KR102365545B1 - 거더 및 이를 이용한 철도교 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상부의 폭에 비해 하부의 폭이 점진적으로 증대하도록 형성된 사다리꼴 단면의 몸통부(110); 상기 몸통부(110)의 상단에 형성된 상부 플랜지(120);를 포함하고, 동일한 높이의 I형 거더(10)에 비해, 중립축의 높이가 낮은 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 거더(100)를 제시함으로써, 차량과 달리 열차가 일정한 경로로 운행하는 철도교의 특수성에 맞도록, 효율적이고 경제적인 구조를 얻도록 한다.

Description

거더 및 이를 이용한 철도교{GIRDIR AND RAILWAY BRIDGE USING THE SAME}
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 거더, 철도교에 관한 것이다.
도 1은 종래의 철도교의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 교각(미도시) 위에 복수의 I형 거더(10)가 설치되고, 그 위에 상판(20)이 설치되며, 그 위에 도상(30) 및 레일(40)이 설치된 구조를 취한다.
그런데, 위와 같은 종래의 철도교는 다음과 같은 문제가 있었다.
첫째, 차량이 운행하는 일반 도로교의 경우에는 차량이 상판 위를 일정한 경로로 운행하지 않으므로, 상판 위에 등분포 하중이 가해진다는 것을 전제로 안전을 위하여 다수의 I형 거더를 배치하는데, 이는 철도교의 경우 효율적인 구조가 아니다.
둘째, 기본적으로 I형 거더는 중립축의 높이가 높은 위치에 형성되므로, 가설 시 전도의 위험이 있어 시공성이 좋지 못하다.
셋째, I형 거더의 복부에는 긴장재의 배치가 어려우므로, 긴장재를 하부 플랜지에 배치하는 것이 일반적인데, 이는 효율적인 구조라고 할 수 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 차량과 달리 열차가 일정한 경로로 운행하는 철도교의 특수성에 맞도록, 효율적이고 경제적인 구조의 거더 및 이를 이용한 철도교를 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 상부의 폭에 비해 하부의 폭이 점진적으로 증대하도록 형성된 사다리꼴 단면의 몸통부(110); 상기 몸통부(110)의 상단에 형성된 상부 플랜지(120);를 포함하고, 동일한 높이의 I형 거더(10)에 비해, 중립축의 높이가 낮은 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 거더(100)를 제시한다.
상기 몸통부(110)의 내부에는 길이방향을 따라 포스트텐션을 위한 복수의 긴장재(130)가 배치되고, 상기 복수의 긴장재(130)는 상하방향을 따라 열지어 배치되고, 상기 복수의 긴장재(130) 중 상부 긴장재(131)는 양단부가 상기 몸통부(110)의 상부에 위치하고, 중앙부가 상기 몸통부(110)의 하부에 위치하도록 곡선형으로 배치된 것이 바람직하다.
상기 몸통부(110)의 중앙부의 측면은 내측으로 오목하게 만곡진 구조인 것이 바람직하다.
상기 몸통부(110)의 하부의 측면은 상하방향을 따라 편평한 구조인 것이 바람직하다.
상기 몸통부(110)의 하부에는 하부 긴장재(133)가 배치되고, 상기 하부 긴장재(133)의 긴장력에 의한 솟음을 제어하도록, 상기 몸통부(110)의 상단 양측에는 긴장력의 조절이 가능한 조절긴장재(140)가 배치된 것이 바람직하다.
상기 거더(100)의 상부구조물의 자중 및 상기 조절긴장재(140)에 의한 압축력이 상기 하부 긴장재(133)에 의한 인장력보다 크지 않도록, 상기 조절긴장재(140)의 양단은 상기 몸통부(110)의 양단에서 내측으로 이격된 위치에 정착된 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 거더(100)를 이용한 철도교로서, 폭방향을 따라 열지어 설치된 복수의 상기 거더(100); 상기 복수의 거더(100) 상부에 설치된 도상(30) 및 레일(40);을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도교를 제시한다.
인접하여 설치된 한 쌍의 상기 거더(100)의 상부에, 하나의 기차가 운행하는 한 쌍의 상기 레일(40)이 위치하도록 설치된 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 레일(40)의 중심(C1)이 상기 한 쌍의 거더(100) 각각의 중심(C2,C3) 사이에 위치하도록 설치된 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 철도교의 시공방법으로서, 상기 거더(100)를 제조 및 인양하여 교각 위에 거치하는 단계; 상기 거더(100)의 하부 긴장재(133) 및 조절긴장재(140)를 긴장하여 정착하는 단계; 상기 거더(100)의 상부에 상기 상부구조물을 설치하는 단계; 상기 조절긴장재(140)를 추가긴장하거나, 일부긴장을 해제하여, 상기 거더(100)의 솟음 또는 처짐을 최소화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도교의 시공방법을 제시한다.
본 발명은 차량과 달리 열차가 일정한 경로로 운행하는 철도교의 특수성에 맞도록, 효율적이고 경제적인 구조의 거더 및 이를 이용한 철도교를 제시한다.
도 1은 종래의 철도교의 단면도.
도 2 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 2는 거더의 제1 실시예의 종단면도.
도 3은 거더의 제1 실시예의 사시도.
도 4는 거더의 제1 실시예의 횡단면도.
도 5는 철도교의 단면도.
도 6은 철도교의 사시도.
도 7은 거더의 제2 실시예의 종단면도.
도 8은 거더의 제3 실시예의 종단면도.
도 9는 거더의 제2 실시예의 횡단면도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 2 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 거더(100)는 기본적으로, 상부의 폭에 비해 하부의 폭이 점진적으로 증대하도록 형성된 사다리꼴 단면의 몸통부(110); 몸통부(110)의 상단에 형성된 상부 플랜지(120);를 포함하여 구성된다.
이로 인하여 동일한 높이의 I형 거더(10)에 비해, 중립축의 높이가 낮은 위치에 형성된다.
즉, 종래의 I형 거더에서 웹 및 하부 플랜지를 사다리꼴 단면의 몸통부(110)로 변형하여, 중립축의 높이가 낮은 위치에 형성되도록 한 것이다.
이러한 거더(100)를 이용한 철도교는, 폭방향을 따라 열지어 설치된 복수의 거더(100); 복수의 거더(100) 상부에 설치된 도상(30) 및 레일(40);을 포함하여 구성된다(도 5,6).
이는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 철도교의 특수성에 맞는 효율적인 구조를 이룰 수 있다.
차량과 달리 열차는 레일을 따라 일정한 경로로만 운행하므로, 철도교는 차량이 운행하는 일반 도로교와 같이 등분포 하중이 가해진다는 것을 전제로 구조를 형성할 필요가 없다.
철도교는 열차의 하중이 레일 및 도상의 하부에만 집중적으로 분포되는 것이므로, 그 위치에 본 발명과 같은 구조의 거더(100)를 설치하는 경우, 종래의 I형 거더를 사용하는 경우에 비해 거더의 수를 줄일 수 있으면서도, 효율적이고 안정적인 지지구조를 형성할 수 있다(도 5).
둘째, 본 발명에 의한 거더(100)는 동일한 높이의 I형 거더(10)에 비해, 중립축의 높이가 낮은 위치에 형성되므로, 가설 시 전도의 위험이 낮아 시공성이 우수하다.
셋째, 본 발명에 의한 거더(100)는 몸통부(복부)의 단면이 커서 긴장재 배치를 위한 공간이 충분히 확보되므로, 긴장재의 효율적인 곡선 배치가 가능하다.
넷째, 본 발명에 의한 거더(100)는 I형 거더에 비해 전체적인 단면이 크므로, 동적하중에 대한 진동사용성이 충분히 확보될 수 있다.
다섯째, 본 발명에 의한 거더(100)는 사용하중 재하 시 거더 하부의 응력이 작게 발생하고, I형 거더에 비해 단면이 크므로, 동일한 강도를 갖도록 하면서도 그 높이를 줄일 수 있어 저형고 설계가 가능하고, 형하공간의 확보가 필요한 경우에도 효과적으로 적용될 수 있다.
여섯째, 거더 제작을 위한 긴장력의 도입 시, 거더의 상부에 인장응력이 발생하게 되는데, 몸통부(110)의 상단에 형성된 상부 플랜지(120)가 이에 저항하게 되므로, 긴장력의 도입 시 거더의 손상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적 구조에 관한 실시예에 대하여 설명한다.
거더(100)의 몸통부(110)의 내부에는 길이방향을 따라 포스트텐션을 위한 복수의 긴장재(130)가 배치될 수 있는데, 이러한 복수의 긴장재(130)는 상하방향을 따라 열지어 배치될 수 있다.
본 발명에 의한 거더(100)의 몸통부(110)는 상부의 폭에 비해 하부의 폭이 점진적으로 증대하도록 형성된 사다리꼴 단면구조를 취하므로, 다수의 긴장재(130)가 배치될 수 있으며, 상부에 비해 하부에는 더 많은 수의 긴장재(130)가 배치될 수 있다(도 2).
이러한 복수의 긴장재(130) 중 상부 긴장재(131)는 양단부가 몸통부(110)의 상부에 위치하고, 중앙부가 몸통부(110)의 하부에 위치하도록 곡선형으로 배치하는 것이 구조적 효율성을 위하여 바람직하다(도 4).
즉, 본 발명에 의한 거더(100)의 몸통부(110)는 하부에 충분한 크기의 단면이 확보되므로, 복수의 긴장재(130) 중 상부 긴장재(131), 중앙부 긴장재(132), 하부 긴장재(133)의 중앙부가 모두 몸통부(110)의 하부에 위치하도록 배치할 수 있고, 이로 인하여 상부 긴장재(131), 중앙부 긴장재(132)의 곡선배치가 가능하다는 효과가 있다.
몸통부(110)의 중앙부의 측면은 편평한 구조를 취할 수도 있으나, 내측으로 오목하게 만곡진 구조를 취하는 경우, 긴장재 배치를 위해 필요한 단면 이외의 부분을 절감하여 자중을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
위 구조를 취하더라도, 몸통부(110)의 하부의 측면은 상하방향을 따라 편평한 구조를 취하는 것이 제조, 보관, 운반의 용이성 등을 위하여 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 거더(100)를 이용한 철도교의 실시예에 관하여 설명한다.
이는 기본적으로, 폭방향을 따라 열지어 설치된 복수의 거더(100); 복수의 거더(100) 상부에 설치된 도상(30) 및 레일(40);을 포함하여 구성된다(도 5,6).
한 쌍의 레일(40) 하부로 전달되어 분포되는 하중을 효율적으로 그 하부구조에 전달하기 위해서는, 한 쌍의 레일(40) 하부에 본 발명에 의한 거더(100) 한 쌍이 설치되는 것이 가장 바람직하다(도 5).
즉, 인접하여 설치된 한 쌍의 거더(100)의 상부에는, 하나의 열차(1)가 운행하는 한 쌍의 레일(40)이 위치하도록 설치되는 것이 바람직한 것이다.
다만, 철도교에는 레일 뿐만 아니라, 난간, 방음벽 등의 보조시설이 설치될 공간이 필요하므로, 한 쌍의 거더(100)의 상부의 중심에 한 쌍의 레일(40)의 중심이 정확하게 위치하도록 하기는 어렵다.
그러나 한 쌍의 거더(100)의 일측에는 또 다른 인접한 한 쌍의 거더(100a)가 설치되고, 열차(1)의 하중은 이러한 인접한 한 쌍의 거더(100a)에도 분포될 수 있으므로, 한 쌍의 레일(40)의 중심(C1)이 그 하부에 설치되는 한 쌍의 거더(100) 각각의 중심(C2,C3) 사이에 위치하는 정도이면, 안정적인 하중의 분포 및 교각(200)에 대한 하중의 전달이 가능하다.
이하, 본 발명에 의한 거더(100)를 이용한 철도교의 시공방법의 실시예에 관하여 설명한다.
긴장력을 인가한 거더에는 솟음(캠버)가 발생하는데, 철도교는 그 특성상 솟음을 최소화하여 레일(궤도)의 선형을 관리하여야 한다.
이를 위하여, 본 실시예에서 거더(100)는 몸통부(110)의 하부에 하부 긴장재(133)가 배치되고, 그 하부 긴장재(133)의 긴장력에 의한 솟음을 제어하도록, 몸통부(110)의 상단 양측(상부 플랜지(120)의 하부)에 긴장력의 조절이 가능한 직선구조의 조절긴장재(140)가 배치된다.(도 7,8)
직선구조의 조절긴장재(140)는 거더(100)의 중립축의 상부에 배치된다.
이러한 조절긴장재(140)는 거더(100)의 상부에 압축응력을 발생시키므로, 하부 긴장재(133)의 긴장력을 크게 하더라도(거더(100)의 상부에 인장응력이 크게 발생하더라도) 거더(100)의 상부의 손상을 방지할 수 있어서, 거더(100)의 높이(형고)를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 거더(100)의 상부구조물(도상, 레일)의 자중 및 조절긴장재(140)에 의한 압축력이 하부 긴장재(133)에 의한 인장력보다 크지 않도록, 조절긴장재(140)의 양단은 몸통부(110)의 양단에서 내측으로 이격된 위치에 정착되는 것이 바람직하다.(도 9)
조절긴장재(140)는 거더(100)의 몸통부(110)의 내부에 매설된 구조를 취할 수도 있고,(도 7) 몸통부(110)의 외부에 돌출된 구조를 취할 수도 있다.(도 8)
전자의 경우, 조절긴장재(140)의 정착부는 블록아웃된 구조를 취함으로써, 조절긴장재(140)의 긴장력을 조절할 수 있다.
이 경우에도, 필요에 따라 상술한 상부 긴장재(131), 중앙부 긴장재(132)를 추가로 설치할 수 있음은 물론이다.
본 실시예에 의한 철도교의 시공방법은 다음과 같은 공정에 의해 이루어진다.
거더(100)를 제조 및 인양하여 교각 위에 거치하고, 거더(100)의 하부 긴장재(133) 및 조절긴장재(140)를 긴장하여 정착한다.
위 2개의 공정은 거더(100)의 제조, 운반, 거치 및 기타 시공여건에 따라 선후가 변경될 수 있다.
거더(100)의 상부에 상부구조물(도상, 레일)을 설치한다.
이 상태에서, 조절긴장재(140)를 추가긴장하거나, 일부긴장을 해제하여, 거더(100)의 솟음 또는 처짐을 최소화하여 레일(궤도)의 선형을 관리한다.
즉, 거더(100)의 상부에 상부구조물을 설치한 상태에서 거더(100)의 솟음이 발생한 경우, 조절긴장재(140)를 추가긴장하여 솟음을 줄일 수 있고, 반대로 거더(100)의 처짐이 발생한 경우, 조절긴장재(140)의 일부긴장을 해제하여 처짐을 줄일 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
30 : 도상 40 : 레일
100 : 거더 110 : 몸통부
120 : 상부 플랜지 130 : 긴장재
131 : 상부 긴장재 140 : 조절긴장재

Claims (10)

  1. 폭방향을 따라 열지어 설치된 복수의 거더(100); 상기 복수의 거더(100) 상부에 설치된 도상(30) 및 레일(40);을 포함하는 철도교의 시공방법으로서,
    상기 거더(100)는,
    상부의 폭에 비해 하부의 폭이 점진적으로 증대하도록 형성된 사다리꼴 단면의 몸통부(110);
    상기 몸통부(110)의 상단에 형성된 상부 플랜지(120);를 포함하고,
    동일한 높이의 I형 거더(10)에 비해, 중립축의 높이가 낮은 위치에 형성되고,
    상기 몸통부(110)의 하부에는 하부 긴장재(133)가 배치되고,
    상기 거더(100)의 상부에 압축응력을 발생시킴으로써 상기 하부 긴장재(133)의 긴장력에 의한 솟음을 제어하도록, 상기 몸통부(110)의 상단 양측에는 긴장력의 조절이 가능한 직선구조의 조절긴장재(140)가 배치되고,
    상기 직선구조의 조절긴장재(140)는 중립축의 상부에 배치되고,
    상기 철도교의 시공방법은,
    상기 거더(100)를 제조 및 인양하여 교각 위에 거치하는 단계;
    상기 거더(100)의 하부 긴장재(133) 및 조절긴장재(140)를 긴장하여 정착하는 단계;
    상기 거더(100)의 상부에 상부구조물을 설치하는 단계;
    상기 조절긴장재(140)를 추가긴장하거나, 일부긴장을 해제하여, 상기 거더(100)의 솟음 또는 처짐을 최소화하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 철도교의 시공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸통부(110)의 내부에는 길이방향을 따라 포스트텐션을 위한 복수의 긴장재(130)가 배치되고,
    상기 복수의 긴장재(130)는 상하방향을 따라 열지어 배치되고,
    상기 복수의 긴장재(130) 중 상부 긴장재(131)는 양단부가 상기 몸통부(110)의 상부에 위치하고, 중앙부가 상기 몸통부(110)의 하부에 위치하도록 곡선형으로 배치된 것을 특징으로 하는 철도교의 시공방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸통부(110)의 중앙부의 측면은 내측으로 오목하게 만곡진 구조인 것을 특징으로 하는 철도교의 시공방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 몸통부(110)의 하부의 측면은 상하방향을 따라 편평한 구조인 것을 특징으로 하는 철도교의 시공방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 거더(100)의 상부구조물의 자중 및 상기 조절긴장재(140)에 의한 압축력이 상기 하부 긴장재(133)에 의한 인장력보다 크지 않도록, 상기 조절긴장재(140)의 양단은 상기 몸통부(110)의 양단에서 내측으로 이격된 위치에 정착된 것을 특징으로 하는 철도교의 시공방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    인접하여 설치된 한 쌍의 상기 거더(100)의 상부에, 하나의 기차가 운행하는 한 쌍의 상기 레일(40)이 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 철도교의 시공방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 한 쌍의 레일(40)의 중심(C1)이 상기 한 쌍의 거더(100) 각각의 중심(C2,C3) 사이에 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 철도교의 시공방법.
  10. 삭제
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KR102163560B1 (ko) * 2020-02-21 2020-10-12 동아이엔지(주) 거더 및 이를 이용한 방음벽이 설치된 교량

Patent Citations (3)

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