KR101743509B1 - 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 및 그 시공방법 - Google Patents

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Abstract

합성형 거더를 하부벽체 상면에 일시적 힌지구조로 거치시키고, 우각부 콘크리트를 통해 하부벽체와 거더를 강결시키는 라멘교 시공방법에 관한 것으로서, 상기 라멘교는 강재빔이 양 단부에 노출되도록 하부 케이싱콘크리트가 강재빔의 하부에 형성되며, 강재빔의 양 단부에 형성된 단부저판플레이트는 장공이 형성된 단부저판플레이트로 형성되도록 제작된 거더; 하부벽체 내부로부터 상면으로 인출되어 상기 장공을 관통하도록 형성된 하부벽체 주철근; 상기 하부벽체 주철근에 하단부가 연결되어 사방향으로 배치되며 강재빔의 상부플랜지 상면에 형성된 다수의 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치에 걸쳐지도록 고정되어 하부벽체로부터 거더를 감싸도록 배근된 우각부 수직방향 및 사방향철근을 포함한다.

Description

내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 및 그 시공방법{RAHMEN BRIDGE WITH TEMPORARY HINGE STRUCTURE REINFORCED SEISMIC CAPABILITY AND THE CON STRUCTION METHOD THEREFOR}
본 발명은 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 및 그 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 합성형 거더를 하부벽체 상면에 일시적 힌지구조로 거치시키고, 우각부 콘크리트를 통해 하부벽체와 거더를 영구적으로 강결시키는 라멘교 시공방법에 관한 것이다.
종래 강합성 라멘교는 구조적 특징에 따라 크게 슬래브와 우각부가 합성되기 전단계에서부터 강결되어 라멘거동을 하는 강결 구조의 합성형 라멘교와
슬래브와 우각부가 합성된 후 강결 되어 라멘거동을 하는 일시적 힌지구조계의 합성형 라멘교가 있다.
도 1a는 상기 종래 우각부가 합성되기 전단계에서부터 강결되어 라멘거동을 하는 강결 구조의 합성형 라멘교의 예시도를 도시한 것이다.
즉, 지반에 기초(25)를 시공하고, 기초(25) 상면에는 하부벽체(22)가 시공되며 상기 하부벽체(22) 상면에는 ㄱ형 철골구조(44)가 설치되어 있음을 알 수 있다.
이에 ㄱ형 철골구조(44) 사이에 합성거더(70)가 서로 강결(31)되어 우각부가 합성되기 전단계에서부터 강결되어 라멘거동하도록 한 것이다.
이러한 라멘교는 합성거더와 하부벽체간의 강결 성능이 우수하여 지진과 같은 극단하중 재하 시 종래의 일시적 힌지 구조계를 갖는 라멘교의 경우보다 구조안정성을 확보할 수 있으며 우각부에서 발생되는 응력을 하부구조로 원활히 전달할 수 있으므로 하부벽체, 합성거더, 상부바닥판간에 강결 성능이 우수한 형식이다.
그러나 합성 전 강결구조의 라멘교 형식이어도 우수한 강결 성능을 확보하기 위해서는 ㄱ형 철골구조(40)가 하부벽체(22)에 매설되는 심도가 충분히 확보되어야 하며,
상기 매설 심도가 충분하지 않을 경우 전술한 성능을 충분히 발휘하지 못하는 단점과 자중이 큰 ㄱ형 철골구조(40)를 하부벽체(22)에 매설하는 시공과정이 복잡하고 세심한 작업성과 위험한 시공과정을 거치므로 시공성이 매우 불리하게 된다.
또한 합성 전 단계에서부터 강결 구조이기 때문에 교량의 전체하중 조건 중 60% 이상을 차지하는 합성거더 자중과 슬래브 자중에 대한 발생 부모멘트를 하부벽체와 기초가 부담해야 하기 때문에,
하부벽체 및 기초 단면이 매우 과다해지는 직접적인 원인을 제공하고 이는 비경제적인 단면설계로 이어지게 된다.
이러한 사항은 합성 전 강결 구조의 단점으로 지적되어 왔으며, 더욱이 직접기초가 아닌 파일(말뚝)기초의 라멘교인 경우 고가의 파일(말뚝)을 추가로 배치하여야 하기 때문에 내진성능 및 구조안정성은 우수하더라도 경제성에서 매우 불리한 단점이 있게 된다.
또한 시공성의 관점에서 ㄱ형 철골구조(40)과 합성거더(70)가 고소작업으로 이루어지기 때문에 작업성이 저하되어지고 고소작업으로 인한 안전사고의 위험성 또한 증가하게 되어 구조안정성은 확보할 수 있으나 경제성 및 시공 중 안전성에 미흡한 단점이 있었다.
다음으로 도 1b는 상기 종래 우각부가 합성되기 전단계에서 힌지연결되고 합성 후, 강결되어 라멘거동을 하는 강결 구조의 합성형 라멘교의 예시도를 도시한 것이다.
즉, 하부벽체(22)에 합성거더(70)가 새들(20)에 의하여 지지되도록 하여 합성 전 합성거더(70)에 발생하는 자중에 의한 휨 모멘트가 하부벽체(22)에 전달되지 않도록 하고 있음을 알 수 있다.
이는 결국, 앞서 살펴본 바와 같이, 합성 전 강결형 라멘구조의 단점으로 인해 합성형 라멘교의 경제적인 설계를 위하여 합성거더를 합성 전 일시적 힌지구조로 하여 합성거더 자중 및 슬래브(80) 자중에 의한 발생 휨 모멘트는 합성거더(70)가 주로 부담하게 하며 하부벽체는 수직하중만 발생되어 하부벽체 및 기초의 경제적인 단면설계가 가능하도록 한 것이다.
그러나 이와 같이 힌지 구조계(새들 등)를 갖는 라멘공법의 가장 큰 문제점으로 지적된 사항은 지진과 같은 극단하중 재하 시 확실한 강결성능을 확보하기 어렵다는 점이다.
즉, 합성거더와 슬래브(상부바닥판)은 통상 주철근과 전단연결재로 연결되어 완전 합성거동을 하지만 하부벽체와 합성거더간에는 서로 강결되지 않아 단순히 하부벽체의 주철근과 슬래브의 철근을 서로 결속하여 강결하는 수준에 머물렀다.
이에 합성 전 일시적 힌지구조를 갖는 라멘교는 상시 하중에는 별다른 문제는 없으나 지진 시와 같은 극단하중에는 내진성능을 확보하기 어려운 문제점이 있고, 우각부 콘크리트 파괴 시 하부벽체와 합성거더를 서로 연결하는 부재가 없기 때문에 이후부터는 라멘교로서의 일체거동이 불가한 문제점이 있었다.
또한 상시 거동 중 하부벽체와 합성거더간의 직접적인 연결부재가 없기 때문에 우각부 및 하부벽체로의 응력 전달이 원활하지 않아 우각부의 응력집중 및 균열이 발생되고 구조적 안정성 저하와 함께 교량의 파손 및 파괴로 이어지게 되어 교량의 수명을 단축시키는 문제점과 지속적인 유지보수를 하여야하는 문제점이 있었다.
도 1c는 종래 하부벽체(44)와 PSC 거더(90)간의 직접적인 연결부재를 설치하는 라멘교의 예시도이다.
즉, 하부벽체(44) 내부로부터 벽체연결철근(31.32)이 상방으로 인출되도록 하고, 벽체연결철근(31)은 슬래브 철근(33)과 연결되도록 하고, 나머지 벽체연결철근(32)은 특히 PSC 거더(90) 양 단부 측방으로 연장된 PSC 거더 철근(91)과 우각부 철근(92)와 연결되도록 하고 있음을 알 수 있다.
이에 PSC 거더(90)와 하부벽체(44)를 서로 미리 연결시킨 상태에서 우각부 콘크리트(80)에 매립되어 우각부(B)를 형성시키고는 있지만 이러한 방식은 PSC 거더(90)에 있어 PSC 거더 철근(91)과 우각부 철근(92)을 별도로 형성시커야 하기 때문에 아무래도 PSC 거더 제작공정이 복잡 해질 수 밖에 없고, 철근들(19.92)을 철선으로 일일이 결속시켜야 하므로 시공성 및 작업성이 아무대로 저하될 수 밖에 없다는 한계가 있었다.
대한민국 특허 제 10-0543969(발명의 명칭: 프리스트레스트 합성보를 라멘 교량의 슬래브의 중앙부에설치하고 기둥의 상부에 설치된 강재와 연결하여 설치된합성형 라멘 교량 및 이의시공방법, 공개일자: 2005년06월13일) 대한민국 특허 제 10-1135634(발명의 명칭: 지점부 힌지연결 및 우각부 강결방식을 이용한 라멘교 시공방법, 공개일자: 2012년04월17일) 대한민국 특허 제 10-1551451(발명의 명칭: 프우각부 강결성능이 개선된 PSC거더 및 이를 이용한 라멘 또는 박스형 구조물 시공방법, 공개일자:2015년09월18일)
최근 들어 국내 여러 지역에서 발생하고 있는 지진에 의한 구조물의 손상(파괴)이 증가 추세에 있으며 주요 기반시설인 교량은 필연적으로 지진에 대비하여야 하는 필요시점에 봉착하게 되었다.
이에 본 발명은 하부벽체 및 기초부의 경제적 단면설계가 가능한 합성 전 일시적 힌지구조를 채택하면서도 극단하중 상태에 처했을 때 우각부 콘크리트 파괴 시 상부구조와 하부구조의 강결 성능을 확보할 있도록 하되, 우각부의 발생응력 방향에 적절히 대응할 수 있으면서도 하부벽체 주철근과 결속되어 거더 전체를 견고히 감싸 강결되도록 할 수 있는 우각부 수직방향 및 사방향철근을 이용하여 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교는
하부벽체 상면에 형성된 힌지장치에 거더가 거치된 후, 우각부 콘크리트에 의하여 하부벽체와 거더가 강결되도록 하는 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교에 있어서, 강재빔이 양 단부에 노출되도록 하부 케이싱콘크리트가 강재빔의 하부에 형성되며, 강재빔의 양 단부 복부에는 장공이 형성된 단부저판플레이트로 형성되도록 제작된 거더; 하부벽체 내부로부터 상면으로 인출되어 상기 장공을 관통하도록 형성된 하부벽체 주철근; 상기 하부벽체 주철근에 하단부가 연결되어 수직방향 및 사방향으로 배치되며 강재빔의 상부플랜지 상면에 형성된 다수의 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치에 걸쳐지도록 고정되어 하부벽체로부터 거더를 감싸도록 배근된 우각부 수직방향 및 사방향철근;을 포함하며, 상기 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치는 강재빔의 상부플랜지 상면에 ㄴ자 형태 또는 관 형태로 강재빔의 길이방향으로 다수가 설치되도록 하여 강재빔의 양 단부에서는 우각부 수직방향 및 사방향철근의 고정장치로 작용할 수 있도록 하게 된다.
또한 상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 시공방법은,
(a) 지반에 하부벽체를 시공하는 단계;
(b) 거더의 단부저판플레이트에 형성된 장공에 하부벽체 내부로부터 상면으로 인출된 하부벽체 주철근이 관통되도록 하면서 상기 하부벽체 상면에 설치된 힌지장치에 상기 거더를 거치하는 단계; 및 (c) ㄷ자 형태의 우각부 수직방향 및 사방향철근의 상단이 강재빔의 양 단부 상부플랜지 상면에 형성된 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치에 걸쳐지도록 하면서 하단은 상기 하부벽체 주철근에 연결시켜, 하부벽체에 거더가 ㄷ자 형태의 우각부 수직방향 및 사방향철근에 의하여 감싸져 연결되도록 하는 단계; 및 (d) 상기 하부벽체와 거더에 우각부 콘크리트와 함께 슬래브 콘크리트를 타설하여 거더와 하부벽체를 강결시키는 단계;를 포함하며, 상기 (d) 단계에서의 우각부 콘크리트는 하부 케이싱콘크리트의 단부접합부에 형성된 쉐어키에 의하여 거더와 우각부 콘크리트와의 합성성능이 개선되도록 하며,
상기 (b) 단계의 거더는 강재빔의 양 단부 복부에는 장공이 형성된 단부저판플레이트와 상부플랜지 상면에 형성된 다수의 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치를 포함하되, 상기 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치는 강재빔의 상부플랜지 상면에 ㄴ자 형태 또는 관 형태로 강재빔의 길이방향으로 다수가 설치되도록 하게 된다.
본 발명에 의하여 거더 단부저판플레이트에 형성된 장공으로 하부벽체 주철근이 직접 관통하여 거더 양 단부를 감싸도록 배근되어지기 때문에 지진과 같은 극단하중 재하 시 하부벽체와 거더는 완전 강결된 상태를 그대로 유지할 수 있기 때문에 종래 합성 전 일시적 힌지구조, 합성 후 강결구조의 기술보다 우수한 내진성능을 확보할 수 있다.
또한 하부벽체 주철근과 결속되어 거더 양 단부를 감싸는 우각부 수직방향 및 사방향철근의 배근을 통해 우각부에서 발생되는 작용력(자중 및 고정하중, 활하중에 의해 발생되는 거더의 휨에 의한 부모멘트 및 X축, Z축의 2방향 분력)에 효과적으로 대응하여 라멘구조물에 있어 가장 큰 응력이 집중되는 우각부에 원활한 응력흐름을 유도할 수 있어 보다 안정적으로 하부벽체와 거더를 강결시킬 수 있게 된다.
또한 강재빔의 상부플랜지에 형성된 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치는 기본적으로 전단연결재 역할을 수행하면서 사방향 배근되는 우각부 수직방향 및 사방향철근의 탈락방지 역할과 정위치 고정수단으로 활용되도록 하되 바 형태로 형성되도록 하여 전단연결재 성능이 개선될 수 있도록 하면서, 우각부 수직방향 및 사방향철근의 고정장치로서도 기능하게 되므로 지진과 같은 극단상황 시의 거동에 따른 사방향으로 배근된 철근의 탈락방지 역할과 동시에 철근의 정위치를 확보할 수 있게 된다.
또한 하부벽체와 거더를 직접적으로 연결시켜 거더의 일시적 힌지구조 설치로 인한 하부벽체와 거더간의 직접적인 강결성능을 확보할 수 없었던 구조적인 문제점을 우각부 수직방향 및 사방향철근이라는 경제성이 우수한 자재를 이용하여 경제성 확보와 동시에 내진성능 강화 및 구조안전성을 확보할 수 있으며 시공성 또한 단순하여 기존 힌지구조 라멘계열의 문제점인 지진과 같은 극단하중 시 구조적 안정성이 미흡한 부분을 해결할 수 있다.
또한 강재빔의 단부저판플레이트에 형성된 장공들은 하부벽체 주철근이 관통되어지고 남은 공간과 관통되지 않는 나머지 장공은 우각부 콘크리트를 타설하면서 콘크리트로 충진되어 콘크리트 구근망의 형성으로 이어져 우각부 콘크리트와 거더를 완전 합성시키는 효과가 있어 강결 성능을 추가 확보하는 수단이 된다.
또한 길게 연장 형성된 장공은 상방으로 노출되어 거더의 단부저판플레이트와 관통되는 하부벽체 주철근의 형성 위치에 따른 시공오차를 흡수할 수 있어 시공성 또한 개선된다.
또한 본 발명은 연결저판을 이용하여 분절된 강재빔의 연결부위에 있어 양 복부 저면을 경유하도록 설치되도록 하고, 상기 연결저판과 복부 하부는 상기 연결부위에 있어 필렛 용접으로만 서로를 간단하게 용접시켜 복부를 서로 연결시키는 방식으로 서로 강결시킬 수 있도록 하는 라멘교용 거더 제작이 가능하게 된다.
도 1a는 상기 종래 우각부가 합성되기 전단계에서부터 강결되어 라멘거동을 하는 합성형 라멘교의 예시도,
도 1b는 상기 종래 우각부가 합성되기 전단계에서 힌지연결되어 합성 후, 강결되어 라멘거동을 하는 합성형 라멘교의 예시도,
도 1c는 종래 하부벽체와 PSC 거더간의 직접적인 연결부재를 설치하는 라멘교의 예시도,
도 2a는 본 발명의 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교용 거더의 구성사시도,
도 2b는 본 발명의 거더와 하부벽체와의 일시적 힌지구조도,
도 2c는 본 발명의 우각부 수직방향 및 사방향철근의 설치도,
도 2d는 본 발명의 연결저판을 이용한 강재빔의 연결구성도,
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 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 거더(100) ]
도 2a는 본 발명의 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교용 거더(100)를 도시한 것이다.
상기 거더(100)는 장스팬 라멘교 시공에 접합한 합성형 거더를 이용하는 예로 살펴보기로 한다.
상기 거더(100)는 강재빔(110) 및 하부 케이싱콘크리트(120)을 포함하여 구성된다.
상기 강재빔(110)은 단부는 I형 단면으로 형성되고, 양 단부 사이에는 단부저판플레이트가 배제된 T형 단면으로 형성되도록 함을 알 수 있다.
즉, 상부플랜지(111)는 수평판 형태로 형성되고, 상부플랜지(111) 저면 중앙에는 수직판 형태의 복부(112)가 형성되며, 양 단부는 수평판 형태의 단부저판플레이트(113)가 형성되어 있고,
양 단부 사이에는 강재빔의 하부플랜지 역할을 하도록 다수의 점 연결재(114)가 복부(112) 하단 양 측방으로 수평 돌출형성되어 길이방향으로 다수 이격 형성되어 있음을 알 수 있다.
이에 상기 복부(112)는 양 단부 높이가 중앙 단부 높이보다 크게 형성되도록 함을 알 수 있고, 단부의 복부는 곡선형태의 헌치부가 형성되도록 하여 응력흐름에 대응하도록 함을 알 수 있다.
이때 상기 상부플랜지(111）상면에는 길이방향으로 서로 이격된 바 형태의 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)가 다수 형성되어 있음을 알 수 있는데, 이러한 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)는 우각부 콘크리트와 함께 타설되는 슬래브콘크리트와의 합성과 후술되는 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)이 걸려져 고정되는 고정장치 역할을 하게 된다.
이러한 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)는 도 2b와 같이 ㄴ 자형태 또는 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)이 관통되도록 하는 관형태를 이용할 수 있으며, 관 형태의 경우에는 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)이 관통이 용이하도록 절단하여 조립 시공하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양 단부의 단부저판플레이트 저면에는 하부벽체(200) 상면에 고정 설치되는 힌지장치(130)가 설치되어 있어 하부벽체(200)에 거더(100) 거치 시, 힌지 지지 상태가 되도록 하여 일시적으로 힌지구조를 이루고 있음을 알 수 있다.
이러한 힌지장치(130)는 강봉을 이용할 수 있는데 강봉(131)은 하부벽체(200)의 상면에 받침대(140)에 의하여 세팅되어 있음을 알 수 있다.
이에 상기 힌지장치(130)가 설치되는 부위 보강을 위하여 거더(100) 양 단부 복부 주위의 단부저판플레이트 상면에는 십자형보강재(115)가 형성되도록 함을 알 수 있는데, 이로서 원형강봉에 지지되도록 하는 거더(100)의 양 단부에 집중 되는 응력에 효과적으로 대응할 수 있게 된다.
이로서 본 발명의 거더는 횡방향 폭을 확장시킨 단부저판플레이트(113)와 상기 십자형보강재(115)에 의하여 응력 집중에 유리한 단면 형태로 형성시키고 있음을 알 수 있다.
또한 상기 단부저판플레이트(113)에는 장공(116,117)이 다수 형성되어 있어 하부벽체 주철근(210)이 관통되는 장공(116)은 길이방향으로 연장된 장공으로서 시공오차를 흡수하면서 상방으로 인출 될 수 있도록 하고,
하부벽체 주철근(210)이 관통하지 않는 장공(117)은 다수가 서로 인접하도록 형성되어 우각부 콘크리트(C) 타설 시 연통되어 우각부에서 거더(100)와 하부벽체(200)의 구조적 일체화가 가능하도록 하게 된다.
상기 하부 케이싱콘크리트(120)는 양 단부 사이의 복부 하단에 형성된 점 연결재(114)에 의해 합성된 블록 형태의 콘크리트로서 길이방향으로 연장되도록 하되 양 단부까지는 연장되지 않도록 하여 강재빔(110)의 상부플랜지, 복부 및 단부저판플레이트가 노출되도록 하게 된다.
이때 상기 하부 케이싱콘크리트(120)의 단부접합부는 우각부 콘크리트(C)와의 합성성능 확보를 위하여 암,수 결합이 가능한 쉐어키(121)를 형성시키게 된다.
이에 우각부 콘크리트 타설 시 신구콘크리트의 접합성능을 근본적으로 개선하여 단부접합부의 완전합성효과를 기대할 수 있으며 쉐어키 형성은 접합부 마감거푸집을 사다리꼴 형태의 홈을 다수개 형성하여 제작함으로써 간단한 시공과정을 거쳐 신구콘크리트의 접합성능을 개선할 수 있도록 하게 된다.
[ 본 발명의 거더(100)와 하부벽체(200)의 일시적 힌지구조 및 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)의 설치]
도 2b는 본 발명의 거더(100)와 하부벽체(200)와의 일시적 힌지구조도, 도 2c는 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)의 설치도를 도시한 것이다.
먼저 도 2b에 의하면 하부벽체(200)를 확인할 수 있는데, 기초부(400) 상면에 라멘교용 벽체로 시공되고 있음을 알 수 있다.
이러한 하부벽체(200)는 상면에 힌지장치(130)가 설치될 수 있도록 받침대(140)가 형성되어 있음을 알 수 있다.
예컨대 상기 받침대(140)는 하부벽체(200) 내부로부터 상방으로 연장된 브라켓부재로서 상부플레이트(141) 상면에 강봉(131)이 고정 세팅되도록 하고 있음을 알 수 있다.
이에 거더(100)는 하부벽체(200) 상면에 양 단부가 힌지장치(130)에 의하여 일시적으로 힌지 상태로 시공되도록 하여 추후 우각부 콘크리트에 의하여 강결된다.
이때 본 발명은 하부벽체(200)와 거더(100)를 서로 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)으로 서로 연결시키게 된다.
이러한 연결은 하부벽체와 거더가 우각부 및 슬래브 콘크리트 타설에 의한 합성 이후 지진등에 의한 극단하중이 작용하였을 때, 거더와 하부벽체의 강결 상태가 유지되지 못하는 점을 고려하여 하부벽체(200)와 거더(100)를 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)으로 감싸 상기 강결상태를 유지시키기 위한 것이라 할 수 있다.
이때 상기 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)을 다량의 철근으로 배근하는 경우 좁은 하부벽체 상면 공간에서 작업성이 현저하게 저하되므로 보다 간단하면서도 효율적인 우각부 수직방향 및 사방향철근 배근이 필요하게 된다.
이에 본 발명은 하부벽체(200)로부터 하부벽체 주철근(210)을 상방으로 연장되도록 하되, 이러한 연장된 하부벽체 주철근(210)은 거더(100)의 단부저판플레이트(113)의 장공(116)을 관통하도록 하여 하부벽체 주철근(210)의 시공오차를 흡수하도록 하게 된다.
이러한 장공(116)을 관통하여 연장된 하부벽체 주철근(210)의 두부들에 ㄷ자형 형태로 형성된 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)의 하단부를 커플러(220)를 이용하여 연결하되, 앞서 살펴본 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)에 중앙부가 걸쳐 설치되도록 하되, 상기 ㄷ자형 형태의 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)은 거더(100)의 양 단부 및 중앙부쪽으로 경사지게 배치되도록 하게 된다.
즉, 도 2c와 같이, 상기 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)의 경사 배치는 우각부에 발생하는 응력방향에 대응하여 배치되도록 하는 것으로서 이에 응력에 대한 저항성능을 효율적으로 확보할 수 있게 된다.
또한 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)는 ㄷ자형 형태의 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)을 간단하게 걸쳐지도록 할 수 있어 결국 하부벽체(200)에 거더(100)를 감싸 연결되도록 하게 됨을 알 수 있다.
이에 복잡한 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b) 배근 작업이 배제되어 시공성 및 작업성이 매우 뛰어나게 됨을 알 수 있다.
이러한 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)은 하부벽체 주철근(210)의 형성개수와 장공의 연장길이에 따라 다수를 설치할 수 있으므로 지징등에 의한 강결 상태를 효과적으로 유지할 수 있어 내진성능을 확보할 수 있게 된다.
이에 사방향으로 배근된 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)과 바 형태의 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)는 접촉면적이 크고, 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)의 위치가 세팅되어 있어 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)의 탈락을 효과적으로 방지할 수 있고, 정위치에 바로 배근할 수 있어 매우 효율적이게 된다.
또한 하부벽체 주철근(220)과 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)은 사방향으로 배치되어 우각부에서 발생되는 작용력(자중 및 고정하중, 활하중에 의해 발생되는 거더의 휨에 의한 부모멘트 및 X축, Z축의 2방향 분력)에 효과적으로 대응하여 라멘구조물에 있어 가장 큰 응력이 집중되는 우각부에 원활한 응력흐름을 유도할 수 있어 보다 안정적으로 하부구조와 거더를 강결시킬 수 있게 되며, 또한 장공(116)의 위치를 상부플랜지 폭 끝단에 수직배치하여 2방향 분력이 아닌 수직축력에만 효율적으로 저항하게 하여 부재의 성능을 극대화 시킬 수 있게 된다.
[ 본 발명의 강재빔(110)의 종방향 연결 ]
도 2d는 특히 본 발명의 강재빔(110)의 종방향 연결도를 도시한 것이다.
이에 상기 강재빔(110)은 도 2d에 의하면 분절 되어 있고, 이러한 분절된 강재빔(110a,110b)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(110a,110b)의 연결부위에 있어 캠버조절장치를 이용하여 양 복부(112) 저면을 경유하도록 설치되도록 하고, 상기 연결저판(170)과 복부 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 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 시공방법 ]
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 본 발명의 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 시공방법의 순서도를 도시한 것이다.
먼저 상기 거더(100)는 도 2a와 같이 강재빔(110)과 하부 케이싱콘크리트(120)로 형성된 합성형 거더임을 알 수 있으며, 양 단부는 강재빔이 노출되어 있고, 양 단부 사이는 복부 하단에 하부 케이싱콘크리트(120)이 길이방향으로 연장된 것임을 알 수 있다.
이에 먼저 도 3a와 같이, 지반에 기초부(400)를 시공하고 상기 기초부와 함께 하부벽체(200)를 시공하게 된다.
상기 기초부(400)는 미도시한 파일을 이용하여 시공할 수 있으며, 하부벽체 주철근을 배근하여 하부벽체는 현장타설 콘크리트로 시공하게 된다.
이때 상기 하부벽체 상면에 앞서 살펴본 받침대(140)에 의한 힌지장치(130)가 설치되도록 하고 있음을 알 수 있으며, 하부벽체 주철근(210)이 상면으로부터 힌지장치(130) 주위로 인출되어 있음을 알 수 있다.
나아가 하부벽체(200) 상면에는 슬래브 철근과 연결되도록 상면에 다수의 우각부 철근들이 인출되어 있음을 알 수 있다.
다음으로는 도 3b와 같이, 상기 거더(100)를 인양하여 강재빔(110)의 단부저판플레이트(113)의 장공(116)이 상기 하부벽체 주철근(210)에 삽입되도록 하는 방식으로 다수의 거더(100)를 하부벽체(200) 상면에 거치시키게 된다.
이러한 거치는 단부저판플레이트(113) 저면이 힌지장치(130) 상면에 지지되도록 하여 힌지 구조로 거치되도록 함은 살펴본 바와 같다.
이에 ㄷ자 형태의 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)의 상단이 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)에 걸쳐지도록 하거나 관통되도록 하면서 하단들을 거더의 단부저판플레이트 양 측단에 인출된 하부벽체 주철근(210)의 두부와 커플러(220)를 이용하여 장력을 도입하면서 거더(100)와 하부벽체(200)가 감싸지도록 하여 연결시키게 된다.
이러한 ㄷ자 형태의 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)은 장공으로부터 인출된 하부벽체 주철근(210) 모두를 이용할 수도 있고 제한적으로 설치해되 상관은 없으며 장공(116,117)은 단부저판플레이트(113)에 형성되어 있으므로 우각부 콘크리트 타설 시 연통되어 구조적 일체화 기능을 가질 수 있기 때문이다.
다음으로는 도 3c와 같이 미도시된 거푸집을 이용하여 우각부 콘크리트(C)를 타설하게 되며 이러한 우각부 콘크리트에 의하여 힌지장치(130), 받침대(140), 강재빔(110)의 양 단부, 하부벽체 주철근(210), ㄷ자 형태의 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)이 매립되어 강결되게 된다.
이러한 우각부 콘크리트는 역시 미도시된 거푸집을 이용하여 거더(100) 상부에 슬래브가 형성되도록 하는 슬래브 콘크리트와 함께 타설되어 양생되도록 하여 결국 슬래브와 우각부가 합성된 후 강결 되어 라멘거동을 하는 일시적 힌지구조계의 합성형 라멘교를 시공할 수 있게 됨을 알 수 있다.
이로서 본 발명은
우각부와 바닥판 콘크리트 일괄 타설 시 거더와의 접합면은 콜드조인트가 발생되는데 이로서 교량의 처짐 및 반복적인 진동으로 인하여 피로하중에 따른 접합면의 균열발생의 우려가 있고 발생된 균열은 철근의 부식으로 이어지게 된다.
또한 지진과 같은 극단하중 시에 신구 콘크리트의 매끈한 접합면은 균열 및 콘크리트의 탈락에 매우 취약하게 되지만 본 발명은 하부 케이싱콘크리트 단부접합부에 쉐어키를 형성시켜 신구콘크리트의 접합성능을 개선할 수 있다.
이로서 본 발명은 따라서 일시적 힌지구조계의 거더와 하부벽체간의 강결성능이 명확히 확보되지 못했던 문제점을 경제성을 확보할 수 있는 재료(우각부 수직방향 및 사방향철근)를 사용함과 동시에 단순한 시공과정을 거쳐 확실한 응력전달 및 완벽한 강결 성능을 확보하여 내진성능을 강화하고 구조적 안정성을 확보하면서도 경제적인 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.
또한, 상기 우각부 수직방향 및 사방향철근은 거더 상면의 전단연결재의 기능도 가지고 있는 고정장치로서 이용하여 거더를 감싸 설치될 수 있도록 함으로서 복잡한 우각부 수직방향 및 사방향철근 배근 공정이 필요없어 시공성 및 작업성이 매우 뛰어난 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.
또한, 상기 우각부 수직방향 및 사방향철근은 우각부에 발생하는 발생응력 방향으로 배치되도록 하여 하부벽체 주철근과 결속되어 거더 전체를 견고히 감싸 강결되도록 하기 때문에 경사지게 배치된 우각부 수직방향 및 사방향철근의 탈락방지 역할과 정위치 세팅 용이한 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.
또한, 거더에 형성된 단부저판플레이트의 다수개의 장공 홀은 구근망을 형성하여 하부벽체와 거더 간의 추가적인 강결 성능을 확보할 수 있도록 하여 우각부 보강에 유리한 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 및 그 시공방법 제공이 가능하게 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: 거더
110: 강재빔 111: 상부플랜지
112: 복부 113: 단부저판플레이트
114: 점 연결재 115: 십자형보강재
116,117: 장공
118a,118b: 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치
120: 하부케이싱콘크리트 121: 쉐어키
130: 힌지장치 131: 강봉
140: 받침대 170: 연결저판
200: 하부벽체
210: 하부벽체 주철근 220: 커플러
300a,300b: 우각부 수직방향 및 사방향철근

Claims (10)

  1. 하부벽체 상면에 형성된 힌지장치에 거더가 거치된 후, 우각부 콘크리트에 의하여 하부벽체와 거더가 강결되도록 하는 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교에 있어서,
    강재빔(110)이 양 단부에 노출되도록 하부 케이싱콘크리트(120)가 강재빔의 하부에 형성되며, 강재빔의 양 단부 복부에는 장공(116)이 형성된 단부저판플레이트(113)로 형성되도록 제작된 거더(100);
    하부벽체(200) 내부로부터 상면으로 인출되어 상기 장공(116)을 관통하도록 형성된 하부벽체 주철근(210);
    상기 하부벽체 주철근(210)에 하단부가 연결되어 수직방향 및 사방향으로 배치되며 강재빔의 상부플랜지 상면에 형성된 다수의 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)에 걸쳐지도록 하거나 관통되어 고정되는 하부벽체(200)로부터 거더(100)를 감싸도록 배근된 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b);을 포함하며,
    상기 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)는 강재빔(110)의 상부플랜지 상면에 ㄴ자 형태 또는 관 형태로 강재빔의 길이방향으로 다수가 설치되도록 하여 강재빔의 양 단부에서는 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)의 고정장치로 작용할 수 있도록 하는 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 강재빔(110)은 단부는 I형 단면으로 형성되고, 양 단부 사이에는 T형 단면으로 형성되며, 양 단부 사이의 강재빔에는 하부플랜지 역할을 하도록 다수의 점 연결재(114)가 복부(112) 하단 양 측방으로 수평 돌출형성되어 길이방향으로 다수 이격 형성되어 상기 점 연결재(114)가 매립되도록 하부 케이싱콘크리트(120)가 형성되도록 하며,
    상기 강재빔(110)은 분절된 강재빔(110a,110b)을 서로 종방향으로 연결시킨 것으로서, 상기 종방향 연결은 연결저판(170)을 양 복부(112) 저면을 경유하도록 설치되도록 하고, 상기 연결저판(170)과 복부(112) 하부는 필렛 용접으로만 서로를 용접시켜 복부를 서로 연결시켜 강결 시키는 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 하부벽체(200)의 상면에는 받침대(140)가 돌출 형성되고, 상기 받침대 상면에 강봉을 포함하는 힌지장치(130)가 설치되어, 상기 힌지장치에 강재빔의 양 단부 저면이 지지되도록 거치되어 일시적 힌지구조로 설치되도록 하는 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 강재빔의 양 단부에 위치한 복부와 단부저판플레이트(113) 상면에 십자형 보강재(115)가 더 설치되어 단부저판플레이트(113)와 십자형 보강재가 우각부에 발생하는 집중응력에 저항하도록 하며, 상기 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)은 ㄷ자 형태의 철근으로 형성되도록 하는 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 단부저판플레이트(113)에는 하부벽체 주철근(210)이 관통되는 장공(116)과 하부벽체 주철근(210)이 관통되지 않는 장공(117)이 다수 형성되어 장공들(116,117)은 하부벽체 주철근이 관통되어 남은 공간과 관통되지 않는 장공에 우각부 콘크리트를 타설하면서 콘크리트로 충진되어 구근망이 형성되도록 하는 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교.
  7. (a) 지반에 하부벽체(200)를 시공하는 단계;
    (b) 제 1항의 거더(100)의 단부저판플레이트(113)에 형성된 장공(116)에 하부벽체 내부로부터 상면으로 인출된 하부벽체 주철근(210)이 관통되도록 하면서 상기 하부벽체 상면에 설치된 힌지장치(130)에 상기 거더를 거치하는 단계; 및
    (c) ㄷ자 형태의 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)의 상단이 강재빔의 양 단부 상부플랜지 상면에 형성된 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)에 걸쳐지도록 하면서 하단은 상기 하부벽체 주철근(210)에 연결시켜, 하부벽체에 거더가 ㄷ자 형태의 우각부 수직방향 및 사방향철근(300a,300b)에 의한 감싸져 연결되도록 하는 단계; 및
    (d) 상기 하부벽체와 거더에 우각부 콘크리트와 함께 슬래브 콘크리트를 타설하여 거더와 하부벽체를 강결시키는 단계;를 포함하며,
    상기 (d) 단계에서의 우각부 콘크리트는 하부 케이싱콘크리트(120)의 단부접합부에 형성된 쉐어키(121)에 의하여 거더와 우각부 콘크리트와의 합성성능이 개선되도록 하는 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작되며,
    상기 (b) 단계의 제 1항의 거더(100)는 강재빔의 양 단부 복부에는 장공(116)이 형성된 단부저판플레이트(113)와 상부플랜지 상면에 형성된 다수의 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)를 포함하되, 상기 우각부 수직방향 및 사방향철근 고정장치(118a,118b)는 강재빔(110)의 상부플랜지 상면에 ㄴ자 형태 또는 관 형태로 강재빔의 길이방향으로 다수가 설치되는 고정장치인 라멘교 시공방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 강재빔(110)의 단부저판플레이트(113)에는 하부벽체 주철근(210)이 관통되는 장공(116)과 하부벽체 주철근(210)이 관통되지 않는 장공(117)이 다수 형성되어 장공들(116,117)은 하부벽체 주철근이 관통되어 남은 공간과 관통되지 않는 장공에 우각부 콘크리트를 타설하면서 콘크리트로 충진되어 구근망이 형성되도록 하는 내진성능이 강화된 일시적 힌지구조를 가지도록 제작된 라멘교 시공방법.
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