KR102327685B1 - 외부 텐던 설치를 위한 정착블록 및 이를 이용한 스틸박스 거더교의 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부 텐던을 강건하게 고정시킬 수 있도록 구조가 개선된 정착블록과, 이러한 정착블록을 통해 휨모텐트의 저감 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 스틸박스 거더교의 시공방법에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 외부 텐던 설치를 위한 정착블록은, 상면이 개방되면서 내부에 소정 크기의 수용공간이 형성되고, 길이 방향의 양측면에 소정 지름의 관통공이 형성되는 사각 블록 모양의 박스케이스; 상기 박스케이스의 내부에 설치되면서 상기 관통공을 수평으로 연결하는 소정 지름의 직선형 가이드관; 및 일단이 상기 직선형 가이드관의 외측면을 따라 용접되고, 타단이 상기 박스케이스의 내측면에 근접 또는 밀착되도록 소정 길이를 가지는 복수 개의 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

외부 텐던 설치를 위한 정착블록 및 이를 이용한 스틸박스 거더교의 시공방법{Fixing Block for External Tendon Installation and Construction Method of Steel Box Girder Bridge using the same}
본 발명은 외부 텐던 설치를 위한 정착블록 및 이를 이용한 스틸박스 거더교의 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강재와 콘크리트를 합성하여 만든 스틸박스 거더(steel box girder, 강합성 상형교)에 있어서, 외부 텐던(external tendon)을 통해 하중에 의한 휨모멘트가 저감되도록 스틸박스 거더의 내측에 설치되는 정착블록과 이러한 정착블록을 이용한 스틸박스 거더교의 시공방법에 관한 것이다.
거더교(girder bridge)는 거더의 형태에 따라 T형교, 판형교(플레이트 거더교), 스틸박스 거더교(강합성 상형교), 강상판형교, PSC박스 거더교 및 PSC빔교 등으로 구분되는데, 이중 스틸박스 거더교는 철판으로 제작된 박스 형태의 거더로 곡선교나 확폭부에 적용하기가 쉬운 장점이 있어 거더교 중에서 가장 널리 사용되고 있다.
상기와 같은 스틸박스 거더교는 일반적으로 인장저항성이 높은 강재와 압축저항성이 높은 콘크리트를 합성하여 만들어지고, 하중에 의한 휨모멘트가 발생하는 인장부에 강선 등을 이용한 외부 텐던(external tendon)이 설치되며, 이를 통해 휨모멘트가 저감되도록 한 것에 그 특징이 있다.
그러나 스틸박스 거더교는 외부 텐던의 설치 구조에 따른 휨모멘트의 저감 효율에 많은 차이가 생기게 되고, 따라서 외부 텐던 설치 구조를 개선하여 휨모멘트의 저감 효율을 높이기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다.
상기와 같은 목적의 종래기술로는 등록특허공보 제1621341호의 프리스트레스트 개구형 강박스거더 및 이를 이용한 교량시공방법(이하 '특허문헌'이라 한다)이 개시되어 있다.
상기 특허문헌의 스틸박스 거더는, 하부플랜지 및 양 측판을 포함한 U형 단면의 강박스 거더로서 다경간 교량의 연속지점부에 설치되는 부위에 격판이 더 설치되고, 상기 격판은 하부플랜지, 양 측판에 저면과 양 측면이 접하도록 지점부수직격판과 지점부수직격판 상면에 형성된 지점부수평격판을 포함하여 형성되며, 상기 지점부수직격판은 수직판으로서 높이가 양 측판의 프리스트레스트 개단면 강박스거더의 T형 단면의 양 측판에 있어 복부 높이에 해당되도록 형성시켜 프리스트레스트 개단면 강박스거더의 연속지점부에 발생하는 부모멘트에 저항할 수 있도록 하면서 연속지점부긴장재에 의한 긴장력이 지점부수직격판을 통해 하부플랜지와 지점부수직격판의 하부에 일정한 두께로 형성된 연속지점부콘크리트에 전달되도록 구성된다.
그러나 상기 특허문헌에 개시된 스틸박스 거더의 강합성정착블록은 내측에 긴장재(강선)를 통한 텐션이 작용하는 방향과 직교하는 방향으로 소정 간격을 두고 복수 개의 내부격판이 설치되고, 이러한 내부격판 사이에 콘크리트가 충전된 형태로 구성되는 것으로, 이 경우 긴장재에서 작용하는 부하가 강합성정착블록의 콘크리트에만 집중되어 전달되고, 상대적으로 내부격판이 콘크리트 블록을 보강하는 성능을 기대하기 어려운 구조적인 문제가 있다.
따라서 외부 텐던을 강건하게 고정 유지시킬 수 있도록 구조가 개선된 정착블록과 이를 이용한 스틸박스 거더교 시공방법의 개발이 요구된다.
KR 10-1621341 B1 (2016. 05. 10.) KR 10-0948358 B1 (2010. 03. 11.) KR 10-2006-0019307 A (2006. 03. 03.) KR 10-0629905 B1 (2006. 09. 22.) KR 10-2005-0122298 A (2005. 12. 29.) KR 10-2002-0018704 A (2002. 03. 09.)
본 발명은 상기와 같은 종래의 스틸박스 거더가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외부 텐던을 강건하게 고정시킬 수 있는 스틸박스 거더 설치용 정착블록을 제공하는 것이다.
이에 더해 본 발명의 또 다른 해결과제는 구조가 개선된 정착블록을 통해 휨모멘트의 저감 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 스틸박스 거더교의 시공방법을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 외부 텐던 설치를 위한 정착블록은, 상면이 개방되면서 내부에 소정 크기의 수용공간이 형성되고, 길이 방향의 양측면에 소정 지름의 관통공이 형성되는 사각 블록 모양의 박스케이스; 상기 박스케이스의 내부에 설치되면서 상기 관통공을 수평으로 연결하는 소정 지름의 직선형 가이드관; 및 일단이 상기 직선형 가이드관의 외측면을 따라 용접되고, 타단이 상기 박스케이스의 내측면에 근접 또는 밀착되도록 소정 길이를 가지는 복수 개의 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은 상기 박스케이스의 내부에 상기 직선형 가이드관과 상기 복수 개의 보강부재가 설치된 상태에서 콘크리트가 충전 및 양생되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 박스케이스의 개방된 상면을 커버하는 소정 크기의 커버판이 더 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
이에 더해 본 발명은 상기 보강부재가 소정 폭과 길이를 가지는 직사각형 판 모양의 보강판; 및 상기 보강판에 형성되는 1개 또는 복수 개의 관통공을 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 정착블록을 스틸박스 거더에 설치하여 스틸박스 거더교를 시공하는 방법은, 상기 스틸박스 거더교가 단경간일 경우, 상기 스틸박스 거더의 내측 바닥면, 측면 또는 상면 중 선택된 어느 일면에 서로 마주하여 소정 간격 이격되도록 한 쌍 이상의 상기 정착블록이 설치되고, 긴장재의 양단이 박스케이스의 관통공과 직선형 가이드관을 관통하도록 수평으로 설치되어 고정되며, 상기 스틸박스 거더교가 2경간 이상일 경우에는, 상기 스틸박스 거더의 연속지점부의 내측 바닥면, 측면 또는 상면 중 선택된 어느 일면에 서로 마주하여 소정 간격 이격되도록 한 쌍 이상의 상기 정착블록이 설치된 다음 상기 긴장재의 양단이 상기 박스케이스의 관통공과 상기 직선형 가이드관을 관통하도록 수평으로 설치되고, 상기 스틸박스 거더의 중간지점부의 측면 또는 상면 중 선택된 어느 일면에 1개 이상의 보조블록이 설치된 다음 상기 보조블록이 설치된 면과 동일 평면상에 또는 다른 평면상에 위치되도록 한 쌍 이상의 상기 정착블록이 설치되며, 상기 긴장재가 상기 보조블록을 중심으로 양측의 상기 정착블록을 직선 또는 역"V"자 모양으로 연결하도록 설치되어 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 사각 박스 모양의 박스케이스 내부에 직선형 가이드관이 설치되고, 이러한 직선형 가이드관의 둘레에 방사상으로 복수 개의 보강부재가 설치된 다음 박스케이스의 내부에 콘크리트가 타설되어 양생되는 것으로 이루어지므로 구조적으로 인장 저항력과 압축 저항성이 높은 장점이 있다.
또한, 소정 간격 이격되어 한 쌍의 정착블록이 스틸박스 거더의 내측 바닥, 상면 및 측면 등 다양하게 설치된 다음 마주하는 정착블록을 서로 연결하도록 긴장재가 설치되는 것으로 스틸박스 거더의 연속지점부와 중간지점부를 다양한 방법으로 보강할 수 있고, 그 결과 정착블록이 설치된 스틸박스 거더의 휨모멘트의 저감 효율이 크게 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 외부 텐던 설치를 위한 정착블록의 예를 보인 사시도.
도 2는 도 1의 분리 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 외부 텐던 설치를 위한 정착블록의 예를 보인 단면도.
도 4(a, b, c)는 본 발명에 따른 직선형 가이드관의 실시예를 보인 도면.
도 5(a, b, c, d)는 본 발명에 따른 보강부재의 실시예를 보인 도면.
도 6은 본 발명에 따른 박스케이스의 상면을 커버하는 커버판이 설치되는 예를 보인 도면.
도 7a는 본 발명에 따른 정착블록이 단경간 스틸박스 거더에 설치되는 예를 보인 도면.
도 7b는 본 발명에 따른 정착블록이 2경간 스틸박스 거더에 설치되는 예를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 제1 보조블록의 예를 보인 사시도.
도 9a는 본 발명에 따른 정착블록과 제2, 3 보조블록을 통해 중간지점부가 보강되는 다른 실시예를 보인 도면.
도 9b는 본 발명에 따른 정착블록을 통해 연속지점부가 보강되는 예를 보인 도면.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 제2 보조블록의 예를 보인 도면.
도 12 내지 도 14는 본 발명에 따른 제3 보조블록의 예를 보인 도면.
도 15는 본 발명에 따른 정착블록과 보조블록을 통해 스틸박스 거더교가 설치되는 예를 보인 도면.
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 정착블록이 적용된 스틸박스 거더의 구조해석을 위해 3D로 설계된 도면.
도 18은 본 발명에 따른 박스케이스의 내부에 보강부재만 설치된 상태의 구조해석 결과를 나타낸 도면.
도 19는 본 발명에 따른 박스케이스의 내부에 직선형 가이드관과 보강부재가 설치된 상태의 구조해석 결과를 나타낸 도면.
도 20은 본 발명에 따른 박스케이스의 내부에 직선형 가이드관과 보강부재가 설치된 다음 콘크리트가 타설된 상태의 구조해석 결과를 나타낸 도면.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.
본 발명은 외부 텐던을 강건하게 고정시킬 수 있는 스틸박스 거더 설치용 정착블록과, 이러한 정착블록을 통해 휨모텐트의 저감 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 스틸박스 거더교의 시공방법을 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명의 정착블록(2)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 박스케이스(10), 직선형 가이드관(20) 및 보강부재(30)를 포함한다.
박스케이스(10)는 내부에 후술되는 직선형 가이드관(20)과 보강부재(30)가 수용되면서 필요시 소정량의 콘크리트가 타설되는 구성이다.
이러한 박스케이스(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 상면이 개방되고, 양측면이 상대적으로 길이가 긴 직사각형 블록 모양으로 형성된다.
그리고 길이 방향의 양측면 가운데 부분에는 소정 지름의 관통공(11)이 형성되고, 이러한 관통공(11)을 통해 긴장재(3)가 정착블록(2)을 관통하도록 설치되게 된다.
또한, 박스케이스(10)의 저면은 스틸박스 거더(1)의 바닥면, 측면 또는 상면 중 선택된 어느 일면에 용접되어 강건하게 고정되고, 이를 통해 서로 마주하여 설치되는 한 쌍의 정착블록(2)을 연결하도록 긴장재(3)가 설치되고 나면 스틸박스 거더(1)의 휨모멘트가 긴장재(3)를 통해 확실하게 저감될 수 있다.
직선형 가이드관(20)은 박스케이스(10)의 내부에 설치되어 박스케이스(10)에 수평 방향으로 작용하는 압축 응력을 보강하는 구성이다.
이러한 직선형 가이드관(20)은 도 3 및 도 4(a)에 도시된 바와 같이 소정 지름을 가지는 원형 강관으로 이루어지거나 또는 도 4(b)에 도시된 바와 같이 소정 부분의 지름이 상대적으로 크거나 또는 작은 단차부(B)가 형성되는 것으로 이루어질 수 있다.
또 다르게는 도 4(c)에 도시된 바와 같이 직선형 가이드관(20)의 내측 또는 외측에 상대적으로 지름이 작거나 큰 보강관(21)이 설치되어 직선형 가이드관(20)이 전체적으로 이중관이 되도록 구성될 수 있으며, 이때 직선형 가이드관(20)과 보강관(21)이 서로 일체되도록 양단 부분이 용접되고, 이를 통해 이중관 구조의 직선형 가이드관(20)의 구조적인 강성이 확실하게 담보되도록 한다.
한편, 위에서는 직선형 가이드관(20)이 소정 지름을 가지는 원형 강관으로 구성되는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 사각 단면 모양을 가지는 각관 또는 다각형 관체로 구성될 수 있다.
보강부재(30)는 직선형 가이드관(20)에 방사상으로 복수 개 설치되어 박스케이스(10)와 직선형 가이드관(20)을 보강하는 구성이다.
이러한 보강부재(30)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 소정 폭과 길이를 가지는 직사각형 판 모양의 보강판(31)과, 상기 보강판(31)에 형성되는 1개 또는 복수 개의 관통공(32)을 포함하고, 이를 통해 보강부재(30)의 일단이 직선형 가이드관(20)의 외측면을 따라 용접되며, 타단이 박스케이스(10)의 내측면에 근접 또는 밀착되도록 설치되게 된다.
이때 복수 개의 관통공(32)은 박스케이스(10)의 내부로 콘크리트(C)가 충전될 때, 박스케이스(10)의 내부로 콘크리트(C)가 균일하게 충전될 수 있도록 하는 기능을 한다.
또한, 보강부재(30)는 직선형 가이드관(20)을 기준으로 방사상으로 열십자 모양이 되도록 4개가 배치되고, 이를 통해 박스케이스(10)의 바닥면과 내측면이 직교하는 방향으로 지지되는 복수 개의 보강부재(30)를 통해 강건하게 지지되도록 구성될 수 있다.
한편, 보강부재(30)는 도 5(a)에 도시된 바와 같이 보강판(31)의 길이를 따라 소정 간격을 두고 "ㄱ"자 또는 역"ㄱ"자 모양으로 형성되어 보강판(31)을 기준으로 직교하는 방향으로 돌출되는 걸림돌기(33)가 구비될 수 있고, 이에 의해 박스케이스(10)의 내부에 콘크리트(C)가 충전되어 양생되고 나면 걸림돌기(33)에 의해 콘크리트(C)와 보강판(31)이 서로 밀착된 상태가 강건하게 유지되도록 구성될 수 있다.
이때 복수 개의 걸림돌기(33)는 보강판(31)의 양측(길이가 긴 방향의 면)을 따라 교대로 형성될 수 있다.
또 다르게는 도 5(b)에 도시된 바와 같이 걸림돌기(33)가 "ㄱ"자 또는 역"ㄱ"자 모양으로 형성되는 대신 "T"자 모양이 되도록 형성되는 걸림돌기(33')로 구성될 수 있고, 이러한 걸림돌기(33')는 보강판(31)의 양측을 따라 형성되는 대신 가운데 부분을 따라 일렬로 소정 간격 이격되어 복수 개가 형성될 수 있다.
또 다르게는 도 5(c)에 도시된 바와 같이 보강판(31)에 관통공(32)을 형성시키는 과정에서 자연스럽게 발생하는 원형판이 보강판(31)에 용접되어 걸림돌기(33")가 형성되는 것으로 변경될 수 있다.
이 경우 걸림돌기(33")는 보강판(31)에 소정 높이의 단차를 형성시키게 되고, 이를 통해 정착블록(2)에 긴장재(3)를 통한 수평 방향으로 인장력이 작용할 때 박스케이스(10), 직선형 가이드관(20) 및 보강부재(30)와 콘크리트(C)가 서로 강하게 결합되어 구성간의 슬립을 방지하는 기능을 한다.
이에 더해 도 5(d)에 도시된 바와 같이 보강부재(30)는 폭 방향의 가운데 부분(길이가 짧은 방향의 면)이 "T"자 모양이 되도록 형성되어 걸림부(34)가 형성되고, 이러한 걸림부(34)의 양측으로 소정 간격을 두고 복수 개의 관통공(32)이 형성되는 것으로 변경될 수 있다.
상기와 같은 보강부재(30)의 구성을 통해 박스케이스(10)의 내부에 콘크리트(C)가 충전되어 양생되고 나면 걸림돌기(33, 33', 33") 또는 걸림부(34)에 의해 콘크리트(C)와 보강판(31) 간에 밀착된 상태가 강건하게 유지되게 되면서 구조적인 강성이 향상되게 된다.
한편, 위에서는 박스케이스(10)의 상면이 개방되는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 도 6에 도시된 바와 같이 박스케이스(10)의 개방된 상면을 커버하는 소정 크기의 커버판(40)이 더 설치될 수 있다.
이때 커버판(40)은 박스케이스(10)의 상단에 소정 폭의 플랜지부(도시하지 않음)가 형성된 다음, 커버판(40)과 플랜지부를 관통하도록 볼트 등의 체결부재가 설치되고, 상기 볼트에 너트가 체결되어 상호 결합될 수 있다.
또 다르게는 커버판(40)이 용접을 통해 박스케이스(10)와 일체로 형성될 수 있는데, 이 경우 커버판(40)에는 박스케이스(10)의 내부에 콘크리트(C)를 충전하기 위한 복수 개의 구멍(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.
또한, 커버판(40)의 저면에 소정 간격을 두고 복수 개의 걸림부재(41)가 돌출되도록 설치될 수 있고, 이러한 걸림부재(41)를 통해 박스케이스(10)의 내부에 콘크리트(C)가 충전되어 양생되고 나면, 복수 개의 걸림부재(41)를 통해 커버판(40)과 콘크리트(C) 및 박스케이스(10)가 구조적으로 더욱 강건하게 결합되게 된다.
이때 걸림부재(41)는 필요에 따라 커버판(40)뿐만 아니라 박스케이스(10)의 내측면에 소정 간격을 두고 복수 개 설치될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 외부 텐던 설치를 위한 정착블록을 이용하여 단경간 또는 2경간 이상의 스틸박스 거더교가 시공되는 예에 대하여 설명한다.
(3) 실시예 1(단경간 설치시)
스틸박스 거더(1)가 단경간으로 설치되는 경우에는 도 7(a)에 도시된 바와 같이 스틸박스 거더(1)의 내측 바닥면, 측면 또는 상면 중 선택된 어느 일면에 서로 마주하여 소정 간격 이격되도록 한 쌍 이상의 정착블록(2)이 설치되고, 긴장재(3)의 양단이 박스케이스(10)의 관통공(11)과 직선형 가이드관(20)을 관통하도록 수평으로 설치된 다음, 정착블록(2)의 양측에서 별도의 긴장재 고정구(도면부호 없음)를 사용하여 고정되게 된다.
이때 스틸박스 거더(1)의 길이가 길거나 또는 곡면이 형성된 경우에는 양측 정착블록(2) 사이에 보조블록이 더 설치되어 긴장재(3)의 방향이 안내되고, 구조적으로 더욱 안정되도록 구성될 수 있다.
이때 보조블록은 도 8에 도시된 바와 같이 한 쌍의 정착블록(2) 사이를 일직선으로 설치되는 긴장재(3)상에 설치되는 제1 보조블록(100A)이 설치될 수 있는데, 이러한 제1 보조블록(100A)은 서로 소정 간격 이격되어 설치되는 제1, 2 측면판(110, 120)과, 상기 제1, 2 측면판(110, 120) 사이에 설치되는 중간판(130)과, 상기 제1 측면판(110)과 중간판(130) 사이, 제2 측면판(120)과 중간판(130) 사이의 이격된 공간을 각각 연결하는 제1, 2 연결판(140, 150) 및 상기 제1, 2 측면판(110, 120), 중간판(130) 및 제1, 2 연결판(140, 150)을 통해 지지되도록 소정 길이를 가지면서 내부를 관통하여 긴장재(3)가 설치되는 소정 지름의 가이드관(160)을 포함한다.
이때 제1, 2 측면판(110, 120)과 중간판(130)은 서로 동일한 높이를 가지도록 형성되고, 이를 통해 가이드관(160)은 제1, 2 측면판(110. 120)과 중간판(130) 및 제1, 2 연결판(140, 150)을 통해 수평으로 지지되도록 설치된다.
(2) 실시예 2(2경간 이상 설치시)
스틸박스 거더(1)가 2개 이상 일렬로 연결되어 2경간 이상의 스틸박스 거더교가 설치되는 경우에는 도 7(b)에 도시된 바와 같이 스틸박스 거더(1)의 연속지점부(단일 스틸박스 거더)의 내측 바닥면 또는 측면 중 선택된 어느 일면에 서로 마주하여 소정 간격 이격되도록 한 쌍 이상의 상기 정착블록(2)이 설치된 다음 상기 긴장재(3)의 양단이 박스케이스(10)의 관통공(11)과 직선형 가이드관(20)을 관통하도록 수평으로 설치된다.
그리고 스틸박스 거더(1)와 또 다른 스틸박스 거더(1)가 연결되는 중간지점부를 기준으로 양측 상면에 소정 거리 이격되어 한 쌍의 정착블록(2)이 설치되고, 이러한 한 쌍의 정착블록(2)을 수평으로 연결하도록 긴장재(3)가 설치된다.
(3) 실시예 3(2경간 이상 설치시)
실시예 2에서는 중간지점부를 기준으로 양측에 소정 거리 이격되어 한 쌍의 정착블록(2)이 스틸박스 거더(1)의 내측 상면에 설치되고, 이러한 한 쌍의 정착블록(2)을 수평으로 연결하도록 긴장재(3)가 설치되는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 실시예 3은 도 9(a, b)에 도시된 바와 같이 중간지점부의 측면 또는 상면 중 선택된 어느 일면에 1개 이상의 보조블록(제2 보조블록(100B))이 설치된 다음 상기 보조블록(제2 보조블록(100B))이 설치된 면과 다른 평면상에 위치되도록 한 쌍 이상의 상기 정착블록(2)이 설치되고, 상기 긴장재(3)가 상기 보조블록(제2 보조블록(100B))을 중심으로 양측의 정착블록(2)을 연결하도록 역 "V"자 형상으로 설치될 수 있다.
이때 정착블록(2)과 제2 보조블록(100B) 사이에는 정착블록(2)과 소정 거리(L) 이격되어 긴장재(3)의 양단 부분에 소정 길이의 수평 구간이 형성되도록 하는 제3 보조블록(100C)이 더 설치될 수 있고, 이와 같이 긴장재(3)의 양단이 제3 보조블록(100C)을 통해 소정 길이의 직선 구간이 형성되게 됨에 따라 긴장재(3)가 단순히 역"V"자 모양으로 연결되는 것에 비해 상대적으로 더욱 강건하게 지지되게 된다.
여기서 제2 보조블록(100B)은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 중간지점부의 상면 또는 측면에 설치되어 긴장재(2)의 중간 부분을 아치형으로 지지하는 구성으로 이러한 제2 보조블록(100B)은 서로 소정 간격 이격되어 설치되는 제1, 2 측면판(110', 120')과, 상기 제1, 2 측면판(110', 120') 사이에 설치되는 소정 크기의 중간판(130')과, 상기 제1 측면판(110')과 중간판(130') 사이 및 상기 제2 측면판(120')과 중간판(130') 사이를 각각 연결하는 제1, 2 연결판(140', 150') 및 상기 제1, 2 측면판(110', 120'), 중간판(130') 및 제1, 2 연결판(140', 150')을 통해 강건하게 지지되도록 설치되는 호 형상의 가이드관(160')을 포함한다.
이때 중간판(130')은 제1, 2 측면판(110', 120')에 비해 상대적으로 작은 크기의 판재로 형성되고, 이와 동시에 제1, 2 측면판(110', 120')과 중간판(130')의 저면에는 소정 지름의 안착홈(H)이 각각 형성되며, 이러한 안착홈(H)에 호 형상의 가이드관(160')이 소정 깊이 삽입된 다음 용접되어 상호 강건하게 결합된다.
또한, 제1, 2 연결판(140', 150')은 제1, 2 측면판(110', 120')과 중간판(130')의 가운데 부분에 직교하는 방향으로 설치된 다음 호 형상의 가이드관(160')과 접촉되는 양측 길이를 따라 용접되어 일체로 형성되고, 그 결과 호 형상의 가이드관(160')과 제1, 2 연결판(140', 150')을 통해 긴장재(3)의 길이 방향으로 큰 부하(인장력)가 작용하더라도 호 형상의 가이드관(160')이 쉽게 변형되지 않게 된다.
이에 더해 호형 가이드관(160')에 작용하는 부하는 제1, 2 연결판(140', 150')을 통해 제2 보조블록(100B)에 전체적으로 분산되게 되고, 그 결과 특정 위치에 부하가 집중되어 파손이 되는 것이 방지된다.
한편, 제3 보조블록(100C)은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 서로 소정 간격 이격되어 설치되는 제1, 2 측면판(110", 120")과, 상기 제1, 2 측면판(110", 120") 사이에 설치되는 중간판(130")과, 상기 제1 측면판(110")과 중간판(130") 사이, 제2 측면판(120")과 중간판(130") 사이의 이격된 공간을 각각 연결하는 제1, 2 연결판(140", 150") 및 상기 제1, 2 측면판(110", 120"), 중간판(130") 및 제1, 2 연결판(140", 150")을 통해 지지되도록 소정 길이를 가지면서 내부를 관통하여 긴장재(3)가 설치되는 소정 지름의 가이드관(160")을 포함한다.
이때 제1, 2 측면판(110", 120")과 중간판(130")은 소정 넓이를 가지는 판재로 이루어지면서 서로 평행하게 설치되고, 제1, 2 연결판(140", 150")은 제1, 2 측면판(110", 120")과 중간판(130")의 가운데 부분을 연결하도록 제1, 2 연결판(140", 150")과 중간판(130")에 직교하는 방향으로 설치된다.
그리고 제1 측면판(110")은 제2 측면판(120")과 중간판(130")에 비해 위쪽으로 소정 높이 돌출되도록 길게 형성되고, 이를 통해 가이드관(160")이 제1, 2 측면판(110", 120"), 중간판(130") 및 제1, 2 연결판(140", 150")을 통해 지지되게 된다.
이에 더해 제1, 2 측면판(110", 120")과 중간판(130")의 상면에는 소정 지름을 가지는 반원형 모양의 안착홈(H)이 형성되고, 상기 안착홈(H)에 가이드관(160")이 소정 깊이 삽입된 상태로 상호 용접되어 고정된다.
또한, 가이드관(160")은 도 14에 도시된 바와 같이 일단에서부터 중간 부분까지 소정 지름을 가지도록 만곡지게 형성되는 만곡부(160A)와, 상기 중간 부분에서 타단까지 소정 길이 수평으로 형성되는 직선부(160B)를 포함하고, 이를 통해 제3 보조블록(100C)을 통과한 긴장재(3)의 일단이 만곡부(160A) 쪽으로 삽입된 다음 직선부(160B)를 통해 정착블록(2) 쪽을 향하여 수평(직선)으로 인출되게 된다.
상기와 같은 구성에 의해 제3 보조블록(100C)을 통해 긴장재(3)에 상하 방향 또는 대각선 방향으로 작용하는 인장력과 정착블록(2)을 통해 긴장재(3)에 수평 방향으로 작용하는 인장력에 의해 발생하는 부하가 만곡부(160A)의 내측면을 따라 폭 넓게 작용하게 되고, 이에 의해 긴장재(3)가 만곡부(160A)의 내측면을 따라 길이 방향으로 길게 접촉된 상태가 유지되면서 부하가 고르게 분산되어 긴장재(3)가 안정적으로 지지되게 된다.
위 실시예에서와 같이 본 발명은 스틸박스 거더교의 현장 조건과 설계사항에 따라 도 14에 도시된 바와 같이 스틸박스 거더(1)의 내측에 정착블록(2)과 보조블록이 다양한 조합으로 설치될 수 있다.
한편, 위에서는 중간판(130, 130', 130")이 제1, 2 측면판(110, 110', 110", 120, 120', 120") 사이에 설치되는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 중간판(130, 130', 130")이 없이 구성되거나 또는 스틸박스 거더(1)의 내측에 설치되는 격판(도면부호 없음)이 중간판(130, 130', 130")을 대신하도록 변경될 수 있다.
또한, 제1, 2 측면판(110, 110', 110", 120, 120', 120")과 중간판(130, 130', 130") 사이에 또 다른 보강판(도시하지 않음)이 더 설치될 수 있다.
이에 더해 위에서는 제1, 2 측면판(110, 110', 110", 120, 120', 120")과 중간판(130, 130', 130")이 소정 크기를 가지는 직사각형 또는 정사각형 모양의 판재로 이루어지는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달린 역"ㄴ"자, "ㄴ"자, 역"ㄱ" 및 "ㄱ"자 모양의 판재로 변경되어 실시될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 외부 텐던 설치를 위한 정착블록(2)의 구조에 따른 응력 저감 효율을 검증하기 위해 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이 통상적인 설계 조건을 기준으로 3D 설계를 진행하고, 직선형 가이드관(20)과 콘크리트(C)의 구성 유무에 따른 정착블록(2)의 응력 저감 효율을 확인하기 위해 구조해석(시뮬레이션)을 진행하였다.
여기서 본 출원인은 직선형 가이드관(20)과 콘크리트(C)의 구성 유무에 따른 응력 저감 효율을 비교하기 위해 박스케이스(10)와 보강부재(30)만으로 구성되는 정착블록(시험 1)과, 박스케이스(10), 직선형 가이드관(20) 및 보강부재(30)로 구성되는 정착블록(시험 2) 및 박스케이스(10), 직선형 가이드관(20), 보강부재(30) 및 콘크리트(C)를 포함하는 정착블록(시험 3)으로 구분하여 각각의 구조해석을 진행하고, 결과 값을 상호 대비하여 응력 저감 효율을 비교하였다.
그 결과 도 18에 도시된 바와 같이 시험 1의 정착블록의 경우 응력 값이 804MPa로 나타났고, 도 19에 도시된 바와 같이 시험 2의 정착블록의 경우 응력 값이 186MPa(시험 1 대비 77% 저감)로 나타났으며, 도 20에 도시된 바와 같이 시험 3의 정착블록의 경우 응력 값이 104MPa(시험 1 대비 87% 저감)로 나타났다.
여기서 시험 1의 정착블록과 시험 2의 정착블록은 박스케이스(10) 내부에 동일하게 보강부재(30)가 설치된 상태에서 직선형 가이드관(20)의 유무에만 차이가 있는 것으로, 보강부재(30)에 직선형 가이드관(20)이 일체로 용접되어 상호 시너지 효과가 발생할 수 있음을 고려하더라도 직선형 가이드관(20)이 응력 저감에 큰 효과가 있음이 확인되었다.
또한, 시험 2와 시험 3은 내부에 콘크리트(C) 충전 여부에만 차이가 있는 것으로, 이와 같이 콘크리트(C)를 더 부가함에 따른 응력 저감 효율은 대략 10% 내외임이 확인되었다.
이러한 실험을 통해 종래의 정착블록과 같이 시험 1에 콘크리트(C)를 충전하여 정착블록이 구성되더라도 콘크리트(C)를 통한 응력 저감 효율이 대략 10~20% 이내임을 고려하면, 직선형 가이드관(20) 설치에 따른 응력 저감 효율(77%)에 크게 못 미친다는 것을 쉽게 알 수 있고, 결과적으로 직선형 가이드관(20)이 정착블록(2)에 작용하는 응력을 저감하는 데에 큰 영향이 있는 것으로 확인되었다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 사각 박스 모양의 박스케이스 내부에 직선형 가이드관이 설치되고, 이러한 직선형 가이드관의 둘레에 방사상으로 복수 개의 보강부재가 설치된 다음 박스케이스의 내부에 콘크리트가 타설되어 양생되는 것으로 이루어지므로 구조적으로 인장 저항력과 압축 저항성이 향상되며, 소정 간격 이격되어 한 쌍의 정착블록이 스틸박스 거더의 내측 바닥, 상면 및 측면 등 다양하게 설치된 다음 마주하는 정착블록을 서로 연결하도록 긴장재가 설치되는 것으로 스틸박스 거더의 연속지점부와 중간지점부를 다양한 방법으로 보강할 수 있으며, 그 결과 정착블록이 설치된 스틸박스 거더의 휨모멘트의 저감 효율이 크게 향상되게 된다.
위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.
1: 스틸박스 거더 2: 정착블록
3: 긴장재 10: 박스케이스
11: 관통공 20: 직선형 가이드관
21: 보강관 30: 보강부재
31: 보강판 32: 관통공
33, 33', 33": 걸림돌기 34: 걸림부
40: 커버판 41: 걸림부재
100A: 제1 보조블록 100B: 제2 보조블록
100C: 제3 보조블록 110, 110': 110": 제1 측면판
120, 120', 120": 제2 측면판 130, 130', 130": 중간판
140, 140': 140": 제1 연결판 150, 150', 150": 제2 연결판
160, 160', 160": 가이드관 160A: 만곡부
160B: 직선부 B: 단차부
C: 콘크리트 H: 안착홈
L: 긴장재의 수평 설치 거리

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  5. 정착블록(2)을 스틸박스 거더(1)에 설치하여 스틸박스 거더교를 시공하는 방법에 있어서,
    상기 스틸박스 거더교가 단경간일 경우에는,
    상기 스틸박스 거더(1)의 내측 바닥면, 측면 또는 상면 중 선택된 어느 일면에 서로 마주하여 소정 간격 이격되도록 한 쌍 이상의 상기 정착블록(2)이 설치되고, 긴장재(3)의 양단이 박스케이스(10)의 관통공(11)과 직선형 가이드관(20)을 관통하도록 수평으로 설치되어 고정되며,
    상기 스틸박스 거더교가 2경간 이상일 경우에는,
    상기 스틸박스 거더(1)의 연속지점부의 내측 바닥면, 측면 또는 상면 중 선택된 어느 일면에 서로 마주하여 소정 간격 이격되도록 한 쌍 이상의 상기 정착블록(2)이 설치된 다음 상기 긴장재(3)의 양단이 상기 박스케이스(10)의 관통공(11)과 상기 직선형 가이드관(20)을 관통하도록 수평으로 설치되고,
    상기 스틸박스 거더(1)의 중간지점부의 측면 또는 상면 중 선택된 어느 일면에 1개 이상의 보조블록이 설치된 다음 상기 보조블록이 설치된 면과 동일 평면상에 또는 다른 평면상에 위치되도록 한 쌍 이상의 상기 정착블록(2)이 설치되며, 상기 긴장재(3)가 상기 보조블록을 중심으로 양측의 상기 정착블록(2)을 연결하도록 직선 또는 역 "V"자 모양으로 설치되어 고정되며,
    상기 정착블록(2)은,
    상면이 개방되면서 내부에 소정 크기의 수용공간이 형성되고, 길이 방향의 양측면에 소정 지름의 관통공(11)이 형성되는 사각 블록 모양의 박스케이스(10);
    상기 박스케이스(10)의 내부에 설치되면서 상기 관통공(11)을 수평으로 연결하는 소정 지름의 직선형 가이드관(20); 및
    일단이 상기 직선형 가이드관(20)의 외측면을 따라 용접되고, 타단이 상기 박스케이스(10)의 내측면에 근접 또는 밀착되도록 소정 길이를 가지는 복수 개의 보강부재(30);
    를 포함하고,
    상기 박스케이스(10)의 내부에 상기 직선형 가이드관(20)과 상기 복수 개의 보강부재(30)가 설치된 상태에서 콘크리트(C)가 충전 및 양생되며,
    상기 보강부재(30)는,
    소정 폭과 길이를 가지는 직사각형 판 모양의 보강판(31); 및
    상기 보강판(31)에 형성되는 1개 또는 길이를 따라 소정 간격을 두고 형성되는 복수 개의 관통공(32);
    을 포함하며,
    상기 보강판(31)에는,
    소정 높이의 단차를 형성시켜 상기 정착블록(2)에 상기 긴장재(3)를 통한 수평 방향으로 인장력이 작용할 때, 상기 박스케이스(10), 상기 직선형 가이드관(20) 및 상기 보강부재(30)와 상기 콘크리트(C)가 서로 강하게 결합되도록 하여 슬립을 방지하는 걸림돌기(33")가 구비되고,
    상기 걸림돌기(33")는,
    상기 보강판(31)에 상기 관통공(32)을 형성시키는 과정에서 발생하는 원형판이 상기 보강판(31)에 용접되어 이루어지고,
    상기 박스케이스(10)에는,
    개방된 상면을 커버하는 소정 크기의 커버판(40)이 설치되며,
    상기 커버판(40)은,
    상기 박스케이스(10)의 내부에 콘크리트(C)를 충전하기 위한 복수 개의 구멍이 형성되고, 저면에 소정 간격을 두고 복수 개의 걸림부재(41)가 돌출 형성되며,
    상기 박스케이스(10)와 상기 커버판(40)이 용접을 통해 서로 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 외부 텐던 설치를 위한 정착블록을 이용한 스틸박스 거더교의 시공방법.
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