KR20060063221A - 분할재긴장에 의한 리프리스트레스트 프리플랙스강합성빔의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낮은 형고로 더욱 안정적이고 경제적인 교량을 건설할 수 있도록 하는 분할재긴장에 의한 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔교에 관한 것으로서, 종래의 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔은 강재 및 PC강선의 프리스트레스 손실량이 많아 콘크리트 하부플랜지에 인장 균열이 발생할 수 있고, 강합성 빔의 강성이 작아 프리스트레스의 장기손실에 의한 프리스트레스 감소로 인하여 빔의 하향 처짐량이 많이 발생하는 문제점이 있었으며, 프리플랙션 하중을 도입할 때 복부에 수직보강재가 부족하여 복부좌굴에 의해 스틸I거더가 종종 전도 되어 파괴되는 경우가 있었다.

본 발명은 도 3 내지 도 5와 같이 릴리이즈 직후 PC강선을 1차로 긴장하되 필요긴장력의 일부분만 하고, 프리스트레스의 즉시손실인 탄성손실이 발생되고, 시간에 지배되는 장기손실인 크리이프, 건조수축, 스틸I거더의 강재 및 PC강선의 릴렉세이션의 초기손실이 발생된 후에 분할 재긴장할 수 있도록 하여, 프리스트레스손실에 의해 발생하는 긴장력을 최종 긴장시 추가하여 긴장함으로써, PC강선의 단위면적당 긴장력을 증가시켜 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔의 안정성 및 경제성을 향상시켰으며, 또한 프리플랙션 하중재하 때만 필요하고 릴리이즈 후에는 불필요한 임시수직보강재(6)를 볼트연결에 의해 임시로 사용하였다가 릴리이즈 후에는 보울트를 풀어 제거하여 또 다른 스틸I거더의 복부에 재사용할 수 있게 한 것이다.

Description

분할재긴장에 의한 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔의 제작방법{Manufacturing method for represtressed preflex steel composite beam by division-retension.}

도 1 은 강재의 양측면에 다수의 수직보강재가 용접 결합된 종래의 강재 측면도,

도 2 는 장기처짐을 고려한 교량의 종단선형도,

도 3 은 강재의 양측면에 결합·분리 가능한 수직보강재를 갖춘 본 발명에 따른 강재 측면도,

도 4 (a) 는 본 발명에 따른 강재의 사시도,

도 4 (b) 는 본 발명에 따른 강재의 수직보강재 사시도,

도 4 (c) 는 도 2 의 A-A선 확대도,

도 5 (a) 내지 (f) 는 본 발명에 따른 강합성빔의 제작방법을 순차적으로 나타낸 공정도,

도 6 는 시간에 따른 강합성빔의 압축 응력 손실을 나타낸 도표,

도 7 은 강합성빔의 확대단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 - 강합성빔, 2 - 상부플랜지,

3 - 하부플랜지, 4 - 스틸I거더,

5 - 복부, 6 - 임시수직보강재,

7 - 기판, 8 - 볼트구멍,

9 - 수직재, 10 - 볼트,

11 - 콘크리트하부플랜지, 12 - 복부천공홀.

본 발명은 언본디드 PC강선을 이용한 분할재긴장 방법에 의한 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔 제작방법에 관한 것이다.

종래의 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔은 하부콘크리트플랜지에 압축응력 도입시 프리플랙션하중 제거(릴리이즈)에 의한 복귀변형으로 프리스트레스 도입직 후, 필요한 긴장력을 얻기 위해 여러 개의 PC강선을 하나씩 긴장하므로, 하나씩 긴장할 때마다 부재는 탄성수축을 하여 제일마지막에 긴장할 때는 제일 먼저 긴장한 PC강선은 상당한 탄성수축에 의한 프리스트레스 탄성손실이 발생하며, 또한 긴장력 도입 후에는 도 5 와 같이 시간이 지남에 따라 발생되는 크리이프, 건조수축, 스틸I거더의 강재 및 PC강선의 릴렉세이션에 의한 프리스트레스 손실로 PC강선이 허용응력보다 상당히 적은 인장응력이 남게 되므로 상대적으로 리프리스트레스 트 프리플랙스 강합성빔의 하부에는 압축응력을 작게 발생시키게 되어 구조물의 안전에도 문제가 있을 수 있고, PC강선의 사용량 증가에 의한 제작비용이 상승하는 문제가 있으며, 또한 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔은 장기프리스트레스 손실에 의한 장기 처짐량이 많고, 장기처짐량을 고려하여 상향으로 솟은 상태에서 교량을 준공하므로 도 2 와 같이 교량준공 후 솟음량과 최종 솟음량의 차이로 인해 차량의 주행성이 매우 불량하며, 과도한 상향 처짐에 의한 시각적인 불안감을 조성하게 되고, 또한 장기 처짐량은 정확한 이론이 없어 정확한 예측이 어려우므로 장기처짐이 발생한 후에도 원하고자 하는 최종 솟음 상태를 유지하기가 쉽지 않다는 문제점이 있다.

또한 프리플랙션 하중을 도입하기 전에 스틸I거더의 복부에 도 1 과 같은 수직보강재(13)를 용접하여 스틸I거더의 좌굴을 방지하도록 함으로서 수직보강재를 재사용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 결점을 개선한 것으로서 콘크리트 하부플랜지의 인장균열의 발생을 방지하고 장기처짐을 방지하여 차량의 주행성을 향상시키며, 스틸I거더의 좌굴방지를 위해 볼트 조립식 임시수직보강재를 사용함으로서 수직보강재를 반복 재사용할 수 있도록 함에 목적이 있다.

이에 본 발명은 프리스트레스의 손실을 최소화 하기 위해 PC강선 긴장시 분할하여 재긴장하였으며, 콘크리트의 탄성에 의한 손실은 즉시손실로서 PC강선을 여러개 긴장할 때 처음 긴장한 것은 나중에 긴장한 PC강선의 압축력에 의한 탄성수축 때문에 부재가 줄어들면서 PC강선의 긴장력이 감소하면서 하부콘크리트플랜지에 도입됐던 프리스트레스력이 감소하며, 크리이프, 건조수축, 스틸I거더의 강재 및 PC강선의 릴렉세이션에 의한 프리스트레스 손실은 장기손실로서 도 6과 같이 시간에 대한 함수로이고 초기에는 급속하게 발생했다가 시간이 지나면서 원만해지며 콘크리트 타설후 최초 7~10일정도 지나면 30~40% 발생되고, 28일정도 지나면 50% 정도 발생되고, 2~5년 정도 지나면 프리스트레스 장기손실이 완료되므로 장기손실 중 20∼50% 정도 초기손실이 발생된 후 탄성손실 및 초기손실 된 프리스트레스력을 추가하여 긴장하므로서 공사기간의 영향 없이 PC강선의 허용응력을 최대한 이용할 수 있도록 하고, 구조물의 안정성을 확보할 수 있도록 하여 프리스트레스 손실에 의한 하부콘크리트플랜지에 인장응력이 발생되지 않는 구조적으로 안전한 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔을 제작할 수 있도록 하였으며, PC강선 및 강재의 수량을 감소시켜 경제성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

또한 리프리스트레스트 프리플렉스 강합성빔의 제작중 스틸I거더에 가장 큰 하중이 작용하고 가장 큰 휨응력이 작용하는 제작과정이 프리플랙션 하중을 도입할 때이며, 이때에는 복부의 좌굴을 방지하기 위해서 복부에 일정간격으로 많은량의 수직보강재가 필요하지만 콘크리트하부플랜지를 타설하고 릴리이즈 한 이후에는 프리플랙션 하중이 제거된 상태이고 하부플랜지콘크리트와 스틸I거더의 강합성 작용으로 강성이 증가하여 수직보강재가 불필요하게 되므로, 프리플랙션 하중 도입전에 임시수직보강재를 복부에 볼트로 연결하여 부착하였다가 프리플랙션 하중을 도입하고 릴리이즈 한 후, 다시 볼트를 제거하여 프리플랙션하중 재하시 복부의 좌굴을 방지하고 또한 임시수직보강재는 다시 다른 스틸I거더에 계속해서 볼트연결해서 사용함으로서 시공 중 구조물의 안전성과 경제성을 동시에 확보할 수 있도록 한 것이다.

본 발명을 첨부된 예시도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다.

리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔(1)을 제작함에 있어서 상부플랜지(2)및 하부플랜지(3)는 덧판 또는 통판을 사용한 강판을 이용하여 공장에서 3분절하여 스틸I거더(4)를 제작하며, 공장제작시 복부(5)에 임시수직보강재(6)를 연결할 수 있도록 미리 복부천공홀(12)을 천공하여 교량 제작현장으로 운반하여 3분절된 스틸I거더(4)를 용접 또는 볼트 연결할 때 임시수직보강재(6)를 복부(5)의 양쪽에 대칭형으로 결합한다.

임시수직보강재(6)의 기판(7)에는 다수의 볼트구멍(8)을 천공하고 수직재(9)를 결합하여 임시수직보강재(6)를 스틸I거더(4)에 볼트(10)로 결합함으로서 프리플랙션하중 재하시 복부좌굴에 저항할 수 있게 하고 릴리이즈 후 콘크리트하부플랜지(11)와 스틸I거더(4)가 강합성 구조로 일체 거동할 때 임시수직보강재를 제거하여 다른 스틸I거더에 재차 사용할 수 있게 한 것이다.

도 5(a) 내지 도 5(f) 는 본 발명에 따른 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔의 순차적인 제작공정(제1공정 내지 제6공정)에 관한 설명도로서, 각 공정은 다음과 같다.

제1공정 - 3분절된 I형 거더를 현장 제작장에서 용접 또는 볼트로 연결하고 임시수직보강재(6)설치.

제2공정 - 프리플랙션하중재하.

제3공정 - 프리플랙션하중제거(Release)에 의한 하부콘크리트에 프리스트레스 도입.

제4공정 - PC강선 긴장에 의한 1차 프리스트레스 도입 및 임시수직보강재(6)제거.

제5공정 - 합성전 재긴장에 의한 2차 프리스트레스도입.

제6공정 - 합성빔 가설 및 복부, 슬래브 시공.

릴리이즈 후 콘크리트하부플랜지(11)에 PC강선을 분할재긴장함에 있어 1차 긴장을 가능한 크게 하여 탄성손실 및 초기손실량을 많이 발생시키고 분할재긴장시 프리스트레스 손실량을 추가하여 긴장할 수 있도록 하였으며, 1차 긴장력은 필요한 긴장력중 50∼90%를 긴장하고, 장기손실량중 20%~50% 정도 초기손실이 발생되는 기간이 지난 후에 탄성손실량 및 초기손실량을 추가하여 재긴장을 실시하여 PC강선의 단위면적당 긴장력을 향상시켜 하부콘크리트 플랜지에 인장균열이 발생하지 않는 구조적으로 안전한 구조물을 제작하고, 프리스트레스 손실량 감소에 의한 장기처짐량을 감소시켜 차량의 주행성 향상 및 과다한 상향 처짐에 의한 시각적인 불안감을 해소하는 것이다.

리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔을 제작함에 있어서 종래의 리프리스 트레스트 프리플랙스 강합성빔 제작시에는 여러개의 모노(MONO)강선을 한번에 한개씩 긴장하여 일회에 PC강선의 긴장을 완료하여 탄성손실 및 크리이프, 건조수축, 강재 및 PC강선의 릴랙세이션 등에 의한 프리스트레스 손실이 발생하여 하부콘크리트 플랜지의 인장균열에 의한 구조물의 안전성 문제 및 PC강선의 추가사용에 대한 경제성에 문제가 있었으며, 또한 과다하고 불확실한 장기처짐에 의해 도 2와 같이 교량의 준공후 솟음량과 최종솟음량 차이에 의한 차량의 주행성이 매우 불량하며 시각적인 불안감이 발생하는 심각한 문제점이 있었으나, 본 발명은 분할 재 긴장에 의해 프리스트레스 손실을 최소화하고, PC강선의 단위면적당 긴장력에 대한 효율을 최대화하기 위해, 프리스트레스의 장기손실(크리이프, 건조수축, 강재 및 PC강선의 릴랙세이션)은 초기에 대부분이 발생한다는 원리에 근거해 PC강선을 한번에 긴장하지 않고 1차긴장 후 장시손실중 초기손실이 발생하고 즉시손실인 탄성손실이 발생한 후에 손실된 프리스트레스력을 추가하여 분할재긴장을 실시해 PC강선의 재료적인 특성인 허용응력을 최대한 활용함으로서 구조적인 안전성과 PC강선의 사용량을 감소시킬 수 있는 효과가 있으며, 또한 분할재긴장은 프리스트레스 장기손실량의 절반정도까지 감소시킬 수 있어서 결과적으로 장기 처짐량도 절반정도까지 감소시킬 수 있으므로 리프리스트레스트 프리플랙스 교량의 가장 큰 문제점중의 하나인 교량의 준공솟음과 최종솟음의 차이를 절반정도까지 감소시킬 수 있으므로 교량 준공 후에도 과도한 상향 처짐이 없어 차량의 주행성이 월등하게 향상되고, 시각적인 불안감이 없으며, 장기처짐의 발생량이 작아 결과적으로 장기처짐량의 예측에 대한 오차가 감소하므로 2~5년후의 최종솟음에 가장 근사하게 교량을 제작할 수 있다는 장점이 있고, 또한 최대 압축응력이 발생하는 프리플랙션 하중 재하시에만 필요한 복부의 수직보강재는 임시수직보강재(6)를 볼트(10)를 사용하여 임시로 스틸복부에 결합하였다가 릴리이즈 이후에는 제거하여 추후에 다른 스틸I거에 사용하므로서 프리플랙션 하중 재하시 좌굴을 방지하여 구조물의 안전성을 높일 수 있고 볼트에 의한 조립식이므로 반복 재사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔을 제작함에 있어서 스틸I거더(4)의 복부에 볼트를 결합할 수 있는 다수의 복부천공홀(12)을 형성하고, 임시수직보강재(6)의 기판(7)에는 다수의 볼트구멍(8)을 천공하고, 한개 또는 다수개의 수직재(9)를 수직으로 설치하여 임시수직보강재(6)를 스틸I거더(4)에 볼트(10)로 연결함으로서 프리플랙션 하중 재하시 복부좌굴에 저항할 수 있게 하고 릴리이즈 후 콘크리트하부플랜지(11)와 스틸I거더(4)가 강합성구조로 일체거동 할 때 임시수직보강재(6)를 제거하여 다른 스틸I거더(4)에 반복재사용할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 분할재긴장에 의한 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔의 제작방법.
2. 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔을 제작함에 있어서 릴리이즈 후에 콘크리트 하부플랜지에 언본디드 PC강선에 의한 프리스트레스 도입시 1차 긴장력은 전체 필요한 긴장력 중 50∼90% 정도를 긴장시키고, 장기손실(크리이프,건조수축, 스틸I거더의 강재 및 PC강선의 릴렉세이션)중 20%~50%정도 초기손실이 발생하는 기간이 지난 후에 탄성손실량 및 초기손실량을 추가하여 재긴장하므로서 PC긴강선의 단위면적당 긴장력을 증가시켜 구조적인 안정성과, 장기처짐량을 감소시키도록 함을 특징으로 하는 분할재긴장에 의한 리프리스트레스트 프리플랙스 강합성빔의 제작방법.

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