KR200316093Y1 - 프리스트레스를 이용한 강상자형 교량 - Google Patents

Abstract

본 고안은 강상자형 교량에 있어서, 최대 부모멘트가 발생하는 바닥판의 부모멘트 구간에 프리스트레스를 가해 보강함으로써 강상자형 주형의 단면높이를 낮추는 프리스트레스를 이용한 강상자형 교량을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 교각(2)과 교대(3)의 상단을 따라 연장되어 위치하는 강상자형 주형(140)과, 이런 강상자형 주형(140)의 상면에 연장되어 위치하는 복수의 바닥판(150)들을 포함한 강상자형 교량에 있어서, 교각(2)과 대응하는 부모멘트구간(108)에 긴장된 상태로, 바닥판(150)의 내부에 그 길이방향을 따라 폭방향으로 상호 평행하게 위치한 복수의 긴장재(160)들을 포함하여 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 고안의 프리스트레스를 이용한 강상자형 교량은 종래의 바닥판을 사용할 경우에 비해 상대적으로 단면높이가 낮은 강상자형 주형을 사용할 수 있다. 이는 바닥판에 있어서 최대 부모멘트가 발생하는 구간에 긴장재를 배치하여 최대 부모멘트를 감소시킴으로써, 최대 부모멘트에 따라 단면높이가 결정되는 강상자형 주형의 단면높이를 낮출 수 있기 때문이다. 이와 같이 강상자형 주형의 단면이 낮아짐에 따라 경제적인 장점이 있다. 또한, 강상자형 주형의 단면높이를 낮춤으로써, 교량전후의 도로 계획고를 낮출 수 있어 접속도로의 구간의 토공물량을 감소시킬 수 있으며, 도로계획고 감소에 따라 주변지역의 개방감을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

Description

프리스트레스를 이용한 강상자형 교량{Steel Box Type Bridge with Pre―Stress}

본 고안은 강상자형 교량에 관한 것이며, 특히, 바닥판의 부모멘트 구간에 프리스트레스를 가해 보강함으로써, 프리스트레스를 가하지 않은 상태에서 계획된 등단면 강상자 주형보다 상대적으로 낮은 단면높이를 갖는 강상자 주형을 이용하여 시공할 수 있으며, 또한 교량의 계획고를 낮출 수 있는 프리스트레스를 이용한 강상자형 교량을 제공하는 데 있다.

강상자형 교량에는 폐합단면의 강상자형 주형이 교각과 바닥판의 사이에 위치한다. 이런 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.

도면에서, 도 1은 종래의 기술에 따른 강상자형 교량의 횡단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 강상자형 교량에 발생하는 모멘트를 나타낸 개략도이고, 도 3은 종래의 강상자형 교량의 종방향을 따라 등단면의 형상을 갖는 강상자형 주형의 개략도이고, 도 4는 변단면을 갖는 강상자형 주형의 개략도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 강상자형 교량(1)은 교대(3)와 교각(2)의 상단에 위치하여 교량(1)의 설치방향으로 연장된 강상자형 주형(4)과, 이런 강상자형 주형(4)의 상면에 위치하는 바닥판(5)을 포함한다. 이런 강상자형 교량(1)은 강상자형 주형(4)의 배치구조에 따라 병렬방식 교량과 단순방식 교량으로 구분되는데, 병렬방식의 교량은 강상자형 주형이 교각(2)과 교대(3)에 상호 평행하게 2라인으로 배치되게 구성된 교량이고, 단순방식 교량은 강상자형 주형이 한 라인으로 각 교각과 교대에 배치된 교량이다.

이들 강상자형 주형(4)은 강재의 외곽벽(11)이 폐합된 형상을 가지며, 외곽벽(11)의 내부벽면에는 리브(13)가 외곽벽(11)에 수직하게 교량(1)의 종방향을 따라 길게 연장되어 외곽벽(11)의 강성을 보강한다.

이와 같이 구성된 강상자형 교량(1)에 있어서, 그 하중에 의해 발생하는 최대 정모멘트와 최대 부모멘트의 크기는 도 2에 도시된 바와 같이 상호 다르다. 교각(2)의 위치에서 주형(4)에 발생하는 최대 부모멘트는 각 교각(2)과 교각(2), 또는 교각(2)과 교대(3)의 사이의 중앙에 발생하는 최대 정모멘트의 약 2배가 된다.

종래의 강상자형 교량에서는 이런 최대 부모멘트와 최대 정모멘트의 상이함 때문에, 시공자는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 두 형태의 강상자형 주형(4)을 선택하여 사용한다.

도 3에 도시된 강상자형 주형(4)은 등단면 강상자형 주형으로서, 단면 설계시 가장 큰 모멘트인 최대 부모멘트에 의한 단면력에 대응하는 단면2차 모멘트를 갖도록 주형단면의 크기(높이: H)를 설정해 교량 전 구간에 적용한다.

이런 등단면을 갖는 강상자형 주형을 이용하는 방식은 가장 일반적인 것으로서, 아래와 같은 단점을 갖고 있다.

등단면을 갖는 강상자형 주형(4)은 단면력과 무관하게 주형(4)의 단면크기가 종방향으로 일정하기 때문에 최대 부모멘트가 발생하는 곳을 제외하고는 불필요하게 과도한 단면크기를 갖게 되므로 비경제적이다. 또한 최대 부모멘트를 기준으로 주형단면의 크기가 정해지므로, 주형단면이 과도하게 커져 주형의 높이가 높아지게 되고, 그에 따라 교량이 육중하고 위압적인 느낌을 주게 될 뿐만 아니라, 교량 밑 공간의 활용면에서도 바람직하지 못하다는 단점이 있다.

이런 단점을 극복하기 위해 변단면을 갖는 강상자형 주형이 개발되었으며, 이는 도 4에 도시된 바와 같다.

도 4에 도시된 변단면을 갖는 강상자형 주형(4')은 정모멘트 구간(9)과 부모멘트 구간(8)에 발생하는 최대 모멘트에 맞춰 주형의 단면을 변화(높이: H1, H2)시키는 것으로서, 불필요한 과도한 단면크기를 갖지 않아 우수한 경제성을 갖는다. 하지만, 설계에 복잡함이 따르며, 변단면을 갖도록 주형을 곡선처리하여야 하기 때문에 시공상에 불편함이 따른다는 문제점이 있다.

본 고안은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 최대 부모멘트가 발생하는 바닥판의 부모멘트 구간에 프리스트레스를 가해 발생하는 최대 부모멘트를 억제시킴으로써, 종래의 등단면 강상자형 주형의 단면높이보다 상대적으로 낮은 단면높이의 등단면 강상자형 주형을 사용할 수 있는 프리스트레스를 이용한 강상자형 교량을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 강상자형 교량의 횡단면도이고,

도 2는 도 1에 도시된 강상자형 교량에 발생하는 모멘트를 나타낸 개략도이고,

도 3은 종래의 강상자형 교량의 종방향을 따라 등단면의 형상을 갖는 강상자형 주형의 개략도이고,

도 4는 변단면을 갖는 강상자형 주형의 개략도이고,

도 5는 본 고안의 한 실시예에 따른 프리스트레스를 이용한 강상자형 교량의 횡단면도이고,

도 6은 도 5에 도시된 강상자형 교량에 있어 프리스트레스가 가해진 부모멘트 구간을 나타낸 교량의 개략도이고,

도 7은 도 5에 도시된 긴장재가 설치된 바닥판의 종단면도이고,

도 8은 도 5에 도시된 강상자형 교량의 폭 절반을 나타낸 평면도이고,

도 9는 도 5에 도시된 강상자형 교량의 폭 절반을 나타낸 저면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1, 100: 교량 2 : 교각

3 : 교대 4, 140 : 강상자형 주형

5, 150 : 바닥판 8, 108 : 부모멘트 구간

9, 109 : 정모멘트 구간 11 : 외곽벽

13 : 리브 153 : 보강부

160 : 긴장재 163 : 정착구

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 교각과 교대의 상단을 따라 연장되어 위치하는 강상자형 주형과, 상기 강상자형 주형의 상면에 연장되어 위치하는 복수의 바닥판들을 포함한 강상자형 교량에 있어서, 상기 교각과 대응하는 부모멘트구간에 긴장된 상태로, 상기 바닥판의 내부에 상기 바닥판의 길이방향을 따라 상기 바닥판의 폭방향으로 상호 평행하게 위치한 복수의 긴장재들을 포함하여 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는 상기 바닥판에는 상기 부모멘트구간에 해당하는 길이만큼의 보강부가 상기 강상자형 주형을 향해 돌출되어 형성되며, 상기 보강부에 상기 복수의 긴장재들이 긴장되어 위치한다.

보다 바람직하게는 상기 강상자형 주형은 전장에 걸쳐 동일한 단면높이를 갖는다.

아래에서, 본 고안에 따른 프리스트레스를 이용한 강상자형 교량의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 5는 본 고안의 한 실시예에 따른 프리스트레스를 이용한 강상자형 교량의 횡단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 강상자형 교량에 있어 프리스트레스가 가해진 부모멘트 구간을 나타낸 교량의 개략도이고, 도 7은 도 5에 도시된 긴장재가 설치된 바닥판의 종단면도이고, 도 8은 도 5에 도시된 강상자형 교량의 폭 절반을 나타낸 평면도이고, 도 9는 도 5에 도시된 강상자형 교량의 폭 절반을 나타낸 저면도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 강상자형 교량(100)은 교대(2) 및 교각(3)의 상단에 위치하는 등단면 강상자형 주형(140)과, 강상자형 주형(140)의 상면에 위치하는 바닥판(150)을 포함한다.

바닥판(150)은 그 저면에 있어서, 교각(3)과 대응하는 부위에 보강부(153)가 형성된다. 보강부(153)는 바닥판(150)의 저면에 강상자형 주형(140)을 향해 하향 돌출된 형태로서, 바닥판(150)의 다른 부위의 두께보다 두꺼우며, 부모멘트 구간(108)의 길이만큼 형성된다. 여기에서 부모멘트 구간(108)을 제외한 다른 구간은 정모멘트 구간(109)이다.

그리고, 이런 보강부(153)의 내부에는 긴장재(160)가 바닥판(150)의 길이방향을 따라 폭방향으로 평행하게 배치되며, 정착구(163)가 긴장된 상태의 긴장재(160) 양단부에 고정되어 보강부(153)의 양측면에 접하여 고정됨으로써, 긴장재(160)는 긴장된 상태를 유지한다.

이런 바닥판(150)의 보강부(153)는 하부에 위치한 평행한 강상자형 주형(140)과 접한다.

한편, 보강부(153)의 내부에 위치한 긴장재(160)는 긴장된 상태로서, 긴장재(160)의 긴장력은 최대 부모멘트를 상쇄시킨다. 따라서, 앞에서 설명한 바와같이, 최대 부모멘트에 의한 단면력에 대응하는 단면2차 모멘트를 갖도록 설계되는 강상자형 주형(140)의 단면높이(H3)를 종래의 등단면 강상자형 주형(4)의 단면높이(H)보다 낮출 수 있다.

도 8 및 도 9는 이와 같이 구성된 강상자형 교량의 폭 절반을 나타낸 평면도와 저면도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 교각(3)과 대응하는 바닥판(150)의 부모멘트구간(108)에는 소정의 길이를 가지며 바닥판(150)의 폭방향으로 형성된 보강부(153)가 형성되며, 이런 보강부(153)의 내부에는 바닥판(150)의 폭방향으로 평행하게 배치된 긴장재(160)가 위치한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안의 프리스트레스를 이용한 강상자형 교량은 종래의 바닥판을 사용할 경우에 비해 상대적으로 단면높이가 낮은 강상자형 주형을 사용할 수 있다. 이는 바닥판에 있어서 최대 부모멘트가 발생하는 구간에 긴장재를 배치하여 최대 부모멘트를 감소시킴으로써, 최대 부모멘트에 따라 단면높이가 결정되는 강상자형 주형의 단면높이를 낮출 수 있다. 이와 같이 강상자형 주형의 단면이 낮아짐에 따라 경제적인 장점이 있다.

또한, 본 고안의 프리스트레스를 이용한 강상자형 교량은 강상자형 주형의 단면높이를 낮춤으로써, 교량전후의 도로 계획고를 낮출 수 있어 접속도로의 구간의 토공물량을 감소시킬 수 있으며, 도로계획고 감소에 따라 주변지역의 개방감을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 고안의 프리스트레스를 이용한 강상자형 교량에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 고안의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 고안을 한정하는 것은 아니다.

Claims (3)

1. 교각과 교대의 상단을 따라 연장되어 위치하는 강상자형 주형과, 상기 강상자형 주형의 상면에 연장되어 위치하는 복수의 바닥판들을 포함한 강상자형 교량에 있어서,

   상기 교각과 대응하는 부모멘트구간에 긴장된 상태로, 상기 바닥판의 내부에 상기 바닥판의 길이방향을 따라 상기 바닥판의 폭방향으로 상호 평행하게 위치한 복수의 긴장재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 강상자형 교량.
2. 제1항에 있어서,

   상기 바닥판에는 상기 부모멘트구간에 해당하는 길이만큼의 보강부가 상기 강상자형 주형을 향해 돌출되어 형성되며, 상기 보강부에 상기 복수의 긴장재들이 긴장되어 위치하는 것을 특징으로 하는 강상자형 교량.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 강상자형 주형은 전장에 걸쳐 동일한 단면높이를 갖는 것을 특징으로 하는 강상자형 교량.