KR102598985B1 - 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법 - Google Patents
충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 피어 캡과 연결되는 최상단의 충전강관 교각 기둥 상단 주위에 거푸집을 설치하고, 거푸집 내부에서 방사형으로 수직 철근이 돌출되도록 배치한 상태에서 콘크리트를 타설해서 상단에 철근 콘크리트 기둥이 구비된 충전강관 교각 기둥을 사전 제작한 상태에서 현장에 설치하고, 최상단의 충전강관 교각 기둥에 구비된 철근 콘크리트 기둥의 노출된 수직 철근이 피어 캡 내부로 매입되도록 피어 캡 거푸집을 설치하고, 기둥 수직 철근과 연결되도록 피어 캡 철근을 배근한 다음 콘크리트를 타설하여 최상단의 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 완전 합성을 이루어 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 시공 간섭을 배제하고, 철근 콘크리트 기둥 대비 동등 이상으로 저항할 수 있도록 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 관한 것으로서, 상세하게는 피어 캡과 연결되는 최상단의 충전강관 교각 기둥 상단 주위에 거푸집을 설치하고, 거푸집 내부에서 방사형으로 수직 철근이 돌출되도록 배치한 상태에서 콘크리트를 타설해서 상단에 철근 콘크리트 기둥이 구비된 충전강관 교각 기둥을 사전 제작한 상태에서 현장에 설치하고, 최상단의 충전강관 교각 기둥에 구비된 철근 콘크리트 기둥의 노출된 수직 철근이 피어 캡 내부로 매입되도록 피어 캡 거푸집을 설치하고, 기둥 수직 철근과 연결되도록 피어 캡 철근을 배근한 다음 콘크리트를 타설하여 최상단의 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 완전 합성을 이루어 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 시공 간섭을 배제하고, 철근 콘크리트 기둥 대비 동등 이상으로 저항할 수 있도록 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 관한 것이다.
일반적으로 교량공사에서 시공되고 있는 교각은 현장타설 콘크리트 구조로, 현장에서 기초 터파기 작업 이후, 기초 철근 및 거푸집을 배치한 상태에서 콘크리트를 타설한 뒤 일정 기간동안 양생 기간을 갖도록 하여 기초부를 형성한다.
기초부가 양생된 상태에서 그 상부로 철근과 거푸집을 형성해 가면서, 교각을 시공하고 교각 상부 즉 교량상판을 받치는 피어 캡(코핑)은 거푸집(강재 거푸집, 필요시 동바리 설치)을 배치한 상태에서 1차 또는 2차 공정으로 콘크리트 타설하여 피어 캡을 형성시키는 공법으로 교각을 완성한다.
이 때문에 거푸집의 설치 및 시공 후 거푸집의 탈형작업 등에서 많은 공사기간 및 경비가 소요된다. 또한 교각은 시공되는 위치에 따라서 고가도로 건설의 경우는 공사가 이루어지는 주변에 교통 혼잡을 주며, 배수처리 능력을 요하는 수중공사 등과 같이 작업환경이 열악한 상황에서는 시공관리가 어렵고 부실시공의 우려가상존한다.
이를 개선하기 위해 교각을 공장에서 단위 구조물로 제작하여 현장으로 운반 후 조립하는 방식의 모듈러 교각이 개발되어 적용되고 있다. 모듈러 교각은 공장에서 제작된 최소의 표준화된 모듈로 다양한 폭원과 지간으로 확장조립이 가능한 교량시스템으로, 공장자동생산과 모듈의 이력관리가 가능한 것 등의 정보화 생산이 가능하며 단순한 연결과 경량 모듈구조로 현장작업이 최소화되는 구조로 긴 공용수명과 최소유지관리가 가능한 모듈조합 교량시스템이다.
표준화된 모듈의 자동화생산을 통해 생산 중 최적 제작 프로세스와 생산 중 발생되는 여재 등의 폐기물 최소화로 녹색산업에 부합할 수 있을 것이며 최소의 모듈로 다양한 현장조건을 만족할 수 있는 기술은 맞춤형 현장조건을 대량 표준생산으로 해결할 수 있어 모듈 생산시의 온실가스 저감도 가능할 것이다.
이러한 모듈러 교각은 도 1에 도시된 바와 같이 교각 기초(A)와, 교각 기둥(B)과, 피어 캡(D)으로 구성되고, 교각 기둥(A)은 다주식(2주식 이상)으로 이루어진다. 한편, 이러한 교각 기둥(A)은 내부에 콘크리트가 충전된 충전강관이 적용된다.
이러한 모듈러 교각의 교각 기둥과 피어 캡을 연결하는 방식으로 국내 등록특허공보 제10-2359954호인 충전강관 모듈러 교각 및 그 시공 방법이 개시되어 있다.
상기 충전강관 모듈러 교각 및 그 시공 방법은 도 2와 같이 충전강관 교각 기둥(100)을 피어 캡(300)에 매입하여 연결하는 공법(Embedded Type)으로 충전강관 교각 기둥(100) 상단에 스터드를 시공하여 피어 캡(300)을 연결하는 데, 철근 간섭 등으로 시공 난이도가 높기 때문에 하자 발생 요인으로 작용하고, 충전강관 교각 기둥을 관통하는 철근 배근시 충전강관의 단면 손실이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 피어 캡과 연결되는 최상단의 충전강관 교각 기둥 상단 주위에 거푸집을 설치하고, 거푸집 내부에서 방사형으로 수직 철근이 돌출되도록 배치한 상태에서 콘크리트를 타설해서 상단에 철근 콘크리트 기둥이 구비된 충전강관 교각 기둥을 사전 제작한 상태에서 현장에 설치하고, 최상단의 충전강관 교각 기둥에 구비된 철근 콘크리트 기둥의 노출된 수직 철근이 피어 캡 내부로 매입되도록 피어 캡 거푸집을 설치하고, 기둥 수직 철근과 연결되도록 피어 캡 철근을 배근한 다음 콘크리트를 타설하여 최상단의 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 완전 합성을 이루어 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 시공 간섭을 배제하고, 철근 콘크리트 기둥 대비 동등 이상으로 저항할 수 있도록 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
모듈러 교각의 단위모듈의 충전강관 교각 기둥중 피어 캡과 연결되는 최상단의 충전강관 교각 기둥의 상단 외측에 확대된 형태의 거푸집을 설치하고, 거푸집 내부에서 방사형으로 수직 철근이 돌출되도록 배치한 상태에서 콘크리트를 타설하여 상단부에 철근 콘크리트 기둥이 합성된 충전강관 교각 기둥을 사전 제작하는 사전 제작 공정과; 모듈러 교각의 단위모듈의 충전강관 교각 기둥중 최하단의 충전강관 교각 기둥을 철근 콘크리트 기초와 일체화시켜 기초 형성 공정과; 상기 최하단의 단위모듈의 충전강관 교각 기둥 상부에 상기 단위모듈의 충전강관 교각 기둥을 순차적으로 조립하고, 최상단에 상기 철근 콘크리트 기둥이 합성된 충전강관 교각 기둥을 조립 설치하는 교각 기둥 조립 공정과; 상기 철근 콘크리트 기둥이 합성된 충전강관 교각 기둥의 수직 철근이 내부로 매립되도록 피어 캡 거푸집을 설치하는 거푸집 설치 공정; 및 상기 수직 철근과 연결되도록 상기 피어 캡 거푸집 내부에서 피어 캡 철근을 배근한 다음 콘크리트를 타설하여 상기 철근 콘크리트 기둥이 합성된 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간을 완전 합성시키는 일체화 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 수직 철근은 횡방향으로 다단의 철근이 배근된다.
여기에서 또한, 상기 최상단의 충전강관 교각 기둥은 상단 외측면에 타설되는 콘크리트와 합성을 위해 베이스 플레이트와 브라켓이 구비된다.
여기에서 또, 상기 베이스 플레이트는 전단 저항력을 증대시키도록 콘트리트 상면에서 두께만큼 돌출시킨다.
여기에서 또, 상기 수직 철근은 상기 베이스 플레이트와 미간섭되는 위치에 배근된다.
여기에서 또, 상기 수직 철근은 정착길이 확보를 위해 헤디드 바를 설치할 수 도 있다.
여기에서 또, 상기 철근 콘크리트 기둥이 합성된 충전강관 교각 기둥은 외측면에 타설되는 콘크리트와 합성을 위해 전단 연결재가 구비된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 따르면, 피어 캡과 연결되는 최상단의 충전강관 교각 기둥 상단 주위에 거푸집을 설치하고, 거푸집 내부에서 방사형으로 수직 철근이 돌출되도록 배치한 상태에서 콘크리트를 타설해서 상단에 철근 콘크리트 기둥이 구비된 충전강관 교각 기둥을 사전 제작한 상태에서 현장에 설치하고, 최상단의 충전강관 교각 기둥에 구비된 철근 콘크리트 기둥의 노출된 수직 철근이 피어 캡 내부로 매입되도록 피어 캡 거푸집을 설치하고, 기둥 수직 철근과 연결되도록 피어 캡 철근을 배근한 다음 콘크리트를 타설하여 최상단의 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 완전 합성을 이루어 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 시공 간섭을 배제하고, 철근 콘크리트 기둥 대비 동등 이상으로 저항할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 모듈러 교각의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 적용된 충전강관 교각 기둥을 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 적용된 수직 철근을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험 과정을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 적용된 충전강관 교각 기둥을 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 적용된 수직 철근을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험 과정을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법을 설명하기 위한 설명도이며, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 적용된 충전강관 교각 기둥을 나타낸 사시도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 적용된 수직 철근을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법은 사전 제작 공정(S10)과, 기초 형성 공정(S20)과, 교각 기둥 조립 공정(S30)과, 거푸집 설치 공정(S40) 및 일체화 공정(S40)으로 이루어진다.
《사전 제작 공정-S10》
먼저, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 모듈러 교각의 단위모듈의 충전강관 교각 기둥(10)중 피어 캡(20)과 연결되는 최상단의 충전강관 교각 기둥(100)의 상단 외측에 확대된 형태의 거푸집(미도시)을 설치하고, 거푸집 내부에서 방사형(원형, 사각형, 다각형 등)으로 수직 철근(110)이 돌출되도록 배치한 상태에서 콘크리트를 타설하여 상단부에 철근 콘크리트 기둥(120)이 합성된 충전강관 교각 기둥(100)을 사전 제작하여 설치 현장으로 운반한다.
이때, 철근 콘크리트 기둥(120)이 합성된 충전강관 교각 기둥(100)은 도 10에 도시된 바와 같이 외측면에 콘크리트와 합성을 위해 베이스 플레이트(130)와 브라켓(140)이 구비되고, 콘크리트와 합성을 위해 전단 연결재(150)가 구비된다.
한편, 베이스 플레이트(130)는 전단 저항력을 증대시키도록 콘트리트 상면에서 두께만큼 돌출시키는 것이 바람직하다.
또한, 수직 철근(110)은 도 11에 도시된 바와 같이 횡방향으로 다단의 철근(111)이 배근되고, 정착길이 확보를 위해 헤디드 바(113)가 설치될 수도 있다. 이때, 철근(111)은 띠철근 또는 나선철근이 적용되는 것이 바람직하다.
《기초 형성 공정-S20》
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이 지반을 터파기하여 기초 철근(미도시)을 배근하고, 최하단의 단위모듈의 충전강관 교각 기둥(10)을 매립한 상태에서 거푸집(미도시)을 설치한 후 콘크리트를 타설해서 철근 콘크리트 기초(30)와 최하단의 단위모듈의 충전강관 교각 기둥(10)을 일체화시킨다.
《교각 기둥 조립 공정-S30》
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이 철근 콘크리트 기초(30)와 일체화된 최하단의 단위모듈의 충전강관 교각 기둥(10) 상부에 단위모듈의 충전강관 교각 기둥(10)을 순차적으로 조립하고, 최상단에 철근 콘크리트 기둥(120)이 합성된 충전강관 교각 기둥(100)을 조립 설치한다.
《거푸집 설치 공정-S40》
계속해서, 도 8에 도시된 바와 같이 철근 콘크리트 기둥(120)이 합성된 충전강관 교각 기둥(100)의 수직 철근(110)이 내부로 매립되도록 피어 캡 거푸집(21)을 설치한다.
《일체화 공정-S40》
마지막으로, 도 9에 도시된 바와 같이 수직 철근(110)과 연결되도록 피어 캡 거푸집(21) 내부에서 피어 캡 철근(23)을 배근한 다음 콘크리트를 타설하여 철근 콘크리트 기둥(120)이 합성된 충전강관 교각 기둥(100)과 철근 콘크리트 피어 캡(20) 간을 완전 합성시킨다. 이후 콘크리트가 양생되면, 피어 캡 거푸집(21)을 탈형시킨다.
한편, 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험을 수행하였다.
도 12는 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험 과정을 도시한 도면이고, 도 13은 본 발명에 따른 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법에 제작된 모듈러 교각의 성능 검증을 위한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12와 같이 압축 벤딩 실험과, 텐션 벤딩 실험 결과 도 13에 도시된 바와 같이 설계 용량(design capacity)을 모두 초과하는 값으로 나타나 구조 성능을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10, 100 : 충전강관 교각 기둥 20 : 철근 콘크리트 피어 캡
21 : 피어 캡 거푸집 23 : 피어 캡 철근
30 : 철근 콘크리트 기초 110 : 수직 철근
111 : 철근 113 : 헤디드 바
120 : 철근 콘크리트 기둥 130 : 베이스 플레이트
140 : 브라켓 150 : 전단 연결재
21 : 피어 캡 거푸집 23 : 피어 캡 철근
30 : 철근 콘크리트 기초 110 : 수직 철근
111 : 철근 113 : 헤디드 바
120 : 철근 콘크리트 기둥 130 : 베이스 플레이트
140 : 브라켓 150 : 전단 연결재
Claims (7)
- 모듈러 교각의 단위모듈의 충전강관 교각 기둥중 피어 캡과 연결되는 최상단의 충전강관 교각 기둥의 상단 외측에 확대된 형태의 거푸집을 설치하고, 거푸집 내부에서 방사형으로 수직 철근이 돌출되도록 배치한 상태에서 콘크리트를 타설하여 상단부에 철근 콘크리트 기둥이 합성된 충전강관 교각 기둥을 사전 제작하는 사전 제작 공정과;
모듈러 교각의 단위모듈의 충전강관 교각 기둥중 최하단의 충전강관 교각 기둥을 철근 콘크리트 기초와 일체화시켜 기초 형성 공정과;
상기 최하단의 단위모듈의 충전강관 교각 기둥 상부에 상기 단위모듈의 충전강관 교각 기둥을 순차적으로 조립하고, 최상단에 상기 철근 콘크리트 기둥이 합성된 충전강관 교각 기둥을 조립 설치하는 교각 기둥 조립 공정과;
상기 철근 콘크리트 기둥이 합성된 충전강관 교각 기둥의 수직 철근이 내부로 매립되도록 피어 캡 거푸집을 설치하는 거푸집 설치 공정; 및
상기 수직 철근과 연결되도록 상기 피어 캡 거푸집 내부에서 피어 캡 철근을 배근한 다음 콘크리트를 타설하여 상기 철근 콘크리트 기둥이 합성된 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간을 완전 합성시키는 일체화 공정으로 이루어지며,
상기 최상단의 충전강관 교각 기둥은,
상단 외측면에 타설되는 콘크리트와 합성을 위해 베이스 플레이트와 브라켓이 구비되고,
상기 베이스 플레이트는,
전단 저항력을 증대시키도록 콘트리트 상면에서 두께만큼 돌출시키는 것을 특징으로 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법. - 제 1 항에 있어서,
상기 수직 철근은,
횡방향으로 다단의 철근이 배근되는 것을 특징으로 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 수직 철근은,
상기 베이스 플레이트와 미간섭되는 위치에 배근되는 것을 특징으로 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법. - 제 1 항에 있어서,
상기 수직 철근은,
정착길이 확보를 위해 헤디드 바가 설치되는 것을 특징으로 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법. - 제 1 항에 있어서,
상기 철근 콘크리트 기둥이 합성된 충전강관 교각 기둥은,
외측면에 타설되는 콘크리트와 합성을 위해 전단 연결재가 구비되는 것을 특징으로 하는 충전강관 교각 기둥과 철근 콘크리트 피어 캡 간의 연결 공법.
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