KR102239480B1 - 프리플렉스 거더 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강재의 최대 인장한계를 초과하여 파괴되는 것을 방지할 수 있으면서도 콘크리트에 작용하는 압축응력을 더욱 크게 형성시킬 수 있는 프리플렉스 거더 빔에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 프리플렉스 거더 빔은, 소정 길이를 가지는 "I"자형 단면 모양을 가지면서, 가운데 부분이 양단에 비해 상대적으로 소정 높이를 가지도록 호 형 만곡지게 형성되는 강재본체; 상기 강재본체의 저면에 소정 간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 장착판; 상기 한 쌍의 장착판을 연결하도록 설치되는 복수 개의 강선; 상기 복수 개의 강선을 상기 한 쌍의 장착판에 고정시키는 고정구를 포함하고, 상기 강재본체의 저면을 수평으로 연결하도록 상기 복수 개의 강선을 상기 한 쌍의 장착판에 설치한 다음, 상기 강재본체의 위쪽에서 소정의 하중을 가하여 상기 강재본체가 수평이 되도록 만들고, 이 상태에서 상기 강재본체의 저면을 따라 복수 개의 철근이 배근되도록 한 다음, 고강도 콘크리트를 타설 및 양생하여 콘크리트구조물이 형성되도록 하며, 상기 강재본체를 인장시키는 과정에 의해 상기 복수 개의 강선이 함께 인장되어 상기 강재본체와 상기 강선을 통해 동시에 상기 콘크리트구조물에 압축응력이 작용하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

프리플렉스 거더 빔{Pre-flex Girder Beam}

본 발명은 프리플렉스 거더 빔에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 "I"자형 강재빔을 재하대에 안착시킨 후, 프리플렉스 하중을 가하여 인장시킨 다음 철근을 배근하고 고강도 콘크리트를 타설 및 양생하여 프리플렉스 하중을 제거하더라도 프리스트레스 상태가 유지되도록 하는 프리플렉스 거더 빔에 관한 것이다.

일반적으로 프리플렉스 빔(프리텐션 빔, 프리스트레스 빔)은 미리 강재에 하중을 가하여 최대 인장상태에서 고강도 콘크리트를 타설하고 양생하여 콘크리트에 큰 압축응력이 작용하도록 프리플렉스 공법에 의해 제조된 빔이다.

이러한 프리플렉스 빔은 상대적으로 기둥을 적게 설치할 수 있어서 공간 활용이 쉽고, 시공이 편하면서 경제적인 장점이 있어 최근에는 교량, 육교 및 고층 빌딩 등의 자재로 널리 사용되고 있다.

상기와 같은 프리플렉스 빔의 종래기술로는 등록특허공보 제0442722호의 프리플렉스 빔 및 그 제작방법(이하 '특허문헌'이라 한다)이 개시되어 있다.

상기 특허문헌에 개시된 프리플렉스 빔은 복수의 분할된 강형부재로 제작하여 조립된 프리플렉스 빔과, 상기 프리플렉스 빔의 하단부에 설치되며, 프리스트레스 도입을 위한 PC 강재 및 상기 PC 강재를 에워싸도록 상기 프리플렉스 빔의 하단부에 설치된 하부 케이싱 콘크리트를 포함하여 구성하는 프리플렉스 빔에 있어서, 상기 분할된 강형 부재 중 중심부에 위치하는 강형부재에는 프리플렉션에 의한 압축력과 상기 PC 강재에 의한 긴장력이 도입되고, 그 중심부 강형부재의 양측에 위치하는 강형부재에는 PC 강재에 의한 긴장력만 도입되도록 제작되는 것으로 이루어진다.

상기와 같은 종래의 프리플렉스 빔은 강재의 변형률만큼의 압축응력이 콘크리트에 작용하도록 제작되는 것으로, 이러한 구조로 인해 콘크리트에 가해지는 압축응력을 높이기 위해서는 강재의 변형률을 더욱 높여 제작해야 하고, 이 경우 강재에 프리스트레스를 가하여 최대 인장상태를 만드는 과정에서 강재의 최대 인장한계를 초과함에 따라 파괴될 수 있는 문제가 있다.

따라서 강재의 최대 인장한계를 초과함에 따라 파괴되는 것을 방지할 수 있으면서도 콘크리트에 작용하는 압축응력을 더욱 크게 형성시킬 수 있도록 구조가 개선된 프리플렉스 거더 빔의 개발이 요구된다.

KR 10-0442722 B1 (2004. 07. 22.) KR 10-1750724 B1 (2017. 06. 20.) KR 10-1734118 B1 (2017. 05. 02.) KR 10-1580973 B1 (2015. 12. 22.) KR 10-1432085 B1 (2014. 08. 13.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 프리플렉스 거더 빔이 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 강재의 최대 인장한계를 초과함에 따라 파괴되는 것을 방지할 수 있으면서도 콘크리트에 작용하는 압축응력을 더욱 크게 형성시킬 수 있는 프리플렉스 거더 빔을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 프리플렉스 거더 빔은, 소정 길이를 가지는 "I"자형 단면 모양을 가지면서, 가운데 부분이 양단에 비해 상대적으로 소정 높이를 가지도록 호 형 만곡지게 형성되는 강재본체; 상기 강재본체의 저면에 소정 간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 장착판; 상기 한 쌍의 장착판을 연결하도록 설치되는 복수 개의 강선; 상기 복수 개의 강선을 상기 한 쌍의 장착판에 고정시키는 고정구를 포함하고, 상기 강재본체(10)의 저면을 수평으로 연결하도록 상기 복수 개의 강선(30)이 상기 한 쌍의 장착판(20A, 20B)에 설치된 다음, 상기 강재본체(10)의 위쪽에서 소정의 하중을 가하여 상기 강재본체(10)가 수평이 되도록 만들고, 이 상태에서 상기 강재본체(10)의 저면을 따라 복수 개의 철근이 배근되도록 한 다음, 고강도 콘크리트를 타설 및 양생하여 콘크리트구조물(C)이 형성되도록 하며, 상기 강재본체(10)를 인장시키는 과정에 의해 상기 복수 개의 강선(30)이 함께 인장되어 상기 강재본체(10)와 상기 강선(30)을 통해 동시에 상기 콘크리트구조물(C)에 압축응력이 작용하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 복수 개의 강선이 5 ~ 10㎝의 간격을 두고 2 ~ 6개가 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 고정구는 상기 한 쌍의 장착판에 나사 조립되면서 내부를 관통하는 소정 지름의 관통공이 형성되어 상기 강선이 관통 삽입되는 소정 크기의 본체; 상기 본체에 나사 조립되어 상기 강선의 일단이 관통 설치되는 장력조절구; 및 상기 장력조절구를 관통하여 돌출되는 상기 강선에 설치되어 상기 장력조절구에 걸림 고정되도록 하는 고정쇠를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이에 더해 본 발명은 상기 한 쌍의 장착판의 사이에 상기 강선이 내부를 관통하도록 삽입되는 소정 길이의 강관이 더 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 강관에 길이를 따라 소정 간격을 두고 설치되는 복수 개의 수직판이 더 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 콘크리트 타설 후 복잡한 인장 과정을 거쳐 강선 등의 보강재가 별도로 추가 설치되던 종래의 기술과 달리 강재에 재하를 주기 전에 텐션을 가지도록 설치되어 강재를 인장시키는 과정에 의해 강선이 자연스럽게 함께 인장되기 때문에 제작이 쉽고, 이에 의해 강재의 변형률을 증가시키지 않고도 강선을 통해 콘크리트에 작용하는 압축응력을 증가시킬 수 있으므로 구조적으로 더욱 강건한 거더빔을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 프리플렉스 거더 빔의 예를 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 프리플렉스 거더 빔의 예를 보인 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 강제본체에 한 쌍의 장착판이 설치되는 예를 보인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 강제본체의 장착판에 강선이 연결되는 예를 보인 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 강제본체에 하중을 가하여 인장시킨 다음 콘크리트가 타설 및 양생되는 예를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 강선에 강관이 설치되는 예를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 강관에 수직판이 구비되는 예를 보인 도면.
도 9는 본 발명에 따른 강관 수직판의 예를 보인 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명은 강재의 최대 인장한계를 초과하여 파괴되는 것을 방지할 수 있으면서도 콘크리트에 작용하는 압축응력을 더욱 크게 형성시킬 수 있는 프리플렉스 거더 빔을 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 강재본체(10), 장착판(20A, 20B), 강선(30) 및 고정구(40)를 포함한다.

강재본체(10)는 구조물의 뼈대를 형성하는 소정 두께의 강재로 이루어지는 구성이다.

이러한 강재본체(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 수평 방향으로 소정 폭을 가지면서 상하로 소정 간격 이격되어 위치되는 한 쌍의 수평부(11, 12)와, 상기 한 쌍의 수평부(11, 12)의 가운데 부분을 서로 연결하는 소정 두께의 수직부(13)를 포함하고, 이를 통해 전체적으로 "I"자 단면 모양을 가지는 강재로 이루어진다.

그리고 강재본체(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 가운데 부분이 양단에 비해 상대적으로 소정 높이 돌출되도록 호 형 만곡지게 형성된다.

이때 강재본체(10)의 가운데 부분이 상향 돌출되는 정도는 해당 강재본체(10)의 최대 인장력을 고려하여 설계된다.

한편, 위에서는 강재본체(10)가 "I"자 단면 모양을 가지는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 "H"자형, "ㄷ"자형 "ㄱ"자형 단면 모양을 가지는 강재로 변경되어도 무방하다.

장착판(20A, 20B)은 강제본체(10)의 저면에 소정 간격 이격되도록 한 쌍이 설치되어 후술되는 고정구(40)가 설치되고, 이러한 고정구(40)를 통해 강선(30)이 설치 고정되도록 하는 구성이다.

이러한 장착판(20A, 20B)은 도 3에 도시된 바와 같이 호 형상을 이루는 강재본체(10)의 저면 양단 쪽에 수직이 되도록 용접 등에 의해 강건하게 고정되고, 이러한 장착판(20A, 20B)에는 소정 간격을 두고 복수 개의 체결공(21)이 형성된다.

이때 체결공(21)은 5 ~ 10㎝의 간격을 두고 2 ~ 6개가 형성되면서 후술되는 고정구(40)의 본체(41)가 나사 결합되도록 내측면을 따라 나사산이 형성된다.

또 다르게는 체결공(21)의 내측면을 따라 나사산이 형성되는 대신, 고정구(40)의 본체(41)가 삽입된 다음 용접되어 상호 강건하게 고정되는 것으로 변경될 수 있다.

강선(30)은 강재본체(10)의 저면에 설치된 한 쌍의 장착판(20A, 20B)을 연결하도록 수평으로 설치된 다음, 후술되는 고정쇠(42)를 통해 팽팽함(텐션)을 유지하도록 하는 구성이다.

이러한 강선(30)은 외력에도 쉽게 끊어지거나 늘어나지 않도록 강철로 만든 여러 개의 줄을 서로 꼬아 만든 것으로, 강재본체(10)에 하중을 가하지 않은 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이 한 쌍의 장착판(20A, 20B)에 설치된 고정구(40)를 관통하도록 설치된 다음, 고정구(40)를 통해 팽팽한 상태로 고정되게 된다.

이때 강선(30)은 장착판(20A, 20B)에 형성되는 체결공(21)의 수에 맞추어 5 ~ 10㎝의 간격을 두고 2 ~ 6개가 설치되는데, 이는 강재본체(10)의 최대 인장력에 더하여 강선(30)을 통해 증가시킬 인장력을 고려하여 적정 개수의 강선(30)이 선택 설치되게 된다.

고정구(40)는 한 쌍의 장착판(20A, 20B)에 설치되어 강선(30)의 선단을 강건하게 고정하는 구성이다.

이러한 고정구(40)는 도 4에 도시된 바와 같이 소정 지름을 가지면서 장착판(20A, 20B)의 체결공(21)에 나사 조립되어 고정되는 소정 지름의 본체(41)와, 상기 본체(41)의 외측을 감싸도록 나사 조립되면서 일측면에 강선(30)의 일단이 관통되는 소정 지름의 구멍(도면부호 없음)이 형성되는 장력조절구(42) 및 상기 장력조절구(42)를 관통하여 돌출되는 강선(30)에 설치되어 상기 장력조절구(42)에 걸림 고정되도록 하는 고정쇠(43)를 포함한다.

이때 고정쇠(43)에는 2개 이상 복수 개의 구멍이 형성되고, 상기 구멍에 강선(30)이 지그재그 모양이 되도록 관통 설치되어 강선(30)에 강건하게 고정되게 된다.

또한, 고정쇠(43)를 통해 강선(30)이 한 쌍의 장착판(20A, 20B) 사이를 연결하도록 수평으로 설치되고 나면, 장력조절구(42)를 풀어 본체(41)와 장력조절구(42) 일단 사이의 거리가 멀어지도록 조절되고, 이를 통해 자연스럽게 강선(30)의 양단이 고정쇠(43)를 통해 서로 대향된 방향으로 당겨지게 되면서 팽팽한 정도가 조절되게 된다.

이상과 같이 구성되는 프리플렉스 거더 빔은 정착장치(도시하지 않음)에 강재본체(10)의 양단을 안착시킨 다음, 도 5에 도시된 바와 같이 강재본체(10)의 상향 돌출된 가운데 부분에 소정의 하중을 인가하여 강재본체(10)가 대략 수평이 되도록 만들고, 이 상태로 한 쌍의 장착판(20A, 20B), 강선(30) 및 고정쇠(43)를 감싸도록 철근을 직사각형 모양으로 배근되도록 한 다음, 고강도 콘크리트를 타설하여 소정 기간 양생하게 된다.

이렇게 강재본체(10)의 저면을 따라 콘크리트구조물(C)이 양생되고 나면, 도 6에 도시된 바와 같이 강재본체(10)에 가해진 하중을 제거하더라도 강재본체(10)가 수평인 상태를 유지하게 되고, 이에 의해 강재본체(10)와 강선(30)에 의해 소정의 압축응력이 콘크리트구조물(C)에 작용하게 된다.

한편, 위에서는 한 쌍의 장착판(20A, 20B) 사이에 강선(30)이 설치되는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 도 7에 도시된 바와 같이 소정 길이를 가지는 소정 지름의 강관(50)이 강선(30)을 관통하여 복수 개가 설치되고, 이러한 강선(30)이 한 쌍의 장착판(20A, 20B) 사이에 설치되는 것으로 자연스럽게 강관(50)이 한 쌍의 장착판(20A, 20B)에 위치되도록 구성될 수 있다.

상기와 같은 강관(50)을 통해 강선(30)이 콘크리트구조물(C)에 직접 맞닿는 면적이 감소하게 되므로 강선(50)에 의한 압축응력이 콘크리트구조물(C)에 더욱 확실하게 작용할 수 있게 된다.

이때 강관(50)에는 도 8에 도시된 바와 같이 소정 크기를 가지는 수직판(51)이 더 설치될 수 있는데, 이러한 수직판(51)을 통해 압축응력이 콘크리트구조물(C)에 전체적으로 균일하게 전달될 수 있게 된다.

이러한 수직판(51)은 도 9에 도시된 바와 같이 소정 크기를 가지는 사각 평판 모양으로 형성되면서, 가운데 부분에는 강관(50)의 외측면 지름에 대응되는 소정 지름의 강관설치공(51A)이 형성되고, 외측 둘레를 따라 소정 간격을 두고 철근이 끼움 삽입되는 복수 개의 철근설치홈(51B)이 형성된다.

상기와 같은 구성의 수직판(51)은 강관설치공(51A)에 강관(50)이 삽입된 다음 용접 등에 의해 강건하게 고정되고, 이러한 수직판(50)의 구성을 통해 콘크리트구조물(C)에 작용하는 압축응력이 더욱 균일하게 전달되게 된다.

이하에서는 본 발명의 프리플렉스 거더 빔이 제작되는 예에 따라 설명한다.

가운데 부분이 소정 높이 상향되도록 호 형상으로 제작된 강재본체(10)의 저면 양측에 소정 거리 이격되도록 장착판(20A, 20B)이 배치되고 용접 등에 의해 강재본체(10)에 강건하게 고정된다.

그런 다음, 고정구(40)를 이용하여 장착판(20A, 20B)을 수평으로 연결하도록 강선(30)이 연결되고, 강재본체(10)에 재하를 부여하기 위한 재하대 위에 안착되어 위치가 고정된다.

이후 강재본체(10)에 재하(하중)를 부여하여 강재본체(10)가 수평이 되도록 만들고, 이 과정을 통해 강재본체(10)에 더하여 강선(30)이 자연스럽게 인장된 상태로 유지되게 된다.

이렇게 강재본체(10)와 강선(30)이 최대 인장상태로 유지되는 상태에서 아래쪽 수평부(12)를 감싸도록 복수 개의 철근이 배근되고, 배근된 철근을 따라 고강도 콘크리트가 타설되어 소정 기간 양생된다.

상기와 같이 강재본체(10)의 아래쪽에 수평부(12)를 감싸도록 콘크리트가 타설 및 양생되고 나면 강재본체(10)의 위쪽에 가해지던 재하(하중)가 제거되도록 하고, 재하대에서 강재본체(10)를 분리시키는 것으로 제작을 완료하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 콘크리트 타설 후 복잡한 인장 과정을 거쳐 강선 등의 보강재가 별도로 추가 설치되던 종래의 기술과 달리 강재에 재하를 주기 전에 텐션을 가지도록 설치되어 강재를 인장시키는 과정에 의해 강선이 자연스럽게 함께 인장되기 때문에 제작이 쉽고, 이에 의해 강재의 변형률을 증가시키지 않고도 강선을 통해 콘크리트에 작용하는 압축응력을 증가시킬 수 있으므로 구조적으로 더욱 강건한 거더빔을 제공하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 강재의 변형률을 더욱 크게 하지 않고도 강선을 통해 콘크리트에 작용하는 압축응력이 더욱 증가되게 되고, 이를 통해 자연스럽게 강재의 휨과 비틀림 등의 변형이 더욱 방지되면서 구조물의 안전성이 더욱 향상되게 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.

10: 강재본체 11, 12: 수평부
13: 수직부 20A, 20B: 장착판
21: 체결공 30: 강선
40: 고정구 41: 본체
42: 장력조절구 43: 고정쇠
50: 강관 51: 수직판
51A: 강관설치공 51B: 철근설치홈

Claims (5)

1. 소정 길이를 가지는 "I"자형 단면 모양을 가지면서, 가운데 부분이 양단에 비해 상대적으로 소정 높이를 가지도록 호 형 만곡지게 형성되는 강재본체(10);
   상기 강재본체(10)의 저면에 소정 간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 장착판(20A, 20B);
   상기 한 쌍의 장착판(20A, 20B)을 연결하도록 설치되는 복수 개의 강선(30);
   상기 복수 개의 강선(30)을 상기 한 쌍의 장착판(20A, 20B)에 고정시키는 고정구(40);
   를 포함하고,
   상기 강재본체(10)의 저면을 수평으로 연결하도록 상기 복수 개의 강선(30)을 상기 한 쌍의 장착판(20A, 20B)에 설치한 다음, 상기 강재본체(10)의 위쪽에서 소정의 하중을 가하여 상기 강재본체(10)가 수평이 되도록 만들고, 이 상태에서 상기 강재본체(10)의 저면을 따라 복수 개의 철근이 배근되도록 한 다음, 고강도 콘크리트를 타설 및 양생하여 콘크리트구조물(C)이 형성되도록 하며, 상기 강재본체(10)를 인장시키는 과정에 의해 상기 복수 개의 강선(30)이 함께 인장되어 상기 강재본체(10)와 상기 강선(30)을 통해 동시에 상기 콘크리트구조물(C)에 압축응력이 작용하도록 구성되고,
   상기 한 쌍의 장착판(20A, 20B)의 사이에는,
   상기 강선(30)이 내부를 관통하도록 삽입되는 소정 길이의 강관(50)이 복수 개 설치되며,
   상기 강관(50)을 통해 상기 강선(30)이 상기 콘크리트구조물(C)에 직접 맞닿는 면적이 감소되도록 하고,
   상기 강관(50)에는,
   길이를 따라 소정 간격을 두고 설치되는 복수 개의 수직판(51)이 설치되며,
   상기 수직판(51)은,
   사각 평판 모양으로 형성되면서 가운데 부분에 상기 강관(50)의 외측면 지름에 대응되는 소정 지름의 강관설치공(51A)이 형성되고, 외측 둘레를 따라 소정 간격을 두고 철근이 끼움 삽입되는 복수 개의 철근설치홈(51B)이 형성되고,
   상기 수직판(51)은,
   상기 강관설치공(51A)에 상기 강관(50)이 삽입된 다음 용접되어 고정되는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 거더 빔.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수 개의 강선(30)은,
   5 ~ 10㎝의 간격을 두고 2 ~ 6개가 설치되는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 거더 빔.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 고정구(40)는,
   상기 한 쌍의 장착판(20A, 20B)에 나사 조립되면서 내부를 관통하는 소정 지름의 관통공이 형성되어 상기 강선(30)이 관통 삽입되는 소정 크기의 본체(41);
   상기 본체(41)에 나사 조립되어 상기 강선(30)의 일단이 관통 설치되는 장력조절구(42); 및
   상기 장력조절구(42)를 관통하여 돌출되는 상기 강선(30)에 설치되어 상기 장력조절구(42)에 걸림 고정되도록 하는 고정쇠(43);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 거더 빔.
   
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