KR102145559B1 - 종방향 위치와 긴장 단계에 따른 하부플랜지의 강성 조절 방식의 psc u형 거더 시공방법 및 이에 의해 구축되는 교량 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PSC U형 거더를 제작함에 있어서, 긴장재를 1차 및 2차에 걸쳐 다단계로 긴장하되, 종방향 양단에서 긴장재의 정착을 위한 변단면 구간이 종료되는 지점부터 소정 길이의 구간에는 하부플랜지에 종방향의 제1강성보강재를 배치하여 1차 긴장시의 압축력에 대한 강성을 보강하고, 중앙경간구간에 대해서는 1차 긴장 단계 이후에 추가적으로 제2강성보강재를 하부플랜지 위에 배치하고 콘크리트 타설에 의해 추가 보강부를 형성하여 하부플랜지 두께를 증가시킨 후 2차 긴장이 이루어지는 방식으로 PSC U형 거더를 제작 및 시공함으로써, 종방향 위치에 따라 그리고 긴장 단계에 따라 강성을 조절하여 프리스트레스 도입시의 효율을 극대화하면서도 완성 후 공용중에는 비틀림 저항성과 휨강성을 강화시키고 시공성 및 안전성을 제고시킨 PSC U형 거더 및 그 시공방법에 관한 것이다.

Description

종방향 위치와 긴장 단계에 따른 하부플랜지의 강성 조절 방식의 PSC U형 거더 시공방법 및 이에 의해 구축되는 교량{Constructing method of PSC U-girder with stiffness control method of lower flange according to longitudinal position and tension stage, and Bridge constructed by such method}

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트로 제작되어 도로교 및 철도교 등의 교량 건설 등에 사용되는 PSC U형 거더(Prestressed Concrete U-type Girder)와 이를 제작하여 시공하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 교축방향(이하, "종방향"이라고 기재함)으로 영문자 U자 형태의 단면형상을 가지도록 제작된 후 프리캐스트 패널로 폐합되어 박스(box) 단면을 가지게 되는 PSC U형 거더를 제작하고 이를 교각 위에 거치하여 시공함에 있어서, 긴장재를 1차 및 2차에 걸쳐 다단계로 긴장하되, 종방향 양단에서 긴장재의 정착을 위한 변단면 구간이 종료되는 지점부터 소정 길이의 구간에는 하부플랜지에 종방향의 제1강성보강재를 배치하여 1차 긴장시의 압축력에 대한 강성을 보강하고, 중앙경간구간에 대해서는 1차 긴장 단계 이후에 추가적으로 제2강성보강재를 하부플랜지 위에 배치하고 콘크리트 타설에 의해 추가 보강부를 형성하여 하부플랜지 두께를 증가시킨 후 2차 긴장이 이루어지는 방식으로 PSC U형 거더를 제작 및 시공함으로써, 종방향 위치에 따라 그리고 긴장 단계에 따라 강성을 조절하여 프리스트레스 도입시의 효율을 극대화하면서도 완성 후 공용중에는 비틀림 저항성과 휨강성을 강화시키고 시공성 및 안전성을 제고시킨 PSC U형 거더, 그리고 이러한 PSC U형 거더의 제작방법과 시공방법에 관한 것이다.

철도교, 도로교 등의 교량 시공을 위하여, 종방향으로 영문자 U자 형태의 단면형상을 가지도록 프리캐스트 콘크리트로 제작된 후 프리캐스트 패널로 폐합되어 박스(box) 단면을 가지게 되는 "PSC U형 거더"가 사용될 수 있다. 대한민국 등록실용신안 제20-0316089호에는 그 일예가 개시되어 있다.

종래의 PSC Box형 거더의 경우, 중량이 과대하여 상대적으로 대형 크레인이 필요하여 공사비 증가 요인이 되고 현장 적용에 제한이 따르는 단점이 있고, PSC U형 거더는 Box형에 비해서 상대적으로 부족한 강성을 확보하기 위하여 단면을 증대시킬 경우, 하중증가로 인하여 모멘트가 추가 발생하고, 프리스트레스 도입시 단면적이 커져서 도입 압축응력이 감소하므로 완성계시 하부플랜지에 압축상태를 유지해야하는 풀-프리스트레스(Full-Prestress) 거더로서는 불리하다는 단점이 있다.

특히, 종래의 PSC U형 거더의 경우, 긴장재를 하단으로 일괄 배치시에 시공단계에서 허용압축응력을 초과하는 응력이 작용하게 되는 부분이 발생하는 문제점이 있을 수 있다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0316089호(2003.06.12.공고).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, PSC U형 거더를 제작함에 있어서, 종방향 양단에서 긴장재의 정착을 위한 변단면 구간이 종료되는 지점부터 소정 길이의 구간에는 하부플랜지에 종방향 강성보강재를 배치하여 강성을 보강하고, 지간의 중앙부 정모멘트 최대구간에서는 하부플랜지가 최적 두께를 가지는 방식으로 종방향 위치에 따라 강성을 조절하여 프리스트레스 도입시의 효율을 극대화하면서도 거치시의 자중은 감소시키고 완성 후 공용중에는 비틀림 저항성과 휨강성을 강화시킴으로써, 시공성 및 안전성을 제고시킬 수 있는 PSC U형 거더와 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 하부플랜지와, 그 양측에 세워진 복부를 가지고 있어서, 종방향으로 U자형 단면 형상을 가지며, 종방향으로 긴장재가 배치되어 있는 구성을 가지도록 콘크리트를 타설하여 PSC U형 거더를 제작하되; PSC U형 거더를 종방향으로 1/2의 경간을 충진변단면구간과 보강단면구간(L2)과 중앙경간구간으로 구분하여, 충진변단면구간에서는 긴장재를 경사지게 배치하고, 보강단면구간과 중앙경간구간에는 긴장재를 하부플랜지에 배치하는데, 보강단면구간은 종방향으로 연장된 제1강성보강재가 하부플랜지에 매립되어 보강되어 있도록 하고, 중앙경간구간은 보강단면구간의 하부플랜지보다 얇은 두께를 가지는 "기본 하부플랜지"를 가지도록 제작하며; 중앙경간구간이 "기본 하부플랜지"를 가지도록 제작된 상태에서, 긴장재를 1차 긴장하여 PSC U형 거더에 종방향으로 1차 긴장력을 도입하고; 1차 긴장력을 도입한 후에는, 중앙경간구간의 "기본 하부플랜지" 위에 종방향으로 연장된 제2강성보강재를 배치하고, 제2강성보강재가 매립되도록 추가 보강부를 "기본 하부플랜지"와 일체로 형성하여, 보강단면구간 하부플랜지와 동일한 두께의 "최종 하부플랜지"가 중앙경간구간에 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 PSC U형 거더의 제작방법이 제공된다.

또한 본 발명에서는 위와 같은 본 발명의 제작방법에 의해 제작된 PSC U형 거더를 인양하여 교각 위에 거치하는 단계; PSC U형 거더의 위에 상부 슬래브를 구축하는 단계; 및 긴장재를 2차 긴장하여 종방향으로 2차 긴장력을 도입하는 단계를 포함하는 PSC U형 거더의 시공방법이 제공되며, 더 나아가 위와 같은 본 발명의 제작방법에 의해 제작된 PSC U형 거더가 제공된다.

본 발명에서 PSC U형 거더는, 복수개의 긴장재가 경사지게 배치되는 충진변단면구간과, 추가적인 강성보강재가 배근되어 강성이 보강된 두꺼운 하부플랜지를 가지는 보강단면구간, 그리고 중앙경간구간이 순차적으로 존재하는 구성을 가지는 바, 이를 통해서 시공단계에서 허용압축응력을 초과하는 응력이 작용하게 되는 현상이 발생할 수 있는 취약부분을 효과적으로 보강할 수 있게 되는 장점을 발휘하게 된다.

즉, 본 발명에 따른 PSC U형 거더의 경우, 긴장재의 1차 긴장 단계에서 응력이 집중되는 충진변단면구간 끝단에, 상대적으로 두꺼운 두께를 가지며 추가적인 강성보강재가 매립 배치되어 단면 강성이 크게 증대된 하부플랜지를 가지는 보강단면구간이 존재하므로, 단면에 발생하는 응력이 허용압축응력을 초과하는 것을 방지하는 장점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 PSC U형 거더는, 시공 단계 및 긴장 단계에 맞추어서 중앙경간구간의 하부플랜지 전체 두께가 최적의 상태로 변화되어 형성되는 바, 공용 중 최대 인장응력이 발생하는 위치를 효과적으로 제어할 수 있는 장점을 가진다.

또한 본 발명의 PSC U형 거더는, 제작 완료 후 개방된 상부에 프리캐스트 패널이 거치되어 박스형태의 단면으로 만들어져서 상부 슬래브의 타설이 용이하게 될 수 있으며, 더 나아가 프리캐스트 패널에 돌출 구비된 부분매립 철물에 의해 슬래브와의 견고한 일체화를 이룰 수 있게 된다.

더 나아가, 본 발명의 PSC U형 거더에는 일체형 가로보가 구비될 수 있으며, 이를 통해서 PSC U형 거더가 횡방향으로 이웃하게 배치되어 일체형 가로보가 서로 접한 상태에서 횡결속재를 관통 배치한 후 양단을 PSC U형 거더의 복부 외측면에서 정착시킴으로써 가로보를 용이하게 형성할 수 있게 되는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PSC U형 거더의 종방향 단부면을 보여주는 개략적인 정면도이다.
도 2의 (a)는 도 1에 도시된 PSC U형 거더의 1/2 경간 부분에 대한 도 1의 화살표 A-A에 따른 개략적인 단면도이다.
도 2의 (b)는 도 1에 도시된 PSC U형 거더의 1/2 경간 부분에 대한 개략적인 평면도이다.
도 2의 (c)는 도 1에 도시된 PSC U형 거더의 1/2 경간 부분에 대한 개략적인 저면도이다.
도 3은 도 2의 (a)에 표시된 화살표 B-B에 따른 개략적인 종방향 단면도이다.
도 4는 도 2의 (a)에 표시된 화살표 C-C에 따른 개략적인 종방향 단면도이다.
도 5의 (a)는 충진변단면구간의 이후에 하부플랜지의 두께가 변화되지 않고 일정한 두께를 가지도록 제작된 PSC U형 거더에서 프리캐스트 패널과 상부 슬래브가 아직 시공되지 않은 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 도시된 상태에서 1차 긴장 작업을 수행하였을 때 하부플랜지에 작용하게 되는 응력에 대한 개략적인 분포도이다.
도 6의 (a)는 도 5의 (a)에 도시된 PSC U형 거더의 공용 중 상태를 보여주는 도 5의 (a)에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 6의 (b)는 도 6의 (a)에 도시된 공용 중 상태에서 하부플랜지에 작용하게 되는 응력에 대한 개략적인 분포도이다.
도 7의 (a)는 본 발명에 따른 PSC U형 거더가 제작장에서 제작되어 1차 긴장이 이루어진 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 7의 (b)는 교각에 거치된 PSC U형 거더의 위에 프리캐스트 패널와 상부 슬래브를 설치하고 하부플랜지에 추가 보강부를 더 형성한 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 8의 (a)는 도 7의 (a)에서 원 R1으로 표시된 부분의 개략적인 확대도이다.
도 8의 (b)는 도 7의 (b)에서 원 R2로 표시된 부분의 개략적인 확대도이다.
도 9의 (a)는 도 7의 (a)와 동일한 도면이다.
도 9의 (b)는 도 9의 (a)에 도시된 상태에서 1차 긴장 작업을 수행하였을 때 하부플랜지에 작용하게 되는 응력에 대한 개략적인 분포도이다.
도 10의 (a)는 도 7의 (b)와 동일한 도면이다.
도 10의 (b)는 도 10의 (a)에 도시된 공용 중 상태에서 하부플랜지에 작용하게 되는 응력에 대한 개략적인 분포도이다.
도 11은 PSC U형 거더에서 하부플랜지의 두께가 시공단계에 따라 변화되지 않을 때와 시공단계에 따라 변화될 때에 대하여 응력 상태를 보여주는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 PSC U형 거더에서 일체형 가로보가 형성된 위치만을 발췌하여 보여주는 개략적인 부분 사시도이다.
도 13은 횡방향으로 이웃하는 PSC U형 거더 사이에서 일체형 가로보가 횡방향으로 접하여 연속되고 횡결속재에 의해 결속된 상태를 보여주는 도 9에 대응되는 개략적인 부분 사시도이다.
도 14는 도 13의 화살표 D-D에 따른 개략적인 종방향 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 본 명세서에서는 앞서 언급한 것처럼 거더가 길게 연장되는 교축방향을 "종방향"이라고 기재하며, 수평하게 종방향과 직교하는 방향 즉, 거더의 폭방향을 "횡방향"이라고 기재한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 PSC U형 거더(100)의 종방향 단부면을 보여주는 개략적인 종방향의 정면도가 도시되어 있고, 도 2의 (a) 내지 (c)에는 각각 도 1에 도시된 PSC U형 거더(100)의 1/2 경간 부분에 대한 도 1의 화살표 A-A에 따른 개략적인 단면도(도 2의 (a)), 개략적인 평면도(도 2의 (b)) 및 개략적인 저면도(도 2의 (c))가 도시되어 있다. 도 3에는 도 1 내지 도 2에 도시된 본 발명의 PSC U형 거더에서 보강단면구간(L2)의 종방향 단면형상을 보여주는 도 2의 (a)의 화살표 B-B에 따라 종방향으로 바라본 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 PSC U형 거더에서 중앙경간구간(L3)의 종방향 단면형상을 보여주는 도 2의 (a)의 화살표 C-C에 따라 종방향으로 바라본 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 2 내지 도 4에서는 본 발명에 따른 PSC U형 거더(100)의 종방향 전체 경간의 절반(1/2)에 해당하는 부분만을 도시하였는 바, 도면에서 도시하지 않은 나머지 경간 1/2 부분은 도 2 내지 도 4에 도시된 것과 거울대칭 관계를 가지면서 동일한 구성을 가진다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명의 PSC U형 거더(100)는, 하부플랜지(1)와, 그 양측에 세워진 복부(web)(2)를 가지고 있어서, 종방향으로 바라보았을 때 영문자 U자형 단면 형상을 가진다. 도면에 도시된 실시예의 경우, 각각의 복부(2) 상단에는 횡방향의 양측으로 연장된 상부플랜지(3)가 구비되어 있다. 이와 같이 필요에 따라서는 복부(2)의 횡방향 외측으로 각각 더 수평하게 돌출되도록 상부플랜지(3)가 연장되어 형성된 캔틸레버부가 존재할 수 있으며, 캔틸레버부가 존재하는 단면을 가지는 PSC U형 거더(100)의 경우, 횡방향(교축직각방향)으로 복수개 연속 배치하였을 때, 횡방향으로 이웃하는 PSC U형 거더(100)의 캔틸레버부가 서로 접하여 연속될 수 있다. 따라서 이러한 구성에서는 캔틸레버부를 이루는 상부플랜지는 그 위에 슬래브를 타설할 때의 거푸집으로서 기능하게 되며, 그에 따라 거푸집 시공을 위한 별도의 거푸집 및 동바리의 설치가 필요 없게 되거나 최소화되고, 더욱 경제적인 시공이 가능하게 된다.

PSC U형 거더(100)는 그 내부에 종방향으로 복수개의 긴장재(7)가 배치되고 긴장 정착됨으로써 종방향의 긴장력이 도입되는데, 본 발명에서는 PSC U형 거더(100)의 1/2의 경간을 도 2의 (a)에 도시된 것처럼 종방향으로 가면서 충진변단면구간(L1)과 보강단면구간(L2)과 중앙경간구간(L3)으로 구분하여, 충진변단면구간(L1)에서는 긴장재(7)가 경사지게 배치되고, 보강단면구간(L2)과 중앙경간구간(L3)에는 긴장재(7)가 하부플랜지(1)에 배치된다. 물론 도 2 내지 도 4에는 PSC U형 거더(100)의 종방향 전체 경간의 절반(1/2)만이 도시되어 있으므로, PSC U형 거더(100)의 종방향 전체 경간은 "충진변단면구간(L1)-보강단면구간(L2)-중앙경간구간(L3)-보강단면구간(L2)-충진변단면구간(L1)"의 순서로 이루어진다. 또한 본 명세서에서는 PSC U형 거더(100)의 1/2경간을 예시하여 설명하고 있는 바, 본 발명의 PSC U형 거더(100)은 아래에서 설명하는 1/2경간 구성이 경간중앙을 기준으로 거울대칭 관계로 동일하게 존재하는 것으로 이해되어야 한다.

복수개의 긴장재(7)는 중앙경간구간(L3)과 보강단면구간(L2)에서 하부플랜지 내에 수평하게 배치되어 있다가 충진변단면구간(L1)에서는 점차로 상승하는 형태로 배치되어 도 1에 도시된 것처럼 PSC U형 거더(100)의 단부면에 정착된다. 따라서 충진변단면구간(L1)에서, PSC U형 거더(100)의 내부공간은 종방향 단부면으로 가면서 경사 상면을 가지는 형태로 점차로 채워져서 폐쇄된다. PSC U형 거더(100)의 경간 중앙으로 가면서 충진변단면구간(L1)에 연속하여 보강단면구간(L2)이 존재하고, 보강단면구간(L2)에 연속하여 중앙경간구간(L3)이 존재한다.

제작장에서 콘크리트를 타설하여 위와 같이 하부플랜지(1)와 복부(2)를 가지는 단면 형상의 PSC U형 거더(100)를 제작한 후에는, 긴장재(7)를 1차 긴장하여 PSC U형 거더(100)에 종방향으로 1차 긴장력을 도입한다. 충진변단면구간(L1)에서 긴장재는 연직 높이에 분포된 형태로 배치되지만, 충진변단면구간(L1)을 지나서부터는 긴장재가 전부 하부플랜지(1)에 배치되며, 특히 충진변단면구간(L1)의 끝단 즉, 충진변단면구간(L1)이 종결되는 위치에서는 긴장재가 집중 배치된다. 따라서 제작장에서 PSC U형 거더를 제작하면서 긴장재를 1차 긴장할 때, 충진변단면구간(L1)이 종결되는 위치에서는 과도한 압축력이 도입되고, 이로 인하여 하부플랜지의 허용압축응력을 초과하는 상황이 발생할 수 있다.

도 5 및 도 6에는 충진변단면구간(L1)의 이후에 종방향으로 두께 d2를 가지는 하부플랜지가 경간 전체에 길게 연장되어 있는 형태의 단면을 가지도록 PSC U형 거더를 제작하였을 경우에 대한 도면이 각각 도시되어 있다. 구체적으로 도 5의 (a)에는 프리캐스트 패널(6)와 상부 슬래브(5)가 아직 시공되지 않은 상태에서의 도 2에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 5의 (b)에는 도 5의 (a)에 도시된 상태에서 1차 긴장 작업을 수행하였을 때 하부플랜지에 작용하게 되는 응력에 대한 개략적인 분포도가 도시되어 있다. 도 6의 (a)에는 도 5의 (a)에 도시된 PSC U형 거더의 공용 중 상태에서의 도 5의 (a)에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)에 도시된 공용 중 상태에서 하부플랜지에 작용하게 되는 응력에 대한 개략적인 분포도가 도시되어 있다. 도 5의 (a)에서 원 E1으로 표시된 지점이 충진변단면구간(L1)이 종결되는 위치이고, 도 5의 (b)에서 원 E2로 표시된 지점은 원 E1 표시된 지점에 대응되는 위치이다.

충진변단면구간(L1)의 이후에 두께 d2를 가지는 하부플랜지가 길게 연장되어 있어서 보강단면구간(L2)과 중앙경간구간(L3)의 구분이 존재하지 않는 단면 구성을 가지는 PSC U형 거더의 경우, 1차 긴장을 수행하였을 때 충진변단면구간(L1)이 종결되는 위치에서는 도 5의 원 E2에 예시된 것처럼 허용압축응력을 초과하는 압축응력이 발생할 수 있으며, 이러한 현상은 PSC U형 거더의 구조적 안전성을 크게 위협하게 된다. 즉, 제작장에서 PSC U형 거더를 제작하는 과정에서 거더 중앙부 최대모멘트 발생지점이 아닌 위치에서 허용압축응력을 초과하는 압축응력이 작용하는 현상이 발생할 수 있는 것이다. 또한 PSC U형 거더가 완성되어 교각에 설치되고 공용 중의 상태에서는, 도 6의 (b)에서 원 E3에 예시된 것처럼 거더 중앙부의 하부 플랜지에는 충분한 압축응력이 도입되지 못하여서 인장응력이 발생할 수 있다.

본 발명의 PSC U형 거더(100)에서는, 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 앞서 설명한 것처럼 경간의 1/2을 충진변단면구간(L1)과, 보강단면구간(L2)과, 중앙경간구간(L3)으로 구분되도록 구성하고, 보강단면구간(L2)에서는 하부플랜지에 제1강성보강재를 매립 배치하여 단면 강성을 증가시키고, 중앙경간구간(L3)에서는 긴장력 도입 단계에 따라 하부플랜지의 두께와 보강 정도를 변화시키는 구성을 가지고 있다.

도 7에는 본 발명에 따라 중앙경간구간(L3)의 하부플랜지 두께가 변화되는 구성을 가지는 PSC U형 거더에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있는데, 도 7의 (a)에는 제작장에서 제작되어 1차 긴장이 이루어진 상태를 보여주는 도 6의 (a)에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 7의 (b)에는 PSC U형 거더에서 "기본 하부플랜지" 위에 제2강성보강재(42)가 매립된 형태의 추가 보강부가 더 형성되어 "최종 하부플랜지"가 만들어지고 프리캐스트 패널(6)와 상부 슬래브(5)를 상부에 설치한 상태를 보여주는 도 6의 (b)에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 8의 (a) 및 (b)에는 각각 도 7의 (a)에서 원 R1으로 표시된 부분과 도 7의 (b)에서 원 R2로 표시된 부분 즉, 보강단면구간(L2)에서 중앙경간구간(L3)으로 이어지는 위치에서 하부플랜지(1)를 상세히 보여주는 개략적인 확대도가 도시되어 있다.

제작장에서 콘크리트를 타설하여 PSC U형 거더(100)를 제작할 때, 충진변단면구간(L1)과 이어지는 보강단면구간(L2)을, 종방향으로 연장된 제1강성보강재(41)가 하부플랜지(1) 내에 매립 배치되어 단면 강성이 보강된 구조를 가지도록 제작한다. 앞서 언급한 것처럼 충진변단면구간(L1)의 끝단에서 1차 긴장 단계에서 응력이 집중됨으로 인하여 과도한 압축응력이 발생할 수 있는 바, 이에 대한 대응책으로서 본 발명에서는 제1강성보강재(41)가 매립된 하부플랜지(1)를 가지는 보강단면구간(L2)이 충진변단면구간(L1)에 연속하여 존재하도록 PSC U형 거더를 제작하는 것이다. 제1강성보강재(41)로는 철근이나 강봉을 사용할 수 있는데, 필요에 따라서는 H빔이나 T빔과 같은 부재 또는 강판 등을 제1강성보강재(41)로 이용할 수도 있다.

보강단면구간(L2)와 연속되는 중앙경간구간(L3)의 경우는 PSC U형 거더(100)의 제작단계에 따라 하부플랜지의 전체 두께가 변화되는데, 제작장에서 제작된 후 1차 긴장 단계까지 중앙경간구간(L3)은 하부플랜지 두께가 보강단면구간(L2)의 하부플랜지 두께 d2보다 작은 두께 d3을 가진다. 즉, 제작장에서 콘크리트를 타설하여 PSC U형 거더(100)를 제작할 때에는 도 7의 (a) 및 도 8의 (a)에 도시된 것처럼 보강단면구간(L2)은 종방향으로 연장된 제1강성보강재(41)가 매립되고 두께 d2의 하부플랜지(1)를 가지고 있지만, 중앙경간구간(L3)의 경우는 보강단면구간(L2)의 하부플랜지 두께 d2보다 작은 두께 d3의 슬랜더(slender)한 "기본 하부플랜지"를 가지고 있는 것이다.

그러나 PSC U형 거더(100)가 제작되고 긴장재의 1차 긴장이 이루어진 후에는 도 7의 (b) 및 도 8의 (b)에 도시된 것처럼 중앙경간구간(L3)에서 "기본 하부플랜지" 위에는 제2강성보강재(42)가 매립된 형태의 추가 보강부(11)가 더 형성되며, 그에 따라 중앙경간구간(L3)의 "최종 하부플랜지"는 보강단면구간(L2)의 하부플랜지(1) 두께 d2와 동일하거나 또는 설계에서 정해진 소정의 두께를 가지게 된다.

이와 같이 제작된 본 발명의 PSC U형 거더(100)는 크레인 등의 인양장치에 의해 인양되어 교각 위에 거치되고, 그 위쪽으로 상부 슬래브(5)가 시공된다. 상부 슬래브(5)가 시공되어 PSC U형 거더(100)의 완성계 상태가 만들어진 후에는, 긴장재를 추가 긴장하는 2차 긴장 작업을 수행함으로써 PSC U형 거더(100)에 종방향으로 2차 긴장력을 도입한다. 2차 긴장력이 도입된 후에는 사용상태가 되어 활하중 및 기타 고정하중이 PSC U형 거더에 가해지게 된다.

본 발명에서는 1차 긴장 작업을 수행한 후 2차 긴장 작업을 수행하기까지의 사이에, 앞서 설명한 것처럼 얇은 두께를 가지는 중앙경간구간(L3)의 "기본 하부플랜지" 위에 제2강성보강재(42)가 매립된 형태의 추가 보강부(11)를 더 형성하여, 중앙경간구간(L3)의 "최종 하부플랜지" 두께를 보강단면구간(L2)의 하부플랜지 두께 d2와 동일하게 만드는 <중앙경간구간에 대한 하부플랜지 보강 작업>이 진행된다. 구체적으로 중앙경간구간(L3)에서 이미 만들어져 있던 "기본 하부플랜지"의 위쪽에 종방향으로 연장된 제2강성보강재(42)를 배치하고, 콘크리트를 타설하여 제2강성보강재(42)가 매립된 형태의 추가 보강부(11)를 "기본 하부플랜지"에 일체로 더 형성하는 것이다. 위와 같이 중앙경간구간에 대한 하부플랜지 보강 작업이 이루어진 후에는, 중앙경간구간(L3)의 전체에서 "최종 하부플랜지"의 두께가 보강단면구간(L2)의 하부플랜지 두께 d2와 동일하거나 또는 설계에서 정해진 소정의 두께를 가지게 된다.

제작장에서 PSC U형 거더(100)를 제작할 때, 도 8의 (a)에 도시된 것처럼 보강단면구간(L2)에 매립되는 제1강성보강재(41)의 단부를 중앙경간구간(L3)의 "기본 하부플랜지" 위쪽으로 노출시켜 놓으면, 중앙경간구간(L3)에서 "기본 하부플랜지"의 위에 제2강성보강재(42)를 배치할 때 도 8의 (b)에 도시된 것처럼 제2강성보강재(42)를 제1강성보강재(41)에 결속하여 연속되도록 배치할 수 있으며, 이를 통해서 제2강성보강재(42)의 설치작업을 더욱 용이하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 제2강성보강재에 의한 보강효과를 더욱 향상시킬 수 있게 되는 장점이 발휘된다. 제2강성보강재(42) 역시 제1강성보강재(41)와 마찬가지로 철근이나 강봉, 또는 H빔이나 T빔과 같은 부재 또는 강판 등으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 중앙경간구간(L3)에서 "기본 하부플랜지" 위에 제2강성보강재(42)를 배치하고 추가 보강부(11)를 더 형성하여 "최종 하부플랜지"의 두께를 증가시키는 <중앙경간구간에 대한 하부플랜지 보강 작업>은, 1차 긴장 작업을 수행한 후 PSC U형 거더의 2차 긴장 작업을 수행하기까지의 사이에 진행되는데, 1차 긴장 작업이 진행된 후 PSC U형 거더(100)를 인양하기 전에 제작장에서 수행될 수도 있고, PSC U형 거더(100)를 인양하여 교각 위에 거치한 후에 수행될 수도 있다. 만일 <중앙경간구간(L3)에 대한 하부플랜지 보강부 작업>이, PSC U형 거더(100)의 인양 거치 후에 진행되는 경우, 제작장에 있는 PSC U형 거더(100)는 얇은 두께의 "기본 하부플랜지"로 이루어진 슬랜더(slender)한 단면의 중앙경간구간(L3)을 가지고 있으므로 PSC U형 거더(100)의 전체적인 자중(自重)이 상대적으로 가벼워서 PSC U형 거더의 인양 및 거치 작업이 더욱 효율적으로 진행될 수 있다.

도 9 및 도 10에는 각각 위와 같은 본 발명의 방법에 의해 제작 시공되는 PSC U형 거더에 대한 도 5 및 도 6에 대응되는 도면이 도시되어 있는데, 도 9의 (a)는 본 발명에서 아직 중앙경간구간(L3)의 "기본 하부플랜지"에 추가 보강부가 형성되지 않은 상태를 보여주는 도 7의 (a)와 동일한 도면이고, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)에 도시된 상태에서 1차 긴장 작업을 수행하였을 때 하부플랜지에 작용하게 되는 응력에 대한 개략적인 분포도이다.

도 10의 (a)는 중앙경간구간(L3)의 "기본 하부플랜지"에 추가 보강부가 형성되고 PSC U형 거더의 위에 프리캐스트 패널과 상부 슬래브가 설치되어 공용 중인 상태를 보여주는 도 7의 (b)와 동일한 도면이고, 도 10의 (b)는 도 10의 (a)에 도시된 공용 중 상태에서 하부플랜지에 작용하게 되는 응력에 대한 개략적인 분포도이다. 도 9의 (b) 및 도 10의 (b)에서 점선은 각각 도 5의 (b) 및 도 6의 (b)에 도시된 응력 상태를 나타낸다.

본 발명의 경우에는, 1차 긴장 단계에서 긴장력이 집중되는 충진변단면구간(L1)의 끝단에, 상대적으로 두꺼운 두께를 가지며 추가적인 강성보강재(4)가 매립 배치되어 단면 강성이 크게 증대된 하부플랜지를 가지는 보강단면구간(L2)이 존재하므로, 도 9의 (b)에서 원 F2으로 표시된 지점과 같이 단면에 발생하는 압축응력은 허용압축응력을 넘지 않게 된다. 즉, 1차 긴장 단계에서 작용응력이 허용압축응력을 초과하게 되는 부분이 발생하지 않는 것이다. 따라서 PSC U형 거더의 구조적 안정성이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.

본 발명의 경우, 공용 중일 때에는 앞서 설명한 것처럼 중앙경간구간(L3)에 이미 제2강성보강재(42)가 매립된 추가 보강부가 "기본 하부플랜지" 위에 일체로 형성되어 있으므로, 도 10의 (b)에서 원 F3로 표시된 지점과 같이 중앙경간구간은 압축응력 상태를 유지하게 된다. 즉, 1차 긴장이 이루어진 후에는, 중앙경간구간(L3)의 "기본 하부플랜지"에 제2강성보강재(42)가 매립되어 있는 추가 보강부(11)가 형성되어 중앙경간구간(L3)이 보강단면구간(L2)과 마찬가지로 단면 보강된 상태이므로, 앞서 도 6에서 살펴본 상황과는 달리, 본 발명에서는 공용 중에 PSC U형 거더의 단면에 인장응력이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 되는 것이다. 따라서 본 발명에 따른 PSC U형 거더(100)는 매우 우수한 구조적인 안정성을 가진다.

도 11에는 PSC U형 거더에서 하부플랜지의 두께가 시공단계에 따라 변화되지 않을 때와 시공단계에 따라 변화될 때에 대하여 응력 상태를 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 11의 (a)는 PSC U형 거더에서 하부플랜지의 두께가 변화되지 않고 일정할 경우를 보여주는 것이고, 도 11의 (b)는 본 발명의 PSC U형 거더에서 충진변단면구간에서 시공단계에 따라 "기본 하부플랜지" 위에 제2강성보강재(42)가 매립된 추가 보강부(11)가 형성되어 하부플랜지의 전체 두께가 변화된 경우를 보여주는 것이다. 도 11의 (a)와 (b)은 동일한 형고를 가지며 하부플랜지의 전체 두께가 d2로 동일하고 동일한 긴장력으로 긴장한 경우를 대비한 것이다.

본 발명의 PSC U형 거더(100)의 경우, 1차 긴장 단계에서는 하부플랜지가 작은 d3의 두께를 가지고 있지만 1차 긴장이 완료되고 활하중과 고정하중(사하중)이 작용하는 공용 중 상태에서는 하부플랜지의 전체 두께가 제2강성보강재(42)의 배치와 추가 보강부(11)의 형성을 통해서 d2 또는 설계에서 정해진 소정의 두께로 증가하게 된다. 따라서 도 11의 (a)에 도시된 PSC U형 거더에서 하부플랜지의 두께가 변화되지 않고 일정한 경우와 달리, 본 발명의 PSC U형 거더(100)에서는 도 11의 (b)에 도시된 것처럼 단면의 중립축 위치가 하향 이동하게 되어 거더 하단에 대한 단면계수가 증가하게 되고, 그에 따라 하부플랜지의 하연에서 발생하는 활하중과 고정하중에 의한 인장응력이 감소하게 되어 공용 중의 최대 하중에 대해 효율적으로 대응할 수 있는 단면 응력 상태가 만들어진다.

위에서 살펴본 것처럼 본 발명에서는 1차 긴장 단계에서 응력이 집중되는 충진변단면구간(L1)의 끝단에, 상대적으로 두꺼운 두께를 가지며 추가적인 강성보강재(4)가 매립 배치되어 단면 강성이 크게 증대된 하부플랜지를 가지는 보강단면구간(L2)이 존재하므로, 도 5의 (b)에서 원 F2으로 표시된 지점과 같이 단면에 발생하는 응력이 허용압축응력을 넘게 되는 현상을 예방할 수 있게 되는 장점이 있다. 또한 본 발명에서는 시공 단계 및 긴장 단계에 맞추어서 중앙경간구간(L3)의 하부플랜지 전체 두께를 변화시키게 되는 바, 도 6의 (b)에서 원 F3으로 표시된 지점과 같이 단면에 인장응력이 발생하는 것을 예방할 수 있게 되는 장점이 있다.

한편, PSC U형 거더(100)를 인양하여 교각 위에 거치한 후, 상부 슬래브(5)의 시공에 앞서 PSC U형 거더의 양측 복부(2) 사이의 개방된 상부에 프리캐스트 패널(6)을 거치함으로써, 종방향으로 볼 때 중공의 내부공간이 존재하는 박스(box)형태의 단면이 되게 하여 상부 슬래브(5)의 현장 콘크리트 타설이 더욱 용이하게 이루어지게 만들 수 있다. 프리캐스트 패널(6)에는 상부 슬래브(5)와의 일체화를 위한 부분매립 철물(60)이 프리캐스트 패널(6)의 상면에 일부가 돌출되어 있도록 미리 구비될 수 있으며, 이 경우 프리캐스트 패널(6)과 상부플랜지(3)의 상면에 콘크리트를 타설하여 상부 슬래브(5)를 시공할 때, 부분매립 철물(60)이 상부 슬래브(5)에 매립됨으로써 프리캐스트 패널(6)과 상부 슬래브(5)가 더욱 견고하게 일체화된다. 이 때, 상부플랜지(3)에서 복부(2)의 횡방향 외측으로 각각 더 돌출되도록 수평하게 더 연장된 부분은, 프리캐스트 패널(6)과 함께 상부 슬래브(5)를 위한 콘크리트의 거푸집으로서 기능하게 된다. 이러한 프리캐스트 패널(6)의 설치 작업은 PSC U형 거더가 아직 제작장에 놓여 있을 때 수행될 수도 있고, 이와 달리 PSC U형 거더가 인양되어 교각 위에 거치된 후에 수행될 수도 있다.

본 발명에 따른 PSC U형 거더(100)를 횡방향으로 복수개 이웃하게 연속 배치하여 교량을 시공할 수 있는데, 이 때 횡방향으로 이웃하는 PSC U형 거더(100) 사이에 존재하게 되는 일체형 가로보(9)를 미리 PSC U형 거더(100)에 형성시킬 수도 있다. 도 12에는 본 발명의 PSC U형 거더(100)에서 일체형 가로보(9)가 형성된 위치만을 발췌하여 보여주는 개략적인 부분 사시도가 도시되어 있고, 도 13에는 횡방향으로 이웃하는 PSC U형 거더(100) 사이에서 일체형 가로보(9)가 횡방향으로 접하여 연속되고 횡결속재(90)에 의해 결속된 상태를 보여주는 도 12에 대응되는 개략적인 부분 사시도가 도시되어 있으며, 도 14에는 도 13의 화살표 D-D에 따른 개략적인 종방향의 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼 본 발명의 PSC U형 거더(100)에서 양측 복부(2) 각각의 외측면에는 두께를 가지는 판재 형태의 일체형 가로보(9)가 각각 존재한다. 일체형 가로보(9)에는 횡방향으로 횡결속재(90)가 관통 배치될 수 있는 횡관통공이 형성되어 있다. 횡관통공은 복부(2)까지도 관통하도록 형성된다. 따라서 PSC U형 거더(100)를 횡방향으로 복수개 이웃하게 연속 배치하였을 때, 횡방향으로 이웃하는 PSC U형 거더(100)의 일체형 가로보(9)는 그 횡측면이 접하게 되며, 이렇게 일체형 가로보(9)가 접한 상태에서 서로 횡방향으로 연통된 횡관통공에 강봉이나 강연선 등으로 이루어진 횡결속재(90)를 관통 배치한 후 양단을 PSC U형 거더(100)의 복부 외측면에서 정착시키게 된다. 이러한 구성을 통해서 가로보를 용이하게 형성할 수 있게 된다. 필요에 따라서는 횡결속재(90)의 보호를 위하여, 도면에 도시된 것처럼 PSC U형 거더(100)의 U자형 내부 공간에 격벽(94)을 형성하고 격벽(94) 내부에 횡방향으로 보호파이프(91)를 매립 설치하여 횡결속재(90)가 보호파이프(91) 내에 관통 배치되도록 할 수도 있다.

1: 하부플랜지
2: 복부
3: 상부플랜지
5: 상부 슬래브
6: 프리캐스트 패널
7: 긴장재
9: 일체형 가로보
11: 추가 보강부
41: 제1강성보강재
42: 제2강성보강재
90: 횡결속재
100: PSC U형 거더
L1: 충진변단면구간
L2: 보강단면구간
L3: 중앙경간구간

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 하부플랜지(1)와 그 양측에 세워진 복부(2)를 가지고 있어서, 종방향으로 U자형 단면 형상을 가지며, 하부플랜지(1)에는 긴장재(7)가 배치되어 있는 구성을 가지도록 PSC U형 거더(100)를 제작하는 단계;
   긴장재(7)를 1차 긴장하여 PSC U형 거더(100)에 종방향으로 1차 긴장력을 도입하는 단계;
   PSC U형 거더(100)를 인양하여 교각 위에 거치하는 단계;
   PSC U형 거더(100)의 위에 상부 슬래브(5)를 구축하는 단계; 및
   긴장재(7)를 2차 긴장하여 종방향으로 2차 긴장력을 도입하는 단계를 포함하는데;
   PSC U형 거더(100)를 제작장에서 제작할 때에는 종방향으로 1/2의 경간을 충진변단면구간(L1)과 보강단면구간(L2)과 중앙경간구간(L3)으로 구분하여, 충진변단면구간(L1)에서는 긴장재(7)를 경사지게 배치하고, 보강단면구간(L2)과 중앙경간구간(L3)에는 긴장재(7)를 하부플랜지(1)에 배치하는데, 보강단면구간(L2)은 종방향으로 연장된 제1강성보강재(41)가 하부플랜지(1)에 매립되어 보강되어 있도록 하고, 중앙경간구간(L3)은 보강단면구간(L2)의 하부플랜지보다 얇은 두께를 가지는 "기본 하부플랜지"를 가지도록 제작하며;
   1차 긴장력을 도입한 후에는, 중앙경간구간(L3)의 "기본 하부플랜지" 위에 종방향으로 연장된 제2강성보강재(42)를 배치하고, 제2강성보강재(42)가 매립되도록 추가 보강부(11)를 "기본 하부플랜지"와 일체로 형성하여, 기본 하부플랜지보다 두꺼운 "최종 하부플랜지"가 중앙경간구간(L3)에 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 PSC U형 거더의 시공방법.
   
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,
   제1강성보강재(41)가 하부플랜지(1)에 매립되어 보강되어 있도록 보강단면구간(L2)을 제작할 때, 제1강성보강재(41)의 단부를 중앙경간구간(L3)의 "기본 하부플랜지" 위쪽으로 노출시켜 놓으며;
   중앙경간구간(L3)에서 "기본 하부플랜지"의 위에 제2강성보강재(42)를 배치할 때 제2강성보강재(42)를 제1강성보강재(41)에 결속하여 연속되도록 배치하는 것을 특징으로 하는 PSC U형 거더의 시공방법.
   
7. 제4항 또는 제6항에 있어서,
   제1강성보강재(41)는 강봉, 철근, H빔, T빔 및 강판으로 이루어진 군에서 선택된 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PSC U형 거더의 시공방법.
   
8. 교각, 상기 교각 위에 거치된 PSC U형 거더(100), 및 상기 PSC U형 거더(100)의 위에 구축되는 상부 슬래브(5)를 포함하여 구성되며;
   상기 청구항 4의 시공방법에 의해 시공된 것을 특징으로 하는 교량.

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