KR102167960B1 - 구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합적인 요인으로 인해 여러 방향에서 작용하는 부하에도 대응할 수 있도록 구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더는, 수평 방향으로 소정 길이를 가지면서 서로 소정 간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 강관; 상기 한 쌍의 강관 사이의 상부 공간을 수평으로 연결하도록 설치되는 소정 크기의 제1 상판; 및 상기 한 쌍의 강관의 양측 상부 공간을 수평으로 연결하도록 설치되는 한 쌍의 제2 상판을 포함하고, 상기 한 쌍의 강관에는, 길이를 따라 내부에 소정 간격을 두고 소정 길이의 보강구조물이 설치되되, 상기 보강구조물은 허니컴 모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더{Steel Pipe Girder for Bridge with Improved Reinforcement Structure}

본 발명은 보도육교용 강판 거더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교량이나 보도육교 등(이하 '교량'으로 통칭함)의 상부 구조물을 이루도록 길이 방향으로 연결하여 시공되는 구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더에 관한 것이다.

교량이나 보도육교 등은 일반적으로 교각과 교대를 포함하는 하부구조와, 상기 하부구조의 상부에 위치되면서 거더와 슬래브를 포함하는 상부구조로 이루어지는데, 이 중 상부구조의 거더는 T형교, 플레이트거더교, 소수주형교, 스틸박스거더교, PSC박스거더교 및 PSC빔교 등과 같이 구조나 재질 등에 따라 다양하게 제조되고 있다.

더욱이 최근에는 기존 거더의 단점을 개선하고 시공을 더욱 편리하게 할 수 있도록 강관을 사용한 거더(이하 '강관 거더'라 한다)가 제조되어 사용되고 있다.

이때 강관 거더는 강관의 구조적 강성을 높이기 위한 방법에 따라 내부에 콘크리트를 충전한 콘크리트 충전 강관 거더와, 내부를 따라 소정 간격을 두고 보강구조물을 설치한 구조 보강식 강관 거더로 구분된다.

이 중 구조 보강식 강관 거더의 경우, 강관의 내부에 상대적으로 지름이 작으면서 길이가 짧은 또 다른 강관이 삽입되어 보강되거나, 또는 X자형 또는 T자형으로 제작된 보강구조물이 강관의 내부에 삽입되어 보강되는데, 이러한 구조 보강식 강관 거더의 종래 기술로는 등록 특허공보 제1229472호의 교량용 강관 거더(이하 '특허문헌'이라 한다)가 개시되어 있다.

상기 특허문헌에 개시된 교량용 강관 거더는, 교량의 길이방향으로 설치되는 강관과, 상기 강관의 길이방향으로 상단 양측에서 강재 상판과 합성되도록 한 수직 연결재와, 상기 강관의 하부 내주면과 같은 곡률로 부착되는 보강판으로 이루어지되, 상기 수직 연결재는, 강관의 상단 양측면과 강재 상판의 연결단부 저면 내측이 직각으로 연결되게 부착되고, 상기 강관 내부 중심축부에서 상하 방향으로 강관의 상, 하단 중심점부분에 수직 보강재를 강관의 길이방향으로 일정간격으로 부착하되, 상기 수직 연결재는, 강관의 상단 중심점에서 양측면으로 45도 방향이 되는 지점에 부착되고, 상기 보강판은, 강관의 하단 중심점에서 양측면으로 45도 방향이 되는 지점에 부착됨으로써 상기 수직연결재와 상기 보강판의 양단이 동일한 수직선상에 부착되어 강관의 상부면에 작용하는 압축력과 하부면에 작용하는 인장력이 상호 대응될 수 있도록 구성된다.

그러나 상기 특허문헌에 개시된 교량용 강관 거더는 역 "T"자 모양을 이루는 보강구조물을 이용하여 직선교에서 직선 방향으로 작용하는 부하에 대응하여 강관이 보강되도록 한 것이나, 곡선교와 같이 소정의 곡면을 가지는 교량과 지진 진동, 교량 하중 및 차량의 통행과정에서 발생하는 생활 진동 등과 같이 복합적인 요인으로 인해 여러 방향에서 불규칙하게 작용하는 부하에 대응하기에는 구조적인 한계가 있다.

따라서 강관의 내부에 소정 간격 이격되어 설치되는 보강구조물에 있어서, 복합적인 요인으로 인해 여러 방향에서 작용하는 부하에도 대응할 수 있도록 보강구조물의 구조가 개선된 교량용 강관 거더의 개발이 요구된다.

KR 10-1229472 B1 (2013. 01. 29.) KR 10-0933265 B1 (2009. 12. 14.) KR 10-1185932 B1 (2012. 09. 19.) KR 10-0933265 B1 (2009. 12. 14.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 보도육교용 강판 거더가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복합적인 요인으로 인해 여러 방향에서 작용하는 부하에도 대응할 수 있는 구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더를 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더는, 수평 방향으로 소정 길이를 가지면서 서로 소정 간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 강관; 상기 한 쌍의 강관 사이의 상부 공간을 수평으로 연결하도록 설치되는 소정 크기의 제1 상판; 및 상기 한 쌍의 강관의 양측 상부 공간을 수평으로 연결하도록 설치되는 한 쌍의 제2 상판을 포함하고, 상기 한 쌍의 강관에는, 길이를 따라 내부에 소정 간격을 두고 소정 길이의 보강구조물이 설치되되, 상기 보강구조물은 허니컴 모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 한 쌍의 강관 사이의 공간을 연결하면서 수직으로 소정 길이를 가지는 보강판이 소정 간격 이격되어 복수 개가 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제1, 2 상판의 저면에 소정 길이 하향 돌출되는 보강리브가 소정 간격 이격되어 복수 개가 구비되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이에 더해 본 발명은 상기 보강구조물이 상기 한 쌍의 강관 내부에 각각 삽입되도록 소정 지름을 가지는 보강관체; 및 상기 보강관체의 내부에 설치되면서 소정 크기를 가지는 복수 개의 육각 구멍이 형성되는 연결판을 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 연결판이 맞대기 용접을 통해 소정 크기를 가지는 복수 개의 판재가 서로 소정 각도를 이루도록 일체로 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 강관 거더를 이루는 강관의 내부에 소정 간격을 두고 허니컴 구조의 보강구조물이 설치되므로 직선교 및 곡선교와 여러 방향에서 작용하는 부하에 대하여 강관의 구조적인 강성을 확실하게 보강할 수 있는 장점이 있다.

또한, 볼트와 너트 등의 체결부재를 이용하여 보강구조물이 강관 내부에 조립되므로 보강구조물을 더욱 쉽고 안전하게 설치할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더의 예를 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 보강구조물의 예를 보인 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 보강구조물의 예를 보인 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 연결판의 예를 보인 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 보강구조물이 강관 내부에 삽입 설치되는 예를 보인 도면.
도 7(a, b)은 본 발명에 따른 연결판의 다른 실시예를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 고정구의 예를 보인 사시도.
도 9 및 도 11은 도 7(a, b)에 따른 연결판이 고정구를 통해 조립되는 예를 보인 도면.
도 12는 본 발명에 따른 보강구조물이 고정볼트를 통해 강관의 내측에 고정되는 예를 보인 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명은 복합적인 요인으로 인해 여러 방향에서 작용하는 부하에도 대응할 수 있도록 구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더를 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 강관(10), 제1 상판(20), 제2 상판(30), 보강판(40) 및 보강구조물(50)을 포함한다.

강관(10)은 교량(또는 보도용 육교 등)의 길이를 따라 소정 길이를 가지도록 설치되어 교량에서 작용하는 다양한 하중을 지지하는 구성이다.

이러한 강관(10)은 교량의 설계기준 등에 따라 소정 지름을 가지도록 제작된 다음, 후술되는 제1, 2 상판(20, 30) 등을 통해 한 쌍의 강관(10)이 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치된 상태로 유지되게 된다.

제1 상판(20)은 서로 소정 간격 이격되도록 설치되는 한 쌍의 강관(10) 사이에 설치되는 구성이다.

이러한 제1 상판(20)은 도 1에 도시된 바와 같이 수평으로 소정 크기를 가지는 수평판(21)과, 상기 수평판(21)의 저면 양측에 수직으로 소정 길이를 가지도록 설치되는 한 쌍의 수직판(22)을 포함한다. 이때 수직판(22)은 강관(10)의 상부 외측면에 용접이나 체결부재를 통해 상호 강건하게 결합된다.

그리고 한 쌍의 수직판(22) 사이에는 상기 수평판(21)의 저면 길이를 따라 소정 간격 이격되어 복수 개의 보강리브(23)가 설치되고, 이러한 한 쌍의 수직판(22)과 복수 개의 보강리브(23)를 통해 제1 상판(20)이 하중에도 쉽게 변형되지 않는 적정의 구조적 강성을 기대할 수 있게 된다.

한편, 제1 상판(20)에는 한 쌍의 수직판(22) 사이에 복수 개의 보강리브(23)가 서로 평행한 방향으로 소정 간격 이격되어 설치되는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 복수 개의 보강리브(23)가 소정 크기의 격자 형태로 서로 교차되도록 설치될 수 있다.

제2 상판(30)은 강관(10)의 측면 상부 공간을 수평으로 연결하도록 설치되는 구성이다.

이러한 제2 상판(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍의 강관(10) 양측에 소정 넓이를 가지도록 수평으로 설치되는 수평판(31)과, 상기 수평판(31)의 저면에 수직의 길이를 가지도록 설치되는 보강리브(33)를 포함한다.

그리고 수평판(31)의 상면에는 길이를 따라 사각 단면 모양을 가지는 구조프레임(34)이 설치되고, 이러한 구조프레임(34)에 상하 수직으로 소정 길이를 가지는 난간조립체(도시하지 않음)가 고정 설치된다.

보강판(40)은 한 쌍의 강관(10)과 제1, 2 상판(20, 30)을 따라 소정 두께의 판재를 수직으로 연결하도록 설치되는 구성으로, 이러한 보강판(40)은 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍의 강관(10) 사이의 공간을 연결하되 상하 수직 방향으로 소정 길이를 가지며, 복수 개가 설치된다.

보강구조물(50)은 강관(10)의 내부에 삽입되어 강관(10)의 구조적인 강성을 보강하는 구성이다.

이러한 보강구조물(50)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 강관(10)의 내부에 삽입되는 소정 지름을 가지는 원형관 구조의 보강관체(51)와, 상기 보강관체(51)의 내부에 설치되면서 허니컴(벌집) 모양으로 상기 보강관체(51)를 지지하는 복수 개의 연결판(52)을 포함한다.

이때 연결판(52)은 도 4에 도시된 바와 같이 소정 폭과 길이를 가지는 판재로 이루어지면서 양단 부분에는 120° 각도(A)를 이루는 경사면(52A)이 형성되고, 이를 통해 3개의 연결판(52)을 서로 맞대면 자연스럽게 120° 각도를 두고 배열되게 되면서 허니컴 모양을 이루게 된다.

이렇게 서로 맞대어 지는 연결판(52)의 양단 측면과 연결판(52)과 보강관체(51)가 서로 맞닿는 측면을 따라 용접(W1, W2)되어 복수 개의 연결판(52)과 보강관체(51)가 강건하게 고정되어 일체로 형성된다.

상기와 같은 보강구조물(50)은 공장 등에서 강관(10)의 직경에 따라 미리 제작되고, 강관 거더(1)를 제작할 때에 강관(10)의 내부에 삽입된 다음, 도 5에 도시된 바와 같이 강관(10)의 내외측을 관통하도록 볼트(B)와 너트(N)로 이루어지는 체결부재를 통해 체결된 상태에서 강관(10)의 내부에 고정 설치되게 된다.

이와 같이 보강구조물(50)이 강관(10)의 내부에 체결부재를 통해 결합되면, 강관(10)의 내부로 작업자가 진입하여 용접 작업을 수행하지 않아도 되므로 보강구조물(50)의 설치 작업이 쉽고 빠른 반면, 강관(10)의 외부로 체결부재가 노출되는 단점이 있다.

따라서 강관(10)의 지름이 작업자가 진입하여 작업하기 쉬울 정도로 충분한 크기를 갖는 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 강관(10)의 내부에 보강구조물(50)이 삽입되도록 한 다음, 보강구조물(50)의 양단 부분을 따라 용접(W3)하여 강관(10)의 내측면에 강건하게 고정될 수 있도록 한다.

한편, 위에서는 보강구조물(50)이 보강관체(51)와 연결판(52)으로 이루어지면서 상호 용접(W1, W2)에 의해 일체로 형성되는 것으로 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 도 7(a, b)과 도 8에 도시된 바와 같이 복수 개의 연결판(52)이 양측 방향에서 조립되는 한 쌍의 고정구(53)를 통해 조립되는 것으로 변경될 수 있다.

이 경우 연결판(52)의 양단 부분에 고정구(53)와 조립시 연결판(52)이 임의로 분리되지 않도록 하는 소정 크기의 걸림턱(52B)이 돌출 형성되고, 연결판(52)의 상하부 양측면에는 고정구(53)가 삽입되는 소정 깊이의 끼움홈(52C)이 형성되도록 한다.

그리고 한 쌍의 고정구(53)는 도 8에 도시된 바와 같이 내부에 소정 지름의 관통구멍(도면부호 없음)이 형성되는 원통 모양의 고정본체(53A)와, 상기 고정본체(53A)의 일단에 형성되어 또 다른 고정구(53)와 볼트와 너트 등의 체결부재를 통해 조립되는 결합플랜지(53B) 및 상기 고정본체(53A)의 외측면에 방사상으로 복수 개가 형성되면서 상기 고정본체(53A)의 길이를 따라 상기 결합플랜지(53B)를 관통하도록 소정 폭 절개되어 형성되는 소정 길이의 삽입홈(53C)을 포함한다.

이때 결합플랜지(53B)에는 볼트가 관통 삽입되기 위한 소정 지름의 구멍(도면부호 없음)이 형성된다.

상기와 같은 구성을 통해 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 2개의 고정구(53)가 연결판(52)의 양측에 위치된 다음, 삽입홈(53C)에 연결판(52)의 단부가 측면 방향으로 슬라이딩 삽입되도록 하여 양측 고정구(53)의 결합플랜지(53B)가 서로 맞닿도록 조립되고, 이 상태에서 결합플랜지(53B)를 관통하도록 복수 개의 볼트와 너트를 체결하는 것으로 도 11에 도시된 바와 같이 복수 개의 연결판(52)이 복수 개의 고정구(53)를 통해 허니컴 모양으로 강건하게 조립되게 된다.

이때 보강관체(51)에는 연결판(52)이 끼움 삽입될 수 있는 복수 개의 끼움홈(도면부호 없음)이 형성되고, 이를 통해 연결판(52)과 보강관체(51)도 용접 없이 상호 조립되어 고정될 수 있게 된다.

또한, 위에서는 보강구조물(50)이 강관(10)의 내측에 삽입된 다음, 강관(10)과 보강관체(51)를 차례로 관통하도록 볼트(B)가 삽입된 다음 너트(N)가 볼트(B)에 체결되어 상호 결합되거나, 또는 보강관체(51)의 양단과 강관(10)의 내측면이 상호 용접되어 서로 강건하게 고정되는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 보강구조물(50)의 보강관체(51)에 도 12에 도시된 바와 같이 방사상으로 복수 개의 나사결합공(도면부호 없음)이 형성되고, 이러한 복수 개의 나사결합공에 고정볼트(54)가 각각 나사 조립되며, 이를 통해 보강구조물(50)이 강관(10)의 내측에 삽입된 다음, 고정볼트(54)를 적절하게 조여 고정볼트(54)의 선단을 강관(10)의 내측면에 밀착시키는 것으로 보강구조물(50)이 강관(10)의 내측에 쉽고 강건하게 고정되도록 구성될 수 있다.

이때 고정볼트(54)의 선단은 뾰족하게 형성되고, 이를 통해 강관(10) 내측면에 밀착된 다음 외력에도 보강구조물(50)이 슬립 등의 유동이 쉽게 발생하지 않도록 구성된다.

이에 더해 고정볼트(54)가 진동 등에 의해 임의로 풀리지 않도록 고정볼트(54)의 회전을 방지하는 톱니 맞물림 구조의 래칫기어가 더 구비될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 강관 거더를 이루는 강관의 내부에 소정 간격을 두고 허니컴 구조의 보강구조물이 설치되므로 여러 방향에서 작용하는 부하에 대하여 강관의 구조적인 강성이 확실하게 보강되게 되고, 볼트와 너트 등의 체결부재를 이용하여 보강구조물이 강관 내부에 조립되는 것으로 보강구조물을 더욱 쉽고 안전하게 설치되게 된다.

위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.

1: 강관 거더 10: 강관
20: 제1 상판 21: 수평판
22: 수직판 23: 보강리브
30: 제2 상판 31: 수평판
32: 수직판 33: 보강리브
34: 구조프레임 40: 보강판
50: 보강구조물 51: 보강관체
52: 연결판 52A: 경사면
52B: 걸림턱 52C: 끼움홈
53: 고정구 53A: 고정본체
53B: 결합플랜지 53C: 삽입홈
54: 고정볼트 B: 볼트
N: 너트 W1, W2, W3: 용접부

Claims (5)

1. 수평 방향으로 소정 길이를 가지면서 서로 소정 간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 강관(10);
   상기 한 쌍의 강관(10) 사이의 상부 공간을 수평으로 연결하도록 설치되는 소정 크기의 제1 상판(20); 및
   상기 한 쌍의 강관(10)의 양측 상부 공간을 수평으로 연결하도록 설치되는 한 쌍의 제2 상판(30);
   을 포함하고,
   상기 한 쌍의 강관(10)에는,
   길이를 따라 내부에 소정 간격을 두고 소정 길이의 보강구조물(50)이 설치되되, 상기 보강구조물(50)은 허니컴 모양으로 형성되며,
   상기 보강구조물(50)은,
   상기 한 쌍의 강관(10) 내부에 각각 삽입되도록 소정 지름을 가지는 보강관체(51); 및
   상기 보강관체(51)의 내부에 설치되면서 소정 크기를 가지는 복수 개의 육각 구멍이 형성되는 연결판(52);
   을 포함하고,
   상기 복수 개의 연결판(52)은,
   양측 방향에서 조립되는 한 쌍의 고정구(53)를 통해 조립되며,
   상기 보강관체(51)에는,
   방사상으로 복수 개의 나사결합공이 형성되고, 상기 복수 개의 나사결합공에 고정볼트(54)가 각각 나사 조립되며,
   상기 보강구조물(50)이 상기 강관(10)의 내측에 삽입된 다음 상기 고정볼트(54)를 조여 상기 고정볼트(54)의 선단을 상기 강관(10)의 내측면에 밀착시키는 것으로 상기 보강구조물(50)이 상기 강관(10)의 내측에 고정되는 것을 특징으로 하는 구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 한 쌍의 강관(10) 사이의 공간을 연결하면서 수직으로 소정 길이를 가지는 보강판(40)이 소정 간격 이격되어 복수 개가 설치되는 것을 특징으로 하는 구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 제1, 2 상판(20, 30)의 저면에는,
   소정 길이 하향 돌출되는 보강리브(23, 33)가 소정 간격 이격되어 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 구조 개선된 보강구조물이 적용된 교량용 강관 거더.
   
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