KR101794791B1 - Complete integrated railway bridge using displacement control of superstructure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일체형 교량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량의 기본 구성 요소인 상부구조(상판)와 하부구조(교대, 교각) 및 기초를 모두 강결(剛結) 구조로 일체화함으로써 교량 건설에 사용되는 재료를 최소화함은 물론, 받침(Shoe)과 받침점검시설 및 신축이음(Expansion joint) 등을 모두 배제하여 건설비와 유지관리비를 획기적으로 절감할 수 있도록 한 일체형 교량(Integral Bridge)에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated bridge, and more particularly, to an integrated bridge used in bridge construction by integrating an upper structure (upper plate) and a lower structure (alternation, bridge) and a foundation as a basic component of the bridge in a rigid structure The present invention relates to an integral bridge capable of minimizing the amount of material and eliminating all of the shoe, the support inspection facility, and the expansion joint, thereby drastically reducing the construction cost and the maintenance cost.
일반적으로, 도로나 철도 또는 수로 등의 노선공사에서 하천이나 계곡 또는 지장물이나 지형의 굴곡을 극복하기 위해 설치하는 것이 교량이다. 이러한 교량은 교외지나 도심지 등을 가리지 않고 어느 곳에서나 건설되는데, 우리나라는 하천이 많고 지형의 굴곡이 커서 설치 개소도 많으며 연장도 길다.Generally, bridges are installed to overcome the bends of rivers, valleys, obstacles and terrain in road construction such as railway or waterway. These bridges are constructed anywhere, not just in the suburbs or in the downtown area. In Korea, there are many rivers, and the bend of the terrain is large, so there are many installation points and long extension.
전술한 바와 같은 노선공사에서 많은 비율을 차지하는 교량의 단위 미터 당 건설 단가가 토공이나 터널 등에 비해 큰 것이 전체 노선 공사의 건설비가 큰 주요 원인이다. 따라서 교량의 단위 미터 당 건설 단가를 줄이는 것이 전체 사업비를 절감하는 핵심 기술이 된다.The construction cost of the whole route construction is the main reason that the construction cost per unit of the bridge, which occupies a large proportion in the above-mentioned route construction, is larger than the earth or tunnel. Therefore, reducing the construction cost per unit of bridges is a key technology to reduce the overall cost of the project.
도 1 은 종래 기술에 따른 전형적 철도교인 단경간 연속교를 보인 구성도, 도 2 는 종래 기술에 따른 교량 양 단부에 레일신축이음을 설치한 철도 연속교를 보인 구성도, 도 3 은 종래의 기술에 따른 일반적인 도로교를 보인 구성도, 도 4 는 온도 변화에 의해 장대레일에 발생하는 힘을 보인 그래프(가운데 구간이 부동구간), 도 5 는 교량 상판의 온도 변화에 의한 신축으로 장대레일에 발생하는 응력을 보인 그래프이다.FIG. 1 is a schematic view showing a conventional single-span continuous bridge in accordance with the prior art. FIG. 2 is a view showing a railway continuous bridge with rail extension joints at both ends of a bridge according to the related art. Fig. 4 is a graph showing a force generated in a long rail due to a temperature change (middle section is a floating section); Fig. 5 is a graph showing a force generated in a long rail due to a temperature change of a bridge top plate; It is the graph showing the stress.
도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 최근 건설되는 교량의 기본 구성 요소인 상부구조(상판)와 하부구조(교대, 교각) 및 기초는 내구성설계에 의해 모두 100년 이상의 수명을 가진다. 이와는 달리 상부구조의 하중을 하부구조(교대, 교각)에 전달하기 위해 설치되는 받침(Shoe)과 이를 관리하기 위한 점검시설, 상판과 상판 그리고 상판과 교대 사이의 불연속부를 이어주는 신축이음은 고가의 시설임에도 불구하고 수명이 짧아 교량의 공용 수명 중 수차례의 교체와 상시 유지관리를 필요로 한다.As shown in Figs. 1 to 3, the superstructure (roof), the substructure (alternation, bridge) and foundation, which are the basic components of the recently constructed bridges, all have a lifetime of more than 100 years by durability design. On the other hand, the shoe installed to transfer the load of the superstructure to the substructure (alternation, pier) and the inspection facility to manage it, and the expansion joint that connects the top plate and the top plate and the discontinuity between the top plate and the alternation, Despite the short life span of the bridge, the bridge needs to be replaced several times during maintenance and maintenance.
따라서, 전술한 바와 같은 받침과 신축이음을 제거하거나 최소화하는 것 역시 교량의 단위 미터 당 건설 단가를 줄이고, 특히 공용 중 유지관리비를 절감하기 위한 핵심적인 기술이 된다.Therefore, eliminating or minimizing the support and expansion joint as described above is also a key technique for reducing the construction cost per unit of the bridge and reducing the maintenance cost, especially in the public sector.
또한, 교량은 규모가 커서 설치되는 지역의 자연경관에 지대한 영향을 미치게 된다. 이러한 자연경관에 미치는 영향을 최소화하기 위해 최근의 교량 설계에는 여러 경관 요소를 고려하는 경관설계가 보편화되었다. 그러나, 자연경관을 보전하기 위한 가장 근원적인 방법은 교량 자체를 슬림화하는 것이다.In addition, bridges have a large impact on the natural landscape of the area to be installed. In order to minimize the effect on the natural landscape, landscape design considering various landscape elements became popular in recent bridge design. However, the most basic way to preserve the natural landscape is to make the bridge itself slimmer.
한편, 기존 교량 가운데서도 특히 철도교는 비용과 경관 측면에서 큰 결점을 가진다. 즉, 철도교는 철도 차량과 레일 사이의 소음 최소화와 레일 자체의 유지관리비 절감을 위해 레일 전체를 용접하여 일체화한 장대레일(CWR)의 부설이 일반화되었는데, 이 장대레일과 교량 구조물과의 상호 작용 때문에 철도교 계획에는 많은 제약이 발생하게 된다.On the other hand, among the existing bridges, the railway bridge in particular has major drawbacks in terms of cost and landscape. In order to minimize the noise between the railway vehicle and the rail and to reduce the maintenance cost of the rail itself, railroad bridge is generally constructed by welding a whole rail to form a single integrated rail (CWR). The interaction between the railway and the bridge structure There are many restrictions on the railway bridge plan.
보다 상세하게 기술하면, 장대레일(CWR)은 도상과 레일체결장치에 의해 고정되어 축 방향 변위가 구속되는데, 양 단부 150m 정도만 온도에 의해 신축하고 그 사이 구간은 그 길이가 아무리 길어도 신축하지 않는다. 이 구간을 움직이지 않는 구간이라 하여 부동구간이라 부르는데, 이 부동구간의 길이는 수백 킬로미터에 이를 수도 있다(도 4 참조).More specifically, the longitudinal rail (CWR) is fixed by the rail and rail fastening devices to constrain the axial displacement. However, the length of both ends of the rail (CWR) is about 150 m. This section is referred to as an immovable section, which may be several hundred kilometers in length (see FIG. 4).
전술한 바와 같은 부동구간 내에 교량이 위치하게 되면 교량 상판은 온도 변화에 따라 온도가 높아지면 팽창하고, 온도가 낮아지면 수축하는 신축 운동을 하게 된다. 그러나 장대레일은 온도 변화에도 움직이지 않으므로 움직이려는 교량 상판과 서로 영향을 미치는 상호 작용을 일으키게 된다.When the bridges are positioned within the floating section as described above, the bridging plate expands when the temperature rises and stretches when the temperature rises. However, because the pole rails do not move even under temperature changes, they interact with the bridge roof to interact.
다시 말해서, 교량 상판이 장대레일을 미는 위치에서는 레일에 압축응력이 발생하고, 당기는 위치에서는 인장응력이 발생하게 된다(도 5 참조). 이러한 응력을 부가응력이라 하는데, 이 값이 일정 값을 초과하면 장대레일이 파괴되거나 장대레일을 교량 상판에 고정시켜주는 도상이 탄성한계를 벗어나 그 기능을 상실하게 된다. 한편, 교량의 하부구조에는 장대레일에 발생하는 인장 또는 압축력의 반력에 해당하는 힘이 교량 상판을 통해 전달되는데 이것이 철도교에서만 볼 수 있는 장대레일종하중이다.In other words, at the position where the bridge top plate pushes the long rail, compressive stress occurs in the rail, and tensile stress occurs at the pulled position (see FIG. 5). These stresses are called additional stresses. If this value exceeds a certain value, the pole rails will be destroyed or the roads that fix the pole rails to the bridge roofs will be out of elastic limit and lose their functions. On the other hand, in the lower part of the bridge, a force corresponding to the reaction force of tensile or compressive force generated in the long rail is transmitted through the bridge top plate.
아울러, 전술한 바와 같은 장대레일종하중은 교량 하부구조에 종방향으로 작용하는 수평하중이며, 교량 상판의 길이에 비례한다. 이러한 힘이 제동하중 또는 시동하중과 함께 철도교의 하부구조가 도로교에 비해 거대하게 되는 근본 원인이다. 장대레일에 발생하는 부가응력은 교량 상판의 길이, 정확하게는 교량 상판의 단위수축길이에 해당하는 고정단(Fix)과 인접한 고정단(Fix) 사이의 거리에 비례하므로 장대레일에 발생하는 부가응력이 제한 값을 넘지 않도록 이 거리를 최적화하는 것이 철도교 계획의 가장 핵심적인 기술 가운데 하나이다.In addition, the longitudinal load of the rail as described above is a horizontal load acting longitudinally on the bridge underframe, and is proportional to the length of the bridge top plate. This force is the root cause that the bridge structure of the railway bridge becomes bigger than the roadway bridge together with the braking load or the starting load. The additional stress generated on the rail is proportional to the length of the bridge deck, exactly the distance between the Fix and the adjacent Fix corresponding to the unit shrinkage length of the bridge deck, Optimizing this distance so that it does not exceed the limit is one of the key technologies in railway bridge planning.
따라서, 전술한 바와 같은 이유로 철도교에는 단위수축길이를 일정 값 이내로 제한한 단경간교(한쪽에 고정단과 다른 한쪽에 무브단을 가진 하나의 상판을 가진 교량)를 연속해서 늘어놓은 FM방식(교량을 Fix-Move, Fix-Move식으로 계속 연결하는 방식)의 단경간 연속교가 일반적으로 사용된다(도 1 참조).Therefore, for the reasons described above, the railway bridge has an FM system in which a unit shrinkage length is limited to a predetermined value and a short bridge (a bridge having a fixed end on one side and a top plate on one side with a movable end) -Move, Fix-Move) is used as a continuous bridge (see Fig. 1).
한편, 전술한 바와 같은 철도교를 연속교로 계획하려면 교량 상판이 신축하는 방향으로 레일도 신축할 수 있도록 교량 상판이 신축하는 단부(무브단) 부근에서 레일을 끊어주어야 한다. 그리고, 레일을 끊은 불연속부에는 차량의 주행성 확보를 위해 레일신축이음(REJ, rail expansion joint)을 설치하여야 한다(도 2 참조).On the other hand, in order to design the above-described railroad bridge in a continuous bridge, the rail must be cut near the end portion (movable end) of the bridge top plate so that the rail can be expanded and contracted in the direction in which the bridge top plate expands and contracts. In the discontinuity where the rail is broken, a rail expansion joint (REJ) should be installed to secure the running property of the vehicle (refer to FIG. 2).
전술한 바와 같은 경우에도 장대레일은 단부 150m 정도만 신축하므로 상판을 연속화할 수 있는 최대 연장은 800∼900m 정도에 불과하다. 이러한 연속교는 레일신축이음부가 장대레일의 취약부로 열차주행성을 저해하고 상시 유지관리비를 증가시키므로 일반적으로는 사용되지 않고 특수한 경우에 예외적로 사용된다.Even in the case described above, the maximum extension of the length of the rail is only about 800 to 900 meters because the extension of the rail is only about 150 m. Such a continuous bridge is not generally used because it is a weak part of a rail and the rail is not generally used because it is a weak part of the rail and it increases the maintenance cost.
앞서 기술한 종래 기술을 정리하면 철도교는 첫째, 교량 상판을 짧게 분할해서 교각마다 받침과 신축이음을 설치하거나, 교량 상판을 연속화하는 경우(최대 800∼900m)에는 레일을 끊고 레일신축이음을 설치해야 한다. 레일신축이음을 설치하는 경우에도 받침은 교각마다 설치해야 한다. 이들 장치들은 교량의 초기 공사비와 공용 중 유지관리비를 증대시키는 원인이다.First of all, the existing railway bridge should be divided into two parts: short bridge bridge, bridge and expansion joint for each pier, and continuous bridge bridge (maximum 800 ~ 900m) do. Even if rail extension joints are installed, the supports must be installed at each pier. These devices are the cause of the increase of the initial construction cost and the maintenance cost of the bridge in the bridge.
둘째, 장대레일종하중은 제동 및 시동하중과 함께 교량의 교축 방향으로 작용하므로 이에 저항하기 위해 교각이 비대해져 주변 경관을 해치고 교량 공사비가 상승하는 원인이 된다. 연속교가 일반화된 도로교에서도 철도교와 마찬가지로 교대 및 교각마다 받침이 설치된다(도 3 참조).Second, since the longitudinal load of the long rail acts together with the braking and starting loads in the direction of the bridge, the bridge is enlarged to resist it, which causes the surrounding landscape to be damaged and the bridge construction cost to rise. As in the case of railroad bridges, a bridge is provided for every alternation and pier in the generalized bridge (see Fig. 3).
특히, 교대와 상판 그리고 상판과 상판 사이의 불연속부에 설치되는 신축이음은 차량의 충격을 직접 받는 시설로 파손이 빈번하므로 과대한 유지관리비가 발생하는 원인이 된다. 나아가, 교량 상판은 온도에 의해 팽창과 수축을 반복하고 교량의 불연속부를 연결하는 신축이음이 이 수축량을 흡수하는데 그 크기에 한계가 있으므로 도로교도 상판을 무한히 길게 연속화할 수는 없다.Especially, the expansion joints installed on the discontinuities between the alternating roofs and the upper roofs and the upper roofs are facilities that directly receive the impact of the vehicle, and breakage is frequent, which causes excessive maintenance expenses. Furthermore, since the bridge top plate repeatedly expands and shrinks due to temperature, and the expansion joint connecting the discontinuous portion of the bridge absorbs the contraction amount, there is no limit to the size of the bridge bridge.
본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 교량의 기본 구성 요소인 상부구조(상판)와 하부구조(교대와 교각) 및 기초를 모두 강결(剛結) 구조로 일체화함으로써 교량 건설에 사용되는 자재를 최소화할 수 있도록 하는 일체형 교량을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been conceived in order to solve all the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a bridge construction (bridge construction) So that it is possible to minimize the material used for the bridge.
또한, 본 발명에 따른 기술의 다른 목적은 교량의 기본 구성 요소인 상부구조(상판)와 하부구조(교대와 교각) 및 기초를 모두 강결(剛結) 구조로 일체화함으로써 받침과 받침점검시설 및 신축이음 등을 배제하여 건설비와 유지관리비를 획기적으로 절감할 수 있도록 함에 있다.It is a further object of the present invention to provide a bridge structure in which both the upper structure (upper plate), the lower structure (alternation and bridge) and the foundation, which are basic components of the bridge, are integrated into a rigid structure, And the construction cost and the maintenance cost can be remarkably reduced.
아울러, 본 발명에 따른 기술의 또 다른 목적은 상부구조(상판)와 하부구조(교대와 교각) 및 기초를 모두 일체화함으로써 받침과 신축이음을 제거하여 교량에 작용하는 수평하중을 교대(교량이 길 경우 일부 교각도)가 부담하게 함으로써 다수인 교각을 얇게 만들어 교량 전체의 경관성과 경제성을 향상시키기 위한 일체형 교량의 기본 형식과 시공 방법을 제시하는 것을 기술적 과제로 한다.It is a further object of the present invention to provide a bridge structure in which a horizontal load acting on a bridge is alternated by eliminating a support and an expansion joint by integrating both the upper structure (upper plate) and the lower structure (alternation and bridge) The purpose of this paper is to propose the basic form and construction method of one-piece bridges to improve the landscape and economic efficiency of the whole bridge by making the bridge piers thin.
나아가, 본 발명에 따른 기술의 네 번째 목적은 상부구조(상판)가 강성이 큰 교대에 구속됨으로써 발생하는 수축균열을 효과적으로 제어할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.Further, a fourth object of the present invention is to effectively control the shrinkage cracks caused by restraining the upper structure (upper plate) to the alternation with high rigidity.
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 일체형 교량은 도로나 철도 또는 수로의 노선공사에서 하천이나 계곡의 지장물이나 지형의 굴곡을 극복하기 위해 설치되는 교량에 있어서, 각각의 일 측에는 강선 정착구가 구비된 2본의 교대; 2본의 교대 사이에서 양단이 두 교대와 일체로 강결되어 온도에 의한 신축이 효과적으로 억제되는 상부구조; 상부구조 하부 측에 상하 수직 방향으로 일체로 강결되어 지면에 일정 간격으로 다수 설치되는 교각; 교각 각각의 하부에 일체로 강결되어 교각을 지지하는 기초; 및 2본의 교대 각각의 강선 정착구에 양단이 체결되어 온도 하강 시 상부구조의 수축으로 인하여 발생하는 수축균열과, 건조수축균열에 대응할 수 있도록 상부구조에 매립 설치되는 PC강선을 포함한 구성으로 이루어진다.The present invention configured to achieve the above-described object is as follows. That is, the integrated bridge according to the present invention is a bridge which is installed to overcome the obstacle of a river or a valley or the topography of a road, a railroad or a waterway, and each of the two bridges has a steel- rotation; A superstructure in which both ends are strongly integrated with two alternations between the two shifts, whereby expansion and contraction due to temperature is effectively suppressed; A pair of bridges integrally formed in a vertical direction on the lower side of the upper structure and installed at a predetermined interval on the ground; A foundation that is integrally joined to the lower portion of each pier and supports the pier; And a PC steel wire embedded in the upper structure so as to be able to cope with shrinkage cracks caused by shrinkage of the upper structure at the time of temperature lowering and drying shrinkage cracks when both ends are fastened to each of the steel wire fastening openings of alternating two.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 상부구조의 수평 방향 변위는 상부구조의 양단이 일체로 강결된 2기의 교대에 의해 구속되는 것을 특징으로 한다.In the structure according to the present invention as described above, the horizontal displacement of the superstructure is characterized in that both ends of the superstructure are constrained by two alternating pairs.
그리고, 본 발명에 따른 구성에서 상부구조는 강재, 프리캐스트, 현장타설콘크리트, 합성구조 및 하이브리드 재료 중 어느 하나의 재료로 이루어지되 형태는 박스형과 T형 및 U형 중 어느 하나의 형태로 이루어질 수 있다.In the structure according to the present invention, the upper structure may be made of any one of steel material, precast, on-site concrete, composite structure, and hybrid material, and the shape may be a box shape, a T shape or a U shape have.
또한, 본 발명에 따른 구성에서 교각은 강재, 콘크리트 또는 현장타설콘크리트, 합성구조 및 하이브리드 재료 중 어느 하나의 재료로 이루어지되 형태는 Ⅱ형, T형 및 V형 중 어느 하나의 형태로 이루어질 수 있다.In addition, in the construction according to the present invention, the bridge pier may be made of any one of steel material, concrete, cast concrete, composite structure, and hybrid material, and the shape may be any one of the II type, T type and V type .
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 교대에서 멀리 이격되어 교대와의 강결로 인한 교축직각방향 구속 효과가 저하되는 위치에는 교축직각방향 강성이 큰 교각을 설치하여 교축직각방향 수평력에 저항할 수 있는 구조로 한 것을 특징으로 한다.On the other hand, in the structure according to the present invention as described above, a bridge having a large rigidity in a direction perpendicular to the throttling axis is provided at a position spaced far away from the alternation, And the like.
아울러, 본 발명에 따른 구성에서 교량이 설치되는 지반이 약할 경우에는 기초의 수평 변위를 구속하는 지중보가 더 설치될 수 있다.In addition, in the structure according to the present invention, if the ground on which the bridge is installed is weak, a ground guide for restricting the horizontal displacement of the foundation can be installed.
덧붙여, 상부구조가 현장 타설로 건설될 경우, 건조수축의 영향을 최소화하기 위해 각 경간 중앙에 기 타설 구간의 건조수축이 완료된 후 최종적으로 타설하는 key seg가 더 설치된다.In addition, in order to minimize the effect of drying shrinkage when the superstructure is built into the site, a key seg is finally installed at the center of each span after final drying and shrinkage of the paved section is completed.
본 발명의 기술에 따르면 교량의 기본 구성 요소인 상부구조(상판)와 하부구조(교대와 교각) 및 기초를 모두 강결(剛結) 구조로 일체화함으로써 교대를 제외한 교량을 구성하는 각 구성 요소 모두가 매우 슬림해지기 때문에 교량 건설에 사용되는 자재를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.According to the technique of the present invention, by integrating the upper structure (upper plate), the lower structure (alternation and bridge) and the foundation, which are basic components of the bridge, into a rigid structure, Because it is very slim, it has the advantage of minimizing the materials used for bridge construction.
또한, 본 발명에 따른 기술은 교량의 기본 구성 요소인 상부구조(상판)와 하부구조(교대와 교각) 및 기초를 모두 강결(剛結) 구조로 일체화함으로써 받침과 받침점검시설 및 신축이음 등을 배제할 수 있다는 장점이 있다.In addition, the technique according to the present invention can be applied to a structure in which both the upper structure (upper plate), the lower structure (alternation and bridge) and the foundation, which are basic components of the bridge, are integrated into a rigid structure, It has the advantage of being able to exclude it.
아울러, 본 발명에 따른 기술은 받침과 받침점검시설 및 신축이음 등이 모두 배제되고 교량의 각 구성 요소 모두가 매우 슬림해지는 만큼 사용되는 재료의 양도 최소화되므로 기존의 교량에 비해 건설비가 월등히 저렴해질 뿐 아니라 유지관리비도 획기적으로 절감됨은 물론, 미관도 크게 개선시키는 효과가 발현된다. 더블어, 모든 불연속부가 배제되고, 상부구조의 꺽임각이 작아지므로 차량의 주행성도 향상된다.In addition, the technology according to the present invention excludes all of the support and maintenance inspection facilities and expansion joints, and since each component of the bridge becomes very slim, the amount of materials used is minimized, so that the construction cost is much lower than that of existing bridges Not only the maintenance cost is drastically reduced, but also the beauty is greatly improved. All the discontinuous portions are excluded, and the bend angle of the upper structure is reduced, so that the running performance of the vehicle is improved.
도 1 은 종래 기술에 따른 전형적 철도교인 단경간 연속교를 보인 구성도.
도 2 는 종래 기술에 따른 교량 양 단부에 레일신축이음을 설치한 철도 연속교를 보인 구성도.
도 3 은 종래의 기술에 따른 일반적인 도로교를 보인 구성도.
도 4 는 온도 변화에 의해 장대레일에 발생하는 힘을 보인 그래프(가운데 구간이 부동구간).
도 5 는 교량 상판의 온도 변화에 의한 신축으로 장대레일에 발생하는 응력을 보인 그래프.
도 6a 는 본 발명에 따른 일체형 교량의 종단면도와 시공 방법을 예시한 구성도.
도 6b 는 교량 중간에 교차로 또는 하천등을 횡단하기 위한 장경간 교량이 설치되는 경우의 일체형 교량의 종단면도와 시공 방법을 예시한 구성도.
도 7a 는 도 6a 의 일체형 교량에서 가느다란 교각을 보인 구성도.
도 7b 는 도 6a 의 일체형 교량에서 교축직각방향 강성이 큰 교각을 보인 구성도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic view of a conventional railroad bridge, single-span continuous bridge, according to the prior art.
Fig. 2 is a schematic view showing a railway continuous bridge in which a rail expansion joint is provided at both ends of a bridge according to the related art.
3 is a view showing a general road bridge according to a conventional technique.
Fig. 4 is a graph showing the force generated in the pole rail due to the temperature change (the middle section is the floating section).
FIG. 5 is a graph showing stresses generated in a long rail due to expansion and contraction due to a temperature change of a bridge top plate.
FIG. 6A is a schematic view illustrating a longitudinal section of a single-piece bridge according to the present invention and a construction method thereof. FIG.
FIG. 6B is a schematic view illustrating a longitudinal section of an integral bridge and a construction method in the case where a long-span bridge for crossing an intersection or a river is installed in the middle of the bridge.
FIG. 7A is a schematic view showing a narrow bridge pier in the integral bridge of FIG. 6A. FIG.
Fig. 7B is a view showing a pier having a large rigidity in a direction perpendicular to the throttling axis in the integral bridge of Fig. 6A. Fig.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일체형 교량의 양호한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the integral type bridge according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 6a 는 본 발명에 따른 일체형 교량의 종단면도와 시공 방법을 예시한 구성도, 도 6b 는 교량 중간에 교차로 또는 하천등을 횡단하기 위한 장경간 교량이 설치되는 경우의 일체형 교량의 종단면도와 시공 방법을 예시한 구성도, 도 7a 는 도 6a 의 일체형 교량에서 가느다란 교각을 보인 구성도, 도 7b 는 도 6a 의 일체형 교량에서 교축직각방향 강성이 큰 교각을 보인 구성도이다.FIG. 6A is a longitudinal cross-sectional view of a single-piece bridge according to the present invention, and FIG. 6B is a longitudinal cross-sectional view of the single-piece bridge when the long-span bridge for crossing an intersection or a river is installed in the middle of the bridge. FIG. 7A is a view showing a narrow bridge pier in the integrated bridge of FIG. 6A, and FIG. 7B is a view showing a bridge bridge having a large rigidity in the direction perpendicular to the piercing axis in the integral bridge of FIG. 6A.
도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 일체형 교량(100)은 각각의 일 측에 강선 정착구(112)가 구비된 2본의 교대(110), 2본의 교대(110) 사이에서 양단이 두 교대(110)와 일체로 강결되어 온도에 의한 신축이 효과적으로 억제되는 상부구조(120), 상부 상부구조(120) 하부 측에 상하 수직 방향으로 일체로 강결되어 지면에 일정 간격으로 다수 설치되는 교각(130, 130a), 교각(130, 130a) 각각의 하부에 일체로 강결되어 교각을 지지하는 기초(140) 및 2본의 교대(100) 각각의 강선 정착구(112)에 양단이 체결되어져 온도 하강 시 상부구조(120)의 수축으로 인해 발생하는 수축균열과, 건조수축균열에 대응할 수 있도록 상부구조(120)에 매립 설치되는 PC강선(150)을 포함한 구성으로 이루어진다.6 and 7, an
한편, 상부구조(120)가 현장 타설 공법으로 건설될 경우, 각 경간 중앙에는 건조수축의 영향을 최소화하기 위한 key seg(170)가 설치된다.Meanwhile, when the
전술한 바와 같이 교대(110), 상부구조(120), 교각(130, 130a), 기초(140), PC강선(150), 지중보(160) 및 key seg(170)의 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 일체형 교량(100)은 교량 전체에 불연속부가 전혀 없는 일체형으로 이루어진 교량(100)이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 기술은 교량(100)의 단위 미터 당 건설비가 크게 절감되는 효과, 교량의 유지관리비가 획기적으로 절감되는 효과, 교량의 미관이 크게 향상되는 효과 및 교량 위를 주행하는 차량의 주행성(안전성 및 승차감)이 크게 개선되는 효과가 있다는 점에서 매우 우수한 기술이라 할 수 있다.As described above, in the present invention having the configuration of the
또한, 전술한 바와 같은 교량(100)의 단위 미터 당 건설비가 크게 절감되는 효과, 교량의 유지관리비가 획기적으로 절감되는 효과, 교량의 미관이 크게 향상되는 효과 및 교량 위를 주행하는 차량의 주행성(안전성 및 승차감)이 크게 개선되는 본 발명에 따른 기술의 효과는 철도교에서 더욱 크다 할 것이다.In addition, the above-described effects of significantly reducing the construction cost per unit of the
본 발명에 따른 일체형 교량(100)을 구성하는 각각의 구성을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다, 먼저, 본 발명을 구성하는 교대(110)는 상판인 상부구조(120)를 연결 지지하기 위한 것으로, 이러한 교대(110)는 도 6 에 도시된 바와 같이 각각의 일 측에 강선 정착구(112)가 구비된 2본의 구성으로 이루어진다.Each of the constituent elements constituting the
한편, 전술한 바와 같은 교대(110) 각각에는 상판인 상부구조(120)의 길이 방향 양 끝단이 양측 교대(110)에 강결됨으로써 온도가 하강하면 상부구조(120)의 수축으로 인해 발생되는 인장력과 반대로 온도가 상승하면 팽창으로 인해 발생되는 압축력이 전달된다.In each of the
다음으로, 본 발명을 구성하는 상부구조(120)는 길이 방향 양 끝단이 양측의 교대(110)에 강결되는 것으로, 이러한 상부구조(120)는 도 6 에 도시된 바와 같이 두 교대(110)에 양단이 지지되어 후술하는 PC강선(150)을 통해 강선 정착구(112)에 정착·긴장되는 구성으로 이루어진다.Next, the
전술한 바와 같은 상부구조(120)의 수평 방향 변위는 상부구조(120)의 양단이 일체로 강결된 2본의 교대(110)에 의해 효과적으로 구속된다.The horizontal displacement of the
한편, 전술한 바와 같이 2본의 교대(110)에 양단이 지지되고, 후술하는 PC강선(150)을 통해 강선 정착구(112)에 긴장되어 변위가 효과적으로 제어되는 상부구조(120)는 지면에 일정 간격으로 설치되는 기초(140) 각각에 강결되는 교각(130, 130a)에 의해 일체로 강결되어 지지된다.As described above, the
전술한 바와 같은 구성에서 교각(130, 130a) 중 교대(110)에서 먼 위치에 설치되는 교각(130a)은 다른 교각(130)에 비해 교축직각방향으로 작용하는 수평력에 저항하는 횡방향 강성이 큰 구조로 이루어진다. 이때, 횡방향 강성이 큰 교각(130a)의 설치 간격은 개별 구조해석에 의해 결정된다. The
그리고, 전술한 바와 같은 상부구조(120)에는 교대(110) 각각에 온도 하강시 상부구조(120)가 수축하며 발생하는 수축균열과 건조수축균열에 대응할 수 있도록 양단이 강선 정착구(112)에 체결되는 PC강선(150)이 상부구조(120)에 매립 설치된다.In the
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 일체형 교량(100)은 교량 전체에 불연속부가 전혀 없는 구조로 이루어진다.The
그리고, 본 발명을 구성하는 상부구조(120)는 강재, 프리캐스트, 현장타설콘크리트, 합성구조 및 하이브리드 재료 중 어느 하나의 재료로 이루어지되 형태는 박스형과 T형 및 U형 중 어느 하나의 형태로 이루어진다.The
또한, 본 발명을 구성하는 교각(130, 130a)은 강재, 콘크리트 또는 현장타설콘크리트, 합성구조 및 하이브리드 재료 중 어느 하나의 재료로 이루어지되 형태는 Ⅱ형, T형 및 V형 중 어느 하나의 형태로 이루어진다.In addition, the
아울러, 본 발명에 따른 구성에서 교량(100)이 설치되는 지반이 약할 경우에는 기초(140)의 수평 변위를 구속하는 지중보(160)가 더 설치된다.In addition, in the structure according to the present invention, when the ground on which the
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 기술은 교량(100) 전체에 불연속부가 없도록 상부구조(상판 : 120)를 연속화하여 시종점의 교대(110)에 강결시킨다. 이처럼 상부구조(120)를 교대(110)에 강결시키면 교대(110)는 유연성이 전혀 없어 상부구조(120)의 변위를 구속하게 되므로 온도가 하강하면 상부구조(120)에 수축으로 인한 인장력 Z가 발생하고, 반대로 온도가 상승하면 압축력 D가 발생하여 교대(110)에 전달된다.The above-described technique according to the present invention serializes the upper structure (upper plate) 120 so that the
보다 상세하게 설명하면, 상부구조(120)의 열팽창 는 역학적 변형률 와 콘크리트의 균열에 의해 보전된다. 이므로 인장력 Z와 압축력 D는 상부구조(120)의 길이와는 무관하고 와 축강성(EA)에만 비례한다. 따라서, 본 발명의 일체형 교량(100)은 교량 연장이 길수록, 상부구조(120)가 슬림할수록(단면이 작을수록, 즉 상부구조(120)에 사용하는 재료의 양이 작을수록) 그 효과는 커진다고 할 수 있다.More specifically, the thermal expansion of the
한편, 본 발명에서와 같이 상부구조(120)를 교대(110)에 강결시킴으로써 발생하는 문제점과 대책을 정리하면, 먼저 상부구조(120)를 연속화하여 교대(110)에 강결시키면 상부구조(120)에는 열팽창에 해당하는 힘(인장력 Z 또는 압축력 D)이 발생하여 교대(110)에 전달된다.The
그리고, 교대(110)는 이 힘 에 추가적으로 저항하도록 보강되어야 한다. 식에서 알 수 있듯이 교대(110)에 작용하는 힘은 상부구조(120)의 축강성 EA에 비례하고 상부구조(120)의 길이에는 관계하지 않는다. 즉, 교대(110)의 보강은 상부구조(120)의 길이와 관계없이 일정한데, 상부구조(120)의 EA가 작을수록 작아지며, 기초 폭의 확대로 간단히 대처할 수 있다.Then, the shift (110) As shown in FIG. As can be seen, the force acting on the
또한, 상부구조(120)에는 건조수축과 온도 하강 시 상부구조(120)에 발생하는 인장력 Z로 인해 수축균열이 발생한다. 이 수축균열은 교량(100)의 내구성에 심대한 영향을 미치므로 이를 억제할 수 있는 대책이 마련되어야 한다.Further, shrinkage cracks occur in the
본 발명에서는 수축균열에 대한 대책으로 상부구조(120)에 PC강선(150)을 설치하고 교대(110)에서 긴장 및 정착을 시행하여 수축균열에 해당하는 추가 압축력을 도입하는 방법을 도입하였다.In the present invention, as a countermeasure against shrinkage cracking, a
도 8 에, 앞서 설명한 상부구조의 변위를 구속함으로써 발생하는 온도 변화에 의한 변형률과 발생하는 힘과의 관계를 도식하였다.Fig. 8 illustrates the relationship between the strain due to the temperature change and the force generated by restraining the displacement of the upper structure described above.
한편, 재료 기술의 발달로 온도에 의한 변형률()은 작고 탄성계수(E)는 큰 신소재의 개발이 진척될수록 또 균열에 강한 신소재가 개발될수록 일체형 교량(100)의 적용성은 점점 더 증대될 것이다. 따라서, 일체형 교량(100)은 소재 기술의 발달에 따라 점차 진화하는 새로운 개념의 차세대 교량 형식인 것이다.On the other hand, due to the development of material technology, ) Is small and the elastic modulus ( E ) is high as the development of the new material progresses and the new material resistant to the crack is developed, the applicability of the one-piece bridge (100) will increase more and more. Accordingly, the
본 발명에서 상부구조(120)를 교대(110)에 강결시킴으로써 해결할 수 있는 과제는 다음과 같다. 즉, 상부구조(120)가 불연속부가 없는 하나의 연속체가 되어 강성이 큰 교대(110)에 의해 그 변위가 구속되므로 모든 교각(130, 130a)을 상부구조(120)에 강결시켜 일체화하는 것이 가능해진다.In the present invention, problems that can be solved by forcing the
한편, 종래의 교량에서는 상부구조가 신축을 하고 그 신축량이 상부구조의 길이에 비례하기 때문에 일정 개수 이상의 교각을 상부구조에 강결시키는 것이 불가능했다. 반면, 본 발명에 따른 일체형 교량(100)에서는 상부구조(120)가 아무리 길어도 변위가 발생하지 않으므로 교각(130, 130a)을 제한 없이 상부구조(120)에 강결구조로 일체화할 수 있다.On the other hand, in the conventional bridge, since the upper structure is elongated and contracted and the amount of elongation is proportional to the length of the upper structure, it is impossible to force a certain number of piers to the upper structure. On the other hand, in the
따라서, 지진하중이나 풍하중 및 온도하중 등 상부구조(120)에 발생하는 모든 수평력을 지반에 단단히 고정된 교대(110)가 부담하게 되므로 교대(110)와 교대(110) 사이에 강결구조로 연결된 다수의 교각(130, 130a)은 수직력만을 부담하게 된다. 종래의 교량에서는 교각이 상부구조의 수평력을 부담하기 때문에 거대한 반면, 본 발명의 일체형 교량(100)에서는 매우 날렵한 형태가 가능해진다. 이로써 투박했던 교량(100)의 경관성이 개선되고 경제성도 향상된다.Therefore, since the
아울러, 종래의 교량에서는 불가피했던 상부구조의 불연속부와 이 불연속부를 이어주기 위한 신축이음 및 상부구조를 지지하는 다수의 받침과 점검시설이 본 발명에 따른 일체형 교량(100)에서는 모두 배제된다.In addition, the discontinuous portion of the upper structure which is inevitable in the conventional bridge, the expansion joint for connecting the discontinuity portion, and the plurality of supports and inspection facilities for supporting the upper structure are all excluded in the
또한, 전술한 바와 같이 상부구조의 불연속부 및 신축이음, 받침 및 받침점검시설이 모두 배제됨으로써 본 발명에 따른 일체형 교량(100)은 첫째, 불연속부와 신축이음이 없어짐으로써 종래의 교량에서는 상판의 불연속부에서 크게 발생하던 단부 꺽임각이 미소해져 차량의 주행성과 승차감이 크게 향상된다.In addition, since the discontinuous portion of the upper structure, the expansion joint, the support, and the inspection facility are all excluded as described above, the
둘째, 본 발명에 따른 일체형 교량(100)은 종래 기술의 교량에 설치되던 모든 군더더기가 배제됨으로써 교량이 경관이 심플해지고 향상된다.Second, the
셋째, 본 발명에 따른 일체형 교량(100)은 모든 고가의 부대시설이 배제됨으로써 초기 공사비가 저감되고 부대시설을 관리하고 교체하는 유지관리비 일체가 절감된다.Third, the
본 발명에 따른 기술이 철도교에서 특히 그 효과가 큰 이유는 다음과 같다. 즉, 철도교의 경우 상부구조(120)에 부설된 장대레일은 부동구간이므로 온도 변화와 건조수축의 영향을 받지 않는다. 그런데 상부구조도 신축하지 않으므로 장대레일종하중이 발생하지 않는다. 교축 방향으로 작용하는 수평하중인 제동하중과 시동하중은 레일로부터 도상을 통해 상부구조에 연속적으로 전달되어 작은 변형으로 교대에 직접 작용한다.The reason why the technique according to the present invention is particularly effective in the railway bridge is as follows. That is, in the case of a railway bridge, the pole rail attached to the
한편, 철도교의 특징인 이 장대레일종하중과 제동 및 시동하중은 도로교의 수평하중에 비해 월등히 커서 철도교의 교각이 거대하게 되는 직접적인 원인이 된다. 본 발명의 일체형 교량(100)에서는 장대레일종하중이 발생하지 않고 나머지 하중도 교대(110)가 모두 부담하므로 수평하중에 저항하기 위해 교각(130, 130a)이 거대해질 필요가 없게 된다.On the other hand, the characteristics of the railway bridge, such as the longitudinal load of the rail and the braking and starting load, are much larger than the horizontal load of the bridge, which is a direct cause of the bridge bridge becoming huge. In the
또한, 본 발명에 따른 기술은 바람이나 열차 및 지진 등에 의해 교축직각방향으로 작용하는 수평하중도 상부구조(120)와 교대(110)가 직접 저항한다. 다만, 교량(100)이 긴 경우에는 사재로 보강되어 교축직각방향 강성이 큰 교각(130a)을 중간에 설치하여 대처한다.In addition, the technique according to the present invention directly resists the horizontal load-bearing
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 일체형 교량(100)에서는 상부구조(120)의 변형에 의해 레일에 발생하는 부가응력은 상부구조(120)의 변형 자체가 극도로 제한되므로 매우 긴 교량에서도 작게 된다. 따라서, 교각부(130, 130a)에서 마다 상부구조(120)를 잘라야 할 필요도, 레일을 잘라야 할 필요도 없어지므로 교량(100)의 모든 불연속부가 배제되며, 이로써 상부구조(120)의 구조 효율도 극대화 된다. As described above, in the
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made within the scope of the technical idea of the present invention.
100. 일체형 교량
110. 교대
120. 상부구조
130, 130a. 교각
140. 기초
150. PC강선
160. 지중보
170. key seg100. Integrated Bridge
110. Shift
120. Superstructure
130, 130a. pier
140. Foundation
150. PC wire
160. Guidance
170. key seg
Claims (7)
각각의 일측에 강선 정착구가 구비된 2본의 교대;
상기 2본의 교대 사이에서 양단이 두 교대와 일체로 강결되어 온도에 의한 신축이 효과적으로 억제되는 상부구조;
상기 상부구조 하부측에 상하 수직 방향으로 일체로 강결되어 지면에 일정 간격으로 다수 설치되는 교각;
상기 교각 각각의 하부에 일체로 강결되어 교각을 지지하는 기초; 및
상기 2본의 교대 각각의 강선 정착구에 양단이 체결되어 온도 하강 시 상기 상부구조의 수축으로 인해 발생하는 수축균열과 건조수축균열에 대응할 수 있도록 상기 상부구조에 매립 설치되는 PC강선을 포함한 구성으로 이루어지고,
상기 상부구조의 수평 방향 변위는 상기 상부구조의 양단이 일체로 강결된 2기의 교대의 강성에 의해 구속되어 상기 상부구조가 100m 이상인 경우에 적용되며,
상기 상부구조는 불연속부가 전혀 없는 일체형으로서, 신축이음부를 전혀 포함하지 않고,
상기 상부구조의 상부에는 레일신축이음장치가 전혀 없는 레일이 배치되고,
상기 상부구조와 상기 교대 및 상기 교각은 일체로 강결되며,
상기 교각은 3개 이상 형성되며, 상기 교대에 이웃하는 교각을 제외한 나머지 교각은 교축직각방향으로 작용하는 수평력에 저항하는 횡방향 강성이 상기 교대에 이웃하는 교각보다 커서 상기 교대와 함께 지진하중 및 풍하중 등의 상기 상부구조에 발생하는 교축직각방향의 수평력을 분담하는 것을 특징으로 하는, 상부구조의 변위 제어를 이용한 완전 일체형 철도 교량.For railway bridges,
Two alternations with steel wire fixtures on each side;
An upper structure in which both ends of the two shifts are integrally formed with two alternations so that expansion and contraction due to temperature is effectively suppressed;
A bridge pierced on the lower side of the upper structure integrally and vertically in the vertical direction,
A foundation that is integrally joined to the lower portion of each of the bridge columns to support the bridge bridge; And
And a PC steel wire embedded in the upper structure so as to cope with shrinkage cracks and drying shrinkage cracks caused by shrinkage of the upper structure when both ends of the two alternating steel wire fastening holes are fastened at a temperature lowering under,
The horizontal displacement of the upper structure is applied when the upper structure is constrained by two alternating rigidities in which both ends of the upper structure are integrally strong,
The upper structure is an integral type having no discontinuous portion at all,
A rail having no rail stretch joint is disposed at an upper portion of the upper structure,
The upper structure and the alternating and piercing angles are integrally rigid,
Wherein the piers are formed with three or more piers, and the remaining piers excluding the piers adjacent to the pier are larger in transverse stiffness against horizontal forces acting in the direction perpendicular to the pier, than the pier adjacent to the pier, And the horizontal force in the direction perpendicular to the throttling axis generated in the upper structure is shared.
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Cited By (1)
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KR20200105232A (en) * | 2019-02-28 | 2020-09-07 | 한국교통대학교산학협력단 | Continuous welded rail construction method on an open deck railway bridge using displacement control |
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-
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- 2016-05-16 KR KR1020160059701A patent/KR101794791B1/en active IP Right Grant
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