KR101980187B1 - 가설교량 및 이의 시공방법 - Google Patents

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Abstract

가설교량이 제공된다. 일 실시예에 있어서, 상기 가설교량은 교각의 상부에 설치되는 적어도 두 개의 지점부용 I형강 및 상기 지점부용 I형강 사이에 설치되는 중앙부용 I형강을 포함하는 거더를 포함하는 가설교량에 있어서, 상기 지점부용 I형강과 상기 중앙부용 I형강은 상부 플랜지, 하부 플랜지, 및 이들을 연결하는 웹을 포함하고, 상기 지점부용 I형강 및 상기 중앙부용 I형강은 프리스트레스(Prestress)가 도입되되, 상기 지점부용 I형강은 지점부용 단면보강재가 상기 웹의 상부에 부착되고, 상기 중앙부용 I형강은 중앙부용 단면보강재가 상기 웹의 하부에 부착되며, 상기 거더의 지간장을 L, 상기 중앙부용 단면보강재의 길이를 L1, 상기 지점부용 단면보강재 하나의 길이를 L2라고 할 때, 하기 식 (1) 및 식 (2)가 성립할 수 있다.
L1 = L x (0.2~0.3) - 식 (1)
L2 = L x (0.1~0.2) - 식 (2)

Description

가설교량 및 이의 시공방법{A TEMPORARY BRIDGE AND CONSTRUCTION METHOD FOR THE TEMPORARY BRIDGE}
본 발명은 가설교량 및 이의 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프리스트레스가 도입되며, 중앙부용 I형강과 지점부용 I형강에서 단면보강재가 부착된 구간과 단면보강재가 부착되지 않은 구간이 지간장의 길이에 따라 상이하게 적용되는 가설교량 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
가설교량은 일시적인 차량통행 등을 위한 목적으로 설치되는 임시구조물로써, 그 목적의 특성상 빠른 시공성과 함께 안전성을 요구하고 있다. 이를 위해 통상의 가설교량은 하부구조물인 교각의 상부에 상부구조물을 설치하는 방법으로 시공되고 있다.
즉, 상기 가설교량은 기초파일을 항타한 후 벤트(Bent)를 조립하여 하부구조물인 교각을 설치하고, 상기 교각의 상부에 상부구조물인 거더(Girder), 복공판 및 난간을 설치하는 방법으로 시공하여 준공하고 있다.
한편, 가설교량에 있어서 강재보(Steel beam)를 거더로 이용하는 경우, 상기 거더에는 그 자중과 함께 상부구조물의 고정하중과 차량 및 군하중 등의 통행에 따른 활하중 등이 더해져 처짐과 파단 현상이 빈번하게 발생하고 있다.
이를 해결하기 위해, 종래에 프리스트레스를 도입하는 방법들이 고안되었다. 그러나, 종래의 프리스트레스를 도입하는 방법은 공정이 복잡하거나, 콘크리트 빔과 같은 별도의 장비의 사용으로 제조비용이 상승하는 등의 문제가 있었다
예를 들어, 종래의 프리스트레스를 도입하는 방법은 단면보강재가 불필요하게 많이 사용되어 제조비용이 상승하거나, 프리스트레스를 유지하는 힘이 충분하지 않는 문제가 있었고, 또한, 거더의 부모멘트와 정모멘트가 교차되는 영역에서 프리스트레싱에 의한 모멘트 상쇄 효과를 충분히 달성할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 프리스트레스가 도입되며, 중앙부용 I형강과 지점부용 I형강에서 단면보강재가 부착된 구간과 단면보강재가 부착되지 않은 구간이 지간장의 길이에 따라 상이하게 적용되는 가설교량 및 이의 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 교각의 상부에 설치되는 적어도 두 개의 지점부용 I형강 및 상기 지점부용 I형강 사이에 설치되는 중앙부용 I형강을 포함하는 거더를 포함하는 가설교량에 있어서, 상기 지점부용 I형강과 상기 중앙부용 I형강은 상부 플랜지, 하부 플랜지, 및 이들을 연결하는 웹을 포함하고, 상기 지점부용 I형강 및 상기 중앙부용 I형강은 프리스트레스(Prestress)가 도입되되, 상기 지점부용 I형강은 지점부용 단면보강재가 상기 웹의 상부에 부착되고, 상기 중앙부용 I형강은 중앙부용 단면보강재가 상기 웹의 하부에 부착되며, 상기 거더의 지간장을 L, 상기 중앙부용 단면보강재의 길이를 L1, 상기 지점부용 단면보강재 하나의 길이를 L2라고 할 때, 하기 식 (1) 및 식 (2)가 성립하는, 가설교량을 제공한다.
L1 = L x (0.2~0.3) - 식 (1)
L2 = L x (0.1~0.2) - 식 (2)
본 발명의 일 실시예에 따르면, L형강을 I형강의 단면보강재로 사용하되, 웹의 높이와 플랜지의 넓이에 따라 L형강이 I형강에 부착된 위치를 다르게 적용함으로써, 단면보강재의 사용 양을 줄이면서도 프리스트레스 유지 효과가 향상된 가설교량 및 이의 시공방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리스트레스가 도입되며, 중앙부용 I형강과 지점부용 I형강에서 단면보강재가 부착된 구간과 단면보강재가 부착되지 않은 구간이 지간장의 길이에 따라 상이하게 적용됨으로써, 부모멘트와 정모멘트의 프리스트레싱에 의한 모멘트 상쇄 효과를 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프리스트레스를 I형강의 하부에서 상부 방향으로 도입함으로써, 복잡하지 않은 방법으로 프리스트레스 도입이 가능하고, I형강의 자중을 이용하여 더욱 적은 힘으로 프리스트레스 도입이 가능하며, 단면보강재의 용접 시 하방용접이 가능하도록 함으로써 단면보강재의 용접 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가설교량의 준공 상태를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 I형강에 단면보강재가 부착된 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가설교량의 개략도를 나타낸 것이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 I형강에 프리스트레스를 도입하는 방법을 나타낸 것이다.
도 11은 종래 가설교량에 작용하는 모멘트 감쇄를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가설교량에 작용하는 모멘트 감쇄를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명된다. 그러나 본 발명이 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 내용을 더 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 본 명세서에서, '상부' 또는 '하부' 라는 용어는 관찰자의 시점에서 설정된 상대적인 개념으로, 관찰자의 시점이 달라지면, '상부' 가 '하부'를 의미할 수도 있고, '하부'가 '상부'를 의미할 수도 있다.
복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 지칭하는 “형강”은 특별히 “지점부용 I형강” 또는 “중앙부용 I형강”으로 한정하여 지칭하지 않는 한, 지점부용 I형강 또는 중앙부용 I형강을 지칭할 수 있고, 지점부용 I형강과 중앙부용 I형강 모두를 지칭할 수도 있다.
또한, 본 발명에서 지칭하는 “플랜지”는 특별히 “상부 플랜지” 또는 “하부 플랜지”로 한정하여 지칭하지 않는 한, 상부 플랜지 또는 하부 플랜지를 지칭할 수 있고, 상부 플랜지와 하부 플랜지 모두를 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명에서 지칭하는 “수평방향”은 양 교각을 연결하는 방향을 지칭한다.
본 발명의 일 실시예는, 교각의 상부에 설치되는 적어도 두 개의 지점부용 I형강 및 상기 지점부용 I형강 사이에 설치되는 중앙부용 I형강을 포함하는 거더를 포함하는 가설교량에 있어서, 상기 지점부용 I형강과 상기 중앙부용 I형강은 상부 플랜지, 하부 플랜지, 및 이들을 연결하는 웹을 포함하고, 상기 지점부용 I형강 및 상기 중앙부용 I형강은 프리스트레스(Prestress)가 도입되되, 상기 지점부용 I형강은 지점부용 단면보강재가 상기 웹의 상부에 부착되고, 상기 중앙부용 I형강은 중앙부용 단면보강재가 상기 웹의 하부에 부착되며, 상기 거더의 지간장을 L, 상기 중앙부용 단면보강재의 길이를 L1, 상기 지점부용 단면보강재 하나의 길이를 L2라고 할 때, 하기 식 (1) 및 식 (2)가 성립하는, 가설교량이 제공된다.
L1 = L x (0.2~0.3) - 식 (1)
L2 = L x (0.1~0.2) - 식 (2)
일 예로, 상기 지점부용 I형강의 길이를 LE, 상기 중앙부용 I형강의 길이를 LM 이라 할 때, 하기 식 (3) 및 식 (4)가 성립할 수 있다.
L1 = LM x (0.55 ~ 0.85) - 식 (3)
L2 = LE x (0.25 ~ 0.55) - 식 (4)
이때, 상기 지간장의 시작점 및 끝점은 상기 지점부용 단면보강재의 중심일 수 있다.
일 예로, 상기 중앙부용 단면보강재의 일 말단과 이에 인접한 상기 지점부용 단면보강재의 일 말단 사이의 거리를 V 라고 할 때, 하기 식 (5)가 성립할 수 있다.
V = L x (0.10 ~ 0.3) - 식 (5)
이때, 상기 중앙부용 단면보강재 및 상기 지점부용 단면보강재는 L형강이고, 상기 중앙부용 I형강 및 상기 지점부용 I형강에서, 상기 웹의 높이를 H, 상기 상부 플랜지 및 상기 하부 플랜지의 넓이를 W라고 할 때, 상기 중앙부용 단면보강재는, 일 말단이 상기 중앙부용 I형강의 플랜지에서 0.2W 내지 0.8W 구간에 부착되며, 타 말단이 상기 중앙부용 I형강의 웹에서 0.08H 내지 0.4H 구간에 부착되고, 상기 지점부용 단면보강재는, 일 말단이 상기 지점부용 I형강의 플랜지에서 0.2W 내지 0.8W 구간에 부착되며, 타 말단이 상기 지점부용 I형강의 웹에서 0.6H 내지 0.92H 구간에 부착될 수 있다.
본 발명은 또한, (a) 교각의 상부에 설치되는 적어도 두 개의 지점부용 I형강 및 중앙부용 I형강을 준비하고; (b) 상기 지점부용 I형강 및 상기 중앙부용 I형강을 하부에서 상부방향으로 압력을 가해 부모멘트(-)가 발생하도록 프리스트레스를 도입하고; (c) 상기 프리스트레스가 도입된 상기 지점부용 I형강 및 상기 중앙부용 I형강에서 상부 플랜지와 하부 플랜지를 연결하는 웹의 상부에 단면보강재를 부착하고; 및 (d) 상기 지점부용 I형강을 상기 교각의 상부에 설치하고, 상기 지점부용 I형강에 상기 중앙부용 I형강을 조립하여 상기 교각의 상부에 거더를 설치하는 것;을 포함하며, 상기 지점부용 I형강은 상기 단면보강재가 상기 웹의 상부에 위치하며, 상기 중앙부용 I형강은 상기 단면보강재가 상기 웹의 하부에 위치하고, 상기 거더의 지간장을 L, 상기 중앙부용 단면보강재의 길이를 L1, 상기 지점부용 단면보강재 하나의 길이를 L2라고 할 때, 하기 식 (1) 및 식 (2)가 성립하는, 가설교량 시공방법을 제공한다.
L1 = L x (0.2~0.3) - 식 (1)
L2 = L x (0.1~0.2) - 식 (2)
일 예로, 상기 중앙부용 단면보강재 및 상기 지점부용 단면보강재는 L형강이고, 상기 중앙부용 I형강 및 상기 지점부용 I형강에서, 상기 웹의 높이를 H, 상기 상부 플랜지 및 상기 하부 플랜지의 넓이를 W라고 할 때, 상기 중앙부용 단면보강재는, 일 말단이 상기 중앙부용 I형강의 플랜지에서 0.2W 내지 0.8W 구간에 부착되며, 타 말단이 상기 중앙부용 I형강의 웹에서 0.08H 내지 0.4H 구간에 부착되고, 상기 지점부용 단면보강재는, 일 말단이 상기 지점부용 I형강의 플랜지에서 0.2W 내지 0.8W 구간에 부착되며, 타 말단이 상기 지점부용 I형강의 웹에서 0.6H 내지 0.92H 구간에 부착될 수 있다.
일 예로, 상기 중앙부용 단면보강재의 일 말단과 이에 인접한 상기 지점부용 단면보강재의 일 말단 사이의 거리를 V 라고 할 때, 하기 식 (5)가 성립할 수 있다.
V = L x (0.10 ~ 0.3) - 식 (5)
본 발명은 또한, 가설교량에 설치되는 거더에 있어서, 적어도 두 개의 지점부용 I형강 및 상기 지점부용 I형강 사이에 설치되는 중앙부용 I형강을 포함하고, 상기 지점부용 I형강과 상기 중앙부용 I형강은 상부 플랜지, 하부 플랜지, 및 이들을 연결하는 웹을 포함하고, 상기 지점부용 I형강 및 상기 중앙부용 I형강은 프리스트레스(Prestress)가 도입되되, 상기 지점부용 I형강은 지점부용 단면보강재가 상기 웹의 상부에 부착되고, 상기 중앙부용 I형강은 중앙부용 단면보강재가 상기 웹의 하부에 부착되며, 상기 거더의 지간장을 L, 상기 중앙부용 단면보강재의 길이를 L1, 상기 지점부용 단면보강재 하나의 길이를 L2라고 할 때, 하기 식 (1) 및 식 (2)가 성립하는, 가설교량용 거더를 제공한다.
L1 = L x (0.2~0.3) - 식 (1)
L2 = L x (0.1~0.2) - 식 (2)
이때, 상기 중앙부용 단면보강재 및 상기 지점부용 단면보강재는 L형강이고, 상기 중앙부용 I형강 및 상기 지점부용 I형강에서, 상기 웹의 높이를 H, 상기 상부 플랜지 및 상기 하부 플랜지의 넓이를 W라고 할 때, 상기 중앙부용 단면보강재는, 일 말단이 상기 중앙부용 I형강의 플랜지에서 0.2W 내지 0.8W 구간에 부착되며, 타 말단이 상기 중앙부용 I형강의 웹에서 0.08H 내지 0.4H 구간에 부착되고, 상기 지점부용 단면보강재는, 일 말단이 상기 지점부용 I형강의 플랜지에서 0.2W 내지 0.8W 구간에 부착되며, 타 말단이 상기 지점부용 I형강의 웹에서 0.6H 내지 0.92H 구간에 부착될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가설교량의 준공 상태를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 가설교량(1)은 교각(2) 및 교각(2) 상부에 설치되는 거더(3)를 포함한다.
거더(3)는 교각(2)의 상부에 설치되는 거더 지점부(3b) 및 거더 지점부(3b) 사이에 마련되는 거더 중앙부(3a)를 포함한다. 거더 지점부(3b)는 후술하는 지점부용 I형강을 포함하고, 거더 중앙부(3a)는 후술하는 중앙부용 I형강을 포함한다.
거더(3)는 프리스트레스가 도입된 것으로, 지점부용 I형강 및 중앙부용 I형강 각각에 프리스트레스가 도입되고 단면보강재가 부착된 이후, 교각 상부에 지점부용 I형강이 설치되고 중앙부용 I형강이 조립되는 형태일 수 있고, 지점부용 I형강 및 중앙부용 I형강이 미리 조립된 후 교각 상부에 설치되는 형태일 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 I형강에 단면보강재가 부착된 상태를 나타낸 것이고, 도 3은 도 2의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, I형강(10)은 상부 플랜지(11), 하부 플랜지(12) 및 이들을 연결하는 웹(13)을 포함한다. 그리고 단면보강재(20)는 ㄷ형강, L형강, H형강 등 다양한 형강의 사용이 가능하며, 예를 들어, L형강을 사용할 수 있다.
단면보강재(20)로 L형강을 사용하여 단면보강재(20)의 한 모서리는 웹(13)에 부착되고, 다른 모서리는 하부 플랜지(12) 또는 상부 플랜지(11)에 부착되며, 웹(13)을 사이로 한 쌍의 L형강이 대칭이 되도록 부착될 수 있다. 즉, 단면보강재(20)가 I형강(10)에 견고하게 부착됨으로써, I형강(10)에 도입된 프리스트레스를 견고하게 유지시킬 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, I형강(10)에 부착되는 단면보강재(20)의 위치 범위를 한정하여, 단면보강재(20)의 사용 양을 감소시키는 동시에, I형강(10)에 도입된 프리스트레스를 견고하게 유지시킬 수 있다.
예를 들어, 중앙부용 I형강(10a) 및 지점부용 I형강(10b)에서, 웹(13)의 높이를 H, 상부 플랜지(11) 및 하부 플랜지(12)의 넓이를 W라고 할 때, 중앙부용 단면보강재(20a) 및 지점부용 단면보강재(20b)의 일 말단이 I형강(10)의 플랜지에서 0.2W 내지 0.8W 구간에 부착되되, 중앙부용 단면보강재(20a)의 타 말단이 중앙부용 I형강(10a)의 웹(13)에서 0.08H 내지 0.4H 구간에 부착될 수 있고, 지점부용 단면보강재(20b)의 타 말단은 지점부용 I형강(10b)의 웹(13)에서 0.6H 내지 0.92H 구간에 부착될 수 있다.
한 예로, 중앙부용 단면보강재(20a) 및 지점부용 단면보강재(20b)의 일 말단이 I형강(10)의 플랜지에서 0.6W 내지 0.8W 구간에 부착되되, 중앙부용 단면보강재(20a)의 타 말단이 중앙부용 I형강(10a)의 웹(13)에서 0.1H 내지 0.3H 구간에 부착될 수 있고, 지점부용 단면보강재(20b)의 타 말단은 지점부용 I형강(10b)의 웹(13)에서 0.7H 내지 0.9H 구간에 부착될 수 있다.
중앙부용 단면보강재(20a) 및 지점부용 단면보강재(20b)의 일 말단이 부착된 위치가 중앙부용 I형강(10a)의 플랜지에서 0.2W 미만의 구간 또는 0.8W 초과의 구간에 부착되는 경우, 단면보강재에 의한 충분한 응력 확보가 어렵고, 용접길이가 부족하여 프리스트레스 도입 효과를 기대하기 어렵다는 문제가 발생할 수 있다.
이와 동시에, 중앙부용 단면보강재(20a) 및 지점부용 단면보강재(20b)의 타 말단이 상기 구간 내에 부착되는 경우, 단면보강재(20)의 사용양을 저감시키면서도 프리스트레스를 견고하게 유지시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가설교량의 개략도를 나타낸 것이다.
도 4는 지간장(L), 중앙부용 I형강(LM) 및 지점부용 I형강(LE)을 기준으로, 거더(3)에서 중앙부용 단면보강재(20a)가 설치되는 구간(L1), 하나의 지점부용 단면보강재(20b)가 설치되는 구간(L2), 중앙부용 단면보강재(20a)의 일 말단과 이와 인접한 지점부용 단면보강재(20b)의 일 말단 사이의 거리(V)를 개시한다.
가설교량(1)의 경우 I형강(10)의 자중에 의해 지점부용 I형강(10b)의 소정 구간에서 부모멘트가 발생하고, 지점부용 I형강(10b)의 나머지 구간과 중앙부용 I형강(10a)이 위치한 구간에서 정모멘트가 발생한다. 이러한 모멘트를 상쇄하기 위해 거더(3)에 프리스트레스를 도입하고 단면보강재(20)를 부착하여 비대칭 단면을 구성함으로써 중심축을 이동시키고 상, 하 응력의 균형을 이뤄 자중이나 고정하중 또는 활하중에 의한 하중작용시 처짐이나 파단 등이 발생하는 것을 방지하려는 종래의 시도들이 있었다.
그러나, 종래의 시도들은 모멘트 상쇄 효과가 크지 않다는 문제가 있었고, 본 발명의 발명자들은 무수한 시행착오 끝에, 도 4에 나타낸 L, LM, 및 LE를 기준으로 L1, L2, 및 V가 이하 후술하는 식으로 나타내어지는 관계에 있는 경우, 가설교량(1)에서 단면보강재(20)의 사용 양을 절감시키면서도 부모멘트와 정모멘트의 프리스트레싱에 의한 모멘트 상쇄 효과를 크게 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다.
먼저, 지점부용 I형강(10b) 및 중앙부용 I형강(10a)은 프리스트레스(Prestress)가 도입되되, 지점부용 I형강(10b)은 지점부용 단면보강재(20b)가 웹(13)의 상부에 부착되고, 중앙부용 I형강(10a)은 중앙부용 단면보강재(20a)가 웹(13)의 하부에 부착됨으로써, 거더(3)의 자중에 의해 발생하는 모멘트와 반대의 모멘트를 각각 지점부용 I형강(10b)과 중앙부용 I형강(10a)에 발생시킬 수 있다.
이때, L1 및 L2는 하기 식 (1) 및 식 (2)가 성립한다.
L1 = L x (0.2~0.3) - 식 (1)
L2 = L x (0.1~0.2) - 식 (2)
즉, 중앙부용 단면보강재(20a)가 설치되는 구간은 전체 지간장(L)의 20%~30%가 되며, 하나의 지점부용 단면보강재(20b)가 설치되는 구간은 10%~20%가 될 때, 거더(3)에 도입된 프리스트레스를 견고하게 유지하면서도, 거더(3)의 자중에 의해 발생한 모멘트를 효과적으로 상쇄시킬 수 있다.
중앙부용 단면보강재(20a)가 설치되는 구간이 전체 지간장(L)의 20% 미만이거나 하나의 지점부용 단면보강재(20b)가 설치되는 구간이 10% 미만인 경우, 거더(3)의 자중에 의해 발생하는 모멘트의 상쇄효과가 지나치게 적고, 중앙부용 단면보강재(20a)가 설치되는 구간이 전체 지간장(L)의 30% 초과인 경우 불필요하게 단면보강재(20)를 많이 사용하여 제조 원가가 상승하고, 하나의 지점부용 단면보강재(20b)가 설치되는 구간이 20% 초과인 경우 거더(3)의 하중에 의해 정모멘트가 발생하는 구간과 겹치는 구간에서 오히려 정모멘트를 발생시키는 문제가 생길 수 있다.
또한, LE 및 LM은 하기 식 (3) 및 식 (4)가 성립한다.
L1 = LM x (0.55 ~ 0.85) - 식 (3)
L2 = LE x (0.25 ~ 0.55) - 식 (4)
즉, 중앙부용 단면보강재(20a)가 설치되는 구간이 중앙부용 I형강(10a) 길이의 55% 내지 85%인 경우를 만족하면서, 지점부용 단면보강재(20b)가 설치되는 구간이 지점부용 I형강(10b) 길이의 25% 내지 55%인 경우를 만족하는 경우, 단면보강재(20)를 지나치게 많이 사용하지 않으면서도 거더(3)의 자중에 의해 발생하는 모멘트의 상쇄효과를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 가설교량(1)은 단순교 및 연속교를 모두 포함할 수 있다.
일 예로, 가설교량(1)이 단순교인 경우, 아래 식 (3-1) 및 식 (4-1)을 만족할 수 있다.
L1 = LM x (0.55 ~ 0.85) - 식 (3-1)
L2 = LE x (0.35 ~ 0.55) - 식 (4-1)
일 예로, 가설교량(1)이 연속교인 경우, 아래 식 (3-2) 및 식 (4-2)를 만족할 수 있다.
L1 = LM x (0.55 ~ 0.85) - 식 (3-2)
L2 = LE x (0.25 ~ 0.45) - 식 (4-2)
또한, 중앙부용 단면보강재(20a)의 일 말단과 이에 인접한 지점부용 단면보강재(20b)의 일 말단 사이의 거리를 V 라고 할 때, 하기 식 (5)가 성립할 수 있다.
V = L x (0.1 ~ 0.3) - 식 (5)
즉, 중앙부용 I형강(10a)과 지점부용 I형강(10b)에서 단면보강재(20)가 부착되지 않은 구간이 지간장(L)의 길이에 따라 상이하게 적용됨으로써, 부모멘트와 정모멘트의 프리스트레싱에 의한 모멘트 상쇄 효과를 크게 향상시킬 수 있다.
중앙부용 단면보강재(20a)의 일 말단과 이에 인접한 지점부용 단면보강재(20b)의 일 말단 사이의 거리가 지간장(L)의 10% 미만인 경우, 단면보강재(20)가 불필요하게 많이 사용되어 제조비용이 상승할 수 있고, 거더(3)의 하중에 의해 정모멘트가 발생하는 구간과 겹치는 구간에서 오히려 정모멘트를 발생시키는 문제가 생길 수 있다. 또한, 중앙부용 단면보강재(20a)의 일 말단과 이에 인접한 지점부용 단면보강재(20b)의 일 말단 사이의 거리가 30% 초과인 경우, 거더(3)의 하중에 의해 발생하는 모멘트가 상쇄되는 효과가 미미할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 가설교량 시공방법을 제공한다.
먼저, 교각(2)의 상부에 설치되는 적어도 두 개의 지점부용 I형강(10b) 및 중앙부용 I형강(10a)을 준비한다. 지점부용 I형강(10b) 및 중앙부용 I형강(10a)의 형태 및 설치 위치에 대해서는 전술한 바를 적용할 수 있다.
다음으로, 지점부용 I형강(10b) 및 중앙부용 I형강(10a)을 하부에서 상부방향으로 압력을 가해 부모멘트(-)가 발생하도록 프리스트레스를 도입한다. 그리고, 프리스트레스를 유지하기 위해 웹에 단면보강재(20)를 부착할 수 있다. 단면보강재(20)를 웹(13)에 부착하는 단계는 프리스트레스가 도입됨과 동시에 진행될 수도 있고, 프리스트레스가 도입된 후 목적하는 정도로 휘어진 상태인지를 확인 후 단면보강재(20)를 부착할 수 있다. 이때, 공정의 편의를 위해 단면보강재(20)는 웹(13)의 하부에 부착될 수 있고, 구체적인 위치는 전술한 바를 적용할 수 있다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 I형강(10)에 프리스트레스를 도입하는 방법을 나타낸 것이다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 종래 프리스트레스를 도입 시 상부에서 하부방향으로 압력을 가하였음에 반하여, 본 발명은 하부에서 상부방향으로 압력을 가함으로써, 복잡하지 않은 방법으로 프리스트레스 도입이 가능하고, I형강(10)의 자중을 이용하여 더욱 적은 힘으로 프리스트레스 도입이 가능하며, 단면보강재(20)의 용접 시 하방용접이 가능하도록 함으로써 단면보강재(20)의 용접 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 도 5(a)에 도시한 바와 같이 I형강(10)에 프리스트레스가 도입될 때 I형강(10)의 양 말단이 수평방향으로 움직이는 것을 방지하기 위해, 소정의 고정장치(30)가 I형강(10) 양 말단을 고정할 수 있고, 고정장치(30)에 대한 설명은 후술하는 도 6 내지 도 9에서도 그대로 적용될 수 있다. 유압장치(40)는 I형강(10) 중앙에 위치할 수 있다.
이후, 도 5(b)에 도시한 바와 같이 프리스트레스가 도입된 I형강(10) 웹(13)의 하부에 단면보강재(20)가 부착되어, 프리스트레스를 견고하게 유지할 수 있다. 단면보강재(20)의 부착 위치는 도면과 같이 I형강(10)의 중심을 기준으로 대칭 또는 비대칭 형태 모두 가능하다. 이때, 단면보강재(20)는 고장력볼트 또는 용접으로 I형강(10)에 부착될 수 있다.
예를 들어, 도 6(a), 7(a), 8(a) 및 도 9(a)에 도시한 바와 같이 I형강(10)에 프리스트레스가 도입될 때 복수의 지점에 유압장치(40)가 위치할 수 있다.
일 예로, 도 6(a) 및 7(a)에 도시한 바와 같이 I형강(10)의 중앙을 포함한 복수의 지점에 유압장치(40)가 위치할 수 있고, 예를 들어, I형강(10)의 중심에 위치하는 유압장치(40)를 포함하여 총 3개 또는 5개의 유압장치(40)가 위치할 수 있다. 이때, 유압장치(40)에서 I형강(10)에 가하는 압력은 동일 또는 상이할 수 있으며, 예를 들어, 목적하는 프리스트레스 정도에 따라 각 유압장치(40)의 압력이 상이해질 수 있다. 따라서, 복수의 유압장치(40)를 이용하여 I형강(10)에 압력을 가하고, 각 유압장치(40)의 압력을 상이하게 제어함으로써, 목적하는 프리스트레스 정도를 용이하게 제어할 수 있다.
일 예로, 도 8(a)에 도시한 바와 같이 I형강(10)을 중심으로 대칭이 되도록 복수의 유압장치(40)가 위치하되, I형강(10)의 중심에는 유압장치(40)가 위치하는 형태가 가능하다. I형강(10)을 중심으로 위치한 복수의 유압장치(40)가 인접하는 경우, I형강(10)에 점 하중이 아닌 면 하중에 유사한 하중을 부여할 수도 있다.
일 예로, 도 9(a)에 도시한 바와 같이 I형강(10)에 유압장치(40)가 비대칭적으로 위치하고, 유압장치(40)에서 I형강(10)으로 미리 설정된 압력을 가함으로써 I형강(10)에 비대칭적인 프리스트레스를 용이하게 부여할 수 있다.
이후, 도 6(b) 내지 도 9(b)에 도시한 바와 같이 프리스트레스가 도입된 I형강(10) 웹(13)의 하부에 단면보강재(20)가 부착되어, 프리스트레스를 견고하게 유지할 수 있다. 단면보강재(20)의 부착 위치는 도시한 바와 같이 I형강(10)의 중심을 기준으로 대칭 또는 비대칭 형태 모두 가능하다.
한편, 도 10에 도시한 바와 같이, 프리스트레스를 도입 시 고정장치를 사용하지 않을 수 있고, 이 경우, I형강(10)의 자중을 이용하여 더욱 적은 힘으로 프리스트레스 도입이 가능하다.
단면이 보강되지 않은 통상의 중앙부용 I형강(10a)은 정모멘트 작용에 의해 상부에 압축응력이 집중되고, 통상의 지점부용 I형강(10b)은 부모멘트의 작용에 의해 하부에 압축응력이 집중된다. 이때, 차량 등의 이동으로 하중이 발생하는 경우 응력의 불균형으로 인해 응력이 집중된 부분에 처짐이나 파단 등이 발생할 수 있다.
따라서, I형강(10)에 프리스트레스를 도입하고 단면보강재(20)를 부착하면, I형강(10)이 원형으로 복귀하려는 힘을 단면보강재(20)가 원형을 유지하려는 힘을 이용하여 억제할 수 있고, 이와 동시에 단면보강으로 형성된 비대칭 단면에 의해 상, 하 응력의 균형을 이루도록 함으로써, 하중의 작용에 의한 처짐이나 파단 등을 방지할 수 있다.
다음으로, 지점부용 I형강(10b)을 뒤집을 수 있다.
거더(3)의 하중에 의해 정모멘트가 발생하는 구간에 중앙부용 I형강(10a)이 위치하고, 부모멘트가 발생하는 구간에 지점부용 I형강(10b)이 위치하게 되므로, 지점부용 I형강(10a)을 뒤집음으로써, 이후 거더(3)에 설치된 지점부용 I형강(10b)에는 정모멘트가 발생하고, 중앙부용 I형강(10a)에는 부모멘트가 발생하도록 하여, 거더(3)의 하중에 의해 발생하는 정,부모멘트를 상쇄시킬 수 있다.
다음으로, 지점부용 I형강(10b)을 교각(2)의 상부에 설치하고, 지점부용 I형강(10b)에 중앙부용 I형강(10a)을 조립하여 교각(2)의 상부에 거더(3)를 설치한다.
도 11은 종래 가설교량에 작용하는 모멘트 감쇄를 나타낸 것이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가설교량에 작용하는 모멘트 감쇄를 나타낸 것이다.
도 11(a) 및 도 11(b)를 참조하면, 종래의 가설교량용 거더는 프리스트레스가 도입되고 단면보강재가 부착되어도, 거더의 하중에 의해 발생하는 모멘트를 효과적으로 상쇄시킬 수 없었다. 예를 들어, 도 11(a) 및 도 11(b)를 참조하면, 거더(3)의 하중에 의해 발생하는 모멘트를 상쇄시킬 수 없는 구간(X)이 발생하고, 도 11(b)를 참조하면, 거더(3)의 하중에 의해 발생하는 모멘트를 오히려 배가시켜 응력의 불균형을 악화시키는 구간(Y)이 발생하였다.
그러나, I형강(10)에 부착된 단면보강재(20)는, 도 4를 들어 전술한 바와 같이, L, LM, 및 LE를 기준으로 L1, L2, 및 V가 식 (1) 내지 식 (5)를 만족하도록 길이 비율을 조절하는 경우, 도 12에 도시한 바와 같이 거더(3)의 하중에 의해 발생하는 모멘트를 효과적으로 상쇄시킬 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
예를 들어, 도면은 이해를 돕기 위해 각각의 구성요소를 주체로 하여 모식적으로 나타낸 것으로, 도시된 각 구성요소의 두께, 길이, 개수 등은 도면 작성의 진행상, 실제와 다를 수 있다. 또한, 상기의 실시형태에서 나타낸 각 구성요소의 재질이나 형상, 치수 등은 한 예로서, 특별히 한정되지 않고, 본 발명의 효과에서 실질적으로 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.
1: 가설교량
2: 교각
3: 거더
3a: 중앙부 거더
3b: 지점부 거더
10: I형강
10a: 중앙부용 I형강
10b: 지점부용 I형강
11: 상부 플랜지
12: 하부 플랜지
13: 웹
20: 단면보강재
20a: 중앙부용 단면보강재
20b: 지점부용 단면보강재
30: 고정장치
40: 유압장치

Claims (10)

  1. 교각의 상부에 설치되는 적어도 두 개의 지점부용 I형강 및 상기 지점부용 I형강 사이에 설치되는 중앙부용 I형강을 포함하는 거더를 포함하는 가설교량에 있어서,
    상기 지점부용 I형강과 상기 중앙부용 I형강은 상부 플랜지, 하부 플랜지, 및 이들을 연결하는 웹을 포함하고,
    상기 지점부용 I형강 및 상기 중앙부용 I형강은 프리스트레스(Prestress)가 도입되되, 상기 지점부용 I형강은 지점부용 단면보강재가 상기 웹의 상부에 부착되고, 상기 중앙부용 I형강은 중앙부용 단면보강재가 상기 웹의 하부에 부착되며,
    상기 거더의 지간장을 L, 상기 중앙부용 단면보강재의 길이를 L1, 상기 지점부용 단면보강재 하나의 길이를 L2라고 할 때, 하기 식 (1) 및 식 (2)가 성립하고,
    L1 = L x (0.2~0.3) - 식 (1)
    L2 = L x (0.1~0.2) - 식 (2)
    상기 중앙부용 단면보강재의 일 말단과 이에 인접한 상기 지점부용 단면보강재의 일 말단 사이의 거리를 V 라고 할 때, 하기 식 (5)가 성립하는, 가설교량.
    V = L x (0.1 ~ 0.3) - 식 (5)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지점부용 I형강의 길이를 LE, 상기 중앙부용 I형강의 길이를 LM 이라 할 때, 하기 식 (3) 및 식 (4)가 성립하는, 가설교량.
    L1 = LM x (0.55 ~ 0.85) - 식 (3)
    L2 = LE x (0.25 ~ 0.55) - 식 (4)
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지간장의 시작점 및 끝점은 상기 지점부용 단면보강재의 중심인, 가설교량.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 중앙부용 단면보강재 및 상기 지점부용 단면보강재는 L형강이고,
    상기 중앙부용 I형강 및 상기 지점부용 I형강에서, 상기 웹의 높이를 H, 상기 상부 플랜지 및 상기 하부 플랜지의 넓이를 W라고 할 때,
    상기 중앙부용 단면보강재는, 일 말단이 상기 중앙부용 I형강의 플랜지에서 0.2W 내지 0.8W 구간에 부착되며, 타 말단이 상기 중앙부용 I형강의 웹에서 0.08H 내지 0.4H 구간에 부착되고,
    상기 지점부용 단면보강재는, 일 말단이 상기 지점부용 I형강의 플랜지에서 0.2W 내지 0.8W 구간에 부착되며, 타 말단이 상기 지점부용 I형강의 웹에서 0.6H 내지 0.92H 구간에 부착되는, 가설교량.
  6. (a) 교각의 상부에 설치되는 적어도 두 개의 지점부용 I형강 및 중앙부용 I형강을 준비하고;
    (b) 상기 지점부용 I형강 및 상기 중앙부용 I형강을 하부에서 상부방향으로 압력을 가해 부모멘트(-)가 발생하도록 프리스트레스를 도입하고;
    (c) 상기 프리스트레스가 도입된 상기 지점부용 I형강 및 상기 중앙부용 I형강에서 상부 플랜지와 하부 플랜지를 연결하는 웹의 하부에 단면보강재를 부착하고; 및
    (d) 상기 지점부용 I형강을 상기 교각의 상부에 설치하고, 상기 지점부용 I형강에 상기 중앙부용 I형강을 조립하여 상기 교각의 상부에 거더를 설치하는 것;
    을 포함하며,
    상기 지점부용 I형강은 상기 단면보강재가 상기 웹의 상부에 위치하며, 상기 중앙부용 I형강은 상기 단면보강재가 상기 웹의 하부에 위치하고,
    상기 거더의 지간장을 L, 상기 중앙부용 단면보강재의 길이를 L1, 상기 지점부용 단면보강재 하나의 길이를 L2라고 할 때, 하기 식 (1) 및 식 (2)가 성립하고,
    L1 = L x (0.2~0.3) - 식 (1)
    L2 = L x (0.1~0.2) - 식 (2)
    상기 중앙부용 단면보강재의 일 말단과 이에 인접한 상기 지점부용 단면보강재의 일 말단 사이의 거리를 V 라고 할 때, 하기 식 (5)가 성립하는, 가설교량.
    V = L x (0.1 ~ 0.3) - 식 (5)
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 중앙부용 단면보강재 및 상기 지점부용 단면보강재는 L형강이고,
    상기 중앙부용 I형강 및 상기 지점부용 I형강에서, 상기 웹의 높이를 H, 상기 상부 플랜지 및 상기 하부 플랜지의 넓이를 W라고 할 때,
    상기 중앙부용 단면보강재는, 일 말단이 상기 중앙부용 I형강의 플랜지에서 0.2W 내지 0.8W 구간에 부착되며, 타 말단이 상기 중앙부용 I형강의 웹에서 0.08H 내지 0.4H 구간에 부착되고,
    상기 지점부용 단면보강재는, 일 말단이 상기 지점부용 I형강의 플랜지에서 0.2W 내지 0.8W 구간에 부착되며, 타 말단이 상기 지점부용 I형강의 웹에서 0.6H 내지 0.92H 구간에 부착되는, 가설교량 시공방법.
  8. 삭제
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KR101436812B1 (ko) * 2014-02-18 2014-09-02 주식회사 하이텍코리아 자전거도로용 교량 및 그 시공방법

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