KR20080105588A - 조립식 중공 슬래브 및 이를 시공하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조립식 중공 슬래브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중공부 중앙을 수직 분할하고 조립화한 슬래브에 관한 것이다. 종래의 현장 타설 공법은 원형 또는 사각형 모양의 폐쇄형 중공부를 가진 중공 슬래브가 대부분이며, 일부는 원형 또는 사각형 모양의 중공부와 중공부 사이를 수직분할한 상자모양의 단면을 프리캐스트(precast)화 하여 병렬 연결한 중공 슬래브 공법이다. 본 발명은 이러한 중공 슬래브를 역학적으로 그리고 시공상으로 유리하고 합리적인 방법으로 조립하기 위하여 중공형태를 원형 또는 사각형, 기타 다각형 형태로 하여 중공부의 중앙부분을 수직분할 블록화하고, 이러한 블록들을 프리캐스트 제작하여 제품화한 후, 현장에서 다시 조립하여 본래의 프리캐스트 중공 슬래브로 형성하는 것이다. 또한 종래의 중공 슬래브의 중공부 단면은 지간단부에서 중앙부까지 일정하게 형성되지만, 본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브의 단면은 전단력이 주로 작용하는 지간 단부에서는 복부 단면을 크게 하기 위하여 중공부의 폭방향 길이는 줄이고 높이방향 길이는 늘여서 전단력 저항에 합리적인 단면이 되도록 하고, 반대로 지간 중앙부에는 주로 휨모멘트가 작용하므로 플랜지 두께를 증대시키기 위하여 중공부의 폭방향 길이는 늘이고 높이방향 길이는 줄여서 휨모멘트 저항에 효과적인 단면이 되도록 함으로써, 중공 슬래브 종단면이나 횡단면에서 볼 때 중공부 단면의 높이와 폭이 각기 서로 반대방향으로 테이퍼(taper) 형태로 변하는 단면 형상을 갖도록 한다. 그리고 격벽을 설치하는 부분은 중공부가 없는 형태가 되도록 한다.

본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브 부재를 이용하여 조립되는 프리캐스트 프리스트레스 콘크리트 교량은, 조립식 교량의 상부구조체를 시공할 때 현장 콘크리트 타설이 전혀 필요하지 않으며 동바리 설치가 필요하지 않기 때문에, 교량의 공사기간이 실질적으로 단축되며 교량의 상부 구조체의 시공품질을 설계자가 의도하는 대로 정확하게 관리 할 수 있다는 장점이 있고, 자연재해로 인하여 교량의 상부구조체가 유실된 경우 신속하고 간단하게 교량의 상판 슬래브를 복구할 수 있으며, 교통소통이 많은 지역 또는 유량이 많은 지역의 교량 가설이나 보수공사 시에 매우 유용하다는 장점이 있다. 나아가, 본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브 부재는, 슬래브 중량을 감소시키고 단면의 두께를 얇게 할 수 있는 중공형 슬래브가 가지는 장점을 충분히 활용하면서도, 중공부 단면 주위로 콘크리트 양생시 후프텐션(hoop tension)에 의해 균열이 발생하는 종래의 폐쇄형 중공 슬래브가 가지는 문제점을 해결하는 큰 효과가 있다.

Description

조립식 중공 슬래브{THE ASSEMBLY TYPE HOLLOW SLAB}

도 1 및 도 2는 종래의 기술에 따른 폐쇄형 중공부를 가진 프리캐스트 콘크리트 빔의 구조를 도시한 도면

도 3은 본 발명의 선호적인 일 실시예에 따른 조립식 중공 슬래브의 개략적인 모습을 도시한 단면도

도 4는 도 3에서 도시된 중공 슬래브 부재가 나란히 배열된 모습을 도시한 사시도

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조립식 중공 슬래브의 개략적인 모습을 도시한 단면도

도 6은 도 5에서 도시된 중공 슬래브 부재가 나란히 배열된 모습을 도시한 사시도

도 7a와 도 7b는 본 발명의 선호적인 실시예에 따라서 중공 슬래브 부재의 중공부가 지간의 단부로부터 지간의 중앙부로 테이퍼되는 변단면 형상을 가지는 것을 각각 도시한 모습

도 8은 본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브의 개념도를 도시한 모습

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 중공 슬래브 부재 20 : 상부 플랜지

30 : 하부 플랜지 40 : 복부

50 : 오목부 60 : 격벽(diaphragm)

70 : 전단키 110,120,130,140,150 : 쉬이스 관

111,121,131,141,151 : 긴장재(tendon)

본 발명은 조립식 중공 슬래브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중공부 중앙을 수직 분할하고 조립화한 슬래브에 관한 것이다.

종래의 현장 타설 공법은 원형 또는 사각형 모양의 폐쇄형 중공부를 가진 중공 슬래브가 대부분이며, 일부는 원형 또는 사각형 모양의 중공부와 중공부 사이를 수직분할한 상자모양의 단면을 프리캐스트(precast)화 하여 병렬 연결한 중공 슬래브 공법이다.

본 발명은 이러한 중공 슬래브를 역학적으로 그리고 시공상으로 유리하고 합리적인 방법으로 조립하기 위하여 중공형태를 원형 또는 사각형, 기타 다각형 형태 로 하여 중공부의 중앙부분을 수직분할 블록화하고, 이러한 블록들을 프리캐스트 제작하여 제품화한 후, 현장에서 다시 조립하여 본래의 프리캐스트 중공 슬래브로 형성하는 것이다.

또한 종래의 중공 슬래브의 중공부 단면은 지간단부에서 중앙부까지 일정하게 형성되지만, 본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브의 단면은 전단력이 주로 작용하는 지간 단부에서는 복부 단면을 크게 하기 위하여 중공부의 폭방향 길이는 줄이고 높이방향 길이는 늘여서 전단력 저항에 합리적인 단면이 되도록 하고, 반대로 지간 중앙부에는 주로 휨모멘트가 작용하므로 플랜지 두께를 증대시키기 위하여 중공부의 폭방향 길이는 늘이고 높이방향 길이는 줄여서 휨모멘트 저항에 효과적인 단면이 되도록 함으로써, 중공 슬래브 종단면이나 횡단면에서 볼 때 중공부 단면의 높이와 폭이 각기 서로 반대방향으로 테이퍼(taper) 형태로 변하는 단면 형상을 갖도록 한다. 그리고 격벽을 설치하는 부분은 중공부가 없는 형태가 되도록 한다.

즉, 본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브 부재는 원형 또는 사각형, 기타 다각형 형태의 중공부를 중앙부분에서 수직분할하여 종방향으로 분할된 블록화 형태로 함으로써, 슬래브의 중량은 줄이고 단면의 두께는 얇게 할 수 있는 중공 슬래브의 장점을 그대로 활용하면서도, 종래의 폐쇄형 중공부 부위에서 콘크리트 양생시 후프텐션(hoop tension)에 의해 균열이 발생하기 쉬운 문제점을 근본적으로 해결한 조립식 중공 슬래브에 관한 것이다.

일반적으로 교량은 통행하는 차량과 사람과 같은 하중을 하부구조로 전달시키는 상부구조와, 도로부와 연결되는 위치에서 상부구조를 지지하는 교대와, 상기 교대 중간에 위치하며 상부구조를 지지하고 하중을 기초지반에 전달하는 교각으로 이루어진다. 통상적으로 교량의 상부구조는 상판 슬래브(slab)와, 거더(girder), 세로보(stringer) 그리고 가로보(cross beam)의 개별적인 구성요소들로 이루어지거나, 또는 현장 타설 슬래브만으로 이루어진다. 일반적으로 콘크리트 거더에 교량의 바닥판(교량 슬래브)을 합성하는 방법은 거더를 프리캐스트(precast)로 공장 제작한 후, 현장으로 이송하여 교각 위에 거치하고 그 상부에 현장 타설 콘크리트로 슬래브를 시공함으로써 이루어지며, 후자의 경우는 현장에서 동바리를 설치한 후 슬래브를 현장 타설함으로써 이루어진다.

그런데, 상기와 같은 현장타설에 의한 종래의 슬래브 시공방식들은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째, 교량의 건설시 현장에서 콘크리트를 타설하고 양생하는데 상당한 시간이 소요되며, 따라서 교량의 공사기간이 장기화된다.

둘째, 콘크리트 현장타설로 인하여 슬래브의 시공품질을 설계자가 요구하는 사양대로 정확하게 관리하기 어렵다.

셋째, 전자의 방법은 상부 슬래브와 거더 등 각각의 부재들의 거동이 구조적으로 일체화되지 못한다는 문제점이 있으며, 후자의 방법은 동바리 시공으로 인하 여 교통소통 및 유수(流水)의 소통에 지장을 초래하며, 시공 중에 무거운 중량을 지탱하여야만 하는 동바리 부재의 안전성을 확보하기 어렵다.

넷째, 폐쇄형 중공 슬래브의 경우 콘크리트 양생시 후프텐션(hoop tension)으로 인하여 균열이 발생하기 쉽다는 치명적인 문제점이 있다.

상기와 같은 폐쇄형 중공부를 가진 현장타설 슬래브와 관련하여, 2003년 4월 15일자로 출원된 특허출원 제10-2003-23804호(주식회사 삼표)는 프리캐스트 콘크리트 빔의 구조를 개시하고 있다. 도 1과 도 2에서 명확하게 도시된 바와 같이, 상기 특허출원은 교량 축조시 사용되며 내부가 공간부로 이루어지고 하부에 긴장재가 설치된 프리캐스트 콘크리트 빔에 있어서, 빔의 측면에 다수의 돌기가 형성되고 상기 돌기가 형성된 빔의 하부에는 현장타설 콘크리트를 타설할 때 사용되는 거푸집이 설치될 수 있도록 걸림턱이 제공된 것을 특징으로 한다.

그러나, 상기 주식회사 삼표의 특허출원은 도 1에 도시된 바와 같이 폐쇄형 중공부로 이루어지기 때문에, 다른 종래의 기술과 마찬가지로 콘크리트 양생시 중공부 주위에서 후프텐션(hoop tension)에 의한 균열이 발생하기 쉽다는 치명적인 문제점을 내포하고 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 현장타설 콘크리트가 사용되기 때문에 콘크리트의 타설과 양생에 상당한 시간이 소요되며 결국 공사기간이 장기화되는 문제점과, 현장타설로 인하여 슬래브의 시공품질을 설계자가 요구하는 사양대로 정확하게 관리하기 어렵다는 종래의 문제점을 여전히 극복하지 못하고 있 다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 폐쇄형 중공부를 가진 콘크리트 현장타설 교량 상부구조체가 가지는 문제점들을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 원형, 사각형 또는 다각형 형상의 중공부 중앙부분을 수직 분할함으로써 블록화하고, 이러한 블록을 프리캐스트(precast) 제작하여 제품화한 후, 현장에서 다시 조립하여 본래의 프리캐스트 중공슬래브로 형성하는 것이다. 이러한 블록들은 운반과 조립 등 취급이 용이한 형태로 횡방향으로 분할될 수도 있고, 지간의 단부로부터 지간의 중앙부로 중공부의 폭과 높이가 각기 서로 반대로 테이퍼(taper)되는 변단면 형태로 이루어진 조립식 중공 슬래브로 된다. 따라서 본 발명은 폐쇄형 중공부를 가진 종래의 기술에서 콘크리트 양생시 중공부 주위에서 후프텐션(hoop tension)에 의해 균열이 발생하는 단점을 극복하면서도 슬래브의 중량을 줄이고 단면의 두께를 얇게 할 수 있는 중공 슬래브의 장점은 적극적으로 활용하도록 하며, 교량의 상부구조는 본 발명에 따른 중공 슬래브의 수직분할 블록화 부재들을 다수의 긴장재로써 연결 및 조립만 하면 완성되므로 현장에서는 콘크리트 타설이 전혀 필요하지 않게 되어 친환경적이며, 자연재해로 인하여 교량의 상부구조가 유실된 지역의 긴급한 교량 복구에 신속하게 대처할 수 있고, 공사기간을 실질적으로 단축시킴으로써 직접 또는 간접적인 경제적 손실을 미연에 방지하도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 조립식 교량의 상부구조로 사용되며, 원형, 사각형 또는 다각형 형태의 중공부를 가지는 조립식 중공 슬래브 부재에 있어서, 상기 중공 슬래브 부재는,

하부 플랜지에 종방향으로 설치된 복수개의 제 1 쉬이스 관(sheath tube)과, 상기 제 1 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되는 복수개의 제 1 긴장재(tendon)와,

격벽(diaphragm) 부위에서 횡방향으로 설치된 복수개의 제 2 쉬이스 관과, 상기 제 2 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되는 복수개의 제 2 긴장재(tendon)와,

원형 또는 다각형 형태로 된 중공부의 중앙부분을 수직분할하여 종방향으로 블록화하고, 상기 블록화된 부재들을 병렬로 조립함으로써 중공 슬래브 부재들 사이에서 중공부를 형성하는 오목부를 포함하며,

상기 조립식 중공 슬래브 부재는 중공부 중앙부분이 수직분할되어 종방향으로 분할된 블록화 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브를 제공한다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상부 플랜지에 종방향으로 설치되는 복수개의 제 3 쉬이스 관(sheath tube)과, 상기 제 3 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되는 복수개의 제 3 긴장재(tendon)를 추가적으로 포함하는 것 을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 슬래브가 합리적인 2방향 판구조 거동을 갖도록 하고 중공 슬래브 부재의 높이를 낮게 함과 동시에 상부 구조체의 강성을 유지하도록 하기 위하여, 상기 중공 슬래브 부재의 상부 플랜지 내에서 횡방향으로 설치되는 복수개의 제 4 쉬이스 관(sheath tube)과 상기 제 4 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되어지는 복수개의 제 4 긴장재(tendon)를 추가적으로 포함하며, 상기 중공 슬래브 부재의 하부 플랜지 내에서 횡방향으로 설치되는 복수개의 제 5 쉬이스 관(sheath tube)과 상기 제 5 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되어지는 제 5 긴장재(tendon)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브를 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 구조역학적 기본개념에 착안하여 지간의 양쪽 단부에서는 전단력이 크고 휨모멘트가 작기 때문에, 지간 단부의 중공부는 폭방향 길이를 줄이고 높이방향 길이를 증대함으로써 복부 단면을 증대시켜 전단력에 유리한 단면을 가지도록 하며, 지간의 중앙부는 전단력이 작고 휨모멘트가 크므로 중앙부분의 중공부는 단부의 경우와 반대로 높이방향 길이를 줄이고 폭방향 길이를 증대함으로써 플랜지를 두께를 증대하여 휨모멘트 저항에 유리한 단면을 가지는 변단면 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 중공 슬래브 부재의 횡방향 또는/및 종방향 연결부에는 전단키가 설치되어질 수 있으며, 상기 전단키는 오목부와 볼록부가 상호 결합되는 형태로 이루어지거나 에폭시 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브를 제공한다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 조립식 중공 슬래브의 중공부와 외부에 배치되는 복수개의 외부 긴장재(external tendon)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 교장이 길고 지간이 길어서 운반 및 취급이 용이하지 않은 경우, 차량의 운반이 가능한 범위 이내의 길이로 이루어지도록 종방향 및 횡방향 모두로 분할된 블록화 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브를 제공한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 선호적인 실시형태에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 선호적인 일 실시예에 따른 조립식 중공 슬래브 부재의 개략적인 단면도를 도시하고 있으며, 도 4는 도 3의 조립식 중공 슬래브 종방향 분할 블록화 부재들이 나란히 배치되어진 모습을 도시하고 있는 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 원형, 사각형 또는 다각형 형상의 폐쇄형 중공부를 가진 종래의 콘크리트 현장타설 중공 슬래브판과는 달리, 본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브(10)는 원형, 사각형 또는 다각형 형상의 중공부의 중앙부분을 수직으로 분할함으로써 블록화하고, 이러한 블록을 프리캐스트(precast) 제작하여 제품화한 후 현장에서 다시 조립하여 본래의 프리캐스트 중공 슬래브로 형성되도록 구성된다. 즉, 본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브 종방향 분할 블록화 부재는 상부 플랜지(20), 하부 플랜지(30), 상기 상부 플랜지(20)와 하부 플랜지(30) 사이에 위치하는 복부(40), 그리고 연속적으로 배치된 인접한 종방향 분할 블록화 부재들 사이에서 중공부를 형성하는 오목부(50)로 이루어진다.

또한 상기 조립식 중공 슬래브 부재(10)의 하부 플랜지(30)에는 종방향으로 설치되는 복수개의 제 1 쉬이스 관(sheath tube, 110)들과 그 속으로 삽입되어 긴장되는 복수개의 제 1 긴장재(tendon, 111)들이 배치되어지며, 상기 중공 슬래브 부재의 격벽(diaphragm, 60) 부위에는 횡 방향으로 설치된 복수개의 제 2 쉬이스 관(120)과, 상기 제 2 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되는 복수개의 제 2 긴장재(tendon, 121)들이 배치되어져서, 종방향으로 분할된 중공 슬래브 부재들이 횡방향으로 서로 구슬 꿰듯이 연결될 수 있도록 한다. 상기 격벽(diaphragm, 60)은 본 발명에 따라 분할된 중공 슬래브 부재의 양쪽 단부에 설치될 수도 있으나, 하중의 조건 등을 고려하여 설계자의 의도에 따라서 중공 슬래브 부재의 중간 부분에도 설치될 수 있다.

또한 본 발명의 조립식 중공 슬래브 부재(10)는, 설계자의 필요에 따라서 상부 플랜지(20)에 종방향으로 설치되는 복수개의 제 3 쉬이스 관(sheath tube, 130)과, 상기 제 3 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되는 복수개의 제 3 긴장재(tendon, 131)가 추가적으로 설치될 수도 있으며, 나아가 조립식 중공 슬래브의 중공부와 외부에 필요에 따라서 복수개의 외부 긴장재(external tendon)가 추가적으로 배치되어질 수도 있다. 이때 외부 긴장재는 쉬이스 관이 설치될 필요는 없다.

또한 도 3과 도 4에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중공 슬래브 부재들 간의 횡방향 연결부에는 전단키(shear key, 70)가 설치되어져서 전단력을 감당하도록 할 수 있다. 상기 전단키(70)는 전단키의 기능을 수행할 수 있는 모든 공지된 방식이 이용될 수 있으나, 본 발명의 선호적인 실시예에 따르면 오목부와 볼록부가 상호 결합되는 형태로 이루어지거나 또는 에폭시 결합되어 이루어지는 것이 선호된다. 또한, 본 발명에 따른 전단키(70)는 중공 슬래브 부재를 공장에서 미리 제작할 때 설치되어질 수 있으나, 설계자의 의도에 따라서 충분한 구조검토 후 건설현장에서 요철작업으로 대체될 수도 있다.

따라서, 사하중(dead load) 및 활하중(live load)에 의하여 발생하는 슬래브 부재들 사이에 발생하는 전단력은 본 발명에 따른 중공 슬래브 부재의 연결부에 설치된 전단키(shear key)가 감당하게 된다. 여기서, 본 발명에 따른 전단키가 설치되는 슬래브 부재의 연결부는 상하부 플랜지 측면 연결부 또는 격벽 측면 연결부가 된다.

따라서 본 발명에 따른 중공 슬래브 부재에 설치된 긴장재(tendon)들의 긴장력과 전단키의 작용에 의해서 교량 전체가 일체적으로 거동하게 된다. 결국 본 발명에 따른 중공 슬래브 부재의 상부 플랜지는 판 작용을 하게 되고, 종방향으로는 슬래브 부재의 플랜지 내에 설치된 긴장재를 긴장하여 주형(主珩)에 작용하는 전체 응력을 조절하고 강성을 증대시킴으로써 주형(主珩)의 형고를 실질적으로 낮추게 되어, 경제적이고 구조역학적으로 안정적이며 현장에서의 작업을 최소화하여 경제적이고 내구성 있는 조립식 교량을 건설할 수 있다.

본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브 부재(10)는 플랜지 부분에 복수개의 종방향 쉬이스 관(sheath tube)들을 미리 배치하며, 그 속으로 복수개의 긴장재(tendon)들을 삽입하고 콘크리트 타설 전이나 또는 타설 양생 후에 긴장력을 도입함으로써 제작되어진다. 이러한 방식으로 기 제작된 조립식 중공 슬래브 부재(10)를 교량가설 위치로 운반하고 가로보간 연결위치에 맞추어 나란히 배치한 다음, 중공 슬래브 부재들의 격벽(diaphragm, 60) 부위에 횡방향으로 설치된 복수개의 제 2 쉬이스 관(120)들 속으로 복수개의 제 2 긴장재(121)들을 구슬 꿰듯이 삽 입하고 긴장력을 도입함으로써, 본 발명에 따른 중공 슬래브 부재들이 횡방향으로 일체가 되도록 함과 동시에 교량 상부 구조물로서의 강성을 유지하도록 한다.

즉, 본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브 부재(10)를 이용한 조립식 교량의 시공순서는 다음과 같다.

1. 공장 또는 건설현장과 같은 제작장에서 분할 블록 제작을 위한 거푸집을 제작한다.

2. 거푸집 내에 쉬이스 관과 철근을 배치한다. 이때 많이 사용되지는 않지만, 종방향으로 설치된 쉬이스 관에 종방향 긴장재를 삽입해서 긴장할 수도 있다(프리텐션 공법).

3. 콘크리트를 타설하고 양생한다.

4. 종방향으로 설치된 쉬이스 관에 종방향 긴장재를 삽입하고 긴장한다(단계별로 긴장력을 도입할 경우 1차 고정하중인 슬래브 자중에 대해서만 긴장력을 도입한다).

5. 가설장소로 운반한다. 4번과 5번 공정은 서로 바뀔 수 있다.

6. 제작된 분할 블록을 병렬로 거치한다.

7. 격벽이나 상,하 플랜지에 횡방향으로 설치된 쉬이스 관에 긴장재를 삽입하고 긴장한다.

8. 단계별로 긴장할 경우 활하중 및 2차 고정하중에 대해서 긴장력을 도입한다(종방향 긴장재).

9. 2차 고정하중에 해당하는 방호벽 및 가드레일, 방음벽 등을 설치한다.

10. 아스팔트 포장을 한다(콘크리트 포장인 경우 하지 않을 수도 있음).

상기에서 설명된 본 발명의 선호적인 일 실시예에 따른 중공 슬래브 부재의 긴장재에 긴장력을 도입하는 과정은 모든 고정하중과 활하중에 대해서 한 번에 동시에 이루어질 수도 있으나, 설계자의 의도에 따라서 재하되는 하중의 발생 단계별로 여러 단계로 나누어 순차적으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 후자의 경우에 있어서 상기 중공 슬래브 부재(10)의 각각의 긴장재에 긴장력을 도입하는 과정은, 슬래브 부재들의 자중인 1차 고정하중에 대해서만 종방향 긴장재를 삽입해서 긴장하는 제 1 단계와, 가설장소로 운반된 후 병렬로 거치된 이후에, 격벽이나 상,하 플랜지에 횡방향으로 설치된 쉬이스 관에 횡방향 긴장재를 삽입해서 긴장하는 제 2 단계와, 방호벽, 가드레일 그리고 방음벽 등의 2차 고정하중과 활하중에 대해서 종방향 긴장재를 긴장하는 제 3 단계로, 단계별로 이루어질 수도 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 선호적인 실시예에 따른 조립식 중공 슬래브의 개략적인 단면도를 도시하고 있으며, 도 6은 도 5의 중공 슬래브 부재들이 나란히 배치되어진 모습을 도시하고 있는 사시도이다. 도 5와 도 6에 도시된 중공 슬래브 부재는 상부 플랜지 또는 상하부 플랜지 모두에도 긴장(prestress)이 이루어진다는 점에서는 도 3과 도 4에 도시된 실시예와는 다소 차이가 있다.

즉 도 5에 도시된 중공 슬래브 부재는, 슬래브가 합리적인 2방향 판구조 거동을 갖도록 하고 슬래브 부재의 높이를 낮게 함과 동시에 교량의 상부 구조체의 강성을 유지하도록 하기 위하여, 상기 중공 슬래브 부재의 상부 플랜지(20) 내에 횡방향으로 설치되는 복수개의 제 4 쉬이스 관(sheath tube, 140)과 상기 제 4 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되어지는 복수개의 제 4 긴장재(tendon, 131)를 추가적으로 포함하며, 상기 중공 슬래브 부재(10)의 하부 플랜지(30) 내에 횡방향으로 설치되는 복수개의 제 5 쉬이스 관(sheath tube, 150)과 상기 제 5 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되어지는 제 5 긴장재(tendon, 151)를 추가적으로 포함한다.

도 5 및 도 6에서 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중공 슬래브 부재들 간의 전단력은 긴장력이 도입된 슬래브 부재들의 연결부에 설치된 전단키(shear key)가 부담할 뿐만 아니라, 슬래브 부재들의 상부 또는/및 하부 플랜지에 횡방향으로 설치된 긴장재(tendon)에 긴장력(prestress)을 가하여 슬래브 부재들 간의 결속력을 더욱 증대시킴으로써 교량의 상부 구조체의 강성을 2방향 판구조 이론으로 유지시키도록 한다. 따라서 교량의 상부 구조물 전체적으로 볼 때, 종방향 및 횡방향으로 배열된 긴장재(tendon) 모두에 긴장력이 가해짐으로서 교량전체가 더욱 경제적이고 구조역학적으로 합리적인 구조물을 이루게 된다.

즉, 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에서는, 슬래브의 두께를 실질적으로 경감 하고 교량의 고정하중을 감소시킬 수 있도록, 조립식 중공 슬래브 부재들의 상부 또는/및 하부 플랜지에 횡방향으로 복수개의 긴장재(tendon)를 설치하고 긴장함으로써 슬래브의 부모멘트 부분에 발생할 수 있는 인장응력을 필요한 양만큼 제거하고 긴장 후의 슬래브의 응력이 허용응력 이내가 되도록 조절할 수 있는 긴장재의 위치와 긴장력의 크기를 결정하여 슬래브에 설치된 긴장재를 긴장하여 일체화시킨다.

도 5 및 도 6에 도시된 실시예에 따른 슬래브 부재에 긴장력을 도입하는 과정은, 상기 도 3 및 도 4의 실시예와 관련하여 기술된 바와 같이, 모든 고정하중과 활하중에 대해서 한 번에 동시에 이루어질 수도 있으나, 설계자의 의도에 따라서 재하되는 하중의 발생 단계별로 여러 단계로 나누어 순차적으로 이루어질 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 구조역학적 기본개념에 따라 지간의 양쪽 단부는 전단력이 크지만 휨모멘트가 작고 지간의 중앙부는 휨모멘트는 크지만 전단력은 작게 된다. 따라서 이러한 구조 역학적 기본개념에 착안하여, 도 7a와 도 7b에 도시된 바와 같이, 지간의 양쪽 단부에서 중공 슬래브 부재의 중공부(30)는 폭방향의 길이를 줄이고 높이방향의 길이를 증대함으로써 복부 단면을 증대시켜 전단력에 유리한 단면을 가지도록 하며, 지간의 중앙부에서 중앙부분의 중공부는 단부의 경우와 반대로 높이방향의 길이를 줄이고 폭방향의 길이를 증대함으로써 플랜 지를 두께를 증대하여 휨모멘트 저항에 유리한 단면을 가지는 변단면으로 본 발명에 따른 중공부가 구성되도록 함으로써, 조립시 3차원 입체 중공부를 가지는 역학적으로 유리한 형태의 단면을 가지도록 할 수 있다. 상기 테이퍼되는 변단면으로 된 중공부는 본 발명에 따른 슬래브 부재를 공장이나 현장에서 제작할 때, 변단면 형상을 가진 파이프 등의 형틀을 미리 설치한 후 콘크리트를 타설하여 양생함으로써, 원하는 형상을 용이하게 얻을 수 있다. 도 7a는 지간의 양쪽 단부에서 지간의 중앙부로 테이퍼되는 변단면을 가진 중공부가 타원형 형상으로 되는 것을 도시하고 있으며, 도 7b는 양쪽 단부에서 지간의 중앙부로 테이퍼되는 변단면을 가진 중공부가 다각형 형상으로 되는 것을 도시하고 있으나, 동일한 기능을 수행할 수 있는 공지된 다른 형상이 사용될 수도 있다. 또한 도 8은 본 발명이 더욱 명확하게 이해될 수 있도록 본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브의 개념도를 도시하고 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 설계자의 의도에 따라서 충분한 구조검토 후 중공 슬래브의 중공부와 외부에 복수개의 외부 긴장재(external tendon)를 배치할 수도 있다. 이때 외부 긴장재는 쉬이스 관이 별도로 설치될 필요는 없다.

상기에서 기술된 본 발명의 선호적인 실시예들은 비교적 짧은 경간으로서 본 발명에 따른 중공 슬래브 부재의 운반에 특별한 어려움이 없는 단경간 교량에 주로 적용되는 것으로서, 즉 본 발명에 따른 슬래브 부재가 종방향으로만 블록화 되도록 분할되는 경우를 설명하고 있다. 예를 들어 교량가설 현장에서 가까이 위치하는 공 장이나 현장에서 제작되거나 차량 등에 의한 운반이 가능한 지간 거리를 가진 교량의 경우에 사용되는 경우, 본 발명에 따른 중공 슬래브 부재를 종방향으로만 분할하더라도 운반이 가능한 블록화 형태가 된다. 종방향으로만 분할되는 본 발명에 따른 중공 슬래브 부재는 차량으로 운반가능한 범위 이내, 특별히 제한되는 것은 아니지만 예를 들어 14M까지의 길이로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 종 방향으로만 분할되는 중공 슬래브 부재와는 달리, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 교장이 길고 지간이 길어서 운반 및 취급이 용이하지 않은 경우 상기 중공 슬래브 부재는 종방향 및 횡방향 모두로 분할된 블록화 형태로 이루어질 수 있다. 따라서 경간이 비교적 큰 교량에 설치되는 경우, 본 발명에 따른 중공 슬래브 부재는 종방향 뿐만 아니라 횡방향으로도 블록화된 복수개의 슬래브 부재로 나누어져 공장에서 제작하고 현장으로 운반된 후, 이와 같이 미리 제작된 복수개의 슬래브 부재들을 종방향 및 횡방향 모두로 구슬 꿰듯이 상호 조립함으로써 교량의 상부구조체를 신속하고 용이하게 제작할 수 있다.

이와 같이 종방향 뿐만 아니라 횡방향으로도 분할된 중공 슬래브 부재를 종방향으로 연결할 경우에는, 상기 종방향 연결부에 가로보(cross beam) 또는 격벽(diaphragm)을 설치하고 상기 슬래브 부재의 종방향으로 상하 긴장재(tendon)를 설치하여 종방향으로도 슬래브 부재들이 체결되고 조립되도록 한다. 또한, 전단력에 충분히 저항할 수 있도록 슬래브 부재의 횡방향 연결부뿐만 아니라 종방향 연결 부에도 전단키(shear key)가 설치되어 질 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브 부재를 이용하여 조립되는 프리캐스트 프리스트레스 콘크리트 교량은, 조립식 교량의 상부구조체를 시공할 때 현장 콘크리트 타설이 전혀 필요하지 않으며 동바리 설치가 필요하지 않기 때문에, 교량의 공사기간이 실질적으로 단축되며 교량의 상부 구조체의 시공품질을 설계자가 의도하는 대로 정확하게 관리 할 수 있다는 장점이 있고, 자연재해로 인하여 교량의 상부구조체가 유실된 경우 신속하고 간단하게 교량의 상판 슬래브를 복구할 수 있으며, 교통소통이 많은 지역 또는 유량이 많은 지역의 교량 가설이나 보수공사 시에 매우 유용하다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 조립식 중공 슬래브 부재는, 슬래브 중량을 감소시키고 단면의 두께를 얇게 할 수 있는 중공형 슬래브가 가지는 장점을 충분히 활용하면서도, 중공부 단면 주위로 콘크리트 양생시 후프텐션(hoop tension)에 의해 균열이 발생하는 종래의 폐쇄형 중공 슬래브가 가지는 문제점을 해결하는 장점이 있다.

나아가, 본 발명에 따른 중공 슬래브 부재는 구조역학적인 개념을 도입하여, 지간의 중앙부로부터 지간의 단부로 테이퍼되는 변단면 형태로 이루어지도록 함으로써, 구조역학적으로 유리한 단면효과를 나타내도록 하여 슬래브판 두께를 종래의 기술에 따른 슬래브판 두께보다 실질적으로 얇게하는 장점을 가지고 있으며, 형하공간을 최대한으로 확보하여야만 하는 작업공간에도 용이하게 시공할 수 있고, 현장에서의 작업을 최소화하여 경제적이고 내구성 있는 조립식 교량을 신속하고 간단하게 건설할 수 있도록 하는 장점을 가지고 있다.

상기에서 기술된 구성과 효과를 가진 본 발명은 다양한 방법으로 변형이 가능하며, 상기에서 기술된 내용은 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형과 수정이 가능하며, 본 발명이 속한 분야의 당업자에게 자명한 변형은 다음의 특허청구범위 범위 내에 포함되어진다.

Claims (12)

1. 조립식 교량의 상부구조로 사용되며, 원형, 사각형 또는 다각형 형태의 중공부를 가지는 조립식 중공 슬래브 부재에 있어서, 상기 중공 슬래브 부재는,

   하부 플랜지(30)에 종방향으로 설치된 복수개의 제 1 쉬이스 관(sheath tube, 110)과, 상기 제 1 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되는 복수개의 제 1 긴장재(tendon, 111)와,

   격벽(diaphragm, 60) 부위에서 횡방향으로 설치된 복수개의 제 2 쉬이스 관(120)과, 상기 제 2 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되는 복수개의 제 2 긴장재(tendon, 121)와,

   원형 또는 다각형 형태로 된 중공부의 중앙부분을 수직분할하여 종방향으로 블록화하고, 상기 블록화된 부재들을 병렬로 조립함으로써 중공 슬래브 부재들 사이에서 중공부를 형성하는 오목부(50)를 포함하며,

   상기 조립식 중공 슬래브 부재(10)는 중공부 중앙부분이 수직분할되어 종방향으로 분할된 블록화 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브
2. 제 1 항에 있어서, 상부 플랜지(20)에 종방향으로 설치되는 복수개의 제 3 쉬이스 관(sheath tube, 130)과, 상기 제 3 쉬이스 관 속으로 삽입되어 긴장(prestress)되는 복수개의 제 3 긴장재(tendon, 131)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브
3. 제 2 항에 있어서, 상기 중공 슬래브 부재(10)의 상부 플랜지(20) 내에서 횡방향으로 설치되는 복수개의 제 4 쉬이스 관(sheath tube, 140)과 상기 제 4 쉬이스 관 속으로 삽입되어 프리스트레스(prestress)되어지는 복수개의 제 4 긴장재(tendon, 141)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브
4. 제 3 항에 있어서, 상기 중공 슬래브 부재의 하부 플랜지(30) 내에서 횡방향으로 설치된 복수개의 제 5 쉬이스 관(150)과, 상기 제 5 쉬이스 관 속으로 삽입되어 프리스트레스(prestress)되어지는 복수개의 제 5 긴장재(tendon, 151)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 중공 슬래브 부재의 중공부는 지간의 양쪽 단부에서는 폭방향 길이는 줄이고 높이방향 길이를 증대함으로써 복부 단면을 증대시켜 복부 두께가 두꺼워진 형태의 중공단면을 가지며, 지간의 중앙부에서는 단부에서와 반대로 중공부의 폭방향 길이는 늘이고 높이방향 길이는 축소함으로써 플랜지 단면을 증대 시켜 상하 플랜지 두께가 두꺼워진 중공단면을 가지는 변단면 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 교량의 중공 슬래브
6. 제 5 항에 있어서, 상기 중공 슬래브 부재(10)의 횡방향 연결부에 전단 키(70)가 설치되어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브
7. 제 6 항에 있어서, 상기 전단키(70)는 오목부와 볼록부가 상호 결합되는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브
8. 제 6 항에 있어서, 상기 전단키(70)는 에폭시 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브
9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 조립식 중공 슬래브의 중공부와 외부에 복수개의 외부 긴장재(external tendon)가 추가적으로 제공되어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브
10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 중공 슬래브 부재는 종방향 및 횡방향 모두로 분할된 블록화 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브
11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 중공 슬래브 부재(10)의 각각의 긴장재에 긴장력을 도입하는 과정은,

    슬래브 부재들의 자중인 1차 고정하중에 대해서만 종방향 긴장재를 삽입해서 긴장하는 제 1 단계와,

    가설장소로 운반된 후 병렬로 거치된 이후에, 격벽이나 상,하 플랜지에 횡방향으로 설치된 쉬이스 관에 횡방향 긴장재를 삽입해서 긴장하는 제 2 단계와,

    방호벽, 가드레일 그리고 방음벽 등의 2차 고정하중과 활하중에 대해서 종방향 긴장재를 긴장하는 제 3 단계로, 단계별로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브
12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 중공 슬래브 부재(10)의 각각의 긴장재에 긴장력을 도입하는 과정은, 모든 고정하중과 활하중에 대해서 한 번에 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 조립식 중공 슬래브

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