KR102463606B1 - 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교 - Google Patents

거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 거더 슬라브 일체형 보도교에 경량의 복합소재를 적용하여 가벼우면서도 강도를 높일 수 있고 시공성이 우수한 효과가 있다. 이를 위해 특히 본 발명의 일 실시예는, 복합소재로 성형되고 상부가 개방된 외부 구조재; 외부 구조재 내 측면에 도포되는 접착층; 외부 구조재 내부에 충진되고, 스티로폼, 시멘트, 유동화제 및 급결제를 포함하는 제1 속채움재; 외부 구조재의 상부에 성형되고, 하판과, 스티로폼, 레진, 골재 및 경화제를 포함하는 제2 속채움재로 구성된 코어와, 상판을 포함하여 성형되는 슬라브 판재부; 및 외부 구조재의 내부 또는 코어에 배치되는 섬유 메쉬 보강재를 포함하는 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교를 포함한다.

Description

거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교{girder-slab integrated composite footpath bridge}
본 발명은 복합소재 보도교에 관한 것이다.
거더를 이용한 교량은 교각 및 교대 상부에 사전 제작된 거더를 안치하여 조립하는 방식으로 시공되어, 공기가 단축되는 장점이 있어, 철도 및 도로 교량 등에서 널리 이용되고 있다. 이때, 거더는 종방향 하중을 부담하도록 설계되는 부재로 거더교에는 횡방향의 안정성을 보강하기 위해 일반적으로 가로보가 설치된다.
이러한 통상적인 가로보는 강재 또는 철근콘크리트를 이용하여 시공되는데, 거더를 교각에 설치한 후, 작업자가 거더 사이에 거푸집을 설치하고, 상기 거푸집에 철근의 배근 및 콘크리트를 타설한 뒤 양생하는 방법이 이용되었다.
이와 같은 강재 또는 철근콘크리트 가로보는 거푸집을 제작하고 콘크리트를 타설 후 양생해야 하므로 시공과정이 복잡하고, 공기가 늘어나는 문제점이 있었다. 이에 따라, 대한민국 등록특허 제 10-0700402 호에는 강가로보 및 이의 시공방법이 개시된 바 있다. 이러한 종래기술은 기존 철근콘크리트 가로보를 강가로보로 대체하여, 거푸집을 이용하여 콘크리트를 타설하여 양생하는 과정 없이도 간단하게 볼트 및 너트결합을 이용하여 설치가 가능하여, 시공성이 용이해지는 장점이 있었다. 그러나 이러한 종래기술도 거더의 시공 오차를 보정하기 위해, 추가적인 보강 시공이 필요하여, 공기가 늘어나고 비용이 증가할 뿐만 아니라, 가로보의 강도가 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 경량의 복합소재를 적용하여 가벼우면서도 강도를 높일 수 있고 시공성이 우수한 거더 슬라브 일체형 보도교를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2 목적은 경량의 복합소재에 기초한 외부 구조재 및 슬라브의 제조공정을 제공하고, 이의 보강방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제3 목적은 거더 슬라브 일체형 보도교에 적용될 난간 구조 및 신축 이음부 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제4 목적은 거더 일체 보도교의 시공성을 높일 수 있는 코핑 구조를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 복합소재로 성형되고 상부가 개방된 외부 구조재; 외부 구조재 내 측면에 도포되는 접착층; 외부 구조재 내부에 충진되고, 스티로폼, 시멘트, 유동화제 및 급결제를 포함하는 제1 속채움재; 외부 구조재의 상부에 성형되고, 하판과, 스티로폼, 레진, 골재 및 경화제를 포함하는 제2 속채움재로 구성된 코어와, 상판을 포함하여 성형되는 슬라브 판재부; 및 외부 구조재의 내부 또는 코어에 배치되는 섬유 메쉬 보강재를 포함하는 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교를 제공함으로써 달성될 수 있다.
제1 속채움재는, 미리 경화하여 외부 구조재 내부에 충진하거나, 또는 스티로폼의 합성분말을 물과 교반하여 외부 구조재에 타설하고 접착층을 매개로 외부 구조재 내부에 접착하는 것일 수 있다.
또한 슬라브 판재부는 복수로 구비되고, 복수의 슬라브 판재부 중 어느 하나의 슬라브 판재부와 이에 이웃하는 다른 슬라브 판재부 사이에 신축 이음부가 개재되며, 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교는 슬라브 판재부의 수축 및 팽창 방향을 따라 신축 이음부가 탈락하는 것을 방지하기 위한 탈락방지 이음부재가 더 구비된 것일 수 있다.
아울러 슬라브 판재부는 수축 및 팽창 방향을 따라 탈람방지 이음부재의 이음 공간이 더 형성된 것일 수 있다.
한편 외부 구조재의 길이 방향 일 단부는, 슬라브 판재부의 하중을 분산 및 전달하는 단부 보강재가 배치되어 지점 보강이 형성된 것이거나, 또는 슬라브 판재부의 하중을 분산 및 전달하는 콘크리트와 몰탈을 포함하는 제3 속채움재가 채움되어 지점 보강이 형성된 것일 수 있다.
거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교는, 외부 구조재 하부에 위치하고, 기둥의 상단에 한 쌍으로 결합하는 분리형 코핑 구조를 더 포함할 수 있다.
여기서 분리형 코핑 구조는, 기둥의 외형에 대응하도록 반원형 홈이 각 형성된 한 쌍의 가로보부를 포함하고, 한 쌍의 가로보부가 기둥을 사이에 두고 상호 결합된 것일 수 있다.
그리고 상판에 배치되는 난간은, 다수의 난간 지주와 다수의 난간 지주 사이마다 배치되는 난간 수평재 및 난간 수직재를 포함하고, 난간 지주는 슬라브 판재부를 관통하여 삽입 고정하되, 슬라브 판재부에 고정되어 난간 지주를 보강하는 고정소켓을 더 포함할 수 있다. 또한 난간 수직재는 슬라브 판재부의 길이방향으로 배열된 난간 수평재의 오목 장홈을 따라 끼움 결합되는 것일 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 거더 슬라브 일체형 보도교에 경량의 복합소재를 적용하여 가벼우면서도 강도를 높일 수 있고 시공성이 우수한 효과가 있다.
또한 경량의 복합소재에 기초한 외부 구조재 제조공정과 거더 슬라브 일체형 보도교에 적용될 난간의 체결구조 및 신축 이음부 구조 및 코핑 구조를 통해 거더 일체 보도교의 시공성 및 강도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 제작 공정을 나타낸 단면도이고,
도 2는 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 구성 중 신축 이음부 구조를 나타내기 위한 종단면도이고,
도 3은 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 구성 중 외부 구조재 단부에 단부보강재가 보강된 상태의 단면도이고,
도 4는 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 구성 중 외부 구조재 단부에 지점보강구조를 나타낸 단면 사시도이고,
도 5는 도 3 및 4에 도시된 A 영역의 측단면을 나타낸 단면도이며,
도 6은 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 구성 중 코핑 구조의 측면도(a)와, 한 쌍으로 결합하는 분리형 코핑 구조의 평면도(b)를 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 구성 중 코핑 구조의 종단면을 나타낸 종단면도이고,
도 8은 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예의 사시도이고,
도 9는 도 8에 도시된 Z2 영역의 확대 단면도(a)와 도 8에 도시된 Z3 영역의 확대도를 나타낸 도면이다.
거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교
본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교의 일 실시예는, 복합소재를 이용하여 거더와 슬라브를 일체형으로 형성하여 보도교를 제작함으로써 경량 소재를 통해 시공이 간편성과 강도를 확보할 수 있다.
이하 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상술한다.
도 1은 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 제작 공정을 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 우선 상부가 개방된 외부 구조재(10)를 성형하여 준비한다. 여기서 외부 구조재(10)는 FRP와 같은 경량 복합소재가 이용될 수 있다.
다음, 외부 구조재(10) 내 측면에 접착층(11)을 도포하고 그 위에 제1 속채움재(12)를 형성한다. 접착층(11)은 수중 또는 습식접착제가 이용될 수 있으며, 제1 속채움재(12)는 적절한 조성비를 갖도록 스티로폼, 시멘트, 유동화제 및 급결제를 혼합한 스티로폼 합성재를 사용할 수 있다.
다만 제1 속채움재(12)는, 미리 경화하여 외부 구조재(10) 내부에 충진하거나, 또는 스티로폼의 합성분말을 물과 교반하여 외부 구조재(10)에 타설하고 외부 구조재(10)를 매개로 외부 구조재(10) 내부에 접착하는 것일 수 있다. 즉 스티로폼을 포함하는 전술한 스티로폼 합성재는, 미리 판재부로 제작해 접착제로 붙여서 사용하거나 스티로폼의 합성분말을 물과 교반하여 복합소재 틀에 타설할 수도 있다. 여기서 외부 구조재(10)를 형성하는 복합소재와 스티로폼의 접합면은 역시 수중 또는 습식접착제를 도포하여 접착력을 증가시킬 수 있다. 습식 접착제의 예시로 우레탄계열 또는 에폭시계열의 접착제가 이용될 수 있다.
다음, 외부 구조재(10) 상부에 슬라브 판재부(16, 17)의 하판(160)을 배치하고 이어서 제2 속채움재로 충진 형성되는 코어(162)와, 상판(164)을 차례대로 배치한다. 여기서 제2 속채움재는 스티로폼, 레진, 골재 및 경화제를 포함하는 합성재로 형성될 수 있다. 여기서 하판(160) 및 상판(164)은 FRP와 같은 경량 복합소재가 이용될 수 있다.
여기서 전술한 외부 구조재(10)의 내부 또는 코어(162)에는 섬유 메쉬 보강재(18)가 보강될 수 있다. 또한 도시되지는 않았지만, 거더 슬라브 일체형 보도교는 외부 구조재(10)의 길이 방향으로 1 이상의 횡방향 격벽이 위치도록 구성될 수도 있다. 이러한 횡방향 격벽은 일체형으로 형성된 거더 슬라브를 운반 및 배치하는 경우 국부적 휨 응력에 따른 변형을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 구성 중 신축 이음부 구조를 나타내기 위한 종단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 슬라브 판재부(16, 17)는 복수로 구비되고, 복수의 슬라브 판재부(16, 17) 중 어느 하나의 슬라브 판재부(16, 17)와 이에 이웃하는 다른 슬라브 판재부(16, 17) 사이에 신축 이음부(40)가 개재된다. 이러한 신축 이음부 구조는 계절 또는 기온 변화에 기반한 신축으로 판재부가 파손되는 것을 방지한다.
도 3은 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 구성 중 외부 구조재 단부에 단부보강재가 보강된 상태의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 강재 등을 이용한 단부보강재(30, 31, 32, 33)는 슬라브 판재부(16)의 하부와 외부 구조재(10)의 길이 방향 연장부 사이에 트러스 구조로 배치되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 구성 중 외부 구조재 단부에 지점보강구조를 나타낸 단면 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전술한 단부보강재(30, 31, 32, 33)를 배치하는 것과 달리 지점보강구조를 형성할 수 있다. 즉 외부 구조재(10)의 길이 방향 연장부에 지점보강공간을 형성하고, 이어서 연장부 저면에 천공부(106)를 형성한 후 천공부(106)를 통해 하부에 위치하는 코핑 상부(도시되지 않음)에 앙카(104) 또는 볼트를 배치한다. 앙카(104)가 고정된 이후에는 지점보강공간을 콘크리트와 몰탈을 포함하는 제3 속채움재로 채움하여 단부 지점을 보강한다. 이때 앙카(104)가 접착되지 않게 캡(도시되지 않음)을 씌워 거더의 온도에 따른 신축을 수용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 5는 도 3 및 4에 도시된 A 영역의 측단면을 나타낸 단면도이다. 본 실시예인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교는, 슬라브 판재부(16, 17) 단부에 콘크리트를 채워 지점 보강하기 위해 슬라브 판재부(16, 17)의 일 단 또는 양 단에 작업 홀을 형성하고, 작업 홀을 통해 하부에 앙카(104)를 설치하거나 콘크리트를 투입할 수 있다. 앙카 설치 또는 콘크리트 투입이 종료된 후에 홀 마개부재(166, 167)를 덮어서 작업을 마무리할 수 있다. 도 5에 도시된 형태는 마주보는 슬라브 판재부(16, 17)의 단부가 마주보는 한 쌍의 홀 마개부재(166, 167)를 나타낸 것이다. 여기에 탈락방지 이음부재(42)가 이음 공간(44)을 두고 이어져 있을 수 있다.
도 6은 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 구성 중 코핑 구조의 측면도(a)와, 한 쌍으로 결합하는 분리형 코핑 구조의 평면도(b)를 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 분리형 코핑 구조는 강관(51)에 한 쌍의 가로보부(52a, 53a)를 결합시켜 형성한다. 한 쌍의 가로보부(52a, 53a)는 강재로 형성되고 상호 볼트 체결되며 강관(51)에 결합하여 구성될 수 있다. 즉 코핑 구조는, 기둥(51)의 외형에 대응하도록 반원형 홈이 각 형성된 한 쌍의 가로보부(52a, 53a)를 포함하고, 한 쌍의 가로보부(52a, 53a)가 기둥(51)을 사이에 두고 상호 결합되어 구성된다.
도 7은 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예 구성 중 코핑 구조의 종단면을 나타낸 종단면도이다. 도 7에 도시된 코핑 구조는 도 6에 도시된 강재로 형성된 코핑과 달리, 한 쌍의 가로보부(52b, 53b)가 복합소재로 형성되어 결합된 상태에서 강관(51)에 삽입되도록 구성된다.
구체적으로 도 7에 도시된 코핑 구조는, 시공의 편의성을 극대화한 것으로서, 코핑의 정위치 설치를 유도하고 그라우팅재료의 흘러내림 방지를 위해 한 쌍의 가로보부(52b, 53b) 하부 기둥(51)의 외주면을 따라 정위치 유도부(54)를 설치하고 결합된 한 쌍의 가로보부(52b, 53b)를 삽입하는 것이 바람직하다. 또한 기둥(51)은 강관의 내주면을 따라 내부 보강 및 고정재로서 코핑 보강재(55)를 더 형성할 수 있다.
그리고 한 쌍의 가로보부(52b, 53b)는 기둥(51)의 상부에 코핑 보강판(56)이 더 구비될 수 있다. 코핑 보강판(56)을 앙카로 한 쌍의 가로보부(52b, 53b)와 결합하고, 주입 홀(57a, 57b, 57c)을 남겨두고 코핑 보강판(56) 상부를 콘크리트로 채워 코핑 구조물을 완성한다.
기둥(51)은 PHC 말뚝, 강관 등의 속빈 기둥으로서, 내부에 유동 방지 및 결합력 증대를 위해 코핑 보강재(55)로 파이프를 삽입하고 전술한 코핑 보강판(56)을 덮어서 구성한다. 그리고 삽입된 코핑 보강재(55) 내부로 통하는 상부 주입 홀(57a, 57b, 57c)을 통해 콘크리트를 주입하고, 주입된 콘크리트는 코핑 보강재(55) 내부에 채워지고 또한 기둥(51) 외주면을 따라 채워져서 유동 방지 및 결합력이 증대될 수 있다.
도 8은 본 발명인 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교에 따른 일 실시예의 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 Z2 영역의 확대 단면도(a)와 도 8에 도시된 Z3 영역의 확대도를 나타낸 도면이다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상판(164)에 배치되는 난간은, 다수의 난간 지주(60)와 다수의 난간 지주(60) 사이마다 배치되는 난간 수평재(61, 62) 및 난간 수직재(63, 64)를 포함한다.
난간 지주(60)는 슬라브 판재부(16, 17)에 홈을 형성하여 끼우거나(a) 관통하여 삽입 고정할 수 있다(도시되지 않음). 그리고 슬라브 판재부(16, 17)에 고정되어 난간 지주(60)를 보강하는 고정소켓(66)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 또한 난간 수직재(63, 64)는 슬라브 판재부(16, 17)의 길이방향으로 배열된 난간 수평재(61, 62)의 오목 장홈을 따라 끼움 결합됨으로써 시공의 편의성과 내구성을 증대시키도록 구성된다. 한편 도 9 (b)에 도시된 바와 달리 수평재와 수직재를 상호 위치를 변경하여 사다리 형태로 구성할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당 업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 외부 구조재
102: 제3 속채움재
104: 앙카
106: 천공부
11: 접착층
12: 제1 속채움재
16, 17: 슬라브 판재부
160: 하판
162: 코어
164: 상판
166, 167: 홀 마개부재
18: 섬유 메쉬보강재
30, 31, 32, 33: 단부 보강재
40: 신축 이음부
42: 탈락방지 이음부재
44: 이음 공간
50: 분리형 코핑 구조
51: 기둥
52a, 53a, 52b, 53b: 한 쌍의 가로보부
54: 정위치 유도부
55: 코핑 보강재
56: 코핑 보강판
57a, 57b, 57c: 주입 홀
60: 난간 지주
61, 62: 난간 수평재
63, 64: 난간 수직재
66: 고정소켓

Claims (7)

  1. 복합소재로 성형되고 상부가 개방된 외부 구조재;
    상기 외부 구조재 내 측면에 도포되는 접착층;
    상기 외부 구조재 내부에 충진되고, 스티로폼, 시멘트, 유동화제 및 급결제를 포함하는 제1 속채움재;
    상기 외부 구조재의 상부에 성형되고, 하판과, 스티로폼, 레진, 골재 및 경화제를 포함하는 제2 속채움재로 구성된 코어와, 상판을 포함하여 성형되는 슬라브 판재부; 및
    상기 외부 구조재의 내부 또는 상기 코어에 배치되는 섬유 메쉬 보강재를 포함하고,
    상기 제1 속채움재는, 미리 경화하여 상기 외부 구조재 내부에 충진하거나, 또는 상기 스티로폼의 합성분말을 물과 교반하여 상기 외부 구조재에 타설하고 상기 접착층을 매개로 상기 외부 구조재 내부에 접착하는 것이고,
    상기 외부 구조재의 길이 방향 일 단부는, 상기 슬라브 판재부의 하중을 분산하고 전달하는 콘크리트와 몰탈을 포함하는 제3 속채움재가 지점보강공간에 채움되어 지점 보강이 형성된 것이되,
    상기 지점보강공간은, 상기 외부 구조재의 길이 방향 연장부에 형성되고, 상기 연장부의 저면에 형성된 천공부를 통해 내부의 코핑 구조 상부로 앙카 또는 볼트가 더 배치된 것을 특징으로 하는 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 슬라브 판재부는 복수로 구비되고, 상기 복수의 슬라브 판재부 중 어느 하나의 슬라브 판재부와 이에 이웃하는 다른 슬라브 판재부 사이에 신축 이음부가 개재된 것을 특징으로 하는 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 구조재의 길이 방향 일 단부는, 상기 슬라브 판재부의 하중을 분산하고 전달하는 단부 보강재가 배치되어 지점 보강이 형성된 것을 특징으로 하는 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 코핑 구조는 상기 외부 구조재 하부에 위치하고, 기둥의 상단에 한 쌍으로 결합하는 분리형 코핑 구조이되,
    상기 분리형 코핑 구조는,
    상기 기둥의 외형에 대응하도록 반원형 홈이 각 형성된 한 쌍의 가로보부를 포함하고,
    상기 한 쌍의 가로보부가 상기 기둥을 사이에 두고 상호 결합된 것을 특징으로 하는 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 상판에 배치되는 난간은,
    다수의 난간 지주와 상기 다수의 난간 지주 사이마다 배치되는 난간 수평재 및 난간 수직재를 포함하고,
    상기 난간 지주는 상기 슬라브 판재부를 관통하여 삽입 고정하되, 상기 슬라브 판재부에 고정되어 상기 난간 지주를 보강하는 고정소켓을 더 포함하고,
    상기 난간 수직재는 상기 슬라브 판재부의 길이방향으로 배열된 상기 난간 수평재의 오목 장홈을 따라 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 거더 슬라브 일체형 복합소재 보도교.
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