KR102226723B1 - 작용 및 반작용 원리에 기반한 교량 구조물의 시공 방법 및 이에 의해 시공된 교량 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축력과 압축반력을 통하여 교량의 상부 구조물과 하부 구조물의 구조 안전성을 동시에 확보할 수 있는, 작용 및 반작용 원리에 기반한 교량 구조물의 시공 방법 및 이에 의해 시공된 교량 구조물에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 교대 사이에 거더를 시공하기 위한 교량 구조물 시공 방법으로서, 거더의 양단부를 교대 각각의 상단부에 설치하되, 상단부가 교대의 상단에서 노출되게 매립되어 구비되는 수직받침강재에 연결 설치하는 거더 설치 단계; 상기 거더 설치 단계 이후, 교대에 설치된 거더의 양단부 각각의 하단부에 압축력 도입장치를 설치하는 압축력 도입장치 설치 단계; 상기 압축력 도입장치를 이용하여 상기 거더의 양단부 각각의 하단부에 압축력을 인가하는 압축력 도입 단계; 상기 압축력 도입 단계에서 일정 크기의 압축력이 작용된 상태에서 상기 수직받침강재와 거더의 양단부 간을 고정시킨 다음, 상기 압축력 도입장치를 제거하는 거더-교대 고정 단계; 상기 각 단계를 통해 설치된 거더에 슬래브 및 콘크리트를 시공하는 슬래브-콘크리트 시공 단계; 및 상기 콘크리트 경화 후, 상기 교대의 외측벽에 토사 뒤채움을 실시하는 토사 뒷채움 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 시공 방법이 제공된다.

Description

작용 및 반작용 원리에 기반한 교량 구조물의 시공 방법 및 이에 의해 시공된 교량 구조물{CONSTRUCTING METHOD FOR BRIDGE STRUCTURE BASED ON PRINCIPLE OF ACTION/REACTION AND BRIDGE STRUCTURE CONSTRUCTED BY THE METHOD}

본 발명은 작용 및 반작용 원리에 기반한 교량 구조물의 시공 방법 및 이에 의해 시공된 교량 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축력과 압축반력을 통하여 교량의 상부 구조물과 하부 구조물의 구조 안전성을 동시에 확보할 수 있는, 작용 및 반작용 원리에 기반한 교량 구조물의 시공 방법 및 이에 의해 시공된 교량 구조물에 관한 것이다.

근래에 들어, 빈번한 집중 호우, 하천 수위의 상승, 홍수 등의 영향으로 장지간 저형고의 교량에 대한 수요가 증가하고 있는 상황인데 반하여, 이러한 수요에 부응할 수 있는 적절한 저형고의 교량형식이 없어, 다경간 교량을 적용하거나 도로의 계획고를 높여서 교량을 시공하는 실정이다.

한편, 콘크리트 라멘 교량은 교좌 장치가 없고 형고가 낮으며 유지 관리가 용이하다는 장점을 가지고 있어서 소하천에 건설되는 교량형식으로 많이 사용되고 있다. 그런데 이러한 종래의 라멘 교량은 지간이 길어질수록 자중에 의한 모멘트가 급격하게 커지고, 특히 벽체와 상부구조 즉, 거더 또는 바닥판이 만나는 지점부의 모멘트가 급격히 증가하게 되어 일반적으로는 지간이 15m 이상인 교량에는 적용하기 어렵다는 한계가 있으므로, 종래의 라멘 교량으로는 위와 같은 최근의 교량수요에 그대로 이용하기 어려운 상태이다.

종래의 라멘 교량을 장지간의 교량에 직접 적용하기 어려운 구조적인 한계를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 우선 라멘 교량은 지간이 길어질수록 자중에 의한 모멘트가 급격하게 커지게 되어 일반적으로는 지간이 15m 이상인 교량에는 적용하기 어렵다는 한계가 있다.

도 1은 종래 라멘 교량에 등분포 하중이 작용할 경우의 개략적인 모멘트를 나타내는 도면이다.

종래의 라멘 교량을 장지간의 교량에 직접 적용하기 어려운 구조적인 한계를 구체적으로 살펴보면, 우선 라멘 교량은 지간이 길어질수록 자중에 의한 모멘트가 지간장의 제곱에 비례하여 커지게 되므로, 교량의 형고와 중량이 지나치게 높아지는 비경제적이고 구조적으로 불리한 교량이 될 수 밖에 없다.

이를 극복하기위해 종래의 방안으로는 상부구조를 이루는 거더에 강선을 배치하여 긴장력을 도입하여 지간 중앙부의 모멘트를 감소시키고, 또는 교대벽체 상단과 거더 연결부에 힌지 구조를 도입하여 교량 지점부의 모멘트를 감소시키는 것이 제안되었다.

종래의 라멘 교량을 장지간 교량에 적용하기 난해한 또 다른 한계로는 상부 슬래브의 건조 수축과 벽체 토압에 의한 벽체 하단부의 모멘트이며, 종래 기술은 이에 대한 해결책을 제시하지 않고 있다.

상부구조물을 구성하는 슬래브는 주로 콘크리트를 타설하며, 타설된 콘크리트는 경화하면서 건조수축을 하게 된다. 이 수축되는 힘에 의해 기초에 고정되어 연결된 벽체 하단에는 상당한 크기의 모멘트가 발생되며, 이 모멘트는 벽체의 높이가 낮을수록 더 커진다. 이 모멘트에 저항할 수 있도록 벽체 두께를 두껍게 하여 벽체 강성을 키우면, 이와 동시에 벽체에 발생하는 모멘트가 또 커지는 구조적 딜레마에 빠지게 되고, 동시에 기초의 안전성 및 안정성 확보를 위해 기초의 폭과 길이를 키워야 하면서 기이한 형태의 교대 구조물이 형성되고 만다. 결국 이 건조수축에 의한 모멘트를 감소시키기 위해 벽체의 높이를 높여야 한다.

이 경우, 반대로 토압에 의한 모멘트가 증가하게 되고, 동시에 교량 기초 규모 및 굴착 깊이의 증가로 인해 비경제적인 상황이 발생한다. 즉, 암반을 수미터 추가 굴착하거나, 라멘교량이 아닌 유지관리에 고비용이 발생하는 다른 형태의 교량을 설치해야하는 경우가 발생한다. 다시 말해서, 종래 개선된 기술은 자중에 의한 상부 및 벽체 상단 모멘트 감소에 해결책을 제시한 반면, 본 발명에서는 상부 및 벽체 상단 모멘트 감소에 추가하여, 교량 공사비 및 구조안전성에 큰 영향을 미치는 건조수축 및 토압에 의한 교대 벽체 하단 모멘트 감소에도 해결책을 제시하는데 있다.

대한민국 등록특허공보 10-0893110(2009.04.10. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-0946716(2010.03.12. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1415981(2014.07.09. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1135634(2012.04.17. 공고)

따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 교량의 상부 구조물인 거더와 하부 구조물인 교대(교각) 구조체의 구조 안전성을 동시에 확보할 수 있는, 작용 및 반작용 원리에 기반한 교량 구조물의 시공 방법 및 이에 의해 시공된 교량 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.

다시 말해서, 본 발명은 압출력을 통하여, 교량의 상부 구조물인 거더에는 외력에 의해 발생하는 모멘트와 반대방향의 모멘트를 유발시켜 거더의 하부 플랜지에서 발생하는 인장력과 상부 플랜지에서 발생하는 압축력의 크기를 감소시켜 거더의 구조 안전성을 확보함과 동시에, 압축력의 반발력인 압축반력에 의한 모멘트가 교대(교각)의 하부에서 건조수축과 토압에 의해 발생하는 상시 외력 모멘트의 반대방향으로 발생되도록 하여 교대의 발생 모멘트를 감소시켜 교대의 구조적 안전성을 확보할 수 있도록 하는 작용 및 반작용 원리에 기반한 교량 구조물의 시공 방법 및 이에 의해 시공된 교량 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 교대 사이에 거더를 시공하기 위한 교량 구조물 시공 방법으로서, 거더의 양단부를 교대 각각의 상단부에 설치하되, 상단부가 교대의 상단에서 노출되게 매립되어 구비되는 수직받침강재에 연결 설치하는 거더 설치 단계; 상기 거더 설치 단계 이후, 교대에 설치된 거더의 양단부 각각의 하단부에 압축력 도입장치를 설치하는 압축력 도입장치 설치 단계; 상기 압축력 도입장치를 이용하여 상기 거더의 양단부 각각의 하단부에 압축력을 인가하는 압축력 도입 단계; 상기 압축력 도입 단계에서 일정 크기의 압축력이 작용된 상태에서 상기 수직받침강재와 거더의 양단부 간을 고정시킨 다음, 상기 압축력 도입장치를 제거하는 거더-교대 고정 단계; 상기 각 단계를 통해 설치된 거더에 슬래브 및 콘크리트를 시공하는 슬래브-콘크리트 시공 단계; 및 상기 콘크리트 경화 후, 상기 교대의 외측벽에 토사 뒤채움을 실시하는 토사 뒷채움 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 구조물의 시공 방법이 제공된다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 거더 설치 단계는, 상기 거더의 양단부 각각이 상측부에서 수직받침강재에 이동 및 회전 가능하게 결합되도록 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 거더 설치 단계에서 사용되는 거더는, 상부 플랜지와 하부 플랜지를 갖는 H빔의 몸체부와, 상기 몸체부의 양단에서 상부 측에 형성되되 길이방향에서 바라볼 때 "T"자형으로 형성되는 T자형 삽입 프레임과, 상기 몸체부의 양단의 하단부에서 길이방향으로 소정 길이 연장 형성되는 연장 삽입편, 및 상기 몸체부와 상기 T자형 삽입 프레임의 경계부에서 상기 상부 플랜지와 하부 플랜지 사이에 형성되는 구획 보강 격벽을 갖고 이루어지며, 상기 거더 설치 단계에서 사용되는 수직받침강재는, 교대에 설치된 상태에서 상부 측에서 바라볼 때 단면 "ㄷ"자 형태의 강재로 형성되고, 개구부가 서로 반대 측을 향하여 마주하는 면 사이에 소정 크기의 간격을 갖고 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 거더 설치 단계는 상기 거더의 T자형 삽입 프레임의 수직부와 연장 삽입편이 상기 한 쌍의 수직받침강재의 간격으로 삽입되고, 상기 수직부와 상기 수직받침강재 각각에 형성되는 결합 구멍을 통해 볼트-너트 결합시키되 이동 및 회전가능하게 결합시키며, 상기 수직받침강재의 결합 구멍은 장공으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 한 쌍의 수직받침강재 간의 간격은 상기 T자형 삽입 프레임의 수직부의 두께에 상응하는 간격으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 압축력 도입장치 설치 단계에서 사용되는 상기 압축력 도입장치는, 상기 수직받침강재의 하단부를 관통하고 일측이 외측으로 연장되는 복수의 고정 부재와, 상기 고정 부재의 연장단에 고정되는 반력 프레임과, 상기 반력 프레임의 내측에 구비되는 유압잭, 및 일단부는 상기 유압잭의 유압 로드에 결합되고 타단부는 거더의 하부에 접하도록 구비되는 가압 고정 볼트를 포함하여 구성되고, 상기 압축력 도입 단계는, 상기 유압잭의 유압 로드를 단계적으로 신장시켜서 가압 고정 볼트의 타단부를 전방으로 단계적으로 이동시켜서 거더의 하단부에 압축력을 전달하고, 거더의 하단부에 압축력이 작용되는 상태에서 상기 고정 부재와 가압 고정 볼트를 상기 수직받침강재에 고정하여 압축력이 작용한 상태가 유지되도록 하며, 상기 거더-교대 고정 단계는 상기 가압 고정 볼트를 상기 수직받침강재에 고정된 상태로 남겨둔채 상기 가압 고정 볼트를 제외한 나머지 압축력 도입장치를 분리 제거하도록 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 슬래브-콘크리트 시공 단계에서 상기 T자형 삽입 프레임의 수직부와 수직받침강재 간의 결합부는 이동 및 회전가능한 상태로 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기한 일 관점에 따른 교량 구조물의 시공 방법에 의해 시공된 교량 구조물이 제공된다.

본 발명에 따른 작용 및 반작용 원리에 기반한 교량 구조물의 시공 방법 및 이에 의해 시공된 교량 구조물에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본 발명은 선행 압축력의 도입으로 교량의 거더와 교대의 구조적 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 교대의 구조적 안정성을 확보할 수 있어 교대 기초의 크기 및 기초 시공을 위한 터파기 공사 규모를 상대적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 종래 라멘 교량에 등분포 하중이 작용할 경우의 개략적인 모멘트를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법의 시공 과정을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 3은 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에서 교대에 거더를 설치하기 전의 시공 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 A-A선 및 B-B선에 따른 단면도이며, 도 5는 도 3의 C-C선 및 D-D선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에서 거더와 교대 각각에 압축력과 압축반력을 인가하기 위한 압축력 도입장치를 설치한 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 A-A선 및 B-B선에 따른 단면도이고, 도 8은 도 7에서 압축력 도입장치가 설치된 부분을 확대하여 나타내는 확대도이다.
도 9는 도 7의 A-A선에 따른 단면을 확대하여 나타내는 확대도이다.
도 10은 도 7의 B-B선에 따른 단면을 확대하여 나타내는 확대도이다.
도 11은 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에서 압축력 도입장치를 통해 압축력을 도입시키고 이에 따른 압축반력이 생성되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에서 압축력 도입장치를 제거하고 슬래드 콘크리트를 타설한 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 A-A선 및 B-B선에 따른 단면도이다.
도 14는 도 12의 C-C선에 따른 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에서 교대에 토사 뒷채움 실시 및 상부슬래브 건조수축이 발생한 상태를 나타내는 도면이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에 따른 시공 과정에서 작용 하중과 작용 하중에 의한 발생 모멘트 및 시공별(단계별) 모멘트의 합력(누적합)을 나타내는 도면이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 본 발명에 따른 작용 및 반작용 원리에 기반한 교량 구조물의 시공 방법 및 이에 의해 시공된 교량 구조물에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법 및 이에 의해 시공된 교량 구조물에 대하여 도 2 내지 도 16b을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법의 시공 과정을 개략적으로 나타내는 플로차트이고, 도 3은 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에서 교대에 거더를 설치하기 전의 시공 과정을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 A-A선 및 B-B선에 따른 단면도이며, 도 5는 도 3의 C-C선 및 D-D선에 따른 단면도이다. 도 6은 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에서 거더와 교대 각각에 압축력과 압축반력을 인가하기 위한 압축력 도입장치를 설치한 상태를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 A-A선 및 B-B선에 따른 단면도이고, 도 8은 도 7에서 압축력 도입장치가 설치된 부분을 확대하여 나타내는 확대도이고, 도 9는 도 7의 A-A선에 따른 단면을 확대하여 나타내는 확대도이며, 도 10은 도 7의 B-B선에 따른 단면을 확대하여 나타내는 확대도이다. 도 11은 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에서 압축력 도입장치를 통해 압축력을 도입시키고 압축반력을 생성하는 상태를 나타내는 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에서 압축력 도입장치를 제거하고 슬래드 콘크리트를 타설한 상태를 나타내는 도면이고, 도 13은 도 12의 A-A선 및 B-B선에 따른 단면도이며, 도 14는 도 12의 C-C선에 따른 단면도이다. 도 15는 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에서 교대에 토사 뒷채움 실시 및 상부슬래브 건조수축이 발생한 상태를 나타내는 도면이고, 도 16a 및 도 16b은 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법에 따른 시공 과정에서 작용 하중과 작용 하중에 의한 발생 모멘트 및 시공별(단계별) 모멘트의 합력(누적합)을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법은, 도 1 및 도 16b에 나타낸 바와 같이, 크게 거더 설치 단계(S100); 압축력 도입장치 설치 단계(S200); 압축력 도입 단계(S300); 거더-교대 고정 단계(S400); 슬래브-콘크리트 시공 단계(S500); 및 토사 뒷채움 단계(S600);를 포함한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법은, 도 1 및 도 16b에 나타낸 바와 같이, 거더(강재 거더)(100)의 양단부를 교대(10) 각각의 상단부에 설치하되, 상단부가 교대(10)의 상단부에 노출되게 매립되어 구비되는 수직받침강재(20)에 연결 설치하는 거더 설치 단계(S100); 상기 거더 설치 단계(S100)에서 교대(10)에 설치된 거더(100)의 양단부 각각의 하단부에 압축력 도입장치(30)를 설치하는 압축력 도입장치 설치 단계(S200); 상기 압축력 도입장치 설치 단계(S200)에서 설치된 압축력 도입장치를 이용하여 상기 거더(100)의 양단부 각각의 하단부에 압축력을 인가하고 이에 따른 압축 반력이 교대(10)의 상단부에 작용하도록 하는 압축력 도입 단계(S300); 상기 압축력 도입 단계(S300)에서 일정 크기의 압축력이 작용된 상태에서 상기 수직받침강재(20)와 거더(100)의 양단부 간을 고정시킨 다음, 상기 압축력 도입장치(30)를 제거하는 거더-교대 고정 단계(S400); 상기 각 단계(S100 내지 S200)를 통해 설치된 거더(100)에 슬래브를 설치하고 콘크리트를 타설하는 슬래브-콘크리트 시공 단계(S500); 및 상기 슬래브-콘크리트 시공 단계(S500)에서 콘크리트 경화된 후, 상기 교대(10)의 외측벽(교대 간이 마주하는 방향의 반대 측 외벽)에 토사 뒤채움을 실시하여 구조물을 완성하는 토사 뒷채움 단계(S600);를 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 교량 구조물의 시공 방법의 상기 각 단계들에 대하여 보다 상세히 설명한다.

거더 설치 단계(S100)

거더 설치 단계(S100)는 양단부가 특정 형상을 가지며, 몸체부가 H빔으로 형성되는 거더(강재 거더)(100)를 교대(10)의 상단부에 매립 설치된 수직받침강재(20)에 연결하여 설치하는 것으로 이루어진다.

구체적으로, 상기 거더 설치 단계(S100)에서 설치되는 거더(100)는 그 양단부 각각의 상측부에서 수직받침강재(20)에 회전 가능하게 결합되고, 후속 시공 공정에서 압축력 도입장치(30)를 통해 그 양단부 각각의 하단부에 압축력이 인가될 수 있게 형성되고 결합되도록 이루어진다.

보다 구체적으로, 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 거더(100)는 상부 플랜지(111)와 하부 플랜지(112)를 갖는 H빔의 몸체부(110)와, 상기 몸체부(110)의 양단에서 상부 측에 형성되되 길이방향에서 바라볼 때 "T"자형으로 형성되는 T자형 삽입 프레임(120), 및 상기 몸체부(110)의 양단의 하단부에 길이방향으로 소정 길이 연장되는 연장 삽입편(130)을 포함하며, 상기 T자형 삽입 프레임(120)의 하단과 상기 연장 삽입편(130)의 상단은 이어지지 않게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 거더(100)의 T자형 삽입 프레임(120)의 수직부(121)와 연장 삽입편(130)은 아래에서 상세히 설명될 한 쌍의 수직받침강재(20) 사이로 삽입되고, 상기 수직부(121)에는 한 쌍의 수직받침강재(20) 사이에 삽입된 상태에서 한 쌍의 수직받침강재(20)와 결합(예를 들면, 볼트-너트 결합)되기 위한 결합 구멍(이하, "제1 결합 구멍"이라고 함)(122)이 형성된다.

상기 제1 결합 구멍(122)은 횡렬로 복수 형성될 수 있다.

또한, 상기 거더(100)는 상기 몸체부(110)와 상기 T자형 삽입 프레임(120)의 경계면에 구획 보강 격벽(140)(도 4 참조)이 일체로 형성될 수 있다.

그리고 상기 수직받침강재(20)는 교대(10)에 설치된 상태에서 상부 측에서 바라볼 때, 도 5에 나타낸 바와 같이 단면 "ㄷ"자 형태의 강재로 형성되고, 상기 수직받침강재(20)는 개구부(21)가 서로 반대 측을 향하면서 소정 크기의 간격을 갖고 이격되며 하단부가 교대(10)에 매립되어 구비되는 한 쌍의 수직받침강재(20)로 이루어진다.

상기 한 쌍의 수직받침강재(20) 간의 간격은 상기 T자형 삽입 프레임(120)의 수직부(121)의 두께에 상응하는 간격으로 이루어진다.

또한, 상기 수직받침강재(20)는 T자형 삽입 프레임(120)의 수직부(121)의 제1 결합구멍(122)과 결합되기 위한 결합 구멍(이하, "제2 결합 구멍"이라 함)(22)이 형성된다.

상기 T자형 삽입 프레임(120)의 수직부(121)와 수직받침강재(20)는 T자형 삽입 프레임(120)과 연장 삽입편(130)을 한 쌍의 수직받침강재(20)의 이격 간격 사이로 삽입한 다음, 수직부(121)의 제1 결합 구멍(122)과 수직받침강재(20)의 제2 결합 구멍(22)을 정렬시킨 상태에서 볼트-너트를 이용하여 결합(가 고정)시키도록 이루어진다.

상기 T자형 삽입 프레임(120)의 수직부(121)와 수직받침강재(20)는 완전 고정이 아닌, 즉 그 결합부(제1 결합 구멍(122)과 제2 결합 구멍(22))에서 상대적으로 이동 및 회전가능하게 결합된 상태로 이루어지며, 이는 후속 시공 공정인 압축력 도입 단계에서 거더(100)의 양단부 각각의 하단부에 압축력이 도입될 때 및 슬래브 콘크리트 타설 시 상기 T자형 삽입 프레임(120)의 수직부(121)와 수직받침강재(20) 간에 상대적인 이동과 회전이 가능하도록 한다.

이에 따라, 상기 제2 결합 구멍(22)은 장공(예를 들면, 타원형 구멍)으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수직받침강재(20)에는 아래 압축력 도입 장치(30)를 이용한 압축력 도입 시 관련 구성요소들이 결합되는 결합부(결합 구멍)가 형성되며, 이에 대해서는 아래 시공 공정에서 설명한다.

압축력 도입장치 설치 단계(S200)

압축력 도입장치 설치 단계(S200)는, 상기 거더 설치 단계(S100)에서 교대(10)에 설치된 거더(100)의 양단부 각각의 하단부에 설치되어 거더(100)에 압축력을 도입시키기 위한 압축력 도입장치(30)를 설치하는 시공 공정이다.

먼저, 압축력 도입장치(30)에 대하여 설명하면, 도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 수직받침강재(20) 각각의 하단부에 일측이 고정되고 타측은 외측으로 연장되는 복수의 고정 부재(볼트-너트 부재)(31)와, 상기 고정 부재(31)의 연장단에 고정되는 반력 프레임(또는 반력판)(32)과, 상기 반력 프레임(32)의 내측(거더(100)를 향하는 측)에 구비되는 유압잭(33), 및 일단부는 상기 유압잭(33)의 유압 로드에 결합되고 타단부는 거더(100)의 양단부의 하부에 접하도록 구비되는 가압 고정 볼트(34)를 포함한다.

여기에서, 상기 가압 고정 볼트(34)가 유압잭(33)의 유압 로드와 별개로 형성되는 것은, 압축력 도입장치(30)를 이용하여 설정된 압축력을 도입시킨 상태에서 가압 고정 볼트(34)를 수직받침강재(20)에 완전 고정시킨 후, 상기 가압 볼트(34)를 제외한 압축력 도입장치(30)(즉, 고정 볼트(31)와 반력 프레임(32) 및 유압잭(33))을 수직받침강재(20)에서 분리시켜 제거하기 위함이다.

또한, 상기 수직받침강재(20)에는 상기 고정 부재(31)가 관통하여 볼트-너트 결합되기 위한 결합 구멍(이하, "제3 결합 구멍"이라 함), 및 상기 가압 고정 볼트(34)가 관통하여 볼트-너트 결합되기 위한 결합 구멍(이하, "제4 결합 구멍"이라 함)이 형성된다.

상기와 같이 구성되는 압축력 도입장치(30)의 고정 부재(31)를 한 쌍의 수직받침강재(20)의 제3 결합 구멍에 결합 고정시키고, 상기 반력 프레임(32)에 구비된 유압잭(33)의 유압 로드에 착탈가능하게 결합되는 가압 고정 볼트(34)를 한 쌍의 수직받침강재(20)의 제4 결합 구멍에 가 결합시키되 그 가압 고정 볼트(34)의 타단부가 거더(100)의 하단부(구체적으로는 구획 보강 격벽(140)의 하단부)에 접하게 가 결합시켜, 한 쌍의 수직받침강재(20)에 대한 압축력 도입 장치(30)의 설치가 완료된다.

압축력 도입 단계(S300) 및 거더-교대 고정 단계(S400)

상기 압축력 도입 단계(S300)는, 상기 압축력 도입장치 설치 단계(S200)에서 설치된 압축력 도입장치(30)를 이용하여 상기 거더(100)의 양단부 각각의 하단부에 압축력을 인가하고 이에 따른 압축 반력이 교대(10)의 상단부에 작용하도록 이루어지며, 이러한 상태에서 거더-교대 고정 단계(S400)에서 거더(100)와 교대(10) 간을 고정시키도록 이루어진다.

구체적으로, 압축력 도입 단계(S300) 및 거더-교대 고정 단계(S400)는, 상기와 같이 압축력 도입 단계(S300)에서 압축력 도입장치(30)가 설치된 상태에서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 유압잭(33)의 유압 로드를 단계적으로 신장시켜서 가압 고정 볼트(34)의 타단부는 전방으로 이동하여 거더(100)의 하단부(거더(100)의 하부 플랜지(112))에 압축력을 전달되고, 거더(100)의 하단부에 압축력이 작용되는 상태에서 너트를 조여서 가압 고정 볼트(34)를 고정하고, 이에 따라 가압 고정 볼트(34)가 진행 반대 방향으로 후퇴하는 것을 방지하게 된다.

이때, 상기 T자형 삽입 프레임(120)의 수직부(121)와 수직받침강재(20) 간의 결합부(즉, 제1 결합 구멍(122)과 제2 결합 구멍(22) 간의 결합부)는 상대적인 이동과 회전이 가능한 가 고정 상태이다.

이와 같이 가압 고정 볼트(34)를 고정시켜서 거더(100)의 하단부에 압축력이 작용하고 있는 상태는, 고정 부재(31)가 교대(10)에 매립되어 있는 한 쌍의 수직받침강재(20)에 고정되어 있어 압축력의 반대 방향으로 작용하는 압축 반력이 교대(10)로 전달되게 된다.

다시 말해서, 유압잭(33)의 압축력이 가압 고정 볼트(34)로 전해져서 거더(100)의 하부 플랜지(112)에 압축력을 가하고, 작용과 반작용의 원리로 거더(100)에 가해지는 압축력과 동일한 반대방향의 힘(압축 반력)이 교대(10)의 상단에 가해지며, 이 압축 반력은 교대(10)의 기단부(하단부)에 모멘트를 발생시키게 된다.

그리고 거더-교대 고정 단계(S400)는 상기한 압축력 도입 단계(S300)에서 거더(100)에 대한 압축력과 교대(10)에 대한 압축 반력이 작용하는 상태에서, 가압 고정 볼트(34)를 제외한 압축력 도입장치(30)를 분리 제거하게 된다.

슬래브-콘크리트 시공 단계(S500)

슬래브-콘크리트 시공 단계(S500)는, 도 12 내지 도 14에 나타낸 바와 같이, 상기 거더-고대 고정 단계(S400)에서 거더(100)와 교대(10)에 각각 압축력과 압축 반력이 작용하고 있는 상태에서, 거더(100)에 슬래브 및 콘크리트를 시공한다.

여기에서, 상기 T자형 삽입 프레임(120)의 수직부(121)와 수직받침강재(20) 간의 결합부(즉, 제1 결합 구멍(122)과 제2 결합 구멍(22) 간의 결합부)는, 슬래브 콘크리트의 시공 시 힌지 결합 구조, 즉 상대적인 이동과 회전이 가능한 가 고정 상태로 있으며, 콘크리트의 경화 후에는 그 콘크리트의 경화에 따라 강결 구조로 전환, 즉 상기 T자형 삽입 프레임(120)의 수직부(121)와 수직받침강재(20) 간의 결합부는 일체화 된 상태가 된다.

토사 뒷채움 단계(S600)

토사 뒷채움 단계(S600)는, 상기 슬래브-콘크리트 시공 단계(S500)에서 콘크리트의 경화 후, 상기 교대(10)의 외측벽(교대 간이 마주하는 방향의 반대 측 외벽)에 토사 뒤채움을 실시하여 구조물을 완성한다.

이러한 토사 뒷채움으로 완성된 구조물은 도 15에 나타낸 바와 같이, 교대(10)의 기단부(하단부)에서 압축 반력에 의한 모멘트와 토사 채움에 의한 토압에 의한 모멘트가 서로 반대방향으로 동시에 작용하게 되어, 이에 따라 도 16a 및 도 16b에 나타낸 바와 같이, 압축력이 미도입 시의 거더 모멘트(M1) 및 압축반력이 미도입 시의 교대 모멘트(M2)에 비하여 현저히 감소되며, 거더(100)와 교대(10)에서 현저한 구조적 안정성을 도모할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 작용 및 반작용 원리에 기반한 교량 구조물의 시공 방법 및 이에 의해 시공된 교량 구조물에 의하면, 선행 압축력의 도입으로 교량의 거더와 교대의 구조적 안전성을 향상시킬 수 있으며, 교대의 구조적 안정성을 확보할 수 있어 교대 기초의 크기 및 기초 시공을 위한 터파기 공사 규모를 상대적으로 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

S100: 거더 설치 단계
S200: 압축력 도입장치 설치 단계
S300: 압축력 도입 단계
S400: 거더-교대 고정 단계
S500: 슬래브-콘크리트 시공 단계
S600: 토사 뒷채움 단계
10: 교대
20: 수직받침강재
21: 개구부
22: 제2 결합 구멍
30: 압축력 도입 장치
31: 고정 부재(볼트-너트 부재)
32: 반력 프레임(반력판)
33: 유압잭
34: 가압 고정 볼트
100: 거더(강재 거더)
110: 몸체부
111: 상부 플랜지
112: 하부 플랜지
120: T자형 삽입 프레임
121: 수직부
122: 제1 결합 구멍
130: 연장 삽입편
140: 구획 보강 격벽

Claims (8)

1. 교대 사이에 거더를 시공하기 위한 교량 구조물 시공 방법으로서,
   거더의 양단부를 교대 각각의 상단부에 설치하되, 상단부가 교대의 상단에서 노출되게 매립되어 구비되는 수직받침강재에 연결 설치하는 거더 설치 단계;
   상기 거더 설치 단계 이후, 교대에 설치된 거더의 양단부 각각의 하단부에 압축력 도입장치를 설치하는 압축력 도입장치 설치 단계;
   상기 압축력 도입장치를 이용하여 상기 거더의 양단부 각각의 하단부에 압축력을 인가하는 압축력 도입 단계;
   상기 압축력 도입 단계에서 일정 크기의 압축력이 작용된 상태에서 상기 수직받침강재와 거더의 양단부 간을 고정시킨 다음, 상기 압축력 도입장치를 제거하는 거더-교대 고정 단계;
   상기 각 단계를 통해 설치된 거더에 슬래브 및 콘크리트를 시공하는 슬래브-콘크리트 시공 단계; 및
   상기 콘크리트 경화 후, 상기 교대의 외측벽에 토사 뒤채움을 실시하는 토사 뒷채움 단계;를 포함하고,
   상기 거더 설치 단계에서 사용되는 거더는, 상부 플랜지와 하부 플랜지를 갖는 H빔의 몸체부와, 상기 몸체부의 양단에서 상부 측에 형성되되 길이방향에서 바라볼 때 "T"자형으로 형성되는 T자형 삽입 프레임과, 상기 몸체부의 양단의 하단부에서 길이방향으로 소정 길이 연장 형성되는 연장 삽입편, 및 상기 몸체부와 상기 T자형 삽입 프레임의 경계부에서 상기 상부 플랜지와 하부 플랜지 사이에 형성되는 구획 보강 격벽을 갖고 이루어지고,
   상기 거더 설치 단계에서 사용되는 수직받침강재는, 교대에 설치된 상태에서 상부 측에서 바라볼 때 단면 "ㄷ"자 형태의 강재로 형성되고, 개구부가 서로 반대 측을 향하여 마주하는 면 사이에 소정 크기의 간격을 갖는 한 쌍의 수직받침강재로 이루어지고,
   상기 압축력 도입장치 설치 단계에서 사용되는 상기 압축력 도입장치는, 상기 수직받침강재의 하단부를 관통하고 일측이 외측으로 연장되는 복수의 고정 부재와, 상기 고정 부재의 연장단에 고정되는 반력 프레임과, 상기 반력 프레임의 내측에 구비되는 유압잭, 및 일단부는 상기 유압잭의 유압 로드에 결합되고 타단부는 거더의 하부에 접하도록 구비되는 가압 고정 볼트를 포함하여 구성되고,
   상기 압축력 도입 단계는, 상기 유압잭의 유압 로드를 단계적으로 신장시켜서 가압 고정 볼트의 타단부를 전방으로 단계적으로 이동시켜서 거더의 하단부에 압축력을 전달하고, 거더의 하단부에 압축력이 작용되는 상태에서 상기 고정 부재와 가압 고정 볼트를 상기 수직받침강재에 고정하여 압축력이 작용한 상태가 유지되도록 하며,
   상기 거더-교대 고정 단계는 상기 가압 고정 볼트를 상기 수직받침강재에 고정된 상태로 남겨둔채 상기 가압 고정 볼트를 제외한 나머지 압축력 도입장치를 분리 제거하는 것을 특징으로 하는
   교량 구조물의 시공 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 거더 설치 단계는,
   상기 거더의 양단부 각각이 상측부에서 수직받침강재에 이동 및 회전 가능하게 결합되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
   교량 구조물의 시공 방법.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 거더 설치 단계는 상기 거더의 T자형 삽입 프레임의 수직부와 연장 삽입편이 상기 한 쌍의 수직받침강재의 간격으로 삽입되고, 상기 수직부와 상기 한 쌍의 수직받침강재 각각에 형성되는 결합 구멍을 통해 볼트-너트 결합시키되 이동 및 회전가능하게 결합시키며,
   상기 한 쌍의 수직받침강재 각각의 결합 구멍은 장공으로 형성되는 것을 특징으로 하는
   교량 구조물의 시공 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 수직받침강재 간의 간격은 상기 T자형 삽입 프레임의 수직부의 두께에 상응하는 간격으로 이루어지는 것을 특징으로 하는
   교량 구조물의 시공 방법.
   
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 슬래브-콘크리트 시공 단계에서 상기 T자형 삽입 프레임의 수직부와 수직받침강재 간의 결합부는 이동 및 회전가능한 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는
   교량 구조물의 시공 방법.
   
8. 청구항 제1항에 따른 교량 구조물의 시공 방법에 의해 시공된 교량 구조물.

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