KR101919152B1 - 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 내부에 철근이 배근된 콘크리트부를 포함하는 콘크리트 거더로서, 하방으로 볼록한 포물선 형태로 상기 콘크리트부에 종방향을 따라 내설되어 인장력이 도입된 상태로 설치되어 상기 콘크리트부의 중앙부 하측에 압축 프리스트레스를 도입하는 제1인장재와; 상기 콘크리트 거더에 최대 정모멘트가 작용하는 중심위치로부터 이격된 제1위치로부터 상기 거더 중앙부를 관통하여 상기 거더의 일단을 향하여 종방향으로 배치된 제1압축강봉과, 상기 제1위치로부터 이격된 제2위치로부터 상기 중심위치를 관통하여 상기 거더의 타단을 향하여 종방향으로 배치된 제2압축강봉을 포함하여, 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉에 압축력이 도입된 상태로 설치되어 상기 콘크리트부의 중립축 상측에 인장 프리스트레스를 도입하는 압축 강봉을; 포함하여 구성되어, 제1압축강봉과 제2압축강봉이 거더 중앙부의 중립축 상측을 가로질러 엇갈려 배치됨에 따라, 거더 중앙부에는 2배만큼 압축 강봉이 배치됨에 따라 압축 강봉에 도입되는 압축력에 의하여 보다 높은 인장 프리스트레스를 도입하여 낮은 형고로도 높은 내하능력을 발휘하는 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 제작 방법을 제공한다.

Description

프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 제작 방법 {PRESTRESSED CONCRETE GIRDER AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF}

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 휨 모멘트가 크게 작용하는 영역에서 작용하는 응력과 반대되는 프리스트레스를 도입하여 내하 능력을 향상시키면서 정모멘트가 작용하여 응력이 집중되는 중심위치(예를 들어, 경간 중앙부)에서 보다 높은 프리스트레스를 도입할 수 있게 되어 낮은 형고에서도 높은 저항 능력을 갖는 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

일반적으로 구조물에 사용되는 휨에 저항하는 구조 재료로는 강재와 콘크리트가 있다. 이 중 콘크리트는 저렴하고 성형성이 좋으며 진동에 유리하므로 널리 사용되고 있는데, 압축에는 강하지만 인장에는 취약하므로 압축과 인장이 함께 발생되는 휨을 받는 구조에서는 인장에 대한 보강이 반드시 이루어져야 한다.

그 방편으로서, 인장 영역의 콘크리트의 강도를 무시하고 철근이 그 힘을 받도록 설계되는 철근콘크리트 빔(Reinforced Concrete Beam)과 인장 영역에 미리 압축 프리스트레스를 도입하여 인장측의 콘크리트를 유효하게 사용하는 프리스트레스트 콘크리트 빔(Prestressed Concrete Beam, 이하 "PSC빔"이라고 한다)이 있다. 그 밖에 보다 긴 경간에 설치할 수 있는 형태의 빔으로서, 휨강성이 높은 I형 강재거더와 콘크리트가 결합되는 강합성보와 상자형 강재거더와 콘크리트가 결합된 강상자형보가 있지만, 이들은 매우 고가인 단점이 있다.

이에 따라, 고가의 강재 거더를 사용하지 않고 콘크리트 거더에 프리스트레스를 다양한 형태로 도입하는 방안이 제안되었다. 그 일환의 하나로서, 송우찬이 제안한 대한민국 등록특허공보 제10-0589797호에 따르면, 도1에 도시된 바와 같이 인장재(20)를 잡아당기는 힘(P1)을 이용하여 연결 정착구(15)를 매개로 하여 거더(10)의 상연을 가로질러 설치된 강봉(30)에 압축력(P2)을 도입함으로써, 공용 중 작용하는 힘에 의한 모멘트를 상쇄시키는 모멘트 프리스트레스를 도입하는 구성이 제안되었다.

그러나, 이 구성은, 고가의 강봉이 거더(10)의 전체 길이에 설치됨에 따라 프리스트레스트 콘크리트 거더의 제작 비용이 상승하는 원인이 될 뿐만 아니라, 인장력(P1)을 도입할 때에 상대적으로 규격이 큰 강연선 인장용 인장잭을 사용하여 연결 정착구(15)를 인장하여야 하므로 블록아웃부의 크기가 과도하게 커지는 등의 시공성이 저하되는 문제가 있었다.

또한, 프리스트레스 콘크리트 거더의 양쪽 끝에서 강연선 인장용 인장잭을 사용하여 인장력(P1)을 도입해야 함으로써 교대나 교각 등의 하부 구조에 연속적으로 프리스트레스트 콘크리트 거더를 설치한 이후에는 인장잭 설치 공간의 부족으로 인해 인장력(P1) 도입이 불가능하므로 필연적으로 지상에서 인장력(P1) 도입을 하여야 하는 구조상의 문제를 갖고 있다.

또한, 사용되는 강봉(30)은 최대 11.80m로 생산됨으로써 거더(10)의 전체 길이에 설치하기 위해서는 강봉(30)을 나사산으로 일체 연결하는 강봉커플러를 사용하는 것이 필수적인데, 이 다량의 강봉커플러에 의해서도 프리스트레스트 콘크리트 거더의 제작 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 공용 중에 응력이 집중되는 영역에서 프리스트레스를 집중적으로 도입할 수 있도록 하여, 고가의 강봉을 불필요하게 사용하지 않고 과도한 프리스트레스의 도입에 따른 시공 기간 지연과 제작 비용이 증가하는 문제를 해소하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 공용 중 응력이 집중되는 정모멘트가 작용하는 중심 위치의 상측에는 다른 영역에 비하여 2배로 중첩 배치되어 보다 높은 인장 프리스트레스를 도입할 수 있게 되어, 적은 힘으로도 높은 프리스트레스를 도입할 수 있게 되어 형고를 낮추면서도 압축 응력에 대한 저항 능력을 높이는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은, 하나의 공정으로 다수의 압축 강봉을 통해 압축력을 도입하는 것에 의하여, 공용 중에 압축 응력이 집중되는 거더 중앙부의 상측에 인장 프리스트레스를 도입하여 시공 시간을 단축하고 시공을 간편하게 하는 것을 목적으로 한다.

무엇보다도, 본 발명은, 프리스트레스트 콘크리트 거더를 교각이나 교대 등의 하부 구조에 거치시킨 상태에서도 프리스트레스를 도입할 수 있도록 하여, 교량의 바닥판의 일부 자중에 의한 거더의 분담분을 프리스트레스로 상쇄시킴으로써 거더의 내하 능력을 극대화하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은, 바닥판의 일부를 프리캐스트 부분바닥판을 이용하는 경우에, 프리캐스트 부분바닥판의 자중에 의해 거더에 작용하는 응력의 분담분을 상쇄시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 내부에 철근이 배근된 콘크리트부와; 하방으로 볼록한 포물선 형태로 상기 콘크리트부에 종방향을 따라 내설되어 인장력이 도입된 상태로 설치되어 상기 콘크리트부의 중앙부 하측에 압축 프리스트레스를 도입하는 제1인장재와; 상기 거더에 최대 정모멘트가 작용하는 중심위치로부터 제1방향으로 이격된 제1위치로부터 상기 중심위치를 관통하여 상기 거더의 일단을 향하여 종방향으로 배치된 제1압축강봉과, 상기 중심위치로부터 제1방향과 반대인 제2방향으로 이격된 제2위치로부터 상기 중심위치를 관통하여 상기 거더의 타단을 향하여 종방향으로 배치된 제2압축강봉을 포함하여, 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉에 압축력이 도입된 상태로 설치되어 상기 콘크리트부의 중립축 상측에 인장 프리스트레스를 도입하는 압축 강봉을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 거더를 제공한다.

이는, 제1압축강봉과 제2압축강봉이 거더 중앙부의 중립축 상측을 가로질러 엇갈려 배치됨에 따라, 거더 중앙부에는 2배만큼 압축 강봉이 배치됨에 따라 압축 강봉에 도입되는 압축력에 의하여 보다 높은 인장 프리스트레스를 도입하기 위함이다.

여기서, 제1압축강봉과 제2압축강봉이 2배만큼 중복하여 배치되는 영역은 거더 중앙부일 수도 있고, 거더 중앙부로부터 다소 이격된 위치일 수 있다. 즉, 콘크리트 거더가 단순 거치되는 단순교에 적용되는 경우에는, 거더 중앙부(경간 중앙부)에 휨 변형이 집중되므로, 압축 강봉이 2배만큼 중복 배치된 영역은 거더 중앙부를 포함한다. 그리고, 프리스트레스트 콘크리트 거더가 연속교에 적용되는 경우에는, 거더 중앙부로부터 다소 이격된 위치에서 정모멘트가 최대로 되는 휨 변형이 집중되므로, 압축 강봉이 2배만큼 중복된 영역은 정모멘트가 최대로 되는 위치를 포함한다.

이와 같이, 프리스트레스트 콘크리트 거더의 휨 변위가 최대로 되는 위치에서 압축 강봉을 2배로 중복하여 배치함에 따라, 인장 프리스트레스의 도입이 필요한 영역에 집중하여 압축 강봉을 중복 배치하는 것이 가능해지므로, 전체적인 강재 사용량을 줄여 경제성을 확보하면서도 압축 변위에 따른 인장 프리스트레스 도입 효율을 향상시켜, 낮은 형고를 유지하면서 내하 능력이 향상된 프리스트레스트 콘크리트 거더를 제공한다.

여기서, 압축 강봉은 거더의 양 끝단까지 연장될 필요가 없으므로 인장 프리스트레스의 도입이 필요한 영역까지만 배치된다. 예를 들어, 압축 강봉이 2배로 중복 배치되는 중심부(예를 들어, 경간 중앙부)로부터 거더 길이(L)의 1/10 내지 2/5정도까지만 연장될 수 있다.

여기서, 상기 콘크리트부의 중앙부 상연에 블록아웃부가 형성되고, 상기 블록아웃부에 상기 제1압축강봉의 일단과 상기 제2압축강봉의 일단이 노출되어, 거더 상측에 노출된 블록아웃부를 통하여 압축 강봉에 압축력의 도입이 가능해지는데, 노출 부위가 거더 중앙부 상측에 위치하므로, 인장 프리스트레스를 도입하는 공정이 중앙부의 1군데 위치에서 간편하게 행해질 수 있고, 휨 변형이 가장 크게 발생되는 위치(예를 들어, 경간 중앙부)에서 압축 강봉에 압축력을 도입함에 따라, 휨 변형이 가장 크게 발생되는 위치에서 인장 프리스트레스의 크기를 정확히 도입하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 종래와 달리 거더의 중앙부 상측에서 압축 강봉에 압축력이 도입됨에 따라, 프리스트레스트 콘크리트 거더를 교대나 교각에 거치시킨 상태에서 인장 프리스트레스를 도입할 수 있다. 따라서, 바닥판 콘크리트의 일부가 거더 상측에 위치한 상태에서 압축 강봉에 압축력을 도입할 수 있으므로, 거더 상연에 도입되는 인장 프리스트레스를 보다 더 크게 도입할 수 있고, 바닥판 콘크리트의 일부 이상의 자중에 의해 발생되는 휨 변형에 따른 응력을 상쇄시키는 인장 프리스트레스를 프리스트레스트 콘크리트 거더에 도입할 수 있다.

여기서, 상기 제1압축강봉의 타단과 상기 제2압축강봉의 타단은 강봉의 단면보다 큰 고정단 정착너트가 결합되어 상기 콘크리트부에 매립된 상태로 설치되어, 압축 강봉의 타단(경간 중앙부로부터 멀리 이격된 끝단)이 콘크리트부와 일체로 거동함에 따라, 압축 강봉에 도입되는 압축력으로 콘크리트부에 인장 응력을 보다 신뢰성있게 도입할 수 있다.

무엇보다도, 상기 블록아웃부에는, 상기 제1압축강봉과 간섭되어 있고 상기 제2압축강봉을 관통하게 설치된 제1지지블록과, 상기 제2압축강봉과 간섭되어 있고 상기 제1압축강봉을 관통하게 설치된 제2지지블록을; 더 포함하고, 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 사이를 연결하는 유도 인장재에 인장력을 도입하여 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 간격을 줄인 상태에서 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉의 변위를 구속시키는 형태로 압축 강봉에 압축력을 도입할 수 있다.

이를 통해, 제1지지블록과 제2지지블록을 연결하는 유도 인장재에 인장력을 도입하는 것에 의하여, 서로 반대 방향으로 뻗은 제1압축강봉과 제2압축강봉에 대하여 하여 동시에 압축력을 도입할 수 있다.

특히, 제1압축강봉과 제2압축강봉은 거더의 횡방향 중립축을 중심으로 대칭으로 다수 배열되는데, 다수의 압축 강봉에 대하여 하나씩 압축력을 인가하지 않고 지지 블록을 이동시키는 것에 의하여 동시에 압축력을 인가함에 따라, 압축 강봉에 순차적으로 압축력을 도입하는 경우에 횡방향으로의 거더의 휨 변위가 발생되는 문제를 해결할 수 있으며, 압축력을 도입하는 공정이 단순해지므로 시공성이 향상되는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

예를 들어, 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉은 다수이고, 상기 유도 인장재는 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 중앙부를 연결하게 설치될 수 있다.

그리고, 상기 제1압축강봉의 변위를 구속시키는 것은 압축 강봉의 끝단에 미리 체결되어 있던 고정 너트를 상기 블록아웃부의 벽면을 향하여 이동시켜, 상기 제1압축강봉과 상기 블록아웃부의 벽면 사이의 간격이 상기 고정 너트를 매개로 채워지면서 제1압축강봉에 도입된 압축력에 대한 반력이 블록아웃부의 벽면에 의해 지지되는 형태로 압축 강봉의 압축 변위를 구속시킬 수 있다.

여기서, 상기 고정 너트와 상기 블록아웃부의 벽면의 사이 간격이 크게 남는 경우에는, 고정 너트와 블록아웃부의 벽면 사이에 쉼 플레이트(shim plate)가 개재(介在)될 수 있다. 이에 의하여, 고정 너트의 길이의 제한으로 블록아웃부의 벽면과 고정 너트 사이에 유격이 남아있더라도, 쉼 플레이트에 의하여 압축 강봉의 압축변위를 구속시킬 수 있다.

그리고, 상기 쉼 플레이트는 상기 고정 너트의 관통부에 일부 이상이 삽입되는 돌기가 형성되어, 쉼 플레이트가 고정 너트의 체결 방향에 수직한 방향으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 제1압축강봉과 제2압축강봉이 서로 중복되게 배치되는 간격은 거더 길이(L)의 1/50 내지 1/5로 정해질 수 있다. 즉, 제1압축강봉과 제2압축강봉이 중복 배치되는 제1지지블록과 제2지지블록 사이의 간격은 프리스트레스트 콘크리트 거더에 작용하는 하중과 거더의 강성을 고려하여 최대 휨 모멘트가 작용하는 위치 주변에 2배의 인장 프리스트레스를 도입하는 길이가 결정된다.

상기 유도 인장재는 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉에 압축력이 도입된 이후에 상기 지지 블록으로부터 분리되고, 상기 블록아웃부는 현장타설 콘크리트에 의해 메워진다. 이에 의하여, 유도 인장재는 다른 거더에 압축력을 도입하는 데에 재사용될 수 있다.

한편, 본 발명은, 교량 하부 구조와; 상기 교량 하부 구조 상에 거치된 전술한 구성의 프리스트레스트 콘크리트 거더와; 상기 콘크리트 거더의 상측에 비합성된 바닥판을; 포함하고, 상기 프리스트레스트 콘크리트 거더가 상기 교량 하부 구조에 거치된 상태에서 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉에 압축력을 도입하여 상기 콘크리트부의 중앙부 중립축 상측에 인장 프리스트레스가 도입된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량을 제공한다.

여기서, 상기 바닥판의 일부 이상은 프리캐스트 바닥판이고; 상기 콘크리트 거더의 상측에 프리캐스트 바닥판이 거치된 상태에서, 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉에 압축력을 작용하여 인장 프리스트레스가 도입될 수 있으며, 이를 통해 프리캐스트 바닥판에 의하여 콘크리트 거더의 중립축 상측에 작용하는 압축 응력과 중립축 하측에 작용하는 인장 응력을 상쇄시킬 수 있다.

즉, 지상에서 프리스레스트 콘크리트 거더의 제1인장재에 의해 경간 중앙부의 중립축 하측에 압축 프리스트레스의 도입에 따른 중립축 상측에 작용하는 인장 응력과 하측에 작용하는 압축 응력이 발생하며, 또한 프리스레스트 콘크리트 거더의 경간 중앙부의 중립축 상측에 인장 프리스트레스를 도입하면 그 효과로 인하여 거더 중립축 상측에는 인장 응력이 하측에는 압축 응력이 추가 발생한다. 그러나 과다한 프리스트레스 도입에 따른 중립축 상측에 작용하는 인장 응력과 하측에 작용하는 압축 응력으로 인하여 인장 균열이나 압축 파괴 등의 문제가 발생할 소지가 있으므로 인장 프리스트레스량이 제한된다.

그러나, 본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 거더를 교량 하부 구조에 거치시킨 상태에서, 프리캐스트 바닥판이 거더 상측에 거치되어, 프리캐스트 바닥판의 자중에 의하여 콘크리트 거더의 경간 중앙부의 중립축 상측에 작용하는 압축 응력과 경간 중앙부의 중립축 하측에 작용하는 인장 응력을 압축 강봉에 의해 도입되는 인장 프리스트레스에 의하여 상쇄시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은, 지상에서 경간 중앙부의 중립축 상측에 인장 프리스트레스를 도입하는 경우에 도입할 수 있는 최대의 인장 프리스트레스보다 더 큰 인장 프리스트레스를 도입할 수 있게 되므로, 프리스트레스트 콘크리트 거더 단면을 보다 낮고 작게 형성하더라도 보다 높은 내하 능력을 구현하는 저형고 프리스트레스트 콘크리트 거더를 제공하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 거더를 제작하기 위한 거푸집을 설치하는 거푸집 설치단계와; 상기 거푸집 내부에 철근을 배근하는 철근 배근하는 철근배근단계와; 상기 거더를 종방향으로 하방으로 볼록한 포물선 형태로 배치된 쉬스관을 설치하는 쉬스관 설치단계와; 상기 거더의 중앙부로부터 이격된 제1위치로부터 상기 거더 중앙부를 관통하여 상기 거더의 일단을 향하여 종방향으로 제1압축강봉을 배치하고, 상기 거더의 중앙부로부터 상기 제1위치에 대하여 반대측으로 이격된 제2위치로부터 상기 거더 중앙부를 관통하여 상기 거더의 타단을 향하여 종방향으로 제2압축강봉을 배치하는 강봉 배치단계와; 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉의 끝단이 드러나도록 상기 콘크리트부의 중앙부 상면에 블록아웃부가 형성되도록 상기 거푸집에 콘크리트를 타설하여 콘크리트부를 형성하는 콘크리트 타설단계와; 상기 쉬스관에 제1인장재를 내설하여 인장 정착하는 것에 의하여 상기 콘크리트부의 중앙부 하연에 압축 프리스트레스를 도입하는 압축프리스트레스 도입단계와; 상기 블록아웃부에서 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉을 바깥으로 밀어내어 압축력을 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉에 도입하는 것에 의하여 상기 거더의 상연에 인장 프리스트레스를 도입하는 인장프리스트레스 도입단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 거더의 제작 방법을 제공한다.

여기서, 상기 인장프리스트레스 도입단계는, 상기 제1압축강봉에 압축력을 도입하고 상기 제1압축강봉을 상기 강봉 끝단에 부착된 고정 너트로 콘크리트부에 정착 고정하는 단계와, 상기 제2압축강봉에 압축력을 도입하고 상기 제2압축강봉을 상기 상기 강봉 끝단에 부착된 고정 너트로 콘크리트부에 정착 고정하는 단계를; 포함하여 이루어질 수 있다.

보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 콘크리트 거더는 상기 제1압축강봉의 단부를 고정하고 있고 상기 제2압축강봉을 관통하게 설치된 제1지지블록과, 상기 제2압축강봉의 단부를 고정하고 있고 상기 제1압축강봉을 관통하게 설치된 제2지지블록을; 더 포함하고, 상기 인장프리스트레스 도입단계는, 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록을 연결하는 유도 인장재에 인장력을 도입하여 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 간격을 줄이는 변위를 발생시킨 상태로, 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉의 변위를 고정시키는 것에 의해 이루어질 수 있다. 유도 인장재에 인장력을 도입하는 방법으로 제1지지블럭과 제2지지블럭에서의 어느 한쪽 방향에서 유압잭을 사용하여 유도 인장재를 인장 할 수도 있으며, 필요에 따라 제1지지블럭과 제2지지블럭에서의 양쪽 방향에서 동시에 유압잭을 사용하여 인장하여 유도 인장재에 인장력을 도입 할 수도 있다.

무엇보다도, 상기 인장프리스트레스 도입단계는 상기 콘크리트 거더가 교량 하부 구조 상에 거치된 상태에서 상측에 바닥판의 일부 이상을 지지한 상태에서 행해짐으로써, 거더를 손상시키지 않으면서 중립축 상연에 보다 큰 인장 프리스트레스를 도입할 수 있게 되어 보다 높은 내하 능력을 구현할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 거더의 중앙부로부터 이격된 제1위치로부터 상기 거더 중앙부를 관통하여 상기 거더의 일단을 향하여 종방향으로 배치된 제1압축강봉과, 상기 제1위치로부터 이격된 제2위치로부터 상기 거더 중앙부를 관통하여 상기 거더의 타단을 향하여 종방향으로 배치된 제2압축강봉을 포함하여, 제1압축강봉과 제2압축강봉이 거더 중앙부의 중립축 상측을 가로질러 엇갈려 배치됨에 따라, 거더 중앙부에는 2배만큼 압축 강봉이 배치됨에 따라 압축 강봉에 도입되는 압축력에 의하여 보다 높은 인장 프리스트레스를 도입하여 높은 내하 능력을 갖는 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 그 제작 방법을 제공한다.

이와 같이, 본 발명은, 프리스트레스트 콘크리트 거더의 휨 변위가 최대로 되는 위치에서 압축 강봉을 2배로 중복하여 배치함에 따라, 전체적인 강재 사용량을 줄여 경제성을 확보하면서도 압축 변위에 따른 인장 프리스트레스 도입 양을 최대 휨 변위 위치에서 2배로 도입하여 저항 효율을 향상시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은, 휨 변형이 가장 크게 발생되는 위치(예를 들어, 경간 중앙부)에서 압축 강봉에 압축력을 도입함에 따라, 압축 강봉에 작용하는 압축력이 종방향 길이에 따라 일정하지 않게 되더라도, 휨 변형이 가장 크게 발생되는 위치에서 도입되는 인장 프리스트레스의 크기를 정확히 맞출 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은, 콘크리트 거더를 교대나 교각에 거치시킨 상태에서 바닥판의 일부(예를 들어, 프리캐스트 바닥판)의 자중이 작용한 상태에서 압축 강봉에 압축력을 도입하여 콘크리트부에 인장 프리스트레스를 도입함에 따라, 지상에서 인장 프리스트레스를 도입하는 것에 비하여, 거더에 작용하는 바닥판의 자중에 따른 응력 성분만큼 보다 더 큰 인장 프리스트레스를 도입할 수 있으므로, 프리스트레스트 콘크리트 거더의 단면을 보다 낮은 저형고로 형성하더라도 보다 높은 내하 능력을 구현하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명은, 상기 블록아웃부에는, 상기 제1압축강봉과 간섭되어 있고 상기 제2압축강봉을 관통하게 설치된 제1지지블록과, 상기 제2압축강봉과 간섭되어 있고 상기 제1압축강봉을 관통하게 설치된 제2지지블록을; 더 포함하고, 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 사이를 연결하는 유도 인장재에 인장력을 도입하여 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 간격을 줄인 상태에서 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉의 변위를 구속시키는 형태로 압축 강봉에 압축력을 도입함에 따라, 서로 반대 방향으로 뻗은 제1압축강봉과 제2압축강봉에 동시에 압축력을 도입할 수 있으며, 제1압축강봉과 제2압축강봉이 각각 복수로 형성되더라도 이들에 대하여 동시에 압축력을 도입하여, 프리스트레스트 콘크리트 거더의 인장프리스트레스를 도입하는 과정에서 거더의 휨 변형이 발생되는 것을 근본적으로 억제할 수 있으며, 압축력을 도입하는 공정이 단순해지므로 시공성이 향상되는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도1은 모멘트 프리스트레스를 도입하는 종래 구성을 도시한 도면
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트 거더의 구성을 도시한 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트 거더의 제작 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도4a 내지 도4i는 도2의 콘크리트 거더의 제작 순서 및 이를 이용한 교량의 시공 순서에 따른 구성을 도시한 도면,
도5a 내지 도5d는 도4g의 'A'부분의 확대 평면도로서, 압축 강봉에 압축력을 도입하는 구성을 도시한 도면,
도6a 내지 도6c는 도5b의 'B'부분의 확대 정면도로서, 압축 강봉에 압축력이 도입되고 정착되는 구성을 도시한 도면,
도7a는 도5b의 절단선 X1-X1에 따른 횡단면도,
도7b는 도5b의 절단선 X2-X2에 따른 횡단면도,
도7c는 도5b의 절단선 X3-X3에 따른 횡단면도,
도8은 유도 인장재 및 압축 강봉과 제1지지 블록의 배치 구조를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스트 콘크리트 거더(100, Prestressed Concrete Girder)는, 내부에 철근(미도시)이 배근된 콘크리트부(110)와, 하방으로 볼록한 포물선 형태로 콘크리트부(110)에 종방향을 따라 내설되어 인장력이 도입된 상태로 설치되는 제1인장재(120)와, 최대 휨 모멘트가 작용하는 콘크리트부(110)의 중립축 상측에 설치되어 압축력이 도입된 상태로 설치되는 압축 강봉(131, 132; 130)과, 압축 강봉(130)에 압축력을 도입하기 위하여 압축 강봉(130)의 끝단이 각각 고정되고 서로 이격 배치된 지지 블록(141, 142; 140)과, 지지 블록(141, 142)을 연결하여 인장력을 도입하는 것에 의하여 제1지지블록(141)과 제2지지블록(142)의 간격을 줄이는 힘을 도입하는 유도 인장재(150)와, 콘크리트부(110)의 블록아웃부(110a)를 메우는 채움콘크리트(170)를 포함하여 구성된다.

상기 콘크리트부(110)는 내부에 철근(미도시)이 배근된 상태로 굳지 않은 콘크리트를 거푸집(90)에 타설되어 형성된다. 콘크리트부(110)에는 제1인장재(120)를 내설하기 위한 쉬스관(120y)이 중앙부에서 중립축 하연을 통과하도록 하방으로 볼록한 포물선 형태로 설치된다.

상기 제1인장재(120)는 콘크리트부(110)의 종방향을 따라 배치된 쉬스관(120y)에 내설된 상태로, 양단 중 어느 하나 이상에 유압잭을 설치하여 인장력(P1)이 도입된 상태로 정착되어 설치된다. 제1인장재(120)에 인장력(P1)이 도입되는 시기는 콘크리트부(110)가 정해진 강도만큼 충분히 강도가 발현된 상태에서 행해지고, 제1인장재(120)에 인장력(P1)이 도입됨에 따라 경간 중앙부의 중립축 하연에는 상방으로 들리는 방향으로의 압축 프리스트레스가 콘크리트부(110)에 도입된다.

이에 따라, 콘크리트부(110)의 거더 중앙부의 하측에는 상측으로 들리는 방향으로의 압축 프리스트레스가 도입되므로, 거더 중앙부에 하방으로 작용하는 하중에 따른 경간 중앙부 하연의 인장 응력을 상쇄시킨다.

상기 압축 강봉(130)은 최대의 정모멘트가 작용하는 위치를 중심으로 대칭으로 배치된다.

이하에서는, 최대의 정모멘트가 작용하는 위치를 '중심 위치(CL)'라고 명명하기로 한다. 예를 들어, 교량 하부 구조에 단순 거치되는 거더(100)는 경간 중앙부에서 최대의 정모멘트가 작용하므로, 중심위치(CL)는 경간 중앙부에 해당한다. 그리고, 연속교에 사용되는 콘크리트 거더(100)는 경간 중앙부에서 약간 치우친 위치에서 최대 정모멘트가 작용하므로, 중심위치(CL)는 경간 중앙부로부터 약간 치우친 위치가 된다. 이하에서는, 편의상 콘크리트 거더(100)가 단순 거치되어 중심 위치(CL)가 경간 중앙부인 경우에 대하여 설명한다.

상기 압축 강봉(130)은, 중심위치(CL)로부터 종방향의 제1방향으로 이격된 제1위치로부터 중심위치(CL)를 관통하여 거더(100)의 일단을 향하여 종방향으로 배치된 제1압축강봉(131)과, 중심위치(CL)로부터 종방향의 제1방향과 반대인 제2방향으로 이격된 제2위치로부터 중심 위치(CL)를 관통하여 거더의 타단을 향하여 종방향으로 배치된 제2압축강봉(131)으로 이루어진다.

이와 같이, 바닥판과 거더 등의 하중에 의하여 정모멘트가 작용하는 중심 위치(CL)의 중립축 상측에는 압축 강봉(131, 132)이 다른 영역에 비하여 2배로 중첩 배치되어 보다 높은 인장 프리스트레스를 도입할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 중심 위치에 보다 큰 인장 프리스트레스를 도입할 수 있게 되어, 콘크리트부(110)의 단면을 낮게 형성하면서 내하 능력을 향상시킬 수 있다.

그리고, 압축 강봉(131, 132)은 콘크리트부(110)의 양 끝단까지 연장될 필요가 없으므로, 인장 프리스트레스의 도입이 필요한 영역까지만 배치된다. 예를 들어, 압축 강봉이 2배로 중복 배치되는 영역(지지 블록의 사잇 영역)은 거더 길이(L)의 1/10 내지 2/5 정도로 정해지며, 바람직하게는 1/5로 정해질 수 있다. 그리고, 콘크리트부(110)의 양 끝단부에는 공용 중에 압축 응력이 거의 작용하지 않으므로, 압축강봉(131, 132)은 거더의 끝단에서 L/6 내지 L/4까지의 영역에는 설치되지 않을 수 있다. 즉, 도2에 예시된 형태로 배치되는 것이 바람직하다.

여기서, 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)은 하나씩만으로 형성될 수도 있지만, 도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이, 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)은 2개 이상씩 형성될 수 있다. 이와 같이, 2개 이상씩 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)이 배치되는 경우에는, 횡방향으로의 중립축(TC)을 기준으로 동일한 거리만큼 이격된 위치에 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)이 대각선으로 이격되게 배치됨으로써, 종??항으로 작용하는 압축력의 합력이 전 후 좌 우 방향으로 대칭인 상태가 되도록 유도할 수 있다.

그리고, 제1위치와 제2위치는 중심 위치(CL)를 기준으로 동일한 거리만큼 이격된 위치이어서, 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)은 중심 위치(CL)를 기준으로 대칭으로 배치될 수 있다.

제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)은 콘크리트부(110)의 내부에 내설될 때에 쉬스관(131y, 132y)에 의해 둘러싸여 비부착 상태로 설치되고, 제1압축강봉(131)의 타단과 제2압축강봉(132)의 타단은 각 강봉(131, 132)의 단면보다 더 큰 단면의 고정단 정착너트 (131a, 132a)가 결합되어 콘크리트부(110)에 매립된 상태로 설치된다. 이에 따라, 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)에 압축력(P2, P2')이 도입되면, 압축강봉(131, 132; 130)의 길이 전체에 걸쳐 골고루 압축력(P2, P2')이 분산된다.

그리고, 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)의 일단은 콘크리트부(110)의 블록아웃부(110a)에 노출되는 형태로 설치된다. 이에 따라, 콘크리트부(110)의 블록아웃부(110a)에 압축 강봉(131, 132)에 압축력을 인가하는 강봉 인장용 유압잭을 장착하여 압축 강봉(131, 132)에 압축력을 도입할 수 있다.

한편, 콘크리트의 타설 이전에 쉬스관(131y, 132y)이 미리 설치되므로, 압축 강봉(130)은 타설 콘크리트(80a)가 양생된 이후에 쉬스관(131y 132y)에 삽입 설치될 수도 있지만, 이 경우에는 블록아웃부(110a)의 길이가 과도하게 길어져야 하므로, 압축 강봉(130)은 쉬스관(131y, 132y)에 둘러싸인 상태로 콘크리트 타설 이전에 미리 설치되어 있다가 콘크리트부(110)의 양생이 완료된 이 후에 정해진 위치에 재 설치될 수 있다.

상기 지지 블록(140)은, 제1압축강봉(131)의 일단에 간섭되면서 제2압축강봉(132)을 관통홈(93)에 관통시킨 상태로 제1위치에 설치되는 제1지지블록(141)과, 제2압축강봉(132)의 일단에 간섭되면서 제1압축강봉(131)을 관통홈(93)에 관통시킨 상태로 제2위치에 설치되는 제2지지블록(142)으로 이루어진다.

여기서, 제1압축강봉(131)의 일단에는 제1지지블록(141)의 관통홈(93)에 간섭되는 걸림 너트(136)가 체결되어, 제1압축강봉(131)의 일단이 제1지지블록(141)에 간섭된 상태가 된다. 마찬가지로, 제2압축강봉(132)의 일단에는 제2지지블록(142)의 관통홈(93)에 간섭되는 걸림 너트(137)가 체결되어, 제2압축강봉(132)의 일단이 제1지지블록(142)에 간섭된 상태가 된다.

이 때, 도7a에 도시된 바와 같이, 지지 블록(141, 142; 140)의 저면이 콘크리트부(110)의 블록아웃부(110a)의 바닥면에 비부착 상태로 설치되어, 제1지지블록(141)과 제2지지블록(142)은 종방향으로 이동 가능해진다.

한편, 압축 강봉(131, 132)을 콘크리트 타설 이전에 설치하고, 타설 콘크리트(80a)가 양생된 이후에 지지 블록(140)을 설치할 수도 있다. 이 경우에는 도8에 도시된 바와 같이 (도면에는 제1지지블록이 도시되어 있음) 지지 블록(141, 142; 140)의 저면에 수직방향으로 압축 강봉(131,132)이 삽입 가능하도록 하부가 개방된 관통홈(93)을 미리 형성하고, 지지 블록(141, 142; 140)의 상면에 수직 방향으로 유도 인장재(150)가 삽입 가능하도록 상부가 개방된 수용홈(95)을 미리 형성하여, 지지 블록(140)을 위에서 아래로 얹어 놓는 것에 의하여 블록 아웃부(110a)에 설치하는 것이 가능해진다.

이를 위하여, 유도인장재(150)가 놓여지는 콘크리트부(110)에는 상방으로 개방된 수용부(115x)가 형성되어, 콘크리트부(110)가 형성된 상태에서, 유도 인장재(150)와 지지 블록(140)을 블록 아웃부(110a)에 설치하고, 압축 강봉(130)에 압축력을 도입한 이후에 분리하는 것이 가능해진다.

상기 유도 인장재(150)는 도5a에 도시된 바와 같이, 종방향으로 서로 이격된 제1지지블록(141)과 제2지지블록(142)의 중앙부를 상호 연결하는 형태로 설치된다.

유도 인장재(150)는 타설 콘크리트(80a)가 양생된 이후에 설치할 수도 있다. 이 경우에는, 도7c에 도시된 바와 같이, 제1지지블록(141)과 제2지지블록(142)이 설치되는 블록아웃부(110a)의 사이에 유도 인장재(150)가 들어갈 정도의 요철 모양의 파인 수용부(115x)가 상방으로 개방된 형태의 홈으로 콘크리트부(110a)에 형성해두고, 콘크리트부(110)가 형성된 이후에도 유도 인장재(150)를 수용부(115x)에 위치시켜 압축 강봉(131, 132)에 압축력을 도입하기 위한 유도 인장재(150)를 설치하는 것이 가능해진다.

또한, 도5a 및 도8에 도시된 바와 같이, 유도 인장재(150)의 양단부는 지지 블록(141, 142; 140)의 상방 개방된 수용홈(95) 안착되면서 관통되고, 지지 블록(141, 142) 사이의 공간의 바깥을 향하는 지지 블록(141, 142)의 표면에 정착 너트(150x)가 밀착하도록 유도 인장재(150)의 양단부에 정착 너트(150x)가 수용홈(95)의 축선 방향으로 간섭되게 고정된다.

따라서, 콘크리트부(110)가 형성된 이후에도 유도 인장재(150)를 수용부(115x)와 지지 블록(140)에 삽입 설치하는 것이 가능해지고, 유도 인장재(150)를 이용하여 압축 강봉(131, 132)에 압축력을 도입한 이후에도 블록 아웃부(110a)와 수용부(115x)로부터 유도 인장재(150)를 지지 블록(140)과 함께 제거하는 것도 가능해진다. 이와 같이, 거더의 제작에 사용된 지지 블록(140)과 유도 인장재(150) 및 유압잭(160)은 압축 강봉(131, 132)에 압축력을 도입하고 분리되므로 재사용이 가능해지는 이점을 얻을 수 있다.

이와 같이 설치된 유도 인장재(150)는 제1지지블록(141)과 제2지지블록(142)의 사이에서 인장력(P)을 도입하는 것에 의하여, 제1지지블록(141)과 제2지지블록(142) 사이의 간격을 더 작게 좁히면서, 제1지지블록(141)과 종방향으로 간섭되어 있는 제1압축강봉(131)과 제2지지블록(142)과 종방향으로 간섭되어 있는 제2압축강봉(132)에 압축력(P2, P2')을 도입하게 된다.

여기서, '지지 블록에 간섭된 상태' 및 이와 유사한 용어는 한 쌍의 지지 블록(141, 142)이 서로 가까워지는 방향으로 이동하면, '간섭'에 의하여 압축 강봉도 함께 이동하는 상태를 지칭한다.

도5a에 도시된 바와 같이, 유도 인장재(150)의 양끝단부는 제1지지블록(141)과 제2지지블록(142)의 중앙 관통홈(93)을 축선 방향으로 관통하고 정착 너트(150x)가 지지 블록(141, 142)에 축선 방향으로 간섭된 상태이므로, 지지 블록(141, 142) 중 어느 한쪽에 설치된 유압잭(160)으로 유도 인장재(150)의 일단을 잡아당기는 인장력(P1)을 도입하면, 유도 인장재(150)에 도입된 인장력(P)의 1/2은 제1압축강봉(131)에 압축력(P2)으로 작용하고, 유도 인장재(150)에 도입된 인장력(P)의 다른 1/2은 제2압축강봉(132)에 압축력(P2')으로 작용하게 된다.

더욱이, 유도 인장재(150)는 지지 블록(141, 142)의 정중앙부에 위치하고 있고, 압축 강봉(131, 132)은 유도 인장재(150)로부터 동일한 거리만큼 대칭인 위치에 분포되어 있으므로, 유도 인장재(150)에 인장력(P)을 도입하여 한 쌍의 지지 블록(141, 142)의 간격을 좁히는 것에 의하여, 지지 블록(141, 142)에 간섭된 상태로 있는 다수(도면에서는 4개)의 압축 강봉(131, 132)에 압축력(P2, P2')을 동시에 도입할 수 있게 된다. 유도 인장재(150)에 인장력(P)을 도입하는 방법으로 제1지지블럭(141)과 제2지지블럭(142)에서의 어느 한쪽 방향에서 유압잭(160)을 사용하여 유도 인장재(150)를 인장 할 수도 있으며, 필요에 따라 제1지지블럭(141)과 제2지지블럭(142)에서의 양쪽 방향에서 동시에 유압잭(160)을 사용하여 인장하여 유도 인장재(150)에 인장력(P)을 도입 할 수도 있다.

횡방향 중립축(TC)을 중심으로 이격 배치된 다수의 압축 강봉(131, 132)에 하나씩 압축력을 도입하는 경우에는 횡방향 중립축(TC)을 기준으로 횡방향으로의 횡 변위가 발생되는 문제가 야기되지만, 상기와 같이, 다수의 압축 강봉(131, 132)을 유도 인장재(150)를 중심으로 대칭으로 배치시킨 상태에서, 지지 블록(141, 142)을 매개로 유도 인장재(150)를 인장시켜 동시에 다수의 압축 강봉(131, 132)에 압축력(P2, P2')을 도입함에 따라, 콘크리트부(110)에 횡변위가 발생되지 않으면서 하나의 공정으로 다수의 압축 강봉(131, 132)에 소정의 압축력을 정확히 분산된 상태로 도입할 수 있게 되므로, 공용 중에 압축 응력이 집중되는 중심 위치(TC)의 상측에 인장 프리스트레스를 간편하고 정확히 도입하여 시공 시간을 단축하고 시공을 단순화할 수 있으면서, 도입되는 압축력의 크기를 정확하게 조절하는 효과를 얻을 수 있다.

유도 인장재(150)와 지지 블록(141,142)은 압축 강봉(131, 132)에 작용하는 압축력(P2, P2')이 고정된 이후에는 제거되어 재사용될 수도 있다.

상기와 같이, 압축강봉(131, 132)에 압축력(P2, P2')이 도입되면, 압축력(P2, P2')이 압축 강봉(131, 132)에 도입된 상태를 고정하여야 한다.

이를 위하여, 압축 강봉(131, 132)의 일단부에는 충분한 길이의 고정 너트(139)가 도6a에 도시된 바와 같이 충분한 길이만큼 체결된 상태로 설치된 상태에서, 유도 인장재(150)에 인장력(P)을 도입하여 압축 강봉(131, 132)에 압축력(P2, P2')을 도입한다. 이 때, 압축 강봉(131, 132)의 일단은 콘크리트부(110)의 블록아웃부(110a)의 대향 벽면(110z)과 이격된 상태가 된다.

이 상태에서, 제1지지블록(141)과 제2지지블록(142)을 연결하는 유도 인장재(150)에 인장력(P)을 도입하는 것에 의하여 압축 강봉(131, 132)에 압축력(P2, P2')을 도입하면, 도6b에 도시된 바와 같이, 제1지지블록(141)과 제2지지블록(142)의 사이 간격이 줄어들면서, 지지 블록(141, 142)은 블록아웃부(110a)의 대향 벽면(110z)과 보다 멀어진 상태가 된다. 이에 따라, 지지 블록(141, 142)과 대향 벽면(110z)까지의 거리는 x1에서 x2로 보다 증가하게 된다.

이 상태에서, 압축 강봉(131, 132)의 끝단에 충분한 길이만큼 체결되어 있던 고정 너트(139)를 도6c에 도시된 바와 같이 회전(139r)시켜 푼다. 이에 따라, 압축 강봉(131, 132)과의 체결 길이가 점점 짧아지는 고정 너트(139)에 의하여, 고정 너트(139)의 끝단과 블록아웃부(110a)의 대향벽면(110z)까지의 거리는 점점 가까워지고, 고정 너트(139)가 압축 강봉(131, 132)의 수나사산과 체결된 상태를 유지하면서 고정 너트(139)의 끝단이 블록아웃부(110a)의 대향 벽면(110z)에 접촉하면, 압축 강봉(131, 132)에 도입된 압축 변위가 대향 벽면(110z)과의 간섭에 의하여 구속되어, 더 이상 복원되지 않고 탄성 복원력이 작용하는 상태가 된다.

이 때, 고정 너트(139)가 압축 강봉(131, 132)의 수나사산과 체결된 상태를 유지하는 범위 내에서 고정 너트(139)의 끝단이 블록아웃부(110a)의 대향 벽면(110z)에 접촉하는 상태에 도달하지 못하거나 기타 필요한 경우에는, 블록아웃부(110a)의 대향 벽면(110z)과 고정 너트(139)의 사이에 쉼 플레이트(199, shim plate)를 개재시킨다. 쉼 플레이트(199)는 1개 또는 다수의 겹으로 개재될 수 있다. 그리고, 쉼 플레이트(199)는 일부가 고정 너트(139)의 중공부에 삽입되는 돌기(199a)가 설치되어, 쉼 플레이트(199)가 고정 너트(139)와 분리되는 이탈 상태가 되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 압축강봉(131, 132)의 끝단에 체결되어 있던 고정 너트(139)를 블록아웃부(110a)의 대향 벽면(110z)을 향하여 이동시켜, 압축강봉(131, 132)과 블록아웃부(110a)의 대향 벽면(110z) 사이의 간격이 고정 너트(139)를 매개로 채워지는 것에 의해 압축강봉(131, 132)의 변위를 구속시킬 수 있다.

그리고, 압축 강봉(131, 132)의 일단이 대향하는 대향 벽면(110z)에는 충분한 두께의 강재 지지판(119)이 매립 설치되어, 고정 너트(139)의 끝단이나 쉼 플레이트(199)이 압축 강봉(131, 132)의 압축력을 대향 벽면(110z)에 지지하는 과정에서, 대향 벽면(110z)에 국부적으로 응력이 집중되면서 콘크리트에 균열이 발생되는 것을 억제할 수 있다.

이와 같이, 압축 강봉(131, 132)에 압축력(P2, P2')이 도입되면, 압축 강봉(131, 132)이 원래의 길이로 늘어나려는 탄성 복원력에 의하여 주변의 콘크리트에는 인장 프리스트레스가 도입된다.

압축 강봉(131, 132)에 도입된 압축력(P2, P2')이 고정 너트(139)를 매개로 대향 벽면(110z)에 간섭되어 고정되면, 콘크리트부(110)의 블록아웃부(110a)는 채움 콘크리트(160)로 메워진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같이 구성된 프리스트레스트 콘크리트 거더(100)의 제작 방법(S100) 및 이에 의해 제작된 콘크리트 거더(100)를 이용한 교량 시공 방법을 상술한다.

단계 1: 먼저, 도4a에 도시된 바와 같이, 콘크리트 거더(100)의 콘크리트부(110)의 시공을 위한 거푸집(90)을 제작한다(S110). 거푸집(90)은 매달린 형태로 설치될 수도 있고, 동바리에 의해 지지된 상태일 수도 있으며, 일반적으로 사용되는 것과 같이 지면에 저면이 전부 지지된 상태일 수도 있다.

단계 2: 그리고 나서, 도4b에 도시된 바와 같이, 거푸집(90)의 내부에 철근(미도시)을 배근하고, 제1인장재(120)를 설치하기 위한 쉬스관(120y)을 설치한다(S120). 이 때, 쉬스관(120y)은 정모멘트가 작용하는 중심위치(CL, 예를 들어, 경간 중앙부)에서 중립축 하연을 통과하는 하방으로 볼록한 포물선 형태로 배치된다.

단계 3: 그리고 나서, 도4c에 도시된 바와 같이, 중심 위치(CL)를 기준으로 거더 길이(L)의 약 2/5배 이하의 길이(예를 들어, 약 1/5배의 길이)에 걸쳐 중복되는 형태로 압축 강봉(131, 132)을 배치한다.

압축 강봉(131, 132)은 쉬스관(131y, 132y)에 둘러싸인 비부착 상태로 설치되며, 압축 강봉(131, 132)의 일단이 노출되는 블록 아웃부(110a)가 위치하는 부분에도 타설 콘크리트가 침투하지 못하도록 격리시키는 격리막(미도시)을 설치할 수 있다.

단계 4: 그리고 나서, 도4d에 도시된 바와 같이, 거푸집(90)에 굳지않은 콘크리트(80a)를 타설기(80)로 타설하고, 충분한 강도가 발현될 때까지 양생하여 콘크리트부(110)를 형성한다(S140).

단계 5: 단계 4에 의하여 콘크리트부(110)가 충분한 강도로 발현되면, 도4e에 도시된 바와 같이, 쉬스관(120y)에 제1인장재(120)를 삽입하여 설치하고, 양단 중 어느 하나 이상에 유압잭(미도시)을 설치하고 잡아당기는 인장력(P1)을 도입한 상태로 정착한다(S150).

이에 따라, 거더(110)의 중심 위치(CL)의 중립축 하측에는 압축 프리스트레스가 도입된다.

단계 6: 그리고 나서, 도8에 도시된 지지 블록(141)을 블록아웃부(110a)에 위에서 아래로 삽입하고, 도5a 및 도6a에 도시된 바와 같이, 지지 블록(141, 142)의 수용홈(95)과 콘크리트부(110)의 수용부(115x)를 통과하도록 유도 인장재(150)를 설치하고, 유도 인장재(150)에 정착 너트(150x)를 체결하여 정착 너트(150x)가 지지 블록(140)의 바깥면에 밀착된 상태가 되게 한다.

이와 동시에, 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)에는 지지 블록(141, 142)이 서로 가까워지는 방향으로 힘이 작용하면, 지지 블록(141, 142)에 인가되는 힘이 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)에 힘이 작용하도록 지지 블록(141, 142)의 표면에 접촉하는 걸림 너트(136, 137)이 설치된다.

그리고, 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)에 압축력이 도입된 상태에서 압축력의 도입 상태를 고정하기 위한 충분히 긴 길이의 고정 너트(139)가 각각의 압축 강봉(131, 132)의 끝단에 충분한 길이로 체결된 상태가 되게 한다.

그 다음, 도5b에 도시된 바와 같이, 종방향으로 이격된 제1지지블록(141)과 제2지지블록(142)을 연결하는 유도 인장재(150)의 일단에 유압잭(160)을 설치하고, 유압잭(160)으로 유도 인장재(150)의 일단을 잡아당기는 인장력(P)을 도입한다.

그러면, 인장재(150)의 일단이 150d로 표시된 방향으로 잡아당겨지면서, 제1지지블록(141)과 제2지지블록(142)은 각각 141d, 142d로 표시된 방향으로 이동하게 되고, 이에 따라 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)이 131d, 132d로 이동시키려는 힘이 작용하지만, 압축 강봉(131, 132) 타단의 고정단 정착너트(131a, 132a)는 이동하지 못하므로 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)에는 유도 인장재(150)에 도입된 인장력(P)의 1/2씩 압축력(P2, P2')이 도입된다.

그리고 나서, 도6c에 도시된 바와 같이, 압축 강봉(131)의 일단에 체결되어 있던 고정 너트(139)를 풀어, 고정 너트(139)를 매개로 콘크리트부(110)의 대향 벽면(110z)에 압축 강봉(131, 132)의 일단이 변위 구속된 상태가 되도록 한다. 이에 따라, 압축 강봉(131, 132)에 도입된 압축 변위는 지속되고, 압축 강봉(131, 132)이 원래의 길이로 회복하려는 탄성 복원력에 의하여 그 주변의 콘크리트부(110)에는 인장 프리스트레스가 도입된다(S160).

한편, 단계 6에서 인장 프리스트레스를 도입하는 것은 지상에서 행해질 수도 있지만, 본 발명은 콘크리트 거더(100)의 중앙부 상측에 블록아웃부(110a)가 형성되어 있으므로, 압축 프리스트레스가 도입된 콘크리트 거더(100)를 인상하여 교각이나 교대 등의 하부 구조 상에 거치시킨 상태에서 인장 프리스트레스를 도입할 수도 있다.

특히, 도4f에 도시된 바와 같이, 교량 바닥판의 일부 또는 전부가 프리캐스트 바닥판(99)인 경우에는, 콘크리트 거더(100)를 교량 하부 구조에 거치시킨 상태에서, 프리캐스트 바닥판(99)을 거더 상측에 거치시키면, 프리캐스트 바닥판(99)의 자중에 의하여 콘크리트 거더(110)의 중심위치(경간 중앙부)의 중립축 상측에 압축 응력이 발생된다. 따라서, 도4g에 도시된 바와 같이, 압축 강봉(131, 132)에 의해 도입되는 콘크리트 거더(100)의 중심위치(CL)에서의 중립축 상측에 도입되는 인장 프리스트레스의 크기는 프리캐스트 부분바닥판(99)의 자중에 의해 발생된 압축 응력을 상쇄시키는 것만큼 더 도입할 수 있게 된다.

다시 말하면, 지상에서 콘크리트 거더(100)의 중심 위치(CL)의 중립축 상측에 인장 프리스트레스를 도입하는 경우에는, 콘크리트의 재질 자체가 인장력에 취약하므로 인장 프리스트레스를 크게 도입하는 것이 제한적이고, 제1인장재(120)로 중심 위치(CL, 경간 중앙부)의 중립축 하측에 압축 프리스트레스를 도입하면서 중립축 상측에 약간 도입된 압축 응력을 상쇄시키는 정도를 넘어서 인장 프리스트레스를 도입할 수 없는 한계가 있었다.

그러나, 본 발명은, 교량 하부 구조에 콘크리트 거더(100)를 거치시킨 상태에서, 프리캐스트 바닥판을 거치시킨 상태에서 압축 강봉(131, 132)에 압축력을 도입함으로써, 보다 높은 인장 프리스트레스에 의하여 중심 위치(CL)의 중립축 상측의 압축 응력을 보다 많이 상쇄시킬 수 있으므로, 콘크리트 거더(100)의 단면을 보다 더 낮게 형성하면서도 높은 내하 능력을 구현할 수 있게 된다.

단계 7: 그리고 나서, 유압잭(160)을 제거하고 필요에 따라 유도 인장재(150)와 지지 블록(141,142)를 상측으로 들어 제거한다. 그리고, 도4h에 도시된 바와 같이 블록아웃부(110a) 및 그 상측 공간에 프리캐스트 바닥판(99')을 마저 설치한다.

그 다음, 도4i에 도시된 바와 같이 콘크리트부(110)의 블록아웃부(110a)에 무수축 몰탈이나 고강도 콘크리트를 충진시키고, 나머지 바닥판을 콘크리트 타설하여 바닥판 시공을 완료한다(S170)

상기와 같이 구성된 본 발명은, 한 쌍의 지지 블록(141, 142)에 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)이 각각 간섭되게 배치되고, 한 쌍의 지지 블록(141, 142)을 연결하는 유도 인장재(150)를 인장시키는 하나의 공정에 의하여 서로 반대 방향으로 뻗은 제1압축강봉(131)과 제2압축강봉(132)에 압축력을 도입할 수 있으므로, 시공이 간편하면서도 횡방향으로의 변위가 발생되지 않으면서 정확한 압축력을 도입할 수 있으므로 시공성이 향상되면서 내하 능력을 높이는 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은, 콘크리트 거더(100)를 교대나 교각에 거치시킨 상태에서 바닥판의 일부(예를 들어, 프리캐스트 부분바닥판)의 자중이 작용한 상태에서 압축 강봉(131, 132)에 압축력을 도입하여 콘크리트부(110)에 인장 프리스트레스를 도입함에 따라, 지상에서 인장 프리스트레스를 도입하는 것에 비하여, 거더에 작용하는 바닥판의 자중에 따른 응력 성분만큼 보다 더 큰 인장 프리스트레스를 도입할 수 있으므로, 거더의 단면을 보다 낮은 저형고로 형성하면서도 높은 내하 능력을 구현하는 프리스트레스트 콘크리트 거더를 제공하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

100: 프리스트레스트 콘크리트 거더 110: 콘크리트부
120: 제1인장재 130: 압축 강봉
140: 지지 블록 150: 유도 인장재
160: 유압잭 170: 채움 콘크리트
99: 프리캐스트 바닥판 P: 인장력
P2, P2': 압축력

Claims (14)

1. 내부에 철근이 배근된 콘크리트부를 포함하는 콘크리트 거더로서,
   하방으로 볼록한 포물선 형태로 상기 콘크리트부에 종방향을 따라 내설되어 인장력이 도입된 상태로 설치되어 상기 콘크리트부의 중앙부 하측에 압축 프리스트레스를 도입하는 제1인장재와;
   상기 콘크리트 거더에 최대 정모멘트가 작용하는 중심위치로부터 제1방향으로 이격된 제1위치로부터 상기 중심위치의 상기 콘크리트부를 관통하여 상기 콘크리트 거더의 일단을 향하여 종방향으로 배치된 제1압축강봉과, 상기 중심위치로부터 제1방향과 반대인 제2방향으로 이격된 제2위치로부터 상기 중심위치의 상기 콘크리트부를 관통하여 상기 콘크리트 거더의 타단을 향하여 종방향으로 배치된 제2압축강봉을 포함하고, 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉에 압축력이 도입된 상태로 설치되어 상기 콘크리트부의 중립축 상측에 인장 프리스트레스를 도입하는 압축 강봉과;
   상기 콘크리트부의 중앙부 상연에 형성되어 상기 제1압축강봉의 일단과 상기 제2압축강봉의 일단이 노출되는 블록아웃부에 배치되며, 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉을 수용하는 하방으로 개방된 관통홈이 형성되어 있고, 상기 제1압축강봉과 간섭되면서 상기 제2압축강봉을 관통하게 설치된 제1지지블록과;
   상기 블록아웃부에 배치되며, 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉을 수용하는 하방으로 개방된 관통홈이 형성되어 있고, 상기 제2압축강봉과 간섭되면서 상기 제1압축강봉을 관통하게 설치된 제2지지블록과;
   상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 상방으로 개방되게 형성된 수용홈에 설치되어 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 사이를 연결하는 유도 인장재를;
   포함하여 구성되어, 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉이 상기 콘크리트부에 배치된 상태에서 상기 블록 아웃부에 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록과 상기 유도인장재를 설치하는 것과 분리하는 것이 가능하고, 상기 유도 인장재에 인장력을 도입하여 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 간격을 줄인 상태에서 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉의 변위를 구속시켜 상기 콘크리트 거더의 중앙부 상측에 인장 프리스트레스가 도입되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 거더.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1압축강봉의 타단과 상기 제2압축강봉의 타단은 강봉의 단면보다 큰 고정단 정착너트가 결합되어 상기 콘크리트부에 매립된 상태로 설치된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 거더.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1압축강봉의 변위를 구속시키는 것은 상기 제1압축강봉의 끝단에 체결되어 있던 고정 너트를 상기 블록아웃부의 벽면을 향하여 이동시켜, 상기 제1압축강봉과 상기 블록아웃부의 벽면 사이의 간격이 상기 고정 너트를 매개로 채워지는 것에 의하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 거더.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 고정 너트와 상기 블록아웃부의 벽면의 사이에는 쉼 플레이트가 개재(介在)되며, 상기 쉼 플레이트는 상기 고정 너트의 중공부에 일부 이상이 삽입되는 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 거더.
   
5. 제 1항에 있어서,
   제1압축강봉과 상기 제2압축강봉은 다수이고,
   상기 유도 인장재는 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 중앙부를 연결하게 설치된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 거더.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 유도 인장재는 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉에 압축력이 도입된 이후에 유도 인장재으로부터 분리되고, 상기 블록아웃부는 현장타설 콘크리트에 의해 메워지는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 거더.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 교량 하부 구조와;
    상기 교량 하부 구조 상에 거치된 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 프리스트레스트 콘크리트 거더와;
    상기 콘크리트 거더의 상측에 거치되어 비합성된 프리캐스트 바닥판을;
    포함하고, 상기 콘크리트 거더가 상기 교량 하부 구조에 거치되고, 상기 콘크리트 거더의 상측에 프리캐스트 바닥판이 거치된 상태에서, 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉에 압축력이 도입되어, 상기 콘크리트부의 중앙부 중립축 상측에 인장 프리스트레스가 도입된 것을 특징으로 하는 콘크리트 거더 교량.
    
11. 콘크리트부를 포함하는 콘크리트 거더를 제작하기 위한 거푸집을 설치하는 거푸집 설치단계와;
    상기 거푸집 내부에 철근을 배근하는 철근 배근하는 철근배근단계와;
    상기 콘크리트 거더를 종방향으로 하방으로 볼록한 포물선 형태로 배치된 쉬스관을 설치하는 쉬스관 설치단계와;
    상기 콘크리트 거더의 중앙부로부터 이격된 제1위치로부터 상기 콘크리트 거더의 중앙부의 상기 콘크리트부를 관통하여 상기 콘크리트 거더의 일단을 향하여 종방향으로 제1압축강봉을 배치하고, 상기 콘크리트 거더의 중앙부로부터 상기 제1위치에 대하여 반대측으로 이격된 제2위치로부터 상기 콘크리트 거더의 중앙부의 상기 콘크리트를 관통하여 상기 콘크리트 거더의 타단을 향하여 종방향으로 제2압축강봉을 배치하는 강봉 배치단계와;
    상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉의 끝단이 드러나도록 상기 콘크리트부의 중앙부 상면에 블록아웃부가 형성되도록 상기 거푸집에 콘크리트를 타설하여 상기 콘크리트부를 형성하는 콘크리트 타설단계와;
    상기 쉬스관에 제1인장재를 내설하여 인장 정착하는 것에 의하여 상기 콘크리트부의 중앙부 하연에 압축 프리스트레스를 도입하는 압축프리스트레스 도입단계와;
    상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉을 수용하는 하방으로 개방된 관통홈이 형성된 제1지지블록을 상기 제1압축강봉과 간섭되면서 상기 제2압축강봉을 관통하게 상기 블록 아웃부에 설치하고, 상기 블록아웃부에 배치되며, 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉을 수용하는 하방으로 개방된 관통홈이 형성된 제2지지블록을 상기 제2압축강봉과 간섭되면서 상기 제1압축강봉을 관통하게 상기 블록 아웃부에 설치하는 단계와;
    상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 상방으로 개방되게 형성된 수용홈에 유도 인장재를 설치하여 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 사이를 상기 유도 인장재로 연결하는 단계와;
    상기 유도 인장재에 인장력을 도입하여 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록의 간격을 줄인 상태에서 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉의 변위를 구속시켜 상기 콘크리트 거더의 중앙부 상측에 인장 프리스트레스를 도입하는 인장프리스트레스 도입단계를;
    포함하여 구성되고, 상기 제1압축강봉과 상기 제2압축강봉이 상기 콘크리트부에 배치된 상태에서 상기 블록 아웃부에 상기 제1지지블록과 상기 제2지지블록과 상기 유도인장재를 설치하는 것과 분리하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 거더의 제작 방법.
    
12. 제 11항에 있어서, 상기 인장프리스트레스 도입단계는,
    상기 제1압축강봉에 압축력을 도입하고 상기 제1압축강봉을 상기 콘크리트부에 고정된 상기 제1지지블록에 정착 고정하는 단계와, 상기 제2압축강봉에 압축력을 도입하고 상기 제2압축강봉을 상기 콘크리트부에 고정된 상기 제2지지블록에 정착 고정하는 단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 거더의 제작 방법.
    
13. 삭제
14. 제 11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 인장프리스트레스 도입단계는 상기 콘크리트 거더가 교량 하부 구조 상에 거치된 상태에서 상기 콘크리트 거더의 상측에 바닥판의 일부 이상을 지지한 상태에서 행해지는 것을 특징으로 하는 콘크리트 거더의 제작 방법.
    

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