KR102157497B1 - 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법 - Google Patents

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강재빔의 복원력을 이용하여 케이싱 콘크리트에 프리스트레스를 도입하는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법이 개시된다. 이를 위하여 길이 방향을 기준으로 중앙부가 상방으로 솟음 처리된 강재빔의 선단 및 후단을 지지대에 거치하는 강재빔 거치단계와, 상기 강재빔의 상부플레이트에 접면되도록 임시보강판을 상기 상부플레이트의 길이방향을 따라 고정시키는 임시보강판 설치단계와, 상기 임시보강판 및 강재빔에 프리플렉션 하중을 가하는 프리플렉션 하중 재하단계와, 상기 강재빔의 하부플레이트에 케이싱 콘크리트를 설치하는 케이싱 콘크리트 타설단계와, 상기 임시보강판 및 강재빔에 재하된 프리플렉션 하중을 제거하는 프리플렉션 하중 제거단계, 및 상기 임시보강판을 상기 강재빔으로부터 분리하는 임시보강판 분리단계를 포함하는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 임시보강판에 의해 케이싱 콘크리트에 추가 압축응력이 도입되는 만큼 I형 강재빔의 상부플레이트에 사용된 강재량을 감소시킬 수 있으므로, 공사비용을 절감시킬 수 있다.

Description

복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법{CONSTRUCTION METHOD OF MULTI PREFLEX COMPOSITE GIRDER}
본 발명은 강재빔의 복원력을 이용하여 케이싱 콘크리트에 프리스트레스를 도입하는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강재빔을 이용하여 프리플렉스 강합성 거더를 제작함에 있어서 정밀한 프리플렉션 도입이 가능하며, 임시보강판을 사용해 강재량 감소 및 케이싱 콘크리트에 추가 압축응력을 도입하도록 한 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법에 관한 것이다.
프리플렉스 강합성 거더는 프리플렉스 합성거더용 강재빔(통상 I형강)에 소정의 프리플렉션 하중을 가한 상태에서, 강재빔의 하부플레이트 주위에 케이싱 콘크리트를 타설 및 양생한 후, 가해진 프리플렉션 하중을 제거하여 발생하는 강재빔의 복원력을 이용함으로써, 케이싱 콘크리트에 일종의 프리스트레스를 도입하도록 구성된 거더를 의미한다.
일반적으로 공장에서 제작된 I형 강재빔은 소요 솟음만큼 위로 만곡 제작된 상태에서 유압잭에 의한 일정한 프리플렉션 하중(Pf)을 빔 단부로부터 양측 L/4점의 2점에 재하하고, 케이싱 콘크리트를 타설 및 경화한 후 유압잭에 의해 도입된 프리플렉스 하중(Pf)을 제거하여 강재빔의 복원력에 의해 케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입하여 프리플렉스 강합성 거더를 제작하게 된다.
도 1은 일반적인 프리플렉스 강합성 거더를 시공하는 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
보다 구체적으로, 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법은 먼저 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 상방으로 솟음 처리된 I형 강재빔(1)를 지지대(3)에 거치하는 과정을 수행한다. 이때, 1H로 도시된 구성은 상부플레이트이고, 1L로 도시된 구성은 하부플레이트이다.
그 다음, 지지대(3)에 거치된 강재빔에 프리플렉션 하중(Pf)을 주하중 방향으로 재하하여 도 1의 (b)와 같이 강재빔(1)이 변형되도록 한다.
이어서, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 프리플렉션 하중(Pf)이 재하된 상태에서 강재빔(1)의 하부플레이트(1L) 쪽에 케이싱 콘크리트(2)를 도 1의 (c)와 같이 타설 및 양생하는 과정을 수행한다.
마지막으로, 케이싱 콘크리트(2)의 타설 및 양생이 완료되면, 재하된 프리플렉션 하중(Pf)을 제거하여 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이 케이싱 콘크리트(2)에 프리스트레스를 도입하는 과정을 수행한다.
그러나, 이러한 종래의 단순 합성형의 프리플렉션 시공방법과 이를 연결하는 다경간 제작방법은 아래와 같은 문제점을 가지고 있었다.
즉, 프리플렉션 하중 도입을 위한 단부 상향의 유압잭킹 설비와 강재 반력대 어스앵커설비를 설치하는 등의 임시시설이 프리플렉스 합성형 제작 단가에 큰 비중을 차지하고 있고, 많은 기초콘크리트는 시공완료 후 폐기되면서 이에 따른 폐기물 처리비용을 추가 발생시켜 전체공사비를 상승시키는 요인으로 작용하였다.
더욱이 프리플렉션 과정 후 케이싱 콘크리트를 타설하고 경화되면 유압잭의 하중을 제거하여 I형 강재빔의 복귀력을 유발시키는 릴리즈작업을 통해 케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입하게 되는 릴리즈 과정에서 지면에 지지된 케이싱 콘크리트를 포함하는 강합성 거더를 상향으로 복원시키게 되는데, 이때, 육중한 중량을 갖는 케이싱 콘크리트의 중량에 상응하는 양만큼 I형 강재빔의 복귀력은 줄어들게 되고 케이싱 콘크리트에 도입된 압축응력은 그 즉시 손실이 발생한다.
이에 따라 제작과정에서 사전에 설계된 소요 압축응력도입을 위해서는 보다 큰 복귀력이 요구되어 즉 유압잭에 의한 보다 큰 프리플렉션 하중이 요구되고 궁극적으로는 보다 많은 강재량이 요구되어 재료비 증가로 인해 전체 공사비 증가의 원인이 되었다.
또한, 구조적 측면에서도 많은 중량의 가시설 강재 사용은 케이싱 콘크리트 시공을 위해 필요한 것이지만 단순히 지지만을 목적으로 할 뿐 케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입시키거나 제작비용을 절감하는데 있어 기여도가 낮다고 할 수 있다.
그리고 합성형의 구조적 연속화를 위해서 PS강선을 사용하는 경우, 합성형 단부 하부플레이트 하단에서 시작하여 교각 부근의 상부플레이트 상단으로 PS강선을 인출하기 위해서는 상부플레이트와 하부플레이트에 각각 천공홀을 관통 형성해야만 하기 때문에 상부플레이트와 하부플레이트에 천공홀을 구비하는 관통작업을 필요로 하여 번거로운 공정이 유발되고, 콘크리트 타설 시 천공홀을 관통하는 PS강선이 강재와 접촉이 되면 PS강선의 긴장 시나 교량공용 시 파단되어 안전성에 심각한 문제가 발생될 수 있어 매우 철저한 시공관리가 요구된다.
더욱이 강재빔에 가장 큰 집중하중이 발생하는 단계는 프리플렉션 단계로 천공홀이 역학적으로 PS강선 배치상 프리플렉션 집중 하중점 부근에 위치하게 되기 때문에 강합성 거더의 강재빔 복부 혹은 상부플레이트와 하부플레이트에 좌굴이나 균열과 같은 불량을 유발할 수 있다
대한민국 등록특허 제10-1339367호(2014.01.03 공고) 대한민국 등록특허 제10-1319993호(2013.10.29 공고) 대한민국 등록특허 제10-1339362호(2016.03.11 공고) 대한민국 등록특허 제10-1664165호(2016.10.11 공고
따라서, 본 발명의 목적은 필요불가결한 가시설 구조물의 중량이나 설치공정을 시공성을 고려하여 효율적인 시공방법으로 개선하여 역학적으로 유용한 공정으로 유도함으로써, 주재료인 I형 강재빔의 최적화된 감소로 공사비를 절감할 수 있는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 제공하는데 있다.
이때, 강재빔의 최대 응력 발생은 케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입하기 위해 프리플렉션 하중을 재하하고 제거하는 과정이며, 차후 강재빔보다 훨씬 큰 바닥판 및 기타 콘크리트 강성이 보강되므로, 본 발명의 목적은 바닥판 합성 전까지의 응력 상태를 개선할 수 있는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 길이 방향을 기준으로 중앙부가 상방으로 솟음 처리된 강재빔의 상부플레이트에 접면되도록 임시보강판을 상기 상부플레이트의 길이방향을 따라 고정시키는 임시보강판 설치단계와, 상기 강재빔의 선단 및 후단을 지지대에 거치하는 강재빔 거치단계와, 상기 임시보강판 및 강재빔에 프리플렉션 하중을 가하는 프리플렉션 하중 재하단계와, 상기 강재빔의 하부플레이트에 케이싱 콘크리트를 설치하는 케이싱 콘크리트 타설단계와, 상기 임시보강판 및 강재빔에 재하된 프리플렉션 하중을 제거하는 프리플렉션 하중 제거단계, 및 상기 임시보강판을 상기 강재빔으로부터 분리하는 임시보강판 분리단계를 포함하는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 길이 방향을 기준으로 중앙부가 상방으로 솟음 처리된 강재빔의 선단 및 후단을 지지대에 거치하는 강재빔 거치단계와, 상기 강재빔의 상부플레이트에 접면되도록 임시보강판을 상기 상부플레이트의 길이방향을 따라 고정시키는 임시보강판 설치단계와, 상기 임시보강판 및 강재빔에 프리플렉션 하중을 가하는 프리플렉션 하중 재하단계와, 상기 강재빔의 하부플레이트에 케이싱 콘크리트를 설치하는 케이싱 콘크리트 타설단계와, 상기 임시보강판 및 강재빔에 재하된 프리플렉션 하중을 제거하는 프리플렉션 하중 제거단계, 및 상기 임시보강판을 상기 강재빔으로부터 분리하는 임시보강판 분리단계를 포함하는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 제공한다.
본 발명은 프리플렉스 하중을 재하하여 하부 케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입함에 있어 임시보강판을 사용함으로써, 응력 도입의 효율성과 재료 절감의 경제성을 증대시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 일반적인 프리플렉스 합성형 거더 제작에 있어 부담응력이 최대가 되는 최고 위험 지점은 케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입하기 위해 프리플렉스 하중이 재하 된 시점이며, 이후 릴리즈 등의 후속 공정으로 응력 차제가 감소되거나 케이싱 및 바닥판 타설로 강성이 증대되어 전반적으로 프리플렉스 재하 상태보다 응력적으로 안정화 상태에 도달하게 된다. 따라서 거더의 강재량을 결정하는 지배조건은 도입되는 프리플렉션 하중의 크기에 절대적인 영향을 받게 되며, 임시보강판은 압축효율을 증대시켜 프리플렉션 하중의 절대값을 감소시킬 뿐만 아니라 순간적인 최대치 발생 후 이후 불필요해지는 강형을 제거함으로써 경제성을 증대시키는 효과를 제공한다.
본 발명은 프리플렉스 하중 재하를 함에 있어 임시보강판을 강재빔의 상부에 설치한 후 프리플렉스 하중을 재하하고, 강재빔의 하부에 케이싱 콘크리트를 타설 및 경화한 후 프리플렉션 하중을 제거하면 케이싱 콘크리트에 압축응력을 도입할 수 있다. 그리고 본 발명은 임시로 설치된 임시보강판을 강재빔으로부터 분리시키면 강성 차에 의한 추가 압축응력을 케이싱 콘크리트에 도입할 수 있게 된다.
보다 구체적으로, 본 발명은 프리플렉션 하중을 제거한 후 임시보강판을 강재빔으로부터 분리시키면 더 작은 단면에 동일한 솟음력이 도입되므로, 압축 영역인 강재빔의 상부플레이트에서는 압축응력이 감소되고, 인장 영역인 강재빔의 하부플레이트에서는 인장응력이 감소되며, 케이싱 콘크리트에는 압축력이 추가로 도입된다.
결과적으로, 본 발명은 강재빔에 프리플렉스 하중을 재하한 후 프리플렉스 하중을 제거하는 과정 중에 재활용할 수 있는 임시보강판을 사용하고, 상기 임시보강판에 의해 보완되는 만큼 강재빔의 상부플레이트에 사용된 강재량을 감소시킬 수 있으므로, 공사비용을 절감시킬 수 있고 하부케이싱 콘크리트에 추가 압축응력을 도입할 수 있다.
도 1은 종래의 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리플렉스 재하 장치를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법(이하, '강합성 거더의 시공방법'이라 약칭함)을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 4는 본 발명의 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법을 개략적으로 나타내는 개략도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 강합성 거더의 시공방법은 강재빔(10)의 상부에 접면되도록 임시보강판(30)을 상기 강재빔(10)에 고정시키는 임시보강판 설치단계(S100)와, 상기 강재빔(10)의 선단 및 후단을 지지대(20)에 거치하는 강재빔 거치단계(S200)와, 상기 임시보강판(30) 및 강재빔(10)에 프리플렉션 하중을 가하는 프리플렉션 하중 재하단계(S300)와, 상기 강재빔(10)의 하부에 케이싱 콘크리트(40)를 설치하는 케이싱 콘크리트 타설단계(S400)와, 상기 임시보강판(30) 및 강재빔(10)에 재하된 프리플렉션 하중을 제거하는 프리플렉션 하중 제거단계(S500), 및 상기 강재빔(10)으로부터 임시보강판(30)을 분리하는 임시보강판 분리단계(S600)를 포함한다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 강재빔(10)은 상부플레이트(12), 하부플레이트(14) 및 이들 플레이트를 연결하는 복부(web, 16)로 구성된 I자형 강재빔을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 수직 방향으로 배치되는 복부(16)의 상부에는 상부플레이트(12)가 구비되고, 수직 방향으로 배치된 복부(16)의 하부에는 하부플레이트(14)가 구비되며, 상부플레이트(12)와 하부플레이트(14)는 서로 마주보도록 배치된다.
필요에 따라, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 먼저 강재빔(10)의 선단 및 후단을 지지대(20)에 거치하는 강재빔 거치단계(S100)를 진행한 다음, 강재빔(10)의 상부에 접면되도록 임시보강판(30)을 상기 강재빔(10)에 고정시키는 임시보강판 설치단계(S200)를 진행하도록 구성될 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다. 이때, 강재빔(10)으로는 I자형 강재빔을 사용한 것으로 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 강합성 거더의 시공방법은 강재빔 거치단계(S100)를 포함한다.
상기 강재빔 거치단계(S100)는 길이 방향을 기준으로 중앙부가 상방으로 솟음 처리된 강재빔(10)의 선단 및 후단을 지지대(20)에 거치하는 단계로, 크레인 등을 사용해 강재빔(10)을 지면으로부터 들어 올린 후 강재빔(10)의 선단 및 후단의 하부에 지지대(20)를 배치한 다음 강재빔(10)을 지지대(20)에 안착시킨다.
이러한 지지대(20)는 강재빔(10) 선단의 밑면에 설치되어 강재빔(10)을 지면으로부터 이격시키는 제1 지지대(22)와, 강재빔(10) 후단의 밑면에 설치되어 강재빔(10)을 지면으로부터 이격시키는 제2 지지대(24)로 구성될 수 있다.
필요에 따라, 본 단계(S100)에서는 복수개의 강재빔(10)을 동일 선상으로 배치한 후 조립하여 강재빔 조립체를 생성한 후, 강재빔 조립체의 중앙이 볼록 모양으로 만곡되도록 제작할 수 있다. 이때, 강재빔(10)과 강재빔(10)의 접촉면은 직접 용접하여 연결시킬 수도 있고, 볼팅과 리벳 방식으로도 강재빔(10)과 강재빔(10)을 연결시킬 수도 있다. 다시 말해, 복수개의 강재빔(10)은 서로 볼트 등의 물리적 결합수단을 통해 연결되거나, 용접 등의 화학적 결합방법을 통해 연결할 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 강합성 거더의 시공방법은 임시보강판 설치단계(S200)를 포함한다.
상기 임시보강판 설치단계(S200)는 상기 강재빔 거치단계(S100)를 통해 지지대(20)에 안착된 강재빔의 상부플레이트(12)에 임시보강판(30)이 접면되도록 상부플레이트(12)의 길이방향을 따라 임시보강판(30)을 고정시키는 단계로, 임시보강판(30)은 추후 상부플레이트(12)로부터 분리가 원활히 진행되도록 볼트 등의 물리적 결합수단으로 고정시키는 것이 바람직하다.
이러한 임시보강판(30)은 본 발명의 강합성 거더에 사용된 강재빔(10)의 1/5 내지 1/3인 제1 지점과, 강재빔(10)의 2/3 내지 4/5인 제2 지점을 커버하는 길이를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. 이는, 프리플렉스 합성형 거더가 상대적으로 두꺼운 중앙부와 상대적으로 얇은 양측 단부의 2가지로 구성되어 있으며, 그 구간은 양단으로부터 1/5 내지 1/3 정도이기 때문이다. 따라서, 본 발명은 단면력이 크게 발생하고 큰 강성이 필요한 중간부 위치에 임시보강판을 설치하여 중앙부 두꺼운 단면의 강재량을 감소시킬 수 있다.
그 다음, 본 발명에 따른 강합성 거더의 시공방법은 프리플렉션 하중 재하단계(S300)를 포함한다.
상기 프리플렉션 하중 재하단계(S300)는 임시보강판 설치단계(S200)를 통해 강재빔(10)에 설치된 임시보강판(30)에 프리플렉션 하중을 재하하는 단계로, 강재빔(10) 주위에 설치된 프리플렉스 재하 장치를 통해 프리플렉션 하중을 임시보강판(30) 및 강재빔(10)에 재하 한다. 이때, 상기 프리플렉션 하중은 강재빔(10)의 전체 길이 중 1/5 내지 1/3의 제1 지점과 2/3 내지 4/5의 제2 지점에서 각각 재하하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리플렉스 재하 장치를 나타내는 사시도이다. 도 5를 참조하면, 상기 프리플렉스 재하 장치는 강재빔(10)을 중심으로 서로 대향되도록 강재빔(10)과 일정한 간격을 유지하며 설치되는 복수개의 2열 포스트(100), 및 강재빔(10)의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 설치되며 강재빔(10)의 좌측, 우측, 및 상면의 둘레를 커버하도록 형성되는 2개의 스탠드(210,220)를 포함한다. 예컨데, 스탠드는 "
Figure 112018043770914-pat00001
"형 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 프리플렉션 하중 재하단계(S300)는 스탠드 설치과정(S310)과, 잭 설치과정(S320), 및 잭 구동과정(S330)으로 구성될 수 있다.
상기 스탠드 설치과정(S310)에서는 강재빔(10)의 전체 길이 중 1/5 내지 1/3의 제1 지점에 "
Figure 112018043770914-pat00002
"형 제1 스탠드(210)를 설치하고, 상기 강재빔(10)의 전체 길이 중 2/3 내지 4/5의 제2 지점에 "
Figure 112018043770914-pat00003
"형 제2 스탠드(220)를 설치한다.
상기 잭 설치과정(S320)에서는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1 스탠드와 임시보강판(30) 사이에 제1 잭(310)을 설치하고, 상기 제2 스탠드와 임시보강판(30) 사이에 제2 잭(320)을 설치한다. 여기서, 제1 잭(310)과 제2 잭(320)으로는 유압잭, 스크류잭 등을 사용할 수 있다.
상기 잭 구동과정(S330)에서는 상기 제1 잭(310)과 제2 잭(320)을 통해 지면 방향으로 상기 임시보강판(30)에 프리플렉션 하중을 재하한다.
필요에 따라, 본 발명에 따른 강합성 거더의 시공방법은 상기 임시보강판 설치단계(S200)와 프리플렉션 하중 재하단계(S300) 사이에 횡지지강형 설치단계(S250)를 더 포함할 수 있다.
상기 횡지지강형 설치단계(S250)는 상기 강재빔(10)의 좌측에 상하방향으로 구비되어 강재빔(10)에 접촉되는 제1 횡지지강형(410)을 설치하고, 상기 강재빔(10)의 우측에 상하방향으로 구비되어 강재빔(10)에 접촉되는 제2 횡지지강형(420)을 설치하는 단계이다.
이러한 제1 횡지지강형(410)은 도 5와 같이 2열 포스트 중 좌측에 위치한 포스트에 연결되어 지지되며, 제2 횡지지강형(420)은 2열 포스트 중 우측에 위치한 포스트에 연결되어 지지된다.
이와 같이 강재빔(10)의 좌측 및 우측에 횡지지강형(410,420)이 설치되면, 프리플렉션 하중 재하단계(S300)에서 강재빔(10)의 좌우 이동이 차단되므로, 강재빔(10)에 목적하는 프리플렉션 하중을 재하할 수 있게 되며, 강재빔(10)의 좌굴이 방지된다.
이 후, 본 발명에 따른 강합성 거더의 시공방법은 케이싱 콘크리트 타설단계(S400)를 포함한다.
상기 케이싱 콘크리트 타설단계(S400)는 강재빔(10)의 하부플레이트(14)에 케이싱 콘크리트(40)를 설치하는 단계로, 거푸집 설치과정 및 케이싱 콘크리트(40) 양생과정으로 구성될 수 있다.
상기 거푸집 설치과정은 강재빔(10)의 하부플레이트(14)에 거푸집을 설치하는 과정이며, 상기 케이싱 콘크리트 양생과정은 상기 거푸집의 내부에 콘크리트를 타설하고 양생시킨 후 거푸집을 제거하는 과정이다.
계속하여, 본 발명에 따른 강합성 거더의 시공방법은 프리플렉션 하중 제거단계(S500)를 포함한다.
상기 프리플렉션 하중 제거단계(S500)는 임시보강판(30) 및 강재빔(10)에 재하된 프리플렉션 하중을 제거하는 단계로, 임시보강판(30)에 지면 방향으로 재하된 프리플렉션 하중을 제거하여 임시보강판(30) 및 강재빔(10)을 초기 위치로 회동시킨다.
구체적으로, 본 단계(S500)에서는 제1 잭(310)과 제2 잭(320)을 통해 임시보강판(30) 및 강재빔(10)에 인가된 프리플렉션 하중을 제거한 후, 제1 잭(310)과 제2 잭(320)을 스탠드(210,220)와 임시보강판(30) 사이에서 이탈시킨다.
본 단계(S500)에서는 강재빔(10)에 도입된 프리플렉션 하중을 제거함으로써 강재빔(10)의 하부플레이트(14)에 설치된 케이싱 콘크리트(40)에 압축응력이 도입된다.
마지막으로, 본 발명에 따른 강합성 거더의 시공방법은 임시보강판 분리단계(S600)를 포함한다.
상기 임시보강판 분리단계(S600)는 임시보강판 설치단계(S200)를 통해 강재빔(10)에 고정된 임시보강판(30)을 강재빔(10)으로부터 분리하는 단계이다.
이와 같은 임시보강판(30)의 제거에 의해 강재빔(10) 상향력이 발생하여 케이싱 콘크리트(40)에 추가 압축응력이 도입된다.
필요에 따라, 본 발명에 따른 강합성 거더의 시공방법은 프리플렉션 하중 제거단계(S500)와 임시보강판 분리단계(S600) 사이에 횡지지강형 분리단계(S700)를 더 포함할 수 있다.
상기 횡지지강형 분리단계(S700)는 전술한 횡지지강형 설치단계(S250)에서 설치된 제1 횡지지강형(410)과 제2 횡지지강형(420)을 상기 강재빔(10)으로부터 분리하는 단계로, 2열 포스트(100)로부터 제1 횡지지강형(410)과 제2 횡지지강형(420)을 분리한 후 제1 횡지지강형(410)과 제2 횡지지강형(420)을 제거한다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 통하여 보다 구체적으로 기술한다. 다만 본 실시예는 상술한 발명의 특정예의 이해를 돕기 위한 것으로 이에 의하여 권리범위 등이 제한적으로 해석되어서는 아니된다.
[실시예 1]
1. 강형빔의 구성
지간 길이 : 40 m, 형고 : 1.5 m, 보강 플레이트 : 20 x 900 mm2
상부 플레이트 : 30 x 900 mm2, 복부 플레이트 : 1178 x 12 mm2
하부 플레이트 : 46 x 900 mm2, 강형 총 높이 : 1274 mm
단면 특성 산출 :
Figure 112018043770914-pat00004
A : 단면적, Y : 해당 부분의 중심에서 하면까지의 거리
Io : 해당 부분의 단면2차 모멘트
이와 같이, 각 부분 별로 단면강성을 산출한 후, 아래와 같이 하나의 전체 단면의 단면 강성을 산출하였다.
Y = 0.658 m, Yt1 = 0.616 m, Yt = 0.616 m, Yb1 = 0.658 m
Yb = 0.658 m, Ic = 0.03407 m⁴
Y, Yb : 전체 단면 중심에서 전체 단면 하단까지의 거리
Yt : 전체 단면 중심에서 전체 단면 상면까지의 거리
Yt1 : 전체 단면 중심에서 강형 상단까지의 거리
Yb1 : 전체 단면 중심에서 강형 하단까지의 거리
Yb2 : 전체 단면 중심에서 케이싱 하단까지의 거리
Ic : 전체 단면의 단면2차 모멘트
단면적 A : 0.101m2
강형빔의 자중 w : 7.892 kN/m
단면2차모멘트 : 0.03407 m4
강형 자중에 의한 모멘트 M : M = w× L2/8 = 1578 kN.m
강형 자중에 의한 응력
fst1 = M×Yt1/I = -28.547 MPa. fsb1 = M×Yb1/I = 30.475 MPa
첫문자 f는 응력, Y는 응력산출 위치, I는 단면2차모멘트로 대표되는 단면강성, M는 단면의 휨모멘트이다.
2. 프리플렉션 하중 재하
프리플렉션 하중 P : 1000 kN
M = P×L/4 = 10000 kN.m, fst1 = M×Yt1/I = -180.860 MPa
fsb1 = M×Yb1/I = 193.076 MPa, fst1_sum = -209.407 MPa > -319.500 MPa
fsb1_sum = 223.551 MPa < 284.000 MPa
3. 케이싱 콘크리트
케이싱 콘크리트 크기 : 400 x 1000 mm2
케이싱 포함 총 높이 : 1374 mm
Figure 112018043770914-pat00005
Y = 0.589 m, Yt1 = 0.785 m, Yt = 0.785 m, Yb1 = 0.489 m
Yb = 0.589 m, Yb2 = 0.589 m, Ic = 0.04409 m⁴
케이싱의 자중 w : 10.000 kN/m
케이싱 자중에 의한 모멘트 M : w× L2/8 = 2000 kN.m
케이싱 자중에 의한 응력
fst1 = M×Yt1/I = -35.588 MPa, fsb1 = M×Yb1/I = 22.201 MPa
fsb2 = M×Yb2/I = 2.905 MPa, fst1_sum = -244.995 MPa > -248.500 MPa
fsb1_sum = 245.753 MPa < 248.500 MPa
fsb2_sum = 2.905 MPa < 3.220 MPa
4. 프리플렉션 하중 제거
보강 플레이트 제거 w : -1.413 kN/m
보강 플레이트 제거에 의한 모멘트 M : M = w×L2/8 = -283 kN.m
프리플렉션 하중 P : -1000 kN
M = P×L/4 = -10000 kN.m
보강 플레이트 제거 및 프리플렉션 하중 제거에 의한 모멘트 M :
M = -10283 kN.m
fst1 = M×Yt1/I = 182.967 MPa, fsb1 = M×Yb1/I = -114.144 MPa
fsb2 = M×Yb2/I = -14.937 MPa, fst1_sum = -62.028 MPa > -248.500 MPa
fsb1_sum = 131.609 MPa < 248.500 MPa
fsb2_sum = -12.032 MPa > -24.300 MPa
프리플렉션 하중 : 100 ton
프리플렉션 하중 제거 후 강재량 : 25.916 ton
[실시예 2]
지간 길이 : 40 m, 형고 : 1.5 m, 보강 플레이트 : 20 x 900 mm2
상부 플레이트 : 40 x 900 mm2, 복부 플레이트 : 1178 x 12 mm2
하부 플레이트 : 56 x 900 mm2, 강형 총 높이 : 1294 mm
단면 특성 산출 :
Figure 112018043770914-pat00006
Y = 0.665 m, Yt1 = 0.629 m, Yt = 0.629 m, Yb1 = 0.665 m
Yb = 0.665 m, Ic = 0.04150 m⁴
단면적 A : 0.119m2
강형빔의 자중 w : 9.305 kN/m
단면2차모멘트 : 0.04150 m4
강형 자중에 의한 모멘트 M : w×L2/8 = 1861 kN.m
강형 자중에 의한 응력
fst1 = M×Yt1/I = -28.225 MPa, fsb1 = M×Yb1/I = 29.808 MPa
2. 프리플렉션 하중 재하
프리플렉션 하중 P : 1200 kN
M = P×L/4 = 12000 kN.m, fst1 = M×Yt1/I = -182.000 MPa
fsb1 = M× Yb1/I = 192.208 MPa, fst1_sum = -210.225 MPa > -319.500 MPa
fsb1_sum = 222.016 MPa < 284.000 MPa
3. 케이싱 콘크리트
케이싱 콘크리트 크기 : 400 x 1000 mm2
케이싱 포함 총 높이 : 1394 mm
Figure 112018043770914-pat00007
Y = 0.613 m, Yt1 = 0.781 m, Yt = 0.781 m, Yb1 = 0.513 m
Yb = 0.613 m, Yb2 = 0.613 m, Ic = 0.05221 m⁴
케이싱의 자중 w : 10.000 kN/m
케이싱 자중에 의한 모멘트 M : w×L2/8 = 2000 kN.m
케이싱 자중에 의한 응력
fst1 = M×Yt1/I = -29.909 MPa, fsb1 = M×Yb1/I = 19.656 MPa
fsb2 = M×Yb2/I = 2.552 MPa, fst1_sum = -240.134 MPa > -248.500 MPa
fsb1_sum = 241.672 MPa < 248.500 MPa
fsb2_sum = 2.552 MPa < 3.220 MPa
4. 프리플렉션 하중 제거
보강 플레이트 제거 w : -1.413 kN/m
보강 플레이트 제거에 의한 모멘트 M : M = w×L2/8 = -283 kN.m
프리플렉션 하중 P : -1200 kN
M = P×L/4 = -12000 kN.m
보강 플레이트 제거 및 프리플렉션 하중 제거에 의한 모멘트 M :
M = -12283 kN.m
fst1 = M×Yt1/I = 218.554 MPa, fsb1 = M×Yb1/I = -136.345 MPa
fsb2 = M×Yb2/I = -17.842 MPa, fst1_sum = -21.579 MPa > -248.500 MPa
fsb1_sum = 105.327 MPa < 248.500 MPa
fsb2_sum = -15.290 MPa > -24.300 MPa
프리플렉션 하중 : 120 ton
프리플렉션 하중 제거 후 강재량 : 31.568 ton
[비교예]
1. 강형빔의 구성
지간 길이 : 40 m, 형고 : 1.5 m, 보강 플레이트 : 0 x 0 mm2
상부 플레이트 : 50 x 900 mm2, 복부 플레이트 : 1178 x 12 mm2
하부 플레이트 : 46 x 900 mm2, 강형 총 높이 : 1274 mm
단면 특성 산출 :
Figure 112018043770914-pat00008
Y = 0.658 m, Yt1 = 0.616 m, Yt = 0.616 m, Yb1 = 0.658 m
Yb = 0.658 m, Ic = 0.03407 m⁴
단면적 A : 0.101m2
강형빔의 자중 w : 7.892 kN/m
단면2차모멘트 : 0.03407 m4
강형 자중에 의한 모멘트 M : M = w×L2/8 = 1578 kN.m
강형 자중에 의한 응력
fst1 = M×Yt1/I = -28.547 MPa, fsb1 = M×Yb1/I = 30.475 MPa
2. 프리플렉션 하중 재하
프리플렉션 하중 P : 1000 kN
M = P×L/4 = 10000 kN.m, fst1 = M×Yt1/I = -180.860 MPa
fsb1 = M×Yb1/I = 193.076 MPa, fst1_sum = -209.407 MPa > -319.500 MPa
fsb1_sum = 223.551 MPa < 284.000 MPa
3. 케이싱 콘크리트
케이싱 콘크리트 크기 : 400 x 1000 mm2
케이싱 포함 총 높이 : 1374 mm
Figure 112018043770914-pat00009
Y = 0.589 m, Yt1 = 0.785 m, Yt = 0.785 m, Yb1 = 0.489 m
Yb = 0.589 m, Yb2 = 0.589 m, Ic = 0.04409 m⁴
케이싱의 자중 w : 10.000 kN/m
케이싱 자중에 의한 모멘트 M : w× L2/8 = 2000 kN.m
케이싱 자중에 의한 응력
fst1 = M×Yt1/I = -35.588 MPa, fsb1 = M×Yb1/I = 22.201 MPa
fsb2 = M×Yb2/I = 2.905 MPa, fst1_sum = -244.995 MPa > -248.500 MPa
fsb1_sum = 245.753 MPa < 248.500 MPa
fsb2_sum = 2.905 MPa < 3.220 MPa
4. 프리플렉션 하중 제거
프리플렉션 하중 P : -1000 kN
M = P× L/4 = -10000 kN.m
fst1 = M×Yt1/I = 177.938 MPa, fsb1 = M×Yb1/I = -111.006 MPa
fsb2 = M×Yb2/I = -14.526 MPa, fst1_sum = -67.057 MPa > -248.500 MPa
fsb1_sum = 134.746 MPa < 248.500 MPa
fsb2_sum = -11.621 MPa > -24.300 MPa
프리플렉션 하중 : 100 ton
프리플렉션 하중 제거 후 강재량 : 31.568 ton
[실시예 1]과 [비교예]를 살펴보면, 임시보강판과 프리플렉션 하중을 함께 제거할 경우에 더 작은 단면에 동일한 솟음력이 도입되므로, 아래의 [표 1]과 같이 압축 영역인 상부플레이트에서 약 7.5%의 압축응력이 감소되고, 인장 영역인 하부플레이트에서 약 2.3%의 인장응력이 감소되며, 케이싱 콘크리트에서 약 3.5%의 압축응력이 추가로 도입되었고, 재활용이 가능한 임시보강판을 사용할 경우에 실제 투입된 강재량 약 17.9%를 감소시킬 수 있는 것으로 관찰되었다.
[실시예 2]와 [비교예]를 살펴보면, 임시보강판과 프리플렉션 하중을 함께 제거할 경우에 더 작은 단면에 동일한 솟음력이 도입되므로, 아래의 [표 1]과 같이 압축 영역인 상부플레이트에서 약 67.8%의 압축응력이 감소되고, 인장 영역인 하부플레이트에서 약 21.8%의 인장응력이 감소되며, 케이싱 콘크리트에서 약 31.6%의 압축응력이 추가로 도입되고, 강재빔의 강재량은 유지되었으나 20%의 프리플렉션 하중의 추가 재하가 가능하므로 단면 효율이 극대화되는 것으로 관찰되었다.
Figure 112018043770914-pat00010
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 강재빔 12 : 상부플레이트
14 : 하부플레이트 16 : 복부
20 : 지지대(20) 22 : 제1 지지대
24 : 제2 지지대 30 : 임시보강판
40 : 케이싱 콘크리트 100 : 2열 포스트
210 : 제1 스탠드 220 : 제2 스탠드
310 : 제1 잭 320 : 제2 잭
410 : 제1 횡지지강형 420 : 제2 횡지지강형

Claims (7)

  1. 길이 방향을 기준으로 중앙부가 상방으로 솟음 처리된 강재빔의 상부플레이트에 접면되도록 단면력이 크게 발생하고 큰 강성이 필요한 중앙부 위치에서 단면의 강재량을 감소시킬 수 있도록 상기 강재빔의 1/5 내지 1/3인 제1 지점과 2/3 내지 4/5인 제2 지점을 커버하는 길이를 갖도록 구성된 임시보강판을 상기 상부플레이트의 길이방향을 따라 볼트로 고정시키는 임시보강판 설치단계;
    상기 강재빔의 선단 및 후단을 지지대에 거치하는 강재빔 거치단계;
    상기 강재빔의 전체 길이 중 1/5 내지 1/3의 제1 지점과 2/3 내지 4/5의 제2 지점에서 각각 프리플렉스 재하 장치를 통해 상기 임시보강판 및 강재빔에 프리플렉션 하중을 가하는 프리플렉션 하중 재하단계;
    상기 강재빔의 하부플레이트에 케이싱 콘크리트를 설치하는 케이싱 콘크리트 타설단계;
    상기 임시보강판 및 강재빔에 재하된 프리플렉션 하중을 제거하는 프리플렉션 하중 제거단계; 및
    상기 임시보강판을 상기 강재빔으로부터 분리하는 임시보강판 분리단계를 포함하는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 임시보강판 설치단계와 프리플렉션 하중 재하단계 사이에는
    상기 강재빔의 좌측에 상하방향으로 구비되어 강재빔에 접촉되는 제1 횡지지강형을 설치하고, 상기 강재빔의 우측에 상하방향으로 구비되어 강재빔에 접촉되는 제2 횡지지강형을 설치하는 횡지지강형 설치단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 프리플렉션 하중 제거단계와 임시보강판 분리단계 사이에는
    상기 제1 횡지지강형과 제2 횡지지강형을 상기 강재빔으로부터 분리하는 횡지지강형 분리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 프리플렉션 하중 재하단계는
    상기 강재빔의 전체 길이 중 1/5 내지 1/3의 제1 지점에 "
    Figure 112018043770914-pat00011
    "형 제1 스탠드를 설치하고, 상기 강재빔의 전체 길이 중 2/3 내지 4/5의 제2 지점에 "
    Figure 112018043770914-pat00012
    "형 제2 스탠드를 설치하는 스탠드 설치과정과,
    상기 제1 스탠드와 상기 임시보강판 사이에 제1 잭을 설치하고, 상기 제2 스탠드와 상기 임시보강판 사이에 제2 잭을 설치하는 잭 설치과정, 및
    상기 제1 잭과 제2 잭을 통해 지면 방향으로 상기 임시보강판에 프리플렉션 하중을 가하는 잭 구동과정으로 구성된 것을 특징으로 하는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법.
  6. 삭제
  7. 길이 방향을 기준으로 중앙부가 상방으로 솟음 처리된 강재빔의 선단 및 후단을 지지대에 거치하는 강재빔 거치단계;
    상기 강재빔의 상부플레이트에 접면되도록 단면력이 크게 발생하고 큰 강성이 필요한 중앙부 위치에서 단면의 강재량을 감소시킬 수 있도록 상기 강재빔의 1/5 내지 1/3인 제1 지점과 2/3 내지 4/5인 제2 지점을 커버하는 길이를 갖도록 구성된 임시보강판을 상기 상부플레이트의 길이방향을 따라 볼트로 고정시키는 임시보강판 설치단계;
    길이 방향을 기준으로 중앙부가 상방으로 솟음 처리된 강재빔의 상부플레이트에 접면되어 임시보강판을 상기 상부플레이트의 길이방향을 따라 고정시키는 임시보강판 설치단계;
    상기 강재빔의 전체 길이 중 1/5 내지 1/3의 제1 지점과 2/3 내지 4/5의 제2 지점에서 각각 프리플렉스 재하 장치를 통해 상기 임시보강판 및 강재빔에 프리플렉션 하중을 가하는 프리플렉션 하중 재하단계;
    상기 강재빔의 하부플레이트에 케이싱 콘크리트를 설치하는 케이싱 콘크리트 타설단계;
    상기 임시보강판 및 강재빔에 재하된 프리플렉션 하중을 제거하는 프리플렉션 하중 제거단계; 및
    상기 임시보강판을 상기 강재빔으로부터 분리하는 임시보강판 분리단계를 포함하는 복합 프리플렉스 강합성 거더의 시공방법.
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