KR200420289Y1 - 프리스트레스트 강합성형 - Google Patents

Abstract

본 고안은 프리스트레스 강합성형에 관한 것으로서, 특히 공장에서 적절한 길이로 분절된 프리캐스트 부재로 제작하고, 교량 가설현장으로 운반한 다음 각각의 분절된 부재를 현장에서 연결할 때 이음부의 안전성을 최대한 확보하면서 최소한의 작업을 수행할 수 있는 이음형태를 제공하며, 상기 일체화된 부재가 사용하중에 의한 안전성을 확보하기 위해 긴장력을 도입할 때 긴장력이 도입되는 정착부의 안전성을 확보할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 고안은, 일정한 크기로 분절 제작되는 강형과; 상기 강형의 하부플랜지에 결합되어 분절된 강합성형을 이루며, 분절된 강합성형들의 연결시 그 이음부에 이음부 홈을 형성하게 되는 하부플랜지 콘크리트와; 상기 분절된 강합성형들의 연결시, 그 이음부 홈에 타설되는 고강도 콘크리트와; 상호 연결된 강합성형의 하부플랜지 콘크리트 및 강재의 플랜지에 긴장력을 도입하기 위해 구비되는 긴장재;를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형이 제공된다.

프리스트레스트, 강합성형, 이음부, 콘크리트

Description

프리스트레스트 강합성형{PRESTRESSED STEEL-CONCRETE COMPOSITE}

도 1a 내지 1e는 종래의 분절된 프리플렉스 합성형의 제작공정도

도 2a 내지 2g는 종래의 콘크리트 일체 타설 방식의 패널 합성빔의 제작 공정도

도 3a 내지 3h는 종래의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔의 제작 공정도

도 4a 내지 도 4c는 종래의 패널 합성빔의 긴장력 및 자중에 의한 하부플랜지 콘크리트의 초기압축응력을 나타내는 도면

도 5a 내지 도 5e는 본 고안의 제1실시예에 따른 프리스트레스트 강합성형 시공 과정을 보여주는 제작 공정도

도 6a 내지 도 6e는 본 고안의 제2실시예에 따른 프리스트레스트 강합성형 시공과정을 보여주는 제작 공정도

도 7a 내지 7c는 본 고안의 프리스트레스트 강합성형의 긴장력 및 자중에 의한 하부플랜지 콘크리트의 초기압축응력을 나타내는 도면

도 8a는 본 고안의 프리스트레스트 강합성형의 요부 사시도로서, 도 5b의 단부측 강합성형을 나타낸 사시도

도 8b는 도 8a의 "A"부 확대 사시도

도 8c는 도 5c의 "B"부 확대 사시도로서, 본 고안 프리스트레스트 강합성형 의 이음되는 단부를 나타낸 사시도

도 8d는 도8c의 다른 실시예를 나타낸 이음부 사시도

도 8e 내지 8f는 본 고안의 이음부에 타설되는 고강도 콘크리트의 타설량을 이음부홈의 형태를 구체화하여 현시(顯示)한 참고도

도 9a는 본 고안의 프리스트레스트 강합성형의 요부 사시도로서, 도 6b의 단부측 강합성형을 나타낸 사시도

도 9b는 도 9a의 "A"부 확대 사시도로서, 본 고안 프리스트레스트 강합성형의 이음되는 단부를 나타낸 사시도

도 9c는 도 6c의 "B"부 확대 사시도로서, 본 고안 프리스트레스트 강합성형의 이음부를 나타낸 사시도

도 9d는 도9c의 다른 실시예를 나타낸 이음부 사시도

도 9e 내지 9f는 본 고안의 이음부에 타설되는 고강도 콘크리트의 타설량을 이음부홈의 형태를 구체화하여 현시(顯示)한 참고도

도 10은 본 고안의 이음부에서 보강철근을 더욱 견고하게 연결하기 위해 사용되는 용접보강판 및 이를 이용한 용접상태를 나타내는 도면

도 11은 본 고안의 눕힌 사각 깔때기 모양의 단부형태에 긴장재가 포물선 형태로 배치된 종단면을 나타내는 도면

도 12a는 도 11의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 단면도

도 12b는 도 11의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도

도 13a는 도 11에서 부재의 높이가 낮을 경우 기성제품인 H형강이 사용된 경 우에 있어서의 단면 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 도면

도 13b는 도 11에서 부재의 높이가 낮을 경우 기성제품인 H형강이 사용된 경우에 있어서의 단면 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 강형 11 : 하부플랜지 콘크리트

12 : 현장타설용 고강도 콘크리트 13 : 바닥판 콘크리트

20 : 쉬스관 21 : 긴장재

22 : 정착단 30 : 교대 또는 교각

40 : 제작대 41 : 지지대

50 : 이음부 51 : 고장력볼트

52 : 용접 60 : 프리플렉스 합성형

100 : 이음부 홈 200 : 원통형 전단키

210 : 보강철근 220 : 용접보강판

300 : 단부측 콘크리트

310: 콘형의 정착부재

400 : BUILT-UP 단면 410 : H형강

본 고안은 프리스트레스트 강합성형에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는, 교 량 가설을 위해 분절된 프리캐스트 부재를 연결할 때 이음부의 안전성을 최대한 확보함과 더불어 긴장력이 도입되는 정착단의 안전성을 최대한 확보할 수 있도록 한 프리스트레스트 강합성형에 관한 것이다.

일반적으로, 공장에서 제작된 부재를 교량 가설 현장으로 운반함에 있어 도로법 28조 3항(즉, 중량 및 길이로 차량의 운행을 제한하는 조항)에 위배되지 않도록 적절한 길이로 분절된 프리캐스트 부재로 제작하고, 교량 가설현장으로 운반한 다음 각각의 분절된 프리캐스트 부재를 현장에서 연결하게 되는데, 이때 이음부의 안전성을 최대한 확보하면서 최소한의 작업을 수행할 수 있어야 한다.

그리고, 상기한 연결 작업에 의해 일체화된 부재에 대해 사용하중에 의한 안전성을 확보하기 위해 긴장력을 도입할 때 긴장력이 도입되는 정착단의 안전성을 확보함으로써, 설계와 시공의 간편성과 안전성 및 경제성을 증대시켜 보다 효율적인 교량 설치가 가능해야 한다.

도 1a 내지 1e을 참조하여 종래의 분절된 프리플렉스 합성형(60)의 시공과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 공장에서 하부플랜지 콘크리트(11)에 프리스트레스를 도입하고 운반의 편의를 위해 분절시킨 프리플렉스 합성형(60)을 현장에 운반한 후 고장력볼트(51) 등으로 연결하여 이음부(50)를 형성한다.

다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 현장타설 바닥판 콘크리트(13)를 타설하여 경화시킨다.

그 후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 이음부(50)의 상부에 재하하중(W)을 거치하여 재하하고, 상기 이음부(50)의 하부에 지지대(41)를 설치한 후, 거푸집을 조립한다.

이 후, 도 1d에 도시된 바와 같이, 이음부(50)에 고강도 콘크리트를 타설하고 경화시킨 다음 상기 재하하중(W)과 지지대(41)를 제거하면 상기 이음부(50)에 타설된 고강도 콘크리트(12)에 상기 하부플랜지 콘크리트(11)에 기(旣) 도입된 프리스트레스와 동일한 양만큼의 프리스트레스가 도입되도록 하여 교량의 설치를 완료한다.

그러나, 이와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 여러가지 문제점이 있었다.

먼저, 이음부(50)에 타설된 콘크리트(12)에 프리스트레스를 도입하기 위하여 일정한 크기의 무게를 갖는 물체를 재하 하여야 하는데, 단위 프리스트레스트 합성형에 기 재하된 크기의 하중과 동일한 하중에 의한 프리스트레스를 도입하기 위해서는 상당한 규모의 무게를 갖는 물체를 설치하여야 하나, 이러한 설치작업은 현실적으로 어려움이 많다.

또한, 이음부(50)에 타설되는 현장타설용 고강도 콘크리트(12)의 타설 량이 도 1d 내지 1e에 도시된 바와 같이 상당부분을 차지하고 있어 품질관리에도 어려움이 상존하여 왔다. 이음부(50)에 타설되는 고강도 콘크리트의 사용량이 많을 경우, 동일한 부재요소로 사용되는 이음부(50) 외의 하부플랜지 콘크리트(11)는 엄격한 품질관리 하에 공장에서 경화되지만 이음부(50)에 타설되는 고강도 콘크리트는 외기에 상당한 영향을 받는 현장타설 분량이므로 전체적인 교량의 품질이 떨어짐은 자명한 사실이다.

한편, 도 2a 내지 2g는 대한민국공개특허공보 공개번호 10-2004-0102391에 의한 종래의 콘크리트 일체 타설방식의 패널 합성빔의 시공순서를 나타낸 것으로서, 이를 참조하여 시공 과정을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2a에 도시한 바와 같이 강형(10)을 운반하기 위해 일정한 크기로 분절 제작한 다음, 도 2b에 도시한 바와 같이 현장에 운반된 강형(10)을 경간에 맞게 조립한다.

이어서, 도 2c에 도시한 바와 같이 조립된 강형(10)을 제작대(40)에 거치한 다음, 도 2d에 도시한 바와 같이 하부플랜지에 거푸집 및 긴장재 삽입을 위한 쉬스관(sheath pipe)을 설치하고 현장타설용 고강도 콘크리트(12)를 타설 및 양생한다.

그 후, 도 2f에 도시한 바와 같이, 하부플랜지 콘크리트(11)에 설치된 쉬스관(20)에 긴장재(21)를 삽입한 후 사용하중에 의한 인장응력을 상쇄시키기 위해 긴장재(21)를 긴장 및 정착시켜 프리스트레스를 도입한다.

다음, 도 2g에 도시한 바와 같이 교대 또는 교각(30)에 거치한 후 바닥판 콘크리트(13)를 타설하여 교량을 완성한다.

그러나, 이렇게 제작된 교량은 상기 전술한 종래 교량의 제작과정에서 언급한 바와 같이, 교량에서 가장 구조적으로 취약한 부분에 높은 압축응력을 도입하기 위해 사용하는 고강도 콘크리트를 도 2d와 2e에 도시한 바와 같이 현장에서 전부 현장타설용 고강도 콘크리트(12)로 타설함으로 인해, 콘크리트가 외기에 그대로 노출되어 양생 조건이 매우 열악해진다.

따라서, 계획했던 고강도 콘크리트의 강도발현에 어려움이 있고 추후 설계기 준강도에 대한 신뢰도가 떨어져 고품질의 교량을 생산할 수 없다.

또한, 긴장재(21)의 직선배치로 인해 충분한 압축응력을 도입할 수 없고, 긴장재(21)가 고정되는 정착단(22)이 중앙부 단면과 동일한 작은 단면을 이루고 있으므로 긴장력에 의한 국부적인 응력집중으로 정착단(22)의 균열, 박리, 국부적인 파괴 등이 적지 않게 일어나며, 장경간에 적용할 수밖에 없는 용량이 큰 정착장치의 부착은 불가능하다.

따라서, 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 설계검토단면인 중앙단면에 충분한 압축응력을 도입할 수 있는 긴장재(21) 배치 및 정착단(22)을 보유하지 않고 있어 재료를 효율적으로 사용하지 못하고 있다. 긴장재(21)의 직선배치에 따른 문제점을 상세히 살펴보면, 도 4a에 도시한 바와 같이 긴장력에 의해 하부플랜지 콘크리트(11)는 허용응력 이상의 압축응력(fcb1) 상태에 돌입하는 순간 도 4b에 도시한 바와 같이 자중에 의해 포물선 형태의 인장응력(fcb2)이 발생하여 중앙부에서는 하부플랜지 콘크리트(11)가 허용압축응력(fcba)을 만족하나 단부에서는 허용압축응력(fcba)을 상회하므로 결국 자중을 해소시킬 수 있는 충분한 압축응력을 도입하지 못한다.

도 3a 내지 3h는 대한민국등록실용신안공보 등록번호 20-0340935에 의한 종래의 프리캐스트 콘크리트 패널 합성빔의 시공순서를 나타낸다. 먼저, 도 3a 및 3b에 각각 도시된 바와 같이 강형(10)과 하부플랜지 콘크리트(11)를 운반에 용이하도록 일정한 크기로 분절 제작한 다음, 도 3c에 도시한 바와 같이 현장에 운반된 강형(10)을 경간에 맞게 조립한다.

그리고, 도 3d에 도시한 바와 같이 현장에 운반된 하부플랜지 콘크리트(11) 역시 경간에 맞게 조립한 후 1차 긴장재(21)에 긴장력을 도입하고, 도 3e에 도시한 바와 같이 상기 제작된 강형(10)을 하부플랜지 콘크리트(11)와 조립하여 그 이음부(50)에 현장타설용 고강도 콘크리트(12)를 타설 및 양생한다.

그 후, 도 3e에 도시한 바와 같이 강형(10)과 하부플랜지 콘크리트(11)가 합성된 단면에 1차 긴장재(21)를 이용하여 추가 긴장력을 다시 도입한 다음, 도 3g에 도시한 바와 같이 2차 긴장재(21a)를 이용하여 추가 긴장력을 도입한 후, 도 3h에 도시한 바와 같이 교대 또는 교각(30)에 거치한 후 바닥판 콘크리트(13)를 타설하여 교량을 완성한다.

이렇게 제작된 교량은 전술한 종래 교량의 제작과정에서 언급한 바와 마찬가지로 교량에서 가장 구조적으로 취약한 부분에 높은 압축응력을 도입하기 위해 사용하는 고강도 콘크리트를 도 3e와 3f에 도시한 바와 같이 현장에서 빔의 길이방향으로 하부플랜지 콘크리트(11) 단면의 전 부분은 아니지만 상당부분을 현장타설용 고강도 콘크리트(12)로 타설함으로 인해 콘크리트가 외기에 그대로 노출되어 양생조건이 매우 열악해진다.

즉, 도 3f에 도시된 바와 같이 현장 타설되는 면적이 하부플랜지 콘크리트(11) 단면의 전(全)면적은 아니지만 상당부분을 차지하고, 도 3e에 도시된 바와 같이 고강도 콘크리트의 타설은 빔의 길이 방향 전체에 걸쳐 수행됨으로 인해, 현장 타설되는 고강도 콘크리트 양이 상당량에 이르게 되고, 이 상당량의 콘크리트가 외기에 그대로 노출되어 양생 조건이 매우 열악해진다.

따라서, 계획했던 고강도 콘크리트의 강도발현에 어려움이 있고, 추후 설계기준강도에 대한 신뢰도가 떨어져 고품질의 교량을 생산할 수 없다.

또한 상기 대한민국공개특허공보 공개번호 10-2004-0102391에 의한 종래의 콘크리트 일체 타설방식의 패널 합성빔과 동일하게 긴장재(21)의 직선배치로 인한 충분한 압축응력을 도입할 수 없고, 긴장재(21)가 고정되는 정착단(22)이 중앙부 단면과 동일한 작은 단면을 이루고 있으므로 긴장력에 의한 국부적인 응력집중으로 정착단(22)의 균열, 박리, 국부적인 파괴등이 적지 않게 일어나며, 장경간에 적용할 수밖에 없는 용량이 큰 정착장치의 부착은 불가능하고, 하부플랜지 콘크리트(11)를 나누어 타설함에 따라 2개의 긴장재(21)를 총 3번 긴장하므로 긴장작업이 번거로워 그에 따른 공기 및 공사비가 추가적으로 소요된다.

따라서 설계 검토 단면인 중앙 단면에 충분한 압축응력을 도입할 수 있는 긴장재(21) 배치 및 정착단(22)을 보유하지 않고 있어 재료를 효율적으로 사용하지 못하고, 시공 또한 번거로워 시공성 및 경제성이 떨어진다.

본 고안은 상기한 종래기술이 가지고 있는 제반 문제점과 한계를 극복하기 위해서 개발된 것으로, 공장제작에서 얻을 수 있는 장점을 최대한 확보하고자, 높은 품질을 요구하는 고강도 콘크리트의 사용량을 공장에서 최대한 수용하여 현장에서 분절된 부재를 일체화시킬 때 이음부에 타설되는 고강도 콘크리트의 사용량을 최소한으로 줄일 수 있는 프리스트레스트 강합성형을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 고안의 또 다른 목적은, 긴장재의 정착단에 국부적인 응력집중으로 인한 균열, 박리, 국부적인 파괴 등이 발생하지 않으며, 설계검토단면인 중앙단면에 충분한 압축응력을 도입할 수 있는 긴장재 배치 및 정착단을 보유할 수 있고, 장경간에 적용할 수밖에 없는 용량이 큰 정착장치의 부착이 가능한 프리스트레스트 강합성형을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 제1형태에 따르면, 일정한 크기로 분절 제작되는 강형과; 상기 강형의 하부플랜지에 결합되어 분절된 강합성형을 이루며, 분절된 강합성형들의 연결시 그 이음부에 이음부 홈을 형성하게 되는 하부플랜지 콘크리트와; 상기 분절된 강합성형들이 연결되도록 이웃하는 강형을 연결시키는 고장력볼트와; 상기 하부플랜지 콘크리트의 이음부 홈에 타설되는 고강도 콘크리트와; 상호 연결된 강합성형의 하부플랜지 콘크리트 및 강재의 플랜지에 긴장력을 도입하기 위해 구비되는 긴장재를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형이 제공된다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 제2형태에 따르면, 일정한 크기로 분절 제작되는 강형과; 상기 강형의 하부플랜지에 결합되어 분절된 강합성형을 이루며, 분절된 강합성형들의 연결시 그 이음부에 이음부 홈을 형성하게 되는 하부플랜지 콘크리트와; 상기 분절된 강합성형들의 이음부에 상호 연결되도록 배치되는 보강철근과; 상기 하부플랜지 콘크리트의 이음부 홈에 타설되는 고강도 콘크리트와; 상호 연결된 강합성형의 하부플랜지 콘크리트 및 강재의 플랜지에 긴장력을 도입하기 위해 구비되는 긴장재;를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형이 제공된다.

한편, 상기 이음부 홈은 현장에서 이음부에 타설되는 고강도 콘크리트의 사용량을 최소화할 수 있도록 측면 Y형 및 평면 십자형, 측면 Y형 및 평면 일자형, 측면 일자형 및 평면 십자형, 측면 일자형 및 평면 일자형의 형상중 어느 하나의 형상을 가지게 됨을 특징으로 한다.

상기 이음부에는 원통형 전단키가 제공됨을 특징으로 한다.

상기 이음부에는 양측 단부측 정착단에 고정되는 긴장재가 삽입될 쉬스관(sheath pipe)이 관통하여 배치됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기 강합성형들 중에서 단부측 강합성형의 단부측 콘크리트에는, 눕힌 사각 깔때기 모양의 정착부재가 설치됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기 이음부에 보강철근이 배치되는 경우, 상기 이음부에 배치되는 보강철근을 지지하면서 상기 보강철근에 용접되어 결합되는 용접보강판이 더 구비됨을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 기술적 특징에 따른 프리스트레스트 강합성형을 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 실시할 수 있는 예들을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예1]

도 5a에 도시한 바와 같이 운반을 위해 일정한 크기로 공장에서 분절 제작된 강형(10)에, 도 5b에 도시한 바와 같이 하부플랜지 콘크리트(11)를 이음부 홈(도 8c의 부호 100 참조)을 제외한 나머지 구간에 타설하여 경화시킨 후 운반한 다음, 도 5c에 도시한 바와 같이 각각의 분절된 강합성형을 고장력볼트(도 8c의 부호 51 참조)를 이용하여 경간에 맞게 연결한다.

그 후, 도 5d에 도시한 바와 같이 사용하중에 대해 강합성형이 안전하게 성능을 발휘하도록 하기 위해 긴장재(21)를 설치하여 긴장력을 도입한 다음, 도 5e에 도시한 바와 같이 교대 또는 교각(30)에 거치한 후 바닥판 콘크리트(13)를 타설하여 교량을 완성한다.

도 8a는 본 고안 강합성형중 분절된 단부측 강합성형을 나타낸 것으로서, 도 8b의 A부 확대도를 참조하면, 분절된 단부측 강합성형은 다수의 원통형 전단키(200)가 제공된 이음부(50)를 가진다.

상기 이음부(50) 표면에 다수의 원통형 전단키(200)가 제공되고, 이와 더불어 상기 이음부(50)에는 긴장재(21; 도 5d 참조)가 삽입될 쉬스관(20)(sheath pipe)이 배치된다. 상기 원통형 전단키(200)는 타설되는 고강도 콘크리트와의 결합력을 높이는 역할을 하게 된다.

한편, 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형을 고장력볼트(51)를 이용하여 연결시키는 방식은 도 8c를 통해 쉽게 확인할 수 있다.

도 8c는 상기 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형을 고장력볼트(51)를 이용하여 연결시킨 경우를 나타낸 요부 사시도로서, 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형의 연결에 의해 형성되는 도 8c의 측면 Y형 및 평면 십자형 이음부 홈(100)(즉, 측면에서 볼 때 Y형이고 평면에서 볼 때 십자형임 을 일컬음)에는 상기 홈에 맞는 소량의 고강도 콘크리트를 현장에서 타설하여 경간에 맞게 일체화시킨다.

한편, 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형은 전술한 바와 같이 고장력볼트를 이용하여 연결시키는 이외에, 후술하는 용접 방식에 의해 연결시킬 수 있는데, 이 용접 방식에 의한 연결구조는 도 8d를 통해 확인할 수 있다.

도 8d는 상기 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형을 용접(52)으로 연결시킨 경우를 나타낸 요부 사시도로서, 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형을 연결시키는 방식의 다른 실시예에 해당한다.

상기 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형의 연결에 의해 형성되는 도 8d의 측면 Y형 및 평면 일자형 이음부 홈(100a)(즉, 측면에서 볼 때 Y형이고 평면에서 볼 때 일자형임을 일컬음)에는 상기 홈에 맞는 소량의 고강도 콘크리트를 현장에서 타설하여 경간에 맞게 일체화시킨다.

참고로, 도 8e 및 도 8f는 본 고안의 이음부에 타설되는 고강도 콘크리트의 타설량을 이음부홈의 형태를 구체화하여 현시(顯示)한 참고도로서, 도 8e는 측면 Y형 및 평면 십자형 이음부 홈(100)을 이 홈에 타설되는 소량의 고강도 콘크리트를 본뜬 형태(110)로 나타낸 것이고, 도 8f는 측면 Y형 및 평면 일자형 이음부 홈(100a)을 이 홈에 타설되는 소량의 고강도 콘크리트를 본뜬 형태(120)로 나타낸 것이다. 이때, 도 8e 및 도 8f는 전단키나 고장력볼트, 긴장재등은 고려되지 않았음을 전제한다.

한편, 상기와 같이 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형을 연결하고, 그 이음부 홈(100, 100a; 도 8c 및 도 8d 참조)에 고강도 콘크리트(12; 도 5e 참조)를 타설하여 일체화한다.

그리고, 그 후에는 도 11에 도시된 바와 같이 긴장재(21)를 포물선 형태로 배치한 다음 긴장재(21)를 긴장시켜 하부플랜지 콘크리트(11) 및 강형(10)의 하부플랜지에 프리스트레스를 도입하여 일체화된 프리스트레스트 강합성형을 완성한다.

이때, 상기 긴장재(21)가 정착되는 단부측 콘크리트(300)는 콘크리트의 높이 및 폭의 치수를 중앙부에 비해 증대시킨 형태를 띠게 되며, 중앙부로 갈수록 단면이 줄어드는 눕힌 사각 깔때기 모양(도 8a 참조)을 갖는다.

즉, 하부플랜지 콘크리트(11)는 사각 깔때기 모양의 단부측 콘크리트(300)를 포함한다.

상기 강합성형에 적용된 단부형태를 도 11의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 단면도인 도 12a 및, 도 11의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도인 도 12b를 참조하면, 도시한 바와 같이 단부측 콘크리트의 높이(H) 및 폭(W)이 증대되어 용량이 큰 정착장치의 부착이 가능하고, 단부측 긴장재(21)의 설치높이가 도 12b에 도시한 바와 같이 중앙부측에 설치된 긴장재(21)의 높이보다 높아 자연스런 포물선 형태가 유도된다.

즉, 단부측 콘크리트의 높이(H) 및 폭(W)이 중앙부측 콘크리트의 높이(H1) 및 폭(W1) 보다 큰 값을 갖도록 형성된다.

그러므로, 본 실시예의 설계검토단면을 살펴보면, 도 7a에 도시한 바와 같이 긴장력 및 긴장재(21)의 편심에 의해 하부플랜지 콘크리트(11)는 단부측 압축응력이 중앙부측 압축응력 보다 작은 볼록한 형태의 압축응력(fcb1) 상태를 발생시키며 중앙부 단면이 허용응력 이상의 압축응력 상태에 돌입하는 순간 도 7b에 도시한 바와 같이 자중에 의해 포물선 형태의 인장응력(fcb2)이 발생하여 중앙부 및 단부에서 허용압축응력(fcba)을 동시에 만족시키므로 자중을 해소시킬 수 있는 충분한 압축응력을 도입할 수 있는 단면형태가 된다.

또한, 상기 강합성형에 사용된 강형(10)는 도 12a 및 도 12b에 도시한 바와 같이 강판을 조립한 BUILT-UP 단면(400)을 사용하거나, 도 13a 및 도 13b에 도시한 바와 같이 기성제품인 H형강(410)을 사용할 수 있다.

그리고, 기성제품인 H형강(410)을 사용하는 경우에도 단부측 콘크리트의 높이(H2) 및 폭(W2)이 중앙부측 콘크리트의 높이(H3) 및 폭(W4) 보다 큰 값을 갖도록 형성된다.

[실시예2]

이하에서는 본 고안 프리스트레스트 강합성형의 다른 실시예에 대해 설명한다.

도 6a에 도시한 바와 같이 운반을 위해 일정한 크기로 공장에서 분절 제작된 강형(10)에, 도 6b에 도시한 바와 같이 하부플랜지 콘크리트(11)를 이음부 홈(도 9c의 부호 100 참조)을 제외한 나머지 구간에 타설하여 경화시킨 후 운반한 다음, 도 6c에 도시한 바와 같이 각각의 분절된 강합성형을 고장력볼트(도 9c의 부호 51 참조)를 이용하여 경간에 맞게 연결한다.

도 9a는 본 실시예에 따른 강합성형중 분절된 단부측 강합성형을 나타낸 것으로서, 도 9b의 도 9a의 A부 확대도를 참조하면, 분절된 단부측 강합성형은 보강 철근(210)의 용접연결이 제공된 이음부(50)를 가진다.

그리고, 상기 강합성형은 도 9b에 도시한 바와 같이 이음부(50) 표면에 다수의 보강철근(210)과 긴장재(21; 도 6d 참조)가 삽입될 쉬스관(20)이 배치된다.

한편, 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형을 고장력볼트(51)를 이용하여 연결시키는 방식은 도 9c를 통해 확인할 수 있다.

도 9c는 상기 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형을 고장력볼트(51)를 이용하여 연결시킨 경우를 나타낸 요부 사시도로서, 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형의 연결에 의해 형성되는 도 9c의 측면 일자형 및 평면 십자형 이음부 홈(100)(즉, 측면에서 볼 때 일자형이고 평면에서 볼 때 십자형임을 일컬음)에는 상기 홈에 맞는 소량의 고강도 콘크리트를 현장에서 타설하여 경간에 맞게 일체화시킨다.

한편, 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형은 전술한 바와 같이 고장력볼트를 이용하여 연결시키는 이외에, 후술하는 용접 방식에 의해 연결시킬 수 있는데, 이 용접 방식에 의한 연결구조는 도 9d를 통해 확인할 수 있다.

도 9d는 상기 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형을 용접(52)으로 연결시킨 경우를 나타낸 요부 사시도로서, 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형을 연결시키는 방식의 다른 실시예에 해당한다.

상기 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형의 연결에 의해 형성되는 도 9d의 측면 일자형 및 평면 일자형 이음부 홈(100a)(즉, 측면에서 볼 때 일자형임과 더불어 평면에서 볼 때 일자형임을 일컬음)에는 상기 홈에 맞는 소량의 고강도 콘크리트를 현장에서 타설하여 경간에 맞게 일체화시킨다.

참고로, 도 9e 및 도 9f는 본 고안의 이음부에 타설되는 고강도 콘크리트의 타설량을 이음부홈의 형태를 구체화하여 현시(顯示)한 참고도로서, 도 9e는 측면 일자형 및 평면 십자형 이음부 홈(100)을 이 홈에 타설되는 소량의 고강도 콘크리트를 본뜬 형태(130)로 나타낸 것이고, 도 9f는 측면 일자형 및 평면 일자형 이음부 홈(100a)을 이 홈에 타설되는 소량의 고강도 콘크리트를 본뜬 형태(140)로 나타낸 것이다. 이때, 도 9e 및 도 9f는 전단키나 고장력볼트, 긴장재등은 고려되지 않았음을 전제한다.

그리고, 도 10을 참조하면, 상기 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형의 연결에 의해 형성되는 이음부 홈(100, 100a)에 배치된 보강철근(210)은 용접보강판(220)을 보강철근(210)의 아랫면에 받친 후 두 개의 보강철근(210)과 용접보강판(220)을 용접(52)하여 일체화한다.

한편, 상기와 같이 분절된 단부측 강합성형과 분절된 중앙부측 강합성형을 연결하고, 그 이음부 홈(100, 100a)에 고강도 콘크리트(12; 도 5e 참조)를 타설하여 일체화한다.

그리고, 그 후에는 도 11에 도시된 바와 같이 긴장재(21)를 포물선 형태로 배치한 다음 긴장재(21)를 긴장시켜 하부플랜지 콘크리트(11) 및 강형(10)의 하부플랜지에 프리스트레스를 도입하여 일체화된 프리스트레스트 강합성형을 완성한다.

이때, 상기 긴장재(21)가 정착되는 단부측 콘크리트(300)는 콘크리트의 높이 및 폭의 치수를 중앙부에 비해 증대시킨 형태를 띠게 되며, 중앙부로 갈수록 단면 이 줄어드는 눕힌 사각 깔때기 모양(도 9a 참조)을 갖게 된다.

그리고, 상기 강합성형에 적용된 단부형태를 도 11의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 단면도인 도 12a 및, 도 11의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도인 도 12b를 참조하면, 도시된 바와 같이 단부측 콘크리트의 높이(H) 및 폭(W)이 증대되어 용량이 큰 정착장치의 부착이 가능하고, 단부측 긴장재(21)의 설치높이가 도 12b에 도시한 바와 같이 중앙부측에 설치된 긴장재(21)의 높이보다 높아 자연스런 포물선 형태가 유도되는데, 이 또한 전술한 실시예에서와 마찬가지이다.

즉, 단부측 콘크리트의 높이(H) 및 폭(W)이 중앙부측 콘크리트의 높이(H1) 및 폭(W1) 보다 큰 값을 갖도록 형성된다.

그러므로, 본 실시예의 설계검토단면을 살펴보면, 도 7a에 도시한 바와 같이 긴장력 및 긴장재(21)의 편심에 의해 하부플랜지 콘크리트(11)는 단부측 압축응력이 중앙부측 압축응력 보다 작은 볼록한 형태의 압축응력(fcb1) 상태를 발생시키며 중앙부 단면이 허용응력 이상의 압축응력 상태에 돌입하는 순간 도 7b에 도시한 바와 같이 자중에 의해 포물선 형태의 인장응력(fcb2)이 발생하여 중앙부 및 단부에서 허용압축응력(fcba)을 동시에 만족시키므로 자중을 해소시킬 수 있는 충분한 압축응력을 도입할 수 있는 단면형태가 된다.

상기 강합성형에 사용된 강형(10)은 도 12a 및 도 12b에 도시한 바와 같이 강판을 조립한 빌트-업(BUILT-UP) 단면(400)을 사용하거나, 도 13a 및 도 13b에 도시한 바와 같이 기성제품인 H형강(410)을 사용할 수 있음도 전술한 실시예에서와 마찬가지이다.

그리고, 기성제품인 H형강(410)을 사용하는 경우에도 단부측 콘크리트의 높이(H2) 및 폭(W2)이 중앙부측 콘크리트의 높이(H3) 및 폭(W3) 보다 큰 값을 갖도록 형성된다.

한편, 상기에서의 [실시예1]에서 제시된 이음부 홈의 형태와 [실시예2]에서 제시된 제시한 이음부 홈의 형태는 상호 교환 적용가능하다. 즉, [실시예1]에서 제시된 이음부 홈의 형태는 [실시예2]에도 적용가능하며, 그 반대로 [실시예2]에서 제시된 이음부 홈의 형태도 [실시예1]에 적용가능하다.

이상에서와 같이, 본 고안에서는 현장에서 이음부(50)에 타설되는 고강도 콘크리트의 사용량을 최소화할 수 있는 측면 Y형 및 평면 십자형, 측면 Y형 및 평면 일자형, 측면 일자형 및 평면 십자형, 측면 일자형 및 평면 일자형의 형상을 가지는 이음부 홈(100)(100a)을 제공한다. 이 이음부 홈(100)(100a)들의 구분은 원통형 전단키(200)가 제공되는 측면 Y형(도 8e 및 도 8f의 110, 120 참조)과 보강철근(210)의 용접연결이 제공되는 측면 일자형(도 9e 및 도 9f의 130, 140 참조)으로 구분되고, 강형(10)의 복부를 고장력볼트(51)로 연결하는 경우 연결의 편의를 위한 평면 십자형(도 8e 및 도 9e의 110, 130 참조)과 강형(10)의 복부를 용접(52)하여 연결하는 경우 최소한의 이음부 홈(100)을 유지하기 위한 평면 일자형(도 8f 및 도 9f의 120, 140 참조)으로 구분된다. 상기 보강철근(210)의 용접연결에서 두 원형의 보강철근(210)을 더욱 견고하게 연결하기 위해 용접보강판(220)을 설치하여 용접한다.

또한, 본 고안에서는 설계검토단면인 중앙단면에 충분한 압축응력을 도입할 수 있는 긴장재(21) 배치 및 정착단(22)을 보유할 수 있고, 장경간에 적용할 수밖에 없는 용량이 큰 정착장치의 부착이 가능한 충분히 큰 단부단면을 제공하며, 국부적인 응력집중으로 인한 균열, 박리, 국부적인 파괴 등이 발생하지 않도록 정착단(22) 형상의 단부단면을 일정 길이를 유지하고, 하부플랜지 콘크리트(11)의 자중을 감소하기 위해 중앙부로 갈수록 단면이 줄어드는 눕힌 사각 깔때기 모양의 단부측 콘크리트(300) 형태를 제공한다.

미설명 부호 310은 눕힌 사각 깔때기 형태인 단부측 콘크리트(300) 내측에 설치되는 콘형의 정착부재이다.

한편, 본 고안은 상기한 실시예들로 한정되지 아니하면, 본 고안의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 한, 여러 가지 다양한 형태로의 변경 및 수정이 가능함은 물론이다.

이상 상술한 바와 같이, 본 고안은 프리캐스트 분절화를 통해 하부구조물의 시공과 병행하여 프리캐스트 부재를 제조할 수 있기 때문에 공사기일을 단축할 수 있고, 분절된 부재는 공장에서 제작되기 때문에 품질이 확실하여 현장에서 사용하기 어려운 고강도 콘크리트의 사용으로 보다 큰 프리스트레스를 도입할 여지를 만들 수 있다.

또한, 본 고안은 분절된 부재를 제작한 후 가설할 때까지 충분한 양생기간이 있으므로 건조수축으로 인한 가설후의 변형 및 유해 응력의 발생량이 적고, 부재의 공장제작으로 인한 제작비용이 저감되며, 분절화를 통한 공장제작으로 시공현장의 부지를 줄일수 있고, 고품질 및 고강도 콘크리트의 적용으로 부재의 높이를 줄일 수 있으므로 교량시공에서 시공성과 경제성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 강형(10)과 하부플랜지 콘크리트(11)를 공장에서 최대한으로 일체화시켜 종래 분절된 프리스트레스트 강합성형을 현장에서 연결할 때 사용되는 현장타설용 콘크리트 량을 획기적으로 감소시키므로 인해 부재의 균등한 품질을 얻을 수 있고, 이음부(50)의 현장 타설 부분을 작업자의 작업성을 확보하기 위한 최소한의 공간만을 제공하는 이음부 홈(100)(100a)으로 형성하여 현장타설용 고강도 콘크리트(12)의 타설 량을 최소화시키며, 이음부 홈(100)(100a)에 원통형 전단키(200) 또는 보강철근(210)과 용접보강판(220)을 설치하여 이음부(50)의 안전성을 확보하며, 높이 및 폭방향으로 단면을 증대시켜 중앙부로 갈수록 단면이 줄어드는 눕힌 사각 깔때기 모양인 단부 형태를 제공하여 긴장재(21)의 정착단(22)에 발생하는 국부적인 응력집중으로 균열, 박리, 국부적인 파괴 등을 방지하여 그 안전성을 높이는데 효과가 크다.

Claims (11)

1. 일정한 크기로 분절 제작되는 강형과;

   상기 강형의 하부플랜지에 결합되어 분절된 강합성형을 이루며, 분절된 강합성형들의 연결시 그 이음부에 이음부 홈을 형성하게 되는 하부플랜지 콘크리트와;

   상기 분절된 강합성형들이 연결되도록 이웃하는 강형을 연결시키는 고장력볼트와;

   상기 하부플랜지 콘크리트의 이음부 홈에 타설되는 고강도 콘크리트와;

   상호 연결된 강합성형의 하부플랜지 콘크리트 및 강재의 플랜지에 긴장력을 도입하기 위해 구비되는 긴장재;를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형.
2. 일정한 크기로 분절 제작되는 강형과;

   상기 강형의 하부플랜지에 결합되어 분절된 강합성형을 이루며, 분절된 강합성형들의 연결시 그 이음부에 이음부 홈을 형성하게 되는 하부플랜지 콘크리트와;

   상기 분절된 강합성형들의 이음부에 상호 연결되도록 배치되는 보강철근과;

   상기 하부플랜지 콘크리트의 이음부 홈에 타설되는 고강도 콘크리트와;

   상호 연결된 강합성형의 하부플랜지 콘크리트 및 강재의 플랜지에 긴장력을 도입하기 위해 구비되는 긴장재;를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 이음부 홈은, 측면 Y형 및 평면 일자형임을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 이음부 홈은, 측면 일자형 및 평면 십자형임을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 이음부 홈은, 측면 일자형 및 평면 일자형임을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 이음부 홈은, 측면 Y형 및 평면 십자형임을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 이음부에는 원통형 전단키가 제공됨을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 이음부에는 양측 단부측 정착단에 고정되는 긴장재가 삽입될 쉬스관(sheath pipe)이 관통하여 배치됨을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형.
9. 제 8 항에 있어서,

   강합성형들 중에서 단부측 강합성형의 단부측 콘크리트는,

   눕힌 사각 깔때기 모양을 한 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 단부측 정착단의 긴장재 설치높이가 중앙부측에 설치된 긴장재의 높이보다 높아지도록 된 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형.
11. 제 2 항에 있어서,

    상기 이음부에는,

    상기 이음부에 배치되는 보강철근을 지지하면서 상기 보강철근에 용접되어 결합되는 용접보강판이 더 구비됨을 특징으로 하는 프리스트레스트 강합성형.

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