KR200413457Y1 - 프리스트레스 콘크리트 거더교의 인장강도 보강장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 늘어나는 교통량의 증가와 노후된 교량의 인장강도를 보강하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 단순교에 있어서 프리스트레스 콘크리트 거더교의 인장강도 보강장치에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 고안은 교량의 단순교의 프리스트레스 콘크리트빔에 강도 보강을 위한 포물선 인장하는 단순교의 I형 프리스트레스 콘크리트 거더교에 인장강도 보강장치를 형성함에 있어서, 고정단 및 인장단을 각각의 프리스트레스 콘크리트 거더의 길이방향 양측 사이에 일정간격으로 (단면보강을 위해) 연결 성형된 중간벽인 크로스 빔에 설치하고, 그 사이 각각의 프리스트레스 콘크리트 거더 중앙 하부에는 가이드새들을 고정하여서 인장보강을 이루는 것에 의해 달성된다.

교량, 인장선

Description

프리스트레스 콘크리트 거더교의 인장강도 보강장치{Complementing apparatus of tensile strength in a prestress concrete gurder bridge}

도 1은 프리스트레스 콘크리트 단순교에 본 고안의 인장 보강장치를 설치한 상태의 정면도,

도 2는 도 1의 저면도,

도 3a와 도 3b 및 도 3c는 본 고안의 상부 새들로써 도 1의 A부 확대도와 측면도 및 그 저면도,

도 4a와 도 4b 및 도 4c는 본 고안의 하부 새들로써, 도 1의 B부 확대도와 측면도 및 그 저면도,

도 5a 및 도 5b는 본 고안의 상부 새들 및 하부 새들의 사시도.

본 고안은 늘어나는 교통량의 증가와 노후된 교량의 인장강도를 보강하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 단순교에 있어서 프리스트레스 콘크리트 거더교의 인장강도 보강장치에 관한 것이다.

일반적으로 교량의 강선 보강은 교량에 있어서, 기존 교량에 있어서는 늘어 나는 교통 하중에 대한 강도 보강 내지는 허용 기준 강도의 상향 조정 등, 신축 교량에 있어서는 구조물에 미치는 하중으로 인한 구조물의 변형이나 처짐 등을 방지 하기 위하여 이를 바로 잡기 위한 이유로 설치된다.

1970년대 초부터 국내에 본격적으로 가설되기 시작한 PC(Prestessed Concre te)보 교량들의 노후화와 설계하중의 상향으로 인하여 기존 PC보의 보강이 불가피하게 되었다. 1990년 초부터 PC보의 강성을 보강하기 위한 방안으로 강판 압착 공법, 탄소섬유 부착공법 및 외부 프리스트레스 도입공법이 개발되었다.

상기 방법중 최근에는 보강효과가 가장 뛰어난 것으로 평가된 외부 프리스트레스 도입공법이 가장 각광을 받고 있다.

외부 프리스트레스 도입공법은 1980년대 말부터 시작되어 PC보 교량에 적용되었지만 초기에는 시공상태의 불량 및 보강효과에 대한 의문 등으로 시공완료후, 짧은 기간내에 철거된 경우가 있을 정도로 기술력, 시공력이 부족하였다.

그러나 1990년 초부터 PC보 강선을 보강하기 위한 여러 방안들이 제안되어 현재까지 적용되어 시공되고 있다.

이러한 외부 프리스트레스 도입공법(External Prestressing Method)에 의한 PC보의 보강공법은 정착장치의 정착방법에 따라 크게 전단지지방식, 마찰지지방식 및 지압지지방식으로 나누어진다.

먼저 전단지지방식은, 보의 헌치부 안쪽에 앵커바용 구멍을 천공하여 철근을 배근한 후 콘크리트 정착부를 형성하여 외부 긴장재의 인장력을 지지하는 방식이다.

이러한 종래의 전단지지방식은 자재의 구입이 용이하고 경제적이며, 정착부와 본체의 재료가 동일하여 강성이 같고 일체성이 좋으나, 시공성이 나쁘고 품질확보에 어려움이 많다. 그리고 인장력에 대한 앵커볼트의 수가 많아 정착구의 크기가 커지게 된다.

*천공 작업시에 기존 PS텐션을 손상시킬 우려가 있다.

콘트리트의 노후화로 강도가 약할 경우에는 앵커볼트의 인발 강도가 부족하여 정착부의 지지력이 감소할 수 있다.

그리고 마찰지지방식은 보의 헌치부 안쪽의 복부를 천공하여 PS강봉을 관통시켜 정착구를 고정하여 외부 긴장재의 인장력을 지지하는 방식이다.

이러한 마찰지지방식은 정착구의 크기가 작고 가벼우며 외관상 유지관리를 위한 관측이 용이하고, 필요시 재 인장 작업이 용이한 장점이 있으나, 정착부가 노출된 형식으로 보강후 유지관리가 필수적이다. 그리고 PS강봉의 인장력 손실에 따라 정착력이 감소할 수 있다. 또 새들에 집중력이 발생하여 상부에 균열이 발생할 우려가 있고, 천공부에서 보의 중앙 방향으로 압축력이 작용하므로 콘크리트의 지압응력과 내부 철근의 손상 여부를 검토하여야 하며, 지점쪽 후면에는 인장력이 작용하므로 균열 여부를 검토하여야 하는 문제점이 있다.

한편 지압지지방식은 PC단부 마구리에 ㄷ자 형태의 지압판을 설치하여 정착부를 형성한 후단부의 지압력에 의해서 외부 긴장재의 인장력을 지지하는 방식이다.

이는 단부에서 압축력을 도입하므로 긴장효과를 보 내부에 균등하게 줄 수 있는 효과와 기 제작된 철물을 이용하여 시공기간을 단축할 수 있는 장점이 있으나, 지압판이 보 사이에 삽입되므로 보의 신축이음을 저해하는 원인이 될 수 있으며, PC보 단부의 파괴 우려가 높다. 그리고 PC보의 간격이 좁을 경우 시공상의 제약이 있게 되며, 인장력이 증가함에 따라서 들뜸현상(Prying Action)이 발생하여 지압 면에 부등압축력이 발생할 수 있다. 또한 인장력이 크게 도입될 경우 장기적으로 용접부의 파손여부에 대한 관리가 필요한 등의 문제점이 있다.

상기와 같은 종래의 공법에 대한 문제점을 종합하면, 현재까지 국내·외에서 PC보의 보강공법으로 사용하고 있는 전단지지방식, 마찰지지방식 및 지압지지방식은 앞에서 서술한 바와 같이 시공성 및 기존 교량구조물의 건전성 확보측면에서 개선의 필요성이 지적되고 있으며 다음과 같은 문제점에 대한 보완대책이 검토되어야 한다.

PC보의 정착단에 보강을 위한 천공 혹은 앵커볼트 설치시 기존의 PC 강선이나 철근에 손상을 줄 수 있다.

시공당시에 비하여 PC보가 열화된 상태에서 응력집중이 많이 되어 있는 PC보 단부에 프리스트레스(Pre-stress)를 도입할 경우 정착장치 설치부위의 하중 지지력이 불충분하여 소요량의 프리스트레스를 도입하기 어렵다.

보강공사 완료후 천공부 및 앵커볼트 주변에 균열이 발생할 우려가 있으며 이 경우 기존 보의 안전성에 영향을 줄 수 있다.

기존의 내부 프리스트레스에 보강을 위한 외부 프리스트레스가 추가로 도입 되어 PC보 단부에 큰 하중이 작용하므로 PC보의 압축변형으로 인한 교량 상부 슬래브에 균열 혹은 국부적인 파괴현상이 발생하여 교량의 안전성을 저해할 수 있다.

따라서 본 고안은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로써, 본 고안의 목적은, 인장선 즉 PC강연선 정착장치의 하중전달 메카니즘을 개선하여 PC보의 손상을 최소화하며 그 정착력을 증대 시키게 하는 것으로 마찰 지지방식과 전단지지 방식의 혼용으로 그 각각의 단점을 최소화하여 효율적인 인장선 설치를 이루게 한 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 고안은 교량의 단순교의 프리스트레스 콘크리트빔에 강도 보강을 위한 포물선 인장하는 단순교의 I형 프리스트레스 콘크리트 거더교에 인장강도 보강장치를 형성함에 있어서, 고정단 및 인장단을 각각의 프리스트레스 콘크리트 거더의 길이방향 양측 사이에 일정간격으로 (단면보강을 위해) 연결 성형된 중간벽인 크로스 빔에 설치하고, 그 사이 각각의 프리스트레스 콘크리트 거더 중앙 하부에는 가이드새들을 고정하여서 인장보강을 이루는 것에 의해 달성된다.

바람직하게 상기 고정단 및 인장단에는 교량 상판의 저면에 고정되는 제 1베이스부와 크로스 빔 벽면에 고정되어, 이 벽면 천공홀 대응 위치에 구멍을 갖는 제 2베이스부로써 앵글체를 이루는 고정베이스를 구비하고, 이 고정베이스의 저면에는 인장선 단을 고정볼트로 고정하기 위한 구멍을 갖는 지지브래킷을 고정하며, 이 지지브래킷의 제 2베이스 측으로는 어느 하나의 일면이 프리스트레스 콘크리트 거더의 벽면에 접하는 적어도 2 개 이상의 보강 플레이트를 구비한 상부 정착 새들과;

교량 상판의 저면에 고정되는 제 1베이스부와 크로스 빔 벽면에 고정되어 이 벽면 천공홀 대응 위치에 구멍을 갖는 제 2베이스부로서 앵글체를 이루는 고정베이스의 저면으로 적어도 어느 하나는 프리스트레스 콘크리트 거더의 벽면에 접하는 2 개 이상의 보강 플레이트를 구비한 상부 가이드 새들로 인장선이 정착되게 한 것에 의해 달성된다.

바람직하게 상기 가이드 새들은 프리스트레스 콘크리트 거더 저면에 접하는 베이스 플레이트;

상기 베이스의 양측단에는 상기 프리스트레스 콘크리트 거더 하부 폭으로 평행하게 상하향 결합된 사이드 브래킷;

상기 베이스의 양측으로는 길이방향 전후방이 각각 원호형으로 상향된 인장선 가이드 플레이트;

상기 인장선 가이드 플레이트의 외측 단 저면으로 결합 고정된 인장선 측방 가이드 플레이트로 이루어 진 안장식 가이드새들에 의해 달성된다.

그리고, 상기 사이드 브래킷의 상부 외측면과 가이드 플레이트 상부 사이의 일정 간격으로는 복수의 보강 플레이트가 고정되고;

양측 사이드 브래킷의 내측 사이와 베이스 플레이트 사이의 일정간격으로 복수의 보강 플레이트가 고정되는 것이 바람직하다.

또 바람직하게는 상기 사이드 브래킷의 상부 외측면에 부착된 보강 플레이트 사이사이의 면에는 프리스트레스 콘크리트 거더에 고정하기 위한 관통 홀을 천공하여 고정부재로 고정시킨 것에의해 달성된다.

이하에서 본 고안을 바람직한 실시 예의 첨부 도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 프리스트레스 콘크리트 단순교에 본 고안의 인장 보강장치를 설치한 상태의 정면도, 도 2는 도 1의 저면도이고, 도 3a와 도 3b 및 도 3c는 본 고안의 상부 새들로써 도 1의 A부 확대도와 측면도 및 그 저면도이며, 도 4a와 도 4b 및 도 4c는 본 고안의 하부 새들로써, 도 1의 B부 확대도와 측면도 및 그 저면도이다.

그리고, 도 5a 및 도 5b는 본 고안의 상부 새들 및 하부 새들의 사시도이다.

먼저 도 1 및 도 2에서 알 수 있듯이. 단순교의 프리스트레스 콘크리트 거더(G)는 적어도 2 개 이상의 I형 콘크리트 빔(100A,100B)의 길이방향 일정간격으로 중간벽(110)으로 연결 일체화된 콘크리트 구조물로써, 대체로 이 중간벽의 간격은 빔의 중앙을 기준으로 상기 빔(100A,100B)을 균등 분할하는 간격으로 되어있다.

본 고안의 중요한 안점은 단지 각각의 I형 콘크리트 빔들 간의 간격 유지 및 일체성을 유지 하도록 한 교량의 지지 강도에 그다지 영향을 주지 않는 중간벽에 단순교의 인장선 지지단을 가지게 한다는 것이다.

즉, 단순교의 I형 프리스트레스 콘크리트 거더교에 인장강도 보강장치를 형성함에 있어서, 고정단 및 인장단을 각각의 프리스트레스 콘크리트 거더(G)의 I형 콘크리트 빔(100A,100B)의 길이방향 일정간격으로 연결 일체화된 중간벽(110)에 고 정 설치하고, 그 사이의 콘크리트 빔(100A,100B) 중앙 하부에는 하부 가이드 새들(30)을 고정하여서 인장보강을 이룬 것을 특징으로 한다.

상기에서 고정단 및 인장단 각각에는 도 3a, 도 3b, 도 3c의 도시와 같이, 교량 상판(200)의 저면에 고정되는 제 1베이스부(11)와 중간벽(110) 벽면에 고정되어, 이 벽면 천공홀(111) 대응 위치에 구멍(12h)을 갖는 제 2베이스부(12)로써 앵글체를 이루는 고정베이스(13)를 구비하고, 이 고정베이스의 저면에는 인장선 단을 고정볼트로 고정하기 위한 구멍(14h)을 갖는 지지브래킷(14)을 고정하며, 이 지지브래킷의 제 2베이스 측으로는 어느 하나의 일면이 프리스트레스 콘크리트 거더(G)의 벽면에 접하고 (그 끝단이 제 2베이스에 접하는) 적어도 2 개 이상의 보강 플레이트(15)를 구비한 상부 정착 새들(10)을 구비하고;

상기 중간벽(110)을 사이에 두도 상부정착 새들(10)의 반대측의 교량 상판(200)의 저면에 고정되는 제 1베이스부(21)와 중간벽(110) 벽면에 고정되어 이 벽면 천공홀(111) 대응 위치에 구멍(22h)을 갖는 제 2베이스부(22)로써 앵글체를 이루는 고정베이스(23)의 저면으로, 적어도 어느 하나는 프리스트레스 콘크리트 거더의 벽면에 접하는 2 개 이상의 보강 플레이트(25)를 구비한 상부 가이드 새들(20)로 인장선이 정착되게 한 것을 특징으로 한다.

한편 상기에서 콘크리트 빔(100A,100B) 중앙 하부에 고정되는 하부 가이드 새들(30)은 프리스트레스 콘크리트 거더(G)의 저면에 접하는 베이스 플레이트(31)를 가지고, 상기 베이스 플레이트의 양측단에는 상기 프리스트레스 콘크리트 거더 하부 폭으로 평행하게 상하향 결합된 사이드 브래킷(32A,32B)을 가지며, 상기 베이 스 플레이트의 중간을 기준으로 양측 길이방향 전후방으로 각각 원호형으로 상향된 인장선 가이드 플레이트(33A,33B)을 구비하고, 상기 인장선 가이드 플레이트의 외측 단 저면으로 결합 고정된 인장선 측방 가이드 플레이트(34A,34B)로 이루어 지는 안장식 가이드 새들 인것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게 상기 사이드 브래킷(32A,32B)의 상부 외측면과 가이드 플레이트(33A,33B) 상부 사이의 일정 간격으로는 복수의 보강 플레이트(35A,35B)가 고정되고, 양측 사이드 브래킷(32A,32B)의 내측 사이와 베이스 플레이트(31) 하부사이의 일정간격으로 복수의 보강 플레이트(36)가 고정된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 사이드 브래킷(32A,32B)의 상부 외측면에 부착된 보강 플레이트(35A,35B) 사이사이의 면에는 프리스트레스 콘크리트 거더(G)에 고정하기 위한 관통 홀(32h)을 천공하여 고정부재로 고정시킨 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 설치 구성되는 본 고안은 고정단 및 인장선단의 양측을 고정 및 가이드하기 위해서 각각의 상부 정착 새들 및 상부 가이드 새들(10,20)의 제 1베이스부(11,21)가 교량의 상판(200) 저면에 고정부재로 고정되고, 각각의 제 2베이스부(12,22)가 구조적 강도에 큰 영향이 미치지 아니하는 중간벽(110)에 천공홀(111)을 통하여 고정부재로 고정 시킴으로써 교량의 구조적 강도에 아무런 영향이 없이 손쉽고 안정되게 그 정착을 이룰 수가 있는 것이다.

한편 하부 가이드 새들(30)은 도 4a, 4b, 4c 및 도 5b의 도시에서 알 수 있듯이 단순교 전체 길이에 대하여 단순히 중앙 하부 일정 위치에 간단히 고정되는 고정부재에 의하여 정착됨으로써 역시 큰 구조적 영향이 없이 간단히 부착 설치되 는 이점이 있는 것이다.

이때 하부 가이드 새들(30)의 프리스트레스 콘크리트 거더(G)의 저면에 접하는 베이스 플레이트(31)와 상향된 사이드 브래킷(32A,32B)은 프리스트레스 콘크리트 거더(G)의 저면의 콘크리트 빔(100A,100B)을 아래에서 위로 안장식으로 장착되어 그 정착력이 양호하게 한다.

이때, 상기 베이스 플레이트의 중간을 기준으로 양측 길이방향 전후방으로 각각 원호형으로 상향된 인장선 가이드 플레이트(33A,33B)는 각각의 양측단으로 안내되는 인장선을 안내 가이드 하기 위한 구조로써 인장선에 미치는 힘이 이 하부 가이드 새들(30)에 미치지 않게 한다.

그리고 복수의 보강 플레이트(35A,35B,36)는 하부 가이드 새들(30)의 구조적 형태의 안정을 위한 보강살의 기능을 할 것이다.

이상과 같이 구성되고 작용되는 본 고안은 인장선 즉 PC강연선 정착장치의 하중전달 메카니즘을 개선하여 PC보의 손상을 최소화하며, 그 정착력을 증대 시키게 하는 것으로 마찰 지지방식과 전단지지 방식의 혼용으로 그 각각의 단점을 최소화하여 효율적인 인장선 설치가 되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 단순교의 I형 프리스트레스 콘크리트 거더교에 인장강도 보강장치를 형성함에 있어서, 고정단 및 인장단을 각각의 프리스트레스 콘크리트 거더(G)의 길이방향 양측 사이에 일정간격으로 연결 성형된 중간벽(110)에 고정 설치하고, 그 사이 각각의 프리스트레스 콘크리트 빔(100A.100B)의 중앙 하부에는 하부 가이드새들(30)을 고정하여서 인장보강을 이룬 것을 특징으로 한 프리스트레스 콘크리트 거더교의 인장강도 보강장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고정단 및 인장단 각각에는 교량 상판(200)의 저면에 고정되는 제 1베이스부(11)와 거더(G)의 중간벽(110) 면에 고정되어, 이 벽면의 천공홀(111) 대응 위치에 구멍(12h)을 갖는 제 2베이스부(12)로써 앵글체를 이루는 고정베이스(13)를 구비하고, 이 고정베이스의 저면에는 인장선 단을 고정볼트로 고정하기 위한 구멍(14h)을 갖는 지지브래킷(14)을 고정하며, 이 지지브래킷의 제 2베이스부 측으로는 어느 하나의 일면이 프리스트레스 콘크리트 거더(G)의 벽면에 접하는 적어도 2 개 이상의 보강 플레이트(15)를 구비한 상부 정착 새들(10)과;

   상기 중간벽을 사이에 두고 상부정착새들의 반대측 교량 상판(200)의 저면에 고정되는 제 1베이스부(21)와 중간벽(110) 면에 고정되어, 이 벽면 천공홀(111) 대응 위치에 구멍(22h)을 갖는 제 2베이스부(22)로써 앵글체를 이루는 고정베이스(23)의 저면으로, 적어도 어느 하나는 프리스트레스 콘크리트 거더(G)의 벽면에 접 하는 2 개 이상의 보강 플레이트(25)를 구비한 상부 가이드 새들(20)로 인장선이 정착되게 한 것을 특징으로 한 프리스트레스 콘크리트 거더교의 인장강도 보강장치.
3. 제 1항에 있어서, 콘크리트 빔(100A,100B) 중앙 하부에 고정되는 하부 가이드 새들(30)은 프리스트레스 콘크리트 거더(G)의 저면에 접하는 베이스 플레이트(31);

   상기 베이스 플레이트의 양측단에는 상기 프리스트레스 콘크리트 거더 하부 폭으로 평행하게 상하향 결합된 사이드 브래킷(32A,32B);

   상기 베이스 플레이트의 중간을 기준으로 양측 길이방향 전후방으로 각각 원호형으로 상향된 인장선 가이드 플레이트(33A,33B); 및

   상기 인장선 가이드 플레이트의 외측 단 저면으로 결합 고정된 인장선 측방 가이드 플레이트(34A,34B)로 이루어 진 안장식 가이드 새들 인것을 특징으로 한 프리스트레스 콘크리트 거더교의 인장강도 보강장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 사이드 브래킷(32A,32B)의 상부 외측면과 가이드 플레이트(33A,33B) 상부 사이의 일정 간격으로는 복수의 보강 플레이트(35A,35B)가 고정되고, 양측 사이드 브래킷(32A,32B)의 내측 사이와 베이스 플레이트(31) 하부사이의 일정간격으로 복수의 보강 플레이트(36)가 고정된 것을 특징으로 한 프리스트레스 콘크리트 거더교의 인장강도 보강장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 사이드 브래킷(32A,32B)의 상부 외측면에 부착된 보강 플레이트(35A,35B) 사이사이의 면에는 프리스트레스 콘크리트 거더(G)에 고정하기 위한 관통 홀(32h)을 천공하여 고정부재로 고정시킨 것을 특징으로 한 프리스트레스 콘크리트 거더교의 인장강도 보강장치.

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