KR200386506Y1 - 소음 및 진동 저감형 플레이트거더교 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 종래의 철도교용 플레이트거더교의 단점을 보완하여 교량의 동적 거동특성, 피로 저항능력 및 소음 저감에 유리한 소음 및 진동 저감형 플레이트거더교 구조를 제공하기 위한 것으로서, I형 단면 강재로 제작되는 플레이트 거더로서, 하부플랜지 상면에 이중격벽으로 처리되어 내부공간(S)이 형성되며, 상기 내부공간에 콘크리트가 충전된 복부 및 상기 복부 상면이 폐합되도록 형성된 상부플랜지를 포함하는 플레이트 거더; 및 상기 플레이트 거더의 상부플랜지 상면을 가로질러 설치되며, 상기 플레이트 거더 상면에 일체로 또는 각 플레이트 거더 상면에 분리되어 설치되며, 상기 분리되어 설치되는 경우 연결부재에 의하여 서로 연결 설치된 슬래브;를 포함하여 구성된다.

Description

소음 및 진동 저감형 플레이트거더교 구조{Steel Plate Girder Structure for Reduction of Noise and Vibration}

본 고안은 소음 및 진동 저감형 플레이트거더교 구조에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 철도교에서 사용되는 강재 플레이트거더교에 관한 것이다.

현재 국내 철도교의 약 40%(1000 여개소)를 차지하고 있는 플레이트거더교(판형교)는 현대의 발전된 교량형식에 비해 성능이 상당히 뒤처지는 교량형식이다. 그 플레이트거더교의 형상은 도 1에서 보는 것처럼 두 개로 된 I형 단면의 강재 플레이트 거더(10)를 브레이싱재(20)로 연결한 매우 간단한 구조로서 상면에는 레일이 설치되는 목재 등의 침목(30)이 설치된다.

하지만 이러한 플레이트거더교의 경우, 첫째, 경량구조물로서 진동이 심하다는 문제점이 있었으며, 둘째, 강재 플레이트 거더의 특히 복부의 진동이 심하며 이로 인한 소음발생이 크고, 셋째, 피로 및 충격에 취약하여 다양한 균열이 발생할 수 있으며, 넷째, 거더교로서 바닥판이 없는 구조로 설치되기 때문에 활하중의 횡 분배에 문제가 있을 수 있다는 지적이 있었다.

본 고안의 목적은 상기 종래의 철도교용 플레이트거더교의 단점을 보완하여 교량의 동적 거동특성, 피로 저항능력 및 소음 저감에 유리한 플레이트거더교 구조를 제공하는 것이다.

본 고안은 상기 기술적과제를 달성하기 위하여, 강재 플레이트 거더로 지지되는 철도교용 플레이트거더교에 있어서, I형 단면 강재로 제작되는 플레이트 거더로서, 하부플랜지(111) 상면에 이중격벽으로 처리되어 내부공간(S)이 형성된 복부(112) 및 상기 복부 상면이 폐합되도록 형성된 상부플랜지(113)를 포함하는 플레이트 거더(110);상기 플레이트 거더의 상부플랜지(113) 상면을 가로질러 설치된 슬래브(120);를 포함하도록 하였다.

이하, 본 고안에 따른 플레이트거더교 구조를 도면에 도시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2a는 본 고안의 플레이트거더교 구조의 일 실시예를 도시한 것이며, 도 2b는 그 변형예를 도시한 것이다.

상기 플레이트 거더(110)는 교량 하부구조물(200) 즉, 교각 또는 교대 상면에 지지되도록 설치되며, 교량받침(210,Shoe)에 의하여 교각 등이 상부면에 지지되어 설치된다.

이러한 플레이트 거더(110)는 하부플랜지(111), 복부(112) 및 상부플랜지(113)가 전체적으로 I형 단면으로 형성되도록 강판을 용접하여 제작한 후 교량하부구조물(200) 상면에 거치하는 식으로 설치하게 되는 것이 일반적이다.

종래의 플레이트거더교의 복부(10)는 도 1과 같이 상부플랜지의 하중을 하부로 전달하기 위한 단일 수직판재로 구성되어 있다. 이때 철도하중이 작용하는 경우 복부를 구성하는 수직판재에 국부적인 진동이 발생하며, 복부의 진동으로 인하여 복부 자체가 소음의 전달 경로가 됨과 더불어 소음이 크게 발생한다. 본 고안에서는 이러한 복부를 이중격판(112a,112b) 형식으로 설치하여 그 내부공간(S)이 자연스럽게 형성되도록 하고, 그 내부에 콘크리트가 충전되도록 하였다.

이러한 충전된 콘크리트의 기본적인 기능은 복부의 진동을 제어하게 된다는 것이다. 즉, 철도하중에 의하여 복부에 하중이 전달될 때, 충전된 콘크리트는 횡 방향으로 이중격판을 구속하여 이중격판 즉, 복부가 진동하지 못하도록 하는 기능을 통하여 복부 진동에 의한 소음발생을 방지할 수 있는 것이다.

충전된 콘크리트의 또 다른 기능은 이중격판 내부에 콘크리트에 부착되어 있으므로 복부의 국부좌굴(Local Buckling) 위험성이 현저히 줄어든다는 것이다. 기존의 플레이트거더교는 이러한 국부좌굴을 방지하기 위하여 도 1과 같이 복부에 보강재(20,Stiffener)를 용접으로 부착하게 된다. 이러한 경우 용접부에서 피로문제로 인해 균열이 쉽게 발생한다. 그러나 본 고안에서는 복부가 이미 그 내부에 충전된 콘크리트에 부착되어 있고, 이중격판 사이에 추가적으로 타이바(114,연결재)를 설치하면 외부에 보강재를 설치하지 않아도 국부좌굴의 위험성이 없다. 따라서 보강재 용접이 필요 없으므로 시공비 절감이 되며, 피로문제에서도 유리하다. 이에 상기 타이바는 바형상의 연결봉이 복부를 관통하여 복부 내면 또는 외면에서 볼트 및 너트로 조여져 설치될 수 있으며, 지그재그로 복부 외면에 설치됨으로서 그 조임 기능을 효율적으로 확보할 수 있게 된다.

이때 이중격판에 의한 내부공간(S)에 콘크리트로 채움을 할 경우, 후술되는 슬래브의 무근콘크리트와 함께 지나치게 자중이 증가할 우려가 있으므로 경량콘크리트(150)의 사용이 바람직하며, 본 고안의 상기 콘크리트는 내부공간에 미 도시된 미리 조립된 철근조립체를 삽입시킨 후, 콘크리트를 충전시키는 경우 복부 자체가 구조용 부재로서 하중에 저항하는 부재로 작용할 수 있게 된다는 장점이 있다.

상기 복부의 상면 및 하면에는 복부가 폐쇄될 수 있도록 하부플랜지 및 상부플랜지를 설치함으로서 본 고안의 플레이트 거더(110)가 완성된다.

상기 바닥판(120)은 플레이트 거더 상부의 활하중을 하부에 전달하며 분배를 위한 구성에 해당되며, 폐합된 강재박스로 제작되어 플레이트거더(110)의 상면에 볼트 또는 용접에 의하여 설치된다.

상기 바닥판(120)은 철도하중에 의한 종방향 및 횡방향 변위에 대하여 저항하게 되는데 이는 강재박스(121)가 부담하게 되며, 강재박스 내부에는 역시 콘크리트가 충전되며, 무근콘크리트(122)가 이용된다.

상기 강재박스 내부에 타설되는 무근콘크리트(122)는 강재박스(121)의 국부적인 변형 및 좌굴을 예방해준다. 또한 상기 콘크리트는 복부에 타설되는 것과 같이 철도차량 주행 시 발생하는 소음저감에 도움이 된다. 물론 강재박스 내부에 콘크리트를 충전시키지 않을 수도 있으나 강재만으로 교량을 구성하면 기존의 판형교처럼 경량구조가 되어 진동에 취약할 수 있으므로, 콘크리트로서 슬래브 자중을 증가시켜 진동문제에 있어서 더 유리한 구조가 될 수 있다.

이때 상기 강재박스로 구속되는 콘크리트는 복부와 같이 철근 또는 철근조립체등으로 콘크리트를 보강할 필요는 없다.

그 시공방법은 먼저 상면이 개방된 강재박스를 플레이트 거더 상면에 설치하고, 콘크리트를 타설한 후 강재박스 상부판을 설치하는 방식으로 시공할 수도 있고, 강재박스 상부판에 관통공을 형성시켜 그 관통공 내부로 콘크리트를 충전시킨 다음, 상기 관통공을 폐쇄시켜도 상관없다.

상기 플레이트 거더(110)의 상면은 슬래브(120)인 강재박스(121)에 의해서 연결되어 있어 상대적인 변위가 발생하지 않는다.

그러나 플레이트 거더의 하부는 특별한 연결재가 없으면 상대변위가 발생할 수 있으므로 플레이트거더의 하부에 직선형 또는 X자 형식의 브레이싱재(116)를 더 설치할 수 있으며, 이러한 브레이싱재는 플레이드 거더간의 상대변위를 방지하여 교량 전체의 비틀림 강성을 증가 시키는 기능을 가지게 된다.

도 2b에 도시된 본 고안의 변형예는 슬래브를 일체로 형성시켜 플레이트거더 상면에 설치하는 것이 아니라, 슬래브를 2개로 분할하여 각각의 플레이트 거더 상면에 설치하는 방식이다.

슬래브를 일체로 제작하는 경우에, 플레이트 거더 사이의 간격이 커질 경우 그 제작, 운반 및 설치이 시공성이 떨어질 수 있기 때문에 적어도 2개로 분할하여 그 각각을 플레이트 거더 상면에 설치하는 것이다.

바닥판 상면에는 고무패드(130,Rubber Pad)를 설치한 후 그 상면에 콘크리트 또는 목재 침목(140)을 설치하고, 침목 상면에는 레일(150)을 설치하게 된다.

고무패드(130)는 횡방향 변위로의 탄성복원력을 확보할 수 있어 수평방향 진동에 대한 저항성능이 기대될 수 있다.

이때 침목(140)은 도 2a의 경우 일체형으로 제작되어 있고, 도 2b의 경우에는 역시 분리형으로 제작되어 있으며, 상기 분리형으로 제작하는 경우에는 그 사이에 연결부재를 더 설치하여 그 일체성을 확보할 수 있도록 한다.

본 고안의 플레이트거더는 진동 및 소음 저감에 유리하며, 슬래브로서 강재박스에 충전되는 콘크리트 및 복부에 충전되는 콘크리트 자중에 의하여 종래의 경량플레이트 거더의 문제점을 해결할 수 있어 교량 가속도 발생면에서 유리하고, 바닥판의 설치로 하중의 횡분배가 용이하며, 강재박스 및 복부에 콘크리트가 채워져 있기 때문에 강판의 국부좌굴 위험이 없고, 상기 콘크리트가 복부의 국부변형을 방지하기 때문에 응력집중에 의한 피로문제에서 유리하고, 전체적으로 PC 콘크리트교나 콘크리트 슬래브교에 비해 중량이 가볍기 때문에 크레인 작업이 유리하다.

앞 에서 설명되고, 도면에 도시된 본 고안의 일 실시예는 본 고안의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 고안의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 고안의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 고안의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 고안의 보호범위에 속하게 된다.

도 1은 종래의 철도교량에서 사용된 플레이트거더교의 측면도를 도시한 것이다.

도 2a 및 도 2b는 본 고안의 플레이트 거더교의 측면도를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:플레이이트 거더교 110:플레이트 거더

111:하부플랜지 112:복부

112:a,112b:이중격판 113:상부플랜지

114:타이바 115:경량콘크리트

116:보강재 120:슬래브

121:강재박스 122:무근콘크리트

130:고무패드 140:침목

150:레일

Claims (4)

1. 강재플레이트 거더로 지지되는 철도교용 플레이트거더교에 있어서,

   I형 단면 강재로 제작되는 플레이트 거더로서, 하부플랜지 상면에 이중격벽으로 처리되어 내부공간(S)이 형성되며, 상기 내부공간에 콘크리트가 충전된 복부 및 상기 복부 상면이 폐합되도록 형성된 상부플랜지를 포함하는 플레이트 거더; 및

   상기 플레이트 거더의 상부플랜지 상면을 가로질러 설치되며, 상기 플레이트 거더 상면에 일체로 또는 각 플레이트 거더 상면에 분리되어 설치되며, 상기 분리되어 설치되는 경우 연결부재에 의하여 서로 연결 설치된 슬래브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소음 및 진동 저감형 플레이트거더교 구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 이중격벽으로 처리되어 형성된 내부공간(S)을 횡방향으로 관통되도록 복부에 타이바가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 소음 및 진동 저감형 플레이트거더교 구조.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 슬래브는 폐합된 강재박스로 제작되며, 상기 강재박스 내부에 무근콘크리트가 더 충전되고, 상기 플레이트 거더 사이에는 수평 또는 엑스자 방식으로 브레이싱재가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 소음 및 진동 저감형 플레이트거더교 구조.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 내부공간(S)에 충전된 콘크리트는 경량콘크리트이며, 무근 또는 철근콘크리트로 타설되고, 상기 철근콘크리트로 타설되는 경우에는 철근조립체를 내부공간에 먼저 삽입시킨 후 콘크리트를 타설하여 복부가 구조부재로 작용하는 것을 특징으로 하는 소음 및 진동 저감형 플레이트거더교 구조.