KR20050006908A - Prestressed concrete composite girder - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 사용하중에 대하여 빔 단면 전체를 저항단면으로 이용할 수 있으며, 완전프리스트레싱 방식에 의한 설계가 가능하여 활하중 재하단계에서 하부플랜지 콘크리트에 인장균열이 발생하지 않도록 제어할 수 있어 빔 단면의 내구성을 증진시키고 처짐발생을 최소화 할 수 있고, 빔 상부플랜지에 형성된 강형에 의하여 하부플랜지 콘크리트에 보다 큰 압축프리스트레스를 도입할 수 있어 최종 하중단계에서 상부플랜지 콘크리트에 발생하는 압축응력의 크기를 허용응력 이내로 제어할 수 있게 되어 동일한 조건하에서 보다 낮은 형고 및 장지간의 합성빔을 제작하는 것이 가능하여 효율적이며 경제적인 합성빔을 설계, 제작할 수 있으며, U형단면의 박스형으로본 발명의 빔을 이용하는 경우 곡선교 적용에 있어 매우 유리한 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔에 관한 것이다.The present invention relates to a prestressed composite concrete beam, and more specifically, it is possible to use the entire beam cross section as a resistance section with respect to the working load, it is possible to design by the full prestressing method to tensile cracks in the lower flange concrete in the live load stage It can be controlled to prevent this from happening, so that the durability of the beam cross section can be improved and the occurrence of deflection can be minimized, and a larger compression prestress can be introduced into the lower flange concrete by the steel formed in the upper flange of the upper flange in the final loading stage. It is possible to control the size of the compressive stress generated in concrete within the allowable stress, so that it is possible to manufacture a composite beam between the lower mold height and the long span under the same conditions, so that an efficient and economical composite beam can be designed and manufactured. Box of the present invention When used, it relates to a prestressed composite concrete beam which is very advantageous for curved bridge applications.
종래의 교량용 거더로서 이용되는 프리스트레스트 콘크리트 빔(Prestressed Concrete Beam; 이하 PSC 빔)은 통상 I형 단면으로 형성되며, 상부플랜지, 하부플랜지, 복부콘크리트로 구성된다.Prestressed concrete beams (hereinafter referred to as PSC beams), which are used as conventional bridge girders, are generally formed in an I-shaped cross section and are composed of an upper flange, a lower flange, and an abdominal concrete.
특히 하부플랜지 콘크리트에는 PC강재와 같은 인장재에 의하여 압축프리스트레스가 도입되어 외부하중에 대해 충분한 강성을 확보하면서 하부플랜지 콘크리트에 적어도 내구성을 저하시키지 않는 범위 내에서 균열이 발생하는 것을 허용하고 있는데,Particularly, the lower flange concrete is compressed prestressed by a tension member such as PC steel, which allows sufficient cracking to occur in the lower flange concrete, while ensuring sufficient rigidity against external loads.
설계 방식에 따라 하부플랜지 콘크리트에 인장균열을 허용하되 균열의 정도를 제어할 수 있도록 하는 부분 프리스트레싱(Partial Prestressing) 방식과 하부플랜지 콘크리트에 인장균열을 허용하지 않는 완전프리스트레싱(Full Prestressing) 방식으로 구분된다.According to the design method, it is divided into partial prestressing method which allows tensile cracking of the lower flange concrete but controls the degree of cracking and full prestressing method which does not allow tensile cracking of the lower flange concrete. .
통상의 교량용 거더로서의 프리스트레스트 콘크리트 빔은 부분스트레싱에 의한 방식에 의해 설계되고 있는데, 이는 완전프리스트레싱 방식으로 빔을 설계하는 경우 하부플랜지 콘크리트의 인장균열 발생을 방지하기 위한 강성확보를 위하여 보다 큰 저항단면이 소요되거나 보다 높은 형고를 가지도록 빔 단면을 결정해야 하는 구조적인 문제 때문에 통상 부분프리스트레싱 방식으로 빔을 설계, 제작할 수밖에 없었다는 문제점이 있었다.Prestressed concrete beams as bridge girders are designed by partial stressing, which means that when the beams are designed in the fully prestressing manner, they are designed to provide greater rigidity to prevent tensile cracking of the lower flange concrete. Due to the structural problem of determining the cross-section of the beam so that the resistance cross section is required or has a higher mold height, there was a problem in that the beam was usually designed and manufactured by the partial prestressing method.
나아가 완전프리스트레싱 방식에 의해 빔을 제작하기 위하여 보다 많은 인장재(PC 강재)를 하부플랜지 콘크리트에 긴장 후 정착시켜 보다 큰 압축프리스트레스를 하부플랜지 콘크리트에 도입시키는 방법을 이용할 수 있지만, 이 경우 상부플랜지 콘크리트에는 인장응력이 발생하여 인장균열이 발생할 수 있다는 문제점이 있으며, 최종 활하중 재하단계에서는 빔 단면 상부플랜지에 압축응력이 발생하게 되므로 콘크리트의 압축파괴의 가능성을 배제할 수 없다는 문제점이 있었다.Furthermore, in order to fabricate the beam by the fully prestressing method, a method of introducing a larger compressive prestress into the lower flange concrete by tensioning and fixing more tension members (PC steel) in the lower flange concrete, but in this case, the upper flange concrete There is a problem that tensile stress may occur due to tensile stress, and the compressive stress is generated in the upper flange of the beam cross section in the final live load step, there is a problem that can not exclude the possibility of compression failure of the concrete.
이러한 프리스트레스트 콘크리트 빔을 기술적으로 개량한 것이 프리플렉스 합성빔(특허 제 1163호) 및 리프리스트레트 프리플렉스 강합성빔(특허 제244084호)이다.The technical improvement of such a prestressed concrete beam is a preplex composite beam (Patent No. 1163) and a refrigerate preflex rigid composite beam (Patent No. 244084).
상기 프리플렉스 합성빔은 도1a, 도1b 및 도1c와 같이 미리 I형 강형(10)에 소정의 프리플렉션하중(P1)을 재하한 상태에서 하부플랜지 주위에 콘크리트를 타설 및 양생시킴으로서 케이싱콘크리트(20)를 형성시키고 재하된 프리플렉션 하중을 제거하여, I형 강형의 탄성복원력에 의하여 케이싱콘크리트에 압축프리스트레스가 도입되도록 한 것으로서, 합성빔으로서 충분한 강성 및 내구성을 확보할 수 있고, 하부케이싱콘크리트에 도입되는 압축프리스트레스에 의하여 보다 낮은 형고 및 장지간의 교량용 거더로서 이용가능하다는 장점 때문에 많이 이용되어 왔다. 하지만 이러한 프리플렉스 합성빔은 낮은 형고 및 장지간의 빔 길이를 확보라는 근본적인 장점을 유지하기 위해서 케이싱콘크리트에 인장균열을 허용하는 부분프리스트레싱 방식에 의하여 설계되기 때문에 철저한 케이싱콘크리트의 품질관리가 엄격하게 요구되었으며, 과다한 처짐 및 피로강도가 저하된다는 문제점이 지적되고 있다.As shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, the preflex composite beam casts and cures concrete around the lower flange in a state in which a predetermined preflexion load P1 is loaded on the I-shaped steel 10 in advance. 20) is formed and the pre-loading load is removed, so that compression prestress is introduced into the casing concrete by the elastic restoring force of the I-type steel, and it is possible to secure sufficient rigidity and durability as a composite beam, and to the lower casing concrete. The compression prestress introduced has been used a lot because of the advantage of being able to use it as a lower girder height and long bridge bridge girders. However, since the preflex composite beam is designed by a partial prestressing method which allows the tensile cracking of the casing concrete in order to maintain the fundamental advantage of securing low beam height and long-term beam length, thorough casing concrete quality control is strictly required. The problem is that excessive deflection and fatigue strength are lowered.
이에 완전프리스트레싱 방식에 의해 케이싱콘크리트의 인장균열을 허용하지않으면서 프리플렉스 합성빔과 동일한 형고 및 지간을 확보하기 위해서 개발된 것이 도1d의 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔(RPF 빔)이다. 즉, 완전프리스트레싱 방식도입에 따른 케이싱콘크리트(20)에 필요한 강성을 확보하기 위하여 케이싱콘크리트 설계기준강도를 증가시키고, 케이싱콘크리트에 추가적인 압축프리스트레스를 도입하기 위하여 다수의 PC강재와 같은 인장재(30)를 긴장 후 정착시키는 것이다.Accordingly, the leafrestrest preplex composite beam (RPF beam) of FIG. 1D has been developed to secure the same height and spacing as the preflex composite beam without allowing tensile cracking of the casing concrete by the fully prestressing method. That is, in order to secure the necessary rigidity for the casing concrete 20 according to the introduction of the fully prestressing method, the tensile strength of the casing concrete, such as PC steel, is increased in order to increase the casing concrete design reference strength and to introduce additional compressive prestress to the casing concrete. Settle after tension.
이로서 프리플렉스 합성빔보다는 동일한 설계조건에서 케이싱콘크리트의 인장균열을 허용하지 않으므로 빔의 내구성을 증가시키고, 처짐을 작게 조정할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 다수의 PC 강재를 사용하므로 PSC 빔 또는 프리플렉스 합성빔에 비하여 제작비용이 증가되는 문제점이 있었다.This does not allow the tensile cracking of the casing concrete under the same design conditions than the preflex composite beam has the advantage of increasing the durability of the beam and to adjust the deflection small. However, there is a problem in that the manufacturing cost is increased compared to the PSC beam or preplexed composite beam because a plurality of PC steels are used.
또한 프리플렉스 빔 및 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔은 단면 설계시 I형 강형의 상부가 외부에 노출되도록 제작하고 실제 교각 또는 교대에 설치하는 경우에 현장에서 복부콘크리트가 타설되며, 최종적으로 바닥판콘크리트가 타설, 양생되는 방식으로 제작되는데, I형 강형의 복부에 의해 복부콘크리트가 양분되는 구조를 가지게 되기 때문에 통상 복부콘크리트가 차지하는 단면은 합성빔의 설계단면력 산정시 무시하여 유효단면에서 제외하고 설계하는 것이 일반적이다. 이에 구조적으로 저항단면으로 인정되지 않는 복부콘크리트를 타설하지 않는 무복부콘크리트로 설계, 제작하는 경우도 있으나, 이 경우 강재인 복부가 외부에 노출되기 때문에 별도의 방식처리가 필요하여 통상은 복부콘크리트를 타설하는 것으로 설계하고 있다. 즉, 복부콘크리트를 형성시킴에도 불구하고 복부콘크리트가 차지하는 단면적은 합성형 제작시 유효단면으로 고려하지 않으므로 효율적인 합성빔 단면설계가 필요하다는 문제점이 지적되었다.In addition, the preflex beam and the re-restrest preflex composite beam are manufactured so that the upper part of the I-shaped steel is exposed to the outside during the cross-sectional design, and when the concrete is installed on the actual piers or shifts, abdominal concrete is poured in the field. The abdominal concrete is divided by the abdomen of the I-shaped steel, and the cross section occupied by the abdominal concrete is generally ignored and excluded from the effective section when calculating the design section force of the composite beam. Is common. In some cases, it is designed and manufactured with an abdominal concrete that does not cast abdominal concrete that is not structurally recognized as a resistance cross section.In this case, however, the abdomen made of steel is exposed to the outside. I design it to do it. That is, despite the formation of the abdominal concrete, the cross-sectional area occupied by the abdominal concrete is pointed out as an effective cross-section in the production of the composite type, and therefore, the point that the efficient composite beam cross-sectional design is required is pointed out.
또한 실용신안등록 제 308815호의 경우에, 도1e 및 도1f와 같이 프리스트레스트 스틸철근 콘크리트 빔에 관한 것으로서, 하부 및 상부플랜지콘크리트에 T형 강판(40a,40b)을 형성시키고, 빔 양 단부에는 중앙에 설치되고, 빔 중간에는 하부플랜지콘크리트를 경유하도록 강연선(50)을 설치하여, 종국적으로 상부플랜지 콘크리트에 형성된 T형 강판(40a)에 의하여 강연선에 의해 최대한으로 도입되도록 하여 압축프리스트레스에 의해 상부플랜지콘크리트에 발생하는 인장균열을 방지할 수 있도록 함으로서 강연선에 의해 보다 많은 긴장력을 도입할 수 있고 빔의 지간을 장지간화 할 수 있으며, 또한 빔의 형고를 줄일 수 있다는 것을 장점으로 하고 있다.In addition, in the case of Utility Model Registration No. 308815, which relates to prestressed steel reinforced concrete beams as shown in FIGS. 1E and 1F, T-shaped steel sheets 40a and 40b are formed on the lower and upper flange concrete, and both ends of the beam are centered. Installed in the middle of the beam via the lower flange concrete in the middle of the beam, and is ultimately introduced by the steel wire to the maximum by the T-shaped steel sheet 40a formed in the upper flange concrete, the upper flange by the compression prestress By preventing the tension cracking occurring in the concrete, more tension can be introduced by the stranded wire, the span of the beam can be made longer, and the beam height can be reduced.
하지만 상기 실용신안등록의 경우 통상의 PSC빔 단면 내부에 별도의 T형 강판을 설치하고 강연선을 추가적으로 설치함에 따라 압축프리스트레스 도입시 상부플랜지콘크리트에 발생하는 인장균열을 방지하고 있으나, 최종단계에서는 하부플랜지 콘크리트에 균열을 허용하는 부분프리스트레싱 방법에 의한 설계하게 되므로, 이러한 부분프리스트레싱에 의한 빔 단면설계는 콘크리트 품질의 철저한 관리가 요구되며, 콘크리트와 하단에 설치한 T형 강판 접합부에서 피로강도가 저하되는 등 내구성측면에서 문제점이 발생할 우려가 있었다.However, in the case of the registration of the utility model, by installing a separate T-type steel sheet inside the PSC beam cross section and additionally installing the strand, it prevents the tensile crack generated in the upper flange concrete when the compression prestress is introduced, but in the final stage The design of the beam cross-section by partial prestressing requires thorough management of concrete quality, and the fatigue strength decreases at the joint of the T-shaped steel plate installed at the bottom. In terms of durability, there was a risk of problems.
본 발명의 목적은 콘크리트와 강재주형의 역학적거동의 장점만을 활용한 합성 콘크리트 빔의 제작 및 시공에 있어서, 종래의 프리플렉션 하중재하 공종에 의해 하부플랜지콘크리트에 미리 프리스트레스를 도입하는 공종을 하부 케이싱콘크리트에 길이방향으로 설치한 긴장재를 이용하여 프리스트레스를 도입하는 공종으로 대체하고, 콘크리트 빔 상단을 강형 부재와 합성시켜서 단면강성을 증대시킴으로서 프리플렉션 하중재하 공종없이 소요의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔을 제작함으로서 합성빔의 제작공종이 단순화되어 합성빔의 제작 및 시공의 공기단축이 가능하며, 콘크리트 빔 상단을 강형 부재와 합성함으로서 하부플랜지콘크리트에 필요한 소요의 압축프리스트레스의 크기를 증대시킬 수 있어서 콘크리트 빔 단면의 크기를 최적단면으로 적용할 수 있게 되어 합성빔 제작을 위한 공사비 절감이 가능한 프리스트레스트 합성 콘크리트빔에 관한 것이다.It is an object of the present invention to manufacture and construct a composite concrete beam utilizing only the merit of the mechanical behavior of concrete and steel molds. Substituting the prestress with a tension member installed in the longitudinal direction in the longitudinal direction, and increasing the cross-section stiffness by synthesizing the upper end of the concrete beam with the rigid member, thereby producing the required prestressed synthetic concrete beam without preflection load loading The construction of the beam is simplified, and the air shortening of the production and construction of the composite beam is possible, and the size of the concrete beam cross section can be increased by combining the top of the concrete beam with the rigid member to increase the size of the compression prestress required for the lower flange concrete. Optimal cross section The present invention relates to a prestressed composite concrete beam capable of reducing construction costs for composite beam production.
본 발명의 또 다른 목적은 완전프리스트레싱 방식에 의하여 하부플랜지 콘크리트에 인장균열을 허용하지 않으면서 하부플랜지 콘크리트에 충분한 압축프리스트레스를 도입할 수 있도록 하여 보다 낮은 형고 및 장지간의 빔 제작이 가능하며, 과도한 처짐 및 이로 인한 내구성저하를 방지할 수 있으며, 피로강도의 저하를 방지할 수 있고, 충분한 압축프리스트레스 도입에 의한 상부플랜지 콘크리트의 인장균열을 방지할 수 있도록 하며, 전체 콘크리트 빔 단면의 크기를 증가되지 않도록 상부플랜지 콘크리트 단면을 줄이는 대신 하부플랜지 콘크리트 폭을 상부플랜지 콘크리트 폭보다 넓게 하여 빔 설치시 전도현상을 방지할 수 있으면서 하부플랜지 콘크리트에 다수의 PC강재와 같은 인장재를 배치할 수 있도록 하고, 복부를 포함한 콘크리트 단면전체를 유효한 저항단면으로 설계할 수 있어 효율적이며 경제적인 프리스트레스 합성 콘크리트빔 제작을 가능하게 하는 것이다.Another object of the present invention is to allow the introduction of a sufficient compression prestress to the lower flange concrete without allowing the tensile cracks in the lower flange concrete by the fully pre-stressing method, it is possible to produce a beam between the lower mold and the long span, excessive deflection And it can prevent the deterioration of durability, it is possible to prevent the reduction of fatigue strength, to prevent the tensile cracking of the upper flange concrete by the introduction of sufficient compression prestress, and not to increase the size of the entire concrete beam cross section Instead of reducing the upper flange concrete section, the width of the lower flange concrete is wider than the width of the upper flange concrete to prevent the conduction phenomenon when installing the beam, and it is possible to arrange the tension material such as the PC steel in the lower flange concrete, including the abdomen Concrete cross section It can be designed as an effective resistance cross section to enable efficient and economical prestressed composite concrete beam production.
도1a, 도1b 및 도1c는 종래의 프리플렉스 합성빔의 제작과정 및 단면도를 도시한 것이고,Figures 1a, 1b and 1c shows a manufacturing process and a cross-sectional view of a conventional preflex composite beam,
도1d는 종래의 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔의 단면도를 도시한 것이며,Figure 1d illustrates a cross-sectional view of a conventional leafrestrest preflex composite beam,
도1e 및 도1f는 다른 종래의 PSC 빔의 예를 도시한 것이다.1E and 1F show examples of other conventional PSC beams.
도2a 및 도2b는 본 발명의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔이 I형 단면으로 제작된 경우의 단면도 및 정면도를 도시한 것이고,2A and 2B show a cross-sectional view and a front view when the prestressed synthetic concrete beam of the present invention is manufactured in an I-shaped cross section,
도2c는 본 발명의 빔이 U형 단면을 가진 박스거더 형태로 제작된 상태를 단면도이고,Figure 2c is a cross-sectional view of a state in which the beam of the present invention is manufactured in the form of a box girder having a U-shaped cross section,
도2d는 본 발명의 빔이 I형 단면을 가지고 빔 상부에 형성된 강형에 추가적인 임시 인장재를 설치한 경우의 단면도 및 정면도를 도시한 것이다.Figure 2d shows a cross-sectional view and a front view in the case where the beam of the present invention has an I-shaped cross section and additional temporary tension member is installed in the steel formed on top of the beam.
도3a, 도3b 및 도3c는 본 발명의 빔에 바닥판콘크리트가 형성된 상태의 예를 도시한 것이다.3A, 3B and 3C show an example of a state in which the bottom plate concrete is formed in the beam of the present invention.
도4a 및 도4b는 본 발명의 빔을 분절하여 제작하는 경우 및 양 단부에 강형이 제외된 경우를 도시한 것이고,4A and 4B illustrate a case in which the beam of the present invention is manufactured by segmenting and a case in which the steel is excluded at both ends,
도4c는 양 단부에 강형이 제외된 발명의 빔을 분절하여 제작한 상태를 도시한 것이다.Figure 4c shows a state produced by segmenting the beam of the invention without the rigid at both ends.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100:본 발명의 I형 단면의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔100: Prestressed synthetic concrete beam of cross section I of the present invention
100a,100b,100c:본 발명의 분절된 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔100a, 100b, 100c: segmented prestressed composite concrete beam of the present invention
110:인장재 120:하부플랜지콘크리트110: tensile material 120: lower flange concrete
130:복부 140:상부플랜지콘크리트130: Abdomen 140: Upper flange concrete
150:강형 200:바닥판콘크리트150: steel type 200: bottom plate concrete
300:본 발명의 U형 단면의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔300: prestressed synthetic concrete beam of U-shaped cross section of the present invention
본 발명은 완전프리스트레싱 방식의 빔 제작을 위하여 하부플랜지콘크리트의 폭을 통상의 하부플랜지 폭보다 넓게 하여 다수의 PC 강재(PC 강연선 등)와 같은 인장재가 형성되어 긴장 후 정착될 수 있도록 함으로서 하부플랜지 콘크리트에 도입되어야 하는 압축 프리스트레스를 충분히 확보할 수 있도록 한다. 또한, 콘크리트 빔과 상부 강형을 합성시키고, 하부플랜지 콘크리트 단면 폭의 증가에 따라 상부플랜지 콘크리트의 단면 폭을 감소시켜서 전체 단면의 중립축의 위치를 효율적으로 조정하여 콘크리트 단면의 크기가 증가되지 않으므로 빔 제작비용의 증가를 방지한다.According to the present invention, the width of the lower flange concrete is wider than the width of the lower flange for the fabrication of the fully prestressed beam, so that a plurality of tension members such as PC steels (PC strands, etc.) are formed so that the lower flange concrete can be fixed after tension. Ensure sufficient compression prestress to be introduced into the system. In addition, by combining the concrete beam and the upper steel, and reducing the cross-sectional width of the upper flange concrete in accordance with the increase in the cross-sectional width of the lower flange, the position of the neutral axis of the entire cross-section is effectively adjusted to increase the size of the concrete cross section Prevent the increase of costs;
이에 상기 인장재의 긴장 및 그 정착에 의하여 최종 하중재하단계에서 하부플랜지 콘크리트의 인장균열(이하 하부인장균열)을 허용하지 않는 반면 하부플랜지콘크리트에 도입되는 압축프리스트레스에 의하여 상부플랜지 콘크리트에 인장균열(이하 상부인장균열)이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이를 방지하기 위해 상부플랜지 콘크리트로부터 돌출 형성되는 강형을 설치하되, 감소된 상부플랜지 콘크리트 폭과 관련하여 보다 큰 단면 강성확보를 위해 상부플랜지 콘크리트 위로 돌출되도록 한다.Therefore, the tension crack and the fixing of the tension member do not allow the tensile cracking (hereinafter lower tensile crack) of the lower flange concrete in the final loading step, while the tensile crack (to the lower flange concrete) by compression prestress introduced into the lower flange concrete Upper tensile cracking) may occur. In order to prevent this, in the present invention, a steel is formed to protrude from the upper flange concrete, but in order to secure a larger cross-sectional rigidity with respect to the reduced width of the upper flange concrete to protrude above the upper flange concrete.
또한 복부콘크리트 내부에 강형이 매립되어 단면 설계시 복부콘크리트의 단면을 유효단면으로 고려하지 않는 방식과는 달리 상기 강형을 복부에 포함되지 않도록 하여 복부콘크리트의 단면도 유효한 빔 단면에 포함될 수 있도록 함을 기술적 특징으로 한다.In addition, unlike the method that does not consider the cross-section of the abdominal concrete as an effective section when the cross section is embedded inside the abdominal concrete, it is not included in the abdomen so that the cross section of the abdominal concrete can be included in the effective beam cross section It features.
이에 본 발명의 기술적 특징에 따른 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Thus, the most preferred embodiment that can be easily implemented by those skilled in the art to the prestressed composite concrete beam according to the technical features of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2a 및 도2b는 본 발명의 합성빔이 I형 단면을 가지며 상부에 강형(150)이 형성된 빔(100)으로 제작된 상태를 단면도 및 정면도로 도시한 것이고, 도2c는 본 발명의 합성빔이 U형 단면을 가진 박스거더(300) 형태로 제작된 상태를 단면도로 도시한 것이며, 도2d는 본 발명의 합성빔이 본 발명의 I형 단면을 가지며, 합성빔 상부에 형성된 강형에 추가적인 인장재(110b)를 설치한 경우를 도시한 것이다.Figures 2a and 2b is a cross-sectional view and a front view showing a state in which the composite beam of the present invention is made of a beam 100 having an I-shaped cross-section and the steel 150 is formed on top, Figure 2c is a composite beam of the present invention This is a cross-sectional view showing a state manufactured in the form of a box girder 300 having a U-shaped cross section, Figure 2d shows that the composite beam of the present invention has an I-shaped cross section of the present invention, an additional tension member to the steel formed on the composite beam The case where 110b is provided is shown.
도3a, 도3b 및 도3c는 본 발명의 I형 단면을 가지는 빔에 있어 상부플랜지 콘크리트에 형성되는 강형(150)의 여러 종류의 형상에 따라 바닥판콘크리트(200)와 결합된 상태를 도시한 것이며,Figures 3a, 3b and 3c shows a state coupled to the bottom plate concrete 200 according to the various types of steel 150 formed in the upper flange concrete in the beam having an I-shaped cross section of the present invention Will be
도4a는 본 발명의 빔이 분절제작된 경우의 빔(100a,100b,100c)을 정면도로 도시한 것이고, 도4b는 본 발명의 빔이 분절제작된 경우에 있어 강형(150)이 빔 양 단부를 제외한 중앙구간의 빔(100b)에만 설치된 경우를 도시한 것이며,Figure 4a shows a front view of the beam (100a, 100b, 100c) when the beam of the present invention is segmented, Figure 4b shows that the rigid 150 is both ends of the beam when the beam of the present invention is segmented It is shown that the case is installed only in the beam 100b of the center section except for,
도4c는 본 발명의 합성빔을 분절제작된 경우로서, 중앙구간의 빔(100b)에만 강형을 설치한 합성빔의 정면도로 도시한 것이다.FIG. 4C is a front view of a composite beam in which a composite beam of the present invention is segmented and provided with only a beam only in the beam section 100b of the center section.
본 발명의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔(100)은 인장재가 형성된 하부플랜지(120), 복부(130) 및 상부플랜지(140) 콘크리트로 구성되는 프리스트레스트 콘크리트 빔에서, 강형(150)이 상부플랜지 콘크리트(140)로부터 외부로 돌출되도록 형성되며, 상부플랜지 콘크리트의 폭은 좁고 이에 반하여 하부플랜지 콘크리트의폭은 넓도록 형성되고 하부플랜지 콘크리트 내부에 다수의 PC강재와 같은 인장재(110)가 형성된다.Prestressed synthetic concrete beam 100 of the present invention is a prestressed concrete beam consisting of a lower flange 120, the abdomen 130 and the upper flange 140 concrete is formed with a tension material, the rigid 150 is the upper flange concrete ( 140 is formed to protrude to the outside, the width of the upper flange concrete is narrow, while the width of the lower flange concrete is formed to be wide and the tension member 110, such as a plurality of PC steel is formed in the lower flange concrete.
하부플랜지 콘크리트(120)는 도2a와 같이 내부에 PC 강재와 같은 인장재(110)가 형성되는데 상기 인장재의 긴장 및 정착에 의하여 하부플랜지콘크리트에 압축프리스트레스가 도입되며, 상기 도입되는 압축프리스트레스의 양은 정량적으로 하부플랜지 콘크리트가 외부하중에 의하여 인장균열이 발생하지 않도록 즉, 완전프리스트레싱 방식으로 제작될 수 있도록 결정된다.The lower flange concrete 120 has a tension member 110, such as PC steel, is formed therein as shown in Figure 2a, the compression prestress is introduced to the lower flange concrete by the tension and fixing of the tension material, the amount of the compression prestress is introduced quantitatively The lower flange concrete is determined so that the tensile crack does not occur due to the external load, that is, it can be manufactured in a completely prestressing method.
PC 강재와 같은 인장재(110)는 비접착식 또는 접착식 PC 강연선 등을 이용할 수 있고, 강연선에 한정되는 것은 아니며 통상의 교량가설에 사용하는 인장재를 사용할 수 있다.The tension member 110, such as PC steel, may use a non-adhesive or adhesive PC strand, and the like, and is not limited to the strand, and may use a tension member used for a conventional bridge construction.
완전프리트스레싱 방식에 따라 하부플랜지 콘크리트에 압축 프리스트레스가 도입되는 경우 보다 많은 인장재의 설치가 필요하게 되므로 하부플랜지 콘크리트의 폭(d1)을 넓혀 필요한 피복두께를 확보할 수 있도록 하며, 인장재(110)는 도2b와 같이 형성되는 합성단면의 중립축과 어느 정도 이격된 하부플랜지 콘크리트에 형성되도록 하여 도입되는 압축프리스트레스가 편심으로 작용하도록 하여 보다 효율적인 인장재의 이용이 가능하며, 합성빔 양 단부 복부에 포물선 형상으로 설치를 병행할 수 있다.When compression prestress is introduced to the lower flange concrete according to the completely free thrashing method, more tension members are required to be installed, thereby widening the width d1 of the lower flange concrete to secure the necessary coating thickness, and the tension member 110. 2b is formed in the lower flange concrete spaced apart from the neutral axis of the composite cross-section formed as shown in Figure 2b so that the compression prestress is introduced to act as an eccentricity, it is possible to use a more efficient tension material, parabolic shape on both ends of the composite beam Installation can be done in parallel.
또한 빔 설치시 빔을 횡방향으로 서로 연결시키는 가로보를 설치하게 되는데, 통상 상기 가로보는 바닥판콘크리트 타설과 함께 현장에서 제작된다. 이에 가로보 및 바닥판콘트리트 타설시 발생하는 충격 등에 의하여 빔의 전도가 발생가능성이 크게 되는데 본 발명에서는 하부플랜지 콘크리트 폭을 넓게 함으로서 빔의 전도를 방지할 수 있게 된다.In addition, when the beam is installed to install the cross beams connecting the beams to each other in the transverse direction, the cross beam is usually manufactured in the field with the bottom plate concrete pouring. Accordingly, the possibility of the beam conduction is increased due to the impact generated when the cross beam and the bottom plate concrete are placed. In the present invention, the width of the lower flange concrete can be widened to prevent the beam conduction.
또한 빔의 복부(130)는 일정한 폭을 가지면서 하부플랜지 콘크리트 상부에 형성되는데 빔 복부가 전단력 또는 비틀림을 저항하는 것으로 가정하여 단면 설계시 빔의 강성을 결정하는 유효단면으로 포함하지 않던 것을 본 발명에서는 도1c 및 도1d의 종래 프리플렉스 합성빔 또는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성빔과 같이 복부가 강형(10)에 의하여 구분되지 않도록 하여 빔 단면 설계시 빔의 강성을 결정하는 유효단면으로 기능하도록 한다.In addition, the abdomen 130 of the beam is formed on the lower flange concrete while having a constant width, but the beam abdomen is assumed to resist the shear force or torsion does not include as an effective section to determine the rigidity of the beam in the cross-sectional design In FIG. 1C and FIG. 1D, the abdomen is not distinguished by the rigid 10, as in the conventional preplex composite beam or the leafrest preplex composite beam of FIG. .
빔의 상부플랜지 콘크리트(140)는 하부플랜지 콘크리트의 폭이 넓어짐에 따라 콘크리트 단면적이 증가됨을 고려하여 최소한의 폭(d2)이 형성되도록 한다. 이에 본 발명의 합성빔은 상부플랜지 콘크리트 폭이 하부플랜지콘크리트 폭보다 좁게 형성되며, 이는 종래의 합성빔의 상부 및 하부플랜지 콘크리트 폭이 거의 동일한 경우와 비교하여 형고를 낮게 하고 보다 장지간의 빔을 제작하기 위한 목적을 달성하기 위한 구성이 된다.The upper flange concrete 140 of the beam allows the minimum width d2 to be formed in consideration of the increase in the cross-sectional area of the concrete as the width of the lower flange concrete increases. Therefore, the composite beam of the present invention is formed in the width of the upper flange concrete is narrower than the width of the lower flange concrete, which is lower than the case where the width of the upper and lower flange concrete of the conventional composite beam is almost the same, making the beam between the longer and longer It becomes a structure for achieving the objective for this.
상부플랜지 콘크리트에는 하부플랜지 콘크리트에 도입되는 압축프리스트레스에 의하여 인장응력이 발생할 수 있는데 이러한 인장균열은 빔의 취성파괴를 발생시킬 수 있으므로 하부플랜지 콘크리트에 도입되는 압축프리스트레스 양의 제한을 요구하게 된다. 본 발명에서는 이러한 인장균열의 발생을 방지하기 위해 상부플랜지 콘크리트에 강형을 형성시킨다.In the upper flange concrete, the tensile stress may be generated by the compression prestress introduced into the lower flange concrete. Such tensile cracking may cause brittle fracture of the beam, thereby requiring a limit of the amount of the compression prestress introduced into the lower flange concrete. In the present invention, in order to prevent the occurrence of the tensile cracks to form a steel in the upper flange concrete.
3a는 특히 강형(150)이 "ㅜ" 형상으로 형성된 경우에 있어 빔의 단면도 및상기 빔 상부에 바닥판콘크리트(200)가 형성된 경우를 도시한 것으로서, 강형의 하부는 상부플랜지 콘크리트(140)에 매입되고, 강형의 상부는 상부플랜지 콘크리트 위로 돌출되도록 한 것이다. 위로 돌출되는 높이에 따라 빔의 전체 휨 강성이 커지므로 보다 효율적으로 상부플랜지 콘크리트의 인장균열을 방지할 수 있으나, 형고에 따라 돌출정도가 조정될 수 있다.3a illustrates a cross-sectional view of the beam and a case in which the bottom plate concrete 200 is formed on the beam, especially when the steel 150 is formed in a “tt” shape, and the lower portion of the steel is formed on the upper flange concrete 140. Buried, the upper part of the steel is to project over the upper flange concrete. The total bending stiffness of the beam increases according to the height protruding upward, thereby preventing the tensile cracking of the upper flange concrete more efficiently, but the degree of protrusion may be adjusted according to the height of the beam.
도3b는 강형(150)이 "I" 형상으로 형성된 경우에 있어 빔의 단면도 및 상기 빔 상부에 바닥판콘크리트(200)가 형성된 경우를 도시한 것으로서, 강형의 하부는 상부플랜지 콘크리트(140)에 매입되고, 강형의 상부는 상부플랜지 콘크리트 위로 돌출되도록 한 것이다.3B illustrates a cross-sectional view of the beam and a case in which the bottom plate concrete 200 is formed on the beam when the steel 150 is formed in an “I” shape, and the lower portion of the steel is formed on the upper flange concrete 140. Buried, the upper part of the steel is to project over the upper flange concrete.
도3c는 강형(150)이 "I" 형상으로 형성되며 강형의 하부가 상부플랜지 콘크리트(140)에 매입되지 않고 콘크리트 상부면에 형성되는 경우를 도시한 것으로서, 특히 강형과 콘크리트 빔을 별도로 제작하는 경우에도 이용될 수 있음을 도시한 것이다. 즉, 공장에서 프리캐스트 프리스트레스 콘크리트 빔을 소정의 길이(분절 또는 일체로 제작)로 제작하고 이에 따라 강형도 콘크리트 빔의 길이에 따라 서로 분리 또는 결합하여 제작한 상태에서, 현장에 반입하여 분절되어 제작된 경우에는 현장에서 일체화시키고, 일체로 제작된 경우에는 직접 교각 또는 교대 위에 거치하는 방식으로 교량을 시공할 경우에 강형과 콘크리트 빔이 서로 분리되어 제작될 수 있음을 도시한 것이다. 또한 상기 강형의 형상은 상술된 형상 이외에도 다양한 형상으로 변경이 가능하며, 상부플랜지 콘크리트와의 합성성능을 증대시키기 위하여 스터드 및 연결철물 등과 같은 연결구도 다양한 선택에 의하여 채택될 수 있다.3c illustrates a case in which the steel mold 150 is formed in an “I” shape and the lower portion of the steel mold is formed on the upper surface of the concrete rather than being embedded in the upper flange concrete 140. It is shown that it can also be used. In other words, the precast prestressed concrete beams are manufactured at a predetermined length (segment or integrally manufactured) at the factory, and are separated and combined with each other according to the length of the rigidity concrete beams, and are then brought into the site and segmented. If it is integrated in the field, and if manufactured integrally when the bridge is constructed in such a way that is mounted directly on the pier or alternating steel and concrete beams can be produced separately from each other. In addition, the shape of the steel can be changed to a variety of shapes in addition to the above-described shape, in order to increase the composite performance with the upper flange concrete can also be adopted by various choices such as studs and connecting hardware.
결국 본 발명의 빔은 상부 및 하부플랜지 콘크리트에 인장균열이 발생되지 않도록 하면서 하부플랜지 콘크리트에 도입되는 압축프리스트레스를 보다 크게 도입될 수 있도록 하여 동일한 지간을 기준으로 형고를 더욱 낮출 수 있으며, 동일한 형고를 기준으로 지간장을 더 길게 할 수 있으며 하부플랜지 콘크리트의 과도한 처짐을 방지할 수 있어 피로강도의 저하를 방지할 수 있고, 빔 단면 전체를 강성 확보를 위한 유효단면으로 활용할 수 있게 되어 효율적인 빔 설계가 가능하다.As a result, the beam of the present invention can further increase the compression prestress introduced into the lower flange concrete while preventing tensile cracks from occurring in the upper and lower flange concretes, thereby lowering the height of the mold based on the same space. As a standard, the longer span can be made longer, and the excessive deflection of the lower flange concrete can be prevented, so that the fatigue strength can be prevented from being lowered, and the entire beam cross section can be utilized as an effective section for securing rigidity, enabling efficient beam design. Do.
도2c는 본 발명의 빔을 U형 단면의 박스거더(300)로 형성시킨 경우를 도시한 것이다. 즉 하부플랜지 콘크리트(310) 양 측면에 형성되는 복부판(320)의 상부플랜지 콘크리트(321) 위에 각각 강형(330)을 형성시킨 경우를 도시한 것으로서, I형 단면으로 빔을 제작하는 경우와는 달리 U형 박스거더로 제작함으로서 휨강성 및 뒤틀림 강성을 보다 크게 확보할 수 있다는 장점이외에 곡선교로 교량을 시공할 필요가 있는 경우에 이용할 수 있다는 장점이 있다. 즉 U형 단면으로 빔을 제작하되, I형 단면으로 제작되는 빔과 동일하게 복부판을 구성시킴으로서 상술된 기술적 효과 이외의 곡선교에 적용이 용이하도록 한 것이다. 또한 인장재(340)의 경우 양 단부로부터 중간을 경유하면서 포물선형상으로 박스거더 내부에 노출된 정착장치에 인장재(340a)를 긴장 후 정착시켜 설치할 수 있으며 더불어 복부판 내부에 인장재(340b)가 매립되도록 설치할 수 있다.Figure 2c shows a case where the beam of the present invention is formed of a box girder 300 of the U-shaped cross section. That is, a case in which the steel 330 is formed on the upper flange concrete 321 of the abdominal plate 320 formed on both side surfaces of the lower flange concrete 310 is shown. In addition to the advantages of being able to secure more flexural and torsional rigidity by making a U-shaped box girder, it can be used when it is necessary to construct bridges with curved bridges. That is, the U-shaped cross section is manufactured, but the abdominal plate is configured in the same way as the beam manufactured in the I-shaped cross section so that it is easy to apply to the curved bridge other than the above-described technical effect. In addition, in the case of the tension member 340, the tension member 340a may be fixed and installed in a fixing apparatus exposed inside the box girder in a parabolic shape while passing through the middle from both ends, and the tension member 340b is embedded in the abdominal plate. Can be.
도2d는 본 발명의 도2b의 합성빔에 있어 합성빔 상부에 형성된 강형에 추가적인 인장재가 설치된 다른 실시예의 합성빔 단면도 및 정면도이다. 상기 도2d의 합성빔은 특히 장지간의 교량에 본 발명의 빔을 적용하는 경우를 나타낸 것으로서하부플랜지 콘크리트(120)에 도입되는 압축프리스트레스의 크기를 증가시키기 위하여 상부 강형(150)에 임시 인장재(160)를 배치하여 하부플랜지 콘크리트에 압축프리스트레스를 도입할 때 상부 임시 인장재도 동시에 인장시킨 후, 최종 바닥판콘크리트(200)을 타설하여 합성시키고, 상기 임시 인장재를 제거함으로서 바닥판 콘크리트 상단의 압축응력은 감소시키고, 콘크리트 빔 하단의 압축응력을 증가시키게 되어 합성빔의 장지간화를 도모할 수 있다.FIG. 2D is a cross-sectional view and a front view of another embodiment of the composite beam of FIG. 2B of the present invention in which an additional tension member is installed in the steel formed on the composite beam. The composite beam of FIG. 2d illustrates a case where the beam of the present invention is applied to the bridge between long sections, in particular, to increase the size of the compression prestress introduced into the lower flange concrete 120. ) By simultaneously placing the upper temporary tension member when compressing prestress is introduced to the lower flange concrete, and then placing and compounding the final bottom concrete 200, and compressing the upper deck concrete by removing the temporary tension member. It can reduce and increase the compressive stress at the bottom of the concrete beam, thereby making the composite beam longer.
도4a는 도2b의 합성콘크리트 콘크리트 빔을 분절한 상태의 빔의 정면도(100a,100b,100c)를 도시한 것으로서, 양 단부 빔(100a,100c)보다는 중간 빔(100b)이 길게 3등분된 빔으로 제작하고, 하부플랜지 콘크리트(120)에 설치되는 인장재(110)의 경우도 중간 빔에서는 공장제작시 프리텐션 방식 또는 포스트텐션 방식에 의하여 먼저 인장재(110a)에 의하여 압축프리스트레스를 도입시켜 빔 자중 등을 고려하여 제작하고, 각 빔에 별도의 쉬스관(160)을 형성시켜 현장에서 추후 인장재(100c)의 설치에 의한 압축프리스트레스가 도입 시기 및 회수를 달리하여 도입될 수 있음을 도시한 것이다. 분절된 각 빔의 하부플랜지 콘크리트(100a,100b,100c)에는 미리 쉬스관(160)만 형성시키고, 현장에서 인장재의 양을 조절하여 단계적으로 일체로 조립된 빔에 압축프리스트레스가 도입되도록 함으로서 보다 효율적인 빔 단면 설계 및 시공이 가능하도록 한다.FIG. 4A illustrates front views 100a, 100b, and 100c of the beam in the state of segmenting the composite concrete beam of FIG. 2b, wherein the intermediate beam 100b is divided into three long portions, rather than both end beams 100a and 100c. In the case of the tension member 110, which is made of a beam and installed on the lower flange concrete 120, in the intermediate beam, the compression prestress is first introduced by the tension member 110a by the pretension method or the post-tension method at the time of factory manufacturing. In consideration of the manufacture, and by forming a separate sheath pipe 160 in each beam, it is shown that the compression prestress by the installation of the tension member (100c) in the field can be introduced at different times and times of introduction. In the lower flange concrete (100a, 100b, 100c) of each segmented beam, only the sheath tube 160 is formed in advance, and the compression prestress is introduced to the beam assembled in stages by controlling the amount of the tension member in the field. To enable beam cross section design and construction.
도4b는 특히 본 발명의 빔에 설치되는 강형(150)이 양 단부를 제외한 중앙부분에만 배치된 상태 즉, 빔의 길이보다 작게 안쪽에 형성된 경우를 도시한 것인데, 이는 상부플랜지 콘크리트에 발생되는 인장균열을 발생시키는 휨모멘트가 빔의 양단부에서는 크지 않다는 것을 고려한 것으로서 이로서 강형 제작비용을 절감할 수 있게 된다는 장점이 있으며, 강형의 형성 길이는 빔의 길이를 고려하여 변경할 수 있다. 도4c는 도4a와 같이 분절된 빔(100a,100b, 100c)의 정면도로서, 특히 중앙 빔(100b)이 길게 3등분된 빔으로 제작하고 강형이 중간 빔(100b)에만 설치된 경우를 도시한 것으로서 빔 단부에는 별도의 강형을 설치하지 않아, 빔 분절 제작시 별도로 빔에 강형이 형성되지 않은 경우를 도시한 것이다.Figure 4b shows a case in which the steel 150 is installed only in the center portion excluding both ends, that is, formed in the inside smaller than the length of the beam, in particular, the tension generated in the upper flange concrete Considering that the bending moment causing the crack is not large at both ends of the beam, this has the advantage of reducing the manufacturing cost of the steel, and the formation length of the steel can be changed in consideration of the length of the beam. FIG. 4C is a front view of the divided beams 100a, 100b, and 100c as shown in FIG. 4a. In particular, FIG. 4c illustrates a case in which the center beam 100b is made of a long three-piece beam and the steel is installed only in the intermediate beam 100b. Since the beam end is not provided with a separate rigidity, it shows a case in which no rigidity is formed on the beam separately during fabrication of the beam segment.
본 발명의 프리스트레스트 합성 콘크리트 빔은 재료적 특성에 따른 부재력의 분포 및 특성을 합리적으로 고려하여, 콘크리트 빔 상단에 강형을 매입하여 합성시킨 후 하부플랜지 콘크리트에 압축 프리스트레스를 도입시킴으로서, 강형과 콘크리트의 합성단면에 프리스트레스를 도입시키는 종래의 프리플렉션 제작공법 또는 리프리스트레스트 합성빔 제작 공법과 비교하여 빔의 단면을 대폭 감소시켜 경제적이면서도, 종래의 프리플렉스 합성빔의 형고를 유지할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 상부플랜지 콘크리트에 설치된 강형에 의하여 콘크리트 빔 상연의 인장균열을 방지할 수 있으며, 압축 프리스트레스 도입에 따른 콘크리트 빔 상단의 크리프 및 건조수축에 의한 시간 의존적 프리스트레스 손실을 감소시킴으로서, 구조적으로 안전하고, 정확한 프리스트레스 도입과 단면감소효과에 따른 공사비 절감이 가능하다. 따라서, 본 발명의 합성빔은 보다 효율적인 단면설계 및 시공에 의하여 교량을 보다 낮은 형고 및 장지간으로 시공할 수 있으며 처짐감소 및 피로강도향상과 같은 내구성 증진효과를 기대할 수 있어 합리적이며 경제적인 교량시공이 가능하다.Prestressed composite concrete beam of the present invention by considering the distribution and characteristics of the member force according to the material characteristics, by inserting the steel on the top of the concrete beam to synthesize the compressive prestress into the lower flange concrete, Compared with the conventional preflection fabrication method or the re-restrest composite beam fabrication method in which the prestress is introduced into the composite section, the cross section of the beam can be greatly reduced and economical, and there is an advantage of maintaining the height of the conventional preflex composite beam. In addition, it is possible to prevent the tensile cracking of the upper edge of the concrete beam by the steel installed in the upper flange concrete, structurally safe by reducing the time-dependent prestress loss due to creep and dry shrinkage of the top of the concrete beam due to the introduction of compression prestress, It is possible to reduce construction cost by introducing accurate prestress and reducing section. Therefore, the composite beam of the present invention can be constructed at lower heights and longer spans by the more efficient cross-section design and construction, and it is possible to expect durability enhancement effects such as sag reduction and fatigue strength improvement, thereby making rational and economical bridge construction. This is possible.
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