KR102249063B1 - 정착판을 이용하여 내구성 및 빔단부의 결합성을 향상시킨 프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교 및 그의 시공 방법 - Google Patents

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KR102249063B1 KR1020200134367A KR20200134367A KR102249063B1 KR 102249063 B1 KR102249063 B1 KR 102249063B1 KR 1020200134367 A KR1020200134367 A KR 1020200134367A KR 20200134367 A KR20200134367 A KR 20200134367A KR 102249063 B1 KR102249063 B1 KR 102249063B1
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정진석
하창민
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(주)신승이앤씨
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    • E01D2101/28Concrete reinforced prestressed

Abstract

[기술분야/해결과제]
본 발명은 정착판을 이용하여 내구성 및 빔단부의 결합성을 향상시킨 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법에 관한 것으로, PSC 빔과 콘크리트 사이의 결합력이 부족하여 교량 시공 후 시간이 경과하면 PSC 빔과 콘크리트 사이에 균열(CR)과 벌어짐이 발생하여 내구성이 떨어지는 문제와, 철근 이음부의 내하력이 불확실하고, 시공이 복잡하고 시공 시간이 많이 소요되어 교량의 시공성이 떨어지는 문제점을 해결하였다.
[해결수단]
본 발명의 프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교의 시공 방법은, (a) 기초 지반면(101)에 버림콘크리트(102)를 타설하고 상부에 우각부 연결철근(121)과 정착판 보강철근(122)이 수직으로 돌출되게 교각의 기초 및 벽체 구조물(110)을 형성하는 단계와, (b) 상기 기초 및 벽체 구조물(110)의 빔거치면(111)을 정리한 후 탄성고무패드 또는 강판(123)을 설치한 다음 크레인을 이용하여 PSC 빔(130)을 거치하는 단계와, (c) 벽체 배면철근(161)에 철근커플러(170)를 연결하고 우각부 및 상부슬래브 철근(180)을 설치하고 거푸집을 설치한 후 슬래브 콘크리트를 타설하여 상부슬래브(190)를 형성하는 단계와, 및 (d) 난간, 배수로를 포함한 부대공을 설치하고 노면을 포장하여 완공하는 단계를 포함하는 프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교의 시공 방법에 있어서, 상기 PSC 빔(130)은, 단부에 수평으로 돌출된 정착판 연결용 돌출철근(132)에 정착판(150)을 끼워서 상기 기초 및 벽체 구조물(110) 상부에 수직으로 돌출된 상기 정착판 보강철근(122)에 상기 정착판(150)의 후면이 밀착되도록 삽입한 후 상기 정착판(150)의 전면에 돌출된 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)에 너트(151)를 체결하여 상기 정착판(150)을 고정함으로써 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)과 상기 정착판 보강철근(122)을 하나로 결합하여 고정하고, 상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이는 상기 PSC 빔(130) 길이(L)의 1/180 이상 확보하고, 상기 기초 및 벽체 구조물(110)은 상단 바깥쪽 외벽에 상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이 만큼 벽체상단 보강부(112)를 돌출 형성하는 것을 특징으로 한다.
[기대효과]
본 발명에 따르면, 정착판을 이용하여 내구성 및 빔단부의 결합성을 향상시킬 수 있고, 철근 이음부의 내하력 부족문제를 근본적으로 해결할 수 있으며, 그 시공이 간편하여 교량의 시공성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

정착판을 이용하여 내구성 및 빔단부의 결합성을 향상시킨 프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교 및 그의 시공 방법{PRESTRESSED CONCRETE BEAM BRIDGE IMPROVING LOAD CARRYING COHERENCE OF END BEAM AND DURABILITY USING ANCHOR PLATE AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF}
본 발명은 프리스트레스트 콘크리트(prestressed concrete; 이하, "PSC"로 칭함) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정착판을 이용하여 내구성 및 빔단부의 결합성을 향상시킨 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 PSC빔 라멘교의 우각부는 일반 철근콘크리트 단면으로 보강하고, 중앙부는 상부빔에 PS강선을 보강한 PSC빔 단면으로 단면보강을 하여 라멘교를 형성함으로써, 휨모멘트 발생을 줄일 수 있는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 구조물에 사용되는 휨에 저항하는 구조 부재로는 강재와 콘크리트가 주로 사용된다. 이 중 콘크리트는 재료가 저렴하고 성형성이 좋으며 진동에 유리하므로 널리 사용되고 있는데, 압축에는 강하지만 인장에는 취약하므로 압축과 인장이 함께 발생되는 휨을 받는 구조에서는 인장에 대한 보강이 반드시 이루어져야 한다.
그 방편으로서, 인장 영역의 콘크리트의 강도를 무시하고 철근이 그 힘을 받도록 설계되는 철근콘크리트 빔(Reinforced Concrete Beam)과, 인장 영역에 미리 압축 프리스트레스(prestress)를 도입하여 인장측의 콘크리트를 유효하게 사용하는 프리스트레스트 콘크리트 빔(Prestressed Concrete Beam, 이하 "PSC 빔"이라고 한다)이 있다. 그 밖에, 보다 긴 경간에 설치할 수 있는 형태의 빔으로서, 휨강성이 높은 I형 강재거더와 콘크리트가 결합되는 강합성보와 상자형 강재거더와 콘크리트가 결합된 강상자형보가 있지만, 이들은 매우 고가인 단점이 있다.
상기 PSC 빔은 교량 건설현장에서 단순보 형태로 제작되어 교대 상부로 인양되어 설치된다. 교량을 PSC 빔의 단순보로 시공하는 경우에는 단순보의 중앙부에 과도한 휨모멘트가 작용하게 되므로 PSC 빔의 단면이 커지게 되고, 결국 콘크리트의 자중이 과도하게 커져 경간을 길게 할 수 없는 제약이 있다. 또한, PSC 빔을 단순보로 시공할 경우 긴장재인 강선의 소모량이 더욱 많아지고 PSC 빔의 단면도 더욱 크게 할 필요성이 대두되는 바 시공면에서 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위하여, 종래에는 미리 제작된 PSC 빔을 교대 위에 거치한 후 강결화하여 라멘 형태로 시공함으로써, 빔의 단면을 줄이고 교량의 경간도 길게 구현하였다. PSC 빔은 자중 및 외부 하중에 의해 발생하는 외력에 저항하기 위해 프리스트레스(prestress)를 도입하여 사용하였다. 이 방법은 구조부재를 건축물 등에 설치하기 전에, 건축물 등에 설치된 후에 받게 될 힘의 방향과 반대 방향의 힘을 가해 구조부재에 미리 변형을 발생시켜놓음으로써, 미리 받았던 힘에 의해 이 구조부재가 건축물 등에 설치된 후에 작용하는 힘이 상쇄되어 구조적으로 안정해지는 방법이다.
그러나, 종래의 PSC 빔 구조물은 일반 RC 구조물에 비해 인강강도를 증가시킬 수 있는 장점이 있으나, PSC 빔과 콘크리트 사이의 결합력이 부족하여 교량 시공 후 시간이 경과하면 PSC 빔과 콘크리트 사이에 균열(CR)과 벌어짐이 발생하여 내구성이 떨어지는 문제가 있다. 그리고, 철근 이음부의 내하력이 불확실하고, 시공이 복잡하고 시공 시간이 많이 소요되어 교량의 시공성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 별도의 동바리나 비계의 설치가 필요하여 급속시공이 불가능한 문제가 있다. 예컨대, 가로보의 설치시 가로보용 철근가공 및 조립, 가로보용 연결철근의 용접, 가로보용 거푸집의 설치와 해체, 가로보용 동바리 설치 및 해체, 콘크리트 타설 및 양생, 가로보의 전도방지 시설 등의 많은 작업공정으로 인하여 가로보의 품질 저하와 공기가 매우 길어진다는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1863116호 (등록일자: 2018.05.25.) 대한민국 등록특허 제10-2071148호 (등록일자: 2020.01.23.)
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 정착판을 이용하여 내구성 및 빔단부의 결합성을 향상시킨 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, PSC 빔의 단부에 돌출된 정착판 연결용 돌출철근을 정착판의 철근 삽입구에 끼워서 상기 정착판의 후면이 교대 상부에 수직으로 돌출된 정착판 보강철근에 밀착되도록 한 후 상기 정착판의 전면에 돌출된 상기 정착판 연결용 돌출철근에 너트를 체결하여 상기 정착판을 통해 상기 정착판 보강철근과 상기 정착판 연결용 돌출철근을 하나로 결합하여 고정시킴으로써, 내구성 및 빔단부의 결합성을 향상시킨 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, PSC 빔의 측면에 형성된 PC 판넬 받침홈에 PC(프리케스트) 판넬을 설치한 후 슬래브 콘크리트를 타설하여 상부슬래브를 형성함으로써, 별도의 동바리나 거푸집의 설치가 필요없는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, PSC 빔의 빔 안착길이를 PSC 빔 길이(L)의 1/180 이상 확보하고, 벽체 구조물의 상단 바깥쪽 외벽에 PSC 빔의 빔 안착길이 만큼 벽체상단 보강부를 돌출 형성함으로써, 내구성 및 빔단부의 결합성을 향상시킨 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, I형 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔과 T형 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔에 모두 적용할 수 있는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, PSC빔 라멘교의 우각부는 일반 철근콘크리트 단면으로 보강하고, 중앙부는 상부빔에 PS강선을 보강한 PSC빔 단면으로 단면보강을 하여 라멘교를 형성함으로써, 우각부 휨모멘트 발생을 줄인 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 교량의 지간 중앙부에 거푸집 및 동바리를 이용하여 현장 타설로 가로보를 설치하거나 강재 가로보를 이용하여 가로보를 설치하는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교의 시공 방법은, (a) 기초 지반면(101)에 버림콘크리트(102)를 타설하고 상부에 우각부 연결철근(121)과 정착판 보강철근(122)이 수직으로 돌출되게 교각의 기초 및 벽체 구조물(110)을 형성하는 단계와, (b) 상기 기초 및 벽체 구조물(110)의 빔거치면(111)을 정리한 후 탄성고무패드 또는 강판(123)을 설치한 다음 크레인을 이용하여 PSC 빔(130)을 거치하는 단계와, (c) 벽체 배면철근(161)에 철근커플러(170)를 연결하고 우각부 및 상부슬래브 철근(180)을 설치하고 거푸집을 설치한 후 슬래브 콘크리트를 타설하여 상부슬래브(190)를 형성하는 단계와, 및 (d) 난간, 배수로를 포함한 부대공을 설치하고 노면을 포장하여 완공하는 단계를 포함하는 프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교의 시공 방법에 있어서, 상기 PSC 빔(130)은, 단부에 수평으로 돌출된 정착판 연결용 돌출철근(132)에 정착판(150)을 끼워서 상기 기초 및 벽체 구조물(110) 상부에 수직으로 돌출된 상기 정착판 보강철근(122)에 상기 정착판(150)의 후면이 밀착되도록 삽입한 후 상기 정착판(150)의 전면에 돌출된 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)에 너트(151)를 체결하여 상기 정착판(150)을 고정함으로써 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)과 상기 정착판 보강철근(122)을 하나로 결합하여 고정하고, 상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이는 상기 PSC 빔(130) 길이(L)의 1/180 이상 확보하고, 상기 기초 및 벽체 구조물(110)은 상단 바깥쪽 외벽에 상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이 만큼 벽체상단 보강부(112)를 돌출 형성하는 것을 특징으로 한다.
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상기 프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교의 시공 방법은, 상기 PSC 빔(130)의 측면에 PC 판넬 받침홈(131)을 형성하고, 상기 PC 판넬 받침홈(131)에 PC(프리케스트) 판넬(140)을 설치하거나 또는 상기 PSC 빔(130)의 양쪽에 거푸집 및 동바리를 설치한 후 슬래브 콘크리트를 타설하여 상부슬래브(190)를 형성할 수 있다.
상기 프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교의 시공 방법은, 상기 PSC 빔(130)의 우각부는 일반 철근콘크리트 단면으로 보강하고, 상기 PSC 빔(130)의 중앙부는 상부빔에 PS강선을 보강한 PSC빔 단면으로 단면보강을 하여 라멘교를 형성할 수 있다.
상기 PSC 빔(130)은 I형 타입 또는 T형 타입으로 구성되고, 상기 교량의 지간 중앙부에 가로보를 설치하되 거푸집 및 동바리를 이용하여 현장타설 가로보(194)를 설치하거나 또는 강재 가로보(195)를 이용하여 설치할 수 있다.
또한, 전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교은, 기초 지반면(101)의 버림콘크리트(102) 상에 형성되고 상부에 우각부 연결철근(121)과 정착판 보강철근(122)이 수직으로 돌출 형성되고 상부에 빔거치면(111)이 형성된 기초 및 벽체 구조물(110)과, 상기 빔거치면(111)의 탄성고무패드 또는 강판(123)에 거치된 PSC 빔(130)과, 상기 PSC 빔(130) 상부에 슬래브 콘크리트를 타설하여 형성된 상부슬래브(190)를 포함하는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교에 있어서, 상기 PSC 빔(130)은, 단부에 수평으로 돌출된 정착판 연결용 돌출철근(132)에 정착판(150)을 끼워서 상기 기초 및 벽체 구조물(110) 상부에 수직으로 돌출된 상기 정착판 보강철근(122)에 상기 정착판(150)의 후면이 밀착되도록 삽입한 후 상기 정착판(150)의 전면에 돌출된 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)에 너트(151)를 체결하여 상기 정착판(150)을 고정함으로써 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)과 상기 정착판 보강철근(122)을 하나로 결합하여 고정하고, 상기 PSC 빔(130)의 중앙부는 상부빔에 PS강선을 보강한 PSC빔 단면으로 단면보강을 하여 라멘교를 형성하고, 상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이는 상기 PSC 빔(130) 길이(L)의 1/180 이상 확보하고, 상기 기초 및 벽체 구조물(110)은 상단 바깥쪽 외벽에 상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이 만큼 벽체상단 보강부(112)가 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 정착판을 이용하여 내구성 및 빔단부의 결합성을 향상시킬 수 있고, 철근 이음부의 내하력 부족문제를 근본적으로 해결할 수 있고, 그 시공이 간편하여 교량의 시공성을 한층 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, PSC 빔의 측면에 형성된 PC 판넬 받침홈에 PC(프리케스트) 판넬을 설치한 후 슬래브 콘크리트를 타설하여 상부슬래브를 형성함으로써, 별도의 동바리나 거푸집의 설치 없이도 상부슬래브를 형성할 수 있다.
또한, PSC 빔의 빔 안착길이를 PSC 빔 길이(L)의 1/180 이상 확보하고, 벽체 구조물의 상단 바깥쪽 외벽에 PSC 빔의 빔 안착길이 만큼 벽체상단 보강부를 돌출 형성함으로써, 기초 및 벽체 구조물(110)의 내구성 및 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 경간단 길이가 20m 이상의 교량에 적용되는 I형 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔과 경간단 길이가 20m 이하의 교량에 적용되는 T형 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔에 모두 적용할 수 있다.
또한, PSC빔 라멘교의 우각부는 일반 철근콘크리트 단면으로 보강하고, 중앙부는 상부빔에 PS강선을 보강한 PSC빔 단면으로 단면보강을 하여 라멘교를 형성함으로써, 휨모멘트 발생을 줄일 수 있다.
또한, 교량의 지간 중앙부에 거푸집 및 동바리를 이용하여 현장 타설로 가로보를 설치하거나 강재 가로보를 이용하여 가로보를 설치할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교을 나타낸 도면으로,
도 1은 I형 PSC 빔을 이용한 라멘교의 단면도이고,
도 2는 I형 PSC 빔의 종단면도이고,
도 3은 I형 PSC 빔의 상면(a) 및 하면(b) 평면도이고,
도 4는 I형 PSC 빔의 PC 판넬 적용시(a) 및 미적용시(b) 횡단면도이고,
도 5는 라멘 우각부의 연결 상세도이고,
도 6 내지 도 8은 빔단부의 연결 상세도이고,
도 9 및 도 10은 지간 중앙부의 가로보 설치 방법을 나타낸 것으로, 현장타설 가로보(도 9)와 강재 가로보(도 10)를 나타낸 단면도이다.
도 11 내지 도 17은 본 발명에 의한 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교의 시공 방법을 순서대로 나타낸 시공 단면도이다.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 제2 실시예에 의한 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교을 나타낸 도면으로,
도 18은 T형 PSC 빔을 이용한 라멘교의 단면도이고,
도 19는 T형 PSC 빔의 종단면도이고,
도 20은 T형 PSC 빔의 상면(a) 및 하면(b) 평면도이고,
도 21은 T형 PSC 빔의 PC 판넬 적용시(a) 및 미적용시(b) 횡단면도이다.
도 22는 합성전의 일반 현장타설 라멘교와 PSC 빔 라멘교의 휨모멘트 발생 비교도이다.
도 23은 합성후의 일반 현장타설 라멘교와 PSC 빔 라멘교의 휨모멘트 발생 비교도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 발명의 설명 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
PSC 빔 교량의 제1 실시예
도 1 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교을 나타낸 도면으로, 도 1은 I형 PSC 빔을 이용한 라멘교의 단면도이고, 도 2는 I형 PSC 빔의 종단면도이고, 도 3은 I형 PSC 빔의 상면(a) 및 하면(b) 평면도이고, 도 4는 I형 PSC 빔의 PC 판넬 적용시(a) 및 미적용시(b) 횡단면도이고, 도 5는 라멘 우각부의 연결 상세도이고, 도 6 내지 도 8은 빔단부의 연결 상세도이고, 도 9 및 도 10은 지간 중앙부의 가로보 설치 방법을 나타낸 것으로, 현장타설 가로보(도 9)와 강재 가로보(도 10)를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 설명에 앞서, 상기 프리스트레스트 콘크리트(PSC; prestressed concrete)는 교량상부에서 콘크리트를 타설하지 않고 지상에서 구조물을 완성품으로 제작해서 설치하는 공법으로써, 철근 배근위치에 철근 대용으로 그자리에 강선이나 강봉을 배열한다. 시공 방법은 강봉을 인장응력의 영향을 받게 당겨주는데, 이것을 텐션(Tension, 긴장)이라고 한다.
한편, 프리 텐션(pre-tension) 공법은 강선이나 강봉을 미리 인장하는 상태에서 콘크리트를 타설하고 콘크리트가 굳게 되면, 인장하고 있던 강선 또는 강봉을 인장하는 것을 중단하는 방법이다. 그리고, 포스트 텐션(post-tension) 공법은 콘크리트를 타설하고 콘크리트속에 미리 배열해둔 쉬스관(sheath pipe)에 강선이나 강봉을 삽입하여 당기고 난 다음 부착 또는 접착 몰탈을 넣는 방법이다.
본 발명의 제1 실시예에 의한 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교은 도 1 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 기초 및 벽체 구조물(110), PSC 빔(I형; 130), PC(프리케스트) 판넬(140), 정착판(150), 상부슬래브(190)를 포함하고 있다.
상기 기초 및 벽체 구조물(110)은 기초 지반면(101)에 버림콘크리트(102)를 타설한 후 그 위에 수직으로 교량의 교대로 형성한다. 상기 기초 및 벽체 구조물(110)의 상부에는 우각부 연결철근(121)과 정착판 보강철근(122)이 수직으로 설치되어 상부 밖으로 돌출되게 형성된다.
여기서, 상기 정착판 보강철근(122)은 상단이 'ㄱ'자 형태로 절곡되어 형성되고, 하단이 상단과 반대 방향으로 'ㄴ'자 형태로 절곡 형성되어 있다.
상기 기초 및 벽체 구조물(110)의 상부에는 기 제작된 PSC 빔(I형; 130)을 거치하여 설치한다. 이때, 상기 PSC 빔(130)은 상기 기초 및 벽체 구조물(110)의 빔거치면(111)을 정리한 후 탄성고무패드 또는 강판(123)을 설치한 다음, 크레인을 이용하여 거치하게 된다. 상기 PSC 빔(130)은 각 경간에 걸쳐 각각의 교량받침(기초 및 벽체 구조물(110)) 위에 일정간격으로 다수 거치되도록 함으로써 단순보 방식으로 빔을 설치하게 된다.
이때, 상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이는 상기 PSC 빔(130) 길이(L)의 1/180 이상 확보하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 기초 및 벽체 구조물(110)은 상단 바깥쪽 외벽에 상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이 만큼 벽체상단 보강부(112)를 돌출 형성한다. 예컨대, 상기 벽체상단 보강부(112)는 상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이만큼 상기 PSC 빔(130) 길이(L)의 1/180 이상 확보하도록 설계함으로써, 구조 안전성과 내구성을 확보할 수 있다.
상기 PSC 빔(130)는 단부에 단부 헌치부(191)를 형성할 수 있다. 상기 단부 헌치부(191)는 PC(프리케스트) 판넬 또는 현장타설(거푸집 동바리 설치)로 형성할 수도 있다.
상기 PSC 빔(130)은 I형 PSC 빔으로 구성될 수 있다. 상기 I형 PSC 빔(130)은 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 빔의 길이에 따라 빔의 단면 구조가 다르다(단면 A-A, 단면 B-B, 단면 C-C, 단면 D-D, 단면 E-E 참조).
상기 PSC 빔(130)의 일측 단면(라멘 우각부 방향)에는, 강선이나 강봉을 삽입하기 위한 복수의 장착구(133)가 형성되어 있고, 복수의 장착판 연결용 돌출철근(132)이 수평으로 돌출 형성되어 있다. 이때, 상기 장착판 연결용 돌출철근(132)은 단부에 나사가 가공 형성된 나사가공철근이다.
상기 기초 및 벽체 구조물(110)의 상부에 상기 PSC 빔(130)을 거치하였을 때, 상기 장착판 연결용 돌출철근(132)의 단부에는 상기 기초 및 벽체 구조물(110)의 상부에 수직으로 돌출 형성된 정착판 보강철근(122)이 교차하여 위치된다.
이 상태에서, 상기 PSC 빔(130)의 단부에 돌출된 정착판 연결용 돌출철근(132)에 상기 정착판(강판; 150)의 철근 삽입구를 끼워서 상기 정착판(150)을 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)에 끼워 설치하게 된다. 이때, 상기 정착판(150)의 후면이 상기 정착판 보강철근(122)에 밀착되면, 상기 정착판(150)의 철근 삽입구를 통해 전면에 돌출된 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)에 너트(151)를 체결하여 상기 정착판(150)을 고정하게 된다.
이에 의해, 상기 PSC 빔(130)의 정착판 연결용 돌출철근(132)은 상기 정착판(150)을 통해 상기 기초 및 벽체 구조물(110)의 정착판 보강철근(122)에 하나로 결합되어 고정되게 된다.
이 후, 상기 기초 및 벽체 구조물(110)의 상부에 돌출 형성된 벽체 배면철근(우각부 주철근; 161)에 철근커플러(170)를 연결하고, 벽체 전면철근(160)과 상부슬래브 철근(180)을 설치하고 거푸집을 설치한 후 슬래브 콘크리트를 타설하여 상부슬래브(190)를 형성한다.
그리고, 상기 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교의 난간, 배수로를 포함한 부대공을 설치하고 노면을 포장하여 완공하게 된다.
계속해서, 상기 PSC 빔(130)은 측면에 PC 판넬 받침홈(131)이 형성될 수 있고, 상기 PC 판넬 받침홈(131)에는 PC(프리케스트) 판넬(140)이 설치될 수 있다. 상기 PC(프리케스트) 판넬(140)을 설치한 후 슬래브 콘크리트를 타설하여 상부슬래브(190)를 형성하게 된다.
또한, 상기 PSC 빔(130)은 측면에 상기 PC 판넬 받침홈(131)과 함께 복수의 빔단부 합성용 철근(135)가 설치될 수 있다. 상기 빔단부 합성용 철근(135)은 상기 PSC 빔(130)의 측면에 형성된 매입커플러(134)에 결합하여 설치될 수 있는데, 상기 PSC 빔(130) 설치 후 결합하여 설치될 수 있다.
한편, 상기 PSC 빔(130)의 측면에 상기 PC(프리케스트) 판넬(140)이 설치되지 않는 경우, 상기 PSC 빔(130)의 양쪽에 거푸집 및 동바리를 설치한 후 슬래브 콘크리트를 타설하여 상부슬래브(190)를 형성할 수 있다.
계속해서, 교각에 거치된 상기 PSC 빔(130)의 길이 방향과 직각으로 상기 PSC 빔(130)과 PSC 빔(130) 사이에는 횡방향으로 설치되는 빔 형상의 부재인 가로보(Cross Beam)가 설치될 수 있다. 참고로, 도 1에서는 PSC 빔(130)과 PSC 빔(130) 사이에 가로보 설치 위치(193)를 나타내고 있다.
상기 가로보는 상기 PSC 빔(130)의 지점연결부 및 경간의 중간부에 현장에서 콘크리트 타설방식으로 현장타설 가로보(도 9의 194 참조)를 형성하거나 강재 가로보(도 10의 195 참조)를 설치할 수 있다.
상기 가로보는 교량의 하부구조물에 설치된 상기 PSC 빔(130)의 지진하중이나 풍하중과 같은 수평하중 및 비틀림에 저항력이 발생되도록 한다. 나아가, 상기 가로보는 상기 PSC 빔(130)과 함께 일체화됨으로써 PSC 빔 교량에 작용하는 하중에 대하여 하중분배 기능을 수행하여 구조적으로 격자구조로 거동되도록 한다.
상기 PSC 빔(130)은 I형 단면으로 형성되며, 상부플랜지, 하부플랜지, 복부콘크리트로 구성된다. 특히 하부플랜지 콘크리트에는 PC강재와 같은 인장재에 의하여 압축프리스트레스가 도입되어 외부하중에 대해 충분한 강성을 확보하면서 하부플랜지 콘크리트에 적어도 내구성을 저하시키지 않는 범위 내에서 균열이 발생하는 것을 허용하고 있는데, 설계 방식에 따라 하부플랜지 콘크리트에 인장균열을 허용하되 균열의 정도를 제어할 수 있도록 하는 부분 프리스트레싱(Partial Prestressing) 방식과 하부플랜지 콘크리트에 인장균열을 허용하지 않는 완전프리스트레싱(Full Prestressing) 방식으로 구분된다.
상기 I형 PSC 빔(130)은 경간단 길이 20m 내지 40m의 도로교 및 철도교 등의 교량에 가장 널리 이용되는 상부 교량 공법이다. 이는 먼저 교대 또는 교각을 완성한 후 그 위에 지상에서 미리 제작된 I형 PSC 빔(130)을 가설하여 콘크리트 슬래브를 완성하는 것으로서, 설계 하중에 의한 빔 하단 콘크리트에 발생하는 인장 응력을 감소시키기 위해 PC강선 등의 긴장재를 이용하여 압축 응력을 도입함으로써 콘크리트 균열의 원인인 인장응력을 상쇄시키는 구조용 빔이다.
상기 PSC빔(130) 인장의 목적은 프리스트레스를 주기 위함이다. 상기 PSC 빔(130)이 역할을 수행하기 위한 PS강연선의 인장력은 표준도에 명시되어 있다. 긴장력은 표준도에 명시된 인장력값을 기준으로 한다.
PSC 빔 교량의 시공 방법의 예
도 11 내지 도 17은 본 발명에 의한 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교의 시공 방법을 순서대로 나타낸 시공 단면도이다.
본 발명의 PSC 빔의 시공 방법은, 기초 지반면(101)에 버림콘크리트(102)를 타설한 후 교각의 기초 및 벽체 구조물(110)을 형성하되, 상부에 우각부 연결철근(121)과 정착판 보강철근(122)이 돌출되게 형성한다(도 11 및 도 12 참조).
이 후, 상기 벽체 구조물(110)의 빔거치면(111)을 정리한 후 탄성고무패드 또는 강판(123)을 설치한 다음, 크레인을 이용하여 PSC 빔(130)을 거치하게 된다(도 13 및 도 14 참조).
이 후, 상기 PSC 빔(130)의 단부에 돌출된 정착판 연결용 돌출철근(132)을 정착판(150)의 철근 삽입구에 끼워서 상기 정착판(150)의 후면이 상기 정착판 보강철근(122)에 밀착되도록 삽입한 후 상기 정착판(150)의 전면에 돌출된 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)에 너트(151)를 체결함으로써, 상기 정착판(150)을 통해 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)과 상기 정착판 보강철근(122)을 고정하게 된다(도 15 참조).
이 후, 상기 벽체 배면철근(161)에 철근커플러(170)를 연결하고 우각부 및 상부슬래브 철근(180)을 설치하고 거푸집을 설치한 후 슬래브 콘크리트를 타설하여 상부슬래브(190)를 형성한다(도 16 참조).
마지막으로, 상기 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교의 난간, 배수로를 포함한 부대공을 설치하고 노면을 포장하여 완공한다(도 17 참조).
PSC 빔 교량의 제2 실시예
도 18 내지 도 21은 본 발명의 제2 실시예에 의한 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교을 나타낸 도면으로, 도 18은 T형 PSC 빔을 이용한 라멘교의 단면도이고, 도 19는 T형 PSC 빔의 종단면도이고, 도 20은 T형 PSC 빔의 상면(a) 및 하면(b) 평면도이고, 도 21은 T형 PSC 빔의 PC 판넬 적용시(a) 및 미적용시(b) 횡단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 의한 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교는 도 18 내지 도 21에 나타낸 바와 같이, 기초 및 벽체 구조물(110), PSC 빔(T형; 200), PC(프리케스트) 판넬(210), 정착판(220), 상부슬래브(230)를 포함하고 있다.
상기 제2 실시예의 PSC 빔 라멘교는 상기 제1 실시예(도 1)와 비교하면, PSC 빔(200)이 T형 PSC 빔으로 바뀌고 나머지 구성은 상기 제1 실시예와 도면부호만 다를뿐 동일하다.
도 18 내지 도 21에서, 도면부호 201은, PC(프리케스트) 판넬 받침홈, 202는 정착판 연결용 돌출철근, 203은 정착구, 210은 PC(프리케스트) 판넬, 220은 정착판(강판), 221은 너트, 230은 상부슬래브, 240은 단부 헌치부, 250은 단부벽체(콘크리트 현장타설), 260은 가로보 설치 위치, 270은 켄틸레버부를 나타낸다.
상기 PSC 빔(200)은 T형 단면으로 형성되며, 상부플랜지, 하부플랜지, 복부콘크리트로 구성된다. 상기 T형 PSC 빔(200)은 경간단 길이 20m 이하의 교량에 적용될 수 있다.
상기 PSC 빔(200)은, 교대 또는 교각을 완성한 후 그 위에 지상에서 미리 제작된 T형 PSC 빔(200)을 가설하여 콘크리트 슬래브를 완성한다. 상기 PSC 빔(200)은 설계 하중에 의한 빔 하단 콘크리트에 발생하는 인장 응력을 감소시키기 위해 PC강선 등의 긴장재를 이용하여 압축 응력을 도입함으로써 콘크리트 균열의 원인인 인장응력을 상쇄시키도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 PSC 빔(200) 인장의 목적은 프리스트레스를 주기 위함이다. 상기 PSC 빔(200)이 역할을 수행하기 위한 PS강연선의 인장력은 표준도에 명시되어 있다. 긴장력은 표준도에 명시된 인장력값을 기준으로 한다.
휨모멘트 발생 비교
도 22는 합성 전의 일반 현장타설 라멘교와 PSC 빔 라멘교의 휨모멘트 발생 비교도이고, 도 23은 합성 후의 일반 현장타설 라멘교와 PSC 빔 라멘교의 휨모멘트 발생 비교도이다.
도 22를 참조하면, 합성 전(단순 빔거치 및 바닥판 타설시까지)에는, PSC빔을 벽체 위에 단순 거치한 후 상부슬래브를 타설하므로, 우각부에서는 부모멘트가 발생하지 않고 중앙부에서는 일반현장타설 라멘교보다 정모멘트가 크게 발생한다.
도 23을 참조하면, 합성 후(활하중 및 모든 하중 작용시)에는, 우각부가 강결되어 일반 현장타설 라멘교보다는 우각부에서 부모멘트가 작게 발생하고 중앙부에는 정모멘트가 크게 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에서는, PSC빔 라멘교의 우각부는 일반 철근콘크리트 단면으로 보강하고, 중앙부는 상부빔에 PS강선을 보강한 PSC빔 단면으로 단면보강을 하여 라멘교를 형성함으로써, 휨모멘트 발생을 줄이도록 구현하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교 및 그의 시공 방법은, PSC 빔(130)의 단부에 돌출된 정착판 연결용 돌출철근(132)을 정착판(150)의 철근 삽입구에 끼워서 상기 정착판(150)의 후면이 교대 상부에 수직으로 돌출된 정착판 보강철근(122)에 밀착되도록 삽입한 후 상기 정착판(150)의 전면에 돌출된 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)에 너트(151)를 체결 고정하여 상기 정착판(150)을 통해 상기 정착판 보강철근(122)과 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)을 하나로 결합하여 고정시킴으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 프리스트레스트 콘크리트(prestressed concrete; PSC) 빔 라멘교
101 : 지반면 102 : 버림 콘크리트
110 : 기초 및 벽체 구조물 111 : 벽체상단 빔 안착길이
112 : 벽체상단 보강부 121 : 우각부 연결철근
122 : 장착판 보강철근 123 : 탄성고무패드 또는 강판
130 : PSC 빔(I형)
131 : PC(프리케스트) 판넬 받침홈
132 : 정착판 연결용 돌출철근
133 : 정착구 134 : 매입커플러
135 : 빔단부 합성용 철근 136 : 텐던
140 : PC(프리케스트) 판넬 150 : 정착판
151 : 너트 160 : 벽체 전면철근
161 : 벽체 배면철근(우각부 주철근) 170 : 철근커플러
180 : 상부슬래브 철근 190 : 상부슬래브
191 : 단부 헌치부
192 : 단부벽체(콘크리트 현장타설)
193 : 가로보 설치 위치 194 : 현장타설 가로보
195 : 강재 가로보 200 : PSC 빔(T형)
201 : PC(프리케스트) 판넬 받침홈
202 : 정착판 연결용 돌출철근
203 : 정착구 210 : PC(프리케스트) 판넬
220 : 정착판(강판) 221 : 너트
230 : 상부슬래브 240 : 단부 헌치부
250 : 단부벽체(콘크리트 현장타설)
260 : 가로보 설치 위치 270 : 켄틸레버부

Claims (5)

  1. (a) 기초 지반면(101)에 버림콘크리트(102)를 타설하고 상부에 우각부 연결철근(121)과 정착판 보강철근(122)이 수직으로 돌출되게 교각의 기초 및 벽체 구조물(110)을 형성하는 단계와, (b) 상기 기초 및 벽체 구조물(110)의 빔거치면(111)을 정리한 후 탄성고무패드 또는 강판(123)을 설치한 다음 크레인을 이용하여 PSC 빔(130)을 거치하는 단계와, (c) 벽체 배면철근(161)에 철근커플러(170)를 연결하고 우각부 및 상부슬래브 철근(180)을 설치하고 거푸집을 설치한 후 슬래브 콘크리트를 타설하여 상부슬래브(190)를 형성하는 단계와, 및 (d) 난간, 배수로를 포함한 부대공을 설치하고 노면을 포장하여 완공하는 단계를 포함하는 프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교의 시공 방법에 있어서,
    상기 PSC 빔(130)은, 단부에 수평으로 돌출된 정착판 연결용 돌출철근(132)에 정착판(150)을 끼워서 상기 기초 및 벽체 구조물(110) 상부에 수직으로 돌출된 상기 정착판 보강철근(122)에 상기 정착판(150)의 후면이 밀착되도록 삽입한 후 상기 정착판(150)의 전면에 돌출된 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)에 너트(151)를 체결하여 상기 정착판(150)을 고정함으로써 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)과 상기 정착판 보강철근(122)을 하나로 결합하여 고정하고,
    상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이는 상기 PSC 빔(130) 길이(L)의 1/180 이상 확보하고,
    상기 기초 및 벽체 구조물(110)은 상단 바깥쪽 외벽에 상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이 만큼 벽체상단 보강부(112)를 돌출 형성하는,
    프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교의 시공 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교의 시공 방법은,
    상기 PSC 빔(130)의 측면에 PC 판넬 받침홈(131)을 형성하고, 상기 PC 판넬 받침홈(131)에 PC(프리케스트) 판넬(140)을 설치하거나 또는 상기 PSC 빔(130)의 양쪽에 거푸집 및 동바리를 설치한 후 슬래브 콘크리트를 타설하여 상부슬래브(190)를 형성하는,
    프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교의 시공 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교의 시공 방법은,
    상기 PSC 빔(130)의 우각부는 일반 철근콘크리트 단면으로 보강하고,
    상기 PSC 빔(130)의 중앙부는 상부빔에 PS강선을 보강한 PSC빔 단면으로 단면보강을 하여 라멘교를 형성한,
    프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교의 시공 방법.
  5. 기초 지반면(101)의 버림콘크리트(102) 상에 형성되고 상부에 우각부 연결철근(121)과 정착판 보강철근(122)이 수직으로 돌출 형성되고 상부에 빔거치면(111)이 형성된 기초 및 벽체 구조물(110)과, 상기 빔거치면(111)의 탄성고무패드 또는 강판(123)에 거치된 PSC 빔(130)과, 상기 PSC 빔(130) 상부에 슬래브 콘크리트를 타설하여 형성된 상부슬래브(190)를 포함하는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 빔 라멘교에 있어서,
    상기 PSC 빔(130)은, 단부에 수평으로 돌출된 정착판 연결용 돌출철근(132)에 정착판(150)을 끼워서 상기 기초 및 벽체 구조물(110) 상부에 수직으로 돌출된 상기 정착판 보강철근(122)에 상기 정착판(150)의 후면이 밀착되도록 삽입한 후 상기 정착판(150)의 전면에 돌출된 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)에 너트(151)를 체결하여 상기 정착판(150)을 고정함으로써 상기 정착판 연결용 돌출철근(132)과 상기 정착판 보강철근(122)을 하나로 결합하여 고정하고,
    상기 PSC 빔(130)의 중앙부는 상부빔에 PS강선을 보강한 PSC빔 단면으로 단면보강을 하여 라멘교를 형성하고,
    상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이는 상기 PSC 빔(130) 길이(L)의 1/180 이상 확보하고,
    상기 기초 및 벽체 구조물(110)은 상단 바깥쪽 외벽에 상기 PSC 빔(130)의 빔 안착길이 만큼 벽체상단 보강부(112)가 돌출 형성된,
    프리스트레스트 콘크리트 빔 라멘교.
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