KR101913069B1 - 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트, 거더 및 그 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강재와 프리스트레스트 콘크리트의 합성구조로 이루어지는 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트, 거더 및 그 제작방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 강합성 거더의 주요 구성요소인 상부의 강재와 하부의 콘크리트의 효율적인 합성구조 구성방법과 하부콘크리트에 요구되는 압축 프리스트레스를 효율적으로 도입할 수 있는 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트, 거더 및 그 제작방법에 관한 것이다.
본 발명은, 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트에 있어서, 일방향으로 긴 판형 강재인 상부플랜지와 상기 상부플랜지에 결합되는 판형 강재인 복부, 상기 복부의 아래쪽에 상기 복부의 길이 방향을 따라 여러 개 형성되는 관통공인 퍼포본드 홀(Perpobond Hole), 상기 퍼포본드 홀에 삽입되어 고정되며 상기 퍼포본드 홀의 외부로 노출되는 길이는 홀의 양쪽으로 동일한 강관인 보강부재를 포함하여 구성되는 T형 강재인 상부부재; 상기 상부부재의 아래쪽 일부와 상기 퍼포본드 홀 및 보강부재를 수용한 상태로 결합되는 철근콘크리트 재질의 하부부재; 및, 상기 하부부재에 프리스트레스를 가하기 위한 것으로서, 상기 하부부재의 내부에 배치되는 긴장재와 상기 긴장재를 수용하기 위한 쉬스관을 포함하는 프리스트레싱 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트를 제공한다.

Description

프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트, 거더 및 그 제작방법{Prestressed Steel-Concrete Composite Girder and Method for Fabricating thereof}

본 발명은 강재와 프리스트레스트 콘크리트의 합성구조로 이루어지는 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트, 거더 및 그 제작방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 강합성 거더의 주요 구성요소인 상부의 강재와 하부의 콘크리트의 효율적인 합성구조 구성방법과 하부콘크리트에 요구되는 압축 프리스트레스를 효율적으로 도입할 수 있는 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트, 거더 및 그 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 I형 강재의 하부에 콘크리트를 결합시키는 프리스트레스트 강합성 거더(빔)는 I형 강재로만 저형고의 거더를 제작하는 경우에 발생하는 과도한 처짐 문제를 효과적으로 해결하기 위해서 강재 거더 하부에 콘크리트를 합성하여 강성을 증대시킨 거더 형식으로서, 정(+)의 휨모멘트에 의해 하부콘크리트에 발생하는 휨 인장응력을 상쇄시키기 위하여 압축 프리스트레스를 도입한다.

프리스트레스트 강합성 거더 공법에서 프리스트레스를 도입하는 방법에는 강재의 프리플렉션(Preflexion)을 이용하는 방법과 긴장재를 이용하는 방법이 있다. 운반에 적절하도록 공장에서 강합성 거더를 길이 방향으로 여러 개의 세그먼트로 분절 제작하여 교량 건설현장으로 운반한 다음에 세그먼트들을 접합하고 프리스트레스를 도입하는 분절 프리스트레스트 강합성 거더의 개발 초기에는 프리플렉션을 이용하여 프리스트레스를 도입하는 방법들이 주로 연구되었으나, 최근에는 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 방법들이 주로 연구되고 있다. 이는 최근의 연구들에서 긴장재에 의해 프리스트레스를 도입하는 방법이 강재 거더의 프리플렉션을 이용하는 방법보다 경제적이라는 사실이 밝혀진 이유도 있지만, 프리플렉션에 의한 프리스트레스 도입방법을 분절공법에 적용하는 것이 난해하기 때문이기도 하다. 또한, 강재의 프리플렉션을 이용하는 강합성 거더는 종단곡선을 고려하여 제작하는 데에는 문제가 없으나 평면곡선을 고려하여 제작하는 것은 사실상 불가능하지만, 긴장재를 이용하는 방법은 종단곡선은 물론 평면 곡선도 용이하게 고려하여 제작할 수 있다는 장점이 있다.

도 1의 (a)는 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 종래의 전형적인 강합성 거더 분절공법으로서 3분절 세그먼트(S31, S32, S33)로 제작되며 세그먼트 접합 전에 1차로 중앙 세그먼트(S32)에 긴장력을 도입하고(공장에서 운반 전에 실시함), 세그먼트 접합부에서 I형 강재와 하부콘크리트를 각각 이음 한 다음에 미리 마련된 덕트에 긴장재를 삽입하고 긴장하여 2차 긴장력을 도입하는 방법을 사용한다. 세그먼트를 접합할 때 강재의 이음에는 현장용접 또는 볼트 이음을 사용하고 하부콘크리트 이음에는 현장타설 콘크리트를 사용한다. 도 1의 (b)에는 완성된 프리스트레스트 강합성 거더의 하부콘크리트 하연에 도입되는 압축 프리스트레스가 도시되어 있는데, 가로축은 거더 길이를 표시하고 세로축은 응력을 표시한다. 도 1의 (a)와 같은 긴장재 배치방법에 의해 도입되는 압축 프리스트레스는 계단식 분포를 갖는다. 실제로는 하부콘크리트 내에서 긴장재가 아래로 볼록한 포물선 형태로 배치되기 때문에 긴장재의 편심 거리의 변동 효과가 약간 있지만 그 영향이 작기 때문에 여기에서는 모든 긴장재가 하부콘크리트 중심부에 수평으로 배치되었을 때를 기준으로 도시하였다. 도 1의 (b)에서 아래쪽의 점선으로 표시된 포물선 형태의 그래프는 분포하중에 의해 발생하는 하부콘크리트 하연의 최대 가용 인장응력으로서 미리 도입된 압축 프리스트레스와 상쇄되어 최종적으로 하부콘크리트 하연에 인장응력을 발생시키지 않는 최대 작용가능 인장응력이며, 위쪽에 일점쇄선으로 도시된 포물선 형태의 그래프는 하부콘크리트에 최대한 도입할 수 있는 허용압축 프리스트레스로서 긴장력이 도입되면 거더 전 길이에 걸쳐 지면에 의해 지지가 되고 있던 강합성 거더에 솟음이 발생하면서 양단부에서만 지지가 되는 단순보 구조가 되므로 거더 자중에 의해 포물선 형태의 휨모멘트가 작용하고, 그로 인해 하부콘크리트 하연에 포물선 형태의 인장응력이 작용하여 압축 프리스트레스가 소진되므로 그만큼의 프리스트레스 도입 여력이 추가된다는 점이 고려된 것이다. 따라서 허용압축 프리스트레스는 지점이 되는 거더의 양단부에서는 하부콘크리트의 허용압축 응력과 같으며 중앙부에서는 여기에 거더 자중에 의한 포물선 형태의 인장응력을 더한 것과 같다. 분절 거더의 경우 세그먼트의 길이가 같을 때 조립된 거더의 총 길이를 가장 길게 할 수 있기 때문에 통상 세그먼트의 길이는 도 1의 (a)와 같이 동일한데 이런 경우에 도 1의 (b)에서 볼 수 있듯이 거더 중앙에서 하부콘크리트의 허용압축 프리스트레스를 충분히 활용하지 못한다는 점을 알 수 있다.

도 2의 (a)는 5개의 세그먼트(S51, S52, S53, S54, S55)로 구성된 분절 프리스트레스트 강합성 거더로서 거더 하연에 작용하는 포물선 형태의 인장응력에 효과적으로 대처할 수 있는 압축 프리스트레스를 도입하기 위하여 2단계에 걸쳐 접합 작업을 실시한다. 즉 접합 전에 1차 긴장재를 사용하여 1차 프리스트레스를 도입한 중앙 세그먼트(S53)와 인접한 2개의 세그먼트(S52, S54)를 먼저 접합하고 여기에 설치된 2차 긴장재를 사용하여 2차 프리스트레스를 도입한다. 중앙의 3개의 세그먼트의 접합과 프리스트레스 도입이 완료되면 양단의 2개의 세그먼트(S51, S55)를 추가로 접합하고 전 거더에 걸쳐 설치된 3차 긴장재를 사용하여 3차 프리스트레스를 도입한다. 도 2의 (a)에는 긴장재의 배치 방법이 도시되어 있으며 도 2의 (b)에는 하부콘크리트 하연의 허용압축 프리스트레스, 도입 가능한 최대 압축 프리스트레스 및 최대 가용 인장응력이 도시되어 있다. 도 1의 (b)와 도 2의 (b)를 비교해보면 5분절의 경우가 3분절의 경우보다 허용압축 프리스트레스를 더 효과적으로 활용할 수 있다는 점을 알 수 있고, 5분절 공법은 3분절 공법에 비하여 길이가 훨씬 더 긴 강합성 거더를 제작할 수 있다는 장점도 있다. 그런데 문제는 이러한 5분절 공법의 경우에는 현장에서 최소한 2회에 걸쳐 접합 작업과 긴장 작업을 실시해야 하기 때문에 현장공기가 길어지는 치명적인 문제점이 있다. 분절 프리스트레스트 강합성 거더의 최대 장점은 현장작업의 공기단축에 있는데, 5분절 공법의 긴 현장작업공기는 치명적인 약점이 된다.

도 3a에 도시된 등록특허 10-1126042(긴장재에 의해 압축 프리스트레스가 도입되는 강합성 거더 및 그 제작 방법)는 긴장재를 사용하여 압축 프리스트레스를 도입하는 강합성 거더에 관한 것으로서 일반적으로 사용해왔던 I형 강재 대신에 T형 강재를 중앙 세그먼트에 사용하여 강재량과 용접량을 절감할 수 있는 방안을 제시하였다. 긴장재에 의해 압축 프리스트레스를 도입하는 강합성 거더의 경우에 I형 강재의 하부플랜지는 구조적 관점에서 보면 프리스트레스트 하부콘크리트와 중복되는 구조요소이고, 한편으로는 하부콘크리트의 긴장재 덕트용 쉬스 배치작업, 철근 배치작업 및 콘크리트 타설 작업에 방해만 된다고 볼 수 있다. 따라서 이러한 이유로 종래에도 긴장재를 사용하여 프리스트레스를 도입하는 경우에는 도 4의 (a)와 같이 I형 강재의 하부플랜지 크기를 대폭 줄인 경우도 있었지만, 하부플랜지가 여전히 존재했던 이유는 전단연결재의 설치와 관계가 있다. 도 4의 (a)는 상부플랜지에 비해 하부플랜지가 매우 작은 I형 강재를 사용하는 종래의 프리스트레스트 강합성 거더로서 상부플랜지에는 다수의 작은 스터드형 전단연결재가 설치되어있고 하부플랜지에는 각재를 이용한 각형 전단연결재가 설치되어있다. 일반적으로 강합성 거더의 경우에는 바닥판 콘크리트와의 결합을 위해 상부플랜지에는 스터드형 전단연결재 또는 각형 전단연결재가 모두 사용되지만 하부콘크리트와 결합되는 하부플랜지에는 각형 전단연결재가 주로 사용된다. I형 강재의 하부플랜지에 각형 전단연결재를 사용하는 이유는 각형 전단연결재는 돌출 높이가 낮아서 하부콘크리트에 내설되는 쉬스의 설치작업이나 철근의 배치작업 및 콘크리트 타설 작업이 쉬워지기 때문이다. 그런데 문제는 이렇게 설치된 각형 전단연결재는 수평방향 전단력에만 유효하며 수직방향 전단력에는 저항능력이 없다는 점이다. I형 강재의 경우에는 하부플랜지 자체가 수직방향 전단력에 저항하기 때문에 문제가 없지만 T형 강재에는 하부플랜지가 없기 때문에 수직방향 전단저항능력이 없는 각형 전단연결재를 사용할 수 없어서 양방향으로 전단저항능력을 가지는 스터드형 전단연결재를 사용해야 하는데, 일반적인 스터드형 전단연결재를 복부에 설치하면 도 4의 (b)와 같이 수평방향(복부의 수직방향) 돌출 높이가 높아서 T형 강재를 사용하는 장점이 거의 상쇄되기 때문에 하부플랜지가 매우 작은 I형 강재를 사용해 왔던 것이다. 다만, 도 3a에 도시된 강합성 거더는 건축용 보처럼 길이가 짧은 경간에 적용되는 거더 형식으로서 작용 전단력이 근본적으로 작을 뿐만 아니라 중앙부보다 큰 전단력이 작용하는 양단부에는 I형 강재를 사용하고 중앙부에만 T형 강재를 사용하기 때문에 도 3b에 도시된 바와 같이 통상적으로 강합성 거더에 사용하는 강형 복부의 하부를 관통하는 스터럽(stirrup) 철근만으로도 작용 전단력에 저항할 수 있다. 그런데 거더가 길어지면 작용 전단력도 커지기 때문에 이러한 관통 철근만으로는 충분한 전단저항능력을 제공할 수 없으므로 반드시 추가적인 전단저항 수단이 제공되어야 한다. 참고로 도 4의 (a)의 경우에는 스터럽 철근이 복부를 관통하지 않고 복부에 용접되는데, 이러한 방법은 전단저항의 측면에서 보면 도 3b에 도시된 관통철근보다 전단저항성능이 좋지 않지만 도 4의 (a)의 경우에는 별도의 각형 전단연결재가 있기 때문에 작업의 편의를 위해 이러한 방법이 많이 사용된다.

본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 긴장재를 이용하여 압축 프리스트레스를 도입하는 강합성 거더에 적합한 T형 강재를 사용하면서도 상부의 강재와 하부의 콘크리트의 합성구조에 필요한 전단저항능력을 효과적으로 제공할 수 있으며, 강합성 거더의 하부콘크리트의 허용압축 프리스트레스를 충분히 활용하면서도 현장작업 공기가 늘어나지 않는 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트, 거더 및 그 제작방법을 제공하는 것이다.

전술한 과제의 해결 수단의 첫 번째 형태로서 본 발명은,

긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트에 있어서,

일방향으로 긴 판형 강재인 상부플랜지와 상기 상부플랜지에 결합되는 판형 강재인 복부, 상기 복부의 아래쪽에 상기 복부의 길이 방향을 따라 여러 개 형성되는 관통공인 퍼포본드 홀(Perpobond Hole), 상기 퍼포본드 홀에 삽입되어 고정되며 상기 퍼포본드 홀의 외부로 노출되는 길이는 홀의 양쪽으로 동일한 강관인 보강부재를 포함하여 구성되는 T형 강재인 상부부재;

상기 상부부재의 아래쪽 일부와 상기 퍼포본드 홀 및 보강부재를 수용한 상태로 결합되는 철근콘크리트 재질의 하부부재; 및,

상기 하부부재에 프리스트레스를 가하기 위한 것으로서, 상기 하부부재의 내부에 배치되는 긴장재와 상기 긴장재를 수용하기 위한 쉬스관을 포함하는 프리스트레싱 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트를 제공한다.

본 발명은 그 두 번째 형태로서,

다섯 개의 세그먼트로 구성되는 5분절 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법에 있어서,

전술한 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트를 제작하되, 중앙부에 배치되는 세 개의 중앙 세그먼트(이하 각각 제2세그먼트(S2), 제3세그먼트(S3), 제4세그먼트(S4)라 함)와, 양단부에 각각 배치되는 한 쌍의 단부 세그먼트(이하 각각 제1세그먼트(S1), 제5세그먼트(S5)라 함)를 제작하는 세그먼트 제작단계;

상기 세그먼트 제작단계에서 제작된 거더 세그먼트를 제1세그먼트 내지 제5세그먼트의 순서로 배치하고, 상기 제1세그먼트 내지 제4세그먼트와 상기 제2세그먼트 내지 제5세그먼트에 각각 긴장재를 설치하며, 상기 제1세그먼트 내지 제5세그먼트의 상부부재는 용접 또는 볼트 이음, 하부부재는 현장 타설 콘크리트를 이용하여 이음 한 후 상기 긴장재에 인장력을 가하여 정착함으로써 상기 제1세그먼트 내지 제4세그먼트와 상기 제2세그먼트 내지 제5세그먼트에 각각 긴장력을 가하는 세그먼트 결합단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법를 제공한다.

상기 세그먼트 제작단계에서 제작되는 중앙 세그먼트는 그 길이가 같게 제작되고, 단부 세그먼트는 상기 중앙 세그먼트 길이의 50 내지 70%로 제작되는 것이 바람직하다.

상기 세그먼트 제작단계 이후에 상기 제3세그먼트에 긴장력을 가하는 제1긴장단계를 더 포함하며,

상기 제1긴장단계에서 세그먼트에 긴장력을 가하는 것은 비부착 피복 강연선에 의해 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명은 그 세 번째 형태로서,

긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스트 강합성 거더에 있어서,

일방향으로 긴 판형 강재인 상부플랜지와 상기 상부플랜지에 결합되는 판형 강재인 복부, 상기 복부의 아래쪽에 상기 복부의 길이 방향을 따라 여러 개 형성되는 관통공인 퍼포본드 홀(Perpobond Hole), 상기 퍼포본드 홀에 삽입되어 고정되며 상기 퍼포본드 홀의 외부로 노출되는 길이는 홀의 양쪽으로 동일한 강관인 보강부재를 포함하여 구성되는 T형 강재인 상부부재;

상기 상부부재의 아래쪽 일부와 상기 퍼포본드 홀 및 보강부재를 수용한 상태로 결합되는 철근콘크리트 재질의 하부부재; 및,

상기 하부부재에 프리스트레스를 가하기 위한 것으로서, 상기 하부부재의 내부에 배치되는 긴장재와 상기 긴장재를 수용하기 위한 쉬스관을 포함하는 프리스트레싱 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더를 제공한다.

본 발명은 네 번째 형태로서,

철근콘크리트와 강재가 합성되어 형성되는 철근콘크리트 강합성 거더에 있어서,

일방향으로 긴 판형 강재인 상부플랜지와 상기 상부플랜지에 결합되는 판형 강재인 복부, 상기 복부의 아래쪽에 상기 복부의 길이 방향을 따라 여러 개 형성되는 관통공인 퍼포본드 홀(Perpobond Hole), 상기 퍼포본드 홀에 삽입되어 고정되며 상기 퍼포본드 홀의 외부로 노출되는 길이는 홀의 양쪽으로 동일한 강관인 보강부재를 포함하여 구성되는 T형 강재인 상부부재; 및,

상기 상부부재의 아래쪽 일부와 상기 퍼포본드 홀 및 보강부재를 수용한 상태로 결합되는 철근콘크리트 재질의 하부부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 강합성 거더를 제공한다.

본 발명에 의하면 프리스트레스트 강합성 거더에 T형 강재를 사용하되 하부콘크리트와 결합되는 복부의 하부에 퍼포본드 홀을 소정의 간격으로 가공하고 큰 전단성능이 요구되는 일부 구간의 퍼포본드 홀에는 길이가 짧은 강관인 보강부재를 삽입 설치하여 강재량과 용접량을 절감하고 하부콘크리트의 쉬스 배치작업, 철근 배치작업 및 콘크리트 타설 작업을 용이하게 할 수 있으면서도 충분한 전단저항능력을 제공할 수 있으며, 긴장재의 배치방법과 긴장방법을 개선하여 하부콘크리트의 허용압축 프리스트레스를 충분히 활용하면서도 현장작업 공기가 길어지지 않는 경제적인 장경간용 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트, 거더 및 그 제작방법을 제공할 수 있다.

도 1의 (a)는 종래의 3분절 프리스트레스트 강합성 거더의 긴장재 배치방법을 설명하기 위한 측면도 및 단면도.
도 1의 (b)는 종래의 3분절 프리스트레스트 강합성 거더의 하부콘크리트 하연의 허용 압축 프리스트레스와 최대로 도입 가능한 압축 프리스트레스 및 최대 가용 인장응력을 설명하기 위한 도면.
도 2의 (a)는 종래의 5분절 프리스트레스트 강합성 거더의 긴장재 배치방법을 설명하기 위한 측면도 및 단면도.
도 2의 (b)는 종래의 5분절 프리스트레스트 강합성 거더의 하부콘크리트 하연의 허용 압축 프리스트레스와 최대로 도입 가능한 압축 프리스트레스 및 최대 가용 인장응력을 설명하기 위한 도면.
도 3a는 중앙 세그먼트에 T형 강재를 사용하는 종래의 3분절 강합성 거더 공법을 설명하기 위한 도면.
도 3b는 중앙 세그먼트에 T형 강재를 사용하는 종래의 3분절 강합성 거더의 스터럽 철근에 의한 T형 강재와 하부콘크리트의 전단연결 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 4의 (a)는 종래의 하부플랜지가 상부플랜지에 비해 상대적으로 매우 작은 I형 강재를 사용하는 프리스트레스트 강합성 거더의 강재와 콘크리트와의 전단연결 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 4의 (b)는 종래의 T형 강재를 사용하는 프리스트레스트 강합성 거더의 강재와 하부콘크리트와의 합성을 위해 복부에 스터드가 설치되는 모습을 설명하기 위한 단면도.
도 5의 (a)는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트 또는 거더에 사용되는 상부부재의 사시도.
도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 도시된 상부부재의 측면도와 분포하중에 의한 작용 전단력 및 전단연결수단의 전단저항력 선도.
도 6의 (a)는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트 또는 거더의 퍼포본드 홀 위치에서의 단면도.
도 6의 (b)는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트 또는 거더의 보강부재가 삽입 설치된 퍼포본드 홀 위치에서의 단면도.
도 7a와 도 7b는 퍼포본드 리브(Perfobond Rib)를 설명하기 위한 도면.
도 8의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분절 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법을 설명하기 위한 도면.
도 9의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분절 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법을 사용했을 때 중앙부 세그먼트와 단부 세그먼트의 길이 비율에 따른 강합성 거더 하부부재 하연의 허용 압축 프리스트레스와 최대로 도입 가능한 압축 프리스트레스 및 최대 가용 인장응력을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 철근콘크리트 강합성 거더의 보강부재가 삽입 설치된 퍼포본드 홀 위치에서의 단면도.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.

우선 본 발명의 첫 번째 형태와 세 번째 형태인 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트와 프리스트레스트 강합성 거더에 대하여 설명하기로 한다. 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트와 프리스트레스트 강합성 거더의 가장 큰 차이는 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트는 강합성 거더를 여러 개의 세그먼트로 분절하여 제작하고 현장으로 운반하여 조립한 다음에 프리스트레스를 도입하는 분절 프리스트레스트 강합성 거더의 세그먼트이고, 분절 없이 하나의 거더로 제작되는 것이 프리스트레스트 강합성 거더인 점이다. 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트의 경우에는 일반적으로 공장에서 프리캐스트 형태로 제작되어 현장으로 운반되지만, 프리스트레스트 강합성 거더의 경우는 현장에서 일체로 제작되는 점에서도 차이가 있다. 프리스트레스트 강합성 거더를 일체로 제작하는 경우에는 긴장재만을 사용하여 프리스트레스를 도입할 수도 있지만, 경우에 따라서는 긴장재와 함께 강재의 프리플렉션을 이용하여 프리스트레스트를 도입할 수도 있다.

도 5의 (a)는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트 또는 거더에 사용되는 상부부재의 사시도, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 도시된 상부부재의 측면도와 분포하중에 의한 작용 전단력 및 전단연결수단의 전단저항력 선도, 도 6의 (a)는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트 또는 거더의 퍼포본드 홀 위치에서의 단면도, 도 6의 (b)는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트 또는 거더의 보강부재가 삽입된 설치된 퍼포본드 홀 위치에서의 단면도, 도 7a와 도 7b는 퍼포본드 리브(Perfobond Rib)를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트 또는 프리스트레스트 강합성 거더는 상부부재(10), 하부부재(20) 및 프리스트레싱 수단을 포함하여 구성된다.

상기 상부부재(10)는 일방향으로 긴 T자형 강재로서 상부플랜지(11), 복부(12), 퍼포본드 홀(13), 보강부재(16) 및 상부플랜지에 설치하는 스터드(14)를 포함하는 전단연결재를 포함하여 구성된다.

상기 상부플랜지(11)와 복부(12)는 일반적인 T형 강재와 동일하므로 그 설명은 생략한다.

상기 퍼포본드 홀(13)은 상기 복부(12)의 아래쪽에 여러 개 마련되는 관통공으로서 상부부재(10)와 하부부재(20)의 합성작용에 필요한 전단연결재 역할을 하도록 한다.

상기 보강부재(16)는 상기 퍼포본드 홀(13)의 양쪽으로 동일하게 외부로 노출되는 길이를 가지는 짧은 강관으로서, 상기 퍼포본드 홀(13)에 삽입하여 택(tack) 용접 등의 방법으로 고정함으로써 퍼포본드 홀(13)에 추가적인 전단저항성능을 부여한다.

도 7a에 도시된 기존의 퍼포본드 리브 전단연결재는 강거더에 용접하여 사용하지만 본 실시예에의 퍼포본드 홀(13)은 용접 없이 상부부재(10)의 복부(12) 아래쪽에 홀을 가공하여 형성된다.

상기 퍼포본드 홀(13)의 일부에는 보강부재(16)를 삽입하여 고정하는데 보강부재(16)를 고정하는 정도는 하부콘크리트를 타설할 때 보강부재(16)가 움직이지 않을 정도로만 고정하면 된다. 작용 전단력은 퍼포본드 홀(13)과 보강부재(16) 사이에 작용하는 접촉(contact)작용과 보강부재(16)와 콘크리트 사이의 지압작용, 그리고 보강부재(16) 단부에서의 콘크리트 다웰(dowel)작용에 의해 지지되는 구조로 구성할 수 있기 때문에 보강부재(16)를 콘크리트 타설 시에 움직이지 않을 정도로만 고정하면 된다. 즉, 본 발명에서는 퍼포본드 홀(13)에 강결된 보강부재(16)와 콘크리트 사이의 지압 및 보강부재(16) 속에 타설된 콘크리트의 다웰작용에 의해 전단연결재와 콘크리트 사이의 슬립(slip)이 방지되는 것이 아니라, 콘크리트에 의해 고정된 보강부재(16)가 퍼포본드 홀(13)에 삽입 설치되어 전단 슬립을 방지하는 구조로 구성할 수도 있기 때문에 반드시 보강부재(16)를 퍼포본드 홀(13)에 강결할 필요가 없다. 따라서 택(tack) 용접이나 접착제 또는 쐐기를 사용하는 등의 경제적인 방법으로 보강부재(16)를 퍼포본드 홀(13)에 고정할 수 있다.

퍼포본드 리브(Perfobond Rib) 전단연결재는 기존 스터드의 피로문제를 해결하고자 Leonhardt가 고안하여 베네수엘라의 Third Caroni Bridge에 적용한 전단연결재로 4개의 구멍이 배치된 강판을 거더 길이방향으로 일정한 간격으로 강거더의 상부플랜지 위에 설치하였다.

도 7a는 이러한 최초의 퍼포본드 리브 전단연결재의 사용 방법을 도시한 것으로 강거더의 상부플랜지 위에 퍼포본드 리브를 용접하여 강거더와 바닥판 콘크리트(미도시)의 합성을 위한 전단연결재로 사용하였다.

도 7b는 강거더 상부플랜지에 설치된 퍼포본드 리브와 바닥판 콘크리트의 전단저항력 작동기구를 설명하는 그림으로, 전단저항력은 ① 수평전단(horizontal shear) 저항, ② 수직전단(vertical shear) 저항, ③ 퍼포본드의 홀(hole)을 통과하는 철근에 의한 전단저항, ④ 리브 단부의 지압작용에 의한 전단저항 등으로 구성된다. 도 7b의 ①과 ②는 각각 퍼포본드 홀을 통과하는 콘크리트의 다웰(dowell) 작용에 의한 전단저향력의 수평 및 수직성분이다. 퍼포본드 리브는 강성 전단연결재로 연성이 부족한데 도 7b의 ③ 퍼포본드 홀을 통과하는 철근을 사용하면 상당한 연성을 얻을 수 있으므로 관통 철근은 사실상 필수적인 요소이다. 도 7b의 ④ 리브 단부의 지압작용에 의한 전단저항력은 상당히 커서 일반적으로 리브 내의 퍼포본드 홀(3~4개)의 ① 수평전단 저항력의 합과 거의 비슷한 정도이다.

그런데 도 7b의 ③ 퍼포본드 홀을 통과하는 철근을 본 발명의 프리스트레스트 강합성 거더에 적용하면 긴장재 설치를 위한 쉬스 배치작업 등에 방해가 되므로 T형 강재인 상부부재(10)의 장점이 줄어들 수 있다. 따라서 도 6의 (a)와 (b)에서와 같이 하부콘크리트에 배치되는 스터럽 철근이 강재복부를 관통하도록 구성하면 퍼포본드 홀(13)을 통과하는 철근과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 물론 도 4의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 철근을 복부에 용접하여도 유사한 효과를 얻을 수 있지만 퍼포본드 홀(13)을 관통하는 철근이 보다 신뢰할 수 있는 성능을 제공한다.

상기 상부부재(10)의 복부(12) 아래쪽에 퍼포본드 홀(13)만 설치하면 도 7b의 ④와 같은 리브 단부의 지압작용이 없기 때문에 도 7a와 같은 퍼포본드 리브에 비해 전단저항성능이 떨어진다. 퍼포본드 리브의 전단저항성능에서 지압작용이 차지하는 비중은 상당히 큰 편이기 때문에 이에 대응하는 전단성능을 추가하기 위하여 본 발명에서는 짧게 절단한 강관인 보강부재(16)를 퍼포본드 홀에 삽입하여 고정한다. 퍼포본드 홀(13)의 외부로 돌출된 보강부재(16)의 투영면적이 퍼포본드 리브 단부의 지압면적과 비슷하다면 동등한 지압 효과를 얻을 수 있기 때문에 퍼포본드 홀(13)의 외부로 노출되는 보강부재(16)의 길이가 길 필요는 없다.

도 7a와 같은 퍼포본드 리브를 기준으로 보면 4개의 퍼포본드 홀에 설치된 보강부재(16) 중 퍼포본드 홀(13)의 외부로 노출된 부분인 돌출부의 투영면적의 합이 리브 단부의 지압면적보다 크면 되기 때문에 돌출부의 길이가 짧아도 된다. 보강부재(16)는 퍼포본드 홀(13)의 양쪽으로 대칭인(동일한 길이의) 돌출부를 가지며 경화된 콘크리트에 고정되고, 콘크리트 지압력은 대칭으로 작용하므로 퍼포본드 홀에 강하게 고정할 필요는 없으며, 하부콘크리트 타설시 움직이지 않도록 하는 정도로만 고정하면 된다.

도 6의 (a)와 (b)는 각각 퍼포본드 홀(13) 위치에서의 강합성 거더의 단면도인데, 도 6의 (b)는 퍼포본드 홀(13)에 보강부재(16)가 삽입되어 고정된 보강 퍼포본드 홀(17; 보강부재(16)가 고정되지 않은 퍼포본드 홀(13)과 구분하기 위하여 보강부재(16)가 설치된 퍼포본드 홀을 보강 퍼포본드 홀(16)로 명명한다) 위치에서의 단면도이다. 도 6의 (b)에서 볼 수 있듯이 보강부재(16)의 돌출부의 길이가 짧기 때문에 하부부재(20)에 긴장재 덕트용 쉬스를 배치하는 작업이나 철근을 배치하는 작업, 콘크리트를 타설하는 작업에 방해가 되지 않는다.

본 실시예의 보강 퍼포본드 홀(17)은 도 5의 (b)에서와 같이 작용 전단력이 큰 프리스트레스트 강합성 거더의 단부 부근에만 설치하면 된다. 분포하중이 작용하는 단순보의 경우 거더 중앙에서는 전단력이 0이고 단부에서 최대가 되기 때문에 퍼포본드 홀과 관통 철근으로만 요구되는 전단저항력을 제공하기 어려운 거더 단부의 일부 구간에서만 보강부재(16)를 퍼포본드 홀(13)에 삽입 설치하는 것이다.

한편, 도 7b에서 알 수 있듯이 퍼포본드 홀(13)의 크기와 개수에 비례하여 전단저항력이 커지므로 요구되는 전단저항력에 따라 퍼포본드 홀(13)의 크기를 달리하는 것이 효율적이다. 작용 전단력이 작은 거더 중앙부에서는 퍼포본드 홀의 크기 또는 개수를 줄이고 큰 전단력이 작용하는 거더 단부 측에서는 퍼포본드 구멍의 크기 또는 개수를 늘리는 방안이 효율적이다.

상기 퍼포본드 홀(13)은 상기 하부부재(20)의 도심에 배치되는 것이 바람직한데, 퍼포본드 홀(13)의 도심이 하부콘크리트의 도심과 일치하도록 배치하면 홀의 다웰(dowel) 작용과 보강부재(16)의 지압작용에 관련된 콘크리트가 하부콘크리트의 도심에 있기 때문에 콘크리트의 컨파인먼트(confinement) 효과를 최대로 활용할 수 있기 때문이다.

전술한 바와 같이 하부부재(20)에 묻히는 복부(12) 아래쪽에 퍼포본드 홀(13)을 가공하고 일부의 퍼포본드 홀(13)을 보강부재(16)로 보강하여 전단연결재를 역할을 하도록 구성한 상부부재(10)를 분절 프리스트레스트 강합성 거더의 세그먼트에 적용하면 도 6의 단면도에서 볼 수 있듯이 하부부재(20)에 긴장재를 배치하는 것이 쉬워져 많은 수의 긴장재를 배치할 수 있는 장점도 생긴다(쉬스관(33)은 하부부재(20) 내에서 상하 방향으로 아래로 볼록한 포물선 형태로 배치된다).

따라서 본 발명의 상부부재(10)는 긴장재에 의해 프리스트레스를 도입하는 분절 프리스트레스트 강합성 거더의 세그먼트뿐만 아니라, 한 번에 하부콘크리트를 타설하고 강재의 프리플렉션 및 긴장재에 의해 프리스트레스를 도입하는 본 발명의 세 번째 형태인 일체식 프리스트레스트 강합성 거더에도 효과적으로 적용될 수 있다.

상기 하부부재(20)는 상기 상부부재(10)의 아래쪽에 결합하되 상기 퍼포본드 홀(13)과 보강부재(16)를 그 내부에 수용한 채로 결합되는 철근콘크리트 재질의 구성으로서 도 6에 도시된 스터럽 철근(21)을 포함하여 구성되며 스터럽 철근(21)은 상기 상부부재(10)의 복부(12)에 퍼포본드 홀(13)과 별도로 형성된 작은 관통공(15)을 통과하여 설치될 수 있다.

상기 프리스트레싱 수단은 상기 하부부재(20)에 긴장력(프리스트레스)을 가하기 위한 구성으로서 긴장재(31), 정착수단(32) 및 쉬스관(33)을 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 긴장재(31), 정착수단(32) 및 쉬스관(33)은 프리스트레스트 콘크리트 거더에 일반적으로 사용되는 구성이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다. (상기 긴장재(31)와 정착수단(32)은 도 8의 (a) 내지 (c)에서 확인할 수 있다)

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 두 번째 형태인 5분절 프리스트레스트 강합성 거더 제작방법의 일 실시예에 대하여 설명한다.

도 8의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분절 프리스트레스트 강합성 거더 제작방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 9의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 분절 프리스트레스트 강합성 거더 제작방법을 사용했을 때 중앙부 세그먼트와 단부 세그먼트의 길이 비율에 따른 강합성 거더 하부부재 하연의 허용 압축 프리스트레스와 최대로 도입 가능한 압축 프리스트레스 및 최대 가용 인장응력을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 5분절 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법은 앞서 설명한 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트를 사용하는 방법으로서 상부부재(10)의 일부를 전단연결재로 사용하여 복부에 스터드와 같은 높이 돌출된 전단연결재를 사용하지 않음으로써 확보된 긴장재(또는 긴장재 덕트용 쉬스) 배치공간의 확대를 활용하여 효율적으로 긴장재를 배치할 수 있다.

본 실시예에 따른 5분절 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법은 세그먼트 제작단계, 제1긴장단계, 세그먼트 결합단계를 포함하여 구성된다.

도 8의 (a) 내지 (c)는 본 실시예에 따른 5분절 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기 세그먼트 제작단계는 거더 세그먼트를 제작하는 단계로서, 중앙 세그먼트(제2세그먼트(S2), 제3세그먼트(S3), 제4세그먼트(S4))와 단부 세그먼트(제1세그먼트(S1), 제5세그먼트(S5))를 각각 제작하는 단계이다.

상기 중앙 세그먼트(S2, S3, S4)와 단부 세그먼트(S1, S5)는 앞서 설명한 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트의 구성을 포함하여 제작되며 중앙 세그먼트와 단부 세그먼트의 차이점은 그 배치되는 위치와 길이이다.

상기 중앙 세그먼트(S2, S3, S4)는 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 중앙부에 배치되며 각각 동일한 길이로 제작된다. 상기 단부 세그먼트(S1, S5)는 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 양단부에 각각 배치되며 그 길이는 상기 중앙 세그먼트의 50~70%이다.

상기 제1긴장단계는 상기 제3세그먼트(S3)에 긴장력을 도입하는 단계이다. 제1긴장단계는 세그먼트들을 제작하는 공장에서 이루어질 수 있다. 도 8의 (a)에 도시된 화살표는 제3세그먼트(S3)에 인장력을 가한다는 표시이다.

상기 제1긴장단계에서 제3세그먼트(S3)에 긴장력을 제공하는 과정에서 비용과 시간을 절약하기 위해서 쉬스의 설치와 그라우팅 작업이 필요 없는 비부착 피복 강연선을 사용할 수 있다. 피복 강연선은 비록 일반적으로 사용되는 부착 강연선에 비하여 강연선 자체만 비교하면 비용이 다소 비싸다. 하지만, 사용 강연선 개수가 적은 경우에 쉬스 설치와 그라우팅 작업까지 고려한다면, 본 발명의 제1긴장단계에서와 같이 긴장력의 도입에 요구되는 강연선의 수가 적은 경우에는 부착 강연선 대신에 비부착 피복 강연선을 사용하는 것이 경제적일 수 있다. 제1긴장단계에 피복 강연선을 사용하면 덕트의 그라우팅 작업이 필요 없어서 공장에서의 작업공기를 상당히 줄일 수 있으며, 제1긴장단계는 제3세그먼트(S3)에서만 실시되는데, 비부착 강연선의 정착장치가 하부부재(20) 내부에 완전히 묻히게 되므로 비부착 강연선에 요구되는 정착장치의 까다로운 보호문제도 쉽게 해결될 수 있다.

상기 세그먼트 결합단계는 현장에서 세그먼트들(S1~S5)을 결합되는 단계이며 이때 세그먼트들에 긴장력을 도입하는데 이에 대하여 설명하기로 한다.

상기 세그먼트 제작단계에서 제작된 세그먼트들이 현장으로 운반되면 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 제1세그먼트부터 제5세그먼트까지 배치하고 3개의 중앙 세그먼트(S2, S3, S4)의 상부부재를 접합한 후에 긴장재(31')를 설치하고 단부 세그먼트(S1, S5)의 상부부재(10)를 접합한다. 상부부재(10)의 접합은 용접 이음이나 볼트 이음으로 접합할 수 있다. 상부부재(10)가 접합되면 현장타설 콘크리트로 하부부재(20)를 접합한다.

세그먼트 결합단계의 긴장재(31'; 제1긴장단계에서 사용하는 긴장재와 구분하기 위한 도면번호이며 하부부재에 긴장력을 제공한다는 점에서는 동일하다. 이하 ‘2차 긴장재’라 한다)는 좌측의 4개의 세그먼트(S1~S4)와 우측의 4개의 세그먼트(S2~S5)에 각각 설치된다. 이때 하부부재(20)의 이음부 쪽(S1~S4에 사용되는 제2긴장재의 경우 도면상 오른쪽 단부, S2~S5에 사용되는 긴장재의 경우 도면상 왼쪽 단부)에는 고정정착장치(32; dead anchor)가 설치되고, 조립된 거더의 단부 쪽에는 긴장정착장치(미도시;live anchor)가 설치된다. 상기 하부부재(20) 이음 시 이음부(25)에서 종방향 철근을 이음하며, 필요한 경우 스터럽 철근도 배치할 수 있다.(철근은 미도시). 상기 하부부재(20)의 이음부 콘크리트(25)가 소정의 강도에 도달하면 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이 거더의 양단부에서 2차 긴장재(31')의 긴장을 실시하여 분절 프리스트레스트 강합성 거더를 완성한다. (도 8의 (c)에 도시된 화살표는 2차 긴장재(31')에 인장력을 가한다는 의미로 도시된 것이다.)

본 발명에 따른 분절 프리스트레스트 강합성 거더 제작방법은 현장에서 1회만 조립 및 긴장하므로 도 2에 도시된 바와 같이 거더 세그먼트의 결합 과정에서 2회에 걸쳐 조립 및 긴장하는 종래의 5분절 공법과는 달리 현장공기가 길어지지 않는 장점이 있다.

한편, 도 8의 (a) 내지 (c)에서 긴장재는 종방향 배치의 개념도로서 도시 상의 편의를 위하여 직선으로 도시하였으나 실제로는 하부부재(20) 내에서 아래로 볼록한 포물선 형태로 배치된다.

이상과 같은 시공과정을 통하여 완성된 프리스트레스트 강합성 거더는 정(+)의 휨모멘트를 지지하는 보로 사용된다. 즉 단순보 구조로 사용되거나 또는 연속보의 정모멘트 구간에 사용되는데, 이를 사용하여 거더교를 시공하는 방법은 종래의 강합성 거더를 사용하는 거더교 시공 방법과 동일하며, 주지 관용의 기술이므로 더 이상의 설명은 생략한다.

도 9의 (a) 내지 (c)는 도 8의 (a) 내지 (c)에 도시된 시공방법으로 제작된 프리스트레스트 강합성 거더의 하부부재(20) 하연의 허용 압축 프리스트레스와 최대 도입 압축 프리스트레스 및 최대 가용 인장응력을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 분절 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법에 따라 제작된 강합성 거더의 경우에도 하부부재(20)에 도입되는 압축 프리스트레스는 도 2의 (b)의 도입 압축 프리스트레스와 유사한 계단식 분포를 갖지만, 도 9의 (a)에 도시된 도입 압축 프리스트레스는 도 2의 (b)에서 2차 긴장재와 3차 긴장재의 긴장력이 동일한 경우에 해당한다.

도 9의 (a)에 도시된 그래프는 모든 세그먼트의 길이를 같게 한 경우이며 도 9의 (b)에 도시된 그래프는 중앙부의 3개의 세그먼트의 길이(A)는 같고 양 단부 세그먼트의 길이(B)를 중앙부 세그먼트 길이의 0.56배(B=0.56A)로 하는 경우이다.

본 발명에 따라 5분절 거더 세그먼트를 제작하는 경우에 세그먼트의 길이를 동일하게 하면 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 사용 가능한 가용 인장응력이 상당히 작아지기 때문에 단부 세그먼트의 길이를 중앙 세그먼트의 길이보다 작게 제작하는 것이 바람직하다. 3개의 중앙 세그먼트(S2, S3, S4)의 길이는 같게 하고 단부 세그먼트(S1, S5)의 길이는 줄이는 경우에 교량 공용시의 작용 인장응력을 2차 포물선으로 가정하여 중앙 세그먼트 길이에 대한 단부 세그먼트의 가장 효율적인 길이의 비율을 계산하면 56%의 길이 비를 얻을 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 제1긴장단계를 포함한 경우에 대하여 설명하였으나 반드시 제1긴장단계가 포함되어야 하는 것은 아니며 생략할 수 있는데 이에 대하여 설명하기로 한다.

제1긴장단계를 포함하는 것이 다소 효율적이지만 경우에 따라서 응력에 여유가 있는 경우에는 제1긴장단계를 생략할 수도 있는 것이다. 제1긴장단계를 포함함으로써 구조적 효율성을 높여 거더의 제작에 필요한 재료비를 줄일 있지만 제1긴장단계를 수행하는 데에도 비용이 소요되므로 경우에 따라서는 제1긴장단계를 생략하는 것이 경제적일 수 있기 때문이다.

도 9의 (c)는 제1긴장단계가 실시되지 않은 경우의 응력 그래프로서 도 9의 (b)에 도시된 방식과 같은 방법으로 계산하면 가장 효율적인 단부 세그먼트의 길이(C)는 중앙 세그먼트(S2, S3, S4) 길이의 62%가 된다.

앞서 설명한 바와 같이 현장에서 한 번만 긴장하는 본 발명과 같은 분절 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법에 사용되는 단부 세그먼트의 길이는 중앙 세그먼트의 길이보다 작게 구성하는 것이 효율적이다. 앞서 계산된 중앙 거더 세그먼트와 단부 세그먼트의 길이 비율인 56%나 62%는 거더의 단면이 전 길이에 거쳐 일정하고 긴장재를 하부부재(20)에 일정한 높이로 설치한 경우에 대해서 얻은 길이 비이다. 그런데 실제의 설계에서는 하부부재(20)의 크기는 일정하지만 상부부재(10)의 상부플랜지 폭이나 두께, 복부의 높이나 두께 등의 제원은 중앙에서 크고 단부에서 작게 설계한다. 또한, 긴장재는 하부부재 내에서 변화폭은 크지 않지만 아래로 볼록한 포물선의 형태로 배치된다. 따라서 실제의 설계에서는 중앙 세그먼트(S2, S3, S4)의 길이(A)와 단부 세그먼트(S1, S5)의 길이(B 또는 C)의 비율을 50 내지 70% 사이에서 시산법을 통해서 결정하면 된다.

이하에서는 본 발명의 네 번째 형태인 철근콘크리트 강합성 거더의 한 실시예에 대하여 설명한다.

본 실시예에 따른 철근콘크리트 강합성 거더는 앞서 설명한 프리스트레스트 강합성 거더와는 달리 프리스트레스가 도입되지 않으며 상부부재(10)나 하부부재(20)의 구성은 실질적으로 동일하지만 프리스트레싱 수단이 구비되어 있지 않다는 점에서 차이가 있다.

본 실시예에 따른 철근콘크리트 강합성 거더는 프리스트레스의 도입이 필요하지 않은 부(-)의 휨모멘트가 작용하는 연속보의 연속지점구간에 사용할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 철근콘크리트 강합성 거더의 하나의 실시예로서, 앞서 설명한 상부부재(10)를 사용하여 철근콘크리트로 구성되는 하부부재(20)와 합성한다. 도 10과 같은 합성구조 구성방법은 부모멘트 구간에서 압축력에 효율적인 콘크리트를 효과적으로 활용할 수 있어서 강합성 거더의 강재량을 상당히 절감할 수 있다. 도 10에 도면부호 10, 11, 12, 14, 15, 17, 20, 21로 표시된 구성은 도 6의 (b)에 동일한 도면부호로 표시한 구성과 동일한 구성이므로 추가적인 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트, 분절 프리스트레스트 강합성 거더 제작방법, 프리스트레스트 강합성 거더 및 철근콘크리트 강합성 거더에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 않는 범위 안에서 다양한 형태의 프리스트레스트 강합성 거더 세그먼트, 분절 프리스트레스트 강합성 거더 제작방법, 프리스트레스트 강합성 거더 및 철근콘크리트 강합성 거더로 구체화될 수 있다.

10 : 상부부재 11 : 상부플랜지
12 : 복부 13 : 퍼포본드 홀
16 : 보강부재 17 : 보강 퍼포본드 홀
20 : 하부부재 31, 31' : 긴장재
32 : 정착수단 33 : 쉬스관

Claims (6)

1. 여러 개의 세그먼트를 조립한 상태로 프리스트레스를 도입하여 시공되는 분절 프리스트레스트 강합성 거더를 시공하기 위한 분절 프리스트레스트 강합성 거더 용 세그먼트에 있어서,
   일방향으로 긴 판형 강재인 상부플랜지와 상기 상부플랜지에 결합되는 판형 강재인 복부, 상기 복부의 아래쪽에 상기 복부의 길이 방향을 따라 여러 개 형성되는 관통공인 퍼포본드 홀(Perpobond Hole), 상기 퍼포본드 홀에 삽입되어 고정되며 상기 퍼포본드 홀의 외부로 노출되는 길이는 홀의 양쪽으로 동일한 강관인 보강부재를 포함하여 구성되는 T형 강재인 상부부재;
   상기 상부부재의 아래쪽 일부와 상기 퍼포본드 홀 및 보강부재를 수용한 상태로 결합되는 철근콘크리트 재질의 하부부재; 및,
   상기 하부부재에 프리스트레스를 가하기 위한 것으로서, 상기 하부부재의 내부에 배치되는 긴장재와 상기 긴장재를 수용하기 위한 쉬스관을 포함하는 프리스트레싱 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 분절 프리스트레스트 강합성 거더용 세그먼트.
   
2. 다섯 개의 세그먼트로 구성되는 5분절 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법에 있어서,
   청구항 제1항에 기재된 분절 프리스트레스트 강합성 거더용 세그먼트를 제작하되, 중앙부에 배치되는 세 개의 중앙 세그먼트(이하 각각 제2세그먼트(S2), 제3세그먼트(S3), 제4세그먼트(S4)라 함)와, 양단부에 각각 배치되는 한 쌍의 단부 세그먼트(이하 각각 제1세그먼트(S1), 제5세그먼트(S5)라 함)를 제작하는 세그먼트 제작단계;
   상기 세그먼트 제작단계에서 제작된 거더 세그먼트를 제1세그먼트 내지 제5세그먼트의 순서로 배치하고, 상기 제1세그먼트 내지 제4세그먼트와 상기 제2세그먼트 내지 제5세그먼트에 각각 긴장재를 설치하며, 상기 제1세그먼트 내지 제5세그먼트의 상부부재는 용접 또는 볼트 이음, 하부부재는 현장 타설 콘크리트를 이용하여 이음 한 후 상기 긴장재에 인장력을 가하여 정착함으로써 상기 제1세그먼트 내지 제4세그먼트와 상기 제2세그먼트 내지 제5세그먼트에 각각 긴장력을 가하는 세그먼트 결합단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 세그먼트 제작단계에서 제작되는 중앙 세그먼트는 그 길이가 같게 제작되고, 단부 세그먼트는 상기 중앙 세그먼트 길이의 50 내지 70%로 제작되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 세그먼트 제작단계 이후에 상기 제3세그먼트에 긴장력을 가하는 제1긴장단계를 더 포함하며,
   상기 제1긴장단계에서 세그먼트에 긴장력을 가하는 것은 비부착 피복 강연선에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더의 제작방법.
   
5. 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스트 강합성 거더에 있어서,
   일방향으로 긴 판형 강재인 상부플랜지와 상기 상부플랜지에 결합되는 판형 강재인 복부, 상기 복부의 아래쪽에 상기 복부의 길이 방향을 따라 여러 개 형성되는 관통공인 퍼포본드 홀(Perpobond Hole), 상기 퍼포본드 홀에 삽입되어 고정되며 상기 퍼포본드 홀의 외부로 노출되는 길이는 홀의 양쪽으로 동일한 강관인 보강부재를 포함하여 구성되는 T형 강재인 상부부재;
   상기 상부부재의 아래쪽 일부와 상기 퍼포본드 홀 및 보강부재를 수용한 상태로 결합되는 철근콘크리트 재질의 하부부재; 및,
   상기 하부부재에 프리스트레스를 가하기 위한 것으로서, 상기 하부부재의 내부에 배치되는 긴장재와 상기 긴장재를 수용하기 위한 쉬스관을 포함하는 프리스트레싱 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더.
   
6. 철근콘크리트와 강재가 합성되어 형성되는 철근콘크리트 강합성 거더에 있어서,
   일방향으로 긴 판형 강재인 상부플랜지와 상기 상부플랜지에 결합되는 판형 강재인 복부, 상기 복부의 아래쪽에 상기 복부의 길이 방향을 따라 여러 개 형성되는 관통공인 퍼포본드 홀(Perpobond Hole), 상기 퍼포본드 홀에 삽입되어 고정되며 상기 퍼포본드 홀의 외부로 노출되는 길이는 홀의 양쪽으로 동일한 강관인 보강부재를 포함하여 구성되는 T형 강재인 상부부재; 및,
   상기 상부부재의 아래쪽 일부와 상기 퍼포본드 홀 및 보강부재를 수용한 상태로 결합되는 철근콘크리트 재질의 하부부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 강합성 거더.
   
   

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