KR20080095397A - 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더 및 이의 제작 방법 - Google Patents

리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더 및 이의 제작 방법 Download PDF

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KR20080095397A
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우종용
박성규
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(주)아이브릿지코리아
박성규
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    • E01D22/00Methods or apparatus for repairing or strengthening existing bridges ; Methods or apparatus for dismantling bridges

Abstract

개선된 구조를 갖는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더에 있어서, 거더부는 세 개의 스틸 거더(steel girder)들이 연결되고 상방으로 굴곡된 형상을 갖는다. 한 쌍의 강선 정착부는 거더의 하부면으로부터 하방으로 돌출하되, 거더부의 양단(both ends)과 각각 이격되도록 구비되며, 다수의 강선들은 정착판의 홀들에 삽입되고 거더부의 길이 방향으로 서로 평행하게 배치된다. 제1 플랜지 콘크리트는 강선들 및 정착부를 감싸도록 상기 양단 정착부 사에 형성되며, 거더부의 길이 방향으로 거더부와 결합된다. 제2 플랜지 콘크리트는 제1 플랜지 콘크리트와 단차를 갖도록, 제1 플랜지 콘크리트의 단부들로부터 상방으로 연장되어 인접하는 거더부의 가장자리 부위들과 각각 결합된다. 이와 같이, 리프리스트레스트 프리플렉스 합성거더의 단부의 형고가 중앙부에 비해 작게 형성될 수 있다. 따라서, 교량 받침을 높게 설치함으로써 형하공간을 더욱 용이하게 확보할 수 있다.

Description

리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더 및 이의 제작 방법{REPRESTRESSED PREFLEX COMPOSITE GIRDER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 원리를 설명하기 위한 개락적인 단면도들이다.
도 2는 종래의 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더를 이용한 교량의 문제점을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더를 설명하기 위한 길이 방향의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더를 I-I′면을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리플렉스 합성 거더를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 도 5에 도시된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 휨모멘트를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더를 이용한 교량을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거 더의 제작 방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 11 내지 도 13은 도 10에 도시된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이다.
도 15 내지 도 17은 도 14에 도시된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 18 및 도 19는 도 14에 도시된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작시 사용되는 3점 재하 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더 110 : 거더부
112 : 제1 거더 114 : 제2 거더
130 : 강선 정착부 132 : 정착판
134 : 보강판 140 : 강선
150 : 제1 플랜지 콘크리트 160 : 제2 플랜지 콘크리트
170 : 플랜지 콘크리트부 E : 이격 거리
H : 단차 S : 경사부
본 발명은 프리플렉스 합성 거더 및 이의 제작 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 교량 공사, 지붕 공사 등 프리플렉스 원리를 이용한 공사에 사용 가능한 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더 및 이의 제작 방법에 관한 것이다.
통상적으로 아이 빔(I-beam) 또는 에이치 빔(H-beam)으로 불리는 거더(girder)는 플레이트 형상을 갖는 상부 플랜지 및 하부 플랜지로 구성되는 한 쌍의 플랜지(flange)들이 마주보도록 배치되고, 상기 플랜지들은 복부판(web)에 의해 서로 연결되어 I형 또는 H형 단면을 갖는 구조물을 일컫는다.
현재 다양한 구조물을 제작하는데 프리플렉스 합성 거더가 널리 사용되고 있다. 프리플렉스 합성 거더는 I형의 단면을 갖는 거더에 휨변형을 일으키는 하중을 가한 상태에서 하부 플랜지 둘레에 콘크리트를 형성한 후 상기 하중을 제거함으로써 콘크리트에 프리스트레스(prestress)를 제공한 형태의 거더이다.
상기 프리플렉스 합성 거더는 1949년 벨기에의 구조설계자 A.Lipski에 의해 처음으로 제안되었으며, 1951년에서 1954년 사이에 브루셀 대학의 L.Baesrys교수와 A.Lipski가 공동으로 연구하여 개발한 교량 형식이다. 상기 프리플렉스 합성 거더는 인장력에 약한 콘크리트의 단점을 거더를 이용하여 보완한 역학적으로 우수한 구조물로서 세계적으로 그 특성을 인정받아 교량뿐만 아니라 다양한 건축 구조물에 사용되고 있다.
도 1a 내지 도 1d는 상기 프리플렉스 합성거더에 PS 강선을 추가하여 균열제어에 유리하도록 개선된 종래의 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 원리를 설명하기 위한 개락적인 단면도들이다. 먼저 스틸 거더를 솟음(δ1)이 주어진 상태로 제작한다(도 1a). 이어서, 상기 스틸 거더의 양 가장자리 부위에서 상기 솟음을 억제하는 방향으로 프리플렉스 하중(Pf)을 재하시킨다(도 1b). 다음에, 상기 프리플렉션 하중이 재하된 상태에서 상기 스틸 거더(10)의 하부 플랜지에 강선(12)을 배치시키고, 상기 강선을 감싸도록 플랜지 콘크리트(14)를 상기 거더부 하부에 형성한다(도 1c). 마지막으로, 상기 재하된 프리플렉션 하중(Pf)을 제거하면 상기 스틸 거더(10)의 솟음의 크기(δ2)는 감소되면서 플랜지 콘크리트(14)에 압축 프리스트레스가 도입된다(도 1d).
상기 단계 까지는 프리플렉스 합성형의 제작방법과 동일하나 이후 합성거더에 미리 배치한 PS 강선을 긴장하여 추가로 하부 플랜지 콘크리트에 압축응력을 도입하므로써 활하중 하에서도 전단면이 압축으로 되어 콘크리트의 균열 발생을 억제할 뿐만 아니라 안전율이 높아 유지관리에도 용이한 것이 리프리스트레스트 프리플렉스 합성형의 특징이다. 이 후의 시공단계는 프리플렉스 합성형과 동일하게 하부구조 교대 및 교각 상에 거치하여 상판 슬래브 및 포장을 시공하여 교량을 완성하게 된다.
도 2는 종래의 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더를 이용한 도로 및 하천을 횡단하는 교량들을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도시된 교량은 크게 상부 슬래브(22) 및 합성 거더(24)를 포함하는 교량 본체(20)로 이루어진 상부구조와 상기 상부구조 상에 작용하는 하중을 지반으로 안전하게 전달하는 역할을 하는 교대(30)를 포함하는 하부구조로 나뉜다. 또한, 도로를 횡단하는 교량의 형하공간(桁下空間; 교량 아래의 높이를 통칭함)은 상부구조의 하부면에서부터 하방으로 측 정하며(H1), 하천 위에 건설되는 교량의 형하공간은 교대(30)의 교좌면(32)에서부터 하방으로 측정한다(h1).
여기서, 교량 받침(40)은 상부구조의 하부면과 교좌면(32) 사이에 위치하여 상기 상부구조를 받치기 위한 장치로서, 통상적으로 유지 보수 및 시공 상의 필요에 의해 약 40㎝ 정도의 높이를 확보해야 한다. 이에 따라, 하천을 횡단하는 교량은 이와 동일한 경간(徑間; 이웃하는 지주들 사이의 거리) 및 동일한 형고(T)(桁高; 합성 거더의 높이)를 갖는 도로를 횡단하는 교량보다 상기 교량 받침(40)의 높이(h2)만큼 설계높이가 높아진다. 따라서, 하천을 횡단하는 교량(20)을 공사할 때 흙을 쌓아올리는 성토(e)(盛土)의 높이(f)가 상승되어 공사 비용이 증가하고, 상기 성토(e)에 의해 상기 교량(20)으로 진입하는 차량(g) 운전자의 시야가 방해되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 거더부 양 단부의 형고가 거더부 중앙 부위의 형고보다 낮은 구조를 갖는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더들을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 상기한 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더를 제작하기에 적합한 방법들을 제공하는데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 프리플렉스 합성 거더는 도로교통법 및 운반에 따른 길이 제한에 의해 분절된 적어도 세 개의 스틸 거더들이 연결되고 상방으로 굴곡된 형상을 갖는 거더부와, 상기 거더부의 하부면으로부터 하방으로 돌출하되 상기 거더부의 양단(both ends)과 각각 이격되도록 한 쌍의 강선 정착부가 구비된다. 다수의 강선들은 상기 강선 정착부 사이에 거더의 길이 방향으로 서로 평행하게 배치되고, 상기 강선들의 양 단은 상기 강선 정착부에 형성된 홀들 내부에 삽입된다. 또한, 상기 강선들 및 강선 정착부, 거더부의 하부를 감싸도록 거더부의 길이 방향으로 형성되는 제1 플랜지 콘크리트와, 상기 제1 플랜지 콘크리트와 단차를 갖도록 상기 제1 플랜지 콘크리트의 단부들로부터 상방으로 연장되어 인접하는 상기 거더부의 가장자리 부위들과 각각 결합되는 구비되는 제2 플랜지 콘크리트를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 각각의 강선 정착부는 인접하는 상기 거더부의 단부로부터 2.0m 내지 2.5m 이격되도록 형성될 수 있다. 또한, 교량 받침부(40)의 높이가 통상 40cm이므로 상기 제1 플랜지 콘크리트와 상기 제2 플랜지 콘크리트 사이의 단차는 40cm이하가 바람직하다. 여기서, 상기 제2 플랜지 콘크리트는 제1 플랜지 콘크리트와 동일한 강도의 무수축 콘크리트나 무수축 모르타르(mortar)로 할 수 있다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법은, 먼저 적어도 세 개의 스틸 거더들이 연결되고 상방으로 굴곡된 거더부를 형성하고, 상기 거더부의 중앙에 프리플렉션 하중을 재하한다. 다음에, 상기 거더부의 하부면으로부터 하방으로 돌출하되, 거더부의 양단(both ends)과 각각 이격되도록 구비되며, 상기 거더부의 길이 방향으로 서로 평행하게 형성된 다수의 홀들을 갖는 한 쌍의 강선 정착부를 형성한다. 그리고, 상기 한 쌍의 강선 정착부 사이에 구비되고, 상기 홀들에 삽입되는 다수의 강선들을 배치한다. 이어서, 상기 강선들 및 강선 정착부를 감싸도록 상기 강선 정착부 사이에 위치하며, 상기 거더부의 길이 방향으로 상기 거더부와 결합되는 제1 플랜지 콘크리트를 형성한다. 다음에, 상기 제1 플랜지 콘크리트와 단차를 갖도록, 상기 제1 플랜지 콘크리트의 단부들로부터 상방으로 연장되어 인접하는 상기 거더부의 가장자리 부위들과 각각 결합되는 제2 플랜지 콘크리트를 형성한다. 마지막으로, 상기 재하된 하중을 제거하고, 상기 배치된 강선들을 긴장 후 정착한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 거더부를 형성하는 단계는, 실질적으로 균일한 제1 두께를 갖는 제1 플랜지를 포함하는 제1 거더 및 상기 제1 거더의 제1 두께보다 작은 제2 두께를 갖는 제2 플랜지를 포함하는 제2 거더들를 마련하는 단계와, 상기 제1 두께 및 제2 두께 차이값을 두께로 갖는 채움판을 이용하여 상기 제1 거더와 제2 거더의 두께를 실질적으로 일치시키는 단계와, 상기 제1 거더, 제2 거더 및 채움판을 볼트 이음 방식으로 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프리플렉션 하중을 재하하는 단계는, 상기 거더부의 중앙에 설계 프리플렉션 하중의 80 내지 90%의 하중을 재하하는 1차 재하 단계와, 상기 1차 재하된 하중을 제거하는 단계와, 상기 거더부의 중앙에 상기 설계 프리플렉션 하중의 90 내지 110%의 하중을 재하하는 2차 재하 단계와, 상기 거더부의 변위량이 기 설정된 값의 범위를 만족하는지 검사하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바에 따르면, 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더 제작시 양 단 부의 형고를 중앙 부위에 비해 낮게 형성시킬 수 있다. 그러므로, 교면상단 종단계획고를 높이지 않고 교량 받침의 높이를 향상시킬 수 있으므로 교량 진입부와 인접하는 성토 높이를 상승시키지 않고 교량을 설치할 수 있어 공사 비용을 감소시킬 수 있고, 교량으로 진입하는 차량의 운전자 시야확보에 용이하다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 따른 프리플렉스 합성 거더 및 이의 제작 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 각 구성 요소들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 상기 하나의 구성 요소는 상기 다른 구성 요소 위에 형성되거나 또는 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 또 다른 구성 요소들이 상기 다른 구성 요소 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 각 구성 요소들이 "제1", "제2" 및/또는 "제3"으로 언급되는 것은 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 구성 요소들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1", "제2" 및/또는 "제3"은 각 구성 요소에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.
리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더 1
도 3은 본 발명의 일 실시예에 다른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더 를 설명하기 위한 길이 방향의 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더를 I-I′면을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 도시된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더(100)는 적어도 3개의 스틸 거더들(112, 114)이 연결된 거더부(110)와, 상기 거더부(110)의 양단(both ends)과 각각 이격되도록 구비된 한 쌍의 정착부(130)와, 상기 한 쌍의 정착부(130) 사이에 구비되는 다수의 강선들(140)과, 상기 정착부(130) 및 강선들(140)을 감싸는 제1 플랜지 콘크리트(150)와, 상기 제1 플랜지 콘크리트(150)와 소정의 단차를 갖도록 상기 제1 플랜지 콘크리트(150)의 단부들로부터 상방으로 연장되는 제2 플랜지 콘크리트(160)를 포함할 수 있다.
상기 거더부(110)는 적어도 제1 거더(112) 및 상기 제1 거더(112)의 양단에 연결되는 제2 거더들(114)을 포함한다. 상기 거더부(110)는 일 방향으로 굴곡된 상태로 제작된다. 예를 들면, 상기 거더부(110)는 기 설계된 소요 솟음(도시되지 않음) 만큼 상향으로 굴곡된 상태로 형성된다.
상기 강선 정착부(130)는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더(110)를 형성하기 위해 소정의 강선들(140)을 정착시키기 위한 장치들이다. 예를 들면, 상기 강선 정착부(130)는 한 쌍으로 구성되며, 상기 각각의 강선 정착부(130)는 상기 강선들(140)을 거치시키기 위한 정착판(132)과, 상기 정착판(132)의 일 측에 결합되어 상기 정착판(132)에 의해 거치된 강선들(140)이 유동하지 않도록 고정시키기 위한 보강판(134)을 포함할 수 있다. 상기 정착판(132)은 상기 거더부(110)의 하부면으로부터 하방으로 돌출되며, 상기 강선들(140)을 삽입하기 위한 다수 개의 홀(hole, 도 4의 참조번호 132a)을 갖는다. 즉, 상기 홀들(132a)은 상기 거더부의 길이 방향으로 서로 평행하게 형성되며 상기 정착판(132)을 관통한다.
여기서, 상기 강선 정착부(130)는 상기 거더부(110)의 양단(both ends)과 각각 이격되도록 위치한다. 예를 들면, 상기 각각의 강선 정착부(130)는 인접하는 상기 거더부(110)의 단부와 2.0m 내지 2.5m 이격 거리(E)를 갖는다. 이는 교량 받침의 점검과 보수 등 유지관리를 위한 작업 공간을 용이하게 확보기 위함 이고 교량의 길이 및 평면형상 등 기하구조에 따라 다소의 변화를 가질 수 있으므로 설정한 범위 이다.
상기 강선들(140)은 그 양 단부들이 상기 홀들(132a) 내부로 삽입되어, 상기 한 쌍의 강선 정착부(130) 사이에 배치된다. 도시되지는 않았으나, 상기 강선들(140)의 주위에는 이 후 인장 응력이 가해질 때 상기 강선들(140)이 외부로 이탈하지 않도록 하기 위한 보강 철근들이 더 구비될 수 있다.
상기 제1 플랜지 콘크리트(150)는 상기 한 쌍의 강선 정착부(130) 및 강선들(140)을 감싸며, 상기 거더부(110)의 길이 방향으로 상기 거더부(110)와 결합된다. 여기서, 상기 제1 플랜지 콘크리트(150)는 상기 한 쌍의 강선 정착부(130) 사이에 형성되며, 상기 강선들(140)의 길이와 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있다.
상기 제2 플랜지 콘크리트(160)는 상기 제1 플랜지 콘크리트(150)와 소정의 단차(H)를 갖도록 형성된다. 구체적으로, 상기 제2 플랜지 콘크리트(160)는 상기 제1 플랜지 콘크리트(150)의 상부 선상에 배치됨으로써, 플랜지 콘크리트부(170)의 가장 자리 부위, 즉 상기 제2 플랜지 콘크리트(160) 아래 및 제1 플랜지 콘크리트 측면 사이에 교량 받침(도 9의 참조번호 40)이 배치되는 공간이 형성된다.
예를 들면, 상기 제2 플랜지 콘크리트(160)는 상기 제1 플랜지 콘크리트(150)의 양 단부들로부터 상방으로 연장되어 인접하는 상기 거더부(110)의 가장자리 부위들과 각각 결합된다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 단차를 갖는 제1 및 제2 플랜지 콘크리트(150, 160) 사이에는 응력의 급변이나 집중을 방지하기 위하여 경사부(S)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2 플랜지 콘크리트(160)는 상기 제1 플랜지 콘크리트가 형성된 후에 타설되는 콘크리트로 제1 플랜지 콘크리트(150)와 동일한 강도의 무수축 콘크리트나 무수축 모르타르(mortar)의 재질로 하며, 교량 받침과 연결되는 제2 거더들(114)의 일부 노출되는 하부플랜지 하면 일부는 아연 도금이나 일반적인 방법으로 부식 방지를 할 수 있다.
상술한 바와 같이 형성된 상기 거더부(110), 강선 정착부(130), 강선들(140), 제1 플랜지 콘크리트(150) 및 제2 플랜지 콘크리트(160)를 포함하는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더(100)는 가장 자리 부위의 형고(T2)가 중앙 부위의 형고(T1)보다 낮은 형상을 가질 수 있다. 그러므로, 종래에 거더부가 실질적으로 동일한 형고(T1)를 갖는 교량에 비해 교량 받침의 높이를 용이하게 높일 수 있다.
리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더2
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 다른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거 더를 설명하기 위한 길이 방향의 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 평면도이며, 도 7은 도 5에 도시된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더를 II-II′면을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더(200)의 스틸거더(steel girder, 210)는 실질적으로 균일한 제1 두께(d1)를 갖는 제1 플랜지(212a, 212b)를 포함하는 제1 거더(212)와, 상기 제1 거더(212)의 양측에 배치되며 상기 제1 두께(d1)보다 작은 제2 두께(d2)를 갖는 제2 플랜지(214a, 214b)를 포함하는 제2 거더들(214)과, 상기 제1 및 제2 거더(212, 214)를 볼트 이음 방식으로 연결함으로써 거더부(210)를 형성하기 위한 연결 부재(220)와, 상기 연결 부재(220)에 의해 연결된 상기 거더부(210)의 하부에 형성되는 플랜지 콘크리트부(240)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 거더(212)는 플랜지(212a), 하부 플랜지(212b) 및 제1 복부(212c)를 포함하는 일반적인 아이 빔(또는 에이치 빔)의 형태를 가지며, 통상적인 프리플렉스 합성형 교량과 유사하게 길이 방향으로 원호 형태, 예를 들면 상방으로 굴곡되어 있다. 상기 제1 거더(212)의 제1 플랜지(212a, 212b)는 종래의 덧댐 방식이 아닌 일체형으로 형성된다. 제1 플랜지(212a, 212b)의 제1 두께(d1)는 38㎜이하로 예를 들면 20㎜ 내지 38㎜이며, 이때 상기 제1 너비(w1)는 400㎜ 내지 900㎜로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 두께(d1)가 38㎜를 초과하는 경우 스틸(steel)의 허용 응력이 감소하기 때문에 두께 대비 실용성이 떨어지므로 바람직하지 않다.
이에 따라, 상기 제1 거더(212)로서 종래의 제1 거더의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 플랜지를 이용함으로써, 다수 매의 플랜지를 필렛 용접(fillet weld) 등과 같은 용접 공정을 통해 복층 형식으로 제작하지 않아도 되므로 프리플렉스 합성 거더(210)의 제작 공정을 단축시킬 수 있으며, 종래의 거더에서 용접 부위에서 저항 강도가 저하되어 사용 수명이 단축되는 품질 불량 문제를 미연에 방지할 수 있다.
상기 제2 거더(214)의 제2 플랜지(214a, 214b)는 상기 제1 두께(d1)보다 작은 제2 두께(d2)와, 상기 제1 너비(w1)와 실질적으로 동일한 제2 너비(w2)를 가질 수 있다. 여기서, 상기 제2 플랜지(214a, 214b)의 제2 두께(d2)는 하기에서 설명될 연결 부재(220)에 의해 한정되므로, 하기의 상기 연결 부재(220)의 설명에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
또한, 상기 제2 거더들(214)의 제2 플랜지(214a, 214b)는 상기 제1 플랜지(212a, 212b)와 실질적으로 동일한 방향으로 굴곡된 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 거더들(214)은 상기 제1 거더(212)의 길이 방향으로 상기 제1 거더(212)의 양측에 연결된다. 이때, 상기 제1 및 제2 거더(110, 115)를 볼트 이음 방식의 연결 부재(120)를 통해 고정시킴으로써 용접 공정에서 발생하는 문제점을 최대한 억제할 수 있다. 특히, 교량의 특성상 거더들을 연결하는 부위의 품질관리는 교량의 신뢰성을 결정짓는 중요한 요소로서, 용접을 사용하지 않고 두께가 서로 다른 플랜지들을 안정적으로 연결하는 것이 매우 중요하다.
이에 대해 보다 상세하게 살펴보면, 상기 연결 부재(220)는 플레이트 형상을 각각 갖는 상부 이음판(222), 하부 이음판(224), 채움판(226) 및 볼트(228)를 포함한다. 예를 들면, 상기 상부 이음판(222) 및 하부 이음판(224)은 상기 제1 플랜지(212a, 212b) 및 제2 플랜지(214a, 214b)의 상면 및 하면과 각각 면접하고, 상기 채움판(226)은 상기 상부 이음판(222) 및 하부 이음판(224) 사이에서 상기 제2 플랜지(214a, 214b)의 상면 또는 하면과 면접하도록 배치한다. 상기 채움판(226)은 상기 제1 거더(212) 또는 상기 제2 거더(214)와 동일한 재질로 하며, 고장력 볼트(228)는 연결 부재(220) 및 제1 거더(212)를 관통하며, 상기 연결 부재(220), 채움판(226) 및 제2 거더(214)를 관통하도록 설치될 수 있다.
여기서, 상기 채움판(226)은 상기 상부 및 하부 이음판(222, 224) 사이에서 이격이 발생되지 않도록 구비된다. 이를 위하여, 상기 채움판(226)과 제2 플랜지(214a 또는 214b)의 두께의 합은 상기 제1 플랜지(212a 또는 212b)의 두께와 실질적으로 동일하게 형성된다. 다시 말하면, 상기 채움판(226)의 두께는 상기 제1 두께(d1) 및 제2 두께(d2) 사이의 단차 높이와 동일하다. 여기서, 상기 채움판(226)이 5㎜ 이상의 두께로 형성되는 경우, 기 설정된 체결 강도를 만족시키기 위한 볼트의 개수가 과도하게 많아질 수 있다. 또한, 두께가 3㎜ 이하의 채움판(226)은 부식의 우려가 있다. 따라서 상기 채움판(226)은 3㎜ 내지 5㎜의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 거더(214)의 제2 플랜지(214a 또는 214b)는 상기 제1 거더(212)의 제1 플랜지(212a 또는 212b)보다 3㎜ 내지 5㎜ 작은 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 상기 채움판(226)을 이용하여 상기 제1 거더(212) 및 제2 거더(214) 사이의 두께 단차를 보상함으로써 변단면(non-uniform section)을 갖는 거더부(210)를 용이하게 형성시킬 수 있다. 상기 이음판(222, 224), 채움판(226) 및 체결 부재(228)를 포함하는 연결 부재(220)를 이용하여 거더들을 연결함에 따라, 상기 하중 재하시 종래의 용접 이음에서 발생할 수 있는 신뢰성 저하 문제를 방지할 수 있다. 또한, 상기 제2 거더(212)는 상기 제1 거더(212)의 제1 너비(w1)와 실질적으로 동일한 제2 너비(w2)를 갖기 때문에 너비가 다른 거더들을 연결하는 것에 비해서 안정적이다.
이와 같이, 상기 제1 거더(212)를 종래에 비해 두꺼운 두께를 갖는 플랜지를 이용하여 제작함으로써, 다수 매의 플랜지를 필렛 용접(fillet weld) 등과 같은 용접 공정을 통해 복층 형식으로 제작하는 종래의 거더 구조를 대체할 수 있다. 그러므로, 프리플렉스 합성 거더(200)의 제작 공정을 단축시킬 수 있으며, 종래의 거더에서 용접 부위에서 저항 강도가 저하되어 사용 수명이 단축되는 품질 불량 문제를 미연에 방지할 수 있다.
한편, 상기 거더부(210)의 하부에는 상기 거더부(210)의 양단과 각각 이격되도록 한 쌍의 강선 정착부(230)가 구비되고, 상기 한 쌍의 강선 정착부(230) 사이에는 다수의 강선들(240)이 고정된다. 또한, 상기 거더부(210)의 하부에는 상기 강선 정착부(230) 사이에 구비되며 상기 강선 정착부(230) 및 강선들(240)을 감싸는 제1 플랜지 콘크리트(250)와, 상기 제1 플랜지 콘크리트(250)와 소정의 단차(H')를 갖도록 상기 제1 플랜지 콘크리트(250)의 단부들로부터 상방으로 연장되는 제2 플랜지 콘크리트(260)를 포함하는 플랜지 콘크리트부(270)가 형성된다. 상기 각각의 강선 정착부(230)는 상기 강선들(240)이 삽입되는 홀들(232a)을 갖는 정착판(232) 및 상기 강선들(240)을 고정시키기 위한 보강판(234)을 포함하며, 인접하는 거더부(210)의 단부와 2.0m 내지 2.5m의 이격 거리(E')를 가진다. 또한, 상기 단차(H')를 갖는 상기 제1 및 제2 콘크리트 슬래브(250, 260) 사이에는 경사부(S')가 형성될 수 있다. 상기 강선 정착부(230), 강선(240), 제1 및 제2 플랜지 콘크리트(250)에 대한 보다 상세한 설명은 도 1을 참조하여 기 설명한 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 설명과 유사하므로 생략하기로 한다.
따라서, 상술한 바와 같이 형성된 상기 거더부(210), 강선 정착부(230), 강선들(240), 제1 플랜지 콘크리트(250) 및 제2 플랜지 콘크리트(260)를 포함하는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더(200)는 가장 자리 부위의 형고(T2')가 중앙 부위의 형고(T1')보다 낮은 형상을 가질 수 있다. 그러므로, 종래에 거더부가 실질적으로 동일한 형고(T1')를 갖는 교량에 비해 교량 받침의 높이를 용이하게 높일 수 있다.
한편, 상술한 상기 제1 거더(212)의 제1 두께(d1) 및 제2 거더(214)의 제2 두께(d2) 사이의 변단면 기술은 경제성 및 시공성을 향상시킬 수 있으므로, 상기 기술된 본 발명의 제1 목적인 강선 정착부(230)를 거더부(210)의 단부와 이격시켜 플랜지 콘크리트부(270)에 형성되는 단차에 의해 형하공간 확보가 용이한 하천 횡단 교량뿐만 아니라, 상기 단차가 필요하지 않은 도로 횡단 교량에도 적용할 수 있다.
이어서, 상기 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더(200)의 제작 방법을 간단히 살펴보면서 상기 플랜지 콘크리트부(270)를 부가적으로 설명하기로 한다. 먼저 총 길이가 L인 거더부(210)를 마련한다. 상기 거더부(210)는 실질적으로 각각 동일한 길이를 갖는 제1 거더(212) 및 제2 거더(214)로 구성된다. 예를 들면, 상기 거더부(210)는 최초에 상향으로 소요 솟음(도시되지 않음) 만큼 굴절된 원호 형태를 갖는다. 그리고, 상기 거더부(210) 상에 상기 거더부(210)의 굴곡 방향과 반대되는 하중을 재하하게 된다. 예를 들면, 상기 하중은 중앙(L/2 지점)에서 1점 하중 재하 방식으로 수행된다. 상기 하중이 재하된 상태에서 강선(240)을 설치하고, 플랜지 콘크리트부(270)를 강선(240) 및 거더부(210) 하부를 감싸도록 타설 및 양성한다. 상기 재하된 하중을 제거함으로써 하부 플랜지 콘크리트에 압축응력을 도입하고 일정기간 지난 후 하부 구조 교대 또는 교각 상에 거치하기 전에 미리 배치된 강선(240)을 긴장하여 상술한 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더(200)를 완성하게 된다. 이와 같이, 플랜지 콘크리트부(270)를 형성한 후에, 상기 하중을 제거하게 되면 상기 플랜지 콘크리트부(270)에는 강형 거더부(210)의 복원력에 의한 프리스트레스(prestress) 응력이 도입되고 이후 플랜지 콘크리트부(270)의 건조 수축 및 크리프의 시간손실이 지난 후 미리 배치된 강선(240)을 긴장하여 추가로 프리스트레스응력이 도입되어 활하중 하에서도 전단면이 압축된다.
도 8은 중앙에 1점 프리플렉션 하중을 재하한 본 발명의 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 휨모멘트를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 거더(212)의 중앙(L/2 지점)에만 프리플렉션 하중(Pf)을 재하한다. 그러면, PS 강선(240)에 의한 압축 응력(CS1)과 상기 프리플렉션 하 중(Pf)에 의한 압축 응력(CS2)이 더해져 도시된 바와 같은 총 저항 응력(TS)이 작용한다. 참고로, 설계 최대 휨응력은 참조부호 BS로 표시된 선이다.
상술한 바와 같이 거더부(210)의 중앙 부위에 위치하는 제1 거더(212)의 중앙 1점 하중을 재하함으로써 제작 공정이 단순하게 된다. 특히, 상기 제1 거더(212)를 본 실시예와 같이 38㎜이하의 단일 플랜지들로 형성하고, 종래의 양측 L/4점 2개소에 프리플렉션 하중을 재하하는 것과는 달리 솟음 또는 처짐 관리의 주요 위치인 중앙부에만 하중을 재하하기 때문에 하중의 조절을 보다 정밀하게 수행할 수 있다. 따라서, 정밀한 시공으로 향상된 품질을 갖는 교량을 제작할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더를 이용한 교량을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 9를 참조하면, 동일한 교량길이, 최대 홍수위(H.W.L), 형하공간(R) 및 형고(T1)를 가지는 동일한 조건하에서, 본 발명은 양단부의 형고(T2)와 기타 구간 형고(T1) 사이에 단차(T3)를 적용하여 교량 받침(700)의 하단부(800)를 상향으로 위치하게 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 교량은 상기 단차(T3) 만큼 동일 조건하의 종래 교량보다 형하공간이 더 확보되어 결과적으로 단차(T3) 만큼 성토고를 절약하여 공사비 절감과 접속도로와의 종단선형이 양호하게 되어 운전자 시야확보 및 차량 운행성을 향상시킬 수 있다.
리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법 1
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법을 설명하기 위한 개략적인 흐름도이고, 도 11 내지 도 13은 도 10에 도시된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 먼저 적어도 3개의 스틸 거더들(312, 314)이 연결되고 상방으로 굴곡된 거더부(310)를 형성한다(S110). 다음에, 상기 거더부(310)의 하부면으로부터 하방으로 돌출하되, 거더부(310)의 양단(both ends)과 각각 소정의 이격 거리(J)를 갖는 한 쌍의 강선 정착부(330)를 형성한다(S120). 다수의 홀들을 갖는 정착판(332)과 상기 정착판(332) 내에 삽입된 강선들(340)을 고정하기 위한 보강판(334)을 포함한다. 다음에, 다수의 강선들을 정착판(332)의 홀들에 삽입함으로써 상기 한 쌍의 강선 정착부(330) 사이에 상기 거더부(310)의 길이 방향으로 서로 평행하게 배치되는 강선들(340)을 형성한다(S130). 상기 거더부(310), 정착부(330), 강선(340)들에 대한 보다 상세한 설명은 도 3을 참조하여 기 설명된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 설명과 유사하므로 생략하기로 한다.
도 10 및 도 12를 참조하면, 상기 강선들(340) 및 강선 정착부(330)를 감싸도록 거더부(310)의 길이 방향으로 거더부(310)와 결합되는 제1 플랜지 콘크리트(350)를 형성한다(S140). 여기서, 상기 제1 플랜지 콘크리트(350)는 상기 한 쌍의 강선 정착부(330) 사이에 형성시킨다. 즉, 상기 이격 거리(J)에는 상기 제1 플랜지 콘크리트(350)가 형성되지 않는다. 이어서, 도 10 및 도 13을 참조하면, 상기 제1 플랜지 콘크리트(350)와 단차(L)를 갖도록, 제1 플랜지 콘크리트(350)의 단부 들로부터 상방으로 연장되어 인접하는 상기 거더부(310)의 하단부들과 각각 결합되는 제2 플랜지 콘크리트(360)를 형성한다(S150). 이에 따라, 상기 단차(L)를 갖는 제1 및 제2 플랜지 콘크리트를 포함하는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더(300)가 완성된다. 상기 제1 플랜지 콘크리트(350), 제2 플랜지 콘크리트(360)에 대한 보다 상세한 설명은 도 3을 참조하여 기 설명된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 설명과 유사하므로 생략하기로 한다.
이로써, 상기 거더부(310), 강선 정착부(330), 강선들(340), 제1 플랜지 콘크리트(350) 및 제2 플랜지 콘크리트(360)를 포함하는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더(300)가 완성된다. 이때, 거더부(310)의 가장 자리 부위의 형고(T2)가 중앙 부위의 형고(T1)보다 낮은 형상을 가지므로, 종래에 거더부가 실질적으로 동일한 형고(T1)를 갖는 교량에 비해 교량 받침의 높이를 용이하게 높일 수 있다.
리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법 2
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이고, 도 15 내지 도 20은 상기 프리플렉스 합성교의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14와 도 15 및 도 16을 참조하면, 먼저 실질적으로 균일한 제1 두께(D1) 및 제1 너비(W1)를 갖는 제1 플랜지(412a, 412b)를 포함하는 제1 거더(412)와, 제2 두께(D2) 및 제2 너비(W2)를 갖는 제2 플랜지(414a, 414b)를 포함하는 제2 거더들(414)을 각각 마련한다(S210). 예를 들면, 상기 제1 거더(412)는 한 쌍의 제1 플랜지들(412a, 412b) 및 제1 복부(412c)를 연결하고, 일 방향으로 굴곡시킴으로써 원호 형태로 기 설계된 솟음(camber, 도시되지 않음)을 갖도록 형성한다. 마찬가지로, 상기 제2 거더(414)를 기 설계된 솟음이 주어진 상태로 제작하되, 제2 플랜지(414a, 414b)는 상기 제1 두께(D1)보다 작은 제2 두께(D2)를 가지며, 상기 제1 너비(W1)와 실질적으로 동일한 제2 너비(W2)를 갖는다.
구체적으로, 제1 플랜지(412a, 412b)는 38㎜이하의 제1 두께(D1)를 갖고, 제2 플랜지(414a, 414b)는 제1 두께(D1)보다 3㎜ 내지 5㎜ 작은 제2 두께(D2)로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 총 L의 길이를 갖는 거더부(410) 형성시 상기 제1 및 제2 거더들(412, 414)은 실질적으로 동일한 길이(L/3)를 갖도록 형성한다. 제1 및 제2 거더(412, 414)를 포함하는 구성 요소들에 대한 구체적인 설명은 도 5를 참조하여 기 설명된 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 설명과 유사하므로 생략하기로 한다.
다음에, 제1 거더(412)의 양 측에 제1 거더(412)의 길이 방향으로 제2 거더들(414)을 각각 볼트 이음 방식으로 연결하여 거더부(410)를 형성한다(S220). 구체적으로, 거더부(410)는 상부 이음판(422), 하부 이음판(424), 채움판(426) 및 볼트(428)를 각각 포함하는 연결 부재(420)들에 의해 연결된다. 예를 들면, 도시된 바와 같이 제2 거더(414)에서 제2 플랜지의 상부 및 하부 플랜지(414a, 314b) 각각에 채움판(426)을 외측으로 덧댐으로써, 인접하는 제1 거더(412)에서 제1 플랜지의 상부 및 하부 플랜지(412a, 412b)의 두께와 모두 일치시킨다. 그리고, 볼트 이음을 하기 위해 상기 제1 및 제2 플랜지(412a, 414a)를 감싸도록 상부 이음판(422) 및 하부 이음판(424)을 마주보도록 덧댄다. 마지막으로 다수 개의 볼트들(428)을 이용 하여 상기 제1 및 제2 거더(412, 414) 사이의 볼트 이음을 완성한다.
한편, 상기 제1 및 제2 거더를 용접 방식으로 연결하는 경우에는 용접부의 그라인딩 작업 이외에, 용접부의 결함이 있는 경우에는 응력전달이 불균일할 수 있기 때문에 필수적으로 요구되는 검사 단계들을 수행하는 것이 일반적이다. 예를 들면, 맞대기 용접의 경우, 용접부의 결함 부위를 검출하기 위한 방사선 투과 시험, 자분 탐상 검사 및 액체 침투 탐상 검사 등의 다양한 검사 단계들을 통해 품질 관리를 하는 것이 필요하다. 이러한 품질 관리 작업은 공장 내에서 수행되는 것이 바람직하지만, 공장 내에서 완성된 전 길이의 거더부를 현장으로 운반하기 어렵다는 현실적인 제약이 있다.
그러므로, 상기 용접 방식은 품질 관리를 위한 고비용 문제, 작업 시간의 지연 문제 등으로 경제성이 크게 저하되며, 두께가 서로 다른 거더들 사이의 용접, 예를 들면 맞대기 용접은 피로 파괴에 의해 안전성이 크게 저하될 우려가 있으므로 바람직하지 않다. 요컨대, 상기 제1 거더(412) 및 제2 거더(414)를 연결함에 있어서, 채움판(420)을 이용한 볼트 이음 방식을 이용하면, 교량의 안전성과 함께 시공 경제성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 14와 도 19 및 도 20을 참조하면, 상기 거더부(410)의 굴곡 방향과 반대 방향의 프리플렉션 하중을 중앙 부위에만 재하한다(S230). 구체적으로, 우선 상기 거더부(410)를 재하 장치(900)에 거치시킨 후 L/2 지점에만 하중을 재하한다.
상기 1점 하중 재하 장치(900)는 L/8, 2L/8, 3L/8, 5L/8, 5L/8 및 7L/8 지점에 상기 거더부(330)를 고정시키기 위한 횡고정대(910)가 각각 배치되고 중앙부 1 개소에만 재하대(930)가 설치된다. 거더부(410)의 중앙부에 하중(P1)을 제공하기 위한 유압부(930)와, 거더부(410) 양 단부들, 즉 0 지점 및 L 지점에는 재하 하중에 대응하여 지반의 침하가 발생하지 않도록 콘크리트 블록 또는 넓은 강판과 받침목으로 구비된다. 상기 유압부(930)들은 통상적인 잭킹(jacking) 장치로 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 유압부(930)는 거더부(410)를 둘러싸도록 배치되는 프레임(905)과, 상기 거더부(410)의 복부(412c)를 지지하기 위한 한 쌍 이상의 브레이싱(bracing)(932)들과, 상기 프레임(905) 상부에 설치되어 거더부(410) 상으로 하중을 제공하기 위한 잭킹암(934a)을 포함하는 유압잭(934)과, 상기 잭킹암(934a)을 거더부(410) 상에 안정적으로 접촉시키기 위한 미끄럼 방지판(936)을 포함한다. 예를 들면, 상기 프레임(905)의 하부는 지반과 어스앵커(earth anchor)(938a) 및 그라우팅(grouting)(938b)에 의해 고정될 수 있다.
예를 들면, 상기 브레이싱들(932)은 프레임(905)으로부터 거더부(410)의 복부(412c)를 향해 측방으로 각각 연장되어 있고, 유압잭(934)은 프레임(905)의 상부에 고장력볼트(934b) 등으로 고정되어 잭킹암(934a)이 거더부(410)를 향하도록 하방으로 배치되며, 미끄럼 방지판(936)은 거더부(410)의 상부면 상에 잭킹암(934a)의 위치와 대응하도록 구비된다. 상기 미끄럼 방지판(936)은 테프론(Teflon) 도는 스테인리스 스틸 재질로 이루어질 수 있다.
도 19에 도시된 1점 하중 재하장치(900)를 이용한 방법의 바람직한 예로서, 하중(P1)이 설계 하중의 80% 내지 90%의 하중으로 1차 재하 단계를 수행한 다(S232). 이후 하중(P1)을 제거하게 되는데 이는 강형의 제작 과정에서 존재하는 잔류응력을 제거하기 위함이다(S234). 다음에, 상기 하중(P1)을 처짐 변위와 오차범위를 고려하여 설계하중의 90~110%로 2차 재하 단계를 수행한다(S236). 이때, 상기 1차 재하 단계 내지 2차 재하 단계 수행시 거더부(410)의 급격한 변형을 방지하기 위하여 유압부(930)의 하중 제공 속도를 적절하게 조절한다. 예를 들면, 상기 하중(P1)은 4ton/min 내지 6ton/min의 속도로 제공하는 것이 바람직하다.
이이서, S230 단계를 수행한 후 상기 거더부(330)의 휨 변위량이 기 설정된 값에 대해 ㅁ10%의 오차 범위를 만족하는지를 검사한다(S240). 상기 검사 결과, 재하한 하중과 중앙점 처짐의 오차가 동시에 배분되도록 S230 단계를 반복 수행하여 최종목표 하중을 도입한다.
그러나 본 발명의 경우 프리플렉션 하중이 종래의 2개소 또는 3개소와는 달리 변위량의 주요 측정점인 중앙에 1개소만 취함으로써 시공정밀도나 다수의 반복적인 작업이 필요하지 않을 것이며 교량품질의 신뢰도를 높일 수 있고 시공성 또한 향상된다. 이는 도 8과 같이 프리플렉션 한 번에 의해 플랜지 콘크리트부(470)에 도입되는 압축응력의 부족분을 PS 강선(440)에 의한 추가 압축응력 도입으로 보상을 받을 수 있기 때문에 가능하다.
도 14, 도 17을 참조하면, 거더부(410)의 하부에 강선(440) 및 강선 정착부(430)를 설치한다(S250). 예를 들면, 먼저 거더부(410)의 양 하단부와 각각 소정의 이격 거리(J')를 갖는 한 쌍의 강선 정착부(430)를 형성한다. 상기 강선 정착부(430)는 다수의 홀들을 갖는 정착판(432)과 상기 정착판(432)의 일 측에 결합되 는 보강판(434)을 포함한다. 거더부(410)의 하부에 길이 방향으로 연장되는 강선(440)을 배치한다.
이어서, 상기 거더부(410)의 하부에 거더부(410)의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장되며, 소정의 단차(L')를 갖는 플랜지 콘크리트부(도 18의 참조번호 470)를 형성한다(S260). 예를 들면, 먼저 강선 정착부(430) 사이에 제1 플랜지 콘크리트(450)를 형성하고, 상기 제1 플랜지 콘크리트(450)의 양단과 연결되어 상방으로 연장되는 제2 플랜지 콘크리트(460)를 형성한다. 예를 들면, 거더부(410) 하부에 거푸집(도시되지 않음)을 설치하고, 거푸집 내에 하부 플랜지들(412b, 414b) 및 강선들(440)을 감싸도록 콘크리트를 채워 넣고 경화시킴으로써 제1 플랜지 콘크리트(450)를 형성한다. 다음에, 상기 거더부(410)의 양 가장자리 부위에는 제1 플랜지 콘크리트(450)보다 높은 위치에 구비되는 제2 플랜지 콘크리트(460)를 형성한다. 여기서, 제2 플랜지 콘크리트(460)에서 제1 플랜지 콘크리트(450)가 연결되는 부위는 경사부(K')가 형성될 수 있다.
다음에, 상기 재하된 하중(P1)을 제거한다(S270). 이로써, 거더부(410)에 복원력이 작용하므로, 플랜지 콘크리트부(470)에는 1차 프리스트레스 응력이 발생하게 된다. 이 후 콘크리트의 건조수축과 크리프의 시간적 응력손실이 일어난 후 배치된 강선(440)을 소요 인장력으로 인장하여 단부를 정착부(430)에 정착하여 2차 프리스트레스 응력을 발생시킴으로써 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더(400)가 완성된다(S280).
마지막으로 상술한 방법이 실제 시공에 적용되는 일예를 설명하기로 한다. 먼저 완성된 강재 거더부(410)에 복원력을 발생하기 위한 프리플렉스 하중 재하장치(900)를 거더 중앙(L/2) 1개소에만 제작한다. 상기 거더부(410)의 단부는 재하장치가 필요 없이 콘크리트 받침대 또는 강판과 받침목에 의해 지지되고 중앙부에 지반과 어스앵카에 의해 고정되는 강재프레임에 잭킹 장치를 구성하여 하향으로 거더부(410) 중앙(L/2) 1개소에 프리플렉션 하중을 재하한다. 상기 프리플렉션 하중을 설계하중 80%내지 90%로 1차 재하 후 제거하여 강재 거더부의 제작과정에서 존재하는 해로운 잔류응력을 제거하고 2차 재하에 설계하중의 90~110%로 하되 재하속도는 4ton/min 내지 6ton/min로 중앙지점에 하중을 도입한다. 다음에, 휨에 의한 수직 변위량 및 재하 하중이 기 설계된 값에 대해 10%의 오차 범위를 만족하도록 일치시킨 후 하부 플랜지 콘크리트 타설 및 증기 양생 후 상기 하중을 제거하여 강재 복원력에 의해 하부플랜지 콘크리트에 1차 압축응력을 도입한다. 이 후 콘크리트의 건조 수축과 크리프의 시간손실 및 강재 복원력만으로 부족한 하부플랜지 콘크리트의 압축응력을 미리 배치된 강선을 긴장 정착하여 2차로 압축응력을 도입한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더는 가장 자리 부위의 형고가 중앙 부위의 형고보다 낮게 형성될 수 있다. 그러므로, 종래에 거더부가 실질적으로 동일한 형고를 갖는 교량에 비해 교량 받침의 높이를 용이하게 높일 수 있다.
또한 합성 거더의 주요 부재인 강재 거더를 설계 휨모멘트 변화에 대응하도록 연결부를 볼트 이음에 의해 변단면으로 개선하여 시공성과 경제성을 향상시킬 수 있다. 게다가, 강재 거더부의 1차 프리플렉션시 하중을 중앙에만 재하함으로써 공정이 단순해진다. 그러므로, 강재 거더 처짐의 주관심 위치인 중앙부임을 감안할 때 품질관리에도 효율적이라 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 적어도 세 개의 스틸 거더들이 연결되고 상방으로 굴곡된 형상을 갖는 거더부;
    상기 거더부의 하부면으로부터 하방으로 돌출하되, 거더부의 양단(both ends)과 각각 이격되도록 구비되며, 상기 거더부의 길이 방향으로 서로 평행하게 형성된 다수의 홀들을 갖는 한 쌍의 강선 정착부;
    상기 한 쌍의 강선 정착부 사이에 구비되고, 상기 홀들에 삽입되는 다수의 강선들;
    상기 강선들 및 강선 정착부를 감싸도록 상기 강선 정착부 사이에 형성되며, 상기 거더부의 길이 방향으로 상기 거더부와 결합되는 제1 플랜지 콘크리트; 및
    상기 제1 플랜지 콘크리트와 단차를 갖도록, 상기 제1 플랜지 콘크리트의 단부들로부터 상방으로 연장되어 인접하는 상기 거더부의 가장자리 부위들과 각각 결합되는 제2 플랜지 콘크리트를 포함하는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 강선 정착부는 인접하는 상기 거더부의 단부로부터 2m 내지 2.5m 이격되도록 형성된 것을 특징으로 하는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 플랜지 콘크리트와 상기 제2 플랜지 콘크리트 사 이의 단차는 40㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 플랜지 콘크리트는 제1 콘크리트와 동일한 강도를 갖는 무수축 콘크리트 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더.
  5. 적어도 세 개의 스틸 거더들이 연결되고 상방으로 굴곡된 거더부를 형성하는 단계;
    상기 거더부의 중앙에 프리플렉션 하중을 재하하는 단계;
    상기 거더부의 하부면으로부터 하방으로 돌출하되, 거더부의 양단(both ends)과 각각 이격되도록 구비되며, 상기 거더부의 길이 방향으로 서로 평행하게 형성된 다수의 홀들을 갖는 한 쌍의 강선 정착부를 형성하는 단계;
    상기 한 쌍의 강선 정착부 사이에 구비되고, 상기 홀들에 삽입되는 다수의 강선들을 배치하는 단계;
    상기 강선들 및 강선 정착부를 감싸도록 상기 강선 정착부 사이에 위치하며, 상기 거더부의 길이 방향으로 상기 거더부와 결합되는 제1 플랜지 콘크리트를 형성하는 단계;
    상기 제1 플랜지 콘크리트와 단차를 갖도록, 상기 제1 플랜지 콘크리트의 단부들로부터 상방으로 연장되어 인접하는 상기 거더부의 가장자리 부위들과 각각 결 합되는 제2 플랜지 콘크리트를 형성하는 단계;
    상기 재하된 하중을 제거하는 단계; 및
    상기 배치된 강선들을 긴장 후 정착하는 단계를 포함하는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 거더부를 형성하는 단계는,
    실질적으로 균일한 제1 두께를 갖는 제1 플랜지를 포함하는 제1 거더 및 상기 제1 거더의 제1 두께보다 작은 제2 두께를 갖는 제2 플랜지를 포함하는 제2 거더들를 마련하는 단계;
    상기 제1 두께 및 제2 두께 차이값을 두께로 갖는 채움판을 이용하여 상기 제1 거더와 제2 거더의 두께를 실질적으로 일치시키는 단계; 및
    상기 제1 거더, 제2 거더 및 채움판을 볼트 이음 방식으로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 프리플렉션 하중을 재하하는 단계는,
    상기 거더부의 중앙에 설계 프리플렉션 하중의 80 내지 90%의 하중을 재하하는 1차 재하 단계;
    상기 1차 재하된 하중을 제거하는 단계;
    상기 거더부의 중앙에 상기 설계 프리플렉션 하중의 90 내지 110%의 하중을 재하하는 2차 재하단계; 및
    상기 거더부의 변위량이 기 설정된 값의 범위를 만족하는지 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리프리스트레스트 프리플렉스 합성 거더의 제작 방법.
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