KR102187993B1 - 조립식 교각 구조체 및 그 시공방법 - Google Patents

조립식 교각 구조체 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조립식 교각 구조체 및 그 시공방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명의 조립식 교각 구조체 및 그 시공방법은 복수의 중공형 파일이 길이방향으로 결합되어 조립된 중공형 기둥이 수직되게 설치되고, 상기 조립된 중공형 기둥의 상단에 중공형 강관이 연통되록 결합되어 형성된 트러스형 코핑이 결합되며, 상기 조립된 중공형 기둥 및 트러스형 코핑의 중공부에는 콘크리트가 충전되고, 상기 트러스형 코핑의 상단에는 금속패널의 상부에 콘크리트 패드가 토핑된 상부패널이 거치되는 것을 특징으로 한다.
이로써, 경량화가 가능하여 운반성을 확보할 수 있으며, 코핑을 간단하게 기둥의 상부에 조립 시공할 수 있으므로 시공성이 향상되는 이점이 있다.

Description

조립식 교각 구조체 및 그 시공방법{Prefabricated Bridge Structure and Construction Method}
본 발명은 조립식 교각 구조체 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현장에서 복수의 중공형 파일이 결합되어 조립된 중공형 기둥이 수직되게 설치되고, 그 상단에 중공형 강관이 연통되록 결합되어 형성된 트러스형 코핑이 결합되며, 상기 조립된 중공형 기둥 및 트러스형 코핑의 중공부에는 콘크리트가 충전되고, 상기 트러스형 코핑의 상단에는 상부패널이 거치되는 현장 조립식 교각 구조체 및 그 시공방법에 관한 것이다.
통상적으로 교량은 콘크리트로 제작되는 교각에 상부 구조물인 거더가 배치되고, 거더의 상부에 상판이 형성된다. 그런데, 교각은 형상과 규모에 따라 제작과정에서 다량의 거푸집을 조립하고, 거푸집의 내부에 철근을 조립한 후 콘크리트를 타설 및 양생하는 고소작업의 위험성이 존재하였고, 이를 재차 탈형하는 과정에서 많은 시공상의 비효율이 야기되었으며, 현장 소음에 의하여 각종 민원이 발생됨은 물론 작업자의 안전성 확보가 곤란한 한계가 있었다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 최근에는 교량을 구성하는 각 부재를 모듈화한 모듈러 교량이 제안된 바 있다. 그런데, 대부분의 모듈러 교량은 상판이나 거더를 모듈화한 경우였으며, 일부 모듈러 교량은 교량의 하부 구조물에 대하여도 프리캐스트 콘크리트 블록 내지는 강합성 블록을 활용하여 모듈화를 시도한 사례는 존재한다.
이러한 선행기술문헌들로는 대한민국 등록특허 제0748636호, 제0787119호 및 제0832848호가 존재한다. 그러나, 프리캐스트 콘크리트 블록은 비록 경제성의 측면에서 유리한 부분이 있으나, 여전히 공장 제작시에는 복잡한 철근 배근 공정이 요구되었으며, 단위 블록의 중량이 무거움에 따라 이를 운반하거나 현장에서 조립하는 과정에 많은 제약이 있었다. 특히, 단위 블록과 단위 블록이 맞닿는 면이 정확히 일치되도록 하기 위해서는 공장에서 단위 블록을 맞대어 매치 캐스트를 하여야만 하는 제작상의 비효율도 존재하였다.
또한, 강합성 블록으로서 강관에 콘크리트를 충전한 CFT(Concrete filled tube) 부재를 이용한 교각이 제안되어 상기한 프리캐스트 콘크리트 블록의 문제점을 다소간 해소할 수 있었으나, 주로 기둥에만 적용되는 한계가 있었으며, 교량의 상부 구조물과 직접적으로 접하는 코핑부는 국부적으로 큰 지압응력과 전단력이 발생됨에 따라 여전히 두꺼움 콘크리트 부재를 사용할 수밖에 없었다.
이는 콘크리트로 제작된 코핑부를 운반하고, 설치하는 과정에서 프리캐스트 콘크리트 블록이 지니는 한계를 동일하게 야기하여 교량의 하부 구조물을 시공함에 있어서 실질적인 공기 단축은 기대할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기둥부 뿐만 아니라 코핑부도 강합성 구조의 모듈로 제작함으로써 운반성을 확보함은 물론 현장에서 조립 시공이 가능하므로 시공성이 향상되고, 이로인해 공기가 대폭으로 단축될 수 있으며, 강합성 구조의 코핑부를 바탕으로 구조적 안정성을 확보하면서도 경량화가 가능하고, 상부 구조물의 하중을 수용하는 코핑에 국부적인 집중하중이 작용하지 않도록 하며, 고소작업을 최소화하여 작업자의 안전성을 담보할 수 있는 조립식 교각 구조체 및 그 시공방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 조립식 교각 구조체(A)는, 기둥부의 상단에 중공형 강관(210)이 연통되록 결합되고, 하단 중심에는 주두결합부(220)가 형성된 트러스형 코핑(200)이 결합되며, 상기 트러스형 코핑(200)의 중공부에는 콘크리트가 충전되고, 상기 트러스형 코핑(200)의 상단에는 금속패널(310)의 상부에 콘크리트 패드(320)가 토핑된 상부패널(300)이 형성되되, 상기 금속패널(310)이 트러스형 코핑(200)에 맞닿도록 조립되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기둥부는 복수의 중공형 파일(110)이 길이방향으로 결합되어 조립된 중공형 기둥(100)이 형성되고, 상기 조립된 중공형 기둥(100)이 수직되게 설치될 수 있다.
또한, 상기 조립된 중공형 기둥(100)의 하단에 결합되어 지중에 매립되는 중공형 파일(110)은 강관(111)이고, 하단에 결합되는 강관(111)의 내주면 또는 외주면에는 방사상으로 복수의 보강 플레이트(114)가 수직 결합되어 선단이 보강될 수 있다.
또한, 상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)를 구성하는 중공형 강관(210)의 내부에는 쉬스관(212)이 구비되고, 긴장용 강선(213)을 쉬스관(212)에 내부에 구비하여 스트레싱을 도입할 수 있다.
또한, 주두 보강용 강봉(230)이 챔버형 주두결합부(220)를 관통하여 상단에 구비되는 중공형 파일(110)에 삽입된 상태에서 긴장 고정될 수 있다.
또한, 상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)를 구성하는 중공형 강관(210)의 상부에는 복수의 체결볼트(211)가 형성되고, 상기 상부패널(300)의 금속패널(310)에는 복수의 볼트공(311)이 형성되어 정위치에 안착된 상태에서 상호 결합될 수 있다.
또한, 상기 상부패널(300)의 콘크리트 패드(320)의 상부에는 받침 블록(330)이 구비되고, 상기 받침 블록(330)의 상부에 교좌 받침(340)를 설치할 수 있다.
그리고 상기 금속패널(310)의 상부에는 복수의 체결 강봉(350)이 직립되게 형성되고, 상기 체결 강봉(350)이 교량 상부 구조물(TS)을 관통되도록 구비되어 결속될 수 있다.
한편, 본 발명의 조립식 교각 구조체 시공방법(M)은, 복수의 중공형 파일(110)을 길이방향으로 결합하여 조립된 중공형 기둥(100)을 형성하는 조립 기둥 형성단계(S10); 조립된 중공형 기둥(100)을 수직으로 정위치에 설치하는 조립 기둥 설치단계(S20); 조립된 중공형 기둥(100)의 중공부에 콘크리트를 충전하는 기둥 충전단계(S30); 중공형 강관(210)으로 이루어진 트러스형 코핑(200)을 조립된 중공형 기둥(100)의 상단에 결합하는 코핑 설치단계(S40); 설치된 트러스형 코핑(200)에 콘크리트를 충전하는 코핑 충전단계(S50); 및 상부패널(300)을 트러스형 코핑(200)의 상단에 거치하는 상부패널 거치단계(S60);를 포함한다.
또한, 상기 기둥 충전단계(S30)는, 상단에 구비되는 중공형 파일(110)의 중공부에 주두 보강용 강봉(230)을 상부로 노출되도록 구비한 상태에서 콘크리트로 충전하고, 상기 코핑 설치단계(S40)는, 상기 주두 보강용 강봉(230)이 상기 트러스형 코핑(200)의 하단 중심에 형성된 챔버형 주두결합부(220)를 관통하도록 구비한 상태에서 긴장 고정할 수 있다.
또한, 상기 코핑 충전단계(S50)는, 상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)를 구성하는 중공형 강관(210)의 내부에 긴장용 강선(213)이 삽입된 쉬스관(212)을 구비한 상태에서 콘크리트로 충전하는 강선 구비단계(S51); 및 상기 긴장용 강선(213)에 스트레싱을 도입하는 강선 긴장단계(S52);를 포함할 수 있다.
그리고 상기 상부패널 거치단계(S60) 이후에는, 상기 상부패널(300)의 상부로 직립되게 형성된 복수의 체결 강봉(350)에 교량 상부 구조물(TS)이 관통되도록 결속하는 상부 구조물 결속단계(S70);를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 조립식 교각 구조체(A) 및 그 시공방법(M)에 따르면, 복수의 중공형 파일을 결합하여 조립된 중공형 기둥을 형성함은 물론 중공형 강관이 연통되록 결합하여 트러스형 코핑을 제작함으로써 경량화가 가능하여 운반성을 확보할 수 있으며, 코핑을 간단하게 기둥의 상부에 조립 시공할 수 있으므로 시공성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 기둥은 물론 코핑의 경량화가 가능하고, 코핑도 별도의 거푸집 작업이 요구되지 않으므로 공기가 대폭 단축될 수 있다.
나아가, 금속패널의 상부에 콘크리트 패드가 토핑되어 형성되는 상부패널을 미리 제작 후에 상기 트러스형 코핑의 상단에 거치할 수 있으므로 교량의 상부 구조물을 지지하는 부분을 형성하기 위한 고소 작업을 최소화할 수 있어 작업자의 안전을 확보할 수 있다.
또한, 상부 구조물의 하중을 코핑에 균등하게 분산할 수 있으므로, 코핑에 국부적인 집중하중이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 중공형 파일을 결합하여 조립된 중공형 기둥을 형성함에 있어서 지중에 매립되는 부분에 방사상으로 복수의 보강 플레이트를 수직 결합하여 선단이 보강될 수 있으므로 별도의 기초 시공을 생략하여 시공성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 트러스형 코핑의 상현재를 구성하는 중공형 강관에는 추가적으로 스트레싱을 도입함으로써 외부하중에 반대 방향으로 부재력을 발생킬 수 있으므로 최종 부재력을 감소시키고 자재량을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 트러스형 코핑의 하단 중심에 형성된 챔버형 주두결합부를 주두 보강용 강봉이 관통되도록 하되, 중공형 파일에 삽입된 상태에서 긴장함으로써 기둥과 코핑의 견고한 일체화가 가능하다.
그리고 트러스형 코핑의 상현재에는 복수의 체결볼트가 형성되고, 상부패널의 금속패널에는 복수의 볼트공이 형성되어 상부패널을 코핑의 상부에 안착시키는 과정에서 정위치 안착을 유도할 수 있어 시공성이 향상되는 이점이 있다.
뿐만 아니라, 상기 금속패널의 상부에 미리 체결 강봉을 직립되게 형성하고, 상기 체결 강봉이 교량 상부 구조물을 관통되도록 구비함으로써, 거더나 상판과 같은 상부 구조물을 코핑과 견고하게 결속하면서도 시공성이 확보되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 교각 구조체의 전체적인 형상을 도시한 사시도임.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 교각 구조체의 전체적인 형상을 도시한 분해 사시임.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 교각 구조체의 전체적인 형상을 도시한 (a) 단면도 및 (b) 분해 단면도.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기둥부를 구성하는 중공형 파일을 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기초부를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코핑을 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 코핑과 상부패널의 분해 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 코핑과 상부패널 및 상부 구조체의 결합관계를 도시한 (a) 횡방향 단면도 및 (b) 종방향 단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시공방법을 도시한 블록도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 바탕으로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 조립식 교각 구조체(A)의 전체적인 형상을 도시한 사시도로서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 공장에서 미리 제작된 중공형 파일(110)을 현장으로 운반한 후에 이를 조립 형성한 중공형 기둥(100)과, 중공형 강관(210)이 연통되록 결합되도록 공장에서 미리 제작된 트러스형 코핑(200), 그리고 트러스형 코핑(200)의 상단에는 금속패널(310)의 상부에 콘크리트 패드(320)가 토핑되어 형성되는 상부패널(300)을 포함하여 구성된다.
조립된 중공형 기둥(100)은 현장에서 복수의 중공형 파일(110)이 길이방향으로 결합되어 조립 형성되는 것으로, 조립이 완료되면 정위치에 중공형 기둥(100)이 수직되게 설치된다. 이때, 상기 중공형 기둥(100)은 길이방향을 따라 연속적으로 연통되도록 개별 중공형 파일(110)은 상하가 개방된 형상으로 중공부가 마련된다.
도 4의 (a) 및 (b)에 각각 도시된 바와 같이 각각의 중공형 파일(110)은 강관(111) 또는 콘크리트관(112)일 수 있고, 도 3a에 도시된 바와 같이 단순한 원형 단면의 파일일 수도 있으나, 도 3b에 도시된 바와 같이 직경이 작은 복수의 개별 강관이 가로빔을 바탕으로 상호 조합되어 형성되는 구조일 수도 있는 것으로 그 형상은 자유롭게 설계될 수 있다. 한편, 인접된 중공형 파일(110)을 상호 결합하는 방법으로는 용접식 이음, 볼트식 이음 및 기타 기계식 이음이 적용될 수 있으며, 상기 중공형 파일(110)들 사이에는 링형 조인트 플레이트(113)를 추가적으로 구비하고, 상기 링형 조인트 플레이트(113)를 매개로 상술한 용접식 이음, 볼트식 이음 및 기타 기계식 이음이 적용될 수 있다. 상기 링형 조인트 플레이트(113)는 공지된 다양한 제품이 적용될 수 있다.
복수의 중공형 파일(110)을 길이방향으로 결합하여 하나의 조립된 중공형 기둥(100)이 형성되면, 조립된 중공형 기둥(100)을 수직으로 정위치에 설치한다. 이때, 기초를 형성하기 위하여 지면에 추가적인 천공을 수행하고 크레인을 이용하여 조립된 중공형 기둥(100)를 직립시킬 수 있다.
한편, 상기 중공형 파일(110)은 상호 길이방향으로 결합되어 하나의 조립된 중공형 기둥(100)을 형성하면서도 동시에 지중에 매립되어 기초로서 기능할 수도 있다.
일 실시예로, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 조립된 중공형 기둥(100)의 하단에 결합되어 지중에 매립되는 중공형 파일(110)이 강관(111)인 경우에, 하단에 결합되는 강관(111)의 하단부 내주면 또는 외주면에는 방사상으로 복수의 보강 플레이트(114)가 수직 결합됨으로써, 지지층(SL)에 맞닿는 강관(111)의 선단이 보강될 수 있다. 이를 바탕으로 충분한 지지력이 확보되어 구조적 안전성이 담보됨은 물론 별도의 기초 시공을 생략할 수 있으므로 시공성도 확보할 수 있다.
다른 실시예로, 도 5에 도시된 바와 같이 지반의 경도에 따라서는 조립된 중공형 기둥(100)의 하단에 결합되는 중공형 파일(110)이 강관(111)인 경우에 있어서, 기초 콘크리트(FC)에 매립되는 기초 프레임(400)에 중공형 기둥(100)이 결속되는 것도 가능하다.
상기 기초 프레임(400)은 강관(111)의 외주면에 결합되어 인접 배치되는 보강 플레이트(114)의 상단을 걸치도록 복수의 상부 플레이트(410)가 방사상으로 배치되고, 상기 보강 플레이트(114)의 하단을 지지하도록 원형의 하부 플레이트(420)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 하부 플레이트(420)의 하부에는 복수의 지지 프레임(430)이 수직되게 결합되어 하단에는 구비되는 받침 프레임(440)에 결합될 수 있다. 상기 받침 프레임(440)은 최종적으로 지지층(SL)에 하단이 맞닿도록 구비된 기초파일에 지지되도록 구비되며, 상기 받침 프레임(440)의 상부에는 지지 프레임(430)을 에워싸는 형상으로 한 쌍의 고정 플레이트(450)가 상하로 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 상기 지지 프레임(430)과 한 쌍의 고정 플레이트(450)는 용접 등의 방법으로 견고하게 고정되는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 고정 플레이트(450)는 방사상으로 수직 결합되는 복수의 보강편(460)에 의하여 상호 결합되고, 상기 상부 플레이트(410)와 하부 플레이트(420) 및 한 쌍의 고정 플레이트(450)를 관통하도록 복수의 결속봉(470)이 방사상으로 결합될 수 있다. 이를 바탕으로 조립된 중공형 기둥(100)의 하단을 기초 프레임(400)에 안정적으로 지지할 수 있다.
조립된 중공형 기둥(100)의 정위치 시공이 완료되면 중공부에 콘크리트를 충전하고 양생함으로써 강합성 구조의 구조적으로 완성된 기둥부가 제작된다. 콘크리트를 충전함에 있어서, 지면과 인접한 조립된 중공형 기둥(100)의 중공부에는 추가적으로 보강 철근을 구비함으로써 하중이 집중되는 지면 인접부를 구조적으로 보강할 수 있다.
한편, 상기 트러스형 코핑(200)은 미리 공장에서 중공형 강관(210)이 상호 연통되록 결합되어 형성된다. 일 실시예에 따른 형상으로서, 복수의 중공형 강관(210)를 이용하여 상현재(200a)를 형성하고, 상기 상현재(200a)의 하부에는 대응되는 위치에 복수의 중공형 강관(210)을 이용하여 하현재(200b)가 나란하게 형성되되, 상하로 인접한 상현재(200a)와 하현재(200b) 사이에는 내측으로 사선되게 복수의 중공형 강관(210)을 대칭되는 형상으로 결합함으로써 사재(200c)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 복수의 상현재(200a)와 하현재(200b)들 사이에는 이들을 상호 결속하도록 수평 및 수직되게 복수의 연결재(200d)가 구비될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 트러스형 코핑(200)의 하단 중심에는 챔버형 주두결합부(220)가 형성되고, 상기 트러스형 코핑(200)을 구성하는 하현재(200b)는 기둥부로 하중을 안정적으로 전달할 수 있도록 상기 챔버형 주두결합부(220)를 향하여 점진 경사지도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 챔버형 주두결합부(220)는 한 쌍의 상,하 보강면(221)이 형성되고, 상기 상,하 보강면(221)을 에워싸도록 측면부(222)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 챔버형 주두결합부(220)도 추후 콘크리트 충전이 용이하게 이루어질 수 있도록 중공형 강관(210)과 상호 연통되도록 형성되는 것이 바람직하다.
공장에서 미리 제작된 트러스형 코핑(200)이 현장으로 운송되면, 상기 조립된 중공형 기둥(100)의 상단에 중공형 강관(210)이 연통되록 결합되어 형성된 트러스형 코핑(200)을 인양하여 결합시킨다. 상기 트러스형 코핑(200)과 조립된 중공형 기둥(100)의 상단에 위치하는 중공형 파일(110)을 결합하기 위하여 상기 챔버형 주두결합부(220)와 중공형 파일(110)의 상단을 상호 용접식 이음, 볼트식 이음 및 기타 기계식 이음을 적용하여 결합할 수 있다.
상기 조립된 중공형 기둥(100) 및 트러스형 코핑(200)의 조립이 완료되면, 상기 트러스형 코핑(200)의 중공부에는 콘크리트를 충전시킨다. 상기 트러스형 코핑(200)의 각 부재를 구성하는 중공형 강관(210)은 모두 연통되어 있고, 챔버형 주두결합부(220)를 향하여 하향되게 형성될 수 있으므로 자연스럽게 콘크리트가 코핑 전체에 걸쳐 충전될 수 있다. 따라서, 트러스형 코핑(200)을 인양함에 있어서는 경량화를 바탕으로 시공성의 확보가 가능하고, 트러스형 코핑(200)을 콘크리트로 충전함에 있어서는 별도의 거푸집 작업이 요구되지 않으므로 공기가 대폭 단축될 수 있다.
실시형태에 따라서는 조립된 중공형 기둥(100)의 안정적 직립이 가능하다면, 조립된 중공형 기둥(100)과 트러스형 코핑(200)이 연통되도록 형성함으로써, 조립된 중공형 기둥(100)과 트러스형 코핑(200)의 중공부에 콘크리트를 동시에 충전하는 것도 가능하다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 트러스형 코핑(200)을 중공형 기둥(100)과 일체화함에 있어서, 주두 보강용 강봉(230)을 상기 주두결합부(220)를 관통하도록 구비하고, 상단에 구비되는 중공형 파일(110)에 하단이 삽입되도록 구비한 상태에서 추가적으로 긴장함으로써, 구조적으로 견고한 일체화가 가능해진다. 이때, 상기 주두 보강용 강봉(230)은 사전에 중공형 기둥(100)에 대한 콘크리트 충전 단계에서 구비되도록 하여 상부로 돌출되도록 매립하고, 이후 트러스형 코핑(200)을 거치한 후, 상기 주두결합부(220)의 상,하 보강면(221)을 관통시켜 일체화할 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 트러스형 코핑(200)을 구성하는 복수의 중공형 강관(210)은 상대적으로 작은 직경의 트러스 구조를 바탕으로 경량화가 가능하나 압축력에 취약할 수 있다. 이를 위하여 상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)를 구성하는 중공형 강관(210)의 내부에는 쉬스관(212)이 구비되고, 긴장용 강선(213)을 쉬스관(212)에 내부에 구비하여 스트레싱을 도입할 수 있다. 이로써, 상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)에 외부하중에 반대 방향으로 부재력을 발생킬 수 있으므로 최종 부재력을 감소시켜 트러스형 코핑(200)을 채택함에 따른 구조적 불리함을 상쇄시킬 수 있으며 오히려 트러스형 코핑(200)을 구성하는 중공형 강관(210)의 자재량을 절감할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 조립된 트러스형 코핑(200)의 상단에는 지상에서 미리 제작된 상부패널(300)만을 인양하여 거치된 후 조립될 수 있다. 상기 상부패널(300)은 교량의 상부 구조물(TS)을 지지하는 부분으로, 금속패널(310)의 상부에 콘크리트 패드(320)가 토핑되고, 상기 콘크리트 패드(320)의 상부에는 받침 블록(330)이 구비되며, 상기 받침 블록(330)의 상부에 교좌 받침(340)이 설치되되, 상기 부재들은 사전에 지상에서 일체로 제작된 후 트러스형 코핑(200)의 상단에 인양하여 조립만으로 시공이 가능하므로 고소 작업을 최소화할 수 있어 작업자의 안전을 확보할 수 있다.
물론, 실시형태에 따라서는 금속패널(310)만을 먼저 거치하여 조립하고, 콘크리트 패드(320), 받침 블록(330) 및 교좌 받침(340)은 코핑(200)의 상부에서 이루어지는 것도 가능하다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 상부패널(300)은 트러스형 코핑(200)의 상면에 대응되는 형상으로 제작되는 것으로, 상기 상부패널(300)은 금속패널(310)의 상부에 토핑되는 콘크리트 패드(320)와의 구속력을 확보하기 위하여 상기 금속패널(310)의 상면에는 복수의 전단연결재(312)가 미리 형성될 수 있다.
한편, 상기 상부패널(300)은 트러스형 코핑(200)에 전달되는 상부 구조물(TS)의 하중을 균등하게 분산할 수 있으므로, 코핑(200)에 가해지는 국부적인 집중하중의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)를 구성하는 중공형 강관(210)의 상부에는 복수의 체결볼트(211)가 형성되고, 상기 상부패널(300)의 금속패널(310)에는 이에 대응되는 위치에 복수의 볼트공(311)이 형성되어 정위치에 안착된 상태에서 상기 체결볼트(211)가 볼트공(311)을 관통하여 상호 결합될 수 있다. 이로써, 트러스형 코핑(200)의 상부에 상부패널(300)을 거치하는 과정에서 정위치에 정확한 안착이 가능한 이점이 있으며, 인양 및 결속에 신속 정확성을 기대할 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 상부패널(300)을 구성하는 금속패널(310)의 상부에는 미리 복수의 체결 강봉(350)이 직립되게 형성되고, 트러스형 코핑(200)의 상부로 인양된 이후, 상기 체결 강봉(350)이 거더(G)나 상판(TP)과 같은 교량 상부 구조물(TS)을 관통하도록 구비됨으로써, 상기 트러스형 코핑(200) 및 상부 구조물(TS)을 상기 상부패널(300)을 매개로 상호 결속될 수 있으며, 상기 상부 구조물(TS)을 시공함에 있어서도 시공성이 확보될 수 있으며, 구조적으로 안정된 교량 결합 구조체를 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 조립식 교각 구조체 시공방법(M)은, 도 9에 도시된 바와 같이 조립 기둥 형성단계(S10), 조립 기둥 설치단계(S20), 기둥 충전단계(S30), 코핑 설치단계(S40), 코핑 충전단계(S50) 및 상부패널 거치단계(S60)를 포함할 수 있다.
상기 조립 기둥 형성단계(S10)는 복수의 중공형 파일(110)을 길이방향으로 결합하여 조립된 중공형 기둥(100)을 형성하는 단계로서, 각각의 중공형 파일(110)은 강관(111) 또는 콘크리트관(112)일 수 있다. 또한, 인접된 중공형 파일(110)을 길이방향으로 상호 결합하는 방법으로는 용접식 이음, 볼트식 이음 및 기타 기계식 이음이 적용될 수 있다.
한편, 조립 기둥 형성단계(S10) 이후에 진행되는 조립 기둥 설치단계(S20)는 조립된 중공형 기둥(100)을 수직으로 정위치에 설치하는 단계로서, 상기 중공형 파일(110)은 상호 길이방향으로 결합되어 하나의 조립된 중공형 기둥(100)을 형성하면서도 동시에 지중에 매립되어 기초로서 기능할 수도 있다. 따라서, 기초를 형성하기 위하여 지면에 추가적인 천공을 수행하고 크레인을 이용하여 조립된 중공형 기둥(100)를 직립시킬 수 있다.
상기 조립 기둥 설치단계(S20)가 완료되면, 조립된 중공형 기둥(100)의 중공부에 콘크리트를 충전하는 기둥 충전단계(S30)가 진행된다. 상기 기둥 충전단계(S30)를 바탕으로 강합성 구조의 구조적으로 완성된 기둥부가 제작된다. 이때, 콘크리트를 충전함에 있어서 지면과 인접한 조립된 중공형 기둥(100)의 중공부에는 추가적으로 보강 철근을 구비함으로써 하중이 집중되는 지면 인접부를 구조적으로 보강할 수도 있다.
또한, 상기 기둥 충전단계(S30)는, 상단에 구비되는 중공형 파일(110)의 중공부에 주두 보강용 강봉(230)을 상부로 노출되도록 구비한 상태에서 콘크리트로 충전하여 주두 보강용 강봉(230)의 상단이 상부로 노출되도록 양생시킬 수 있다. 상기 주두 보강용 강봉(230)은 추후 트러스형 코핑(200)과의 일체화를 위하여 사용된다.
한편, 상기 기둥 충전단계(S30) 이후에 진행되는 코핑 설치단계(S40)는 중공형 강관(210)으로 이루어진 트러스형 코핑(200)을 조립된 중공형 기둥(100)의 상단에 결합하는 단계이다. 공장에서 미리 제작된 트러스형 코핑(200)이 현장으로 운송되면, 상기 조립된 중공형 기둥(100)의 상단에 중공형 강관(210)이 연통되록 결합되어 형성된 트러스형 코핑(200)을 인양하여 결합시킨다.
상기 트러스형 코핑(200)은 중공형 강관(210)이 상호 연통되록 결합되어 형성되며, 하단 중심에는 챔버형 주두결합부(220)가 형성된다. 이때, 상기 챔버형 주두결합부(220)는 한 쌍의 상,하 보강면(221)이 형성되고, 상기 상,하 보강면(221)을 에워싸도록 측면부(222)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 코핑 설치단계(S40)는, 기둥부의 상부로 주두 보강용 강봉(230)이 노출되도록 시공된 실시형태에 있어서, 상기 트러스형 코핑(200)의 하단 중심에 형성된 챔버형 주두결합부(220)를 관통하도록 상기 주두 보강용 강봉(230)을 구비하고, 이를 긴장함으로써 기둥부와 트러스형 코핑(200)의 견고한 일체화를 기대할 수 있다.
상기 코핑 설치단계(S40)가 완료되면 설치된 트러스형 코핑(200)에 콘크리트를 충전하는 코핑 충전단계(S50)가 진행된다. 상기 코핑 충전단계(S50)는 상기 트러스형 코핑(200)의 각 부재를 구성하는 중공형 강관(210)이 모두 연통되어 있으므로 자연스럽게 콘크리트가 코핑 전체에 걸쳐 충전될 수 있다. 따라서, 트러스형 코핑(200)을 콘크리트로 충전함에 있어서 별도의 거푸집 작업이 요구되지 않으므로 공기가 대폭 단축될 수 있으며 간편한 충전이 가능한 이점이 있다.
또한, 실시형태에 따라서는 조립된 중공형 기둥(100)의 안정적 직립이 가능하다면, 조립된 중공형 기둥(100)과 트러스형 코핑(200)이 연통되도록 형성함으로써, 조립된 중공형 기둥(100)과 트러스형 코핑(200)의 중공부에 콘크리트를 동시에 충전하는 것도 가능하다.
한편, 상기 코핑 충전단계(S50)는 강선 구비단계(S51) 및 강선 긴장단계(S52)를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 강선 구비단계(S51)는 상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)를 구성하는 중공형 강관(210)의 내부에 긴장용 강선(213)이 삽입된 쉬스관(212)을 구비한 상태에서 콘크리트로 충전하는 단계이다.
상기 강선 긴장단계(S52)는 상기 긴장용 강선(213)에 스트레싱을 도입하는 단계로서, 상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)에 외부하중에 반대 방향으로 부재력을 발생킬 수 있으므로 최종 부재력을 감소시켜 트러스형 코핑(200)을 채택함에 따른 구조적 불리함을 상쇄시킬 수 있으며 오히려 트러스형 코핑(200)을 구성하는 중공형 강관(210)의 자재량을 절감할 수 있다.
한편, 상기 상부패널 거치단계(S60)는 상부패널(300)을 트러스형 코핑(200)의 상단에 거치하는 단계이다. 상기 상부패널(300)은 교량의 상부 구조물(TS)을 지지하는 부분으로, 금속패널(310)의 상부에 콘크리트 패드(320)가 토핑되고, 상기 콘크리트 패드(320)의 상부에는 받침 블록(330)이 구비되며, 상기 받침 블록(330)의 상부에 교좌 받침(340)이 설치될 수 있다.
상기 상부패널(300)은 트러스형 코핑(200)의 상면에 대응되는 형상으로 제작되며, 상기 상부패널(300)은 금속패널(310)의 상부에 토핑되는 콘크리트 패드(320)와의 구속력을 확보하기 위하여 상기 금속패널(310)의 상면에는 복수의 전단연결재(312)가 미리 형성될 수 있으며, 상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)에 미리 형성되는 체결볼트(211)에 대응되는 위치에 복수의 볼트공(311)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 상기 상부패널 거치단계(S60) 이후에는 상기 금속패널(310)의 상부에 직립되게 형성된 복수의 체결 강봉(350)에 교량 상부 구조물(TS)이 관통되도록 결속하는 상부 구조물 결속단계(S70)가 진행될 수 있다. 상기 트러스형 코핑(200) 및 상부 구조물(TS)을 상기 상부패널(300)의 체결 강봉(350)을 매개로 상호 결속할 수 있으며, 상기 상부 구조물(TS)을 시공함에 있어서도 시공성이 확보될 수 있다.
A:조립식 교각 구조체
100:조립된 중공형 기둥 110:중공형 파일
111:강관 112:콘크리트관
113:조인트 플레이트 114:보강 플레이트
200:트러스형 코핑 210:중공형 강관
211:체결볼트 212:쉬스관
213:긴장용 강선 220:주두결합부
221:상,하 보강면 222:측면부
230:주두 보강용 강봉 300:상부패널
310:금속패널 311:볼트공
320:콘크리트 패드 330:받침 블록
340:교좌 받침 350:체결 강봉
400:기초 프레임 FC:기초 콘크리트
TS:교량 상부 구조물 G:거더
TP:상판
M:조립식 교각 구조체 시공방법
S10:조립 기둥 형성단계 S20:조립 기둥 설치단계
S30:기둥 충전단계 S40:코핑 설치단계
S50:코핑 충전단계 S51:강선 구비단계
S52:강선 긴장단계 S60:상부패널 거치단계
S70:상부 구조물 결속단계

Claims (12)

  1. 기둥부의 상단에 중공형 강관(210)이 연통되록 결합되고, 하단 중심에는 주두결합부(220)가 형성된 트러스형 코핑(200)이 결합되며, 상기 트러스형 코핑(200)의 중공부에는 콘크리트가 충전되고, 상기 트러스형 코핑(200)의 상단에는 금속패널(310)의 상부에 콘크리트 패드(320)가 토핑된 상부패널(300)이 형성되되, 상기 금속패널(310)이 트러스형 코핑(200)에 맞닿도록 조립되는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기둥부는 복수의 중공형 파일(110)이 길이방향으로 결합되어 조립된 중공형 기둥(100)이 형성되고, 상기 조립된 중공형 기둥(100)이 수직되게 설치되는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조립된 중공형 기둥(100)의 하단에 결합되어 지중에 매립되는 중공형 파일(110)은 강관(111)이고, 하단에 결합되는 강관(111)의 내주면 또는 외주면에는 방사상으로 복수의 보강 플레이트(114)가 수직 결합되어 선단이 보강되는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)를 구성하는 중공형 강관(210)의 내부에는 쉬스관(212)이 구비되고, 긴장용 강선(213)을 쉬스관(212)에 내부에 구비하여 스트레싱을 도입하는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체.
  5. 제2항에 있어서,
    주두 보강용 강봉(230)이 챔버형 주두결합부(220)를 관통하여 상단에 구비되는 중공형 파일(110)에 삽입된 상태에서 긴장 고정되는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)를 구성하는 중공형 강관(210)의 상부에는 복수의 체결볼트(211)가 형성되고, 상기 상부패널(300)의 금속패널(310)에는 복수의 볼트공(311)이 형성되어 정위치에 안착된 상태에서 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부패널(300)의 콘크리트 패드(320)의 상부에는 받침 블록(330)이 구비되고, 상기 받침 블록(330)의 상부에 교좌 받침(340)를 설치하는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 금속패널(310)의 상부에는 복수의 체결 강봉(350)이 직립되게 형성되고, 상기 체결 강봉(350)이 교량 상부 구조물(TS)을 관통되도록 구비되어 결속되는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체.
  9. 복수의 중공형 파일(110)을 길이방향으로 결합하여 조립된 중공형 기둥(100)을 형성하는 조립 기둥 형성단계(S10);
    조립된 중공형 기둥(100)을 수직으로 정위치에 설치하는 조립 기둥 설치단계(S20);
    조립된 중공형 기둥(100)의 중공부에 콘크리트를 충전하는 기둥 충전단계(S30);
    중공형 강관(210)으로 이루어진 트러스형 코핑(200)을 조립된 중공형 기둥(100)의 상단에 결합하는 코핑 설치단계(S40);
    설치된 트러스형 코핑(200)에 콘크리트를 충전하는 코핑 충전단계(S50); 및
    상부패널(300)을 트러스형 코핑(200)의 상단에 거치하는 상부패널 거치단계(S60);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체 시공방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기둥 충전단계(S30)는,
    상단에 구비되는 중공형 파일(110)의 중공부에 주두 보강용 강봉(230)을 상부로 노출되도록 구비한 상태에서 콘크리트로 충전하고,
    상기 코핑 설치단계(S40)는,
    상기 주두 보강용 강봉(230)이 상기 트러스형 코핑(200)의 하단 중심에 형성된 챔버형 주두결합부(220)를 관통하도록 구비한 상태에서 긴장 고정하는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체 시공방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 코핑 충전단계(S50)는,
    상기 트러스형 코핑(200)의 상현재(200a)를 구성하는 중공형 강관(210)의 내부에 긴장용 강선(213)이 삽입된 쉬스관(212)을 구비한 상태에서 콘크리트로 충전하는 강선 구비단계(S51); 및
    상기 긴장용 강선(213)에 스트레싱을 도입하는 강선 긴장단계(S52);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체 시공방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 상부패널 거치단계(S60) 이후에는,
    상기 상부패널(300)의 상부로 직립되게 형성된 복수의 체결 강봉(350)에 교량 상부 구조물(TS)이 관통되도록 결속하는 상부 구조물 결속단계(S70);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 조립식 교각 구조체 시공방법.
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