KR20020076395A - 교량 상판 가설용 튜브 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자중을 줄일 수 있고, 충분한 내하력을 확보할 수 있는 교량 상판 가설용 튜브 구조체를 제공한다.

본 발명에 따른 교량 상판 가설용 튜브 구조체는 그 내부에는 터널형의 중공이 마련되고, 그 상면부와 하면부에는 상면부와 하면부의 양단으로부터 각각 소정 길이만큼 연장되어 형성되는 상부 플랜지와 하부 플랜지를 갖는 제1 튜브부재; 및상기 제1 튜브부재의 양측면에 각각 형성되는 상,하부 플랜지 사이에 조립되어 제1 튜브부재와 함께 전체적으로 하나의 조립구조체를 구성하여 교량의 상판 구조를 이루게 되는 것으로서, 그 내부에는 상기 제1 튜브부재의 터널형 중공에 상응하는 터널형 중공이 마련되고, 그 전후면이 개방된 다면체 형상의 제2 튜브부재를 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 에폭시나 폴리에스터, 비닐에스터 모재에 유리섬유나 탄소섬유의 보강재가 혼합된 이방성 복합재료에 의해 제작된 사다리꼴 형상의 구조로 되어 있어, 기존의 콘크리트나 스틸 재료들 보다 비강도와 비강성이 높고, 역학적인 효율이 높다. 따라서, 자중을 획기적으로 줄일 수 있고, 외부의 큰 하중에 대하여 충분한 내하력을 확보할 수 있으며, 부식에 강해 내환경성이 우수하다.

Description

교량 상판 가설용 튜브 구조체{Tube structures for bridge deck erection}

본 발명은 교량 상판 가설용 튜브 구조체에 관한 것으로서, 특히 역학적으로 비강도와 비강성이 높고, 큰 하중에 대해서도 충분한 내하력을 확보할 수 있는 교량 상판 가설용 튜브 구조체에 관한 것이다.

일반적으로, 기존의 노후화된 콘크리트 및 강교량에 대하여 상부 구조물을 보강하더라도 내하력 부족으로 인해 차량 통행이 더 이상 어려운 경우에는, 지금까지는 기존의 가설된 교량을 불가피하게 모두 철거하여 신설하는 방식으로 교량을 관리하여 왔다. 이와 같이 기존의 교량을 전면적으로 철거한 후 재가설하는 방법은 경제적, 시간적으로 많은 손실을 가져오고 있다.

한편, 차량의 급속한 증가에 따라 도로의 이용은 거의 포화상태에 이르고 있다. 국내의 가설된 교량중 85%가 교량 지간이 짧은 중,소형 규모의 교량으로서, 그 대부분이 콘크리트 교량으로 가설되어 있어 차량 증가에 따른 노후화가 위험 상태에 도달하고 있다. 따라서, 수년 내에 이들 교량을 불가피하게 교체할 수 밖에 없다. 이들 교량의 상부구조 형식은 철근콘크리트 슬래브교나 프리스트레스트 콘크리트 빔(prestressed concrete beam:PC 빔)교로 가설되어 있다. 이와 같이 노후화된 교량을 철거한 후, 재가설하는 데에는 교량의 상부구조, 하부구조 및 기초를 모두 철거하는 등 상당한 시간적, 경제적 손실이 발생하고, 가장 큰 문제는 교통의 소통에 지장을 준다는 점이다. 기존의 노후화된 교량의 철거 후, 재가설은 현재 공용되는 차량하중하에서 정밀 안전진단을 실시하여 철거여부를 결정하고 있으며, 진단결과를 살펴보면 대부분의 철거 원인이 상부구조에 있고, 하부구조(교각, 교대)와 기초는 구조적 기능을 발휘할 수 있는 것으로 조사되고 있다. 이와 같은 하부구조는 상부구조의 자중에 영향을 받아 단면의 크기가 결정되는 것으로서, 상부구조의 형식에 따라 민감하게 작용된다. 따라서, 정밀 안전진단에서 철거 판정을 받은 기존의 노후화된 교량을 재가설하는 방법에 있어서, 상부구조만 철거하고 하부구조를 재사용한다면 적은 비용으로도 교량을 신속히 재가설하여 차량 통행을 원활히 할 수 있다. 그러므로, 자중을 줄일 수 있는 경량재료와 강도(strength), 강성 (rigidity)이 충분히 확보된 복합재료를 이용한 구조 상판(deck)과 같은 상부구조물이 요구되고 있다. 구조 상판은 일반적으로 콘크리트, 스틸과 같은 중량재료를 사용하고 있다.

현재 가설되고 있는 교량 상판은 일반적으로 콘크리트를 사용한 철근콘크리트, 프리스트레스트 콘크리트와 스틸을 사용한 강상판과 같은 중량재를 사용하고 있으나 노후화된 교량을 재가설할 때 이와 같은 중량재료를 사용하면 사하중 증대와 기존 구조물의 강성저하에 따른 구조적 안전성이 결여된다. 따라서, 교량의 상판과 같은 대형화 구조에서는 제작, 설치, 성능 등의 면에서 중량으로 인해 한계에 이르기 때문에 종래의 중량재료를 이용한 구조 상판으로 가설할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 자중을 줄일 수 있고, 충분한 내하력을 확보할 수 있는 교량 상판 가설용 튜브 구조체를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 교량 상판 가설용 튜브 구조체의 구조를 보여주는 분해사시도.

도 2는 본 발명에 따른 교량 상판 가설용 튜브 구조체의 구조를 보여주는 조립상태 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 교량 상판 가설용 튜브 구조체의 제1 튜브부재와 교량의 거더의 전단연결재와의 결합 관계를 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 교량 상판 가설용 튜브 구조체를 이용하여 2층구조로 교량 상판을 구성한 상태를 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110,111,112...제1 튜브부재 110h...역사다리꼴 중공

110u,110d...상,하부 플랜지 110c...채널형 홈

120...제2 튜브부재 120h...정사다리꼴 중공

130...삽입봉 301...거더(girder)

301s...전단연결재 112s...전단연결재 삽입용 관통공

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 교량 상판 가설용 튜브 구조체는,

그 내부에는 터널형의 중공이 마련되고, 그 상면부와 하면부에는 상면부와 하면부의 양단으로부터 각각 소정 길이만큼 연장되어 형성되는 상부 플랜지와 하부 플랜지를 갖는 제1 튜브부재; 및

상기 제1 튜브부재의 양측면에 각각 형성되는 상,하부 플랜지 사이에 조립되어 제1 튜브부재와 함께 전체적으로 하나의 조립구조체를 구성하여 교량의 상판 구조를 이루게 되는 것으로서, 그 내부에는 상기 제1 튜브부재의 터널형 중공에 상응하는 터널형 중공이 마련되고, 그 전후면이 개방된 다면체 형상의 제2 튜브부재를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 바람직하게는 상기 제1 튜브부재의 내부에 마련되는 터널형 중공은 그 단면형상이 역사다리꼴 형상을 가지도록 형성되고, 상기 제2 튜브부재는 그 내부에 마련되는 터널형 중공의 단면형상이 정사다리꼴 형상을 갖는 사다리꼴관의 구조를 갖는다.

그리고, 상기 제1 튜브부재의 상,하부 플랜지의 각 단부에는 제1 튜브부재 들 사이에 제2 튜브부재가 조립된 상태에서의 제1 튜브부재들 간의 결합을 위한 접착제의 주입을 위한 채널형의 홈이 플랜지의 길이 방향으로 각각 형성된다.

그리고, 상기 제1 튜브부재중 교량의 거더의 전단연결재 부위 설치용 제1 튜브부재의 하면부에는 상기 전단연결재를 수용하기 위한 전단연결재 삽입용 관통공이 형성된다.

또한, 상기 제1 튜브부재중 교량 상판의 양측 가장자리 설치용의 제1 튜브부재는 "ㄷ"자 형상으로 구성되고, 그 "ㄷ"자 형상의 구조체의 상면부와 측면부가 만나는 모서리 부위에는 교량의 난간을 겸할 수 있도록 하기 위한 돌출턱이 형성된다.

그리고, 바람직하게는 상기 제1 튜브부재 및 제2 튜브부재의 재질로는 에폭시(epoxy) 혹은 폴리에스터(polyester), 비닐에스터(vinylester) 중의 어느 하나의 모재(matrix)에 보강재로서 유리섬유(glass fiber)나 탄소섬유(carbon fiber) 중의 어느 하나가 혼합된 복합재질이 사용된다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 교량 상판 가설용 튜브 구조체의 구조를 보여주는 것으로서, 도 1은 분해사시도이고, 도 2는 조립상태 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 교량 상판 가설용 튜브 구조체는 제1 튜브부재(110)와 제2 튜브부재(120)로 크게 구성된다.

상기 제1 튜브부재(110)의 내부에는 그 단면형상이 역사다리꼴 형상인 터널형의 중공(110h)이 마련되고, 그 상면부와 하면부에는 상면부와 하면부의 양단으로부터 각각 소정 길이만큼 연장되어 형성되는 상부 플랜지(110u)와 하부 플랜지 (110d)가 각각 마련된다. 여기서, 상기 중공(110h)은 이와 같이 반드시 역사다리꼴 형상으로 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 역삼각형이나 사각형, 육각형,혹은 원형 등 다양한 변경 응용이 가능하다.

그리고, 상기 제1 튜브부재(110)의 상,하부 플랜지(110u)(110d)의 각 단부에는 제1 튜브부재들 사이에 제2 튜브부재(120)가 조립된 상태에서의 제1 튜브부재들 간의 결합을 위한 접착제의 주입을 위한 반원형의 채널형의 홈(110c)이 플랜지의 길이 방향으로 각각 형성된다.

또한, 상기 제1 튜브부재중 교량 상판의 양측 가장자리 설치용의 제1 튜브부재(111)는 "ㄷ"자 형상으로 구성되고, 그 "ㄷ"자 형상의 구조체의 상면부와 측면부가 만나는 모서리 부위에는 교량의 난간을 겸할 수 있도록 하기 위한 돌출턱 (111t)이 형성된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 튜브부재중 교량의 거더(girder) (301)의 전단연결재(shear connector)(301s) 부위 설치용의 제1 튜브부재(112)의 하면부에는 상기 전단연결재(301s)를 수용하기 위한 전단연결재 삽입용 관통공 (112s)이 형성된다.

상기 제2 튜브부재(120)는 상기 제1 튜브부재(110)의 양측면에 각각 형성되는 상,하부 플랜지(110u)(110d) 사이에 조립되어 제1 튜브부재(110)와 함께 전체적으로 하나의 조립구조체를 구성하여 교량의 상판 구조를 이루게 되는 것으로서, 그 내부에는 상기 제1 튜브부재(110)의 터널형 중공(110h)에 상응하는 터널형 중공 (120h)이 마련되고, 그 전후면이 개방된 다면체 형상의 구조를 갖는다. 즉, 이 제2 튜브부재(120)는 그 내부에 마련되는 터널형 중공(120h)의 단면형상이 정사다리꼴인 사다리꼴관의 구조를 갖는다. 여기서, 이 제2 튜브부재(120)도 이와 같이 반드시 정사다리꼴관의 형상으로 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 정삼각형관이나 사각형관, 육각형관, 혹은 원형관 등 다양한 변경 응용이 가능하다.

한편, 상기 제1 튜브부재(110) 및 제2 튜브부재(120)의 재질로는 에폭시, 폴리에스터 혹은 비닐에스터 중의 어느 하나의 모재에 보강재로서 유리섬유나 탄소섬유 중의 어느 하나가 혼합된 복합재질이 사용된다. 그리고, 이와 같은 제1 튜브부재(110) 및 제2 튜브부재(120)의 제조를 위해 펄트루젼(pultrusion) 공법이 사용될 수 있다. 이 펄트루젼 공법은 섬유재 보강의 플라스틱 성형물을 생산하기 위해 사용되는 하나의 연속 제조 공정이다. 이 공정에 있어서, 수지 및 다른 첨가물을 함유하는 용액으로 함침된 섬유 보강재들은 가열 다이(heating die)를 경유하여 인출된다. 가열 다이로 인입되는 보강재들은 보통 액체상태의 수지로 함침되나, 가열 다이로부터 인출될 때는 고체 상태로 된다. 이와 같은 펄트루젼 공정은 측면이 개방된 중공관 형태의 구조물을 제조할 수 있다.

이상과 같은 펄트루젼 공법에 의해 제1,제2 튜브부재(110)(120)를 제조함에 있어서, 교량의 상판처럼 차량의 이동하중이 작용할 때, 그 이동하중이 나아가는 방향쪽으로는 탄성계수가 큰 섬유를 배치하고, 이동하중과 직교하는 방향쪽으로는 탄성계수가 작은 섬유를 배치하여 직교 이방성 구조체가 형성되도록 한다. 이때, 물론 섬유의 방향을 임의의 방향으로도 배치하여 최적의 방향이 되도록 할 수도 있다.

그러면, 이상과 같은 구성의 제1 튜브부재(110) 및 제2 튜브부재(120)를 이용하여 교량의 상판 구조를 형성하는 과정에 대해 간략히 설명해 보기로 한다.

먼저, 제1 튜브부재(110)와 제2 튜브부재(120)를 교대로 배치하여 조립한 후, 제1 튜브부재(110)의 상,하부 각 플랜지(110u)(110d)의 양단에 형성되어 있는 채널형의 홈(110c)에 접착제를 주입하여 결합시킴으로써 전체적으로 하나의 조립구조체를 이루게 된다. 이때, 상기 채널형의 홈(110c)에 접착제를 주입하는 작업을 수행함에 있어서, 바람직하게는 각 채널형 홈(110c)의 결합에 의해 형성된 관통홀에 원기둥형의 삽입봉(130)를 삽입하고, 그 삽입봉(130)과 홀의 내벽면 사이의 틈새에 접착제를 주입한다. 이와 같이 삽입봉(130)을 삽입하는 것은 접착제가 홀 내부로 골고루 잘 주입되어 충전되게 하기 위한 것이다.

이렇게 하여 제1,제2 튜브부재(110)(120)의 조립에 의해 하나의 조립구조체가 완성되면, 그 조립구조체의 상부 표면(upper facing)을 폴리머 콘크리트나 개질아스팔트(구스아스팔트)로 표면처리함으로써, 실제 차량 하중이 통과할 수 있는 교량의 상판구조가 완성된다. 이때, 교량지간과 폭이 큰 상판인 경우에는 휨강성을 보강하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 제1,제2 튜브부재(110)(120)로 구성된 상기 조립구조체를 2층 구조로 구성한다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 교량 상판 가설용 튜브 구조체는 에폭시, 폴리에스터 혹은 비닐에스터 모재에 유리섬유나 탄소섬유의 보강재가 혼합된 이방성 복합재료에 의해 제작된 사다리꼴 형상의 구조로 되어 있어, 기존의 콘크리트나 스틸 재료들 보다 비강도(strength/density)와 비강성(rigidity/density)이 높고, 역학적인 효율이 높다. 따라서, 자중을 획기적으로 줄일 수 있고, 외부의 큰하중에 대하여 충분한 내하력을 확보할 수 있으며, 부식에 강해 내환경성이 우수하다. 또한, 원하는 방향으로 강성과 강도의 조절이 가능하여, 필요한 방향으로만 강성과 강도를 높임으로써 재료의 낭비를 방지할 수 있고, 가공을 거의 필요로 하지 않는 정형가공이므로 제조가 용이한 장점이 있다.

Claims (6)

1. 그 내부에는 터널형의 중공이 마련되고, 그 상면부와 하면부에는 상면부와 하면부의 양단으로부터 각각 소정 길이만큼 연장되어 형성되는 상부 플랜지와 하부 플랜지를 갖는 제1 튜브부재; 및

   상기 제1 튜브부재의 양측면에 각각 형성되는 상,하부 플랜지 사이에 조립되어 제1 튜브부재와 함께 전체적으로 하나의 조립구조체를 구성하여 교량의 상판 구조를 이루게 되는 것으로서, 그 내부에는 상기 제1 튜브부재의 터널형 중공에 상응하는 터널형 중공이 마련되고, 그 전후면이 개방된 다면체 형상의 제2 튜브부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 상판 가설용 튜브 구조체.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 튜브부재의 내부에 마련되는 터널형 중공은 그 단면형상이 역사다리꼴 형상을 가지도록 형성되고, 상기 제2 튜브부재는 그 내부에 마련되는 터널형 중공의 단면형상이 정사다리꼴인 사다리꼴관의 구조인 것을 특징으로 하는 교량 상판 가설용 튜브 구조체.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 튜브부재의 상,하부 플랜지의 각 단부에는 제1 튜브부재들 사이에 제2 튜브부재가 조립된 상태에서의 제1 튜브부재들 간의 결합을 위한 접착제의 주입을 위한 채널형의 홈이 플랜지의 길이 방향으로 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교량 상판 가설용 튜브 구조체.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 튜브부재중 교량의 거더의 전단연결재 부위 설치용 제1 튜브부재의 하면부에는 상기 전단연결재를 수용하기 위한 전단연결재 삽입용 관통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 교량 상판 가설용 튜브 구조체.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 튜브부재중 교량 상판의 양측 가장자리 설치용의 제1 튜브부재는 "ㄷ"자 형상으로 구성되고, 그 "ㄷ"자 형상의 구조체의 상면부와 측면부가 만나는 모서리 부위에는 교량의 난간을 겸할 수 있도록 하기 위한 돌출턱이 형성되어 있는것을 특징으로 하는 교량 상판 가설용 튜브 구조체.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 튜브부재 및 제2 튜브부재의 재질은 에폭시 혹은 폴리에스터 중의 어느 하나의 원재에 보강재로서 유리섬유나 탄소섬유 중의 어느 하나가 혼합된 복합재질인 것을 특징으로 하는 교량 상판 가설용 튜브 구조체.