KR102608089B1

KR102608089B1 - 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법

Info

Publication number: KR102608089B1
Application number: KR1020210170707A
Authority: KR
Inventors: 김진국; 김유아
Original assignee: 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2021-11-03
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2023-12-01
Also published as: KR20230064499A

Abstract

본 발명은 강관 내부에 복수의 간격재가 배치되며, 상기 간격재의 사이공간에 종이 거푸집을 설치하는 설치 단계, 상기 거푸집 내 강봉을 삽입하고, 거푸집 내부 공간에 콘크리트를 타설하는 타설 단계, 상기 강봉을 이용하여 프리스트레싱을 가하는 프리스트레싱 단계, 상기 강관과 상기 종이거푸집 사이에 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트 채움 단계, 상기 채움 단계에서 채워진 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트를 양생하는 양생 단계, 강관을 강박스에 부착하는 강관 부착 단계 및 상기 강관에 가해지는 프리스트레싱을 해제하는 해제 단계를 포함하는 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법을 제공한다.

Description

콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법{Construction method of steel box girder using concrete filled steel tube}

실시예는 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공시 강박스 거더에 작용하는 응력부담을 최소화하는 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 강박스 교량은 지간장이 길거나，도심지 고가 등 특수 영역에서 주로 적용되고 있으며，최근 강박스 교량거더를 개선하는 공법으로 부모멘트 하부 플랜지에 콘크리트를 타설하여 거더의 이중합성을 하거나，추가로 부모멘트부 상단을 PS 강연선으로 긴장하여 단면의 효율성을 높이고자 하는 공법이 있다.

그러나 이러나 공법은 현장에서 거더를 거치 후 고소작업으로 거더 내에 콘크리트를 타설하거나 PS 강연선올 긴장해야하는 과정을 거쳐야 한다.

이는 공장에서의 작업 이외에 현장에서의 추가적인 공정으로 강중 저감효과를 반감시킬 뿐만 아니라 현장타설 되는 바닥판, 이중합성 콘크리트와 강박스가 합성이 이루어진 후 도입되는 PS강연선에 의한 프리스트레스 하중은 콘크리트의 크리프 및 건조수축의 영향으로 큰 응력 손실을 유발하는데 이로 인해 강재가 받는 응력 부담이 커지며，이중합성의 강성증대 효과가 미미해지는 문제점이 발생하게 된다.

또한, 교각 위 고소작업으로 이루어지는 박스거더 내 지점부분에 대한 콘크리트 현장타설은 시공품질을 확보하는데 제약요소로 작용하기도 하며, 시공품질 문제로 콘크리트에 문제가 발생할 경우 콘크리트와 강재가 접하는 하면에서는 육안계측이 어렵다는 단점에 대한 불확실성을 내포하고 있다.

실시예는 대부분의 시공과정을 공장에서 진행하여 공정을 단순화하고 현장 타설에서 발생하는 제약요소를 컨트롤하는 것을 목적으로 한다.

또한, 콘크리트의 크리프 발생으로 인해 강재에 불필요한 응력이 추가되는 것을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예는, 강관 내부에 복수의 간격재가 배치되며, 상기 간격재의 사이공간에 종이 거푸집을 설치하는 설치 단계; 상기 거푸집 내 강봉을 삽입하고, 거푸집 내부 공간에 콘크리트를 타설하는 타설 단계; 상기 강봉을 이용하여 프리스트레싱을 가하는 프리스트레싱 단계; 상기 강관과 상기 종이거푸집 사이에 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트 채움 단계; 상기 채움 단계에서 채워진 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트를 양생하는 양생 단계; 강관을 강박스에 부착하는 강관 부착 단계; 및 상기 강관에 가해지는 프리스트레싱을 해제하는 해제 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 강박스 하단에 강관을 부착하고, 상기 강관 내부에 콘크리트를 넣을 공간을 확보하기 위한 간격재를 설치하는 강관 기본 구조 제작 단계; 종이 거푸집 내 강봉을 삽입하고, 거푸집 내부 공간에 콘크리트를 타설하는 타설 단계; 상기 강봉을 이용하여 프리스트레싱을 가하는 프리스트레싱 단계; 프리스트레싱 된 콘크리트를 상기 강관에 삽입하는 삽입 단계; 상기 강관과 상기 종이 거푸집 사이에 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트 채움 단계; 상기 채움 단계에서 채워진 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트를 양생하는 양생 단계; 상기 강관에 가해지는 프리스트레싱을 해제하는 해제 단계; 를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수의 간격재는 'T'형 구조로 마련되며, 상기 종이거푸집과 면접촉을 하도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 간격재의 지지기둥에는 복수의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 종이 거푸집에는 상기 강봉이 관통하기 위한 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

실시예에 따르면, 프리스트레싱 CFT 강관의 크리프에 의한 강관의 응력 부담을 최소화한다는 점에서 강박스 거더교의 콘크리트 크리프로 인한 불필요한 응력 추가를 방지할 수 효과가 있다.

또한, 현장 작업을 최소화할 수 있어 현장작업에서 오는 문제를 해결할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 구성요소인 강관의 사시도이고,
도 2는 도 1의 구성요소인 콘크리트 블럭의 구조를 나타내는 도면이고,
도 3은 도 1의 구성요소인 간격재의 구성을 나타내는 도면이고,
도 4는 도 1의 구성요소가 강박스에 결합된 구조를 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법의 순서도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 6은, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

도 1은 본 발명의 구성요소인 강관의 사시도이고, 도 2는 도 1의 구성요소인 콘크리트 블럭의 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 구성요소인 간격재의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1의 구성요소가 강박스에 결합된 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법의 순서도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 콘크리트(230) 충전 강관(100)을 이용한 강박스(10) 거더 시공방법은 설치 단계(S100), 타설 단계(S110), 프리스트레싱 단계(S120), 채움 단계(S130), 양생 단계(S140), 부착 단계(S150) 및 해제 단계(S160)를 포함할 수 있다.

설치 단계(S110)는 강관(100) 내부에 복수의 간격재(110)가 배치되며, 간격재(110)의 사이공간에 종이 거푸집(210)을 설치하는 단계이다.

강관(100)은 각형 구조의 단면을 가지도록 마련될 수 있으며, 내부에는 복수의 간격재(110)가 배치될 수 있다. 강관(100)은 강박스(10)와 결합을 위해 강박스(10)의 내측각과 동일한 각도를 가질 수 있다. 일실시예로, 강관(100)은 4각 구조를 구비할 수 있다.

간격재(110)는 복수로 마련되어 강관(100)의 내부공간을 삽입되는 종이 거푸집(210)을 지지할 수 있다. 간격재(110)는 각형 구조로 마련되는 강관(100)의 각 측벽마다 하나씩 설치되어 종이 거푸집(210)을 안정적으로 지지할 수 있다. 일실시예로, 간격재(110)는 'T'형 구조로 마련되며, 종이 거푸집(210)과 면접촉을 하도록 배치되어 종이 거푸집(210)을 안정적으로 지지할 수 있다. 간격재(110)는 종이 거푸집(210)의 위치를 잡아주는 역할과 강관(100)이 볼록해지는 것을 방지하기 위한 앵커링의 역할을 수행할 수 있다.

또한, 간격재(110)의 지지기둥(111)에는 복수의 관통공(112)이 형성될 수 있다. 관통공(112)은 강관(100)과 종이 거푸집(210) 사이에 타설되는 콘크리트가 침투하여 결합력을 증대할 수 있다. 관통공(112)의 형상은 제한이 없으며, 다양한 형상으로 변형실시될 수 있다. 이러한 관통공(112)은 콘크리트 시공시 강관(100)의 바닥까지 콘크리트가 고르게 타설될 수 있도록 할 수 있다.

종이 거푸집(210)은 강관(100) 내부에 배치되는 간격재(110)의 사이공간에 설치될 수 있다. 종이 거푸집(210)은 내부 거푸집으로 역할을 수행할 수 있다.

종이 거푸집(210)은 일회용 재료를 의미하며, 다양한 재질로 변형실시될 수 있다. 이러한 내측 거푸집으로 강재 거푸집을 사용하는 경우 구조물에 영향을 미칠 우려가 존재한다. 그러나, 종이 거푸집(210)을 사용하는 경우, 크리프의 영향을 최소화할 수 있다.

일실시예로, 종이 거푸집(210)은 복수의 간격재(110)와 면접촉을 하도록 사각형의 구조를 구비할 수 있다. 종이 거푸집(210)의 양측면에는 강봉이 관통하기 위한 복수의 관통홀(220)이 형성될 수 있다.

타설 단계(S110)는 종이 거푸집(210) 내 강봉을 삽입하고, 종이 거푸집(210) 내부 공간에 콘크리트(230)를 타설하는 단계이다. 타설 단계(S110)는 종이 거푸집(210) 내부를 콘크리트(230)로 채우고 프리스트레싱을 가하기 위해 강봉을 삽입할 수 있다.

프리스트레싱 단계(S120)는 강봉을 이용하여 프리스트레싱을 가하는 단계이다. 프리스트레싱 단계(S120)는 강박스(10)에 설치시 작용하는 하중에 저항하기 위해 프리스트레싱을 가하는 단계로 공지된 다양한 프리스트레싱 방법이 사용될 수 있다.

채움 단계(S130)는 강관(100)과 종이 거푸집(210) 사이에 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트를 주입하여 강관(100)과 종이 거푸집(210) 사이를 채울 수 있다.

또한, 채움 단계(S130)에서 채워진 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트(230)를 양생하는 양생 단계(S140)가 진행될 수 있다. 양생 단계(S140)는 채워진 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트가 원하는 강도가 확보될때까지 양생이 진행될 수 있다.

프리스트레싱이 가해진 후 시간이 지남에 따라 콘크리트(230)에 발생하는 크리프는 하중 재하 후 처음 며칠간 응력 손실이 크게 발생하며, 이후에는 응력 손실의 발생속도가 현저하게 감소하는 특징을 가진다.

따라서, 콘크리트(230)의 크리프 발생으로 인한 강관(100)의 응력 부담 현상을 감소시키기 위해 강관(100) 내부에 강봉이 삽입이 가능한 구멍이 뚫린 종이 거푸집(210)을 사용하여 미리 콘크리트(230)를 타설한 후, 강봉을 이용하여 프리스트레스를 가함으로써 초기 크리프 손실이 콘크리트(230) 내에서만 자체적으로 발생하도록 할 수 있다.

이후, 내부 간격재(110)가 설치된 강관(100)과 종이 거푸집(210) 사이에 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트를 채움으로써 크리프로 인해 강재가 부담해야하는 응력의 크기를 감소시킬 수 있다.

강관 부착 단계(S150)는 내부에 투입된 모르타르 또는 콘크리트가 양생이 완료된 후 콘크리트 충전 강관(1)을 강박스(10)에 부착하는 단계이다.

강관(100)의 부착이 완료된 이후에는 강관(100)에 가해지는 프리스트레싱을 해제하는 해제 단계(S160)가 진행된다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트(230) 충전강관(100)을 이용한 강박스(10) 거더 시공방법의 순서도이다.

본 발명의 또 다른 실시예인 콘크리트(230) 충전강관(100)을 이용한 강박스(10) 거더 시공방법은 강박스(10) 하단에 강관(100)을 부착하고, 상기 강관(100) 내부에 콘크리트(230)를 넣을 공간을 확보하기 위한 간격재(110)를 설치하는 강관(100) 기본 구조 제작 단계(S200), 종이 거푸집(210) 내 강봉을 삽입하고, 종이 거푸집(210) 내부 공간에 콘크리트(230)를 타설하는 타설 단계(S210), 상기 강봉을 이용하여 프리스트레싱을 가하는 프리스트레싱 단계(S220), 프리스트레싱 된 콘크리트(230)를 상기 강관(100)에 삽입하는 삽입 단계(S230), 상기 강관(100)과 상기 종이 거푸집(210) 사이에 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트 채움 단계(S240), 상기 채움 단계(S240)에서 채워진 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트를 양생하는 양생 단계(S250) 및 상기 강관(100)에 가해지는 프리스트레싱을 해제하는 해제 단계(S260)를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는 강관(100)의 기본 구조를 강박스(10) 하단에 우선적으로 배치한 후, 내부 구성요소를 시공하는 방법을 나타내고 있다.

이러한 본 발명의 실시예들은 프리스트레싱 CFT(concrete filled steel tube) 강관(100)의 크리프에 의한 강관(100)의 응력부담을 최소화한다는 점에서 강박스(10) 거더교의 콘크리트(230) 크리프로 인한 불필요한 응력 추가를 방지할 수 있다.

또한, 모듈형 CFT 부재는 강관(100)에 콘크리트(230)가 충전된 형태로 부모멘트부 강거더 하부에 인장 프리스트레스 도입시 압축저항을 하게되며, 프리스트레스 도입 후에 강거더와 합성되어 강성 증대를 발휘할 수 있어 구조 효율성 제고를 도모할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 콘크리트 충전 강관
10 : 강박스
100 : 강관
110 : 간격재
111 : 지지기둥
112 : 관통공
200 : 콘크리트 블럭
210 : 종이 거푸집
220 : 관통홀
230 : 콘크리트

Claims

각형 구조의 강관 내부의 각 측벽마다 복수의 간격재가 수직하게 배치되며, 상기 간격재의 사이공간에 사각형의 구조를 가진 종이 거푸집을 설치하는 설치 단계;
상기 종이 거푸집 내 강봉을 삽입하고, 상기 종이 거푸집 내부 공간에 콘크리트를 타설하는 타설 단계;
상기 강봉을 이용하여 프리스트레싱을 가하는 프리스트레싱 단계;
상기 간격재에 의해 구획된 상기 강관과 상기 종이 거푸집의 사이에 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트를 채우는 채움 단계;
상기 채움 단계에서 채워진 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트를 양생하는 양생 단계;
강관을 강박스에 부착하는 강관 부착 단계; 및
상기 강관에 가해지는 프리스트레싱을 해제하는 해제 단계;
를 포함하는 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법.
강박스 하단에 각형 구조의 강관을 부착하고, 상기 강관 내부에 콘크리트를 넣을 공간을 확보하기 위해 상기 강관 내부의 각 측벽마다 간격재를 수직하게 설치하는 강관 기본 구조 제작 단계;
종이 거푸집 내 강봉을 삽입하고, 상기 종이 거푸집 내부 공간에 콘크리트를 타설하는 타설 단계;
상기 강봉을 이용하여 프리스트레싱을 가하는 프리스트레싱 단계;
프리스트레싱 된 콘크리트를 상기 강관에 삽입하는 삽입 단계;
상기 간격재에 의해 구획된 상기 강관과 상기 종이 거푸집의 사이에 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트를 채우는 채움 단계;
상기 채움 단계에서 채워진 무수축 모르타르 또는 팽창 콘크리트를 양생하는 양생 단계;
상기 강관에 가해지는 프리스트레싱을 해제하는 해제 단계;
를 포함하는 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 복수의 간격재는 'T'형 구조로 마련되며, 상기 종이 거푸집과 면접촉을 하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법.
제3 항에 있어서,
상기 간격재의 지지기둥에는 복수의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 종이 거푸집에는 상기 강봉이 관통하기 위한 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전강관을 이용한 강박스 거더 시공방법.