KR20040074306A - 분할형 프리플렉스 연속합성보 및 그의 시공방법 - Google Patents

분할형 프리플렉스 연속합성보 및 그의 시공방법 Download PDF

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KR20040074306A
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Abstract

본 발명은 설계 모멘트에 효율적으로 저항하도록 프리스트레스를 도입하여서 제작된 정모멘트 구간용 합성보들과 부모멘트 구간용 합성보로 구성하여, 합성보들의 제작방식을 일원화하여 전체적인 제작여건을 획기적으로 개선시켜 주며, 합성보들이 최소의 단면으로서 설계 하중에 의하여 발생되는 설계모멘트에 대한 저항력을 극대화시켜서 시공품질 및 경제성을 제고하여 주는 분할형 프리플렉스 연속합성보 및 그의 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 분할형 프리플렉스 연속합성보는 장지간의 교량공사에서 다경간에 상응하도록 2개이상의 합성보를 연결하여 구성된 것에 있어서, 각기 상향 볼록형으로 형성된 강재(11a)에 프리플렉션 하중(P1)을 재하하여 하연에 형성되는 케이싱콘크리트(11b)에 압축력이 도입된 정모멘트 구간용 합성보(11)들을 양측에 배치하고, 양측의 정모멘트 구간용 합성보(11)들 사이에 하향 볼록형으로 형성된 강재(12a)에 프리플렉션 하중(P2)을 재하하여 하연에 형성되는 케이싱콘크리트(12b)에 인장력이 도입된 부모멘트 구간용 합성보(12)를 연결 조립하여서 된 것이다.
본 발명의 분할형 프리플렉스 연속합성보의 시공방법은 장지간의 교량공사에서 다경간에 상응하도록 2개이상의 합성보를 연결하여 시공하는 것에 있어서, 상향 볼록형으로 성형 제작된 강재(11a)에 프리플렉션 하중(P1)을 재하하여 그 강재의 하연에 타설 양생되는 케이싱콘크리트(11b)에 압축력이 도입되도록 정모멘트 구간용 합성보(11)들을 제작하고, 하향 볼록형으로 성형 제작된 강재(12a)에 프리플렉션 하중(P2)을 재하하여 그 강재의 하연에 타설 양생되는 케이싱콘크리트(12b)에 인장력이 도입되도록 부모멘트 구간용 합성보(12)를 제작한 후에, 양측이 단부지지점(20)과 가지점(30)에 각각 거치되는 양측의 정모멘트 구간용 합성보(11)들을 사이에 두고 상기 부모멘트 구간용 합성보(12)를 배치하여 지지점(40) 위에 위치하도록 연결하여서 시공된 것이다.

Description

분할형 프리플렉스 연속합성보 및 그의 시공방법{Preflex continuous steel girder}
본 발명은 교량의 상부구조물에 작용하는 고정하중 및 활하중에 의하여 지점부에서 발생하는 부모멘트에 대해서 효율적으로 저항할 수 있도록 한 분할형 프리플렉스 연속합성보 및 그의 시공방법에 관한 것이다.
이전부터 장지간의 교량을 가설(架設)할 때에 2개 이상의 다경간에 합성보를 연결한 연속합성보로서 시공하여 왔다. 이러한 연속합성보로서 장지간의 교량을 가설하는 경우 교량의 상부구조물에 작용하는 고정하중 및 활하중에 의해 발생되는 설계 모멘트 선도는 도1의 도시와 같이, 교량의 각 경간의 지점사이에서 최대정모멘트(M1)가 나타나게 되고, 교량의 지점부(교각)에서 최대부모멘트(M2)가 나타나게 되며, 이때 최대정모멘트(M1)와 최대부모멘트(M2)의 값을 고려하여 연속합성보의 형고 및 단면크기를 설계 제작하여 왔다.
상기한 연속합성보와 관련하여 이미 다양한 형태와 구조로서 개발되어 있으며, 국내 등록실용신안공보 등록번호 제20-230089호(2001. 04. 30일 등록)에는 "부모멘트 구간 중 일정 위치에 설치한 1개소 이상의 연결부와; 교각의 교좌부를 제외한 부모멘트 구간 중 일정 위치에 설치한 1개소 이상의 가지점과; 상기 가지점 위에 설치한 유압잭과; 상기 유압잭 위에 설치한 고임판; 으로 이루어진 가지점에서 상승ㆍ하강시키는 연속 프리플렉스 합성형교의 상승ㆍ하강 구조"가 선출원 등록공고되어 있다.
이 선출원 등록고안에 의하면 도2a 내지 도2c의 도시와 같이, 상향 볼록형으로 형성된 강재(111)에 하연의 케이싱콘크리트(112)가 일체화된 2개의 합성보(110)를 가지점에 거치한 후에 연결하여서 연속합성보(100)를 설치하고, 상기 연속합성보(100)의 연결지접(A)을 유압잭(B)으로 상승시킨 상태에서, 그 연속합성보(100)의 연결지점(A)에 각각 상부슬래브(120)와 복부콘크리트(130)를 타설 양생시킨 후에 유압잭(B)을 하강시켜서, 합성보(110)들의 강재(111)가 탄성복원 됨에 따라 상부슬래브(120)에 압축력을 도입시켜서, 설치된 연속합성보(100)가 그 상부 전체에 추가 시공되는 상부슬래브 자중과 활하중에 의하여 지점부에서 발생되는 부모멘트에 대하여 저항하도록 하였다.
그러나, 이와 같은 선출원 등록고안은 분할 제작된 2개의 합성보(110)를 연결한 연속합성보(100)를 상승시킨 상태에서 프리스트레스를 도입하게 되어서 다음의 몇가지 문제점들을 수반하게 되었다. 첫째 연속합성보(100)에 대하여 지점 상승ㆍ하강이라는 인위적인 변위를 가하여 프리스트레스를 도입하기 때문에, 설계 하중에 저항하는 정확한 량의 프리스트레스를 산정하여서 도입하기 어려운 문제점이 있으며, 둘째 연속합성보(100)의 지점 상승ㆍ하강에 따른 작업공정이 복잡하고, 작업비가 과도하게 소요되는 문제점이 있으며, 셋째 분할 제작된 합성보(110)를 부모멘트가 가장 큰 지점에서 연결하게 되어 연속합성보(100)의 연결부가 취약한 문제점 등이 있었다.
한편, 상기한 문제점을 해결하고자 최근에 또 다른 형태의 연속합성보가 개발되어서 교량공사에 적용하려 하고 있다. 이 연속합성보(200)는 도3 및 도4에 도시되는 바와 같이, 각각 강재(211)에 프리플렉션 하중을 재하하여 그 강재의 하연에 타설된 케이싱콘크리트(212)에 압축력이 도입되도록 정모멘트 구간용 프리플렉스 합성보(210)들을 양측에 배치하고, 상기 정모멘트 구간용 프리플렉스 합성보 (210)들 사이에 강재(221)의 길이방향 중앙 하부에 형고를 높인 돌출부(221a)를 따라 케이싱콘크리트(222)를 타설 양생시킨 부모멘트 구간용 SRC(steel and reinforced concrete) 합성보(220)를 연결 조립한 구성으로서, 연속합성보(200)에 작용하는 고정하중과 활하중에 의하여 지점부에서 발생되는 부모멘트에 저항하도록 하였다.
이와 같은 연속합성보(200)는 양측의 정모멘트 구간용 프리플렉스 합성보 (210)들과 부모멘트 구간용 SRC 합성보(220)를 각각 설계 모멘트를 감안하여 지상에서 제작하여 설치하기 때문에, 지점 상승ㆍ하강방식의 선출원 등록고안에서 밝힌 대부분의 문제점을 해소하여 주는 장점을 가지는 것이 사실이다.
그러나, 종래의 연속합성보(200)는 첫째 제작방식이 전혀 다른 정모멘트 구간용 프리플렉스 합성보(210)와 부모멘트 구간용 SRC 합성보(220)를 연결 조립하여서 제작하게 되는 점을 감안하여 볼 때, 전제적인 제작공정이 복잡할 뿐만 아니라, 그로 인하여 제작기간이 연장되는 문제점이 있었으며, 둘째 형고를 높인 돌출부 (221a)를 가지는 변단면의 부모멘트 구간용 SRC 합성보(220)를 제작하는 데 따른 강재량의 증가로 인하여 전체적인 제작비용이 과도하게 소요되는 동시에, 부모멘트 구간용 SRC 합성보(220)의 형고가 높아진 만큼 동일한 시공조건에서 교량의 통수단면이 상대적으로 감소되는 문제점 등이 있었다.
본 발명은 설계 모멘트에 효율적으로 저항하도록 프리스트레스를 도입하여서 제작된 정모멘트 구간용 합성보들과 부모멘트 구간용 합성보로 구성하여, 첫째 합성보들의 제작방식을 일원화하여 전체적인 제작여건을 획기적으로 개선시켜 주는 분할형 프리플렉스 연속합성보 및 그의 시공방법을 제공하는 데 목적이 있으며, 둘째 합성보들이 최소의 단면으로서 설계 하중에 의하여 발생되는 설계모멘트에 대한 저항력을 극대화시켜서 시공품질 및 경제성을 제고하여 주는 분할형 프리플렉스 연속합성보 및 그의 시공방법을 제공하는 데 목적이 있다.
도1은 연속합성보의 설계 모멘트 선도를 나타낸 것임
도2a, 도2b, 도2c는 종래고안의 연속 프리플렉스 합성형보의 상승ㆍ 하강구조를 나타낸 것임
도3는 또 다른 종래의 연속합성보를 나타낸 정면도
도4는 도3의 연속합성보의 부모멘트 구간용 합성보를 나타낸 정면도
도5는 본 발명의 분할형 프리플렉스 연속합성보를 나타낸 정면도
도6a 및 도6b는 본 발명의 분할형 프리플렉스 연속합성보를 구성하는 정모멘트 구간용 합성보의 제작과정을 예시한 것임
도7a 및 도7b는 본 발명의 분할형 프리플렉스 연속합성보를 구성하는 부모멘트 구간용 합성보의 제작과정을 예시한 것임
도8, 도9는 본 발명의 분할형 프리플렉스 연속합성보를 연결 시공하는 공정을 나타낸 것임
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 분할형 프리플렉스 연속합성보 11: 정모멘트 구간용 합성보
11a: 강재 11b: 케이싱콘크리트
12: 부모멘트 구간용 합성보 12a: 강재
12b: 케이싱콘크리트 12c: 복부콘크리트
13: 연결철물 13a: 체결볼트
P1, P2: 프리플렉션 하중 δ1,δ2,: 캠버
이하, 본 발명의 기술내용을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명도 장지간의 교량공사에서 2개이상의 다경간에 합성보들을 연결하여 구성된 점에 있어서는 종래의 것과 기술개념을 같이 한다. 단, 본 발명의 분할형 프리플렉스 연속합성보(10)는 각각 상향 볼록형으로 형성된 강재(11a)에 프리플렉션 하중(P1)을 재하하여 하연에 형성되는 케이싱콘크리트(11b)에 압축력이 도입된 정모멘트 구간용 합성보(11)들을 양측에 배치하고, 양측의 정모멘트 구간용 합성보 (11)들 사이에 하향 볼록형으로 형성된 강재(12a)에 프리플렉션 하중(P2)을 재하하여 하연에 형성되는 케이싱콘크리트(12b)에 인장력이 도입된 부모멘트 구간용 합성보(12)를 연결 조립하여서 됨을 기술구성상의 특징으로 한다.
다시 말해서, 본 발명의 분할형 프리플렉스 연속합성보(10)는 도5, 도6a 내지 도7b에 도시되는 바와 같이, 양측의 정모멘트 구간용 합성보(11)들은 강재(11a)의 하연에 형성된 케이싱콘크리트(11b)에 압축력이 도입되도록 하고, 양측의 정모멘트 구간용 합성보(11)들 사이에 연결되는 부모멘트 구간용 합성보(12)는 강재 (12a)의 하연에 형성된 케이싱콘크리트(12b)에 인장력이 도입되도록 한 구성으로서, 이후에 분할형 프리플렉스 연속합성보(10)의 상부에 가해지는 고정하중의 크기를 감소시켜 지점부에서 발생되는 부모멘트를 효율적으로 저항하도록 한 것이다.
따라서, 본 발명은 첫째 정모멘트 구간용 및 부모멘트 구간용 합성보 (11)(12) 모두 프리스트레스를 도입하는 동일 제작방식으로 제작할 수 있기 때문에, 제작기간을 대폭적으로 감축시켜 줄뿐만 아니라, 제작기간이 감축된 만큼 전체적인 공사기간을 단축시킬 수 있는 장점이 있으며, 둘째 최소의 단면으로서 정모멘트 구간용 및 부모멘트 구간용 합성보(11)(12)들을 제작할 수 있기 때문에, 소요 강재량을 줄여서 제작원가를 절감하여 주면서도, 교량의 가설시 요구되는 통수단면을 최대한 확보하고, 시공품질을 향상시켜 주는 장점을 가지게 되는 것이다.
이하에서 첨부도면에 의거하여 본 발명의 분할형 프리플렉스 연속합성보를 구체적으로 설명하기로 한다.
양측의 정모멘트 구간용 합성보(11)들은 도6a 및 도6b에서와 같이, 각각 중앙부분이 상향 볼록형으로서 소정의 캠버를 갖도록 성형 제작된 강재(11a)를 구비하여, 강재(11a) 하부의 양단을 지지시키고 상부 중앙부분에 프리플렉션 하중(P1)을 재하한 상태에서, 그 강재(11a)에 하연의 케이싱콘트리트(11b)를 타설하고 양생시킨 다음 프리플렉션 하중(P1)을 제거하여, 강재(11a)가 탄성복원 됨에 따라 하연의 케이싱콘크리트(11b)에 압축력이 도입되도록 한다. 이러한 정모멘트 구간용 합성보(11)는 강재(11a) 하연의 케이싱콘크리트(11b)에 미리 압축력을 도입하였기 때문에, 설계 하중이 작용하는 단계에서 허용응력 이내로 거동하게 하여 준다.
여기에서, 상기 양측의 정모멘트 구간용 합성보(11)들은 도6a의 도시와 같이, 그 각각의 강재(11a)에 설계 최대모멘트 보다 큰 저항모멘트가 발생하도록 프리플렉션 하중(P1)을 재하하여서 소정의 캠버(δ1)를 갖도록 하여, 이후에 강재 (11a)의 하연에 타설 양생되는 케이싱콘크리트(11b)에 도입되는 압축력이 증대되도록 함이 바람직하다.
부모멘트 구간용 합성보(12)는 도7a 및 도7b에서와 같이, 중앙부분이 하향볼록형으로서 소정의 캠버를 갖도록 성형 제작된 강재(12a)를 구비하여, 강재(12a) 하부의 중앙부분을 지지시키고 상부 양단에 프리플렉션 하중(P2)을 재하한 상태에서, 그 강재(12a)의 하연에 케이싱콘크리트(12b)를 타설하고 양생시킨 다음 프리플렉션 하중(P2)을 제거하여, 강재(12a)가 탄성복원 됨에 따라 하연의 케이싱콘크리트 (12b)에 인장력이 도입되도록 한다. 이러한 상기 부모멘트 구간용 합성보(12)는 강재(12a) 하연의 케이싱콘크리트(12b)에 미리 인장력을 도입하였기 때문에, 강재 (12a)의 자중에 의한 압축응력을 상쇄시켜서, 최종 설계 하중에 의하여 발생되는 케이싱콘크리트(12b)의 압축응력을 허용응력 이내로 거동하게 하여 준다.
여기에서, 상기 부모멘트 구간용 합성보(12)는 도7a에 도시되는 바와 같이, 강재(12a)에 프리플렉션 하중(P2)을 재하하여 소정의 캠버(δ2)를 갖도록 한 상태에서, 그 강재(12a)에 하연의 케이싱콘크리트(12b)와 함께 복부콘크리트(12c)를 타설하고 양생시킨 다음 프리플렉션 하중(P2)을 제거하도록 제작됨이 바람직하다. 그 이유는, 강재(12a)와 케이싱콘크리트(12b) 및 복부콘크리트(12c)를 타설하여 강재 하연에 발생하는 초기 압축응력의 크기를 크게 하므로서, 프리플렉션 하중에 의하여 상쇄시킬 수 있는 자중에 의해 발생하는 케이싱콘크리트(12b)의 인장응력을 크게할 수 있으므로, 최종 설계하중이 작용하는 단계에서 발생하는 케이싱콘크리트 (12b)의 압축응력을 효율적으로 감소시킬 수 있도록 하기 위함이다.
그리고, 상기 양측의 정모멘트 구간용 합성보(11)들과 상기 부모멘트 구간용 합성보(12)는 활하중에 의해 발생할 수 있는 변곡점 부분의 인장응력을 고려하여설계 하중에 의해 발생하는 정모멘트에서 부모멘트가 변화하는 모멘트 변곡점 부분에서 지점부쪽으로 떨어진 연결지점(A)으로 하여, 양측의 정모멘트 구간용 합성보 (11)들 사이에 부모멘트 구간용 합성보(12)를 위치시키고 연결철물(13) 및 체결볼트(13a)로서 연결하여서 구조적 연속성을 확보하도록 견고하게 조립한다.
한편, 본 발명의 분할형 프리플렉스 연속합성보의 시공방법은 도6a 내지 도7b, 도8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 분할형 프리플렉스 연속합성보의 시공방법은 장지간의 교량공사에서 다경간에 상응하도록 2개이상의 합성보를 연결하여 시공하는 것에 있어서, 상향 볼록형으로 성형 제작된 강재(11a)에 프리플렉션 하중 (P1)을 재하하여 그 강재의 하연에 타설 양생되는 케이싱콘크리트(11b)에 압축력이 도입되도록 정모멘트 구간용 합성보(11)들을 제작하고, 하향 볼록형으로 성형 제작된 강재(12a)에 프리플렉션 하중(P2)을 재하하여 그 강재의 하연에 타설 양생되는 케이싱콘크리트(12b)에 인장력이 도입되도록 부모멘트 구간용 합성보(12)를 제작한 후에, 상기 정모멘트 구간용 합성보(11)들을 단부지지점(20)과 임시로 설치되는 가지점(30) 위에 각각 거치시키고, 상기 부모멘트 구간용 합성보(12)를 양측의 정모멘트 구간용 합성보(11)들 사이에 위치한 지지점(40) 위에 거치하며, 상기 정모멘트 구간용 합성보(11)들과 부모멘트 구간용 합성보(12)를 연결하여 시공된 것이다.
이와 같이 분할형 프리플렉스 연속합성보(10)를 시공한 후에는 도9의 도시와 같이, 임시로 설치된 가지점(30)을 제거하여 그 연속합성보의 부모멘트 구간용 합성보(12)를 그 중앙 하부를 떠받치도록 시공된 지지점(40) 위에 안치시키고, 정모멘트 구간용 합성보(11)들과 부모멘트 구간용 합성보(12) 하부의 케이싱콘크리트 (11b)(12b) 사이의 연결부에 이음콘크리트(50)를 타설 양생하고, 연속합성보(10) 전체에 슬래브(60) 및 복부콘크리트(70)를 타설 양생하여 교량을 완성하게 된다.
여기에서, 상기 정모멘트 구간용 합성보(11)들이 거치되는 양측의 단부지지점(20)은 교대가 되고 가지지점(30)은 가벤트가 되며, 상기 부모멘트 구간용 합성보(12)가 안치되는 지지점(40)은 교각이 됨을 밝혀 둔다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은 설계 하중에 의하여 발생되는 모멘트에 효율적으로 저항하도록 프리스트레스를 도입하여서 제작된 정모멘트 구간용 합성보들과 부모멘트 구간용 합성보로 구성하고 시공할 수 있도록 하여서, 전체적인 제작공정을 일원화하여 제작기간을 대폭적으로 단축하고 전체적인 공가기간을 단축시켜 주며, 소요 강재량을 줄여서 제작원가를 절감시켜 주는 동시에, 교량 가설시 요구되는 통수단면을 최대한 확보하여 주고, 시공품질을 향상시켜 주는 유용한 효과를 가지는 발명인 것이다.

Claims (4)

  1. 장지간의 교량공사에서 다경간에 상응하도록 2개이상의 합성보를 연결하여 구성된 것에 있어서,
    각각 상향 볼록형으로 형성된 강재(11a)에 프리플렉션 하중(P1)을 재하하여 하연에 형성되는 케이싱콘크리트(11b)에 압축력이 도입된 정모멘트 구간용 합성보 (11)들을 양측에 배치하고, 양측의 정모멘트 구간용 합성보(11)들 사이에 하향 볼록형으로 형성된 강재(12a)에 프리플렉션 하중(P2)을 재하하여 하연에 형성되는 케이싱콘크리트(12b)에 인장력이 도입된 부모멘트 구간용 합성보(12)를 연결 조립하여서 됨을 특징으로 하는 분할형 프리플렉스 연속합성보.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양측의 정모멘트 구간용 합성보(11)들은 그 각각의 강재(11a)에 설계 최대모멘트 보다 큰 저항모멘트가 발생하도록 프리플렉션 하중(P1)을 재하하여서 소정의 캠버(δ1)를 갖도록 하여, 이후에 강재(11a)의 하연에 타설 양생되는 케이싱콘크리트(11b)에 도입되는 압축력이 증대되도록 함을 특징으로 하는 분할형 프리플렉스 연속합성보.
  3. 제1항에 있어서, 상기 부모멘트 구간용 합성보(12)는 강재(12a)에 프리플렉션 하중(P2)을 재하하여 소정의 캠버(δ2)를 갖도록 한 상태에서, 그 강재(12a)에 하연의 케이싱콘크리트(12b)와 함께 복부콘크리트(12c)를 타설하고 양생시킨 다음 프리플렉션 하중(P2)을 제거하도록 제작됨을 특징으로 하는 분할형 프리플렉스 연속합성보.
  4. 장지간의 교량공사에서 다경간에 상응하도록 2개이상의 합성보를 연결하여 시공하는 것에 있어서,
    상향 볼록형으로 성형 제작된 강재(11a)에 프리플렉션 하중(P1)을 재하하여 그 강재의 하연에 타설 양생되는 케이싱콘크리트(11b)에 압축력이 도입되도록 정모멘트 구간용 합성보(11)들을 제작하고, 하향 볼록형으로 성형 제작된 강재(12a)에 프리플렉션 하중(P2)을 재하하여 그 강재의 하연에 타설 양생되는 케이싱콘크리트 (12b)에 인장력이 도입되도록 부모멘트 구간용 합성보(12)를 제작한 후에, 양측이 단부지지점(20)과 가지점(30)에 각각 거치되는 양측의 정모멘트 구간용 합성보(11)들을 사이에 두고 상기 부모멘트 구간용 합성보(12)를 배치하여 지지점(40) 위에 위치하도록 연결하여서 시공됨을 특징으로 하는 분할형 프리플렉스 연속합성보의 시공방법.
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