KR200255377Y1 - 자유선형의 일체 접착식 섬유강화 복합소재 교량 바닥판및 연결구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 경량, 내부식성, 고강도, 고내구성 특성을 보유한 복합소재 교량 바닥판에 관한 것으로 구체적으로는 종래의 강재나 철근 콘크리트를 재료로 하는 교량 바닥판을 대체하여 교량의 직선부나 곡선부에 관계없이 어떠한 형태의 자유선형에도 모두 적용할 수 있으며, 일체 접착식으로 제작되는 것을 특징으로 하는 자유선형의 일체 접착식 섬유강화 복합소재 교량 바닥판에 관한 것이다.

본 고안에서는 섬유강화 복합소재 적층판으로 균일단면 또는 변단면 형태로 제작한 다각형 형상의 단면을 가진 각종 튜브 부재를 인접 튜브 부재에 완전 경화 전 병렬로 접합하여 일체식으로 제작하고, 필요에 따라 상하부면을 판형으로 구성하여 교량의 직선부나 곡선부에도 공히 적용할 수 있으며, 경화후 접착 조립식이 아닌 경화전 일체 접착식으로 제작하므로서 접착부의 층분리 문제를 개선시켜 구조적 일체성을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판이 제공된다.

또한 본 고안에서는 하부 판형에 다양한 형태의 다각형 형상으로 된 튜브 부재를 수직으로 배치하고 상부면을 판형으로 구성한 형태로 이루어져 교량의 직선부나 곡선부에도 공히 적용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 섬유강화 복합소재 교량 바닥판이 제공된다.

본 고안의 복합소재 교량 바닥판은 교량의 직선부나 곡선부에 관계없이 어떠한 형태의 조합된 자유선형을 가지는 교량 바닥판 구조에 사용할 수 있고, 경화후 접착 조립식이 아닌 경화전 일체 접착식으로 제작하여 구조적 일체성을 향상시켜주며, 경량, 고강도 특성으로 인해 자중을 줄여줌과 동시에 내하력을 증진시키며, 내부식 특성으로 인해 유지관리가 용이하고, 고내구성 특성으로 인해 구조물의 내구수명를 향상시킨다.

Description

자유선형의 일체 접착식 섬유강화 복합소재 교량 바닥판 및 연결구조{Integrally Bonded Fiber Reinforced Composite Deck of Adjustable Alignment and Structure for Connection thereof}

본 고안은 교량의 바닥판으로 사용되는 경량, 내부식, 고강도, 고내구성 특성의 복합소재 교량 바닥판에 관한 것으로서, 구체적으로는 종래의 강재나 철근 콘크리트를 재료로 하는 종래의 교량 바닥판을 대체하여 교량의 직선부나 곡선부에 관계없이 어떠한 형태의 자유선형에도 모두 적용할 수 있으며, 일체 접착식으로 제작되어 내구성, 강도 등이 우수한 자유선형의 일체 접착식 섬유강화 복합소재 교량 바닥판 및 주형과의 연결구조에 관한 것이다.

종래의 콘크리트 바닥판은 배기가스 영향, 제설제 살포 등의 각종 유해환경에 의해 콘크리트가 심하게 열화되고 철근이 부식되어 내구년한이 15∼20년 정도로 현격히 감소되며 구조적인 안전성에도 문제가 발생한다. 또한 열화된 바닥판의 교체비용과 공용시 유지관리비용이 현저히 증대되며, 보수 및 교체공사시 교통통제의 장기화로 인한 시민불편과 간접비용이 크게 부담되는 문제점이 있다.

종래의 콘크리트 바닥판이 가지는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 복합소재 적층판으로 이루어진 튜브형태의 부재를 이용하여 바닥판 골조를 형성한 복합소재 교량 바닥판이 개발되었다. 종래의 콘크리트 바닥판을 이러한 복합소재 교량 바닥판으로 대체하여 사용하면 다음과 같은 여러 가지 이점이 있다.

복합소재 교량 바닥판은 기성제품으로 현장이 아닌 장소에서 사전에 제조될 수 있으므로, 교량 성능개선 및 보수시 기성제품인 복합소재 교량 바닥판을 사용하면 차량통제기간을 최소화시켜 차량지체로 인한 에너지 비용의 낭비를 현저히 절감하고 시민불편을 최소화시키며, 공기단축으로 공사비를 대폭 절감할 수 있다.

또한, 신설 교량 및 교량 보수시 복합소재 교량 바닥판을 사용하면, 내부식·고내구성 특성으로 인해 콘크리트 열화로 인한 문제점을 근원적으로 방지하고, 내구연한을 현격히 증가시킬 수 있어 수명기간 대비 실질 투자비용이 크게 감소한다.

복합소재 교량 바닥판의 자중은 콘크리트 바닥판의 1/5 정도이므로, 교량 성능개선을 위하여 이러한 경량의 복합소재 교량 바닥판을 시공하면, 교량 바닥판의 자중이 감소되므로 거더 및 하부구조 보강 없이 교량의 승급이 가능하며, 그 결과 초기 공사비가 대폭 절감될 뿐만 아니라 운송 및 시공장비의 경량화가 가능하고 자중경감에 의해 내진성을 크게 향상시킨다.

1970년대 말 국내 도로교 시방서의 변경으로 인해 과거 1등교 설계기준인 DB18 또는 DL18하중으로 설계되어 건설되었던 교량이 현재 설계기준에 의하면 2등교로 전락되어, 현재 1등교 기준인 DB24 또는 DL24 하중으로 내하력을 올려 성능개선을 해야하는 교량이 고속도로를 포함하여 전국적으로 수많이 산재해 있다.

건설교통부에서 집계한 교량현황조서의 설계하중별 교량 집계에 따르면 1999년 말 현재 전국의 15,615개 교량 가운데 2등교인 DB18이하의 교량이 과반수 이상인 8,623개 교량이 있으며, 이들은 건설된 이후 상당한 기간이 경과하여 바닥판을 교체해야 할 필요성과 성능개선이 요구되고 있다. 특히, 고속도로의 교량도 약 332개소가 2등교인 DB18 이하로 되어 있으므로 도로 전체의 통과하중을 통일하기 위해 반드시 1등교인 DB24로 성능을 개선할 필요성이 있다. 이러한 교량 성능개선시 상기와 같은 이점을 가진 섬유강화 복합소재 교량 바닥판을 사용하면 경제적인 성능개선공사가 가능하며, 고내구성 재료이므로 성능개선 후 내구년한을 현저히 증대시켜줄 수 있게 된다.

종래의 복합소재 교량 바닥판에서는 튜브형태의 부재 즉, 튜브 부재 각각을 이미 제작하여 놓고, 이 튜브 부재들을 접착제를 이용하여 서로 접착한다. 즉, 각각의 튜브 부재들은 단지 접착제에 의하여 접착되어 있을 뿐이어서 서로 일체화되어 있지 않다. 따라서, 교량의 공용 중 차량하중으로 인한 진동 및 피로시 각각의 튜브 부재간의 완전한 접착을 보장하기가 어렵고 접착부분의 층분리가 일어날 수 있어 접합부분이 구조적으로 매우 취약한 부분이 되며, 전체 바닥판이 구조적인 일체성을 가지지 못하는 문제점이 있다.

또한 종래의 복합소재 교량 바닥판에서는 균일한 단면을 가진 튜브 부재만을 이용하여 제작되므로, 교량의 직선부에는 사용하기에 적합하나, 곡선부에는 적용할 수 없다는 문제점이 있다.

본 고안은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 경량, 내부식, 고강도, 고내구성 특성을 보유한 복합소재 교량 바닥판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 고안은 교량의 선형에 관계없이 직선부와 곡선부 모두에 적용 가능한 복합소재 교량 바닥판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 기 제작된 튜브 부재를 단순히 접착제를 이용하여 접합하는 것이 아니라. 각각의 튜브 부재가 일체로 성형하므로써 바닥판이 전체적으로 일체화된 구조를 이루는 복합소재 교량 바닥판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 삼각형 튜브 부재를 사용하여 제작되는 본 고안의 복합소재 교량 바닥판의 개략적인 사시도이다.

도 2a는 교량의 직선부에 적용되는 삼각형 단면형상의 균일단면 튜브 부재의 개략적인 사시도이다.

도 2a는 교량의 곡선부에 적용되는 삼각형 단면형상의 변단면 튜브 부재의 개략적인 사시도이다.

도 3은 교량의 곡선부에 적용된 본 고안의 복합소재 교량 바닥판에서 상부판을 생략한 상태의 개략적인 사시도이다.

도 4는 본 고안에 따른 복합소재 교량 바닥판의 제작과정을 설명하기 위한 개략도이다.

도 5a는 교량의 직선부와 곡선부로 구성되어 있는 강판형교에서 본 고안의 복합소재 교량 바닥판이 주형 상부에 설치된 형상을 도시한 개략도이다.

도 5b는 도 5a의 A부분의 확대도이다.

도 5c는 도 5a의 B부분의 확대도이다.

도 6은 2개의 튜브 부재가 유니트화된 본 고안에 따른 복합소재 교량 바닥판의 부분 단면도이다.

도 7a 및 도 7b에는 각각 사각형 단면형상과 타원형 단면형상을 가진 튜브 부재로 이루어진 복합소재 교량 바닥판의 부분 단면도이다.

도 8a 및 도 8b는 튜브 부재를 수직하게 배치하고 그 상하부에 판형을 결합한 본 고안에 따른 복합소재 교량 바닥판의 또다른 실시예의 분해사시도 및 개략 사시도이다.

도 9a 내지 도 9d는 도 8a 및 도 8b에 도시된 실시예에서 사각형, 삼각형, 육각형, 타원형 형상의 단면을 가진 튜브 부재를 개략적으로 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

1 삼각형 튜브 부재 1a 균일단면 튜브 부재

1b 변단면 튜브 부재 2 단부 튜브 부재

3 상부판 4 하부판

5 측면판 6 복합소재 적층판

7 강화섬유 8 몰드

10 복합소재 교량 바닥판 12 주입구

20 주형 21 전단키

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는, 섬유강화 복합소재 적층판으로 이루어진 다각형 단면 형상의 튜브 부재를 그 측면이 서로 맞닿도록 병렬로 접합하여 일체화하여 바닥판의 골조를 형성하고, 상기튜브 부재의 측면에 해당하는 바닥판 골조의 상부면, 하부면 및 측면에 각각 섬유강화 복합소재 적층판으로 이루어진 상부판, 하부판 및 측면판을 일체로 접합하여 보강하여 직선 및 곡선의 자유선형 교량에 적용할 수 있도록 일체 접착식으로 제작되는 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판이 제공된다.

상기한 본 고안에서는 구체적인 실시예로서, 상기 다각형 단면 형상의 튜브 부재는, 바닥판 골조의 길이방향으로의 곡선에 맞추어 바닥판의 높이는 일정하게 유지하면서도 바닥판 골조의 폭방향으로 단면의 크기가 변화하는 변단면으로 구성되므로써, 교량의 곡선부에도 적용할 수 있도록 제작된 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판이 제공된다.

상기 바닥판의 골조는 복합소재 적층판으로 이루어진 튜브 부재의 수지가 완전히 경화되기 전에 서로 맞닿아 접합되므로써 일체로 제작된다.

또한 본 고안에서는, 섬유강화 복합소재 적층판으로 이루어진 다각형 단면 형상의 튜브 부재를 그 양단부가 각각 상부와 하부를 향하도록 배치하고 그 측면이 서로 맞닿도록 병렬로 접합하여 일체화하여 바닥판의 골조를 형성하고, 상기 튜브부재의 양단부로 형성되는 상기 바닥판 골조의 상부면 및 하부면, 그리고 바닥판 골조의 측면에 보강을 위하여 각각 섬유강화 복합소재 적층판으로 이루어진 상부판, 하부판 및 측면판을 일체로 접합하여 일체식으로 제작되는 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판이 제공된다.

상기한 본 고안의 복합소재 교량 바닥판에 있어서, 상기 튜브 부재를 이루는 복합소재 적층판은, 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드섬유로부터 선택되는 강화섬유와, 폴리에스터, 비닐에스터, 페놀 또는 에폭시로부터 선택되는 수지로 구성된다. 상기 바닥판 골조를 구성하는 튜브 부재의 단면 형상은 삼각형, 사다리꼴, 사각형, 원형, 타원형 또는 육각형으로부터 선택될 수 있다.

상기한 본 고안에 따른 복합소재 교량 바닥판은, 제작하고자 하는 바닥판의 두께와 크기를 가지며 상부면, 하부면 및 측면을 구비한 몰드에, 강화섬유와 수지로 이루어진 섬유강화 복합소재 적층판으로 구성된 다각형 단면 형상의 튜브 부재를 삽입하고, 수지가 경화되지 않은 튜브 부재를, 이미 삽입된 튜브 부재의 수지가 경화되기 전에 순차적으로 상기 몰드에 삽입하여 튜브 부재들의 측면이 서로 맞닿도록 병렬로 접합하여 일체화함으로써 바닥판의 골조를 형성하고, 상기 튜브 부재의 측면에 해당하는 바닥판 골조의 상부면, 하부면 및 측면에 각각 섬유강화 복합소재 적층판으로 이루어진 상부판, 하부판 및 측면판을 일체로 접합하여 보강하므로써 제조된다.

상기한 제조방법에 있어서, 상기 몰드에 튜브 부재를 삽입하기 전에, 상기 몰드의 상부면, 하부면 및 측면에 복합소재 적층판으로 이루어진 상부판, 하부판및 측면판을 각각 배치한 후, 상기 튜브 부재를 순차적으로 삽입하여 상기 상부판, 하부판 및 측면판이 상기 튜브 부재와 일체화되도록 할 수도 있다.

또한 본 고안에서는 상기한 복합소재 교량 바닥판과 교량 주형의 결합구조로서, 상기 복합소재 교량 바닥판의 하부면에 형성된 구멍을 통하여 교량 주형 상부에 형성된 전단키가 튜브 부재 내에 위치하고, 상기 튜브 부재의 양측을 폐쇄하여 소정 공간을 이루도록 하는 격벽이 구비되어 있으며, 상기 전단키가 삽입된 위치에 대응하는 복합소재 교량 바닥판의 상부에 형성된 주입구를 통하여 콘크리트가 주입되어, 상기 전단키를 매립한 상태로 경화되며, 상기 주입구는 복합소재 적층판으로 덮여져 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판과 교량 주형의 결합구조가 제공된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 상세한 구성 및 실시 예에 대해 설명한다.

도 1은 삼각형 튜브 부재(1)를 사용하여 제작되는 본 고안의 복합소재 교량 바닥판(10)의 개략적인 사시도로서, 교량의 곡선부에 적용될 수 있도록 제작된 복합소재 교량 바닥판(10)을 보여주고 있다.

본 고안의 복합소재 교량 바닥판(10)은, 복합소재 적층판으로 이루어진 삼각형 튜브 부재(1)를 병렬로 나란하게 연결한 형태로 바닥판의 골조를 구성하고, 필요에 따라 복합소재 적층판으로 이루어진 상부판(3), 하부판(4) 및 측면판(5)으로 상기 바닥판 골조의 상부면, 하부면 및 외측면을 보강하여 전체 복합소재 교량 바닥판(10)을 구성하게 된다. 도 1에 도시된 것은 본 고안의 복합소재 교량바닥판(10)이 소정 길이로 모듈화된 것으로서, 이와 같이 모듈화된 복합소재 교량 바닥판(10)을 다수개 제작하여 이를 연결하므로써 전체 교량을 건설하게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모듈화된 복합소재 교량 바닥판(10)의 양 단부는 사다리꼴 내지 직각삼각형 단면형상의 단부 튜브 부재(2)로 이루어진다. 모듈화된 복합소재 교량 바닥판(10)의 연결구조는 후술한다.

도 2a 및 도 2b에는 본 고안의 복합소재 교량 바닥판(10)을 이루는 삼각형 튜브 부재(1a, 1b)가 개략적으로 도시되어 있는데, 도 2a에는 교량의 직선부를 형성할 때 사용되는 균일단면 튜브 부재(1a)가 도시되어 있으며, 도 2b에는 교량의 곡선부를 형성할 때 사용되는 변단면 튜브 부재(1b)가 도시되어 있다.

도면에서 삼각형 튜브 부재(1a, 1b)의 삼각형 상부 꼭지점이 소정 폭을 가진 것으로 도시되어 있으나, 이는 다소 과장되게 도시된 것으로 본 고안에서 사용하는 삼각형 튜브 부재(1a, 1b)는 상부 꼭지점이 다소 평평하게 되어 있는 실질적으로 삼각형을 이루고 있다. 상부 꼭지점을 다소 평평하게 형성하므로써 튜브 부재의 제작및 접합을 용이하게 수행할 수 있다.

교량의 곡선부를 형성하는 삼각형 변단면 튜브 부재(1b)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 곡선부의 내측에서 곡선부의 외측으로 갈수록 삼각형 단면의 상단 모서리 부분과 삼각형 단면의 밑변의 크기가 점점 확대되는 형상으로 이루어진다. 즉, 바닥판의 두께를 유지할 수 있도록 삼각형 단면의 높이는 일정하게 유지되되, 삼각형 단면의 상단 모서리 부분과 삼각형 단면의 밑변의 크기가 곡선부에 맞추어 변화되는 것이다.

상기 튜브 부재(1a, 1b)는, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 등과 같은 강화섬유와 수지로 구성된 복합소재 적층판(6)으로 제작된다. 일반적으로 복합소재 적층판(6)은 상기한 강화섬유를 적층 구조로 배열한 후 수지에 함침시키므로써 제조된다. 복합소재 적층판(6)을 구성하는 수지로는, 폴리에스터, 비닐에스터, 페놀 또는 에폭시 등이 사용된다.

상기한 복합소재 적층판(6)으로 튜브 부재(1a, 1b)를 제작하는 방법으로는, 수적층(Hand Lay-up), 필라멘트 와인딩(Filament Winding) 인발성형(Pultrusion), 진공성형(VARTM : Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) 등의 공지된 복합소재 부재 제작공법을 사용할 수 있다.

그 중 일실시형태로서 적층 공법과 필라멘트 와인딩 공법을 합성시킨 공법으로 직선형 삼각형 튜브 부재(1a)를 제작하는 과정을 살펴보면, 우선 강화섬유(7)를 적층 방법에 의하여 튜브 부재(1a)의 종방향 및 경사방향으로 배치하고, 튜브 부재(1a)의 횡방향으로는 수지에 함침된 강화섬유(7)를 튜브 부재(1a)의 폐단면 외측 둘레에 필라멘트 와인딩에 의하여 연속적으로 감아 배치하여 튜브 부재(1a)를 제작한다. 이러한 강화섬유의 배치방법에 의하면, 튜브 부재(1a)의 종방향 및 경사방향으로 배치된 강화섬유(7)를 또다른 강화섬유(7)가 횡방향으로 강하게 감고 있게 되므로 적층된 강화섬유가 확실하게 자리를 잡을 수 있게 된다. 그 뿐만 아니라 구조적인 일체화와 구속효과를 증진시켜 주므로 복합소재 적층구조가 분리될 염려가 없어 구조적인 일체성을 보장하게 된다.

튜브 부재(1a)는 내부형틀(맨드릴)(도시되지 않음)에 강화섬유(7)를 배치하고 수지에 함침시켜 경화시킨 후 내부형틀을 탈형하므로써 중공단면으로 제작하거나, 튜브 형상의 단면 형상을 가진 코아(도시되지 않음)에 직접 강화섬유(7)를 배치하고 수지에 함침시켜 복합소재 적층판을 제작한 후에도 코아를 그대로 남겨둠으로써 별도의 탈형공정 없이 중실단면으로 제작할 수 있다. 중실단면으로 제작할 경우, 코아 재료로는 경질 발포폼, 목재 또는 도막된 EPS 등을 사용한다. 도 2b의 교량의 곡선부 제작에 사용되는 변단면 삼각형 튜브 부재(1b)도 위와 동일한 방법에 의하여 제작될 수 있으며, 변단면 삼각형 형상을 제작하기 위해서는 교량의 곡선부 제작에 필요한 변단면을 가지는 내부형틀 또는 코아를 사용하면 된다.

본 고안에 따른 복합소재 교량 바닥판(10)은 교량의 곡선부를 구성하는데 매우 적합하다. 도 3은 교량의 곡선부에 적용된 복합소재 교량 바닥판(10)에서 상부판을 생략한 상태를 도시한 것이다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 교량의 곡선부에 적용되는 복합소재 교량 바닥판(10)을 구성하기 위해서는, 도 2b에 도시된 바와 같은 튜브 부재(1b)의 단면 폭이 도면의 앞쪽에서 뒤쪽으로 갈수록 점점 확대되어 변화하는 변단면 삼각형 튜브 부재(1b)를 나란하게 배열하여 연결시키게 된다.

다음에서는 도 4를 참조하여 튜브 부재의 결합에 의하여 본 고안의 복합소재 교량 바닥판을 제작하는 과정을 설명한다. 우선, 제작하고자 하는 복합소재 교량 바닥판(10)의 두께와 크기에 맞추어 상부판, 하부판 및 측면판을 구비한 몰드(8)를 준비한다. 복합소재 적층판으로 이루어지고 사다리꼴 내지 직각삼각형 단면형상을 가진 단부 튜브 부재(2)를 상기 몰드(8)의 상부판과 하부판 사이에 끼워 넣는다. 단부 튜브 부재(2)를 이루는 복합소재 적층판의 수지가 경화되기 전에, 인접하는삼각형 튜브 부재(1)를 단부 튜브 부재(2)에 맞추어 상기 몰드(8)의 상부판과 하부판 사이에 삽입하여 단부 튜브 부재(2)와 인접하도록 나란하게 배치한다. 이때 새로이 끼워진 삼각형 튜브 부재(1) 역시 복합소재 적층판의 수지가 경화되기 전의 상태이므로, 인접한 두 개의 튜브 부재(1, 2)는 복합소재 적층판이 서로 맞붙어 일체화되므로써 두 개의 인접한 튜브 부재가 하나의 일체화된 구조를 이루도록 완전하게 접합된다. 계속하여 이미 끼워진 튜브 부재(1)의 수지가 경화하기 전에 또다른 삼각형 튜브 부재(1)를 순차적으로 끼워 넣어 서로 일체로 결합시킨다. 필요한 갯수의 삼각형 튜브 부재(1)를 모두 끼워 넣은 마지막으로 사다리꼴 내지 직각삼각형 단면형상의 또다른 단부 튜브 부재(도시되지 않음)를 끼워 넣어 이웃한 삼각형 튜브 부재와 일체화시켜 결합한다. 몰드(8)를 분해한 후 튜브 부재의 양측에 각각 복합소재 적층판으로 이루어진 상부판(3), 하부판(4) 및 측면판(5)을 각각 일체 제작·접합하여 경화시켜 복합소재 교량 바닥판(10)을 완성한다.

또다른 방법으로서, 상기 몰드(8) 내부에 미리 복합소재 적층판으로 상부판(3), 하부판(4) 및 측면판(5)을 위치시킨 후 각각의 튜브 부재를 순차적으로 삽입하여 복합소재 교량 바닥판(10)을 제작할 수도 있다.

이와 같이, 본 고안의 복합소재 교량 바닥판(10)은 그 제작과정에서 튜브 부재를 이루는 복합소재 적층판의 수지가 경화되기 전에 이웃하는 튜브 부재가 서로 맞붙게 되므로 실질적으로 이웃하는 튜브 부재의 복합소재 적층판이 서로 일체화되어 결합된다. 따라서, 튜브 부재가 각각 별도로 제작되더라도 전체 복합소재 교량 바닥판(10)은 튜브 부재의 단순 조립형태가 아니라 튜브 부재가 일체로 결합된 형태로 이루어지므로 바닥판 조립체가 분리될 염려가 없어 바닥판 전체의 구조적인 일체성이 보장되며, 강도 및 내구성이 우수하다.

다음에서는 도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 모듈화되어 제작된 본 고안에 따른 복합소재 교량 바닥판(10)의 연결구조를 설명한다. 도 5a는 직선부(100)와 곡선부(200)로 구성되어 있는 강판형교에서, 본 고안에 따른 복합소재 교량 바닥판(10)이 주형(20) 상부에 설치된 형상을 도시한 개략도이고, 도 5b는 도 5a의 A부분 확대도로서, 복합소재 교량 바닥판(10)과 주형(20)간의 연결구조를 도시하고 있으며, 도 5c는 도 5a의 B부분 확대도로서, 모듈화되어 제작된 복합소재 교량 바닥판(10) 간의 연결구조를 도시하고 있다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 복합소재 교량 바닥판(10)은 교량의 직선부(100)와 곡선부(200)에 적용될 수 있으며, 소정 길이로 모듈화되어 제작될 수 있다. 모듈화된 복합소재 교량 바닥판(10)은 교량의 주형(20) 위에 놓여지는데, 복합소재 교량 바닥판(10)과 주형(20) 간의 연결은 도 5b에 도시된 바와 같이 이루어질 수 있다. 구체적으로, 주형(20)의 상부에는 전단키(21)를 설치한다. 복합소재 교량 바닥판(10)의 하부면에는 상기 전단키(21)가 삽입될 수 있도록 구멍(11)을 형성하여, 복합소재 교량 바닥판(10)이 주형(20) 위에 놓여질 때, 상기 전단키(21)가 복합소재 교량 바닥판(10)의 내부에 위치하도록 한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 주형(20)에 앵글 부재(22)를 설치하고, 상기 앵글 부재(22) 위에 복합소재 교량 바닥판(10)이 놓여지도록 구성하여도 무방하다.

상기 전단키(21)가 삽입된 위치에 대응하는 복합소재 교량 바닥판(10)의 상부에 콘크리트를 주입하기 위한 주입구(12)가 형성되어 있다. 주입된 콘크리트(23)가 복합소재 교량 바닥판(10)의 튜브 부재 양측으로 흘러가지 않도록 격벽(13)이 구비되어 있다.

복합소재 교량 바닥판(10)이 주형(20) 위에 놓여져서 전단키(21)가 바닥판의 구멍(11)을 통하여 바닥판(10)의 내부에 위치한 후, 상기 주입구(12)를 통하여 콘크리트(23)를 주입하여 충진시킨다. 주입된 콘크리트(23)가 양생되어 경화되므로써 주형(20)과 복합소재 교량 바닥판(10)이 더욱 견고하게 일체로 합성된다. 콘크리트(23)의 주입이 완료되면, 복합소재 적층판으로 이루어진 스트립(14)을 바닥판(10)의 상부에 일체로 접착하므로써 주입구(12)를 폐쇄한다.

도 5c를 참조하여 직선부(100)와 곡선부(200)의 연결구조에 대하여 설명한다. 교량의 가로보(30) 위에는 전단키(31)가 구비되어 있는데, 상기 전단키(31)는 각각 연결될 양쪽 복합소재 교량 바닥판(101, 201)의 내부에 위치한다. 전단키(31)가 내부에 위치하도록 연결된 양쪽 복합소재 교량 바닥판(101, 201)의 단부측 하면에는 각각 구멍(111, 211)이 형성되어 있다. 복합소재 교량 바닥판(101, 201)이 가로보(30) 위에 직접 놓일 수도 있으나, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 가로보(30)에 앵글 부재(32)를 설치하고, 상기 앵글 부재(32) 위에 복합소재 교량 바닥판(101, 201)이 놓여지도록 구성하여도 무방하다. 상기 전단키(31)가 삽입된 위치에 대응하는 복합소재 교량 바닥판(101, 201)의 상부에 콘크리트를 주입하기 위한 주입구(112, 212)가 각각 형성되어 있다.

양측의 복합소재 교량 바닥판(101, 201)이 가로보(30) 위에 놓여지면전단키(31)가 바닥판의 구멍(111,211)을 통하여 복합소재 교량 바닥판(101, 201)의 내부에 위치하게 된다. 양측의 복합소재 교량 바닥판(101, 201)의 단부 측면은 서로 맞닿게 되는데, 이 맞닿게 되는 부분은 접착제 등을 이용하여 접합한다.

복합소재 교량 바닥판(101, 201)의 상기 주입구(112, 212)를 통하여 콘크리트(33)를 주입하여 충진시킨다. 주입된 콘크리트(33)가 양생되어 경화되므로써 가로보(30)와 양측의 복합소재 교량 바닥판(101, 201)이 서로 더욱 견고하게 일체로 합성된다. 콘크리트(33)의 주입이 완료되면, 복합소재 적층판으로 이루어진 스트립(34)을 바닥판(101, 201)의 상부에 일체로 접착하므로써 주입구(112, 212)를 폐쇄한다.

다음에서는 본 고안의 변형 실시예에 대하여 설명한다. 도 6은 본 고안의 또다른 일실시예의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 실시예에서는, 두 개의 삼각형 튜브 부재가 일체로 연결된 형상의 바닥판 유니트(40)를 사전 제작하고, 상기 사전 제작된 다수개의 바닥판 유니트(40)를 서로 나란하게 접착하여 일체화시키므로써 복합소재 교량 바닥판(10)을 제작하게 된다. 각각의 바닥판 유니트(40)는, 두개의 삼각형 튜브 부재(1)와, 그 상부 및 하부의 상부판(3a)과 하부판(4a)이 일체로 된 형상으로 성형 제작된다. 이렇게 일체로 성형 제작된 바닥판 유니트(40)는 그 측면에 요철이 형성되어 있으므로, 이웃하는 바닥판 유니트(40)를 상기 요철에 맞추어 나란하게 배치함과 동시에 에폭시 등의 접착제를 이용하여 서로 접합하므로써 전체 복합소재 교량 바닥판(10)을 완성하게 된다.

도 1 내지 도 6에서는 삼각형 단면 형상을 가진 튜브 부재로 이루어진 복합소재 교량 바닥판에 대하여 설명하였으나, 상기 튜브 부재의 단면 형상은 변형될 수 있다.

도 7a 및 도 7b에는 또다른 단면 형상의 튜브 부재를 사용한 복합소재 교량 바닥판의 단면도가 도시되어 있다. 도 7a는 사각형 단면의 튜브 부재(51)를 사용한 복합소재 교량 바닥판(50)의 단면도이며, 도 7b는 타원형 단면의 튜브 부재(61)를 사용한 복합소재 교량 바닥판(60)의 단면도이다. 그 외에도 원형, 육각형, 사다리꼴형 등의 다양한 단면 형상의 튜브 부재를 사용하여 복합소재 교량 바닥판을 구성할 수도 있으며, 상기 예시한 여러 가지 단면 형상의 튜브 부재를 조합하여 복합소재 교량 바닥판을 구성하는 것도 가능하다.

도 8a 및 도 8b에는 본 고안에서 제공하는 또다른 유형의 복합소재 교량 바닥판의 실시예가 사시도로 개시되어 있다. 도면에 도시된 실시예에 따른 복합소재 교량 바닥판(70)은, 하부판(73) 위에 다수개의 튜브 부재(71)를 서로 맞붙여 일체화시킨 상태로 수직하게 배치되고, 그 상부에 상부판(72)이 일체로 부착되어 구성된다.

상기 튜브 부재(71)를 제조하는 방법 및 튜브 부재(71)들을 서로 맞붙여 일체화시키는 방법은 앞서 도 1 내지 도 4에서 설명한 바와 동일하므로 반복 설명은 생략한다.

이러한 유형의 복합소재 교량 바닥판은 진공성형 공정을 이용하여 튜브 부재(71)와 상부판(72) 및 하부판(73)을 일체화시킨 채로 대형의 복합소재 교량 바닥판을 동시에 성형될 수 있다. 이 경우, 폴리우레탄, 폴리시아뉴레이트와 같은 경질 발포폼 또는 도막처리된 EPS로 이루어진 각종 형상의 코아재료에 미리 배열된 직포형태의 강화섬유를 감싸서 배치한 후 그 외부를 진공감압으로 처리한 뒤 기압차로 수지를 함침시켜 동시에 일체구조의 복합소재 교량 바닥판을 제작하게 된다. 또한 수직 배치되는 튜브 부재의 치수를 다양하게 변화시키므로써 교량의 직선부나 곡선부에 공히 적용될 수 있도록 할 수 있다.

도 9a 내지 도 9d에는 튜브 부재가 수직하게 배치된 복합소재 교량 바닥판의 또다른 실시예들의 튜브 부재의 다양한 단면과 그 배열구조가 평면도로 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 튜브 부재가 수직하게 배치된 복합소재 교량 바닥판에 있어서 튜브 부재의 단면은 사각형(도 9a), 삼각형(도 9b), 육각형(도 9c), 타원형(도 9d) 등 다양한 형태로 변형될 수 있다.

본 고안의 복합소재 교량 바닥판은 종래의 콘크리트와 강재 재료로 만든 교량 바닥판을 대체하여 사용될 수 있다. 종래의 교량 바닥판에 비하여 본 고안의 복합소재 교량 바닥판은 자중이 작으므로, 교량 바닥판을 지지하는 구조물의 크기를 줄일 수 있고, 제작과 운반이 더욱 용이하게 되며 설치시에도 종래와 같은 중장비가 필요하지 않게 되고 시공 작업이 상대적으로 용이하므로 공사비를 절감할 수 있게 된다. 특히 교량의 상부구조를 이루는 복합소재 교량 바닥판의 자중이 작으므로, 구조물 전체의 자중이 대폭 줄어들게 되어 지진으로 인한 지진하중도 동일한 비율로 감소하게 되고 그 결과 구조물의 내진 성능도 크게 향상된다.

또한, 복합소재 교량 바닥판은 내구성, 내화학성 등이 우수한 복합소재 적층판으로 구성되므로, 환경의 영향으로 부식되는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

특히, 본 고안의 복합소재 교량 바닥판을 DB18 또는 DL18 하중으로 설계 및 건설된 교량의 콘크리트 바닥판을 교체하는 데 사용하면, 상부 구조의 자중을 1/5 이하로 감소시켜, 기존 교량 보수시에 거더, 교각 등 하부구조에 대한 추가적인 보강 없이도 활하중에 대한 내하력을 증진시켜 줄 수 있게 되며 그에 따라 공사비를 현저하게 절감시킬 수 있게 된다. 또한 신설 교량에서는 하부구조를 종래 보다 현저하게 경제적으로 설계 및 건설할 수 있게 된다.

또한, 현장이 아닌 공장에서 사전에 제작된 복합소재 교량 바닥판을 콘크리트 바닥판의 철거와 동시에 거치하여 조립할 수 있으므로, 교체시의 교통통제 기간도 획기적으로 줄여주어 교통통제로 인한 간접비용 절감과 시민 불편을 크게 완화시켜 줄 수 있다. 그 뿐만 아니라, 본 고안의 복합소재 교량 바닥판은 공장에서 사전 제작되므로, 현장에서의 작업을 줄이게 되어 건설공기를 획기적으로 단축시킬 수 있게 된다.

또한 복합소재 적층판이 우수한 내부식성, 고내구성을 가지고 있으므로, 공사 후 유지관리를 할 필요가 없고 교량의 승급과 동시에 교량의 수명을 크게 연장시켜 주므로 건설 투자비의 효율을 극대화시켜 준다.

구성에 있어서, 본 고안의 복합소재 교량 바닥판은 변단면 형상을 가진 튜브 부재를 이용하므로, 교량의 곡선부를 형성하는데 매우 적합하다. 또한, 본 고안의 복합소재 교량 바닥판은, 튜브 부재를 이루는 복합소재 적층판의 수지가 경화되기전에 이웃하는 튜브 부재가 서로 맞붙게 되어 실질적으로 이웃하는 튜브 부재의 복합소재 적층판이 서로 결합되어 일체화를 이루게 된다. 따라서, 전체 복합소재 교량 바닥판은 튜브 부재의 단순 조립형태가 아니라 튜브 부재가 일체로 결합된 형태로 이루어지므로 강도 및 내구성이 우수하다.

이상에서는 본 고안에 따른 실시예를 기준으로 본 고안의 구성과 특징을 설명하였으나, 본 고안은 이에 한정되지 아니하며 본 고안의 기술적 사상에 따라 자유로운 변경이 가능하다.

Claims (9)

1. 섬유강화 복합소재 적층판으로 이루어진 다각형 단면 형상의 튜브 부재를 그 측면이 서로 맞닿도록 병렬로 접합하여 일체화하여 바닥판의 골조를 형성하고,

   상기 튜브 부재의 측면에 해당하는 바닥판 골조의 상부면, 하부면 및 측면에 각각 섬유강화 복합소재 적층판으로 이루어진 상부판, 하부판 및 측면판을 일체로 접합하여 보강하므로써 직선 및 곡선의 자유선형 교량에 적용할 수 있도록 일체 접착식으로 제작되는 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판.
2. 제1항에 있어서, 상기 다각형 단면 형상의 튜브 부재는, 바닥판 골조의 종방향으로의 곡선에 맞추어 바닥판의 높이는 일정하게 유지하면서도 바닥판 골조의 횡방향으로 단면의 크기가 변화하는 변단면으로 구성되므로써, 교량의 곡선부에도 적용할 수 있도록 제작된 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 튜브 부재를 이루는 복합소재 적층판은, 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드섬유로부터 선택되는 강화섬유와, 폴리에스터, 비닐에스터, 페놀 또는 에폭시로부터 선택되는 수지로 구성되며;

   상기 바닥판의 골조는 복합소재 적층판으로 이루어진 튜브 부재의 수지가 완전히 경화되기 전에 이웃하는 튜브 부재가 서로 맞닿아 접합되므로써 일체로 제작되는 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 바닥판 골조를 구성하는 튜브 부재의 단면 형상은 삼각형, 사다리꼴, 사각형, 원형, 타원형 또는 육각형인 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판.
5. 섬유강화 복합소재 적층판으로 이루어진 다각형 단면 형상의 튜브 부재를 그 양단부가 각각 상부와 하부를 향하도록 수직하게 배치하고 그 측면이 서로 맞닿도록 병렬로 접합하여 일체화하여 바닥판의 골조를 형성하고,

   상기 튜브 부재의 양단부로 형성되는 상기 바닥판 골조의 상부면 및 하부면, 그리고 바닥판 골조의 측면에 보강을 위하여 각각 섬유강화 복합소재 적층판으로 이루어진 상부판, 하부판 및 측면판을 일체로 접합하여 일체식으로 제작되는 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판.
6. 제5항에 있어서, 상기 튜브 부재를 이루는 복합소재 적층판은, 유리섬유, 탄소섬유 또는 아라미드섬유로부터 선택되는 강화섬유와, 폴리에스터, 비닐에스터, 페놀 또는 에폭시로부터 선택되는 수지로 구성되며;

   상기 바닥판의 골조는 복합소재 적층판으로 이루어진 튜브 부재의 수지가 완전히 경화되기 전에 이웃하는 튜브 부재가 서로 맞닿아 접합되므로써 일체로 제작되는 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 수직하게 배치되어 상기 바닥판 골조를 구성하는 튜브 부재의 단면 형상은 삼각형, 사다리꼴, 사각형, 원형, 타원형 또는 육각형인 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 수직하게 배치되어 상기 바닥판 골조를 구성하는 튜브 부재의 치수와 단면 형상이 바닥판의 횡방향에 따라 점차 변화되므로써, 교량의 곡선부에도 적용할 수 있도록 곡선형의 바닥판을 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판.
9. 제1항의 복합소재 교량 바닥판과 교량 주형의 결합구조로서, 상기 복합소재 교량 바닥판의 하부면에 형성된 구멍을 통하여 교량 주형 상부에 형성된 전단키가 튜브 부재 내에 위치하고,

   상기 튜브 부재의 양측을 폐쇄하여 소정 공간을 이루도록 하는 격벽이 구비되어 있으며,

   상기 전단키가 삽입된 위치에 대응하는 복합소재 교량 바닥판의 상부에 형성된 주입구를 통하여 콘크리트가 주입되어, 상기 전단키를 매립한 상태로 경화되며,

   상기 주입구는 복합소재 적층판으로 덮여져 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 복합소재 교량 바닥판과 교량 주형의 결합구조.