 하고 측면은 복부와 서로 접하여 일체화되도록 하는 하부플랜지가 배제된 강합성빔.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 케이싱콘크리트(200)는 긴장재의 긴장 후 정착에 의하여 프리스트레스가 도입되도록 하는 하부플랜지가 배제된 강합성빔.
6. 삭제
7. (a) 공장에서 미리 상부플랜지(110) 저면에 양 단부의 단면높이가 양 단부 사이의 단면높이보다 커지도록 형성된 복부(120); 및 상기 복부의 중앙부 저면에 인접한 부위에 복부 양 측방으로 돌출되며 종방향으로 다수가 서로 이격되어 설치된 점연결재(140);를 포함하는 강재빔(100)을 제작한 후, 상기 강재빔(100)을 현장에 반입하는 단계;
   (b) 현장의 바닥판(B) 상면에 분절된 강재빔(100)의 양 단부 복부를 바닥판 상면에 설치된 단부저판플레이트(130) 상면의 십자형지지블록(150)에 삽입하여 자립시키는 단계; 및
   (c) 상기 점연결재가 매립되어 합성되도록 강재빔 하부를 감싸도록 프리스트레스가 도입되도록 케이싱콘크리트(200);를 형성시키는 단계;를 포함하는 하부플랜지가 배제된 강합성빔 시공방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 (a) 단계의 강재빔(100)은 공장에서 다수 분절하여 제작한 후, 상기 분절된 강재빔(100)을 현장에 반입하고,
   상기 (b) 단계에서 분절된 강재빔(100)을 서로 종방향으로 강결시킨 후, 강결된 강재빔(100)의 양 단부 복부를 바닥판 상면에 설치된 단부저판플레이트(130) 상면의 십자형지지블록(150)에 삽입하여 자립시키되,
   상기 강재빔(100)의 종방향 연결은 연결저판(170)을 양 복부(120) 저면을 경유하도록 설치되도록 하고, 상기 연결저판(170)과 복부(120) 하부는 필렛 용접으로만 서로를 용접시켜 복부를 서로 연결시켜 강결 시키는 하부플랜지가 배제된 강합성빔 시공방법.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 (c) 단계의 케이싱콘크리트(200)는 긴장재의 긴장 후 정착에 의하여 프리스트레스가 도입되도록 하는 하부플랜지가 배제된 강합성빔 시공방법.
10. 제 7항에 있어서,
    상기 (c)단계 이후에,
    케이싱콘크리트(200)가 형성된 강재빔(100)을 교량하부구조물에 거치한 후, 슬래브를 상부에 형성시켜 교량을 시공하는 하부플랜지가 배제된 강합성빔 시공방법.
    
    

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