KR20030012013A - 교량하중재분배장치 및 이를 이용한 교량하중재분배공법 - Google Patents

교량하중재분배장치 및 이를 이용한 교량하중재분배공법 Download PDF

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KR20030012013A
KR20030012013A KR1020010045842A KR20010045842A KR20030012013A KR 20030012013 A KR20030012013 A KR 20030012013A KR 1020010045842 A KR1020010045842 A KR 1020010045842A KR 20010045842 A KR20010045842 A KR 20010045842A KR 20030012013 A KR20030012013 A KR 20030012013A
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최희수
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이형훈
최희수
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Abstract

본 발명은 교량하중 재분배장치 및 이를 이용한 교량하중 재분배공법에 관한 것이다. 단순교 또는 연속교 방식의 교량건설에서, 교량상부구조물의 자중을, 한쪽 단부는 교량상부구조물에 타 단부는 본 발명의 교량하중 재분배장치에 연결된 인장재가 형성된 교량하중 재분배장치를 이용하여, 교량하중 재분배장치가 설치되는 지점으로 재분배함으로서, 교량상부구조물의 형고비를 낮출 수 있으며, 특히 연속교에서 부등지간에 의한 정,부모멘트의 크기를 인장재(tendon)의 긴장력 조정 만으로 거의 동일하게 설계할 수 있어, 교량형식을 능동적으로 나아가 경제적으로 선택하여 설계할 수 있는 것으로서, 교량하중재분배장치는 다수의 인장재가 정착되는 정착수단을 구비한 상부정착부재(100); 상기 상부정착부재 하부에 연결되는 기둥부재로서, 다수의 수직재, 수평재 및 경사재를 포함하는 하중전달부재(200); 상기 하중전달부재 하부에 연결되는 하부고정부재를 포함하며, 이를 이용한 교량하중 재분배 공법은 교대 또는 교각을 시공하는 1단계; 상기 교대 또는 교각에 교량상부구조물을 설치하는 2단계; 상기 교량상부구조물의(400)의 상부면에, 수직으로 교량하중재분배장치(700)를 설치하는 3단계; 상기 교량하중재분배장치의 상부정착부재에, 다수의 인장재(800)의 한쪽 단부를 정착하고, 타단부를 교량상부구조물(400) 또는 교대(600)의 정착장치(900)에 설치하는 4단계를 포함한다.

Description

교량하중재분배장치 및 이를 이용한 교량하중재분배공법{apparatus to distribute bridge load and the method using the same}
본 발명은 교량하중재분배장치 및 이를 이용한 교량하중 재분배공법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 단순교 또는 연속교 방식의 교량건설에서, 교량거더 및 교량상판을 포함하는 교량상부구조물의 자중을, 한쪽 단부는 교량상부구조물 또는 교대에 타 단부는 본 발명의 교량하중재분배장치에 연결된 인장재가 형성된 교량하중재분배장치를 이용하여, 교량하중재분배장치가 설치되는 지점으로 재분배함으로서(교량상부구조물의 자중에 의한 휨모멘트를 교량하중 재분배장치가 상대적으로 낮추게 하는 메커니즘), 교량상부구조물의 형고비를 낮출 수 있어, 교량형식을 능동적으로 선택하여 설계할 수 있는 교량하중재분배장치 및 이를 이용한 교량하중 재분배공법에 관한 것이다.
종래의 단순교 방식으로 교량을 건설하는 경우, 도1a에서 알 수 있듯이 교량상부구조물에 작용하는 활하중(교통하중포함) 및 자중에 의해 발생하는 휨모멘트도는 교량의 중앙부분에서 가장 큰 값(이하 "최대정모멘트", A)으로 나타나게 된다. 따라서 교량상부구조물을 설계하는 경우 상기 최대정모멘트를 지지할 수 있도록 교량거더, 교량상판의 높이(형고) 와 그 단면의 크기를 정하게 된다. 최대정모멘트를 받지 않는 부분의 교량상부구조물은 형고 및 단면의 크기를 다르게 하는 방법으로 설계하는 방법도 있으나, 단면의 크기 및 형고가 다른 다수의 부등단면으로 설계하는 경우, 설계방법(부등단면의 중심축이 서로 일치하지 않아 2차 부정정 내력이 발생하여 이를 고려한 설계가 필요) 및 시공(서로 다른 부등단면을 현장에서 직접 연결해야 하며, 통상 연결부위는 항상 구조적으로 취약해 부실시공의 문제점이 있다)이 복잡하고, 번거로워 통상 등단면으로 하여 설계하는 방식이 이용된다. 이에 최대정부모멘트가 작용한다고 가정하고 형고 및 단면을 설계하게되어 경제적으로 매우 불합리한 설계방식이 될 수밖에 없다는 문제점이 있다.
종래의 연속교 방식으로 교량을 건설하는 경우, 도1b에서 알 수 있듯이, 교량상부구조물에 작용하는 활하중(교통하중포함) 및 자중에 의해 발생하는 휨모멘트도는 교량의 각 지간(L)의 0.4L 부분에서 최대정모멘트(A)가 나타나게 되고, 교량의 지점부(교각부위)에서 최대부모멘트(B)가 나타나게 되며, 통상 최대부모멘트가 최대정모멘트보다 값이 커서, 상기 B값이 설계기준인자(교량상부구조물의 형고 및단면의 크기를 정하는 설계인자)가 된다. 따라서 지점부 교량상부구조물을 설계 시, 상기 최대부모멘트(B)를 지지할 수 있도록 교량거더 및 교량상판의 높이(형고) 와 단면의 크기로 설계하며, 그 외 부분의 교량상부구조물은 최대정(부)모멘트를 지지할 수 있는 형고 및 단면의 크기로 설계하게된다. 결국 교량의 상부구조물의 형고 및 단면의 크기가 다르게 되고, 나아가 지간 대 형고비의 제한이 있어 교량상부구조물의 지간이 서로 다른 형식의 설계가 될 수밖에 없다. 이에 형고비가 제한되는 경우, 교량상부구조물의 지간을 동일하게 설계할 수도 있으나, 이 때 가장 짧은 지간을 기준(지간 대비 형고비제한에 의해 가장 단면의 크기가 작을 것을 선택해야 하는 경우)으로 할 수밖에 없어 전 지간을 통해 교각의 수를 늘일 수밖에 없고, 이는 공사비 상승의 원인이 되고, 부등단면으로 교량상부구조물을 설계하는 경우 상기 단순교와는 비교할 수 없을 정도(최대 정모멘트와 최대부모멘트 절대값의 차이가 크기 때문임)로 중심축이 서로 떨어져 형성되기 때문에 2차 부정정내력의 크기가 커져 실제로 부등단면으로 설계하는 경우가 드물고, 결국 최대부모멘트를 지지할 수 있는 형고 및 단면의 크기를 갖는 교량상부구조물로 설계할 수밖에 없어 경제적으로 매우 불합리하다는 문제점이 있다.
즉, 상기와 같이 단순교 또는 연속교 방식과 같은 교량형식의 선택과 선택된 교량형식에 있어 교량상부구조물의 지간대 형고비의 제한에 의해 설계자는 가장 경제적이고, 안정하며 ,사용성이 고려된 교량설계방식의 선택에 있어 수동적이고, 관행적으로 선택된 교량설계방식을 따를 수밖에 없어, 교량설계 및 시공 시 상기 문제점을 해결할 수 있는 설계방식이 요구되었다.
이에 본 발명자는 교량상부구조물에 발생하는 최대 정,부모멘트를 상대적으로 낮추어(교량하중재분배장치를 이용하는 방법으로서 SRSM(SELF REATION SYSTEM METHOD)공법이라함), 결과적으로 낮은 형고로서 교량건설을 가능케하고, 단순교 및 연속교 방식의 교량건설에서 부등단면 또는 일부지점에서의 과도한 단면으로 교량상부구조물을 설계함으로서 발생하는 최대 정,부모멘트에 의한 단면의 강성차이를 최소화 하여, 단면의 중심축변화에 의한 2차 부정정내력을 발생을 억제할 수 있어 경제적이고 합리적인 교량설계 방식을 선택할 수 있으며, 교량의 내구수명 동안 안전한 구조물로서 기능할 수 있는 교량하중재분배장치 및 이를 이용한 교량하중 재분배공법을 고안하였다.
본 발명의 목적은 단순교 또는 연속교 방식의 교량건설에서 교량상부구조물의 자중 및 활하중을 본 발명의 교량하중 재분배장치에 의해 교량하중재분배장치가 설치되는 지점부에 재분배시킴으로서, 상기 자중 및 활하중에 의해 발생하는 최대정모멘트 또는 최대부모멘트를 감소시켜, 교량상부구조물의 단면의 크기를 낮춤과 동시에 동일한 지간 대비 형고를 낮출 수 있어 경제적이고 합리적인 교량설계방법을 제공하는 교량하중 재분배장치 및 이를 이용한 교량하중 재분배공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 교량하중 재분배장치의 구성을 하중지지에 유리하고중량이 가벼운 트러스방식의 기둥구조물로 하여 볼트결합 등으로 교량상부구조물 에 설치하고, 통상적으로 이용되는 인장재(강연선)를 정착장치를 이용하여 상기 교량하중 재분배장치 와 교량상부구조물(또는 교대)에 간단하게 연결, 정착함으로서 교량상부구조물의 자중 및 활하중을 재분배할 수 있고, 이로서 낮은 형고 및 부등지간 등에 의한 단면의 2차부정정내력의 발생을 방지할 수 있어, 종래공법과 같이 지간 대 형고비의 제한 때문에 교량상부구조물에 프리스트레스를 주는 등(프리플렉스빔 공법)의 방법을 사용하기 때문에 발생하는 교량거더용 합성빔의 번거로운 제작방법(현장에서 프리플렉스빔을 제작하고, 교각 또는 교대에 거치한 후, 복부콘크리트를 타설하는 등의 번거로운 습식 콘크리트 작업을 피할 수 있다)을 피할 수 있으며, 교량상부구조물의 부등지간에 의한 응력집중을 해소할 수 있어, 상기 프리플렉스빔 공법 등과 차별화된 교량설계 및 시공방법이 가능한 교량하중 재분배장치 및 이를 이용한 교량하중 재분배공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 본 발명의 교량하중 재분배장치 설치 시, 교량상부구조물과의 연결부위에 교량의 횡방향으로 스틸박스(내부에 시메트몰탈을 채우는 것 포함)와 같은 횡거더를 설치함으로서 교량하중 재분배장치로 전달되는 집중하중을 효과적으로 지지할 수 있는 수단을 제공할 뿐만 아니라, 상기 횡거더는 교량상부구조물인 종방향 거더(주행) 거치시, 횡방향 전도를 막을 수 있어 별도의 전도방지부재가 필요 없는 교량하중 재분배장치 및 이를 이용한 교량하중 재분배공법을 제공하는 것이다.
도1a 및 도1b는 종래의 단순교 또는 연속교방식으로 시공된 교량의 자중 및 활하중에 의한 휨모멘트도이다.
도2는 본 발명의 교량하중재분배장치의 구체예이다.
도3a 내지 도3d는 본 발명의 교량하중 재분배장치가 설치된 교량의 구체예이다.
도3e 내지 도3f는 본 발명의 교량하중 재분배장치가 설치된 교량(단순교 및 연속교)의 휨모멘트도를 종래 교량의 휨모멘트도와 비교한 비교도이다.
<도면의 주요 부호의 설명>
100:교량하중재분배장치의 상부정착부재
110:상부정착장치의 정착수단111:정착수단의 경사정착판
112:정착수단의 수평지지판113:정착수단의 덧씌움판
200:교량하중재분배장치의 하중지지부재
210:하중지지부재의 수직재220:하중지지부재의 수평재
230:하중지지부재의 경사재
300:교량하중재분배장치의 하부고정부재400:교량상부구조물410:교량상부구조물에 설치되는 횡방향거더
500:교대600:교각
700:본 발명의 교량하중재분배장치
800:인장재810:연결인장재
900:정착장치
본 발명의 바람직한 구체예를 도2 및 도3을 기준으로 상세히 설명한다.
본 발명의 교량하중 재분배장치(700)는, 교량형식과 관계없이(단순교 또는 연속교방식) 도2에서 알 수 있듯이, 상부정착부재(100), 하중전달부재(200) 및 하부고정부재(300)를 포함한다.
상부정착부재(100)는 정착수단(110)인 경사지지판(111) 및 수평지지판(112)으로 이루어지며, 덧씌움판(113)이 추가로 형성될 수 있다.
경사지지판(111)은 후술되는 인장재가 삽입, 정착되는 통공이 다수 형성된 사각형상의 판이 개략 45도 안쪽으로 경사지게 서로 마주보면서 형성된 것으로서, 하부는 후술되는 하중전달부재(200)의 상부에 결합된다. 도2에는 좌, 우측 양쪽으로만 형성되도록 도시되어 있으나, 외부미관을 위해 단면이 사다리꼴 형상이 되도록 4면이 폐합되고, 상부면은 개방된 구조로 될 수 있으며, 정착수단을 구비하고 있으면 어느 형상으로 형성되어도 상관없다. 경사지지판(111)의 크기 및 두께는 설계되는 교량상부구조물의 지간, 단면의 크기에 따른 자중 및 외부 활하중에 의해 발행하는 휨모멘트의 크기에 따라 정해지며, 통공의 크기와 설치 개수도 역시 상기 휨모멘트의 크기에 따라 결정된다.
수평지지판(112)은 일종의 보강판으로서, 경사지지판(111)에 정착되는 양 쪽 인장재(800)로부터 전달되는 하중을 일차적으로 경사지지판(111)이 지지하고, 이차적으로 경사지지판의 상부면에 용접 또는 볼트결합으로 형성되는 수평지지판(112)이 하중을 지지하는 역할 및 상기 경사지지판으로부터 전해지는 하중에 의한 모멘트를 지지함으로서 수평지지판(112)이 전도 또는 뒤틀리는 것을 방지하는 역할을 하게된다. 나아가 수평지지판(112) 상부로 수평지지판(112)과 같은 보강판의 역할을 함으로서 상부정착부재의 구조적안전을 보완 함과 동시에 외관상 미려한 효과를 가지도록 반원형 구 형상의 덧씌움판(113)을 더 설치할 수 있다.
상기 수평지지판(112) 및 덧씌움판(113)은 설계자의 필요에 따라 설치를 생략할 수 있다.
하중전달부재(200)는 수직재(210), 수평재(220) 및 경사재(230)로 이루어진 트러스방식의 기둥구조물(R.C 콘크리트로도 제작가능함)로서 자립의 안정성(전도방지)을 위해 상부에서 하부로 갈수록 단면이 커지는 형상으로 설치됨이 바람직하며 그 높이는 지간(L)의 1/5정도가 바람직하다, 도2에는 제작의 편이성을 위해 단면의 크기가 변함없는 직사각형 단면의 기둥구조물로서 도시되어 있다.
수직재(210), 수평재(220) 및 경사재(230)는 인장재(800) 및상부정착장치(100)로부터 전달되는 하중을 본 발명의 교량하중 재분배장치(700)가 설치되는 지점부로 전달하는 역할을 하며, 하중전달 시 구조적으로 안전할 수 있도록 수직재, 수평재 및 경사재는 자체의 강도 및 강성으로 하중을 지지하는 역할을 하며, 도2에는 4개의 수직재(210), 다수의 수평재(220) 및 경사재(230)가 형성되도록 도시되어 있으나, 본 발명의 교량하중 재분배장치의 높이 및 단면의 크기에 따라 변경될 수 있음은 당연하다.
하부고정부재(300)는 본 발명의 교량하중 재분배장치(700)가 교량상부구조물(400)의 상부면에 수직으로 고정, 설치될 수 있도록 상기 하중전달부재(200)의 수직재의 하부에 형성되는 사각형상의 판으로서 고장력볼트가 삽입되어 교량상부구조물에 설치되는 통공이 다수개 설치될 수 있으며, 용접에 의해 교량하중 재분배장치를 설치하는 경우에는 통공을 형성시키지 않아도 상관없다. 하부고정부재(300)의 개수는 하중지지부재의 수직재(220)의 개수에 따라 변동된다.
또한 후술되듯이 본 발명의 교량하중 분배장치(700)는 도3에서 알 수 있듯이 강상판 또는 교량슬래브 위에 직접 설치되며, 설치지점은 교량하중 분배장치(700)에 전달되는 하중을 최종적으로 지지하는 교각 및 양쪽 교대에 형성된 교량상부구조물의 상부표면이 된다.
본 발명의 교량자중 재분배장치를 이용한 교량하중재분배공법은 교량설치방식으로서 단순교 방식(구체예1)을 선택하는 가, 아니면 연속교 방식(구체예2)으로 선택하는 가에 따라 구분된다. 구체예1은 양쪽 교대 사이에 교각을 설치하지 않기 때문에 본 발명의 교량하중 재분배장치(700)를 양 쪽 교대에 설치하는 방식이며, 구체예2는 양 쪽 교대 사이에 다수개의 교각이 설치되기 때문에 교각 위에 본 발명의 교량하중 재분배장치를 설치하는 방식이다. 상기 구체예1을 도시한 것이 도3a(양쪽 교대에 각각 1개의 교량하중 재분배장치(700)가 설치된 경우를 도시하였으나 2개 이상의 설치도 가능하다)이며, 상기 구체예2를 도시한 것이 도3b(한개의 교각이 시공된 경우를 도시한 것이나 교각이 2개 이상 설치되는 경우 도3c와 같이 교각마다 본 발명의 교량하중 재분배장치(700)의 설치가 가능하며, 구체예2의 또다른 구체예를 도시한 것이 도3d이다)이다. 이하 구체예1과 구체예2를 나누어 설명한다.
[구체예1(단순교 방식의 경우)]
교량을 단순교 방식으로 설치하는 경우에, 본 발명의 교량하중 재분배장치(700)를 설치하는 방법에 관한 것으로서, 도3a를 기준으로 설명한다.
본 발명의 교량하중 재분배장치(700)를 이용하여 교량하중을 재분배하는 공법은, 교대(500)를 시공하는 1단계; 상기 교대(500)에 교량상부구조물(400)을 설치하는 2단계; 상기 교량상부구조물의(400)의 상부면에, 수직으로 교량하중재분배장치(700)를 설치하는 3단계; 상기 교량하중 재분배장치(700)의 상부정착부재(100)에, 다수의 인장재(800)의 한쪽 단부를 정착하고, 타단부를 일정간격을 두고 경사지게 교량상부구조물(400) 및 교대(600)의 정착장치(900)에 설치한 후 마무리하는 4단계를 포함한다.
도3a에서 알 수 있듯이, 교량상부구조물(400)을 설치하기 전에, 상기 상부구조물을 지지할 수 있는 교량하부구조물인 교대(500)를 양쪽에 설치한 후, 상기 교대(500)사이(도3a에는 지간의 길이가 약 60m)에 교량거더(플레이트거더 또는 프리플렉스 거더)와 상기 교량거더 상부에 형성되는 교량상판(또는 교량거더 및 강상판)으로 이루어지는 교량상부구조물(400)을 종방향으로 설치한다. 도3a에는 교량상부구조물(400)로서 강상판을 설치한 경우를 도시하고 있다.
교량상부구조물(400)을 설치한 후, 양쪽 교대(500)에 본 발명의 교량하중 재분배장치(700)를 수직으로 적어도 1개 이상 현장에서 설치한다. 즉 교량하중 재분배장치(700)의 하부고정부재(300)에 형성된 통공에 고장력앵커볼트를 삽입한 후, 교량상부구조물(700)의 상부면에 박아 고정시키며, 용접에 의해 고정시키는 것도 가능하다.
교량하중 재분배장치(700)를 양 쪽 교대(600)에 설치한 후, 다수의 인장재(800)의 한쪽 단부를 교량하중 재분배장치의 상부정착부재의 양쪽으로 형성된 통공에 각각 삽입하고, 통상의 정착장치로 고정시킨 뒤, 타 단부를 교량상부구조물(700)에 설치된 통상의 정착장치(900)에 설치한 후, 긴장장치로 긴장한 후 정착장치에 정착시키고, 또 다른 타 단부를 교대에 설치된 통상의 정착장치(900)에 설치한 후, 역시 긴장장치로 긴장한 후 정착시킨다.
상기와 같이 교량하중 재분배장치(700)를 설치한 후, 인장재를 교량하중 재분배장치 및 교량상부구조물에 설치하여 긴장 후 정착시킬 때, 발생하는 휨모멘트의 변화 및 하중의 흐름도를 도시한 것이 도3e이다. 즉 교량상부구조물의 자중이나 활하중은 교량상부구조물에 연결된 인장재를 통해 교량하중재분배장치로 전달되고, 교량하중재분배장치의 상부정착부재, 하중지지부재 및 하부고정부재를 통해 양 쪽 교대(일종의 지점부)로 전달되어, 지점부 반력으로 상쇄된다.(화살표 참조) 따라서 교량하중 재분배장치를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우, 발생하는 휨모멘트도의 차이를 보면 개략적인 구조계산 결과 약 30% 감소하였다.(실제 시공순에 따라 구조계산 시 30% 이상의 감소효과를 발생시킬 수 있도록 인장재의 양을 조절할 수 있지만, 시공의 단순화 및 유지보수를 위해 인장재의 설치 및 긴장력 도입에 의한 휨모멘트의 차이를 30% 정도 되도록 설계하는 것이 바람직하다), 따라서 설계자는 상기 휨모멘트의 감소만큼 교량상부구조물의 형고비를 낮출 수 있고, 이에 따라 지간길이 대비 형고비에 대한 설계제약에서 벗어날 수 있으며, 특히 형고가 제한되는 환경에서 설계자가 선택할 수 있는 교량상부구조물의 선택 폭이 상대적으로 확장된다. 또한 전 지간에 걸쳐 최대한 등단면으로 교량상부구조물을 설계할 수 있어 설계가 간단해지며, 동일 형고비 대비 지간길이를 크게 설계할 수 있어 교량설계 공사비의 절감도 가능하다.
인장재(800)의 설치 갯수는 지간길이에 따른 교량상부구조물의 구조 및 크기에 따라 변동될 수 있으며, 인장재의 설치 위치는 휨모멘트가 최대인 지점에는 인장재를 반드시 설치하되(지간 L의 각 1/4 지점), 개략 지간 L 의 1/4 간격으로 설치하는 것이 바람직하다. 교대쪽에 설치하는 인장재의 경우에도 동일하다. 또한 인장재의 설치 각도는 45 내지 60도 정도를 유지하는 것이 바람직하다.
다수의 인장재를 설치한 후에는, 교량상부구조물 상부에 포장재를 살포, 다짐하여 교량상부를 마무리하고, 보행자도로를 필요에 따라 형성시키고, 차선을 도색하는 등 마무리 작업을 완료한다. 도3a에는 도로용 교량의 예를 들었으나 도시지 경전철을 위한 철도교 및 도로와 철도 복합교량 등에서도 설치가능 함은 당연하다.
나아가 교대에 형성되는 교량상부구조물(400)의 상부표면에 수직으로 형성되는 양 지점에 도3a와 같이 스틸박스 거더와 같은 횡거더(410)를 설치한다. 즉 지간이 긴 단순교의 경우에도 본 발명의 교량하중 재분배장치에 의해서 매우 큰 하중이 양 지점부에 작용하므로 이를 지지하기 위해 상기 내부에 횡거더(시멘트 몰탈을 내부에 충진시키는 것도 가능하다)를 교량상부구조물에 설치한 후 교량상부구조물과 결합시킨다. 도면에는 도시하지 않았으나 상기 횡거더와 교량하중재분배장치의 결합은 고정결합 또는 교량하중재분배장치의 이동을 구속하지 않는 힌지결합이 가능하다.
[구체예2(연속교 방식의 경우)]
교량을 연속교 또는 단순교 방식으로 설계된 교량을 연속교로 설계 변경하는 경우에 대해 본 발명의 교량하중 재분배장치(700)를 설치하는 방법에 관한 것으로서, 도3b를 기준으로 설명한다.
본 발명의 교량하중 재분배장치(700)를 이용하여 교량하중을 재분배하는 공법은, 교대(500) 및 교각(600)를 시공하는 1단계; 상기 교대(500) 와 교각(600) 사이에 교량상부구조물(400)을 설치하는 2단계; 상기 교량상부구조물의(400)의 상부면에, 수직으로 교량하중 재분배장치(700)를 설치하는 3단계; 상기 교량하중 재분배장치(700)의 상부정착부재(100)에, 다수의 인장재(800)의 한쪽 단부를 정착하고, 타 단부를 일정간격을 두고 경사지게 교량상부구조(400)의 정착장치(900)에 설치한 후 마무리하는 4단계를 포함한다.
도3b에서 알 수 있듯이, 교량상부구조물(400)을 설치하기 전에, 상기 상부구조물을 지지할 수 있는 교량하부구조물인 교대(600) 및 교각(500)을 설치한 후, 상기 교대(500) 및 교각(600) 사이(도3b에는 전 지간의 길이가 약 120m)에 교량거더(플레이트거더 또는 프리플렉스 거더)와 상기 교량거더 상부에 형성되는 교량상판(또는 교량거더 및 강상판)으로 이루어지는 교량상부구조물(400)을 종방향으로 설치한다. 도3b도 교량상부구조물(400)로서 강상판을 설치한 경우를 도시하고 있다.
교량상부구조물(400)을 설치한 후, 교각(600)에 본 발명의 교량하중 재분배장치(700)를 수직으로 적어도 1개 이상 현장에서 설치한다. 즉 교량하중 재분배장치(700)의 고정부재(300)에 형성된 통공에 고장력 앵커볼트를 삽입한 후, 교량상부구조물(700)의 상부면에 박아 고정시키며, 용접에 의해 고정시키는 것도 가능하다.
교량하중 재분배장치(700)를 교각(600)에 설치한 후, 다수의 인장재(800)의 한쪽 단부를 교량하중 재분배장치의 상부정착부재의 양쪽으로 형성된 통공에 각각삽입하고, 통상의 정착장치로 고정시킨 뒤, 타 단부를 교량상부구조물(700)에 설치된 통상의 정착장치(900)에 설치한 후, 긴장장치로 긴장한 후 정착장치로 정착시키고, 또 다른 타 단부를 역시 교량상부구조물에 설치된 통상의 정착장치(900)에 설치한 후, 역시 긴장장치로 긴장한 후 정착시킨다.
상기와 같이 교량하중 재분배장치(700)를 설치한 후, 인장재를 교량하중 재분배장치 및 교량상부구조물에 설치하여 긴장 후 정착시킬 때, 발생하는 휨모멘트의 변화 및 하중의 흐름도를 도시한 것이 도3f이다. 즉 교량상부구조물의 자중이나 활하중은 교량상부구조물에 연결된 인장재를 통해 교량하중재분배장치로 전달되고, 교량하중재분배장치의 상부정착부재, 하중지지부재 및 하부고정부재를 통해 교각(일종의 지점부)으로 전달되어, 지점부 반력으로 상쇄된다. 따라서 설계자는 힘모멘트의 감소만큼 교량상부구조물의 형고비를 낮출 수 있고, 이에 따라 지간길이 대비 형고비에 대한 설계제약에서 벗어날 수 있으며, 특히 형고가 제한되는 환경에서 설계자가 선택할 수 있는 교량상부구조물의 선택 폭이 상대적으로 확장되며, 동일 형고비 대비 지간길이를 크게 설계할 수 있어 교량설계 공사비의 절감도 가능함은 단순교에서와 같이 동일하다. 나아가 연속교에서는 교각에서의 부모멘트 값이 매우 커지기 때문에 만약 부모멘트를 고려하여 교량상부구조물의 단면을 결정할 경우 단면의 크기가 매울 클 수 밖에 없고, 교각과 같은 지점부에서만 단면이 큰 교량상부구조물을 선택하고 그 이외의 부분에서 다른 단면의 크기를 가지는 교량상부구조물을 설치하는 경우 결국 부등단면으로 교량상부구조물을 설계할 수 밖에 없는 데, 이 경우 부등단면을 가지는 중심축의 차이가 매우 커져 단면 내에 2차 부정정내력을 발생시킨다는 문제점이 있게된다. 또한 지점부 교량상부구조물에 과도한 부모멘트가 발생하지 않도록 프리스트레스를 주는 방법도 있지만 이에는 별도의 거더제작과 현장에서 습식으로 콘크리트를 타설해야 하는 등 시공이 번거로운 단점이 있으며, 근본적으로 본 발명과는 달리 교량상부구조물의 역학적특성을 변경시키는 방법을 선택하고 있어 설계방법이 복잡해질 수밖에 없다. 반면에 본 발명은 교량상부구조물의 형식과는 별도로 별개의 교량하중 재분배장치를 이용하기 때문에 예상되는 단면내력의 변동 가능성을 크게 고려할 필요가 없어, 설계 시 고려해야할 사항이 적어져 설계방법이 매우 단순해지고 효율적이라는 장점이 생긴다.
인장재의 설치 개수 및 간격은 단순교(구체예1)와 동일하다.
연속교 방식으로 교량을 설치하는 경우도, 교각과 같은 지점부에 교량하중 재분배장치를 설치하였다 하더라도 지간의 길이가 길어지는 경우, 역시 과도한 하중이 가해질 수 있다. 따라서 교각과 같은 지점부의 교량상부구조물에는 횡방향으로 스틸박스와 같은 횡거더(410)를 설치하여 교량하중재분배 장치와 결합시키는 것이 바람직하다. 나아가 내부에는 시멘트몰탈 등과 같은 충진재를 주입함으로서 단면의 휨강성을 증대시켜, 설사 지점부에 큰 하중이 걸리더라도 구조적으로 안정하고, 교량상부구조물의 횡방향으로의 전도방지도 가능하며, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 횡거더와 교량하중재분배장치의 결합은 고정결합 또는 교량하중재분배장치의 이동을 구속하지 않는 힌지결합이 가능하다.
다수의 인장재를 설치한 후에는, 교량상부구조물 상부에 도3b와 같이 포장재를 살포, 다짐하여 교량상부를 마무리하고, 보행자도로를 필요에 따라 형성시키고, 차선을 도색하는 등 마무리 작업을 완료한다. 도3b에는 도로용 교량의 예를 들었으나 도시지 경전철을 위한 철도교 및 도로와 철도 복합교량 등에서도 설치가능 함은 당연하다.
도3d는 연속교에서 본 발명의 교량하중재분배장치(700)를 설치한 교량의 다른 구체예이다. 즉, 교량하중재분배장치(700) 사이에 형성되는 인장재를 교량하중재분배장치로부터 교량상부구조물에 직접 설치하지 않고, 인장재를 양 교량하중재분배장치의 상단부끼리 연결되도록 하고, 연결시킨 인장재로부터 일정간격을 두고 다수의 연결인장재(810)가 교량상부구조물에 연결되도록 한 것이다.
본 발명의 교량하중 재분배장치 및 이를 이용한 교량하중 재분배 공법은, 단순교 또는 연속교 방식의 교량건설에서 교량상부구조물의 자중 및 활하중을 본 발명의 교량하중 재분배장치에 의해 교량상부구조물이 설치되는 지점부에 재분배 시킴으로서, 상기 자중 및 활하중에 의해 발생하는 최대정모멘트 또는 최대부모멘트를 감소시킬 수 있어, 교량상부구조물의 단면의 크기를 낮춤과 동시에 동일한 지간비에서 형고를 낮출 수 있어 경제적이고 합리적인 교량설계방법을 제공하고, 교량하중 재분배장치의 구성을 하중지지에 유리하고 중량이 가벼운 트러스방식의 기둥구조물로 하여 볼트결합 등으로 교량상부구조물 에 설치하고, 통상적으로 이용되는 인장재(강연선)를 정착장치를 이용하여 상기 교량하중 재분배 장치 와 교량상부구조물(또는 교대)에 간단하게 연결, 정착함으로서 교량상부구조물의 자중 및 활하중을 재분배할 수 있고, 이로서 낮은 형고 및 부등지간 등에 의한 단면의 2차부정정내력의 발생을 방지할 수 있어, 종래공법과 같이 지간 대 형고비의 제한 때문에 교량상부구조물에 프리스트레스를 주는 등(프리플렉스빔 공법)의 방법을 사용하기 때문에 발생하는 교량거더용 합성빔의 번거로운 제작방법(현장에서 프리플렉스빔을 제작하고, 교각 또는 교대에 거치한 후, 복부콘크리트를 타설하는 등의 번거로운 습식 콘크리트 작업을 피할 수 있다)을 피할 수 있으며, 교량상부구조물의 부등지간비에 의한 응력집중을 해소할 수 있어, 프리플레스빔 공법 등과 차별화된 교량설계 및 시공방법이 가능하며, 교량하중 재분배장치 설치 시, 교량상부구조물과의 연결부위에 교량의 횡방향으로 스틸박스와 같은 횡거더(내부에 시멘트몰탈을 충진시킬 수 있음)를 설치함으로서 교량하중 재분배장치로 전달되는 집중하중을 효과적으로 지지할 수 있는 수단을 제공할 뿐만 아니라, 상기 횡거더는 교량상부구조물인 거더(주행) 거치시 그 횡방향 전도를 막을 수 있어 별도의 전도방지부재가 필요 없다.

Claims (8)

  1. 다수의 인장재(800)가 정착되는 정착수단(110)을 구비한 상부정착부재(100);
    상기 상부정착부재 하부에 연결되는 기둥부재로서, 다수의 수직재(210), 수평재(220) 및 경사재(230)를 포함하는 하중전달부재(200);
    상기 하중전달부재(200) 하부에 연결되는 하부고정부재(300);
    를 포함하며, 교량상부구조물(400)의 상부면에 수직으로 설치되어 상기 교량상부구조물에 가해지는 교량하중이 상기 인장재가 설치된 상부정착부재(100), 하중전달부재(200) 및 하부고정부재(300)로 전달되어, 재분배되는 것을 특징으로 하는 교량하중 재분배장치.
  2. 제1항에서, 상기 상부정착부재(100)의 정착수단(110)은 인장재(800)가 삽입, 설치되는 경사정착판(111) 및 상기 경사경사판 상부면에 형성되는 수평지지판(112)을 포함하는 것을 특징으로 하는 교량하중 재분배장치.
  3. 제1항에서, 상기 하중전달부재(200)는 철제트러스 연결기둥 또는 철근콘크리트연결기둥으로 제작되는 것을 특징으로 하는 교량하중 재분배장치.
  4. 제1항에서, 상기 하부고정부재(300)는 상기 하중전달부재(200)의 수직재(210) 하부면에 형성되며, 교량상부구조(400)에 사각형상의 판인 것을 특징으로 하는 교량하중 재분배장치.
  5. 단순교 또는 연속교 방식의 교량건설에서,
    교대(500) 와 교각(600)을 시공하는 1단계;
    상기 교대(500)사이 또는 교대와 교각(600) 사이에 교량상부구조물(400)을 설치하는 2단계;
    상기 교량상부구조(400)의 상부면에, 수직으로 교량하중 재분배장치(700)를 설치하는 3단계;
    상기 교량하중 재분배장치(700)의 상부정착부재(100)에, 다수의 인장재(800)의 한쪽단부를 정착하고, 타단부를 교량상부구조(400) 또는 교대(600)의 정착장치(900)에 설치한 후 마무리하는 4단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량하중 재분배 공법.
  6. 제5항에서, 상기 교량하중 재분배장치(700)를 교량상부구조물(400)에 설치하는 3단계에, 교량하중 재분배장치(700)의 하부에는 횡방향거더(410)가 교량상부구조물(400)에 더 설치되어 교량하중재분배장치(700)에 결합되는 것을 특징으로 하는 교량하중 재분배 공법.
  7. 제6항에서, 상기 횡방향거더(410)는 스틸박스거더 또는 내부에 시멘트 몰탈채움된 스틸박스거더인 것을 특징으로 하는 교량하중 재분배 공법.
  8. 제 6항 또는 제7항에서, 상기 교량하중재분배장치(700) 및 횡방향거더(410)의 결합은 고정결합 또는 힌지결합인 것을 특징으로 하는 교량하중 재분배 공법.
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