KR102282293B1 - 파형강판 구조물의 설계 방법 및 이에 의하여 설계된 파형강판 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파형강판 구조물의 설계 방법 및 이에 의하여 설계된 파형강판 구조물에 관한 것으로서, 파형강판 플레이트를 조립하여 형성하는 파형강판 구조물에 있어서 시공 완료 상태에서의 처짐량을 계산하고 이를 파형강판 구조물 상부의 솟음량으로 설계에 재반영함로써, 시공 완료 상태에서 사하중 등에 의한 구조물의 변형이 발생하더라도 원래의 설계 단면의 형상과 최대한 가깝게 유지하도록 하기 위한 설계 방법과 이에 의하여 설계된 파형강판 구조물을 제공한다. 본 발명은, 파형강판 구조물의 시공완료상태에서의 하중에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량을 계산하는 제1단계; 상기 제1단계에서 계산한 수직처짐량을 파형강판 구조물 상부의 솟음량으로 결정하여 파형강판 플레이트에 적용하는 2단계;를 포함하여 구성된다. 파형강판 구조물 상부의 수직처짐은 파형강판 구조물에 작용하는 설계하중에 의한 처짐, 파형강판 자중에 의한 처짐 및 파형강판 플레이트의 볼트 이음부에 의한 처짐으로 구분할 수 있다.

Description

파형강판 구조물의 설계 방법 및 이에 의하여 설계된 파형강판 구조물{Design method of corrugated steel plate structure and corrugated steel plate structure designed thereby}
본 발명은 파형강판 구조물의 설계 방법 및 이에 의하여 설계된 파형강판 구조물에 관한 것으로서, 파형강판 플레이트를 조립하여 형성하는 파형강판 구조물에 있어서 시공 완료 상태에서의 처짐량을 계산하고 이를 파형강판 구조물 상부의 솟음량으로 설계에 재반영함로써, 시공 완료 상태에서 사하중 등에 의한 구조물의 변형이 발생하더라도 원래의 설계 단면의 형상과 최대한 가깝게 유지하도록 하기 위한 설계 방법과 이에 의하여 설계된 파형강판 구조물을 제공한다.
일반적으로 새로운 고속도로나 국도, 철도 등의 건설에는 평지뿐만 아니라 산악지역을 거치는 경우가 많고, 특히 우리나라처럼 산악지역이 많은 경우에는 자연환경적인 문제나 시공비용의 문제 등으로 인하여 산악을 절개하지 않고 터널 등을 굴착하여 도로를 건설하는 경우가 많다.
굴착 시공되는 터널은 발파 등에 의해 굴착된 터널의 암벽면에 숏크리트를 시공한 후 락볼트 등을 매립하고 쇼트크리트의 표면에 다시 방수공사를 하고 라이닝 콘크리트를 타설함으로써 터널시공을 완료한다.
최근에는 시공의 편의성과 경제성 등을 고려하여 파형강판 구조물을 이용하여 시공하는 경우가 증가하고 있는 실정이며, 상기 파형강판은 금속판에 파형의 굴곡을 성형하여 형상강도를 높인 것으로, 여타 콘크리트 제품에 비해 사용이 간편하고 제조비용이 저렴하다는 장점이 있다.
파형강판(corrugated steel plates)은 일정 크기의 구조용 강판재를 정해진 규격의 주름 모양으로 성형한 금속판으로서, 파형강판구조물은 파형강판을 볼트로 연결하여 단면을 형성한 후 주변과 상부를 구조적 뒤채움재로 다짐하여 흙-구조물 상호작용으로부터 외부 하중을 지지하는 구조물이다.
파형강판 구조물의 경우에는 아치(Arch) 구조물, 박스(Box) 구조물 또는 박스형 교량구조물(DSA, Deck Slab Arch Bridge) 형태로, 도로횡단통로, 개착터널, 피암터널, 교량구조물 등에 사용되고 있다.
파형강판구조물은 강성이 증가한 파형강판을 도면에서 요구한 곡률로 가공한 후 조립에 필요한 볼트홀을 생성하며, 내구성을 위하여 용용도금을 한 후 현장에서는 고장력 볼트로 연결하여 조립을 완료합니다. 그리고 볼트 주변과 파형강판의 겹침부에 방수 처리 후에 구조계산서 및 시방서에서 요구하는 뒤채움재료 및 다짐을 하여 완성된다.
한편, 파형강판 암거와 관련한 표준시방서(KCS 11 40 10 : 2019)에 의하면, 파형강판 구조물은 조립 직후, 뒤채움 도중, 시공 완료 직후에 단면의 형상 크기 변화를 측정하여야 한다. 도 1은 표준시방서에 도시된 다양한 파형강판 구조물의 적용단면인데, 파형강판의 단면 허용 변형량을 표준형 강판을 적용할 때에는 구조물 높이(rise, R)의 5% 이내로, 대골형 강판을 적용할 때에는 구조물 높이(rise, R)의 2% 이내로 제한하고 있다. 특히, 조립이 끝나면 뒤채움을 시작하기 전에 단면 크기를 측정하여 설계 형상에서 5% 이상 벗어난 경우에는 볼트를 느슨히 풀어 형상을 맞춘 후 다시 조립하여야 한다.
하지만 표준시방서에서는 변형량의 허용 기준이 모두 설계 단면을 기준으로 하는 것인지, 아니면 직전 측정시기의 단면을 기준으로 하는 것인지 명확하지 않은 문제가 있다. 즉, 시공 완료 직후에 단면의 변화를 측정하는 경우에 있어서, 변형의 기준을 설계 단면으로 한다면 변형량이 허용 기준을 벗어나지만, 조립 직후의 단면을 기준으로 한다면 변형량이 허용 기준의 범위 이내에 속할 수 있는데, 이와 같은 경우에는 발주자와 시공자 사이에 재시공의 필요성에 대한 이견이 발생할 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서 표준시방서의 설계기준을 명확하게 하는 것도 필요하겠지만, 파형강판 구조물의 조립, 뒤채움 도중 및 시공완료 직후 등 모든 시공단계에서 현장 계측의 결과가 설계 단면을 기준으로 허용범위 이내가 되도록 하는 해결방안이 요구되는 실정이다.
국내 공개특허공보 제10-2017-0104790호(2017.09.18.) 국내 등록특허공보 제10-0875249호(2008.12.19.) 국내 등록특허공보 제10-0875251호(2008.12.19.) 국내 등록특허공보 제10-0704304호(2007.04.06.)
본 발명의 목적은 파형강판 구조물의 조립, 뒤채움 도중 및 시공완료 직후 등 모든 시공단계에서 현장 계측의 결과가 설계 단면을 기준으로 허용범위 이내가 되도록 하는 해결방안을 제공하기 위한 것으로서, 파형강판 구조물의 처짐량을 파형강판 구조물 상부의 솟음량으로 반영함으로써 구조적으로 안정될 뿐만 아니라 각 시공단계에서도 계측 결과가 설계 단면을 기준으로 허용범위 이내가 되도록 하는 방안을 제시하고자 한다.
파형강판 구조물이 파형강판 플레이트의 조립에 의해서 시공되는 점을 고려하여, 파형강판 구조물의 변형에 영향을 주는 요인을 검토하여 각 요인에 의한 처짐량을 쉽게 계산할 수 있는 방법을 제시하는데, 특히, 파형강판 플레이트의 볼트 이음부에 의한 처짐량 계산을 간단하게 할 수 있는 방법을 제시함으로써 설계의 간편을 도모하고자 한다.
그리고, 솟음량을 파형강판 구조물에 도입함에 있어서도 전체 설계 단면을 조정하지 않고도 간편하게 반영할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
본 발명은, 파형강판 구조물의 시공완료상태에서의 하중에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량을 계산하는 제1단계; 상기 제1단계에서 계산한 수직처짐량을 파형강판 구조물 상부의 솟음량으로 결정하여 파형강판 플레이트에 적용하는 2단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
파형강판 구조물 상부의 수직처짐량을 계산하는 상기 제1단계는, 파형강판 구조물에 작용하는 설계하중에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량, 파형강판 자중에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량, 및 파형강판 플레이트의 볼트 이음부에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량의 합에 의하여 결정한다. 이 때, 수직처짐량의 합이 구조물 높이의 5%를 초과하는 경우에는 제2단계의 솟음량을 구조물 높이의 5%로 결정하는 것이 바람직하다.
파형강판 플레이트의 볼트 이음부에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량의 합은, 볼트 이음부의 개수에 0.40 ~ 3.80mm를 곱한 값의 범위 내에서 선택할 수 있는데, 바람직하게는 볼트 이음부의 개수에 3.00mm를 곱하여 산정하는 것이 설계의 편리성 측면에서 유리하다.
그리고, 파형강판 구조물 상부의 솟음량을 파형강판 플레이트에 적용하는 단계에서는, 측면의 파형강판 플레이트의 곡률반경은 고정하고, 상부의 파형강판 플레이트의 곡률반경을 상기 솟음량에 맞게 곡률반경을 축소시킴에 의할 수 있다.
이와 같이 설계 방법에 의하여 설계된, 파형강판 구조물은 파형강판 구조물의 처짐량을 파형강판 구조물 상부의 솟음량으로 반영함으로써 구조적으로 안정될 뿐만 아니라 각 시공단계에서도 계측 결과가 설계 단면을 기준으로 허용범위 이내가 되도록 하는 방안을 제시하고자 한다.
본 발명에 의한 파형강판 구조물 설계방법은 파형강판 구조물의 조립, 뒤채움 도중 및 시공완료 직후 등 모든 시공단계에서 현장 계측의 결과가 설계 단면을 기준으로 허용범위 이내가 되도록 하기 때문에 시공과정에서 발주자와 시공자 사이의 불필요한 분쟁을 해소할 수 있어 시공성을 향상시킬 수 있다.
또한, 파형강판 구조물이 파형강판 플레이트의 조립됨에 따른 특성을 고려하여 처짐량을 쉽게 계산할 수 있는 방법을 제시하기 때문에, 파형강판 구조물의 거동을 보다 명확하게 이해할 수 있는 효과가 있다.
또한, 파형강판 구조물의 변형에 영향을 주는 요인을 분석하고 특히 플레이트의 볼트 이음부에 의한 처짐량 계산을 간단하게 할 수 있는 방법을 제시함으로써 파형강판 구조물 설계의 편리성이 증가한다.
그리고, 전체 설계 단면을 모두 조정하지 않고도 파형강판 구조물에 솟음량을 도입하는 방안을 제시함으로써 설계 및 시공의 편리성이 증가한다.
도 1은 표준시방서의 파형강판 구조물 적용단면이다.
도 2a는 휨 실험체 종단면도이다.
도 2b는 볼트 이음부가 있는 휨 실험체 평면도이다.
도 3a는 휨 실험 방법 개념도이다.
도 3b는 휨 실험 가력부와 지지부의 지그 장치 측면도이다.
도 4는 휨 실험 사진이다.
도 5는 휨 실험에 의한 하중-변위 곡선이다.
도 6은 휨 실험에 의한 하중-변위 초기 곡선이다.
도 7a은 파형강판 아치구조물의 설계 단면도이다.
도 7b은 파형강판 아치구조물의 조립도이다.
도 7c은 본 발명에 의한 솟음량을 반영한 파형강판 아치구조물의 설계 단면도이다.
도 8a은 파형강판 박스형구조물의 설계 단면도이다.
도 8b은 파형강판 박스형구조물의 조립도이다.
도 8c은 본 발명에 의한 솟음량을 반영한 파형강판 박스형구조물의 설계 단면도이다.
도 9a은 파형강판 박스형 교량구조물의 설계 단면도이다.
도 9b은 파형강판 박스형 교량구조물의 조립도이다.
도 9c은 본 발명에 의한 솟음량을 반영한 파형강판 박스형 교량구조물의 설계 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은, 파형강판 구조물의 시공완료상태에서의 하중에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량을 계산하는 제1단계; 상기 제1단계에서 계산한 수직처짐량을 파형강판 구조물 상부의 솟음량으로 결정하여 파형강판 플레이트에 적용하는 2단계;를 포함하여 구성된다.
파형강판 구조물 상부의 수직처짐은 파형강판 구조물에 작용하는 설계하중에 의한 처짐, 파형강판 자중에 의한 처짐 및 파형강판 플레이트의 볼트 이음부에 의한 처짐으로 구분할 수 있다.
설계하중에 의한 처짐은, 파형강판 구조물의 시공완료 후 파형강판 구조물의 상부에 작용하는 뒤채움 재료 및 콘크리트의 사하중에 의해 발생하는 처짐으로써, 구조해석 프로그램 등을 이용한 구조해석에 의해서 계산할 수 있다.
파형강판 자중에 의한 처짐은, 파형강판 구조물을 구성하는 파형강판 플레이트의 자중에 의해 발생하는 처짐으로써, 이 또한 구조해석 프로그램 등을 이용한 구조해석에 의해서 계산할 수 있다.
파형강판 플레이트의 볼트 이음부에 의한 처짐은, 복수의 파형강판을 볼트로 연결하여 시공하는 파형강판 구조물의 특성을 반영한 것으로서, 구조적으로 일체화되지 않게 하는 볼트 이음부의 존재와 볼트 이음부에서 볼트공의 여공으로 인해 발생하는 것으로 파악된다. 파형강판을 조립하기 위해서는 파형강판의 단부에 복수의 볼트공을 형성하는데, 통상적으로 20mm 직경의 볼트를 이용할 때에는 종방향 직경 26mm의 볼트공을 형성하고, 22mm 직경의 볼트를 이용할 때에는 종방향 직경 28mm의 볼트공을 형성하여 6mm의 여공을 형성하기 때문에 조립 후에 구조물 상부에 하중이 작용하게 되면 여공으로 인해 추가적인 처짐이 발생한다.
파형강판 플레이트의 볼트 이음부에 의한 처짐량을 산정하기 위해서, 파형강판 플레이트에 대한 휨 실험을 진행하였다. 휨 실험은 볼트 이음부의 유무에 따라 이음부가 있는 경우와 없는 경우로 나누어 플레이트에 하중을 가하면서 플레이트 중앙부에서의 하중에 따른 변위를 측정한 것으로서, 볼트 이음부가 있는 플레이트와 볼트 이음부가 없는 플레이트의 변위의 차이가 볼트 이음부에 의한 처짐량으로 산정된다.
이하에서는 휨 실험에 대해서 상세하게 설명한다.
휨 실험은 일반 구조용 강인 SS450으로 제작된 대골형 파형강판 플레이트(1)를 대상으로 하였으며, 도면 2a에 도시된 바와 같은 단면을 갖고, 강판 두께는 9mm인 것을 대상으로 하였다. 이음부가 없는 실험체와 이음부가 있는 실험체 길이는 모두 8,000mm이다. 실험체의 폭은 1,076mm이며 볼트 이음부가 있고 볼트 배열수가 3열인 경우의 두 강판 연결부 길이는 238mm이고, 볼트 이음부에는 파형의 골과 봉우리, 그리고 복부에 각각 76mm 간격으로 직경 22mm 볼트를 체결하였다.
도 3a와 같이 4점 재하 휨 실험으로 구성하였으며 실험장비는 3,000kN 유압식 만능재료시험기를 이용하였다. 가력부(2)와 지점부(3)에는 도 3b와 같이 강판과 동일한 파형을 가지는 지그(5)를 설치하여 파형강판과 완전히 밀착되도록 하였다. 휨 변형을 파악하기 위하여 지간 중앙부 및 가력 위치의 하부에 변위계(3)를 설치하여 수직 변위를 측정하였다. 도 4는 휨 실험을 진행한 사진이다.
실험 결과, 도 5에 도시된 바와 같은 하중-변위 곡선을 얻을 수 있었으며, 볼트 이음부가 있는 경우와 볼트 이음부가 없는 실험체에서 지간 중앙부의 수직변위에 차이가 있음을 알 수 있었다.
도 6은 도 5의 하중-변위 곡선의 초기 형태를 확대한 것인데, 이로부터 실제시공현장에서의 볼트 이음부에 의한 처짐량을 계산할 수 있다. 즉, 도 6에는 하중에 따른 파형강판 플레이트 중앙부의 변위가 개시되어 있으므로, 파형강판에 작용하는 하중을 정확하게 계산할 수 있다면 그 하중에서의 변위차를 산정할 수 있으며, 그 변위차를 이음부 1개소에 의해서 발생되는 처짐량으로 간주하고 상기 변위차에 이음부의 개수를 곱함으로써 파형강판 구조물의 이음부에 의한 전체 처짐량을 계산할 수 있다. 그리고 실제 파형강판 구조물에 사용되는 파형강판 플레이트는 종류에 따라 폭과 너비가 상이하므로 보다 정확한 처짐량 산정을 위해서는 사용되는 종류의 파형강판 플레이트 실험을 진행하는 것이 이상적이지만, 시간과 비용이 과다하게 소요될 뿐만 아니라 실험체의 종류 또는 두께를 변경하더라도 실험결과에는 큰 차이가 없으므로 위의 실험결과를 활용하는 것이 보다 바람직하다.
따라서, 본 발명에서는 도 6의 하중-변위 곡선을 이용하여 보다 간단하게 처짐량을 산정하는 방법을 제시한다. 파형강판 구조물 상부 토피 두께를 0.1 내지 0.2m로 시공된다고 가정하고, 이를 하중으로 환산하면 16kN 내지 32kN이 작용하게 되는데, 이에 해당하는 하중에서의 변위를 도 6 및 실험결과에서 찾아보면 아래의 표 1과 같다.
하중 변위(이음부 없는 실험체) 변위(이음부 있는 실험체)
16kN 7.09㎜ 7.49㎜
32kN 13.88㎜ 17.68㎜
0.1m(토피부 두께)×8m(실험체 지간)×1m(실험체 폭)×20kN/㎥(토사단위중량) = 16kN
0.2m(토피부 두께)×8m(실험체 지간)×1m(실험체 폭)×20kN/㎥(토사단위중량) = 32kN
표 1에 나타난 바와 같이, 16kN의 하중이 작용할 때에는 이음부 있는 실험체와 이음부 없는 실험체의 중앙부 수직변위가 0.40mm의 차이가 발생하고, 32kN의 하중이 작용할 때에는 이음부 있는 실험체와 이음부 없는 실험체의 중앙부 수직변위가 3.80mm의 차이가 발생하는데, 이 차이를 파형강판 플레이트의 이음부 1개소에 의해 발생되는 수직처짐량으로 산정할 수 있다. 그리고, 실험은 지간 중앙부를 전제로 하였지만 플레이트 이음부는 구조물의 측면에도 존재하고, 구조물 측면의 플레이트 이음부에도 하중이 작용하여 이음부 볼트 여공에 의한 처짐이 발생하므로 지간 중앙부에서 얻은 실험값을 이용하더라도 전체 처짐량 산정에 불합리한 점이 있다고 하기 어렵다. 따라서, 파형강판 플레이트의 이음부에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량은 이음부의 개소에 0.40mm 내지 3.80mm를 곱한 값의 범위 내에서 선택할 수 있다. 예를 들어, 파형강판 구조물의 이음부가 5개소가 있는 경우라면, 2.00 ~ 19.00mm 의 범위 내에서 선택할 수 있다.
한편, 이음부의 수직처짐량을 0.40 ~ 3.80mm의 범위 내의 값인 3.00mm를 선택하면 범위를 벗어나지 않으면서도, 처짐량을 쉽게 계산할 수 있다. 즉, 볼트 이음부가 5개소가 있는 파형강판 구조물이라면, 볼트 이음부에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량을 15.00mm로 산정한다.
이와 같이 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량을, 파형강판 구조물에 작용하는 설계하중에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량, 파향강판 자중에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량, 및 파형강판 플레이트의 볼트 이음부에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량의 합에 의하여 계산한다.
파형강판 구조물 상부의 전체 수직처짐량을 구하였다면, 이 수직처짐량을 파형강판 구조물 상부의 솟음량으로 결정한다. 다만, 계산된 수직처짐량의 합이 구조물 높이의 5%를 초과하는 경우에는, 표준시방서에 부합하기 위해 구조물 높이의 5%를 솟음량으로 결정하는 것이 바람직하다.
솟음량(camber) 결정은 사하중에 의해 발생하는 구조물의 변형을 부재 제작시 미리 반영하여 구조물의 완공형상을 설계형상과 최대한 일치시키기 위한 것으로서, 일반적으로는 보, 슬래브 및 트러스 등의 수평 부재가 하중에 의한 처짐을 고려하여 상향으로 들어올리는 것을 말하는데, 지금까지 파형강판 구조물에서는 솟음량을 고려하지 않고 설계 및 시공이 이루어져 왔다.
파형강판 구조물 상부의 솟음량(camber)을 파형강판 플레이트에 적용하는 단계에서는, 파형강판 구조물을 구성하는 플레이트의 전체 곡률반경을 조정하는 방법도 있지만, 구조물 측면의 파형강판 플레이트의 곡률반경은 고정하고, 상부의 파형강판 플레이트의 곡률반경을 상기 솟음량에 맞게 곡률반경을 축소시키는 방법이 설계 및 시공의 편리성을 고려할 때 바람직하다.
이와 같은 설계 방법에 의하여 설계 및 시공된 파형강판 구조물은, 파형강판 구조물의 처짐량을 파형강판 구조물 상부의 솟음량으로 반영함으로써 구조적으로 안정될 뿐만 아니라 각 시공단계에서도 계측 결과가 설계 단면을 기준으로 허용범위 이내가 되며, 최종 시공 후에도 원래의 설계 단면에 보다 가까운 형상을 유지할 수 있다.
아래에서는 파형강판 구조물의 형태에 따른 처짐량의 계산과 솟음량을 반영한 실시예를 설명하도록 한다.
실시예 1은 아치형 파형강판 구조물에 대한 것으로서, 파형강판 내측 기준 반경 R=10.095m의 반원형 아치 구조물에 대한 것이다. 도 7a는 설계 단면을 도시한 것이고, 도 7b는 조립도이며, 도 7c는 솟음량을 고려한 설계 단면이다. 구조 계산에 의해 사하중에 의한 처짐량은 35㎜, 파형강판 자중에 의한 처짐량은 42㎜로 계산되었다. 그리고 이음부에 의한 처짐량은 이음부 7개소가 존재하므로 7×3㎜=21㎜로, 전체 처짐량은 35㎜+42㎜+21㎜ = 98㎜로 계산되었다. 이에 따라 캠버량을 98㎜로 결정하면, 파형강판 구조물 천단부의 높이는 10.193m로 조정하되, 측면의 파형강판 플레이트의 곡률반경은 원래와 같이 R=10.095m를 유지하고, 상부의 파형강판 플레이트의 곡률반경을 R=9.997m로 조정하여 캠버량을 설계에 반영할 수 있다.
실시예 2는 박스형 파형강판 구조물에 대한 것으로서, 파형강판 내측 기준 스팬은 9.235m, 높이는 3.229m인 구조물이다. 도 8a는 설계 단면을 도시한 것이고, 도 8b는 조립도이며, 도 8c는 솟음량을 고려한 설계 단면이다. 구조 계산에 의해 사하중에 의한 처짐량은 29㎜, 파형강판 자중에 의한 처짐량은 1㎜로 계산되었다. 그리고 이음부에 의한 처짐량은 이음부 3개소가 존재하므로 3×3㎜=9㎜로, 전체 처짐량은 29㎜+1㎜+9㎜ = 39㎜로 계산되었다. 이에 따라 캠버량을 39㎜로 결정하면, 파형강판 구조물 천단부의 높이는 3.268m로 조정하되, 측면의 파형강판 플레이트의 곡률반경은 원래와 같이 R=2.700m를 유지하고, 상부의 파형강판 플레이트의 곡률반경은 원래의 R=20.000m에서 R=15.273m로 조정하여 캠버량을 설계에 반영할 수 있다.
실시예 3은 박스형 교량구조물 파형강판 구조물에 대한 것으로서, 파형강판 내측 기준 스팬은 20.127m, 높이는 3.787m인 구조물이다. 도 9a는 설계 단면을 도시한 것이고, 도 9b는 조립도이며, 도 9c는 솟음량을 고려한 설계 단면이다. 파형강판 계산서에 의해 사하중에 의한 처짐량은 38㎜, 파형강판 자중에 의한 처짐량은 56㎜로 계산되었다. 그리고 이음부에 의한 처짐량은 이음부 5개소가 존재하므로 5×3㎜=15㎜로, 전체 처짐량은 38㎜+56㎜+15㎜ = 109㎜로 계산되었다. 이에 따라 109㎜를 캠버량으로 결정하면, 파형강판 구조물 천단부의 높이는 3.896m로 조정하되, 측면의 파형강판 플레이트의 곡률반경은 원래와 같이 R=1.016m를 유지하고, 상부의 파형강판 플레이트의 곡률반경은 원래의 R=55.000m에서 R=47.401m로 조정하여 캠버량을 설계에 반영할 수 있다.
위의 실시예들과 같이, 처짐량을 계산하여 상부의 파형강판 플레이트의 곡률반경을 조정함으로써 솟음량을 추가하는 본 발명에 의한 파형강판 구조물 설계방법에 의한다면, 파형강판 구조물의 조립, 뒤채움 도중 및 시공완료 직후 등 모든 시공단계에서 현장 계측의 결과가 설계 단면을 기준으로 허용범위 이내가 될 수 있기 때문에 시공성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 최종 시공 후에도 원래의 설계 단면에 보다 가까운 형상을 유지할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 캠버량이 반영된 설계 단면에 따라 파형강판 플레이트를 요구되는 곡률로 가공한 후 현장에서 조립하여 파형강판 구조물이 시공된다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 특히 위의 실시예에서 설명한 파형강판 구조물 이외의 단면에 대해서도 본 발명에 의한 설계방법이 적용될 수 있음은 물론이다.
1 : 파형강판 플레이트 2 : 가력부
3 : 변위계 4 : 지지대
5, 6: 지그장치

Claims (7)

  1. 파형강판 구조물의 시공완료 상태에서의 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량을 계산하는 제1단계;
    상기 제1단계에서 계산한 수직처짐량을 파형강판 구조물 상부의 솟음량으로 결정하여 파형강판 플레이트에 적용하는 제2단계;를 포함하며,
    상기 제1단계는, 파형강판 구조물에 작용하는 설계하중에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량, 파형강판 자중에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량, 및 파형강판 플레이트의 이음부에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량의 합에 의하여 결정하되,
    상기 파형강판 플레이트의 이음부에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량의 합은, 이음부의 개수에 0.40 ~ 3.80mm를 곱한 값의 범위 내에서 선택하는 것을 특징으로 하는 파형강판 구조물 설계 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1단계에서 구한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량의 합이 구조물 높이의 5%를 초과하는 경우에는 구조물 높이의 5%를 상기 제2단계의 솟음량으로 결정하는 것을 특징으로 하는 파형강판 구조물 설계 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 파형강판 플레이트의 이음부에 의한 파형강판 구조물 상부의 수직처짐량의 합은, 이음부의 개수에 3.00mm를 곱하여 산정하는 것을 특징으로 하는 파형강판 구조물 설계 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    파형강판 구조물 상부의 솟음량을 파형강판 플레이트에 적용하는 상기 제2단계는,
    측면의 파형강판 플레이트의 곡률반경은 고정하고, 상부의 파형강판 플레이트의 곡률반경을 상기 솟음량에 맞게 곡률반경을 축소시키는 것을 특징으로 하는 파형강판 구조물 설계 방법.
  7. 청구항 1, 3, 5 및 6 중 어느 하나의 설계 방법에 의하여 설계된 파형강판 구조물.
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