KR20040006564A - 바닥판 골조와 콘크리트가 합성된 복합형 바닥판 - Google Patents

바닥판 골조와 콘크리트가 합성된 복합형 바닥판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철근 콘크리트 바닥판과, 골조 형식의 바닥판이 가지는 장점을 모두 발휘할 수 있어, 구조적인 안정성이 제고되고, 시공이 용이하며, 공기와 공사비를 현저하게 절감할 수 있는 새로운 구조의 복합형 바닥판에 관한 것이다.
본 발명에서는 소정 높이로 이격되어 있는 상부판 및 하부판과, 상기 상부판 및 하부판의 사이에 형성되어 있는 격벽으로 구성되어, 상부판과 하부판 사이에 격벽에 의하여 형성된 공동부가 횡방향으로 길게 형성되어 튜브 형태를 이루게 되는 구조를 가진 하부 골조와; 상기 하부 골조의 상부에 일체로 결합되어 있는 소정 두께의 콘크리트 슬래브로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합형 바닥판이 제공된다.
본 발명에 따른 복합형 바닥판은, 경량 고강도 재료로 이루어진 하부 골조와 콘크리트 슬래브가 합성되어 있는 구조를 가지고 있으므로, 종래에 단순히 철근 콘크리트만으로 구성된 바닥판에 비하여 콘크리트의 단면 두께를 현저하게 줄일 수 있으며, 그에 따라 바닥판의 자중이 줄어들게 되어 이를 지지하는 하부 구조의 단면 확대를 예방할 수 있게 된다. 또한, 바닥판의 취성 파괴가 방지되어 구조물의 파괴를 예측하는 것이 가능하게 되고, 그에 따라 구조물 파괴에 적절히 대비하는 것이 가능하게 된다.

Description

바닥판 골조와 콘크리트가 합성된 복합형 바닥판{Composite Deck having Frame and Concrete}
본 발명은, 토목구조용 바닥판에 관한 것으로서, 구체적으로는 폐합단면을 가진 바닥판 골조와 콘크리트가 결합되어 형성되는 토목구조용 복합형 바닥판에 관한 것이다.
예를 들어 교량과 같은 토목구조물에 사용되는 바닥판은 주로 철근 콘크리트로 시공되어 왔다. 철근 콘크리트 바닥판은 저가인 콘크리트만을 사용하게 되므로, 당장의 시공비를 줄일 수는 있으나, 일반적으로 큰 단면을 갖게 되고 그에 따라 자중이 증가하게 되므로, 만일 교량의 바닥판을 이러한 철근 콘크리트 바닥판으로 시공하는 경우에는 바닥판의 높은 자중을 지지하기 위해서 결국 교각 등과 같은 교량 하부구조의 단면이 과도하게 커지게 되어 종국적으로는 시공비가 증가하게 되는 문제점이 있다.
이러한 종래의 철근 콘크리트 바닥판의 대안으로서,강화플라스틱(Fiberglass Reinforced Plastics : 이하 "FRP"라고 칭한다), 알루미늄, 강재 등의 경량 고강도의 소재로 만들어지고 횡방향으로는 튜브형 단면을 가진 골조 구조물을 이용한 바닥판이 제시되었다.
그러나, 이러한 골조로 이루어진 바닥판의 경우는, 아직 구조적인 안정성이 명확하게 입증되지 아니하였고, 골조를 구성하는 FRP와 같은 재료들의 특성으로 인하여, 바닥판의 파괴 양상이 취성 파괴의 특징을 갖기 때문에 구조적인 안전에 취약하고, 재료의 가격이 고가이기 때문에 경제성이 낮다는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 종래의 바닥판이 가지고 있던 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 철근 콘크리트 바닥판과, 골조 형식의 바닥판이 가지는 장점을 모두 발휘할 수 있어, 구조적인 안전성이 제고되고 시공이 용이하며 공기와 공사비를 현저하게 절감할 수 있는 새로운 구조의 복합형 바닥판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1a는 주형 위에 설치되어 있는 본 발명에 따른 복합형 바닥판의 일실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 복합형 바닥판의 구조를 도시하기 위한 상기 도 1a의 선A-A에 따른 단면도이다.
도 2a는 주형 위에 설치되어 있는 본 발명에 따른 복합형 바닥판의 또다른 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 복합형 바닥판의 구조를 도시하기 위한 상기 도 2a의 선B-B에 따른 단면도이다.
도 2c 및 도 2d는 도 2b와 유사한 단면도로서, 공동부의 형상이 각각 사다리꼴 및 물결무늬 형상을 가진 실시예에 대한 단면도이다.
도 3a는 프리캐스트 콘크리트 슬래브에 의하여 형성된 복합형 바닥판의 구조를 도시하기 위한 상기 도 1의 선B-B에 따른 단면도이다.
도 3b 및 도 3c는 도 3a와 유사한 단면도로서, 공동부의 형상이 각각 사다리꼴 및 물결무늬 형상을 가진 실시예에 대한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 복합형 바닥판 2 주형
10 하부 골조 20 콘크리트 슬래브
21 I형 빔 30 채움재
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 소정 높이로 이격되어 있는 상부판 및 하부판과, 상기 상부판 및 하부판의 사이에 형성되어 있는 격벽으로 구성된 공동부가 연속되어 있고, 상기 연속된 공동부가 횡방향으로 길게 형성되어 튜브 형태를 이루게 되는 구조를 가진 하부 골조와; 상기 하부 골조의 상부에 일체로결합되어 있는 소정 두께의 콘크리트 슬래브로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합형 바닥판이 제공된다.
또한, 본 발명에서는 일 실시예로서, 상기 하부 골조는 다수개의 골조 유닛이 연결되어 형성되는데, 서로 이웃하여 연결되는 골조 유닛의 하부판은 서로 겹쳐져 일체화되고, 일체화된 상기 하부판의 상부에 횡방향으로 연장된 I형 빔이 일체로 설치되며, 상기 하부 골조의 상부에 콘크리트가 타설되어 I형 빔이 내부에 매립되어 보강된 형태로 콘크리트 슬래브가 설치되는 특징으로 하는 복합형 바닥판이 제공된다.
또한, 또다른 실시예로서, 상기 바닥판이 소정 폭의 하부 골조와 프리캐스트 콘크리트 슬래브에 의하여 형성된 다수개의 바닥판 유닛의 결합에 의하여 형성되는데, 서로 이웃하여 연결되는 바닥판 유닛의 하부 골조의 하부판은 서로 겹쳐져 일체화되고, 일체화된 상기 하부판의 상부에 횡방향으로 연장된 I형 빔이 일체로 설치되며, I형 빔이 설치된 양측 바닥판 유닛의 하부 골조 사이에는 채움재가 채워져 채움재 내부에 I형 빔이 매립되어 보강된 형태로 형성되는 바닥판 유닛의 이음부 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 복합형 바닥판이 제공된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용효과에 대하여 설명한다.
도 1a는 주형(2) 위에 설치되어 있는 본 발명에 따른 복합형 바닥판(1)의 일실시예에 대한 개략적인 사시도이다. 도 1a에서 본 발명에 따른 복합형 바닥판(1)은 하부 골조(10)의 형상이 보이도록 콘크리트(20)의 일부가 벗겨진 상태로 도시되어 있다. 도 1b는 본 발명에 따른 복합형 바닥판(1)의 구조를 도시하기 위한 상기도 1a의 선A-A에 따른 단면도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시되어 있듯이, 본 발명에 따른 복합형 바닥판(1)은 하부 골조(10)와, 상기 하부 골조(10)의 상부에 일체로 결합되어 있는 소정 두께의 콘크리트 슬래브(20)를 포함하여 구성된다.
상기 하부 골조(10)는 소정 높이로 이격되어 있는 상부판(11) 및 하부판(12)과, 상기 상부판(11) 및 하부판(12)의 사이에 형성되어 있는 격벽(13)에 의하여 형성된 공동부(14)가 종방향(예를 들면 교축방향)으로 연속하여 형성되어 있으며, 상기 공동부(14)는 횡방향(예를 들면 교축직각방향)으로 길게 형성되어 튜브 형태를 이루게 되는 구조를 가진다. 이러한 하부 골조(10)는 예를 들면 FRP, 알루미늄, 강재 등 경량이고 고강도를 가지는 소재로 제작된다.
상기 하부 골조(10) 위에는 콘크리트 슬래브(20)가 일체로 결합된다. 하부 골조(10)의 상부판(11)을 거푸집 삼아 콘크리트를 소정 높이로 타설하여 콘크리트 슬래브(20)를 형성하게 된다. 상기 콘크리트 슬래브(20)는 현장 타설 콘크리트 이외에도 프리캐스트 콘크리트로 형성하여도 좋은데 이에 대해서는 후술한다.
상기 하부 골조(10)와 콘크리트 슬래브(20)의 합성을 위해서, 상기 하부 골조(10)의 상부판(11) 상면에는 전단연결재(15)가 설치되어 콘크리트 슬래브(20)에 매립된다. 상기 콘크리트 슬래브(20)에는 보강을 위하여 횡방향 및 종방향(예를 들면 교축방향)으로 보강철근(도시되지 않음)을 배근하여도 좋다.
이와 같이, 본 발명에 따른 복합형 바닥판(1)은, 경량 고강도 재료로 이루어진 하부 골조(10)와 콘크리트 슬래브(20)가 합성되어 있는 구조를 가지고 있으므로종래에 단순히 철근 콘크리트만으로 구성된 바닥판에 비하여 콘크리트의 단면 두께를 현저하게 줄일 수 있으며, 그에 따라 바닥판의 자중이 줄어들게 되어 이를 지지하는 하부 구조의 단면 확대를 예방할 수 있게 된다.
또한, 단순히 골조만으로 이루어진 바닥판에 비해서는, 콘크리트 슬래브가 합성되어 있으므로, 콘크리트가 먼저 극한 상태에 도달하게 하고 골조가 추가 강도를 가지고 있어 콘크리트 보다 더 높은 하중에 이르러서야 극한 상태에 도달하도록 설계하게 되면, 종래의 골재만으로 이루어진 바닥판과는 달리 바닥판의 취성 파괴를 미연에 방지할 수 있게 된다. 따라서, 구조물의 파괴를 예측하는 것이 가능하게 되고 그에 따라 구조물 파괴에 적절히 대비하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 하부 골조(10)는 다수개의 골조 유닛이 연결되어 하나의 전체적인 하부 골조(10)를 형성하도록 구성될 수 있다. 도 1a 및 도 1b에는 이와 같이 골조 유닛, 특별히 FRP로 이루어진 골조 유닛이 서로 연결되어 하부 골조(10)를 형성하는 경우가 도시되어 있는데, 양측 골조 유닛의 단부 격벽(13)을 에폭시, 접착제 등을 이용하여 서로 마주 대하여 접합하고, 그 하부판(12)에는 별도의 연결판(17)을 에폭시, 접착제 등을 이용하여 접합하여 양측 골조 유닛을 하나로 연결하여 전체 하부 골조(10)를 형성할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에는 본 발명에 따른 복합형 바닥판의 또다른 실시예가 도시되어 있는데, 도 2a는 하부 골조의 형상이 보이도록 콘크리트의 일부를 벗겨낸 상태로 도시한 개략적인 사시도이고, 도 2b는 도 2a에서의 선B-B에 따른 단면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예에서는 골조 유닛이 서로 연결되는 부위에보강을 위한 I형 빔(16)이 설치된다. 구체적으로, 본 실시예에서도 양측의 골조 유닛의 하부판(12)을 서로 겹치게 배열하여 용접(강재판의 경우), 리벳팅, 에폭시 접합(FRP의 경우) 등을 이용하여 겹쳐진 하부판(12)을 일체화시키므로써 전체 하부 골조(10)를 형성하게 되는데, 연결되어 일체화된 하부판(12)에는 I형 빔(16)이 설치된다. 상기 I형 빔(16) 역시 그 하부 플랜지를 상기 겹쳐진 골조 유닛의 하부판(12)과 일체화시킨다.
이와 같이 연결될 하부 골조(10)의 양측 골조 유닛의 하부판(12)을 겹치게 하여 일체화시키고, 그 겹쳐진 하부판(12)에 I형 빔(16)을 설치한 후 콘크리트를 타설하여 그 내부에 I형 빔(16)이 매립되어 보강된 형태로 콘크리트 슬래브(20)를 형성한다. I형 빔(16)과 콘크리트 슬래브(20)의 견고한 합성을 위하여 상기 I형 빔(16)의 외면에 전단연결재(도시되지 않음)를 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 하부 골조(10)의 이음부에 I형 빔(16)을 매립하게 되면, 바닥판(1)에 작용하는 인장력의 일부를 I형 빔(16)의 하부 플랜지 및 하부 웨브가 부담하게 되므로 상당히 큰 하중을 지지할 수 있게 된다. 또한, I형 빔(16)의 상부 플랜지 및 상부 웨브가 바닥판(1)에 작용하는 압축력의 일부를 부담하게 되므로 바닥판(1)에 작용하는 부(-)모멘트에 효율적으로 대응할 수 있게 된다. 도면에 도시된 실시예에서 상기 I형 빔(16)이 두 개 구비되어 있으나, 상기 I형 빔(16)의 개수는 이에 한정되지 아니하며, 바닥판의 규모와 구체적인 설계사양에 따라 하나 또는 2개 이상을 적절히 선택하여 설치할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 콘크리트 슬래브(20)에 사용되는 콘크리트로는 일반적인 포트랜드 시멘트를 이용한 콘크리트를 사용하나, 고강도 콘크리트, 섬유보강 콘크리트 등 다양한 종류의 공지된 콘크리트를 사용하여도 무방하다.
도 2c 및 도 2d는 본 발명에 따른 복합형 바닥판의 또다른 실시예를 도 2b와 같은 단면도로 도시한 것으로서, 상기 하부 골조(10)의 격벽(13) 배열 형상에 따라 변화된 여러 가지 형상의 공동부(14)가 도시되어 있다. 구체적으로 도 2c에 도시된 실시예에서는 하부 골조(10)의 공동부(14)가 사다리꼴 형상을 가지고 있는 것이며, 도 2d는 공동부(14)가 물결무늬 형상을 가지고 있는 것이다. 그러나 본 발명에 따른 복합형 바닥판에 있어서, 하부 골조(10)의 공동부(14) 형상은 위에 예시된 실시예에 한정되지 아니하며 다양하게 변화시킬 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 복합형 바닥판에 있어서, 상기 콘크리트 슬래브(20)를 현장 타설 콘크리트가 아닌 프리캐스트 콘크리트로 구성할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3c에는 프리캐스트 콘크리트 슬래브(20)로 이루어진 복합형 바닥판 실시예에 때한 도 2b 내지 도 2d와 같은 형식의 단면도가 도시되어 있다.
도 3a에 도시된 실시예에서, 복합형 바닥판(1)은 소정 폭의 하부 골조(10)와 프리캐스트 콘크리트 슬래브(20')로 구성된 바닥판 유닛(100)의 조립으로 구성된다. 즉, 공장에서 소정 폭의 하부 골조(10')에 콘크리트 슬래브(20')를 타설하여 미리 바닥판 유닛(100)을 제작한 후, 이를 현장으로 이송하여 다른 바닥판 유닛(100)과 연결하여 결합시키므로써 전체 바닥판(1)을 시공하는 것이다.
그 이음부의 구조를 살펴보면, 앞서 도 2b 내지 도 2d에 도시된 실시예에서 설명한 것과 마찬가지로, 우선, 양측의 바닥판 유닛의 하부판(12)을 서로 겹치게배열하여 용접(강재판의 경우), 리벳팅, 에폭시 접합(FRP의 경우) 등을 이용하여 겹쳐진 하부판(12)을 일체화시키고, 일체화된 하부판(12)에는 I형 빔(16)을 설치된다. 상기 I형 빔(16) 역시 그 하부 플랜지를 상기 겹쳐진 하부판(12)과 일체화시킨다.
이와 같이 연결될 하부 골조(10')의 양측 하부판(12)을 겹치게 하여 일체화시키고, 그 겹쳐진 하부판(12)에 I형 빔(16)을 설치한 후, 양측 바닥판 유닛(100)의 사이에 콘크리트, 무수축 모르타르 등과 같은 채움재(30)를 채워 I형 빔(16)이 채움재(30)에 매립되도록 양측 바닥판 유닛(100)의 사이를 메우게 된다. 상기 I형 빔(16)이 설치되는 연결부의 강도 확보 및 보강을 위하여 상기 채움재(30) 내에 보강재를 설치할 수도 있다.
도 3b 및 도 3c에는 프리캐스트 콘크리트 슬래브로 이루어진 도 3a의 실시예에서 상기 하부 골조(10')의 격벽(13) 배열 형상 변화에 따라 공동부(14)의 형상이 변화된 실시예가 도시되어 있는데, 도 3b 및 도 3c는 각각 하부 골조(10)의 공동부(14)가 사다리꼴 형상을 가지고 있는 것이며, 도 3c는 공동부(14)가 물결무늬 형상을 가지고 있는 것이다. 그러나 프리캐스트 콘크리트 슬래브로 이루어진 본 발명의 복합형 바닥판에 있어서, 하부 골조(10)의 공동부(14) 형상은 위에 예시된 실시예에 한정되지 아니하며 다양하게 변화시킬 수 있는 것이다. 도 3a 내지 도 3c에서 부재번호 15는 전단연결재(15)이다.
한편, 위와 같은 프리캐스트 콘크리트 슬래브로 이루어진 바닥판에 있어서는, 각 바닥판 유닛의 견고한 결합과 교축방향의 인장력에 대한 보강을 위하여, 종방향(예를 들면 교축방향)으로 긴장재를 배치하여 프리스트레스에 의한 긴장력을 바닥판에 도입하는 것도 바람직하다.
이상의 실시예에서, 복합형 바닥판(1)이 주형(2) 위에 설치되어 있는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 복합형 바닥판(1)이 설치되는 주형은 주형에 한정되지 아니하며, 강박스 주형, 콘크리트 주형 등 다양한 형식의 주형이어도 무방하다.
한편, 상기 공동부(14) 내부에는 우레탄 등의 채움재를 채우는 것도 가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 복합형 바닥판은, 경량 고강도 재료로 이루어진 하부 골조와 콘크리트 슬래브가 합성되어 있는 구조를 가지고 있으므로, 종래에 단순히 철근 콘크리트만으로 구성된 바닥판에 비하여 콘크리트의 단면 두께를 현저하게 줄일 수 있으며, 그에 따라 바닥판의 자중이 줄어들게 되어 이를 지지하는 하부 구조의 단면 확대를 예방할 수 있게 된다.
또한, 단순히 골조만으로 이루어진 바닥판에 비해서는, 콘크리트 슬래브가 합성되어 있으므로, 종래의 골조만으로 이루어진 바닥판과는 달리, 바닥판의 취성 파괴가 방지된다. 따라서, 구조물의 파괴를 예측하는 것이 가능하게 되고, 그에 따라 구조물 파괴에 적절히 대비하는 것이 가능하게 된다.
특히, 본 발명의 복합형 바닥판은 단순히 골조만으로 이루어진 종래의 바다판에 비하여 더욱 경제적인 시공이 가능할 뿐만 아니라, 자동차 등에 의한 하중,진동 하중 등에 대한 저항성이 더욱 우수하다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 설명된 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상 및 특허청구범위 내에서 자유로운 변형과 개선이 이루어질 수 있다.

Claims (3)

  1. 소정 높이로 이격되어 있는 상부판(11) 및 하부판(12)과, 상기 상부판(11) 및 하부판(12)의 사이에 형성되어 있는 격벽(13)으로 구성된 공동부(14)가 종방향으로 연속되어 있고, 상기 연속된 공동부(14)가 횡방향으로 길게 형성되어 튜브 형태를 이루게 되는 구조를 가진 하부 골조(20)와;
    상기 하부 골조(10)의 상부에 일체로 결합되어 있는 소정 두께의 콘크리트 슬래브(20)로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합형 바닥판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 골조(10)는 다수개의 골조 유닛이 연결되어 형성되는데,
    서로 이웃하여 연결되는 골조 유닛의 하부판(12)은 서로 겹쳐져 일체화되고, 일체화된 상기 하부판(12)의 상부에 횡방향으로 연장된 I형 빔(16)이 일체로 설치되며, 상기 하부 골조(10)의 상부에 콘크리트가 타설되어 I형 빔(16)이 내부에 매립되어 보강된 형태로 콘크리트 슬래브(20)가 설치되는 특징으로 하는 복합형 바닥판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바닥판(1)이 소정 폭의 하부 골조(10)와 프리캐스트 콘크리트 슬래브(20)에 의하여 형성된 다수개의 바닥판 유닛의 결합에 의하여 형성되는데,
    서로 이웃하여 연결되는 바닥판 유닛의 하부 골조(10)의 하부판(12)은 서로 겹쳐져 일체화되고, 일체화된 상기 하부판(12)의 상부에 횡방향으로 연장된 I형 빔(16)이 일체로 설치되며, I형 빔(16)이 설치된 양측 바닥판 유닛의 하부 골조(10) 사이에는 채움재(30)가 채워져 채움재 내부에 I형 빔(16)이 매립되어 보강된 형태로 형성되는 바닥판 유닛의 이음부 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 복합형 바닥판.
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