KR20060046151A - 프리캐스트 콘크리트 합성 아이-빔 - Google Patents

Abstract

강재 거더와, 이 강재 거더의 상단과 하단에 합성되는 상부 및 하부 콘크리트 패널로 구성되며, 강재 거더의 웨브는 길이방향으로 굴곡진 파형 형상을 가진 파형강판으로 구성되어 상기 웨브의 좌굴내력을 향상시키고, 강재 거더 및 이와 합성된 상하부 콘크리트 패널을 단위 길이로 프리캐스트 방식으로 제작한 후, 인접하는 파형강판 사이를 상호 연결하여 일체화하는 파형강판 웨브를 구비한 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔이 개시된다.

파형강판, I-빔, 프리캐스트, 분절, 공장제작, 시공성

Description

프리캐스트 콘크리트 합성 아이-빔{Precast Composition I-Beam with Concrete Panel and Corrugated Steel Web Girder}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 합성 I-빔을 보여주는 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 합성 I-빔에 구비되는 강재 거더의 개략적인 사시도이다.

도 3a 및 도 3b는 다수개로 분할된 본 발명에 따른 합성 I-빔을 연결하여 일체화한 형상을 보여주는 개략적인 측면도이다.

도 4a 내지 도 4b는 각각 도 3b에서의 A-A, B-B를 따라 절단한 개략적인 단면도이다.

본 발명은 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔에 관한 것으로서, 특히 파형강판으로 구성된 강재 거더의 상부와 하부에 콘크리트 패널을 합성시켜 빔의 단면 강성을 증대시킨 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 단위 길이로 제작하여 인접하는 파형강판 사이를 상호 연결 함과 동시에 상부 및 하부 콘크리트 패널의 연결부에 콘크리트를 타설 양생하여 전체적으로 일체화할 수 있는 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔에 관련한다.

일반적으로 교량에는 빔(Beam) 교량과 박스형(Box type) 교량이 있다.

박스형 교량은 네 면을 파형강판으로 구성하고 상부 및 하부 파형강판에 슬래브 콘크리트를 타설하거나, 양쪽 복부(Web)를 파형강판으로 하고 상부와 하부는 파형강판이 매립되는 슬래브 콘크리트로 구성하여 전체적으로 박스형상으로 제작한다. 전자의 경우는 한국공개특허공보 제2003-37259호에 그 내용이 개시되어 있고, 후자의 경우는 일본공개특허공보 평14-030614호에 그 내용이 개시되어 있다.

특히, 후자의 경우가 일반적으로, 하부 슬래브용 철근을 조립하고 여기에 파형강판을 세워서 브레이싱으로 가조립한 상태에서 하부 슬래브 큰크리트를 타설한 후, 다시 상부 슬래브용 철근을 조립하여 상부 슬래브 콘크리트를 타설한다.

이와 같은 박스형 교량은 시공순서와 방법이 상당히 복잡하고 가조립 공정에서 브레이싱을 설치해야하는 등 공사비가 고가이며 특수한 대형교량에만 적용된다.

한편, 빔 교량은 박스형 교량과는 달리 박스형상을 구성하는 것이 아니라 다수개의 빔을 세워서 나란히 배치하고 상부에 슬래크 콘크리트를 타설하는 구조로서, 빔에는 콘크리트 I-빔과 스틸 I-빔이 적용된다.

콘크리트 I-빔은 근본적으로 일정한 길이 단위로 다수개 분할하여 공장 제작하고 현장에서 연결하는 것이 불가능하였다. 그 이유는 큰크리트빔을 다수개로 분할할 경우, 각 단위의 이음 연결을 완전하게 할 수 없으며, 특히 이음부에서의 전 단이 문제가 된다.

또한, 스틸 I-빔의 경우, 다수개의 단위로 분할하여 공장 제작하고 이를 현장에서 각 이음부를 용접 또는 볼트 등을 이용하여 연결할 수는 있다. 그러나, 스틸 I-빔은 복부 뿐만 아니라 상하부 플랜지가 모두 철제로 구성되어 있어 공사비가 상당히 고가이며, 특히 교량기술의 핵심기술인 프리스트레싱을 도입할 수 없어 짧은 지간의 교량에만 채택되고 있다.

따라서, 본 발명은 I-빔으로서 이러한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 개념의 합성 I-빔을 제공하기 위하여 제안된다.

본 발명의 목적은 다수개의 단위 길이로 공장 제작하여 현장에서의 시공이 용이하면서 공사비가 저렴하고, 공정을 단축할 수 있으며, 품질관리가 용이한 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 프리스트레싱을 도입하여 각 단위 길이의 연결을 더욱 견고히 함과 동시에 지간이 긴 중대형 교량건설에 적합한 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적과 특징 및 이점들은 이하에 서술되는 실시예로부터 보다 명확하게 이해될 것이다.

본 발명에 따르면, 강재 거더와, 이 강재 거더의 상단과 하단에 합성되는 상부 및 하부 콘크리트 패널로 구성되며, 강재 거더의 웨브는 길이방향으로 굴곡진 파형 형상을 가진 파형강판으로 구성되어 상기 웨브의 좌굴내력을 향상시키고, 강재 거더 및 이와 합성된 상하부 콘크리트 패널을 단위 길이로 프리캐스트 방식으로 제작한 후, 인접하는 파형강판 사이를 상호 연결하여 일체화한 파형강판 웨브를 구비한 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔이 개시된다.

바람직하게, 하부 콘크리트 패널에는 파형강판을 중심으로 양측에 각각 긴장재가 배치되어 포스트텐션 방식으로 긴장되어 프리스트레스 힘을 도입할 수 있다.

바람직하게, 강재 거더의 상부와 하부에는 복수개의 관통공이 형성되고 관통공에는 길이방향에 직교하는 방향으로 결합철근이 삽입 배치되어, 결합철근이 상부 및 하부 콘크리트 패널에 매립되도록 할 수 있다.

바람직하게, 인접하는 상하부 콘크리트 패널의 연결부에 콘크리트를 추가로 타설하여 양생할 수 있으며, 보다 바람직하게, 상하부 콘크리트 패널의 연결부에 타설되는 콘크리트는 상호 연결되는 파형강판을 덮도록 타설될 수 있다.

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 합성 I-빔을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 합성 I-빔에 구비되는 강재 거더의 개략적인 사시도이다.

도 1과 도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 합성 I-빔(1)은 강재 거더(10)와, 강재 거더(10)의 상부와 하부에 일체로 결합되는 콘크리트 패널(30)(40)로 구성된 다. 본 발명에 따르면, 강재 거더(10)는 합성 I-빔의 종방향(길이방향)으로 일정하게 파형의 주름이 잡혀진 파형강판(20)으로 이루어진다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서는 파형강판(20)은, 그 파형의 모양이 소정의 각도를 가진 사다리꼴 형상을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 파형강판(20)에 형성된 파형의 모양은 반드시 사다리꼴에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 사인파(sine wave)나 코사인파(cosine wave)와 같은 삼각함수 곡선으로 이루어진 파형 모양을 가질 수도 있으며, 그 외에도 다양한 파형 모양을 가질 수 있다.

강재 거더(10)에서 파형강판(20)의 상부 및 하부에는 상부 및 하부 콘크리트 패널(30)(40)이 합성된다.

예를 들어, 도 2를 참조하면, 강재 거더(10)의 상단과 하단에 근접하는 부분, 즉 상부 및 하부 콘크리트 패널(30, 40)이 합성되는 부분에 길이방향으로 다수의 관통공(21)이 형성된다.

관통공(21)에는 강재 거더(10)의 횡방향으로 소정 길이의 결합철근(22)이 관통되어 배치된다.

이와 같이, 강재 거더(10)의 상부와 하부가 각각 상부 및 하부 콘크리트 패널(30, 40)에 매립될 때, 결합철근(22)이 상부 및 하부 콘크리트 패널(30, 40)에 일체로 매립되므로, 강재 거더(10)와 콘크리트 패널(30, 40)이 견고하게 결합되어 합성된다.

결합철근(22)이 관통공(21)에 끼워져 배치되는 구성은 일 예에 지나지 않으며, 콘크리트 패널(30, 40)에 매립되어 결합력을 향상시킬 수 있는 어떠한 구조도 가능하다.

한편, 선택적으로, 상부 콘크리트 패널(30) 위에는, 추후 콘크리트 슬래브와의 견고한 전단연결을 위하여 돌출된 형태의 철근 등으로 이루어진 전단연결재(31)가 구비된다. 전단연결재(31)는 콘크리트 슬래브에 매립되어 기계적인 작용을 통하여 합성 I-빔과 콘크리트 슬래브의 견고한 전단연결을 이루게 된다.

한편, 바람직하게, 하부 콘크리트 패널(40)에는 결합철근과는 별도로 긴장재가 설치되어, 합성 I-빔에 프리스트레스를 도입하게 된다. 구체적으로, 하부 콘크리트 패널(40) 내에 쉬스관(41)을 매립한 후, 그 내부에 긴장재(42)를 배치하여, 단위 길이의 강재 거더(10)를 연결하여 일체로 설치한 후, 긴장재(42)를 긴장, 정착하므로써 하부 콘크리트 패널(40)에 긴장력을 도입하여 각 단위 길이의 합성 I-빔의 연결을 더욱 견고하게 함과 동시에 연결된 상태에서 전체 합성 I-빔에 프리스트레스력을 도입하여 합성 I-빔의 내력을 보다 증대시킨다.

본 발명의 상부 및 하부 콘크리트 패널(30)(40)은 공장에서 미리 단위 길이의 강재 거더(10)와 합성되도록 프리캐스트 방식으로 제작되고 현장으로 이송되어 원하는 개수의 강재 거더를 연결하여 일체화 할 수 있다.

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 상부 및 하부 콘크리트 패널(30)(40)과 합성되는 강재 거더(10)의 웨브를 굴곡진 형상의 파형강판(20)으로 제작한다. 이렇게 파형강판(20)으로 이루어진 강재 거더(10)는, 파형강판(20)의 단면 형상에 의하여 큰 단면계수를 가지게 되므로, 강재 거더(10)의 수직방향으로 즉, 형고 방향으로 높은 좌굴내력을 가지게 된다.

강재 거더(10)를 종래의 기술에서처럼 단순한 평판으로 이루어진 웨브를 가지도록 구성하게 되면, 상기 강재 거더(10)의 웨브는 마치 기둥처럼 작용하게 된다. 따라서, 소정 정도 이상의 수직하중이 작용하게 되면 웨브 자체에 좌굴이 발생하여 강재 거더(10)에 큰 변형을 야기하게 된다.

그러나 본 발명에서는 강재 거더(10)의 웨브를 파형강판(20)으로 제작하여 그 단면 강성을 향상시키므로, 강재 거더(10)의 웨브가 기둥 구조물처럼 거동하더라도 강한 좌굴내력을 가지게 된다. 따라서 이러한 본 발명에서는 형고가 높더라도 웨브에 좌굴이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 강재 거더(10)의 웨브를 별도의 콘크리트에 매립하지 아니하므로, 일반적인 콘크리트 거더(프리스트레스트 콘크리트 I빔)에 비하여 그 자중을 줄일 수 있으며, 따라서 교량의 장대화에 매우 유리하다.

또한, 하부 콘크리트 패널(40)에 긴장재(42)를 배치하여 긴장력을 도입할 수 있으므로, 합성 I-빔의 내력을 더욱 증진시킬 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 다수개로 분할된 본 발명에 따른 합성 I-빔을 연결하여 일체화한 형상을 보여주는 개략적인 측면도이다.

예를 들어 50m 정도의 긴 지간을 가지는 합성 I-빔을 전체 1개의 부재로 제작하여 현장으로 운송하기가 현실적으로 거의 불가능하다. 그러나 본 발명의 경우에는, 1개의 빔을 몇 개의 단위 길이로 구분하여 각각 공장에서 제작한 후, 이를 현장으로 이송하여 간편하게 연결하여 긴 지간을 가지는 하나의 합성 I-빔을 용이하게 시공할 수 있게 된다.

도 3a 및 도 3b에는 1개의 합성 I-빔이 3개의 단위 길이로 분할 제작되어 결합된 예가 도시되어 있고, 도 4a 내지 도 4b에는 각각 도 3b에서의 A-A, B-B에 따라 절단한 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 우선 1개의 합성 I-빔을 몇 개의 단위 길이로 나누어서, 파형강판 웨브를 가지는 콘크리트 합성 I-빔으로 공장에서 제작한다.

이와 같이 제작된 각 단위 길이의 콘크리트 합성 I-빔을 현장으로 이송한 후, 인접하는 강재 거더(10)의 웨브를 볼트, 용접 등의 방법으로 연결하여 하나의 합성 I-빔을 형성시키고, 바람직하게 인접하는 강재 거더(10)의 상부와 하부 콘크리트 패널 연결부는 콘크리트를 타설 양생하여 완전한 하나의 합성 I-빔을 제작한다.

이때, 바람직하게, 상하부 콘크리트 패널의 연결부에 타설되는 콘크리트는 상호 연결되는 파형강판을 덮도록 타설될 수 있다.

보다 바람직하게, 강재 거더(10)의 파형강판(20)의 측단부는 상부 및 하부 콘크리트 패널(30)(40) 보다 더 돌출되도록 돌출부(20a)를 구성하여 인접하는 파형강판들(20) 간의 결합이 용이하도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 3a와 같이, 인접하는 파형강판(20)의 돌출부(20a)에 볼트 구멍을 천공하고 연결강판(70)을 덧대어 연결한다.

그러나, 돌출부(20a)를 형성하지 않더라도 보강판 등을 덧대어 볼트 결합이나 용접 등의 방법으로 인접하는 파형강판들(20)을 결합할 수 있음은 물론이다.

또한, 인접하는 강재 거더(10)의 하부 콘크리트 패널(40) 사이의 연결부에는 별도의 연결쉬스관(43)을 설치하여 합성 I-빔의 전구간에 걸쳐서 쉬스관이 완전히 연통되도록 하고 전구간에 걸쳐 관통 연결된 쉬스관 내에는 긴장재를 배치하며, 연결부에 콘크리트를 타설 양생한 후, 긴장재를 긴장하여 정착하므로써 합성 I-빔의 전 구간에 걸쳐 하부 콘크리트 패널에 프리스트레스가 도입되도록 한다. 도 3a에 있어서 양측의 합성 I-빔 단부에서 긴장재(41)가 정착되는 부분은 화살표로 간략화하여 도시하였다.

이와 같이 각 강재 거더를 지상에 연결하여 일체로 제작한 콘크리트 합성 I-빔을 교대 또는 교각 위에 가설한 후, 상부 슬래브 콘크리트를 타설 양생하여 본 발명에 의한 교량을 완성한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경과 변형을 가할 수 있으며, 이러한 변경과 변형은 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 한, 본 발명의 범주에 속할 것이다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 합성 I-빔을 단위 길이로 분할하여 공장에서 프리캐스트 방식으로 일관된 공정에 따라 제작한 후, 현장에서 각 단위 길이의 합성 I-빔을 파형강판과 상부 및 하부 콘크리트 패널을 이용하여 연결함으로써 공정을 단축하고 품질관리가 용이하며 더욱 더 경제적인 합성 I-빔을 제작할 수 있다.

또한, 강재 거더의 웨브를 파형강판으로 제작하여 그 단면 강성을 향상시키므로, 강한 좌굴내력을 가지도록 하며, 그에 따라 합성 I-빔의 형고를 종래에 비하 여 월등히 크게 할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 하부 슬래브 큰크리트를 타설하고, 브레이싱을 설치해야 하는 박스형 교량용 파형강판과는 구조적으로 구별되며, 시공에 소요되는 비용 등을 줄여 시공 경제성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 웨브 복부에 콘크리트를 타설할 필요가 없기 때문에 자중 경감 효과를 발휘하게 되며, 그에 따라 교량의 장대화에 매우 유리하다.

특히, 본 발명에서는 하부 콘크리트 패널에 긴장재를 배치하여 그에 의한 프리스트레스 힘을 합성 I-빔에 도입하게 되므로, 합성 I-빔의 내력을 더욱 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 강재 거더와, 상기 강재 거더의 상단과 하단에 합성되는 상부 및 하부 콘크리트 패널로 구성되며,

   상기 강재 거더의 웨브는 길이방향으로 굴곡진 파형 형상을 가진 파형강판으로 구성되어 상기 웨브의 좌굴내력을 향상시키고,

   상기 강재 거더 및 이와 합성된 상하부 콘크리트 패널을 단위 길이로 프리캐스트 방식으로 제작한 후, 인접하는 파형강판 사이를 상호 연결하여 일체화하는 것을 특징으로 하는 파형강판 웨브를 구비한 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부 콘크리트 패널에는 상기 파형강판을 중심으로 양측에 각각 긴장재가 배치되어 포스트텐션 방식으로 긴장되어 프리스트레스 힘을 도입하도록 한 것을 특징으로 하는 파형강판 웨브를 구비한 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 강재 거더의 상부와 하부에는 복수개의 관통공이 형성되고 상기 관통공에는 상기 길이방향에 직교하는 방향으로 결합철근이 삽입 배치되어, 상기 결합철근이 상기 상부 및 하부 콘크리트 패널에 매립되는 것을 특징으로 하는 파형강판 웨브를 구비한 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 인접하는 상하부 콘크리트 패널의 연결부에 콘크리트를 추가로 타설하여 양생하는 것을 특징으로 하는 파형강판 웨브를 구비한 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 상하부 콘크리트 패널의 연결부에 타설되는 콘크리트는 상기 상호 연결되는 파형강판 부분을 덮도록 타설되는 것을 특징으로 하는 파형강판 웨브를 구비한 프리캐스트 콘크리트 합성 I-빔.

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