KR102319249B1 - 강연선의 내부식성과 프리스트레스의 도입 특성이 향상된 교량용 거더의 제작 방법 및 이에 사용되는 그라우팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량용 거더의 제작 방법 및 이에 사용되는 그라우팅 장치에 관한 것으로, 쉬스관이 설치된 거더를 준비하는 거더 준비단계와; 피복 내에서 강연선이 축선 방향으로 이동 가능하게 형성된 피복 강연선을 상기 쉬스관에 다수 삽입하는 강연선 삽입단계와; 상기 쉬스관 내부에 그라우트재를 주입하고 양생하여, 상기 피복 강연선의 상기 피복이 상기 그라우트재와 일체화되게 하는 그라우팅 단계와; 상기 그라우팅 단계 이후에, 상기 피복 강연선의 강연선을 긴장 정착하여 상기 거더에 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입단계를; 포함하여 구성되어, 피복 강연선을 이용하여 피복의 손상을 방지하여 내부식성 효과를 확실히 높일 수 있으며, 재긴장과 강연선 교체도 가능하며, 쉬스관 내의 강연선의 배치를 골고루 분산시키거나 하측에 확실하게 위치시켜 보다 높은 압축 프리스트레스를 도입하는 교량용 거더의 제작 방법 및 이에 사용되는 그라우팅 장치를 제공한다.

Description

강연선의 내부식성과 프리스트레스의 도입 특성이 향상된 교량용 거더의 제작 방법 및 이에 사용되는 그라우팅 장치 {METHOD OF CONSTRUCTING BRIDGE GIRDER WITH IMPROVED ANTI-EROSION AND TENDON PRESTRESSING PROPERTIES AND GROUTING APPATUS USED THEREIN}

본 발명은 교량용 거더의 제작 방법 및 이에 사용되는 그라우팅 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피복 강연선을 이용하여 피복의 손상을 방지하면서도 재긴장이 가능하고 강연선의 교체도 가능하며, 쉬스관 내의 강연선의 배치를 골고루 분산시키거나 하측에 확실하게 위치시켜 보다 높은 압축 프리스트레스를 도입하는 교량용 거더의 제작 방법 및 이에 사용되는 그라우팅 장치에 관한 것이다.

일반적으로 교량은 교각이나 교대 등의 하부 구조 상에 교량용 거더가 거치되고, 교량용 거더의 상측에 보행자나 차량이 통행하는 바닥판이 합성되어 시공된다.

여기서, 교량용 거더는 바닥판이나 교량용 거더의 고정 하중과, 보행자나 차량의 통행에 따른 활하중을 지지한다. 따라서, 보다 높은 내하 능력을 가지면서 형고가 낮고 보다 경제적인 거더 제작을 위해서는, 공용 중에 거더에 작용하는 하중을 상쇄시키는 프리스트레스를 제작 단계에서 미리 도입하며, 이에 의하여, 거더의 형고를 낮추면서 보다 장경간 교량에 적용할 수 있게 된다.

교량용 거더에 프리스트레스를 도입하는 방법으로서, 프리플렉션 하중을 이용한 방법 등 다양한 방법이 제시되었지만, 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0072612호, 대한민국 등록특허공보 제10-1615316호에 개시된 바와 같이, 콘크리트 거더나 강합성 거더의 케이싱 콘크리트에 긴장재를 설치하여 긴장재를 긴장한 상태로 정착하는 것에 의하여 프리스트레스를 도입하는 방법이 널리 사용되고 있다.

긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 방법은 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식으로 나뉜다. 프리텐션 방식은, 강연선에 긴장력이 도입된 상태로 콘크리트를 양생시켜, 강연선과의 마찰에 의하여 콘크리트부에 프리스트레스를 도입하는 방식이어서, 강연선에 긴장력을 도입한 상태로 장시간 동안 유지할 수 있는 공장에서만 제작되므로, 장경간 거더에 적용이 곤란하고 적용성이 낮은 한계가 있다.

이로 인하여, 도1에 도시된 포스트텐션 방식으로 거더(9)의 콘크리트부(91)에 프리스트레스를 도입하는 것이 널리 활용되고 있다. 주로, 포스트텐션 방식은, 거더(9)의 콘크리트부(91)를 제작할 때에 쉬스관(92a)을 미리 내설하여 두고, 콘크리트부(91)가 충분한 강도로 발현하도록 양생되면, 쉬스관(92a)에 삽입 설치된 강연선(92)을 양단부에서 인장잭 등으로 잡아당기는 인장력(P)을 도입한 상태로 앵커 헤드(82)에 쐐기 부재(83)를 이용하여 정착하는 것을 통해 행해진다.

이와 같이, 거더(9)의 중앙부 하부에 압축 프리스트레스가 도입되면, 교량용 거더(9)의 상측에 바닥판(미도시) 등의 자중 및 활하중 등이 작용하는 힘을 프리스트레스에 의한 보상력(F)으로 상쇄시킴으로써 보다 높은 내하 능력을 구현할 수 있다.

그러나, 종래에 포스트텐션 방식으로 콘크리트부(91)에 프리스트레스를 도입하기 위해서는, 쉬스관(92a) 내부에 피복이 없는 강연선(nude tendon, 92)만이 적용할 수 있었고, 이로 인하여, 교량의 시공이 완성되어 장시간 동안 공용되는 과정에서 강연선(92)의 부식 문제가 대두될 수 밖에 없었다. 이와 같은 부식 문제를 해소하기 위하여, 쉬스관(92a) 내부에 그라우트재를 주입하지만, 그라우트재가 고체 상태로 굳는 재료인 경우에는, 강연선(92)의 재긴장을 할 수 없는 상태가 되는 한계가 있었다.

한편, 액체 상태로 유지되는 그라우트재가 있지만, 액체 상태로 유지되는 그라우트재는 강연선(92)의 둘레에 유지되지 않고 공용 중에 조금씩 누설되거나 건조하여 그 양이 줄어들 수 밖에 없으므로, 상대적으로 가장 높은 거더의 양단부에서 강연선(92)이 부식되는 경우가 잦아지는 심각한 문제가 야기된다. 따라서, 액체 상태의 그라우트재로 적용하는 경우에는, 수시로 쉬스관(92a) 내에 그라우트재를 채워져야 하는 유지보수의 부담이 커지는 문제가 발생된다.

이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 피복이 형성된 비부착 강선으로 프리스트레스를 도입하는 방안을 모색해볼 수 있다. 그러나, 종래의 비부착 강선에 의한 포스트텐션 방식은, 강선의 부식을 확실하게 방지할 수 있는 장점은 있지만, 거더의 콘크리트부(91)에 분산 배치되어, 비부착 강선을 하나씩 잡아당겨 긴장력을 도입하는 방식으로 적용되었으므로, 프리스트레스를 도입하는 데 소요되는 시간이 매우 오래 소요되고, 비부착 강선은 강선이 삽입된 상태이어서 큰 긴장력의 도입이 곤란한 한계도 있었다.

이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 비부착 강선을 다발 형태로 쉬스관에 설치하는 방안이 모색될 수 있지만, 쉬스관에 비부착 강선을 다발로 설치하는 경우에는, 비부착 강선의 강선만을 잡고 잡아당겨 긴장력을 도입해야 하므로, 긴장력의 도입 과정에서 강선을 감싸는 피복이 앵커 헤드의 관통공에 걸려 손상되므로, 결국 강선의 피복에 의한 부식 방지 효과를 얻지 못하는 문제가 발생된다.

한편, 종래의 포스트텐션 방식으로 강연선(92)에 긴장력을 도입하는 공정은 그라우트재로 쉬스관(92a)을 채우기 이전에 행해지므로, 쉬스관(92a) 내부에 삽입된 강연선(92)에 긴장력(P)이 도입되면서, 도14b에 도시된 바와 같이, 강연선(92)은 시스관(92a)의 상부에 몰려 배치되는 상태가 된다.

특히, 수십m 길이의 쉬스관에 강연선(92)을 삽입하기 위하여, 쉬스관(92a)의 단면적은 다수의 강연선(92)이 차지하는 단면적의 2.5배 이상으로 형성되는데, 종래의 포스트텐션 방식은, 도1에 도시된 바와 같이, 포물선 형태로 배치된 쉬스관(92a) 내에서 거더의 중립축으로부터 보다 근접하게 위치한 상태에서 강연선(92)에 긴장력(P)이 도입되므로, 쉬스관(92a) 내부에서 강연선(92)이 상측으로 쏠리는 현상은 두드러지게 된다.

이로 인하여, 종래의 포스트텐션 방식은 쉬스관(92a)의 중심부에 강연선(92)이 배치되는 것을 전제로 하지만, 강연선(92)에 긴장력(P)을 도입하는 과정에서 강연선(92)이 상측으로 쏠려 강연선(92)이 형성하는 포물선의 곡률이 보다 완만해짐에 따라, 동일한 긴장력(P)이 강연선에 인가되는 경우에 하중을 상쇄시키는 보상력(F)의 크기가 작아지는 한계도 안고 있다.

상기와 같은 배경 하에서, 쉬스관에 삽입 설치되어 프리스트레스를 도입하는 강연선이 쉬스관 내에서 상측으로 쏠리지 않고 예정된 크기의 프리스트레스를 정확하게 도입할 수 있으며, 쉬스관 내에 다발 형태로 설치되어 피복의 손상 없이 긴장력이 도입된 상태로 정착되어 부식 문제를 확실하게 방지할 수 있으며, 재긴장이 가능하고 강연선의 교체도 가능한 상태로 강연선을 이용한 프리스트레스 도입 방법의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

[특허문헌]

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0072612호 (2015. 6. 30)

대한민국 등록특허공보 제10-1615316호 (2006. 5. 30)

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 교량용 거더의 쉬스관 내에 다발 형태의 다수의 강연선을 피복 강연선으로 배치하여 프리스트레스를 도입하여, 강연선의 부식 문제를 근본적으로 해결하고 동시에 재긴장이 가능한 상태로 강연선의 설치가 가능한 교량용 거더의 제작 방법을 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 피복 강연선을 쉬스관 내에 다발 형태로 다수 배치하고 강연선을 잡아당기는 긴장력을 도입하는 과정에서, 강연선을 둘러싸는 피복의 손상이 방지되어 공용 중의 강연선의 부식 문제를 완전히 해결하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은, 쉬스관 내의 강연선이 상측으로 쏠리는 대신에 중력 방향인 하측으로 쏠리도록 유도하여, 동일한 긴장력이 강연선에 도입되더라도 보다 높은 하중을 상쇄할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 프리스트레스가 도입된 거더의 강연선을 재긴장 할 수 있으며, 필요에 따라 강연선을 교체할 수 있게 하여, 시공 이후에 인장 강도가 보다 높은 강연선으로 교체하여 교량의 내하 능력을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 쉬스관이 설치된 거더를 준비하는 거더 준비단계와; 피복 내에서 강연선이 축선 방향으로 이동 가능하게 형성된 피복 강연선을 상기 쉬스관에 다수 삽입하는 강연선 삽입단계와; 상기 쉬스관 내부에 그라우트재를 주입하고 양생하여, 상기 피복 강연선의 상기 피복이 상기 그라우트재와 일체화되게 하는 그라우팅 단계와; 상기 그라우팅 단계 이후에, 상기 피복 강연선의 강연선을 긴장 정착하여 상기 거더에 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 거더의 제작 방법을 제공한다.

특히, 상기 그라우팅 단계 이전에, 상기 쉬스관의 단부에 상기 피복 강연선을 관통하는 제1관통공이 형성된 지지 블록을 설치하는 고정블록 설치단계와; 상기 그라우팅 단계 이후에, 상기 지지 블록을 분리하고 상기 피복 강연선을 관통하는 제2관통공이 형성된 앵커 헤드를 설치하는 앵커헤드 설치단계를; 더 포함하여 구성되어, 그라우팅 공정 중에 고정 블록으로 밀봉성을 확보하고, 프리스트레스의 도입 공정 중에는 앵커헤드로 긴장력을 인가하도록 구성된다.

그리고, 상기 피복 강연선은 상기 피복의 내부에 다수의 강선(wire)이 꼬인 스트랜드(strand)이고, 피복과 스트랜드 사이에 그리스, 왁스, 에폭시 등의 내부식성 방청제가 채워져, 스트랜드가 피복에 대하여 축선 방향으로 이동 가능한 형태를 갖는다.

이에 따라, 상기 프리스트레스 도입단계는, 상기 그라우팅 단계 이후에, 상기 지지 블록을 분리하고, 상기 피복 강연선의 피복을 끝단부에 제거하여 강연선이 드러나게 한 후, 상기 강연선이 앵커 헤드의 제2관통공을 관통하도록 앵커 헤드를 설치하고, 상기 강연선을 잡아당긴 후 정착하는 것에 의해 이루어진다. 상기 프리스트레스 도입단계는, 상기 그라우팅 단계 이후에 정해진 기간 동안 야적한 이후에 행해질 수도 있다.

여기서, 상기 거더에 설치된 쉬스관은 다수이고, 상기 피복 강연선이 삽입 설치되는 쉬스관은 상기 거더에 설치된 다수의 쉬스관 중의 전부일 수도 있고, 상기 거더에 설치된 다수의 쉬스관 중 일부이고 상기 다수의 쉬스관 중 다른 일부에는 피복이 없는 강연선이 설치되도록 혼합 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 제작된 교량용 거더를 제공한다.

그리고, 본 발명은, 거더의 쉬스관 내에 다수의 피복 강연선이 배치되고, 상기 쉬스관과 상기 피복 강연선의 사이 공간이 그라우트재에 의하여 일체화된 교량용 거더의 유지 관리 방법으로서, 앵커 헤드에 정착된 다수의 상기 피복 강연선들 중에 일부 이상인 제1피복 강연선의 정착 상태를 해제하는 정착 해제 단계와; 정착 상태가 해제된 상기 제1피복 강연선의 제1강연선을 외부로 추출하여 제거하는 강연선 제거단계와; 상기 강연선 제거단계에서 제거되는 상기 제1강연선을 감싸고 있던 제1피복에 새로운 제2강연선을 삽입하는 강연선 설치단계와; 상기 제2강연선에 긴장력을 도입하여 정착하여 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 거더의 유지 관리 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 교량용 거더의 유지 관리 방법에 사용되는 강연선의 커넥터로서, 상기 제1피복에 삽입되는 단면 크기를 갖는 중앙 몸통과; 상기 제1강연선의 중앙와이어의 일단부에 끼워지는 제1쐐기와; 상기 제2강연선의 중앙 와이어의 일단부에 끼워지는 제2쐐기와; 상기 제1쐐기와 상기 제1강연선의 일단부를 수용하고 상기 중앙 몸통의 일단에 결합되고, 상기 제1피복에 삽입되는 단면 크기를 갖는 제1케이싱과; 상기 제2쐐기와 상기 제2강연선의 일단부를 수용하고 상기 중앙 몸통의 타단에 결합되고, 상기 제1피복에 삽입되는 단면 크기를 갖는 제2케이싱을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강연선의 커넥터를 제공한다.

그리고, 본 발명은, 프리스트레스를 도입하고자 하는 거더에 설치된 쉬스관의 단부에 일부 이상이 삽입된 형태로 설치되고, 중앙부에 다수의 피복 강연선을 관통시키는 관통공이 형성된 트럼펫 부재와; 상기 트럼펫 부재에 밀착되게 설치되어, 상기 피복 강연선을 하나씩 관통시키는 다수의 제1관통공이 형성되고 상기 쉬스관의 단부를 외부와 차단시키는 지지 블록과; 상기 트럼펫 부재와 상기 지지 블록 중 어느 하나에 형성되어 상기 쉬스관 내부로 그라우트재를 공급하는 그라우트재 공급관을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치를 제공한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 피복 강연선을 다발 형태로 쉬스관에 다수 내설한 이후에, 강연선에 긴장력을 도입하기에 앞서, 쉬스관에 그라우트재를 주입하고 양생함으로써, 피복 강연선의 피복이 쉬스관과 일체화되게 한 상태로, 거더의 양단부에 드러난 강연선을 잡고 잡아당기더라도, 강연선이 피복에 대하여 축선 방향으로 슬라이딩 이동하면서 강연선에 긴장력을 도입하여 프리스트레스를 도입할 수 있게 된다.

이를 통해, 본 발명은, 쉬스관 내부에 삽입 설치된 강연선에는 모두 피복이 입혀져 있고, 쉬스관 바깥에 드러난 강연선의 일부 이상에는 피복이 벗겨져 있어서, 쉬스관 바깥에서 유압잭으로 강연선을 집어 긴장력을 도입하는 과정에서 피복이 손상되지도 않으며, 피복 내에서 강연선이 슬라이딩 이동이 가능한 상태이어서 추후 재긴장이 가능한 상태로 교량용 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이 뿐만 아니라, 본 발명은 내부식성 방청제가 채워있는 피복 내에 강연선에 긴장력이 도입된 상태로 설치하므로, 피복과 강연선 사이의 좁은 공간 내에 채워진 방청제가 강연선을 감싸고 있는 상태를 유지하면서 외부로 누설될 가능성이 거의 없으므로, 장기간의 공용 기간에도 강연선의 부식으로 인한 내하 능력 저하 문제점을 근본적으로 해소할 수 있으며, 이미 설치된 교량에 대해서도 강연선에 재긴장할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명은, 거더의 쉬스관에 내설된 피복 강연선의 일부에 대해서는 제작단계에서 긴장력을 도입하지 않거나 허용 하중의 일부의 긴장력만을 도입하고, 추후 공용 중에 필요에 따라 추가적인 긴장력을 도입하고 정착하여 추가 프리스트레스를 도입하는 구성을 포함한다.

이 뿐만 아니라, 본 발명은, 쉬스관 내에 그라우트재를 충진하는 공정이 강연선에 긴장력을 도입하기 이전에 행해지고, 강연선에 긴장력을 도입한 이후에는 그라우팅 공정을 필요로 하지 않으므로, 종래에 프리스트레스의 도입 이후에 그라우트 양생 기간 동안 현장에서 대기해야 하는 기간을 필요로 하지 않고, 프리스트레스의 도입 이후에 곧바로 인상하여 교량을 시공할 수 있으므로 교량 시공 기간을 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 거더의 콘크리트 양생과 거의 동시에 그라우트재를 충진할 수 있으므로, 겨울철에 그라우트재를 양생하기 위한 증기양생장치를 별도로 필요로 하지 않고, 거더의 콘크리트 양생 공정과 동시에 행할 수 있으므로, 겨울철 제작 및 시공이 용이해지고, 쉬스관 내부에 그라우팅재가 항상 채워져 있으므로, 야적 기간 동안에 눈이나 비가 쉬스관 내부로 유입되는 것을 근본적으로 방지하여, 교량에 인상되기 이전에 강연선의 부식 문제를 완전히 해결할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 본 발명은, 쉬스관 내의 그라우팅 재에 피복이 고정된 상태에서 피복 내의 강연선이 자유롭게 슬라이딩 이동할 수 있는 상태이므로, 피복내 강연선을 새로운 강연선으로 교체할 수 있게 되어, 교량의 시공이 완료된 이후에도 보다 높은 인장 강도를 갖는 강연선으로 교체하는 것에 의하여, 시공 이후에 강재 발달에 따른 추세에 맞춰 교량의 내하 능력을 높일 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은, 강연선에 긴장력을 도입하여 정착하는 프리스트레스 도입 공정이 강연선의 피복이 그라우트재에 의하여 쉬스관에 일체화된 상태에서 행해지므로, 프리스트레스 도입공정 중에 강연선이 쉬스관의 상측으로 쏠려 이동하지 않고 제위치를 유지하므로, 동일한 긴장력에도 보다 높은 하중을 상쇄시키는 프리스트레스를 도입하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 그라우팅 공정 중에 쉬스관의 단부를 밀폐시키는 지지 블록에 피복 강연선을 안내하는 안내관이 연장 형성되어, 그라우팅 공정 중에 피복 강연선의 자중에 의한 처짐이 거더 단부에서 발생되는 것을 억제할 수 있고, 강연선을 감싸는 피복이 거더 단부에서도 올곧게 펴진 상태로 그라우트재와 일체화되므로, 프리스트레스 도입 공정에서 강연선에 긴장력을 도입할 때에 불필요한 마찰 저항을 최소화할 수 있고, 강연선의 교체 공정도 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.

도1은 강연선을 이용한 교량용 거더에 프리스트레스를 도입하는 구성을 도시한 도면,
도2는 도1의 'A'부분의 확대 단면도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 교량용 거더의 제작 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도4는 도3의 제작 방법에 사용되는 그라우팅 장치의 구성을 도시한 단면도,
도5a 내지 도13은 도3에 따른 교량용 거더의 제작 방법의 단계별 구성에 관한 것으로,
도5a 내지 도5c는 쉬스관을 설치한 상태로 콘크리트부를 설치한 구성을 도시한 교량용 거더의 도면,
도6은 도5a의 쉬스관에 피복 강연선을 삽입한 구성을 도시한 도면,
도7은 도6의 'B' 부분의 확대도,
도8은 거더의 단부에 지지 블록을 설치한 구성을 도시한 도면,
도9는 안내관 및 푸시 블록을 설치한 구성을 도시한 도면,
도10a 및 도10b는 안내관의 이동에 따라 지지 블록의 제1관통공을 탄성 링에 의해 밀폐시키는 작용을 설명하기 위한 도면,
도11은 쉬스관 내에 그라우트재를 주입하는 구성을 도시한 도면,
도12는 그라우팅 장치를 제거하고 지지 블록 대신에 앵커 헤드를 설치한 구성을 도시한 도면,
도13은 피복 강연선의 강연선을 유압잭으로 잡고 인장력을 도입한 상태에서 정착하여 프리스트레스를 도입하는 구성을 도시한 도면,
도14a는 도13의 프리스트레싱 공정에 의하여 프리스트레스가 도입된 상태에서 도6의 X-X의 절단선에 따른 거더 중앙부의 하연에 위치한 쉬스관의 단면도,
도14b는 도1의 프리스트레싱 공정에 의하여 프리스트레스가 도입된 상태에서 도6의 X-X의 절단선에 대응하는 거더 중앙부의 하연에 위치한 쉬스관의 단면도,
도15는 도7의 절단선 Y-Y에 따른 피복 강연선의 횡단면도,
도16은 도3에 의한 제작 방법으로 제작된 교량용 거더의 일부 강연선을 교체하는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량용 거더의 유지 보수 방법의 일 실시예에 따른 구성을 순차적으로 도시한 순서도,
도17은 도16의 S220의 구성을 도시한 도면,
도18a 및 도18b는 도16의 커넥터에 적용 가능한 상세 구성을 도시한 도면,
도19는 도16의 S230의 구성을 도시한 도면이다.

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.

도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량용 거더의 제작 방법(S100)에 사용되는 그라우팅 장치(100)는, 쉬스관(12)의 단부에 일부 이상이 삽입된 상태로 고정 설치되는 트럼펫 부재(110)와, 피복 강연선(70)을 하나씩 관통시키는 다수의 제1관통공(120a)이 형성되어 트럼펫 부재(110)에 밀착 설치되는 지지 블록(120)과, 지지 블록(120)의 제1관통공(120a)마다 피복 강연선(70)을 직선 방향으로 그 연장 자세를 안내하는 안내관(130)과, 다수의 안내관(130)을 수용하여 안내관(130)이 거더(10)를 향하거나 멀어지도록 이동시키는 푸시 블록(140)과, 지지 블록(120)의 제1관통공(120a)의 단턱부(120b)에 접하여 배치되어 안내관(130)이 가압하면 탄성 변형되면서 피복 강연선(70)에 밀착하는 탄성 링(160)을 포함하여 구성된다.

상기 트럼펫 부재(110)는, 도7에 도시된 바와 같이, 프리스트레스를 도입하고자 하는 거더에 설치된 쉬스관(12)의 단부에 일부 이상이 삽입된 형태로 설치되고, 중앙부에 다수의 피복 강연선(70)을 관통시키는 관통공(110a)이 형성된다. 즉, 관통공(110a)은 피복 강연선(70)의 개수보다 더 적은 개수로 형성되며, 도면에 도시된 바와 같이, 하나로 형성되어 쉬스관(12)에 내설되는 다수의 피복 강연선(70)을 모두 수용할 수 있다.

트럼펫 부재(110)는 쉬스관(12)의 단부를 관통공(110a)에 수용하여, 콘크리트의 합성을 위하여 굳지 않은 콘크리트를 거푸집(미도시)에 타설하는 과정에서 콘크리트가 쉬스관(12)의 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 경우에 따라서는, 콘크리트의 타설 공정 중에는 트럼펫 부재(110)가 설치되지 않고 쉬스관(12)만 설치되고, 콘크리트부(10)의 양생 이후에 트럼펫 부재(110)에 대응하는 마감용 플레이트가 쉬스관(12)의 끝단에 밀폐되도록 결합될 수도 있다.

트럼펫 부재(110)에는 쉬스관(12) 내부에 그라우트재(60)를 공급하기 위한 그라우트재 공급관(110x)이 형성되어, 피복 강연선(70)이 쉬스관에 내설된 이후에 그라우트재(60)를 쉬스관(12) 내부에 채울 수 있다. 도면에 도시되지 않았지만, 그라우트재 공급관(110x)은 트럼펫 부재(110) 이외에 지지 블록(120)에 형성될 수도 있다.

상기 지지 블록(120)은, 트럼펫 부재(110)에 밀착되게 설치되어 피복 강연선(70)을 하나씩 관통시키는 다수의 제1관통공(120a)이 형성되어, 쉬스관(12)에 내설된 피복 강연선(70)의 단부에서의 각 위치를 안내한다. 따라서, 제1관통공(120a)의 개수는 쉬스관(12)에 내설되는 피복 강연선(70)의 개수와 동일하게 정해지는 것이 바람직하다.

지지 블록(120)은 트럼펫 부재(110)와 고정 볼트(118) 및 고정 너트(118x)에 의하여 체결 형태로 고정된다. 지지 블록(120)과 트럼펫 부재(110)의 체결 위치는 원주 방향을 따라 90도 내지 120도 간격으로 3개~4개 정도로 정해질 수 있다. 지지 블록(120)과 트럼펫 부재(110)가 맞닿는 표면에는 원형 밀봉링(117)이 개재되어, 지지 블록(120)과 트럼펫 부재(110)의 사이의 틈새를 통해 쉬스관(12) 내부의 공간과 외기가 서로 연통하는 것을 방지한다. 이와 동시에, 고정 너트(118x)와 지지 블록(120)의 사이에는 탄성 시트(122)가 개재되어, 고정 볼트(118)와 고정 너트(118x)의 체결 상태에서는 탄성 시트(122)의 탄성 복원력에 의하여 지지 블록(120)이 트럼펫 부재(110)를 가압하는 힘이 항상 작용하게 되어, 트럼펫 부재(110)와 지지 블록(120)의 사이의 밀실한 밀착 상태를 유지할 수 있게 된다.

지지 블록(120)의 제1관통공(120a)은 탄성 링(160)과 안내관(130)을 설치하기 위한 단턱(120b)이 형성된다. 단턱(120b)에 접하는 위치에는 탄성 변형이 가능한 고무 등 재질의 탄성 링(160)이 배치되고, 이로부터 지지 블록(120)의 바깥 방향(거더의 반대 방향)으로 안내관(130)이 길게 연장된다. 여기서, 안내관(130)은 도면에 도시된 바와 같이 직선 형태로 연장 형성된 것이 바람직하며, 거더의 길이 방향과 평행하게 연장되는 것이 바람직하지만, 이에 대하여 15도 이하의 낮은 경사도를 갖는 자세로 연장될 수도 있다.

여기서, 안내관(130)은 강재, 스텐레스 등의 휨 강성이 큰 금속 재료로 형성되어 피복 강연선(70)의 처짐을 억제하고 정해진 자세로 유지하는 역할을 하며, 탄성 링(160)에 압축력을 가하여 반경 방향으로의 탄성 변형(e)시키는 역할도 한다. 이를 위하여, 안내관(130)의 휨 강성은 피복 강연선(70)의 휨 강성에 비하여 보다 높게 형성되도록 그 재질 및 단면 두께 등이 정해진다.

이에 따라, 쉬스관(12) 내의 피복 강연선(70)이 지지 블록(120)의 제1관통공(120a)에 하나씩 관통 삽입하게 되면, 피복 강연선(70)은 안내관(130)에 의하여 직선 형태로 지지되므로, 지지 블록(120)의 내측(쉬스관 내측)에서 자중에 의해 피복 강연선(70)이 하방 처짐이 발생되지 않아 굽어지지 않고 펼쳐진 자세를 유지할 수 있다. 따라서, 그라우팅 공정이 행해진 이후에 피복 강연선(70)의 강연선(71)을 잡아당겨 긴장력(P)을 인가하는 때에, 강연선(71)이 거더 단부에서 굽어짐에 따른 마찰을 최소화할 수 있고, 도19에 도시된 바와 같이 강연선(71)을 교체하는 경우에도 피복(72) 내부에 새로운 강연선(702)을 삽입하는 공정이 보다 용이해진다. 또한, 그라우팅 공정 이후에 피복 강연선의 다발 위치와 긴장시 사용하는 앵커 헤드의 제2관통공(210a)의 위치를 보다 용이하게 맞출 수 있다.

안내관(130)은 제1관통공(120a)에 살짝 끼여 있는 상태이지만, 힘을 가하면 안내관(130)이 제1관통공(120a) 내에서 축선 방향으로 이동(130d)할 수 있게 된다. 안내관(130)이 일정하게 축선 방향으로 이동(130d)할 수 있도록, 지지 블록(120)으로부터 안내 관(130)의 연장 방향인 축선 방향과 평행하게 연장된 가이드 바(125)가 2개 이상 설치되고, 가이드 바(125)를 따라 축선 방향으로 이동 가능하면서 다수의 안내 관(130)을 고정하고 있는 푸시 블록(140)이 설치된다. 즉, 푸시 블록(140)과 안내관(130)은 일체로 이동하도록 결합되어, 안내 관(130)을 지지 블록(120)의 제1관통공(120a)에 삽입하면서 푸시 블록(140)의 관통공이 가이드 바(125)에 끼워지는 것(130d)에 의하여, 안내관(130)과 푸시 블록(140)의 설치가 완료된다.

그리고, 도10a에 도시된 바와 같이, 푸시 블록(140)이 거더(1)로부터 멀어지는 방향(130d1)으로 이동한 상태에서는, 안내관(130)의 끝단이 탄성 링(160)을 누르지 않아 탄성 링(160)이 피복 강연선(70)에 밀착한 상태가 아니므로, 피복 강연선(70)이 지지 블록(120)의 각 제1관통공(120a)을 무난히 관통할 수 있는 상태가 된다.

피복 강연선(70)이 제1관통공(120a)을 관통하는 상태로 쉬스관(12) 내부에 내설되면, 도10b에 도시된 바와 같이 푸시 블록(140)이 거더(1)를 향하여 가이드 바(125)를 따르는 축선 방향으로 이동(130d2)시키는 것에 의하여, 탄성 링(160)에 비하여 경도와 강성이 보다 높은 금속 재질의 안내관(130)이 동시에 탄성 링(160)을 가압한다. 이에 따라, 탄성 링(160)은 반경 방향으로 팽창(e)하면서, 탄성 링(160)의 내주면이 피복 강연선(70)의 피복(72)의 둘레 외주면에 밀착되면서, 제1관통공(120a)과 피복 강연선(70)의 사이 틈새를 탄성 링(160)의 탄성 변형에 의하여 밀실하게 채워, 쉬스관(120)의 내부 공간을 외부와 차단하게 된다. 푸시 블록(140)이 안내 관(130)을 가압하여 탄성 링(160)의 팽창 상태(e)를 유지할 수 있도록, 안내 관(130)이 가압된 상태에서 푸시 블록(140)은 가이드 바(125)의 고정 볼트(125x)에 의하여 위치 고정된다.

이에 따라, 쉬스관(12)의 내부 공간은 외부와 완전히 차단된 상태로 유지되므로, 그라우트재 주입관(110x)을 통해 누설없이 쉬스관(12) 내부 공간에 그라우트재(60)를 주입할 수 있는 환경을 마련할 수 있게 된다.

이하, 도3을 참조하여, 상기와 같이 구성된 그라우팅 장치(100)를 이용한 교량용 거더(1)의 제작 방법(S100)을 상술한다.

단계 1: 먼저, 쉬스관(12)이 설치된 거더(1, 2, 3)를 제작하여, 거더(1, 2, 3,)를 준비한다(S110).

도5a에 도시된 바와 같이, 콘크리트 거더(1)인 경우에는 쉬스관(12)이 콘크리트부(10)에 매립된 형태로 설치되고, 도5b에 도시된 바와 같이 강합성 거더(2)인 경우에는 쉬스관(12)이 강재 거더(20)에 합성된 콘크리트부(10)에 매립된 형태로 설치된다. 도5c에 도시된 바와 같이 박스형태( 또는 U자형 개구 박스형태)의 콘크리트 거더(3)로 형성될 수 있는데, 박스 형태의 콘크리트 거더(3)가 연속교를 형성하는 경우에는, 경간 중앙부에 작용하는 정모멘트를 상쇄시키는 강연선을 설치하기 위한 쉬스관(12L)이 중립축 하측에 설치되고, 또한 연속 지점부에서 작용하는 부모멘트를 상쇄시키는 강연선을 설치하기 위한 쉬스관(12U)이 중립축 상측에 설치된다.

대체로, 쉬스관(12)은 콘크리트부(10)에 매립된 형태로 설치되지만, 본 발명은, 콘크리트부에만 매립되는 구성으로 국한하지 않으며, 금속 재료의 쉬스관과 다른 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 등 플라스틱, 수지 등의 다양한 재료로 형성된 쉬스관에 매립될 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 쉬스관(12)은 콘크리트에 매립되는 형태일 수도 있고, 콘크리트의 바깥에 드러난 형태(즉, 교량 시공이 완료된 상태에서 외부에 드러나거나, 박스 거더의 경우 박스 내부에 위치하는 형태)에 위치할 수도 있다. 그리고, 프리스트레스의 도입이 가능하게 단부가 구성되고 쉬스관(12)이 외부에 드러난 외부 강선 보강 용도로도 적용 설치될 수도 있다.

이하에서는, 편의상 콘크리트 거더(1)인 경우로 예를 들어 설명하기로 한다.

단계 2: 그리고 나서, 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 쉬스관(12) 내부에 피복 강연선(70)을 다발 형태로 삽입한다(S120). 대체로 거더(1, 2)의 길이는 10m 내외의 짧은 길이로부터 80m에 이르는 긴 길이로 제작되므로, 쉬스관(12) 내부에 다수의 피복 강연선(70)을 삽입하기 위해서는 쉬스관(12)의 단면이 피복 강연선(70)에 비하여 훨씬 크게 형성된다. 거더의 길이에 따라 차이가 있지만, 쉬스관(12)의 단면적은 피복 강연선(70)들의 단면적의 합에 비하여 대략 2.5배~3배 정도로 정해진다.

이에 따라, 쉬스관(12) 내부에 피복 강연선(70)이 삽입되면, 도14a에 도시된 바와 같이, 중력에 의하여 피복 강연선(70)이 쉬스관(12)의 하측에 위치한 상태가 된다.

도7에 도시된 바와 같이, 경우에 따라, 쉬스관(12)에 내설되는 강연선(71)에 긴장력을 도입하기 위한 트럼펫 부재(110)는 단계 1에서 미리 콘크리트부(10)에 일체로 형성될 수 있다.

여기서, 피복 강연선(70)은 도15에 도시된 바와 같이 피복(72)의 내부에 다수의 강선(wire)이 꼬인 스트랜드(strand) 형태의 강연선(71)이 배치되고, 피복(72)과 강연선(71)의 사이에는 그리스, 왁스, 에폭시 등의 내부식성 방청제(73)가 채워지고, 스트랜드 형태의 강연선(71)이 피복(72)에 대하여 축선 방향으로 이동 가능하게 형성된다. 이에 따라, 피복(72)이 그라우트재(60)와 일체화된 이후에, 강연선(71)을 축선 방향으로 잡아당기면, 강연선(71)이 피복(72)에 대하여 축선 방향으로 이동할 수 있다.

한편, 본 발명은, 도5a 내지 도5c의 교량용 거더(1, 2, 3)에 설치된 다수의 쉬스관(12)에 피복 강연선(70)이 모두 적용되는 구성을 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 거더(1, 2, 3)의 다수의 쉬스관(12) 중에 일부의 쉬스관에만 피복 강연선(70)이 적용되도록 구성될 수 있다. 이 경우에는, 피복 강연선(70)이 설치되지 않는 쉬스관에 피복이 없는 강연선(71, 알강선, bare tendon)이 설치되고, 종래의 프리스트레싱 방법에 따라 강연선(71)을 긴장시킨 이후에 정착하고, 그 다음에 그라우팅 공정이 행해질 수 있다. 이와 같은 구성은, 일부 쉬스관에 설치된 피복 강연선(70)은 교량의 활하중 변화에 따른 차이를 후속적으로 보완하기 위하여, 교량 시공 이후에 추가적인 프리스트레스를 도입하는 데 활용될 수 있으며, 대체적으로 거더의 전체 강연선의 20~30%정도만큼 피복 강연선(70)이 설치되도록 배치할 수 있다.

단계 3: 그리고 나서, 쉬스관(12)의 단부에 도4의 그라우팅 장치(100)를 설치하여 지지 블록(120)에 의하여 쉬스관(12)의 내부 공간을 외부와 외형상 차단시킨다(S130).

이를 위하여, 도8에 도시된 바와 같이, 제1관통공(120a)의 단턱(120b)에 탄성 링(160)이 설치된 지지 블록(120)을 트럼펫 부재(110)에 밀착(120d)시키고, 트럼펫 부재(110)와 밀봉링(117)을 사이에 두고 고정 볼트(118)로 고정시켜, 쉬스관(12)의 단부를 막는다.

단계 4: 그 다음, 지지 블록(110)의 제1관통공(120a)과 피복 강연선(70) 사이의 틈새를 마감한다(S140).

이를 위하여, 도9에 도시된 바와 같이, 지지 블록(120)의 제1관통공(120a)의 배열대로 안내 관(130)이 배열 고정된 푸시 블록(140)을 준비하고, 푸시 블록(140)을 지지 블록(120)의 가이드 바(125)에 관통시킨 상태로 안내 관(130)이 지지 블록(120)의 제1관통공(120a)에 삽입되도록 안내관(130) 및 푸시 블록(140)을 설치한다.

이와 같이, 쉬스관(12)의 단부를 밀폐시키는 지지 블록(120)에 높은 휨 강성을 갖는 금속 재료로 피복 강연선(70)을 안내하는 안내관(130)이 연장 형성되어, 그라우팅 공정 중에 피복 강연선의 자중에 의한 처짐이 거더 단부에서 발생되는 것을 억제할 수 있고, 강연선(71)을 감싸는 피복(72)이 거더 단부에서도 올곧게 펴진 상태로 그라우트재(60)와 일체화되므로, 프리스트레스 도입 공정에서 강연선(71)에 긴장력을 도입할 때에 불필요한 마찰 저항을 최소화할 수 있고, 필요에 따라 강연선(71)을 교체하더라도 그 교체 공정이 용이해지는 이점을 얻을 수 있다.

그리고, 푸시 블록(140)을 가이드 바(125)를 따라 거더(1)를 향하여 이동시키는 것에 의하여, 도10b에 도시된 바와 같이, 푸시 블록(140)에 일체 고정된 다수의 안내 관(130)이 거더(1)를 향하여 동시에 이동(130d2)하면서 제1관통공(120a)의 단턱(120b)에 배치된 탄성 링(160)을 가압한다. 이에 의하여, 탄성 링(160)은 반경 방향으로 팽창(e)하면서 피복 강연선(70)의 외주면에 밀착하여, 제1관통공(120a)과 피복 강연선(70) 사이의 틈새를 메운다. 이 때, 트럼펫 부재(110)와 지지 블록(120) 사이의 틈새는 이들(110, 120) 사이의 밀봉 링(117)에 의하여 차단된다.

필요에 따라, 트럼펫 부재(110)에 형성된 그라우트재 공급관(110x)에 그라우트재(60)의 주입을 보다 용이하게 하기 위한 연결관(112)을 연결 설치할 수 있다.

단계 5: 그리고 나서, 그라우트재 공급관(110x)을 통해 쉬스관(120)의 내부 공간에 그라우트재(60)를 주입(66)하고 양생시킨다(S150). 이에 의하여 그라우트재(60)는 그라우트재 공급관(110x)을 거쳐 쉬스관(12)의 내부 공간을 채우며, 그라우팅 장치(100)의 지지 블록(120)의 바깥으로는 탄성 링(160)과 밀봉링(117)에 의하여 차단되어 있으므로 누설되지 않는다.

여기서, 그라우트재(60)는 주입 당시에는 액체 상태이지만, 양생되면 굳는 재료로 선택된다. 이에 따라, 쉬스관(12)의 내부에 채워진 그라우트재(60)가 충분하게 양생되면, 쉬스관(12)과 피복 강연선(70)의 피복(72)은 그라우트재(60)에 의하여 일체화된 상태가 된다.

이와 같이, 쉬스관(12) 내부의 강연선(71)에 긴장력이 도입되지 않은 상태로 그라우트재(60)가 쉬스관(12)의 내부 공간을 채우므로, 도14a에 도시된 바와 같이, 피복 강연선(70)은 쉬스관(12)의 하부 공간에 위치하므로, 거더(1)의 중립축으로부터 피복 강연선(70)까지의 거리(y1)를 종래 프리스트레스 도입 이후에 그라우팅 공정을 행하였던 종래 구조(도14b)에 비하여 중립축으로부터 강연선(71)까지의 거리(y2)에 비하여 보다 멀리 이격시킬 수 있다.

그리고, 강연선에 긴장력을 도입하기 이전에 그라우팅재(60)에 의하여, 각각의 피복 강연선의 배치 위치가 확정되므로, 종래에 프리스트레싱 공정이 먼저 행해지는 경우에 긴장력을 인가하여 강연선을 인장시키는 단계에서 내부 강선이 꼬이는 문제를 해소할 수 있다.

한편, 쉬스관(12)의 내부에 그라우트재(60)를 주입하는 과정에서, 그라우트재(60)가 쉬스관(12)의 내부를 완전히 채우지 못하여 쉬스관(12) 내부의 상측에 빈 공간(12z)이 형성될 수 있다. 이 경우에, 종래에 강연선(71)에 인장력이 도입된 상태에서 쉬스관(12) 내부에 그라우트재(60)를 주입하면, 도14b에 도시된 바와 같이, 일부의 강연선(71z)은 빈 공간(12z)에 위치하거나 노출되어 부식을 피할 수 없는 문제가 생긴다. 특히, 강연선(71)은 인장력이 작용하는 상태로 설치되므로 부식에 매우 취약하므로, 강연선(71)의 일부(71z)가 그라우트재(60)로 덮히지 않으면 거더의 안전성에 치명적인 문제를 야기할 수 있다.

이에 반하여, 본 발명은 쉬스관(12)에 그라우트재(60)를 주입하는 때에, 피복 강연선(70)에 인장력이 도입되지 않은 상태이어서 강연선(70)이 쉬스관(12)의 하측에 배치되어 있으므로, 그라우트재(60)가 쉬스관(12)의 내부를 완전히 채우지 못하여 쉬스관(12)의 내부에 빈 공간(12z)이 생기더라도, 피복 강연선(70)은 항상 그라우트재(60)에 의해 감싸여진 상태이므로, 피복 강연선(70)의 내부식 성능과 그라우트재(60)에 의한 피복 강연선(70)의 위치 고정도 확실하게 보장되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 그라우팅 공정이 거더의 쉬스관(12) 내부에 피복 강연선(70)을 삽입하고 곧바로 행해질 수 있으므로, 종래에 적치 기간을 거쳐 프리스트레싱 공정이 행해진 이후에야 비로소 그라우팅 공정을 행하는 것과 비교하여, 작업의 연속성이 보장될 뿐만 아니라, 동절기에 제작하더라도, 콘크리트 양생을 위하여 반입되어 있는 증기양생장비를 이용하여 곧바로 그라우팅재(60)를 양생시킬 수 있으므로, 설비의 관리 및 제작 비용을 줄이는 효과도 얻을 수 있다. 그리고, 쉬스관을 채우는 그라우팅재(60)의 시공 이후에 후술하는 적치 기간(또는 야적 기간)을 경과한 후에 프리스트레스 도입공정이 행해지는데, 단계 5에 의해 쉬스관(12)에 충전된 그라우트재에 동공(cavity)이 정착 단부 근처에서 발생되더라도, 그라우팅 공정이 최후 공정이 아니므로 단계 5 이후에 언제든지 손쉽게 그라우팅재를 보충할 수도 있다.

한편, 도5c에 도시된 바와 같이, 거더(3)가 연속 교량을 형성하고, 연속 지점부에서 중립축 상측에 강연선(70)을 설치하는 경우에는, 단계 2 내지 단계 5는 지상에서 행할 수도 있지만, 교각 등의 하부 구조에 거더(3)를 가설한 상태에서, 쉬스관(12U)에 강연선(70)을 설치하고 그라우팅을 행할 수도 있다.

단계 6: 그리고 나서, 그라우팅 장치(100)를 해체하고 일정 기간 동안 야적될 수 있다. 이는, 교량용 거더(1, 2)를 제작하고 나서 곧바로 교량시공에 사용되지 못하는 경우가 많기 때문이다. 따라서, 일정 기간 동안 야적된 이후에, 강연선의 긴장 및 정착에 필요한 앵커 헤드(210)를 지지 블록(120)의 위치에 교체 설치한다(S160).

구체적으로는, 거더의 적치 이전에, 그라우트재 공급관(110x)에 연결하였던 연결관(112)을 트럼펫 부재(110)로부터 분리하고, 그라우트재 공급관(110x)의 개구를 커버(119)로 막는다. 그리고, 가이드 바(125)의 고정 너트(125x)를 해제한 후에 안내 관(130)과 푸시 블록(140)을 제거하고, 마지막으로 지지 블록(120)을 트럼펫 부재(110)로부터 분리시킨다. 이 때, 트럼펫 부재(110)는 강연선의 긴장 및 정착에 필요하므로, 콘크리트부(10)에 일체화된 상태로 유지된다.

그리고, 쐐기 부재(230)로 고정하기 위한 영역의 피복 강연선(70)으로부터 피복(72)을 제거하고 강연선이 드러나도록 한다.

그 다음, 도12에 도시된 바와 같이, 지지 블록(120)의 제1관통공(120a)과 정렬되게 제2관통공(210a)이 배열된 앵커 헤드(210)를 준비하여, 피복(72)이 제거된 강연선(71)이 제2관통공(210a)에 관통하도록, 앵커 헤드(210)를 지지 블록(120)이 위치하였던 자리에 위치시키고, 앵커 헤드(210)를 트럼펫 부재(110)에 고정시킨다. 그리고, 피복(72)이 벗겨진 각각의 강연선(71)에 쐐기 부재(230)를 위치(210d)시킨다. 이 때, 앵커 헤드(210)의 제2관통공(210a)은 피복(72)이 제거된 강연선(71)이 관통되므로, 제2관통공(210a)의 단면 크기는 피복이 입혀진 강연선(70)은 삽입되지 못하고 피복이 없는 강연선(71)이 공차를 갖고 삽입될 수 있는 크기로 정해지므로, 피복이 입혀진 강연선(70)이 삽입되는 지지 블록(120)의 제1관통공(120a)에 비하여 더 작게 형성된다.

한편, 장기 야적을 하는 경우에도, 본 발명은, 강연선을 긴장 정착하기 이전에 그라우팅재(60)가 쉬스관(12)의 내부를 채운 이후에 적치 기간이 경과하도록 구성됨에 따라, 적치 기간 동안에 쉬스관(12)의 내부로 빗물이 유입되거나 동절기시 유입된 빗물이 어는 현상이 발생되지 않으므로, 빗물이나 얼음에 의해 그라우팅 하자가 발생되었던 종래의 문제점도 모두 해소할 수 있다.

단계 7: 그리고 나서, 앵커 헤드(210)에 지지되도록 인장잭(240)을 설치하고, 인장잭(240)으로 피복 강연선(70)의 강연선(71)을 잡아 긴장력(P)을 강연선(71)에 도입한 상태에서, 쐐기 부재(230)를 제2관통공(210a)의 쐐기부(210b)에 끼워 강연선(71)을 정착시킨다(S170).

이에 의하여, 피복 강연선(70)의 강연선(71)에는 긴장력(P)이 도입된 상태로 정착되면서, 콘크리트부(10)에는 압축 프리스트레스가 도입된다.

여기서, 도5c에 도시된 바와 같이, 거더(3)가 연속 교량을 형성하고, 연속 지점부에서 중립축 상측의 쉬스관(12U)에 설치된 강연선(70)은 그 단부가 거더 상부에 노출되어, 교각 등의 하부 구조에 거더(3)를 거치한 이후에 단계 7이 행해진다.

이에 따라, 종래에는 쉬스관(12) 내에서 자유롭게 유동 가능한 강연선(71)에 프리스트레스를 도입함에 따라, 최종 제작된 거더의 쉬스관(12) 내에서는 도14b에 도시된 바와 같이 강연선(71)이 쉬스관(12)의 상측으로 쏠려 배치되는 것을 피할 수 없었지만, 본 발명은, 쉬스관(12) 내에서 경화된 그라우트재(60)에 의하여 피복 강연선(70)의 배치가 고정된 상태에서, 피복 강연선(70)의 강연선(71)에 긴장력을 도입하여 프리스트레스를 도입하므로, 도14a에 도시된 바와 같이 피복 강연선(70)이 쉬스관(12)의 하측에 배치된 상태를 유지할 수 있게 된다. 따라서, 도14a의 피복 강연선(70)과 도14b의 강연선(71)에 동일한 크기의 긴장력이 도입된 상태로 정착되어 프리스트레스가 도입된 경우에, 본 발명(도14a)은 거더 중립축으로부터 피복 강연선(70)까지의 거리(y1)를 보다 길게 할 수 있으므로, 교량용 거더(1, 2)에 작용하는 하중을 상쇄시키는 편심 모멘트를 증대시키는 효과를 증대시켜 하중에 대한 저항 능력을 보다 크게 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

무엇보다도, 상기와 같이 제작된 교량용 거더(1, 2)는, 피복 강연선(70)에 긴장력(P)을 도입하기에 앞서, 쉬스관(12)에 그라우트재(60)를 주입하고 양생하여 경화시켜, 피복 강연선(70)의 피복(72)이 쉬스관(12)과 일체화시킨 이후에 프리스트레스가 도입됨에 따라, 프리스트레스의 도입 공정에서 피복이 손상되는 일이 발생되지 않게 되어 쉬스관(12)에 내설된 다발형태의 강연선(71)이 하나하나 모두 피복(72)이 입혀진 상태로 방청 유지되므로, 방청제가 교량의 시공 이후에 공용 중에도 누설되지 않아 시공 당시의 내하 능력을 반영구적으로 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기와 같이 제작된 교량용 거더(1, 2)는, 거더 단부에서도 피복 강연선(70)이 자중에 의해 처짐이 발생되지 않고 올곧은 형태로 연장되어 있고, 동시에 피복 내에 방청제로 둘러싸인 상태로 강연선(71)이 시공되므로, 필요에 따라 다발의 피복 강연선(70) 중에 일부에 대해서는 긴장력을 도입하지 않고, 추후에 차량 증가 등에 의해 내하 능력을 향상시킬 필요가 있을 때에 긴장력이 도입되지 않은 피복 강연선(70)에 프리스트레스를 도입하여 내하 능력을 교량 시공 이후에도 조절할 수 있다.

이 뿐만 아니라, 상기와 같이 제작된 교량용 거더(1, 2)는, 강연선(71)이 피복(72)에 둘러싸인 상태이므로, 언제든지 강연선(71)을 교체할 수 있다. 즉, 교량의 시공 당시에 사용된 강연선(71)의 인장 강도에 비하여, 기간이 경과하여 보다 높은 인장 강도를 갖는 강연선이 사용 가능하게 된 경우에, 그리고 새로운 강연선을 거더의 바깥에 별도로 설치하여 미관을 해치지 않고 쉬스관 내의 기존의 강연선(701)을 보다 높은 인장 강도를 갖는 새로운 강연선(702)으로 교체하여, 거더를 교체하지 않고 강연선(701)만을 교체하여 교량의 내하 능력을 향상시킬 수 있다.

이하, 도16을 참조하여, 상기와 같이 거더의 쉬스관(12) 내에 다수의 피복 강연선(70)이 배치되고, 쉬스관(12)과 피복 강연선(70)의 사이 공간이 그라우트재(60)에 의하여 일체화된 교량용 거더에서, 새로운 강연선(702)으로 기존의 강연선(701)을 교체하는 구성을 포함하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량용 거더의 유지 관리 방법(S200)을 상술한다.

단계 1: 먼저, 앵커 헤드에 정착된 다수의 상기 피복 강연선들 중에 일부 이상인 제1피복 강연선의 정착 상태를 해제한다(S210).

이를 위하여, 제1강연선(701)에 유압잭(미도시)을 연결하고, 유압잭으로 제1강연선(701)을 잡아당긴 상태에서 쐐기 부재(230)를 앵커 헤드(210)의 제2관통공(210a)으로부터 분리시켜, 앵커 헤드(210)에 정착된 강연선들 중에 교체하고자 하는 제1강연선(701)에 대하여 긴장력을 제거한다.

단계 2: 단계 1이 행해지기 이전 또는 그 이후에, 쉬스관(12)의 제1피복 내에서 제거하고자 하는 제1강연선(701)과 새로운 제2강연선(702)을 커넥터(300)로 연결한다(S220).

이 때, 제1강연선(701)과 제2강연선(702)은 여러 가닥의 강선(wire, 또는 소선)이 꼬인 강연선이고, 그 중심부에 위치한 중앙 와이어(701a, 702a)를 구비하여, 제1강연선(701)의 중앙 와이어(701a)와 제2강연선(702)의 중앙 와이어(702a)를 연결하고, 커넥터(300)의 단면은 제1피복의 내부 공간(d)에 삽입되는 단면(d')의 크기로 정해진다.

보다 구체적으로는, 도18a에 도시된 바와 같이, 상기 커넥터(300)는, 중앙 몸통(310)과, 제1강연선(701)의 중앙와이어(701a)의 일단부에 끼워지는 제1쐐기(320)와, 제2강연선(702)의 중앙 와이어(702a)의 일단부에 끼워지는 제2쐐기(320')와, 제1쐐기(320)와 제1강연선(701)의 중앙 와이어(701a)의 일단부를 수용하고 중앙 몸통(310)의 일단에 결합되는 제1케이싱(340)과, 제2쐐기(320')와 제2강연선(702)의 중앙 와이어(702a)의 일단부를 수용하고 중앙 몸통(310)의 타단에 결합되는 제2케이싱(340')을 포함하여 구성된다.

여기서, 중앙 몸통(310)과 제1케이싱(340) 및 제2케이싱(340')의 단면 크기는 제1피복에 삽입되는 크기로 형성된다. 그리고, 커넥터(300)의 중앙 몸통(310)과 제1쐐기(320)의 사이에는 제1스프링(330)이 압축 변형된 상태로 설치되어, 제1쐐기(320)가 제1강연선(701)의 중앙 와이어(701a)를 물고 있는 상태를 안정되게 유지시킨다. 마찬가지로, 커넥터(300)의 중앙 몸통(310)과 제2쐐기(320')의 사이에는 제2스프링(330')이 압축 변형된 상태로 설치되어, 제2쐐기(320)가 제1강연선(701)의 중앙 와이어(701a)를 물고 있는 상태를 안정되게 유지시킨다.

한편, 도18b에 도시된 바와 같이, 커넥터(300')는, 중앙 몸통(310)과, 힌지(311a)에 의해 결합되어 중앙 몸통(310)에 대하여 피봇 회전(r1)이 가능한 제1단부몸통(311)과, 힌지(312a)에 의해 결합되어 중앙 몸통(310)에 대하여 피봇 회전(r1)이 가능한 제2단부몸통(312)으로 이루어질 수 있다.

그리고, 각각의 단부 몸통(311, 312)에는 도18a의 쐐기(320, 320'), 스프링(330, 330') 및 케이싱(340, 340')가 설치되어, 제1강연선(701)의 중앙 와이어(701a)와 제2강연선(702)의 중앙 와이어(702a)와 결합 고정된다. 이와 같이, 커넥터(300')는 중앙 몸통(310)에 대하여 단부 몸통(311, 312)이 피봇 회전(r1)이 가능하게 설치됨에 따라, 거더 내의 강연선(70)의 배치 곡률이 큰 경우에도 피봇 회전(r1)에 의하여 원활히 강연선의 교체 공정을 행할 수 있는 이점이 얻어진다.

이에 부가하여, 각각의 단부 몸통(311, 312)에는 강연선의 축선 방향으로 스핀 회전(r2)하는 스핀축(311x, 312x)이 마련될 수 있다. 이에 따라, 강연선의 교체 공정 중에 제1강연선(701)이 제1피복으로부터 배출되고 제2강연선(702)이 제1강연선을 뒤따라 제1피복의 내부로 삽입되면서 마찰에 의해 스핀 회전하는 변위가 자유롭게 허용되면서, 강연선의 교체 공정을 보다 적은 힘으로 행해질 수 있게 된다. 도면에는 스핀 회전을 허용하는 스핀축(311x, 312x)이 단부 몸통(311, 312)에 형성되어 있지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 스핀 회전을 허용하는 스핀축(311x, 312x)은 중앙 몸통(310)의 힌지(311a, 312a)보다 중앙부에 위치하여, 중앙 몸통에서 스핀 회전을 허용하게 구성될 수도 있다. 즉, 제1단부몸통(311)과 제2단부몸통(312) 사이에 스핀 회전이 허용되도록 스핀축이 하나 이상 마련되면 충분하다.

단계 3: 그리고 나서, 도19에 도시된 바와 같이, 제1강연선(701)의 일단을 잡아당겨 제1강연선(701)을 제1피복의 바깥으로 추출(701d)한다(S230). 이 때, 제1강연선(701)의 타단에는 커넥터(300)로 제2강연선(702)이 연결되어 있으므로, 도18에 도시된 바와 같이, 제1강연선(701)이 제1피복의 바깥으로 배출(701d)되는 것과 동시에, 새로운 제2강연선(702)이 제1피복의 내부로 삽입(702d)된다.

단계 4: 그리고 나서, 새롭게 삽입된 제2강연선(702)에 대하여, 도3의 S170공정과 유사하게, 교체된 제2강연선(702)을 잡고 긴장력(P)을 도입한 후 쐐기 부재(230)로 제2관통공(210a)에 정착한다(S240). 이 때, 제2강연선(702)은 제1강연선(701)에 비하여 보다 높은 인장 강도를 갖는 재질로 이루어지므로, 제2강연선(702)에 보다 큰 긴장력(P)을 도입하여 프리스트레스를 도입하는 것에 의하여, 교량용 거더(1, 2)의 내하 능력을 보다 향상시킬 수 있다.

도면에는 1개의 제1강연선(701)이 교체되는 것을 예로 들었는데, 단계 1 및 단계 2를 반복하여 강연선(701)을 하나씩 위치를 바꿔가면서 여러개 교체할 수도 있고, 한꺼번에 2개 이상의 제1강연선(701)을 동시에 교체하고 프리스트레스 도입할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명은, 쉬스관(12) 내의 그라우팅재(60)에 의하여 피복(72)이 고정된 상태에서 피복 내의 강연선이 자유롭게 슬라이딩 이동할 수 있는 상태이므로, 피복내 강연선(701)을 새로운 강연선(702)으로 교체할 수 있게 되어, 교량의 시공이 완료된 이후에도 보다 높은 인장 강도를 갖는 강연선으로 교체하는 것에 의하여, 시공 이후에 강재 발달에 따른 추세에 맞춰 교량의 내하 능력을 높일 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 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.

1, 2: 교량용 거더 10: 콘크리트부
12: 쉬스관 100: 그라우팅 장치
110: 트럼펫 부재 120: 지지 블록
130: 안내 관 140: 푸시 블록
160: 탄성 링 210: 앵커 헤드
230: 쐐기 부재 300: 커넥터

Claims (13)

1. 거더의 쉬스관 내에 다수의 피복 강연선이 배치되고, 상기 쉬스관과 상기 피복 강연선의 사이 공간이 그라우트재에 의하여 일체화된 교량용 거더의 유지 관리 방법으로서,
   앵커 헤드에 정착된 다수의 상기 피복 강연선들 중에 일부 이상인 제1피복 강연선의 정착 상태를 해제하는 정착 해제 단계와;
   정착 상태가 해제된 상기 제1피복 강연선의 제1강연선을 외부로 추출하여 제거하는 강연선 제거단계와;
   상기 강연선 제거단계에서 제거되는 상기 제1강연선을 감싸고 있던 제1피복에 새로운 제2강연선을 삽입하는 강연선 설치단계와;
   상기 제2강연선에 긴장력을 도입하여 정착하여 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입단계를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 거더의 유지 관리 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1강연선의 끝단과 상기 제2강연선의 끝단을 연결하여, 상기 제1강연선을 상기 제1피복으로부터 추출하는 것에 의하여, 상기 강연선 제거단계와 상기 강연선 설치단계는 동시에 행해지는 것을 특징으로 하는 교량용 거더의 유지 관리 방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제1강연선과 상기 제2강연선은 다수의 강선이 중앙부의 중앙 와이어(king wire)를 중심으로 꼬인 스트랜드 형태로 형성되고;
   상기 강연선 제거단계와 상기 강연선 설치단계는, 상기 제1피복의 내부에 삽입되는 단면으로 형성된 커넥터로 상기 제1강연선의 중앙 와이어와 상기 제2강연선의 중앙 와이어를 연결한 상태에서 행해지는 것을 특징으로 하는 교량용 거더의 유지 관리 방법.
   
4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 교량용 거더의 유지 관리 방법에 사용되는 강연선의 커넥터로서,
   상기 제1피복에 삽입되는 단면 크기를 갖는 중앙 몸통과;
   상기 제1강연선의 중앙와이어의 일단부에 끼워지는 제1쐐기와;
   상기 제2강연선의 중앙 와이어의 일단부에 끼워지는 제2쐐기와;
   상기 제1쐐기와 상기 제1강연선의 일단부를 수용하고 상기 중앙 몸통의 일단에 결합되고, 상기 제1피복에 삽입되는 단면 크기를 갖는 제1케이싱과;
   상기 제2쐐기와 상기 제2강연선의 일단부를 수용하고 상기 중앙 몸통의 타단에 결합되고, 상기 제1피복에 삽입되는 단면 크기를 갖는 제2케이싱을;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강연선의 커넥터.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 중앙 몸통과 상기 제1쐐기의 사이에 압축 변형된 상태로 설치되는 제1스프링과;
   상기 중앙 몸통과 상기 제2쐐기의 사이에 압축 변형된 상태로 설치되는 제2스프링을;
   더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강연선의 커넥터.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 중앙 몸통의 양단에 힌지 결합되어 피봇 회전 가능한 제1단부 몸통과 제2단부몸통을 더 포함하고, 상기 제1케이싱과 상기 제1쐐기는 상기 제1단부 몸통에 구비되고, 상기 제2케이싱과 상기 제2쐐기는 상기 제2단부몸통에 구비된 것을 특징으로 하는 강연선의 커넥터.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제1단부 몸통과 상기 제2단부 몸통은 상호간에 스핀 회전을 허용하게 허용하는 스핀축이 마련된 것을 특징으로 하는 강연선의 커넥터.
   
8. 프리스트레스를 도입하고자 하는 거더에 설치된 쉬스관의 단부에 일부 이상이 삽입된 형태로 설치되고, 중앙부에 다수의 피복 강연선을 관통시키는 관통공이 형성된 트럼펫 부재와;
   상기 트럼펫 부재에 밀착되게 설치되어, 상기 피복 강연선을 하나씩 관통시키는 다수의 제1관통공이 형성되고 상기 쉬스관의 단부를 외부와 차단시키는 지지 블록과;
   상기 트럼펫 부재와 상기 지지 블록 중 어느 하나에 형성되어 상기 쉬스관 내부로 그라우트재를 공급하는 그라우트재 공급관을;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 지지 블록의 상기 제1관통공으로부터 상기 거더의 반대쪽을 향하여 연장 형성되고 상기 피복 강연선에 비하여 휨 강성이 높은 다수의 안내관과;
   상기 안내관이 삽입되는 상기 제1관통공의 단턱에 배치된 탄성 변형이 가능한 탄성 링과;
   상기 다수의 안내관을 동시에 상기 거더를 향하여 이동시키는 푸시 블록을;
   더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
   
10. 제 8항에 있어서,
    상기 지지 블록과 상기 트럼펫 부재의 사이에는 밀봉링이 개재된 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
    
11. 제 9항에 있어서,
    상기 푸시 블록이 상기 거더를 향하여 이동하는 것에 의하여, 상기 안내관이 상기 탄성 링을 가압하여, 상기 탄성 링이 반경 방향으로 팽창하면서 상기 제1관통공에 삽입된 상기 피복 강연선의 둘레에 밀착되면서, 상기 제1관통공을 통하여 그라우트재가 흘러나오지 않는 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
    
12. 쉬스관이 설치된 거더를 준비하는 거더 준비단계와;
    피복 내에서 강연선이 축선 방향으로 이동 가능하게 형성된 피복 강연선을 상기 쉬스관에 다수 삽입하는 강연선 삽입단계와;
    상기 쉬스관 내부에 그라우트재를 주입하고 양생하여, 상기 피복 강연선의 상기 피복이 상기 그라우트재와 일체화되게 하는 그라우팅 단계와;
    상기 그라우팅 단계 이후에, 상기 피복 강연선의 강연선을 긴장 정착하여 상기 거더에 프리스트레스를 도입하는 프리스트레스 도입단계를;
    포함하고, 상기 그라우팅 단계는 상기 거더가 교량 시공을 위해 인상되기 이전에 지상에서 행해지는 것을 특징으로 하는 교량용 거더의 제작 방법.
    
13. 삭제

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