KR102139015B1 - 프리스트레스트 콘크리트 거더용 강가로보 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 거더 사이에 횡방향으로 설치되는 강가로보에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프리스트레스 도입으로 인해 필연적으로 발생하는 의도치 않은 거더의 횡만곡과 거더별로 다른 솟음에 따른 크로스 프레임 형태 강가로보의 큰 설계오차를 수용할 수 있도록, 길이를 현장에서 조정할 수 있는 선부재를 사용하고 선부재와 강가로보 지지부와의 연결각도 오차도 수용할 수 있는 볼트이음방법을 사용함으로써 거더를 하부구조 위에 거치하고 바로 설치가 가능하도록 고안된 강가로보에 관한 것이다.
본 발명은, 서로 인접하는 한 쌍의 거더에 설치되며 강재로 제작되는 강가로보에 있어서,
상기 한 쌍의 거더의 측면부에 각각 결합하며 강재로 제작되는 한 쌍의 지지부재;
일단부가 상기 한 쌍의 지지부재 중 어느 하나의 지지부재에 결합하는 제1부재와 일단부가 상기 한 쌍의 지지부재 중 다른 하나의 지지부재에 결합하는 제2부재와 상기 제1부재와 제2부재를 결합하되 제1부재와 제2부재 사이의 간격을 조절할 수 있는 간격조절수단을 포함하며 강재로 제작되는 선부재;
상기 지지부재와 제1부재 또는 제2부재를 결합하기 위한 것으로서,
상기 지지부재에 형성되는 제1지지볼트공과 제2지지볼트공;
상기 제1부재 또는 제2부재에 형성되는 제1선볼트공과 제2선볼트공;
상기 제1지지볼트공과 제1선볼트공, 제2지지볼트공과 제2선볼트공을 각각 관통하여 체결되는 볼트와 너트를 포함하는 결합수단;을 포함하여 구성되며,
상기 제1지지볼트공을 중심으로 설치되는 상기 선부재의 설치각도 변화를 수용할 수 있도록 제2지지볼트공은 장공인 것을 특징으로 하는 강가로보를 제공한다.

Description

프리스트레스트 콘크리트 거더용 강가로보{Steel Diaphragm for Prestressed Concrete Girders}

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 거더 사이에 횡방향으로 설치되는 강가로보에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프리스트레스 도입으로 인해 필연적으로 발생하는 의도치 않은 거더의 횡만곡과 거더별로 다른 솟음에 따른 크로스 프레임 형태 강가로보의 큰 설계오차를 수용할 수 있도록, 길이를 현장에서 조정할 수 있는 선부재를 사용하고 선부재와 강가로보 지지부와의 연결각도 오차도 수용할 수 있는 볼트이음방법을 사용함으로써 거더를 하부구조 위에 거치하고 바로 설치가 가능하도록 고안된 강가로보에 관한 것이다.

프리스트레스트 콘크리트 거더(Prestressed Concrete Girder, 이하 PSC 거더) 교에서 거더 사이에 횡방향으로 설치되는 가로보(Diaphragm)는 바닥판 콘크리트 시공까지는 거더의 비틀림에 의한 과도한 변형이나 전도 등을 방지하는 안정유지 역할을 하고, 바닥판 콘크리트가 경화되어 거더와 바닥판이 합성된 후에는 하중을 횡방향으로 분배시키는 역할을 한다. PSC 거더교의 초기에는 가로보의 하중분배 역할이 중시되어 다수의 가로보가 배치되었었는데, 가로보의 하중분배 역할이 크지도 않고 효율적이지도 않다는 연구결과에 따라 가로보의 사용개수가 점차 줄어들고 있으며, 최근에는 가로보의 하중분배 역할보다는 안정유지 역할이 더 중시되고 있다.

PSC 거더교에는 전통적으로 철근콘크리트 가로보가 사용되어 왔다. 그런데 철근콘크리트 가로보의 시공에는 철근 용접 및 설치, 거푸집 설치, 콘크리트 타설, 거푸집 탈형 등의 작업이 필요하므로 상당한 기간 동안 거더 전도 등의 위험상황이 지속되며, 가로보의 시공과정에서 안전사고도 종종 발생한다. 이러한 이유로 최근에는 설치 기간이 짧고 시공이 간편한 강가로보의 사용이 점차 많아지고 있다. 특히 전도 위험이 큰 장대 거더, 고교나 교량 아래에 도로나 강이 있는 경우에는 강가로보가 선호되고 있다.

PSC 거더교에 주로 사용되는 강가로보는 도 1과 같은 보 형태나, 도 2와 같은 크로스 프레임(Cross Frames) 형태이다. 보 형태는 채널이나 I형강(또는 H형강) 보가 주로 사용되는데 보통 형고가 낮은 거더에 적용된다. 크로스 프레임 형태에는 도 2와 같은 구성 외에도 다양한 형태의 구성방법이 사용되며, 선부재로는 L-형강이 주로 사용되고 있으며, 형고가 높은 거더에 적용된다. 도 1과 도 2의 강가로보 지지부는 가장 널리 사용되고 있는 절곡 강판 형식이지만, 이밖에도 다양한 형식의 지지부가 사용되고 있다. 급속시공을 위해 강가로보의 형태와 관계없이 PSC 거더와 강가로보 지지부와의 연결은 앵커볼트, 거더 복부를 관통하는 볼트, 암나사 인서트(Insert) 등의 나사식 고정방식이 사용된다. 도 1에 도시된 강가로보는 거더의 가로보 체결부에 헌치가 있는 경우로서 설치공간이 충분하므로 앵커볼트가 사용되었으며, 도 2에 도시된 강가로보는 거더의 가로보 체결부에 헌치가 없는 경우로서 외측거더에는 암나사 인써트(Insert)가 사용되었고 내측거더에는 복부를 관통하는 볼트가 사용되었다. 지지부와 강가로보의 연결에도 볼트이음을 사용하는데, 보통 설계오차를 수용하기 위해서 보 길이방향이나 선부재 길이방향으로 긴 슬롯을 지지부재에 배치하고, 보나 선부재에는 표준볼트구멍을 배치한다. 도 1과 도 2에서는 교량의 횡구배를 고려하기 위해 거더 단면의 수직 위치가 다르게 도시되어 있으며, 볼트구멍의 도시편의를 위해서 이음볼트나 너트 등은 도시하지 않았다.

국내에서는 도 1과 같은 보 형태의 강가로보가 오랫동안 시공되어 왔었는데, 문제는 PSC 거더의 경우에 프리스트레스 도입으로 인해 의도치 않은 다소간의 횡만곡이 거의 필연적으로 발생하며 강가로보의 양쪽 거더 사이의 솟음 차이로 인해 상당히 큰 설계오차가 종종 발생하기 때문에 교량 도면과 구조계산서에 근거하여 강가로보를 사전에 제작하면 대부분의 경우에는 강가로보의 설치가 사실상 불가능하다. 즉 어느 정도 작은 설계오차는 슬롯(slot)을 사용하여 해결이 가능하지만, 대부분의 경우에는 상당히 큰 설계오차가 발생하여 설계기준에서 허용하는 긴 슬롯으로는 해결할 수가 없다. 그래서 현재는 하부구조 위에 거더를 거치한 후에 강가로보 설치 위치에서 실측을 한 다음에 강가로보를 제작하고 있으며, 슬롯은 계측시점과 설치시점 사이에 발생하는 콘크리트 장기거동 및 온도 변화 등에 따른 설계오차를 수용하기 위해서 사용한다. 몰론 강가로보 연결에 볼트를 사용하지 않고 용접을 사용하거나 볼트 구멍을 현장에서 가공하면 좀 더 큰 오차도 수용할 수 있지만 강가로보는 도장 대신에 도금을 사용해야 하기 때문에 이러한 방법을 원칙적으로 사용할 수 없으며, 종종 이러한 방법으로도 수용할 수 없는 매우 큰 설계오차가 발생한다.

도 3에 도시된 강가로보는 등록특허 10-1717976(거더의 교정이 행해진 교량 상부 구조 및 그 시공방법)에 따른 강가로보로서, 나사식 길이조정기능이 있는 원형강관 부재를 사용한다. 도 3의 강가로보는 현장에서 길이조정이 가능하기 때문에 사전에 제작하여 PSC 거더를 하부구조 위에 거치하고 바로 설치할 수 있으며, 강가로보의 길이조정을 통하여 PSC 거더의 횡만곡을 교정할 수도 있다. 그런데 도 3에 도시된 강가로보는 PSC 거더에 횡만곡이 발생하면 거더 무게중심이 양단 지점을 잇는 직선 밖으로 나가면서 자중에 의해 비틀림 모멘트가 발생하게 되어 회전변위가 추가로 발생한다는 사실을 간과하고 있다. 도 4a는 거더에 횡변위(u)가 발생하면 무게중심의 이동에 의해 비틀림 모멘트가 발생하고 이로 인해 거더의 중앙부에서 회전변위(θ)와 처짐(v)이 추가로 발생하는 현상을 도시한 것으로서, 강가로보가 설치되는 거더 중앙에서의 변위를 보여주기 위하여 거더의 반만 도시하였다. 물론 도 4a에 도시된 바와 같이 단부 지점에서 비틀림에 의한 회전을 고정할 수 있다면, PSC 거더의 비틀림 강성은 비교적 큰 편이기 때문에 중앙부에서의 회전변위는 크지 않다. 그런데 문제는 PSC 거더에는 일반적으로 탄성받침이 사용되는데, 탄성받침은 강체가 아니기 때문에 비틀림 모멘트에 대해 고정단 역할을 하지 못하고 도 4b에 도시된 바와 같이 탄성거동을 하여 받침부에서 거더 단면이 회전하게 된다. 도 4b는 거더 받침부에서의 단면도로서 횡만곡이 발생한 PSC 거더의 지점에 작용되는 자중(W)과 비틀림 모멘트(T) 때문에 탄성받침이 기울어지면서 눌려져 거더 단부가 받침부에서 회전하게 되며, 받침에는 횡방향으로 변화하는 반력(R)이 작용된다. 이러한 탄성받침부에서의 회전거동으로 인해 거더 중앙부에서 설계 시에는 예측하기 어려운 상당한 변위가 추가적으로 발생하게 된다. 또한, 이 밖에도 콘크리트의 불균일한 재료특성상 PSC 거더의 실제 솟음량은 구조설계계산과는 차이가 있기 때문에 상하방향 설계오차도 발생한다.

이상과 같은 원인으로 강가로보 제원뿐만 아니라 지지부와의 연결부에서 연결각도 오차도 발생한다. 또한 횡만곡이 발생한 PSC 거더는 횡변위와 함께 회전변위가 발생하므로 횡변위를 교정하면 회전변위도 함께 교정되는데, 도 3에 도시된 강가로보는 거더와 지지부, 지지부와 강가로보가 일정한 각도로 고정되어있기 때문에 사실상 교정 작업이 불가능해진다. 즉 횡변위를 교정할 때 발생하는 연결부의 각도 변화를 수용할 정도의 힌지 기능이 있어야 하는데 강가로보 연결부 각도가 고정되어 있기 때문에 교정 작업 성능이 의문시 된다. 또한, 도 3에 도시된 종래의 강가로보는 수평방향의 선부재만을 사용하기 때문에 하중의 횡분배 효율성도 매우 낮으며 전도에 대한 저항능력도 매우 작다.

이상과 같이 종래의 강가로보는 PSC 거더의 횡만곡에 따른 횡변위와 회전변위 및 거더 사이의 솟음차이에 의한 오차 등을 수용하기 어려워 사전제작이 불가능했다. 비록 도 3에 도시된 강가로보가 현장에서 길이 조정이 가능하여 미리 강가로보를 제작할 수 있어서 급속시공이 가능한 것처럼 보이지만 사실은 횡방향 변위오차만 수용할 수 있고 회전변위 오차는 수용할 수 없어서 현장적용성이 의문시 된다. 따라서 PSC 거더의 횡만곡에 따른 횡변위와 회전변위 및 거더간의 솟음차이에 의한 오차를 수용할 수 있어서 거더 거치 후에 즉시 설치가 가능하며, 하중의 횡분배 기능과 교량시공 중의 안정유지 기능도 우수하여 강가로보의 장점을 극대화 시킬 수 있는 새로운 강가로보가 요구된다.

본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 프리스트레스트 콘크리트 거더의 횡만곡에 따른 횡변위와 회전변위 및 거더 사이의 솟음 차이 등에 의한 큰 설계오차를 수용할 수 있어서 하부구조 위에 거더를 거치한 후에 바로 설치가 가능한 강가로보를 제공하는 것이다.

전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,

서로 인접하는 한 쌍의 거더에 설치되며 강재로 제작되는 강가로보에 있어서,

상기 한 쌍의 거더의 측면부에 각각 결합하며 강재로 제작되는 한 쌍의 지지부재;

일단부가 상기 한 쌍의 지지부재 중 어느 하나의 지지부재에 결합하는 제1부재와 일단부가 상기 한 쌍의 지지부재 중 다른 하나의 지지부재에 결합하는 제2부재와 상기 제1부재와 제2부재를 결합하되 제1부재와 제2부재 사이의 간격을 조절할 수 있는 간격조절수단을 포함하며 강재로 제작되는 선부재;

상기 지지부재와 제1부재 또는 제2부재를 결합하기 위한 것으로서,

상기 지지부재에 형성되는 제1지지볼트공과 제2지지볼트공;

상기 제1부재 또는 제2부재에 형성되는 제1선볼트공과 제2선볼트공;

상기 제1지지볼트공과 제1선볼트공, 제2지지볼트공과 제2선볼트공을 각각 관통하여 체결되는 볼트와 너트를 포함하는 결합수단;을 포함하여 구성되며,

상기 제1지지볼트공을 중심으로 설치되는 상기 선부재의 설치각도 변화를 수용할 수 있도록 제2지지볼트공은 장공인 것을 특징으로 하는 강가로보를 제공한다.

상기 간격조절수단은

상기 제1부재와 제2부재의 타단부에 각각 고정되는 제1고정나사부와 제2고정나사부;

상기 제1고정나사부와 제2고정나사부에 각각 나사결합하는 제1나사부와 제2나사부를 포함하여 구성되며, 상기 제1나사부와 상기 제2나사부는 서로 반대방향의 나사로 구성되어 상기 회전나사부를 회전시켜면 회전방향에 따라 제1부재와 제2부재 사이의 거리를 좁히거나 늘릴 수 있는 회전나사부;

상기 제1나사부와 나사결합하는 제1고정나사부 사이의 유격을 없애기 위한 제1잠금너트;

상기 제2나사부와 나사결합하는 제2고정나사부 사이의 유격을 없애기 위한 제2잠금너트;를 포함하여 구성되며,

상기 회전나사부를 회전시켜 제1부재와 제2부재 사이의 거리를 좁히거나 늘려 상기 선부재의 길이조정을 완료한 후에 제1잠금너트와 제2잠금너트를 밀착시켜 제1부재와 제2부재 사이의 거리를 유격 없이 고정하는 것이 바람직하다.

상기 제1고정나사부와 제2고정나사부는 암나사이며, 상기 회전나사부의 제1나사부와 제2나사부는 수나사로 구성될 수 있다.

상기 선부재가 한 개의 수평부재와 두 개의 사부재로 사용되어 구성될 수도 있고,

상기 선부재가 두 개의 수평부재와 한 개의 사부재로 사용되어 구성될 수도 있다.

상기 제2지지볼트공은,

상기 제1지지볼트공과 중심이 같은 원호형태의 장공이거나 설계 시에 설정된 상기 선부재의 설치위치를 기준으로 상기 선부재의 길이방향에 대하여 직각인 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제1부재와 제2부재는 L형강으로 구성될 수도 있고, 원형강관과 그 원형강관 중 상기 지지부재와 결합되는 부분에 형성되는 연결부로 구성되며, 상기 연결부에는 판부재가 포함되고 판부재에 볼트공이 형성되어 상기 지지부재에 볼트이음 되도록 구성될 수도 있다.

상기 제1부재가 상기 제2부재에 비해 길게 제작되며 상기 제2부재는 다양한 길이로 제작되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 나사식으로 길이조정이 가능한 선부재와 표준볼트구멍과 장공을 혼합한 볼트이음을 사용하여 크로스 프레임 형태의 강가로보를 구성함으로써 강가로보 양쪽에 연결되는 프리스트레스트 콘크리트 거더의 횡만곡 및 솟음 차이에 의한 큰 설계오차를 수용할 수 있어서 거더를 하부구조 위에 거치한 후에 바로 강가로보의 설치가 가능해져 바닥판 시공까지의 안정성을 획기적으로 개선한 강가로보를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 보 형태의 강가로보.
도 2는 종래의 크로스 프레임 형태의 강가로보.
도 3은 종래의 길이조정이 가능한 원형강관 강가로보.
도 4a는 양단지지 거더에 횡변위가 발생했을 때 함께 발생하는 거더 중앙부의 회전변위와 처짐 현상을 설명하는 도면.
도 4b는 거더의 횡만곡에 따른 무게중심의 횡방향 이동에 의해 거더 단부 지점에 작용하는 비틀림 모멘트 때문에 발생하는 탄성받침에서의 단면 회전거동을 설명하는 도면.
도 5는 지지부재의 일 실시예를 도시한 도면.
도 6a는 선부재의 제1실시예를 도시한 도면.
도 6b는 도 6a에 도시된 선부재의 간격조절수단을 설명하기 위한 단면도.
도 7a는 선부재의 제2실시예를 도시한 도면.
도 7b는 도 7a에 도시된 선부재의 간격조절수단을 설명하기 위한 단면도.
도 8 및 도 9는 각각 선부재의 제3실시예 및 제4실시예를 도시한 도면.
도 10 내지 도 12는 지지부재 사이에 설치되는 선부재의 배치를 설명하기 위한 도면.
도 13은 다양한 길이의 제2부재를 설명하기 위한 도면.
도 14는 장공인 제2지지볼트공를 활용하여 선부재를 회전시키면서 결합시키는 것을 설명하기 위한 도면.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 몇 가지 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.

도 5는 지지부재의 일 실시예를 도시한 도면, 도 6a는 선부재의 제1실시예를 도시한 도면, 도 6b는 도 6a에 도시된 선부재의 간격조절수단을 설명하기 위한 단면도, 도 7a는 선부재의 제2실시예를 도시한 도면, 도 7b는 도 7a에 도시된 선부재의 간격조절수단을 설명하기 위한 단면도, 도 8 및 도 9는 각각 선부재의 제3실시예 및 제4실시예를 도시한 도면, 도 10 내지 도 12는 지지부재 사이에 설치되는 선부재의 배치를 설명하기 위한 도면, 도 13은 다양한 길이의 제2부재를 설명하기 위한 도면, 도 14는 장공인 제2지지볼트공를 활용하여 선부재를 회전시키면서 결합시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 강가로보는 서로 인접하는 한 쌍의 거더에 설치되는 가로보로서 지지부재(10), 선부재(20) 및 결합수단을 포함하여 구성된다.

상기 지지부재(10)는 한 쌍이 마련되며 각각 인접하는 한 쌍의 거더 측면부에 결합한다. 본 실시예에서 지지부재(10)는 도 5에 도시된 바와 같이 절곡강판으로서 거더에 결합하는 제1판(11)과 강가로보 설치평면으로 절곡되어 제1판(11)에 결합된 제2판(12)을 포함하여 구성된다.

상기 제1판(11)에는 볼트공(111)이 형성되어 있어서, 볼트공(111)을 관통하는 볼트(미도시)에 의해 거더 측면에 결합된다. 거더는 도시되지 않았으나 거더와 지지부재(10)의 결합관계는 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자라면 충분히 유추할 수 있다.

상기 선부재(20)는 제1부재(21), 제2부재(22) 및 간격조절수단(23)으로 구성된다. 선부재라는 용어는 일방향으로 긴 선형의 부재를 지칭하며 판상의 판부재에 대응되는 용어인데 본 출원에서 선부재(20)는 상기 지지부재(10)와 결합하여 거더 사이를 지지하는 구성이다.

상기 선부재(20)의 제1실시예가 도 6a에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 제1부재(21)와 제2부재(22)는 각각 제1판부재(213, 223)을 포함하는데, 본 실시예에서 선부재(20)는 L형강으로 제작된다.

상기 제1부재(21)의 일단부는 상기 한 쌍의 지지부재(10) 중 어느 하나의 지지부재에 결합하고 타단부는 간격조절수단(23)과 결합된다.

상기 제2부재(22)의 일단부는 상기 한 쌍의 지지부재(10) 중 다른 하나의 지지부재에 결합하고 타단부는 간격조절수단(23)과 결합된다.

도 13에 도시된 바와 같이 상기 제1부재(21)는 제2부재(22)에 비하여 길게 제작하고 제2부재(22)는 다양한 길이로 사전 제작하여 현장 상황에 맞게 사용할 수 있도록 한다.

일반적으로 PSC 거더의 횡만곡의 정도는 대부분의 경우에 그리 크지 않으며 가끔 일부의 거더에서만 크게 발생하기 때문에 선부재(20)의 간격조절수단(23)에 의한 선부재(20)의 길이조정 능력을 발생 가능한 최댓값에 근거하여 제작하는 것은 비효율적이다. 따라서 발생가능한 모든 경우에 대비해서 간격조절수단(23)에 의한 길이조정 능력을 크게 하기보다는 적당한 크기의 길이조정 능력을 설정하면서,가끔 발생하는 큰 길이오차를 수용하기 위해서 간격조절수단 한 편의 부재를 표준길이 외에 짧거나 길게 변화시켜 예비로 제작해 놓는다. 도 13에 도시된 바와 같이 간격조절수단(23)을 중심으로 한쪽은 길게(제1부재) 한쪽은 짧게(제2부재) 구성하되 제1부재는 표준길이(Ls)의 제2부재와 영점 조정된 간격조절수단의 길이를 감안하여 설계 시에 요구되는 선부재의 길이에 따라 제작한다. 제2부재는 표준길이(Ls) 외에 추가로 Ls-2a, Ls+2a의 길이로 여분의 부재를 제작해서 사용할 수 있는데, 여기서 a는 간격조절수단(23)의 길이조정 폭(±a)이다. 표준길이(Ls) 제2부재 외에 짧고(Ls-2a) 긴(Ls+2a) 여분의 제2부재를 미리 준비해 놓으면, PSC 거더에 큰 횡만곡이 발생한 경우에 표준길이 제2부재를 길거나 짧은 제2부재로 대체하여 최대 ±3a 까지의 길이오차를 수용할 수 있다. PSC 거더의 큰 횡만곡은 자주 발생하는 것이 아니므로 표준길이 제2부재 외에 여분의 제2부재를 많이 제작해 둘 필요가 없으며, 재활용이 가능하기 때문에 추가적인 비용부담이 크지 않아서 이러한 제작 방안이 더 경제적일 수 있다.

상기 간격조절수단(23)은 양단이 상기 제1부재(21)와 제2부재(22)의 타단부와 각각 결합되어 제1부재(21)와 제2부재(22) 사이의 간격을 조절하는 구성이다. 제1부재(21)와 제2부재(22) 사이의 간격을 조절함으로써 선부재(20)의 길이를 줄이거나 늘린다.

상기 간격조절수단(23)은 도 6b에 도시된 바와 같이 제1고정나사부(231), 제2고정나사부(232), 회전나사부(233), 제1잠금너트(234) 및 제2잠금너트(235)를 포함하여 구성된다.

상기 제1고정나사부(231)와 제2고정나사부(232)는 도시된 바와 같이 각각 제1부재(21)와 제2부재(22)에 고정되며 서로 반대방향의 나사산을 가지는 암나사부이다.

상기 회전나사부(233)는 제1고정나사부(231)에 나사결합하는 제1나사부(233a)와 제2고정나사부(232)에 나사결합하는 제2나사부(233b)로 구성되는 수나사로서 중앙에 핸들(236)이 고정되어 있어서 핸들(236)을 조작하여 회전나사부(233)를 회전시킨다.

상기 회전나사부(233)를 회전시키면 회전 방향에 따라 제1부재(21)와 제2부재(22) 사이의 거리를 좁히거나 늘릴 수 있다.

한편, 나사는 체결을 용이하게 하기 위하여 암나사부와 수나사부 사이에 미세한 유격을 가지고 있는데 이러한 나사의 유격에 해당하는 변위가 발생할 때에는 선부재(20)가 힘을 받지 못한다.

상기 제1고정나사부(231)와 제1나사부(233a) 사이에 발생하는 유격과 상기 제2고정나사부(232)와 제2나사부(233b)사이에 발생하는 유격을 없애기 위해서 각각 제1잠금너트(234)와 제2잠금너트(235)를 포함한다.

상기 제1잠금너트(234)는 상기 제1나사부(233a)에 체결되는 너트이고, 상기 제2잠금너트(235)는 상기 제2나사부(233b)에 체결되는 너트이다.

상기 회전나사부(233)를 회전시켜 제1부재(21)와 제2부재(22)사이의 간격조절이 완료되면 제1잠금너트(234)를 회전시켜 제1고정나사부(231)에 밀착시키고, 제2잠금너트(235)를 회전시켜 제2고정나사부(232)에 밀착시켜서 나사의 유격에 의해 발생하는 변위를 막게 된다. 도 6a에는 나사의 유격을 없애기 위해 잠금너트를 고정나사부에 밀착시킨 상태가 도시되어 있고, 도 6b에는 회전 나사부를 회전시켜 간격을 조절하는 동안에 잠금너트에 의한 간섭이 발생하지 않도록 잠금너트가 중간에 위치한 상태가 도시되어 있다.

상기 결합수단은 지지부재(10)와 제1부재(21) 또는 제2부재(22)를 결합하기 위한 구성으로서 도 5에 도시된 바와 같이 제1지지볼트공(13), 제2지지볼트공(14), 도 6a에 도시된 바와 같이 제1선볼트공(211,221), 제2선볼트공(212,222),볼트(미도시) 및 너트(미도시)를 포함하여 구성된다.

상기 제1지지볼트공(13)은 지지부재(10)의 제2판(12)에 형성되는 볼트공으로서 볼트의 직경에 맞춘 표준 볼트공이다.

상기 제2지지볼트공(14) 역시 지지부재(10)의 제2판(12)에 형성되는 볼트공으로서 선부재(20)와 지지부재(10)가 결합할 때 선부재(20)를 회전시키면서 결합할 수 있도록(선부재(20)와 지지부재(10) 사이의 결합각을 조절할 수 있도록) 긴방향이 선부재(20)의 길이방향에 수직인 장공(slot) 형태의 볼트공이다.

상기 제1지지볼트공(13)과 제2지지볼트공(14)이 형성되는 위치는 선부재(20)와 지지부재(10)의 결합위치를 고려하여 결정된다. 도 5에 도시된 지지부재(10)의 경우 세 개의 선부재(20)와 결합하는데, 하나의 선부재는 수평부재이고, 두 개의 선부재는 사부재이며 이를 고려한 제1지지볼트공(13)과 제2지지볼트공(14)의 배치 형태이다.

상기 볼트는 제1지지볼트공(13)과 제1선볼트공(211, 221)을 관통하여 너트에 체결되는 볼트와, 제2지지볼트공(14)과 제2선볼트공(212, 222)를 관통하여 너트에 체결되는 볼트가 포함된다.

도 10에는 한 개의 수평부재(도면상 가장 아래에 배치된 선부재(20a)와 두 개의 사부재(도면상 서로 교차하게 배치된 선부재(20b))가 사용된 실시예가 도시되어 있다. 두 개의 사부재가 사용되는 교차점에서 간섭할 수 있으므로, 도시된 바와 같이 사부재로 사용되는 두 개의 선부재는 지지부재(10)의 제2판(12)의 다른 면에 결합한다.

이하에서는 선부재(20)의 다른 실시예에 대하여 설명한다.

도 7a에는 선부재(20)의 제2실시예가 도시되어 있다. 제1부재(21)와 제2부재(22)는 도 6a에 도시된 선부재(20)와 동일하지만 간격조절수단(23)은 차이가 있으므로 도 7b를 참고하면서 간격조절수단(23')에 대해서만 설명하기로 한다.

제2실시예의 선부재(20)에 적용되는 간격조절수단(23')은 도 7b에 도시된 바와 같이 제1고정나사부(231'), 제2고정나사부(232'), 회전나사부(233'), 제1잠금너트(234') 및 제2잠금너트(235')을 포함하여 구성된다.

상기 제1고정나사부(231')와 제2고정나사부(232')는 각각 제1부재(21)와 제2부재(22)에 고정되며 서로 반대방향의 나사부를 가지는 수나사이다.

상기 회전나사부(233')는 상기 제1고정나사부(231')와 나사결합하는 제1나사부(233a')와 상기 제2고정나사부(232')와 나사결합하는 제2나사부(233b')를 포함하며, 암나사인 회전나사부(233')를 회전시켜 제1부재(21)와 제2부재(22) 사이의 거리를 늘리거나 좁히게 된다.

상기 제1잠금너트(234')와 제2잠금너트(235')의 기능은 도 6b에 도시된 실시예의 대응되는 구성의 기능과 동일하며, 차이점은 상기 제1잠금너트(234')는 제1고정나사부(231')에, 제2잠금너트(235')은 제2고정나사부(232')에 체결되는 차이가 있다. 도 7a에는 나사의 유격을 없애기 위해 잠금너트를 회전나사부에 밀착시킨 상태가 도시되어 있고, 도 7b에는 회전나사부를 회전시켜 간격을 조절하는 동안에 잠금너트에 의한 간섭이 발생하지 않도록 잠금너트가 중간에 위치한 상태가 도시되어 있다.

도 8 및 도 9는 각각 선부재(20)의 제3실시예와 제4실시예를 도시한 도면이다.

제3실시예에 따른 선부재(20)의 제1부재(21)와 제2부재(22)는 원형강관(26)과 연결부(25)를 포함하여 구성되는데 연결부(25)에는 판부재(251)가 형성되어 있어서 판부재(251)에 제1선볼트공(211, 221)과 제2선볼트공(212, 222)이 형성된다. 연결부(25)에는 스티프너(27)가 결합되어 강성을 보강한다.

제3실시예의 간격조절수단(23)은 제1실시예와 같이 회전나사가 수나사인 경우이며, 원통 형태의 고정나사부(암나사)가 원형강관(26)에 고정되는 차이만 있다.

제3실시예의 판부재(251)는 그 중심평면이 원형강관(26)의 단면 도심으로부터 이격되어 있는데, 이는 도 11에 도시된 바와 같이 두 개의 사부재(선부재)를 사용할 때 간섭을 피하기 위해서이다. 판부재의 중심평면이 원형강관의 단면 도심으로부터 이격된 경우에는 축력에 의한 추가적인 휨모멘트가 발생하여 좌굴하중이 작아지는 등의 구조적 효율성이 떨어지므로 스티프너(27)를 이용하여 보강하는 것이다.

제4실시예에 따른 선부재(20')의 제1부재(21')와 제2부재(22')는 제3실시예와 마찬가지로 원형강관(26')과 연결부(25')를 포함하여 구성되는데 연결부(25')에는 판부재(251')가 형성되어 있어서 판부재(251')에 제1선볼트공(211, 221)과 제2선볼트공(212, 222)이 형성된다.

제4실시예의 선부재(20')를 사용하는 경우 간섭의 우려가 있으므로 도 12에 도시된 바와 같이 두 개의 수평부재(20a)와 한 개의 사부재(20b)를 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 배치를 하는 경우 판부재(251')의 중심과 원형강관(26')의 단면 도심을 일치시킬 수 있어서 편심에 의한 휨모멘트가 발생하지 않으므로 스티프너에 의한 보강이 필요 없다.

제3실시예의 선부재(20)와 제4실시예의 선부재(20')는 지지부재(10)에 결합할 때 판부재(251, 251')가 제2판(12)에 면접촉을 하면서 결합한다.

도 11은 두 개의 사부재(20b)와 한 개의 수평재(20a)를 사용한 것인데 제3실시예에 따른 선부재(20)를 사용한 것 외에는 도 10에 도시된 강가로보와 차이가 없다.

현장에서 거더에 부착된 지지부재에 강가로보를 설치할 때 닥치는 가장 큰 문제는 거더의 횡만곡 및 거더 간의 솟음 차이로 인해 강가로보 설계 시에 가정했던 강가로보 지지부 간의 상대위치에 수평 및 수직 방향 거리 오차와 함께 각도 오차도 발생한다는 것이다.

현장에서 발생한 길이오차는 간격조절수단(23)에 의해서 선부재(20)의 길이를 줄이거나 늘려서 보정한다.

선부재(20)의 설치각도 오차를 수용하기 위해서 지지부재(10)에 선부재 길이방향으로 일렬로 배치되는 표준 볼트공 형태의 제1지지볼트공(13)과 장공(slot) 형태의 제2지지볼트공(14)을 형성하는데, 전술한 바와 같이 제2지지볼트공(14)은 설계 시에 설정된 상기 선부재의 설치 위치를 기준으로 선부재(20)의 길이방향에 직각으로 길게 배치된다.

도 5에 도시된 바와 같이 제1지지볼트공(13)과 제2지지볼트공(14)을 형성하는 경우 선부재(20)를 제1지지볼트공(13)을 중심으로 어느 정도 회전시켜 설치할 수 있으므로 설치각도 오차를 충분히 수용할 수 있다.

도 14는 이를 설명하기 위한 도면이다. 설명상의 편의를 위하여 제1지지볼트공과 제2지지볼트공, 선부재의 중심선만을 도시하였다. 설계 시에 가정했던 지지부재(10)의 제1지지볼트공과 제2지지볼트공의 위치는 도면상 a로 표시되어 있고, 거더의 횡만곡이나 거더 간의 솟음 차이로 인하여 지지부재가 움직였을 때의 제1지지볼트공과 제2지지볼트공의 위치는 도면상 b로 표시되어 있다. (상대 위치만 파악하면 되므로 도면상 위에 있는 지지부재의 제1지지볼트공과 제2지지볼트공은 움직이지 않은 것으로 도시하였다.)

이처럼 a에 도시된 상태에서 b로 도시된 상태로 볼트공들이 옮겨진 경우 선부재(20)의 길이를 L1에서 L2로 늘리고, 도면상 위쪽의 제1지지볼트공과 위치가 변경된 아래쪽의 제1지지볼트공을 잇도록 선부재를 θ만큼 회전시켜 지지부재에 결합하면 각도오차까지 보정할 수 있게 되는 것이다.

엄밀한 기하학적 관점에서 보면 선부재가 제1지지볼트공을 중심으로 회전되어 설치되려면 제2지지볼트공은 호형상이어야 한다. 즉 도 14에 도시된 바와 같이 제2지지볼트공의 긴방향 모서리들이 제1지지볼트공과 중심이 같은(동심인) 원호형상이어야 한다. 그런데 도 5에 도시된 제2지지볼트공은 길이방향으로 직선 형태이다. 도 5에 제2지지볼트공이 설계 시 설정된 선부재의 길이방향에 대하여 수직방향으로 길게 형성된 장공형태로 도시된 이유는 볼트공에는 허용되는 공차가 있고, 대부분의 경우에는 회전각이 크지 않기 때문에 이러한 공차 내에서 선부재가 원활히 회전할 수 있기 때문이다.

종래에는 도 2와 같이 장공의 긴 방향을 선부재 길이방향으로 배치하여 선부재 길이방향 오차를 수용할 수 있도록 하였지만, 본 발명의 경우에는 선부재의 길이조정이 가능하기 때문에 제2지지볼트공(14)의 긴 방향을 선부재 길이방향에 직각으로 설치할 수 있다. 볼트의 마찰연결은 장공의 방향과 하중작용방향과 관계없이 사용할 수 있으나 볼트의 지압연결은 반드시 장공의 긴 방향과 하중작용방향이 직각이 되도록 해야 한다. 본 발명의 경우에는 선부재 길이방향이 곧 하중작용방향이므로 장공인 제2지지볼트공(12)의 길이방향과 하중작용방향이 직각을 이루기 때문에 지압연결 볼트이음이 가능하다. 그런데 지압연결이 마찰연결보다 공칭강도가 훨씬(보통 3배 이상) 크다. 따라서 지압연결 볼트이음을 사용하면 볼트의 크기나 개수를 상당히 줄일 수 있다.

전술한 실시예에서는 선부재와 지지부재의 볼트이음에 2개의 볼트만이 사용되었는데, 필요에 따라서는 3개 이상의 볼트가 사용될 수 있다. 3개 이상의 볼트가 요구되는 경우에는 제2지지볼트공과 제2선볼트공의 개수를 선부재의 길이방향으로 늘리면 된다. 다만, 추가되는 제2지지볼트공은 항상 장공 형태이어야 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였다. 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상 범위 안에서 다양한 형태의 강가로보로 구체화될 수 있다.

10 : 지지부재 11 : 제1판
12 : 제2판 20 : 선부재
21 : 제1부재 22 : 제2부재
23 : 간격조절수단

Claims (10)

1. 서로 인접하는 한 쌍의 거더에 설치되며 강재로 제작되는 강가로보에 있어서,
   상기 한 쌍의 거더의 측면부에 각각 결합하며 강재로 제작되는 한 쌍의 지지부재;
   일단부가 상기 한 쌍의 지지부재 중 어느 하나의 지지부재에 결합하는 제1부재와 일단부가 상기 한 쌍의 지지부재 중 다른 하나의 지지부재에 결합하는 제2부재와 상기 제1부재와 제2부재를 결합하되 제1부재와 제2부재 사이의 간격을 조절할 수 있는 간격조절수단을 포함하며 강재로 제작되는 선부재;
   상기 지지부재와 제1부재 또는 제2부재를 결합하기 위한 것으로서,
   상기 지지부재에 형성되는 제1지지볼트공과 제2지지볼트공;
   상기 제1부재 또는 제2부재에 형성되는 제1선볼트공과 제2선볼트공;
   상기 제1지지볼트공과 제1선볼트공, 제2지지볼트공과 제2선볼트공을 각각 관통하여 체결되는 볼트와 너트를 포함하는 결합수단;을 포함하여 구성되며,
   상기 제1지지볼트공을 중심으로 설치되는 상기 선부재의 설치각도 변화를 수용할 수 있도록 상기 제2지지볼트공은 설계 시에 설정된 상기 선부재의 설치위치를 기준으로 상기 선부재의 길이방향에 대하여 직각인 방향으로 길게 형성되는 장공이고,
   상기 간격조절수단은.
   상기 제1부재와 제2부재의 타단부에 각각 고정되는 암나사부인 제1고정나사부와 제2고정나사부;
   상기 제1고정나사부와 제2고정나사부에 각각 나사결합하는 수나사부인 제1나사부와 제2나사부를 포함하여 구성되며, 상기 제1나사부와 상기 제2나사부는 서로 반대방향의 나사로 구성되어 회전시켜면 회전방향에 따라 제1부재와 제2부재 사이의 거리를 좁히거나 늘릴 수 있는 회전나사부;
   상기 제1나사부와 나사결합하는 제1고정나사부 사이의 유격을 없애기 위한 제1잠금너트;
   상기 제2나사부와 나사결합하는 제2고정나사부 사이의 유격을 없애기 위한 제2잠금너트;를 포함하여 구성되며,
   상기 회전나사부를 회전시켜 제1부재와 제2부재 사이의 거리를 좁히거나 늘려 상기 선부재의 길이조정을 완료한 후에 제1잠금너트와 제2잠금너트를 밀착시켜 제1부재와 제2부재 사이의 거리를 유격 없이 고정하되,
   상기 선부재는 한 개의 수평부재와 두 개의 사부재로 구성되거나, 두 개의 수평부재와 한 개의 사부재로 구성되며,
   상기 제1부재가 상기 제2부재에 비해 길게 제작되며 상기 제2부재는 다양한 길이로 제작되되, 상기 제1부재는 표준길이의 제2부재와 영점 조정된 상기 간격조절수단의 길이를 감안하여 설계시에 요구되는 선부재의 길이에 따라 제작하고, 상기 제2부재는 표준길이 외에 추가로 상기 간격조절수단의 길이조정폭의 2배를 빼거나 더한 여분을 포함하는 것을 특징으로 하는 강가로보.
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8. 제1항에 있어서,
   상기 제1부재와 제2부재는 L형강인 것을 특징으로 하는 강가로보.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1부재와 제2부재는 원형강관과 그 원형강관 중 상기 지지부재와 결합되는 부분에 형성되는 연결부로 구성되며, 상기 연결부에는 판부재가 포함되고 판부재에 볼트공이 형성되어 상기 지지부재에 볼트이음 되는 것을 특징으로 하는 강가로보.
   
   
   
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