KR20040091350A - 피에스에스 거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피에스에스 거더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작은 긴장력만으로도 요구되는 상향 모멘트를 얻을 수 있도록 하여 긴장 작업의 비용과 시간의 저감이 가능한 피에스에스 거더에 관한 것이다. 본 발명은 둘 이상의 형강(5)이 상하로 결합된 상태로 그 결합체가 둘 이상 좌우로 결합되어 이루어지는 형강구조체(15)의 길이 방향을 따라 긴장재(10)가 배치되되, 상기 긴장재(10)의 양단부는 상기 형강구조체(15)의 상하로 결합된 형강(5) 중 고위 위치의 형강(5)에 정착되도록 설치되고, 상기 긴장재(10)의 중간부는 상기 형강구조체(15)의 상하로 결합된 형강(5) 중 저위 위치의 형강(5)에 걸림 되도록 설치되어, 상기 긴장재(10)의 긴장에 의하여 상기 형강구조체(15)가 캠버링되는 것을 특징으로 하는 피에스에스 거더를 제공한다.

Description

피에스에스 거더{PRESTRESSED STEEL GIRDER}

본 발명은 피에스에스 거더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작은 긴장력만으로 요구되는 상향 모멘트를 얻을 수 있도록 하여 긴장 작업의 비용과 시간의 저감이 가능한 피에스에스 거더에 관한 것이다.

일반적으로, 교량은 단면 부족에 의하여 거더의 처짐 변형이 발생되고, 이는 통과 차량의 대형화, 통행량의 급증과 같은 외적 요인 및 교량 거더 자체의 노후화 등으로 인한 거더의 강성 저하로 더욱 심화된다. 결국, 교량의 처짐 변형은, 거더를 비롯한 교량 구조물에 균열 및 부분 손상을 야기시키는 한편, 교량의 장경간화를 어렵게 하는 원인이 된다.

따라서, 이러한 처짐을 상쇄 또는 보강하기 위한 방안으로서, 긴장재를 사용하여 거더에 일어나는 인장응력을 상쇄시키도록 압축응력을 가하는 피에스에스(PSS, PreStressed Steel) 거더와 이에 콘크리트를 타설한 피에스에스 거더("피에스에스씨(PSSC, PreStressed Steel Concrete) 합성거더"라 칭한다)가 공지되어 있다.

예컨대, 본 출원인의 선행 발명인 대한민국 공개특허 제2002-57058호(발명의 명칭: 에이치 빔을 이용한 교량 보강장치), 공개특허 제2002-71611호(발명의 명칭: 피에스에스 빔), 공개특허 제2002-71612호(발명의 명칭: 피에스에스씨 합성거더) 및 등록실용신안 제291793호(고안의 명칭: 피에스에스씨 합성거더) 들이 그 것들이다.

도1a 및 도1b는 상기 공개특허 제2002-57058호에 개시된 피에스에스 거더를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 도1a는 단일 형강으로 이루어지는 피에스에스 거더를, 도1b는 상하로 두 개의 형강이 결합되어 이루어지는 피에스에스 거더를 보여준다.

도시한 바와 같이, 도1a 및 1b의 구조는 거더(100)와 거더(100)를 긴장시켜 처짐을 보정하기 위한 긴장재(200)와 긴장재(200)를 필요에 따라 긴장시킬 수 있도록 정착시키기 위한 정착수단(300)을 포함한다.

정착수단(300)은 거더(100)의 양단부에 고정되는 지지판(301)과, 지지판(301)을 보강하기 위한 보강판(302)과, 정착구(310)를 포함한다.

거더(100)의 좌굴을 방지하기 위하여 좌굴 방지용 보강판(303, 304)이 설치된다.

도1b는 연결수단(400)에 의하여 수직으로 두 개의 형강(100)이 조립된 형강구조체 형태의 거더(100)를 보여주고 있다.

미설명 도면부호 111, 112는 형강의 플랜지와 웨브를 나타낸다.

상기와 같은 구성을 통하여, 긴장재의 양단부를 당겨 긴장재를 긴장시킴으로써, 거더를 캠버링 시켜 내하력을 증대시킬 수 있게 된다.

그러나, 상기 종래의 피에스에스 거더에서는 요구되는 상향 모멘트를 얻기 위하여 가하여야 하는 긴장력이 커, 긴장재가 추가되는 등 긴장 작업을 위한 비용 및 시간이 증대됨과 아울러, 거더의 국부 파손 등 좋지 못한 영향을 미치는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 작은 긴장력만으로도 요구되는 상향 모멘트를 얻을 수 있게 함으로써, 긴장 작업의 비용과 시간의 저감을 달성할 수 있는 피에스에스 거더를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 거더 단부의 국부 파손을 최소화할 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

도1a 및 도1b는 종래의 피에스에스 거더를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도2a 및 도2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에스에스 거더를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 도2a는 분할 상태의 피에스에스 거더의 사시도이고, 도2b는 도2a의 피에스에스 거더의 측면도이고, 도2c는 도2a의 피에스에스 거더가 결합된 상태를 보여주는 사시도이고, 도2d는 도2c의 피에스에스 거더의 정면도이다.

도3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피에스에스 거더를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피에스에스 거더를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피에스에스 거더를 개략적으로 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

5: 형강 10: 긴장재

15: 형강구조체 20: 지지판

25: 메인새들 30: 정착구

37: 관통공 50: 콘크리트

55: 서브새들

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 둘 이상의 형강이 상하로 결합된 상태로 그 결합체가 둘 이상 좌우로 결합되어 이루어지는 형강구조체의 길이 방향을 따라 긴장재가 배치되되, 상기 긴장재의 양단부는 상기 형강구조체의 상하로 결합된 형강 중 고위 위치의 형강에 정착되도록 설치되고, 상기 긴장재의 중간부는 상기 형강구조체의 상하로 결합된 형강 중 저위 위치의 형강에 걸림 되도록 설치되어, 상기 긴장재의 긴장에 의하여 상기 형강구조체가 캠버링되는 것을 특징으로 하

는 피에스에스 거더를 제공한다.

바람직하게는, 상기 고위 위치의 형강에는, 구멍을 구비하여 상기 긴장재의 양단부가 끼워져 정착되는 지지판이 고정 결합되고, 상기 저위 위치의 형강에는, 하측에 상기 긴장재가 접촉되게 걸림 되는 메인새들이 고정 결합되고, 상기 긴장재의 경로 상의 상기 형강의 플랜지에는 관통공이 구비되어 상기 긴장재의 설치를 가능하게 한다.

바람직하게는, 상기 고위 위치의 형강의 상기 지지판과 상기 관통공 사이에는, 하측에 상기 긴장재가 접촉되게 걸림 되는 서브새들이 고정 결합된다.

바람직하게는, 상기 긴장재는, 상기 결합체의 좌우 결합으로 인하여 형성되는 상기 형강구조체의 내부 공간에 설치되고, 상기 내부공간에 콘크리트가 타설된다.

바람직하게는, 상기 긴장재는, 양단부가 상기 고위 위치의 형강에 정착되도록 설치되고 중간부가 상기 저위 위치의 형강에 걸림 되도록 설치되는 것과 병행하여, 그 온 길이가 단일 형강의 길이 방향을 따라 설치된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도2a 및 도2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에스에스 거더를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 도2a는 분할 상태의 피에스에스 거더의 사시도이고, 도2b는 도2a의 피에스에스 거더의 측면도이고, 도2c는 도2a의 피에스에스 거더가 결합된 상태를 보여주는 사시도이고, 도2d는 도2c의 피에스에스 거더의 정면도이다.

도시한 바와 같이, 도2a의 피에스에스 거더는 형강구조체(15)와 긴장재(10)를 포함하여 이루어진다.

형강구조체(15)는 둘 이상의 형강(5)이 상하로 결합된 상태로 그 결합체가 둘 이상 좌우로 결합되어 이루어지는데, 도2a에서는 2×2의 형강구조체(15), 즉 고위 위치에 두 개의 형강(5)과 저위 위치의 두 개의 형강(5)이 상호 결합되어 이루어진 형강구조체(15)를 도시하고 있다.

긴장재(10)는 형강구조체(15)의 길이 방향을 따라 곡선형 또는 절선형으로 배치된다. 이를 위하여, 형강구조체(15)의 고위 위치의 형강(5)의 양단부에는 지지판(20)이 마련되고, 저위 위치의 형강(5)의 중간부에는 메인새들(25)이 마련된다.

지지판(20)은 구멍을 구비하는데, 그 구멍에 긴장재(10)의 양단부가 끼워진 상태로 정착된다. 이를 위하여 긴장재(10)의 양단부에는 정착구(30)가 결합된다. 정착구(30)는 긴장재(10)와 동일한 경사로 연장되게 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 정착구(30)가 지지판(20)과 직각을 이루도록 설치되는 경우, 긴장재(10)는 정착구(30)의 내측 단부에서 꺽임되어 긴장재(10)의 내구성 저하를 가져오기 때문이다.

메인새들(25)의 하측에는 긴장재(10)가 접촉된 상태로 걸림 되어 형강구조체(15)에 상향 모멘트를 제공하여, 형강구조체(15)가 캠버링 되도록 한다. 즉, 교량의 처짐에 의하여 교량의 하부에 발생하는 인장응력을 상쇄하기 위하여 미리 인위적으로 압축응력의 프리스트레스를 거더에 주는 것이다. 그 결과로 교량의 안전성이 향상된다.

형강(5)의 플랜지(40)에는 긴장재(10)의 설치를 위하여 긴장재(10)가 지나는경로 상에 관통공(37)을 구비한다. 미설명 도면 부호 35는 형강(5)의 웨브를 나타낸다.

긴장재(10)로는, 예컨대 고강도 탄성재인 강연선(steel strand)이 쉬쓰관(sheath)에 끼워진 통상의 형태로 이용된다. 긴장재(10)의 긴장을 위하여, 통상의 유압잭 등이 이용될 수 있다.

형강구조체(15)를 이루기 위하여 형강(5)들은 다양한 방식으로 결합될 수 있는 바, 도2c에서는, 상하 형강(5) 상호간에는 고장력 볼트와 너트를 이용한 볼트 채움(45)으로 결합되고, 좌우 형강(5) 상호간에는 용접에 의하여 결합되는 실시예를 도시하고 있다.

상기와 같은 피에스에스 거더가 완성되면, 플랜지(40)에 형성된 주입공(47)을 통하여 콘크리트(50)를 타설하여 양생시킨다. 콘크리트(50)는 형강구조체(15)의 내부 공간에 전체적으로 타설되거나, 또는 부분적으로 타설될 수 있다. 형강구조체(15) 내부에 콘크리트(50)를 타설함으로 인하여 단면 2차 모멘트가 증가하므로 구조물의 진동폭의 대폭 감소가 가능하게 되고, 긴장재 등의 부식이 방지된다.

콘크리트를 대신하여 경량 모르타르나 우레탄 등을 형강구조체(15)의 내부에 충진하거나, 또는 도장 처리를 할 수 있다.

콘크리트(50)가 양생되면, 긴장재(10)를 필요한 만큼 1차로 긴장시켜 프리스트레스력을 가한다.

이와 같은 과정으로 소정의 캠버량(솟음량)을 갖도록 휘어진 형태의 피에스에스 거더를 얻게 되며, 긴장 작업은 필요한 단계에서 필요한 양만큼 임의로 조절하여 행할 수 있다. 예컨대, 피에스에스 거더의 제조가 완료된 후 거더 위에 하중이 추가될 때마다 긴장재를 단계적으로 긴장시키는 등, 교량을 시공하는 단계 및 보수하는 단계에서 필요에 따라 임의로 조절할 수 있다.

도시하지는 않았으나, 형강구조체(15)의 내부 공간에는 도1a 및 도1b에서와 같이 좌굴방지용 보강판이 결합될 수 있고, 그 보강판에 구멍을 뚫어 메인새들(25) 또는 서브새들(55)의 역할을 수행하도록 할 수 있다. 또한, 지지판(20)의 내측면에 지지판 보강용 보강판을 대어 지지판(20)을 보강할 수도 있을 것이다.

또한, 상기 본 출원인의 선행 공개특허 제2002-71612호에 개시된 바와 같이, 형강구조체(15)의 내부 공간에 철근을 배근하고 거기에 콘크리트(50)를 타설할 수 있다. 또한, 전단에 저항하기 위하여, 각 형강(5)의 웨브의 상단부에 구멍을 형성하고, 웨브의 외측면에 상기 구멍과 연통되는 너트를 용접 결합하고, 'ㄴ' 자형으로 절곡되거나 'ㅡ'자형으로 된 앵커볼트를 나사 체결하여 전단 연결재(shear connector)로 사용할 수 있다. 또한, 유압잭을 쉽게 설치할 수 있도록 형강(5)의 웨브의 양단부에 요홈을 형성하여 둘 수도 있을 것이다.

도3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피에스에스 거더를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도시한 바와 같이, 고위 위치의 형강(5)의 지지판(20)과 관통공(37) 사이에는 서브새들(55)이 고정 결합될 수 있다. 긴장재(10)는 서브새들(55)의 하측에 접촉되게 걸림 된다.

도4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피에스에스 거더를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에서는 2×3 배열의 거더, 즉 상하로 두 개의 형강(5)이 결합된 상태로, 그 결합체가 좌우로 3개가 결합되는 형강구조체(15)가 사용될 수 있음을 보여주고 있다.

도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 피에스에스 거더를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도시한 바와 같이, 긴장재(10)의 일부는 도2a 내지 4에 도시한 바와 같이 양단부가 고위 위치의 형강(5)에 정착되고 중간부가 저위 위치의 형강(5)에 걸림 되도록 설치되는 곡선형 내지는 절선형 구성을 가지고, 나머지 긴장재(10)는 온 길이에 걸쳐 단일 형강(5)의 길이 방향을 따라 직선형으로 설치될 수 있음을 보여주고 있다.

이상에서, 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 피에스에스 거더는, 신설 교량을 시공할 때 뿐 아니라 기존 교량을 보강할 때에 이용할 수 있다??본 발명은, 형강구조체(15)를 캠버링 시킴으로써 거더를 거치해서 거더의 자중이 작용할 때 처짐량을 감소시켜 형강구조체(15)의 과다한 인장력을 방지할 수 있고, 또한, 슬래브나 상부 하중이 추가될 때마다 긴장재를 단계적으로 추가 긴장시켜 처짐량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 교량의 내하력을 증대시킬 수 있으며, 경간을 대폭 증대시킬 수 있게 된다.

상기한 구성에 따르면, 본 발명은 작은 긴장력만으로도 요구되는 상향 모멘트를 얻을 수 있어, 긴장 작업의 비용과 시간의 저감을 달성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 거더 단부의 국부 파손을 최소화할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 둘 이상의 형강이 상하로 결합된 상태로 그 결합체가 둘 이상 좌우로 결합되어 이루어지는 형강구조체의 길이 방향을 따라 긴장재가 배치되되, 상기 긴장재의 양단부는 상기 형강구조체의 상하로 결합된 형강 중 고위 위치의 형강에 정착되도록 설치되고, 상기 긴장재의 중간부는 상기 형강구조체의 상하로 결합된 형강 중 저위 위치의 형강에 걸림 되도록 설치되어, 상기 긴장재의 긴장에 의하여 상기 형강구조체가 캠버링되는 것을 특징으로 하는 피에스에스 거더.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고위 위치의 형강에는, 구멍을 구비하여 상기 긴장재의 양단부가 끼워져 정착되는 지지판이 고정 결합되고,

   상기 저위 위치의 형강에는, 하측에 상기 긴장재가 접촉되게 걸림 되는 메인새들이 고정 결합되고,

   상기 긴장재의 경로 상의 상기 형강의 플랜지에는 관통공이 구비되어 상기 긴장재의 설치를 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 피에스에스 거더.
3. 제2항에 있어서,

   상기 고위 위치의 형강의 상기 지지판과 상기 관통공 사이에는, 하측에 상기 긴장재가 접촉되게 걸림 되는 서브새들이 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 피에스에스 거더.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 긴장재는, 상기 형강구조체의 내부 공간에 설치되고,

   상기 내부공간에는 콘크리트가 타설되는 것을 특징으로 하는 피에스에스 거더.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 긴장재는, 양단부가 상기 고위 위치의 형강에 정착되도록 설치되고 중간부가 상기 저위 위치의 형강에 걸림 되도록 설치되는 것과 병행하여, 그 온 길이가 단일 형강의 길이 방향을 따라 설치되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 피에스에스 거더.