KR102244268B1 - 단부가 콘크리트 거더로 형성된 교량용 합성 거더 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량용 합성 거더 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 복부를 포함하는 단면으로 강재로 연장 형성된 메인 강형과; 상기 하부 플랜지의 일부 이상을 감싸는 형태로 상기 메인 강형에 합성된 케이싱 콘크리트와; 상기 메인 강형과 일체로 상기 메인 강형의 양단부로부터 연장되되, 상기 복부와 연속인 매립 복부를 구비하고 강재로 형성된 매립 강형과; 상기 매립 강형을 매립하는 형태로 상기 메인 강형과 일체로 합성되고, 상기 케이싱 콘크리트와 연결되게 합성된 단부 콘크리트를; 포함하여, 거더 중앙부에서는 상기 메인 강형과 상기 케이싱 콘크리트에 의해 합성거더부를 형성하고, 거더 단부에서는 상기 매립 강형과 상기 단부 콘크리트에 의해 콘크리트 거더부를 형성하도록 구성되어, 모멘트가 지배적으로 작용하는 거더 중앙부 영역은 메인 강형과 케이싱 콘크리트가 합성된 강합성 거더부에 의해 지지되고, 전단력이 지배적으로 작용하는 거더 단부 영역은 콘크리트 거더에 의해 지지됨으로써, 높은 휨 모멘트와 전단력에도 효율적으로 지지하는 교량용 합성 거더 및 그 제작 방법을 제공한다.

Description

단부가 콘크리트 거더로 형성된 교량용 합성 거더 및 그 제작 방법 {COMPOSITE GIRDER WITH CONCRETE GIRDERS AT BOTH ENDS AND MANUFACTURING METHOD THERE OF FOR CIVIL STRUCTURE}

본 발명은 교량용 합성 거더 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 강합성 거더와 콘크리트 거더의 경계부에서 작용하는 전단력과 휨 모멘트에 의한 응력을 연속적으로 전달하여 내하 능력을 극대화하면서, 강연선의 설치 및 긴장 공정의 편의선을 향상시킨 교량용 합성 거더 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

일반적으로 토목 구조물에 작용하는 고정 하중과 활하중을 지지하는 데에는 거더(girder)가 널리 사용된다. 대체로 토목 구조물에 사용되는 거더는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 거더와 강합성 거더가 사용된다.

프리스트레스트 콘크리트 거더는 철근이 배근된 상태로 콘크리트가 타설되어 양생되어 제작되는데, 단부의 면적이 충분히 커서 강연선을 긴장 정착하는 정착구의 설치가 용이하고 저렴하게 제작할 수 있는 이점이 있지만, 거더의 중량이 무거워서 가설 및 운반이 용이하지 않으며 형고가 높은 단점이 있다. 예를 들어, 거더의 길이가 45m인 경우에 거더 중량은 122ton이고 형고는 2.2m 정도로 제작된다. 또한, 프리캐스트 콘크리트 거더의 제작에 사용되는 강재 거푸집의 재사용을 위해 종곡선을 구현하는 데 제약이 있는 한계를 안고 있다.

이에 반하여, 강합성 거더는 I자 단면의 강형의 하부 플랜지에 케이싱 콘크리트를 합성하여 제작되는데, 거더 중량이 상대적으로 작으므로 가설 및 운반이 용이하고, 거더의 형고가 작은 장점이 있다. 예를 들어, 거더의 길이가 45m인 경우에 거더 중량은 70ton이고 형고는 1.55m정도로 제작된다. 또한, 강형을 종곡선 형상에 따라 제작이 용이한 이점도 얻어진다. 그러나, 고가의 강재를 사용함에 따라 제작 비용이 고가이고, 압축을 받는 강형의 상부 플랜지의 단면적이 작아 횡좌굴 가능성을 안고 있는 단점이 있다.

한편, 시공 현장에 따라 거더의 양단부의 하측 일부의 절취가 필요한 경우가 있다. 프리스트레스트 콘크리트 거더는 형고가 높으므로, 양단부가 절취된 상태에서도 충분한 전단 높이가 확보되고, 강연선에 긴장력을 도입하기 위한 인장잭의 설치 공간이 확보된다. 그러나, 강합성 거더는 형고가 낮으므로, 거더의 지지를 위한 전단높이를 제외하면 케이싱 콘크리트의 단부를 절취할 수 있는 높이가 작기 때문에, 절취된 공간이 협소하여 인장잭의 작업이 강형 하부플랜지와 간섭되므로 케이싱 콘크리트의 양단부에 강연선 정착부를 설치하는 것 자체가 곤란해진다. 더욱이, 강합성 거더의 케이싱 콘크리트의 양단부를 불가피하게 단부 절취를 하면, 강형의 하부 일부도 함께 절취해야 하고, 이로 인하여 강연선의 긴장 공정 이후에, 거더 양단부의 강형을 용접 조립하고 보강해야 하므로 작업이 매우 어렵고 높은 비용이 소요된다.

따라서, 프리스트레스트 콘크리트 거더에 비하여 거더 중량을 작게 하여 가설 및 운반을 용이하게 하면서, 거더의 형고를 낮추면서도, 제작 비용을 강합성 거더에 비하여 낮추고, 거더의 단부 절취를 하더라도 강연선의 정착부를 배치하는 것과 강연선을 긴장하는 공정을 단순하게 할 수 있게 하는 교량용 거더가 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 거더의 중앙부에는 강형과 케이싱 콘크리트가 합성된 강합성 거더로 형성되고, 거더의 단부에는 콘크리트 거더로 형성된 복합 형태의 강합성 거더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은, 일반적인 강합성 거더의 장점인 형고와 거더 중량을 낮추어 가설 및 운반 설치가 용이하면서도, 프리스트레스트 콘크리트 거더의 장점인 강연선 정착부의 배치가 용이하고 단부 절취가 용이하며 좌굴 위험을 줄이면서 제작 비용을 낮추는 것을 목적으로 한다.

무엇보다도, 본 발명은, 강합성 거더부와 콘크리트 거더부의 경계에서 축력과 휨 모멘트 등의 하중이 연속적으로 전달되도록 하여, 강재와 콘크리트 재료가 일체 거동하면서 그 경계에서 손상되지 않고 높은 내하 능력을 구현하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 강합성 거더부와 콘크리트 거더부를 연결하는 매립 강형과 콘크리트의 일체성을 높여, 강합성 거더부와 콘크리트 거더부가 견고하게 결합되고 외력에 대한 저항 능력을 높이는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은, 합성 거더의 단부에서 크게 작용하는 전단력에 대해 강합성 거더부와 콘크리트 거더부의 경계에서 효과적으로 지지하여 일체 거동을 구현하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은, 교량용 거더의 상측에 형성되는 바닥판을 매개로 콘크리트 거더부와 강합성 거더부와 매립 강형이 서로 일체화되어 보다 견고한 구조의 교량 시공을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 교량용 합성 거더로서, 복부를 포함하는 단면으로 강재로 연장 형성된 메인 강형과; 상기 하부 플랜지의 일부 이상을 감싸는 형태로 상기 메인 강형에 합성된 케이싱 콘크리트와; 상기 메인 강형과 일체로 상기 메인 강형의 양단부로부터 연장되되, 상기 복부와 연속인 매립 복부를 구비하고 강재로 형성된 매립 강형과; 상기 매립 강형을 매립하는 형태로 상기 메인 강형과 일체로 합성되고, 상기 케이싱 콘크리트와 연결되게 합성된 단부 콘크리트를; 포함하여 구성되어, 거더 중앙부에서는 상기 메인 강형과 상기 케이싱 콘크리트에 의해 합성거더부를 형성하고, 거더 단부에서는 상기 매립 강형과 상기 단부 콘크리트에 의해 콘크리트 거더부를 형성하는 것을 특징으로 하는 합성 거더를 제공한다.

또한, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 상부 플랜지와, 하부 플랜지와, 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지를 연결하는 복부로 형성되는 I자 형상을 포함하는 단면의 강재로 형성되고 중앙부가 상방으로 볼록한 솟음이 형성된 메인 강형과, 상기 복부와 연속인 매립 복부가 구비된 매립 강형으로 이루어지되, 상기 매립 강형과 상기 메인 강형의 경계에는 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지와 결합된 마감 보강판이 형성된 강형을 준비하는 강형 준비 단계와; 상기 메인 강형의 솟음량을 낮추도록 편심 모멘트를 도입하는 편심모멘트 도입 단계와; 상기 하부 플랜지의 일부 이상을 감싸는 형태로 케이싱 콘크리트를 상기 메인 강형에 합성시키는 케이싱 콘크리트 합성 단계와; 상기 매립 강형을 매립하는 형태로 상기 메인 강형과 일체가 되도록 단부 콘크리트를 합성시키는 단부 콘크리트 합성단계를; 포함하여 구성되고, 상기 마감 보강판의 일면은 외부에 드러나고 상기 마감 보강판의 타면은 상기 단부 콘크리트에 매립되는 합성 거더의 제작 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 합성 거더는 교량을 포함하여 다양한 토목 구조물에 널리 적용될 수 있다.

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '내측(inner)' 및 이와 유사한 용어는 거더의 중앙부를 향하는 방향을 지칭하고, '외측(outer)' 및 이와 유사한 용어는 거더의 단부를 향하는 방향을 지칭하는 것으로 정의한다.

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '길이 방향'은 거더의 연장 방향으로서 교량에 시공된 상태에서 교축 방향을 지칭하는 것으로 정의한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 휨 모멘트가 지배적으로 작용하는 거더 중앙부 영역은 메인 강형과 케이싱 콘크리트가 합성된 강합성 거더부에 의해 지지되고, 전단력이 지배적으로 작용하는 거더 단부 영역은 콘크리트 거더에 의해 지지됨으로써, 높은 휨 모멘트와 전단력에도 효율적으로 지지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 합성 거더는, 콘크리트 거더부에 의해 단부가 형성되고 강합성 거더부에 의해 중앙부가 형성됨에 따라, 일반적인 강합성 거더의 장점인 형고와 거더 중량을 낮추어 가설 및 운반 설치가 용이하면서도, 프리스트레스트 콘크리트 거더의 장점인 강연선 정착부의 배치가 용이하고 횡좌굴 위험을 줄이면서 제작 비용을 낮추는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 콘크리트 거더부인 매립 강형과 강합성 거더부인 메인 강형의 경계에는 상부 플랜지와 하부 플랜지와 결합된 마감 보강판이 형성되어, 상기 마감 보강판의 일면은 외부에 드러나고 상기 마감 보강판의 타면은 상기 단부 콘크리트에 매립됨에 따라, 강연선에 긴장력을 도입하여 콘크리트에 압축 프리스트레스가 도입되는 과정에서, 거더 단부에 위치한 콘크리트 거더부에 응력이 국부적으로 집중되는 것을 분산시켜 거더 단부에서 콘크리트의 균열이 발생되는 것을 억제하고, 마감 보강판을 매개로 축력이 강합성 거더부와 콘크리트 거더부 사이에서 원활히 전달되어 횡단면의 재료 변경 위치에서의 응력 집중에 의한 손상을 최소화하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 종곡선을 갖도록 형성된 강합성 거더부와 직선 형태로 연장된 콘크리트 거더부의 경계에서의 메인 강형의 곡률의 접선 방향으로 단부 콘크리트가 직선 연장되게 형성되어, 강합성 거더부와 콘크리트 거더부 사이의 하중 전달이 원활히 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은, 콘크리트 거더부와 강합성 거더부를 일체로 연결하는 매립 강형의 매립 상부 플랜지의 상면 높이가 메인 강형의 상부 플랜지에 비하여 더 낮게 형성됨에 따라, 콘크리트 거더부의 콘크리트를 타설하여 양생하는 과정에서, 콘크리트의 건조수축이나 거푸집의 예기치않은 경사가 발생되더라도, 타설되는 굳지 않은 콘크리트가 매립 강형의 매립 상부 플랜지의 하측을 틈새없이 채우고 그 상측도 콘크리트에 완전히 매립되어, 매립 강형을 매개로 강형과 콘크리트를 보다 견고하게 일체화시키는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 매립 강형의 매립 상부 플랜지에 상방으로 매립 전단 연결재가 돌출 형성되되, 상기 매립 전단 연결재는 메인 강형의 상부 플랜지의 상면에 설치된 전단 연결재와 같은 높이를 갖도록 메인 상부플랜지 상면과 매립 상부플랜지의 상면의 높이 차이만큼 길이가 더 긴 매립 전단 연결재를 사용하여 돌출 형성됨으로써 매립 강형이 거더의 상측에 합성되는 교량 바닥판과 직접적으로 일체화되어, 콘크리트 거더부의 매립 전단 연결재와 강합성 거더부의 전단연결재에 의해 바닥판 콘크리트와 합성된 이후 매립 강형이 콘크리트 거더부와 강합성 거더부에 의해 간접적으로 바닥판과 합성되는 구조가 아닌 직접적으로 매립강형과 바닥판 콘크리트가 합성되도록 함으로서 교량 바닥판을 매개로 합성 거더의 각 부재가 일체화되어, 보다 견고하게 일체거동을 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은, 매립 강형과 메인 강형의 사이에 배치되는 마감 보강판으로부터 거더 단부를 향하여 외측 압축 지지판이 다수의 열로 상하 배치되어, 단순 지지된 합성 거더의 단부에서 크게 작용하는 전단력에 대해 효율적으로 합성되는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 매립 강형과 메인 강형의 사이에 배치되는 마감 보강판으로부터 거더 중앙부를 향하여 내측 압축 지지판이 다수의 열로 상하 배치되어, 거더 단부로부터 작용하는 프리스트레스에 의한 압축력을 지지할 뿐만 아니라, 강연선 긴장 시에 마감 보강판을 지지하여 수직 경계면의 균열을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은, 마감 보강판으로부터 단부를 향하여 돌출되게 연장된 외측 압축 지지판의 관통공을 보강 철근이 '⊃'자 형태로 관통하고, 동시에 매립 강형의 매립 복부를 관통하도록 배근되어, 단부 콘크리트와 강형이 보강 철근을 매개로 보다 견고하게 일체화되는 효과를 얻을 수 있다.

이를 통해, 본 발명은 강합성 거더와 프리스트레스트 콘크리트 거더의 장점만을 채택하면서도, 강합성 거더부와 콘크리트 거더부의 경계에서 매립 강형을 매개로 견고하게 일체화되어 일체 거동하고, 합성 거더에 작용하는 외력에 의해 발생되는 휨 모멘트, 축력을 연속적으로 전달하여 높은 내하 능력을 구현하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 교량용 합성 거더의 구성을 도시한 사시도,
도2는 도1의 정면도,
도3a는 도1의 'A'부분의 확대도,
도3b는 도3a의 콘크리트부의 투시 상태를 도시한 도면,
도4a는 본 발명의 제4실시예에 따른 교량용 합성 거더의 단부 형상을 도시한 사시도,
도4b는 도4a의 단부 콘크리트의 내부에 배근된 보강 철근의 형상을 도시한 도면,
도5는 본 발명의 다른 실시 형태의 합성 거더의 단부 형상을 도시한 사시도,
도6은 종곡선 형태의 캠버가 형성된 강형에 단부 콘크리트가 합성되는 형상을 설명하기 위한 도면
도7은 도2의 'B'부분의 확대도,
도8은 도7의 평면도,
도9는 도7의 'C부분의 보강 철근의 배근 상태가 도시된 확대도,
도10은 도2의 좌측면도,
도11x는 도7의 절단선 X-X에 따른 횡단면도,
도11y는 도7의 절단선 Y-Y에 따른 횡단면도,
도12a는 본 발명의 제2실시예에 따른 교량용 합성 거더의 단부에서의 강연선 배치 형상을 도시한 도면,
도12b는 본 발명의 제3실시예에 따른 교량용 합성 거더의 단부에서의 강연선 배치 형상을 도시한 도면,
도12c는 본 발명의 제4실시예에 따른 교량용 합성 거더의 단부에서의 강연선 배치 형상을 도시한 도면,
도12d는 본 발명의 제5실시예에 따른 교량용 합성 거더의 단부에서의 강연선 배치 형상을 도시한 도면,
도12e는 본 발명의 제6실시예에 따른 교량용 합성 거더의 단부에서의 강연선 배치 형상을 도시한 도면,
도13은 도1의 합성 거더의 단부 평면도로서 가로보와의 연결 구조를 설명하기 위한 도면,
도14는 도1의 합성 거더에 작용하는 하중, 전단력 및 휨모멘트를 도시한 도면,
도15은 도1의 단부 콘크리트의 길이를 설명하기 위한 전단력 및 휨모멘트 그래프,
도16a 내지 도16d는 도17에 따른 합성 거더의 제작 방법에 따른 구성을 도시한 도면,
도17은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 거더의 제작 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 교량용 합성 거더는, 메인 강형(110)과 매립 강형(120)으로 이루어진 강형(100)과, 메인 강형(110)의 하부 플랜지(113)의 일부 이상을 감싸는 케이싱 콘크리트(210)와 매립 강형(120)을 감싸는 단부 콘크리트(220)로 이루어져 강형(100)에 합성된 콘크리트부(200)와, 콘크리트부(200)에 내설되어 콘크리트부(200)에 압축 프리스트레스를 도입하는 강연선(300)을 포함하여 구성된다.

여기서, 거더의 중앙부는 메인 강형(110)과 케이싱 콘크리트(210)로 이루어진 강합성 거더부(SA)를 형성하고, 거더의 단부는 매립 강형(120)을 감싸는 단부 콘크리트(220)로 이루어진 콘크리트 거더부(CA)를 형성한다. 도2에 도시된 바와 같이, 매립 강형(120)은 단부 콘크리트(220)의 길이(Le)의 일부 길이로서 대체로 500mm 이상의 길이로 단부 콘크리트(220)에 매립된다. 이에 따라, 상기 단부 콘크리트(220)는 매립 강형(120)에 비하여 길이 방향으로 더 길게 연장 형성되고, 단부 콘크리트(220)의 거더 중앙측 일단은 매립 강형(120)이 매립되어 있어서 강합성 거더부(SA)와 연결되고, 도14에 도시된 바와 같이, 매립 강형(120)을 감싸는 부분과 매립 강형(120)이 없는 철근 콘크리트 구조로만 형성된 부분이 길이 방향으로 연속하는 형태로 형성되고, 철근 콘크리트 구조로만 형성된 부분이 지점에서 지지되도록 형성된다.

상기 강형(100)은, 케이싱 콘크리트(210)가 합성되고 거더 중앙부에 위치하는 메인 강형(110)과, 단부 콘크리트(220)에 의해 매립되는 매립 강형(120)으로 이루어진다. 도6에 도시된 바와 같이, 메인 강형(110)은 중앙부가 상방으로 볼록하게 솟음이 형성된 종곡선을 갖는 형태로 형성되고, 매립 강형(120)은 메인 강형(110)의 양끝단에서의 곡률의 접선 방향을 따르는 직선 형태로 연장 형성될 수 있다.

여기서, 메인 강형(110)은 상부 플랜지(111)와, 하부 플랜지(113)와, 상부 플랜지(111)와 하부 플랜지(113)를 연결하는 복부(112)로 형성되는 I자 형상을 포함하는 단면으로 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이, I자 형상으로 단면이 형성될 수도 있고, I자형 단면에 추가적인 단면이 부가된 단면 형상이거나 그 밖에 다양한 단면 형상으로 형성될 수도 있다.

바람직하게는, 상부 플랜지(111)는 하부 플랜지(113)에 비하여 3배 이상의 단면적을 갖도록 형성된다. 상부 플랜지(111)의 상면에는 스터드 형태의 전단 연결재(110a)가 돌출 형성되어, 제작이 완성된 합성 거더(1)의 상측에 합성되는 바닥판(9)과 일체화된다.

하부 플랜지(113)의 주변에는 케이싱 콘크리트(210)의 강도를 보강하기 위한 보강 철근이 배근된다. 케이싱 콘크리트(210)의 상측에 드러나는 복부(112)에는 가로보 연결을 위한 수직 부재(미도시)가 설치되며, 복부 좌굴을 보강하는 수직 보강재(미도시)가 길이 방향을 따라 간격을 두고 설치된다. 여기서, 수직 부재와 수직 보강재는 상부 플랜지(111)와 하부 플랜지(113)와 복부(112)에 동시에 접하는 형태로 형성될 수 있다.

상기 매립 강형(120)은 메인 강형(110)과 일체로 메인 강형(110)의 양단부로부터 연장 형성되어, 단부 콘크리트(220)에 매립되게 설치된다. 이와 같이, 매립 강형(120)이 단부 콘크리트(220)에 매립 설치됨에 따라, 매립 강형(120)에 수직으로 작용하는 전단력을 콘크리트에 전달하는 전단키 역할을 한다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 도3b에 도시된 바와 같이, 매립 강형(120)은 매립 상부 플랜지(121)와, 매립 하부 플랜지(123)와, 이들(121, 123)을 연결하는 매립 복부(122)를 포함하는 단면으로 형성된다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 매립 하부 플랜지(123)가 형성되지 않을 수도 있다.

여기서, 메인 강형(110)과 매립 강형(120)은 서로 별개로 제작되어 서로 접합이나 체결 수단에 의한 결합으로 일체화되도록 구성될 수도 있지만, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 메인 강형(110)의 복부(112)와 매립 강형(120)의 매립 복부(122)는 이음없이 하나의 강재로 제작되며, 경우에 따라서는 메인 강형(110)의 하부 플랜지(113)와 매립 강형(120)의 매립 하부 플랜지(123)도 이음없이 하나의 강재로 제작될 수 있다. 즉, 도17a에 도시된 바와 같이, 메인 강형(110)과 매립 강형(120)은 하나의 몸체로 제작되며, 복부를 공유한다. 이를 통해, 메인 강형(110)과 매립 강형(120)에 작용하는 휨 모멘트와 전단력 등의 하중이 상호간에 원활히 전달되며, 이미 검증된 강합성 부재에서의 전단력의 지지 효과를 그대로 구현하므로, 강합성 거더부(SA)와 콘크리트 거더부(CA)의 사이에서 응력이 집중되어 균열이 발생되는 손상 가능성을 최소화할 수 있다.

무엇보다도, 도3b, 도7 및 도9에 도시된 바와 같이, 매립 강형(120)의 매립 상부 플랜지(121)는 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111)에 비하여 더 낮은 높이로 형성되어, 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111)의 상면과 매립 강형(120)의 매립 상부 플랜지(121)의 상면 사이에는 단차(Hc)가 존재하게 된다. 바람직하게는, 이 단차(Hc)는 100mm 이상으로 정해질 수 있다.

이를 통해, 단부 콘크리트(220)가 타설되는 과정에서 매립 강형(120)이 완전히 매립된 상태가 되어, 강형(100)과 콘크리트부(200)를 보다 견고하게 일체화시킬 수 있게 된다. 이와 동시에, 도11x에 도시된 바와 같이, 단부 콘크리트(220)의 성형을 위하여 굳지않은 콘크리트를 타설 시에, 굳지 않은 콘크리트가 매립 상부 플랜지(121)와 매립 복부(122)의 사이 공간으로 원활히 침투(99)하면서, 빈 공간이 생기지 않고 기밀한 상태로 콘크리트가 채워져 단부 콘크리트(220)를 형성한다.

다시 말하면, 매립 강형(120)의 매립 상부 플랜지(121)가 메인 강형(110)의 상부 플랜지와 동일한 높이로 형성된다면, 콘크리트의 타설 공정에서 상부 플랜지(121)의 저면과의 사이에 에어 포켓이 발생될 여지가 크다. 더욱이, 종곡선 제작 솟음(y)이 있거나 종구배가 있는 경우에는, 에어 포켓이 발생되거나 단부 콘크리트의 상면과 매립 상부 플랜지의 저면이 서로 이격될 가능성이 훨씬 커진다. 이 뿐만 아니라, 매립 강형(120)의 상면에 콘크리트와 강재가 노출되면, 이들의 열전도율 차이로 인하여 경계면에서 균열이 발생될 가능성이 크다.

그러나, 본 발명은, 매립 강형(120)의 매립 상부 플랜지(121)가 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111)에 비하여 하측으로 단차(Hc)를 두어 단부 콘크리트(220)에 의해 완전히 묻히도록 구성되므로, 단부 콘크리트(220)의 상면과 매립 상부 플랜지(121)의 저면이 이격될 가능성이 근본적으로 제거되며, 매립 강형(120)이 외기에 노출되지 아니하여 열전도율에 의한 균열 가능성을 제거할 수 있다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 매립 강형(120)의 매립 상부 플랜지(121)는 폭이 단부 콘크리트(220)의 폭과 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111)의 폭에 비하여 작으므로, 도면부호 99로 표시된 방향으로 원활히 유입되어 에어 포켓의 발생 우려를 제거할 수 있다. 또한, 콘크리트 타설 시에 재료의 유동성과 중력에 의해 단차가 발생되더라도, 단부 콘크리트(220)가 노출되어 있으므로, 추후에 보정하는 것도 가능해지는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 매립 강형(120)을 매개로 강형(100)과 콘크리트부(200)가 견고하게 일체화되고, 합성 거더(1)의 공용 중에 작용하는 고정하중 및 활하중에 의해 휨 모멘트와 전단력 등이 작용하더라도, 콘크리트의 균열을 최소화하면서 내하능력을 발휘하는 효과를 얻을 수 있다.

상기 콘크리트부(200)는 강형(100)의 일부를 감싸는 형태로 타설되어 강형(100)과 일체화되며, 메인 강형(110)의 하부 플랜지(113)를 감싸는 형태로 합성되는 케이싱 콘크리트(210)와, 메인 강형(110)의 양단부에 길이 방향으로 돌출된 매립 강형(120)을 감싸는 형태로 합성되는 단부 콘크리트(220)로 이루어진다. 본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따르면, 단부 콘크리트(220)는 단부로부터 2m 이하의 길이로 직사각형 단면을 가지며, 내측으로 갈수록 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111)와 폭이 일치하도록 점점 좁아지는 헌치부(Ah)가 형성되며, 이 때 단부 콘크리트(220)의 하부는 케이싱 콘크리트(210)의 단면과 일치하도록 형성될 수 있다(도3a참조).

본 명세서에서는, 편의상 케이싱 콘크리트(210)와 단부 콘크리트(220)를 위치에 따라 구분하여 별개의 명칭을 부여하고 설명하지만, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 제작 공정에서는 케이싱 콘크리트(210)와 단부 콘크리트(220)를 성형하기 위한 거푸집(88)을 설치한 상태에서 한번의 콘크리트 타설 공정에 의해 동시에 강형(100)에 합성되도록 성형되도록 구성될 수 있다.

한편, 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같이, 메인 강형(110)과 매립 강형(120)의 경계(BS)에는 상부 플랜지(111)와 하부 플랜지(113) 및 복부(112)와 결합된 마감 보강판(115)이 결합된다. 그리고, 거더 제작의 완료 시점에서는, 거더 단부를 향하는 마감 보강판(115)의 외표면은 강형(100)에 합성되는 단부 콘크리트(220)에 의해 덮여 외부에 드러나지 않고, 거더 중앙부를 향하는 마감 보강판(115)의 내표면은 외부에 드러난 상태가 된다. 즉, 마감 보강판(115)은 단부 콘크리트(220)를 합성하는 과정에서 거푸집의 일부로 사용되는 측면에서 유리한 이점을 갖는다.

이에 따라, 콘크리트부(200)에 내설된 강연선(300)에 긴장력을 도입하여 콘크리트에 압축 프리스트레스가 도입되는 과정에서, 거더 단부에 위치한 콘크리트 거더부(CA)에 응력을 분산시켜 국부적으로 집중되지 않도록 하여 단부 콘크리트(220)의 균열을 억제하고, 마감 보강판(115)을 매개로 고정하중이나 프리스트레스트 긴장력에 의해 발생된 축력이 강합성 거더부(SA)와 콘크리트 거더부(CA) 사이에서 원활히 전달되도록 한다.

메인 강형(110)이 상방으로 볼록한 캠버가 형성된 종곡선을 형성하는 경우에, 상기 효과를 최대한 발현시키기 위하여, 마감 보강판(115)은 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111)에 수직을 이루도록 그 자세가 정해지는 것이 바람직하다.

여기서, 도3a에 도시된 바와 같이, 메인 강형(110)과 접하는 경계(BS)에서, 단부 콘크리트(220)의 경계 표면은 마감 보강판(115)과 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111) 및 복부(112)가 이루는 단면과 일치하는 형상으로 형성되며, 단부 콘크리트(220)의 경계 표면은 메인 강형(110)과 경계에서 마감 보강판(115)에 접촉하도록 형성된다. 이에 따라, 마감 보강판(115)은 단부 콘크리트(220)의 성형을 위한 타설 공정에서 거푸집의 일부로 사용된다.

그리고, 단부 콘크리트(220)는 경계(BS)에서의 단면으로부터 합성 거더(1)의 끝단까지 이르는 구간 중에 단면이 점진적으로 커지는 헌치부(Ah)가 마련된다. 즉, 단부 콘크리트(220)의 경계(BS)에서의 폭(wb)은 헌치부(Ah)의 바깥 끝단에서의 폭(we)에 비하여 더 작게 형성된다. 이를 통해, 거더의 단부에서 작용하는 하중이 길이 방향으로 연속하는 단면 형태로 전달되면서, 국부적으로 응력이 집중되는 것을 최소화하여 보다 높은 내하 능력을 구현할 수 있게 된다.

한편, 도13에 도시된 바와 같이, 콘크리트 거더부(CA)의 단부 측면에는 가로보(15)와 연결을 위하여, 철근(225)이 돌출되는 형태나 T자형의 강재(225')가 일부 돌출되는 형태로 매립될 수 있다.

또한, 도6에 도시된 바와 같이, 메인 강형(110)은 중앙부가 상방으로 볼록한 캠버를 갖도록 종곡선 형태로 형성되고, 메인 강형(110)에 합성되는 케이싱 콘크리트(210)도 메인 강형(110)의 종곡선 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 단부 콘크리트(220)는 직선 형태로 형성될 수 있으며, 메인 강형(110)과 단부 콘크리트(220)의 경계(BS) 위치에서, 메인 강형(110)의 곡률의 접선(Lx) 방향으로 단부 콘크리트(220)가 직선 연장되게 형성될 수 있다. 즉, 단부 콘크리트(220)의 직선 기울기(Lc)는 메인 강형(110)의 양단에서의 접선 기울기(Lx)와 일치하는 형태로 형성될 수 있다. 이를 통해, 단부 콘크리트(220)와 메인 강형(110)이 항상 연속선 상에 배치되어, 압축력의 작용이 연속적으로 전달될 수 있으며, 강형의 종곡선의 정도와 무관하게, 단부 콘크리트(220)의 거푸집을 직선 형태로 일관되게 제작하여 사용할 수 있게 됨으로써 제작 비용을 낮출 수 있다.

바람직하게는, 도6에 도시된 바와 같이, 마감 보강판(115)은 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111) 및 하부 플랜지(113)와 직각을 이루고, 동시에 매립 강형(120)의 매립 상부 플랜지(121)와도 직각을 이룬다. 그리고, 각각의 헌치부의 상하측 지점이 케이싱 콘크리트(210)의 연장선과도 직각을 이루며, 단부 콘크리트(220)의 최외측 단면도 메인 강형(110)의 양단에서의 접선 기울기(Lx)와 직각을 이룬다. 즉, 도6에서 "◎"로 표시된 부분은 직각을 이루는 형태로 형성될 수 있다. 이를 통해, 단부 콘크리트(220)의 거푸집을 거더의 종곡선과 무관하게 규격화시킬 수 있으므로, 거푸집의 재사용율을 높여서 제작 비용을 낮추고, 품질을 균일하게 관리할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도3a 및 도9에 도시된 바와 같이, 메인 강형(110)의 복부(112)에는 마감 보강판(115)으로부터 길이 방향으로 연장된 내측 압축 지지판(118)이 복부(112)에 수직한 자세로 상하 방향의 다수 열을 이루면서 복부(112)와 마감 보강판(115)에 결합되게 형성된다. 여기서, 내측 압축 지지판(118) 중에 최상측에 위치한 최상측 내측 압축 지지판(118')은 매립 강형(120)의 매립 상부 플랜지(121)와 동일한 높이에 배치된다.

이를 통해, 강연선(300)에 긴장력을 도입하는 과정에서, 마감 보강판(115)에 작용하는 휨 변형을 내측 압축 지지판(118)이 지지하여 억제함으로써, 콘크리트 거더부(CA)와 강합성 거더부(SA)의 경계(BS)에서 수직 경계면의 균열과 변형을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도3b 및 도9에 도시된 바와 같이, 매립 강형(120)의 매립 복부(122)에는 마감 보강판(115)으로부터 길이 방향으로 연장된 외측 압축 지지판(128)이 매립 복부(122)에 수직한 자세로 상하 방향의 다수 열을 이루면서 매립 복부(122)와 마감 보강판(115)에 결합되게 형성된다. 여기서, 외측 압축 지지판(128)과 매립 상부 플랜지(121)가 상호 협조적으로 수직 전단력에 저항하고 내측 압축 지지판에 직접적으로 압축력을 전달할 수 있도록, 다수의 열로 배열된 외측 압축 지지판(128) 중에 최상측에 위치한 최상측 외측 압축 지지판(128')은 매립 상부 플랜지(221)와 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

이를 통해, 상하 방향으로 다수 배열된 외측 압축 지지판(128)은 콘크리트부(200)와의 합성 상태를 보다 견고하게 유지시키는 전단키 역할을 할 뿐만 아니라, 합성 거더(1)의 양단부에서 매립 강형(120)에 수직 방향으로 크게 작용하는 수직 전단력을 작용 방향에 직각으로 배열되어 지지하여 전단 저항 능력을 보다 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 강연선(300)의 긴장에 의한 압축력과 고정 하중 및 활하중에 의한 휨 압축력을 조합하여 고려하면, 강합성 거더부(SA)와 콘크리트 거더부(CA)의 경계(BS)에서는 인장력이 거의 작용하지 아니하며 전단면에서 항상 압축력이 작용한다. 더욱이, 경계(BS)는 지점부와 가까우므로 하중에 의한 휨 인장력이 작게 발생되는 위치이기도 하다. 따라서, 경계(BS)에서 크게 발생되는 압축력은 마감 보강판(115)과 내,외측 압축 보강판(118, 128)에 의해 부담된다.

한편, 도2, 도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 합성 거더(1)의 상측에는 교량 바닥판(9)과 합성을 유도하는 전단 연결재가 돌출 형성된다. 즉, 단부 콘크리트(220)에는 노출 철근(220a)이 상방 돌출 형성되고, 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111)에는 스터드가 전단 연결재(110a)로서 상방 돌출 형성되며, 매립 강형(120)의 매립 상부 플랜지(121)에도 스터드가 매립 전단 연결재(120a)로서 상방 돌출 형성된다.

여기서, 매립 강형(120)의 상부 플랜지(121)는 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111)에 비하여 단차(Hc)만큼 더 낮은 높이에 형성되지만, 매립 상부 플랜지(121)로부터 상방으로 돌출 형성된 매립 전단 연결재(120a)는 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111)의 상면에 비하여 더 높게 돌출 형성된다. 바람직하게는, 도면에 도시된 바와 같이, 매립 상부 플랜지(121)의 매립 전단 연결재(120a)는 상부 플랜지(111)의 전단 연결재(110a)와 동일한 상단 높이까지 상방으로 연장된다.

이를 통해, 도7에 도시된 바와 같이, 교량 바닥판(9)은 전단 연결재(220a)를 매개로 단부 콘크리트(220)와 직접 전단 연결되고, 동시에 전단 연결재(110a)를 매개로 메인 강형(110)과도 직접 전단 연결되며, 동시에 매립 전단 연결재(120a)를 매개로 매립 강형(120)과도 직접 전단 연결된다. 따라서, 합성 거더(1)가 교량에 설치된 상태에서, 합성 거더(1)에 작용하는 고정 하중과 활하중에 대하여, 메인 강형(110)과, 매립 강형(120)과 단부 콘크리트(220)가 일체로 거동하는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도11x에 도시된 바와 같이, 상기 케이싱 콘크리트(210)는 메인 강형(110)의 하부 플랜지(113)를 감싸는 형태로 강형(100)에 합성되고, 그 내부에 루프 철근(212a)과 종방향 철근(212b)이 배근되어 콘크리트의 강도를 보강한다.

그리고, 도7에 도시된 바와 같이, 상기 단부 콘크리트(220)는 매립 강형(120)을 전부 감싸는 형태로 강형(100)에 합성되되, 양끝단부에는 매립 강형(120)이 없이 콘크리트와 철근으로 이루어진다. 단부 콘크리트(220)의 내부에는, 도11y에 도시된 바와 같이, 격자 형태의 횡방향 철근(222y)과 종방향 철근(222x)이 상측에 배근되고, 케이싱 콘크리트의 내부와 유사하게 루프 철근(212a)과 종방향 철근(212b)이 하측에 배근되어 인장 강도를 보강한다. 여기서, 횡방향 철근(222)의 일부는 루프 철근을 형성할 수도 있다.

바람직하게는, 도9에 도시된 바와 같이, 단부 콘크리트(220)를 보강하는 보강 철근(222) 중에 종방향 철근(222x)은 외측 압축 지지판(128)에 형성된 관통공(128a)을 수직으로 관통하여 '⊃'자 형태를 포함하도록 배근되고, 보강 철근(222) 중에 횡방향 철근(222y)은 매립 강형(120)의 매립 복부(121)를 관통하도록 배근된다. 이와 같이, 횡방향 철근(222y)에 의해 매립 강형(120)의 폭방향으로의 양측의 콘크리트가 서로 연결되며, 수직으로 관통하는 '⊃'자 형태의 종방향 철근(222x)에 의해 길이 방향의 작용하중에 대해 강형(100)과 콘크리트(200)를 일체로 지지하는 효과를 얻을 수 있다.

필요에 따라서는, 도4a에 도시된 제4실시예에 도시된 바와 같이, 단부 콘크리트(220')의 양단 하측에 절개부(220x)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 합성 거더(4)가 교량에 시공된 상태에서는, 절개부(220x)의 높이(Hx)만큼 거더의 설치 높이인 형고를 줄일 수 있는 이점을 얻을 수 있다. 여기서, 절개부(220x)의 높이는 단부 콘크리트(220')의 잔여 높이(H1)에 의해 합성 거더(4)의 양단부에 작용하는 전단력을 지지할 수 있는 정도로 정해진다.

이는, 합성 거더(4)의 양단부를 콘크리트 거더부(CA)로 형성함에 따라, 강형이 거더 단부까지 연장된 종래의 강합성 거더에서는 단부 절취가 곤란하였던 문제를 해결할 수 있으며, 도10에 도시된 바와 같이, 강연선 정착구(301, 302)를 충분히 넓은 공간에 분포시킬 수 있도록 하기 위함이다.

단부 절취가 이루어진 합성 거더(4)에서는, 보강 철근(222x)이 도4b에 도시된 바와 같이, 종방향 철근(222x)과 루프 철근(222y) 이외에도, 경사진 방향으로 배열되는 철근(222z)을 포함하도록 구성되어, 단부 절취부(220x)에 의해 인장 응력이 국부적으로 집중되더라도 보강 철근(222)으로 견딜 수 있도록 한다.

상기 강연선(300)은 다수의 스트랜드가 다발 형태로 배열되도록 콘크리트부(200)의 쉬스관에 내설되어, 콘크리트부(200)가 충분한 강도로 양생된 이후에, 긴장력이 도입된 상태로 정착되어, 케이싱 콘크리트(210)에 압축 프리스트레스를 도입한다.

예를 들어, 도7 및 도10에 도시된 바와 같이, 강연선(300)은 강형(100)의 복부(112)를 중심으로 폭방향으로 대칭을 이루도록 배치되고, 동시에 상하 방향으로 2열이 되도록 배치될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 강연선(300)은 상하 방향으로 1열 또는 3열 이상으로 배치될 수도 있다.

도7에 도시된 바와 같이, 거더 양측의 단부 콘크리트(220)의 외측면에 각각 상측 정착구(302)와 하측 정착구(301)가 마련되어, 상측 정착구(302)에서 상측 강연선(320)에 긴장력을 도입한 상태로 정착하고, 하측 정착구(301)에서 하측 강연선(310)에 긴장력을 도입한 상태로 정착하여, 케이싱 콘크리트(210)와 단부 콘크리트(220)에 압축 프리스트레스를 도입한다. 여기서, 정착구(301, 302)는 합성 거더(1)의 양측 외측면에 배치되어 강연선(310, 320)에 긴장력을 도입하며, 합성 거더(1)의 양측 외측면 중 어느 하나에 배치된 정착구는 긴장력을 도입하기 위한 유압잭이 설치되는 가동 정착구로 사용되고, 합성 거더(1)의 양측 외측면 중 다른 하나에 배치된 정착구는 긴장력의 도입을 지지하는 고정 정착구로 사용된다.

한편, 도12a에 도시된 제2실시형태의 합성 거더(2)는, 하측 강연선(311)의 일단에서 다수의 스트랜드가 콘크리트부(200)에 분산된 상태로 매립되어 고정 정착구(301')를 형성하며, 동시에 하측 강연선(311)의 타단이 반대측 단부 콘크리트(220)의 외측면에 드러난 정착구(미도시)와 연결되도록 구성될 수 있다. 반대로, 상측 강연선(320)의 타단에서 다수의 스트랜드가 콘크리트부(200)에 분산된 상태로 매립되어 고정 정착구(미도시)를 형성하며, 동시에 상측 강연선(320)의 일단이 반대측 단부 콘크리트(220)의 외측면에 드러난 정착구(302)와 연결되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제2실시예의 합성 거더(2)는 외부에 드러난 정착구에서 긴장력을 강연선에 도입하고 정착하는 것에 의해 콘크리트부(200)에 압축 프리스트레스를 도입한다.

이와 반대로, 도12b에 도시된 제3실시형태의 합성 거더(3)는, 상측 강연선(321)의 일단에서 다수의 스트랜드가 콘크리트부(200)에 분산된 상태로 매립되어 고정 정착구(302')를 형성하며, 동시에 상측 강연선(310)의 타단이 반대측 단부 콘크리트(220)의 외측면에 드러난 정착구(미도시)와 연결되도록 구성될 수 있다. 반대로, 하측 강연선(310)의 타단에서 다수의 스트랜드가 콘크리트부(200)에 분산된 상태로 매립되어 고정 정착구(미도시)를 형성하며, 동시에 하측 강연선(310)의 일단이 반대측 단부 콘크리트(220)의 외측면에 드러난 정착구(301)와 연결되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제3실시예의 합성 거더(2)는 외부에 드러난 정착구에서 긴장력을 강연선에 도입하고 정착하는 것에 의해 콘크리트부(200)에 압축 프리스트레스를 도입한다.

이와 같이, 콘크리트부(200)에 매립된 고정 정착구를 형성하는 것에 의하여, 단부 콘크리트(220)의 외측면에 가동 정착구를 배치하는 것이 보다 용이해질 수 있다.

한편, 본 발명의 제4실시형태에 따른 합성 거더(4)는, 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이, 단부 콘크리트(220)의 하측 단부에 절취부(220x)가 형성될 수 있다. 여기서, 도12c에 도시된 바와 같이, 2개의 정착구(301, 302)가 모두 단부 콘크리트(220)의 외측면에 드러나도록 배치되어, 제1실시예에서와 유사하게 강연선(300)에 긴장력을 도입한 상태로 정착하여, 콘트리트부(200)에 압축 프리스트레스를 도입할 수 있다.

한편, 본 발명의 제5실시형태에 따른 합성거더(5)는, 도12d에 도시된 바와 같이, 하측 강연선(310)의 일단에서 다수의 스트랜드가 콘크리트부(200)에 분산된 상태로 매립되어 고정 정착구(301')를 형성하며, 동시에 하측 강연선(310)의 타단이 반대측 단부 콘크리트(220)의 외측면에 드러난 정착구(미도시)와 연결되도록 구성될 수 있다. 반대로, 상측 강연선(320)의 타단에서 다수의 스트랜드가 콘크리트부(200)에 분산된 상태로 매립되어 고정 정착구(미도시)를 형성하며, 동시에 상측 강연선(320)의 일단이 반대측 단부 콘크리트(220)의 외측면에 드러난 정착구(302)와 연결되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제5실시예의 합성 거더(5)는 외부에 드러난 정착구에서 긴장력을 강연선에 도입하고 정착하는 것에 의해 콘크리트부(200)에 압축 프리스트레스를 도입하며, 절취부(220x)에 의해 단부 콘크리트(220)의 외측면의 면적이 작아지더라도 강연선(300)을 정착하는 정착구를 보다 용이하게 배치하는 이점을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 제6실시형태에 따르면, 도12e에 도시된 바와 같이, 합성 거더(6)의 단부 콘크리트(220)에 절취부(220x')를 형성하되, 메인 강형(110')의 양단부는 거더 중앙부로 접근할수록 점점 복부의 높이가 커지는 경사(110u)를 갖는 경사 구간(TA)이 마련되도록 구성될 수 있다.

이에 따라, 단부 콘크리트는 거더 중앙부에 비하여 높이가 작게 형성되고, 콘크리트부(200')의 케이싱 콘크리트는 경사 구간(TA)에서 메인 강형(110')의 하부 플랜지를 따라 경사지게 형성되는 형태로 합성된다. 이 때, 강연선(300)은, 도12a 및 도12c에 도시된 바와 같이 정착구가 단부 콘크리트 외측면에 모두 드러나도록 연결된 형태로 배치될 수도 있고, 도12e에 도시된 바와 같이 다수의 스트랜드가 분산된 형태의 고정 정착구(301')가 콘크리트부(200')에 매립되어 형성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도5에 도시된 바와 같이, 단부 콘크리트(220)의 측면이나 케이싱 콘크리트(210)의 측면에 도면부호 299로 표시된 바와 같이 돌출된 노출 정착구(303)가 마련될 수 있다. 노출 정착구(303)와 연결되는 제1강연선(미도시)은 합성 거더의 제작 단계에서는 긴장력이 도입되지 아니하고, 교량의 시공 과정에서 바닥판 콘크리트(9)가 합성 거더(1)와 전단 연결재(110a, 120a, 220a)를 매개로 합성 단면을 이루고 난 후에, 추가로 압축 프리스트레스를 도입하는 데 활용될 수 있다.

이를 통해, 바닥판 콘크리트(9)와 합성 거더(1)의 합성 단면에서의 중립축은 합성 거더(1)의 중립축에 비하여 보다 상측에 위치하므로 압축력에 의한 편심 모멘트를 증가시킬 수 있으며, 고정하중에 의해 손실된 압축 프리스트레스를 보충하는 역할을 할 수 있다. 이를 통해, 합성 거더(1)의 형고를 더 줄이거나 지간을 더 늘일 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

한편, 합성 거더(1)가 단순 지지되도록 시공되는 교량에서는, 단부 콘크리트(220)의 길이(Le)는 강합성 거더의 길이(L)의 0.08배 내지 0.191배로 형성되는 것이 바람직하다.

도14를 참조하면, 교량이 시공된 상태에서 합성 거더(1)가 양단 단순 지지되는 경우에, 하중 재하도에 나타난 바와 같이, 합성 거더에 재하되는 하중의 대부분은 대체로 등분포 하중(w)으로 작용한다. 여기서, 최대 전단력(Vmax)은 지점부(x=0)에서 w*L/2의 크기로 발생하며, 최대 휨 모멘트(Mmax)는 지간의 중앙부(x=0.5L)에서 w*L²/8의 크기로 발생된다. 따라서, 임의의 위치 x에서의 전단력(Vx)은 (w*L/2 - w*x)이고, 임의의 위치 x에서의 휨모멘트(Mx)는 w*x(L-x)/2 가 된다. 즉, 도15에 도시된 바와 같이, 지점(x=0)으로부터 지간 중앙으로 접근할수록 전단력(Vx)은 선형적으로 감소하며, 휨 모멘트(Mx)는 증가하는 경향이 있다.

본 발명에 따른 합성 거더(1)는 콘크리트 거더부(CA)에서 큰 전단력을 수용하는데 유리하고, 강합성 거더부(SA)에서 휨 모멘트를 수용하는 데 유리하므로, 아래의 수식을 만족하는 길이로 콘크리트 거더부(CA)의 길이를 정하는 것이 바람직하다.

이로부터, P(%)=61.8%, x = 0.191L이 얻어진다.

따라서, 등분포 하중이 작용하는 단순보에 대하여, 전단력과 휨모멘트의 절대값이 각각 최대값에 대해 동일한 비율로 교차되는 위치로부터 지점까지의 거리인 0.191*L을 콘크리트 거더부(CA)의 길이, 즉 단부 콘크리트(220)의 길이(Le)로 정해지는 것이 좋다. 다만, 단부 콘크리트(220)의 길이(Le)가 전체 길이의 0.08배 이하이면, 정착구의 설치 및 보강, 강연선의 설치 곡률에 따른 제약이 발생하여 단부 콘크리트로 인해 얻어지는 효과가 미미하므로 바람직하지 않다.

이하, 도16a 내지 도17을 참조하여, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 거더(1)의 제작 방법을 상술한다.

단계 1: 먼저, 메인 강형(110)과 매립 강형(120)이 결합한 강형(100)을 제작한다(S110).

도16a에 도시된 바와 같이, 메인 강형(110)은 중앙부가 상방으로 볼록한 솟음(y)이 있는 형태로 형성되며, 메립 강형(120)은 매립 복부(122)가 메인 강형(110)의 복부(112)와 이음없는 하나의 강재로 형성된다. 무엇보다도, 매립 강형(120)은 매립 상부 플랜지(121)가 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111)에 비하여 100mm 이상의 단차(Hc)를 갖도록 더 낮게 배치된다.

또한, 도3b에 도시된 바와 같이, 메인 강형(110)과 매립 강형(120)의 사이에는 마감 보강판(115)이 메인 강형(110)에 결합 형성되고, 마감 보강판(115)을 기준으로 내측 방향과 외측 방향에 각각 내측 압축 보강판(118)과 외측 압축 보강판(128)이 복부(112)와 매립 복부(122)를 따라 다수 열로 상하 배치되게 형성된다.

단계 2: 그 다음, 제작장에 베드(bed, 미도시)와 강형(100)을 매달수 있는 거치대(미도시)를 설치한 후, 강형(100)을 거치대에 매달아 거치한다.

단계 3: 도16b에 도시된 바와 같이, 메인 강형(110)의 상단부 상측(예를 들어, 상부 플랜지 양 끝단)에 인장 정착 장치(56)를 설치하고, 인장 정착 장치(56)에 편심 긴장재(55)를 연결 설치한 후, 편심 긴장재(55)에 미리 정해진 긴장력(Pr)을 도입한다(S120). 편심 긴장재(55)에 긴장력(Pr)이 도입되면, 도면에 도시된 바와 같이 하방으로 오목해지는 방향의 편심 모멘트(Mr)가 강형(100)에 작용하게 된다. 이에 따라, 제작 솟음량이 제거되거나 줄어들게 되고, 프리플렉스 하중이 도입된 효과가 강형(100)에 도입된다.

단계 4: 단계 3이 행해진 이후에, 도16c에 도시된 바와 같이, 케이싱 콘크리트(210)와 단부 콘크리트(220)로 이루어지는 콘크리트부(200)를 강형(100)에 합성시킨다(S130).

이를 위하여, 강형(100)의 하부 플랜지를 감싸는 형태로 콘크리트를 타설할 수 있는 거푸집을 설치하고, 강형(100)의 솟음에 따라 거푸집 하면에 지지대를 설치한다. 그리고, 콘크리트 거더부(CA)를 형성하는 단부 콘크리트(220)를 성형하기 위한 거푸집을 설치하되, 강합성 거더부(SA)의 거푸집 하면에 맞춰 연속적으로 설치하고, 거푸집 하면에 지지대를 설치한다.

그리고, 콘크리트부(200)의 인장 강도를 보강하는 보강 철근을 도4, 도11x, 도11y에 도시된 바와 같이 배근하고, 강연선(300)의 설치를 위한 정착구(301, 302)와 쉬스관(미도시)을 설치한다.

거푸집의 설치 공정, 보강 철근의 배근 공정 및 정착구와 쉬스관을 설치하는 공정은 단계 3 이전에 행해질 수도 있다.

그리고 나서, 도11y에 도시된 바와 같이, 편심 긴장재(55)에 긴장력(Pr)이 도입되어 메인 강형(110)에 휨 변형이 발생된 상태에서, 거푸집(88)에 굳지 않은 콘크리트(20a)를 타설기(25)로부터 타설하고 증기 양생하여, 케이싱 콘크리트(210)와 단부 콘크리트(220)로 이루어지는 콘크리트부(200)를 강형(100)에 합성한다.

즉, 메인 강형(110)의 하부 플랜지(113)의 일부 이상을 감싸는 형태로 케이싱 콘크리트(210)가 메인 강형(110)에 합성되고, 매립 강형(120)를 매립하는 형태로 메인 강형(110)과 일체가 되도록 단부 콘크리트(220)가 합성된다. 그리고, 마감 보강판(115)의 내측 일면은 외부에 드러나고 마감 보강판(115)의 외측 타면은 단부 콘크리트(220)에 매립된다.

이 때, 단부 콘크리트(220)의 상면은 메인 강형(110)의 상부 플랜지(111)의 상면과 일치하지만, 매립 강형(120)의 매립 상부 플랜지(121)에 비하여 더 높게 형성되므로, 매립 강형(120)과의 경계에서 에어 포켓이 발생되지 않고 이격되지 않아 견고한 결합이 가능해진다.

단계 5: 그 다음, 도16d에 도시된 바와 같이, 편심 긴장재(55)에 도입되어 있던 긴장력(Pr)을 제거하고, 인장 정착 장치(56) 및 편심 긴장재(55)를 제거한다(S140).

이를 통해, 강형(100)에는 원래의 상태로 복원하려는 탄성 복원력이 작용하면서, 케이싱 콘크리트(210)에는 소정의 압축 프리스트레스가 도입된다.

단계 6: 그리고 나서, 콘크리트부(200)에 설치된 쉬스관에 강연선(300)을 삽입 설치하고, 강연선(300)의 끝단에 위치한 정착구에 인장용 유압잭을 설치하고, 강연선(300)에 긴장력을 도입한 상태로 정착한다. 이를 통해, 콘크리트부(200)에 추가적인 압축 프리스트레스가 도입된다(S150).

한편, 도12a, 도12b, 도12d, 도12e에 도시된 바와 같이, 강연선(300)의 끝단이 콘크리트부(200)에 매립된 고정 정착구를 형성하는 경우에는, 강연선(300)의 삽입 공정은 단계 4의 이전에 행해진다.

단계 7: 강연선(300)을 긴장하고 정착하여 콘크리트부(200)에 압축 프리스트레스가 도입되면, 쉬스관 내부에 그라우팅 밀크를 주입하여 양생시킨다.

단계 8: 그리고 나서, 제작이 완성된 합성 거더를 교대나 교각의 교좌장치에 인상하여 가설한다. 도5에 도시된 노출 정착구(303)가 마련되어 있는 경우에는, 교량의 바닥판 콘크리트(9)를 합성 거더와 합성한 이후에, 추가적으로 압축 프리스트레스를 도입할 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어, 본 발명에 따른 합성 거더는 상세한 설명에서 설명한 구성으로 제작될 수도 있으며, 단계 3 및 단계 5를 생략한 구성만으로 제작될 수도 있다. 또한, 도면에 예시된 구성은 강형의 단면이 I자형태인 것을 예로 들었지만, 본 발명은 이에 국한되지 아니하며, 본 발명은 다양한 단면의 강형으로 구성될 수 있다.

1,2,3,4,5,6: 합성 거더 100: 강형
110: 메인 강형 111: 상부 플랜지
112: 복부 113: 하부 플랜지
110a: 전단 연결재 120: 매립 강형
121: 매립 상부 플랜지 122: 매립 복부
123: 매립 하부 플랜지 120a: 전단 연결재
200: 콘크리트부 210: 케이싱 콘크리트
220: 단부 콘크리트 300: 강연선
SA: 강합성 거더부 CA: 콘크리트 거더부
TA: 경사 구간

Claims (21)

1. 교량용 합성 거더로서,
   상부 플랜지와, 하부 플랜지와, 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지를 연결하는 복부로 형성되는 I자 형상을 포함하는 단면으로 연장 형성되고, 상기 상부 플랜지에는 전단 연결재가 상방으로 형성되고, 강재로 형성된 메인 강형과;
   상기 하부 플랜지의 일부 이상을 감싸는 형태로 상기 메인 강형에 합성된 케이싱 콘크리트와;
   상기 메인 강형의 양단부로부터 거더 양끝단을 향하여 연장되고, 상기 케이싱 콘크리트와 연결되게 합성된 단부 콘크리트와;
   상기 메인 강형과 일체로 상기 메인 강형의 양단부로부터 거더 양끝단을 향하여 연장되되, 상기 복부와 이음없이 하나의 강재로 연장 형성된 매립 복부와, 상기 상부 플랜지에 비하여 더 낮게 형성되고 상기 매립 복부의 상단부에 형성된 매립 상부 플랜지를 포함하는 단면으로 형성된 매립 강형과;
   상기 매립 강형과 상기 메인 강형의 경계에는 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지와 상기 복부에 결합되고, 일면은 외부에 드러나고 타면은 상기 단부 콘크리트에 매립되는 마감 보강판과;
   상기 메인 강형의 상기 복부에는 상기 마감 보강판으로부터 길이 방향으로 연장되고 상기 복부에 수직한 자세로 상하 방향의 다수 열로 상기 복부와 상기 마감 보강판에 결합 형성된 내측 압축 지지판과;
   상기 매립 강형의 상기 매립 복부에는 상기 마감 보강판으로부터 길이 방향으로 연장되고 상기 매립 복부에 수직한 자세로 상하 방향의 다수 열로 상기 매립 복부와 상기 마감 보강판에 결합되게 형성된 외측 압축 지지판과;
   상기 단부 콘크리트와 상기 케이싱 콘크리트에 내설되어 긴장력이 도입된 상태로 정착되어 압축 프리스트레스를 도입하는 강연선을;
   포함하여 구성되고, 거더 중앙부에서는 상기 메인 강형과 상기 케이싱 콘크리트에 의해 강합성 거더부를 형성하고, 거더 단부에서는 상기 매립 강형과 상기 단부 콘크리트에 의해 콘크리트 거더부를 형성하며;
   상기 단부 콘크리트는 상기 매립 강형을 완전히 매립시키는 단면으로 형성되어 거더 중앙측 일단부에서 상기 매립 강형에 의해 상기 강합성 거더부와 연결되고;
   상기 단부 콘크리트는 상기 매립 강형에 비하여 길이 방향으로 더 길게 연장 형성되어, 상기 매립 강형을 감싸는 부분과 상기 매립 강형이 없는 철근 콘크리트 구조로만 형성된 부분이 길이 방향으로 연속하는 형태로 형성되고, 상기 철근 콘크리트 구조로만 형성된 부분이 지점에서 지지되는 것을 특징으로 하는 합성 거더.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 내측 압축 지지판 중에 최상측에 위치한 최상측 내측 압축 지지판은 상기 매립 강형의 상기 매립 상부 플랜지와 동일한 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 합성 거더.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 매립 상부 플랜지에는 매립 전단 연결재가 상방으로 돌출 형성되고, 상기 매립 전단 연결재는 상기 메인 강형으로부터 돌출된 상기 전단 연결재와 동일한 상단 높이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 합성 거더.
   
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,
   다수의 열로 배열된 상기 외측 압축 지지판 중에 최상측에 위치한 최상측 외측 압축 지지판은 상기 매립 상부 플랜지와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 합성 거더.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 단부 콘크리트를 보강하는 보강 철근은 상기 외측 압축 지지판에 형성된 관통공을 관통하여 '⊃'자 형태를 포함하고, 상기 매립 강형의 상기 매립 복부를 관통하도록 배근되는 것을 특징으로 하는 합성 거더.
   
10. 삭제
11. 제 1항에 있어서,
    상기 강연선의 일단은 상기 단부 콘크리트와 상기 케이싱 콘크리트 중 어느 하나에 매립된 상태로 설치되는 고정 정착부인 것을 특징으로 하는 합성 거더.
    
12. 제 1항에 있어서,
    상기 단부 콘크리트와 상기 케이싱 콘크리트 중 어느 하나의 측면에 제1강연선을 정착하는 노출 정착구를 추가로 포함하고;
    상기 노출 정착구와 연결되는 상기 제1강연선은 상기 합성 거더에 교량용 바닥판이 합성된 이후에 긴장력이 도입된 상태로 정착되는 것을 특징으로 하는 합성 거더.
    
13. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 강형은 중앙부로 접근할수록 점점 복부 높이가 커지는 경사 구간(TA)이 구비된 것을 특징으로 하는 합성 거더.
    
14. 제 1항에 있어서,
    상기 단부 콘크리트의 상기 경계 표면의 단면은 상기 메인 강형과 상기 마감 보강판의 단면과 동일한 것을 특징으로 하는 합성 거더.
    
15. 제 14항에 있어서,
    상기 단부 콘크리트는 상기 합성 거더의 단부에 접근할수록 점점 단면이 증대하는 헌치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 거더.
    
16. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 강형과 상기 단부 콘크리트의 경계 위치에서, 상기 메인 강형의 곡률의 접선 방향으로 상기 단부 콘크리트가 직선 연장되게 형성된 것을 특징으로 하는 합성 거더.
    
17. 제 1항에 있어서,
    상기 단부 콘크리트의 길이는 상기 합성 거더의 길이(L)의 0.08배 내지 0.191배로 형성되는 것을 특징으로 하는 합성 거더.
    
18. 제 1항 또는 제3항 또는 제6항 또는 제8항 또는 제9항 또는 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱 콘크리트는, 상기 메인 강형의 양단부 상측을 연결하는 편심 긴장재에 긴장력이 도입되어 상기 메인 강형에 휨 변형이 발생된 상태에서, 상기 메인 강형에 합성된 것을 특징으로 하는 합성 거더.
    
19. 제 18항에 있어서,
    상기 메인 강형에 휨 변형이 발생된 상태에서 상기 매립 강형이 상기 메인 강형에 일체로 형성되어 있고,
    상기 케이싱 콘크리트와 상기 단부 콘크리트는 상기 메인 강형에 동시에 합성된 것을 특징으로 하는 합성 거더.
    
20. 상부 플랜지와, 하부 플랜지와, 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지를 연결하는 복부로 형성되는 I자 형상을 포함하는 단면으로 연장 형성되고, 상기 상부 플랜지에는 전단 연결재가 상방으로 형성되고, 강재로 형성되어 중앙부가 상방으로 볼록한 솟음이 형성된 메인 강형과; 상기 메인 강형과 일체로 연장되되, 상기 복부와 이음없이 하나의 강재로 연장 형성된 매립 복부와, 상기 상부 플랜지에 비하여 더 낮게 형성되고 상기 매립 복부의 상단부에 형성된 매립 상부 플랜지를 포함하는단면으로 형성된 매립 강형과; 상기 매립 강형과 상기 메인 강형의 경계에는 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지와 상기 복부에 결합된 마감 보강판과; 상기 메인 강형의 상기 복부에는 상기 마감 보강판으로부터 길이 방향으로 연장되고 상기 복부에 수직한 자세로 상하 방향의 다수 열로 상기 복부와 상기 마감 보강판에 결합 형성된 내측 압축 지지판과; 상기 매립 강형의 상기 매립 복부에는 상기 마감 보강판으로부터 길이 방향으로 연장되고 상기 매립 복부에 수직한 자세로 상하 방향의 다수 열로 상기 매립 복부와 상기 마감 보강판에 결합되게 형성된 외측 압축 지지판이; 형성된 강형을 준비하는 강형 준비 단계와;
    상기 메인 강형의 솟음량을 낮추도록 편심 모멘트를 도입하는 편심모멘트 도입 단계와;
    상기 하부 플랜지의 일부 이상을 감싸는 형태로 케이싱 콘크리트를 상기 메인 강형에 합성시키는 케이싱 콘크리트 합성 단계와;
    상기 매립 강형을 완전히 매립시키는 단면으로 형성되되 상기 매립 강형에 비하여 길이 방향으로 더 길게 형성되도록 단부 콘크리트를 상기 메인 강형과 합성시키되, 상기 단부 콘크리트는 상기 매립 강형에 비하여 길이 방향으로 더 길게 연장 형성되어, 상기 매립 강형을 감싸는 부분과 상기 매립 강형이 없는 철근 콘크리트 구조로만 형성된 부분이 길이 방향으로 연속하는 형태로 형성되고, 상기 철근 콘크리트 구조로만 형성된 부분이 지점에서 지지되도록 상기 단부 콘크리트를 합성하는 단부 콘크리트 합성단계와;
    상기 단부 콘크리트와 상기 케이싱 콘크리트에 강연선을 설치하여 상기 강연선에 긴장력이 도입된 상태로 정착되어 압축 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입단계를;
    포함하여 구성되고, 상기 마감 보강판의 일면은 외부에 드러나고 상기 마감 보강판의 타면은 상기 단부 콘크리트에 매립되어, 거더 중앙부에서는 상기 메인 강형과 상기 케이싱 콘크리트에 의해 강합성 거더부를 형성하고, 거더 단부에서는 상기 매립 강형과 상기 단부 콘크리트에 의해 콘크리트 거더부를 형성하는 합성 거더의 제작 방법.
    
21. 제 20항에 있어서,
    상기 매립 강형은 상기 매립 복부의 상측에 매립 상부 플랜지가 형성되고,
    상기 매립 상부 플랜지는 상기 상부 플랜지에 비하여 낮은 높이에서 상기 마감 보강판으로부터 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 합성 거더의 제작 방법.
    

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