KR200245269Y1 - 다중 강상자형 주형 - Google Patents

Abstract

본 고안은 다중 강상자형 주형에 관한 것으로서, 본 고안에서는 강상자형 주형의 내부벽에 설치된 리브에 더하여, 교량의 각 구간에 작용하는 모멘트에 의한 단면력의 크기에 맞추어 소정 개수의 다중 보강판을 리브에 장착하여 보강하므로써 기존의 주형 크기보다 작으면서도 교량 전 구간에 걸쳐 동일한 크기의 등단면을 가질 수 있도록 구성한 다중 강상자형 주형을 제공한다.

다중 강상자형 주형의 사용으로 강상자형 주형의 단면 크기를 감소시킬 수 있어, 교량의 육중하고 위압적인 느낌을 없애고 교량 하부의 공간활용에 유익을 주며, 교량 전후의 도로계획고를 낮출 수 있어 경제적인 도로설계가 가능하다.

Description

다중 강상자형 주형{STEEL BOX GIRDER WITH MULTIPLE LAYER}

본 고안은 강상자형 교량의 시공에 이용되는 다중 강상자형 주형에 관한 것으로서, 구체적으로는 교량의 종방향으로 강상자형의 주형에 작용하는 단면력의 크기에 따라 다중의 보강판을 강상자형 주형 내부에 설치하여 보강하므로써, 교량 전 구간에 걸쳐 등단면을 가질 수 있도록 하는 다중 강상자형 주형에 관한 것이다.

강상자형 주형을 이용한 강상자형 교량은 상기 강상자형 교량에는 교량의 교각과 교량상판 사이에 폐합단면을 이루고 있는 강상자형 주형이 위치한다. 이러한 강상자형 교량은, 주형이 폐합단면을 이루고 있어 외관이 미려하고 휨에 대한 저항능력이 뛰어나며 비틀림 강성이 큰 장점이 있다. 따라서, 곡선교나 도심의 고가차도, 주위의 조형물과 조화를 이루기 위해 미관이 중요시되는 교량 등에 널리 이용되고 있다. 도 1에는 종래의 주형(1)의 단면이 도시되어 있다. 종래의 주형(1)은 강상자형 단면을 가지고 있으며, 강상자형 단면벽의 내측벽면에는 각각 휨 보강을 위한 소정 개수의 리브(4)가 주형의 종방향으로 길게 구비되어 있다.

강상자형 교량에서는 하중에 의하여 발생하는 최대 정모멘트와 최대 부모멘트의 크기가 상이하다. 도 2에 도시된 바와 같이 교각(2) 위치에서 주형에 발생하는 최대 부모멘트(M_min)는 각 교각(2)과 교각(2), 또는 교각(2)과 교대(3) 사이의 중앙에 발생하는 최대 정모멘트(M_max)의 약 2배가 된다. 기존의 강상자형 교량에서는 상기와 같은 이유 때문에 크게 두 가지 형태의 강상자형 주형이 사용되어 왔다.

첫째는 도 3에 도시된 바와 같이, 교량 길이에 따라 등단면의 형상을 갖는 강상자형 주형으로서, 단면 설계시 가장 큰 모멘트인 최대 부모멘트에 의한 단면력에 대응하는 단면2차 모멘트를 갖도록 주형단면의 크기(높이 : H)를 설정해 전 교량 구간에 적용하는 방법이다. 가장 일반적으로 사용되는 방법이지만, 단면력과 무관하게 주형단면의 크기가 종방향으로 일정하기 때문에 최대 부모멘트가 발생하는 곳을 제외하고는 불필요하게 과도한 단면 크기를 갖게 되므로 비경제적이다. 또한 최대 부모멘트를 기준으로 주형 단면의 크기가 정해지므로, 주형 단면이 과도하게 커져 주형의 높이가 높아지게 되고, 그에 따라 교량이 육중하고 위압적인 느낌을 주게 될 뿐만 아니라, 교량 밑 공간의 활용면에서도 바람직하지 못하다.

둘째는 도 4에 도시된 바와 같이, 정모멘트 구간과 부모멘트 구간의 각각의 최대 모멘트에 맞추어 주형의 단면을 변화시키는 것이다(단면 높이 : H₁, H₂). 주형의 단면을 모멘트의 크기에 따라 변화시키는 경우, 교량 전 길이에 걸쳐 작용하는 모멘트에 적절한 단면의 형상이 주어지므로 경제적이긴 하지만, 설계가 복잡하게 되고, 변단면을 갖도록 주형을 곡선 처리를 하여야 하므로 그에 따르는 시공상의 불편함이 크다.

본 고안은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 보완하고자 개발된 것으로서, 강상자형 교량의 종방향으로 주형 단면의 크기를 동일하게 하면서도 주형 단면의 단면2차 모멘트를 작용 모멘트에 대응시킬 수 있는 구성의 강상자형 주형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 단면이 보이도록 도시한 종래의 강상자형 주형의 사시도이다.

도 2는 강상자형 주형이 설치된 3경간 교량과 이에 작용하는 모멘트도이다.

도 3은 등단면 강상자형 3경간 교량의 주형의 측면을 간략히 도시한 측면도이다.

도 4는 변단면 강상자형 3경간 교량의 주형의 측면을 간략히 도시한 측면도이다.

도 5는 본 고안에 의한 강상자형 주형의 단면도이다.

도 6은 본 고안에 의한 강상자형 주형이 설치된 교량의 측면을 간략히 도시한 측면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 주형 2 교각

3 교대 4 리브

5 보강판

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는, 강상자형 주형의 내부벽에 설치된 리브에 더하여, 교량의 각 구간에 작용하는 모멘트에 의한 단면력의 크기에 맞추어 소정 개수의 다중 보강판을 리브에 장착하여 보강하므로써 기존의 주형 크기보다 작으면서도 교량 전 구간에 걸쳐 동일한 크기의 등단면을 가질 수 있도록 구성한 다중 강상자형 주형을 제공한다.

이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 본 고안의 구성을 구체적으로 설명한다.

도 5에는 본 고안에 의한 주형(1)의 단면도가 도시되어 있다. 주형(1)은 강재의 외곽벽(6)이 폐합을 이루어 강상자 형상을 이루고 있다. 상기 외곽벽(6)의 내부벽면에는 외곽벽(6)의 강성을 보강하기 위한 리브(4)가 외곽벽(6)에 수직하게 부착되어 있다. 상기 리브(4)는 교량의 종방향으로 길게 연장되어 있다. 상기 리브(4)의 개수는 단면에 작용하는 단면력에 의하여 결정되는데, 강재는 인장력에 강한 반면 압축력에는 상대적으로 약하므로, 정모멘트 상태에서 인장력이 작용하는 하부보다 압축력이 작용하는 상부에 더 많은 개수의 리브(4)가 설치된다. 그러나 부모멘트가 작용하는 구간에서는 상부보다 하부에 더 많은 개수의 리브(4)가 설치된다.

본 고안의 주형(1)에 있어서는, 상기 외곽벽(6) 이외에 추가적인 내부 보강판(5)이 더 구비된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 보강판(5)은 강재로 이루어지며, 외곽벽(6)과 나란하게 위치하고, 외곽벽(6)에 수직하게 부착된 리브(4)와 수직하게 교차하여 설치된다.

앞서 살펴본 바와 같이, 강상자형 연속교에 있어서, 예를 들면 교각 위치에서는 강상자형 주형(1)에 작용하는 부모멘트의 크기가 교각 사이의 위치에서 작용하는 정모멘트의 크기에 약 2배가 된다. 교각 위치와 같이, 큰 모멘트가 작용하는 구간에서의 강상자형 주형 단면은 더 큰 허용응력을 갖도록 설계되어야 하는데, 본 고안에서는 이와 같이 큰 모멘트가 작용하여 더 큰 허용응력이 요구되는 구간의 주형에, 도 5와 같이 보강판(5)을 설치하여 보강을 하게 된다.

따라서, 본 고안에서는 종래의 주형과는 달리, 더 큰 허용응력을 갖도록 하기 위하여 주형의 단면 크기를 확대할 필요가 전혀 없으며 교량의 전구간에 걸쳐 일정한 주형의 단면 크기를 유지할 수 있게 된다.

상기 보강판(5)의 개수는 특별히 제한되지 않는데, 단면의 위치에 따라 작용하는 모멘트에 의한 단면력에 맞추어 복수개의 보강판(5)을 다층으로 배열하여 설치할 수 있다.

예를 들면, 다중 강상자형 주형이 장착된 강상자형 교량의 측면도를 도시한 도 6에서, 빗금친 부분은 본 고안에 따른 다중 강상자형 주형이 사용된 부분인데, 이 부분은 최대 정모멘트에 대응하는 단면 크기로 설계되었지만 다중 보강판의 장착으로 최대 부모멘트에 대응하는 단면 강도를 가지게 된다.

상기 보강판(5)은 강상자형 주형(1)의 외곽벽이 서로 조립되기 전에, 각 측면의 외곽벽에 미리 설치될 수 있고, 주형(1)의 외곽벽이 모두 조립된 후에 필요한 부분에만 별도로 설치될 수도 있다. 상기 보강판(5)은 일반적으로 용접에 의하여 장착될 수 있으며, 이외에 볼트 조립, 끼워맞춤식 조립등 다양한 방법을 사용할 수 있다.

보강판(5)은 교량 전구간에 걸쳐 사용될 수도 있는데, 정모멘트가 작용하는 구간에도 보강판을 설치하므로써 최대 정모멘트에 대응하는 단면 규격보다 더 작게 단면을 설계할 수 있다(단면 높이 : H_min). 예를 들어 정모멘트가 작용하는 구간에는 하나의 보강판을 사용한다면 부모멘트가 작용하는 구간에는 하나 이상의 보강판을 사용하므로써 주형의 단면 크기를 단층의 주형을 사용할 때보다 작게 할 수 있다.

본 고안에 따르면, 기준 단면의 허용응력 이상의 단면력이 발생하여 더 큰 주형 단면이 요구되는 구간에 보강판을 사용한 다중 강상자형 주형을 설치하므로써, 주형 단면의 크기를 키우지 않고도 허용응력을 증가시킬 수 있으며, 그 결과 교량 전구간에 걸쳐 동일한 주형 단면을 갖도록 할 수 있다. 따라서, 변단면으로 만들기 위하여 주형을 곡선형태로 만드는데 수반되는 시공 공정상의 어려움도 제거할 수 있게 된다.

또한, 교량 전 구간에 걸쳐 각 구간에 필요한 양만큼의 보강판을 설치하여 주형 단면을 축소시킬 수도 있다. 그 결과로, 주형의 크기를 감소시킬 수 있으며, 교량의 육중하고 위압적인 느낌을 없앨 수 있고 교량 하부의 공간을 더욱 유익하게 활용할 수 있다.

그리고, 본 고안에 의하면, 주형의 단면 축소로 주형의 높이를 낮출 수 있으므로 교량 전후의 도로 계획고를 낮출 수 있어 접속도로 구간의 토공물량을 감소시킬 수 있다. 또한, 도로 계획고 감소에 따라 주변지역의 개방감을 확보할 수 있다.

Claims (2)

1. 강재로 이루어진 외곽벽(6)이 폐합을 이루어 강상자 형상을 이루는 강상자형 주형으로서,

   상기 외곽벽(6)의 내부벽면에는 외곽벽(6)의 강성을 보강하기 위한 리브(4)가 외곽벽(6)에 수직하게 부착되어 있고,

   주형 단면의 강성을 보강하기 위하여 강재로 이루어진 하나 이상의 보강판(5)이 외곽벽(6)과 나란하게 위치하고 외곽벽(6)에 수직하게 부착된 리브(4)와 수직하게 교차하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 강상자형 주형.
2. 제1항에 있어서, 상기 보강판(5)은 교량의 종방향에 있어서 부모멘트가 발생하는 구간에만 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 강상자형 주형.