KR102485849B1 - 강재보의 소성변형에 의한 솟음을 발생시키는 프리플렉스 합성보의 제작방법 - Google Patents

강재보의 소성변형에 의한 솟음을 발생시키는 프리플렉스 합성보의 제작방법 Download PDF

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Abstract

강구조물의 단순보와 연속보구조물의 외측경간용 보 및 내측경간용 보의 자중과 사용하중 하에서의 처짐에 상응되는 처짐을 소성변형에 의해 발생시키는 프리플렉스 합성보의 제작방법이 개시된다. 이를 위하여 우측 지지대와 좌측 지지대의 상면에 강재보를 거치시키는 강재보 연결단계와, 상기 우측 지지대와 좌측 지지대 사이의 중앙에서 강재보에 단일의 하중을 재하하여 사용하중 및 사하중의 처짐곡선 형태로 강재보를 소성변형시키는 소성변형단계와, 상기 소성변형단계를 통과한 강재보를 뒤집어 상부 방향으로 솟음이 발생된 강재보를 상기 우측 지지대와 좌측 지지대에 안착시키는 뒤집기단계와, 뒤집어진 상태로 우측 지지대와 좌측 지지대에 안착된 강재보에 2개의 설계하중을 재하하여 강재보의 수평을 유지시키며, 상기 강재보에 케이싱콘크리트를 타설 및 양생하는 콘크리트 설치단계, 및 상기 콘크리트 설치단계를 통과한 강재보에 재하되는 설계하중을 제거하여 케이싱콘크리트에 압축응력을 도입시키는 압축응력 도입단계를 포함하는 프리플렉스 합성보의 제작방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 강재보를 지지하는 우측 지지대와 좌측 지지대 사이의 중앙에서 단일의 하중 재하를 이용하므로, 작업성과 효율성이 향상되며, 소성변형에 의한 프리플렉스 합성보의 제작비가 크게 감소된다.

Description

강재보의 소성변형에 의한 솟음을 발생시키는 프리플렉스 합성보의 제작방법{MANUFACTURING METHOD OF PRE-FLEX COMPOSITE BEAM THAT CAUSES BULGING DUE TO PLASTIC DEFORMATION OF STEEL BEAM}
본 발명은 강구조물의 건설에 있어 경제적으로 보(빔 또는 거더)의 장대화를 구현할 수 있는 프리플렉스 합성보의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강구조물의 단순보와 연속보구조물의 외측경간용 보 및 내측경간용 보의 자중과 사용하중 하에서의 처짐에 상응되는 처짐을 소성변형에 의해 발생시키는 프리플렉스 합성보의 제작방법에 관한 것이다.
기존의 단순보형 프리플렉스 합성보는 시공의 신속성, 형고 감소, 재료 절감 및 피로파괴 강도의 향상 등의 장점이 있어서 널리 사용되고 있다. 이와 같은 구성을 가지는 종래의 단순보형 프리플렉스 합성보에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴본다.
도 1a에 도시된 것처럼, 종래의 단순보형 프리플렉스 합성보는 길이가 L인 강재 I-형 보(10)를 중앙 부분이 합성보의 길이에 따라 소정의 높이로 상부로 휘어지도록 제작한다. 그 후에 프리플렉션(preflexion) 하중(P)을 재료의 탄성범위 내에서 합성보의 양단으로부터 소정 거리, 예를 들면 도 1b에 도시된 것처럼 말단으로부터 1/4L 이내의 위치에서 하향으로 가한다.
그 다음, 도 1c에 도시된 바와 같이 프리플렉션 하중하에서 강재 I-형 보(10)의 하부 플랜지에 압축응력을 도입하기 위하여 하부에 케이싱콘크리트(20)를 타설 및 양생한다. 이러한 하중 재하 위치는 두 하중의 중심이 단순보 구조시스템에서 사용하중 및 사하중에 의한 의미 있는 휨모멘트가 작용되는 강재 I-형 보의 좌우 양측단으로부터 약 1/4L이 되도록 한다.
이후, 합성보에 대한 하중(P)을 제거하면 도 1d에 도시된 것처럼 강재 I-형 보(10)는 원래 형태의 일부가 복원되고 하부 플랜지에 타설된 콘크리트에는 압축 응력이 도입된다. 그리고 도 1d과 같이 단순보형 프리플렉스 합성보를 형성함으로써 하부 케이싱콘크리트에 압축응력을 도입하여 사하중 및 활하중에 의하여 발생하는 하부 플랜지 부분의 인장응력을 상쇄시키도록 제작할 수 있다.
그러나 전술한 제작방법은 프리플렉션 하중을 재하한 상태에서 하부케이싱콘크리트를 타설 및 양생하는 과정에서 1차적으로 크리프와 건조수축에 의해 압축응력이 감소하게 된다.
또한, 전술한 제작방법은 강재보에 필요한 설계량 만큼의 상향처짐이 발생되도록 강재보를 상부플랜지, 복부, 하부플랜지로 구분하여 강판을 제단한 후 상향처짐을 유지한 상태에서 용접하므로, 제작비가 매우 고가라는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 종래기술에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 압축응력의 감소를 방지하기 위하여 하부 플랜지에 타설되는 콘크리트 속에서 자유롭게 활동할 있도록 배치한 고강도 강재를 콘크리트의 양단을 받침으로 하여 소정의 힘으로 인장한 채 외부에서 그 양단에 정착시키는 방식으로 긴장재(30)를 이용하여 추가적으로 압축응력을 도입하는 방법이 이용되고 있으나 제작상의 번거로움 뿐만 아니라 긴장재를 긴장하는 등의 추가적인 비용이 들게 되는 문제점을 가지고 있다. 이를 극복하기 위해서는 안전률을 높여 압축응력을 증가시켜야 한다.
도 3과 도 4는 종래의 소성변형에 의한 프리플렉스 합성보 제작과정을 나타내는 순서도이다.
도 3a는 연속보 구조물에서 외측경간용 보(21)가 한쪽 단에서는 고정지점(22), 다른 쪽 단에서는 가동지점으로 구성되고, 경간장 L의 1/4L의 간격을 두고 2곳에서 소성변형을 발생시키기 위한 하중재하 상태를 나타내고 있고, 도 3b는 PP가 제거된 후 소성변형이 발생된 강재보를 뒤집어놓은 상태도이고, 도 3c는 설계하중에 해당되는 하중 P가 재하된 상태에서 강재보의 하부플랜지, 복부, 상부플랜지에 콘크리트가 타설 및 양생된 상태도이고, 도 4d는 완성된 프리플렉스 합성보(23)를 나타내고 있다.
도 4는 연속보구조물에서 내측경간용 강재보(31)가 양쪽단 모두 고정지점(32)으로 구성되고, 경간장 L의 1/4L의 간격을 두고 2곳에서 소성변형을 발생시키기 위한 하중재하 상태를 나타내고 있다.
도 4a는 양단이 고정상태에서 소성변형을 위한 하중 재하상태를 나타내고, 도 4b는 도 4a의 상태에서 하중 PP가 제거되고 소성변형된 보를 뒤집어 거치한 상태도이다.
도 4c는 도 4b의 상태에서 설계하중 P를 작용시킨 후 강재보의 상부플랜지, 복부, 하부플랜지에 콘크리트가 타설되고 양생된 상태도이다.
도 4d는 설계하중 P를 제거함으로 완성된 연속보구조물의 내측경간용 프리플렉스 합성보(33)가 완성된 상태도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 종래의 연속구조물형 프리플렉스 합성보의 제작방법은 형강(압연강)에 탄성범위를 초과하는 하중을 가하여 필요할 설계량의 소성변형에 의한 처짐을 발생시키고, 처짐이 상향되도록 뒤집은 다음, 도 1과 동일한 방법으로 프리플렉스 합성보를 제작한다. 이 방법은 강재보가 재단 및 용접에 의해 제작되는 도 1의 방법과 달리 형강을 소성변형에 의해 원하는 처짐을 얻는 방법이다. 그러나, 이 방법은 소성변형을 위해 일정거리를 둔 2지점에서 하중을 재하해야 하기 때문에 정확한 소성변형을 위해 2지점에서 동일한 하중재하가 필요하므로, 하중재하과정이 복잡하다는 문제와 고정지점(22)의 설치작업이 어렵다는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2000-0049710호(2000.08.05 공개) 대한민국 공개특허 제10-1994-0026330호(1994.12.09 공개) 대한민국 등록특허 제10-0250937호(2000.06.01 공고) 대한민국 등록특허 제10-1585524호(2016.01.14 공고)
따라서, 본 발명의 목적은 강재보(빔 또는 거더)가 자중을 포함한 사용하중 하에서의 처짐에 상응되는 소성변형을 발생시킴에 있어 시공의 어려움을 해소하고, 하중 재하점을 2곳으로 함에 따라 발생되는 번거로움과 비효율성을 개선하여 하중재하에 의한 소성변형이 가장 간편하고 효율적으로 발생되도록 단일의 하중을 보의 중앙에 재하할 수 있는 프리플렉스 합성보의 제작방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 우측 지지대와 좌측 지지대의 상면에 강재보를 거치시키는 강재보 연결단계와, 상기 우측 지지대와 좌측 지지대 사이의 중앙에서 강재보에 단일의 하중을 재하하여 사용하중 및 사하중의 처짐곡선 형태로 강재보를 소성변형시키는 소성변형단계와, 상기 소성변형단계를 통과한 강재보를 뒤집어 상부 방향으로 솟음이 발생된 강재보를 상기 우측 지지대와 좌측 지지대에 안착시키는 뒤집기단계와, 뒤집어진 상태로 우측 지지대와 좌측 지지대에 안착된 강재보에 2개의 설계하중을 재하하여 강재보의 수평을 유지시키며, 상기 강재보에 케이싱콘크리트를 타설 및 양생하는 콘크리트 설치단계, 및 상기 콘크리트 설치단계를 통과한 강재보에 재하되는 설계하중을 제거하여 케이싱콘크리트에 압축응력을 도입시키는 압축응력 도입단계를 포함하는 프리플렉스 합성보의 제작방법을 제공한다.
기존의 단경간의 경우를 예로 들면, 강재보의 양단으로부터 내측으로 강재보 길이 ℓ의 1/4의 위치에 2개의 하중 PP를 가하는 것으로 되어 있는데, 본 발명에서는 지간 중앙에 1개의 PP를 가하므로 2개의 PP를 가했을 때와 같은 크기의 최대 모멘트를 발생시킬 수 있다. 여기서, 최대모멘트는 소성변형과 직접 관련된다. 즉, 본 발명에서 지간 중앙에 1개의 PP를 가하므로 기존 방법의 2개의 PP를 가하는 효과와 동일하다는 의미이다.
또한, 상부 강재보와 하부 강재보가 제1, 2 지지대 상에 거치된 후 강재보의 자중에 의해 상부 강재보와 하부 강재보 모두 하향으로 처지게 된다.
이 상태에서 프리플렉스 합성보를 제작하면 상부 강재보 및 하부 강재보의 처짐이 상이해 진다. 본 발명에서는 상부 강재보의 하향 처짐을 지간 중앙에 중앙 지지대를 설치하여 하부 강재보의 하향 처짐량 만큼 상향으로 솟음을 준 후 프리플렉스 합성보를 제작하므로, 상·하부 강재보의 소성변형량 또는 처짐량의 오차를 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 작업성, 정확성, 효율성을 현저히 향상시키며, 제작비 또한 감소된 프리플렉스 합성보의 제작기술을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 단순보형 프리플렉스 합성보의 제작방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 종래의 단순보형 프리플렉스 합성보를 나타내는 개략도이다.
도 3 및 도 4는 종래의 소성변형에 의한 프리플렉스 합성보의 제작방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 프리플렉스 합성보의 제작방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 단순보용 프리플렉스 합성보의 제작원리를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 연속보구조물의 외측보용 프리플렉스 합성보의 제작원리를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 연속보구조물의 내측보용 프리플렉스 합성보의 제작원리를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따라 강재보를 소성변형시키는 재하장치를 나타내는 개략도이다.
도 10 및 도 11은 δ-ε선도를 나타내는 그래프이다.
도 12는 강재보의 지간 중앙에 집중하중 PP를 인가한 경우와 강재보의 지간 양측단으로부터 내측으로 0.25ℓ의 위치에서 2개의 집중하중 PP를 인가한 경우의 모멘트도를 나타내는 도면이다(특허문헌3 참조).
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 강재보의 소성변형에 의한 솟음을 발생시키는 프리플렉스 합성보의 제작방법(이하, '프리플렉스 합성보의 제작방법'이라 약칭함)을 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 프리플렉스 합성보의 제작방법을 나타내는 순서도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 프리플렉스 합성보의 제작방법은 우측 지지대와 좌측 지지대의 상면에 강재보를 거치시키는 강재보 연결단계(S100)와, 상기 우측 지지대와 좌측 지지대 사이의 중앙에서 강재보에 단일의 하중을 재하하여 강재보를 소성변형시키는 소성변형단계(S200)와, 상기 소성변형단계를 통과한 강재보를 뒤집어 우측 지지대와 좌측 지지대에 안착시키는 뒤집기단계(S300)와, 상기 강재보에 2개의 설계하중을 재하하여 강재보의 수평을 유지시킨 후 강재보에 케이싱콘크리트를 타설 및 양생하는 콘크리트 설치단계(S400), 및 강재보에 재하되는 설계하중을 제거하는 압축응력 도입단계(S500)를 포함한다.
이하, 프리플렉스 합성보의 제작방법을 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 프리플렉스 합성보의 제작방법은 강재보 연결단계(S100)를 포함한다.
상기 강재보 연결단계(S100)는 우측 지지대와 좌측 지지대의 상면에 강재보를 거치시키는 단계로, 단순보로 사용할 강재보와, 연속보구조물의 외측보로 사용할 강재보와, 연속보구조물의 내측보로 사용할 강재보에 따라 우측 지지대와 좌측 지지대의 설치 위치를 조정한다.
도 6은 본 발명에 따른 단순보용 프리플렉스 합성보의 제작원리를 나타내는 흐름도이며, 도 7은 본 발명에 따른 연속보구조물의 외측보용 프리플렉스 합성보의 제작원리를 나타내는 흐름도이고, 도 8은 본 발명에 따른 연속보구조물의 내측보용 프리플렉스 합성보의 제작원리를 나타내는 흐름도이며, 도 9는 본 발명에 따라 강재보를 소성변형시키는 재하장치를 나타내는 개략도이다.
제1 실시 양태로서, 본 발명에 따른 강재보 연결단계(S100)에서는 도 6에 도시된 바와 같이 단순보로 사용할 프리플렉스 합성보를 제작하기 위해 단순보용 강재보(110)의 양측 말단의 하부에 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)를 설치하여 단순보용 강재보(110)를 지지한다.
제2 실시 양태로서, 본 발명에 따른 강재보 연결단계(S100)는 연속보구조물의 외측보로 사용할 프리플렉스 합성보를 제작하기 위해, 도 7과 같이 외측경간용 강재보(210)의 일측 말단의 하부에 우측 지지대(404)를 설치하고, 상기 일측 말단에 대향되는 타측 말단으로부터 소정간격으로 이격된 하부에 좌측 지지대(405)를 설치하여 외측경간용 강재보(210)를 지지한다. 이때, 외측경간용 강재보(210)의 타측 말단은 내측경간과의 연결부(212)에 해당한다.
또한, 좌측 지지대(405)는 외측경간용 강재보(210)의 전체 길이 ℓ을 기준으로 타측 말단으로부터 0.2ℓ~0.25ℓ로 이격된 하부에 설치될 수 있다. 이는, 연속보 구조물에서 외측경간의 경우 모멘트가 0인 위치는 등분포 하중이 작용될 경우 말단으로부터 0.25ℓ이 되기 때문이다.
제3 실시 양태로서, 본 발명에 따른 강재보 연결단계(S100)에서는 프리플렉스 합성보를 제작하기 위해, 도 8과 같이 연속보구조물의 내측경간용 강재보(310)의 일측 말단으로부터 소정간격으로 이격된 하부에 우측 지지대(404)를 설치하고, 상기 일측 말단에 대향되는 타측 말단으로부터 소정간격으로 이격된 하부에 좌측 지지대(405)를 설치하여 내측경간용 강재보(310)를 지지한다. 이때, 내측경간용 강재보(310)의 일측 말단과 타측 말단은 내외측경간과의 연결부(312)에 해당한다. 여기서, 내외측경간은 내측경간과 외측경간을 포함한다.
또한, 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)는 내측경간용 강재보(310)의 전체 길이 ℓ을 기준으로 내측경간용 강재보(310)의 말단으로부터 0.2ℓ~0.25ℓ로 이격된 하부에 설치될 수 있다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 강재보 연결단계(S100)에서는 상부 강재보(402) 및 하부 강재보(403)를 우측 지지대(404) 및 좌측 지지대(405)에 설치할 수 있다. 보다 구체적으로, 강재보 연결단계(S100)에서는 우측 지지대(404) 및 좌측 지지대(405)의 상면에 하부 강재보(403)를 거치시키며, 상기 하부 강재보(403)의 상면에 유압잭(400)의 설치 공간을 확보하는 받침재(408)를 설치하고, 상기 받침재(408)의 상면에 상부 강재보(402)를 거치시키며, 강봉(401)을 이용해 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)를 연결한다.
일 실시 양태로서, 본 발명은 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)의 접촉면에 형성된 강봉의 조립홈이 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)의 처짐 발생 시 강봉(401)에 내삽된 볼트가 이동할 수 있도록 장공구조로 형성될 수 있다.
다른 실시 양태로서, 본 발명은 강봉(401)에 의해 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)가 서로 연결된 경우 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)에 처짐이 발생되더라도 강봉(401)과 상부 강재보(402) 및 하부 강재보(403)의 결합관계가 견고히 유지되도록 강봉(401)이 내삽된 상부 강재보(402)의 관통홀과 하부 강재보(403)의 관통홀은 강봉(401)의 외경보다 확장된 장공구조로 형성될 수 있다. 이는, 강봉(401)이 상기 관통홀에 내삽된 상태에서 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)에 처짐이 발생되더라도 강봉(401)이 움직일 수 있는 공간을 제공하여 강봉(401)과 상부 강재보(402) 및 하부 강재보(403)의 결합관계를 견고히 유지시키기 위함이다.
도 9a는 단순보의 소성변형을 발생시키기 위한 하중 재하장치의 개략도이다. 도 9a를 참조하면, 강재보 연결단계(S100)에서는 하부 강재보(403)의 양측 말단에 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)를 설치한다.
필요에 따라, 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405) 사이의 상부 강재보(402)의 중앙에는 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)의 처짐을 조절하는 중앙 지지대(406)를 설치한다.
도 9b는 연속보 구조물의 외측보의 소성변형을 발생시키기 위한 하중 재하장치의 개략도이다. 도 9b를 참조하면, 강재보 연결단계(S100)에서는 하부 강재보(403)의 일측 말단에 우측 지지대(404)를 설치하고, 상기 일단에 대향되는 강재보의 타측 말단으로부터 소정간격으로 이격된 위치에 좌측 지지대(405)를 설치한다.
도 9c는 연속보 구조물의 내측보의 소성변형을 발생시키기 위한 프리플렉스 재하장치의 개략도이다. 도 9c를 참조하면, 강재보 연결단계(S100)에서는 하부 강재보(403)의 양측 말단으로부터 소정간격으로 이격된 위치에 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)를 설치한다.
도 9d는 우측 지지대(404) 및 좌측 지지대(405)의 단면도이고, 도 9e는 중앙 지지대(406) 중앙의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 프리플렉스 합성보의 제작방법은 소성변형단계(S200)를 포함한다.
상기 소성변형단계(S200)는 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405) 사이의 중앙에서 강재보에 단일의 하중을 재하하여 사용하중 및 사하중에 의한 처짐곡선 형태로 강재보를 소성변형시키는 단계로, 단일의 하중을 한번만 천천히 재하하는 것이 바람직하다.
이러한 단일의 하중(PP)을 탄성한계를 넘어 가할 시 하중재하 위치에서 소성변형을 일으킨다. 이때, 원하는 소정의 소성변형량(처짐)을 얻은 후 하중을 제거하면 탄성회복 후 잔류 소성변형량이 발생된다. 그리고 다시 하중을 가하면 탄성범위 내에서의 응력은 초기의 항복응력보다 크기 때문에 소성변형후의 강도는 더욱 더 커진다.
또한, 소성변형이 발생된 후 소성변형에 의한 강도는 설계기준강도(δy)보다 더욱 상승하므로 소성변형에 의한 안전성은 문제가 되지 않는다.
아울러, 본 발명의 소성변형단계(S200)에서는 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405) 사이의 중앙에서 강재보에 단일의 하중을 재하하더라도 최대 모멘트를 발생시킬 수 있다.
제1 실시 양태로서, 본 발명에 따른 소성변형단계(S200)에서는 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405) 사이의 중앙에서 단일의 하중을 재하하여 사용하중과 사하중에 의한 처짐곡선 형태로 단순보용 강재보(110)를 소성변형시킨다. 보다 구체적으로, 단일의 하중은 단순보용 강재보(110)의 전체 길이 ℓ을 기준으로 말단으로부터 0.5ℓ로 이격된 위치에서 재하된다.
제2 실시 양태로서, 본 발명에 따른 소성변형단계(S200)에서는 강재보의 전체 길이 ℓ을 기준으로 우측 지지대(404)가 설치된 일측 말단으로부터 0.4ℓ로 이격되고, 타측 말단으로부터 0.6ℓ로 이격된 위치에서 단일의 하중이 재하된다.
제3 실시 양태로서, 본 발명에 따른 소성변형단계(S200)에서는 내측경간용 강재보(310)의 전체 길이 ℓ을 기준으로 우측 지지대(404)로부터 0.2ℓ로 이격되고, 좌측 지지대(405)로부터 0.2ℓ로 이격된 위치에서 단일의 하중이 재하된다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 소성변형단계(S200)에서는 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405) 사이의 중앙과 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)의 사이의 위치에 유압잭(400)을 설치하고, 상기 유압잭(400)을 통해 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)에 단일의 하중을 재하하여 하부 강재보(403)의 하향 처짐과 상부 강재보(402)의 상향 솟음이 발생되도록 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)를 소성변형 시킨다.
이와 같이, 소성변형단계(S200)에서는 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)의 중앙에 유압잭(400)을 설치하고, 유압잭(400)으로 하중을 인가하여 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)에 소성변형을 발생시킨다.
본 발명에 따른 프리플렉스 합성보의 제작방법은 강재보 연결단계(S100)와 소성변형단계(S100) 사이에 강판설치단계를 더 포함할 수 있다.
상기 강판설치단계는 우측 지지대와 좌측 지지대 사이의 중앙에 하중분산을 위한 강판(112)을 설치하는 단계이다.
다시 말해, 강재보의 한 곳에 집중하중이 작용되면 하중 작용점에 집중되는 하중에 의해 강재보의 파손 및 작업상의 위험이 따를 수 있지만, 본 발명의 강판(112)이 하중 작용점에 집중되는 하중을 분산시켜 주기 때문에 강재보의 파손 및 작업상의 위험을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 프리플렉스 합성보의 제작방법은 뒤집기단계(S300)를 포함한다.
상기 뒤집기단계(S300)는 소성변형단계(S200)를 통과한 강재보를 뒤집어 상부 방향으로 솟음이 발생된 강재보를 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)에 안착시키는 단계이다.
상기 뒤집기단계(S300)에서는 소성변형단계(S200)를 통해 처짐곡선 형태로 소성변형된 강재보를 크레인 등의 양중장치를 이용하여 인양하면서 상하로 다시 뒤집고, 상부 방향으로 솟음이 발생된 강재보를 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)에 안착시킨다.
보다 구체적으로, 뒤집기단계(S300)에서는 단순보용 프리플렉스 합성보(130)를 제작하는 경우 도 6과 같이 뒤집어진 강재보의 양측 말단을 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)에 안착시킨다.
또한, 뒤집기단계(S300)에서는 연속보구조물의 외측보용 프리플렉스 합성보를 제작하는 경우 도 7과 같이 뒤집어진 강재보의 일측 말단을 우측 지지대(404)에 안착시키고, 강재보의 타측 말단으로부터 소정간격으로 이격된 위치를 좌측 지지대(405)에 안착시킨다.
아울러, 뒤집기단계(S300)에서는 연속보구조물의 내측보용 프리플렉스 합성보를 제작하는 경우 도 8과 같이 뒤집어진 강재보의 양측 말단으로부터 소정간격으로 이격된 위치를 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)에 안착시킨다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 뒤집기단계(S300)에서는 소성변형단계(S200)를 통과한 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)의 사이에 구비된 강봉(401)을 분리하고, 하향 처짐이 발생된 하부 강재보(403)를 뒤집어 상향 솟음 형태로 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)에 안착시키며, 뒤집어진 하부 강재보(403)의 상면에 받침재(408)를 설치하고, 상향 솟음이 발생된 상부 강재보(402)를 뒤집어 하향 처짐 형태로 상기 받침재(408)의 상면에 거치시키며, 강봉(401)을 이용해 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)를 다시 연결한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 프리플렉스 합성보의 제작방법은 콘크리트 설치단계(S400)를 포함한다.
상기 콘크리트 설치단계(S400)는 뒤집어진 상태로 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)에 안착된 강재보에 2개의 설계하중을 재하하여 강재보의 수평을 유지시키며 케이싱콘크리트를 강재보에 타설 및 양생하는 단계로, 설계하중 재하과정, 및 콘크리트 설치과정을 포함하여 구성된다.
상기 설계하중 재하과정은 강재보에 설계하중을 재하하는 과정으로, 강재보 주위에 설치된 프리플렉스 재하장치를 통해 설계하중을 강재보에 재하한다. 이때, 상기 설계하중은 강재보의 전체 길이 ℓ중 0.25 내지 0.4ℓ의 구간과 0.65 내지 0.8ℓ의 구간에서 각각 재하되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 단순보용 프리플렉스 합성보(130)를 제작하는 경우 제1 설계하중은 도 6b와 같이 강재보의 전체 길이(ℓ) 중 0.25ℓ의 위치에서 재하되고, 제2 설계하중은 0.75ℓ의 위치에서 재하된다.
또한, 연속보구조물의 외측보용 프리플렉스 합성보를 제작하는 경우 제1 설계하중은 도 7b와 같이 강재보의 전체 길이(ℓ) 중 0.4ℓ의 위치에서 재하되고, 제2 설계하중은 0.8ℓ의 위치에서 재하된다.
아울러, 연속보구조물의 내측보용 프리플렉스 합성보를 제작하는 경우 제1 설계하중은 도 8b와 같이 강재보의 전체 길이(ℓ) 중 0.35ℓ의 위치에서 재하되고, 제2 설계하중은 0.65ℓ의 위치에서 재하된다.
상기 콘크리트 설치과정은 강재보에 케이싱콘크리트를 설치하는 과정으로, 거푸집 설치과정 및 케이싱콘크리트 양생과정으로 구성될 수 있다. 이때, 거푸집 설치과정은 강재보에 거푸집을 설치하는 과정이며, 케이싱콘크리트 양생과정은 상기 거푸집의 내부에 콘크리트를 타설하고 양생시킨 후 거푸집을 제거하는 과정이다.
이러한 콘크리트 설치과정에서는 단순보용 프리플렉스 합성보(130)를 제작하는 경우 단순보용 케이싱콘크리트(120)를 강재보의 하부플레이트에 설치하고, 연속보구조물의 외측보용 프리플렉스 합성보를 제작하는 경우 외측경간용 케이싱콘크리트(220)를 강재보의 하부플레이트에 설치하며, 연속보구조물의 내측보용 프리플렉스 합성보를 제작하는 경우 내측경간용 케이싱콘크리트(320)를 강재보의 하부플레이트에 설치한다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 콘크리트 설치단계(S400)에서는 뒤집기단계(S300)를 통과한 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)의 사이에 2개의 유압잭을 설치하고, 2개의 유압잭을 통해 상부 강재보(402) 및 하부 강재보(403)의 사이에 2개의 설계하중을 재하하여 상부 강재보(402) 및 하부 강재보(403)의 수평을 유지시키며, 상부 강재보의 상부 플랜지와 하부 강재보의 하부 플랜지에 각각 케이싱콘크리트를 타설 및 양생시킨다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 프리플렉스 합성보의 제작방법은 압축응력 도입단계(S500)를 포함한다.
상기 압축응력 도입단계(S500)는 콘크리트 설치단계(S400)를 통과한 강재보에 재하되는 설계하중을 제거하여 케이싱콘크리트에 압축응력을 도입시키는 단계로, 강재보에 재하된 설계하중을 제거하여 강재보를 초기 위치에 가깝게 회동시킨다.
구체적으로, 본 단계(S500)에서는 제1 유압잭과 제2 유압잭을 통해 강재보에 인가된 설계하중을 제거한 후, 제1 유압잭과 제2 유압잭을 상부 강재보(402) 및 하부 강재보(403)로부터 이탈시킨다.
이와 같이, 유압잭을 통해 강재보에 도입된 설계하중을 제거하면, 강재보에 설치된 케이싱콘크리트에 압축응력이 도입된다.
도 10 및 도 11은 δ-ε선도를 나타내는 그래프이다.
도 10에는 실험에 근거한 강종 SM490의 응력-변형률(δ-ε)곡선이 나타나 있다. 여기서, 하중재하점 부근의 소성변형후의 δ-ε선도의 거동을 살펴보기 위해 강종 SM490을 예시하였다.
도 10에 도시된 바와 같이 항복강도 δy=360MPa 이고, 극한강도 δu=506MPa 정도이다.
도 11에서 P를 계속 증가하게 되면 응력은 항복점 δy(A점)을 지나 변형률은 계속 증가하게 된다. 만일 B점에서 하중을 제거하면 δ-ε의 회복선도는 초기의 기울기와 평행을 이루게 된다. 즉, 탄성계수(강성도)는 변하지 않는다.
하중이 완전히 제거된 후(C점) 다시 하중을 가하게 되면 회복되지 않은 영구변형률 εpl이 발생된 상태에서 하중 제거 시의 δ-ε선도와 같이 회복선도를 따라 B점까지 진행하게 된다. 이 현상은 소성변형후의 항복강도는 B점까지 상승된다는 의미이다.
따라서 강재보의 소성변형후의 소성부위와 강도는 항복강도보다 더 상승되므로 아무런 문제가 안된다. 여기서 영구변형률 εpl이 소성변형을 의미한다.
이 현상이 강재의 재료공학적 특성이다. 물론 소성변형후의 강재는 소성변형량 만큼 연성이 감소되었지만 프리플렉스 합성보는 강재보 하부플랜지에 타설된 취성재의 일종인 케이싱콘크리트의 연성과 관련되므로 연성감소 문제는 전혀 발생되지 않는다.
이와 같이, 도 10은 강재보가 소성변형된 부분의 강재의 특성을 설명하는 도면이다. 즉, 소성부분은 강도가 더욱 증가하므로, 안전상 문제가 되지 않는다.
한편, 기존의 단경간의 경우를 예로 들면 강재보의 양단으로부터 내측으로 강재보 길이 ℓ의 1/4의 위치에 2개의 하중 PP를 가하는 것으로 되어 있는데, 본 발명에서는 지간 중앙에 1개의 PP를 가하므로 2개의 PP를 가했을 때와 같은 크기의 최대 모멘트를 발생시킬 수 있으며, 상기의 두가지 경우 처짐곡선의 형태가 거의 일치한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 1단계(강재보 연결단계)로 우측 지지대(404) 및 좌측 지지대(405) 상에 하부의 강재보를 거치시키고, 우측 지지대(404) 및 좌측 지지대(405) 상에 또 다른 강재보를 거치시키기 위한 받침재(408)를 설치한 후 받침재(408)에 상부 강재보(402)를 거치시킨다.
본 발명은 2단계(소성변형단계)에서 상부 강재보와 하부 강재보의 처짐량을 조절하기 위해 상부 강재보가 지지되도록 상부 강재보의 하단 중앙에 중앙 지지대를 설치한다. 보다 구체적으로, 소성변형단계(S200)에서는 상부 강재보 및 하부 강재보의 최종 처짐량의 오차가 최소화되도록 하부 강재보의 하향처짐량 만큼 상부 강재보의 상향 솟음이 미리 발생되도록 중앙 지지대를 상부 강재보의 하단 중앙에 설치한다.
이와 같이, 소성변형단계(S200)에서는 우측 지지대(404) 및 좌측 지지대(405)의 중앙에 자중에 의한 하향 처짐과 같은 처짐량을 상부 강재보(402)의 상향 솟음이 미리 발생되도록 중앙 지지대를 설치하고, 상부 강재보(402) 및 하부 강재보(403)를 우측 지지대(404) 및 좌측 지지대(405) 상에서 강봉(401)을 이용하여 연결시키며, 우측 지지대(404)와 좌측 지지대(405)의 중간에서 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403) 사이에 유압잭(400)을 작동시켜 소정의 소성변형을 발생시킨다.
본 발명은 3단계(뒤집기단계)로 상부 강재보(402) 및 하부 강재보(403)를 연결시킨 강봉(401)을 해체한 다음, 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)를 각각 180도로 회전시키고, 1단계와 같이 상부 강재보(402)와 하부 강재보(403)를 우측 지지대(404) 및 좌측 지지대(405) 상에 설치한다.
본 발명은 4단계(콘크리트 설치단계)로 사하중 및 사용하중에 대응되는 최적의 두 위치에 유압잭을 설계하중만큼 작동시켜 상부 강재보(402) 및 하부 강재보(403)의 수평을 유지시키며, 상부 강재보(402)의 상부 플랜지와 하부 강재보(403) 의 하부 플랜지에 케이싱콘크리트를 구비시킨다.
본 발명은 5단계(압축응력 도입단계)로 설계하중을 제거시켜 케이싱콘크리트에 압축응력을 도입시키고, 강봉(401)과 우측 지지대(404) 와 좌측 지지대(405) 를 해체하여 프리플렉스 합성보를 제작한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 단순보용 강재보 112 : 강판
120 : 단순보용 케이싱콘크리트 130 : 단순보용 프리플렉스 합성보
210 : 외측경간용 강재보 212 : 내측경간과의 연결부
220 : 외측경간용 케이싱콘크리트 230: 외측경간용 프리플렉스 합성보
310 : 내측경간용 강재보 312 : 내외측경간과의 연결부
320 : 내측경간용 케이싱콘크리트 330 : 내측경간용 프리플렉스 합성보
400 : 유압잭 401 : 강봉
402 : 상부 강재보 403 : 하부 강재보
404 : 우측 지지대 405 : 좌측 지지대
406 : 중앙 지지대 408 : 받침재

Claims (13)

  1. 우측 지지대와 좌측 지지대의 상면에 강재보를 거치시키는 강재보 연결단계;
    상기 우측 지지대와 좌측 지지대 사이의 중앙에서 강재보에 단일의 하중을 재하하여 사용하중 및 사하중의 처짐곡선 형태로 강재보를 소성변형시키는 소성변형단계;
    상기 소성변형단계를 통과한 강재보를 뒤집어 상부 방향으로 솟음이 발생된 강재보를 상기 우측 지지대와 좌측 지지대에 안착시키는 뒤집기단계;
    뒤집어진 상태로 우측 지지대와 좌측 지지대에 안착된 강재보에 2개의 설계하중을 재하하여 강재보의 수평을 유지시키며, 상기 강재보에 케이싱콘크리트를 타설 및 양생하는 콘크리트 설치단계; 및
    상기 콘크리트 설치단계를 통과한 강재보에 재하되는 설계하중을 제거하여 케이싱콘크리트에 압축응력을 도입시키는 압축응력 도입단계를 포함하며,
    상기 강재보 연결단계는 우측 지지대와 좌측 지지대의 상면에 하부 강재보를 거치시키며, 상기 하부 강재보의 상면에 유압잭의 설치 공간을 확보하는 받침재를 설치하고, 상기 받침재의 상면에 상부 강재보를 거치시키며, 강봉을 이용해 상부 강재보와 하부 강재보를 연결하고,
    상기 상부 강재보와 하부 강재보의 접촉면에 형성된 상기 강봉의 조립홈은 상부 강재보와 하부 강재보의 처짐 발생 시 내삽된 볼트가 이동할 수 있도록 장공구조로 형성된 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성보의 제작방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 소성변형단계는
    상기 우측 지지대와 좌측 지지대 사이의 중앙과 상기 상부 강재보와 하부 강재보의 사이의 위치에 유압잭을 설치하고, 상기 유압잭을 통해 상부 강재보와 하부 재보에 단일의 하중을 재하하여 하부 강재보의 하향 처짐과 상부 강재보의 상향 솟음이 발생되도록 하부 강재보와 상부 강재보를 소성변형 시키는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성보의 제작방법.
  5. 삭제
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 뒤집기단계는 상기 소성변형단계를 통과한 상부 강재보와 하부 강재보의 사이에 구비된 강봉을 분리하고, 하향 처짐이 발생된 하부 강재보를 뒤집어 상향 솟음 형태로 우측 지지대와 좌측 지지대에 안착시키며, 뒤집어진 하부 강재보의 상면에 받침재를 설치하고, 상향 솟음이 발생된 상부 강재보를 뒤집어 하향 처짐 형태로 상기 받침재의 상면에 거치시키며, 강봉을 이용해 상부 강재보와 하부 강재보를 연결하며,
    상기 콘크리트 설치단계는 상기 뒤집기단계를 통과한 상부 강재보와 하부 강재보의 사이에 2개의 유압잭을 설치하고, 2개의 유압잭을 통해 상부 강재보 및 하부 강재보의 사이에 2개의 설계하중을 재하하여 상부 강재보 및 하부 강재보의 수평을 유지시키며, 상기 상부 강재보의 상부 플랜지와 하부 강재보의 하부 플랜지에 각각 케이싱콘크리트를 타설 및 양생하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성보의 제작방법.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 강재보 연결단계는
    단순보로 사용할 상기 강재보의 양측 말단의 하부에 상기 우측 지지대와 좌측 지지대를 설치하여 강재보를 지지하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성보의 제작방법.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 강재보 연결단계는
    연속보구조물의 외측보로 사용할 상기 강재보의 일측 말단의 하부에 상기 우측 지지대를 설치하고, 상기 일측 말단에 대향되는 타측 말단으로부터 소정간격으로 이격된 하부에 좌측 지지대를 설치하여 강재보를 지지하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성보의 제작방법.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 강재보 연결단계는
    연속보구조물의 내측보로 사용할 상기 강재보의 일측 말단으로부터 소정간격으로 이격된 하부에 우측 지지대를 설치하고, 상기 일측 말단에 대향되는 타측 말단으로부터 소정간격으로 이격된 하부에 좌측 지지대를 설치하여 강재보를 지지하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성보의 제작방법.
  10. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강재보 연결단계와 소성변형단계의 사이에는 상기 우측 지지대와 좌측 지지대 사이의 중앙에 하중분산을 위한 강판을 설치하는 강판설치단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성보의 제작방법.
  11. 제8 항에 있어서, 상기 좌측 지지대는
    상기 강재보의 전체 길이 ℓ을 기준으로 타측 말단으로부터 0.2ℓ~0.25ℓ로 이격된 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성보의 제작방법.
  12. 제9 항에 있어서, 상기 우측 지지대 및 좌측 지지대는
    상기 강재보의 전체 길이 ℓ을 기준으로 강재보의 말단으로부터 0.2ℓ~0.25ℓ로 이격된 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성보의 제작방법.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 소성변형단계는
    상기 상부 강재보와 하부 강재보의 처짐량을 조절하기 위해 상부 강재보가 지지되도록 상부 강재보의 하단 중앙에 중앙 지지대를 설치하되, 상부 강재보 및 하부 강재보의 최종 처짐량의 오차가 최소화되도록 하부 강재보의 하향처짐량 만큼 상부 강재보의 상향 솟음이 미리 발생되도록 중앙 지지대를 설치하는 것을 특징으로 하는 프리플렉스 합성보의 제작방법.
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