KR101924092B1 - 가설 구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

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Abstract

거더에 프리스트레스를 주어 가설 구조물에 적용하되 거더 상부에 거더 곡률을 따라 제작된 보강재를 용접하여 단면 보강효과와 거더의 프리스트레스력을 유지할 수 있는 가설 구조물 및 그 시공방법이 개시된다. 본 발명에 의한 가설 구조물은 교각 또는 교대 상부에 놓여 지지되도록 평행하게 배열되고, 길이 방향을 따라 상하방향으로 곡률을 갖도록 프리스트레스가 제공된 복수개의 거더 부재; 및 상기 복수개의 거더 부재의 곡률과 동일한 곡률로 일측면이 절개되어 형성되고 상기 복수개의 거더 부재 각 상부에 상기 일측면이 용접된 복수개의 보강용 플레이트;를 포함한다.

Description

가설 구조물 및 그 시공방법 {Temporary structure and constructing method for the same}
본 발명은 거더에 프리스트레스를 주어 가설 구조물에 적용하되 거더 상부에 거더 곡률을 따라 제작된 보강재를 용접하여 단면 보강효과와 거더의 프리스트레스력을 유지할 수 있는 가설 구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 기존 가설교량의 경우 구조물에 프리스트레스를 도입하기 위해 강봉 및 강연선을 사용 인장력을 도입하거나 거더(I형강) 내부에 형강(L형, ㄷ형)이나 플레이트(PLATE)를 부착하는 방법을 채택하고 있으나 내부에 보강으로는 단면 2차 모멘트 증가량이 부족하여 기대만큼의 성능을 발휘하지 못하고 있었다.
또한, 거더 하부에 부착할 경우 형하고 증가로 통수단면적 확보가 어려운 단점이 있으며 상부에 보강재를 부착할 경우 구조적으로 유리하지만 복공판 설치 시 간섭 문제가 발생하게 되어 그동안 시행하지 못하고 있었고 이를 개선한 가설교량 및 복공 구조물이 필요한 실정이었다.
종래기술에 의한 가설교량과 같은 가설 구조물은 거더에 프리스트레스를 도입한 후, 거더 웹(WEB)부분에 형강을 용접하여 단면 보강 및 프리스트레스력을 도입하는 공법이 있다. 이러한 공법은 상부에 일반 복공판 및 연속 복공판의 시공이 가능한 형태이다.
그러나 이러한 가설 구조물 공법은 거더 단면 보강 효과가 미비하고, 정확한 프리스트레스 도입력 조절이 어려우며, 결국 프리스트레스를 도입한 효과가 미비한 문제점이 있었다.
등록특허 제1120163호
본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 거더에 프리스트레스를 준 다음 그 곡률에 해당하는 곡률을 갖는 보강재를 용접하도록 하여 단면 보강 효과와 프리스트레스력을 그대로 유지할 수 있는 가설 구조물 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 교각 또는 교대 상부에 놓여 지지되도록 평행하게 배열되고, 길이 방향을 따라 상하방향으로 곡률을 갖도록 프리스트레스가 제공된 복수개의 거더 부재; 상기 복수개의 거더 부재의 곡률과 동일한 곡률로 일측면이 절개되어 형성되고 상기 복수개의 거더 부재 각 상부에 상기 일측면이 용접된 복수개의 보강용 플레이트;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수개의 거더 부재 상부에는 인접하는 거더 부재의 양단이 지지되도록 설치되는 복공판을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수개의 거더 부재는 횡단면이 I자형으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수개의 보강용 플레이트는 수직 플레이트와 수평 플레이트가 접합되어 횡단면이 T자형으로 이루어지고, 상기 복공판의 양단이 상기 복수개의 거더 부재의 상단과 상기 수평 플레이트 사이에 삽입될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 다른 구체적인 수단으로서 본 발명은, 정해진 곡률을 갖도록 일측면이 절개되어 형성된 복수개의 보강용 플레이트를 마련하는 단계; 길이 방향을 따라 상하방향으로 상기 정해진 곡률을 갖도록 프리스트레스가 제공된 복수개의 거더 부재를 마련하는 단계; 상기 복수개의 거더 부재의 상면에 상기 복수개의 보강용 플레이트의 일측면을 용접하여 접합시키는 단계; 상기 복수개의 거더 부재를 교각 또는 교대 상부에 안착시키는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수개의 거더 부재의 인접하는 거더 부재 사이에 양단이 지지되도록 복공판이 설치되는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수개의 보강용 플레이트는 수직 플레이트와 상기 수직 플레이트에 용접된 수평 플레이트로 이루어져 횡단면이 T자형으로 이루어지고, 상기 복공판의 양단이 상기 수평 플레이트 하부에 위치하도록 배치될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 거더에 프리스트레스를 주고 그에 해당하는 곡률로 플레이트를 제작하여 용접하는 공법이기 때문에 제작 및 시공이 용이한 효과가 있다.
(2) 본 발명은 플레이의 곡률에 맞도록 프리스트레스를 도입하기 때문에 정확한 프리스트레스력의 도입이 가능하게 된다.
(3) 본 발명은 거더에 형강이나 플레이트를 단순 부착하는 공법이 아닌 플레이를 프리스트레스가 도입된 거더의 곡률에 맞추어 절개하여 부착하는 방식이기 때문에 단면 보강 효과가 극대화된다.
(4) 본 발명은 거더에 T자형 플레이트를 용접한 다음 복공판을 거더 플렌지와 보강재 사이에 밀어 넣어 설치하게 되기 때문에 복공판 구속효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 가설 구조물의 일부 구성요소인 거더 부재와 보강용 플레이트의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 거더 부재와 보강용 플레이트를 용접한 후의 측면도이다.
도 3은 도 1과 같은 상태의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 가설 구조물을 시공하기 위하여 거더 부재를 평행하게 배열한 상태의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 가설 구조물의 시공 중의 한 상태로서 도 4의 상태에서 복공판을 시공하는 상태를 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 가설 구조물의 완성된 일부 사시도이다.
도 7은 도 6의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 가설 구조물 시공방법의 시공 순서도이다.
도 9는 기존 공법에 비해 본 발명에 의한 가설 구조물에 의해 물량이 절감되는 것을 보여주는 응력도이다.
도 10은 본 발명에 의한 공법의 개발 공법 단계별 등력도이다.
도 11은 본 발명에 의한 가설 구조물을 현장에 맞는 타입에 적용 가능한 것을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 가설 구조물의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가설 구조물 및 그 시공방법을 보다 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 가설 구조물은 복수개의 거더 부재(20), 보강용 플레이트(10), 그리고 복공판(30)을 포함한다.
상기 거더 부재(20)는, 도 1 내지 도 7을 참고하면, 교각 또는 교대 상부에 놓여 지지되도록 평행하게 배열되고, 길이 방향을 따라 상하방향으로 곡률을 갖도록 프리스트레스가 제공된다.
이때, 상기 거더 부재(20)는, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 횡단면이 I자형으로 이루어질 수 있다. 물론 I자형 형강 외에도 종래 다양하게 제공되는 단면을 가진 제품을 사용할 수도 있음은 물론이다. 여기서 거더 부재는 수직 플레이트(21)와, 상하부 수평 플레이트(22,23)로 이루어진다.
상기 거더 부재(20)에 프리스트레스를 도입하는 방법은 종래의 여러 가지 방법을 모두 사용 가능하다. 다만 결과적으로 프리스트레스를 도입하여 상기 거더 부재(20)에 곡률이 형성되도록 하면 된다. 예를 들면, 거더 부재를 이루게 될 강재의 하부 플랜지의 양측 단부측에 단부 긴장장치를 설치하고, 단부 긴장장치에 무거운 콘크리트 블록을 설치하고, 강재의 중앙부에 중앙 지지장치를 설치하고 콘크리트 블록을 설치한 다음 상기 단부 긴장장치와 중앙 지지장치를 서로 관통한 다수개의 강봉 또는 강연선을 상기 단부 양측에 설치된 단부 긴장장치에 정착구를 이용하여 정착하고, 상기 단부 긴장장치와 중앙 지지장치에 설치된 콘크리트 블록에 다수개의 강봉 또는 강연선으로 서로 관 통정착한 단계적 프리스트레스 도입장치를 이용할 수도 있다.
상기 보강용 플레이트(10)는, 도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 복수개의 거더 부재(20)의 곡률과 동일한 곡률로 리본 형태의 플레이트를 일측면을 절개하여 형성하고 상기 복수개의 거더 부재(20) 각 상부에 상기 일측면이 용접된다.
이때, 상기 복수개의 보강용 플레이트(10)는 수직 플레이트(11)와 수평 플레이트(12)가 접합되어 횡단면이 T자형으로 이루어지고, 상기 복공판(30)의 양단이 상기 복수개의 거더 부재(20)의 상단과 상기 수평 플레이트(12) 사이에 삽입된다.
상기 보강용 플레이트(10)는, 도 1을 참고하면, 우선 일정한 두께의 강판을 길이 방향으로 길게 절개하되, 특히 상기 곡률로 절개하여 수직 플레이트(11)를 구성하도록 한다. 그 다음 그 상부에 수평 플레이트(12)를 용접한다. 물론 상기 보강용 플레이트의 수직 플레이트(11)는 상기 곡률을 가지도록 절개되어 제조되기 때문에 내부 응력이나 스트레스가 제로이다.
이때, 상기 보강용 플레이트(10)의 수직 플레이트(11)는 길이방향으로 길게 형성된 리본 형태로 이루어지고, 길이 방향을 따라 수직으로 세워진 형태로 상기 거더 부재(20) 상면에 용접된다. 따라서 거더 부재(20)로부터 전달되는 복원력에 대항하는 방향이 두께가 얇은 방향이 아니라 폭 방향으로 받아 대항하게 되기 때문에 충분한 대항력을 제공할 수 있게 된다.
상기 복공판(30)은, 도 5 내지 도 7을 참고하면, 상기 복수개의 거더 부재(20) 상부에는 인접하는 거더 부재(20)의 양단이 지지되도록 설치된다.
이때, 상기 복공판(30)은 상기 거더 부재(20) 상면과 상기 보강용 플레이트(10)의 수평 플레이트(12) 사이에 삽입되어 위치하게 된다. 따라서 상기 복공판(30)으로 이루어진 가설 구조물 상부로 차량 등이 통행하는 경우, 종래 복공판(30)이 튀어 올라 차량이 걸려 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 의한 가설 구조물 시공방법은, 도 8을 참고하면, 정해진 곡률을 갖도록 일측면이 절개되어 형성된 복수개의 보강용 플레이트(10)를 마련하는 단계(S1)와, 길이 방향을 따라 상하방향으로 상기 정해진 곡률을 갖도록 프리스트레스가 제공된 복수개의 거더 부재(20)를 마련하는 단계(S2)와, 상기 복수개의 거더 부재(20)의 상면에 상기 복수개의 보강용 플레이트(10)의 일측면을 용접하여 접합시키는 단계(S3)와, 상기 복수개의 거더 부재(20)를 교각 또는 교대 상부에 안착시키는 단계(S4)를 포함한다.
이때, 상기 복수개의 거더 부재(20)의 인접하는 거더 부재(20) 사이에 양단이 지지되도록 복공판(30)이 설치되는 단계(S5)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 복수개의 보강용 플레이트(10)는 수직 플레이트(11)와 상기 수직 플레이트(11)에 용접된 수평 플레이트(12)로 이루어져 횡단면이 T자형으로 이루어지고, 상기 복공판(30)의 양단이 상기 수평 플레이트(12) 하부에 위치하도록 배치될 수 있다.
상기 보강용 플레이트(10)와 거더 부재(20)를 마련하는 단계(S!,S2)는 서로 순서를 바꾸어 진행할 수도 있다. 다만 미리 설계된 바에 따라 곡률을 적용해야 할 것이다.
도 1과 도 3을 참고하면, 상기 거더 부재(20)와 보강용 플레이트(10)의 측면이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 거더 부재(20)는 프리스트레스가 도입되지 않아 상면이 수평으로 형성된 상태이고, 상기 보강용 플레이트(10)는 설계된 곡률에 따라 절개되어 있는 상태로서 내부 스트레스가 제로인 상태이다.
도 2와 도 4를 참고하면, 상기 거더 부재(20)에 프리스트레스를 도입하여 원래 설계된 곡률로 구부러지도록 하고, 동일한 곡률을 갖는 상기 보강용 플레이트(10)를 그 상면에 용접한 상태이다.
도 5를 참고하면, 도 2와 같이 보강용 플레이트(10)가 용접된 상기 거더 부재(20)를 일정간격 이격되게 평행하게 배열하고, 상기 복공판(30)을 설치하는 상태를 보여준다. 상기 복공판(30)은 상기 거더 부재(20)의 상면과 상기 보강용 플레이트(10)의 수평 플레이트(12) 사이로 연속하여 삽입된다.
여기서, 상기 곡률은 실제로는 그렇게 크지 않기 때문에 일정 거리 이하의 복공판(30)을 삽입하게 되면 복공판(30)도 곡률을 따라 휘어지도록 할 필요성은 없다.
도 6과 도 7을 참고하면, 완성된 가설 구조물의 일례를 도시하고 있다. 거더부재(20), 보강용 플레이트(10), 그리고 복공판(30)을 모두 시공하고, 보도와의 경계를 나타낼 수 있는 난간을 설치하여 완성한다.
도 9를 참고하면, 기존 공법은 모멘트 분포와 상관없이 중심부의 모멘트의 크기에 맞춰 설계를 하여 모멘트가 작은 부분인 양쪽 단부쪽은 과설계 되는 경우가 많다. 도 9에서 (a)는 응력도, 즉 모멘트도를 보여주고, (b)는 기존 방식에 의한 거더부재의 모멘트를 표히고 있다. (c)는 본 발명에 의한 거두 부재와 모멘트도를 표시한 도면으로서, 특히 모멘트는 (b)의 기존과 같은 형태와 값을 가지되, 보강요 플레이트를 적용한 것을 보여준다. 결국 (d)를 참고하면 거더 부재의 물량을 절감한 것을 확실히 알 수 있게 된다. 즉 빗금친 부분으로 표시된 부분만큼 물량, 즉 자재를 감소시킬 수 있는 장점이 있게 된다.
도 10울 참고하면, 응력을 효과적으로 대응하는 것을 보여주는 도면들로서, (a)는 선행하중 도입 시를 보여주고, (b)는 보강재(10) 설치시를 보여주며, (c) 선행하중 제거 시를 보여주고, (d)는 활하중 발생 시를 보여준다.
이때, 중립축 상승효과로 하중에 효과적으로 대응 가능한 것을 알 수 있다. 또 압축응력이 많이 걸리는 부분에는 압축 응력에 저항력이 높은 부재(SM490, SM520사용)를 사용하고 응력이 적게 걸리는 부분은 일반적인 강재인 (SS400)자재 사용 재질의 특성을 고려한 경제적 설계 가능하게 된다. 더불어, 하부에 프리스트레스를 도입하여 부재의 효율성을 높일 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따르면, 복공판 전도 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.
즉, 강재 거더의 특성상 허용 범위 안에서 처짐 및 솟음이 발생하게 되고(출렁임), 일반적으로 복공판이 거더 위에 구속되지 않고 설치되는 경우가 많고 거더의 출렁임으로 인한 복공판 전도 사고 발생하며, 최근 장지간 공법이 일반화 되면서 사고 빈도가 많은 편이다. 또한 거더의 출렁임으로 복공판 움직임이 심해 소음 발생도 많아지고 있다. 이에 대하여, 본 발명에 의한 공법은 특히 출렁임이 심한 거더의 중심부의 복공판을 구속시켜 복공판 전도 및 소음 예방에 효과적임이다.
특히, 최근 복공판 소음과 승차감 문제로 복공판 상부를 포장하는 경우가 많은데 개발 공법은 보강부재의 치수를 키워 더욱 효과적으로 프리스트레스를 도입할 수 있다.
도 11을 참고하면, 현장 여건에 따라 이에 맞는 타입을 적용할 수 있도록 고를 수 있다. 여기서 복공판의 높이는 200mm이다.
1TYPE은 높은 하중에 대한 저항력이 필요하지만 주행성에 큰 영향을 받지 않을 때 적용할 수 있고, 가교 위 포장으로 사하중이 증가되고 주행성이 확보되는 경우에도 적용이 가능하다.
2TYPE, 3TYPE은 포장을 하지 않는 차량 우회용 가설교량이나 주행성 확보가 필요한 도심지 복공구조물에 적용이 가능하다.
물론 이러한 타입은 예시로 제시하는 것으로 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 기존 공법의 경우 거더와 함께 선행하중을 도입하거나 도입된 거더에 직선형태의 보강재를 부착하는 방법을 사용하여 정확한 프리스트레스력을 도입하고 제작이 어려운 단점이 있으나, 본 발명에 의한 개발 공법은 요구되는 솟음치로 정확하게 제작 선행하중에 도입된 거더에 제작된 T형 보강재를 부착하는 방법으로 제작의 정확도 높고 제작이 용이하다
한편, 도 12를 참고하면, 본 발명에 의한 공법의 확장성을 보여주는 것으로서, 본 발명의 다른 실시예에 의한 가설 구조물의 단면도가 도시되어 있다. 즉, 전번 실시예에서 보강용 플레이트(10)를 스터드 볼트(40)를 사용하여 복공판(30)에 체결하고 복공판(30) 상부를 아스팔트로 덮은 것이다. 이번 실시예에서는, 포장으로 높은 사용하중으로 많은 프리스트레스력이 필요할 경우에는 T형 보강재인 보강용 플레이트(10) 위부분에 압축에 저항력이 뛰어난 콘크리트를 타설하여 제작하여 사용할 수 있는 것을 보여주고 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 : 보강용 플레이트
20 : 거더 부재 30 : 복공판
40 : 스터드 볼트 50 : 아스팔트

Claims (7)

  1. 교각 또는 교대 상부에 놓여 지지되도록 평행하게 배열되고, 길이 방향을 따라 상하방향으로 곡률을 갖도록 프리스트레스가 제공된 복수개의 거더 부재;
    상기 복수개의 거더 부재의 곡률과 동일한 곡률로 일측면이 절개되어 형성되고 상기 복수개의 거더 부재 각 상부에 상기 일측면이 용접된 복수개의 보강용 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 보강용 플레이트는 상기 거더 부재 상부에 세워져 하단부가 용접된 수직 플레이트를 포함하되, 상기 수직 플레이트의 하단부는 상기 거더 부재의 곡률을 가지도록 절개되어 내부 응력이나 스트레스가 제로인 상태에서 용접된 가설 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 거더 부재 상부에는 인접하는 거더 부재 사이에 양단이 지지되도록 설치되는 복공판을 더 포함하는 가설 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 거더 부재는 횡단면이 I자형으로 이루어진 가설 구조물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 보강용 플레이트는 수직 플레이트와 수평 플레이트가 접합되어 횡단면이 T자형으로 이루어지고, 상기 복공판의 양단이 상기 복수개의 거더 부재의 상단과 상기 수평 플레이트 사이에 삽입되는 가설 구조물.
  5. 정해진 곡률을 갖도록 일측면이 절개되어 형성된 복수개의 보강용 플레이트를 마련하는 단계;
    길이 방향을 따라 상하방향으로 상기 정해진 곡률을 갖도록 프리스트레스가 제공된 복수개의 거더 부재를 마련하는 단계;
    상기 복수개의 거더 부재의 상면에 상기 복수개의 보강용 플레이트의 일측면을 용접하여 접합시키는 단계;
    상기 복수개의 거더 부재를 교각 또는 교대 상부에 안착시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 보강용 플레이트는 상기 거더 부재 상부에 세워져 하단부가 용접된 수직 플레이트를 포함하되, 상기 수직 플레이트의 하단부는 상기 거더 부재의 곡률을 가지도록 절개되어 내부 응력이나 스트레스가 제로인 상태에서 용접된 가설 구조물 시공방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 거더 부재의 인접하는 거더 부재 사이에 양단이 지지되도록 복공판이 설치되는 단계를 더 포함하는 가설 구조물 시공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 보강용 플레이트는 수직 플레이트와 상기 수직 플레이트에 용접된 수평 플레이트로 이루어져 횡단면이 T자형으로 이루어지고, 상기 복공판의 양단이 상기 수평 플레이트 하부에 위치하도록 배치되는 가설 구조물 시공방법.
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