KR102077385B1 - 프리스트레스트 강합성 거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 I형 으로 된 강재의 하부플랜지의 상측부에 콘크리트 타설이 용이하고 강재와 일체로 합성이 되며 강연선이 강한 긴장력을 발휘하여 거더의 형고를 줄이고 내구성을 높일 수 있도록 한 프리스트레스트 강합성거더에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 상부플랜지와, 상기 상부플랜지의 저면에 연결되는 복부판과, 상기 복부판의 하단에 연결되는 하부플랜지로 이루어진 I형 강재와, 상기 하부플랜지의 상측에 커버부재를 부착하여 형성되는 공간부에 콘크리트가 타설되게 한 통형의 콘크리트 충전부와, 상기 콘크리트 충전부의 내측에 설치되는 스터드 볼트와, 상기 콘크리트 충전부에 타설되어 양생되는 콘크리트부의 내부에 구비되는 쉬즈관에 삽입하여 긴장력을 갖도록 하는 강연선을 포함하는 프리스트레스트 강합성 거더를 특징으로 한다.

Description

프리스트레스트 강합성 거더 {Prestressed Steel-Concrete Composite Girder}

본 발명은 프리스트레스트 강합성거더에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 I형 으로 된 강재의 하부플랜지의 상측부에 콘크리트 타설이 용이하고 강재와 일체로 합성이 되며 강연선이 강한 긴장력을 발휘하여 거더의 형고를 줄이고 내구성을 높일 수 있도록 한 프리스트레스트 강합성거더에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트는 압축 응력에 대한 저항강도는 우수하지만 인장 응력에 대한 저항 강도는 매우 취약한 특성을 가지므로, 콘크리트를 포함하여 거더를 제작하면, 거더에 작용하는 사하중이나 활하중에 따라 발생되는 콘크리트의 인장 응력을 상쇄시키는 것에 대하여 반드시 고려하여야 한다.

이를 위하여, 콘크리트를 포함하는 거더에 고강도의 강연선을 긴장 정착하여 콘크리트에 미리 압축 응력을 도입함으로써, 제작 이후 공용 중에 거더에 작용하는 사하중이나 활하중에 따라 콘크리트에 발생되는 인장 응력을 상쇄시킬 수 있게 된다.

이러한 강연선에 의하여 압축 응력을 도입하는 거더(프리스트레스트 거더)는, 거더를 이루는 재료의 구성에 따라, 강재가 내설되지 않고 콘크리트만으로 구성된 프리스트레스트 콘크리트 거더(Prestressed Concrete Girder)와, I형으로 된 강재의 하부에 콘크리트 단면을 가진 프리스트레스트 강합성 거더(Prestressed Steel Composite Girder)로 구분된다.

프리스트레스트 콘크리트 거더는 철근콘크리트 거더의 내부에 긴장재를 매입하고 긴장재의 양단부를 거더의 양단부 외측으로 돌출시킨 후, 이 긴장재를 유압장치를 이용하여 긴장시킴에 의해 거더의 양 끝에서 대칭축을 따라 편심거리를 가지는 압축력을 작용시킴으로써 철근콘크리트 거더에 일어나는 인장응력을 상쇄시키도록 한 것이며, 긴장방식은 긴장재의 정착 방법에 따라 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식이 있다.

그러나 프리스트레스트 콘크리트 거더를 주형으로 이용하여 시공된 기존 교량의 내하력이 저하되는 경우에는 프리스트레스트 콘크리트 거더의 양단부에 브래키트를 고정하고, 긴장재의 양단부를 상기 브래키트에 정착구를 이용하여 고정한 후, 유압장치를 이용하여 긴장 시킴으로써 거더강하는 거더수 거더강공법이 이용되고 있으나, 이러한 공법은 예를 들어 이미 설치된 기존 교량의 내하력이 떨어지는 단계에서 거더강하는 것으로서 관리에 많은 어려움이 따르는 문제점이 있는 것이었다.

또한 기존의 공법은 부분 프리스트레싱으로 인하여 하부 플랜지에 콘크리트의 인장 균열이 발생하므로 하면에 부식이 발생하고, 지간 길이가 짧은 문제점이 있었다.

프리스트레스트 강합성 거더는 I형으로 된 강재와, 강재의 하부플랜지를 감싸도록 타설되어 양생된 콘크리트와, 콘크리트의 양단부에서 콘크리트에 압축 응력을 가하도록 형성된 강연선과, PC 강연선의 양단을 고정하는 정착구를 포함하여 구성된다.

상기의 프리스트레스트 강합성 거더는 강재에는 굽힘 변형을 가하지 않고 콘크리트 내에 설치된 강연선의 긴장에 의해서만 콘크리트에 압축 응력을 도입하도록 구성된다.

이러한 프리스트레스트 강합성 거더는 긴장력을 도입하는 경우에 콘크리트의 자중에 대한 부담을 줄여 주어 긴장효율을 높이고, 동시에 동일한 지간에 대하여 거더의 높이를 줄여줄 수 있게 된다.

그러나 종래의 프리스트레스트 강합성 거더는 하부플랜지에 타설되는 콘크리트는 내부 인장을 보강하기 위하여 많은 철근을 배근해야 되고 콘크리트 내부에 일직선으로 구비되는 쉬즈관에 강연선이 삽입되는 구성이므로 작업이 복잡하고 강연선으로 긴장력을 증대시켜 긴장작업을 하기 위한 비용 및 시간이 증가하고 거더의 형고가 높아지며 내구성도 떨어지는 문제점이 있었다.

KR 제10-0948896호 KR 제10-1151773호 KR 제10-1275000호 KR 제10-1664165호 KR 제10-1581752호

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, I형으로 된 강재의 하부플랜지 상측부에 커버부재를 부착하여서 된 콘크리트 충전부에 의해 콘크리트 타설이 용이하면서 콘크리트와 강재가 일체로 합성되도록 하며, 콘크리트 내부의 쉬즈관은 강연선이 강한 긴장력을 발휘할 수 있고 거더의 형고를 낮추고 내구성을 높일 수 있는 프리스트레스트 강합성 거더를 제공함에 있다.

본 발명은 중앙부에 비해 양측 지점부에서 확대되는 변단면을 가지는 프리스트레스트 강합성 거더에 있어서,
상부플랜지와, 상기 상부플랜지의 저면에 연결되는 복부판과, 상기 복부판의 하단에 연결되는 하부플랜지로 이루어진 I형 강재와, 상기 하부플랜지의 상측에 커버부재를 부착하여 형성되는 공간부에 콘크리트가 타설되게 한 통형의 콘크리트 충전부와, 상기 콘크리트 충전부의 내측에 설치되는 스터드 볼트와, 상기 콘크리트 충전부에 타설되어 양생되는 콘크리트부의 내부에 구비되는 쉬즈관에 삽입하여 긴장력을 갖도록 하는 강연선을 포함하는 프리스트레스트 강합성 거더를 특징으로 한다.

상기 커버부재는 상면판과, 상면판의 일측단이 절곡되어 형성되는 측면판으로 이루어지고 서로 대향된 한 쌍의 커버부재로 구비되어 강재의 복부판 양측면에는 각각의 상면판이 서로 대향되게 부착되고 강재의 하부플랜지 상면에는 각각의 측면판이 부착된 구성으로 됨을 특징으로 한다.

상기 콘크리트 충전부는 강재의 복부판을 기준으로 그 양측에 분할되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 커버부재는 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향된 곡면부가 형성되어 있는 상면판으로 구비됨을 특징으로 한다.

상기 쉬즈관은 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향된 곡면형성부가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 프리스트레스트 강합성 거더는 I형 강재의 하부플랜지 상측부에 커버부재를 부착하여 형성된 통형의 콘크리트 충전부에 의해 강재와 콘크리트부가 일체로 합성되고 콘크리트부의 외측을 커버부재로 감싼 구성이므로 내구성을 크게 높이고, 강재의 하부플랜지 상측에 콘크리트부가 형성되므로 거더의 형고를 줄이면서 재료를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 콘크리트부의 내부에 구비되는 쉬즈관은 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향된 곡면형성부에 의해 거더 양단의 정착구에서 강연선에 가해지는 강한 긴장력을 발휘하여 정착할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 프리스트레스트 강합성 거더의 구성을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 프리스트레스트 강합성 거더에서 상기 도 1의 A-A'선을 나타낸 측단면도.
도 3은 본 발명에 의한 프리스트레스트 강합성 거더에서 상기 도 1의 B-B'선을 나타낸 측단면도.
도 4는 종래의 프리스트레스트 강합성 거더의 구성을 나타낸 측단면 예시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 프리스트레스트 강합성 거더를 구성하기 위해 상부플랜지(110)와, 상기 상부플랜지(110)의 저면에 연결되는 복부판(120)과, 상기 복부판(120)의 하단에 연결되는 하부플랜지(130)로 이루어진 I형 강재(100)가 구비된다.

상기 상부플랜지(110)의 상면은 복수개의 스터드 볼트(112)가 설치되어 상부플랜지(110)에 타설되는 슬라브 콘크리트와 결합되도록 한 구성으로 상부플랜지(110)와 슬라브 콘크리트층이 일체로 결합될 수 있도록 한다.

그리고, 상기 하부플랜지(130)의 상측에 커버부재(200)를 부착하여 형성되는 공간부에 콘크리트가 타설되는 통형의 콘크리트 충전부(300)가 마련되며, 이러한 콘크리트 충전부(300)의 공간부는 사각형 또는 다각형 등으로 다양하게 구비될 수 있으나 작업성이나 내구성의 증진이 용이한 사각형으로 구비함이 바람직하다.

상기 콘크리트 충전부(300)의 내측에 스터드 볼트(310)를 설치하되 콘크리트 충전부(300)의 내측에 위치하는 강재(100)의 하부플랜지(130) 상면과 커버부재(200)의 상면판(210) 및 측면판(220)의 내측면에 각각 스터드 볼트(310)가 설치되어 콘크리트 충전부(300)에 콘크리트가 타설되어 형성되는 콘크리트부(400)가 커버부재(200)의 내측에서 강재(100)가 일체로 결합된 상태에서 합성되도록 한다.

상기 콘크리트 충전부(300)에 타설되어 양생되는 콘크리트부(400)의 내부에 쉬즈관(500)을 구비하여 강연선(600)을 삽입한 다음 강연선(600)은 거더 양측단의 정착구(700)에 의해 가해지는 긴장력을 갖도록 정착하게 된다.

상기 통형의 콘크리트 충전부(300)를 형성하는 커버부재(200)는 상면판(210)과, 상면판(210)의 일측단이 절곡되어 형성되는 측면판(220)으로 이루어지고 서로 대향된 한 쌍의 커버부재(200)로 되어 있다.

상기와 같은 한 쌍의 커버부재(200)를 이용하여 강재(100)의 복부판(120) 양측면에는 각각의 상면판(210)이 서로 대향되게 부착되고 강재(100)의 하부플랜지(130) 상면에는 각각의 측면판(220)이 부착된 구성으로 되어 있다.

즉, 한 쌍의 커버부재(200)에 의해 강재(100)의 복부판(120)을 기준으로 그 양측에 커버부재(200)가 각각 부착되는 구성에 의해 콘크리트 충전부(300)가 분할 형성되고, 이러한 분할된 콘크리트 충전부(300)에 콘크리트를 각각 타설하여 강재(100)와 콘크리트가 일체로 합성되도록 되어 있다.

또한, 커버부재(200)의 상면판(210)은 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향된 곡면부(212)가 형성되어 콘크리트 충전부(300)에 콘크리트를 타설하기 위한 입구 상측이 확관된 부분을 통해 콘크리트 타설이 용이하도록 함과 아울러 후술하는 곡면형성부(510)를 가진 쉬즈관(500)의 배치가 용이하도록 한다.

상기 콘크리트 충전부(300)에 타설되는 콘크리트부(400)의 내부에 쉬즈관(500)을 구비하여 강연선(600)을 삽입할 수 있도록 하되 쉬즈관(500)은 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향된 곡면형성부(510)가 구비되어 있다.

상기 쉬즈관(500)의 곡면형성부(510)는 상기 커버부재(200)의 상면판(210)에 형성된 곡면부(212)와 대응된 곡면을 이루도록 한 구성으로 쉬즈관(500)의 곡면형성부(510) 상측부에 위치하고 있는 콘크리트부(400)의 두께층은 거더 중간부에 비해 얇아지지 않고 거의 같거나 넓은 두께층으로 압축 응력에 대응하게 된다.

이러한 쉬즈관(500)의 곡면형성부(510)는 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향되어 있어서 쉬즈관(500)에 삽입되어 정착구(700)에 의해 긴장력을 갖도록 하는 강연선(600)의 긴장작업이 용이하면서 강한 긴장력을 발휘할 수 있도록 한다.

이와 같이 된 본 발명에 의한 프리스트레스트 강합성 거더의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1과 같이 중앙부에 비해 양측 지점부에서 확대되는 변단면을 가지는 프리스트레스트 강합성 거더에 있어서, 거더의 길이방향으로 강재(100)의 하부플랜지(130) 상측에 커버부재(200)가 부착되어 형성된 콘크리트 충전부(300)에 콘크리트가 타설되어 콘크리트부(400)를 형성하게 된다.

이때, 커버부재(200)는
상면판(210)과 측면판(220)으로 이루어지고 서로 대향된 한 쌍의 커버부재(200)로 구비되어 강재(100)의 복부판(120) 양측면에 부착되므로, 도 2, 3에서와 같이 복부판(120)을 중심으로 양측으로 분할된 폐쇄형 공간부가 형성되는 구조를 가지게 되며, 상기 콘크리트 충전부(300) 역시 강재(100)의 복부판(120)을 기준으로 양측에 분할된 폐쇄형 구조를 형성하게 되고,
거더의 최종적 설치형태는 도 1에 보이는 바와 같이, 상기 커버부재(200)가 복부판(120)을 중심으로 하부플랜지(130)의 길이방향을 따라 연속적으로 양측에 폐쇄형 공간부가 형성된 구조를 가지게 된다.

또한 상기 커버부재(200)는 도 1에서와 같이, 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향된 곡면부(212)가 형성되어 있는 상면판(210)으로 구비되어 양측 지점부 입구 상측이 확관되어 있으므로 콘크리트 충전부(300)에 콘크리트를 타설할 때 상기 양측 지점부의 확관된 입구를 통해 복부판(120)을 중심으로 양측의 폐쇄형 공간부에 콘크리트를 각각 분할하여 타설하게 되며, 도 2, 3에서와 같이 분할된 폐쇄형 구조의 콘크리트 충전부(300) 각각에 상하 좌우 4방향으로 스터드 볼트(310)가 설치되므로 강재(100)와 콘크리트부(400)가 일체로 합성되고, 콘크리트부(400)의 외측을 커버부재(200)로 감싼 구성이므로 내구성을 크게 높이고, 강재(100)의 하부플랜지(130) 상측에 콘크리트부(400)가 형성되므로 거더의 형고를 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 커버부재(200)의 상면판(210)은 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향된 곡면부(212)가 형성되어 콘크리트 충전부(300)에 콘크리트를 타설하기 위한 입구 상측이 확관된 부분을 통해 콘크리트 타설이 용이하도록 함과 아울러 후술하는 곡면형성부(510)를 가진 쉬즈관(500)의 배치가 용이하도록 한다.

상기 콘크리트 충전부(300)에 타설되는 콘크리트부(400)의 내부에 쉬즈관(500)을 구비하여 강연선(600)을 삽입할 수 있도록 하되 쉬즈관(500)은 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향된 곡면형성부(510)가 구비되어 있다.

즉, 쉬즈관(500)의 곡면형성부(510)는 상기 커버부재(200)의 상면판(210)에 형성된 곡면부(212)와 대응된 곡면을 이루도록 한 구성으로 쉬즈관(500)의 곡면형성부(510) 상측부에 위치하고 있는 콘크리트부(400)의 두께층은 거더 중간부에 비해 얇아지지 않고 거의 같거나 넓은 두께층으로 압축 응력에 긴밀히 대응할 수 있도록 한다.

또한, 콘크리트부(400)에 구비된 쉬즈관(500)의 변단면 방향으로 상향된 곡면형성부(510)에 의해 쉬즈관(500)에 삽입되는 강연선(600)은 거더 양단의 정착구(700)에서 강연선(600)에 가해지는 강한 긴장력을 발휘하여 정착할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명의 프리스트레스트 강합성 거더는 I형 강재(100)의 하부플랜지(130) 상측부에 커버부재(200)를 부착하여 형성되는 통형의 콘크리트 충전부(300)에 의해 강재(100)와 콘크리트부(400)가 일체로 결합된 상태로 합성되므로 종래와 같이 많은 철근 사용을 필요치 않게 되어 작업이 편리하고 재료절감이 이루어지며, 콘크리트부(400)의 외측을 커버부재(200)로 감싸고 있기 때문에 내구성을 크게 높여주게 될 뿐만 아니라 I형 강재(100)의 하부플랜지(130) 상측부에 콘크리트부(400)를 형성하게 되어 거더의 형고를 줄일 수 있게 된다.

또, 본 발명의 콘크리트부(400) 내부에 구비되는 쉬즈관(500)은 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향된 곡면형성부(510)를 갖고 있으므로 쉬즈관(500)에 삽입되는 강연선(600)이 거더 양단의 정착구에서 강한 긴장력을 발휘하여 정착할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

100 : 강재 110 : 상부플랜지
112 : 스터드 볼트 120 : 복부판
130 : 하부플랜지 200 : 커버부재
210 : 상면판 212 : 곡면부
220 : 측면판 300 : 콘크리트 충전부
310 : 스터드 볼트 400 : 콘크리트부
500 : 쉬즈관 510 : 곡면형성부
600 : 강연선 700 : 정착구

Claims (5)

1. 중앙부에 비해 양측 지점부에서 확대되는 변단면을 가지는 프리스트레스트 강합성 거더에 있어서,
   중앙부에 위치하는 프리스트레스트 강합성 거더는,
   상부플랜지(110)와, 상기 상부플랜지(110)의 저면에 연결되는 복부판(120)과, 상기 복부판(120)의 하단에 연결되는 하부플랜지(130)로 이루어진 I형 강재(100)로 구성되고,
   상기 상부플랜지(110)의 상면에는 복수개의 스터드 볼트(112)가 설치되어 상부플랜지(110)에 타설되는 슬라브 콘크리트층과 상부플랜지(110)가 일체로 결합될 수 있도록 하고,
   상기 하부플랜지(130)의 상측에 커버부재(200)를 부착하여 형성되는 공간부에 콘크리트가 타설되게 한 통형의 콘크리트 충전부(300)와,
   상기 콘크리트 충전부(300)의 내측에 설치되는 스터드 볼트(310)와,
   상기 콘크리트 충전부(300)에 타설되어 양생되는 콘크리트부(400)의 내부에 구비되는 쉬즈관(500)에 삽입하여 긴장력을 갖도록 하는 강연선(600)을 포함하여 이루어지며,
   상기 커버부재(200)는 상면판(210)과, 상면판(210)의 일측단이 절곡되어 형성되는 측면판(220)으로 이루어지고 서로 대향된 한 쌍의 커버부재(200)로 구비되어 강재(100)의 복부판(120) 양측면에는 각각의 상면판(210)이 서로 대향되게 부착되고 강재(100)의 하부플랜지(130) 상면에는 각각의 측면판(220)이 부착되어 이루어져 복부판(120)을 중심으로 하부플랜지(130)의 길이방향을 따라 연속적으로 양측에 폐쇄형 공간부가 형성되고,
   상기 콘크리트 충전부(300)는 강재(100)의 복부판(120)을 기준으로 그 양측에 분할된 폐쇄형 구조를 형성하되, 분할된 폐쇄형 구조의 콘크리트 충전부(300) 각각에 상하 좌우 4방향으로 스터드 볼트(310)가 설치되는 한편,
   양측 지점부에서 확대되는 변단면을 가지는 프리스트레스트 강합성 거더에서,
   상기 커버부재(200)는 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향된 곡면부(212)가 형성되어 있는 상면판(210)으로 구비되어 양측 지점부 입구 상측이 확관되도록 하여, 콘크리트 충전부(300)에 콘크리트를 타설할 때 상기 양측 지점부의 확관된 입구를 통해 복부판(120)을 중심으로 양측의 폐쇄형 공간부에 콘크리트를 각각 분할하여 타설되도록 하고,
   상기 쉬즈관(500)은 거더 길이방향의 양측 지점부에 위치하는 확대 변단면 방향으로 상향된 곡면형성부(510)가 구비되되, 상기 상면판(210)의 곡면부(212)와 대응된 곡면을 이루도록 하여 상기 곡면형성부(510) 상측부에 위치하는 콘크리트부(400)의 두께층이 거더 중앙부측과 같은 두께층으로 형성될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성 거더.
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