KR101957237B1

KR101957237B1 - 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR101957237B1
Application number: KR1020180127681A
Authority: KR
Inventors: 김남룡
Original assignee: 김남룡
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2019-03-14

Abstract

문형 구조계(라멘 구조계)가 적용되는 강재거더를 이용한 합성라멘교 시공시, 우각부에서 수직부재 및 수평부재를 평판형, T형 또는 U형 보강재로 각각 보강하고, 우각부 형성시 프리스트레스를 도입함으로써 수직부재 및 수평부재에서 발생하는 부(-) 모멘트에 대응할 수 있고, 또한, 수직부재 및 수평부재 각각을 보강부재로 가접합하여 프리스트레스 도입장치를 사용하여 수직부재 및 수평부재에 프리플렉션을 도입한 후 수직부재 및 수평부재와 각각의 보강부재를 완전 용접함으로써 우각부에 프리스트레스를 용이하게 도입할 수 있는, 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교 및 그 시공방법이 제공된다.

Description

프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교 및 그 시공방법 {COMPOSITE RIGID-FRAME BRIDGE WITH STEEL GIRDER FOR HAVING PRESTRESS-INDUCED CONER PART, AND CONSTRUCTION METHOD FOR HE SAME}

본 발명은 강재거더 합성라멘교에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 문형 구조계(라멘 구조계)가 적용되는 강재거더를 이용한 합성라멘교 시공시, 우각부에서 수직부재 및 수평부재를 보강재로 각각 보강하고, 수직부재 및 수평부재에서 발생하는 부(-) 모멘트에 대응할 수 있도록 우각부 형성시 프리스트레스를 도입하는 강재거더 합성라멘교 및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 교량은 크게 상부 구조물과 하부 구조물로 구분되며, 상부 구조물은 거더, 슬래브 등으로 구성되고, 하부 구조물은 상부 구조물에서 작용하는 하중을 지반에 안전하게 전달하는 역할을 하는 교대, 교각 등으로 구성된다.

교량 건설에 있어서, 공사비용 및 공사기간을 감축시키기 위해서 지간을 넓힘으로써 교각의 수를 줄이고, 상부 구조물인 강재거더의 중량을 감소시키는 것이 중요하다. 이에 따라, 지간을 넓히고, 강재거더의 두께를 감소시키기 위해서 하부 구조물과 강재거더가 연결되는 지점부(Support)에서의 부모멘트(Negative Moment)를 낮추려는 연구와 노력을 기울여 왔다.

한편, 라멘(Rahmen) 구조 형태는 수평력을 지지하는 수평부재와 수직력을 지지하는 수직부재가 우각부에서 서로 일체로 강결된 구조(Rigid-Frame)를 갖는다. 즉, 라멘 구조는 강결된 수평부재와 수직부재의 휨강성에 의하여 외부하중을 저항하도록 함으로써, 전체 구조의 강성을 높인 구조라 할 수 있다.

따라서 라멘교(Rigid-Frame Bridge 또는 Rahmen Bridge)는 수직부재인 교각 또는 교대와 수평부재인 거더가 서로 강결된 교량으로서, 이러한 라멘교는 통상적인 교량의 하부 구조물인 교각 또는 교대를 형성하고, 이와 같이 형성된 교각 또는 교대에 거더를 설치한 후, 이러한 거더의 상부에 슬래브를 타설한 후 우각부를 강결하게 된다.

또한, 이러한 라멘교는 슬래브 콘크리트를 타설할 때, 거더의 자중은 물론 슬래브의 자중으로 인한 휨모멘트에 의해 거더에 휨이 발생하게 되며, 이때, 강결된 우각부에 부(-)의 휨모멘트에 저항하기 위한 추가 단면이 필요하게 된다.

이러한 라멘교는 슬래브 콘크리트를 타설할 때, 슬래브의 자중 등에 의해 거더의 단부가 거더의 종방향으로 이동할 수 있는데, 이때, 우각부는 부(-)의 휨모멘트뿐만 아니라 수평방향의 힘까지 저항해야 하므로 우각부의 강성이 그만큼 더 커져야 하는 문제점이 있다.

한편, 최근 국내 기후변화에 따른 영향으로 하천 홍수위 상승으로 인하여 종래의 기술에 따른 소하천용 교량으로서, 철근콘크리트 라멘교를 대체할 수 있고, 하천 중앙의 교각을 없애고 교량을 구성할 수 있는 장지간 라멘교, 예를 들면, 강재거더 합성라멘교, 프리스트레스트 콘크리트 빔 합성라멘교 또는 프리플렉스 합성거더 합성라멘교 등이 개발되고 있다.

도 1a 내지 도 1d는 각각 일반적인 라멘교의 종류를 예시하는 도면으로서, 도 1a는 철근콘크리트 라멘교(10)를 나타내는 측면도이고, 도 1b는 강재거더 합성라멘교(20)를 나타내는 측면도이며, 도 1c는 프리스트레스트 콘크리트 빔 합성라멘교(30)를 나타내는 측면도이고, 도 1d는 프리플렉스 합성거더 합성라멘교(40)를 나타내는 측면도이다.

먼저, 종래의 기술에 따른 철근콘크리트 라멘교(10)는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 기초(11), 벽체(12) 및 상부 슬래브(13)를 포함하는 슬래브 형식의 라멘교로서, 이때, 철근콘크리트 라멘교(10)는 슬래브(13)와 벽체(12)만으로 이루어지기 때문에, 슬래브(13)와 벽체(12)가 서로 연결된 지점에는 교량 자체에 작용하는 외력에 저항하기 위해서 단면을 증가시켜야 한다. 하지만, 이와 같이 단면의 증가되면 고정하중의 증가와 교량의 형하공간이 축소되는 등의 문제점이 발생하기 때문에 실질적으로 지간이 짧은 교량에만 슬래브 형식의 라멘교가 사용되고, 특히 장지간을 필요로 하는 교량에는 프리캐스트 거더(Precast Girder)를 이용한 일반적인 형식의 라멘교가 사용하고 있는 실정이다.

예를 들면, 이러한 철근콘크리트 라멘교(10)의 경우, 도 1b에 도시된 강재거더(22), 도 1c에 도시된 프리스트레스트 콘크리트 빔(32) 또는 도 1d에 도시된 프리플렉스 강합성거더(42)를 각각 합성함으로써 도 1a에 도시된 교각(14) 없이 하천 중앙부가 통과할 수 있다.

이와 같이 거더(22, 42) 또는 빔(32)을 이용한 라멘교는 거더(22, 42)를 거치하고 시공이 완료된 단계에서의 하중에 대한 구조계의 반응은 거의 동일하다. 즉, 포장하중, 차량하중, 토압 및 온도변화 등에 따른 거동은 각 교량의 재료의 강성 및 강도에 따라 약간의 차이가 있지만 큰 거동은 거의 유사하다. 따라서 장지간 합성라멘교의 건설에 있어서 경제성을 확보하기 위해서 라멘구조의 완성단계 이전, 즉, 상부 슬래브 콘크리트의 타설 단계인 슬래브 합성전의 효율성이 매우 중요하다.

도 2는 슬래브 합성전 구조계를 나타내는 도면으로서, 도 2의 a)는 슬래브 합성전 거더형 구조계를 나타내는 도면이고, 도 2의 b)는 슬래브 합성전 문형 구조계를 나타내는 도면이다.

도 2의 a)에 도시된 바와 같이, 슬래브 콘크리트 타설 단계에서의 거더형 구조계를, 도 2의 b)에 도시된 바와 같이, 문형으로 구성함으로써, 단순지지 구성과의 발생 부재력 차이 및 그 분배 효율성을 실현할 수 있다. 다만, 도 2의 b)에 도시된 문형 구조계의 경우, 주형의 단지점부에는 부(-) 모멘트가 발생하게 되므로 우각부를 보강할 필요성이 있다.

구체적으로, 도 2의 b)에 도시된 문형 구조계는 도 2의 a)에 도시된 거더형 구조계에 비해 중앙부의 상당 부재력을 지점부에 분산하는 효과를 갖게 되는 큰 장점을 가지고 있다. 따라서 지점부 주형부재는 경간중앙부 주형부재와 비교했을 때, 형고방향 단면 증대 또는 부재의 두께 증대를 수반하며, 또한, 필요단면제원 증대는 투입 자재 및 교량구조물의 계획고 상승은 경제성에 있어 불리하다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-1505039호(출원일: 2014년 11월 3일), 발명의 명칭: "강재 보강 빔과 콘크리트 빔의 합성에 의한 저형고 및 프리스트레스 보강 구성의 합성거더" 대한민국 등록특허번호 제10-1312300호(출원일: 2012년 12월 20일), 발명의 명칭: "상부 및 하부부재를 이용한 거더 및 이를 이용한 교량 제작 및 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1562767호(출원일: 2015년 5월 8일), 발명의 명칭: "잔류응력이 도입된 거더 및 그 제작방법과 온도신축이 도입된 가설교량 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1182084호(출원일: 2012년 3월 30일), 발명의 명칭: "가받침에 의해 도입된 압축응력 증대 구조계를 갖는 라멘구조의 프리스트레스트 프리캐스트 거더의 제작방법과 압축응력 증대 구조계의 가받침이 우각부의 힌지구조 및 강결구조가 되게 시공하는 라멘교 시공방법" 대한민국 공개특허번호 제2013-73626호(공개일: 2013년 7월 3일), 발명의 명칭: "단면 강성증대와 복공판의 설치면적을 감소시키기 위한 강재 거더를 이용한 가설 교량 및 그 시공 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1440434호(출원일: 2013년 9월 24일), 발명의 명칭: "강재거더를 이용한 프리스트레스트 합성 거더를 적용한 합성형 라멘교의 시공방법 및 그 시공방법으로 시공된 합성형 라멘교"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 문형 구조계(라멘 구조계)가 적용되는 강재거더를 이용한 합성라멘교 시공시, 우각부에서 수직부재 및 수평부재를 평판형, T형 또는 U형 보강재로 각각 보강하고, 우각부 형성시 프리스트레스를 도입함으로써 수직부재 및 수평부재에서 발생하는 부(-) 모멘트에 대응할 수 있는, 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교 및 그 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 수직부재 및 수평부재 각각을 보강부재로 가접합하여 프리스트레스 도입장치를 사용하여 수직부재 및 수평부재에 프리플렉션을 도입한 후 수직부재 및 수평부재와 각각의 보강부재를 완전 용접함으로써 우각부에 프리스트레스를 도입하는, 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교 및 그 시공방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교는, 기초 상에 형성되는 라멘교 벽체; 상기 라멘교 벽체의 중간부에 수직방향으로 형성되는 수직부재; 문형 구조계를 형성하도록 지점부에서 상기 수직부재와 일체화되는 강재거더로서, 양측 수직부재 사이에 거치되고, 우각부가 형성되도록 지점부에서 상기 수직부재와 결합하는 수평부재; 상기 우각부에서 수직부재와 가접합된 상태에서 프리스트레스 도입장치를 사용하여 프리플렉션이 도입된 후 완전 용접되는 수직부 보강부재; 상기 우각부에서 수평부재와 가접합된 상태에서 프리스트레스 도입장치를 사용하여 프리플렉션이 도입된 후 완전 용접되는 수평부 보강부재; 및 상기 우각부에 프리스트레스를 도입한 후, 상기 수평부재상에 콘크리트를 타설하여 형성되는 콘크리트 슬래브를 포함하되, 상기 지점부의 부(-) 모멘트에 대응하도록 상기 프리스트레스 도입장치를 사용하여 상기 우각부에 프리스트레스가 도입되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수직부 보강부재 및 수평부 보강부재는 우각부에서 각각 수직부 보강판 및 수평부 보강판이 부착된 상태에서 상기 수직부재 및 수평부재에 가접합되고, 상기 프리스트레스 도입장치를 사용하여 재킹 업 상태에서 완전 용접이 실시되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수직부재 및 수평부재의 완전 용접이 이루어진 후, 상기 프리스트레스 도입장치에 도입된 유압을 제거하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수직부재는 상기 우각부에서 수직부 주부재 및 수직부 보강재로 이루어지고, 상기 수직부 보강재는 T형 수직부 보강재, U형 수직부 보강재 또는 평판형 수직부 보강재일 수 있다.

여기서, 상기 수평부재는 상기 우각부에서 수평부 주부재 및 수평부 보강재로 이루어지고, 상기 수평부 보강재는 T형 수평부 보강재, U형 수평부 보강재 또는 평판형 수평부 보강재일 수 있다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교의 시공방법은, a) 합성라멘교 시공을 위한 기초 상에 라멘교 벽체가 형성된 교대를 시공하는 단계; b) 상기 라멘교 벽체의 중간부에 수직부재를 결합하고, 양측 수직부재 사이에 강재거더인 수평부재를 결합하여 문형 구조계의 우각부를 형성하는 단계; c) 상기 우각부에서 상기 수직부재 및 수평부재 각각에 수직부 보강부재 및 수평부 보강부재를 가접합하여 프리스트레스 반력대에 거치하는 단계; d) 프리스트레스 도입장치를 이용하여 우각부에 프리플렉션을 도입하고, 우각부 수직부재 및 수평부재와 각각의 수직부 보강부재 및 수평부 보강부재를 완전 용접하는 단계; e) 상기 프리스트레스 도입장치의 유압을 제거하여 상기 우각부에서 프리스트레스 도입을 완료하는 단계; 및 f) 문형 구조계에 슬래브 콘크리트를 타설하여 합성라멘교를 완공하는 단계를 포함하되, 상기 우각부에서 부(-) 모멘트에 대응하도록 프리스트레스 도입장치를 사용하여 프리스트레스가 도입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 문형 구조계(라멘 구조계)가 적용되는 강재거더를 이용한 합성라멘교 시공시, 우각부에서 수직부재 및 수평부재를 평판형, T형 또는 U형 보강재로 각각 보강하고, 우각부 형성시 프리스트레스를 도입함으로써 수직부재 및 수평부재에서 발생하는 부(-) 모멘트에 대응할 수 있다.

본 발명에 따르면, 수직부재 및 수평부재 각각을 보강부재로 가접합하여 프리스트레스 도입장치를 사용하여 수직부재 및 수평부재에 프리플렉션을 도입한 후 수직부재 및 수평부재와 각각의 보강부재를 완전 용접함으로써 우각부에 프리스트레스를 용이하게 도입할 수 있다.

도 1a 내지 도 1d는 각각 일반적인 라멘교의 종류를 예시하는 도면들이다.
도 2는 슬래브 합성전 구조계를 나타내는 도면으로서, 도 2의 a)는 슬래브 합성전 거더형 구조계를 나타내는 도면이고, 도 2의 b)는 슬래브 합성전 문형 구조계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 경간 중앙부의 A-A 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 지점부의 B-B 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 벽체부의 C-C 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
도 7a는 프리스트레스 미도입 라멘 구조물을 나타내는 도면이고, 도 7b는 프리스트레스 도입 우각부 적용 라멘 구조물을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교 시공방법의 동작흐름도이다.
도 9a 내지 도 9d는 각각 도 8에 도시된 강재거더 합성라멘교 시공방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 프리플렉션 도입에 따른 우각부의 부재력(Moment)을 나타내는 도면이다.
도 11은 합성전 및 합성후의 수평부재 단면 특성을 나타내는 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교 시공방법에 사용되는 프리스트레스 도입장치를 나타내는 구성도이다.
도 13은 우각부 수직부재를 연결하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

[프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교]

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교를 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교(100)는, 기초(110), 라멘교 벽체(120), 수직부재(130), 수평부재(140), 콘크리트 슬래브(150), 수직부 보강부재(161) 및 수평부 보강부재(162)를 포함한다.

라멘교 벽체(120)는 기초(110) 상에 형성되고, 수직부재(130)는 상기 라멘교 벽체(120)의 중간부에 수직방향으로 형성된다.

수평부재(140)는 문형 구조계(라멘 구조계)를 형성하도록 지점부에서 상기 수직부재(130)와 일체화되는 강재거더로서, 양측 수직부재(130) 사이에 거치되고, 우각부(Corner Part)가 형성되도록 지점부에서 상기 수직부재(130)와 결합한다.

수직부 보강부재(161)는 상기 우각부에서 수직부재(130)와 가접합된 상태에서 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 프리플렉션이 도입된 후 완전 용접된다. 여기서, 상기 프리스트레스 도입장치(200)는 도 12 및 도 13을 참조하여 후술하기로 한다.

수평부 보강부재(162)는 상기 우각부에서 수평부재(140)와 가접합된 상태에서 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 프리플렉션이 도입된 후 완전 용접된다.

여기서, 상기 수직부 보강부재(161) 및 수평부 보강부재(162)는 우각부에서 각각 수직부 보강판(171) 및 수평부 보강판(172)이 부착된 상태에서 상기 수직부재(130) 및 수평부재(140)에 가접합되고, 상기 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 재킹 업(Jacking Up) 상태에서 완전 용접이 실시된다. 이후, 상기 수직부재(130) 및 수평부재(140)의 완전 용접이 이루어진 후, 상기 프리스트레스 도입장치(200)에 도입된 유압을 제거(Release)한다.

콘크리트 슬래브(150)는 상기 우각부에 프리스트레스를 도입한 후, 상기 수평부재(140) 상에 콘크리트를 타설하여 형성된다.

본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교(100)의 경우, 우각부에서 수직부재(130) 및 수평부재(140)에 고강도 평판형(PL) 보강재, T형 보강재 또는 U형 보강재로 보강하고, 상기 수직부재(130) 및 수평부재(140)에서 발생하는 부(-) 모멘트에 대응하도록 상기 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 상기 우각부에 프리스트레스(Pre-Stress)가 도입될 수 있다.

한편, 도 4는 도 3에 도시된 경간 중앙부의 A-A 라인을 절개선으로 하는 단면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 지점부의 B-B 라인을 절개선으로 하는 단면도이며, 도 6은 도 3에 도시된 벽체부의 C-C 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교(100)에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 수평부재(140)는 합성라멘교(100)의 중앙부에서 수평부 주부재(141)로 이루어지며, 또한, 상기 수평부재(140)는 상기 우각부에서 수평부 주부재(141) 및 수평부 보강재(142, 143, 144)로 이루어지고, 상기 수평부 보강재(142, 143, 144)는 도 5의 a)에 도시된 T형 수평부 보강재(142), 도 5의 b)에 도시된 U형 수평부 보강재(143) 또는 도 6의 c)에 도시된 평판형 수평부 보강재(144)일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

또한, 상기 수직부재(130)는 상기 우각부에서 수직부 주부재(131) 및 수직부 보강재(132, 133, 134)로 이루어지고, 상기 수직부 보강재(132, 133, 134)는, 도 6의 a)에 도시된 T형 수직부 보강재(132), 도 6의 b)에 도시된 U형 수직부 보강재(133) 또는 도 6의 c)에 도시된 평판형 수직부 보강재(134)일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

한편, 도 7a는 프리스트레스 미도입 라멘 구조물을 나타내는 도면이고, 도 7b는 프리스트레스 도입 우각부 적용 라멘 구조물을 나타내는 도면이다.

프리스트레스가 도입되어 보강된 합성단면인 수직부재(130) 및 수평부재(140)는 타설된 콘크리트와도 합성되어 해당 구조물의 충분한 강성을 확보한 단면을 구성하고 있다. 이에 따라, 우각부 제작시 수직부재(130) 및 수평부재(140) 각각에 도입되는 프리스트레스는 우각부에서의 모멘트(부재력)를 감소시킬 수 있다.

구체적으로, 도 7a에 도시된 프리스트레스 미도입 라멘 구조물의 경우, 지점부에서 부(-) 모멘트가 발생하지만, 도 7b에 도시된 바와 같이 우각부에 프리스트레스를 도입할 경우, 이때, 완성된 문형 구조계에서 수직부재(130) 및 수평부재(140)는 추후 모멘트의 반대방향으로 프리스트레스가 도입되어 모멘트를 감소시키는 결과를 초래한다.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 문형 구조계(라멘 구조계)가 적용되는 강재거더를 이용한 합성라멘교 시공시, 우각부에서 수직부재 및 수평부재를 평판형, T형 또는 U형 보강재로 각각 보강하고, 우각부 형성시 수직부재 및 수평부재에 각각 수직부 보강부재 및 수평부 보강부재를 가접합하고, 프리스트레스를 도입함으로써 상기 수직부재 및 수평부재에서 발생하는 부(-) 모멘트에 대응할 수 있다.

[프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교의 시공방법]

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교 시공방법의 동작흐름도이고, 도 9a 내지 도 9d는 각각 도 8에 도시된 강재거더 합성라멘교 시공방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.

전술한 도 3 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교 시공방법은, 먼저, 합성라멘교(100) 시공을 위한 기초(110) 상에 라멘교 벽체(120)가 형성된 교대를 시공한다(S110).

다음으로, 상기 라멘교 벽체(120)의 중간부에 수직부재(130)를 결합하고, 양측 수직부재(130) 사이에 강재거더인 수평부재(140)를 결합하여, 도 9a에 도시된 바와 같이, 문형 구조계(라멘 구조계)의 우각부(Corner Part)를 형성한다(S120). 여기서, 전술한 바와 같이, 상기 수직부재(130)는 상기 우각부에서 수직부 주부재(131) 및 수직부 보강재(132, 133, 134)로 이루어지고, 상기 수직부 보강재(132, 133, 134)는 T형 수직부 보강재(132), U형 수직부 보강재(133) 또는 평판형 수직부 보강재(134)일 수 있고, 또한, 상기 수평부재(140)는 상기 우각부에서 수평부 주부재(141) 및 수평부 보강재(142, 143, 144)로 이루어지고, 상기 수평부 보강재(142, 143, 144)는 T형 수평부 보강재(142), U형 수평부 보강재(143) 또는 평판형 수평부 보강재(144)일 수 있다.

다음으로, 상기 우각부에서 상기 수직부재(130) 및 수평부재(140) 각각에 수직부 보강부재(161) 및 수평부 보강부재(162)를 가접합하여 프리스트레스 반력대에 거치한다(S130). 구체적으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 수직부 보강부재(161) 및 수평부 보강부재(162)는 우각부에서 각각 수직부 보강판(171) 및 수평부 보강판(172)이 부착된 상태에서 상기 수직부재(130) 및 수평부재(140)에 가접합된다.

다음으로, 프리스트레스 도입장치(200)를 이용하여 우각부에 프리플렉션을 도입하고, 우각부 수직부재(130) 및 수평부재(140)와 각각의 수직부 보강부재(161) 및 수평부 보강부재(162)를 완전 용접한다(S140). 구체적으로, 도 9c에 도시된 바와 같이, 상기 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 재킹 업(Jacking Up) 상태에서 수직부재(130) 및 수평부재(140)와 각각의 수직부 보강부재(161) 및 수평부 보강부재(162)의 완전 용접이 실시된다. 이때, 상기 프리스트레스 도입장치(200)의 우각부 측은 프리스트레스 도입구간으로서 완전 용접이 실시되며, 중앙부 측은 단면보강구간으로서 완전 용접이 실시된다.

다음으로, 상기 프리스트레스 도입장치(200)의 유압을 제거하여 상기 우각부에서 프리스트레스 도입을 완료한다(S150). 구체적으로, 도 9d에 도시된 바와 같이, 상기 수직부재(130) 및 수평부재(140)의 완전 용접이 이루어진 후, 상기 프리스트레스 도입장치(200)에 도입된 유압을 제거(Release)한다.

다음으로, 문형 구조계(라멘 구조계)에 슬래브 콘크리트(150)를 타설하여 합성라멘교(100)를 완공한다(S160). 이에 따라, 상기 우각부에서 수직부재와 수평부재의 부(-) 모멘트에 대응하도록 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 프리스트레스가 도입될 수 있다.

[프리스트레스 도입장치(200)]

도 10은 프리플렉션 도입에 따른 우각부의 부재력(Moment)을 나타내는 도면이고, 도 11은 합성전 및 합성후의 수평부재 단면 특성을 나타내는 도면으로서, 도 11의 a)는 합성전 수평부 주부재(141) 및 U형 수평부 보강재(143)로 이루어진 수평부재(140)의 단면 특성을 나타내고, 도 11의 b)는 합성후 수평부재(140)의 단면 특성을 나타내는 도면이다.

먼저, 전술한 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 수직부재(130) 및 수평부재(140)가 만나는 절점부에서 가접합한 부재는 합성전 부재이므로 각각의 도심을 갖는 휨강성을 갖지만, 도 9c에 도시된 바와 같이, 프리플렉션 도입시, 강성 비율에 따라 분배되는 부재력에 따른 인장응력 및 압축응력이 발생하게 된다.

도 10에 도시된 바와 같이, 상기 수직부재(130a)는 주부재(131)와 보강재(132, 133, 134)의 각각 휨강성과 도심축 거리에 따라 배면에 압축응력이 발생하고, 전면에 인장응력이 발생하게 된다. 또한, 상기 수평부재(140a)는 주부재(141)와 보강재(142, 143, 144)의 각각 휨강성과 도심축 거리에 따라 상연에 압축응력이 발생하고, 하연에 인장응력이 발생하게 된다.

이와 같이 압축응력 및 인장응력이 발생한 상태에서, 수직부재(130) 및 수평부재(140) 각각의 주부재와 보강재의 접합면 전체를 용접함으로써 두 부재(130, 140)가 합성된 하나의 부재(우각부 부재)로 만든다.

이후, 상기 수직부재(130) 및 수평부재(140)의 합성이 완료되면, 도입된 프리플렉션을 제거(Release)하는 단계를 수행한다. 이때, 합성라멘교 구조물의 거동을 예측하는 방법은 도입된 프리플렉션 유발 하중을 합성된 단면에 반대방향으로 동일한 하중을 도입함으로써, 그 거동을 예측할 수 있다. 이때의 거동은, 도 11의 a)에 도시된 전술한 주부재와 보강재의 각각 휨강성 및 각각 도심축에 대해 거동하는 것이 아니라, 도 11의 b)에 도시된 합성된 하나의 휨강성 및 하나의 도심축으로 예측한 거동과 동일하게 된다.

이에 따라, 합성 후 부재의 강성은 각각의 합성 전 부재의 강성에 비해 훨씬 큰 휨강성을 갖게 되므로 프리플렉션이 도입될 때 발생하는 변위에 비해 보다 작은 값으로 복귀하게 되고, 따라서, 도 9c에 도시된 잔류 변위만큼의 프리스트레스가 도입될 수 있다.

한편, 도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교 시공방법에 사용되는 프리스트레스 도입장치를 나타내는 구성도로서, 도 12a는 수직부 연결 베이스를 플로어 빔 사이에 조립 체결 이전을 나타내며, 도 12b는 조립 체결 이후를 나타내며, 도 13은 우각부 수직부재를 연결하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 12a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교 시공방법에 사용되는 프리스트레스 도입장치(200)는 크게 플로어 빔(Floor Beam: 210), 우각부 부재의 수직부재와 연결되는 수직부 연결 베이스(220), 소정의 이격거리에 위치한 프리플렉션 도입을 위한 유압장치 반력대(230) 및 프리스트레스 도입 유압장치(240)를 포함하며, 우각부에서 수직부재(130) 및 수평부재(140)의 제원 및 프리스트레스 도입 범위는 우각부 적용 구조물인 합성라멘교(100)의 규모에 따라 달라지므로, 이를 수용할 수 있는 유동성을 소화할 수 있는 범위로 프리스트레스 도입장치(200)의 상세를 갖도록 구성한다.

도 12a에 도시된 바와 같이, 우각부의 수직부재(130) 및 수평부재(140)는 이를 적용하는 합성라멘교(100)의 규모에 따라 그 제원 및 프리스트레스 도입 구간을 달리할 수 있다. 따라서 플로어 빔(210)에 수직방향으로 체결되는 유압장치 반력대(230)의 조립 위치는 해당 우각부의 적용 범위를 일정구간 규정하고, 그 범위를 조절할 수 있는 볼트 체결홀을 상기 플로어 빔(210)의 상부플랜지에 구비하며, 상기 볼트 체결홀을 통해 길이방향 조절 가이드 볼트(212)가 체결된다.

유압장치 반력대(230)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 우각부에서 수직부재(130)의 높이에 대한 유동성을 소화할 수 있도록 기둥부(231)로 보강되며, 그 높이를 조절할 수 있는 강봉부재(232) 및 상기 플로어 빔(210)에 연결할 수 있는 횡단 빔(233)으로 구성한다. 전술한 바와 같이, 상기 유압장치 반력대(230)는 상기 플로어 빔(210)과는 볼트 체결되며, 그 위치는 미리 형성된 볼트 체결홀의 위치로 조정할 수 있다.

또한, 수직부 연결 베이스(220)는 우각부에서 수직부재(130) 연결되며, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 수직부 연결 베이스(220)의 몸체에 해당하는 베이스 빔(Base beam: 220a)은 그 측면에 형성된 볼트 체결홀을 통해 상기 플로어 빔(210)의 복부에 볼트 체결된다.

구체적으로, 우각부에서 수직부재(130)를 연결하는 방법은 결속강봉(260)과 상단 및 하단 클램프(251, 252)를 이용하여 우각부의 수직부재(130)와 프리스트레스 도입장치(200)를 결속시킬 수 있다. 이때, 상기 상단 및 하단 클램프(251, 252)는 상기 베이스 빔(220a)과는 분리되도록 제작되며, 상기 상단 및 하단 클램프(251, 252)에서 결속강봉(260)으로 결속된다. 또한, 우각부에서 수직부재(130)의 제원은 해당 구조물에 따라 달라지므로 각각의 방향에 따라 대응할 수 있도록 분리하여 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제1 방향으로는 상단 및 하단 클램프(251, 252) 자체의 위치를 조정하여 수직부재(130)의 제원 변화에 대응하고, 제2 방향으로는 상단 및 하단 클램프(251, 252)에 각각 형성된 슬롯(270)으로 대응하도록 구성할 수 있다.

또한, 도 12a에 도시된 바와 같이, 플로어 빔 조립 볼트(211)에 의해 베이스 빔(220a)을 상기 플로어 빔(210)에 부착한 상태에서, 우각부에서 수직부재(130)의 조립 순서는 다음과 같다. 즉, 상기 베이스 빔(220a)에 상단 클램프(251)와 수직부재(130)를 설치하고, 각 부재에 형성된 강봉홀에 결속강봉(260)을 설치하고, 상기 상단 클램프(251)에 대응하도록 상기 베이스 빔(220a) 하부에 상기 하단 클램프(252)를 위치시키고, 상기 상단 및 하단 클램프(251, 252) 각각의 외측의 너트(281, 282)를 결속함으로써 상기 수직부재(130)와 베이스 빔(220a) 간의 결속을 수행한다.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 문형 구조계(라멘 구조계)가 적용되는 강재거더를 이용한 합성라멘교 시공시, 우각부에서 수직부재 및 수평부재를 평판형, T형 또는 U형 보강재로 각각 보강하고, 우각부 형성시 프리스트레스를 도입함으로써 수직부재 및 수평부재에서 발생하는 부(-) 모멘트에 대응할 수 있다. 또한, 수직부재 및 수평부재 각각을 보강부재로 가접합하여 프리스트레스 도입장치를 사용하여 수직부재 및 수평부재에 프리플렉션을 도입한 후 수직부재 및 수평부재와 각각의 보강부재를 완전 용접함으로써 우각부에 프리스트레스를 용이하게 도입할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 합성라멘교
110: 기초 120: 라멘교 벽체
130: 수직부재(Built Up Column)
140: 수평부재/강재거더(Built Up Beam)
150: 콘크리트 슬래브
131: 수직부 주부재 132: T형 수직부 보강재
133: U형 수직부 보강재 134: 평판형 수직부 보강재
141: 수평부 주부재 142: T형 수평부 보강재
143: U형 수평부 보강재 144: 평판형 수평부 보강재
161: 수직부 보강부재 162: 수평부 보강부재
171: 수직부 보강판 172: 수평부 보강판
200: 프리스트레스 도입장치
210: 플로어 빔(Floor Beam) 220: 수직부 연결 베이스 빔
230: 유압장치 반력대 240: 프리플렉션 도입 유압장치
251: 상단 클램프 252: 하단 클램프
260: 결속 강봉 270: 슬롯
281, 282: 너트

Claims

우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교에 있어서,
기초(110) 상에 형성되는 라멘교 벽체(120);
상기 라멘교 벽체(120)의 중간부에 수직방향으로 형성되는 수직부재(130);
문형 구조계(라멘 구조계)를 형성하도록 지점부에서 상기 수직부재(130)와 일체화되는 강재거더로서, 양측 수직부재(130) 사이에 거치되고, 우각부(Corner Part)가 형성되도록 지점부에서 상기 수직부재(130)와 결합하는 수평부재(140);
상기 우각부에서 수직부재(130)와 가접합된 상태에서 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 프리플렉션이 도입된 후 완전 용접되는 수직부 보강부재(161);
상기 우각부에서 수평부재(140)와 가접합된 상태에서 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 프리플렉션이 도입된 후 완전 용접되는 수평부 보강부재(162); 및
상기 우각부에 프리스트레스를 도입한 후, 상기 수평부재(140) 상에 콘크리트를 타설하여 형성되는 콘크리트 슬래브(150)를 포함하되,
상기 지점부의 부(-) 모멘트에 대응하도록 상기 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 상기 우각부에 프리스트레스(Pre-Stress)가 도입되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교.
제1항에 있어서,
상기 수직부 보강부재(161) 및 수평부 보강부재(162)는 우각부에서 각각 수직부 보강판(171) 및 수평부 보강판(172)이 부착된 상태에서 상기 수직부재(130) 및 수평부재(140)에 가접합되고, 상기 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 재킹 업(Jacking Up) 상태에서 완전 용접이 실시되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교.
제1항에 있어서,
상기 수직부재(130) 및 수평부재(140)의 완전 용접이 이루어진 후, 상기 프리스트레스 도입장치(200)에 도입된 유압을 제거(Release)하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교.
제1항에 있어서,
상기 수직부재(130)는 상기 우각부에서 수직부 주부재(131) 및 수직부 보강재(132, 133, 134)로 이루어지고, 상기 수직부 보강재(132, 133, 134)는 T형 수직부 보강재(132), U형 수직부 보강재(133) 또는 평판형 수직부 보강재(134)인 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교.
제1항에 있어서,
상기 수평부재(140)는 상기 우각부에서 수평부 주부재(141) 및 수평부 보강재(142, 143, 144)로 이루어지고, 상기 수평부 보강재(142, 143, 144)는 T형 수평부 보강재(142), U형 수평부 보강재(143) 또는 평판형 수평부 보강재(144)인 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교.
우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교의 시공방법에 있어서,
a) 합성라멘교(100) 시공을 위한 기초(110) 상에 라멘교 벽체(120)가 형성된 교대를 시공하는 단계;
b) 상기 라멘교 벽체(120)의 중간부에 수직부재(130)를 결합하고, 양측 수직부재(130) 사이에 강재거더인 수평부재(140)를 결합하여 문형 구조계(라멘 구조계)의 우각부(Corner Part)를 형성하는 단계;
c) 상기 우각부에서 상기 수직부재(130) 및 수평부재(140) 각각에 수직부 보강부재(161) 및 수평부 보강부재(162)를 가접합하여 프리스트레스 반력대에 거치하는 단계;
d) 프리스트레스 도입장치(200)를 이용하여 우각부에 프리플렉션을 도입하고, 우각부 수직부재(130) 및 수평부재(140)와 각각의 수직부 보강부재(161) 및 수평부 보강부재(162)를 완전 용접하는 단계;
e) 상기 프리스트레스 도입장치(200)의 유압을 제거하여 상기 우각부에서 프리스트레스 도입을 완료하는 단계; 및
f) 문형 구조계(라멘 구조계)에 슬래브 콘크리트(150)를 타설하여 합성라멘교(100)를 완공하는 단계를 포함하되,
상기 우각부에서 부(-) 모멘트에 대응하도록 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 프리스트레스가 도입되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교의 시공방법.
제6항에 있어서,
상기 c) 단계의 수직부 보강부재(161) 및 수평부 보강부재(162)는 우각부에서 각각 수직부 보강판(171) 및 수평부 보강판(172)이 부착된 상태에서 상기 수직부재(130) 및 수평부재(140)에 가접합되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교의 시공방법.
제6항에 있어서,
상기 d) 단계에서 상기 프리스트레스 도입장치(200)를 사용하여 재킹 업(Jacking Up) 상태에서 수직부재(130) 및 수평부재(140)와 각각의 수직부 보강부재(161) 및 수평부 보강부재(162)의 완전 용접이 실시되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교의 시공방법.
제6항에 있어서,
상기 b) 단계의 수직부재(130)는 상기 우각부에서 수직부 주부재(131) 및 수직부 보강재(132, 133, 134)로 이루어지고, 상기 수직부 보강재(132, 133, 134)는 T형 수직부 보강재(132), U형 수직부 보강재(133) 또는 평판형 수직부 보강재(134)인 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교의 시공방법.
제6항에 있어서,
상기 b) 단계의 수평부재(140)는 상기 우각부에서 수평부 주부재(141) 및 수평부 보강재(142, 143, 144)로 이루어지고, 상기 수평부 보강재(142, 143, 144)는 T형 수평부 보강재(142), U형 수평부 보강재(143) 또는 평판형 수평부 보강재(144)인 것을 특징으로 하는 프리스트레스가 도입된 우각부를 구비한 강재거더 합성라멘교의 시공방법.