KR101936597B1 - 콘크리트 충전 타입 강관 및 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법 - Google Patents

콘크리트 충전 타입 강관 및 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본원은 강 거더 및 상기 강 거더의 상부에 위치하는 상부 바닥판을 포함하는 교량에 적용되는 콘크리트 충전 타입 강관에 관한 것으로서, 상기 강 거더의 측면에 하단이 연결되고, 상단이 상기 상부 바닥판 중 상기 강 거더에 대하여 외측 방향으로 돌출된 캔틸레버부에 상단이 연결되도록 경사지게 연장되는 강관, 상기 강관의 내주면과 연결되어 상기 강관의 내부에 고정 배치되는 철근 부착 플레이트부 및 상기 강관의 내주면에 대하여 간격을 두고 배치되도록 상기 철근 부착 플레이트부에 부착되는 스트럿 철근을 포함하고, 상기 스트럿 철근은 상기 상부 바닥판의 내부에 삽입된 상태로 상기 상부 바닥판과 일체화되도록 일부가 상기 강관의 상단보다 상측으로 경사지게 돌출 배치되는 것인 콘크리트 충전 타입 강관이 제공된다.

Description

콘크리트 충전 타입 강관 및 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법{CONCRETE FILLED STEEL TUBE AND CONSTRUCTION METHOD OF BRIDGE UPPER STRUCTURE USING THE SAME}
본원은 콘크리트 충전 타입 강관 및 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법에 관한 것이다.
교량 스트럿 구조물은 차도부의 길이를 늘리고 횡방향 처짐을 억제하는 역할을 하는 부재로서, 주거더(main girder)의 폭 및 개수를 줄일 수 있어 교량 공사비를 줄일 수 있다.
도 1a는 종래의 콘크리트 스트럿을 나타낸 것이고, 도 1b는 콘크리트 스트럿의 단면도(도 1a에 표시된 A-A 선을 따라 절개한 단면도)를 나타낸 것이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, PSC 및 콘크리트 교량에서는 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 피복 콘크리트 스트럿을 사용하거나 무피복 콘크리트 스트럿을 적용한다. 이는 콘크리트 교량의 경우 거더와 스트럿의 철근의 배근을 통해 정착부를 보강하여 시공성 및 안전성을 확보하기 위함이다.
한편, 도 2a는 강교량에서 통상적으로 사용되는 종래의 강관 스트럿을 나타낸 것이고, 도 2b는 강관 스트럿의 단면도(도 2a에 표시된 B-B 선을 따라 절개한 단면도)를 나타낸 것이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 강교량 또는 강합성 교량에서는 강관 스트럿을 사용하는데 이는 강교량 또는 강합성 교량에서 주거더와 스트럿의 재질을 동일화하여 용접 혹은 볼트이음을 통해 시공성을 확보하기 위함이다. 다만, 강교량 또는 강합성 교량에서 강 스트럿을 적용하기 위해서는 도 2a에 나타난 바와 같이 별도의 횡방향 리브를 설치해야 하므로 제작비가 상승하고 공사가 번거롭기 때문에, 일반적으로 강교량 또는 강합성 교량보다는 콘크리트 교량에서 스트럿의 사용빈도가 높다.
콘크리트 교량에서의 스트럿 사용과 관련하여, 도 3은 콘크리트 교량에 스트럿의 상단이 철근에 의해 강결하는 방법으로 연결된 상태를 나타낸 스트럿 상단의 부분 확대도이고, 도 4는 콘크리트 교량에 스트럿의 하단이 철근에 의해 강결하는 방법으로 연결된 상태를 나타낸 스트럿 하단의 부분 확대도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 콘크리트 교량에서 스트럿의 연결은 콘크리트 교량에서 콘크리트 스트럿의 상단 및 하단 각각을 철근 강결하는 방법 등에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 철근 강결 방법은 교량 상부를 일괄 타설하는 경우 적합한 연결구조라 할 수 있다.
이같이 콘크리트 교량에 사용하는 콘크리트 스트럿으로는, 상술한 바와 같이 FRP피복의 구속을 통해 압축성능을 향상시키는 FRP 피복관이 적용되는 FRP 피복 콘크리트 스트럿이 주로 사용되고 있다. 이러한 FRP 피복관은 콘크리트 구속효과 및 콘크리트 타설시 거푸집으로 활용할 수 있는 장점이 있지만, FRP가 굉장한 고가의 재료이기 때문에 적용에 한계가 있다. 또한, FRP를 사용하지 않은 무피복 콘크리트 스트럿은 재도장이 없어 유지관리에 용이하고 공사비용이 저렴하지만, 구조적으로 필요한 단면이 커져서 미관적으로 불리하고, 시공성이 저하되는 측면이 있다.
한편, 강교량 또는 강합성 교량과 같이 강 거더를 포함하는 교량에서 강재와 강재의 연결을 위해 사용하는 강관 스트럿은 내부 충전(충진) 콘크리트가 없는 얇은 박판 강관으로서, 압축 좌굴에 의한 저항성능이 떨어진다. 또한, 강관 스트럿은 콘크리트 스트럿과 달리 콘크리트 슬래브와 바로 연결하는 것에 어려움이 있기 때문에, 도 2a에 나타난 바와 같이 강관의 연결을 위한 횡방향 브라켓이 동시에 필수적으로 설치되어야 한다.
또한, 강합성 교량 가설에 있어서의 통상적인 문제점으로서, 콘크리트 슬래브(상부 바닥판)의 가설을 위해서는 동바리 등의 가설구조물이 대규모로 설치되어야 해서, 가설구조물의 제작비 및 시공비가 상승하고 공사가 번거로우며 공사기간이 증가되는 문제점이 있다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제1732681호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 강합성 교량에 통상적으로 적용되는 강관 스트럿의 압축 좌굴에 대한 저항성능이 떨어지는 단점을 해소하면서도 제조단가를 절감하고 높은 시공성 또한 확보할 수 있는 콘크리트 충전 타입 강관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상부 바닥판(슬래브) 가설을 위한 별도의 동바리 및 대형 가설구조물이 불필요하여 공사기간 및 공사비용이 크게 절감 가능한 강합성 교량에 최적화된 콘크리트 충전 타입 강관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 콘크리트 충전 타입 강관은, 강 거더 및 상기 강 거더의 상부에 위치하는 상부 바닥판을 포함하는 교량에 적용되는 콘크리트 충전 타입 강관으로서, 상기 강 거더의 측면에 하단이 연결되고, 상단이 상기 상부 바닥판 중 상기 강 거더에 대하여 외측 방향으로 돌출된 캔틸레버부에 상단이 연결되도록 경사지게 연장되는 강관, 상기 강관의 내주면과 연결되어 상기 강관의 내부에 고정 배치되는 철근 부착 플레이트부 및 상기 강관의 내주면에 대하여 간격을 두고 배치되도록 상기 철근 부착 플레이트부에 부착되는 스트럿 철근을 포함하고, 상기 스트럿 철근은 상기 상부 바닥판의 내부에 삽입된 상태로 상기 상부 바닥판과 일체화되도록 일부가 상기 강관의 상단보다 상측으로 경사지게 돌출 배치될 수 있다.
본원의 제2 측면에 따른 교량 상부 구조물은 본원의 제1 측면에 따른 콘크리트 충전 타입 강관을 포함할 수 있다.
본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법은 (a) 상기 강관의 하단을 상기 강 거더의 측면에 연결하고, 가설용 횡부재에 의해 상기 강관의 외주면을 상기 강 거더의 측면에 탈부착 가능하게 연결하여, 상기 콘크리트 충전 타입 강관이 설치되는 단계, (b) 상기 가설용 횡부재 상에 거푸집을 설치하는 단계, (c) 상기 강관 내부에 콘크리트를 타설하고 상기 거푸집 상에 상기 상부 바닥판에 대응하여 콘크리트를 타설하는 단계 및 (d) 상기 거푸집 및 상기 가설용 횡부재를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 콘크리트 충전 타입 강관은 강관 내부를 콘크리트로 충전하여 압축력에 대한 구속효과로 인해, 압축저항 성능을 크게 향상시키면서도 제조단가를 절감하고 높은 시공성 또한 확보할 수 있는 콘크리트 충전 타입 강관 및 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법이 제공될 수 있다.
또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 강관이 가설용 횡부재와 유기적으로 결합됨으로써, 이를 통해 구축되는 가설용 임시 프레임 구조를 활용한 거푸집 설치가 가능해지므로, 종래와 같이 상부 바닥판(슬래브) 가설을 위한 별도의 동바리 및 대형 가설구조물이 필요하지 않아 공사기간 및 공사비가 크게 절감되는 콘크리트 충전 타입 강관 및 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법이 제공될 수 있다.
도 1a는 종래의 콘크리트 스트럿이 콘크리트 교량에 설치된 상태를 나타낸 정면도이다.
도 1b는 종래의 콘크리트 스트럿의 단면도(도 1a에 표시된 A-A 선을 따라 절개한 단면도)이다.
도 2a는 강교량에서 통상적으로 사용되는 종래의 강관 스트럿을 나타낸 도면이다.
도 2b는 강관 스트럿의 단면도(도 2a에 표시된 B-B 선을 따라 절개한 단면도)를 나타낸 도면이다.
도 3은 콘크리트 교량에 스트럿의 상단이 철근에 의해 강결하는 방법으로 연결된 상태를 나타낸 스트럿 상단의 부분 확대도이다.
도 4는 콘크리트 교량에 스트럿의 하단이 철근에 의해 강결하는 방법으로 연결된 상태를 나타낸 스트럿 하단의 부분 확대도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관이 교량에 설치된 상태를 나타낸 개략적인 횡단면도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 강관의 하단이 강 거더의 측면과 고정적으로 연결된 상태를 나타낸 콘크리트 충전 타입 강관 하부의 부분 확대도(도 5에 표시된 A 부분을 확대한 도면)이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관의 단면도(도 5에 표시된 C-C 선을 따라 절개한 단면도)이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 철근 부착 플레이트부에 부착된 스트럿 철근을 나타낸 입체도이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 스트럿 철근이 상부 바닥판의 내부에 삽입되어 상부 바닥판과 일체화된 상태를 나타낸 콘크리트 충전 타입 강관 상부의 부분 확대도이다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법의 개략적인 순서도이다.
도 11은 본원의 일 실시예에 따른 강관의 하단을 강 거더의 측면에 연결하고, 가설용 횡부재에 의해 강관의 외주면을 강 거더의 측면에 탈부착 가능하게 연결하여 콘크리트 충전 타입 강관이 설치되는 단계를 설명하기 위한 개략적인 횡단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되거나 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치와 관련된 용어(상부, 하부, 상단, 하단 등)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설정한 것이다. 예를 들면, 도 5를 보았을 때, 전반적으로 12시 방향이 상부, 전반적으로 6시 방향이 하부 등이 될 수 있다.
이하에서는 본원의 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관에 대하여 설명한다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관이 교량에 설치된 상태를 나타낸 개략적인 횡단면도이고, 도 6은 본원의 일 실시예에 따른 강관의 하단이 강 거더의 측면과 고정적으로 연결된 상태를 나타낸 콘크리트 충전 타입 강관 하부의 부분 확대도(도 5에 표시된 A 부분을 확대한 도면)이다.
콘크리트 충전 타입 강관(100)은 강 거더(200) 및 강 거더(200)의 상부에 위치하는 상부 바닥판(210)을 포함하는 교량에 적용될 수 있다. 도 5를 참조하면, 콘크리트 충전 타입 강관(100)은 교량 스트럿 구조물에 해당할 수 있다.
콘크리트 충전 타입 강관(100)은 강관(110), 철근 부착 플레이트부(120) 및 스트럿 철근(130)을 포함한다.
도 5를 참조하면, 강관(110)은 강 거더(200)의 측면에 하단이 연결되고, 상단이 상부 바닥판(210) 중 강 거더(200)에 대하여 외측 방향으로 돌출된 캔틸레버부(211)에 상단이 연결되도록, 경사지게 연장되는 구성이다.
강관(110)의 하단은 강 거더(200)의 측면과 고정적으로 연결될 수 있다. 고정적으로 연결된다는 것은 강 거더(200)와 강관(110)이 강대강으로 볼트이음 및 용접 중 하나 이상에 의해 연결되는 것을 의미할 수 있다. 예시적으로 도 6을 참조하면, 강관(110)의 하단은 강 거더(200)의 측면과 다수개의 볼트이음을 통해 고정적으로 연결될 수 있다.
또한, 강관(110)의 상단은 스트럿 철근(130)의 일부가 돌출되도록 개방될 수 있다. 예시적으로, 강관(110)의 상단의 개방된 개구부를 통해 콘크리트를 타설하여 강관(110) 내부에 대한 콘크리트 충전(충진)이 이루어질 수 있다. 이러한 콘크리트 충전(충진)은 강관(110)이 강 거더(200)에 대하여 설치되기 이전에 적어도 일부 이루어질 수 있다. 예를 들면, 철근 부착 플레이트부(120) 또는 스트럿 철근(130)보다 아래쪽까지 콘크리트가 채워지도록 콘크리트 충전(충진)이 이루어질 수 있다. 또한, 강관(110)의 하단은 강관(110) 내부에 콘크리트 충전(충진)이 가능하도록 폐쇄될 수 있다. 도 6을 참조하면, 강관(110)의 폐쇄된 하단의 둘레와 하측에는 강 거더(200)의 측면과의 연결을 위한 연결 플레이트가 부착될 수 있다. 예시적으로 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 연결 플레이트가 강 거더(200)의 측면에 부착된 연결 플레이트와 볼트 연결됨으로써, 상술한 바와 같이 강관(110)의 하단은 강 거더(200)의 측면에 고정적으로 연결될 수 있다.
콘크리트 충전 타입 강관(100)은 강관(110) 내부를 적어도 일부 충전(충진)하는 강관 콘크리트부(후술할 도 7 참조)를 포함할 수 있다. 콘크리트 충전 타입 강관(100)은 스트럿 철근(130)이 부착된 철근 부착 플레이트부(120)가 배치된 프리캐스트(precast)된 유닛일 수 있다. 또한, 강관(110) 내부에는 콘크리트가 적어도 일부 충전(충진)될 수 있다. 예시적으로, 상술한 바와 같이 콘크리트 충전(충진)은 철근 부착 플레이트부(120) 또는 스트럿 철근(130)보다 아래쪽까지 이루어질 수 있다. 충전(충진)되지 않은 강관(100) 내부의 상측 일부 공간은 교량의 상부 바닥판(210)을 형성하기 위한 콘크리트가 타설될 때 함께 타설됨으로써 충전(충진)될 수 있다. 다만, 강관(110) 내부에 대한 콘크리트 충전(충진)은 반드시 사전에 이루어지는 것만으로 한정되는 것은 아니며, 다른 예로 콘크리트 충전 타입 강관(100)은 강관(110) 내부에 콘크리트가 충전(충진)되지 않은 상태로 프리캐스트된 유닛일 수 있다. 이러한 경우, 상부 바닥판(210) 형성에 대응하여 콘크리트가 타설될 때 강관(110) 내부 공간에도 콘크리트가 타설됨으로써 강관(110) 내부가 콘크리트 충전(충진)될 수 있다.
이와 같이, 강관(110) 내부 중 적어도 일부 공간은 프리캐스트 시에 콘크리트를 사전 충전(충진)하지 않고 비워두고 상부 바닥판(210) 형성을 위한 콘크리트 타설시 함께 타설되도록 함으로써, 강관(110) 내부의 콘크리트 재료와 상부 바닥판(210)의 콘크리트 재료가 서로 분리되지 않고 일체적, 연속적으로 연결되는 형태로 양생되어, 콘크리트 측면에서도 보다 일체화된 구조가 제공될 수 있다. 또한, 이와 같이 강관(110) 내부를 콘크리트로 충전(충진)함으로써, 압축력에 대한 구속효과를 통해 압축저항 성능을 크게 향상시킬 수 있고, 이로 인해 단면을 줄이거나, 스트럿의 설치간격(기존 4m내외)을 보다 여유있게 넓힐 수 있다.
강관(110)은 그 외주면에 설치되는 강관 러그(111)를 포함할 수 있다. 예시적으로 도 5를 참조하면, 강관 러그(111)는 강관(110)의 외주면 중 강 거더(200)의 측면을 향하는 외주면 상에 설치됨이 바람직하다. 강관 러그(111)에는, 강관(110)이 상부 바닥판(210)에 고정적으로 연결되기 이전에 강관(110)이 경사지게 연장된 상태를 유지하도록, 강 거더(200)의 측면과 강관(110)을 연결하는 가설용 횡부재(300)의 일단(도 5 기준 3시 방향 끝단)이 탈부착 가능하게 연결될 수 있다. 탈부착 가능하게 연결된다는 것은, 향후 상부 바닥판(210)이 시공되면 가설용 횡부재(300)를 강관 러그(111)로부터 분리하여 제거할 수 있도록 연결되는 것을 의미할 수 있다. 즉, 상기와 같이 탈부착 가능하게 연결된다는 것은, 볼트에 의해 향후 분리 용이하게 가연결되는 것을 의미할 수 있다. 예시적으로 도 5를 참조하면, 강관 러그(111)에 대한 가설용 횡부재(300)의 탈부착 가능한 연결은 볼트 연결에 의해 이루어질 수 있다. 도 5 및 도 6을 함께 참조하여 강관(110)의 하단이 강 거더(200)의 측면에 완전히 고정적으로 연결되는 것과 대비하여 보면, 강관 러그(111)와 가설용 횡부재(300) 사이의 볼트 연결 개수 및 직경 중 적어도 하나는, 이러한 볼트 연결이 영구적인 연결이 아님을 고려하여, 고정적인 연결이 이루어지는 강관(110) 하단과 강 거더(200) 측면 사이의 볼트 연결 개수 및 직경 중 적어도 하나보다 작게 설정될 수 있을 것이다.
다만, 강관 러그(111)와 가설용 횡부재(300) 사이의 볼트 연결 개수는, 상부 바닥판(210) 가설을 위한 거푸집 설치, 콘크리트 타설 및 양생 등이 이루어질 때 그러한 시공시 작용하는 다양한 하중 및 하중 조합에 의해 강관 러그(111)와 가설용 횡부재(300) 사이의 연결이 해제되는 것을 방지할 수 있는 충분한 개수 및 직경으로 설정함이 바람직하다. 즉, 상기 가연결(탈부착 가능한 연결)의 정도는 가설용 횡부재(300) 상에 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하는 상부 바닥판(210) 가설시에 작용되는 하중(예를 들면, 상기 하중은 거푸집 자중, 굳지 않은 콘크리트의 자중, 콘크리트 내부에 배치되는 철근의 자중, 기타 가설시 고려 가능한 하중 등을 포함할 수 있다) 등에 대해 충분히 저항할 수 있는 정도로 설정(설계)될 수 있다. 또한, 가설용 횡부재(300)는 상부 바닥판(200)의 가설을 위한 거푸집 자중, 굳지 않은 콘크리트의 자중, 콘크리트 내부에 배치되는 철근의 자중, 기타 가설시 고려 가능한 하중 등을 지지할 수 있는 규격 및 재질로 구비됨이 바람직하다.
또한 도 5를 참조하면, 가설용 횡부재(300)의 타단(도 5 기준 9시 방향 끝단)이 강 거더(200)의 측면과 탈부착 가능하게 연결될 수 있게 강 거더(200)의 측면에 강 거더 러그(220)가 설치될 수 있다. 이러한 가설용 횡부재(300)의 타단과 강 거더 러그(220) 사이의 탈부착 가능한 연결은 상술한 가설용 횡부재(300)의 일단과 강관(110) 사이의 탈부착 가능한 연결과 동일 내지 유사하게 이해될 수 있으므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
강관 러그(110)의 형성 위치는 상부 바닥판(210)의 가설을 위해 가설용 횡부재(300) 상에 설치되는 거푸집을 고려하여 설정될 수 있다. 아울러, 강 거더 러그(210)의 형성 위치 또한 상부 바닥판(210)의 가설을 위해 가설용 횡부재(300) 상에 설치되는 거푸집을 고려하여 설정될 수 있다. 예시적으로 도 5를 참조하면, 강 거더 러그(210)는 강 거더(200)의 측면 중 최상단(강 거더의 상부 플랜지와 하측으로 바로 이웃하는 위치)에 가깝게 설치될 수 있다. 또한, 강관 러그(110)는 이러한 강 거더 러그(210)의 설치 위치에 대응하여 강관(110)의 외주면 중 상측 외주면 상에 설치될 수 있다. 예시적으로, 가설용 횡부재(300) 상에 거푸집이 수평하게 안정적으로 배치될 수 있도록, 강 거더 러그(220)와 강관 러그(111)는 서로 동일한 높이에 위치하도록 설치될 수 있다. 즉, 가설용 횡부재(300)가 수평하게 연결되도록 강관 러그(111)와 강 거더 러그(220)의 위치가 결정될 수 있고, 이에 따라 가설용 횡부재(300)는 강 거더 러그(220)와 강관 러그(111)에 수평하게 연결될 수 있다. 있다. 다만, 강 거더 러그(220)와 강관 러그(111)의 설치 위치는 이에만 한정되는 것은 아니며, 가설용 횡부재(300)가 상부 바닥판(210)의 타설을 위한 거푸집 설치시 거푸집 지지 구조로 활용된다는 점을 고려하여 강관 러그(111)와 강 거더 러그(220)의 위치가 서로 높이가 상이하도록 결정될 수도 있을 것이다.
이와 같이, 가설용 횡부재(300)를 강관 러그(111)와 강 거더 러그(220)에 연결하여 배치함으로써, 강관(110)이 상부 바닥판(210)에 고정적으로 연결되기 이전에 강관(110)이 경사지게 연장된 상태를 사전에 유지할 수 있다. 이에 따라, 브라켓 설치가 필수적으로 필요했던 강관 스트럿을 사용하는 종래의 기술(도 2a 및 도 2b 참조) 대비 시공성 및 경제성이 크게 향상될 수 있다. 또한, 이러한 강관(110)과 가설용 횡부재(300) 각각이 강 거더(200)의 측면에 연결되어 유기적으로 조합됨으로써, 이를 통해 구축되는 가설용 임시 프레임 구조를 활용한 거푸집 설치가 가능해지므로, 종래와 같이 상부 바닥판(슬래브) 가설을 위한 별도의 동바리 및 대형 가설구조물이 필요하지 않아 공사기간 및 공사비가 크게 절감될 수 있다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관의 단면도(도 5에 표시된 C-C 선을 따라 절개한 단면도)이고, 도 8은 본원의 일 실시예에 따른 철근 부착 플레이트부 및 그에 부착된 스트럿 철근을 나타낸 입체도이다.
철근 부착 플레이트부(120)는 강관(110)의 내주면과 연결되어 강관(110)의 내부에 고정 배치되는 구성이다. 예시적으로, 철근 부착 플레이트부(120)는 강관(110) 내주면에 용접에 의해 연결될 수 있다. 또한, 철근 부착 플레이트부(120)는 상부 바닥판(210)과 강결합되는 스트럿 철근(130)을 배치하기 위한 구성이기 때문에, 강관(110)의 내주면 중 상측 내주면에 연결되게 위치하도록 배치될 수 있다. 철근 부착 플레이트부(120)가 위치하는 상기 상측 내주면은, 외부에서 용접 작업을 통해 강관(110)의 내주면에 철근 부착 플레이트부(120)를 연결 가능한 내주면 부분을 의미할 수 있다. 예시적으로, 철근 부착 플레이트부(120)는 그 상단이 강관(110)의 내주면의 상단과 일치하거나, 그 상단이 강관(110)의 내주면의 상단으로부터 소정의 여유 간격을 두고 하측으로 이격하여 위치하도록 배치될 수 있다.
도 5, 도 7 및 도 8을 참조하면, 철근 부착 플레이트부(120)는 강관(110) 내주면에 양단이 연결되는 제1 철근 부착 플레이트(121) 및 강관(110) 내주면에 양단이 연결되되 제1 철근 부착 플레이트(121)와 교차하도록 배치되는 제2 철근 부착 플레이트(122)를 포함할 수 있다. 예시적으로 도 8을 참조하면, 제1 철근 부착 플레이트(121)와 제2 철근 부착 플레이트(122)는, 제2 철근 부착 플레이트(122)를 둘로 분할하여 제1 철근 부착 플레이트(121)의 양면 상에 각각 연결(예를 들면 용접 연결)하는 형태로 연결될 수 있다. 다른 예로, 제1 철근 부착 플레이트(121)와 제2 철근 부착 플레이트(122) 각각의 중간 부분에 플레이트 두께에 대응하는 폭을 가지고 플레이트의 면 방향을 따라 일부 함몰된 슬롯(끼움 홈)이 형성되고, 이러한 각각의 슬롯을 통해 제1 철근 부착 플레이트(121)와 제2 철근 부착 플레이트(122)가 끼움 결합되는 형태로 제1 철근 부착 플레이트(121)와 제2 철근 부착 플레이트(122)가 연결될 수 있다. 이러한 슬롯을 이용한 끼움 결합시에도 필요에 따라 끼움 결합된 부분에 추가적인 용접 작업이 이루어져 제1 철근 부착 플레이트(121)와 제2 철근 부착 플레이트(122)가 일체화될 수 있다.
제1 철근 부착 플레이트(121)와 제2 철근 부착 플레이트(122) 각각은 강관(110)의 내경에 대응하는 길이(예를 들면, 제작오차, 온도변화, 소정의 마찰에 의한 끼움 결합 등을 고려하였을 때 강관의 내경과 동일하다고 판단될 수 있는 범위 이내의 길이)로 구비될 수 있다. 이에 따라, 철근 부착 플레이트부(120)는 강관(110)의 내주면에 대응하여 끼움 배치될 수 있다. 또한 예시적으로 도 7 및 도 8을 참조하면, 철근 부착 플레이트부(120)는 제1 철근 부착 플레이트(121)와 제2 철근 부착 플레이트(122)를 엑스자 형태로 교차되게 배치할 수 있으나 이에만 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 철근 부착 플레이트부(120)는 셋 이상의 철근 부착 플레이트를 포함할 수 있다. 구체적인 예로, 철근 부착 플레이트부(120)는 하나의 철근 부착 플레이트에 대하여 서로 간격을 두고 위치하는 나머지 철근 부착 플레이트들이 각각 교차되도록 배치되는 형태로 구비될 수 있다.
또한, 이러한 철근 부착 플레이트부(120)에 의하면, 상부 바닥판(210) 내부로 연장되어 상부 바닥판(210) 내부에 정착 강결 고정되는 스트럿 철근(130)이 강관(110) 내부에 안정적으로 고정 배치될 수 있어, 콘크리트 충전 타입 강관(100)에서 상부 바닥판(210)과 연결되는 상단 측 정착부의 정착 저항성능이 향상될 수 있다.
스트럿 철근(130)은 강관(110)의 내주면에 대하여 간격을 두고 배치되도록 철근 부착 플레이트부(120)에 부착되는 구성이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 스트럿 철근(130)은 복수개 구비되어, 제1 철근 부착 플레이트(121) 및 제2 철근 부착 플레이트(122) 각각에 대하여 적어도 하나 이상 부착될 수 있다. 예시적으로, 스트럿 철근(130)은 철근 부착 플레이트부(120)에 용접에 의해 고정적으로 부착될 수 있다. 또한, 스트럿 철근(130)은 용접에 의해 철근 부착 플레이트부(120)의 원하는 위치에 부착될 수 있다. 스트럿 철근(130)이 철근 부착 플레이트(120)에 부착됨으로써, 스페이서와 같은 별도의 간격 부재를 사용하지 않고서도 강관(110)의 내주면에 대하여 소정의 간격을 유지하도록 배치될 수 있다. 예시적으로 도 7을 참조하면, 복수의 스트럿 철근(130)은 강관(110)의 내주면으로부터 동일한 간격만큼 내측으로 이격되도록 제1 철근 부착 플레이트(121) 및 제2 철근 부착 플레이트(122)의 일면 상에 부착될 수 있다. 또한, 도 7을 참조하면, 복수의 스트럿 철근(130) 각각은 이웃하는 스트럿 철근에 대하여 동일한 간격을 유지하도록 제1 철근 부착 플레이트(121) 및 제2 철근 부착 플레이트(122)의 일면 상에 부착될 수 있다. 예시적으로 도 7을 기준으로 설명하면, 제1 철근 부착 플레이트(121) 및 제2 철근 부착 플레이트(122) 각각의 양면 중 시계 방향을 향하는 일면 상에 스트럿 철근(130)을 배치하는 것으로 통일함으로써 스트럿 철근(130) 서로 간의 간격이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
콘크리트 충전 타입 강관(100)은 프리캐스트 스트럿 부재로서, 상술한 스트럿 철근(130) 이외에는 강관(110) 내부에 철근이 배치되지 않고 콘크리트만이 충전(충진)될 수 있다. 또한, 콘크리트 충전 타입 강관(100)의 하단부는 강재(강관)와 강재(강 거더)의 볼트 및/또는 용접 연결이 이루어지고, 콘크리트 충전 타입 강관(100)의 상단부는 정착부 철근(스트럿 철근) 연결을 통한 RC 연결이 이루어질 수 있다. 즉, 콘크리트 충전 타입 강관(100)은 그 하단부의 연결에는 강관 스트럿 연결 방식을 적용하고, 그 상단부의 연결에는 콘크리트 스트럿 연결 방식을 적용하되, 종래 대비 시공성을 높이면서도 압축저항 성능과 같은 구조적 성능 또한 크게 향상시킬 수 있는 개선된 스트럿 부재라 할 수 있다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 스트럿 철근이 상부 바닥판의 내부에 삽입되어 상부 바닥판과 일체화된 상태를 나타낸 콘크리트 충전 타입 강관 상부의 부분 확대도이다.
도 5 및 도 9를 참조하면, 스트럿 철근(130)은 상부 바닥판(210)의 내부에 삽입된 상태로 상부 바닥판(210)과 일체화되도록 일부가 강관(110)의 상단보다 상측으로 경사지게 돌출 배치된다. 강관(110)은 스트럿 철근(130)에 의해 상부 바닥판(210)에 고정적으로 연결될 수 있다. 예시적으로, 스트럿 철근(130)은 상부 바닥판(210)의 철근과 일부 겹침 연결될 수 있는 길이만큼 일부가 강관(110)의 상단보다 상측으로 돌출될 수 있다. 상술한 바와 같이, 강관(110)의 상단은 스트럿 철근(130)이 돌출되도록 개방될 수 있다. 강관(110)의 상단보다 상측으로 돌출된 스트럿 철근(130)에 의해 돌출된 스트럿 철근(130)의 일부가 상부 바닥판(210)의 철근과 겹침 연결되면서 고정적으로 연결되어 상부 바닥판(210)과 일체화 될 수 있다. 콘크리트 충전 타입 강관(100)은 스트럿 철근(130)에 의한 철근 연결을 통해 상부 바닥판(210)과 RC(Reinforced Concrete) 연결(콘크리트 연결)될 수 있다.
또한, 본원은 상술한 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관을 포함하는 교량 상부 구조물을 제공할 수 있다. 여기서, 교량 상부 구조물은 교량 하부 구조물(예를 들면 교각, 교대 등) 상에 배치되는 구조물을 의미할 수 있다. 본원에서 교량 상부 구조물은 강합성 교량의 상부 구조물을 의미할 수 있다. 예를 들어, 본원의 일 실시예에 따른 교량 상부 구조물은 강 거더 및 상기 강 거더 상에 배치되는 상부 바닥판(슬래브)를 포함할 수 있다. 또한, 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관은 상기 강 거더의 측면과 상기 상부 바닥판을 연결하는 스트럿 부재일 수 있다. 또한, 본원은 상술한 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관을 포함하는 교량을 제공할 수 있음은 물론이다.
한편, 이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법에 대해 설명한다. 다만, 상기 교량 상부 시공 방법은 전술한 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관과 동일하거나 상응하는 기술적 특징을 공유한다고 할 것이므로, 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관과 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고, 설명을 간략히 하거나 생략하기로 한다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법의 개략적인 순서도이고, 도 11은 본원의 일 실시예에 따른 강관의 하단을 강 거더의 측면에 연결하고, 가설용 횡부재에 의해 강관의 외주면을 강 거더의 측면에 탈부착 가능하게 연결하여 콘크리트 충전 타입 강관이 설치되는 단계를 설명하기 위한 개략적인 횡단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 콘크리트 충전 타입 강관(100)을 이용한 교량 상부 시공 방법은 강관(110)의 하단을 강 거더(200)의 측면에 연결하고, 가설용 횡부재(300)에 의해 강관(110)의 외주면을 강 거더(200)의 측면에 탈부착 가능하게 연결하여, 콘크리트 충전 타입 강관(100)이 설치되는 단계(S100)를 포함할 수 있다. 강관(110)은 경사지게 연장된 상태로 강 거더(200)의 측면에 연결될 수 있다. 강관(110)의 하단은 강 거더(200)의 측면에 고정적으로 연결되며 강대강으로 볼트이음 및 용접 중 하나 이상에 의해 연결될 수 있다. 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 보다 구체적인 설명은 생략한다.
S100 단계는 강 거더(200)를 교량 하부 상에 거치하기 전 또는 후에 수행될 수 있다. 강 거더(200)의 운반, 거치 등의 공정을 고려하였을 때, S100 단계는 강 거더(200)를 교량 하부 상에 거치한 다음 수행되는 것이 바람직할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니며, 시공환경, 설계조건 등을 고려하여 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 11을 참조하면, S100 단계에서, 가설용 횡부재(300)는 그 일단이 강 거더(200)의 측면에 설치된 강 거더 러그(220)와 탈부착 가능하게 연결되고, 그 타단이 상기 강관의 외주면에 설치되는 강관 러그(111)와 탈부착 가능하게 연결될 수 있다. 강관 러그(111) 및 강 거더 러그(220)의 형성 위치는, 상부 바닥판(210)의 가설을 위해 가설용 횡부재(300) 상에 설치되는 거푸집을 고려하여 설정될 수 있다.
또한, 가설용 횡부재(300)는 강관(110)이 경사지게 연장된 상태를 유지하도록 강관 러그(111)와 강거더 러그(220)에 연결되어 설치될 수 있다. 가설용 횡부재(300)의 타단은 강 거더 러그(220)에 연결되고, 가설용 횡부재(300)의 일단은 강관 러그(111)에 연결될 수 있다. 또한, 가설용 횡부재(300)는 상부 바닥판(210)의 타설을 위한 거푸집 설치시 거푸집 지지 구조로 활용될 수 있으므로 거푸집의 배치, 경사도 등을 고려하여 강관 러그(111)와 강 거더 러그(220)의 위치가 결정될 수 있다. 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 보다 구체적인 설명은 생략한다.
콘크리트 충전 타입 강관(100)을 이용한 교량 상부 시공 방법은 가설용 횡부재(300) 상에 거푸집을 설치하는 단계(S200)를 포함할 수 있다. 본원에 의하면, 이처럼 콘크리트 충전 타입 강관(100)과 가설용 횡부재(300)가 강 거더(200)의 측면에 대하여 유기적으로 조합된 프레임 구조 상에 상부 바닥판(210) 가설을 위한 거푸집이 배치될 수 있으므로, 종래와 같이 상부 바닥판(슬래브) 가설을 위한 별도의 동바리 및 대형 가설구조물이 필요하지 않아 공사기간 및 공사비가 크게 절감될 수 있다.
콘크리트 충전 타입 강관(100)을 이용한 교량 상부 시공 방법은 강관(110) 내부에 콘크리트를 타설하고 거푸집 상에 상부 바닥판(210)에 대응하여 콘크리트를 타설하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 강관(110)의 하단은, S300 단계에서 강관(110) 내부에 콘크리트 충전이 가능하도록 폐쇄되고, 강관(110)의 상단은 스트럿 철근(130)의 일부가 돌출되도록 개방될 수 있다. 강관(110)의 내부 중 적어도 일부는 상기 S100 단계 이전에 사전 충전(충진)될 수 있다. 상술한 바와 같이, 콘크리트 충전 타입 강관(100)의 프리캐스트 시에 강관(110) 내부에는 콘크리트가 일부 기충전(충진)될 수 있다. 또는 다른 예로, 콘크리트 충전 타입 강관(100)의 프리캐스트 시에 강관(110) 내부에는 콘크리트가 미충전(충진)될 수 있다. S300 단계에서는 상부 바닥판(210) 형성을 위한 콘크리트 타설 공정을 함께 활용하여, 강관(100) 내부의 잔여하는 공간에 대해서도 콘크리트를 타설함으로써, 공정 효율성을 높임과 동시에 콘크리트 재료 일체화를 통해 콘크리트 충전 타입 강관(100)과 상부 바닥판(210) 사이의 강결합이 더욱 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다.
콘크리트 충전 타입 강관(100)은 스트럿 철근(130)이 부착된 철근 부착 플레이트부(120)가 배치된 프리캐스트된 유닛일 수 있다. 또한, 강관(110) 내부에 일부는 S100단계 이전에 콘크리트가 충전될 수 있다. 충전되지 않은 강관(100) 내부의 일부는 S300 단계에서 강관(110)내 콘크리트가 충전(충진)될 수 있다. 또한, 콘크리트 충전 타입 강관(100)은 S100단계 이전에 강관(110) 내부에 콘크리트가 충전(충진)되지 않은 프리캐스트된 유닛일 수 있으며 S300 단계에서 강관(110)내 콘크리트가 충전(충진)될 수 있다. 강관(110)의 하단은 강관의 내부에 콘크리트가 충전(충진)될 때 콘크리트 재료가 누출되지 않고 충전(충진)될 수 있도록 폐쇄될 수 있다. 또한, 강관(110)의 상단은 스트럿 철근(130)이 상부 바닥판(210)의 철근과 일체화 될 수 있게 일부가 돌출되도록 개방될 수 있다.
콘크리트 충전 타입 강관(100)을 이용한 교량 상부 시공 방법은 거푸집 및 가설용 횡부재(300)를 제거하는 단계(S400)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 가설용 횡부재(300)는 거푸집 상에서의 상부 바닥판(210) 가설시 작용하는 하중을 감당할 수 있는 수준에서 강 거더(200)와 강관(110)에 대하여 탈부착 가능한 정도로 연결되는 것이기 때문에, S300 단계에서 타설된 콘크리트가 양생되어 강합성이 완료되고 나면 제거될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 콘크리트 충전 타입 강관
110: 강관
111: 강관 러그
120: 철근 부착 플레이트부
121: 제1 철근 부착 플레이트
122: 제2 철근 부착 플레이트
130: 스트럿 철근
200: 강 거더
210: 상부 바닥판
211: 캔틸레버부
220: 강 거더 러그
300: 가설용 횡부재

Claims (6)

  1. 강 거더 및 상기 강 거더의 상부에 위치하고 거푸집 설치에 의한 콘크리트 타설을 통해 가설되는 상부 바닥판을 포함하는 교량에 적용되는 콘크리트 충전 타입 강관으로서,
    상기 강 거더의 측면에 하단이 연결되고, 상단이 상기 상부 바닥판 중 상기 강 거더에 대하여 외측 방향으로 돌출된 캔틸레버부에 상단이 연결되도록 경사지게 연장되는 강관;
    상기 강관의 내주면과 연결되어 상기 강관의 내부에 고정 배치되는 철근 부착 플레이트부; 및
    상기 강관의 내주면에 대하여 간격을 두고 배치되도록 상기 철근 부착 플레이트부에 부착되는 스트럿 철근을 포함하고,
    상기 강관의 하단은 상기 강관 내부에 콘크리트 충전이 가능하도록 폐쇄되고, 상기 강관의 상단은 상기 스트럿 철근의 일부가 돌출되도록 개방되며,
    상기 스트럿 철근은 상기 상부 바닥판의 내부에 삽입된 상태로 상기 상부 바닥판과 일체화되도록 일부가 상기 강관의 상단보다 상측으로 경사지게 돌출 배치되고,
    상기 철근 부착 플레이트부는, 상기 강관 내주면에 양단이 연결되는 제1 철근 부착 플레이트 및 상기 강관 내주면에 양단이 연결되되 상기 제1 철근 부착 플레이트와 교차하도록 배치되는 제2 철근 부착 플레이트를 포함하고,
    상기 스트럿 철근은 복수개 구비되어, 상기 제1 철근 부착 플레이트 및 상기 제2 철근 부착 플레이트 각각에 대하여 적어도 하나 이상 부착되고,
    상기 강관은 그 외주면에 설치되는 강관 러그를 포함하며,
    상기 강관 러그에는, 상기 강관이 경사지게 연장된 상태를 유지하도록 상기 강 거더의 측면과 상기 강관을 연결하는 가설용 횡부재가 상기 강관이 상기 상부 바닥판에 고정적으로 연결되기 이전에 탈부착 가능하게 연결되고, 상기 강관이 상기 상부 바닥판에 고정적으로 연결된 다음 분리되어 제거 되며,
    상기 강관 러그의 형성 위치는, 상기 상부 바닥판의 가설을 위해 상기 강관 러그와 연결되는 상기 가설용 횡부재 상에 설치되는 거푸집을 고려하여 설정되는 것인, 콘크리트 충전 타입 강관.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강관 내부를 적어도 일부 충전하는 강관 콘크리트부를 더 포함하는, 콘크리트 충전 타입 강관.
  4. 삭제
  5. 제1항에 따른 콘크리트 충전 타입 강관을 포함하는 교량 상부 구조물.
  6. 제1항에 따른 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법으로서,
    (a) 상기 강관의 하단을 상기 강 거더의 측면에 연결하고, 가설용 횡부재에 의해 상기 강관의 외주면을 상기 강 거더의 측면에 탈부착 가능하게 연결하여, 상기 콘크리트 충전 타입 강관이 설치되는 단계;
    (b) 상기 가설용 횡부재 상에 거푸집을 설치하는 단계;
    (c) 상기 강관 내부에 콘크리트를 타설하고 상기 거푸집 상에 상기 상부 바닥판에 대응하여 콘크리트를 타설하는 단계;
    (d) 상기 거푸집 및 상기 가설용 횡부재를 제거하는 단계를 포함하는, 콘크리트 충전 타입 강관을 이용한 교량 상부 시공 방법.
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