KR200168601Y1 - 언본디드 피.에스.씨-아이빔. - Google Patents

Abstract

본 고안은 언본디드 P.S.C-I빔(Unbonded Pre Stressed Concrete - I Beam)에 관한 것으로서, 종래에는 상기 빔 제작시에 본디드P.C 강연선(Bonded P.C Strand)을 쉬스관과 함께 사용함으로써 제작 시간이 많이 소요되고 인장력 응력이 감소되며 강연선이 산화되는 등의 결점이 있었다.

본 고안은 예시도 9 내지 11 과 같이 제작시에 언본디드 P.C강연선(Unbonded P.C Strand)을 철근콘크리트(2)내에 일체형으로 직접 묻히도록 함으로써 제작시간을 단축하고 언보디드 P.C강연선의 인장응력이 철근콘크리트에 전달될 때 마찰 등의 물리적인 손실을 최소화하여 유효 프리스트레스 압축응력을 크게 함으로써 구조적 안전성을 증대시키면서도 경비절감 및 제작시간을 단축할 수 있도록 한 것이다.

Description

언본디드 피.에스.씨-아이빔.{Unbonded Pre Stressed Concrete-I Beam.}

본 고안은 P.S.C-I빔(Pre Stressed Concrete - I Beam)빔에 관한 것으로서, 더욱 상세히 설명하면 언본디드 P.C강연선(Unbonded P.C Strand)을 설치한 P.S.C-I빔에 관한 것이다.

콘크리트교량을 설계 가설함에 있어서 현재 가장 널리 사용되고 있는 공법중 하나로 P.S.C-I빔교가 있다.

이는 먼저 교대 또는 교각을 완성한 후 그 위에 지상에서 미리 제작된 P.S.C-I빔을 가설하여 콘크리트슬래브를 완성하는 것이다.

예시도 1 내지 4 와 같이 P.S.C-I빔(1)은 철근콘크리트(2)와 스파이럴쉬스관(3:SPIRAL SHEATH TUBE)과 본디드 P.C강연선(4:BONDED P.C STRAND)을 조합한 것으로서, 먼저 설계된 P.S.C-I빔의 단면에 맞게 거푸집과 철근과 스파이럴쉬스관을 조립하고 본디드 P.C 강연선을 스파이럴쉬스관내로 관통시켜 설치한 상태에서 그 양끝단에 설치된 정착장치(5)에 의존하여 본디드P.C강연선을 유압잭으로 인장하여 그 인장력이 정착장치를 통하여 콘크리트로 전달되도록 함으로써 P.S.C-I빔의 콘크리트에 프리스트레스 압축 응력을 도입하는 것이다.

다시 말해서 미리 설계된 P.S.C-I빔의 단면에 맞추어 철근과 거푸집을 조립한 후 본디드P.C강연선의 수용공간을 형성하기 위한 스파이럴쉬스관(SPIRAL SHEATH TUBE)을 예시도 2 와 같이 배치한 후 콘크리트를 타설하게 된다.

다음으로 콘크리트가 양생되어 소정의 강도에 도달하면 수개의 본디드P.C강연선을 1조의 다발로 묶어서 콘크리트 속의 각 스파이럴 쉬스관을 관통하여 배치한 후, 그 양 끝단의 콘크리트 단부에 정착장치를 조립하여 본디드P.C강연선(4)을 인장하여 정착장치에 정착시킴으로써 콘크리트(2)에는 프리스트레스 압축응력이 도입된다.

이때 통상적으로 스파이럴 쉬스관(3)은 수개의 본디드P.C강연선이 묶여진 다발의 관통을 원활하게 하기 위하여 그 직경을 상당히 크게 함으로써 본디드P.C강연선 다발과 스파이럴쉬스관 사이에는 상당한 공극(6)이 존재하므로 본디드P.C강연선을 인장한 후 이 공극을 충진하기 위하여 물과 시멘트의 혼합물인 시멘트 밀크를 스파이럴쉬스관내로 주입하게 된다.

본디드 P.C강연선(4)을 유압잭으로 인장할 때 본디드P.C강연선은 그 전체길이와 인장력에 비례하여 늘어나게 된다.

이때 스파이럴쉬스관(3)이 휘어지거나 만곡된 곳에서는 스파이럴쉬스관(3)과 그 내부의 본디드P.C강연선(4)의 표면이 접촉하여 마찰이 발생하게 된다.

이러한 스파이럴쉬스관과 본디드P.C강연선과의 마찰은 인장력의 손실을 초래하게 된다.

특히 종래의 P.S.C-I빔에 사용되는 스파이럴쉬스관과 본디드P.C강연선과의 마찰계수는 상당히 크다.

따라서, 이와 같은 P.S.C-I빔의 경우 스파이럴쉬스관속의 본디드P.C강연선을 그 양 끝단에서 인장할 때 그 인장력은 본디드P.C강연선의 전체길이에 걸쳐 고르게 전달되지 못하고 인장력을 가하는 위치에서 멀어질수록 스파이럴쉬스관의 마찰에 의한 인장력의 손실이 누적되어 커지게 된다.

즉, 종래의 P.S.C-I빔의 경우 그 양끝단부에서 가하는 본디드P.C강연선의 인장력은 P.S.C-I빔의 중앙부까지 인장력의 전체 크기가 유효하게 전달되지 못하고 인장력을 가하는 위치에서 멀어질수록 누적되는 마찰손실이 발생하게 된다.

이는 곧 P.S.C-I빔의 양끝 단에서 중앙부로 갈수록 콘크리트에 도입되어지는 프리스트레스압축응력이 점차 감소하게 됨으로써 P.S.C-I빔의 전체강성을 지배하는 중앙부의 유효프리스트레스압축응력을 감소시키는 결과가 된다.

또한, 본디드P.C강연선과 스파이럴쉬스관 사이의 공극(6)에 주입하는 시멘트밀크는 경화 과정에서 그체적이 수축되므로 스파이럴쉬스관 내부에는 시멘트 밀크가 완전히 충진되지 못한 작은 틈과 공간들이 형성된다.

따라서 현실적으로 본디드P.C강연선과 스파이럴쉬스관 사이의 공극(6)을 완전히 충진하기는 상당히 어렵다.

또한 스파이럴쉬스관 내부의 시멘트 밀크가 완전히 충진되지 못한 작은 틈과 공간들에는 반드시 습기가 다량 존재함으로 인하여 본디드P.C강연선을 부식시켜 P.S.C-I빔의 강도를 저하시키고 또한 사용수명을 단축시키는 요인이 되고 있다.

상기와 같은 P.S.C-I빔 형식의 교량에서 상부구조의 안전성을 지배하는 P.S.C-I빔의 강성을 크게 하기 위하여는 사용되는 본디드P.C강연선의 수량을 증가시켜 인장 정착력을 크게 함으로써 프리스트레스 압축응력의 도입을 증대시켜야 한다.

이때 본디드 P.C강연선을 인장 정착시키기 위해 도입하는 프리스트레스압축응력은 모두 콘크리트에 의하여 지지되므로 프리스트레스 압축응력을 증대시키기 위하여는 이를 지지하는 콘크리트의 단면을 크게 하거나 그 강도를 증가시켜야 한다.

특히 예시도 2 와 같이 종래의 P.S.C-I빔의 경우 전체 콘크리트 단면 중에서 스파이럴쉬스관이 차지하는 단면은 시멘트밀크가 경화되어 강도가 아주 약한 상태로서 프리스트레스압축응력을 분담하여 지지하지 못하는 비유효단면이 되어 단순히 스파이럴쉬스관과 본디드P.C강연선 사이의 공극을 충진시키는 역할만하게 되므로 이와 같은 P.S.C-I빔에서 프리스트레스 압축응력을 지지할 수 있는 콘크리트의 유효단면적은 스파이럴쉬스관(3)의 단면적 만큼 감소하게 된다.

상기와 같이 P.S.C-I빔의 강성을 크게 하기 위하여 본디드P.C강연선의 수량을 증가시킬 경우 스파이럴 쉬스관의 단면적(직경)을 더욱 크게 하여야 하므로 프리스트레스압축응력을 지지할 수 있는 콘크리트의 유효단면적 또한 더욱 감소하게 된다.

또한, 상기와 같이 종래의 P.S.C-I빔(1)의 경우 그 제작공정이 철근과 거푸집을 조립한 후 스파이럴쉬스관(3)을 별도로 조립하고, 콘크리트(2)를 타설양생한 후 스파이럴쉬스관(3)을 관통하여 본디드P.C강연선(4)의 묶음 다발을 조립하고, 그 단부에 정착장치(5)를 조립한 후 본디드P.C강연선(4)을 인장 정착한 상태에서 스파이럴쉬스관(3)내의 공극(6)에 시멘트 밀크를 주입하는 등의 복잡한 공정을 거치게 되므로 이로 인하여 제작기간이 길어지며 제작 비용이 높아지게 된다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 P.S.C-I빔(1)의 문제점들을 해결하고자 하는 것으로서, 스파이럴쉬스관(3)과 본디드P.C강연선(4)을 사용하지 않고 언본디드 P.C강연선(20:UNBONDED P.C STRAND)만을 사용한 언본디드 P.S.C-I빔(7:Unbonded Pre Stressed Concrete-I Beam)을 제공함에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 고안은 언본디드 P.S.C-I빔(7)을 구성함에 있어서 언본디드 P.C강연선(20)을 콘크리트내(2)에 일체로 직접 묻히도록 구성한 것이다.

도 1 은 종래의 P.S.C-I빔(Pre Stressed Concrete-I Beam)의 일부 사시도,

도 2 는 P.S.C-I빔 내에 설치된 스파이럴 쉬스관(SPIRAL SHEATH TUBE)을 관통하여 본디드 P.C강연선(Bonded P.C Strand)이 조립된 상태의 단면도(도 1 의 A-A선 단면도),

도 3 은 스파이럴쉬스관의 단부에 정착장치가 결합되고 그 속에 종래의 본디드 P.C강연선이 설치된 상태의 측면도(도 2 중 E 부부확대도),

도 4 는 스파이럴쉬스관을 이용한 종래의 본디드 P.C강연선 및 정착장치의 분리사시도(도 3 의 분리사시도),

도 5 및 도 6 은 도 2 의 B - B선 및 C - C선 단면도,

도 7 은 본디드 P.C강연선이 수개씩 묶여진 다발상태로 스파이럴쉬스관 내를 관통하여 설치된 확대단면도(도 6 의 아랫부분은 일부 확대도),

도 8 은 도 7 에서 스파이럴 쉬스관 내부를 확대한 단면도,

도 9 는 본 고안에 따른 언본디드 P.C강연선(Unbonded P.C Strand)이 설치된 언본디드 P.S.C-I빔(Unbonded Pre Stressed Concrete-I Beam)단면도,

도 10 은 본 고안에 따른 언본디드 P.C강연선과 정착장치의 결합부 측면도,

도 11 는 본 고안에 따른 언본디드 P.C강연선과 정착장치의 결합부 분리사시도(도 10 의 분리사시도),

도 12 및 도 13 은 도 9 중 H - H 선 및 I - I 선 단면도,

도 14 는 본 고안에 따른 언본디드 P.C강연선이 철근콘크리트 내에 직접 묻힌 상태의 단면도(도 13 의 아랫부분 일부확대도),

도 15 는 도 14 중 G 부분 확대도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 - P.S.C-I 빔, 2 - 철근콘크리트,

3 - 스파이럴쉬스관, 4 - 본디드 P.C강연선,

5 - 정착장치, 6 - 공극,

7 - 언본디드 P.S.C-I빔, 20 - 언본디드 P.C강연선,

21 - 피복층, 22 - 그리스윤활제,

23 - P.C 강연선.

본 고안을 첨부된 예시도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 P.S.C-I빔을 구성함에 있어서 빔(7)을 이루는 철근콘크리트(2)내에 언본디드 P.C 강연선(20)을 일체로 직접 묻히도록 한 것이다.

도 11 은 본 고안에 따른 언본디드P.C 강연선(20)과 정착장치(5)의 분리사시도로서, 언본디드P.C강연선(20)은 P.C강연선(23) 외부에 미리 고밀도 폴리에틸렌(H.P.P.E)수지로 된 피복층(21)이 형성되어 있고 피복층 내에는 마찰저감용 그리스 윤활제(22)가 충진되어 있다.

따라서 종래의 P.S.C-I빔(1)과 달리 언본디드 P.C강연선(20)을 사용할 경우 미리 계획설계된 언본디드 P.S.C-I빔(7)의 단면에 맞게 거푸집과 철근 및 언본디드 P.C 강연선(20)을 동시에 조립하도록 되어 있으며, 이때 언본디드 P.C강연선(20)은 언본디드 P.S.C-I빔(7)보다 조금 길게 하여 그 양쪽끝단이 콘크리트 밖으로 돌출된 인장여유장이 생기도록 한다.

다음으로 콘크리트(2)를 타설 양생한 후 언본디드 P.S.C-I빔(7)의 양단 콘크리트 밖으로 돌출된 언본디드 P.C강연선(20)의 인장여유장부분에서 고밀도 폴리에틸렌수지로된 피복층(21)을 벗겨내어 제거함과 동시에, 정착장치(5)를 조립하고 유압잭으로 P.C강연선(23)을 직접 인장하여 그 인장력을 정착장치(5)에 정착킴으로써 콘크리트(2)에 프리스트레스 압축응력을 도입하는 것이다.

상기와 같은 언본디드 P.C강연선(20)의 경우 예시도 15 와 같이 P.C강연선(23)과 피복층(21)사이에 마찰저감용 그리스 윤활제(22)가 충진되어져 있어서 콘크리트 단면내에서 만곡되게 배치하여도 유압잭으로 인장시 마찰저항이 아주 작거나 거의 발생되지 않는다.

따라서 언본디드 P.S.C-I빔(7)의 경우 그 양쪽 끝단에서의 P.C강연선(23)에 가한 인장력의 거의 대부분이 중앙부까지 손실없이 유효하게 전달됨으로써 그 강성을 지배하는 중앙부 콘크리트(2)의 유효프리스트레스압축응력은 양끝단의 콘크리트(2) 부분에 비하여 거의 손실이 없게 되며, 또한 종래의 P.S.C-I(1)빔에 비하여 스파이럴쉬스관(3)을 사용하지 않으므로 그 단면적만큼 콘크리트(2)의 프리스트레스 압축응력을 지지할 수 있는 저항 단면의 감소를 배제할 수 있게 되고, 그에 따라 프리스트레스 압축응력에 대한 콘크리트(2)의 유효저항 단면적을 증대시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 고안은 P.C강연선(23)에 가한 인장력의 거의 대부분이 언본디드 P.S.C-I빔의 단부에서 중앙부까지 콘크리트의 프리스트레스 압축응력의 손실이 거의 없도록 고르게 전달함으로써 종래의 P.S.C-I빔에 비하여 프리스트레스압축응력의 유효율을 크게 증가시킬 수 있으며, 또한 스파이럴쉬스관을 사용하지 않으므로 스파이럴쉬스관의 단면적만큼 프리스트레스압축응력을 지지할 수 있는 콘크리트의 유효 단면적을 증가시킬 수 있으며, 또한 종래의 P.S.C-I빔에서 발생되는 스파이럴쉬스관내에 자연적으로 형성되는 일부 공극내의 습기로 인한 부식에 대한 문제들이 본고안에 의한 언본디드 P.S.C-I빔에서는 전혀 발생되지 않는다.

또한 본 고안에 의할 경우 종래의 P.S.C-I빔에 비하여 스파이럴쉬스관을 조립하는 과정과 그 내부에 시멘트 밀크를 주입하는 공정자체를 제거함으로써 그로 인한 비용이 격감되며, 제작기간을 상당히 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. P.S.C-I 빔에 있어서, 빔(7)을 이루는 철근콘트리트(2)내에 언본디드 P.C강연선(20)을 일체형으로 직접 묻히도록 구성한 것을 특징으로 하는 언본디드 P.S.C-I빔.