KR20010039422A - 아이형강 및 이를 이용한 교량의 격자상판 구조물 - Google Patents

Abstract

콘크리트 교량 상판중 I형강 격자상판에 있어 I형강의 구조를 개선하여, 콘크리트 타설시 유동성을 향상시키고, 동시에 응력 취약점을 보완하여 정적성능보다 피로성능을 일층 향상시키는 데 주안점을 둔 I형강 및 이를 이용한 교량의 격자상판 구조물에 관한 것으로, I형강 격자 상판 구조물로서, 하부 플레이트(22)와 헌치 플레이트(24)로 연속된 패널(20)과; 상기 패널(20)상에 길이방향으로 배설된 다수개의 I형강(30)을 구비하되, 상기 I형강(30)에는 소정 간격으로 관통된 곡률반경 (R)을 갖는 다수개의 반원형 배근홀(32)을 구비하고; 상기 I형강(30)의 배근홀(32)에 철근(40)을 지지 배열하고; 상기 패널(20)상에 콘크리트를 타설하여 상기 I형강 (30)과 철근(40)을 결속시켜서 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

아이형강 및 이를 이용한 교량의 격자상판 구조물{I-SHAPED STEEL AND LATTICE UPPER PLATE STRUCTURE USED I-SHAPED STEEL}

본 발명은 교량의 상부구조를 구성하는 콘크리트 교량상판에 관한 것으로, 특히 콘크리트 교량 상판중 I형강 격자상판에 있어 I형강의 구조를 개선하여, 콘크리트 타설시 유동성을 향상시키고, 동시에 응력 취약점을 보완하여 정적성능보다 피로성능을 일층 향상시키는 데 주안점을 둔 I형강 및 이를 이용한 교량의 격자상판 구조물에 관한 것이다.

일반적으로 교량 상판은 주형과 함께 상부구조를 구성하며, 차량 하중을 주형을 통해 하부구조로 직접 전달시키는 역할을 한다. 사용재료에 따라 강재로 구성된 강상판과 콘크리트로 구성된 콘크리트 상판이 있으나 근래는 경제성이 있는 콘크리트 상판이 주로 사용된다.

콘크리트 교량상판의 경우 철근콘크리트 상판(RC상판), 프리캐스트 상판 및 I형강 격자상판으로 분류된다.

한편, 교량상판은 차중 하중이 직접닿아 수많은 반복하중이 작용하기 때문에 교량 수명중에 국부적인 피로파괴가 매우 빈번하게 일어난다. 파손된 교량 상판의 보수 또는 노후 상판을 교체할 때 도심지 교량의 경우 교통통제를 최소화하면서 경제적인 상판형식이 필요한데, I형강 격자상판의 경우 이에 잘 부합되는 최적의 상판형식으로 알려져 있다.

그런데 I형강 격자상판은 구미, 일본의 경우 1950년대 전후부터 장대교를 중심으로 활발히 시공되고 있으나 국내의 경우는 아직까지 시공실적이 전무한 상태이다.

여기서 I형강 격자상판은, I형강을 주철근으로 사용하고, 거푸집 대용으로 강판을 사용하는 패널을 제작, 현장에서 조립하고 콘크리트를 타설하여 일체화시켜서 된 것으로, I형강격자 상판용 I형강(이하 'I형강'이라 한다)은 콘크리트 타설시 생콘크리트의 퍼짐(유동성)을 원활하게 하고, 철근을 배근하기 위해 종래는 도 1에서와 같이 I형강(10)에 길이방향을 따라 소정 간격으로 대략 삼각형 모양으로 관통된 배근홀(12)이 형성되어 있다.

그런데 종래의 배근홀(12)은 삼각형 모양으로 밑면의 양측 우각부가 예각으로 형성되기 때문에 예각부에 응력집중이 생긴다.

이러한 배근홀(12)의 예각으로 인한 응력집중은, 교량상판 구조물에서 사용특성상 수많은 반복 하중 작용으로 인한 피로파괴가 빈번하기 때문에 정적성능보다 피로성능이 더욱 우수해야 하는 요구조건에 악영향으로 작용한다.

띠라서, 종래의 I형강(10)은 반복 피로하중에 따른 수명 및 성능 향상이 설계상 요구되었다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, I형강 격자형 상판에 있어서 I형강의 구조를 개선하여, 콘크리트 타설시 시공성을 좋게 하고, 동시에 응력 취약점을 보완하여 정적성능보다 피로성능을 일층 향상시키는 데 주안점을 둔 I형강 및 이를 이용한 교량의 격자상판 구조물을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은, 상,하부 플랜지를 갖는 갖고 단면이 I형자로 길이재로서 콘크리트 구조물에 사용되는 I형강(30)에 있어서,

상기 I형강(30)에 길이방향으로 소정 간격하에 관통되어 소정 곡률반경(R)을 갖는 다수개의 반원형 배근홀(32)이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 I형강 격자 상판 구조물로서,

하부 플레이트(22)와 헌치 플레이트(24)로 연속된 패널(20)과;

상기 패널(20)상에 길이방향으로 배설된 다수개의 I형강(30)을 구비하되, 상기 I형강(30)에는 소정 간격으로 관통된 곡률반경(R)을 갖는 다수개의 반원형 배근홀(32)을 구비하고;

상기 I형강(30)의 배근홀(32)에 철근(40)을 지지 배열하고;

상기 패널(20)상에 콘크리트를 타설하여 상기 I형강(30)과 철근(40)을 결속시켜서 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 I형강의 정면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 I형강의 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 I형강의 정면도.

도 4는 도 1의 측면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 적용되는 I형강을 적용한 I형강 격자형 상판 내부의 구성을 나타낸 상판 구조물 사시도.

도 6은 종래 I-형강 배근홀과 개선된 I-형강 배근홀의 비교 피로실험 그래프.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

22 : 하부 플레이트 24 : 헌치 플레이트

30 : I형강 32 : 배근홀

40 : 철근

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 I형강의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 I형강(30)의 정면도이고, 도 4는 도 1의 측면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 적용되는 I형강을 적용한 I형강 격자형 상판 내부의 구성을 나타낸 상판 구조물 사시도이다.

본 발명은 도 2 내지 도 4에서와 같이 I형강(30)의 길이방향에 소정 간격으로 관통되어 소정 곡률반경(R)을 갖는 다수개의 반원형 모양의 배근홀(32)을 형성시켜 응력집중이 발생되지 않도록 한 것이다.

이때, 상기 배근홀(32)의 저면 양측에는 좀더 응력 집중을 완화하고 동시에 철근을 끼워넣을 수 있도록 하기 위해 라운드홈(32a)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 I형강(30)의 실시예를 종래의 I형강과 비교하여 아래 표 1 (단위 mm)에 나타냈다.

구 분	종래 I형강	본 발명 I형강	비 고
형강 높이(H)	150	170	국내 시방규준 고려
홀 높이(R)	65	85	콘크리트 타설시 유동성향상
홀 형상	삼각형	반원형	피로성능 향상
상부 플랜지 폭(t)	35	22	콘크리트 타설시 시공성 향상
하부 플랜지 폭(T)	53	44	콘크리트 타설시 시공성 향상

위 표를 근거로 하여 생콘트리트의 퍼짐효과, 콘크리트와의 결속력, 교량상판의 경량화 및 구조성능을 아래의 표에서 다시 비교하였다.

구 분	종래 I형강	개선된 I형강
홀 형상	삼각형	반원형
생콘크리트 퍼짐효과		홀단면적 증가로 인한 효과증대
콘크리트와의 결속력		홀단면적 증가로 인한 결속력 강화
교량상판의 경량화		홀 단면적 증가로 인한 경량화 증가
구조성능비교	정적성능	항복시(ton)	3.5	3.0
		파괴시(ton)	4.4	3.7
	피로성능	반복회수(만회)	28	43

위 비교 시험에서 정적실험 결과는 단면 손실이 적은 삼각형 모양이 우수하였으나, 피로 실험결과는 개량된 반원형 모양이 우수하다는 것이 입증되었다.

즉, 도 6에 도시된 종래 I-형강 배근홀(a선도)과 개선된 I-형강 배근홀(b선도)의 비교 피로실험 그래프를 참조하면 대략 15만 횟수만큼 증가된 것을 알 수 있다.

이는 종래의 배근홀 형상이 삼각형 모양으로 우각부가 예각의 형태로 인한 응력의 집중현상에 기인한 것으로 판단되었다.

이와 같이 구성된 본 발명의 I형강이 적용된 I형강 상판 구조물을 도 5에 도시하였다.

도 5에서와 같이 하부 플레이트(22)와 헌치 플레이트(24)로 연속된 패널(20)과, 상기 패널(20)상에 길이방향으로 배설된 다수개의 I형강(30)을 구비하되, 상기 I형강(30)에는 도 2,3에서와 같이 소정 간격으로 관통된 곡률반경(R)을 갖는 다수개의 반달형 배근홀(32)을 구비하고 있고, 상기 I형강(30)의 배근홀(32)에는 철근(40)이 지지 배열되어 있고, 상기 패널(20)상에 콘크리트를 타설하여 상기 I형강(30)과 철근(40)을 결속시켜서 이루어진 것이다.

이때, 상기 배근홀(32)의 저면 양측에는 응력집중을 더욱 완화하고 철근(40)을 끼워넣기 위한 라운드홈(32a)이 형성되어 있다.

바람직하게는 상기 배근홀(32)의 곡률반경(R)을 I형강(30)의 높이(H)의 대략 0.4∼0.5배 이내로 구성함이 좋다.

이와 같이 I형강(30)을 이용한 콘크리트 타설시 배근홀(32)의 단면적 증가로 인해 콘크리트 타설시 유동성 증대, 교량 상판의 경량화 및 콘트리트와의 결속력 증대 등의 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

따라서 본 발명에 의한 I-형강 격자상판의 주요 용도는 다음과 같다.

(가) 일반 신설 교량의 상판 적용시 동바리 설치가 어렵거나 공기단축이 필요한 경우 또는 시공작업의 단순화가 필요한 경우에 적합하다.

(나) 노후 상판의 교환시 단기간 시공으로 교통 통제의 최소화가 가능하고, 단차선의 경우 부분통제 부분 시공이 가능하다.

(다) 장대교량의 상판 적용시 사하중의 감소가 요구되는 장대교량 상판이나 거치된 I-형강 패널 위로 작업차량 통행가능하다.

(라) 기타 잔교식 항만 구조물의 슬래브에 적합하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, I형강에 형성시킨 배근홀의 예각부분을 완만하게 구성시켜 응력집중을 피하도록 함으로써 피로반복 하중에 대한 수명이 향상되고, 또 단면적 증가로 생콘크리트의 유동성 및 시공성이 향상될 뿐만 아니라 콘크리트와의 결속력이 우수하고, 교량상판의 경량화를 꾀할 수 있는 등의 이점을 갖는다.

Claims (4)

1. 상,하부 플랜지를 갖는 갖고 단면이 I형자로 길이재로서 콘크리트 구조물에 사용되는 I형강(30)에 있어서,

   상기 I형강(30)에 길이방향으로 소정 간격하에 관통되어 소정 곡률반경(R)을 갖는 다수개의 반원형 배근홀(32)이 형성된 것을 특징으로 하는 I형강.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 배근홀(32)의 저면 양측에는 철근(32)을 끼워넣기 위한 라운드홈(32a)이 형성된 것을 특징으로 하는 I형강.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 배근홀(32)의 곡률반경(R)은 I형강(30)의 높이(H)의 대략 0.4∼0.5배 임을 특징으로 하는 I형강.
4. I형강 격자 상판 구조물로서,

   하부 플레이트(22)와 헌치 플레이트(24)로 연속된 패널(20)과;

   상기 패널(20)상에 길이방향으로 배설된 다수개의 I형강(30)을 구비하되, 상기 I형강(30)에는 소정 간격으로 관통된 곡률반경(R)을 갖는 다수개의 반원형 배근홀(32)을 구비하고;

   상기 I형강(30)의 배근홀(32)에 철근(40)을 지지 배열하고;

   상기 패널(20)상에 콘크리트를 타설하여 상기 I형강(30)과 철근(40)을 결속시켜서 이루어진 것을 특징으로 하는 I형강 격자상판 구조물.