KR20010081973A

KR20010081973A - 강으로 보강된 목재 거더

Info

Publication number: KR20010081973A
Application number: KR1020007013957A
Authority: KR
Inventors: 와타나베노보루; 와타나베오사무
Original assignee: 와타나베 오사무; 가부시키가이샤 시빌 세케이 컨설턴트; 가부시키가이샤 와타나베 오사무 켄치쿠 토시 세케이 지무소
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2001-08-29
Also published as: JP2000289008A; WO2000061889A1; AU2462700A

Abstract

재목, 집성재 또는 LVL의 목재 거더(1)의 상하부를 강재에 의해 보강한다. 상부에는 밴드형 전단-연결(shear-connecting) 강판(2)을 부설한 강판(3)을 접착제(5)로써 상부 홈(4)에 고정한다. 하부에는 이형 강봉(異形鋼棒)(6)을 접착제(8)로써 하부 홈(7)에 고정한다. 상부 및 하부 모두를 상기 밴드형 전단-연결 강판이 부착된 강판에 의해, 또는 이형 강봉(6)에 의해 보강할 수 있다.

Description

강으로 보강된 목재 거더{STEEL-STIFFENED WOODEN GIRDER}

종래의 나무 다리와 같이, 철근이나 강판으로 보강하지 않은 집성재나 LVL을 주 거더로 사용하면, 목재 자신의 강도와 영계수가 낮기 때문에, 그 다리의 지간(支間)이 짧아지고, 또한 트럭등의 무거운 차량을 통과시킬 수 없었다. 또한, 종래의 목재 다리에서는, 특히 상판 부분이 나무등으로 되어 있기 때문에 부식하기 쉽고, 관리면에서 문제가 발생되는 동시에, 각 부재의 결합부에 철물을 사용하여 볼트 체결하는 경우가 대부분이고, 그 장소가 풀어지면, 조여서 고치지 않으면 안되는 경우가 있었다.

강으로 보강된 목재 거더는 상부 플랜지와 하부 플랜지에 밴드형 전단-연결(shear-connecting) 강판이 부착된 플랜지 강판이나 이형 강봉을 접착 삽입함에 의해, 강도 및 영계수가 높아져, 장지간(長支間) 및 무거운 차량용의 다리의 사용시에 내구성이 있을 뿐만 아니라, 바닥부에는 바닥 강판이 사용됨으로써,부식의 문제가 없고, 결합부는 용접이나 접착을 하기 때문에, 풀어지는 문제도 해소된다.

본 발명은 철근이나 강판으로 보강된 집성재나 LVL의 강으로 보강된 목재 거더에 관한 것으로서, 도로의 다리, 철도의 다리, 농도의 다리, 임도의 다리, 및 인도교등의 나무 다리의 목재 주 거더등으로 이용되며, 건축물의 대들보로도 이용되는 목재 거더에 관한 것이다.

도 1(a)는 청구항 1의 강으로 보강된 목재 거더의 횡단면도이고, 도 1(b)는 A-A선 단면도이다.

도 2(a)는 청구항 2의 강으로 보강된 목재 거더의 횡단면도이고, 도 2(b)는 A-A선 단면도이다.

도 3(a)는 청구항 3의 강으로 보강된 목재 거더의 횡단면도이고, 도 3(b)는 A-A선 단면도이다.

도 4는 평면 보유의 법칙의 설명도로서, 도 4(a)는 횡단면도이고, 도 4(b)는 A-A선 단면도이고, 도 4(c)는 굽힘 응력도이다.

도 5는 굽힘 강성 산정의 이론적 설명도이다.

도 6(a)는 파괴재하실험(破壞載荷實驗)의 재하 상태도이고, 도 6(b)는 3개의 시험체의 횡단면도이다.

도 7(a)는 파괴재하실험의 하중-휨의 도면이고, 도 7(b)는 하중-비틀림의 도면이다.

도 8은 본 발명의 강으로 보강된 목재 거더에 강도가 약한 삼목(杉木)도 사용할 수 있음을 나타낸 설명도이다.

도 9는 본 발명의 강으로 보강된 목재 거더를 주 거더로 이용한 강으로 보강된 목재 거더 다리의 실시예로서, 도 9(a)는 종단면도이고, 도 9(b)는 평면도로서, 강철재 상판 패널(3200x11500)을 세미트레일러로 운반한 후, 주 거더 상부 플랜지의 홈에 전단-연결 겸용 종방향 립을 하방으로 떨어뜨려 삽입하는 방식으로 현장에서 접착함을 나타내며, 도 9(c)는 횡단면도이다.

나무 다리의 주 거더로 사용되는 집성재나 LVL의 목재 거더의 상부 플랜지 및 하부 플랜지에, 각각, 밴드형 전단-연결 강판이 부착된 플랜지 강판이나 이형 강봉을 접착 삽입함에 의해, 목재 거더 자신의 굽힘 강성을 매우 크게 할 수 있기 때문에, 장지간의 다리를 설계할 수 있고, 또한 트럭등의 무거운 차량도 다리 위로 통과시킬 수 있다.

본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도 4의 구조 역학의 평면 보유의 자연 법칙을 이용한 것이다. 즉, 도 4(a)의 청구항 1의 강으로 보강된 목재 거더의 경우, 도 4(b)와 같이 굽힘 모멘트가 작용하면, 강의 영계수와 목재의 영계수의 비를 n이라 할 때, 상부 플랜지 강판과 하부 이형 봉강에 삽입된 집성재의 C점에 생기는 응력도는 하부 이형 강봉의 C점에 생기는 응력도의 1/n에 지나지 않게 됨으로써, 강도가 낮은 목재를 상하의 강으로 협지하여 사용할 수 있다.

평면 보유의 자연 법칙은, 도 1의 청구항 1, 도 2의 청구항 2, 및 도 3의 청구항 3의 강으로 보강된 목재 거더의 경우에, 공통으로, 효과적이다.

평면 보유의 자연 법칙은, 도 5와 같이, 강으로 보강된 목재 거더의 굽힘 강성의 산정의 이론에도 응용되어, 강의 영계수와 목재의 영계수의 비 n을 이용하여 명확하게 수식화할 수 있다. 즉, 본 발명의 강으로 보강된 목재 거더의 단면 2차 모멘트는, 목재 자신의 단면 2차 모멘트에, 강의 단면 2차 모멘트의 (n-1)배가 가산된다. 그 결과, 무거운 차량용의 장지간의 나무 다리가 설계될 수 있게 된다.

구조 역학의 평면 보유의 자연 법칙을 확인하기 위해서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실물의 강으로 보강된 목재 거더에 하중을 가하여, 그의 파괴 실험을 하였다. 여기서, 시험체 No.1은 종래의 나무 다리의 주거더로서 강으로 전혀 보강되지 않은 것이고, 시험체 No.2와 시험체 No.3는 본 발명의 강으로 보강된 목재 거더이다. 이 파괴재하실험에 관해서는, 1999년 2월에, 토목학회 북해도 지부 논문 보고집 제 55호에 「강으로 보강된 목재 거더(SW 거더)의 내하중력에 관해서」라는 제목으로 논문을 발표하였으며, 그 논문의 성과와 요지는 다음과 같다.

도 7(a)는 하중-휨의 도면이고, 본 발명의 강으로 보강된 목재 거더 No.2 및 No.3는, 종래의 No.1에 비하여, 파괴 하중 및 굽힘 강성이 매우 뛰어나며, 평면 보유의 자연 법칙대로의 효과가 확인되었다. 또한, 도 7(b)는 하중-비틀림의 도면이고, 상부 플랜지 강판과 하부 이형 봉강에 협지된 집성재의 C점에 생기는 응력도가 하부 이형 봉강의 C점에 생기는 응력도의 n분의 1로 되어, 평면 보유의 자연 법칙을 확인할 수 있었다.

도 8은 하중-휨의 도면의 이론적 해석치이지만, 집성재의 수종으로서, 영계수가 높은 것으로부터, 미송(美松), 낙엽송(落葉松), 삼목(杉木)의 3종류를 골라 보았다. 종래의 시험체 No.1의 경우는, 이 영계수의 강도 차가 분명히 있었지만,본 발명의 강으로 보강된 목재 거더의 시험체 No.2의 경우는, 수종의 강도의 차는 거의 없었으며, 강도가 낮은 국산의 삼목도 강으로 보강된 목재 거더로 사용할 수 있음을 알았다. 강으로 보강되지않은 종래의 구조용 대단면 집성재에는 강도가 낮은 국산의 삼목은 사용할 수 없었지만, 본 발명에 의하면, 강도가 낮은 국산의 삼목 또는 2급품이라도 사용할 수 있게 된다.

도면에 대해서 보충 설명을 하면, 도 4는 평면 보유의 법칙을 설명하고 있으며,

M은 굽힙 모멘트(kgcm)이고, Es는 강의 영계수(kg/cm²)이고,

Ew는 목재의 영계수(kg/cm²)이고, n은 영계수비=Es/Ew이고,

σ_s는 C점의 강의 응력도(kg/cm²)이고,

σ_w는 C점의 목재의 응력도(kg/cm²)이며,

σ_w=σ/n이다.

도 5는 굽힘 강성 산정의 이론적 설명으로서,

n은 영계수비=Es/Ew이고,

As는 이형 봉강 하나의 단면적(cm²)이고,

Iw는 목재 환산의 단면 2차 모멘트(cm⁴)=1/12bh³+10Ase²(n-1)이며, EwIw=굽힘 강성(kgcm²)이다.

도 9(b)에서는, 강철 상판 패널(3200x11500)은 세미트레일러로 운반가능하고, 운반후, 주 거더 상부 플랜지의 홈에 전단-연결 겸용 종방향 립을 하방으로 떨어뜨려 삽입하는 방식으로 현장에서 접착한다.

도 9는 본 발명의 실시예이다. 즉, 본 발명의 강으로 보강된 목재 거더를 주 거더로 사용하는 나무 다리(강보강 목교, SW교, Steel Stiffened Wooden Bridge)이고, 무거운 차량인 B활하중에 대응하며, 주 거더가 나무이기 때문에 가볍고, 수송과 현장 가설이 용이하고, 또한 집성재 상부 플랜지의 홈에 강철 상판을 전단-연결 겸용 종방향 립을 하방으로 떨어뜨려 현장에서 접착함으로써, 현장 작업이 간단하고 빠르다. 이와같은 다리의 거더부로의 이용 외에, 건축물의 대들보로도 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 효과는 다음과 같다.

주 거더의 집성재를 강으로 보강하지 않은 종래의 목교에 비하여, 본 발명의 강으로 보강된 목교는 강도나 굽힘 강성이 매우 강하기 때문에, 무거운 차량용의 장지간의 교량을 설계할 수 있다.

주 거더의 집성재를 강으로 보강하지 않은 종래의 목교에는 강도가 약한 국산의 삼목을 사용할 수 없었지만, 본 발명의 강으로 보강된 목교에는 국산의 삼목도 사용할 수 있기 때문에, 목재의 지방 산업에 공헌한다.

본 발명의 강으로 보강된 목교는, 전체가 가볍고, 프리패브(prefab)식으로 설계할 수 있기 때문에, 운반이 용이하고 현장 시공이 간단하고 빠르다.

본 발명의 강으로 보강된 목교는 주 거더가 나무이기 때문에, 콘크리트교에 비하여, 대단히 가볍게 되어, 지진에 대하여 유리하고, 그만큼 하부 공사비도 저렴하게 된다.

본 발명의 강으로 보강된 목교는 상판이 강철 상판이기 때문에, 교각위치의 부의 굽힘 모멘트에 강하게 됨으로써, 연속 거더 형식에 적합하고, 교각 위치에 신축적인 맞춤새가 필요하지 않고 주행성이 양호하며, 지진에 대한 낙교 방지 장치가 필요하지 않다.

종래의 목교의 상판은 나무로 되어 있으므로, 파손되기 쉽고, 다리 면의 배수성이 좋지 않기 때문에 빗물이 목재 주 거더를 오염시켜 유지비가 많이 든다. 본 발명의 강으로 보강된 목교의 상판은 강철 상판이므로, 내하중력이 뛰어나고 다리면의 배수성이 좋기 때문에, 긴 수명을 기대할 수 있다.

종래의 콘크리트교는, 다리를 가설하여 고치는 경우, 리사이클이 가능하지 않고 산업 폐기물이 되지만, 본 발명의 강으로 보강된 목교는, 소재가 목재와 철이므로, 리사이클이 가능하고, 목교이기 때문에 외관도 수려하게 되며, 사람과 자연에 어울리게 된다.

Claims

집성재 또는 LVL(Laminated Veneer Lumber)의 목재 거더(1)의 상부 플랜지에, 밴드형 전단-연결 강판(2)이 부착된 상부 플랜지 강판(3)을, 상부 홈(4)과 상부 접착제(5)를 이용하여 접착하고, 또한 목재 거더(1)의 하부 플랜지에, 하부의 이형 봉강(6)을 하부 홈(7)과 하부 접착제(8)를 이용하여 접착하는 강으로 보강된 목재 거더.
집성재 또는 LVL의 목재 거더(1)의 상부 플랜지에, 밴드형 전단-연결 강판(2)이 부착된 상부 플랜지 강판(3)을, 상부 홈(4)과 상부 접착제(5)를 이용하여 접착하고, 또한 목재 거더(1)의 하부 플랜지에, 밴드형 전단-연결 강판(2)이 부착된 하부 플랜지 강판(9)을, 하부 홈(10)과 하부 접착제(11)를 이용하여 접착하는 강으로 보강된 목재 거더.
집성재 또는 LVL의 목재 거더(1)의 상부 플랜지에, 상부 이형 봉강(12)을 상부 홈(13)과 상부 접착제(14)를 이용하여 접착하고, 또한 상기 목재 거더(1)의 하부 플랜지에, 하부 이형 봉강(6)을 하부 홈(7)과 하부 접착제(8)를 이용하여 접착하는 강으로 보강된 목재 거더.
집성재 또는 LVL의 목재 거더(1) 대신에, 적당한 두께와 넓이를 가진 목판의상부 플랜지와 하부 플랜지를, 강판 또는 이형 봉강으로 보강시킨 강으로 보강된 목판.