KR101863116B1 - 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 psc빔 및 이를 이용한 반일체식 교대 교량 시공방법 - Google Patents

단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 psc빔 및 이를 이용한 반일체식 교대 교량 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단부벽체와 일체로 거동하여 반일체식 교대 교량을 구성하는 PSC빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단부벽체의 균열 안전성을 향상시킬 수 있고, 단부벽체와의 벌어짐을 방지할 수 있으며, 단부벽체를 시공함에 있어 거푸집 및 동바리의 설치 및 해체를 간편하게 할 수 있으며, 단부벽체와 교대 사이의 이격부 방수를 편리하게 할 수 있어 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔 및 이를 이용한 반일체식 교대 교량 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔은 단부의 상단이 절취된 블럭아웃부, 블럭아웃부 하부의 단부턱을 갖는 본체; 단부면에 결합면을 제공하도록 본체에 교축방향으로 매립되는 정착부재; 수직관통홀이 구성되며 정착부재의 결합면에 결합되어 본체의 단부면으로부터 교축방향으로 돌출되는 연결부재; 및 연결부재의 수직관통홀을 수직하게 관통하는 수직앵커철근을 포함하여 블럭아웃부에 조립되는 철근조립체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔 및 이를 이용한 반일체식 교대 교량 시공방법{PSC Beam improving End Diaphragm and Semi-Integral Abutment Bridge Construction Method using the same}
본 발명은 단부벽체와 일체로 거동하여 반일체식 교대 교량을 구성하는 PSC빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단부벽체의 균열 안전성을 향상시킬 수 있고, 단부벽체와의 벌어짐을 방지할 수 있으며, 단부벽체를 시공함에 있어 거푸집 및 동바리의 설치 및 해체를 간편하게 할 수 있으며, 단부벽체와 교대 사이의 이격부 방수를 편리하게 할 수 있어 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔 및 이를 이용한 반일체식 교대 교량 시공방법에 관한 것이다.
반일체식 교대 교량(Semi-Integral Abutment Bridge)은 교대부에 설치되는 신축이음장치(Expansion Joint)를 사용하지 않은 교량 형식 중의 하나이며, 교대와 상부구조가 완전히 일체화되는 일체식 교대 교량(Integral Abutment Bridge)의 장점을 최대한 살리면서 적용상의 제한 조건을 보완하기 위해 개발된 새로운 개념의 교량 형식이다.
반일체식 교대 교량은 교대부 신축이음장치가 설치되지 않는 교량 형식이기 때문에 공용 중 신축이음장치의 파손으로 인한 유지관리 및 교체의 필요성이 없으므로 일반 조인트 교량 형식에 비해 유지 관리성이 뛰어나며, 장기적인 생애주기비용 측면을 고려한 경제성도 우수하다. 또한 차량의 신축이음부 통과시 발생하는 소음 및 충격의 영향이 없을 뿐만 아니라, 도로의 연속성을 확보하여 통과 차량의 주행성 및 고속도로 사용자의 편의성을 최대로 보장하는 교량 형식이다.
교량에서 신축이음장치를 배제시키기 위해서는 상부구조의 길이변화를 감당할 수 있는 별도의 부재가 필요하며 반일체식 교대 교량에서는 단부벽체가 이에 해당한다. 단부벽체는 상부구조의 수평변위를 뒤채움부로 전달하여 뒤채움부의 탄성으로 인해 수평변위를 감소시킬 수 있는 주요한 역할을 수행한다. 또한 단부벽체가 상부구조와 연속적으로 배치됨으로써 뒤채움토 및 지하수가 교량받침 쪽으로 유입되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
이러한 단부벽체가 제 역할을 수행하기 위해서는 구조적 안전성과 균열에 대한 사용성 및 방수성능을 가져야하며, 그 시공방법 또한 간편하여 정확한 시공이 이루어지도록 하여야 한다.
본 발명은 반일체식 교대 교량에서 상부구조를 PSC빔(Prestressed Concrete Beam)에 한정하고 있으므로 이하 상부구조를 ‘PSC빔’으로 칭한다.
도 11a는 종래기술 1의 반일체식 교대 교량의 단부측 종단면도, 도 11b는 평면도, 도 11c는 종단면도, 도 11d는 횡단면도이다.
도 11a는 종래기술 1의 반일체식 교대 교량에서 작용력을 도시하였으며 도 11b는 작용력에 따른 단부벽체의 거동을 도시한 것으로, 도 11a와 도 11b를 살펴보면, 종래기술 1의 반일체식 교대 교량은 단부벽체(2)에 PSC빔(1)의 일단이 매입되어 있다. PSC빔(1)에 온도상승 및 상부하중이 작용할 경우 PSC빔(1)에는 단부벽체(2)를 단부벽체 배면측으로 밀어붙이는 신장력(T)이 작용되며, 단부벽체(2)의 배면에는 뒤채움토에 의한 토압 및 신장력(T)에 대응하는 수평반력이 발생된다.
단부벽체는 PSC빔(1)이 단부벽체(2)와 완전무결하게 일체화된 조건으로 구조계산에 의해 산정된 두께인 표준두께(Bw)를 갖도록 설계되며, 종래기술 1의 경우에도 PSC빔(1)이 단부벽체(2)에 매입되어 발생되는 두께 손실분을 고려하지 않고 산정되는 것이 통상적이다.
종래기술 1의 단부벽체(2)는 PSC빔(1)이 일부 매입됨에 따라 신장력이 전달되고 최대 휨모멘트가 발생되는 지점두께(Bwa)가 표준두께(Bw)에 비해 작으므로 단부벽체 배면에 균열이 발생되기 쉽다(균열은 공용중인 교량에서 종종 보고되고 있는 실정이다). 한번 발생된 균열은 단부벽체가 지반에 묻힌 구조이므로 보수가 어려운 문제점이 있다.
도 11c와 도 11d는 단부벽체 밑면동바리 및 거푸집 설치를 도시한 것으로, 도 11c와 도 11d의 빗금으로 나타낸 부분은 단부벽체를 콘크리트 타설로 형성하기 위하여 설치되는 거푸집 및 동바리의 형태를 모식적으로 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 단부벽체(2)를 시공하기 위해 필요한 내측 밑면동바리 및 거푸집(6)의 수량이 많아지고, 받침장치(3)와의 간섭으로 동바리 및 거푸집 형상이 복잡하여 동바리 및 거푸집 손실이 많아지며, 단부벽체(2) 콘크리트가 양생된 후 받침장치(3)와 흉벽(4) 사이의 내측 밑면동바리 및 거푸집(6)을 제거하기 어려운 문제점이 있다. 특히 단부벽체(2) 하면과 흉벽(4) 상면 사이에 이격부를 형성하기 위한 이격부거푸집(7)을 단부벽체(2) 완성 후 제거하기 힘들며, 추후 협소한 이격부에 방수장치를 설치하기 어려운 문제점을 가지고 있다.
도 12a는 종래기술 2의 반일체식 교대 교량의 단부측 종단면도, 도 12b는 평면도, 도 12c는 종단면도, 도 12d는 횡단면도이다.
도 12a는 종래기술 2의 반일체식 교대 교량에서 작용력을 도시하였으며 도 12b는 작용력에 따른 단부벽체의 거동을 도시한 것으로, 도 12a와 도 12b를 살펴보면, 종래기술 2의 반일체식 교대 교량은 단부벽체(2)의 내측면에 PSC빔(1)의 단부가 매입됨이 없이 맞닿아 있다. 종래기술 2는 단부벽체(2)의 표준두께(Bw)를 일정하게 유지시켜 종래기술 1의 문제점인 단부벽체 배면 균열을 방지할 수 있는 기술이다.
PSC빔(1)에 온도상승 및 상부하중이 작용하여 단부벽체(2)를 단부벽체 배면측으로 밀어붙이는 신장력(T)이 작용하는 경우 종래기술 2는 단부벽체(2)의 표준두께(Bw)를 일정하게 유지시켜 종래기술 1의 문제점인 단부벽체 배면 균열이 발생하지 않는다. 그러나 반대의 경우, PSC빔(1)에 온도하강 및 건조수축이 발생될 경우 PSC빔(1)에는 단부벽체(2)를 PSC빔(1) 방향으로 잡아당기는 수축력(C)이 작용되며, 단부벽체(2)와 연결된 접속슬래브(9)는 지반과의 마찰저항력(Rf)으로 수축력(C)에 저항한다. 수축력(C)과 마찰저항력(Rf)의 상호작용으로 인해 단부벽체(2)와 PSC빔(1)의 접합면에 균열(CR)과 벌어짐이 발생되는 문제점이 있다.
도 12c와 도 12d의 빗금으로 나타낸 부분은 단부벽체를 콘크리트 타설로 형성하기 위하여 설치되는 거푸집 및 동바리의 형태를 모식적으로 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 단부벽체(2)를 시공하기 위해 필요한 내측 밑면동바리(6) 및 외측 밑면동바리(8)의 수량이 많아지고, 받침장치(3)와의 간섭으로 동바리 형상이 복잡하여 동바리 손실이 많아지며, 단부벽체(2) 콘크리트가 양생된 후 받침장치(3)와 흉벽(4) 사이의 내측 밑면동바리(6)를 제거하기 어려운 문제점이 있다. 특히 단부벽체(2) 하면과 흉벽(4) 상면 사이에 이격부를 형성하기 위한 이격부 거푸집(7)을 단부벽체(2) 완성 후 제거하기 힘들며, 추후 상기 협소한 이격부에 방수장치를 설치하기 어려운 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 10-1694396‘반일체식 교량용 PSC 거더 및 이를 이용한 교량 시공방법'(특허문헌1)이 있다.
이 특허는 양단부를 관통하여 하단 외측으로 돌출 형성된 단부관통부재의 단부에 일체로 형성되며 저면이 PSC 거더 단부 저면과 서로 수평선상에 위치하도록 설치된 전도방지보강판; 서로 횡방향으로 인접한 전도방지보강판을 서로 연결시켜 주는 단부가로보; 및 거더의 양 단부면 전방으로 더 돌출 형성된 소울플레이트를 포함하는 PSC 거더를 제안한다. 이 특허가 제안하는 PSC 거더는 현장에서 별다른 거푸집 설치작업 없이 현장타설 방식으로 시공할 수 있어, 프리캐스트 방식으로 형성되는 단부벽격벽과 달리 보다 경제적인 반 일체식 교량 시공이 가능하다는 장점이 있다.
그러나 이 특허가 제안하는 기술은 단부벽체의 두께를 일정하게 유지할 수단이 구비되지 않으며, 단부벽체와 PSC빔 사이의 벌어짐을 방지할 수단 또한 구비되어있지 않다.
특허등록 10-1694396호‘반일체식 교량용 PSC 거더 및 이를 이용한 교량 시공방법'
본 발명은 상술한 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단부벽체의 균열 안전성을 향상시킬 수 있고, 단부벽체와 PSC빔 사이의 벌어짐을 방지할 수 있으며, 단부벽체를 시공함에 있어 거푸집 동바리의 설치 및 해체를 간편하게 할 수 있으며, 단부벽체와 교대 사이의 이격부 방수를 편리하게 할 수 있어 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔과 이를 이용한 반일체식교대 교량의 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔은 단부의 상단이 절취된 블럭아웃부, 블럭아웃부 하부의 단부턱을 갖는 본체; 단부면에 결합면을 제공하도록 본체에 교축방향으로 매립되는 정착부재; 수직관통홀이 구성되며 정착부재의 결합면에 결합되어 본체의 단부면으로부터 교축방향으로 돌출되는 연결부재; 및 연결부재의 수직관통홀을 수직하게 관통하는 수직앵커철근을 포함하여 블럭아웃부에 조립되는 철근조립체;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 정착부재와 연결부재는, 단부면의 폭방향으로 서로 이격되어 평행하도록 2개 이상 구성되고, 높이 방향으로도 서로 이격되어 평행하도록 2개 이상 구성될 수 있다.
한편, 정착부재는, 볼트홀이 천공되고 단부면에 일면이 노출되는 정착판, 정착판의 타면 볼트홀 위치에 결합되는 고정너트, 고정너트에 수직하게 결합되어 본체에 매립되는 정착철근으로 구성되고, 연결부재는, 수직관통홀이 천공된 판재 연결부재, 볼트홀이 천공되고 판재 연결부재에 수직하게 결합되는 중간정착판으로 구성되어 정착부재의 고정너트에 볼트결합될 수 있다.
또는, 정착부재는, 단부면에 일면이 노출되는 정착판, 정착판의 타면에 수직하게 결합되는 정착철근으로 구성되고, 연결부재는, U자형으로 절곡된 철근으로 철근 연결부재로 구성되어 정착판에 직접 용접되어 연결될 수 있다.
여기서, 이격된 정착부재 사이에의 단부면에는 형성되는 요철의 전단키를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시형태에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔을 이용한 반일체식교대 교량 시공방법은 정착부재가 본체에 매립되도록 일체로 제작하는 단계; 연결부재를 정착부재에 결합하는 단계; 연결부재가 정착부재에 결합된 본체의 단부를 단부턱의 끝단이 흉벽의 끝단과 마주하도록 받침장치 상부에 안착시키는 단계; 흉벽 상단에 이격부 영구거푸집을 단부턱의 하면 모서리부에 밀착되도록 설치하는 단계; 및 블럭아웃부와 이격부 영구거푸집 상부에 콘크리트를 타설하여 단부벽체를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 이격부 영구거푸집은, 수평판, 수평판의 폭방향 양측 단부에 상향으로 돌출되는 한 쌍의 상방수직돌기, 수평판의 하면에 하향으로 돌출되는 한 쌍의 하방수직돌기를 포함하도록 구성될 수 있다.
여기서, 수평판의 하면에 한 쌍의 하방수직돌기 사이에 방수재 및 채움재를 더 포함할 수 있다.
한편, 서로 이웃한 단부턱 상면에 브라켓을 서로 이웃하는 단부턱방향으로 설치하고 브라켓에 매달기 거푸집을 매달아 콘크리트를 타설하여 단부벽체를 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, PSC빔의 단부 상측 일부분이 절취되어 형성된 블록아웃부에 단부벽체가 설치됨으로써 단부벽체의 표준두께를 일정하게 유지시킬 수 있어 단부벽체의 균열 안전성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 단부벽체와 PSC빔을 연결하는 정착부재, 연결부재, 철근조립체가 설치됨으로써 단부벽체와 PSC빔 사이가 벌어지는 것이 방지되는 효과가 있다.
또한, 단부턱에 매달기 거푸집을 설치할 수 있으므로 단부벽체를 시공하기 위한 거푸집 동바리의 수량을 감소시키며 설치 및 해체가 간편해지는 효과가 있다.
또한, 단부턱의 외측면을 이격부 영구거푸집과 나란히 밀착되도록 형성하여 교대의 흉벽과 PSC빔 사이에 단부벽체를 시공하기 위한 밑면 거푸집을 배제시킬 수 있어 단부벽체를 시공하기 위한 거푸집 동바리 작업이 간편해지는 효과가 있다.
또한, 이격부 영구거푸집을 사용함으로써 이격부 영구거푸집의 해체 작업을 배제시키는 효과가 있고, 이격부 영구거푸집에 방수재 및 채움재를 부착하여 교대에 시공하므로 이격부 방수를 편리하게 하는 효과가 있다.
또한, PSC빔의 단부면에 요철의 전단키를 설치하여 PSC빔과 단부벽체의 횡방향 일체성이 향상되는 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔의 사시도이고, 도 2는 평면도이며, 도 3은 이를 이용한 반일체식 교대 교량의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정착부재와 연결부재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔의 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔의 작용력을 나타내는 사시도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔을 이용한 반일체식 교대 교량 시공방법을 순서대로 나타낸 위한 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 이격부 영구거푸집의 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 반일체식 교대 교량을 시공하기 위해 매달기 거푸집의 설치를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔의 교각 위치의 설치를 나타내는 단면도이다.
도 11a는 종래기술 1의 반일체식 교대 교량의 단부측 종단면도, 도 11b는 평면도, 도 11c는 종단면도, 도 11d는 횡단면도이다.
도 12a는 종래기술 2의 반일체식 교대 교량의 단부측 종단면도, 도 12b는 평면도, 도 12c는 종단면도, 도 12d는 횡단면도이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔의 사시도이고, 도 2는 평면도이며, 도 3은 이를 이용한 반일체식 교대 교량의 종단면도이다.
본 발명에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔은, 단부의 상단이 절취된 블럭아웃부(11), 블럭아웃부(11) 하부의 단부턱(12)을 포함하는 본체(10); 단부면(13)에 결합면을 제공하도록 본체(10)에 교축방향으로 매립되는 정착부재(20); 수직관통홀(31)이 구성되며 정착부재(20)의 결합면에 결합되어 본체(10)의 단부면(13)으로부터 교축방향으로 돌출되는 연결부재(30); 연결부재(30)의 수직관통홀(31)을 수직하게 관통하는 수직앵커철근(41)을 포함하여 블럭아웃부(11)와 단부벽체(2) 타설공간에 조립되는 철근조립체(40)를 포함하여 구성된다.
본체(10)의 블럭아웃부(11)는 PSC빔 단부의 상단이 생략되도록 구성되는 것으로 블럭아웃부(11)에 의해 형성된 PSC빔 단부의 단부턱(12)만 단부벽체(2)에 매립되어 단부벽체의 표준두께(Bw)를 일정하게 유지시킨다. 따라서, PSC빔에 온도상승 및 상부하중이 작용하여 단부벽체(2)를 단부벽체 배면측으로 밀어붙이는 신장력(T)이 작용하는 경우 단부벽체(2)의 표준두께(Bw)를 일정하게 유지시켜 단부벽체 배면 균열이 발생하지 않는다.
블럭아웃부(11)의 교축방향 길이는 표준두께(Bw)에서 후술되는 이격부 영구거푸집의 폭을 제외한 폭 이상으로 형성된다.
단부턱(12)은 블럭아웃부(11)에 의해 PSC빔의 단부의 하단에 형성되어 단부벽체(2)와 일체화된다.
단부턱(12)은 단부벽체(2)에 매립되어 PSC빔과 단부벽체(2)의 일체화를 도모하고, 콘크리트를 타설하여 단부벽체(2)를 형성함에 있어서 거푸집 동바리의 설치 및 해체를 간편하게 하는 것으로 이에 대해서는 이후에 다시 설명하기로 한다.
다만, 단부벽체(2)와 일체화되는 단부턱(12)의 두께가 두꺼워지면 단부벽체(2)의 단면을 감소시키므로, 단부턱(12)의 두께는 구조계산에 의해 결정되되 그 두께가 최소가 되도록 한다.
블럭아웃부(11)에 의한 본체(10)의 노출면 중 수직면을 본 명세서에서는 단부면(13)이라고 칭한다.
정착부재(20)는 단부면(13)에 결합면을 제공하도록 본체(10)에 교축방향으로 매립되고, 연결부재(30)가 정착부재(20)의 결합면에 결합된다.
연결부재(30)는 수직관통홀(31)이 구성되며 단부면으로부터 교축방향으로 돌출되도록 정착부재(20)의 결합면에 결합된다. 연결부재(30)의 돌출길이는 단부턱(12)의 길이를 초과하지 않도록 구성되어야 한다.
도 1 내지 도 3에서는 정착부재(20)와 연결부재(30)가 3행 2열의 6개로 구성되는 것으로 도시하였으나 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 폭방향으로 서로 이격되어 평행하도록 2개 이상 구성되고, 높이 방향으로도 서로 이격되어 평행하도록 2개 이상 구성되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정착부재와 연결부재의 사시도이다.
본 실시예에서는 도 1 내지 도 4a에 도시된 바와 같이, 정착부(20)재는 단부면(13)에 일면이 노출되는 정착판(21), 정착판(21)의 타면에 수직하게 결합되는 정착철근(22)으로 구성된다. 정착철근(22)은 도 4a에 도시된 바와 같이 정착판(21)에 고정너트(23)를 매개로 연결될 수 있다. 정착판(21)에는 고정너트(23) 결합위치에 볼트홀이 천공되어야 하며 고정너트(23)와 정착철근(22)은 각각 정착판(21)과 고정너트(23)에 용접 등의 임의의 방법으로 결합될 수 있다.
연결부재(30)는 수직관통홀(31)이 천공된 판재 연결부재(32), 볼트홀이 천공되고 판재 연결부재(32)에 수직하게 결합되는 중간정착판(33)으로 구성되어 정착부재(20)의 고정너트(23)에 볼트(B)결합된다. 이때, 판재 연결부재(32)와 중간정착판(33)의 견고한 결합을 위하여 도시된 바와 같이 판재 연결부재(32)와 중간정착판(33)을 연결하도록 보강리브(34)가 더 구성될 수 있다.
정착부재(20)와 연결부재(30)의 형상은 본 실시예에서 제시된 것에 제한되지 않으며 다양한 형상과 방법으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 4b에 도시된 바와 같이 연결부재(30)는 중간정착판(33)을 생략하고 정착판(21)에 직접 용접되어 결합될 수 있다.
이상과 같이 연결부재(30)는 판재로 구성될 수 있으며 또는 도 4c와 도 4d에 도시된 바와 같이 U자형으로 절곡된 철근으로 철근 연결부재(35)로 구성될 수 있다. 이 경우에도 앞선 실시예와 마찬가지로 볼트홀이 천공된 중간정착판(33)이 철근 연결부재(35)에 수직하게 결합되어 정착부재(20)의 고정너트(23)에 볼트결합될 수 있으며, 또는 중간정착판(33)을 생략하고 정착판(21)에 직접 용접되어 연결될 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참고하여 살펴보면, 본 실시예에서 폭방향으로 이격된 정착부재(20,20) 사이에의 단부면(13)에는 요철의 전단키(14)를 형성하여 단부벽체(2)와의 일체화를 도모하는 것이 바람직하다. 전단키(14)는 몸체(10)의 길이방향 내측으로 홈을 형성하여 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔의 평면도이다.
본 실시예에서는 앞선 실시예와 반대로 몸체(10)의 길이방향으로 돌출하도록 요철을 형성하는 돌출 전단키(15)를 형성할 수 있다. 이때, 돌출 전단키(15)의 돌출길이는 앵커철근을 방해하지않도록 회피하여 형성된다.
요철의 전단키(14,15)는 본체(10)와 단부벽체(2)의 횡방향 거동에 대한 걸림턱으로 작용하므로 본체(10)와 단부벽체(2)의 횡방향 일체성이 향상되는 효과가 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참고하여 살펴보면, 철근조립체(40)는 연결부재(30)의 수직관통홀(31)을 수직하게 관통하는 수직앵커철근(41)을 포함하여 블럭아웃부(11)와 단부벽체(2) 타설공간에 조립된다.
철근조립체(40)는 단부벽체(2)와 PSC빔을 일체화하여 후술되는 수축력(C) 발생시 3축 반력으로 저항하는 수단이다.
철근조립체(40)는 연결부재(30)의 수직관통홀(31)을 수직하게 관통하는 수직앵커철근(41); 양단에 갈고리부가 형성되어 일단의 갈고리부가 수직앵커철근(41)을 안쪽으로 걸도록 결합되는 갈고리앵커철근(42); 수직앵커철근(41)에 수평하게 결합되는 수평앵커철근(43)을 포함하여 구성되며 수직앵커철근(41), 갈고리앵커철근(42) 및 수평앵커철근(43)은 결속선을 이용하여 서로 조립된다.
갈고리앵커철근(42)은 양단에 각각 135도 갈고리 또는 90도 갈고리가 형성되고 추가 수직앵커철근을 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔의 작용력을 나타내는 사시도이다.
앞서 도 3을 통하여 본체(10)의 블럭아웃부(11)에 의해 형성된 PSC빔 단부의 단부턱(12)만 단부벽체(2)와 일체화되어 단부벽체의 표준두께(Bw)를 일정하게 유지시키므로 PSC빔에 온도상승 및 상부하중이 작용하여 단부벽체(2)를 단부벽체 배면측으로 밀어붙이는 신장력(T)이 작용하는 경우 단부벽체(2)의 표준두께(Bw)를 일정하게 유지시켜 단부벽체 배면 균열이 발생하지 않는다는 것을 알 수 있었다.
반대로, PSC빔에 수축력(C)이 작용할 경우를 도 6을 통해 살펴보면, 철근조립체(40)는 연결부재(30)와 정착부재(20)를 매개로 본체(10)에 연결되어 설치된다.
본체(10)에 온도하강 및 건조수축이 발생될 경우 본체(10)에는 단부벽체(2)를 본체(10) 방향으로 잡아당기는 수축력(C)이 작용된다. 이때, 3축으로 구성된 철근조립체(40)는 수축력(C)에 대하여 3축 반력으로 저항한다. 본체(10)와 길이방향으로 평행하도록 배치된 갈고리앵커철근(42)는 반력으로서 축방향 뽑힘저항력(Rx)이 작용되고, 수직앵커철근(41)에는 반력으로서 수직방향 뽑힘저항력(Rz) 작용되며, 수평앵커철근(43)에는 횡방향 뽑힘저항력(Ry)이 작용된다.
수축력(C)에 대해 대응하는 뽑힘저항력 중 설계를 지배하는 저항력은 축방향 뽑힘저항력(Rx)으로, 축방향 뽑힘저항력(Rx)이 편심됨이 없이 균등하게 작용하도록 정착부재(20)와 연결부재(30)는 본체(10)의 폭방향으로 서로 이격되어 평행하도록 2개 이상 구성되고, 높이 방향으로도 서로 이격되어 평행하도록 2개 이상 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 본체(10)의 단부면(13)에 수평 및 수직방향으로 각각 2개 이상 구비되고, 적어도 총 4개 이상 구비되는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 본체(10), 정착부재(20), 연결부재(30), 철근조립체(40)는 구조적으로 연결되며, 본체(10)에 작용되는 수축력(C)을 축방향 뽑힘저항력(Rx), 수직방향 뽑힘저항력(Rz), 그리고 횡방향 뽑힘저항력(Ry)으로 저항하여 본체(10)와 단부벽체(2) 사이의 균열(CR)과 벌어짐을 방지하는 효과가 있다.
도 7 은 본 발명에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔을 이용한 반일체식 교대 교량 시공방법을 순서대로 나타낸 위한 사시도이다.
먼저, 단부의 상단이 절취된 블럭아웃부(11), 블럭아웃부(11) 하부의 단부턱(12)을 포함하는 본체(10)를 제작하되, 단부면(13)에 결합면을 제공하도록 본체(10)에 교축방향으로 매립되는 정착부재(20)를 일체로 공장제작한다.
정착부재(20)가 일체로 매립된 본체(10)에 도 7a에 도시된 바와 같이 연결부재(30)를 결합한다.
본 발명에서 정착부재(20)와 연결부재(30)로 분리하여 고안한 것을 본체(10)를 제작한 다음 연결부재(30)를 설치함으로써, 본체(10)를 형성할 때 단부면(13)에 사용되는 거푸집이 연결부재(30)로 인해 방해되지 않도록 하며 일체로 제작하면 발생할 수 있는 연결부재(30)의 손상을 방지한다.
이어서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 연결부재(30)가 정착부재(20)에 결합된 본체(10)의 단부를 받침장치(3) 상부에 안착시킨다. 이때, 단부턱(12)의 끝단이 흉벽(4)의 끝단과 마주하도록 한다.
다음으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 흉벽(4) 상단에 이격부 영구거푸집(50)을 거치한다.
이격부 영구거푸집(50)은 단부벽체(2)와 교대 흉벽(4) 사이의 이격부(5)에 설치되되 한쪽 측면이 단부턱(12)의 하면 모서리부에 밀착되어 설치된다.
도 8은 본 발명에 따른 이격부 영구거푸집의 사시도이다.
본 실시예에서 이격부 영구거푸집(50)은 수평판(51)과, 수평판(51)의 폭방향 양측 단부에 상향으로 돌출되는 한 쌍의 상방수직돌기(52,52), 수평판(51)의 하면에 하향으로 돌출되는 한 쌍의 하방수직돌기(53,53)로 구성된다.
이격부 영구거푸집(50)의 한 쌍의 상방수직돌기(52,52)는 콘크리트를 타설하여 단부벽체(2)를 형성할 때 무른 콘크리트가 모서리를 통해 누출되는 것을 방지하는 효과가 있다.
이격부 영구거푸집(50)은 수평판(51)의 하면에 방수재(54) 및 채움재(55)를 더 포함될 수도 있는데, 이때 한 쌍의 하방수직돌기(53,53)가 방수재(54) 및 채움재(55)가 외부로 이탈되는 것을 방지하는 효과가 있다.
앞서 도 11과 도 12를 통해 살펴본 바와 같이 기존의 반일체식 교대 교량을 시공할 때에는 단부벽체(2) 콘크리트가 양생된 후 받침장치(3)와 흉벽(4) 사이의 내측밑면동바리 및 거푸집을 제거하기 어려우며, 특히 단부벽체(2) 하면과 흉벽(4) 상면 사이에 이격부(5)를 형성하기 위한 이격부 거푸집(7)을 단부벽체(2) 완성 후 제거하기 힘들며, 추후 협소한 이격부(5)에 방수장치를 설치하기 어려운 문제점을 가지고 있다.
본 발명에 따른 이격부 영구거푸집(50)은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이격부 영구거푸집(50)은 해체되지 않고 존치되는 것으로 단부벽체(2)와 흉벽(4) 사이의 이격부(5)에 대한 거푸집 해체 작업을 배제하고 방수를 편리하게 하기 위한 수단이다.
또한, 이격부 영구거푸집(50)의 수평부(51) 하면에 방수재(54) 및 채움재(55)를 부착하여 시공하면 이격부(5) 방수를 편리하게 할 수 있다.
다시 도 7을 참고하여 본 발명에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔을 이용한 반일체식 교대 교량 시공방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 7c에 도시된 바와 같이 이격부 영구거푸집(50) 하단에 방수재(54) 및 채움재(55)를 부착한 후 흉벽(4) 상단에 설치한다.
단부턱(12)의 외측면을 이격부 영구거푸집(50)과 나란히 밀착되도록 형성하여 교대의 흉벽(4)과 본체(10) 사이에 단부벽체(2)를 시공하기 위한 밑면 거푸집을 배제시킬 수 있어 단부벽체(2)를 시공하기 위한 거푸집 및 동바리 작업이 간편해지는 효과가 있다.
다음으로, 도 7d에 도시된 바와 같이, 철근조립체(40)를 연결부재(30)에 결합하도록 블럭아웃부(11)와 단부벽체(2) 타설 공간에 조립한다.
철근조립체(40)는 연결부재(30)의 수직관통홀(31)을 수직하게 관통하는 수직앵커철근(41), 양단에 갈고리부가 형성되어 일단의 갈고리부가 수직앵커철근(41)을 안쪽으로 걸도록 결합되는 갈고리앵커철근(42), 수직앵커철근(41)에 수평하게 결합되는 수평앵커철근(43)을 포함하여 구성되며 수직앵커철근(41), 갈고리앵커철근(42) 및 수평앵커철근(43)은 결속선을 이용하여 조립된다.
마지막으로 이웃하는 본체(10,10)의 단부턱(12,12) 사이에 매달기 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하여 단부벽체(2)를 형성한다.
도 9는 본 발명에 따른 반일체식교대 교량을 시공하기 위해 매달기 거푸집의 설치를 나타내는 단면도이다.
앞서 도 11과 도 12를 통해 살펴본 바와 같이 기존의 반일체식교대 교량을 시공할 때에는 단부벽체(2)를 시공하기 위해 필요한 동바리 및 거푸집의 수량이 많아지고, 받침장치(3)와의 간섭으로 동바리 및 거푸집 형상이 복잡하여 동바리 및 거푸집 손실이 많아진다. 또한, 교량은 높이를 갖는 구조물이므로 교량 상부구조물을 설치는 상당한 높이에서 수행되므로 교대 상부에 동바리 및 거푸집을 현장 시공으로 형성한다는 것은 안전사고 등의 많은 위험성을 갖고 있다.
본 발명에 따른 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔은 단부턱(12)이 구비되어 있어 단부턱(12)에 도 9에 도시된 바와 같이 브라켓(61)을 외측, 서로 이웃하는 본체(10)방향으로 설치하여 서로 이웃하는 본체(10,10)의 단부턱(12,12)에 설치된 브라켓(61)에 매달기 거푸집(63)을 매달아 콘크리트를 타설하여 단부벽체(2)를 형성한다. 매달기 거푸집(63)은 브라켓(61)에 다양한 방법으로 설치될 수 있으며 바람직하게는 도시된 바와 같이 볼트(62)로 연결하면 단부벽체(2) 형성 이후 볼트를 풀어내어 매달기 거푸집(63)을 손쉽게 해체할 수 있다. 이상과 같이 서로 인접한 단부턱(12,12)을 지지대로 삼아 매달기 거푸집(63)을 설치하면 거푸집의 설치 및 해체가 쉽고 수량을 감소시키고 시공자의 고소 작업을 최소화하는 효과가 있다.
도 10은 본 발명의 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔의 교각 위치의 설치를 나타내는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 장지간 교량의 경우 연결부재(30)가 정착부재(20)에 결합된 본체(10)의 단부를 교각 위의 받침장치(3) 상부에 교축방향으로 일렬로 안착시킨 후 철근조립체(40)를 양측 연결부재(30)에 조립하여 연속된 블럭아웃부(11)에 콘크리트를 타설하여 완성한다. 본 발명의 정착부재(20), 연결부재(30), 단부턱(12), 철근조립체(40)는 교축방향으로 인접하는 본체(10) 사이의 연결부에 대한 구조적 안전성을 향상시키고, 거푸집 및 동바리 수량을 절감하게 하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 단부 상측 일부분이 절취되어 형성된 블록아웃부에 단부벽체가 설치됨으로써 단부벽체의 표준두께를 일정하게 유지시킬 수 있어 단부벽체의 균열 안전성을 향상시킬 수 있으며, 단부벽체와 본체를 연결하는 정착부재, 연결부재, 철근조립체가 설치됨으로써 단부벽체와 본체가 일체화되어 사이가 벌어지는 것이 방지된다.
또한, 단부턱에 매달기 거푸집을 설치할 수 있으므로 단부벽체를 시공하기 위한 거푸집 동바리의 수량을 감소시키며 설치 및 해체가 간편해지고, 단부턱의 외측면을 이격부 영구거푸집과 나란히 밀착되도록 형성하여 교대의 흉벽과 PSC빔 사이에 단부벽체를 시공하기 위한 밑면 거푸집을 배제시킬 수 있어 단부벽체를 시공하기 위한 거푸집 동바리 작업이 간편해진다.
또한, 이격부 영구거푸집을 사용함으로써 이격부 거푸집의 해체 작업을 배제시키고 이격부 영구거푸집에 방수재 및 채움재를 부착하여 교대에 시공하므로 이격부 방수를 편리하게 할 수 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10 : 본체 11 : 블럭아웃부
12 : 단부턱 13 : 단부면
14 : 전단키 15 : 돌출전단키
20 : 정착부 재 21 : 정착판
22 : 정착철근 23 : 고정너트
30 : 연결부 재 31 : 수직관통홀
32 : 판재 연결부재 33 : 중간정착판
34 : 보강리브 35 : 철근 연결부재
40 : 철근조립체 41 : 수직앵커철근
42 : 갈고리앵커철근 43 : 수평앵커철근
50 : 이격부 영구거푸집 51 : 수평판
52 : 상방수직돌기 53 : 하방수직돌기
54 : 방수재 55 : 채움재
60 : 매달기동바리 61 : 브라켓
62 : 볼트 63 : 매달기 거푸집

Claims (9)

  1. 단부의 상단이 절취된 블럭아웃부(11), 블럭아웃부(11) 하부의 단부턱(12)을 갖는 본체(10);
    단부면(13)에 결합면을 제공하도록 본체(10)에 교축방향으로 매립되는 정착부재(20);
    수직관통홀(31)이 구성되며 정착부재(20)의 결합면에 결합되어 본체(10)의 단부면(13)으로부터 교축방향으로 돌출되는 연결부재(30); 및
    연결부재(30)의 수직관통홀(31)을 수직하게 관통하는 수직앵커철근(41)을 포함하여 블럭아웃부(11)에 조립되는 철근조립체(40);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔.
  2. 제1항에 있어서,
    정착부재(20)와 연결부재(30)는,
    단부면(13)의 폭방향으로 서로 이격되어 평행하도록 2개 이상 구성되고, 높이 방향으로도 서로 이격되어 평행하도록 2개 이상 구성되는 것을 특징으로 하는 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔.
  3. 제2항에 있어서,
    정착부재(20)는,
    볼트홀이 천공되고 단부면(13)에 일면이 노출되는 정착판(21), 정착판(21)의 타면 볼트홀 위치에 결합되는 고정너트(23), 고정너트(23)에 수직하게 결합되어 본체(10)에 매립되는 정착철근(22)으로 구성되고,
    연결부재(30)는,
    수직관통홀(31)이 천공된 판재 연결부재(32), 볼트홀이 천공되고 판재 연결부재(32)에 수직하게 결합되는 중간정착판(33)으로 구성되어 정착부재(20)의 고정너트(23)에 볼트(B)결합되는 것을 특징으로 하는 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔.
  4. 제2항에 있어서,
    정착부재(20)는,
    단부면(13)에 일면이 노출되는 정착판(21), 정착판(21)의 타면에 수직하게 결합되는 정착철근(22)으로 구성되고,
    연결부재(30)는,
    U자형으로 절곡된 철근으로 철근 연결부재(35)로 구성되어 정착판(21)에 직접 용접되어 연결되는 것을 특징으로 하는 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔.
  5. 제2항에 있어서,
    이격된 정착부재(20,20) 사이에의 단부면(13)에는 형성되는 요철의 전단키(14)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 정착부재(20)가 본체(10)에 매립되도록 일체로 제작하는 단계(S100);
    연결부재(30)를 정착부재(20)에 결합하는 단계(S200);
    연결부재(30)가 정착부재(20)에 결합된 본체(10)의 단부를 단부턱(12)의 끝단이 흉벽(4)의 끝단과 마주하도록 받침장치(3) 상부에 안착시키는 단계(S300);
    흉벽(4) 상단에 이격부 영구거푸집(50)을 단부턱(12)의 하면 모서리부에 밀착되도록 설치하는 단계(S400); 및
    블럭아웃부(11)와 이격부 영구거푸집(50) 상부에 콘크리트를 타설하여 단부벽체(2)를 형성하는 단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔을 이용한 반일체식교대 교량 시공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    S400 단계에서 이격부 영구거푸집(50)은,
    수평판(51), 수평판(51)의 폭방향 양측 단부에 상향으로 돌출되는 한 쌍의 상방수직돌기(52,52), 수평판(51)의 하면에 하향으로 돌출되는 한 쌍의 하방수직돌기(53,53)를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔을 이용한 반일체식교대 교량 시공방법.
  8. 제7항에 있어서,
    수평판(51)의 하면에 한 쌍의 하방수직돌기(53,53) 사이에 방수재(54) 및 채움재(55)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔을 이용한 반일체식교대 교량 시공방법.
  9. 제6항에 있어서,
    S500 단계에서,
    서로 이웃한 단부턱(12,12) 상면에 브라켓(61)을 서로 이웃하는 단부턱(13,13)방향으로 설치하고 브라켓(61)에 매달기 거푸집(63)을 매달아 콘크리트를 타설하여 단부벽체(2)를 형성하는 것을 특징으로 하는 단부벽체의 성능을 향상시킬 수 있는 PSC빔을 이용한 반일체식교대 교량 시공방법.
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