KR102451811B1 - 단계별 시공으로 장경간이 가능한 프리캐스트 피에스씨 거더 - Google Patents

Abstract

PSC 거더를 이용하여 교량을 시공함에 있어서, 거더를 분할하여 제작한 후 이를 연결시켜서 완성하는 프리캐스트 교량 공법으로서, 시공단계별로 변화하는 단면력과 단면의 변화에 맞추어 적절한 긴장력 도입과 시공방법을 도입함으로써, 지간이 긴 장경간의 교량을 효율적으로 시공할 수 있도록 하는 교량 시공방법에 관한 것이다. 중공형태의 U형 거더를 제작하여 가설하되, 단계별 하중에 따른 콘크리트 시공 및 강선긴장으로 소형장비로 거더 가설이 가능하며, 현장제작이 가능하여 운반비 절감의 효과가 발생한다.

Description

단계별 시공으로 장경간이 가능한 프리캐스트 피에스씨 거더{Precast PSC beam girder that can be made long-term by step construction}

프리스트레스트 콘크리트 거더(이하, "PSC거더 "라고 약칭함)를 이용한 교량과 그 시공방법에 관한 것으로서, PSC 거더를 이용하여 교량을 시공함에 있어서, 거더를 분할하여 제작한 후 이를 연결시켜서 완성하는 교량 공법으로서, 시공단계별로 변화하는 단면력과 단면의 변화에 맞추어 적절한 긴장력 도입과 시공방법을 도입함으로써, 지간이 긴 장경간의 교량을 효율적으로 시공할 수 있도록 하는 교량 시공방법에 관한 것이다.

PSC거더를 이용하여 교량을 시공함에 있어서, 교량의 경간이 길어지면 자중이 커져서 시공이 어려울 뿐 아니라 자중에 의한 모멘트가 지간 길이의 제곱에 비례하여 커지게 되므로, 큰 단면 또는 긴장력을 필요로 하게 된다.

이러한 문제를 해결하고자 종래에는 프리캐스트로 거더를 분할하여 제작한 후, 이를 연결시켜서 완성하는 교량 공법들이 많이 시행되고 있다. 거더를 횡방향으로 다수로 분할한 후 강선으로 관통하여 긴장 연결하는 방식이 대표적이다.

단순히 거더를 분할후 연결하는 방식은 거더가 커질때 문제점이 발생한다. 거더가 길어지고, 무거워 질때, 운반을 용이하게 하기 위하여 여러개수로 분할하게 되는데, 분할한 만큼 다시 강선으로 연결해야한다. 연결용 강선 및 가설장비가 필요하다. 분할한 거더를 조립하는 경우 가설벤트가 필요하고, 전체 조립후 일괄가설하는 경우, 대형장비가 필요하다.

본 발명은 단계별로 거더에 가해지는 하중 만큼만 거더의 콘크리트를 형성하고, 강선으로 보강함으로써, 소형장비로도 일괄가설 할수 있도록 함으로써, 상기한 종래의 문제를 해결하고자 한다.

본 발명은 거더가 대형화되는 경우, 이를 공장에서 분할하여 제작한 상태로 운반하는 종래의 기술을 개선한 것으로, 단계별 하중에 따른 콘크리트 시공 및 강선긴장으로 소형장비로 가설이 가능하며, 현장제작으로 운반비 절감의 효과가 발생한다.

도 1에서 도 13까지는 본 발명의 단계별 시공과정을 설명하는 사시도이다
도 1은 본 발명의 첫단계로 지반위에 거푸집을 설치하는 모습이다
도 2는 거푸집위에서 철근을 조립하고, 콘크리트를 타설한 모습이다.
도 3은 한쪽의 측판을 하판과 연접하여 수직으로 세우고, 철근 및 강선을 조립한 모습이다.
도 4는 철근 및 강선용 쉬스관 배치후, 나머지 측판도 하판에 연접하도록 세워서 설치한 모습이다.
도 5는 1차 강선이 매몰될 수 있도록 1차 속채움 콘크리트를 시공한 모습이다.
도 6은 1차 속채움 콘크리트 타설 모습을 보여주기 위하여, 측판을 제외한 사시도.
도 7은 상기 1차 속채움 콘크리트가 양생된 후, 1차 강선을 긴장한 모습이다.
도 8과 도 9는 상기 1차 강선 긴장한 거더를 교각위에 설치한 모습이다.
도 10은 상기 거더의 중공 부분에 2차 속채움 콘크리트를 타설한 모습이다.
도 11은 상기 거더의 2차 속채움 콘크리트가 양생된 후, 2차 강선을 긴장한 모습이다.
도 12는 거더위에 슬래브를 타설한 모습이다.
도 13은 포장까지 완료하여 교량을 완성한 모습이다.
도 14에서 도 18은 다른 실시예를 보여주는 사시도로서, 거더를 3조각으로 분할 후 가설및 연결하는 모습을 보여준다.
도 14는 1차 강선 긴장한 거더를 3조각으로 분할 후, 지점부 거더를 교각위에 먼저 가설한 모습.
도 15는 지점부 거더에 중앙부 거더를 가설하여 서로 연결한 모습.
도 16는 거더사이에 하프 슬래브용 데크를 설치한 모습.
도 17은 2차 속채움 콘크리트를 타설한 모습.
도 18은 2차 강선을 긴장 하고 슬래브를 완성한 모습.
도 19는 종래기술을 설명하는 사진으로 설명도.
도 20은 종래기술을 설명하는 사진으로, 장경간의 거더를 3조각으로 분할하여 제작한 후, 가설하는 모습.
도 21은 단순보에서의 강선배치와 연속교에서의 강선배치 모습이다.
도 22는 여러 개의 단순보 거더를 제작한 후, 교각에 설치하고 연속화 시키는 과정을 설명하는 설명도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 통하여 설명하도록 하겠습니다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며

여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였습니다.

도 19는 종래기술을 설명하는 사진으로 장경간의 거더를 횡방향으로 여러 개 분할 제작한 후, 대형 가설장비로 분할된 거더를 하나씩 인양하면서, 강선으로 긴장하여 체결하는 모습이다. 거더(100)가 대형화되면, 공장에서 제작하는 프리캐스트 분할 거더의 경우, 운반을 위하여 불가피하게 분할할 수밖에 없다. 분할하지 않으면 운반할수 없기 때문이다.

그러나 분할한 만큼 다시 결합해야 하므로, 대형 가설장비, 체결용 강선 재료비 및 인건비가 많이 소요된다. 뿐만 아니라 분할 부위 접합시 틈새발생, 균열 등 품질상 문제도 발생한다. 따라서 가능한 분할을 적게 하는 것이 합리적이다. 가능한 분할을 적게 하고, 긴 형태의 거더(100)로 제작해서, 가설하는 것이 바람직하다고 할수 있다.

도 20은 종래기술을 설명하는 사진으로, 장경간의 거더를 가능한 적게, 3조각으로 분할하여 제작한 후, 가설하는 모습이다. 3조각으로 분할하여 가설벤트를 설치한 후, 분할 거더(300)를 조립하는 방법 그리고 지상에서 조립후 대형 가설장비로 일괄가설하는 모습이다. 즉 분할 거더 상태로 가설하면 장비는 소형으로 가능해지지만, 가설벤트가 필요하고, 분할 거더를 조립하여 전체 거더 상태로 가설하면, 가설벤트는 필요 없지만, 대형장비가 필요하다.

결론적으로 거더가 대형화되면 대형 가설장비를 사용하거나, 가설벤트를 많이 사용해야만 한다. 즉 비용이 소요된다.

본 발명은 이러한 종래기술의 한계를 극복하기 위한 것이다.

본 발명의 거더는 단면상으로 U형이며, 분할시 1개의 하단부와 2개의 측단부로 구성된다. 하단부를 “하판(10)”, 측단부를 “측판(20)” 으로 약칭 표기한다. 단면상으로 3개의 거더 조각으로 분할되어 있다. 연결하면 U형 거더를 형성하게 된다. 거더를 분할하는 방법은 거더 길이방향의 직각인 횡단면상으로 분할하거나, 거더 길이방향인 단면상으로 분할할수 있다. 본 발명에 사용하는 거더는 단면상으로 분할한 거더이다.

도 19와 도 20은 종래 기술로서 공장에서 분활 제작한 거더를 현장으로 운반하여 조립하는 기술을 보여주고 있으며, 장경간 거더를 거더 길이방향으로 여러개 로 분활하였는데, 거더를 길이의 직각방향으로, 거더의 측면을 잘랐다. 이에 비하여 본 발명은 장경간 거더를 단면상에서 가로및 세로로 자르는 방식으로 방향이 크게 다르다 할수 있다.
본 발명은 거더의 단면상에서 볼때, U형태의 거더에서, 하부 플랜지폭에 해당하며, 일정두께를 가지는, 하단 가로 부재인 하판과 거더 높이에 해당하며, 일정두께를 가지는, 한쌍의 세로부재인 측판으로 3조각으로 분활하여 제작한 후, 현장에서 조립하여 U형 거더를 형성하게 된다.
이렇게 직사각 형태로 3조각으로 분리제작한 후, 조립하여 U형 거더를 형성하는 이유는 제작이 간편하기 때문이다. 한번에 U형 거더를 형성하는 것은 중공부 형성을 위하여 속 거푸집을 대거나 하는 등의 불편이 따른다.

지금부터는 본 발명을 설명하도록 한다.

도 1에서 도 13까지는 본 발명의 단계별 시공과정을 설명하는 사시도이다

도 1은 본 발명의 첫단계로 지반위에 거푸집(50)을 설치하는 과정이다.

거푸집은 U형 거더의 하단부에 해당하는 하판(10)과 측면부에 해당하는 측판(20)을 형성하기 위한 것으로, 하판(10)을 형성하기 위한 거푸집을 중심으로 양쪽으로 측판(20)을 형성하기 위한 거푸집을 설치한다.

도 2는 거푸집(50)위에서 철근(60)을 조립하고, 콘크리트를 타설한 모습이다.

거더의 하단부에 해당하는 “하판(10)“ 거더의 측면부에 해당하는 ”측판(20)“이 형성된 모습이다. 이때 필요한 경우, 측판(20)에도 강선용 빈 쉬스관을 배치할수도 있다. 표면에는 연결용 전단철근이 노출되어 있다.

도 3은 한쪽의 측판(20)을 하판(10)과 연접하여 수직으로 세우고, 철근(60) 및 강선을 조립한 모습이다. 측판(20)을 벽면으로 사용하면서 거더의 내부 철근(60) 및 강선을 배치한다.

물론 하판(10)위에서 거더 내부용 철근(60) 과 1차, 2차, 3차 강선을 조립한 후, 한쌍의 측판(20)을 세우고, 측판 상단을 철근용접하여, U형 거더를 형성할수 있다. U형거더를 형성하되, 조립순서는 선택하여 적용한다.

이때 강선은 3종류를 사용하는 것이 바람직하다. 제일 하단의 초록색으로 표시한 강선은 “1차 강선(S1)“으로 거더 가설용 강선이다. 거더를 가설하기 위하여 필요한 강선으로 강선이 부담하는 인장력은 거더 자체하중이다.

세부적으로 설명하면, 가설시에는 분할 제작된 1개의 하판(10)과 2개의 측판(20)을 결합하여 만들어진 U 형 거더에 1차 속채움 콘크리트만 타설한 후, 가설하게 된다. 중공 형태로 가벼워 가설이 용이하다. 가설후에는 중공 부위를 2차 속채움 콘크리트로 타설한다. 즉 단계별로 가해지는 하중에 맞게 U 형 거더의 중공부를 2회에 걸쳐서 나누어 타설하여, 인양시 거더 하중을 줄여서 소형장비로 시공이 가능하도록 하는 기술이다.

도 21은 단순보에서의 강선배치와 연속교에서의 강선배치 모습을 보여주는 개념도이다. 단순보에서는 거더 양단부에서는 올라가고, 중앙 하단부에서는 아래로 만곡한 형태로 1차 강선(초록색 표시)을 일반적으로 배치하여 사용한다.
연속교에서는 거더 하단부에 1차 강선(초록색 표시), 그리고 1차 강선 상단에 배치하되, 교각(30)에서는 상단을 통과하며, 위로 만곡한 형태로 2차 강선(파란색 표시)을 길이방향으로 다수의 거더를 관통하여, 연속되게 배치한다. 또는 필요한 경우, 2차 강선을 비 연속으로 배치하고 3차 강선(노란색 표시)를 배치하여, 거더 단부를 결속하여 연속화가 효과적으로 이루어 지도록 보조한다.

삭제

도 4는 철근(60) 및 강선 배치후, 나머지 측판(20)도 하판(10)에 연접하도록 세워서 설치한 모습이다. 이로서 “U‘ 형태의 거더가 만들어 졌다. U 거더는 가운데가 비어 있는 중공형태로 거더 경량화가 가능해진다. 즉 소형 가설장비로 가설할수 있게 해준다.

이때 측판(20)은 얇은 형태로 균열발생 우려가 있으므로, 수직으로 세울때 거푸집(50)과 결합된 상태로 함께 세우고, 측판(20)의 상단을 철근으로 상호 용접체결하여 폐합해 주는 것이 U거더의 변형을 방지할수 있어 바람직하다.

도 5는 1차 강선(S1)이 매몰될 수 있도록 속채움 콘크리트를 1차 타설한 모습이다. 1차 속채움 콘크리트(C1)를 시공한 모습이다.

도 6은 1차 속채움 콘크리트 타설 모습을 보여주기 위하여, 측판(20)을 제외한 사시도.

도 7은 상기 1차 속채움 콘크리트(C1)가 양생된 후, 정착구(200)을 사용하여 1차 강선(S1)을 긴장한 모습이다.

도 8과 도 9는 상기 1차 강선(S1) 긴장한 거더를 교각(30)위에 설치한 모습이다.

본 발명의 거더는 중공 형태로 가벼워서 쉽게 소형장비로 가설할수 있다. 본 발명의 주요 기술적 특징이다.

도 10은 상기 거더의 중공 부분에 2차 속채움 콘크리트(C2)를 타설한 모습이다.

이로써 본래 형상의 전체 거더가 형성되었다. 1차 강선(S1)에 이어 2차 강선(S2)도 매몰된 상태이다.

도 11은 상기 거더의 2차 속채움 콘크리트(C2)가 양생된 후, 정착구(200)을 사용하여 2차 강선(S2)을 긴장한 모습이다. 2차 강선은 필요시 지점부에서 거더 외부로 노출시킬수 있으며, 슬래브 및 포장을 완성한 후 긴장할수도 있다. 거더와 슬래브가 합성또는 비합성 상태에 따라 강선 긴장 효율이 달라지기 때문이다.

2차 강선(S2)은 1차 강선(S1)과 함께 교량에 가해지는 전체 하중인 거더 자체하중과 슬래브및 포장하중, 자동차 공용하중을 담당하게 된다. 이때 1차 강선 및 2차 강선에 얼마만큼 인장력을 배분할것인지?는 가변적으로 필요에 따라 달라 질수 있다. 그러나 일반적으로 1차 강선(S1)은 거더 자체하중을 담당하고, 2차 강선(S2)은 슬래브및 포장하중, 자동차 공용하중을 담당하게 된다.

도 12는 거더위에 슬래브(40)를 타설하고, 도 13은 포장까지 완료하여 교량을 완성한 모습이다.

도 14에서 도 18은 다른 실시예를 보여주는 사시도로서, 거더를 3조각으로 분할 후 가설및 연결하는 모습을 보여준다. 일반적으로 많이 시행하는 방법이다. 거더의 전단력이 가장 적은 부위를 분할하고, 가능한 적게 분할하는 방법이다.

도 14는 1차 강선 긴장한 거더를 3조각으로 분할 후, 지점부 거더를 교각위에 먼저 가설한 모습.

도 15는 지점부 거더에 중앙부 거더를 가설하여 서로 연결한 모습.

도 16는 거더사이에 하프 슬래브용 데크를 설치한 모습.

작업자가 속채움 콘크리트를 타설시 안전하게 작업할수 있다.

도 17은 2차 속채움 콘크리트(C2)를 타설한 모습.

도 18은 2차 강선(S2)을 긴장 한 후, 슬래브를 완성한 모습.

도 22는 여러 개의 단순보 거더를 제작한 후, 교각(30)에 설치하고 연속화 시키는 과정을 설명하는 설명도이다. 일반적으로 연속화시 모멘트 감소및 지점부 균열감소 등 많은 장점이 발생하여 대부분의 교량에서 시행하고 있다. 보편적 사항으로 세부설명은 생략하도록 한다.

본 발명은 거더가 대형화되는 경우, 이를 공장에서 분할 제작및 운반하는 종래의 기술을 개선한 것로서 프리캐스트 시공방법을 개선한 기술이다. 교량을 장경간화 하면, 교각 개수가 줄어서 공사비 절감, 개방감, 지장물 횡단 등 많은 장점이 발생한다.

장경간하기 위해서는 거더가 대형화 될 수밖에 없다. 대형화된 거더를 분할하면 많은 분할 거더가 발생하고, 운반 및 조립비 증가로 이어진다.

가능한 운반을 적게 하고, 분할을 적게 하는 방법이 필요하다.

또한 현장에서 조립된 전체 거더가 무거우면, 일괄가설이 곤란해지고, 가설벤트를 사용해야 한다. 따라서 가설시 거더 중량을 가볍게 하는 기술이 필요하다고 할수 있다. 본 발명은 가설시 거더를 중공처리하고, 거더에 가해지는 하중에 대하여 단계별로 콘크리트 타설및 강선 긴장하여 종래의 문제점을 해결할수 있는 유용한 기술이다.

또한 종래에는 운반을 위하여 불가피하게 분할해서 운반한 후, 현장에서 다시 조립하였다. 본 발명은 종래 방식대로 공장 제작한 분할 거더를 현장에서 조립하는 방법과 함께 현장에서 간편하게 분할 거더를 제작할수 있는 공법으로 운반 및 조립비를 절감할수 있다.

100: 거더
200: 정착구
300: 분할 거더
10: 하판
20: 측판
30: 교각
40: 슬래브
50: 거푸집
60: 철근
C1: 1차 속채움 콘크리트
C2: 2차 속채움 콘크리트
S1: 1차 강선
S2: 2차 강선
S3: 3차 강선

Claims (1)

1. 거더에 가해지는 하중에 따라 단계별로, U형 프리캐스트 거더에 콘크리트 타설 및 강선을 긴장하기 위하여,
   
   1단계: 단면상 U형인 프리캐스트 거더에서,
   하단 가로부재에 해당하는 하판(10)과
   한쌍의 세로부재에 해당하는 측판(20)을
   제작하기 위하여, 지반위에 거푸집을 설치하는 과정:
   
   2단계: 상기한 거푸집위에,
   하판(10)및 측판(20) 내부에 배치되는 철근을 조립하고,
   연결용 전단철근이 일부 노출되게 콘크리트를 타설하여,
   U형 프리캐스트 거더의 하단폭과 길이에 해당하며,
   일정두께를 가지는 하판(10)과 U형 프리캐스트 거더의 높이와 길이에 해당하며, 일정두께를 가지는 한쌍의 측판(20)을 제작하는 과정:
   
   3단계: 상기 제작한 하판(10)위에,
   피에스씨 거더의 내부 배치용 철근과
   거더 자체하중으로 발생하는 인장응력에 대응하는 1차 강선(S1)과
   슬래브 하중및 공용 하중으로 발생하는 인장응력에 대응하는 2차 강선(S2)과
   지점부에서 인접한 거더를 연결하여 연속화시키는 3차 강선(S3)을
   조립하는 과정:
   
   4단계: 상기 3단계의 철근과 강선이 조립된 하판(10)을 중심으로,
   하판(10)의 양쪽 측단부에 한쌍의 측판(20)을 연접하게 세워서,
   U형 프리캐스트 거더를 형성하는 과정:
   
   5단계: 상기 4단계의 U형 프리캐스트 거더의 내부에,
   1차 강선(S1)이 매몰될 수 있도록,
   1차 속채움 콘크리트(C1)를 타설하는 과정:
   
   6단계: 상기한 1차 속채움 콘크리트(C1)가 양생된 후,
   1차 강선(S1)을 긴장하여,
   U형 피에스씨 거더를 형성하는 과정:
   
   7단계: 상기한 U형 피에스씨 거더를,
   교각위에 인양하여 설치하는 과정:
   
   8단계: 상기 인양 설치한 U형 피에스씨 거더 내부에,
   2차 속채움 콘크리트(C2)를 타설하는 과정:
   
   9단계: 상기한 2차 속채움 콘크리트(C2)가 양생된 후,
   2차 강선(S2)을 긴장하는 과정:
   
   10단계: 거더위에 슬래브 및 포장을 시공하는 과정:을 특징으로 하는,
   U형 프리캐스트 거더를 이용한 피에스씨 거더교의 시공방법.

Images