KR20030055061A - 다단계 온도프리스트레싱 공법을 이용한 psc빔교의 연속화공법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

다단계 온도프리스트레싱 공법을 이용한 PSC빔교의 연속화 공법

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 요지

연속화하고자 하는 PSC빔의 상부에 강재 연결보강판의 정착을 위한 고장력볼트 고정판을 설치하여, 강재 연결보강판를 배치하고, 상기 강재 연결보강판을 시공단계에서 한시적으로 가열함으로써 인위적인 다단계 온도분포를 부여하고, 기 설치된 고장력볼트 고정판과의 현장이음을 체결한 후 가열을 중지함으로써 상기 인위적인 온도분포를 제거하면, 온도하강으로 인한 상기 강재 연결보강판의 수축변형에 의해 발생하는 단면력으로 연속화된 PSC빔의 내부지점부에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중 등에 의한 단면력을 상쇄시키고, 또한 상기 강재 연결보강판에 의해 구조단면을 증가시킴으로써 PSC빔교를 연속하는데 그 목적이 있다.

또한 인위적인 온도분포를 다단계로 도입함으로써 열원 제거시 수축 변형이 다단계로 발생함에 따라 내부지점부에서 최대 단면력이 발생하고 지점부로부터 멀어질수록 단면력이 점진적으로 감소하게 되어 긴장재를 사용한 기존 공법과는 달리 연결보강판의 어느 한 고정점에 단면력이 집중되는 현상을 피할 수 있게 함에 또 다른 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 PSC빔의 제작시 연속화하고자 하는 측의 상부와 필요에 따라 측면에 고장력볼트 고정판을 설치하는 단계; 상기 연속화하고자 하는 PSC빔들을 거치하고 연속부의 틈에 콘크리트를 타설하는 단계; PSC빔을 연속화하기 위한 강재 연결보강판을 배치하는 단계; 열원을 제공하여 강재 연결보강판의 열변형을 유발하는 단계; 기 설치된 고장력볼트 고정판과의 고장력볼트 체결을 수행한 직후나 체결하기 직전에 상기 열원을 제거함으로써 현장이음 체결 완료 후 발생하는 온도 하강에 따른 강재 연결보강판의 수축력에 의해 연속화된 PSC빔 내부지점부에 사하중과 활하중에 의한 단면력과 반대되는 단면력이 발생되도록 온도변형을 도입하는 단계; 필요시 PSC빔 단부에 가설치된 받침을 연속된 지점부에 설치되는 정규받침으로 교체하는 단계; 상기 연속화된 PSC빔 위에 철근을 배근하고, 필요시 바닥판 상면에 설치될 고장력볼트 고정판을 배치하여 바닥판 콘크리트를 타설하는 단계; 필요시 기 설치된 PSC빔 측면이나 합성된 바닥판 상면의 고장력볼트 고정판에 강재 연결보강판을 추가로 배치하는 단계; 열원을 제공하여 PSC빔 측면이다 바닥판 상면에 배치된 강재 연결보강판의 열변형을 유발하는 단계; PSC빔 측면이나 바닥판 상면에 기 설치된 측면 고장력볼트 고정판과의 고장력볼트 체결을 수행한 직후나 체결하기 직전에 상기 열원을 제거함으로써 현장이음 체결 완료 후 발생하는 온도 하강에 따른 PSC빔 측면이나 바닥판 상면 강재 연결보강판의 수축력에 의해 바닥판과 합성된 PSC빔교 연속부에 사하중과 활하중에 의한 단면력과 반대되는 단면력이 추가로 발생되도록 온도변형을 도입하는 단계를 포함한다.

4. 발명의 중요한 용도

강재 연결보강판에 발생시킨 온도프리스트레싱을 이용하여 연속화된 PSC빔교의 내부지점부에 사하중(고정하중) 및 활하중에 의해 발생하는 응력을 상쇄시키고, 강재 연결보강판 설치에 의한 구조단면의 증가로 기존의 공법에서는 단순교로만 적용해오던 PSC빔을 연속화할 수 있는 공법을 개발한 것임.

Description

다단계 온도프리스트레싱 공법을 이용한 PSC빔교의 연속화 공법{Constructing Method of Continuous PSC Girder Bridges Using Multi-stepwise Thermal Prestressing Method}

본 발명은 강재 연결보강판의 온도변형 특성을 이용하여 PSC빔교를 연속화하는 공법에 관한 것으로, 연속화하고자 하는 PSC빔의 상부에 강재 연결보강판의 정착을 위한 고장력볼트 고정판을 설치하여, 강재 연결보강판를 배치하고, 상기 강재 연결보강판을 시공단계에서 한시적으로 가열함으로써 인위적인 다단계 온도분포를 부여하고, 기 설치된 고장력볼트 고정판과의 현장이음을 체결한 후 가열을 중지함으로써 상기 인위적인 온도분포를 제거하면, 온도하강으로 인한 상기 강재 연결보강판의 수축변형에 의해 발생하는 단면력으로 연속화된 PSC빔의 내부지점부에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중 등에 의한 단면력을 상쇄시키고, 또한 상기 강재 연결보강판에 의해 구조단면을 증가시킴으로써 PSC빔을 연속화시키는 강재 연결보강판을 이용한 PSC빔교의 연속화 공법에 관한 것이다.

현재까지 PSC빔교의 연속화를 위해 사용되고 있는 공법들과 비교하여, 본 발명은 인위적인 다단계 온도분포 제거시 발생하는 강재 연결보강판의 열변형에 의한 수축력을 이용하여 PSC빔를 연속화하는 공법으로, 본 발명과 같이 프리스트레싱 텐던이나 지점부 상승·하강을 사용하지 않고 온도변화에 따른 강재 연결보강판의 수축변형을 이용하여 도입하는 프리스트레싱력으로 PSC빔교를 연속화하는 공법은 현재까지 제시되지 않고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같이 PSC빔교의 연속화를 위하여 안출된 것으로써, 연속화하고자 하는 PSC빔의 상부에 강재 연결보강판의 정착을 위한 고장력볼트 고정판을 설치하여, 강재 연결보강판를 배치하고, 상기 강재 연결보강판을 시공단계에서 한시적으로 가열함으로써 인위적인 다단계 온도분포를 부여하고, 기 설치된 볼트와의 현장이음을 체결한 후 가열을 중지함으로써 상기 인위적인 온도분포를 제거하면, 온도하강으로 인한 상기 강재 연결보강판의 수축변형에 의해 발생하는 단면력으로 연속화된 PSC빔의 내부지점부에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중 등에 의한 단면력을 상쇄시키고, 또한 상기 강재 연결보강판에 의해 구조단면을 증가시킴으로써 PSC빔을 연속화시키는, 강재 연결보강판의 온도변형 특성을 이용한 PSC빔교의 연속화 공법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한 인위적인 온도분포를 다단계로 도입함으로써 열원 제거시 수축변형이 다단계로 발생함에 따라 내부지점부에서 최대 단면력이 발생하고 지점부로부터 멀어질수록 단면력이 점진적으로 감소하게 되어 연결보강판의 어느 한 고정점에 단면력이 집중되는 현상을 피할 수 있게 함에 또 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 간단한 장비구성으로 강재 연결보강판의 온도변형을 이용한 PSC빔교의 연속화 공법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

도1은 연결보강판을 정착하기 위해 PSC빔에 설치한 고정력볼트 고정판을 나타낸 모식도

도2는 연속화를 위한 PSC빔의 배치를 나타낸 모식도

도3은 연속화에 있어 PSC빔 사이를 콘크리트로 타설한 형상의 모식도

도4는 일반적인 연결보강판의 형상을 나타낸 모식도

도5는 현장이음 체결 이전의 연결보강판 및 가열장치의 배치를 나타낸 모식도

도6은 가열에 의해 연결보강판에 발생하는 다단계 온도분포의 형상을 나타낸 모식도

도7은 가열에 의해 연결보강판이 변형된 상태에서 볼트 현장이음을 체결했을 때 구조시스템의 형상과 필요시 각 PSC빔 단부에 가설치된 받침을 연속된 지점부에 설치되는 정규받침으로 교체한 형상을 나타낸 모식도

도8은 PSC빔의 연속화 후에 철근을 배근하고 바닥판 콘크리트를 타설하는 모식도

도9는 필요시 연속부의 2차 온도프리스트레싱을 위한 측면 고장력볼트 고정판과 측면 연결보강판의 형상을 나타낸 모식도

도10은 필요시 PSC빔의 측면에 연결보강판을 설치하고 2차 온도프리스트레싱을 도입하는 모식도

도11은 기존 PSC빔교의 연속화를 위해 상부를 천공하고 고정력볼트 고정판을 고정시킨 후 틈을 콘크리트 등으로 충진시킨 형상을 나타낸 모식도

도12는 기존 PSC빔교의 연속화를 위해 연결보강판을 설치하고 온도프리스트레싱을 도입하는 모식도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 고정판에 용접된 고장력볼트, 2: 고장력볼트 고정판, 3: 전단연결재,

4: 연속부에 타설된 콘크리트, 5: 연결보강판, 6: 가열장치,

7: 온도측정센서

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연속화하고자 하는 PSC빔의 상부에 강재 연결보강판의 정착을 위한 고장력볼트 고정판을 설치하는 제 1 단계, 상기 고장력볼트 고정판이 설치된 PSC빔을 연속화하고자 하는 위치에 거치하는 제 2 단계; 상기 연결보강판를 배치하고 필요한 인위적인 다단계 온도분포가 발생하도록 열원을 제공하여 온도변형을 일으키는 제 3 단계; 상기 제 1 단계에서 설치된 고장력볼트 고정판과 상기 연결보강판과의 현장이음을 체결한 후 가열을 중지함으로써 상기 인위적인 온도분포를 제거하여 온도하강으로 인한 상기 연결보강판의 수축변형에 의해 발생하는 단면력으로 연속화된 PSC빔의 내부지점부에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중 등에 의한 단면력을 상쇄시키고, 또한 상기 연결보강판에 의해 연속부의 구조단면을 증가시킴으로써 PSC빔을 연속화시키는 제 4 단계; 필요시 PSC빔 단부에 가설치된 받침을 연속된 지점부에 설치되는 정규받침으로 교체하는 제 5 단계; 바닥판 철근을 배근하고, 필요시 바닥판 상면에 설치될 고장력볼트 고정판을 배치하여 바닥판 콘크리트를 타설하는 제 6 단계; 필요시 PSC빔 측면이나 바닥판 상면에 연결보강판을 설치하고 온도프리스트레싱을 재차 도입하는 제 7 단계를 포함하는 PSC빔교의 연속화 공법을 제공한다.

또한, 본 발명 중 상기 PCS빔교의 연속화 공법에서 강재 연결보강판에 온도분포를 발생시키는 장치는, 상기 연결보강판에 설치되며 연결보강판과 PCS빔에 기설치된 고장력볼트 고정판과의 고장력볼트 체결이 완료되거나 체결 직전의 시점까지 인위적인 온도분포를 부여하도록 열원을 제공하는 수단; 상기 연결보강판에 장착되며 상기 열원제공 수단으로부터 설정된 온도분포가 유지되도록 제공되는 열원에 의해 변화되는 온도를 감지하여 출력하는 온도감지수단; 상기 온도감지수단의 신호를 인가받도록 연결되어 있으며 상기 연결보강판의 연결이 완료될 때까지 상기 연결보강판에 소정 형태의 인위적 온도분포를 유지하도록 상기 열원 제공 수단을 제어하는 콘크롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 PSC빔교를 연속화하기 위하여 PSC빔 상부에 강재 연결보강판을 부착하는 공법으로 기존의 여타 연속화 공법과는 달리 연결보강판을 PSC빔 연속부에 부착함에 있어서 연결보강판을 접합하기 전에 연결 보강판의 일부 구간에 가열을 통해 인위적인 온도분포를 유지한 상태에서 볼트를 체결하고, 볼트체결 완료 후에 인위적인 온도분포를 제거함으로써, 상기 강재 보강재의 수축현상에 의해 발생하는 프리스트레싱 효과를 이용하여 PSC빔교의 연속부에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중 등에 의한 단면력을 상쇄하고, 이와 함께 상기 강재 연속보강판에의한 구조단면 증가효과로 PSC빔교를 연속화 시키는, 강재 연결보강판을 이용한 PSC빔교의 연속화 공법을 제공하는 것과 인위적인 온도분포를 다단계로 도입함으로써 열원 제거시 수축변형이 다단계로 발생함에 따라 내부지점부에서 최대 단면력이 발생하고 지점부로부터 멀어질수록 단면력이 점진적으로 감소하게 되어 연결보강판의 어느 한 고정점에 단면력이 집중되는 현상을 피할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다. 여기에서 강재 연결보강판의 접합에는 고장력볼트를 이용한다.

이하, 첨부된 도1 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

연속화될 PSC빔의 제작시, 상부에 도1과 같이 일반 전단연결재와 고장력볼트가 용접된 고장력볼트 고정판을 설치한 후, 도2와 같이 연속화될 PSC빔을 현장에 위치시키고, 도3과 같이 PSC빔 사이의 틈을 콘크리트를 타설하고, 도4와 같은 형상을 갖는 강재 연결보강판을 배치하고, 도5와 같이 외부구속이 없는 상태에서 상기 연결보강판을 기설정된 구간별로 열원을 이용하여 가열하면 도6과 같은 다단계 온도분포가 발생하고, 연결보강판에는 상기 온도분포에 상응하는 무응력 상태의 변형이 발생한다.

상기의 변형이 발생한 상태를 유지시키면서 연결보강판을 기 설치된 고장력볼트 고정판의 볼트에 현장이음으로 연결하면, 구조 시스템은 도7과 같은 형상을 갖는다. 상기의 현장이음의 체결이 완료된 후, 상기의 연결보강판에 적용시켰던 열원을 제거하면, 상기 연결보강판의 온도하강에 의한 수축변형에 따라 상기 PSC빔의 연속부에는 사하중(고정하중) 및 활하중 등으로 인해 발생하게 되는 변형 및 단면력과 반대되는 변형과 단면력이 발생하며 필요시에는 이 단계에서 PSC빔 단부에 가설치된 받침을 연속된 지점부에 설치되는 정규받침으로 교체할 수 있다.

상기의 PSC빔의 연속화가 완료된 후, 상기의 연속화된 PSC빔 위에 도8과 같이 바닥판 철근을 배근하고 바닥판 콘크리트를 타설한다.

상기의 바닥판 콘크리트가 경화한 후, 합성된 바닥판에도 프리스트레싱 효과를 도입할 필요가 있는 경우에는 도9와 같이 PSC빔의 측면이나 바닥판 상면에 추가로 설치된 고장력볼트 고정판을 이용하여 도 10과 같이 2차 온도프리스트레싱을 도입할 수 있다.

상기 실시예는 PSC빔교를 2경간 연속화 시키는 예이지만 다경간 교량에도 경간 수에 상관없이 연속화 시킬 수 있다.

또한, 기존에 건설된 PSC빔교를 연속화 하고자 하는 경우에는 도11과 같이 PSC빔의 상부를 천공하여 고장력볼트 고정판을 설치하고 틈을 충진한 다음, 상기의 절차와 동일한 방법으로 PSC빔교를 연속화 할 수 있다.

본 실시 예에서, 도6에 예시된 상기 강재 연결보강판 단면에 작용하는 온도분포는 상기 강재 연결보강판과 상온의 온도차이만을 나타내는 온도구배이다.

한편, 본 실시예에서는 상기 강재 연결보강판의 경우에는 도4에 도시된 바와 같이 강판부재의 형태로 한정한 예를 제시하고 있지만, 이에 국한하는 것은 아니며 경우에 따라 복수의 strip형태의 강판, T-형 단면, I-형 단면, H-형 단면 등의 기타 강부재 단면을 이용할 수도 있다.

한편, 상기 강재 연결보강판 단면에 온도분포를 부여하기 위한 본 발명의 온도분포 발생 장치는 도5에 도시된 바와 같다.

도5는 전열선에 의한 히터를 이용하여 강재 연결보강판에 온도분포를 부여하는 장치와 그 부착위치를 나타낸 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 상기 강재 연결보강판(5)에 부착 설치되어 기존 교량 구조물에 설치된 볼트(1)와의 고장력볼트 체결이 완료될 때까지 온도분포를 부여하도록 열원을 제공하는 히터(6)와, 상기 강재 연결보강판(5)에 장착되며 히터(6)로부터 제공되는 열원의 온도가 설정된 온도분포가 되도록 조절하는 온도측정센서(7)와, 상기 온도측정센서(7)의 신호를 인가받을 수 있으며 상기 보강용 강형의 체결이 완료될 때까지 소정 온도분포를 유지하도록 제어하는 콘트롤러로 구성된다. 여기서, 상기 히터(6)는 강재 연결보강판 중 적어도 한 부위를 가열구간으로 하여 배치하며, 필요에 따라 상기 강재 연결보강판(5)에 제공되는 온도가 외부 대기온도로부터 영향을 받지 않도록 상기 강재 연결보강판(5)에 보온단열재(8)를 설치할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같이 본 발명에 따르면, 연속화하고자 하는 PSC빔교의 시공에 있어서, 연속화하고자 하는 PSC빔의 상부나 측면, 또는 바닥판에 강재 연결보강판을 접합시키는 보강공법으로, 연결보강판을 접합하기 전에 연결보강판의 일부 구간에 가열을 통해 인위적인 다단계 온도분포를 유지한 상태에서 접합을 고장력볼트를 사용하여 체결하고, 접합완료 후에 인위적인 온도분포를 제거함으로써, 상기 강재 연결보강판의 수축현상에 의해 발생하는 프리스트레싱 효과를 이용하여 PSC빔 연속부에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중 등에 의한 단면력을 상쇄하고, 이와 함께 상기 연결보강판에 의한 구조단면 증가효과에 의해 PSC빔교를 연속화시키는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 연속화하고자 하는 PSC빔의 상부에 강재 연결보강판의 정착을 위한 고장력볼트 고정판을 설치하는 제 1 단계;

   상기 고장력볼트 고정판이 설치된 PSC빔을 연속화하고자 하는 위치에 거치하는 제 2 단계;

   상기 강재 연결보강판를 배치하고 필요한 인위적인 다단계 온도분포가 발생하도록 열원을 제공하여 온도변형을 일으키는 제 3 단계;

   상기 제 1 단계에서 설치된 고장력볼트 고정판과 상기 연결보강판과의 현장이음을 체결한 후 가열을 중지함으로써 상기 인위적인 온도분포를 제거하여 온도하강으로 인한 상기 연결보강판의 수축변형에 의해 발생하는 단면력으로 연속화된 PSC빔의 내부지점부에 작용하는 사하중(고정하중) 및 활하중 등에 의한 단면력을 상쇄시키고, 또한 상기 연결보강판에 의해 연속부의 구조단면을 증가시킴으로써 PSC빔을 연속화시키는 제 4 단계;

   필요시 PSC빔 단부에 가설치된 받침을 연속된 지점부에 설치되는 정규받침으로 교체하는 제 5 단계;

   바닥판 철근을 배근하고, 필요시 바닥판 상면에 설치될 고장력볼트 고정판을 배치하여 바닥판 콘크리트를 타설하는 제 6 단계;

   필요시 PSC빔 측면이나 바닥판 상면에 연결보강판을 설치하고 온도프리스트레싱을 재차 도입하는 제 7 단계

   를 포함하는 시공방법.
2. 제 1항에 있어서,

   제 1 단계에서의 고장력볼트 고정판은 고장력 볼트를 PSC빔에 고정하기 위해 한 면에는 고장력볼트가 용접되고 반대면에는 전단열결재가 용접된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 PSC빔교의 연속화를 위한 시공방법.
3. 제 1항에 있어서,

   제 1 단계에서의 PSC빔에 새로이 제작되는 경우가 아니고, 기존에 건설된 PSC빔을 연속화하는 경우, 기존의 PSC빔의 상부에 천공하고 고장력볼트 고정판을 설치한 후 틈을 충진하여 PSC빔교를 연속화하는 방법을 포함한 시공방법.
4. 제 1항에 있어서,

   제 3 단계에서의 강재 연결보강판의 부재 단면이 강판 단면, T-형 단면, I-형 단면, H-형 단면, 복수의 strip 강판 단면 및 통상적인 강부재 단면 중 어느 하나의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 PSC빔교의 연속화를 위한 시공방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제 3 단계는 상기 강재 연결보강판의 일부 구간에 설정온도를 유지시키고, 타 구간에서는 상기 설정온도보다 낮은 온도로 분포되도록 하여 소정 형태의다단계 온도분포를 형성하는 PSC빔교의 연속화를 위한 시공방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 5 단계에서 열원제거 시기는 상기 강재 연결보강판과 고장력볼트 고정판과의 현장이음의 체결이 완료되는 시점이나 현장이음의 원활한 체결을 위하여 체결 직전으로 정한 것을 특징으로 하는 PSC빔교의 연속화를 위한 시공방법.
7. 상기 강재 연결보강판의 시공단계에서 현장이음을 체결하지 않은 강재 연결보강판에 인위적인 다단계 온도분포를 부여하여 상기 강재 연결보강판에 열변형을 발생시키고, 상기 볼트와의 현장이음을 체결하여 일체의 구조체로 거동을 하는 시점이나 원활한 현장이음의 체결을 위하여 그 직전에 온도분포를 제거하여, 현장이음 체결 완료후 발생하는 강재 연결보강판의 수축 변형으로 인해 PSC빔의 연속부에 가해지는 프리스트레싱 효과로, 사하중 및 활하중 등에 의해 연속부에 발생하는 응력을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 PSC빔교의 연속화를 위한 시공방법.