KR102061515B1 - 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더 및 그 합성거더를 이용한 가설구조물과 교량 - Google Patents

휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더 및 그 합성거더를 이용한 가설구조물과 교량 Download PDF

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KR102061515B1
KR102061515B1 KR1020190055989A KR20190055989A KR102061515B1 KR 102061515 B1 KR102061515 B1 KR 102061515B1 KR 1020190055989 A KR1020190055989 A KR 1020190055989A KR 20190055989 A KR20190055989 A KR 20190055989A KR 102061515 B1 KR102061515 B1 KR 102061515B1
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KR1020190055989A
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박상현
박민경
박민수
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박민경
박민수
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Abstract

본 발명은
Figure 112019048884916-pat00188
형상 기본거더 상면에 소형부재를 구성하여 단면휨강성과 단면계수를 함께 증가시킨 효과가 발휘되는 키가 큰 합성거더와 비대칭 복공판을 사용하여 적절한 하중분산을 통해 공사비 절감을 도모하는 가설구조물 의 최적 시공방법에 관한 것으로,
Figure 112019048884916-pat00189
형상 기본거더 상부 플랜지면에 소형부재를 구성함에 있어, 기본거더의 형고를
Figure 112019048884916-pat00190
, 소형부재의 형고를
Figure 112019048884916-pat00191
, 매개변수 상수를
Figure 112019048884916-pat00192
라고 할 때, 소형부재와 기본거더간 합성되는 중립축
Figure 112019048884916-pat00193
위치는 기본 거더의 하면을 기준으로
Figure 112019048884916-pat00194
에 위치하여야 하고, 매개변수 상수
Figure 112019048884916-pat00195
는
Figure 112019048884916-pat00196
의 범위에 포함되는 값일 때 본 발명의 목적을 달성할 수 있고, 보다 구체적으로는 기본거더의 폭이 200mm 이하인 경우에는
Figure 112019048884916-pat00197
, 기본거더의 폭이 (200mm초과~) 300mm 이하인 경우에는
Figure 112019048884916-pat00198
일 때, 단면휨강성 및 단면계수가 최적인 중립축
Figure 112019048884916-pat00199
위치가 결정되는 소형부재를
Figure 112019048884916-pat00200
형상 기본거더 상부플랜지 상면에 형성하는 키가 큰 합성거더와 비대칭 복공판을 사용한 합성거더 구조물에 관한 발명이다

Description

휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더 및 그 합성거더를 이용한 가설구조물과 교량{Synthetic girders with increased flexural stiffness and section modulus, temporary structures and bridges using composite girders}
본 발명은 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 플레이트거더, 가설구조물, 교량 등에 있어서
Figure 112019048884916-pat00001
형상 기본거더의 상부플랜지 상면에 소형부재를 합성하여 휨강성과 단면계수를 함께 증가시킨 합성거더 및 그 합성거더를 이용한 가설구조물과 교량에 관한 것이다.
통상적으로 플레이트거더, 가설교량 및 가설구조물에
Figure 112019048884916-pat00002
형상의 강재 거더가 사용되고 있다.
상기
Figure 112019048884916-pat00003
형상 거더에 휨강성(또는 단면2차모멘트)을 증대시키는 방법은 도면 1에 도시된 것과 같이 기본거더의 상부플랜지에 소형부재를 부착하여 단면 휨강성을 증대시키는 선행기술(특허 제10-0679664호)이 있다.
상기 선행기술은 기본거더의 상부플랜지 상부면에 소형부재를 설치하여 휨강성을 증대시킬 수 있으나 응력이 커지는 등의 문제점이 발생하게 된다.
한편 거더 구조물은 하중에 의한 거동에 있어서 일반적으로 두가지 기준을 충족시켜야 한다.
첫째는 거더에 발생하는 응력이 허용응력을 초과하지 않아야 되고, 둘째는 하중으로 인해 거더에 발생하는 처짐이 허용치 이내여야 한다는 것이다.
상기 선행기술은 휨강성을 증대시키기 위하여 기본거더에 소형부재를 설치하는 합성거더이고, 상기 합성거더에는 중립축의 위치가 변동되는 변수가 발생하게 됨에 따라 휨강성은 증가되었다 할지라도 오히려 휨강성을 중립축 위치로 나눈 단면계수는 결합되기 전의 값(VALUE)보다 작은 값이 발생하게 된다.
즉 선행기술처럼 휨강성에만 주안점을 둔 구성을 하게 되면 소형부재를 결합한 합성거더에 발생하는 응력이 오히려 결합하지 않는 것보다 커서 결합한 의미와 효과가 없게 되는 중요한 문제점이 나타나게 되는 것이다.
이 부분을 다음의 예로서 역학적인 관점에서 명확하게 선행기술의 문제점을 살펴보기로 한다.
지간장
Figure 112019048884916-pat00004
인 단경간 교량에서 하중
Figure 112019048884916-pat00005
가 작용할 경우 사용된 거더 단면은
Figure 112019048884916-pat00006
형상 거더와 그에 소형
Figure 112019048884916-pat00007
형 부재가 결합된 합성거더 두 경우에 대해서 각 응력과 처짐을 비교해보기로 한다.
여기서, 발생모멘트는
Figure 112019048884916-pat00008
, 처짐
Figure 112019048884916-pat00009
, 응력
Figure 112019048884916-pat00010
로 산출된다.
이때,
Figure 112019048884916-pat00011
는 휨강성을 의미하며,
Figure 112019048884916-pat00012
는 단면계수를 의미한다.
두 경우에 대한 응력과 처짐을 산출하기 위해서는 먼저
Figure 112019048884916-pat00013
를 산출해야 한다.
도 3에서,
0-0은 합성거더의 물성치 산정을 위한 좌표의 원점이며,
1-1은 기본거더의 중립축,
Figure 112019048884916-pat00014
은 기본거더의 휨강성,
2-2는 소형부재의 중립축,
Figure 112019048884916-pat00015
는 소형부재의 휨강성,
3-3은 합성거더의 중립축,
Figure 112019048884916-pat00016
은 합성거더의 휨강성,
Figure 112019048884916-pat00017
는 합성거더 중립축에서 소형부재 상판까지의 거리,
Figure 112019048884916-pat00018
(
Figure 112019048884916-pat00019
)는 좌표축 원점에서 각 부재의 중립축까지의 편기거리라 하고,
Figure 112019048884916-pat00020
[수학식 1]
에 의해 기본거더의 단면으로 I-700(높이) X 300(폭) X 13(웨브두께) X 24(플랜지두께)를 사용한 경우,
Figure 112019048884916-pat00021
이며, 그 위에 소형부재로서 I-200(높이) X 100(폭) X 5.5(웨브두께) X 8(플랜지두께)이 도 6의 좌측의
Figure 112019048884916-pat00022
형상 혹은 우측의 박스형상으로 설치가 가능하다.
그 이유는 [수학식 1] 의 평행축 정리에서 보듯이 3-3축에 대해서는
Figure 112019048884916-pat00023
형상이나 박스형상이나 동일한 결과를 나타내기 때문이다.
소형부재가 결합된 합성거더 단면 휨강성 산출결과
　 사용된 부재규격 A(cm2) Ii(cm4) ei(cm) AiXei2 AiXei(cm3)
소형부재 I-200X100X5.5X8 27.2 1840 80 174080 2176
강재거더 I-700X300X13X24 235.5 201000 35 288487.5 8242.5
합 계 262.7 202840 　 462567.5 10418.5
Figure 112019048884916-pat00024
Figure 112019048884916-pat00025
이것은 좌표축 원점으로 정한 0-0 (소형부재 상부플랜지 상면)위치에서 음의 부호이기에 하향 50.3cm 위치에 결합된 합성거더의 중립축이 형성됨을 의미한다.
따라서 합성거더의 중립축에서 좌표축 원점까지의 거리
Figure 112019048884916-pat00026
는 전체 높이 90cm에서 50.3cm를 뺀 39.7cm이다.
[수학식 1] 평행축 정리에 의해서 [표 1]에서 산출된 0-0 축값을 결합된 합성거더 중립축까지의 편기거리
Figure 112019048884916-pat00027
만큼 평행이동해서 구하면 다음과 같다.
Figure 112019048884916-pat00028
[소형부재 결합 유무에 따른 휨강성 및 단면 계수 산출결과 비교]
소형부재 결합 유무에 따른 휨강성 및 단면계수 산출결과 비교표
소형부재유무 사용된부재규격 I3(cm4) Ztop(cm3) Zbott.(cm3)
無 I-700X300 201,000 5,743 5,743
有 I-700X300 + I-200X100 251,369 4,997 6,332
표 2에서 나타난 결과를 보면 소형부재가 결합된 합성거더의 단면 휨강성
Figure 112019048884916-pat00029
은 소형부재가 부착된 효과로
Figure 112019048884916-pat00030
증가되었기에 거더의 처짐
Figure 112019048884916-pat00031
은
Figure 112019048884916-pat00032
만큼 감소하는 효과를 발휘하나, 거더의 응력을 좌우하는 단면계수(
Figure 112019048884916-pat00033
)
Figure 112019048884916-pat00034
을 살펴보면
Figure 112019048884916-pat00035
로 소형부재와 결합되지 않는 경우인
Figure 112019048884916-pat00036
보다
Figure 112019048884916-pat00037
감소한 크기를 나타내기에 구조물 응력은 더 불리한 결과를 나타내게 된다.
그러므로 실제 구조물에 발생하는 응력은
Figure 112019048884916-pat00038
불리한 값이기에 선행기술이 대중적으로 사용되지 못한 중대한 구조적인 문제점을 가지고 있는 것이다.
선행기술의 역학적 특성을 살펴보면, 소형부재 설치를 통해서 일반기술인 기본거더사용에 비해서 단면 휨강성 값(value)은 증가되었으나, 그로 인해 소형부재 높이와 강재거더가 합성되어 도심축 위치가 더해져서 오히려, 재래식 기술의 상연(top fiver)보다 중립축까지의 거리가 커져서 그로 인해 단면계수가 재래식 보다 감소하는 현상을 해결하지 못한 것이다.
상기 결과에서 알 수 있듯이 선행기술은 간단한 소형부재 설치만으로 휨강성을 증대시키는 효과를 발휘하고 있으나, 단면계수에서는 오히려 작은 값을 나타내는 치명적인 문제점을 가지고 있어 지금까지 그 기술이 대중화되어 사용되지 못했다.
대한민국 등록특허 제10-0679664호
본 발명은 상기한 종래기술에 대한 문제점을 해결하고자 안출된 기술로써, 합성거더의 휨강성을 증대시키면서 그 합성거더에 발생되는 응력이 허용응력을 초과하지 않는 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더 및 그 합성거더를 이용한 가설구조물과 교량의 제공을 목적으로 하는 것이고,
또한 합성거더의 소형부재에 관통공을 형성하여 합성거더와 슬래브 등이 타설되는 철근콘크리트에 의해 일체로 결합되는 교량의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 실현하고자,
Figure 112019088039192-pat00039
형상 기본거더 상면에 소형부재를 설치하는 합성거더에 있어서, 기본거더의 형고를
Figure 112019088039192-pat00040
, 소형부재의 형고를
Figure 112019088039192-pat00041
, 매개변수 상수를
Figure 112019088039192-pat00042
라고 하고, 상기 합성거더의 중립축에서 소형부재의 상면까지 거리
Figure 112019088039192-pat00043
는 기본거더의 하면을 기준으로
Figure 112019088039192-pat00044
이고, 이때, 매개변수 상수
Figure 112019088039192-pat00045
는
Figure 112019088039192-pat00046
의 범위에 포함되는 값을 가지며, 구체적으로는, 매개변수 상수
Figure 112019088039192-pat00047
는 기본거더의 폭이
Figure 112019088039192-pat00048
이하인 경우에
Figure 112019088039192-pat00049
, 기본거더의 폭이
Figure 112019088039192-pat00050
초과 ~
Figure 112019088039192-pat00051
이하인 경우에는
Figure 112019088039192-pat00052
인 것을 특징으로 하는 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더를 제시한다.
또한 본 발명은 상기 기본거더의 하면에 플레이트로 보강하는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명은 상기 소형부재에는 하나 이상의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더를 제시한다.
또한 본 발명은 상기 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더를 지지하도록 지반에 설치되는 지지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가설구조물을 제시한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 가설구조물의 지지부는 말뚝 또는 벤트인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더를 지반에 설치되는 지지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 교량을 제시한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 교량의 지지부는 교대 또는 교각인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 휨강성과 단면계수를 함께 향상시킬 수 있는 요인을 찾아내어, 소형부재 설치를 통해 합성거더의 상부와 중립축의 거리가 함께 커져 단면계수 감소로 인한 응력이 커지는 현상을 방지할 수 있는 효과를 가지며, 이로 인해
Figure 112019048884916-pat00053
형상 기본거더에 설치되는 소형부재의 적합한 제원을 결정하는 방법을 제공하여 합성거더의 휨강성은 물론 단면계수를 증가시켜 합성거더를 장지간화하고, 기본으로 사용되는
Figure 112019048884916-pat00054
형상 기본거더의 제원을 줄여서 공사비를 줄이는 효과를 가진다.
본 발명은 합성부재의 소형부재에 형성된 관통공에 의해 합성거더와 슬래브 등이 타설되는 철근콘크리트에 의해 일체로 결합되어 상기 합성거더를 포함하는 가설구조물이나 교량을 견고하게 시공할 수 있는 효과를 가진다.
도 1 기본거더의 상부에 소형부재가 결합된 합성거더의 예
도 2
Figure 112019048884916-pat00055
형상 강재거더가 지간
Figure 112019048884916-pat00056
인 단경간 교량일 경우 하중
Figure 112019048884916-pat00057
가 작용할 때의 변형도
도 3 소형부재가 결합된 합성강재거더의 단면도
도 4 기본거더의 폭이
Figure 112019048884916-pat00058
이하인 경우 합성거더의 중립축 위치에 따른 단면계수 차이 변화 그래프
도 5 기본거더의 폭이
Figure 112019048884916-pat00059
이하인 경우 합성거더의 중립축 위치에 따른 단면계수 차이 변화 그래프
도 6 본 발명의 합성거더에 보강재가 설치된 단면도
도 7 본 발명의 합성거더의 소형부재에 관통공이 설치된 평면도
본 발명에서는 이러한 문제점을 개선하여, 합성거더의 휨강성과 단면계수를 모두 증대시켜 내구성을 향상시켜 장지간 강재거더를 도모하거나, 동일한 시공조건이라면 타 기술에 비해서 작은 강재량을 사용한 거더와 소형부재간 결합으로 동등이상의 성능을 발휘하는 거더성능을 도모하므로서 타 기술에 비해 공사비 절감을 도모하고자 하는 획기적인 기술을 실현하고자 한다.
[합성거더의 휨강성이 기본거더 휨강성보다 커야 한다는 명제에 의한 수식 유도]
기본 거더의 휨강성은
Figure 112019048884916-pat00060
라고 표현되며, 소형부재 휨강성은 그 형상이
Figure 112019048884916-pat00061
형상이든 □ 형상이든 중립축에 관한 휨강성 산정은 동일하기에
Figure 112019048884916-pat00062
로 표기되며, 이렇게 결합된 합성거더의 휨강성은
Figure 112019048884916-pat00063
으로 표기하여 두 값의 차이가
Figure 112019048884916-pat00064
이상이며 소형부재로 인해 휨강성이 증가된 것임이 명확한 것이므로 그에 관한 식을 다음과 같이 유도한다.
이때, 두 휨강성 차이를
Figure 112019048884916-pat00065
로 표기한다.
Figure 112019048884916-pat00066
[수학식 2]
Figure 112019048884916-pat00067
[수학식 3]
상기 [수학식 3]을
Figure 112019048884916-pat00068
에 관해 이항하면,
Figure 112019048884916-pat00069
[수학식 4]
[수학식 4]와 같이 정의할 수 있으며, 이때,
Figure 112019048884916-pat00070
가
Figure 112019048884916-pat00071
보다 크기 위해서는
Figure 112019048884916-pat00072
의 최대값은 [수학식 4]의 부등호가 성립해야 함을 알 수 있다.
[합성거더의 단면계수가 기본거더보다 증가해야 하는 조건식유도]
합성거더의 단면계수가 기본거더보다 커야 내구성향상이 이뤄지는 것이므로 단면계수 차이를
Figure 112019048884916-pat00073
라 표현하고 합성거더의 단면계수를
Figure 112019048884916-pat00074
, 기본거더의 그것을
Figure 112019048884916-pat00075
라고 정의하면
Figure 112019048884916-pat00076
는 다음과 같다.
Figure 112019048884916-pat00077
[수학식 5]
Figure 112019048884916-pat00078
는 [수학식 1]을 합성거더의 상면부터 중립축까지의 거리
Figure 112019048884916-pat00079
로 나눈 값이므로, 아래의 [수학식 6]과 같다.
Figure 112019048884916-pat00080
Figure 112019048884916-pat00081
=
Figure 112019048884916-pat00082
=
Figure 112019048884916-pat00083
[수학식 6]
이에 반해, 소형부재가 설치되지 않는 기본거더의 상면의 단면계수
Figure 112019048884916-pat00084
은 다음과 같다.
Figure 112019048884916-pat00085
[수학식 7]
[수학식 5]를 풀어 정리하면,
Figure 112019048884916-pat00086
[수학식 8]
여기에서 [수학식 8]의 양변에 합성거더의 중립축 거리
Figure 112019048884916-pat00087
를 곱해서 식을 정리하면,
Figure 112019048884916-pat00088
[수학식 9]
[수학식 9]는 소형부재가 결합된 합성거더 중립축 거리인
Figure 112019048884916-pat00089
에 관한 2차 부등식이다.
Figure 112019048884916-pat00090
,
Figure 112019048884916-pat00091
,
Figure 112019048884916-pat00092
로 두고, [수학식 9]를 간단하게 정리하면 즉,
Figure 112019048884916-pat00093
[수학식 10]
[수학식 10]의 해는
Figure 112019048884916-pat00094
에 관한 2차 부등식으로서 그 해는 최소 조건으로 [수학식 11]과 같이 구해진다.
Figure 112019048884916-pat00095
[수학식 11]
[수학식 11]의 최소 해를 알았기에 [수학식 4]의 결과를 [수학식6]에 대입하여 정리하면,
Figure 112019048884916-pat00096
의 최대 해를 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112019048884916-pat00097
[수학식 12]
그러므로, 상기 [수학식 12]에서
Figure 112019048884916-pat00098
의 최소 해는 다음과 같이 정의된다
Figure 112019048884916-pat00099
[수학식 13]
즉, 소형부재를 결합시키는 경우 합성거더로 인해 중립축 위치가 이동될 때 그 위치가 어디에 존재하는가에 따라서 단면계수가 합성하지 않은 기본거더보다도 작아지는 구조역학적 문제점이 발생하므로, 이를 해결하는 것이 매우 어려운 문제였으나, 상기 합성거더의 중립축 거리인 yt의 최소, 최대 해 조건을 구하여, 합성거더를 구성할 때 [수학식 11], [수학식 13]으로 구해지는 범위에 합성거더 중립축이 존재하는 경우는 휨강성은 물론 단면계수도 함께 구조물에 발생하는 응력과 처짐을 함께 저감시킴으로써 본 발명에서 추구하고자 하는 내구성 향상 및 공사비 절감을 도모할 수 있는 것이다.
상기 [수학식 11]과 [수학식 13]이 의미하는 바는 수치적인 절대치가 각각 최소, 최대이며 이것에 대한 물리적인 의미(physical meaning)관점에서 보면 먼저 [수학식 11]은 합성거더의 중립축 위치가 기본거더 높이의 1/2 보다 소형부재쪽으로 상향에 위치해야 한다는 것이기에 물리적인 표현은 [수학식 13]로 표현되며, [수학식 13]은 합성거더의 중립축 위치가 기본거더의 하단을 원점으로 하는 경우 소형부재쪽으로 향해야 하는
Figure 112019048884916-pat00100
의 최대 위치를 표현한 것이다. 그러므로 이러한 물리적 의미로 식을 다시 정리하면 다음과 같다.
Figure 112019048884916-pat00101
[수학식 14]
한편, 최소해인 2차 부등식 조건해는 기본거더 및 소형부재 간 단면적, 형상 등에 관련된 수없이 많은 독립변수이기에 그 해(□, I 등)는 실제 건설과정에서 사용되는
Figure 112019048884916-pat00102
형상의 기본거더를 고정된 변수로 하고 소형부재의 형상 및 치수를 변수로 하여 해(□, I 등)를 구하는 매개변수(parametric reserch) 실험을 통해 최소해 조건을 찾아 기본거더 높이를 기준으로 하는 합성거더 중립축 위치
Figure 112019048884916-pat00103
의 범위를 결정하도록 한다.
[매개변수 연구]
먼저 기본거더인
Figure 112019048884916-pat00104
형상 거더 형고는
Figure 112019048884916-pat00105
폭은
Figure 112019048884916-pat00106
, 소형부재의 형고는
Figure 112019048884916-pat00107
가 실제 사용가능한 범위이므로, 이를 고정변수로 하고 소형부재의 형고에 따른 사용단면적 및 그에 따른 단면특성치를 변수로 하여 각 형고별로 휨강성 차이
Figure 112019048884916-pat00108
, 단면계수 차이
Figure 112019048884916-pat00109
등을 만족하는 경우에 대한 합성거더 중립축 위치인
Figure 112019048884916-pat00110
를 합성거더 전체 형고
Figure 112019048884916-pat00111
에 관한 범위로 결정한다면 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것이다.
따라서, [수학식 14]에서 나타나는
Figure 112019048884916-pat00112
의 최대 범위를 구하기 위해서 기본거더와 소형부재의 단면특성치에 대한 매개변수 실험을 진행한 결과는 표 3 ~ 표 17에 나타난 바와 같다(이하, 표 3 ~ 표 17 제목의 단위는
Figure 112019048884916-pat00113
로 한다).
기본거더 형고 500 폭 200, 소형부재 형고 200인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
10 15 20 25 30 35 40
I1 47,600
I3 59,520 65,693 69,440 74,824 79,723 82,898 87,210
ΔI 11,920 18,093 21,840 27,224 32,123 35,298 39,610
Z1top 1,910
Z3top 1,410 1,610 1,740 1,933 2,126 2,253 2,429
ΔZ -500 -300 -170 23 216 343 519
yt 42.20 40.80 39.90 38.70 37.50 36.80 35.90
yt/H 0.603 0.583 0.570 0.553 0.536 0.526 0.513
기본거더 형고 500 폭 200, 소형부재 형고 250인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
10 15 20 25 30 35 40
I1 47,600
I3 62,027 68,295 73,800 78,982 84,230 89,767 93,411
ΔI 14,427 20,695 26,200 31,382 36,630 42,167 45,811
Z1top 1,910
Z3top 1,323 1,498 1,662 1,824 1,996 2,184 2,318
ΔZ -587 -412 -248 -86 86 274 408
yt 46.90 45.60 44.40 43.30 42.20 41.10 40.30
yt/H 0.625 0.608 0.592 0.577 0.563 0.548 0.537
기본거더 형고 600 폭 200, 소형부재 형고 200인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
10 15 20 25 30 35 40
I1 77,600
I3 92,944 99,900 106,933 115,346 118,990 124,453 129,126
ΔI 15,344 22,300 29,333 37,746 41,390 46,853 51,526
Z1top 2,590
Z3top 1,928 2,126 2,335 2,598 2,723 2,915 3,089
ΔZ -662 -464 -255 8 133 325 499
yt 48.20 47.00 45.80 44.40 43.70 42.70 41.80
yt/H 0.603 0.588 0.573 0.555 0.546 0.534 0.523
기본거더 형고 500 폭 200, 소형부재 형고 300인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
10 15 20 25 30 35 40
I1 47,600
I3 63,724 70,747 78,092 84,220 90,556 95,923 101,201
ΔI 16,124 23,147 30,492 36,620 42,956 48,323 53,601
Z1top 1,910
Z3top 1,230 1,404 1,594 1,762 1,939 2,104 2,269
ΔZ -680 -506 -316 -148 29 194 359
yt 51.80 50.40 49.00 47.80 46.70 45.60 44.60
yt/H 0.648 0.630 0.613 0.598 0.584 0.570 0.558
기본거더 형고 600 폭 200, 소형부재 형고 250인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
10 15 20 25 30 35 40
I1 77,600
I3 95,215 103,318 110,975 117,785 124,665 130,838 136,938
ΔI 17,615 25,718 33,375 40,185 47,065 53,238 59,338
Z1top 2,590
Z3top 1,797 1,998 2,198 2,389 2,594 2,772 2,964
ΔZ -793 -592 -392 -201 4 182 374
yt 53.00 51.70 50.50 49.30 48.05 47.20 46.20
yt/H 0.624 0.608 0.594 0.580 0.565 0.555 0.544
기본거더 형고 600 폭 200, 소형부재 형고 300인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
10 15 20 25 30 35 40
I1 77,600
I3 97,527 106,705 115,238 123,609 131,087 138,290 144,711
ΔI 19,927 29,105 37,638 46,009 53,487 60,690 67,111
Z1top 2,590
Z3top 1,684 1,889 2,088 2,293 2,483 2,675 2,854
ΔZ -906 -701 -502 -297 -107 85 264
yt 57.90 56.50 55.20 53.90 52.80 51.70 50.70
yt/H 0.643 0.628 0.613 0.599 0.587 0.574 0.563
기본거더 형고 588 폭 300, 소형부재 형고 200인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
10 15 20 25 30 35 40
I1 118,000
I3 133,292 140,881 147,540 154,080 160,482 166,532 172,257
ΔI 15,292 22,881 29,540 36,080 42,482 48,532 54,257
Z1top 4,020
Z3top 2,806 3,030 3,228 3,432 3,639 3,846 4,044
ΔZ -1,214 -990 -792 -588 -381 -174 24
yt 47.50 46.50 45.70 44.90 44.10 43.30 42.60
yt/H 0.603 0.590 0.580 0.570 0.560 0.549 0.541
기본거더 형고 588 폭 300, 소형부재 형고 250인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
15 20 25 30 35 40 45
I1 118,000
I3 144,011 150,687 159,327 166,727 173,695 180,435 187,031
ΔI 26,011 32,687 41,327 48,727 55,695 62,435 69,031
Z1top 4,020
Z3top 2,802 2,978 3,212 3,417 3,619 3,823 4,031
ΔZ -1,218 -1,042 -808 -603 -401 -197 11
yt 51.40 50.60 49.60 48.80 48.00 47.20 46.40
yt/H 0.613 0.604 0.592 0.582 0.573 0.563 0.554
기본거더 형고 588 폭 300, 소형부재 형고 300인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
30 35 40 45 50 55 60
I1 118,000
I3 173,968 183,139 189,295 196,593 203,952 211,010 217,538
ΔI 55,968 65,139 71,295 78,593 85,952 93,010 99,538
Z1top 4,020
Z3top 3,258 3,495 3,654 3,855 4,055 4,263 4,449
ΔZ -762 -525 -366 -165 35 243 429
yt 53.40 52.40 51.80 51.00 50.30 49.50 48.90
yt/H 0.601 0.590 0.583 0.574 0.566 0.557 0.551
기본거더 형고 700 폭 300, 소형부재 형고 200인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
30 35 40 45 50 55 60
I1 201,000
I3 256,539 264,233 272,259 280,977 287,403 294,363 301,256
ΔI 55,539 63,233 71,259 79,977 86,403 93,363 100,256
Z1top 5,743
Z3top 5,040 5,264 5,500 5,758 5,975 6,197 6,423
ΔZ -703 -479 -243 15 232 454 681
yt 50.90 50.20 49.50 48.80 48.10 47.50 46.90
yt/H 0.566 0.558 0.550 0.542 0.534 0.528 0.521
기본거더 형고 700 폭 300, 소형부재 형고 250인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
30 35 40 45 50 55 60
I1 201,000
I3 263,273 272,001 280,989 289,287 297,840 306,075 314,009
ΔI 62,273 71,001 79,989 88,287 96,840 105,075 113,009
Z1top 5,743
Z3top 4,735 4,954 5,194 5,417 5,652 5,886 6,121
ΔZ -1,008 -788 -549 -325 -91 143 378
yt 55.60 54.90 54.10 53.40 52.70 52.00 51.30
yt/H 0.585 0.578 0.569 0.562 0.555 0.547 0.540
기본거더 형고 700 폭 300, 소형부재 형고 300인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
30 35 40 45 50 55 60
I1 201,000
I3 270,401 280,384 290,067 299,244 308,672 318,123 327,233
ΔI 69,401 79,384 89,067 98,244 107,672 117,123 126,233
Z1top 5,743
Z3top 4,484 4,712 4,942 5,159 5,396 5,630 5,864
ΔZ -1,259 -1,031 -801 -583 -346 -112 122
yt 60.30 59.50 58.70 58.00 57.20 56.50 55.80
yt/H 0.603 0.595 0.587 0.580 0.572 0.565 0.558
기본거더 형고 900 폭 300, 소형부재 형고 200인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
30 35 40 45 50 55 60
I1 404,000
I3 487,999 500,545 512,895 525,042 536,663 548,094 559,189
ΔI 83,999 96,545 108,895 121,042 132,663 144,094 155,189
Z1top 8,990
Z3top 7,987 8,301 8,798 9,115 9,415 9,516 9,810
ΔZ -1,003 -689 -192 125 425 526 820
yt 61.10 60.30 58.30 57.60 57.00 57.60 57.00
yt/H 0.555 0.548 0.540 0.540 0.530 0.524 0.518
기본거더 형고 900 폭 300, 소형부재 형고 250인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
30 35 40 45 50 55 60
I1 404,000
I3 496,425 510,094 523,546 536,703 549,858 562,621 574,843
ΔI 92,425 106,094 119,546 132,703 145,858 158,621 170,843
Z1top 8,990
Z3top 7,533 7,836 8,323 8,629 8,926 9,045 9,332
ΔZ -1,457 -1,154 -667 -361 -64 55 342
yt 65.90 65.10 62.90 62.20 61.60 62.20 61.60
yt/H 0.573 0.566 0.560 0.550 0.550 0.541 0.536
기본거더 형고 900 폭 300, 소형부재 형고 300인 경우에 대한 yt 위치에 따른 ΔI , ΔZ 결과
　 소형부재사용단면적(cm2)
35 40 45 50 55 60 65
I1 404,000
I3 520,017 534,811 548,790 563,276 577,511 591,144 604,386
ΔI 116,017 130,811 144,790 159,276 173,511 187,144 200,386
Z1top 8,990
Z3top 7,450 7,740 8,035 8,332 8,645 8,930 9,227
ΔZ -1,540 -1,250 -955 -658 -345 -60 237
yt 69.80 69.10 68.30 67.60 66.80 66.20 65.50
yt/H 0.582 0.576 0.569 0.563 0.557 0.552 0.546
상기 표 3 내지 표 17의 결과를 기본거더 및 소형부재의 크기별로 나누어 정리하여 보면 아래와 같다.
기본거더의 형고가
Figure 112019048884916-pat00114
, 폭이
Figure 112019048884916-pat00115
이고, 소형부재의 형고가 각각
Figure 112019048884916-pat00116
인 경우, 표 3 내지 5의 결과와 같이,
Figure 112019048884916-pat00117
일 때,
Figure 112019048884916-pat00118
의 최소값은 각각
Figure 112019048884916-pat00119
,
Figure 112019048884916-pat00120
,
Figure 112019048884916-pat00121
임을 확인할 수 있다.
기본거더의 형고가
Figure 112019048884916-pat00122
, 폭이
Figure 112019048884916-pat00123
이고, 소형부재의 형고가 각각
Figure 112019048884916-pat00124
인 경우, 표 6 내지 8의 결과와 같이,
Figure 112019048884916-pat00125
일 때,
Figure 112019048884916-pat00126
의 최소값은 각각
Figure 112019048884916-pat00127
,
Figure 112019048884916-pat00128
,
Figure 112019048884916-pat00129
의 결과가 나왔다.
기본거더의 형고가
Figure 112019048884916-pat00130
, 폭이
Figure 112019048884916-pat00131
이고, 소형부재의 형고가 각각
Figure 112019048884916-pat00132
인 경우, 표 9 내지 11의 결과와 같이,
Figure 112019048884916-pat00133
일 때,
Figure 112019048884916-pat00134
의 최소값은 각각
Figure 112019048884916-pat00135
,
Figure 112019048884916-pat00136
,
Figure 112019048884916-pat00137
임을 확인할 수 있다.
기본거더의 형고가
Figure 112019048884916-pat00138
, 폭이
Figure 112019048884916-pat00139
이고, 소형부재의 형고가 각각
Figure 112019048884916-pat00140
인 경우, 표 12 내지 14의 결과와 같이,
Figure 112019048884916-pat00141
일 때,
Figure 112019048884916-pat00142
의 최소값은 각각
Figure 112019048884916-pat00143
,
Figure 112019048884916-pat00144
,
Figure 112019048884916-pat00145
의 결과가 나왔다.
기본거더의 형고가
Figure 112019048884916-pat00146
, 폭이
Figure 112019048884916-pat00147
이고, 소형부재의 형고가 각각
Figure 112019048884916-pat00148
인 경우, 표 15 내지 17의 결과와 같이,
Figure 112019048884916-pat00149
일 때,
Figure 112019048884916-pat00150
의 최소값은 각각
Figure 112019048884916-pat00151
,
Figure 112019048884916-pat00152
,
Figure 112019048884916-pat00153
의 결과가 나왔다.
이러한 결과 중 최소값을 정리하면, 도면 4, 5에 도시된 그래프와 같으며, 상기 모든 경우에 대해서 살펴보면
Figure 112019048884916-pat00154
의 최대범위에 대한 상기 그래프의 최소값을 적용하면 모든 경우에 대해서 만족함을 알 수 있다.
따라서,
Figure 112019048884916-pat00155
형상 기본거더 상부 플랜지면에 소형부재를 구성함에 있어, 기본거더의 형고를
Figure 112019048884916-pat00156
, 소형부재의 형고를
Figure 112019048884916-pat00157
, 합성거더의 형고를
Figure 112019048884916-pat00158
, 합성거더의 중립축에서 소형부재의 상면까지 거리를
Figure 112019048884916-pat00159
라 하고,
Figure 112019048884916-pat00160
의 값을 매개변수 상수
Figure 112019048884916-pat00161
라고 할 때, 소형부재와 기본거더간 합성되는 중립축
Figure 112019048884916-pat00162
위치는 기본 거더의 하면을 기준으로
Figure 112019048884916-pat00163
에 위치하여야 하고, 매개변수 상수
Figure 112019048884916-pat00164
의 값은
Figure 112019048884916-pat00165
의 범위에 포함되는 값일 때, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것이다.
상기 매개변수 상수
Figure 112019048884916-pat00166
의 값을 기본 거더의 폭에 따라 보다 한정하면, 기본거더의 폭이
Figure 112019048884916-pat00167
이하인 경우에는
Figure 112019048884916-pat00168
, 기본거더의 폭이 (
Figure 112019048884916-pat00169
초과~)
Figure 112019048884916-pat00170
이하인 경우에는
Figure 112019048884916-pat00171
일 때, 단면휨강성 및 단면계수가 최적인 중립축
Figure 112019048884916-pat00172
위치가 결정되고, 이로써 본 발명의 목적을 보다 확실하게 달성할 수 있는 것이다.
더불어, 상기와 같은 중립축
Figure 112019048884916-pat00173
위치를 가지는 구조물을 구성함에 있어서, 기본 거더 하부플랜지 하면에 플레이트로 덧판을 보강하거나, 합성거더를 지지하도록 지반에 말뚝 또는 벤트 등의 지지부를 설치하므로써, 부재의 구조적 효율성능을 보다 높일 수 있게 되어 효과적인 합성거더 구조물을 시공할 수 있게 된다.
또한 도 7에 도시된 바와 같이, 합성거더의 소형부재인
Figure 112019048884916-pat00174
형상, □ 형상의 웨브에 일정 간격으로 형성된 관통공은 철근의 관통배치는 물론 타설된 콘크리트를 유동시킬 수 있는 통로로 이용할 수 있다.
상기 소형부재의 웨브에 형성된 관통공은 원형 또는 타원형 등 다양한 형상으로 형성된다.
따라서 교량에서 바닥판 슬래브와 상기 관통공이 형성된 소형부재의 합성거더를 철근콘트리트 타설로 일체화시킴으로써 가설구조물이나 교량을 보다 견고하게 시공할 수 있게 된다.
또한 가설구조물은 상기 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더를 지지하는 지지부를 포함하되, 상기 지지부는 말뚝 또는 벤트인 것을 특징으로 한다.
아울러 교량은 상기 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더를 지지하는 지지부를 포함하되, 상기 지지부는 교대 또는 교각인 것을 특징으로 한다.

Claims (9)

  1. Figure 112019088039192-pat00175
    형상 기본거더 상면에 소형부재를 설치하는 합성거더에 있어서,
    기본거더의 형고를
    Figure 112019088039192-pat00176
    , 소형부재의 형고를
    Figure 112019088039192-pat00177
    , 합성거더의 형고를
    Figure 112019088039192-pat00178
    , 합성거더의 중립축에서 소형부재의 상면까지 거리를
    Figure 112019088039192-pat00179
    , 매개변수 상수
    Figure 112019088039192-pat00180
    라고 할 때,
    상기 상기 합성거더의 중립축에서 소형부재의 상면까지 거리
    Figure 112019088039192-pat00181
    는 기본거더의 하면을 기준으로
    Figure 112019088039192-pat00182
    이고,
    매개변수 상수
    Figure 112019088039192-pat00208
    는
    Figure 112019088039192-pat00209
    의 범위에 포함되는 값인 것을 특징으로 하는 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    매개변수 상수
    Figure 112019088039192-pat00185
    는 기본거더의 폭이 200mm 이하인 경우에
    Figure 112019088039192-pat00186
    ,
    기본거더의 폭이 200mm초과 ~ 300mm 이하인 경우에는
    Figure 112019088039192-pat00187
    인 것을 특징으로 하는 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본거더의 하면에 플레이트로 보강하는 것을 특징으로 하는 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더.
  5. 청구항 1, 3, 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소형부재에는 하나 이상의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더.
  6. 청구항 5의 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더를 지지하도록 지반에 설치되는 지지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가설구조물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가설구조물의 지지부는 말뚝 또는 벤트인 것을 특징으로 하는 가설 구조물.
  8. 청구항 5의 휨강성과 단면계수를 증가시킨 합성거더를 지지하도록 지반에 설치되는 지지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 교량.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 교량의 지지부는 교대 또는 교각인 것을 특징으로 하는 교량.
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KR100679664B1 (ko) * 2006-11-17 2007-02-06 주식회사 스틸코리아 철골뼈대 거더교 설치구조 및 그 시공방법

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