KR20000016602A - Composite concrete metal encased stiffeners for metal plate arch-type structures - Google Patents
Composite concrete metal encased stiffeners for metal plate arch-type structures Download PDFInfo
- Publication number
- KR20000016602A KR20000016602A KR1019980710198A KR19980710198A KR20000016602A KR 20000016602 A KR20000016602 A KR 20000016602A KR 1019980710198 A KR1019980710198 A KR 1019980710198A KR 19980710198 A KR19980710198 A KR 19980710198A KR 20000016602 A KR20000016602 A KR 20000016602A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- plates
- arch
- concrete
- series
- corrugated
- Prior art date
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D29/00—Independent underground or underwater structures; Retaining walls
- E02D29/045—Underground structures, e.g. tunnels or galleries, built in the open air or by methods involving disturbance of the ground surface all along the location line; Methods of making them
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01F—ADDITIONAL WORK, SUCH AS EQUIPPING ROADS OR THE CONSTRUCTION OF PLATFORMS, HELICOPTER LANDING STAGES, SIGNS, SNOW FENCES, OR THE LIKE
- E01F5/00—Draining the sub-base, i.e. subgrade or ground-work, e.g. embankment of roads or of the ballastway of railways or draining-off road surface or ballastway drainage by trenches, culverts, or conduits or other specially adapted means
- E01F5/005—Culverts ; Head-structures for culverts, or for drainage-conduit outlets in slopes
Abstract
Description
몇해에 걸쳐서, 파형금속시트 또는 판은 내구적이고 경제적인 다용도 토목공사 재료임이 증명되었다. 파형금속판으로 제조된 가요성의 아치형 구조물은, 고속도로, 철도, 공항, 지방자치체, 레크리에이션 영역, 공장, 홍수 및 하천관리 프로젝트, 수질오염 감소 그리고 다른 많은 프로그램 용의 암거, 하수도, 배수로, 방수로, 지하도, 컨베이어 콘딧 및 서비스 터널의 건설에 있어서 중요한 역할을 수행해 왔다.Over the years, corrugated metal sheets or plates have proven to be durable and economical and versatile civil engineering materials. Flexible arched structures made of corrugated sheet metal can be used for highways, railways, airports, municipalities, recreational areas, factories, flood and river management projects, water pollution reduction and many other programs such as culverts, sewers, drains, spillways, underpasses, It has played an important role in the construction of conveyor conduits and service tunnels.
매립식 파형금속 아치형 구조물에서 주요한 설계상의 관점 중 하나는, 비교적 얇은 금속셸이 구조물 상의 동하중 및/또는 정하중 뿐만 아니라 측방향 지압, 지하수압, 오버버든(overburden) 압력과 같은 구조물 주위의 비교적 큰 하중에 저항할 필요가 있다는 것이다. 그러한 구조물의 주위하중에 저항하는 능력은, 주위를 둘러싸고 있는 흙의 힘의 작용은 별개로 하고, 파형의 형상 및 셸의 두께에 직접적으로 관련된다. 지압 또는 수압과 같은 균등분포된 주위하중은 일반적으로 설치된 구조물에 불안정성을 야기시키지 않지만, 이 구조물은 팠던 구멍을 되메우는 동안의 불균일 지압분포 또는 설치된 구조물 상의 차량통행으로 인한 동하중과 같은 불균일한 또는 국지적인 하중을 받을 가능성이 보다 많다. 팠던 구멍을 되메우는 동안의 아치형 구조물 상의 불균일한 지압분포는 이 구조물을 비틀리게 하거나 뾰족해지게 하여, 최종 구조물의 형상이 의도된 가장 구조적인 사운드 형상과는 다른 것이 되게 한다. 한편, 구조물의 상단에서의 동하중은 구조물의 지붕부위에서의 파괴를 초래하는 국지적인 하중 조건을 야기시킨다.One of the major design aspects of buried corrugated metal arched structures is that relatively thin metal shells are subjected to relatively large loads around the structure, such as lateral acupressure, groundwater pressure, and overburden pressure, as well as dynamic and / or static loads on the structure. It is necessary to resist. The ability to resist the ambient load of such a structure is directly related to the shape of the waveform and the thickness of the shell, apart from the action of the earth's forces surrounding it. Evenly distributed ambient loads, such as acupressure or water pressure, generally do not cause instability in the installed structure, but the structure is non-uniform or local, such as uneven pressure distribution during filling back holes or traffic on the installed structure. Is more likely to receive a load. The non-uniform pressure distribution on the arched structure during backfilling causes the structure to twist or sharpen, making the shape of the final structure different from the intended most structural sound shape. On the other hand, the dynamic load at the top of the structure causes local loading conditions that result in failure at the roof of the structure.
아치형 구조물 상에 걸리는 차량 동하중과 같은 국지적인 수직하중은 구조물에 있어서 굽힘응력과 축방향응력 양자 모두를 야기시킨다. 굽힘응력은 지붕의 하향 변형에 의하여 야기되어 구조물의 상단부위에 플러스 굽힘모멘트를 그리고 구조물의 히프부위에 마이너스 굽힘모멘트를 발생시킨다. 축방향응력은 아치구조물의 횡단파이버를 따라서 작용하는 동하중의 구성요소에 의하여 야기되는 압축응력이다. 매립된 금속 아치구조물 설계에 있어서, 특정 수직하중 하에서 경험되는 축방향응력에 대한 굽힘응력의 비율은 오버버든의 두께에 따라서 변하게 된다. 오버버든이 두꺼워질수록, 수직하중이 아치구조물에 도달될 때 이 수직하중은 보다 분포되어 이 구조물은 덜 구부러진다. 그러므로 두꺼운 오버버든 하의 아치구조물에 있어서의 응력은 주로 축방향응력이다.Local vertical loads, such as vehicle dynamic loads on arched structures, cause both bending and axial stresses in the structure. Bending stress is caused by the downward deformation of the roof, creating a positive bending moment at the top of the structure and a negative bending moment at the bottom of the structure. Axial stress is compressive stress caused by the dynamic load component acting along the transverse fiber of the arch structure. In embedded metal arch designs, the ratio of bending stress to axial stress experienced under a particular normal load varies with the thickness of the overburden. The thicker the overburden, the more the vertical load is distributed when the vertical load reaches the arch structure, which makes the structure less bent. Therefore, the stress in arch structures under thick overburden is mainly axial stress.
파형금속시트는 축방향 압축 하에서보다 굽힘 하에서 쉽게 파괴되는 경향이 있다. 종래의 파형금속 아치 설계는 오버버든 두께를 증가시키므로써 동하중에 의하여 야기되는 굽힘응력을 처리하며, 이에 따라 오버버든의 두께 상의 그리고 아치의 보다 넓은 표면 상의 국지적인 동하중을 덜어내어, 아치 상의 굽힘응력은 최소화되고 대부분의 하중은 축방향 힘으로 전환된다. 그렇지만, 오버버든 두께를 증가시키므로써, 구조물 상의 지압이 증가되고 따라서 보다 강한 금속판이 요구된다. 두꺼운 오버버든에 대한 요구는 구조물 아래의 클리어런스 인벨롭의 크기에 있어서의 제한 또는 구조물 상의 차도 접근각도와 같은 몇가지의 설계시의 제한점을 또한 야기시킨다. 오버버든 두께가 제한되어 얇은 경우에 있어서, 동하중 문제는 전통적으로, 얕게 되메워진 영역 상에 뻗어있는 차도 가까이 또는 바로 아래에, 통상 보강 콘크리트로 만들어지는 기다란 응력 경감슬래브를 위치시키므로써 해결된다. 이 기다란 슬래브는 국지적인 차량하중이 금속 아치표면 상의 보다 넓은 영역에 걸쳐 분산되도록 하는 하중분산장치로서 작용한다. 응력 경감슬래브의 문제점은 이 슬래브가 건설현장 바로 위에 요구되므로 제작시간과 노동력 및 재료에 있어서의 비용을 추가시킨다는 것이다. 게다가, 콘크리트가 사용될 수 없는 영역에 있어서, 응력 경감슬래브는 선택될 수 없다.Corrugated metal sheets tend to break more easily under bending than under axial compression. Conventional corrugated metal arch designs address bending stresses caused by dynamic loads by increasing overburden thickness, thereby relieving local dynamic loads on the overburden's thickness and on the wider surface of the arch, thus bending stress on the arch Is minimized and most of the load is converted to axial forces. However, by increasing the overburden thickness, the pressure on the structure is increased and thus stronger metal plates are required. The demand for thick overburden also raises some design limitations, such as a limitation in the size of the clearance envelope below the structure or a driveway approach angle on the structure. In the case where the overburden thickness is limited and thin, the dynamic load problem is traditionally solved by placing an elongated stress relief slab, usually made of reinforced concrete, near or just below the roadway extending over the shallow backfilled area. This elongated slab acts as a load balancing device that allows local vehicle loads to be distributed over a wider area on the metal arch surface. The problem with stress relief slabs is that they are required just above the construction site, adding to the manufacturing time, labor and material costs. In addition, in areas where concrete cannot be used, the stress relief slab cannot be selected.
보강리브를 사용하므로써 파형금속 아치구조물을 강화시키려는 시도가 이루어져왔다. 미국특허 제 4,141,666호에 있어서, 하중 지탱능력을 증가시키기 위해서 박스 암거의 외측에 보강부재가 사용된다. 이 발명의 문제점은 보강리브 사이에서의 구조물의 부분이 보강리브에서보다 상당히 약화되어, 하중이 걸릴 때, 구조물의 길이를 따라서 상이한 변형 또는 파동효과가 생긴다는 것이다. 이러한 문제를 감소시키기 위해서, 특히 상단 및 베이스부위를 따라서, 암거의 내측에 세로부재가 고정되어 파동을 감소시킨다. 그렇지만, 이들 구조물이 하천의 바닥 위에서 사용될 때, 어떤 부착물이 구조물 내측에 포함되는 것은 유빙의 유동 및 홍수에 의하여 파괴되기 쉽기 때문에 바람직하지 않다.Attempts have been made to strengthen corrugated metal arch structures by using reinforcing ribs. In US Pat. No. 4,141,666, a reinforcing member is used on the outside of the box culvert to increase the load bearing capacity. The problem with this invention is that the part of the structure between the reinforcing ribs is significantly weaker than that of the reinforcing ribs, so that under load, different deformation or wave effects occur along the length of the structure. To reduce this problem, longitudinal members are fixed inside the culvert, particularly along the top and base, to reduce the wave. However, when these structures are used on the bottom of a river, it is not desirable that any attachment be included inside the structure because it is likely to be destroyed by the flow and flooding of drift ice.
미국특허 제 4,318,635호에 있어서, 측부, 상단부 및 중간의 허리 또는 히프부위에서 복합 아치형상 보강리브가 보강을 위하여 암거의 내부/외부에 제공된다. 그러한 멀리 이격된 보강리브가 구조물의 강도를 강화시켜 하중에 저항하지만, 이 보강리브는 구조물의 파동문제를 극복하지 못하며 추가 보강에 의해서 구조물에 불필요한 무게를 부가시킨다. 상기 단점에 더하여, 이러한 타입의 구조물에 있어서 보강리브는 종종 시간을 소비하게 하고 그리고 설치를 복잡하게 하여 건설비용을 증가시킨다. 더욱이, 비교적 넓게 이격된 리브 스티프너가 사용되어, 이들 구조물에 대한 구조적인 설계해석이 어려워진다. 보강의 불연속성 및 이에 따른 구조물의 세로길이를 따르는 강도의 변화는 이 부분의 전체 플라스틱 모멘트 수용량을 발전시키기 어렵게 해서, 불필요하게 보수적이고 비경제적인 설계를 하게 한다.In US Pat. No. 4,318,635, a compound arcuate reinforcement rib is provided on the inside / outside of the culvert for reinforcement at the sides, top and middle waist or hips. Such distant reinforcement ribs resist the load by strengthening the strength of the structure, but these reinforcement ribs do not overcome the wave problems of the structure and add unnecessary weight to the structure by further reinforcement. In addition to the above drawbacks, reinforcing ribs in this type of structure are often time consuming and complicated to install, increasing construction costs. Moreover, relatively wide spaced rib stiffeners are used, making structural design interpretation difficult for these structures. The discontinuity of the reinforcement and thus the change in strength along the longitudinal length of the structure makes it difficult to develop the overall plastic moment capacity of this part, making the design unnecessarily conservative and uneconomical.
피셔(Fisher)에 의한 미국특허 제 3,508,406호에는 구조물의 양측부 상에서 세로로 뻗어있는 콘크리트 부벽(buttress)을 갖춘 가요성 파형금속셸을 가지는 복합 아치구조물이 개시되어 있다. 와이드 스패닝 아치구조물의 경우에, 콘크리트 부벽은 구조물의 상단부위 상에 뻗어있는 추가 보강부재와 연결될 수 있다. 마찬가지로, 동일한 발명자에 의한 미국특허 제 4,390,306호에서, 보강 및 하중분산부재는 구조물의 길이 대부분에 대하여 세로로 뻗어있는 아치의 상단부위에 구조적으로 고정된다. 아치구조물의 양측에 세로로 뻗어있는 하중분산 부벽이 바람직하게 포함되는 복합 아치구조물이 또한 제공된다. 이 세로로 뻗어있는 상단 스티프너 및 부벽은 콘크리트 또는 금속으로 만들어질 수 있고, 그리고 암거의 길이방향으로 뻗어있는 리지를 가지는 파형 판의 일부로 구성될 수도 있다.US Pat. No. 3,508,406 to Fisher discloses a composite arch structure having a flexible corrugated metal shell with concrete buttresses extending longitudinally on both sides of the structure. In the case of a wide spanning arch, the concrete subwalls may be connected with additional reinforcement members extending on top of the structure. Likewise, in US Pat. No. 4,390,306 by the same inventor, the reinforcement and load balancing members are structurally secured to the upper end of the arch extending longitudinally over most of the length of the structure. There is also provided a composite arch structure which preferably includes a load distributing subwall extending longitudinally on both sides of the arch structure. This longitudinally extending top stiffener and buttress may be made of concrete or metal, and may consist of a portion of a corrugated plate having a ridge extending in the longitudinal direction of the culvert.
피셔의 특허에서, 연속적인 보강은 상단 스티프너 즉 부벽에 의하여 구조물을 따라서 제공된다. 부벽은 설치단계 동안에, 즉 구조물이 되메움에 의하여 완전하게 매립되어 지지되기 전에 가요성 구조물에 대하여 안정성을 제공하기 위해서 설계된다. 이 부벽은 압밀 및 되메움 기구가 사용될 때 비틀림에 저항하기 위한 위치에서 강화재료의 길이를 제공하며, 되메움 공정이 구조물의 형상을 혼란시키지 않으면서 계속될 수 있게 한다. 내부 강철 보강 바를 갖춘 이 상단 스티프너는 되메움 및 압밀의 초기 단계 동안 구조물이 뾰족해지지 않게 막기 위해서 구조물의 상단부분을 내리누르도록 작용하고 그리고 구조물 상의 수직하중을 분산시키도록 도움을 주는 하중분산장치로서 작용하며, 따라서 최소 오버버든 요구를 감소시킨다. 구조물의 길이방향에 있어서의 이 상단 스티프너는 시어 스터드를 사용하므로써 아치의 상단부위를 단단하게 하여 아치 상단에서의 플러스 굽힘저항에 대하여 제공되도록 강철 아치에 콘크리트 빔을 구조적으로 연결시킨다. 이러한 다중 구성요소 스티프너는 구조물을 향하여 이동하며 이것은 감소된 오버버든의 이용을 허용하지만 아치설계시 매우 큰 스팬을 위하여 또는 오버버든 두께의 큰 감소를 위하여 제공될 수 없다. 그 주요한 이유는 피셔의 상단 스티프너가 와이드 스패닝 아치 및 얕은 커버 아치의 히프부위에서 전형적으로 발견되는 마이너스 굽힘모멘트에 저항하도록 설계되지 않았다는 것이다. 상단 스티프너와 측부 부벽 사이의 멀리 이격된 횡단부재의 목적은 구조물에 일정한 강성을 제공하여 되메움 단계 동안에 비틀림을 방지한다는 것이다. 이들 횡단부재는 마이너스 모멘트에 저항하기 위해서 설계된 부재가 아니다. 또, 설치된 가요성 아치구조물은 동하중 조건 하에 상단에서 플러스 굽힘모멘트에 영향받기 쉬운 반면, 되메우는 동안 측부로부터 가압될 때 동일한 위치에서 마이너스 굽힘모멘트에 영향받기 쉬워 상단은 뾰족해지므로써 왜곡된다. 피셔의 상단 스티프너는, 아치의 상단부위에서의 플러스 굽힘모멘트에 저항하기 위해서 콘크리트와 강철 사이의 시어-본드 연결의 장점을 취하도록 설계된 반면, 되메움 동안 동일한 구역에서의 마이너스 굽힘모멘트는 콘크리트 슬래브의 상부부분에서 보강 바의 설비에 의하여 단순히 저항하여, 원위치에 형성될 것과 건설비용을 증가시키는 보강 바 작업을 필요로 한다. 또한, 상단 스티프너 및 측부 부벽이 상당한 크기이므로, 완성된 구조물의 무게는 실질적으로 증가된다.In Fischer's patent, continuous reinforcement is provided along the structure by a top stiffener, ie a buttress. The buttresses are designed to provide stability to the flexible structure during the installation phase, ie before the structure is completely embedded and supported by backfilling. This buttress provides the length of the reinforcing material in a position to resist torsion when the consolidation and backfill mechanism is used, allowing the backfill process to continue without disturbing the shape of the structure. This top stiffener with internal steel reinforcement bar acts as a load balancing device that acts to push down the top of the structure to prevent the structure from tipping during the initial stages of backfilling and consolidation, and to help distribute the vertical load on the structure. And therefore reduces the minimum overburden requirement. This top stiffener in the longitudinal direction of the structure structurally connects the concrete beam to the steel arch to provide for positive bending resistance at the top of the arch by using a shear stud to harden the top of the arch. This multi-component stiffener moves towards the structure, which allows for the use of reduced overburden but cannot be provided for very large spans in arch design or for large reductions in overburden thickness. The main reason is that the Fisher's top stiffeners are not designed to resist the negative bending moments typically found in the bottom portions of wide spanning arches and shallow cover arches. The purpose of the remotely spaced transverse members between the top stiffener and the side subwalls is to provide the structure with a certain stiffness to prevent torsion during the backfill phase. These crossing members are not designed to resist negative moments. In addition, the installed flexible arch structures are susceptible to positive bending moments at the top under dynamic load conditions, while the tops are distorted by being sharply affected by negative bending moments at the same location when pressed from the side during backfill. The fischer's top stiffener is designed to take advantage of the sheer-bond connection between concrete and steel to resist the positive bending moment at the top of the arch, while the negative bending moment in the same zone during backfilling is the top of the concrete slab. In part it is simply resisted by the provision of the reinforcement bar, requiring reinforcement bar work to be formed in situ and increase construction costs. In addition, since the top stiffener and side subwalls are of considerable size, the weight of the finished structure is substantially increased.
시바첸코(Sivachenko)의 미국특허 제 4,186,541호에는, 건설, 특히 금속 아치구조물에 있어서의 용도를 위하여 평평한 판재로 파형 강철판을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 2중 파형판 형상의 추가적인 강도 장점에 대하여 특별한 언급이 이루어지는데, 여기에서 판은 판 사이에 스페이서를 가지는 상태로 또는 직접적으로 대향 홈을 따라서 함께 결합된다. 2중 판 조립체는 중공으로 남겨질 수도 있고 또는 콘크리트 등으로 충전될 수도 있다. 판 사이의 콘크리트는 판의 물결주름에 평행한 방향 또는 횡단방향으로 향하는 종래의 보강 강철 바에 의해 보강될 수 있다. 콘크리트가 보강없이 판 사이에 위치되는 경우에는, 충전재로서만 작용하고 그리고 조립체의 강도 특성을 강화시키지는 못한다. 콘크리트가 보강 바를 구비하는 경우에도, 이 보강 바는 콘크리트와 파형 강철판 사이에서 시어-본드 연결을 위하여 설계되지 않아서 조립체가 굽힘작용을 받는 경우, 콘크리트와 강철판은 서로 독립적으로 기능한다. 그러한 시스템은 샌드위치형 지지 구조물의 전형적인 콘크리트 충전식 중심을 갖춘 2중 판 조립체의 사용으로 파형금속판 구조물을 보강하는 방법을 향하여 나아간다. 다중곡선을 갖춘 매립식 아치구조물의 경우에, 시바첸코에 따른 보강 바의 설치는 보다 어려운 일이 된다.Sivachenko, US Pat. No. 4,186,541, discloses a method of forming corrugated steel sheet from a flat plate for use in construction, particularly in metal arch structures. Special mention is made of the additional strength advantage of the double corrugated plate shape, in which the plates are joined together along the opposite grooves directly or with spacers between the plates. The double plate assembly may be left hollow or filled with concrete or the like. The concrete between the plates can be reinforced by conventional reinforcing steel bars facing in a direction parallel or transverse to the corrugations of the plates. If concrete is placed between the plates without reinforcement, it only acts as a filler and does not enhance the strength properties of the assembly. Even if the concrete has a reinforcing bar, the reinforcing bar is not designed for the shear-bond connection between the concrete and the corrugated steel sheet so that when the assembly is bent, the concrete and the steel sheet function independently of each other. Such systems go toward a method of reinforcing corrugated sheet metal structures with the use of a double plate assembly with a concrete-filled center typical of sandwiched support structures. In the case of buried arch structures with multiple curves, the installation of reinforcement bars according to Sivachenko is more difficult.
미국특허 제 5,326,191호에서, 연속적인 파형금속시트 보강재는 적어도 암거의 상단부에 고정되며 암거의 길이에 걸쳐 연속적으로 뻗어있다. 이러한 암거 설계는 종래 기술의 멀리 이격된 횡단 보강재와 연합하여 문제를 해결하고 그리고 플러스 및 마이너스 굽힘모멘트 양자 모두에 저항할 수 있다. 그렇지만, 넓은 스팬의 구조물에서의 연속적인 보강은 비용이 많이 들고 설치하기 어렵다.In US Pat. No. 5,326,191, a continuous corrugated metal sheet reinforcement is secured at least at the top of the culvert and extends continuously over the length of the culvert. This culvert design solves the problem in conjunction with the far-distant transverse stiffeners of the prior art and can resist both plus and minus bending moments. However, continuous reinforcement in wide span structures is expensive and difficult to install.
본 발명은, 얕은 커버 하에서 무거운 차량의 통행과 같은 큰 하중을 지지할 수 있는, 오버패스 다리, 워터 콘딧, 또는 지하도 등에서 사용되는 콘크리트 보강 파형금속판 아치형 구조물에 관한 것이며, 보다 상세하게는 표준 콘크리트 또는 강철 빔 구조물을 대신할 수 있는 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a concrete reinforced corrugated sheet metal arched structure used in overpass bridges, water conduits, or underpasses, which can support large loads such as the passage of heavy vehicles under a shallow cover, and more specifically, standard concrete or It relates to a structure that can replace a steel beam structure.
도 1은 본 발명에 따른 요각 아치구조물의 사시도,1 is a perspective view of the reentrant arch structure according to the present invention,
도 2는 도 1의 다리 구조물의 끝면도,Figure 2 is an end view of the bridge structure of Figure 1,
도 3은 도 1의 3-3선 단면도,3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG. 1;
도 4는 도 1의 4-4선 단면도,4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 1;
도 5는 도 3의 시어 커넥터에 대한 변형 실시예를 도시하는 도면,FIG. 5 shows a modified embodiment of the sheer connector of FIG. 3;
도 6은 파형판 중 하나의 내부에 고정된 시어 커넥터의 확대도,6 is an enlarged view of a sheer connector fixed inside one of the corrugated plates;
도 7은 공동에 콘크리트를 도입시키기 위한 그라우트 플러그를 도시하는 도 3과 유사한 단면도,7 is a cross sectional view similar to FIG. 3 showing a grout plug for introducing concrete into a cavity;
도 8은 시어 본드장치에 대한 변경 실시예를 가지고 있는 파형판의 일부를 도시하는 도면,8 is a view showing a portion of a wave plate having a modified embodiment for the sear bond device;
도 9는 시어 본드장치에 대한 또 다른 변경 실시예를 가지고 있는 파형판의 일부를 도시하는 도면,FIG. 9 shows a portion of a corrugated plate having yet another alternative embodiment for a sear bond device; FIG.
도 10, 11, 12, 13, 14, 15 및 16은 제1 세트에 관한 판의 제2 시리즈에 대한 변경 실시예를 도시하는 제1 및 제2 파형판의 단면도,10, 11, 12, 13, 14, 15 and 16 are cross-sectional views of the first and second corrugated plates showing a modified embodiment of the second series of plates relating to the first set,
도 17은 경감슬래브를 가지고 있는 종래 기술의 구조물의 단면도,17 is a cross sectional view of a structure of the prior art having a relief slab;
도 18은 상단 보강재 및 부벽 보강재를 가지고 있는 종래 기술의 구조물의 단면도이다.18 is a cross-sectional view of a prior art structure having a top reinforcement and a subwall reinforcement.
본 발명의 콘크리트 보강식 파형금속 아치형 구조물은 대다수의 상기 문제점을 극복한다. 본 발명에 의하여 제공된 바와 같은 복합 콘크리트 금속빔은 무거운 동하중의 차량통행을 지지하는 얕은 오버버든 또는 아치형 구조물의 되메움에 의해서 구조물 내에 야기되는 플러스 및 마이너스 굽힘모멘트 양자 모두에 대한 구조물의 저항을 강화시킨다. 본 발명의 상부판 및 하부 파형판을 상호연결하므로써 형성된 각각의 연속적인 콘크리트 충전 공동은, 얕은 오버버든으로 아치구조물을 제공함에 있어서 보다 큰 설계 융통성을 위하여 제공되도록 굽힘모멘트 및 축방향 하중 수용량을 갖춘 굴곡 빔 칼럼 스티프너로서 기능하는 복합 금속 내장형 콘크리트 빔으로서 작용한다.The concrete reinforced corrugated metal arched structure of the present invention overcomes many of the above problems. Composite concrete metal beams as provided by the present invention reinforce the structure's resistance to both positive and negative bending moments caused in the structure by backfilling of shallow overburden or arched structures supporting heavy dynamic loads. . Each continuous concrete-filled cavity formed by interconnecting the top and bottom corrugations of the present invention has a bending moment and axial load capacity to provide for greater design flexibility in providing arch structures with shallow overburden. It acts as a composite metal embedded concrete beam that functions as a flex beam column stiffener.
본 발명의 특징에 따라서, 복합 콘크리트 보강 파형금속 아치형 구조물은:According to a feature of the invention, the composite concrete reinforced corrugated metal arched structure is:
ⅰ) 한정된 스팬 단면, 높이 및 세로길이의 베이스 아치구조물을 형성하는 방식으로 상호연결되는 파형금속판의 제1 세트;Iii) a first set of corrugated metal plates interconnected in a manner to form a base arch structure of defined span section, height and length;
ⅱ) 상기 베이스 아치의 상호연결된 판의 제1 세트에 중첩되는 방식으로 상호연결되는 금속판의 제2 시리즈;Ii) a second series of metal plates interconnected in a manner overlapping a first set of interconnected plates of said base arch;
ⅲ) 적어도 하나의 개별적인, 횡단방향으로 뻗어있는, 포위된 연속 공동을 형성하는 상기 제2 판의 상호연결된 시리즈 및 상기 판의 제1 세트;Iii) an interconnected series of said second plates and a first set of said plates forming at least one individual, transversely extending, enclosed continuous cavity;
ⅳ) 공동의 단부로부터 상기 판의 제2 시리즈의 횡단범위에 의하여 한정되는 단부에 이르는 상기 연속 공동을 충전하는 콘크리트;Iii) concrete filling the continuous cavity from an end of the cavity to an end defined by the transverse range of the second series of plates;
ⅴ) 상기 베이스 아치구조물의 복합 플러스 및 마이너스 굽힘 저항 및 축방향 하중 저항을 강화시키기 위해서 복수의 골곡 빔 칼럼 스티프너를 제공하도록 상기 콘크리트-금속 인터페이스에 시어 본드를 제공하기 위하여 독립된 수단을 가지는 각각의 상기 제1 및 제2 판에 대한 상기 공동의 상기 내부표면;으로 구성되며,Iii) each said having independent means for providing a shear bond to said concrete-metal interface to provide a plurality of corrugated beam column stiffeners to enhance the composite plus and minus bending resistance and axial load resistance of said base arch. The inner surface of the cavity for the first and second plates;
상기 베이스 아치는 상기 베이스 아치 내에 복수의 굴곡 빔 칼럼을 구비하기 위해서 상기 아치의 세로길이를 횡단하여 뻗어있는 파형주름을 가지는 한정된 두께의 파형금속판 및 상기 스팬단면에 대하여 상단부분 및 인접 히프부분을 가지고 있고, 상기 금속판의 제2 시리즈는 적어도 상기 아치 상단을 포함하기 위해서 횡단방향으로 연속적으로 뻗어있고, 각각의 상기 공동은 상기 판의 제1 세트의 내부표면 및 상기 판의 제2 시리즈의 대향 내부표면에 의하여 형성되고, 상기 콘크리트로 충전된 공동은 상기 판의 제1 세트 및 판의 상호연결된 제2 시리즈의 상기 금속 내부표면에 의하여 포위된 콘크리트의 인터페이스를 형성하고, 상기 구조물 상에 부과되는 예상 하중을 지지하기에 충분한 개수의 상기 골곡 빔 칼럼 스티프너를 제공하기 위해서 충분한 개수의 상기 판의 제2 시리즈를 가지고 있다.The base arch has a corrugated metal plate of defined thickness having a corrugated wrinkle extending across the longitudinal length of the arch to have a plurality of curved beam columns in the base arch, and a top portion and an adjacent hip portion with respect to the span section. And the second series of metal plates extends continuously in a transverse direction to include at least the arch top, wherein each of the cavities is an inner surface of the first set of plates and an opposite inner surface of the second series of plates. A cavity filled by the concrete, the expected load imposed on the structure, forming an interface of concrete surrounded by the metal inner surface of the first set of plates and the interconnected second series of plates Sufficient to provide a sufficient number of said curved beam column stiffeners to support It has a second series of number of said plates.
본 발명의 바람직한 실시예가 도면을 참조하여 설명된다.Preferred embodiments of the present invention are described with reference to the drawings.
본 발명에 따라서, 큰 스팬의 아치형 구조물이 제공되며 이 구조물은 파형 강철판으로 구성된다. 바람직한 실시예에 따라서, 큰 스팬은 15m 이상의 그리고 가장 바람직하게는 20m 이상의 아치스팬을 포함한다. 이러한 범위의 스팬을 갖춘 본 발명의 구조물은 무거운 차량의 통행 하중과 같은 큰 하중을 최소한의 오버버든 범위로 지지할 수 있고 그리고 아치구조물 상에 콘크리트 경감슬래브 또는 다른 어떤 타입의 응력 경감 또는 분산장치도 필요로 하지 않는다. 본 발명의 아치구조물은 물론 특정 명세서에 언급된 보다 작은 스팬에 대해서도 채용될 수 있으며, 또는 본 발명의 구조물의 특징의 장점을 취함에 있어서, 보다 얇은 강철판이 사용될 수 있다. 변경예에서, 다른 낮은 강도의 금속은 바람직한 구조물의 강화 부하 지지 특성으로 인하여 알루미늄 합금과 같은 강철로 대체될 수 있다.According to the invention, a large span arcuate structure is provided which consists of corrugated steel sheets. According to a preferred embodiment, the large span comprises an arch span of at least 15 m and most preferably at least 20 m. Structures of the present invention with spans in this range can support large loads, such as traffic loads of heavy vehicles, with a minimum overburden range and can also provide concrete relief slabs or any other type of stress relief or dispersal on arch structures. I don't need it. The arch structures of the present invention may of course be employed for the smaller spans mentioned in the particular specification, or thinner steel plates may be used in taking advantage of the features of the structures of the present invention. In alternatives, other low strength metals may be replaced with steel, such as aluminum alloys, due to the reinforcement load bearing characteristics of the desired structure.
도 1에서, 본 발명의 일면이 요각 아치로 통상 언급되는 아치형 구조물에서 사용되므로써 설명된다. 본 발명의 구조물은 물론 계란형상, 박스형 암거, 둥근 암거, 타원형 암거 등을 포함하는 다양한 파형 아치형 설계로 사용될 수 있다. 이 구조물(10)은 선 12로 나타낸 스팬과, 선 14로 나타낸 높이를 가진다. 높이 치수 및 스팬 치수와 공동으로 아치의 단면형상은 보행인, 승용차, 트럭, 기차 등의 오버패스 통행을 수용하도록 설계된 아치구조물을 위한 클리어런스 인벨롭을 형성한다. 변경적으로, 아치(10)는 하천 또는 다른 타입의 수로에 다리를 놓을 수 있다. 이 아치의 베이스부위(16)는 표준의 아치 건설기술에 따라서 적절한 기초 상에 설치된다. 이 아치(10)는 18로 나타낸 파형 강철판의 제1 세트를 상호연결하므로써 건설되며 그 접합은 점선 20에 의하여 한정된다. 상호연결된 판의 제1 세트는 소정의 단면 스팬(12)과 높이(14)를 제공하는 베이스 아치구조물을 형성한다. 아치의 세로 길이방향은 선 22로 나타내며, 소정의 아치길이를 제공하기 위해서 필요한 상호연결 판의 개수를 결정한다. 이 아치의 길이는 오버패스의 폭에 의하여 주로 결정된다. 개별적인 파형주름을 가지는 상호연결된 파형 판의 제1 세트는 복수의 상응하는 굴곡 빔 칼럼을 제공한다. 각각의 파형주름이 아치를 횡단하므로 이 각각의 파형주름(21)은 베이스 아치의 구조물에서 플러스 및 마이너스 굽힘모멘트와 축방향 하중에 저항하는 굴곡 빔 칼럼으로서 기능한다.In Figure 1, one aspect of the invention is described by being used in an arched structure commonly referred to as a reentrant arch. The structures of the present invention can of course be used in a variety of corrugated arched designs, including egg-shaped, box-shaped culverts, round culverts, elliptical culverts, and the like. This structure 10 has a span indicated by line 12 and a height indicated by line 14. The cross-sectional shape of the arch, in conjunction with the height dimension and span dimension, forms a clearance envelope for the arch structure designed to accommodate overpass passage of pedestrians, cars, trucks, trains, and the like. Alternatively, the arch 10 can bridge a river or other type of waterway. The base 16 of this arch is installed on a suitable foundation in accordance with standard arch construction techniques. This arch 10 is constructed by interconnecting a first set of corrugated steel sheets, indicated at 18, the junction of which is defined by a dashed line 20. The first set of interconnected plates form a base arch that provides a predetermined cross-sectional span 12 and height 14. The longitudinal length of the arch is indicated by line 22, which determines the number of interconnect plates needed to provide the desired arch length. The length of this arch is mainly determined by the width of the overpass. The first set of interconnected corrugated plates having individual corrugations provide a plurality of corresponding curved beam columns. Since each corrugated corrugation crosses the arch, each corrugated corrugation 21 functions as a curved beam column that resists plus and minus bending moments and axial loads in the structure of the base arch.
도 3에 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 이 판은 아치의 세로길이(22)를 가로질러 뻗어있는 산부와 골부를 가지고 있는 한정된 두께의 파형금속, 바람직하게는 강철로 이루어진다. 본 발명에 다양한 일면에 따라서, 금속 내장형 콘크리트 스티프너는 판의 제1 세트의 상단에 제2 판의 시리즈를 위치시키므로써 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 본 발명의 장점을 실현하기 위해서, 복합 콘크리트/금속 스티프너는 제1 판과 제2 판 사이에 콘크리트를 내재시키므로써 형성되어야만 한다. 제2 판의 시리즈에 대한 다양한 변경 형상이 도면에 도시된다.As shown in more detail in FIG. 3, the plate consists of a corrugated metal of limited thickness, preferably steel, having a ridge and valleys extending across the longitudinal length 22 of the arch. According to various aspects of the present invention, a metal embedded concrete stiffener can be formed in a variety of ways by placing a series of second plates on top of a first set of plates. In order to realize the advantages of the present invention, a composite concrete / metal stiffener must be formed by embedding concrete between the first and second plates. Various modified shapes for the series of second plates are shown in the figures.
제1 실시예에서, 판의 시리즈는 아치의 횡단방향 및 길이방향 양자 모두에 있어서 연속적으로 뻗어있는 파형 판의 제2 세트로서 제공된다. 파형 강철판의 제2 세트(24)는 판의 제1 세트(18)에 중첩되는 방식으로 상호연결된다. 판의 제2 세트는 아치의 세로길이(22)를 가로질러 뻗어있는 산부 및 골부를 갖춘 한정된 두께를 각각 가지고 있다. 판의 제2 세트의 골부는 판의 제1 세트의 산부에 고정된다. 본 특정 실시예에 따라서, 판의 제2 세트는 26에서 종결되며 선 28은 상호연결된 판의 제2 세트의 접합을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 판의 제2 세트는 베이스 구조물의 굴곡 빔 칼럼을 위한 적절한 스티프너를 제공함에 있어서 아치 설계 요구에 따라 아치의 전체 횡단면 또는 아치의 주요부위에 걸쳐서 뻗어있다. 판의 제2 세트는 하중을 지지하기 위한 유효 아치길이에 걸쳐서 뻗어있다. 오버버든을 제공함에 있어서, 오버버든의 측부의 형상 또는 정지각도에 따라서, 베이스 아치의 일부는 오버버든을 넘어서 뻗어있을 수 있어서 어떠한 하중도 지지하지 않기 때문에 베이스 아치의 상단 및/또는 히프부분의 구역에서 판의 제2 세트를 필요로 하지 않는다.In a first embodiment, the series of plates is provided as a second set of corrugated plates that extend continuously in both the transverse and longitudinal directions of the arch. The second set 24 of corrugated steel sheets is interconnected in a manner that overlaps the first set 18 of plates. The second set of plates has a finite thickness, each with a ridge and valleys extending across the longitudinal length 22 of the arch. The valleys of the second set of plates are fixed to the peaks of the first set of plates. According to this particular embodiment, the second set of plates terminates at 26 and line 28 represents the joining of the second set of interconnected plates. As shown in FIG. 2, the second set of plates extends over the entire cross section of the arch or the major portion of the arch, depending on the arch design requirements in providing a suitable stiffener for the curved beam column of the base structure. The second set of plates extends over an effective arch length for supporting the load. In providing an overburden, depending on the shape or angle of stop of the side of the overburden, a portion of the base arch may extend beyond the overburden and thus do not support any load so that the area of the top and / or bottom of the base arch Does not require a second set of plates.
이어지는 도면에 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 아치의 각각의 히프구역에 대한 종결부분(26)으로부터 뻗어있는, 본 실시예에서 제2 판의 산부와 제1 판의 골부 사이에 형성되는 공동은 적절한 플러그(30)로 각각의 공동의 개방단부를 막으므로써 충전된다. 구멍(32)은 그 후 화살표 34로 나타낸 바와 같이 포위된 공동 내로 콘크리트의 주입을 허용하도록 상단판의 산부에 형성된다. 복수의 구멍(32)은 공동을 충전하여 공동 내의 어떤 공간의 형성을 방지하도록 콘크리트의 주입을 용이하게 하기 위해서 공동을 따라서 제공될 수 있어서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 콘크리트 강철 인터페이스가 제공된다. 일단 공동이 콘크리트로 충전되면, 개구(32)는 선택적으로 적절한 플러그(36)로 막히게 된다.As shown in more detail in the figures that follow, the cavity formed between the peak of the second plate and the valley of the first plate in this embodiment, which extends from the end portion 26 for each bottom region of the arch, is suitable. The plug 30 is filled by blocking the open end of each cavity. A hole 32 is then formed in the ridge of the top plate to allow the injection of concrete into the enclosed cavity as indicated by arrow 34. A plurality of holes 32 may be provided along the cavity to facilitate the injection of concrete to fill the cavity to prevent the formation of any space in the cavity, so that the concrete steel interface, as shown in FIGS. 3 and 4. Is provided. Once the cavity is filled with concrete, the opening 32 is optionally plugged with a suitable plug 36.
도 2에 도시된 바와 같이, 아치(10)는 원호 38에 의하여 형성되는 상단부분 및 원호 40에 의하여 형성되는 대향 히프부분을 가지는 요각 아치 설계로 이루어진다. 판의 제1 세트(18)는 제1 단부(44)의 적절한 기초(42)로부터 기초(48)에 제공되는 제2 단부(46)까지 뻗어있는 베이스 아치를 형성한다. 판의 제2 세트(24)는 상단부분(38) 상에서 그리고 히프부분의 일부 상에서 연속적으로 뻗어있다. 본 발명에 따라서, 판의 제2 세트(24)는 지하도 표면(50) 위의 대부분의 히프부분에 걸쳐서 뻗어있다. 그렇지만 판의 제2 세트는 아치의 베이스부위(44, 46)로 뻗어있을 수 있으며 또는 플러스 및 마이너스 굽힘모멘트와 축방향 하중에 저항하기 위한 설계 요구에 따라서 히프부분 바로 안으로 뻗어있을 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 선 20은 판의 제1 세트의 연결구역을 나타내고 그리고 선 28은 판의 제2 세트의 상호연결을 나타낸다.As shown in FIG. 2, the arch 10 consists of a reentrant arch design having a top portion formed by arc 38 and an opposing bottom portion formed by arc 40. The first set of plates 18 forms a base arch that extends from a suitable foundation 42 of the first end 44 to a second end 46 provided in the foundation 48. The second set of plates 24 extends continuously on top 38 and on a portion of the bottom. According to the present invention, the second set of plates 24 extends over most of the hips above the underpass surface 50. However, the second set of plates may extend into the base portions 44 and 46 of the arch or may extend directly into the hips according to design requirements to resist plus and minus bending moments and axial loads. As shown in FIG. 2, line 20 represents the connection zone of the first set of plates and line 28 represents the interconnection of the second set of plates.
차도가 아치구조물을 통하여 제공되는 경우, 이 차도(50)는 표준의 차도 상세에 따라서 건설된다. 기초(42, 48)는 탄탄하게 돋운 흙(52) 위에 위치된다. 탄탄하게 돋운 흙 위에는 탄탄한 입상층(54)이 있다. 차도(50)는 보강 콘크리트 및/또는 탄탄한 아스팔트(56)의 층이다. 스팬(12) 및 높이(14)는 물론 지정된 차량 통행, 수로 등이 아치(10) 아래로 통과하기에 충분한 클리어런스 인벨롭을 형성하도록 선택된다.If a driveway is provided through the arch structure, this driveway 50 is constructed in accordance with standard driveway details. Foundations 42 and 48 are located on firmly raised soil 52. There is a solid granular layer 54 on the firmly sprouted soil. Driveway 50 is a layer of reinforced concrete and / or firm asphalt 56. Span 12 and height 14 as well as selected vehicle passages, waterways, etc., are selected to form a clearance envelope sufficient to pass under arch 10.
아치(10) 위에서, 이 영역은 구역(60)의 비교적 작은 오버버든을 가지는 탄탄하게 돋운 흙(58)으로 되메워진다. 도 17에 도시된 바와 같이, 큰 스팬의 강철 구조물과 함께, 콘크리트 경감슬래브 등은 오버패스 표면(62) 상의 차량 통행과 같은 무거운 동하중을 강철 아치(10)와 함께 지지하도록 위치된다. 본 발명의 구조물과 함께, 상단부분(38)의 상단에서의 그러한 경감슬래브 또는 콘크리트 보강재의 다른 형태는, 도 18에 도시된 바와 같이, 필요하지 않으며 여기에서 오버버든(60)의 최소량은 요구되지 않는다. 어프로치(64)의 경사가 상당히 감소되기 때문에 이것은 오버패스 표면(62)을 설계함에 있어서 상당히 유익하다. 이 오버패스 표면(62)은 통상의 방식으로 건설되며 여기에서 부분(66)은 통상의 입상 재료의 탄탄한 층과 콘크리트 및/또는 아스팔트의 상부층을 가지고 있다. 본 발명에 따라서, 분리된 수용 공동에 의하여 형성되는, 원주방향으로 횡단하여 뻗어있는 연속 굴곡 스티프너를 제공하므로써, 그러한 구조물은 오버패스(62) 상의 무거운 차량 통행 동하중을 쉽게 지지하는 보강된 아치를 제공한다. 제1 판과 제2 판 사이에 형성되는 분리 공동 내의 금속 내재 콘크리트는 아치구조물 상에 부과되는 굽힘 및 축방향 하중에 저항하도록 통합된 설계의 복합 아치구조물을 제공한다.Above the arch 10, this area is backfilled with firmly raised soil 58 with a relatively small overburden of the zone 60. As shown in FIG. 17, with a large span of steel structure, a concrete relief slab or the like is positioned to support heavy dynamic loads such as vehicle traffic on the overpass surface 62 with the steel arch 10. With the structure of the invention, other forms of such relief slab or concrete reinforcement at the top of the upper portion 38 are not necessary, as shown in FIG. 18, where no minimum amount of overburden 60 is required. Do not. This is quite beneficial in designing the overpass surface 62 because the inclination of the approach 64 is significantly reduced. This overpass surface 62 is constructed in a conventional manner, where the portion 66 has a solid layer of conventional granular material and a top layer of concrete and / or asphalt. In accordance with the present invention, by providing a circumferentially extending continuous flexure stiffener formed by a separate receiving cavity, such a structure provides a reinforced arch that easily supports heavy vehicle traffic dynamic loads on the overpass 62. do. The metal embedded concrete in the separation cavity formed between the first and second plates provides a composite arch structure of integrated design to resist bending and axial loads imposed on the arch structure.
본 발명의 복합 보강 스티프너는 중첩된 판의 제1 및 제2 세트(18, 24)에 의하여 형성되는 수용 공동 내에 제공된다. 도 3의 단면3-3에 도시된 바와 같이, 제1 세트의 파형 강철판은 제2 판의 산부(70)에 대항하여 골부(68)를 형성한다. 본 특정 실시예에 따라서, 제1 및 제2 파형판은 제1 및 제2 판(18, 24)에 대하여 동일한 사인곡선 형상의 파형을 가지고 있다. 제1 및 제2 판은 상호연결되며 여기에서 제1 판의 산부(72)의 꼭지점은 제2 판의 골부(74)의 꼭지점과 접촉한다. 이 판은 다양한 타입의 파스너에 의하여 이 구역에 고정된다. 바람직하게 제1 및 제2 판의 정렬된 개구를 통하여 뻗어있는 볼트(76)는 적절한 너트(78)에 의하여 고정된다. 공동(80)은, 제1 판의 내부표면(82)과 제2 판의 내부표면(84)에 의하여 형성되며, 아치를 횡단하는 연속 방식으로 제2 판의 종결단부(26)로부터 뻗어있다. 콘크리트(86)는 각각의 판 벽(90, 92)의 내부표면(82, 84)과 콘트리트(86)의 접합면에서 복합 인터페이스(88)를 형성하도록 공동(80)을 충전한다. 아치구조물에 하중이 걸릴 때, 금속판(90, 92)과 콘크리트(86) 사이에서, 금속/콘크리트 인터페이스는 인터페이스(88)에 시어 본드를 제공하는 제1 및 제2 판의 내부표면(82, 84)에 제공된 장치(94)로 인하여 복합 보강부재로 작용한다. 이 장치(94)의 전단 저항은 아치 다리(10)의 설계 요구에 따라서 선택된다. 시어 커넥터 장치(94)는 인터페이스(88)에서 전단력에 저항하기 위해서 판(90, 92)과 일체이거나 또는 판(90, 92)에 고정된다. 도 3의 특정 실시예에 따라서, 시어 커넥터 장치(94)는 내부표면(82, 84)에 고정된 각각의 스터드(96)이다. 본 특정 실시예에서, 스터드(96)는 판의 제2 세트의 산부(70)의 꼭지점(100)과 골부(68)의 꼭지점(98)에 고정된다. 시어 본드 커넥터의 그러한 위치는 전단응력이 굽힘시 최대가 되는 스티프너의 가장 바깥쪽과 가장 안쪽의 파이버에 시어 본드를 제공하므로써 굴곡 빔의 강도를 강화시킨다.The composite reinforcement stiffeners of the present invention are provided in receiving cavities formed by the first and second sets of overlapping plates 18, 24. As shown in section 3-3 of FIG. 3, the first set of corrugated steel sheets forms a valley 68 against the ridge 70 of the second plate. According to this particular embodiment, the first and second corrugated plates have the same sinusoidal waveform with respect to the first and second plates 18, 24. The first and second plates are interconnected where the vertices of the peaks 72 of the first plate are in contact with the vertices of the valleys 74 of the second plate. This plate is fixed in this area by various types of fasteners. The bolts 76, which preferably extend through the aligned openings of the first and second plates, are secured by suitable nuts 78. The cavity 80 is formed by the inner surface 82 of the first plate and the inner surface 84 of the second plate and extends from the end 26 of the second plate in a continuous manner across the arch. Concrete 86 fills cavity 80 to form composite interface 88 at the joint surface of concrete 86 and the inner surfaces 82, 84 of each plate wall 90, 92. When the arch is loaded, between the metal plates 90, 92 and the concrete 86, the metal / concrete interface provides an inner surface 82, 84 of the first and second plates that provide a shear bond to the interface 88. It acts as a composite reinforcing member due to the device 94 provided in FIG. The shear resistance of this device 94 is selected according to the design requirements of the arch bridge 10. Shear connector device 94 is integral with or is secured to plates 90, 92 to resist shear forces at interface 88. According to the particular embodiment of FIG. 3, the sheer connector device 94 is a respective stud 96 secured to the inner surfaces 82, 84. In this particular embodiment, the studs 96 are secured to the vertices 100 of the ridges 70 and the vertices 98 of the valleys 68 of the second set of plates. Such a position of the sheer bond connector enhances the strength of the bend beam by providing sheer bonds to the outermost and innermost fibers of the stiffeners where the shear stress is maximum at bending.
각각 인접한 굴곡 스티프너의 보강 특성은 도 4에 상세하게 도시된다. 제1 및 제2 판(18, 20)은 시어 커넥터(96)에 의하여 복합 콘크리트/강철 부재를 제공하도록 콘크리트(86)의 연속적인 포위 형상을 형성한다. 시어 커넥터(96)는, 하중이 아치구조물에 적용될 때 콘크리트와 강철이 일체적으로 작용되는 복합 인터페이스(88)를 확보하게 한다. 이러한 설계로, 본 발명에 따라서, 아치의 보강 스티프너는 무거운 차량 통행 하중과 같이 위쪽의 하중을 이동시키므로써 야기되는 아치의 플러스 및 마이너스 굽힘모멘트 양자 모두에 저항할 수 있다. 다른 설계는 구조물에 상당한 플러스 및 마이너스 굽힘저항을 제공할 수 없다. 다른 설계는 플러스 및 마이너스 굽힘저항을 감소시키거나 또는 제공하도록 구조물 상에서 경감슬래브 또는 강철 보강 바를 사용할 필요가 있다. 본 발명에 따른 복합으로 인한 다른 이익은 제1 및 제2 판을 건설함에 있어서 사용되는 금속의 두께 또는 무게의 절감이 가능하다는 것이다. 강철 보다는 알루미늄 합금과 같은 금속이 판으로 사용될 수 있다. 수용된 인접 복합 강철 콘크리트 스티프너는 또한 상당히 큰 스팬을 수용할 수 있고 그리고 감소된 편차를 가지고 있으며, 가장 중요하게는, 이 스티프너는 아치 설계시 보다 적은 오버버든의 사용을 허용하여, 아치구조물의 되메움 작업시 보다 기술적일 필요가 없거나 또는 선택적으로 비교적 낮은 기울기의 되메움 재료를 수용할 수 있다. 콘크리트에 대하여 수용 공동을 형성하기 위한 방식으로 함께 연결되는 제1 및 제2 판의 설비는 구조물의 건설을 매우 용이하게 하는 한편, 건조물의 상대적인 강도를 해석함에 있어서 이어지는 예로 명백한 바와 같이, 구조물에 대한 크게 증가된 스팬을 제공한다. 공동(80) 내의 콘크리트가 복합 지지구조물로서 기능하는 것을 확실하게 하기 위해서, 도 4에 도시된 바와 같이, 이 스터드가 각각 제1 판의 골부(68)와 제2 판의 산부(70)에 각각 부착됨에 따라 시어 커넥터 스터드(96)는 서로로부터 멀리 이격된다. 더욱이, 스터드의 대향 세트는 시어 본드를 최적화시키기 위해서 콘크리트 강철 인터페이스(88)에 서로 엇갈리게 배치된다.The reinforcing characteristics of each adjacent flex stiffener are shown in detail in FIG. 4. The first and second plates 18, 20 form a continuous enveloping shape of the concrete 86 to provide the composite concrete / steel member by the sheer connector 96. Shear connector 96 allows a composite interface 88 to act integrally with the concrete when steel is applied to the arch structure. With this design, according to the present invention, the reinforcement stiffeners of the arch can resist both the positive and negative bending moments of the arch caused by moving the load above it, such as heavy vehicle traffic load. Other designs cannot provide significant plus and minus bending resistance to the structure. Other designs require the use of lightened slabs or steel reinforcement bars on the structure to reduce or provide positive and negative bending resistance. Another benefit of the composite according to the invention is that it is possible to reduce the thickness or weight of the metal used in constructing the first and second plates. Metals such as aluminum alloys may be used as the plates rather than steel. The adjoining adjacent composite steel concrete stiffeners can also accommodate significantly larger spans and have reduced deviations, and most importantly, the stiffeners allow less use of overburden in arch design, thus refilling the arch structures. It may not need to be more technical in operation or may optionally accommodate a relatively low gradient backfill material. The installation of the first and second plates, which are connected together in such a way as to form a receiving cavity for concrete, greatly facilitates the construction of the structure, while in the analysis of the relative strength of the building, as is clear from the following examples, Provide a greatly increased span. In order to ensure that the concrete in the cavity 80 functions as a composite support structure, as shown in FIG. 4, these studs are respectively applied to the valleys 68 of the first plate and the peaks 70 of the second plate, respectively. As attached, the sheer connector studs 96 are spaced away from each other. Moreover, opposing sets of studs are staggered from each other at the concrete steel interface 88 to optimize the sheer bond.
도 5에 도시된 바와 같이, 커넥터 스터드(96)에 대한 변경 배열이 제공된다. 골부(68)는 아래쪽으로 경사진 측부(102)를 가지고 있고 그리고 산부(70)는 위쪽으로 경사진 측부(104)를 가지고 있다. 시어 커넥터 스터드(96)는 그 후 공동(80) 내의 커넥터 스터드의 개수를 증가시키기 위해서 골부의 아래쪽으로 경사진 측부 및 산부의 위쪽으로 경사진 측부 상에 위치되는 한편 동시에 공동의 횡단하여 뻗어있는 방향으로 소정 간격을 제공한다.As shown in FIG. 5, a modified arrangement for the connector stud 96 is provided. The valley 68 has a side portion 102 inclined downward and the ridge 70 has a side portion 104 inclined upward. Shear connector studs 96 are then located on the downwardly inclined side and the upwardly inclined side of the valley to increase the number of connector studs in the cavity 80 while at the same time extending across the cavity To provide a predetermined interval.
도 6에서, 바람직하게 기둥부위(106) 및 원형 확대 머리부위(108)를 갖춘 스터드(96)는 제1 판 강철벽(90)에 저항용접된 베이스부위(110)를 가지고 있다. 본 발명에 따라서, 저항용접물(112)은 제위치에 시어 스터드(96)를 연결함에 있어서 베이스 금속(113)의 일부를 소모한다.In FIG. 6, the stud 96, preferably with a pillar portion 106 and a circular enlarged head portion 108, has a base portion 110 that is resistance welded to the first plate steel wall 90. In accordance with the present invention, the resistance weld 112 consumes a portion of the base metal 113 in connecting the sheath studs 96 in place.
도 7은 그라우트 노즐(114)을 통하여 콘크리트(86)로 충전되는 공동(80)을 도시한다. 이 그라우트 노즐은 판(24)의 벽(92)에 고정된 커플링(116)을 가지고 있다. 이 커플링은 개구(118)를 가지고 있으며 여기에서 콘크리트는 커플링(116)에 콘크리트 펌프라인을 연결시키므로써 화살표(120)의 방향으로 공동(80) 내로 분사된다. 일단 콘크리트로 공동을 완전히 충전하면, 적절한 플러그(124)가 콘크리트의 설치를 완성하기 위해서 개구(118)를 폐쇄하도록 커플링에 나사결합된다. 충전의 목적으로 판 벽(92) 내의 개구에 잠시 연결되고 그 후 제거되는 해제가능한 커플링 및 판(92)의 개구에 고정된 마개 등을 갖춘 콘크리트 펌프라인의 단부를 개조한 것과 같은, 콘크리트로 공동을 충전시키기 위한 다른 기술이 물론 채용될 수 있다.7 shows a cavity 80 filled with concrete 86 through grout nozzle 114. This grout nozzle has a coupling 116 fixed to the wall 92 of the plate 24. This coupling has an opening 118 where concrete is sprayed into the cavity 80 in the direction of arrow 120 by connecting a concrete pumpline to the coupling 116. Once the cavity is completely filled with concrete, an appropriate plug 124 is screwed into the coupling to close the opening 118 to complete the installation of the concrete. To concrete, such as a retrofit of the end of a concrete pump line with releasable couplings and plugs fixed in the openings of the plate 92 which are briefly connected to and removed from the openings in the plate wall 92 for filling purposes. Other techniques for filling the cavities can of course be employed.
상기 설명된 바와 같이, 다양한 타입의 시어 본딩 장치가 제1 및 제2 판의 내부표면에 형성될 수 있다. 도8은 제1 판(18)의 판 벽(90) 내에 형성된 멀리 이격된 시어 본드 커넥터(126)를 도시한다. 이 내부 시어 본드 커넥터는 바람직하게 골부(98)의 꼭지점을 따라서 형성된다. 이 커넥터(126)는 판 벽(90) 내에 부착되어 피크(128)가 형성된 상태로 안쪽으로 돌출된다. 콘크리트가 공동 내에 설치됨에 따라 내측으로 돌출하는 일체로 형성된 피크(128)는 판의 내부표면(82)과 함께 필수적인 시어 본드를 제공한다. 마찬가지로, 도 9의 변경 실시예에 있어서, 제1 판(18)의 내부표면(82) 상에는 복수의 융기부(130)가 형성된다. 이 융기부(130)는 내부표면 내에 일체적으로 형성되어서 조립된 구조물의 공동 내로 콘크리트가 펌핑되어 세팅될 때 콘크리트와 함께 시어 본드를 제공하기에 충분한 높이이다.As described above, various types of sheer bonding devices may be formed on the inner surfaces of the first and second plates. FIG. 8 shows a far spaced sheer bond connector 126 formed in the plate wall 90 of the first plate 18. This inner sheer bond connector is preferably formed along the vertex of the valley 98. The connector 126 is attached in the plate wall 90 and protrudes inward with the peak 128 formed. As concrete is installed in the cavity, the integrally formed peak 128, which protrudes inwards, together with the inner surface 82 of the plate provides the necessary sheer bond. Similarly, in the alternative embodiment of FIG. 9, a plurality of ridges 130 are formed on the inner surface 82 of the first plate 18. The ridge 130 is integrally formed within the inner surface and is high enough to provide a sheer bond with the concrete when the concrete is pumped and set into the cavity of the assembled structure.
도 10, 11 및 12는 아치의 길이방향에서 굴곡 빔에 대한 다양한 간격을 제공하기 위한 제1 및 제2 판의 변경적인 배열을 도시한다. 도 10에서 아치의 베이스는 복수의 상호연결된 판(18)에 의해 제공된다. 아치의 베이스를 따른 선택된 위치에서, 제2 판(24)의 시리즈는 공동(80)을 형성함에 있어서 제2 판의 산부(70)의 맞은 편에 골부(68)가 위치되도록 연결된다. 판의 제2 시리즈(24)에서 하나 이상의 골부(68)를 건너뛰어 이에 따라 베이스 판(18)의 파형주름에 의하여 상호연결되는 멀리 이격된 아치 스티프너가 제공된다. 선택적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 판의 제2 시리즈(24)는 다중 산부(70)를 제공하는 다중 파형과 이에 따른 다중 공동(80)을 포함할 수 있다. 제2 판(24)의 시리즈의 각각에 있어서 하나 또는 양쪽의 다중 공동은 시어 본드 커넥터(96)와 함께 콘크리트로 충전된다. 도 10 및 도 11의 구조물로써, 굴곡 스티프너는 하중을 받아내며 여기에서 베이스 판(18)의 파형주름은 하나의 구조물을 제공하도록 이들 빔을 상호연결한다. 그러므로, 예상 또는 설계된 하중에 따라서, 빔의 간격은 완성된 구조물에서의 필연적인 플러스 및 마이너스 굽힘저항 및 축방향 하중 저항을 제공하도록 결정될 수 있다. 또한, 제2 판(24)은 3개 이상의 파형주름을 가질 수 있다. 그렇지만, 두께가 대략 3 내지 7㎜이고 폭이 75㎝인 강철판에 대하여는, 충분한 깊이와 피치를 가지는 2개 이상의 파형주름을 형성하기 어렵다. 선택적으로, 알루미늄은 성형이 용이하므로, 폭이 120㎝인 알루미늄 판이 사용된다면, 적어도 3개 및 4개까지의 파형주름을 제공할 수 있다.10, 11 and 12 illustrate alternative arrangements of the first and second plates to provide various spacings for the curved beam in the longitudinal direction of the arch. In FIG. 10 the base of the arch is provided by a plurality of interconnected plates 18. In selected locations along the base of the arch, the series of second plates 24 are connected such that the valleys 68 are positioned opposite the ridges 70 of the second plate in forming the cavity 80. A second spaced arch stiffener is provided that skips one or more valleys 68 in the second series of plates 24 and is thus interconnected by the corrugation of the base plate 18. Optionally, as shown in FIG. 11, the second series of plates 24 may include multiple waveforms providing multiple peaks 70 and thus multiple cavities 80. In each of the series of second plates 24 one or both multiple cavities are filled with concrete with sheer bond connectors 96. With the structures of FIGS. 10 and 11, the flexure stiffeners take the loads, where the corrugations of the base plate 18 interconnect these beams to provide one structure. Therefore, depending on the expected or designed load, the spacing of the beams can be determined to provide the necessary plus and minus bending resistance and axial load resistance in the finished structure. In addition, the second plate 24 may have three or more corrugations. However, for steel plates having a thickness of approximately 3 to 7 mm and a width of 75 cm, it is difficult to form two or more corrugated wrinkles having a sufficient depth and pitch. Optionally, aluminum is easy to mold, so if an aluminum plate of 120 cm width is used, it can provide at least three and four corrugations.
도 12의 실시예에 있어서, 제2 판(24)의 시리즈는 베이스 판(18)을 가로질러 연속적으로 제공된다. 판의 세트는 볼트(76)에 의하여 상호연결되며 일부 위치에서 4장까지의 판이 상호연결된다. 이것이 조립을 복잡하게 하긴 하지만, 되메움 동안 구조물을 지지하거나 또는 중첩하중을 지지할 때, 콘크리트로 충전된 대향하는 제1 및 제2 파형판의 모든 인접 공동을 가지는 최종적인 구조물은 아치의 플러스 및 마이너스 굽힘 및 축방향 하중에 대한 저항에 최적화된 매우 튼튼한 구조물을 제공한다. 도 10 및 도 11에 관하여 설명된 구조물에 있어서의 장점 중 하나는, 상호연결된 제2 판의 시리즈가 중첩되지 않아 도 12의 실시예와 같이 4장까지의 판이 상호연결되어야만 하는 상황을 회피할 수 있다는 것이다.In the embodiment of FIG. 12, a series of second plates 24 is provided continuously across the base plate 18. The set of plates is interconnected by bolts 76 and up to four plates in some locations are interconnected. Although this complicates the assembly, when supporting the structure during backfilling or supporting overlapping loads, the final structure, having all adjacent cavities of the opposing first and second corrugated plates filled with concrete, has the positive and Provides a very robust structure that is optimized for resistance to negative bending and axial loads. One of the advantages of the structure described with respect to FIGS. 10 and 11 is that the series of interconnected second plates does not overlap so that up to four plates must be interconnected as in the embodiment of FIG. 12. Is there.
도 13 및 도 14는 서로에 대하여 제1 및 제2 판에서의 파형주름의 피치를 변화시킨 변경 실시예를 도시한다. 도 13에 있어서, 제2 판(24)은 사인곡선의 파형에 대한 피치를 가지며 여기에서 산부(70)는 제1 판(18)의 골부(68) 간격의 ½만큼 이격된다. 이러한 배열은, 단위폭 당 보다 많은 개수의 파형주름을 가지는 제2 판보다 두꺼운 재료로 이루어지는 제1 판에서의 보다 적은 개수의 파형주름을 위하여 제공된다. 시어 본드 커넥터(96)는 베이스 아치구조물을 보강하기 위하여 굴곡 빔 스티프너를 형성하도록 도시된 방식으로 공동(80) 내에 제공된다.13 and 14 show a modified embodiment in which the pitch of the corrugated wrinkles in the first and second plates is changed with respect to each other. In FIG. 13, the second plate 24 has a pitch for a sinusoidal waveform where the peaks 70 are spaced ½ of the spacing of the valleys 68 of the first plate 18. This arrangement is provided for the smaller number of corrugations in the first plate made of a thicker material than the second plate having a larger number of corrugations per unit width. Shear bond connector 96 is provided in cavity 80 in the manner shown to form a flexural beam stiffener to reinforce the base arch.
선택적으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 제2 판(24)은 제1 판(18)보다 적은 개수의 파형주름을 가진다. 본질적으로, 도 14는 볼트(76) 사이의 거리로 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 판 양쪽 모두에 대하여 피치만이 증가된, 도 13의 단면도를 역으로 도시한 것이다. 도 13의 실시예와 같이, 스터드(96) 형상의 시어 본드 커넥터는 복합 콘크리트 금속 스티프너를 제공하도록 공동(80) 내에 제공된다.Optionally, as shown in FIG. 14, the second plate 24 has fewer corrugations than the first plate 18. In essence, FIG. 14 reversely shows the cross-sectional view of FIG. 13 with only the pitch increased for both the first and second plates, as indicated by the distance between the bolts 76. As in the embodiment of FIG. 13, a stud 96 shaped sheer bond connector is provided in cavity 80 to provide a composite concrete metal stiffener.
도 13 및 도 14에서 명백한 바와 같이, 공동(80)은 복합 금속 내장형 콘크리트 스티프너를 형성함에 있어서 다양한 단면형상을 취할 수 있다. 제2 판(24)이 다각형상의 파형주름을 가지는 또 다른 변경예가 도 15에 도시되며, 제2 판(24)이 사다리꼴, 삼각형 등의 다른 다각형상을 가질 수 있지만, 본 실시예에 있어서는 사각형상을 가진다. 또 다른 실시예에서와 같이, 시어 스터드 커넥터(96)는 베이스 아치 구조물을 보강함에 있어서 소정의 복합 콘크리트 금속 스티프너를 형성하도록 공동(80) 내에 제공된다. 도 15의 배열로써, 다각형상 파형주름을 가지는 제2 판(24)은 제1 판(18)의 산부 위에 보다 많은 양의 콘크리트가 있을 수 있게 한다.As is apparent from FIGS. 13 and 14, the cavity 80 may take a variety of cross-sectional shapes in forming a composite metal embedded concrete stiffener. Another alternative example in which the second plate 24 has a polygonal corrugation is shown in FIG. 15, and the second plate 24 may have another polygonal shape such as a trapezoid, a triangle, or the like. Has As in another embodiment, shea stud connector 96 is provided in cavity 80 to form the desired composite concrete metal stiffener in reinforcing the base arch structure. With the arrangement of FIG. 15, the second plate 24 having a polygonal corrugation can allow a greater amount of concrete on the ridge of the first plate 18.
도 16의 실시예는 제1 판(18)에 연결된 평평한 제2 판(24)을 구비하고 있다. 여기에서 평평한 판(24)은 제1 판의 산부(72)의 꼭지점에 의하여 형성된 평면에 놓여진다. 시어 스터드 커넥터(96)는 도시된 방식으로 공동(80) 내에 제공되며 여기에서 각각의 공동(80)은 충전된다. 제2 판의 시리즈에 있어서 평평한 제2 판의 사용은, 예를 들어 곡률반경이 비교적 작은 아치의 구역에서 아치를 횡단함에 있어서 평평한 제2 판(24)은 제1 판(18)의 곡률에 맞춰지기 위해서 보다 손쉽게 굴곡될 수 있게 한다.The embodiment of FIG. 16 has a flat second plate 24 connected to the first plate 18. The flat plate 24 here lies in a plane formed by the vertex of the peak 72 of the first plate. Shear stud connector 96 is provided in cavity 80 in the manner shown, where each cavity 80 is charged. The use of the flat second plate in the series of second plates is such that, for example, in crossing the arch in the region of the arch with a relatively small radius of curvature, the flat second plate 24 is adapted to the curvature of the first plate 18. To bend more easily to lose.
도 10 내지 도 16의 다양한 실시예로써, 공동 설계시의 단면형상은 매우 다양할 수 있다는 것이 명백하다. 굽힘모멘트에 저항하기 위한 복합 콘크리트 금속 스티프너의 가장 효과적인 형태를 제공함에 있어서 공동은 제1 판의 산부의 평면 위아래에서 뻗어있어 스티프너의 외부와 내부파이버 사이의 가능한 최대거리, 즉 스티프너에 대한 가장 큰 단면계수를 형성한다. 그러므로, 제1 및 제2 판에 대한 바람직한 형상은 도 10 내지 도 12에 도시된 것이며 여기에서 제2 판의 대향 산부는 제1 판의 대향 골부로부터 가장 멀리 이격되어 각각의 복합 콘크리트 금속 내장형 스티프너의 단면계수를 최소화한다.10 to 16, it is evident that the cross-sectional shape in the cavity design can vary widely. In providing the most effective form of composite concrete metal stiffeners to resist bending moments, the cavities extend above and below the flat surface of the ridges of the first plate, so that the maximum possible distance between the outer and inner fibers of the stiffeners, i.e. the largest cross section to the stiffeners. Form the coefficients. Therefore, the preferred shapes for the first and second plates are shown in FIGS. 10 to 12 where the opposite peaks of the second plate are spaced farthest away from the opposite valleys of the first plate so that the respective composite concrete metal embedded stiffeners Minimize the section modulus
스티프너를 제공함에 있어서 본 발명의 다양한 실시예로부터 놀랄만한 점은, 구조물의 스팬이 다른 타입의 스티프너를 가지는 전통적인 타입의 강철 아치구조물에 비하여 크게 증가될 수 있다는 것이다. 인터페이스에 시어 본드를 가지는 복합 콘크리트 및 금속재료의 특유의 굴곡 스티프너를 제공함에 있어서, 매우 중요한 변경이 신규한 클리어런스 인벨롭을 제공하기 위한 아치설계에 대하여 이루어진다. 표준의 아치설계가 구조물의 굽힘모멘트에 저항하기 위한 단 하나의 형상이라고 여겨지는 제한된 형상을 가지기 때문에 종래 기술의 구조물 모두는 표준의 아치설계의 변경을 허용한다. 판의 제2 시리즈가 아치의 한 쪽 베이스로부터 아치의 다른 쪽 베이스까지 뻗어있는 경우, 복합적인 축방향 및 굽힘 수용량에 있어서의 증가는 전체 아치 구조물을 통하여 연장된다. 콘크리트가 금속 내에 싸여지는 특유의 복합 굴곡 빔 칼럼은, 설계 기술자가 상이한 타입의 클리어런스 인벨롭, 최소 오버버든 및 완만한 접근경사를 제공하도록 굴곡 구조물에 대하여 특유의 형상을 제공할 수 있게 한다. 통상, 그러한 변경적인 설계는 단지 크게 보강된 콘크리트 다리 구조물을 성취할 수 있다. 그러므로 본 발명의 구조적인 특징은, 값비싼 크게 보강된 표준 콘크리트 다리 설계에 대한 대안을 제공함에 있어서, 완전히 새로운 영역의 파형금속 구성요소에 대한 표준 타입의 아치설계를 취한다.It is surprising from the various embodiments of the present invention in providing stiffeners that the span of the structure can be greatly increased compared to traditional types of steel arch structures with other types of stiffeners. In providing the unique flexure stiffeners of composite concrete and metal materials with sheer bonds at the interface, a very important change is made to the arch design to provide a novel clearance envelope. All of the prior art structures allow for modification of the standard arch design because the arch design of the standard has a limited shape that is considered to be the only shape to resist the bending moment of the structure. When the second series of plates extends from one base of the arch to the other base of the arch, the increase in the combined axial and bending capacity extends through the entire arch structure. The unique composite curved beam column in which the concrete is wrapped in metal allows the design engineer to provide unique shapes for the curved structure to provide different types of clearance envelopes, minimum overburden, and gentle access slopes. Typically, such altered designs can only achieve heavily reinforced concrete bridge structures. The structural features of the present invention therefore take a standard type of arch design for an entirely new area of corrugated metal components in providing an alternative to expensive, heavily reinforced standard concrete bridge designs.
또 다른 장점은, 아치구조물에 대한 신규한 클리어런스 인벨롭이, 아치 아래이긴 하지만 클리어런스 인벨롭의 지하도 외측의 영역, 즉 보행자, 동물 및 자건거와 같은 소형 탈것의 운행을 위한 수로, 보도, 배수로, 보조통로로써 기능하는 영역을 제공한다는 것이다. 이들 추가적인 특징을 위한 공간이 보다 비싸게 형성된 콘크리트 다리에 제공될 수 있지만, 본 발명의 금속 아치형 구조물은 상당히 낮은 가격으로 이들 특징을 성취할 수 있다.Another advantage is that the new clearance envelope for the arch structure, although under the arch but outside the underpass of the clearance envelope, canals, walkways, gutters, assists for the operation of small vehicles such as pedestrians, animals and bicyclists. It provides an area that functions as a passage. Although space for these additional features may be provided for more expensive formed concrete bridges, the metal arched structures of the present invention can achieve these features at a significantly lower cost.
이들 표준 구조물의 이어지는 구조적인 해석과 관련하여 새로운 아치구조물에 대한 도 17 및 도 18의 종래 기술의 표준 구조물의 이어지는 설명은 새로운 설계의 많은 상당한 이점을 개시한다.The following description of the prior art standard structures of FIGS. 17 and 18 for new arch structures in connection with the subsequent structural interpretation of these standard structures discloses many significant advantages of the new design.
차량 동하중과 같은 국지적인 하중은 가요성 아치구조물 내에 2가지 종류의 응력을 발생시킨다. 도 18은 국지적인 하중 하에 미국특허 제 4,390,306호의 아치 구조물(146)에 의하여 취해지는 전형적인 변형(154)을 도시한다. 구조물의 상단부(150) 상의 하향하중(148)으로 인하여, 플러스 굽힘모멘트(152)는 구조물의 상단부위에서 야기되고 그리고 마이너스 굽힘모멘트(154)는 히프부위에서 유도된다. 본 특정 설계는 슬래브(155)를 제공하므로써 플러스 굽힘모멘트를 취급하도록 시도된다. 그렇지만, 부벽(158)은 이 구조물이 그 방향으로 휘어질 수 있기 때문에 히프부위의 마이너스 굽힘응력에 저항할 수 없다. 또한 수직 동하중은 수직 축방향 하중(159)을 구조물의 기초(156)로 전달하는 구조물의 횡단 파이버를 따라 전달된다. 한정된 수직하중에 대한 구조물에 있어서 수직응력에 대한 굽힘응력의 비율은 오버버든의 두께에 따라서 변화한다. 일반적으로, 오버버든이 얇아질수록 동하중이 아치구조물의 표면에 도달할 때 더욱더 국지적으로 되어, 지붕에서 야기되는 변형은 더욱더 커지고, 그리고 구조물 내의 굽힘응력은 더욱더 커진다.Local loads, such as vehicle dynamic loads, create two types of stresses within the flexible arch structure. 18 shows a typical variant 154 taken by the arch structure 146 of US Pat. No. 4,390,306 under local load. Due to the downward load 148 on the top 150 of the structure, a positive bending moment 152 is caused at the top of the structure and a negative bending moment 154 is induced at the hip. This particular design attempts to handle the positive bending moment by providing the slab 155. However, the subwall 158 cannot resist the negative bending stress of the bottom portion because the structure can bend in that direction. Vertical dynamic loads are also transmitted along the transverse fiber of the structure, which transmits the vertical axial load 159 to the foundation 156 of the structure. For structures with limited vertical loads, the ratio of bending stress to vertical stress varies with the thickness of the overburden. In general, the thinner the overburden, the more local the dynamic load is when reaching the surface of the arch, the greater the deformations caused by the roof, and the greater the bending stress in the structure.
도 17의 표준 가요성 파형금속 아치(132)는 굽힘응력에 저항함에 있어서 특히 약하다. 전통적인 설계는 구조물 상의 국지적인 동하중(134)을 가능한 한 분산시키도록 노력하므로써 구조물 내의 굽힘의 양을 제한한다. 가장 분명한 방법은 오버버든 흙(136)의 두께를 증가시키는 것이다. 오버버든 흙에 작용하는 점하중은 도 13에 점으로 도시된 바와 같이 응력 분산 인벨롭(138)과 일치하여 흙의 두께에 걸쳐서 분산된다. 하중이 금속 아치 셸의 상단표면(140)에 도달할 때, 이것은 셸 표면의 넓은 영역에 걸쳐 작용되는 하중이 된다. 그러므로 구조물에서의 주응력은 굽힘응력보다는 축방향응력이 된다. 전통적인 매립식 가요성 아치 설계에 있어서는, 표준 최소 오버버든 커버가 제공되어야만 한다. 오버버든의 두께가 제한되어 최소 요구값보다 작은 경우에, 응력 경감슬래브(142)는 구조물의 위쪽과 바깥쪽에서 응력 분산 인벨롭(144)을 더 연장시키도록 제공되어야만 한다. 응력 경감슬래브(142)는 표면(135) 또는 표면과 아치 사이의 일정 위치에서 아치(132)의 상단에 위치될 수 있다. 슬래브(142)가 아치의 상단에 가깝게 위치됨에 따라, 응력 분산 인벨롭 형상은 물론 변화된다. 여하튼간에, 본 발명의 스티프너 설계에 사용되는 콘크리트의 양은 경감슬래브에 사용되어야만 하는 양보다 상당히 적다.The standard flexible corrugated metal arch 132 of FIG. 17 is particularly weak in resisting bending stress. Traditional designs limit the amount of bending in the structure by trying to disperse the local dynamic load 134 on the structure as much as possible. The most obvious way is to increase the thickness of the overburden soil 136. The point loads acting on the overburden soil are distributed over the thickness of the soil in line with the stress dispersion envelope 138 as shown by the points in FIG. 13. When the load reaches the top surface 140 of the metal arch shell, it becomes a load applied over a large area of the shell surface. Therefore, the main stress in the structure is axial stress rather than bending stress. In traditional buried flexible arch designs, a standard minimum overburden cover must be provided. If the thickness of the overburden is limited and smaller than the minimum required value, the stress relief slab 142 must be provided to further extend the stress distribution envelope 144 above and outside the structure. The stress relief slab 142 may be located on top of the arch 132 at a surface 135 or at a location between the surface and the arch. As the slab 142 is located close to the top of the arch, the stress distribution envelope shape is of course changed. In any case, the amount of concrete used in the stiffener design of the present invention is considerably less than the amount that must be used for the relief slab.
이어지는 토목공사 해석은 본 발명의 설계로부터 유도되는 놀랄만한 장점을 개시한다. 도 1 및 도 4에 도시된 타입의 복합 콘크리트 보강식 파형금속 아치형 구조물이 설계된다. 파형금속판의 제1 세트는 스팬이 19.185m이고 기초로부터의 높이가 8.708m인 요각 베이스 아치 외형을 갖춘 3ga 두께의 강철로 만들어진다. 3ga 두께의 강철로 만들어진 파형금속판의 제2 시리즈는 베이스 아치의 상호연결된 판의 제1 세트를 중첩시키는 방식으로 상호연결된다. 판의 제2 시리즈는 도 11에 도시된 바와 같이, 판의 제2 시리즈의 파형의 골부가 판의 제1 세트의 산부에 고정되는 상태로 아치의 세로길이를 가로질러 뻗어있는 2개의 파형을 갖춘 세그먼트로 설치된다.The following civil engineering analysis discloses surprising advantages derived from the design of the present invention. A composite concrete reinforced corrugated metal arched structure of the type shown in FIGS. 1 and 4 is designed. The first set of corrugated metal plates is made of 3ga thick steel with a revolving base arch shape with a span of 19.185m and a height of 8.708m from the foundation. A second series of corrugated metal plates made of 3ga thick steel are interconnected in a manner that overlaps a first set of interconnected plates of the base arch. The second series of plates has two corrugations extending across the longitudinal length of the arch, with the valleys of the corrugations of the second series of plates fixed to the ridges of the first set of plates, as shown in FIG. Installed into segments.
아연 코팅 이전에, 도 6에 도시된 바와 같은 시어 스터드가 파형금속판의 제1 및 제2 세트에 저항용접으로 부착된다. 이 시어 스터드는 중심에서 800㎜ 이격되어 길이가 40㎜에 직경이 12㎜이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 시어 스터드는 제1 판과 제2 판 사이에서 엇갈리게 배치된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 그라우트 노즐은 판의 제2 세트의 상단에 제공된다. 콘크리트는 공동의 단부가 막힌 후에 그라우트 노즐을 통하여 공동 내로 도입되어 25MPa의 압축강도로 충전된다.Prior to the zinc coating, the sheer studs as shown in FIG. 6 were attached by resistance welding to the first and second sets of corrugated metal plates. This shea stud is 800 mm from the center, 40 mm long and 12 mm in diameter. As shown in FIG. 4, the shear studs are staggered between the first and second plates. As shown in FIG. 7, a grout nozzle is provided on top of the second set of plates. Concrete is introduced into the cavity through the grout nozzle after the end of the cavity is blocked and filled with 25 MPa compressive strength.
현장조건이 본 구조물에 대하여 1.13m의 커버높이를 요구하는 것에 반하여 현대의 다리 설계기준은 비-복합 급속 아치구조물로써 3.82m의 최소 커버높이를 요구한다. 1.13m의 커버높이를 성취하기 위해서, 비-복합 금속 아치구조물은 판의 제1 세트에 대하여 1ga 두께의 강철을, 그리고 보강판의 제2 세트에 대하여 1ga 두께의 강철을 사용할 것이 요구된다. 비-복합 금속아치는 콘크리트로 충전되는 공간을 가지고 있지 않으며 시어 스터드도 가지고 있지 않다. 그렇지만 이 비-복합 금속아치는 도로 표면에 설치된 구조물의 전체길이에 걸쳐 뻗어있는 폭이 20m에 두께가 300㎜인 콘크리트 경감슬래브를 필요로 한다. 본 발명의 복합 콘크리트 보강 구조물은 상기 종래기술의 구조물의 상기 문제점 없이 오버버든의 상대적으로 낮은 최소값에 대한 설계요구를 충족시킨다.Whereas site conditions require a cover height of 1.13m for this structure, modern bridge design standards require a minimum cover height of 3.82m as a non-compound rapid arch structure. In order to achieve a cover height of 1.13 m, non-composite metal arch structures are required to use 1 g thick steel for the first set of plates and 1 g thick steel for the second set of reinforcement plates. Non-composite metal arches do not have concrete-filled spaces and do not have shear studs. However, this non-composite metal arch requires a concrete relief slab with a width of 20 meters and a thickness of 300 mm, which extends over the entire length of the structure installed on the road surface. The composite concrete reinforcement structure of the present invention satisfies the design requirements for the relatively low minimum of overburden without the above problems of the prior art structures.
복합 콘크리트 보강 파형금속 아치구조물은 재료 및 설치비용 양자 모두에 있어서 상당한 절감을 가능하게 한다. 스터드를 갖춘 3 ga 두께의 강철 가격은 시어 스터드를 제외한 1ga 두께의 강철가격보다 상당히 싸다. 더욱이, 공간을 충전하기 위한 콘크리트의 양은 경감슬래브를 건설하기 위해서 사용되는 콘크리트의 양보다 상당히 적다. 콘크리트 경감슬래브와 함께 비 보강식 파형금속 아치구조물의 가격은 본 발명의 복합 구조물의 가격보다 적어도 20% 많다.Composite concrete reinforced corrugated metal arch structures allow significant savings in both materials and installation costs. 3 ga thick steel with studs is considerably cheaper than 1 ga thick steel with the exception of shear studs. Moreover, the amount of concrete to fill the space is considerably less than the amount of concrete used to build the relief slab. The price of the non-reinforced corrugated metal arch structures with the concrete relief slab is at least 20% more than the price of the composite structure of the present invention.
본 발명은 상단 및 히프부위에서 아치구조물 자체의 굽힘모멘트 수용량을 증가시키므로써 얕은 커버를 갖춘 아치구조물 상의 동하중과 관련된 문제를 극복한다. 구조물에 걸쳐서 연속적인 굴곡 스티프너의 설비는 이 구조물이 플러스 및 마이너스 굽힘모멘트에 저항하도록 한다. 더욱이, 구조물의 설치단계 동안에, 측부에 작용하는 지압으로 인하여 상단부위가 뾰족해지는 것이 가능하다. 이러한 상황에서는, 본 발명의 복합 콘크리트/금속 아치구조물이 균일하게 저항할 수 있는 구조물의 상단부위에서 마이너스 굽힘이 발생된다. 이것은 주로 제한된 플러스 모멘트 저항에 대하여만 설계되어 추가적인 정교한 보강수단이 없이는 마이너스 모멘트에 저항할 수 없는 종래기술에 비하여 상당한 장점을 나타낸다. 나아가서, 복합 굽힘 및 축방향 하중에 영향받는 굴곡 빔 칼럼의 굽힘 모멘트 수용량을 증가시키므로써, 칼럼의 복합 굽힘 및 축방향 하중 수용량도 또한 증가된다.The present invention overcomes the problems associated with dynamic loads on arch structures with shallow covers by increasing the bending moment capacity of the arch structures themselves at the top and bottom portions. The installation of continuous flex stiffeners throughout the structure allows the structure to resist positive and negative bending moments. Moreover, during the installation phase of the structure, it is possible for the upper end to be sharpened due to the acupressure acting on the sides. In this situation, negative bending occurs at the top of the structure where the composite concrete / metal arch structure of the present invention may be uniformly resistant. This is a significant advantage over the prior art, which is designed primarily for limited positive moment resistance and cannot withstand negative moments without additional sophisticated reinforcement. Furthermore, by increasing the bending moment capacity of the flex beam column affected by the compound bending and axial load, the compound bending and axial load capacity of the column is also increased.
본 발명의 바람직한 실시예가 여기에 상세하게 설명되었지만, 본 발명의 사상 또는 첨부된 청구항의 범위로부터 벗어남 없이도 종래 기술의 기술자에 의하여 변경이 이루어질 수 있다.While the preferred embodiments of the invention have been described in detail herein, modifications can be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the invention or the scope of the appended claims.
Claims (23)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019980710198A KR100631760B1 (en) | 1996-06-12 | 1997-06-11 | Composite concrete metal encased stiffeners for metal plate arch-type structures |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/662,070 | 1996-06-12 | ||
| US8/662,070 | 1996-06-12 | ||
| KR1019980710198A KR100631760B1 (en) | 1996-06-12 | 1997-06-11 | Composite concrete metal encased stiffeners for metal plate arch-type structures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20000016602A true KR20000016602A (en) | 2000-03-25 |
| KR100631760B1 KR100631760B1 (en) | 2006-11-30 |
Family
ID=41753239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019980710198A KR100631760B1 (en) | 1996-06-12 | 1997-06-11 | Composite concrete metal encased stiffeners for metal plate arch-type structures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100631760B1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030053637A (en) * | 2001-12-22 | 2003-07-02 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Structures and reinforcement method of corrugated steel plate using T-shaped beam |
| CN108978430A (en) * | 2018-09-18 | 2018-12-11 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | A kind of temporary bridge for construction and method |
| CN109681234A (en) * | 2019-01-31 | 2019-04-26 | 沈阳建筑大学 | A kind of metro shield section of jurisdiction |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2090983C (en) * | 1993-03-04 | 1996-09-24 | Michael W. Wilson | Reinforced metal box culvert |
-
1997
- 1997-06-11 KR KR1019980710198A patent/KR100631760B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030053637A (en) * | 2001-12-22 | 2003-07-02 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Structures and reinforcement method of corrugated steel plate using T-shaped beam |
| CN108978430A (en) * | 2018-09-18 | 2018-12-11 | 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 | A kind of temporary bridge for construction and method |
| CN109681234A (en) * | 2019-01-31 | 2019-04-26 | 沈阳建筑大学 | A kind of metro shield section of jurisdiction |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100631760B1 (en) | 2006-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4031811B2 (en) | Composite concrete metal encapsulated stiffener for metal plate arched structures | |
| EP0687328B1 (en) | Reinforced metal box culvert | |
| US4563107A (en) | Arch beam structure | |
| US7770250B2 (en) | Flared leg precast concrete bridge system | |
| US7217064B1 (en) | Reinforcement of arch type structure with beveled/skewed ends | |
| US6050746A (en) | Underground reinforced soil/metal structures | |
| JP3419801B2 (en) | Arch structure | |
| KR100631760B1 (en) | Composite concrete metal encased stiffeners for metal plate arch-type structures | |
| CN217556728U (en) | Embedded structure for reinforcing and widening medium and small span bridges and culverts | |
| KR100728743B1 (en) | Corrugated steel plates concrete bridge | |
| AU2006329214A1 (en) | Reinforcement of arch type structure with beveled/skewed ends | |
| CA1340179C (en) | Soil-metal arch bridge on reinforced earth abutments | |
| KR102119365B1 (en) | Arcuate Structure Constructed Outside Bridge Abutments Without Embankment to Prevent Lateral Flow of the Bridge Abutments | |
| CN220352649U (en) | Anti-jump truck access plate structure for shallow earthing box culvert | |
| RU30363U1 (en) | Corrugated structure under the embankment (options) | |
| KR102274910B1 (en) | Corrugated steel plate structure reinforcement structure combined with corrugated steel pipe filling concrete | |
| KR200435058Y1 (en) | Box-type Bridge Using Corrugated Steel Plate and Construction Method Thereof | |
| MXPA98010606A (en) | Rigidizers covered with mixed concrete and metal material for metal plate arch type structures | |
| KR200415325Y1 (en) | Corrugated steel plates concrete bridge | |
| KR100766805B1 (en) | Pentagon-type underground structure system and construction method using FRP panel | |
| KR20060066213A (en) | Box-type bridge using corrugated steel plate and construction method thereof | |
| KR200322968Y1 (en) | Retaining wall structure composed of retaining-wall panel unit prestressed under interconnecting high intensity reinforcing rod installed in the panel unit with couplers so as to resist section strength | |
| MXPA98010225A (en) | Reinforced subterranean structures of tierra / me | |
| ZA200102336B (en) | Tubular structure. | |
| KR20060102622A (en) | Arch-type underground structure system and construction method using frp panel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| B701 | Decision to grant | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| J204 | Request for invalidation trial [patent] | ||
| J206 | Request for trial to confirm the scope of a patent right | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR CONFIRMATION OF THE SCOPE OF RIGHT_DEFENSIVE REQUESTED 20100820 Effective date: 20110225 Free format text: TRIAL DECISION FOR INVALIDATION REQUESTED 20100813 Effective date: 20110225 Free format text: TRIAL NUMBER: 2010100002073; TRIAL DECISION FOR INVALIDATION REQUESTED 20100813 Effective date: 20110225 Free format text: TRIAL NUMBER: 2010100002136; TRIAL DECISION FOR CONFIRMATION OF THE SCOPE OF RIGHT_DEFENSIVE REQUESTED 20100820 Effective date: 20110225 |
|
| J2X1 | Appeal (before the patent court) |
Free format text: INVALIDATION Free format text: CONFIRMATION OF THE SCOPE OF RIGHT_DEFENSIVE Free format text: TRIAL NUMBER: 2011200002824; INVALIDATION Free format text: TRIAL NUMBER: 2011200002831; CONFIRMATION OF THE SCOPE OF RIGHT_DEFENSIVE |
|
| J2X2 | Appeal (before the supreme court) |
Free format text: APPEAL BEFORE THE SUPREME COURT FOR INVALIDATION Free format text: APPEAL BEFORE THE SUPREME COURT FOR CONFIRMATION OF THE SCOPE OF RIGHT_DEFENSIVE Free format text: TRIAL NUMBER: 2011300003414; APPEAL BEFORE THE SUPREME COURT FOR CONFIRMATION OF THE SCOPE OF RIGHT_DEFENSIVE Free format text: TRIAL NUMBER: 2011300003407; APPEAL BEFORE THE SUPREME COURT FOR INVALIDATION |
|
| J302 | Written judgement (patent court) |
Free format text: JUDGMENT (PATENT COURT) FOR CONFIRMATION OF THE SCOPE OF RIGHT_DEFENSIVE REQUESTED 20110325 Effective date: 20111014 Free format text: JUDGMENT (PATENT COURT) FOR INVALIDATION REQUESTED 20110325 Effective date: 20111014 Free format text: TRIAL NUMBER: 2011200002824; JUDGMENT (PATENT COURT) FOR INVALIDATION REQUESTED 20110325 Effective date: 20111014 Free format text: TRIAL NUMBER: 2011200002831; JUDGMENT (PATENT COURT) FOR CONFIRMATION OF THE SCOPE OF RIGHT_DEFENSIVE REQUESTED 20110325 Effective date: 20111014 |
|
| EXTG | Extinguishment | ||
| J303 | Written judgement (supreme court) |
Free format text: JUDGMENT (SUPREME COURT) FOR INVALIDATION REQUESTED 20111110 Effective date: 20120329 Free format text: TRIAL NUMBER: 2011300003407; JUDGMENT (SUPREME COURT) FOR INVALIDATION REQUESTED 20111110 Effective date: 20120329 |
|
| J303 | Written judgement (supreme court) |
Free format text: JUDGMENT (SUPREME COURT) FOR CONFIRMATION OF THE SCOPE OF RIGHT_DEFENSIVE REQUESTED 20111110 Effective date: 20120524 Free format text: TRIAL NUMBER: 2011300003414; JUDGMENT (SUPREME COURT) FOR CONFIRMATION OF THE SCOPE OF RIGHT_DEFENSIVE REQUESTED 20111110 Effective date: 20120524 |