KR20020085039A - 스틸 아이형 거더와 철근콘크리트와 피.씨. 긴장재를일체로 합성한 장경간 슬래브교의 설계 및 가설방법 - Google Patents

스틸 아이형 거더와 철근콘크리트와 피.씨. 긴장재를일체로 합성한 장경간 슬래브교의 설계 및 가설방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합성슬래브교(5)의 시공방법 및 구조에 관한 것으로서 종래의 슬래브교는 주된 재료가 인장응력에 취약한 콘크리트로서 지간 길이가 짧고 슬래브 내에 피.씨. 긴장재의 사용량이 극히 제한되었다.
본 발명은 예시도 3 과 같이 각 경간마다 강성이 큰 스틸 I형 거더(6)를 미리 가설된 교대 또는 교각(1)의 교좌장치(4) 위에 일정간격으로 설치한 후, 인접한 스틸 I형 거더(6) 사이마다 목재 또는 데크플레이트 등의 저판거푸집(10)을 스틸 I형 거더의 하부플랜지(6a)에 지지하여 설치하고 스틸 I형 거더 사이마다의 각 구획공간(9)의 저판거푸집(10) 위에 철근(11,12) 조립함과 동시에 피.씨. 긴장재(8) 미리 배치한다.
위와 같이 거푸집(10)과 철근(11,12) 및 피.씨. 긴장재(8)의 배치가 완료되면 인접한 스틸 I형 거더 사이마다의 각 구획공간(9)에는 콘크리트(7)를 타설하여 양생함으로써 1차적으로 철근콘트리트(7,11,12)와 스틸 I형 거더(6)가 일체로 조합된 합성슬래브가 완성되고 콘크리트가 양생된 후 각 I형 거더(6) 사이의 콘크리트 (7)에는 미리 배치된 피.씨. 긴장재(8)를 인장정착함으로써 프리스트레스 압축응력을 도입시켜 스틸 I형 거더(6)와 철근콘크리트(7,11,12) 및 피.씨. 긴장재(8)가 일체로 된 합성슬래브(5)를 완성하게 되는 것이다.

Description

스틸 아이형 거더와 철근콘크리트와 피.씨. 긴장재를 일체로 합성한 장경간 슬래브교의 설계 및 가설방법{Method for design and construction of long span slab bridge by combining steel I-type girder, reinforced concrete and P.C. tendon}
본 발명은 강재와 프리스트레스트 콘크리트를 일체로 합성한 장경간 슬래브교의 설계 및 가설방법(S.P.C. Slab Bridge)에 관한 것으로 더욱 상세히 설명하면 종래의 슬래브교(Slab Bridge)와는 달리 스틸(Steel) I형 거더(Girder)와 철근콘크리트 및 피.씨. 긴장재(P.C.Tendon)를 일체로 조합한 상판(Slab)을 먼저 가설된 교대 또는 교각 위에 직접 시공하는 강재(Steel)와 프리스트레스 콘크리트 (Prestressed concrete)를 일체로 조합한 합성슬래브교의 시공방법 및 구조에 관한 것이다.
일반적으로 교량의 건설은 도 2 와 같이 먼저 가설된 교대 또는 교각(1) 위에 보(Beam) 등의 주형(2)을 가설하고 그 주형(2) 위에 콘크리트 등의 재료로서 상판(3)을 완성하는 방법과, 도 1 과 같이 주형을 가설하지 않고 교대 또는 교각(1) 위에 곧바로 상판(3)을 건설하는 방법 등이 있다. 이와 같이 교대 또는 교각(1) 위에 주형(2)을 가설하지 않고 직접 상판(3)을 시공하는 교량을 일반적으로 슬래브교라 총칭한다.
종래에는 슬래브교를 시공함에 있어서 먼저 가설된 교대 또는 교각(1) 위에 단순철근콘크리트 구조의 상판(3)만을 시공한 철근콘크리트 슬래브(R.C. Slab)교와 철근콘크리트와 피.씨. 긴장재(P.C. Tendon)를 함께 조합하여 시공한 피.에스.씨. 슬래브(Prestressed concrete Slab)교가 있다.
이와 같은 종래의 알.씨. 슬래브교와 피.에스.씨. 슬래브교는 모두 주된 재료가 인장응력에 취약한 콘크리트로서 적용할 수 있는 지간길이가 짧을 수밖에 없는 한계가 있다. 또한, 피.에스.씨. 슬래브교의 경우 피.씨. 긴장재(P.C. Tendon)를 배치하여 콘크리트의 취약한 인장응력을 보완할 수 있는 구조이긴 하나 얇은 두께의 슬래브(3) 단면 내에서 피.씨. 긴장재의 사용량과 배치형태의 한계 등으로 인하여 알.씨.슬래브교에 비하여 적용지간길이를 그다지 증가시키지 못한다. 만약 피.에스.씨. 슬래브교에서 피.씨. 긴장재의 사용량을 더욱 늘리고 배치형태를 아주 자유롭게 하기 위하여는 반드시 슬래브(3)의 두께를 증가시켜야 하는바 이럴 경우 슬래브 콘크리트의 자중이 더욱 증가되어 적용지간길이를 증대시킬 수 없으므로 오히려 더욱 불안정한 구조가 된다.
따라서 본 발명은 강성이 아주 큰 스틸 I형 거더(6)와 철근콘크리트 (7,11,12) 및 피.씨 긴장재(8)를 상판 슬래브(3) 단면 내에서 일체로 합성함으로써위와 같은 종래의 알.씨. 슬래브교나 피.에스.씨. 슬래브교에 비하여 적용지간길이를 아주 크게 증대시키면서도 동시에 슬래브 구조체의 전체 강성을 안정적으로 유지하거나 더욱 증가시킬 수 있는 장경간 합성 슬래브교(5)를 건설함에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 실현시키기 위한 본 발명은 일정한 솟음을 갖도록 위로 만곡된 스틸 I형 거더(6)를 각 경간마다 교대 또는 교각(1)의 교좌 장치(2) 위에 일정한 간격으로 설치한 후 인접한 스틸 I형 거더(6)의 각 사이마다 I형 거더의 하부 플랜지(6a)에 지지되도록 목재 또는 데크플레이트 등의 저판거푸집(10)을 설치하고 그 위의 각 공간내(9)는 일정한 형태로 철근(11,12)과 피.씨. 긴장재(8)를 배치한 후 콘크리트(7)를 타설 양생하여 스틸 I형 거더(6)와 철근콘크리트(7,11,12)가 합성된 슬래브(5)를 완성하고 콘크리트(7)가 양생된 후 피.씨. 긴장재(8)를 인장정착하여 스틸 I형 거더(6)와 철근콘크리트(7,11,12)와 피.씨. 긴장재(8)가 일체로 결합된 합성슬래브교(5)가 되도록 하는 것이다.
도 1 은 종래의 빔(Beam)교의 사시도,
도 2 는 종래의 슬래브(Slab)의 사시도,
도 3 은 본 발명에 따른 강재와 프리스트레스트 콘크리트를 일체로 합성한 합성슬래브교의 일측단면사시도,
도 4 는 도 3 의 A-A 선 단면도,
도 5 는 도 3 의 B-B 선 단면도,
도 6 은 본 발명의 도 3에서 스틸(Steel) I 형 거더(Girder) 사이마다의 각 구획공간에 피.씨.긴장재(P.C. Tendon)를 배치한 사시도,
도 7 의 a b c d 는 피.씨. 긴장재(P.C. Tendon)를 배치한 경우와 배치하지 않은 각 경우에 따른 스틸 I형 거더와 콘크리트의 응력도를 나타낸 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 - 교대 또는 교각,2 - 보(Beam)등의 주형,
3 - 상판(Slab),4 - 교좌장치,
5 - 합성슬래브(S.P.C.Slab),6 - 스틸(Steel) I형 거더(Girder),
6a - 하부플랜지,6b - 복부,
6c - 상부플랜지,7 - 콘크리트,
8 - 피.씨. 긴장재(P.C. Tendon),
9 - 스틸(Steel) I형 거더(Girder) 사이마다의 각 구획공간,
10 - 목재 또는 테크플레이트 등의 저판거푸집,
11 - 횡방향 저부 철근,12 - 횡방향으로 연속된 상부 철근,
13 - 상부 피복 콘크리트 .
본 발명을 첨부된 예시도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 합성슬래브교(5)는 먼저 가설된 교대 또는 교각(1) 위의 각 경간마다 강성이 아주 큰 스틸 I형 거더(6)를 교좌장치(4) 위에 일정간격으로 설치한 후, 인접한 스틸 I형 거더(6)의 각 사이마다 목재 또는 데크플레이트 등으로 I형 거더의 하부플랜지(6a)에 의존하여 저판거푸집(10)을 설치하고 이 저판거푸집 위의각 구획 공간(9)에는 미리 철근(11,12)을 조립하며, 동시에 피.씨. 긴장재(8)를 예시도 3, 4, 6 에서와 같이 일정하게 아래로 만곡되도록 배치한다.
위와 같이 저판 거푸집(10)과 철근(11,12) 및 피.씨. 긴장재(8)의 배치가 완료되면 인접한 스틸 I형 거더 사이마다의 각 구획공간(9)에는 콘크리트(7)를 타설하여 양생함으로써 1차적으로 철근콘트리트(7,11,12)와 스틸 I형 거더(6)가 일체로 조합된 합성슬래브가 완성되고 콘크리트(7)가 양생된 후 각 I형 거더(6)사이 마다의 각 콘크리트(7)에는 미리 배치된 피.씨. 긴장재(8)를 인장정착함으로써 프리스트레스 압축응력을 도입시켜 스틸 I형 거더(6)와 철근콘크리트(7,11,12) 및 피.씨. 긴장재(8)가 일체로 된 합성슬래브(5)를 완성하게 되는 것이다.
이때 I형 거더(6)는 그 사이마다 콘크리트(7)를 타설시 콘크리트(7)의 자중을 지지하게 되어 밑으로 쳐지게 되므로 미리 그 처짐량을 계산하여 위로 솟음을 부여하여 만곡시킨 상태로 제작하여야 한다. 또한 I형 거더(6) 사이의 콘크리트(7)는 인접한 I형 거더(6)와 완전하게 합성되어 각 단계의 하중에 대하여 일체로 거동하여야 하므로 각 I형 거더(6)와 I형 거더 사이마다의 각 콘크리트(7)는 전부가 완전히 일체가 되도록 하기 위하여 I형 거더의 복부(6b)에는 일정한 간격으로 전단연결재를 배치하거나 I형 거더의 복부(6b) 아래쪽에는 미리 일정한 간격으로 관통공을 천공하여 횡방향 저부 철근(11)을 I형 거더의 복부(6b)아래쪽을 횡방향으로 관통시켜 연속되도록 배치하고 I 형 거더의 상부플랜지(6c) 위의 피복콘크리트(13) 단면 내에도 횡방향으로 연속된 상부 철근(12)을 일정한 간격으로 배치하여야 한다.
또한 콘크리트(7)를 타설할 때 스틸 I 형 거더의 상부플랜지(6c)는 적당한 두께의 상부 피복 콘크리트(13) 속에 완전히 묻히도록 하고 하부플랜지(6a) 하면은 부득이 노출이 되어야 하므로, 노출된 부분은 적당한 방법으로 미리 방청도장을 하여야 한다.
도 7 의 a는 피.씨. 긴장재(8)를 배치하지 않고 스틸 I형 거더(6)와 콘크리트(7)만을 합성한 경우 스틸 I형 거더(6)에 발생되는 콘크리트 타설단계와 활하중작용 단계의 응력도 및 각 단계 응력의 누계응력도이다.
도 7 의 b는 스틸 I형 거더(6)와 콘크리트(7)와 피.씨. 긴장재(8)를 합성한 경우 스틸I형 거더(6)에 발생되는 콘크리트 타설단게와 피.씨. 긴장재의 긴장단계(Prestressing 단계)와 활하중 작용단계의 응력도 및 각 단게의 누계응력도이다.
도 7 의 c는 피.씨. 긴장재(8)를 배치하지 않고 스틸 I형 거더(6)와 콘크리트(7)만을 합성한 도 7 의 a의 경우에서 콘크리트(7)에 발생되는 활하중 작용단계의 응력도이다.
도 7 의 d는 스틸 I형 거더(6)와 콘크리트(7)와 피.씨. 긴장재(8)를 합성한 도 7 의 b의 경우에서 콘크리트(7)에 발생되는 피.씨. 긴장재의 긴장단계 (Prestressing 단계)와 활하중 작용단계의 응력도 및 각 단계의 누계 응력도이다.
도 7 의 응력도에서 (+)는 압축응력이고, (-)는 인장응력이다.
그리고, 피.씨. 긴장재(8)를 조합하지 않고 스틸 I형 거더(6)와 철근콘크리트(7,11,12)만을 조합한 경우 예시도 7의 a 및 c와 같이 합성단면의 중립축을 기준으로 상부에는 압축응력이 발생하고, 하부에는 인장응력이 발생하게 된다.
이때 스틸 I형 거더(6)는 상하부 압축 및 인장응력에 대하여 모두가 유효하게 저항하는 강구조체(Steel Structure)이지만 콘크리트(7)는 도 7 의 c의 상부 압축응력에만 저항할 뿐 하부의 인장응력에는 전혀 저항하지 못하여 중립축 아래쪽의 콘크리트 단면은 구조적으로 전혀 유효하지 못하고 자중만 증가시키므로 오히려 인장균열을 유발시키고 교통하중에 대한 처짐이 커지는 등의 합성슬래브(5) 전체 구조체의 강성을 저하시키는 요인이 된다.
따라서 도 3,4,5 에서와 같이 피.씨. 긴장재(8)를 스틸 I형 거더(6) 사이마다의 콘크리트(7) 단면 내에서 지간 중앙부가 가장 아래쪽에 위치하도록 만곡시켜 배치하여 콘크리트(7)를 타설 양생한 후 인장정착함으로써 도 7의 d에서처럼 중립축 아래부분의 콘크리트에는 미리 프리스트레스 압축응력이 도입되어 도 7 의 c의 인장응력을 상쇄시킴으로써 모든 설계 하중이 작용하는 상태의 누계 응력도에서처럼 콘크리트(7)에는 인장응력 및 균열을 전혀 유발시키지 않는 전단면이 압축 응력상태가 되어 스틸 I형 거더(6)와 함께 콘크리트(7) 또한 상하부 전체가 모든 하중에 대하여 구조적으로 유효한 저항 단면이 되는 것이다. 또한 도 7 의 b에서와 같이 피.씨. 긴장재(8)를 배치하여 인장 정착할 경우 콘크리트(7)에 도입되는 프리스트레스응력이 스틸 I형 거더(6)에서도 동시에 전달되어 도 7 의 a에 비하여 모든 설계 하중이 작용하는 누계 응력 상태에서 스틸 I형 거더(6) 자체의 인장 및 압축 응력을 크게 감소시키게 된다. 따라서 합성슬래브 구조계 전체의 처짐은 최소화하고 구조적으로 강성을 극도로 증가시킴과 동시에 두께가 비교적 얇은 슬래브교 형식으로서도 지간장을 극도로 증가시킬 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 1차적으로 구조적 강성이 큰 스틸 I형 거더(6)와 철근콘크리트 (7,11,12)가 슬래브 단면 내에서 일체가 되도록 조합한 후 콘크리트(7) 단면 내 미리 배치된 피.씨. 긴장재(8)를 인장정착하여 2차적으로 스틸 I형 거더(6)와 철근콘트리트(7,11,12) 및 피.씨. 긴장재(8)가 완전하게 일체가 되도록 조합함으로써 스틸 I형 거더(6)와 철근콘크리트(7,11,12)가 1차적으로 합성된 구조에 비하여 스틸I형 거더(6)와 함께 콘크리트(7) 또한 전체 단면이 압축응력 상태의 유효한 저항단면이 되도록 하여 교통하중에 대한 합성슬래브(5) 전체구조체의 처짐을 극도로 감소시키며, 콘크리트(7)에 미리 도입된 프리스트레스 압축응력으로서 콘크리트(7)에는 인장응력을 전혀 유발시키지 않으면서 구조적 강성을 극도로 증가시켜 두께를 아주 작게 한 슬래브교 형식으로서도 알.씨. 슬래브교나 피.에스.씨. 슬래브교에 비하여 적용지간길이를 극도로 증가시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 교량의 상부구조를 건설함에 있어서 교대 또는 교각(1)의 교좌 장치(4) 위에 미리 위로 솟아 만곡된 스틸 I형 거더(6)를 일정한 간격으로 설치하고 I형 거더 사이마다의 각 구획 공간(9)에는 철근(11,12)과 함께 피.씨. 긴장재(8)를 미리 계획된 일정한 형태로 교량의 종방향과 나란히 배치하여 콘크리트(7)를 타설.양생함을 특징으로 하는 합성슬래브교(5)의 설계 및 시공방법.
  2. 제1항에 있어서 콘크리트(7)가 양생되어 1차적으로 I형 거더(6)와 콘크리트 (7)가 슬래브(5) 단면 내에서 완전하게 일체가 되도록 합성된 후 I형 거더 사이마다의 각 구획공간(9) 내에서 별도로 존재하는 각 콘크리트(7) 구조체의 양측 단부에서 미리 배치된 피.씨. 긴장재(8)를 인장정착하여 각 콘크리트(7) 구조체마다 순차적으로 프리스트레스 압축응력을 도입시켜 스틸I형 거더(6)와 철근콘크리트 (7,11,12) 및 피.씨. 긴장재(8)가 완전하게 일체구조로 합성되도록 한 것을 특징으로 하는 합성슬래브교(5)의 설계 및 시공방법.
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