KR20060111968A - 교량 상판용으로 제작된 ｆｒｐ그리드 패널과 이를 이용한교량설치방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 격자형 FRP그리드의 상하에 섬유매트를 수지함침하여 적층 제작한 단위 FRP그리드 패널을 수지를 이용하여 적층접합하여 교량상판용으로 일정한 두께와 폭으로 FRP그리드 패널을 제작하고, 상기 제작된 FRP그리드 패널을 기존의 교량 기둥 위에 교량 상판으로 설치하되, 설치하고자 하는 교량의 길이 및 폭에 따라 좌우 또는 전후좌우로 전단키를 이용하여 연결하여 교량 상부구조물인 교량 상판으로 설치하되, 노후된 기존 콘크리트교량 및 강재교량의 교량 상부구조물인 교량 상판만을 철거하고, 하부구조인 기둥과 기초를 재활용하여 상기 기둥 위에 상기 제작된 교량 상판을 설치하여 교량을 설치하는 것이다.

FRP그리드

Description

교량 상판용으로 제작된 ＦＲＰ그리드 패널과 이를 이용한 교량설치방법{The bridge installation method of having used FRP grid panel for bridge upper plate, and this}

도 1은 본 발명의 FRP그리드 패널을 이용하여 교량 상판을 제작한 것을 보여주는 도면.

도 2는 본 발명의 격자형 FRP그리드를 보여주는 도면.

도 3은 본 발명의 단위 FRP그리드 패널을 제작하는 것을 보여주는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 교량 상판 20: FRP그리드 패널

21: 전단연결부 22: 전단키

23: 상하연결부 24: 상층면재

30: 단위FRP그리드 패널 31: 격자형FRP그리드

32: 섬유매트 40: 격자형FRP그리드

41: 섬유판재 42: 격자형

본 발명은 섬유판재로 이루어진 격자형 FRP그리드의 상하로 다수개의 섬유매트를 수지에 함침시켜 적층하여 제작한 단위 FRP그리드 패널을 수지를 이용하여 다수 개를 접착하여 일정한 두께로 적층 제작한 FRP그리드 패널을 교량 상판용으로 하고, 설치하고자 하는 교량의 폭과 길이에 따라 전후 또는 전후좌우로 상기 FRP그리드 패널을 접착하여 교량의 상부구조물인 교량 상판에 설치하여 교량을 설치하는 것이다.

현재 국내에 가설된 교량 중에서 노후화된 교량에 대한 정밀안전진단을 하여보면 철거원인인 노후화의 원인의 대부분이 교량 상부구조물에 있고, 하부구조물인 교각, 교대와 기초는 구조적 기능을 발휘할 수 있어 재사용이 가능한 것으로 조사되고 있다.

따라서 정밀안전진단에서 철거판정을 받은 기존 노후화된 교량을 재 가설하는 방법에 있어서 상부구조만 철거시키고 하부구조를 재사용한다면 적은 비용으로도 교량을 신속히 재 가설함과 동시에 즉시 차량통행에 사용할 수 있어 통행을 원활히 할 수 있는 자중을 줄일 수 있는 경량재료와 강도(Strength) 및 강성(Rigidity)이 충분히 확보된 경량재료로 이루어진 유리섬유를 이용한 FRP 그리드(Grid) 패널을 교량 상판으로 활용하여 교량을 가설하도록 하는 것이 필요하게 되었다.

현재 급속한 차량의 증가로 인하여 교량의 통행량은 거의 포화상태에 이르렀 다.

국내에 가설된 교량 중 85%가 교량 지간이 짧은 중·소형규모의 콘크리트 교량이 대부분으로 가설되어 있어 차량증가에 따른 노후화가 위험한 상태에 있다.

따라서 수년 내에 이들 교량을 불가피하게 교체할 수밖에 없다.

이들 교량의 상부구조 형식은 철근콘크리트 슬래브교, 프리스트레스트 콘크리트 빔(PC Beam)교로 가설되어 있으며, 이들 노후화된 교량 전체를 철거하여 교량을 새로 신설하던지 또는 노후화된 교량을 보수보강하여야 한다.

이와 같이 노후화된 교량을 철거한 후 재 가설하는 데는 상부, 하부구조 및 기초를 모두 철거하는 등 상당한 시간적, 경제적인 비용손실이 발생하면서 철거에 따른 다량의 폐콘크리트인 폐기물이 발생되어 환경보호적인 측면에서도 문제점이 있으며, 특히 철거하는 과정에서 교통소통에 지장을 주고 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 섬유판재로 이루어진 격자형 FRP그리드의 상하로 다수개의 섬유매트를 수지에 함침시켜 적층하여 제작한 단위 FRP그리드 패널을 수지를 이용하여 다수 개로 적층 접합하여 일정한 두께 및 길이로 제작한 FRP그리드 패널을 교량 상판용으로 하고, 가설하고자 하는 교량의 폭과 길이에 따라 전후 또는 전후좌우로 접착하여 교량의 상부구조물인 교량 상판에 설치하도록 하는 것으로서,

노후화된 교량의 상부구조만 철거하고, 자중을 줄일 수 있는 경량재료와 강도(Strength) 및 강성(Rigidity)이 충분히 확보된 경량재료로 이루어진 유리섬유를 이용한 FRP 그리드(Grid) 패널을 교량 상판으로 활용하여 교량을 설치한다면 적은 비용으로도 교량을 신속히 재 가설함과 동시에 즉시 차량통행에 사용할 수 있어 통행을 원활히 할 수 있는 경제적이면서도 효율성이 향상된 교량의 상판을 제작하는 제작방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 섬유판재(41)로 이루어진 격자형 FRP그리드(40)의 상하로 다수개의 섬유매트(32)를 수지에 함침시켜 적층하여 제작한 단위 FRP그리드 패널(30)을 수지를 이용하여 다수 개로 적층 접합하여 교량 상판용으로 일정한 두께와 폭으로 FRP그리드 패널(20)을 제작하여, 기존의 노후교량의 기둥 위에 교량 상판으로 설치하되, 기존의 노후된 교량의 폭과 길이에 따라 좌우 또는 전후좌우로 전단키(22)의 요홈부를 이용하여 삽입연결하고, 상기 전단키(22)가 형성된 전단연결부(21)에 수지로 접합하여 교량 상판(10)을 설치하고, 기존의 노후된 교량의 하부구조물인 기둥과 기초는 재활용하도록 한 것에 특징이 있다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 FRP그리드 패널을 이용하여 교량 상판을 제작한 것을 보여주는 도면으로서, 섬유판재(41)로 격자형의 틀로 제작한 격자형 FRP그리드(40)의 상하로 다수개의 섬유매트(32)를 수지에 함침시켜 적층 접합하여 제작한 단위 FRP그리드판넬(30)을 수지를 이용하여 다수 개로 적층 접합하여 교량 상판용으로 일정 한 두께 및 폭으로 FRP그리드 패널(20)을 제작하고, 상기 제작된 FRP그리드 패널을 기존의 노후된 교량의 기둥 위에 교량 상판으로 설치하되, 기존의 노후된 교량의 폭과 길이에 따라 일정한 규격으로 제작된 상기 FRP그리드 패널(20)을 전후 또는 전후좌우로 상기 FRP그리드 패널에 형성된 전단키(22)의 요홈부에 삽입연결하면서, 상기 전단키(22)가 형성된 전단연결부(21)를 수지로 접합하여 교량 상부구조물인 교량 상판(10)으로 설치하고, 기존의 노후된 교량의 하부구조물인 기둥과 기초는 재활용하도록 한 것이다.

상기 단위 FRP그리드 패널(30)을 일정한 두께로 적층하여 제작한 FRP그리드 패널(20)을 이용하여 교량 상판(10)을 제작할 때 교량 상판에 적합한 폭과 길이로 제작하기 위하여 인접하여 설치되는 또 다른 FRP그리드 패널(20)과의 접착연결을 위하여 형성된 전단연결부(21)에 요홈부가 형성된 전단키(22)를 형성하여 견고하고 강한 접속이 이루어지도록 한다.

상기 격자형FRP그리드(40)의 섬유판재(41)와 상기 격자형 FRP그리드(40)의 상하로 수지에 함침되어 적층 접합되는 섬유매트(32)는 유리섬유 또는 탄소섬유 또는 폴리에스테르 또는 아라미드 섬유 중에서 어느 한가지로 이루어지거나 또는 상기 섬유들을 복합적으로 구성하여 제작한 것을 사용한다.

상기 전단키(22)는 단위 FRP그리드 패널(30)을 다수 개를 상하로 수지를 이용하여 접착제작시 일정한 위치에 접착되는 상기 단위 FRP그리드 패널(30)의 한 부분을 외측으로 돌출되도록 하여 일측은 돌출면이 형성되고 타측은 홈부가 형성되도록 하여 양측면에 전단키(22)가 설치된 FRP그리드 패널(20)을 제작한 것이거나 또 는 네 방향의 면중에서 2방향에는 돌출부가, 나머지 2방향에는 홈부가 형성된 전단키(22)가 설치된 FRP그리드 패널(20)을 제작하게 된다.

상기와 같이 양측면 또는 네 방향의 면에 설치된 전단키(22)의 요홈부를 이용하여 전후 또는 전후좌우로 연결하면서 수지로 전단키(22)가 형성된 전단연결부(21)를 접합하면서 교량의 상부구조물에 적용할 수 있는 규격의 교량 상판(10)을 제작하는 것이다.

상기 FRP그리드 패널(20)은 기존의 콘크리트, 강재(Steel) 재료들보다 비강도(Strength/Density)와 비강성(Rigidity/Density)이 높기 때문에 자중을 획기적으로 줄일 수 있고, 외부의 큰 하중에 대해서도 충분히 안전하게 내하력을 확보할 수 있으며 방식(防蝕)성이 높아 내환경성이 뛰어나고 처짐 기준도 만족할 수 있는 복합재료인 비등방성(Anisotropic) 재료를 사용하여 역학적으로 유리하고 경제적인 FRP 그리드(Grid) 상판 구조형식이 되도록 한 것이다.

상기 섬유매트(32)에 사용된 FRP는 비등방성 물질이므로 섬유방향으로 가장 높은 강성과 강도를 나타내게 되므로 교량의 상판처럼 차량하중이 작용될 때 그 하중이 나아가는 방향쪽으로 탄성계수가 큰 섬유를 배치하고, 직교하는 방향으로 탄성계수가 작은 섬유를 배치하는 직교 이방성 구조체를 구성할 뿐만 아니라, 섬유방향을 임의의 방향으로도 배치하여 최적의 방향이 될 수 있도록 하여, 기존의 동일재료로 구성된 구조형식보다 역학적인 효율을 높일 수 있도록 하였다.

이와 같은 FRP 그리드 패널(20)의 제작방법은 격자형 FRP그리드(40)를 심재(Core)로 하고, 상층, 하층면재를 섬유매트(32)로 일정한 층으로 적층하여 단위 FRP 그리드 패널(30)을 제작한다.

상기 제작된 단위 FRP그리드 패널(30)을 대상교량에 대한 작용하중에 의한 구조계산으로 결정된 교량 상판의 두께와 폭에 의해서 정하여진 교량 상판 두께만큼 상기 단위FRP그리드 패널(30)을 적층 시켜서 FRP 그리드 패널(20)을 제작하고, 상기 제작된 FRP그리드 패널을 상호 접합연결하여 교량 상판(10)으로 제작하여 이를 교량 상부구조물의 교량 상판에 설치되도록 한다.

또한, 상기 제작된 FRP그리드 패널(20)을 기존 교량의 거더와 연결하여 교량을 설치할 수도 있다.

또한, 상기 FRP그리드 패널(20)에 형성된 전단키(22)(Shear Key)를 이용하여 상호 연결하여 원하는 교량의 폭과 길이의 교량 상판으로 시공하도록 한다.

상기 전단키를 이용하여 연결할 때는 접착제를 이용할 수 있다.

그리고 FRP 그리드 패널(20)을 이용하여 교량 상판(10)에 적용하기 위하여 FRP그리드 패널(20)의 상부면에 일정한 두께의 상층면재(24)(Upper Facing)로서 폴리머 콘크리트 또는 개질아스팔트(구스아스팔트)로 표면을 처리하여 설치와 동시에 차량이 통행할 수 있도록 한다.

예를 들면, 상기 FRP그리드 패널(20)을 이용하여 200mm정도의 교량 상판(10)을 제작할 때 단위 면재(Facings)와 심재(Core)로 구성된 두께 40mm정도의 단위FRP그리드 패널(30)을 5개 정도 상하로 접착 적층시켜 요구되는 교량 상판(10)의 두께인 200mm를 제작하는 것이다.

즉, 단위FRP 그리드(Grid) 패널(30)을 시공하고자 하는 교량 상판(10)의 두 께에 따라 다수 개를 상하로 접착제를 이용하여 접합시키면 된다.

여기서 사용되는 FRP의 보강재인 섬유(Fiber)는 유리섬유 또는 탄소섬유 또는 아라미드섬유 또는 폴리에스테르섬유가 바람직하다.

대량생산이 요구되는 교량의 상판과 같은 구조형식을 갖추기 위해서는 면재, 심재 모두 강도와 탄성계수가 큰 유리섬유와 에폭시(Glass fiber/epoxy)가 경제성이 있을 것이며, 구조물의 작업시간 및 경화시간 등의 경제성을 고려할 때 유리섬유와 폴리에스테르(Glass fiber/polyester)를 선택적으로 사용할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 격자형 FRP그리드를 보여주는 도면으로서, 유리섬유 또는 탄소섬유 또는 아라미드섬유 또는 폴리에스테르섬유를 이용하여 판재형상으로 제작한 섬유판재(41)를 가로와 세로로 일정한 간격을 두고 상호 직교하도록 하여 격자형(42)이 되도록 제작한 격자형 FRP그리드(40)이다.

도 3은 본 발명의 단위 FRP그리드 패널을 제작하는 것을 보여주는 도면으로서, 상기 도 2의 격자형 FRP그리드(40)를 심재로 하고 그 상하로 면재인 섬유매트(32)를 수지에 함침시켜 다수 개를 적층접착시켜 제작한 단위FRP그리드 패널(30)인 것이다.

본 발명은 섬유판재로 격자형의 틀로 제작한 격자형 FRP그리드의 상하로 다수개의 유리섬유매트를 수지에 함침시켜 적층하여 제작한 단위 FRP그리드 패널의 다수 개를 일정한 두께로 수지로 접착 적층 제작한 FRP그리드 패널을 이용하여 교량 상판에 적용한 것이다.

상기 FRP그리드 패널은 기존의 콘크리트, Steel 재료들보다 비강도(Strength/Density)와 비강성(Rigidity/Density)이 높기 때문에 자중을 획기적으로 줄일 수 있고, 외부의 큰 하중에 대해서도 충분히 안전하게 내하력을 확보할 수 있으며 방식(防蝕)성이 높아 내환경성이 뛰어나고 처짐 기준도 만족할 수 있는 복합재료인 비등방성(Anisotropic) 재료를 사용하여 역학적으로 유리하며 경제적으로 유리한 FRP그리드 패널을 제작하는 방법이다.

Claims (7)

1. 단위 FRP그리드 패널과, 상기 단위 FRP그리드 패널을 수지를 이용하여 다수 개를 접착하여 일정한 두께와 폭으로 적층 제작하면서 전단키가 설치된 교량 상판용인 것에 특징이 있는 교량 상판용으로 제작된 FRP그리드 패널.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 단위 FRP그리드 패널은 격자형 FRP그리드를 심재로 하고, 그 상하로 유리섬유 또는 탄소섬유 또는 폴리에스테르 또는 아라미드 중에서 어느 한가지를 이용하여 제작한 섬유매트에 수지를 이용하여 다수 개 접착 적층한 것에 특징이 있는 교량 상판용으로 제작된 FRP그리드 패널.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 격자형 FRP그리드는 유리섬유 또는 탄소섬유 또는 폴리에스테르 또는 아라미드 중에서 어느 한가지로 제작된 섬유판재를 일정한 간격을 두고 가로 및 세로로 상호 직교하도록 하여 격자형이 다수 개 형성되도록 한 것에 특징이 있는 교량 상판용으로 제작된 FRP그리드 패널.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 FRP그리드 패널에 설치된 전단키는 양측면 또는 네 방향에 형성된 것으 로서, 단위 FRP그리드 패널을 다수 개를 상하로 수지를 이용하여 접착제작시 일정한 위치에 접착되는 단위 FRP그리드 패널의 한 부분을 외측으로 돌출되도록 하여 일측은 돌출면이 형성되고 타측은 홈부가 형성되도록 하거나 또는 양방향에는 돌출부가, 다른 양방향에는 홈부가 각각 형성되도록 한 것에 특징이 있는 교량 상판용으로 제작된 FRP그리드 패널.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 단위 FRP그리드 패널의 상하에 적층접착된 섬유매트는 높은 강성과 강도를 발휘하게 하기 위하여 교량의 상판처럼 차량하중이 작용될 때 그 하중이 나아가는 방향쪽으로 탄성계수가 큰 섬유를 배치하고, 상기 탄성계수가 큰 섬유와 직교하는 방향으로 탄성계수가 작은 섬유를 배치하는 직교 이방성 구조를 갖도록 직조한 것이거나 또는 섬유방향을 임의의 방향으로 배치하여 최적의 강성과 강도를 발휘할 수 있도록 직조한 것에 특징이 있는 교량 상판용으로 제작된 FRP그리드 패널.
6. 유리섬유 또는 탄소섬유 또는 폴리에스테르 또는 아라미드 중에서 어느 한 가지를 이용하여 제작한 섬유판재를 이용하여 일정한 간격을 두고 가로 및 세로로 직교하도록 배치하여 격자형이 다수 개 형성되도록 격자형 FRP그리드를 제작하고,

   상기 제작된 격자형 FRP그리드의 상하로 다수개의 섬유매트를 수지에 함침시켜 적층하여 단위 FRP그리드 패널을 제작하고,

   상기 단위 FRP그리드 패널의 다수 개를 수지를 이용하여 접합하면서 적층하여 일정한 폭과 두께로 교량 상판용인 FRP그리드 패널을 제작하고,

   기존 노후된 교량의 상부구조물인 교량 상판을 제거하되, 하부구조물인 기둥과 기초는 재활용하도록 하여,

   상기 교량 상판용으로 제작된 FRP그리드 패널을 기존의 노후교량의 기둥 위에 교량 상판으로 설치하되, 설치하고자 하는 교량의 길이와 폭에 따라 다수 개를 좌우 또는 전후좌우에서 전단키의 요홈부에 삽입연결하면서 전단키가 형성된 전단연결부에는 수지를 이용하여 접합하여 교량 상부구조물인 교량 상판을 설치하여 교량을 설치하는 것에 특징이 있는 교량 상판용으로 제작된 FRP그리드 패널을 이용한 교량설치방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제작된 교량 상판의 상면에 일정한 두께의 상층면재(Upper Facing)인 폴리머 콘크리트 또는 개질아스팔트(구스아스팔트)로 표면을 처리한 것에 특징이 있는 교량 상판용으로 제작된 FRP그리드 패널을 이용한 교량설치방법.

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