KR102173788B1 - 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 및 그 시공방법 - Google Patents

강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

연속지점부(A)에 위치한 이중합성 강박스거더와 연결되는 강박스거더 부위의 급격한 응력집중을 완화시킬 수 있어 구조적 취약성을 보완할 수 있으며, 제작이 용이하여 경제적이며 친환경적인 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 상기 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더는 중앙부 횡방향폭(d1)이 연속지점부(A)의 중앙부에서 가장 크게 형성되고, 연속지점부(A)로부터 거더연결부위(B) 쪽으로 점진적으로 횡방향폭이 감소하는 완화부 횡방향폭(d2)을 가지도록 형성된 변단면 하부플랜지; 및 상기 연속지점부(A)와 거더연결부위(B)를 지나, 거더연결부위(B) 주위의 강박스거더의 하부플랜지 상면에 합성된 하부콘크리트;를 포함한다.

Description

강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 및 그 시공방법{DOUBLE COMPOSITE BOX GIRDER WITH GRADUAL STIFFNESS REDUCTION, AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 및 그 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 연속지점부(A)에 위치한 이중합성 강박스거더와 연결되는 강박스거더 부위에서 발생하는 급격한 응력집중을 완화시킬 수 있어 구조적 취약성을 보완할 수 있으며, 제작이 용이하여 경제적이며 친환경적인 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 및 그 시공방법에 관한 것이다.
도 1a는 종래 강박스거더(10)의 예시도를 도시한 것이다.
즉, 강재인 상부플랜지(13), 측판(12), 하부플랜지(11)로 형성된 박스구조체로 제작되며, 상부플랜지(13) 상면에 포장 또는 슬래브콘크리트(50)를 타설하여 시공된다.
이러한 강박스거더(10)는 다경간 즉, 연속교 형태로 교량을 시공할 때는 교각 또는 교대(지점부) 사이에 서로 연결되도록 시공되며,
상기 상부플랜지(13), 양 측판(12), 하부플랜지(11) 내측면에는 종 방향 및 횡 방향 리브(30, 40)가 설치되는 구조로 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 1b는 종래 이중합성 강박스거더(10)의 시공단면도를 도시한 것이다.
즉, 도 1b에 의하면, 중간의 교각(연속지점부)에 위치한 강박스거더는 하부플랜지가 압축플랜지가 되므로 휨 부모멘트에 보다 효과적으로 저항할 수 있도록 하부플랜지 상면에 하부콘크리트를 추가로 전단연결재(미도시)에 의하여 합성시켜 이중합성 강박스거더로 제작하여 사용하고 있음을 알 수 있다.
이러한 하부콘크리트(15)는 일정한 두께로 하부플랜지(11) 상면에 양 측판(12)을 거푸집 삼아 형성되는 수평판 콘크리트임을 알 수 있으며, 연속지점부로서 교각을 기준으로 종방향으로 일정 구간 연장 시공되어 있음을 알 수 있다.
도 1c 및 도 1d는 종래 단면높이 변경방식의 변단면 강박스거더(10)의 예시도를 도시한 것이다.
즉, 도 1c에 의하면 강박스거더(10)의 양 단부에서는 하부플랜지가 수평플랜지가 아니라 하방으로 만곡된 하부플랜지(11a)로 형성되어 있고, 중앙부에서는 하방으로 더 돌출된 하부플랜지(11b)로서 길이방향인 종방향으로 하부플랜지 단면높이가 변경되는 방식으로 강박스거더(10)를 제작하고 있음을 알 수 있으며, 이도 역시 작용하는 휨 모멘트에 대응하여 효율적인 휨 강성을 확보하기 위한 것이라 할 수 있다.
또한, 도 1d에 의하면, 연속지점부에 위치한 이중합성 강박스거더는 하부플랜지가 교각(20) 상부에서 단면높이가 가장 크게 형성되도록 하고, 교각(20) 상부로부터 양 측방으로는 단면높이가 점진적으로 작아지는 변단면 형태를 취하고 있으며, 하부콘크리트(15)는 단면높이가 변하는 하부플랜지 상면에 합성되어 있음을 알 수 있으며 상부플랜지 상면에는 슬래브콘크리트(50)가 형성되어 있음을 알 수 있다.
결국, 종래 강재거더, 이중합성 강합성거더를 연속지점부에 거치시킴에 있어 휨 부모멘트에 저항할 수 있는 휨 강성 확보와 압축플랜지인 하부플랜지를 보강하기 위하여 연속지점부를 기준으로 종방향으로 강재거더는 상부플랜지 하방으로 단면높이를 변경하는 방식을 채택하면서, 이중합성 강합성거더는 추가로 하부콘크리트를 일정 두께로 종방향으로 연장 시공하고 있음을 알 수 있다.
이때 교량의 연속지점부는 휨 부모멘트가 가장 크게 발생하게 되고, 연속지점부의 양 측방으로는 급격하게 휨 정모멘트가 발생되기 때문에, 하부콘크리트가 형성되는 부위와 연결되는 강박스거더 부위에는 응력집중이 크게 발생하기 때문에 급격한 강성변화에 따른 구조적 취약성에 노출되어 장기적으로는 국부변형등의 하자 발생요인이 있었다.
이에 하부콘크리트 내부에 급격한 강성변화를 감소시키기 위한 변단면 강재등을 추가로 하부플랜지 상면에 하부플랜지 연결부위에 걸쳐 형성시킬 수 있지만 수직 스티프너 형태로서 용접량이 많아질 수 밖에 없어 효율성이 저하될 수 밖에 없다는 한계가 있었다.
대한민국 공개특허 제 10-2018-0099587호(발명의 명칭: 연속교량 내부지점부의 하이브리드 단면을 이용한 이중합성 하이브리드 거더의 제작 및 가설방법, 공개일자: 2018년09월05일) 대한민국 등록특허 제 10-1659572호(발명의 명칭: 중앙자유단이 형성된 이중합성 강박스 거더 및 그 시공방법, 2016년09월26일) 대한민국 공개특허 제 10-2017-0078517호(발명의 명칭: 절곡 강판을 이용한 강박스 거더, 공개일자: 2017년07월07일) 대한민국 공개특허 제 10-2011-0073036호(발명의 명칭: 합성 변단면 구조를 갖는 연속 거더교 및 이의 시공방법, 공개일자: 2011년06월29일)
이에 본 발명은 하부플랜지 상면에 종방향으로 일정 구간 하부콘크리트가 합성되는 이중합성 강박스거더에 있어서, 연속지점부와 거더연결부위에서 이중합성 강박스거더와 강박스거더와 연결되는 부위의 급격한 강성변화가 발생하지 않고 완하되어 전달되도록 하고, 연속지점부에 위치한 이중합성 강박스거더의 하부플랜지의 강성 확보를 위해 다수의 판을 이용하여 두께를 조정하는 방식등에 의한 종래 용접량과다에 의한 제작상 및 품질관리 문제를 해결할 수 있어 친환경적이고, 제작도 용이한 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
이에 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더는, 연속지점부(A)에 중앙부가 거치되며, 강박스거더가 거더연결부위(B)에서 연결되는 다경간교량의 변단면 이중합성 강합성거더에 있어서, 상기 변단면 이중합성 강합성거더는, 중앙부 횡방향폭(d1)이 연속지점부(A)의 중앙부에서 가장 크게 형성되고, 연속지점부(A)로부터 거더연결부위(B) 쪽으로 점진적으로 횡방향폭이 감소하는 완화부 횡방향폭(d2)을 가지도록 형성된 변단면 하부플랜지; 및 상기 연속지점부(A)와 거더연결부위(B)를 지나, 거더연결부위(B) 주위의 강박스거더의 하부플랜지 상면에 합성된 하부콘크리트;를 포함하여, 중앙부 횡방향폭(d1)의 연속지점부(A)에 발생하는 휨 부모멘트가 완화부 횡방향폭(d2)의 거더연결부위(B)를 경유하면서 하부콘크리트가 합성되는 변단면하부플랜지의 횡방향폭이 점진적으로 감소함에 따라, 휨 강성이 점진적으로 줄어들도록 하며,
상기 하부콘크리트(140)는 연속지점부(A)의 중앙부위가 중앙부위 양 측방보다 더 큰 두께로 형성되도록 하여 압축응력에 저항할 수 있도록 하며, 상기 중앙부 횡방향폭(d1)이 연속지점부(A)의 중앙부에서 가장 크게 형성되는 변단면 하부플랜지 상면에 형성되는 하부콘크리트에 의하여, 연속지점부(A)에서 종방향/횡방향 리브 설치량을 감소시키며, 상기 거더연결부위(B)에서 변단면 하부플랜지 상면에 전단연결재를 다수를 형성시키되, 변단면 하부플랜지의 횡방향 폭이 점진적으로 감소하게 됨에 따라 완화부 횡방향폭(d2)의 거더연결부위(B)에서는 전단연결재 설치량이 감소하지 않도록 전단연결재의 설치폭을 감소시켜 설치하게 된다.
또한 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 시공방법은, (a) 교량하부구조물인 교각에 상기 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더의 중앙부위가 지지되도록 거치하는 단계; 및 (b) 상기 거치된 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더의 변단면 하부플랜지 상면에 하부콘크리트를 타설하는 단계;를 포함하게 된다.
본 발명에 의하면, 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더와 강박스거더의 연속지점부와 거더연결부위에서 하부콘크리트 내부에 급격한 강성변화를 감소시킬 수 있어 내구성을 충분히 확보할 수 있는 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 이중합성 강박스거더 제작 시 연속지점부에 위치한 하부플랜지를 보강하기 위하여 강판을 다수 적층하는 방식으로 제작하지 않고, 변단면 하부플랜지를 이용하여 제작의 효율성과 구조적 성능을 충분히 확보할 수 있는 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 변단면 하부플랜지는 연속지점부에서 횡방향 폭이 변경되도록 하여 하부콘크리트 타설량을 증가시켜 압축응력에 보다 효과적으로 저항할 수 있고, 하부콘크리트에 작용하는 압축응력에 대하여 중간다이아프램을 이용하여 변형등이 발생하지 않도록 마감시킬 수 있는 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.
도 1a는 종래 강박스거더의 예시도,
도 1b는 종래 이중합성 강박스거더의 시공단면도,
도 1c 및 도 1d는 종래 단면높이 변경방식의 변단면 강박스거더의 예시도,
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더의 구성사시도, 구성사시도, 단면도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더의 시공순서도를 도시한 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[ 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)]
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 구성사시도, 구성사시도, 단면도를 도시한 것이다.
상기 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)는 다경간 교량으로서 교량하부구조에 거치시키되 연속지점부(A)에 중앙부가 지지되도록 거치되고, 도 2c를 참조하면 연속지점부 주위에 거치되는 강박스거더(300)가 양 측방으로 연결되도록 시공된다.
이때 상기 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)는 연속지점부(A)에 중앙부가 교량받침(220)에 의하여 지지되도록 거치되며, 상기 연속지점부(A)는 예컨대, 다경간 교량에서 교각(210)이 시공되는 부위이다.
이러한 연속지점부(A)에서는 휨 부멘트가 발생하고, 연속지점부(A) 양 측방으로 가면서 휨 부모멘트는 점진적으로 작아지게 되며 연결되는 강박스거더(300)에는 휨 정모멘트로 발생하게 되는데 이때, 상기 휨 부멘트가 발생하는 구간은 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 중립축을 기준으로 하연은 압축응력, 상연은 인장응력이 발생하게 된다.
이에 강재는 인장응력에 효과적으로 저항 하지만 콘크리트와 대비하여 압축응력에 저항하기 위한 재료로 사용하기에는 비효율적이기 때문에, 변단면하부플랜지(110) 상면에 하부콘크리트(140)를 일정 두께로 타설하여 변단면하부플랜지(110)와 함께 압축응력에 저항하는 방식을 이용하게 된다.
이에 하부콘크리트(140)가 변단면하부플랜지(110) 상면에 전단연결재를 이용하여 합성되고, 상부플랜지(130) 상면에 도 3b를 참조하면, 역시 전단연결재등을 이용하여 형성된 슬래브콘크리트(C)가 합성되어 이를 이중합성 강박스거더라고 지칭하게 된다.
이때 연속지점부(A)에서는 휨 부모멘트가 주된 휨 모멘트이고, 연속지점부(A)의 양 단부에서는 휨 부모멘트가 휨 정모멘트로 변곡되면서, 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)와 연결되는 강박스거더(300)에는 휨 정모멘트가 발생하게 되며, 최대 휨 부모멘트의 크기가 최대 휨 정모멤트보다 훨씬 크기 때문에 이중합성 강박스거더(100)와 연결되는 강박스거더(300)의 거더연결부위(B)는 휨 모멘트 변화량이 커지게 되며, 하부콘크리트(140)가 연속지점부(A)에서만 형성되어 강성변화가 커지게 된다.
즉, 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)와 강박스거더(300)의 거더연결부위(B)에서 급격한 휨 모멘트의 변화가 발생되어 국부응력이 집중되기 때문에 장기적으로 국부변형등이 발생하게 되어 균열등 하자 발생요인이 발생할 수 있게 된다.
또한 최대 휨 부모멘트가 발생하는 연속지점부(A)의 중앙부를 기준으로 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 단면을 결정하고, 이러한 단면을 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100) 전체 연장길이에 걸쳐 적용하게 되면, 구조적 안전성을 확보할 수는 있지만 과다한 강재사용에 의한 경제성을 확보하기 어렵다는 문제점이 있었다.
이에 종래에는 연속지점부(A)에 위치하는 이중합성 강박스거더의 변단면하부플랜지(110)의 두께를 변경시키는 방식으로 제작을 위한 강재사용량을 절감하는 방식을 이용하기도 하는데 이 경우, 과도한 용접작업이 수반되고,
또한, 앞서 살펴본 종래 도 1c 및 도 1d와 같이 단면높이를 변경하는 방식으로 변단면으로 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)를 제작하는 방식도 소개되었지만 제작도 용이하지 않다는 한계가 있었다.
이에 본 발명은 연속지점부(A)에 거치되는 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 변단면하부플랜지(110)의 두께를 변경시키는 것이 아니라, 하부플랜지의 횡방향 폭을 변단면으로 형성시키는 방식을 채택하게 된다.
즉, 도 2a 내지 도 2c와 같이, 본 발명은 연속지점부(A)에 위치하는 하부플랜지의 횡방향폭을 연속지점부(A)의 중앙부에서 가장 크게 형성되도록 하고, 연속지점부(A)가 끝나는 양 단부인 거더연결부위(B)를 경유하여 점진적으로 하부플랜지의 횡방향폭이 감소하는 방식을 채택하게 되며 연속지점부(A)에서 하부플랜지의 횡방향폭이 중앙부에서 가장 크게 형성되고 거더연결부위(B)를 지나 점진적으로 감소하며, 하부콘크리트(140)도 거더연결부위(B)를 지나서 마감되도록 하여 발생하는 휨 부멘트에 따른 횡방향폭을 가지는 이중합성 강박스거더를 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)라고 지칭하게 된다.
이에 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)는 도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d와 같이, 변단면하부플랜지(110), 양 측판(120), 상부플랜지(130), 하부콘크리트(140), 중간다이아프램(150), 강성완화보강재(160)를 포함한다.
상기 변단면하부플랜지(110)는 도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d와 같이, 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 하부플랜지로서, 수평판 형태로 형성되며 다수의 강판을 적층하여 용접하지 않고, 횡방향 폭이 연속지점부(A)의 중앙부에서 가장 큰 중앙부 횡방향폭(d1)을 가지게 되고, 연속지점부(A)에서는 중앙부 횡방향폭(d1)을 유지하다가, 거더연결부위(B) 이전부위에서 점진적으로 감소하면서 강박스거더(300)가 연결되는 거더연결부위(B)에서 완화부 횡방향폭(d2)을 가지게 된다.
이때 상기 중앙부 횡방향폭(d1)은 연속지점부(A)에서 가장 크게 작용하는 휨 부모멘트를 기준으로 정해지게 되며, 이러한 휨 부멘트가 연속지점부(A)에서 지배적으로 작용하게 되므로 연속지점부(A)에서는 이러한 중앙부 횡방향폭(d1)을 유지하게 되고,
상기 거더연결부위(B)에 근접하면서 변단면하부플랜지(110)의 횡방향폭을 이에 대응하여 점진적으로 완화부 횡방향폭(d2)으로 감소(d1==>d2)시키게 된다.
이와 같이 연속지점부(A)에서 중앙부 횡방향폭(d1)와 같이 횡방향폭을 크게 유지시키게 되면 변단면하부플랜지로 사용되는 강재판 면적이 커지게 되므로 휨 부모멘트에 의한 압축응력에 저항하기 위한 하부콘크리트(140)의 타설양도 증가된다.
이에 하부플랜지용 강판을 적층시켜 용접하는 등의 방식으로 인한 용접량증가에 따른 품질관리 문제을 해결하면서, 효율적인 휨 강성 확보가 가능하게 된다.
이에 상기 완화부 횡방향폭(d2)을 기준으로 연결되는 강박스거더(300)의 하부플랜지는 완화부 횡방향폭(d2)을 그대로 유지하면서 하부콘크리트(140)도 이에 대응하여 형성시켜 연속지점부(A) 이외의 부위에서의 강성 완화가 가능하게 된다.
이때 변단면 하부플랜지(110)와 하부콘크리트(140) 합성을 위해 하부플랜지용 전단연결재(111)를 다수 변단면 하부플랜지(110) 상면에 형성시키게 된다.
이러한 전단연결재(111)는 연속지점부(A)에서는 변단면 하부플랜지(110) 상면에 다수를 형성시키되 거더연결부위(B)에서는 변단면 하부플랜지(110)의 횡방향 폭이 점진적으로 감소하게 되므로 도 2a 및 도 2b와 같이, 완화부 횡방향폭(d2)의 거더연결부위(B)에서는 전단연결재 설치량이 감소하지 않도록 전단연결재의 설치폭을 감소시켜 설치하게 된다.
또한 변단면 하부플랜지(110)의 상면에는 통상의 종방향/횡방향 리브가 추가로 형성되는데 리브들은 결국 강재로서 보강재이므로 설계기준에 따라 형성시키면 되고, 연속지점부(A)에서의 휨 강성 저감효과에 의하여 도 2d를 참조하면 상기 종방향/횡방향 리브 설치량을 감소(최소화)시킬 수 있어 경제성 및 제작의 용이성을 확보할 수 있게 된다.
상기 양 측판(120)은 도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d와 같이, 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)를 구성하는 변단면하부플랜지(110)의 양 측단 상면에 상방으로 연장된 수직판 형태로 형성된다.
이에 연속지점부(A)로부터 거더연결부위(B)에서 변단면하부플랜지(110)의 횡방향 폭이 중앙부 횡방향폭(d1)에서 완화부 횡방향폭(d2) 변하기 때문에 이러한 횡방향 폭에 변화에 대응하여 서로 횡방향 이격 거리가 변하면서 연속형성된 양 수직판으로 형성되게 된다.
이에 변단면하부플랜지(110)의 상면에 형성된 양 측판(120)은 후술되는 하부콘크리트가 타설되는 거푸집 역할도 하게 되며, 역시 측판용 전단연결재(121)가 일정한 두께로 형성되는 하부콘크리트(140)에 매립되도록 하단 내측면에 형성되어 있다. 이때 양 측판(120)은 연속지점부(A)와 거더연결부위(B)에서 동일한 단면높이를 유지하게 된다.
상기 상부플랜지(130)는 도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d와 같이, 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 양 측판(120) 상면에 수평으로 연장된 수평판 형태로 형성된다.
이에 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)가 사각박스단면으로서 폐합단면으로 형성될 경우 상면에는 슬래브콘크리트(C)가 타설되어 합성됨으로서 이중합성 강박스 거더로 작용하게 된다. 이에 상면에는 슬래브용 전단연결재를 더 형성시킬 수 있다.
또한 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)가 폐합단면이 아닌 U형 단면으로 형성되는 경우에는 달리 상부플랜지가 없이 거푸집등을 이용하여 역시 슬래브콘크리트(C)가 타설되어 합성됨으로서 이중합성 강박스 거더로 작용하게 된다. 이에 상면에는 슬래브용 전단연결재를 더 형성시킬 수 있다.
상기 하부콘크리트(140)는 도 2a 내지 도 2b와 같이, 연속지점부(A)와 거더연결부위(B)를 경유하여 위치한 강박스거더(300)의 하부플랜지(310) 상면까지 일정한 두께로 타설되어 변단면하부플랜지(110) 및 하부플랜지(310)와 합성된 콘크리트이다.
앞서 살펴본 변단면하부플랜지(110)는 연속지점부(A)의 중앙부로부터 양 단부 사이에서 상기 중앙부 횡방향폭(d1)을 유지하다가, 거더연결부위(B)를 지나면서 횡방향폭이 점진적으로 감소하면서 완화부 횡방향폭(d2)을 가지기 때문에 콘크리트 타설량이 역시 함께 변하게 되며,
상기 중앙부 횡방향폭(d1)은 완화부 횡방향폭(d2)보다 횡방향폭이 크고, 중앙부 횡방향폭(d1) 종방향 연장길이를 충분히 확보함에 따라 하부콘크리트(140) 타설량이 많아지게 되고, 이에 따라 휨 부모멘트에 의한 압축응력에 효과적으로 저항할 수 있게 되어 결국 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 단면 최적화(하부플랜지 제작을 위한 용접량도 감소)가 가능하게 된다.
이때 하부콘크리트(140) 내부에 변단면하부플랜지(110)와 양 측판(120)에 형성시킨 전단연결재들(111,121)이 매립되도록 형성되며, 변단면하부플랜지(110), 양 측판(120) 내측면에 접하도록 후술되는 중간다이아프램(150)이 거푸집판 역할을 하여 이를 이용하여 타설되어 양생된다.
이와 같이 중간다이아프램(150)을 이용하게 되면 연속지점부(A)와 거더연결부위(B)에 하부콘크리트(140) 타설도 용이하게 되고, 연속지점부(A)는 양 중간다이아프램(150) 사이에 하부콘크리트(140)의 단부면이 접하여 압축응력에 의한 뒤틀림 변형등을 구속함에 따라 하부콘크리트(140)에 작용하는 압축응력에 보다 효과적으로 저항할 수 있게 된다.
이때 하부콘크리트(140)는 연속지점부(A)의 중앙부위가 중앙부위 양 측방보다 더 큰 두께로 형성되도록 하여 안정적으로 압축응력에 저항할 수 있음을 알 수 있다.
상기 중간다이아프램(150)은 도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d와 같이, 교량하부구조물(200)의 교량받침(220) 상부와 연속지점부(A)와 거더연결부위(B)를 조금 지나 형성되어 있는 하부콘크리트(140) 양 단부면에 접하도록 세팅되며 양 측판(120)에 양 측면이 접하고, 저면은 변단면하부플랜지(110)에 접하며, 폐합단면의 상면은 상부플랜지(130)에 접하도록 형성된 수직패널로서 도 2a 및 도 2b에 의하면 적어도 3개 형성시키고 있음을 알 수 있다.
이러한 중간다이아프램(150)은 수직패널로서 유지관리용 개구부가 형성되도록 할 수 있으며, 교량받침(220) 상부에 위치한 중간다이아프램(150)은 지점부 보강재 역할을 하게 되므로 다수를 서로 이격시켜 세팅하는 것이 바람직하며,
하부콘크리트(140) 양 단부면에 접하도록 세팅된 각각의 중간다이아프램(150)은 역시 수직패널로서 하부콘크리트(140)의 변형을 구속하면서 하부콘크리트 타설 시 거푸집 역할을 하게 되고 비틀림, 좌굴에 효과적으로 저항할 수 있도록하게 된다.
상기 강성완화보강재(160)는 도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d와 같이, 중간다이아프램(150)의 하부 외측면으로 연장된 수직판 형태의 보강판으로서 다수 횡방향으로 이격된 삼각판 형태로 형성시킬 수 있으며, 중간다이아프램(150)의 내측면에 형성되어 있는 하부콘크리트(140)와 대향되어 외측면에 다수 형성된다.
이러한 강성완화보강재(160)는 하부콘크리트(140)가 연속지점부(A)와 거더연결부위(B) 이외의 부위에서는 타설되지 않기 때문에 강성의 급격한 변화를 더 완화하는 역할을 하게 된다.
즉, 강성완화보강재(160)에 의하여 중간다이아프램(150)의 하부가 외측면상에서 지지되도록 하여 하부콘크리트(140)의 변형등이 제어되도록 하면서, 연속지점부(A) 주위로 급격한 강성변화를 방지할 수 있게 된다.
[ 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100) 시공방법]
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 시공순서도를 도시한 것이다.
이러한 시공방법은 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)를 먼저 공장등에서 미리 제작하고, 교량하부구조물(200)에 거치한 후, 하부콘크리트(140)와 슬래브콘크리트(C)를 타설하여 다경간 교량을 완성시키게 된다.
이에 도 3a와 같이, 교량하부구조물(200)을 시공하고, 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)를 교량하부구조물(200) 상에 거치시키게 된다.
다경간 교량을 시공하기 위한 교량하부구조물(200)은 교대, 교각(210)을 포함하게 되며 교각(210)이 위치한 곳이 연속지점부(A)가 된다.
이러한 교각(210) 상면에는 교량받침(220)을 설치하고, 교량받침(220) 상면에 필요시 지지부재등을 추가로 설치하고, 기본적으로는 교량받침(220) 상면에 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 중앙부위가 지지되도록 거치하게 된다.
교각(210)은 다수가 시공될 수 있으며, 역시 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)도 다수를 설치할 수 있는데 본 발명은 양 교대(230) 사이의 교각(210)을 기준으로 살펴보기로 한다.
이때 상기 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)는 예컨대, 폐합된 사각단면으로서 변단면 하부플랜지(110), 양 측판(120), 상부플랜지(130)로 제작된 강박스거더에 하부콘크리트(140)가 하부플랜지(110) 상면에 형성되어 있고, 중간다이아프램(150)은 연속지점부(A)의 교량받침(220) 상부, 연속지점부(A)와 거더연결부위(B)를 지나 하부플랜지 상면에 위치하여 타설될 하부콘크리트(140)의 양 단부면에 접하도록 형성되며, 강성완화보강재(160)는 양 측방 중간다이아프램(150)을 지지하도록 변단면하부플랜지(110) 상면에 양 측방 중간다이아프램(150)의 외측면 사이에 지지되도록 형성시킨 것임을 알 수 있다.
이때 상기 변단면 하부플랜지(110)의 횡방향 폭은 연속지점부(A)의 중앙부에서 가장 큰 중앙부 횡방향폭(d1)을 가지고 있는데 이는 종래 동일한 조건에서 이중합성 강박스거더의 하부플랜지 횡방향 보다 크게 형성시킬 수 있다.
또한 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 거더연결부위(B)에는 완화부 횡방향폭(d2)을 가진 하부플랜지, 양 측판(120), 상부플랜지(130)로 형성된 강박스거더(300)를 연결시키게 되는데 이는 이는 종래 동일한 조건에서 이중합성 강박스거더와 연결되는 강박스거더(300)의 하부플랜지 횡방향폭과 동일하게 형성시킬 수 있을 것이다.
이에 도 3b와 같이, 본 발명의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)와 완화부 횡방향폭(d2)을 가진 강박스거더 상면에 슬래브콘크리트(C)를 타설하여 합성시키게 된다.
하부콘크리트(140)를 미리 합성시키게 되면 자중이 커지게 되므로 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 거치후 타설하게 되고, 추가로 상부플랜지(130) 상면에 슬래브콘크리트(C)를 타설 및 합성시켜 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)를 완성시키게 된다.
물론, 교각(210)과 교대(230) 사이의 강박스거더(300)는 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지(310)를 포함하도록 제작된 것으로서, 가설벤트를 이용하여 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)와 강박스거더(300)를 서로 연결시켜 완성시키면 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더
110: 변단면하부플랜지 111: 하부플랜지용 전단연결재
120: 양 측판 121: 측판용 전단연결재
130: 상부플랜지 140: 하부콘크리트
150: 중간다이아프램 160: 강성완화보강재
200: 교량하부구조물 210: 교각
220: 교량받침 230: 교대
300: 강박스거더 310: 강박스거더의 하부플랜지
A: 연속지점부 B: 거더연결부위
C: 슬래브콘크리트 d1: 중앙부 횡방향폭
d2: 완화부 횡방향폭

Claims (8)

  1. 연속지점부(A)에 중앙부가 거치되며, 강박스거더(300)가 거더연결부위(B)에서 연결되는 다경간교량의 변단면 이중합성 강박스거더(100)에 있어서, 상기 변단면 이중합성 강박스거더(100)는,
    중앙부 횡방향폭(d1)이 연속지점부(A)의 중앙부에서 가장 크게 형성되고, 연속지점부(A)로부터 거더연결부위(B) 쪽으로 점진적으로 횡방향폭이 감소하는 완화부 횡방향폭(d2)을 가지도록 형성된 변단면 하부플랜지(110); 및
    상기 연속지점부(A)와 거더연결부위(B)를 지나, 거더연결부위(B) 주위의 강박스거더의 하부플랜지 상면에 합성된 하부콘크리트(140);를 포함하여,
    중앙부 횡방향폭(d1)의 연속지점부(A)에 발생하는 휨 부모멘트가 완화부 횡방향폭(d2)의 거더연결부위(B)를 경유하면서 하부콘크리트(140)가 합성되는 변단면하부플랜지(110)의 횡방향폭이 점진적으로 감소함에 따라, 휨 강성이 점진적으로 줄어들어 완화되며,
    상기 하부콘크리트(140)는 연속지점부(A)의 중앙부위가 중앙부위 양 측방보다 더 큰 두께로 형성되도록 하여 압축응력에 저항할 수 있도록 하며, 상기 중앙부 횡방향폭(d1)이 연속지점부(A)의 중앙부에서 가장 크게 형성되는 변단면 하부플랜지(110) 상면에 형성되는 하부콘크리트(140)에 의하여, 연속지점부(A)에서 종방향/횡방향 리브 설치량을 감소시키며, 상기 거더연결부위(B)에서 변단면 하부플랜지(110) 상면에 전단연결재(111)를 다수를 형성시키되, 변단면 하부플랜지(110)의 횡방향 폭이 점진적으로 감소하게 됨에 따라 완화부 횡방향폭(d2)의 거더연결부위(B)에서는 전단연결재 설치량이 감소하지 않도록 전단연결재의 설치폭을 감소시켜 설치하는 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하부콘크리트(140) 양 단부면에 접하도록 중간다이아프램(150)이 더 형성되며,
    상기 중간다이아프램(150)은 수직패널로서 하부콘크리트(140)의 변형을 구속하면서 하부콘크리트 타설 시 거푸집 역할을 하는 것으로서,
    하부콘크리트(140) 양 단부면에 접하도록 세팅되며 양 측판(120)에 양 측면이 접하고, 저면은 변단면하부플랜지(110)에 접하도록 형성된 수직패널인 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 중간다이아프램(150)의 하부 외측면으로 연장된 수직판 형태의 보강판으로서 다수 횡방향으로 이격되어 형성되며,
    중간다이아프램(150)의 내측면에 형성되어 있는 하부콘크리트(140)와 대향되어 외측면에 다수 형성되어 하부콘크리트(140)가 연속지점부(A) 이외의 부위에서 타설되지 않음에 따른 강성의 급격한 변화를 완화하는 역할을 하는 강성완화보강재(160)를 더 포함하는 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더.
  6. (a) 교량하부구조물(200)인 교각(210)에 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 중앙부위가 지지되도록 거치하는 단계; 및 (b) 상기 거치된 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 변단면 하부플랜지(110) 상면에 하부콘크리트(140)를 타설하는 단계;를 포함하며,
    상기 변단면 이중합성 강박스거더(100)는,
    중앙부 횡방향폭(d1)이 연속지점부(A)의 중앙부에서 가장 크게 형성되고, 연속지점부(A)로부터 거더연결부위(B) 쪽으로 점진적으로 횡방향폭이 감소하는 완화부 횡방향폭(d2)을 가지도록 형성된 변단면 하부플랜지(110); 및
    상기 연속지점부(A)와 거더연결부위(B)를 지나, 거더연결부위(B) 주위의 강박스거더의 하부플랜지 상면에 합성된 하부콘크리트(140);를 포함하여,
    중앙부 횡방향폭(d1)의 연속지점부(A)에 발생하는 휨 부모멘트가 완화부 횡방향폭(d2)의 거더연결부위(B)를 경유하면서 하부콘크리트(140)가 합성되는 변단면하부플랜지(110)의 횡방향폭이 점진적으로 감소함에 따라, 휨 강성이 점진적으로 줄어들어 완화되는 강성이 완화되며,
    상기 하부콘크리트(140)는 연속지점부(A)의 중앙부위가 중앙부위 양 측방보다 더 큰 두께로 형성되도록 하여 압축응력에 저항할 수 있도록 하며, 상기 중앙부 횡방향폭(d1)이 연속지점부(A)의 중앙부에서 가장 크게 형성되는 변단면 하부플랜지(110) 상면에 형성되는 하부콘크리트(140)에 의하여, 연속지점부(A)에서 종방향/횡방향 리브 설치량을 감소시키며, 상기 거더연결부위(B)에서 변단면 하부플랜지(110) 상면에 전단연결재(111)를 다수를 형성시키되, 변단면 하부플랜지(110)의 횡방향 폭이 점진적으로 감소하게 됨에 따라 완화부 횡방향폭(d2)의 거더연결부위(B)에서는 전단연결재 설치량이 감소하지 않도록 전단연결재의 설치폭을 감소시켜 설치하는 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 시공방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 (a)단계의 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)는,
    폐합된 단면 또는 U형 단면으로 형성되도록 하되, 상기 거더 연결부위(B)에서 강박스 거더(300)와 연결되도록 하는 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 시공방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후에,
    강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더(100)의 상면에 슬래브 콘크리트(C)를 더 타설하여 합성시키는 강성이 완화된 변단면 이중합성 강박스거더 시공방법.


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