KR20050110455A - 교량용 박스거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량의 상부구조물(교량슬래브 등)을 교각과 같은 교량의 하부구조물 위에서 지지하는 거더(GIRDER) 중 박스구조물 형태로 제작되는 교량용 박스거더에 관한 것으로써, 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 포함하는 박스거더에 있어서, 내부에 설치된 긴장재에 의하여 압축응력이 도입된 상부플랜지; 판재로 폐합된 내부에 충진재가 충전된 합성부재로써, 상기 상부플랜지 하부면에 소정간격을 두고 하방으로 각각 연장되어 설치된 복부; 및 상기 복부의 하부에 형성되고, 횡방향으로 서로 연결되지 않고 분리되어 형성된 하부플랜지;를 포함하며, 상기 복부 및 하부플랜지에 의하여 형성된 내부 박스공간의 하부가 개방된 것을 특징으로 한다.

Description

교량용 박스거더{Box girder for bridge}

본 발명은 교량용 박스거더에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 교량의 상부구조물(교량슬래브 등)을 교각과 같은 교량의 하부구조물 위에서 지지하는 거더(GIRDER) 중 박스구조물 형태로 제작되는 교량용 박스거더에 관한 것이다.

종래의 교량용 박스거더는 강재 또는 철근콘크리트 구조물로 제작되는 것이 일반적이며, 특히 ILM(Incremental Launching Method) 공법에 이용되는 박스거더는 현장에 설치된 박스거더 제작장에서, 도 1a와 같이 거푸집시스템(10)을 이용하여 폐합된 내부박스공간(S1)이 형성되도록 제작된다.

즉, 도 1b와 같이 거푸집시스템에 의하여 박스거더(20)는 상부플랜지(21), 복부(22) 및 하부플랜지(23)로 구성되도록 제작되며, 내부는 통상 사다리꼴 형상의 폐합된 내부박스공간(S1)이 형성되도록 제작된다.

상기 박스거더(20)의 제작과정을 구체적으로 살펴보면, 도 1c 및 도 1d와 같이 먼저 박스거더 제작장에 설치된 하부플랜지거푸집유니트(11) 및 복부거푸집유니트(12)에 콘크리트를 타설하여 1차로 하부플랜지(23) 및 복부(22)를 먼저 완성시키게 된다.

이어 상부플랜지(21)를 형성시키기 위하여 위가 개방된 내부박스공간에 내부거푸집유니트(13)를 박스거더 제작장 후방에서, 레일과 같은 이동수단을 이용하여 밀어 삽입시켜 내부거푸집유니트(13)를 하부플랜지(23) 위에 위치시키고, 내부거푸집유니트(13) 상부에 콘크리트를 타설함으로써 상부플랜지(21)가 형성되도록 한다.

이와 같이 박스거더(10)를 구성하는 하부플랜지(23), 복부(22) 및 상부플랜지(21)가 완성되면 하부플랜지거푸집유니트(11) 및 복부거푸집유니트(12)를 도 1e와 같이 다운시키거나 벌어지도록 하여 거푸집을 탈형시키고, 내부거푸집유니트(13)는 다시 제작장 후방으로 이동시켜 추가적인 박스거더 제작을 위해 대기상태로 하고, 탈형된 박스거더는 전방(교량이 형성되는 방향)으로 다른 기계적수단을 이용하여 압출되어 최종적으로 소정의 길이를 가지는 교량이 완성될 수 있게 된다.

이때, 통상 상기 거푸집유니트들(11,12,13)은 시스템화 되어있어 기계적인 장치에 의하여 조작하게 되지만, 특히 내부거푸집유니트(13)의 경우 계속 전방,후방으로 이동시켜가면서 박스거더를 제작하기 때문에, 내부거푸집유니트의 설치 및 해체작업이 반복될 수 밖에 없어 제작공정이 복잡해지고, 박스거더 제작공기의 지연되는 주요 요인이 되고 이로써 공사비 증가의 원인이 된다는 문제점이 지적되었다.

이러한 문제점은 결국 박스거더의 단면형상이 폐합된 박스구조 단면을 고수하였기 때문이라고 할 수 있다.

즉 폐합된 박스구조 단면(S1)을 형성시키기 위해서는 먼저 전체적으로 U자 형상의 하부플랜지(23) 및 복부(22)를 1차로 제작하고, 내부거푸집유니트(13)를 하부플랜지 및 복부 안쪽에 위치시키고, 복부에 상부플랜지(21)가 얹어져 형성되도록 거푸집시스템을 운용해야 하기 때문에, 박스거더 제작공정의 시공성이 매우 복잡하고, 이에 따라 박스거더 제작 공기지연 및 공사비 증대의 원인이 항상 존재할 수 밖에 없다는 구조적인 문제점이 있었다.

나아가 종래의 거푸집시스템은 적어도 박스거더의 하부플랜지, 복부 및 상부플랜지를 형성시키기 위한 거푸집유니트들을 필수적으로 구비해야 하는 바, 거푸집설치량이 박스거더 단면크기에 따라 비례적으로 증대될 수밖에 없어 결국 거푸집시스템 제작비용의 증대는 박스거더 제작비용의 상승을 초래할 수 밖에 없다는 문제점이 지적되었다.

본 발명의 목적은 박스거더 제작공정을 단순화시키면서 박스거더제작을 위한 거푸집의 설치량을 감소시킬 수 있는 새로운 단면형상 및 구성을 가진 교량용 박스거더를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 박스거더 단면을 구조적으로 효율적으로 형성시킬 수 있어 경량이면서도 구조적인 강성을 충분히 발휘할 수 있는 교량용 박스거더를 제공하는 것이다.

상기 기술적과제를 달성하기 위하여 본 발명은

첫째, 박스거더의 단면을 구성함에 있어, 복부 및 하부플랜지에 의하여 형성되는 내부박스공간의 하부가 개방되도록 함으로써, 종래의 거푸집시스템에서 필수적인 내부거푸집유니트의 설치, 해체작업공정을 없앨 수 있도록 하였다. 즉, 상부플랜지를 형성시키기 위하여 내부거푸집유니트를 설치한 후 후방으로 이동시키는 공정이 필요 없도록 하부플랜지가 분리되어 형성된 박스거더 단면구조를 제공하게 된다.

둘째, 판재 내부에 콘크리트를 충전시켜 제작된 합성부재인 복부가 상기 하부플랜지에 각각 형성되도록 하여, 복부를 형성하기 위한 거푸집유니트 없이 전체적으로 하부플랜지거푸집유니트 및 상부플랜지거푸집유니트만을 구비한 거푸집시스템으로도 교량용 박스거더가 제작될 수 있도록 하였다.

셋째, 박스거더의 상부플랜지에 횡방향으로 긴장재를 설치하고 긴장 후 정착시킴으로서 상부플랜지 형성을 위해 필요한 콘크리트의 양 및 철근량을 줄일 수 있어 구조적으로 보다 효율적이고 경량인 교량용 박스거더가 제작될 수 있도록 하였다.

넷째, 분리된 하부플랜지 구조를 가지는 박스거더의 구조적인 강성을 증진시키기 위하여 복부 사이에 가로보가 설치될 수 있도록 하였다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명의 교량용 박스거더(100)는 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 포함하는 박스거더에 있어서,내부에 설치된 긴장재(111)에 의하여 압축응력이 도입된 상부플랜지(110); 판재로 폐합된 내부에 충진재가 충전된 합성부재로써, 상기 상부플랜지 하부면에 소정간격을 두고 하방으로 각각 연장되어 설치된 복부(120); 및 상기 복부의 하부에 형성되고, 횡방향으로 서로 연결되지 않고 분리되어 형성된 하부플랜지(130);를 포함하여 구성될 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 교량용 박스거더(100)의 사시도 및 단면도를 도시한 것으로써,

상부플랜지(110)는 박스거더(100)의 상부를 구성하게 되는데, 본 발명에서는 횡방향으로 내부에 긴장재(111)가 설치되어, 긴장 후 양 측단에 정착된 긴장재에 의하여 상부플랜지(110)에 압축응력이 도입된다는데 특징이 있다.

통상 상부플랜지(110)는 철근콘크리트로 제작된다. 상부플랜지는 상부로부터 전달되는 하중에 저항하기 위하여 소정의 상부플랜지 단면의 크기 및 배근되어야 할 철근량이 미리 결정된다. 본 발명에서는 상부플랜지 내부에 횡방향으로 PSC 강재(111)를 설치한 후 긴장 후 정착시킴으로써 상부플랜지의 휨강성 등을 증진시켜 보다 슬랜더한 상부플랜지 단면구성이 가능하도록 하고, 상대적으로 소요되는 콘크리트 및 철근량을 감소시킬 수 있도록 하고, 무엇보다도 상부플랜지가 차지하는 중량을 줄임으로써 ILM 교량시공과 같이 박스거더의 압출이 보다 용이해질 수 있도록 하였다.

상기 복부(120)는 상부플랜지 하부면에 접하여 횡방향으로 연장된 상부플랜지부(121); 상기 상부플랜지부 하부면에 콘크리트가 충전되도록 소정의 간격을 두고 하방으로 연장되어 설치된 강재플레이트(122); 및 상기 강재플레이트 사이에 충전된 콘크리트(123);를 포함하여 구성된다.

이와 같은 복부(120)는 결국 상기 강재플레이트가 거푸집의 역할을 함으로써 복부를 상부플랜지 하부면에 형성시키기 위하여 종래의 박스거더 제작용 거푸집시스템의 복부거푸집유니트 없이도 복부의 제작이 가능해지게 되며, 강재플레이트를 사용하는 경우 복부 내부에 배근되는 철근의 기능을 가질 수 있기 때문에 복부철근 배근작업을 생략할 수 있어 시공성이 매우 증진되는 장점이 있다.

상부플랜지부(121)는 상부플랜지(110)에 복부(120)가 연결될 수 있도록 소정의 박스거더의 종방향으로 연장되어 소정의 길이 및 폭으로 제작되며 전체적으로 수평플레이트로 제작될 수도 있고, 후술되는 강재플레이트(122) 내부에 콘크리트가 충전될 수 있도록 강재플레이트(122) 양쪽 단부로부터 수평으로 연장되도록 할 수 있다.

상부플랜지부(121) 상부면에는 상부플랜지와의 결합을 위하여 스터드와 같은 전단연결재(124)를 설치하는 것이 바람직하다.

강재플레이트(122)는 상부플랜지부(121) 하부에 소정의 간격을 가지고 하방으로 연장되어 설치됨으로써 그 내부에 콘크리트(123)를 충전시킬 수 있어 거푸집의 기능을 기본적으로 가지게 된다. 내면에는 다수의 전단연결재(124)를 설치하여 충전된 콘크리트(123)와 강재플레이트(122)가 일체화될 수 있다. 결국, 본 발명의 복부(120)는 강재와 콘크리트의 합성부재로 제작된다. 강재로 제작되기 때문에 내부에 철근을 배근함이 없어도 철근의 역할을 강제플레이트가 대신할 수 있으며, 부식을 방지하기 위하여 방청처리된 강재 및 부식되지 않는 재질로 제작된 강재를 이용할 수 있다. 전체적으로 사각단면의 장방형으로 제작되는 것이 제작상 유리하며 도 2a 및 도 2b에서는 수직으로 형성되어 있으나 경사지게 형성될 수 있다.

콘크리트(123)는 모르타르를 포함하며 상부플랜지와 동일한 콘크리트를 사용할 수 도 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 강재플레이트(122)에 의하여 형성된 내부공간에 밀실하게 충전될 수 있도록 한다.

복부(120)의 하부는 후술되는 하부플랜지 내부에 매입되도록 할 수도 있고, 상기 상부플랜지부(121)와 같이 하부플랜지 상부면에 접하도록 설치할 수 도 있다. 바람직하게는 하부플랜지 내부에 매입되게 함으로써 철근의 기능을 충분히 발휘할 수 있도록 한다.

하부플랜지(130)는 장방형의 철근콘크리트로 제작된다. 복부(120)의 하부와 연결되고, 각 복부(120)에 별도로 형성되어 분리된 구조가 된다.

즉, 복부(120)의 하부에 형성된 하부플랜지(130)는 서로 연결되지 않아, 상기 복부(120)와 하부플랜지(130)에 의하여 형성된 내부박스공간(S2)는 하부가 개방되어 형성된다.

개방된 내부박스공간(S2)은 종래의 ILM 교량시공방법에 의한 박스거더 거푸집시스템에 있어서, 내부거푸집유니트의 설치 및 해체작업공정을 생략하기 위한 수단이되다. 즉, 종래의 박스거더 거푸집시스템에서는 박스거더의 전방 또는 후방으로부터 박스거더의 내부박스공간 하부플랜지 위에 이동시킨 내부거푸집유니트를 그대로 존치시키는 경우, 박스거더의 전방 압출이 내부거푸집유니트에 의하여 방해받을 뿐만 아니라 압출된 박스거더와 함께 압출되므로 재사용이 어렵다는 문제점이 있어 박스거더 압출 전에 내부거푸집유니트를 다시 빼내는 공종 즉, 해체공정이 필수적인데, 본 발명과 같이 하부플랜지가 분리되어 있는 구조에서는 내부거푸집유니트를 거푸집시스템을 구성하는 기초대에 고정시켜 놓는 경우 설치 및 해체작업이 필요없을 뿐만 아니라 압출 시 방해가 되지 않으며, 압출되는 박스거더와 함께 이동될 우려도 없게 된다.

나아가 본 발명의 합성부재인 복부(120)를 이용하는 경우 별도의 내부거푸집유니트를 설치할 필요성이 없어지므로 결국, 박스거더 거푸집시스템 운용이 매우 용이하게 되어 시공성도 매우 증진된다.

하부플랜지가 분리되어 내부박스공간 하부가 개방된 박스거더에서는 하부플랜지와 복부가 분리되어 있으므로 폐합된 박스거더와 비교하여 외력에 저항하는 강성의 차이가 있을 수 있다. 이에 본 발명에서는 복부와 복부 사이에 횡방향으로 가로보(140)를 설치할 수 있다.

도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 상기 가로보(140)의 제작과정 및 최종완성된 가로보(140)의 단면도 및 사시도를 도시한 것으로써, 빔 형상의 판재 내부에 충전된 콘크리트로 제작된 합성부재로 제작된다.

상기 가로보(140)는 합성부재로써 상부가 개방된 ㄷ 자형 하부강재저판(141); 상기 하부강재저판 한 쪽 단부에 체결구에 의하여 연결된 ㄱ 자형 제 1상부강재접판(142); 상기 하부강재저판 다른 한 쪽 단부에 체결구에 의하여 연결된 ㄱ 자형 제 2상부강재접판(143); 및 상기 하부강재저판, 제 1 및 제 2상부강재접판을 조립한 상태에서, 하나의 상부접판의 연결을 풀어 형성된 공간으로 충진된 콘크리트(144);로 제작될 수 있다.

결국 복부(120)과 마찬가지로 외피라고 볼 수 있는 강재와 그 내부에 충전되 형성된 콘크리트의 합성부재로 제작되므로, 가로보 제작을 위한 거푸집설치 및 내부철근배근공정을 생략할 수 있을 뿐만 아니라 강재로 제작된 복부(120)에 보다 용이하게 연결시킬 수 있다는 장점이 있게 된다.

하부강재저판(141)은 상부가 개방된 ㄷ 자형 저판이며, 제 1상부강재접판(142)과 제 2상부강재접판(143)이 양 상부에 볼트 및 너트를 포함하는 체결구(145)에 의하여 전체적으로 사각단면의 빔 형상으로 조립될 수 있고, 어느 하나의 상부강재접판에 설치된 체결구를 해체하여 내부공간에 콘크리트(144)가 충전될 수 있도록 한다. 복부(120) 사이의 거리를 고려하여 전체길이를 정하면 되고, 복부 사이에 종방향으로 다수의 프리캐스트 화된 가로보(140)가 설치되도록 할 수 있다.

상기 가로보(140)를 복부(120)에 연결하는 수단이 본 발명의 가로보연결부재(150)이다. 도 2a 및 도 2b에서는 판재를 사다리꼴 단면으로 제작한 후, 가로보의 양 단부 또는 복부의 내면에 미리 설치되도록 하고, 가로보를 복부에 볼트 또는 용접에 의하여 설치할 수 있도록 한다. 바람직하게는 미리 복부 내면에 가로보연결부재를 설치하고, 상기 복부에 설치된 가로보연결부재에 가로보를 볼트 또는 용접에 의하여 연결시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 교량용 박스거더는 박스거더 단면을 이중합성구조로 제작함으로써 단면강성증대 및 슬림화를 가능하게 하고, 그 제작을 위한 거푸집시스템을 단순화시켜 제작공정을 간편화하여 공기단축 및 공사비절감이 가능하며, 프리캐스트 방식으로 가로보를 제작하여 복부 사이에 설치함으로써 시공성이 증진되며, 박스거더의 상부플랜지의 횡방향으로 긴장재를 설치하여 보다 효율적인 상부플랜지 단면을 구성할 수 있어 전체 박스거더의 자중을 감소시킬 수 있어 내부단면력을 줄일 수 있게 된다.

도 1a는 종래의 ILM 교량용 박스거더를 제작하기 위한 거푸집시스템 및 압출전 제작된 박스거더 단면도이며,

도 1b는 종래의 폐합된 내부박스공간이 형성된 교량용 박스거더이다.

도 1c, 도 1d 및 도 1e는 종래의 박스거더 거푸집시스템의 제작공정을 순서대로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 교량용 박스거더의 단면도 및 사시도를 도시한 것이다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 가로보의 제작과정 및 최종 완성된 가로보의 사시도를 도시한 것이다.

<주요 도면부호의 설명>

100:교량용 박스거더 110:상부플랜지

120:복부 130:하부플랜지

140:가로보 150:가로보연결부재

Claims (8)

1. 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 포함하는 박스거더에 있어서,

   내부에 설치된 긴장재(111)에 의하여 압축응력이 도입된 상부플랜지(110); 판재로 폐합된 내부에 충진재가 충전된 합성부재로써, 상기 상부플랜지 하부면에 소정간격을 두고 하방으로 각각 연장되어 설치된 복부(120); 및

   상기 복부의 하부에 형성되고, 횡방향으로 서로 연결되지 않고 분리되어 형성된 하부플랜지(130);를 포함하며, 상기 복부 및 하부플랜지에 의하여 형성된 내부 박스공간의 하부가 개방된 것을 특징으로 하는 박스거더.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 긴장재(111)는 PSC 강재를 이용하고,

   상기 상부플랜지(110) 및 하부플랜지(130)는 철근콘크리트로 제작되고,

   상기 복부(120)를 구성하는 판재는 강재플레이트로 조립된 장방형부재로 제작되고, 충진재는 모르타르를 포함한 콘크리트가 이용되는 것을 특징으로 하는 박스거더.
3. 제 2항에 있어서, 상기 복부(120)는

   상부플랜지 하부면에 접하여 횡방향으로 연장된 상부플랜지부(121);

   상기 상부플랜지부 하부면에 콘크리트가 충전되도록 소정의 간격을 두고 하방으로 연장되어 설치된 강재플레이트(122); 및

   상기 강재플레이트 사이에 충전된 콘크리트(123);

   를 포함하며, 상기 강재플레이트 내부면 또는 상부플랜지부 상부면에 전단연결재가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 박스거더.
4. 제 2항에 있어서, 상기 하부플랜지(130)는 장방형 철근콘크리트부재로써, 복부(120)에 하부가 내부에 매립되거나 복부(120) 하부면에 접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박스거더.
5. 제 2항에 있어서, 상기 복부 내면 사이에 횡방향으로 가로보(140)가 더 설치되고, 상기 가로보는 빔 형상의 판재 내부에 충전된 콘크리트로 제작된 합성부재인 것을 특징으로 하는 박스거더.
6. 제 5항에 있어서, 상기 가로보(140)는

   상부가 개방된 ㄷ 자형 하부강재저판(141);

   상기 하부강재저판 한 쪽 단부에 체결구에 의하여 연결된 ㄱ 자형 제 1상부강재접판(142);

   상기 하부저판 다른 한 쪽 단부에 체결구에 의하여 연결된 ㄱ 자형 제 2상부강재접판(143); 및

   상기 하부저판, 제 1 및 제 2상부강재접판을 조립한 상태에서, 하나의 상부접판의 연결을 풀어 형성된 공간으로 충진된 콘크리트(144);에 의하여 합성부재로 제작되는 것을 특징으로 하는 박스거더.
7. 제 6항에 있어서, 상기 가로보(140)는 가로보연결부재(150)에 의하여 복부 사이에 부착되며, 상기 가로보연결부재(150)는 가로보 양 단부에 형성되거나 복부 양 단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 박스거더.
8. 제 7항에 있어서, 상기 가로보연결부재(150)는 가로보 양 단부가 볼트 및 너트에 의하여 연결되는 강재연결부재이거나, 가로보 양 단부에 용접된 강재연결부재인 것을 특징으로 하는 박스거더.