KR102295050B1 - 바닥판 철거시 거더 상면의 균열을 방지하고 시공성 및 작업안전성이 우수한 개량형 psc 빔 및 그 시공 방법 - Google Patents

바닥판 철거시 거더 상면의 균열을 방지하고 시공성 및 작업안전성이 우수한 개량형 psc 빔 및 그 시공 방법 Download PDF

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KR102295050B1
KR102295050B1 KR1020210015953A KR20210015953A KR102295050B1 KR 102295050 B1 KR102295050 B1 KR 102295050B1 KR 1020210015953 A KR1020210015953 A KR 1020210015953A KR 20210015953 A KR20210015953 A KR 20210015953A KR 102295050 B1 KR102295050 B1 KR 102295050B1
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정진석
하창민
한형주
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(주)신승이앤씨
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Abstract

본 발명은 개량형 PSC 빔 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 거더 상부의 중간 구간에 제1 긴장재(110)를 PSC 빔 하면의 콘크리트 허용 인장응력 범위내에서 긴장시켜 정착하고, 거더 양쪽 단부에 제2 긴장재(120)를 포물선 형상으로 빔 하부를 경유하여 긴장시키되 거더 상면에 발생하는 인장응력의 크기를 허용응력 이내로 제어하여 긴장시킨 후 정착시켜 설치함으로써, 동일 형고의 지간의 PSC 빔 보다 더 많은 긴장력을 도입할 수 있어 보다 긴 장지간 거더를 제작할 수 있고, 상부 바닥판(130) 철거시 거더 상면에 발생하는 인장응력을 상쇄시켜 거더 상면에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의한 개량형 PSC 빔 시공 방법은, (a) 상부플랜지, 하부플랜지 및 복부플랜지 콘크리트로 형성하고, 길이 방향의 중앙부에 확폭플랜지(101)를 형성하고, 상부플랜지가 하부플랜지보다 폭이 큰 I형 단면을 형성하며, 상기 PSC 빔(100) 상부의 중간 일부구간에 지간 길이의 1/2 이상의 길이로 제1 정착장치(111)를 설치하고, 상기 PSC 빔(100)의 양쪽 단부에 제2 정착장치(121)를 설치한 PSC 빔(100)을 제작장에서 제작하는 단계; (b) 상기 PSC 빔(100)의 제작장에서, 상기 제1 정착장치(111)에 제1 긴장재(110)를 삽입하여 수평으로 긴장시키되 상기 PSC 빔(100) 지간중앙부 하면의 콘크리트 허용 인장응력 범위내에서 긴장시켜 장착한 다음, 상기 제2 정착장치(121)에 제2 긴장재(120)를 삽입하여 포물선 형상으로 빔 하부를 경유하여 긴장시키되 거더 상면에 발생하는 인장응력의 크기를 허용응력 이내로 제어하고 거더 상하면의 응력이 압축상태 또는 콘크리트 허용 인장응력 내에서 0에 근접하도록 강선 긴장을 유도한 후 정착시킨 다음 그라우팅 하여, 상기 PSC 빔(100)을 교각에 거치하기전 제작장에서 한번의 긴장만으로 장경간 PSC 거더를 제작하는 단계; 및 (c) 상기 제작장에서 제작한 상기 PSC 빔(100)을 교각에 거치한 후 상부 바닥판(130) 및 가로보 콘크리트를 타설하여 경화시키고 포장한 다음, 상기 상부 바닥판(130)을 철거하면 거더 상면에 발생하는 인장응력을 상기 제1 긴장재(110)가 상쇄시켜 거더 상면의 균열 및 변형을 방지하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상부 바닥판을 철거하더라도 거더 상면에 균열 및 변형이 발생하지 않고, 한번의 긴장만으로 장경간 PSC 거더를 실현할 수 있고, 시공 단계별 다단계 긴장이 불필요하고 시공성 및 작업안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

바닥판 철거시 거더 상면의 균열을 방지하고 시공성 및 작업안전성이 우수한 개량형 PSC 빔 및 그 시공 방법{IMPROVED PSC BEAM IMPROVED WORK EFFICIENCY AND WORKABILITY AND PREVENT CRACKING OF GIRDER UPPER WHEN REMOVING BASEPANEL}
본 발명은 개량형 PSC 빔(Prestressed Concrete Beam) 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상부 바닥판 철거시 거더 상면에 발생하는 인장응력을 상쇄시킴으로써, 거더 상면의 균열 및 변형을 방지할 수 있는 개량형 PSC 빔 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 PSC빔을 교대 및 교각에 거치하기전 제작장에서 한번의 긴장만으로 장경간 PSC 거더를 실현함으로써, 시공 단계별 다단계 긴장이 불필요하고 시공성 및 작업안전성을 향상시킬 수 있는 개량형 PSC 빔 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로, PSC 빔(Prestressed Concrete Beam)은 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.
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.
도 1 내지 도 2는 종래 기술에 따른 PSC 빔과 지간중앙부의 단면력 응력도를 나타낸 시공 단계별 단면도이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 제작대에서 PSC 빔(1)을 제작한다.
상기 PSC 빔(1)은 상부플랜지, 하부플랜지, 복부플랜지 콘크리트로 구성된 I형 단면으로 형성되고, 상기 상부플랜지가 상기 하부플랜지 보다 폭이 크게 형성된다. 상기 PSC 빔(1)의 양 단부에는 인장재를 정착시키기 위한 제1 및 제2 정착장치(11,12)가 설치된다. 이때, 빔의 지간중앙부는 설계하중에 의하여 정 모멘트가 발생하여 중립축을 기준으로 빔 상부에는 압축응력이 발생하고 빔 하부에는 인장응력이 발생한다.
이후, 도 1의 (b)를 참조하면, 상기 PSC 빔(1)을 양생한 후 제1 긴장재(10)를 긴장 후 정착시켜 설치한 다음 그라우팅을 실시한다. 상기 제1 긴장재(10)는 상기 제1 정착장치(11)에 삽입하여 빔 콘크리트 하부에 포물선 형상으로 빔의 복부를 경유하여 양 단부에 긴장 후 정착시켜 설치된다. 상기 제1 긴장재(10)는 빔 자중을 포함한 설계 하중에 의한 응력도에 의하여 발생되는 인장응력을 상쇄시킬 수 있는 압축응력이 미리 빔 단면에 도입되도록 제작된다.
이후, 도 1의 (c) 내지 (d)를 참조하면, 상기 PSC 빔(1)을 교각에 거치한 후 상부 바닥판(40) 및 가로보 콘크리트(50)를 타설하여 경화시킨다. 이때, 지간중앙부의 단면력 응력도는 상기 상부 바닥판(40)의 하중에 의하여 중립축이 상부플랜지 쪽으로 상향이동된다.
이후, 도 1의 (e) 내지 (f)를 참조하면, 상기 상부 바닥판(40) 경화 후 2차 긴장 및 그라우팅을 실시한 다음 포장 및 중분대, 방호벽, 난간 등을 설치한다.
상기 제2 정착장치(21)에 제2 긴장재(20)를 삽입하여 빔 콘크리트 하부에 포물선 형상으로 빔의 복부를 경유하여 양 단부에 긴장 후 정착시켜 설치된다. 상기 제2 긴장재(21)는 상기 상부 바닥판(40)의 하중에 의한 응력도에 의하여 발생되는 인장응력을 상쇄시킬 수 있는 압축응력이 빔 단면에 도입되도록 긴장된다.
그러나, 종래의 PSC 빔은 열화 현상 등으로 유지 보수를 위해 상부 바닥판을 철거할 경우, 거더에 정착된 제1 및 제2 긴장재(10,20)로 인해 거더 중앙부 하면에 과압축이 발생하게 되며, 이로 인해 거더 중앙부 상면에 인장응력이 발생되어 균열이 발생하거나 변형이 생기는 문제점이 있었다(도 3 참조).
또한, 종래의 PSC 빔의 시공 방법은 긴장을 두번 실시해야 하기 때문에 시공성 및 작업안전성이 떨어지는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1203557호(등록일자: 2012.01.02.)
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 바닥판 철거시 거더 하부의 과압축과 거더 상부의 인장응력으로 인해 거더 상면에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있는 개량형 PSC 빔 및 그 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, PSC빔을 교대 및 교각에 거치하기전 제작장에서 한번의 긴장만으로 장경간 PSC 거더를 실현함으로써, 시공 단계별 다단계 긴장이 불필요하고 시공성 및 작업안전성을 향상시킬 수 있는 개량형 PSC 빔 및 그 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 거더 상부의 중간 구간에 균열방지용 인장재를 설치하여 상부 바닥판 철거시 거더 상면에 발생하는 인장응력을 상쇄시킴으로써, 거더 상면에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있는 개량형 PSC 빔 및 그 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 거더 상부의 중간 구간에 균열방지용 인장재를 수평으로 설치하여 지간중앙부 거더 상면에 과한 인장응력 발생을 방지하고, 거더 하면은 모든 설계하중 작용시 압축상태 또는 0에 근접하도록 강선 긴장을 유도한 후 정착시킨 개량형 PSC 빔 및 그 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 하부인장이 0(zero)이 되는 상핵거리 산정에 따른 강선량을 결정하여 상부강선에 의한 정 모멘트 효과를 제거한 개량형 PSC 빔 및 그 시공 방법을 제시하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 거더 상하면 응력이 0(zero)이 되도록 주 강선 및 상부 강선의 강선량을 결정한 개량형 PSC 빔 및 그 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 개량형 PSC 빔 시공 방법은, 개량형 PSC 빔 시공 방법에 있어서, (a) 상부플랜지, 하부플랜지 및 복부플랜지 콘크리트로 형성하고, 길이 방향의 중앙부에 확폭플랜지(101)를 형성하고, 상부플랜지가 하부플랜지보다 폭이 큰 I형 단면을 형성하며, 상기 PSC 빔(100) 상부의 중간 일부구간에 지간 길이의 1/2 이상의 길이로 제1 정착장치(111)를 설치하고, 상기 PSC 빔(100)의 양쪽 단부에 제2 정착장치(121)를 설치한 PSC 빔(100)을 제작장에서 제작하는 단계; (b) 상기 PSC 빔(100)의 제작장에서, 상기 제1 정착장치(111)에 제1 긴장재(110)를 삽입하여 수평으로 긴장시키되 상기 PSC 빔(100) 지간중앙부 하면의 콘크리트 허용 인장응력 범위내에서 긴장시켜 장착한 다음, 상기 제2 정착장치(121)에 제2 긴장재(120)를 삽입하여 포물선 형상으로 빔 하부를 경유하여 긴장시키되 거더 상면에 발생하는 인장응력의 크기를 허용응력 이내로 제어하고 거더 상하면의 응력이 압축상태 또는 콘크리트 허용 인장응력 내에서 0에 근접하도록 강선 긴장을 유도한 후 정착시킨 다음 그라우팅 하여, 상기 PSC 빔(100)을 교각에 거치하기전 제작장에서 한번의 긴장만으로 장경간 PSC 거더를 제작하는 단계; 및 (c) 상기 제작장에서 제작한 상기 PSC 빔(100)을 교각에 거치한 후 상부 바닥판(130) 및 가로보 콘크리트를 타설하여 경화시키고 포장한 다음, 상기 상부 바닥판(130)을 철거하면 거더 상면에 발생하는 인장응력을 상기 제1 긴장재(110)가 상쇄시켜 거더 상면의 균열 및 변형을 방지하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2 긴장재(120)는, 상기 PSC 빔(100)의 지간중앙부에 작용하는 인장력과 압축력에 있어 거더 상면은 허용 인장응력 이내로, 거더 하면은 모든 설계하중 작용시 압축상태 및 0에 근접하도록 유도하여 긴장시킬 수 있다.
상기 개량형 PSC 빔 시공 방법은, 상기 제1 긴장재(110)는 1개 또는 2개 이상으로 구성되고, 상기 제2 긴장재(120)는 1개 이상으로 구성되며, 상기 제1 긴장재(110)를 긴장한 후 상기 제2 긴장재(120)를 긴장하여 정착시킴으로써 상기 PSC 빔(100)의 상면에 발생하는 인장응력을 상쇄시킬 수 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 개량형 PSC 빔은, 상부플랜지, 하부플랜지 및 복부플랜지 콘크리트로 구성되고, 길이 방향의 중앙부에 확폭플랜지(101)가 형성되고, 상부플랜지가 하부플랜지보다 폭이 큰 I형 단면으로 형성되며, 빔 상부에 제1 긴장재(110)가 수평으로 긴장 장착되고, 빔 하부에 제2 긴장재(120)가 긴장 장착된 PSC 빔(100)에 있어서, 상기 제1 긴장재(110)는, 상기 PSC 빔(100)의 제작장에서, 상기 PSC 빔(100)의 길이 방향을 기준으로 상기 PSC 빔(100) 상부의 중간 일부구간에 형성되되 지간 길이의 1/2 이상의 길이로 형성된 1쌍 또는 2쌍 이상으로 설치된 제1 정착장치(111)에 삽입하여 수평으로 긴장시키되 상기 PSC 빔(100) 중앙부 하면의 콘크리트 허용 인장응력 범위내에서 긴장시켜 정착하고, 상기 제2 긴장재(120)는, 상기 제1 긴장재(110)의 정착 후에 상기 PSC 빔(100)의 제작장에서, 상기 제1 긴장재(110) 아래의 상기 PSC 빔(100) 양쪽 단부에 형성된 1쌍 이상의 제2 정착장치(121)에 삽입하여 포물선 형상으로 빔 하부를 경유하여 긴장시키되 지간중앙부 거더 상면에 과한 인장응력 발생을 방지하고, 거더 상하면의 응력이 모든 설계하중 작용시 압축상태 또는 콘크리트 허용 인장응력 내에서 0에 근접하도록 강선 긴장을 유도한 후 정착하고, 상기 PSC 빔(100)은, 상기 제1 및 제2 긴장재(110,120)를 정착시킨 다음 그라우팅 하여, 상기 PSC 빔(100)을 교각에 거치하기전 제작장에서 한번의 긴장만으로 장경간 PSC 거더로 제작되며, 상기 PSC 빔(100)을 교각에 거치한 후 상부 바닥판(130) 및 가로보 콘크리트를 타설하여 경화시키고 포장한 다음 상기 상부 바닥판(130)을 철거하면 거더 상면에 발생하는 인장응력을 상기 제1 긴장재(110)가 상쇄시켜 거더 상면의 균열 및 변형을 방지하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 거더 상부의 중간 구간에 제1 긴장재(110)를 PSC 빔 하면의 콘크리트 허용 인장응력 범위내에서 긴장시켜 정착하고, 거더 양쪽 단부에 제2 긴장재(120)를 포물선 형상으로 빔 하부를 경유하여 긴장시키되 지간중앙의 거더 상면에 발생하는 인장응력 및 하면의 압축응력의 크기를 허용응력 이내로 제어하여 긴장시킨 후 정착시켜 설치함으로써, 중앙부 상면의 강선 긴장으로 상부 발생 인장응력을 보강(제2 긴장재 긴장시 거더 상면 인장균열 제어)하기 때문에 동일 형고의 지간의 PSC 빔 보다 더 많은 긴장력을 도입할 수 있어 보다 긴 장지간 거더를 제작할 수 있고, 상부 바닥판(130) 철거시 거더 상면에 발생하는 인장응력을 상쇄시켜 거더 상면에 균열 및 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상부 바닥판을 철거하더라도 거더 상부의 중간 구간에 설치된 균열방지용 인장재에 의해 거더 중앙부는 압축상태 또는 0(zero)이 되어, 거더 상면에는 허용 인장응력 내 또는 압축상태 유도로 균열 및 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상부 인장균열이 발생하지 않도록 제어할 수 있어 빔 단면의 내구성을 증진시키고 처짐발생을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 빔 상부플랜지에 긴장된 상부강연선에 의하여 거더 상면에 발생하는 인장응력의 크기를 허용응력 이내로 제어할 수 있게 되어 동일한 조건하에서 보다 낮은 형고 및 장지간의 PSC 빔을 제작하는 것이 가능하여 효율적이고 경제적인 PSC 빔을 설계 및 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한, 한번의 긴장만으로 장경간 PSC 거더를 실현할 수 있고, 시공 단계별 다단계 긴장이 불필요하고 시공성 및 작업안전성을 향상시킬 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 2는 종래 기술에 따른 PSC 빔과 지간중앙부의 단면력 응력도를 나타낸 시공 단계별 단면도이다.
도 3은 상부 바닥판 철거시 종래의 PSC 빔의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 개량형 PSC 빔과 지간중앙부의 단면력 응력도를 나타낸 시공 단계별 단면도이다.
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.
실시예
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 개량형 PSC 빔과 지간중앙부의 단면력 응력도를 나타낸 시공 단계별 단면도이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 제작대에서 PSC 빔(100)을 제작한다.
상기 PSC 빔(100)은 상부플랜지, 하부플랜지, 복부플랜지 콘크리트로 구성된 I형 단면으로 형성된다.
상기 PSC 빔(100)의 중앙부 일부구간에는 확폭 플랜지(101)가 형성된다. 상기 확폭 플랜지(101)는 상기 PSC 빔(100)의 중앙부에 발생하는 응력 분산 및 중립축을 상면으로 끌어올리기 위해 중앙부에 빔의 폭보다 큰 폭을 갖도록 형성된다. 그리고, 상기 상부플랜지 콘크리트의 폭은 하부플랜지 콘크리트의 폭보다 크게 형성된다.
상기 PSC 빔(100)은 상부의 중간 일부구간에 지간 길이의 1/2 이상의 길이로 제1 정착장치(111)가 설치하고, 상기 PSC 빔의 양쪽 단부에 제2 정착장치(121)가 설치된다. 이때, 상기 PSC 빔(100)은 상기 상기 제1 정착장치(111)를 설치하기 위한 돌출부가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 정착장치(111)는 1쌍 또는 2쌍 이상으로 설치될 수 있으며, 상기 제2 정착장치(121)는 1쌍 이상 설치될 수 있다.
상기 PSC 빔(100)은 교량용 거더(Girder)로 이용되며, 교대 또는 교각에 설치되고 그 위에 슬래브를 형성하여 주로 30 내지 40m 지간의 교량시공에 이용될 수 있다. 이러한 PSC 빔(100)은 빔 형고를 보다 낮게 하면서도 장지간의 교량시공이 가능하도록 내부에 강재를 형성시킨 PSC 합성빔으로 제작될 수도 있다.
여기서, 상기 강재는 통상 I형 강재(상부플랜지, 복부 및 하부플랜지로 구성된 I형강)를 이용하고, 상기 I형 강재를 감싸도록 형성된 빔 콘크리트 및 인장재는 통상의 PSC 빔과 동일하게 설치된다.
상기 PSC 빔(100)은 I형 단면으로 제작되며, 상부 및 하부플랜지 폭이 동일하거나, 상부플랜지 폭이 하부플랜지 폭보다 크게 제작된다. 상기 PSC 빔(100)은 빔의 자중을 포함한 설계하중에 의하여 빔 단면의 중심축을 기준으로 빔 하부는 인장응력이 상부는 압축응력이 발생된다.
상기 인장응력은 빔 하부에 형성되는 인장재가 저항할 수 있도록 구성되고, 상기 압축응력은 상부플랜지 콘크리트가 저항할 수 있도록 구성된다. 이때, 빔 하부의 인장재의 수를 많게 하거나 상부플랜지 콘크리트의 단면적을 크게 함으로써 보다 효율적인 빔 단면을 구성할 수 있다.
하지만, 상기 인장재는 고가이므로 다른 제한적 요건이 없다면 상부플랜지 콘크리트를 크게 하고, 허용되는 범위 안에서 상기 인장재의 수는 최소한으로 하여 경제적으로 PSC 빔을 제작하도록 한다.
도 4의 (a)에 도시된 지간중앙부의 단면력 응력도를 참조하면, 빔의 지간중앙부는 설계하중에 의하여 정 모멘트가 발생하며, 중립축을 기준으로 빔 상부에는 압축응력이 발생하고 빔 하부에는 인장응력이 발생한다.
이어서, 도 4의 (b)를 참조하면, I형 단면의 상부플랜지, 하부플랜지, 복부플랜지 콘크리트로 구성된 상기 PSC 빔(100)을 양생한 다음, 상기 제1 정착장치(111)에 제1 긴장재(110)를 삽입하여 수평으로 긴장시킨 후 정착하여 설치한다. 이때, 상기 제1 긴장재(110)는 거더 하면에 인장응력이 발생되지 않는 범위내에서 인장력을 도입하되 PSC 빔의 콘크리트 허용 인장응력 범위내에서 긴장시킨 후 정착시키는 것이 바람직하다.
상기 제1 긴장재(110)는 상기 PSC 빔(100) 상부의 중간 일부구간에 지간 길이의 1/2 이상의 길이로 설치되며, 1개 또는 2개 이상으로 설치될 수 있다.
계속해서, 도 4의 (c)를 참조하면, 상기 제1 긴장재(110)를 긴장시킨 후 상기 PSC 빔(100)의 양쪽 단부에 설치된 상기 제2 정착장치(121)에 제2 긴장재(120)를 삽입하여 포물선 형상으로 빔 하부를 경유하여 긴장시킨 후 정착한다. 이때, 상기 제2 긴장재(120)는 상기 제1 긴장재(110)와의 상관 관계를 고려하여 긴장시키되 상기 제2 긴장재(120)를 긴장하면 큰 힘이 작용할수록 상기 제1 긴장재(110)에는 우력모멘트로 더 큰 압축력이 도입되는 시스템이므로, 거더 상면에 발생하는 인장응력의 크기를 허용응력 이내로 제어하여 긴장시킨다.
예를 들면, 상기 제2 긴장재(120)는 상기 PSC 빔(100)의 지간중앙부에 작용하는 인장력과 압축력이 압축상태 또는 0(zero)이 되도록 긴장을 유도할 수 있다.
상기 제2 긴장재(120)는 상기 제2 정착장치(121)에 각각 삽입하여 I형 단면의 빔 콘크리트 하부에 포물선 형상으로 빔의 복부를 경유하여 양 단부에 긴장 후 정착시켜 설치된다. 상기 제2 긴장재(120)는 빔 자중을 포함한 설계 하중에 의한 응력도에 의하여 발생되는 인장응력을 상쇄시킬 수 있는 압축응력이 미리 빔 단면에 도입되도록 제작된다.
상기 PSC 빔(100)에는 PC 강재와 같은 상기 제1 및 제2 긴장재(110,120)가 복수로 설치되어 긴장 후 정착시켜 외부하중에 대해 충분한 강성을 확보하도록 한다. 하부플랜지 콘크리트에는 인장재의 긴장 및 정착에 의하여 압축프리스트레스가 도입되며, 도입되는 압축프리스트레스의 양은 정량적으로 하부플랜지 콘크리트가 외부하중에 의하여 인장균열이 발생하지 않도록 제작될 수 있다.
상기 제2 긴장재(120)는 단면의 중립축과 어느 정도 이격된 하부플랜지 콘크리트에 형성되도록 하여 도입되는 압축프리스트레스가 편심으로 작용하도록 하여 보다 효율적인 인장재의 이용이 가능하도록 하며, 빔의 양 단부로부터 중간을 경유하면서 포물선 형상으로 긴장 후 정착시켜 설치된다.
상기 PSC 빔(100)의 지간중앙부에는 설계하중에 의하여 정 모멘트가 발생하는 부위로써 정 모멘트에 의하여 중심축을 기준으로 빔 상부에는 압축응력이 하부에는 인장응력이 발생한다.
따라서, 상기 PSC 빔(100)은 상기 하부플랜지 콘크리트 내부에 상기 제1 및 제2 긴장재(110,120)를 긴장 후 정착시켜 압축응력을 미리 도입함으로써, 하부의 인장응력을 압축응력으로 상쇄시키도록 하였다.
그러나, 기존의 PSC 빔은, 유지 보수를 위해 상부 바닥판을 제거할 경우, 상기 PSC 빔 하부에 설치된 인장재로 인해 부 모멘트가 발생되어 거더 상면에 인장응력이 발생되고 이로 인해 거더 상면에 균열이 발생하는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 거더 상부의 중간 구간에 균열방지용 제1 긴장재(110)를 수평으로 설치하여 상부 바닥판을 제거하더라도 거더 상면에 인장응력이 허용 인장응력을 초과하지 않도록 하였다.
구체적으로 설명하면, 본 발명의 PSC 빔(100)은, 빔 상부, 예를 들어 상기 복부플랜지 또는 상기 상부플랜지 콘크리트의 양 단부 사이의 중간 구간에 상기 균열방지용 제1 긴장재(110)를 수평으로 배치하여 거더 상하면 응력이 압축상태 또는 0(zero)에 근접하도록(허용 인장응력 이내로) 긴장 후 정착시켜서 설치하였다.
이로 인해, 상기 PSC 빔(100)은 상부 바닥판을 제거하더라도 상기 제1 긴장재(110)에 의해 거더 상면에 발생하는 인장응력을 상쇄시킴으로써, 거더 상면에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 및 제2 긴장재(110,120)는 거더 상하면의 응력이 압축상태 또는 0(zero)에 근접하도록(허용 인장응력 이내로) 강선량을 결정한다. 상기 제1 및 제2 긴장재(110,120)는 비접착식 또는 접착식 PC 강연선 등을 이용할 수 있고, 강연선에 한정되는 것은 아니며 통상의 교량가설에 사용하는 인장재를 모두 포함할 수 있다.
상기 제2 긴장재(120)에 의한 압축응력은 결국 지간중앙부에 정 모멘트(+M)에 대응하는 부 모멘트를 발생시키는 것이 되므로, 이러한 부 모멘트(-M)는 빔 단면의 중립축으로부터 인장재의 도심까지의 거리(e1)에 인장재에 가해지는 긴장력(P; 인장력)을 곱한 값(-M=P*e1)으로 정량적인 수치로써 표시할 수 있다.
동일한 긴장력(P)을 기준으로 한다면 e1 값이 더 커지면 커질수록 상기 부 모멘트(-M) 값은 커지게 되고, 보다 큰 부 모멘트는 결국 동일한 빔 단면 및 인장재의 수에 의해서 보다 큰 설계하중의 도입이 가능하다. 때문에, PSC 빔의 단면의 크기 및 지간길이를 보다 효율적으로 설계할 수 있다.
그리고, 상기 제1 긴장재(110)에 의한 압축응력은 결국 지간중앙부에 부 모멘트(-M)에 대응하는 정 모멘트를 발생시키는 것이 되므로, 이러한 정 모멘트(+M)는 빔 단면의 중립축으로부터 인장재의 도심까지의 거리(e1)에 인장재에 가해지는 긴장력(P; 인장력)을 곱한 값(+M=P*e1)으로 정량적인 수치로써 표시할 수 있다.
동일한 긴장력(P)을 기준으로 한다면 e1 값이 더 커지면 커질수록 상기 정 모멘트(+M) 값은 커지게 되고, 보다 큰 정 모멘트는 결국 동일한 빔 단면 및 인장재의 수에 의해서 보다 큰 설계하중의 도입이 가능하다. 때문에, PSC 빔의 단면의 크기 및 지간길이를 보다 효율적으로 설계할 수 있다.
도 4의 (c)에 도시된 지간중앙부의 단면력 응력도를 참조하면, 빔의 지간중앙부는 상기 제2 긴장재(120)에 의하여 부 모멘트가 발생하며, 중립축을 기준으로 빔 상부에는 인장응력이 발생하고 빔 하부에는 압축응력이 발생한다. 이때, 상기 제2 긴장재(120)에 의하여 빔 상부에 발생한 인장응력은 상기 제1 긴장재(110)에 의하여 상쇄되어 중립축을 기준으로 빔 상부의 압축응력과 빔 하부의 인장응력이 압축상태 또는 0(zero)(허용 인장응력 이내)에 근접하게 된다.
상기 PSC 빔(100)은 상기 제1 긴장재(110)를 긴장 후 정착시키고, 상기 제2 긴장재(120)를 긴장 후 정착시킨 다음 그라우팅을 실시한다.
계속해서, 도 4의 (d) 내지 (g)를 참조하면, 상기 (c)에서 제조된 상기 PSC 빔(100)을 교각에 거치한 후 상부 바닥판(130) 및 가로보 콘크리트를 타설한 후 경화한다. 그리고, 포장 및 중분대, 방호벽, 난간 등을 설치하여 완성한다.
도 4의 (d) 및 (g)에 도시된 지간중앙부의 단면력 응력도를 참조하면, 빔의 지간중앙부는 상기 상부 바닥판(130), 포장 및 중분대, 방호벽, 난간 등의 하중에 의해 정 모멘트가 발생하여 중립축이 상부플랜지 쪽으로 상향 이동하게 된다.
계속해서, 도 4의 (h)를 참조하여 설명하면, 도 4의 (h)에 도시된 PSC 빔(100)은 열화 현상 등으로 유지 보수를 위해 상부 바닥판(130)이 철거된 상태를 나타낸 것이다.
도 4의 (h)에 도시된 지간중앙부의 단면력 응력도를 참조하면, 상기 PSC 빔(100)의 지간중앙부는, 상기 도 4의 (c) 및 (d)의 동일한 단면력 응력도를 갖는다.
즉, 상기 PSC 빔(100)의 지간중앙부는, 상기 제2 긴장재(120)에 의하여 부 모멘트가 발생하며, 중립축을 기준으로 빔 상부에는 인장응력이 발생하고 빔 하부에는 압축응력이 발생한다. 이때, 상기 제2 긴장재(120)에 의하여 빔 상부에 발생한 인장응력은 상기 제1 긴장재(110)에 의하여 상쇄되어 중립축을 기준으로 빔 상부의 압축응력과 빔 하부의 인장응력이 압축상태 또는 0(zero)(허용 인장응력 이내)에 근접하게 된다.
따라서, 상기 PSC 빔(100)은 상기 상부 바닥판(130)의 철거시 상기 제2 긴장재(120)에 의하여 빔 상부에 발생한 인장응력을 거더 상부의 중간 구간에 설치된 상기 제1 긴장재(110)에 의해 상쇄시킴으로써, 거더 상면에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 개량형 PSC 빔 및 그 시공 방법은, 거더 상부의 중간 구간에 제1 긴장재(110)를 PSC 빔 하면의 콘크리트 허용 인장응력 범위내에서 긴장시켜 정착하고, 거더 양쪽 단부에 제2 긴장재(120)를 포물선 형상으로 빔 하부를 경유하여 긴장시키되 거더 상면에 발생하는 인장응력의 크기를 허용응력 이내로 제어하여 긴장시킨 후 정착시켜 설치함으로써, 동일 형고의 지간의 PSC 빔 보다 더 많은 긴장력을 도입할 수 있어 보다 긴 장지간 거더를 제작할 수 있고, 상부 바닥판(130) 철거시 거더 상면에 발생하는 인장응력을 상쇄시켜 거더 상면에 균열 및 변형이 발생하는 것을 방지할 수 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 : 개량형 PSC 빔
101 : 확폭 플랜지
110 : 제1 긴장재(PC 강재)
111 : 제1 정착장치
120 : 제2 긴장재(PC 강재)
121 : 제2 정착장치
130 : 상부 바닥판

Claims (4)

  1. 개량형 PSC 빔 시공 방법에 있어서,
    (a) 상부플랜지, 하부플랜지 및 복부플랜지 콘크리트로 형성하고, 길이 방향의 중앙부에 확폭플랜지(101)를 형성하고, 상부플랜지가 하부플랜지보다 폭이 큰 I형 단면을 형성하며, 상기 PSC 빔(100) 상부의 중간 일부구간에 지간 길이의 1/2 이상의 길이로 제1 정착장치(111)를 설치하고, 상기 PSC 빔(100)의 양쪽 단부에 제2 정착장치(121)를 설치한 PSC 빔(100)을 제작장에서 제작하는 단계;
    (b) 상기 PSC 빔(100)의 제작장에서, 상기 제1 정착장치(111)에 제1 긴장재(110)를 삽입하여 수평으로 긴장시키되 상기 PSC 빔(100) 지간중앙부 하면의 콘크리트 허용 인장응력 범위내에서 긴장시켜 장착한 다음, 상기 제2 정착장치(121)에 제2 긴장재(120)를 삽입하여 포물선 형상으로 빔 하부를 경유하여 긴장시키되 거더 상면에 발생하는 인장응력의 크기를 허용응력 이내로 제어하고 거더 상하면의 응력이 압축상태 또는 콘크리트 허용 인장응력 내에서 0에 근접하도록 강선 긴장을 유도한 후 정착시킨 다음 그라우팅 하여, 상기 PSC 빔(100)을 교각에 거치하기전 제작장에서 한번의 긴장만으로 장경간 PSC 거더를 제작하는 단계; 및
    (c) 상기 제작장에서 제작한 상기 PSC 빔(100)을 교각에 거치한 후 상부 바닥판(130) 및 가로보 콘크리트를 타설하여 경화시키고 포장한 다음, 상기 상부 바닥판(130)을 철거하면 거더 상면에 발생하는 인장응력을 상기 제1 긴장재(110)가 상쇄시켜 거더 상면의 균열 및 변형을 방지하는 단계;
    를 포함하는 개량형 PSC 빔 시공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 긴장재(120)는,
    상기 PSC 빔(100)의 지간중앙부에 작용하는 인장력과 압축력에 있어 거더 상면은 허용 인장응력 이내로, 거더 하면은 모든 설계하중 작용시 압축상태 및 0에 근접하도록 유도하여 긴장시키는,
    개량형 PSC 빔 시공 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 개량형 PSC 빔 시공 방법은,
    상기 제1 긴장재(110)는 1개 또는 2개 이상으로 구성되고,
    상기 제2 긴장재(120)는 1개 이상으로 구성되며,
    상기 제1 긴장재(110)를 긴장한 후 상기 제2 긴장재(120)를 긴장하여 정착시킴으로써 상기 PSC 빔(100)의 상면에 발생하는 인장응력을 상쇄시킨,
    개량형 PSC 빔 시공 방법.
  4. 상부플랜지, 하부플랜지 및 복부플랜지 콘크리트로 구성되고, 길이 방향의 중앙부에 확폭플랜지(101)가 형성되고, 상부플랜지가 하부플랜지보다 폭이 큰 I형 단면으로 형성되며, 빔 상부에 제1 긴장재(110)가 수평으로 긴장 장착되고, 빔 하부에 제2 긴장재(120)가 긴장 장착된 PSC 빔(100)에 있어서,
    상기 제1 긴장재(110)는,
    상기 PSC 빔(100)의 제작장에서, 상기 PSC 빔(100)의 길이 방향을 기준으로 상기 PSC 빔(100) 상부의 중간 일부구간에 형성되되 지간 길이의 1/2 이상의 길이로 형성된 1쌍 또는 2쌍 이상으로 설치된 제1 정착장치(111)에 삽입하여 수평으로 긴장시키되 상기 PSC 빔(100) 중앙부 하면의 콘크리트 허용 인장응력 범위내에서 긴장시켜 정착하고,
    상기 제2 긴장재(120)는,
    상기 제1 긴장재(110)의 정착 후에 상기 PSC 빔(100)의 제작장에서, 상기 제1 긴장재(110) 아래의 상기 PSC 빔(100) 양쪽 단부에 형성된 1쌍 이상의 제2 정착장치(121)에 삽입하여 포물선 형상으로 빔 하부를 경유하여 긴장시키되 지간중앙부 거더 상면에 과한 인장응력 발생을 방지하고, 거더 상하면의 응력이 압축상태 또는 콘크리트 허용 인장응력 내에서 0에 근접하도록 강선 긴장을 유도한 후 정착하고,
    상기 PSC 빔(100)은,
    상기 제1 및 제2 긴장재(110,120)를 정착시킨 다음 그라우팅 하여, 상기 PSC 빔(100)을 교각에 거치하기전 제작장에서 한번의 긴장만으로 장경간 PSC 거더로 제작되며, 상기 PSC 빔(100)을 교각에 거치한 후 상부 바닥판(130) 및 가로보 콘크리트를 타설하여 경화시키고 포장한 다음 상기 상부 바닥판(130)을 철거하면 거더 상면에 발생하는 인장응력을 상기 제1 긴장재(110)가 상쇄시켜 거더 상면의 균열 및 변형을 방지하는,
    개량형 PSC 빔.
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KR20130117662A (ko) * 2012-04-18 2013-10-28 우경기술주식회사 Psc i형 거더

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