KR102113430B1 - 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 psc 구조물의 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부반력대가 필요없어도 대규모의 PSC 구조물의 제작이 가능하며, 내부격벽수단과 내부반력대를 이용하여 긴장재의 절곡배치와 긴장력을 도입할 수 있고, 솟음이 발생하지 않도록 PSC 구조물을 제작할 수 있도록 한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법은, (a) 거푸집의 안쪽 개구부에 길이방향으로 소정 간격마다 프리캐스트로 제작된 복수개 이상의 내부격벽수단을 설치하는 단계와; (b) 상기 거푸집의 양쪽 단부에 긴장부를 각각 설치하는 단계와; (c) 긴장부와 마주하는 내부격벽수단과의 사이 그리고 상호 이웃한 내부격벽수단과의 사이에 긴장재의 긴장력 도입시 반력으로 저항하는 내부반력대를 배치하는 단계와; (d) 긴장재 거푸집에 삽입시킨 후 긴장력을 도입하여 양단을 각기 긴장부에 정착시켜 놓는 단계와; (e) 거푸집에 콘크리트를 타설한 후 양생 후 거푸집을 탈형하고, 긴장재의 정착을 풀고 긴장부를 제거하여 구조물에 압축력이 도입되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법{Manufacturing method of pretension PSC structure using inner bulkhead and inner reaction bar}

본 발명은 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법에 관한 것으로, 특히 외부반력대가 필요없어도 대규모의 PSC 구조물의 제작이 가능하며, 내부격벽수단과 내부반력대를 이용하여 긴장재의 절곡배치와 긴장력을 도입할 수 있고, 솟음이 발생하지 않도록 PSC 구조물을 제작할 수 있도록 한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법에 관한 것이다.

거더 혹은 보로 통칭되는 구조물은 주 거동이 휘어지는 성질의 것으로써 이에 대한 저항 메커니즘으로 설계가 수행된다. 이른바 휨모멘트(Bending Moment)에 대하여 구조물의 특정한 횡단면은 내부 응력이 발생하지 않는 중립축(Neutral Axis)을 기준으로 압축부와 인장부로 구분되며 그 제작은 압축변형(혹은 압축력)과 인장변형(혹은 인장력)에 저항하는 재료를 선정하여 제작한다.

전형적인 구조물은 콘크리트와 철근의 조합인 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC)구조로 불린다. 콘크리트는 인장저항보다 압축저항과 내부재료의 보호역할에 우수하여 압축의 저항재료로 주로 사용되고, 철근은 인장과 압축저항 모두에 적용 가능하지만, 재료비가 상대적으로 고가이므로 인장부에 주로 배치되어 구조물은 구성된다. 그러나, 단순 재료의 조합으로 구성된 완성구조물은 그 재료가 지니고 있는 성능한계 혹은 성능허용의 한계까지 저항하도록 설계하므로 중, 대형 구조물에 적용하기에는 어렵거나 단면이 비대해진다.

이를 해결하기 위해 탄성복원력이 매우 우수한 인장재료가 사용되는 구조물이 프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete, PSC) 구조물이다. 즉, 인장변형이 발생되는 영역에 바(Bar)혹은 연선(Cable) 등의 강재를 배치하여 사전에 이를 늘린 후 구조물을 제작하고, 길이가 늘어난 강재를 절단 혹은 긴장에 사용된 힘을 풀어주어 강재의 탄성복원력으로 구조물에 압축력을 도입하면 인장영역에서 재료의 허용된 인장변형 혹은 한계변형이 발생되기 전까지 구조물의 변형 혹은 저항력을 보유하게 되어 RC구조물 보다 상대적으로 작은 형상으로 넓은 공간을 확보할 수 있는 구조물을 제작할 수 있도록 한 것이 PSC구조물이다.

PSC 구조물은 세부적으로 긴장하는 방법에 따라 2가지로 분류된다. 압축재료인 콘크리트가 굳은 다음 매립된 관(쉬스관)에 긴장재 등을 삽입하여 콘크리트 구조물을 반력대로 긴장력을 도입하는 포스트텐셔닝(Post-Tensioning)방법과, 도 14와 같이 별개의 긴장력 도입을 위한 외부반력대를 구성하여 긴장재를 배치하고 긴장재를 늘린(신장, elongation) 다음 콘크리트를 타설하여 구조물을 형성시키며 콘크리트가 경화된 다음에 늘어난 긴장재를 절단하여 구조물에 긴장재의 탄성복원력을 도입하는 프리텐셔닝(Pre-Tensioning)방법이 있다.

포스트텐션 방식은 관이 매립되어 조성된 콘크리트 구조물에 긴장재를 삽입하여 긴장력을 도입하므로 긴장재 삽입을 위한 별도의 매립된 관, 즉 쉬스관이라는 자재가 필요하고, 긴장력이 도입된 긴장재의 늘어난 길이 즉 신장된 량을 유지하기 위해 정착장치가 필요하다. 프리텐션방식은 긴장재의 긴장력 도입을 위해 구조물과는 별도의 외부반력대가 필요하다. 상기 반력대는 반복 사용이 가능한 구조물로 제작이 가능하다.

PSC구조물에서 사용되는 포스트텐션 방식의 긴장력 도입에 따른 긴장력 손실은 크게 단기손실과 장기손실(시간적 손실)로 분리한다. 단기손실은 긴장재, 쉬스관 등의 마찰손실, 정착장치의 손실 그리고 콘크리트 탄성수축에 의한 손실이고, 장기손실은 콘크리트의 크리프에 의한 손실, 콘크리트의 건조수축에 의한 손실 그리고 긴장재의 이완(relaxation)에 의한 손실 등으로 분류할 수 있다.

본 발명이 속한 프리텐션 방식에 따른 긴장력 도입에 의한 손실은 아래 표 1에 나열한 여섯가지의 손실 중에서 긴장재, 쉬스관 등의 마찰손실이 제외되며 정착장치에 의한 정착이 아닌 긴장재 전체 표면과 콘크리트 면 사이에서 정착되는 시스템이므로 이들 2가지의 손실 등이 고려되지 않는 장점을 갖는다.

이상에서 포스트텐션 방식의 마찰손실은 전체 구조물 길이방향에서 배치된 긴장재 상호간의 마찰과 긴장재와 쉬스관 사이의 마찰에 의해 발생되는 길이의 함수로 표현된다.

프리텐션 방식은 각 나라별 설계기준에 따라 계산 방식의 차이가 있으나, 마찰손실이 계상되지 않는 방식이므로 전체적으로 포스트텐션 방식에 비하여 5~20% 정도 절감되어 긴장재의 개수, 양을 줄이거나 구조물 길이를 확장하거나 혹은 구조물의 높이를 낮출 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로서 특허등록 제10-0949585호는 선행 안내부재가 배치된 긴장재를 특정위치에서 절곡시키는 프리텐션방식이 적용된 거더 기술이다. 특허등록 제10-1150009호는 직사각형 형상의 강재 단면으로 한 쌍의 관을 만들어 긴장력을 지지할 수 있는 지지대를 제작하는 기술로써, 기존 일반적인 반력대를 현장에서 조립할 수 있도록 이동의 편의성이 고려된 분할 단면으로 구성한 기술이다. 특허등록 제10-1080942호는 병렬로 배치된 한 쌍의 콘크리트 충전 강관을 이용하여 긴장재의 반력대를 형성시키는 이동식 프리텐션 제작장치로써 특히, 현장에서 제작된 구조물의 이동이 아니라, 프리텐션 제작장치를 이동하는 것을 특징으로 하지만, 여전히 별도의 반력대를 이용하여 구조물을 제작하는 기술이다. 특허등록 제10-1302719호는 구조물의 거푸집에 별도의 부재를 부착시켜서 이를 반력대로 활용하는 기술로써 이동이 간편하고 반력대 형성의 용이함은 있으나, 긴장력에 대응하는 부착된 소규모 반력부재의 적용으로 제작 구조물의 규모에 제한이 되는 단점이 있다. 특허등록 제10-1271227호는 형강재료를 이용한 제작대를 2개의 베이스 홈으로 형성시켜 상호 압축, 인장에 저항할 수 있는 구조로 구성하였으나, 일반적인 별도의 제작대 방식과 동일한 기술이다. 특허등록 제10-1232330호는 구조물 중앙의 하부 특정구간에 미리 프리텐션방식으로 공장 제작된 고강도 콘크리트 블럭을 배치하고 나머지 구간은 현장에서 쉬스관을 배치하여 긴장하는 포스트텐션방식을 접목시킨 기술로써, 공장 제작의 프리텐션 제작구조물이 포함되어 있으나, 결과적으로는 포스트텐션방식이라고 할 수 있다. 특허등록 제10-1319509호는 U형상 단면의 구조물에서 복부에 해당하는 양 측벽을 미리 제작한 프리캐스트 콘크리트로 배치하여 이를 반력대로 활용하여 횡단면 중앙 하면에 프리텐션 방식으로 콘크리트를 타설하여 구조물을 제작하는 기술로써 별도의 반력대가 필요하지 않은 기술이지만, 구조체의 주부재에 대하여 특히 인장영역에서 기존부재와 신규부재의 접합부 즉 냉간균열(Cold Joint)부가 발생하는 단점이 있다. 특허등록 제10-1533324호는 I형상의 강재 자체를 반력대로 하여 양 측면을 콘크리트로 타설하고 충전시키는 합성형 구조물을 형성시키는 기술로써 I형상의 단면에 형상 제약을 받는 제한이 있다. 특허등록 제10-1529170호는 본 구조물 제작을 위해 길이 방향의 양측면에서 형강으로 지지부재를 연결하여 형강 자중에 의한 처짐을 유발시킨 다음 양 측면의 정착부에서 긴장력을 도입하고 하부 콘크리트를 타설하여 프리텐션방식의 긴장력이 도입된 구조물을 제작하여 이후 양 측면 지지부재를 해체하는 기술이다. 별도의 반력대가 필요없으나, 대량의 측면지지용 부재가 필요하며 긴장력도입시 프리플렉션의 효과가 감소되는 단점이 있다.

특허등록 제10-0949585호 특허등록 제10-1150009호 특허등록 제10-1080942호 특허등록 제10-1302719호 특허등록 제10-1271227호 특허등록 제10-1232330호 특허등록 제10-1319509호 특허등록 제10-1533324호 특허등록 제10-1529170호

본 발명은 외부반력대가 필요없어도 대규모의 PSC 구조물의 제작이 가능하며, 내부격벽수단과 내부반력대를 이용하여 긴장재의 절곡배치와 긴장력을 도입할 수 있고, 솟음이 발생하지 않도록 PSC 구조물을 제작할 수 있도록 한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법은, (a) 거푸집의 안쪽 개구부에 길이방향으로 소정 간격마다 프리캐스트로 제작된 복수개 이상의 내부격벽수단을 설치하는 단계와; (b) 상기 거푸집의 양쪽 단부에 긴장부를 각각 설치하는 단계와; (c) 긴장부와 마주하는 내부격벽수단과의 사이 그리고 상호 이웃한 내부격벽수단과의 사이에 긴장재의 긴장력 도입시 반력으로 저항하는 내부반력대를 배치하는 단계와; (d) 긴장재를 거푸집에 삽입시킨 후 긴장력을 도입하여 양단을 각기 긴장부에 정착시켜 놓는 단계와; (e) 거푸집에 콘크리트를 타설하고, 양생 후 거푸집을 탈형하고, 긴장재의 정착을 풀고 긴장부를 제거하여 구조물에 압축력이 도입되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부격벽수단은, 직사각형 형상을 갖고 양측단에 긴장재를 아래로 볼록하게 절곡되도록하는 순방향돌기와, 긴장재를 위로 볼록하게 절곡되도록 하는 역방향돌기(592)를 갖는 제1내부격벽블럭인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부격벽수단은, 직사각형 형상을 갖고 양측단에 긴장재를 아래로 볼록하게 절곡되도록하는 순방향돌기와, 긴장재를 위로 볼록하게 절곡되도록 하는 역방향돌기를 갖되, 어느 일면에 순방향으로 기울어진 경사면을 갖는 제2내부격벽블럭인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부격벽수단은, 직사각형 형상을 갖고 양측단에 긴장재를 아래로 볼록하게 절곡되도록하는 순방향돌기와, 긴장재를 위로 볼록하게 절곡되도록 하는 역방향돌기를 갖되, 어느 일면에 역방향으로 기울어진 경사면을 갖는 제3내부격벽블럭인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부격벽수단은, 직사각형 형상을 갖고 양측단에 긴장재를 아래로 볼록하게 절곡되도록하는 순방향돌기와, 긴장재를 위로 볼록하게 절곡되도록 하는 역방향돌기를 갖되, 양쪽면에 순방향으로 기울어진 경사면을 모두 갖는 제4내부격벽블럭인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부격벽수단은, 직사각형 형상을 갖고 양측단에 긴장재를 아래로 볼록하게 절곡되도록하는 순방향돌기와, 긴장재를 위로 볼록하게 절곡되도록 하는 역방향돌기를 갖되, 양쪽면에 역방향으로 기울어진 경사면을 모두 갖는 제5내부격벽블럭인 것을 특징으로 한다.

또한, 긴장부는 박스형으로 복수개 이상으로 병열 배치된 긴장전용 블럭과, 격자배열된 연결용볼트구멍을 갖고 긴장전용 블럭을 상호 맞대음하여 연결하는 긴장전용 블럭 연결판으로 구성되고; 긴장전용 블럭은 상판, 상판에 나란한 하판, 상판과 하판을 연결하여 격자 배열되는 공간을 형성시키는 다수의 수직보강재, 격자배열된 긴장재 통과용 구멍을 갖고 상판과 하판 및 수직보강재에 연결된 지지판으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 내부반력대는 환봉, 강관, 콘크리트봉, 콘크리트관 중 어느 하나의 형태로서 2개 내지 4개 또는 그 이상의 갯수로 조합되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 내부반력대는 2개의 나란한 2열 배치, 3개의 삼각배치, 4개의 2행 2열 배치 중 어느 하나의 배치 형태로 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법에 따르면, 외부반력대가 필요없어도 내부반력대에 의해 대규모의 PSC 구조물의 제작이 가능하다.

또한, 내부격벽수단의 설치로 긴장재의 절곡배치와 긴장력을 도입할 수 있고, 내부격벽블록에 형성된 경사면에 의해 솟음이 발생하지 않도록 PSC 구조물을 제작할 수 있다.

또한, 내부격벽수단이 PSC 구조물의 몸체와 일체적으로 합성화되어 횡방향의 골조 기능을 수행하여 내부 비틀림 저항성을 향상시킨다.

또한, PSC 구조물이 거더로 제작되는 경우 내부격벽수단은 지지점을 동시에 제공시켜 준다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의해 제작된 PSC 구조물의 사시도.
도 2는 도 1의 PSC 구조물에 적용되는 내부격자블럭의 다양한 형태 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PSC 구조물을 제작하기 위한 거푸집, 내부격벽블럭, 내부반력대 및 긴장부의 설치상태도.
도 4는 도 3에서 콘크리트의 타설 후 거푸집을 제거해내는 상태도.
도 5는 도 4에서 긴장부를 분리시킨 후 긴장재의 양단을 절단하여 PSC 구조물에 압축력을 도입시킨 상태도.
도 6은 본 발명에 따른 PSC 구조물의 제작 과정 중 긴장재의 배치상태도.
도 7은 본 발명에 따른 PSC 구조물의 제작 과정 중 내부격벽블럭과 내부반력대의 설치상태도.
도 8의 (a),(b)는 도 6에 도시된 긴장재를 단일로 표현한 모식도 및 C점에서의 힘의 역학적 흐름도.
도 9의 (a),(b)는 본 발명에 적용되는 다양한 내부격벽블럭의 경사면으로 인한 힘의 역하적 흐름도.
도 10은 식(6)에 대한 그래프.
도 11a는 본 발명에 따른 PSC 구조물의 제작 과정에서 사용되는 긴장부의 사시도.
도 11b는 도 11a에 도시된 긴장전용 블럭의 사시도.
도 12는 본 발명에 따른 PSC 구조물의 제작 과정 중에서 사용되는 내부반력대의 다양한 배치상태도.
도 13은 본 발명에 따른 PSC 구조물의 제작 과정 중에 긴장재의 절단으로 압축력이 도입되는 상태를 도시한 예시도.
도 14는 일반적인 프리텐셔닝(Pre-Tensioning)방법으로 PSC 구조물을 제작하는 과정을 예시한 도면.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명은 도 1과 같이 가로보 기능을 수행하는 내부격벽수단(500)을 프리캐스트로 제작하여 본 PSC 구조물(100)의 제작공정에서 내부에 배치를 한다.

내부격벽수단(500)은 도 2와 같이 다양한 형태의 제1 내지 제5의 내부격벽블럭(510,520,530,540,540,550)이 될 수 있다. 이들 제1 내지 제5의 내부격벽블럭(510~550)은 일반적인 가로보 기능과 PSC 구조물(100)이 거더로 제작되는 경우 지지점의 역할을 수행한다. 또한 제1 내지 제5의 내부격벽블럭(510~550)은 긴장재(120)의 절곡역할을 담당하는 홀딩다운 기능을 수행한다. 이때 도 1과 같이 내부격벽블럭(510~550)은 제작대 바닥에 고정되지 않고 PSC 구조물(100)에 일체된다.

내부격벽블럭(510~550)은 기하학적 형상으로 정방향 혹은 역방향의 사다리꼴형상으로 제작될 수 있다. 따라서 내부격벽블럭(510~550)은 긴장력 도입에 따른 절곡위치에서 보다 효율적으로 저항할 수 있는 힘의 흐름이 발생한다.

즉, 하중평형개념(등가하중개념)으로 내부격벽블럭(510~550)에 작용하는 상향력을 유도하고, 이 상향력이 내부반력대(300)에서 작용하는 압축력과의 관계식을 유도하면, 내부격벽블럭(510~550)에 작용하는 상향력에 의한 솟음 발생 여부와 내부격벽블럭(510~550)의 기하학적 형상의 관계를 유도할 수 있다. 내부반력대(300)는 도 3 내지 도 5에 도시되어 있다.

도 6은 본 발명의 PSC 구조물에 배치되는 긴장재의 종단면 형상을 나타내고 있고, 도 7은 본 발명의 PSC 구조물 종단면에서 본 내부격벽블럭과 내부반력대의 설치상태도이다. 도 6 및 도 7에서

과

에서 긴장재는 구조물 길이방향으로 수평 배치를 이루고 있으며,

와

에서는 내부격벽블럭(510~550) 절곡점과 구조물의 중심점을 기준으로 경사진 직선형상을 이루고 있다.

도 8(a)은 도 6의 다량의 긴장재(120)를 하나의 긴장재로 이상화시킨 예시도이다. 도 8(a)에서 PSC 구조물의 무게중심(center of gravity, c.g.)을 기준으로

과

의 긴장재 도심까지의 거리는

로 하였으며, 구조물의 중심점 C에서는

으로 하였고,

과

의 차이값 즉,

과

의 긴장재 도심과 C의 거리는

으로 하였다.

와

에 배치된 긴장재의 경사각도는

로 표시하였다.

도 8(b)는 PSC 구조물(100)의 내부격벽수단(500) B와 중심점 C 그리고 타단의 내부격벽수단(500) D 사이의 힘의 역학적 흐름을 도식화한 것이다. 긴장재에 긴장력

가 작용할 때, B와 D에 작용하는 반력

,

는

이고 이 반력의 연직방향 성분은

이므로 점 C에 작용하는 반력

는

이다.

가 미소의 값인 경우

이므로 반력

는

이고

는 도 8의 (a)에서

이므로 반력

는 식(1)과 같이 정리되며

가 매우 작은 값인 경우는

이므로 반력

는 식(2)와 같이 된다.

---------- (식1)

---------- (식2)

도 9는 제4 및 제5 내부격벽블럭(540,550)을 나타내고 있고 경사면의 각도는

이다. 도 9(a)는 정방향의 사다리꼴형상의 제4 내부격벽블럭(540)이고, 도 9(b)는 역방향의 사다리꼴형상의 제5 내부격벽블럭(550)이다. PSC 구조물(100)에 긴장력이 도입됨에 따라 도 8에서 C점은 상향의 분력이 발생하고 이와 동시에 도 9와 같이 경사면이 적용된 내부격벽블럭(500)은 내부반력대(300)로부터 압축력이 작용하여 압축력의 경사면 분력 및 경사면의 법선방향 분력이 발생한다. 경사면을 따라 발생하는 분력(

)은 도 9(a)와 같은 정방향의 사다리꼴형상의 제 4 내부격벽블럭(540)이 적용된 경우 긴장재(120)에 의한 상향 분력

와 같은 방향이 되어 마찰계수가 고려된 경사면의 법선 분력(

)에 다소 불리하게 적용되며, 역방향의 사다리꼴형상 제5 내부격벽블럭(550)이 적용된 경우는 긴장재에 의한 상향 분력

와 반대 방향이 되어 마찰계수가 고려된 경사면의 법선 분력(

)에 효율적인 대응을 할 수 있게 된다.

본 발명 효과의 서술을 위한 하나의 실시예인 경우는 불리한 형상인 정방향의 사다리꼴형상(540)에 대하여 설명하도록 한다.

긴장력

에 의해 도 8의 내부반력대(300)에 압축력이 전달되고 그 압축력은 수평 축력

로 표현되었다. 이 수평축력은 중간격벽의 법선방향으로

의 분력이 작용하고 경사면상에서

로 작용하고 있다. 긴장재의 배치 형상에 따라 내부격벽블럭(540)의 하단에서는 긴장재의 연직방향 분력이 작용하고 있으며 이는 도 8의 반력

와 동치이다. 상기

의 경사면 방향 분력은

로써 경사면이 양측으로 균등하게 배분되므로 각 경사면당 1/2의 힘이 작용하게 된다. 법선방향 작용력

에 제4 내부격벽블럭(540) 재료의 마찰계수

를 고려한 값이 경사면 상에 작용하는

보다 크다면 내부반력대(300)에 작용하는

에 의해 발행하는 상향력으로 내부반력대의 변위는 발생하지 않을 것이므로 이를 식으로 구성하면 식(3)과 같다.

----------식(3)

즉, 내부격벽블럭(540)의 긴장재(120)의 절곡으로 발생하는 작용력과 경사면에 발생하는 작용력의 합이 마찰계수가 고려된 수평 축력

의 경사면 법선 성분보다 작으면 제4 내부격벽블럭(540)은 평형상태를 유지하면서 면외(out-plane)의 변위(displacement)는 발생하지 않음을 알 수 있다. 식(3)을

의 관련식 식(1),(2)를 이용하여 정리하면 식(4),식(5)와 같다.

-------------식(4)

----------------------식(5)

하나의 실시예로써, 제4 내부격벽블럭(540)에 콘크리트 재료를 사용할 경우 콘크리트의 마찰계수

는 일반적으로 0.5이며,

는 제4내부격벽블럭(540)간의 거리로써 약 10m 정도로 할 수 있다. 도 8에서 점 B와 C 사이 높이 차

은 구조물 높이의 1/2보다 작은 값이 되므로 약 1,000mm 를 한 예로 사용할 수 있다. 따라서, 식(3)에 대입하여 정리하면 식(6)과 같다.

-----------------식(6)

식(6)을

로 양변을 나누면 식(7)과 같이 정리된다.

-------------식(7)

즉,

가 21.83°보다 작은 값이면 내부반력대(300)와 제4내부격벽블럭(540)이 평형상태를 유지하면서 면외 변위가 발생하지 않는 안정상태로 유도됨을 알 수 있다.

도 10은 식 6을 그래프화하여 표현한 결과이다. 식(6)의 좌측항을 도식화한 것이 도 10에서 실선을 나타내고 있고 우측항을 도식화한 것이 도 10에서 점선을 나타내고 있다. 도 10에서 우측항을 표현한 점선이 좌측항을 표현한 실선보다 위상(amplitude)이 큰 경우가 식(6)을 만족하는

의 값이므로 이를 도 10에서 보면 약 0.12

임을 알 수 있고 이를 각도로 표현하면 약 21.6°이다.

따라서, 본 발명은 상향력이 작용하는 제4내부격벽블럭(540)이 상기 식(4)를 만족하는

값의 경사면으로 제작된다면 그것의 전후에서 작용하는 내부반력대(300)로부터 전달되는 압축 긴장력

에 의해 연직방향의 반대방향으로 솟음이 발생하지 않는 안정적 거동이 되는 효과적인 자정식 반력 구조를 갖게 되는 것이다.

본 발명의 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법을 순차적으로 설명한다.

거푸집 및 내부격벽수단의 설치

먼저, 도3과 같이 거푸집(400)의 안쪽 개구부에 길이방향으로 소정 간격마다 복수개 이상의 내부격벽수단(500)을 설치한다. 내부격벽수단(500)은 가로보의 역할과 도 6에 도시된 긴장재(120)의 절곡역할을 수행할 수 있도록 되어 있다. 물론 내부격벽수단(500)은 PSC 구조물이 거더를 이룰 경우 지지점 기능을 수행한다. 내부격벽수단(500)은 제작대(도시안됨)의 바닥에 고정되지 않는다.

내부격벽수단은 도 2와 같이 다양한 형태를 갖는다.

제1형태는 도 2의 (a)에서와 같이 직사각형 형상을 갖고 양측단에 긴장재(120)를 아래로 볼록하게 절곡되도록하는 순방향돌기(591)와, 긴장재(120)를 위로 볼록하게 절곡되도록 하는 역방향돌기(592)를 갖는 제1내부격벽블럭(510)이 될 수 있다.

제2형태는 도 2의 (b),(c)에서와 같이 직사각형 형상을 갖고 양측단에 긴장재(120)를 아래로 볼록하게 절곡되도록하는 순방향돌기(591)와, 긴장재(120)를 위로 볼록하게 절곡되도록 하는 역방향돌기(592)를 갖되, 어느 일면에 순방향으로 기울어진 경사면(520a)을 갖는 제2내부격벽블럭(520)이 될 수 있다.

제3형태는 도 2의 (d),(e)에서와 같이 직사각형 형상을 갖고 양측단에 긴장재(120)를 아래로 볼록하게 절곡되도록하는 순방향돌기(591)와, 긴장재(120)를 위로 볼록하게 절곡되도록 하는 역방향돌기(592)를 갖되, 어느 일면에 역방향으로 기울어진 경사면(530a)을 갖는 제3내부격벽블럭(530)이 될 수 있다.

제4형태는 도 2(f)에서와 같이 직사각형 형상을 갖고 양측단에 긴장재(120)를 아래로 볼록하게 절곡되도록하는 순방향돌기(591)와, 긴장재(120)를 위로 볼록하게 절곡되도록 하는 역방향돌기(592)를 갖되, 양쪽면에 순방향으로 기울어진 경사면(540a)을 모두 갖는 제4내부격벽블럭(540)이 될 수 있다.

제5형태는 도 2(g)에서와 같이 직사각형 형상을 갖고 양측단에 긴장재(120)를 아래로 볼록하게 절곡되도록하는 순방향돌기(591)와, 긴장재(120)를 위로 볼록하게 절곡되도록 하는 역방향돌기(592)를 갖되, 양쪽면으로 기울어진 경사면(593)을 모두 갖되, 양쪽면에 역방향으로 기울어진 경사면(550a)을 모두 갖는 제5내부격벽블럭(550)이 될 수 있다.

긴장부 설치

그 다음, 도 3과 같이 거푸집(400)의 양쪽 단부에 긴장부(700)를 각각 설치한다.

긴장부(700)는 도 11에서와 같이 박스형으로 복수개 이상으로 병열 배치된 긴장전용 블럭(710)과, 격자배열된 연결용볼트구멍(731)을 갖고 긴장전용 블럭(710과 710)을 상호 맞대음하여 연결하는 긴장전용 블럭 연결판(750)으로 구성된다.

긴장전용 블럭(710)은 상판(711), 상판(711)에 나란한 하판(713), 상판(711)과 하판(713)을 연결하여 격자 배열되는 공간을 형성시키는 다수의 수직보강재(714), 격자배열된 긴장재 통과용 구멍(715)을 갖고 상판(711)과 하판(713) 및 수직보강재(714)에 연결된 지지판(717)으로 구성된다.

내부반력대 배치

그 다음, 도 7과 같이 긴장부(700)와 마주하는 내부격벽수단(500)과의 사이 그리고 상호 이웃한 내부격벽수단(500과 500)과의 사이에 긴장재(120)의 긴장력 도입시 반력으로 저항하는 내부반력대(300)를 배치한다.

내부반력대(300)는 환봉, 강관, 콘크리트봉, 콘크리트관 중 어느 하나의 형태로서 도 12와 같이 2개 내지 4개 또는 그 이상의 갯수로 조합되어 설치될 수 있다. 예로, 도 12의 (a)에서와 같이 내부반력대(300)는 2개의 나란한 2열 배치, (b)와 같이 3개의 삼각배치, (c)와 같이 2행 2열 배치로 설치될 수 있다.

긴장력 도입

그 다음, 도 6과 같이 긴장재(120)를 거푸집(400)에 삽입시킨 후 긴장력을 도입하여 양단을 각기 긴장부(700)에 정착시켜 놓는다.

거푸집 탈형 및 압축력 도입

그 다음, 거푸집(400)에 콘크리트를 타설하고 양생 후 거푸집(400)을 탈형하고, 긴장재(120)의 정착을 풀고 긴장부(700)를 제거한다. 이 과정에서 도 13과 같이 긴장재(120)의 양쪽단이 절단되어 구조물(100)에 압축력이 도입된다.

이와 같이 본 실시 예의 제작 방법에 따르면 거푸집(400)의 단면이 상향 개구되어 있어 도 1과 같이 U형 프리텐션 PSC 구조물(100)이 제작된다.

U형 프리텐션 PSC 구조물(100)은 제1 내지 제5 내부격벽블럭(510~550)을 갖기 때문에 횡방향 골조구조를 이루는 거더가 될 수 있다. 따라서 U형 프리텐션 PSC 구조물(100)이 거더로 제작되는 경우, 연직방향하중을 각 거더별로 분배하여 정적거동(static behavior)과 동적거동(dynamic behavior)에 대한 거더의 안정성을 부여하고, 풍하중과 같은 측면하중에 대한 지지점을 형성하여 작용하중에 대한 지지길이(유효길이, effective length)를 감소시켜 효율적인 저항을 유도할 수 있고, 거더 내부의 비틀림 및 ?비틀림에 대한 저항성을 향상시켜 줄 수 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

100: PSC 구조물
120: 긴장재
300: 내부반력대
400: 거푸집
500: 내부격벽수단
510~550: 제1 내지 제5 내부격벽블럭
591: 순방향돌기
592: 역방향돌기
700: 긴장부

Claims (10)

1. (a) 거푸집(400)의 안쪽 개구부에 길이방향으로 소정 간격마다 프리캐스트로 제작된 복수개 이상의 내부격벽수단을 설치하는 단계와;
   (b) 상기 거푸집(400)의 양쪽 단부에 긴장부(700)를 각각 설치하는 단계와;
   (c) 긴장부(700)와 마주하는 내부격벽수단과의 사이 그리고 상호 이웃한 내부격벽수단(500과 500)과의 사이에 긴장재(120)의 긴장력 도입시 반력으로 저항하는 내부반력대(300)를 배치하는 단계와;
   (d) 긴장재(120)를 거푸집(400)에 삽입시킨 후 긴장력을 도입하여 양단을 각기 긴장부(700)에 정착시켜 놓는 단계와;
   (e) 거푸집(400)에 콘크리트를 타설하고, 양생 후 거푸집(400)을 탈형하고, 긴장재(120)의 정착을 풀고 긴장부(700)를 제거하여 구조물(100)에 압축력이 도입되도록 하는 단계;를 포함하며,
   상기 내부격벽수단은,
   직사각형 형상을 갖고 양측단에 긴장재(120)를 아래로 볼록하게 절곡되도록하는 순방향돌기(591)와, 긴장재(120)를 위로 볼록하게 절곡되도록 하는 역방향돌기(592)를 갖는 것을 특징으로 하는 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 내부격벽수단은,
   어느 일면에 순방향으로 기울어진 경사면(520a)을 갖는 것을 특징으로 하는 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 내부격벽수단은,
   어느 일면에 역방향으로 기울어진 경사면(530a)을 갖는 것을 특징으로 하는 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 내부격벽수단은,
   양쪽면에 순방향으로 기울어진 경사면(540a)을 모두 갖는 것을 특징으로 하는 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 내부격벽수단은,
   양쪽면에 역방향으로 기울어진 경사면(550a)을 모두 갖는 것을 특징으로 하는 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법.
7. 제 1항에 있어서,
   긴장부(700)는 박스형으로 복수개 이상으로 병열 배치된 긴장전용 블럭(710)과, 격자배열된 연결용볼트구멍(731)을 갖고 긴장전용 블럭(710과 710)을 상호 맞대음하여 연결하는 긴장전용 블럭 연결판(750)으로 구성되고;
   긴장전용 블럭(710)은 상판(711), 상판(711)에 나란한 하판(713), 상판(711)과 하판(713)을 연결하여 격자 배열되는 공간을 형성시키는 다수의 수직보강재(714), 격자배열된 긴장재 통과용 구멍(715)을 갖고 상판(711)과 하판(713) 및 수직보강재(714)에 연결된 지지판(717)으로 구성된 것을 특징으로 하는 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법.
8. 제 1항에 있어서,
   내부반력대(300)는 환봉, 강관, 콘크리트봉, 콘크리트 관 중 어느 하나의 형태로서 2개 내지 4개 또는 그 이상의 갯수로 조합되어 설치되는 것을 특징으로 하는 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   내부반력대(300)는 2개의 나란한 2열 배치, 3개의 삼각배치, 4개의 2행 2열 배치 중 어느 하나의 배치 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 내부격벽수단과 내부반력대를 이용한 프리텐션 PSC 구조물의 제작 방법.
10. 청구항 제 1항의 제작 방법을 통하여 제작된 것을 특징으로 하는 U형 프리텐션 PSC 구조물.

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