KR20090003807A - 프리스트레싱 강판을 구비한 연속 지점부 구조체 및 그시공방법 - Google Patents

프리스트레싱 강판을 구비한 연속 지점부 구조체 및 그시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 연속 지점부 구조체는, 강교의 교대 또는 교각에 위치한 연속 지점부 상에 설치되는 거더; 상기 거더의 상면에 콘크리트로 형성되는 슬라브; 상기 거더에 고정되는 앵커 볼트; 상기 앵커 볼트에 체결되며 상기 강교에 프리스트레스를 작용하는 프리스트레싱 강판; 을 포함하며, 상기 프리스트레싱 강판 하부의 단면이 상기 강교의 연속 지점부의 유효 단면이 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연속 지점부 구조체의 시공 방법은, 앵커 볼트를 거더에 고정하는 단계; 상기 거더의 상면에 콘크리트를 타설 및 양생하여 슬라브를 형성하는 단계; 프리스트레스를 작용할 구간에 프리스트레싱 강판을 배치하고 이를 가열하는 단계; 상기 프리스트레싱 강판을 상기 앵커 볼트에 체결하는 단계; 상기 프리스트레싱 강판을 포장하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

프리스트레싱 강판을 구비한 연속 지점부 구조체 및 그 시공방법{The continuous bridge structure including a prestressing plate and it's building method}
본 발명은 교량의 연속 지점부 구조체 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 특히 프리스트레싱 강판을 구비한 연속 지점부 구조체 및 그 시공방법에 관한 것이다.
콘크리트는 인장력에 저항하는 성질이 매우 열악하므로 인장력을 지지하기 위하여 철근을 함께 배근하여 시공한다. 또한, 철근 콘크리트 보에서는 인장 측 콘크리트에 육안으로는 보이지 않는 미세한 균열이 발생하면 콘크리트의 하중 지지력이 현저하게 저하된다. 이러한 점을 고려하여 철근 콘크리트 보에서는 콘크리트가 지지하는 인장 응력은 무시하고 철근이 인장력을 모두 받는 것으로 보고 설계한다.
도 1은 종래의 교량의 연속 지점부의 횡단면을 도시한 단면도이다. 연속 지점부라 함은 교각 또는 교대 위에 2개의 거더가 서로 연결되는 부분을 말한다. 한편, I 형강의 거더(10) 위에 철근(30) 및 콘크리트(20)를 타설함으로써 슬라브를 형성한다. 인장력을 유효하게 지지할 수 있는 연속 지점부의 유효 단면은 철근(30) 및 거더(10)의 단면적에 상응하는 부분이 되며, 슬라브를 형성하는 콘크리트(20)의 단면적은 상기 유효 단면에서 제외되는 것이 일반적이다. 여기서, 교량의 하중 지지 성능을 높이려면 인장 응력을 지지하는 부분의 유효 단면을 증가시켜야 하며, 이는 거더(10) 및 슬라브의 형고 높이를 증가시켜야 하는 경제성 저하의 문제점을 유발한다.
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서 교량에 작용하는 인장 응력을 상쇄할 수 있도록 미리 콘크리트에 압축 응력을 부여하는 프리스트레싱 강판을 구비한 연속 지점부 구조체 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 연속 지점부 구조체는,
강교의 교대 또는 교각에 위치한 연속 지점부 상에 설치되는 거더;
상기 거더의 상면에 콘크리트로 형성되는 슬라브;
상기 거더에 고정되는 앵커 볼트;
상기 앵커 볼트에 체결되며 상기 강교에 프리스트레스를 작용하는 프리스트레싱 강판; 을 포함하며, 상기 프리스트레싱 강판 하부의 단면이 상기 강교의 연속 지점부의 유효 단면이 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연속 지점부 구조체의 시공 방법은,
앵커 볼트를 거더에 고정하는 단계;
상기 거더의 상면에 콘크리트를 타설 및 양생하여 슬라브를 형성하는 단계;
프리스트레스를 작용할 구간에 프리스트레싱 강판을 배치하고 이를 가열하는 단계;
상기 프리스트레싱 강판을 상기 앵커 볼트에 체결하는 단계;
상기 프리스트레싱 강판을 포장하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 종래 기술에 대하여 도 1에 대한 설명에서 상술한 바와 같이, 일반적인 연속 강교의 경우, 부모멘트(이는 인장 응력의 작용에 의한 음의 휨 모멘트를 말한다.) 구간의 인장 균열로 인하여 콘크리트 단면을 무시하고 강교 단면과 철근의 단면적 만을 고려하여 부모멘트에 저항하도록 설계하고 있다.
이에 대한 개선책 중 하나로서, 콘크리트 교량의 경우 연속 지점부에 프리스트레싱 텐던(tendon : 프리스트레싱 강재를 단수 또는 복수로 설치하여 프리스트레싱을 도입하는 부재로서 긴장재(緊張材)라고도 함)을 설치하여 거더의 연결 부분을 연속화하고 프리스트레싱하여 인장 균열을 방지할 수 있다.
다시 한번 설명하면, 콘크리트는 인장력에 취약하므로 철근을 배근하여 시공하며 인장력의 작용에 따라 철근 콘크리트 보에 균열이 발생/진전되면 철근을 부식시켜서 부재의 내구성을 저하시킨다. 이러한 철근 콘크리트의 결점을 없애거나 완화하려면 철근 콘크리트 보에 일어나는 인장 응력을 상쇄할 수 있도록 미리 콘크리트에 압축 응력을 주면 될 것이다. 이와 같이 콘크리트의 인장 응력을 상쇄하기 위 하여 미리 압축 응력을 준 콘크리트를 프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete)라고 하며 보통 PS 콘크리트 또는 PSC로 약칭한다.
요약하면, 일반적으로 콘크리트는 인장력을 받아 균열이 생기는 경우가 많은데, 그러한 곳에 미리 긴장재의 인장력을 이용하여 강한 압축력을 부여해 두면, 실사용시 콘크리트에 작용하는 인장력은 미리 부여된 압축력에 의하여 소거(消去)되기 때문에 콘크리트 자체는 실질적으로 인장력을 크게 받지 않게 된다.
프리스트레스를 콘크리트에 주는 방법에는, 긴장재에 인장력을 준 상태에서 콘크리트를 타설하여 경화하고 이후 긴장재의 고정을 풀어 인장 상태를 제거함으로써 콘크리트에 압축력을 부담시키는 프리텐셔닝(pretensioning)방법과, 콘크리트가 경화된 후 미리 만들어 둔 부재의 구멍에 긴장재를 넣고 이를 잡아당겨 긴장재의 양단을 콘크리트에 고정하는 포스트텐셔닝(posttensioning) 방법이 있다.
그러나, 강교의 경우 슬라브 두께가 얇아 프리스트레싱 텐던의 배치가 매우 곤란하다. 즉, 슬라브 두께가 얇아 프리스트레싱 텐던이 슬라브가 아니라 강교 부분에 배치되거나 강교의 내측에 배치되는 경우가 많으므로 교량의 설계가 어렵고 공사비가 과다해질 수 있다. 이에 따라 현재 강교의 연속 지점부에 대한 프리스트레싱 방법은 적절한 대책이 부족한 실정이다.
본 발명은 두께가 얇은 프리스트레싱 텐던으로서 프리스트레싱 강판을 강교의 슬라브에 구비함으로써 시공 방법이 간단한 프리스트레싱 방법을 제안하고, 프리스트레싱 강판의 설치로 말미암아 연속 지점부에 압축 응력을 도입할 수 있음은 물론 연속 지점부의 유효 단면을 증가시킬 수 있고 프리스트레싱으로 인한 연속 지 점부의 부모멘트를 감소시킬수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 연속 지점부 구조체 및 그 시공방법에 따르면, 프리스트레싱 강판에 의하여 연속 지점부에 압축 응력을 도입함으로써 연속 지점부의 유효 단면을 증가시킬 수 있고 연속 지점부의 부모멘트를 감소시킬 수 있음은 물론, 두께가 얇은 프리스트레싱 텐던으로서 프리스트레싱 강판을 강교의 슬라브에 구비함으로써 간단하고 경제적인 교량의 시공이 가능하며, 전체 지간에 걸쳐 유사한 단면 형상을 갖도록 시공될 수 있으므로 심미적으로 경관 친화적인 교량의 시공이 가능한 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 기능을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 2는 본 발명의 프리스트레싱 강판을 구비한 연속 지점부 구조체의 횡방향 측단면도이다. 도 3은 본 발명의 프리스트레싱 강판을 구비한 연속 지점부 구조체의 길이 방향 측면도이다. 도 4 내지 도 9는 본 발명의 프리스트레싱 강판을 구비 한 연속 지점부 구조체의 시공 방법을 순차적으로 도시한 측면도이다.
본 발명에 따른 강교의 시공 방법은 프리스트레싱 강판(500) 설치를 위한 앵커 볼트(600)를 거더(100)에 용접하는 단계, 프리스트레싱을 도입할 구간을 포함한 구간에 콘크리트를 타설하는 단계, 콘크리트가 양생된 후 다단계 온도 프리스트레싱을 도입하는 단계, 프리스트레싱 강판(500)을 체결하는 단계, 포장을 설치하는 단계를 포함한다.
도 4을 참조하면, 강교의 교대(미도시) 또는 교각(50)에 교좌(60)를 설치하고 여기에 위치한 연속 지점부 상에 예를 들어 I형강의 거더(100)를 설치한다. 거더(100)의 상면에 앵커 볼트(600)를 고정한다. 도 5를 참조하면, 앵커 볼트(600)에 마찰판(400)을 관통시킨다. 도 6을 참조하면, 거더(100) 상에 콘크리트를 타설 및 양생하여 슬라브(200)가 형성된다. 도 7을 참조하면, 마찰판(400)의 상면에 프리스트레싱 강판(500)을 배치하고 이를 가열한 상태에서 앵커 볼트(600)에 체결한다. 도 8을 참조하면, 프리스트레싱 강판(500)이 냉각되면서 프리스트레스가 발생하여 슬라브(200)의 콘크리트에 압축 응력을 작용한다. 도 9를 참조하면 프리스트레싱 강판(500)의 상면을 아스콘 등의 포장재(250)로 포장하여 연속 지점부 구조체를 완성한다. 프리스트레싱이 도입된 후 프리스트레싱 강판(500) 위에 직접 포장을 포설하여 기존 시공 공정에 영향이 없도록 한다.
이하에서 도 2 내지 도 9를 함께 참조하며 본 발명의 프리스트레싱 강판(500)을 구비한 강교의 구성 및 시공 방법을 더 상세히 설명한다.
앵커 볼트(600)의 일단부는 거더(100)에 용접 또는 너트 체결에 의하여 고정 되며, 타단부에는 마찰판(400)이 관통된 다음 프리스트레싱 강판(500)이 가열된 상태에서 고정된다. 앵커볼트는 강합성 교량의 콘크리트와 강재의 합성에 필요한 전단 연결재의 역할을 동시에 하도록 한다. 즉, 앵커 볼트(600)는 거더(100) 및 슬라브(200)와 일체 거동되며, 프리스트레싱 강판(500)에서 생성한 프리스트레스를 거더(100) 또는 슬라브(200)의 콘크리트에 전달하는 전단 연결재의 기능을 겸한다. 앵커 볼트(600)는 20~25cm의 길이를 갖고 프리스트레싱 강판(500)의 체결을 위하여 적어도 일부에 나사산을 구비하는 것이 바람직하다.
프리스트레싱 강판(500)을 가열한 상태에서 앵커 볼트(600)에 체결한 다음 프리스트레싱 강판(500)을 냉각함으로써 프리스트레스를 생성한다. 따라서, 프리스트레싱 강판(500) 하부의 단면이 강교의 연속 지점부의 유효 단면이 된다. 연속 지점부의 많은 부분이 강교의 유효 단면이 되면 연속 지점부 전체의 단면을 감소시킬 수 있고 이에 따라 교량의 자중이 감소되므로 지간의 길이가 긴 교량을 설계할 수 있는 장점도 있다. 본 발명에서 엄밀하게 프리스트레싱 강판(500) 하부의 단면은 연속교의 유효 단면으로 적용 가능하므로 기존 교량에서 지적되었던 바와 같이 인장력 지지를 위한 연속 지점부 유효 단면의 확대를 개선할 수 있으므로 경제적인 교량의 시공이 가능하며, 전체 지간에 걸쳐 유사한 단면 형상을 갖도록 시공될 수 있으므로 심미적으로 경관 친화적인 교량의 시공이 가능하다.
일 실시예로서, 프리스트레싱 강판(500)은 각 부분별로 서로 다른 온도로 가열되거나, 연속 지점부를 기준으로 교량의 길이 방향을 따라 서로 대칭인 온도로 가열된다. 또 다른 실시예로서, 도 7을 참조하면, 프리스트레싱 강판(500)은 연속 지점부에 인접한 제1구간(900) 및 제1구간(900) 주변의 제2구간(950)으로 구분되고, 제1구간(900)을 제2구간(950)보다 더 높은 온도로 가열한 상태에서 프리스트레싱 강판(500)을 앵커 볼트(600)에 체결할 수 있다. 제1구간(900)은 제2구간(950)보다 더 큰 프리스트레스를 생성하게 된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예로서, 연속 지점부 구조체의 길이 방향 측면도이다. 도 10을 참조하며 마찰판(400)의 실시예에 대하여 설명한다. 마찰판(400)은 프리스트레싱 강판(500) 및 슬라브(200) 사이에 배치된다. 마찰판(400)은 앵커 볼트(600)가 관통되는 삽입 구멍(490)을 구비하며 프리스트레싱 강판(500)과 달리 앵커 볼트(600)에 완전히 고정되지는 않는다. 연속 지점부 구조체의 시공시 프리스트레싱 강판(500)은 마찰판(400)에 대하여 이동 가능하다. 마찰판(400)은 일체형 또는 앵커 볼트(600) 위치마다 별개로 마련될 수 있다. 마찰판(400)은 슬라브(200)와 일체 거동을 위하여 전단 연결 부재(450)를 구비하는 것이 바람직하다. 전단 연결 부재(450)는 마찰판(400)의 배면으로 돌출되며 슬라브(200)의 콘크리트에 묻힌다. 앵커 볼트 연결부(610)는 용접 또는 체결 부재를 사용하여 다양한 방법으로 앵커 볼트(600)를 거더(100)에 고정시키는 것이다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래의 교량의 연속 지점부의 횡단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 프리스트레싱 강판을 구비한 연속 지점부 구조체의 횡방향 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 프리스트레싱 강판을 구비한 연속 지점부 구조체의 길이 방향 측면도이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 프리스트레싱 강판을 구비한 연속 지점부 구조체의 시공 방법을 순차적으로 도시한 측면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예로서, 연속 지점부 구조체의 길이 방향 측면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
50...교각 60...교좌
100...거더 200...슬라브
400...마찰판 450...전단 연결 부재
490...삽입 구멍 500...프리스트레싱 강판
600...앵커 볼트 610...앵커 볼트 연결부
900...제1구간 950...제2구간

Claims (15)

  1. 강교의 교대 또는 교각에 위치한 연속 지점부 상에 설치되는 거더;
    상기 거더의 상면에 콘크리트로 형성되는 슬라브;
    상기 거더에 고정되는 앵커 볼트;
    상기 앵커 볼트에 체결되며 상기 강교에 프리스트레스를 작용하는 프리스트레싱 강판; 을 포함하며,
    상기 프리스트레싱 강판 하부의 단면이 상기 강교의 연속 지점부의 유효 단면이 되는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리스트레싱 강판을 가열한 상태에서 상기 앵커 볼트에 체결한 다음 상기 프리스트레싱 강판을 냉각함으로써 상기 프리스트레스를 생성하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프리스트레싱 강판은, 각 부분별로 서로 다른 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프리스트레싱 강판은, 상기 연속 지점부를 기준으로 교량의 길이 방향을 따라 서로 대칭인 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 프리스트레싱 강판은, 상기 연속 지점부에 인접한 제1구간 및 상기 제1구간 주변의 제2구간으로 구분되고,
    상기 제1구간을 상기 제2구간보다 더 높은 온도로 가열한 상태에서 상기 앵커 볼트에 체결하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 프리스트레싱 강판은, 상기 연속 지점부에 인접한 제1구간 및 상기 제1구간 주변의 제2구간으로 구분되고,
    상기 제1구간은 상기 제2구간보다 더 큰 프리스트레스를 생성하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프리스트레싱 강판 및 상기 슬라브 사이에 배치되는 마찰판; 을 더 포함하며,
    상기 프리스트레싱 강판은 상기 마찰판에 대하여 이동 가능한 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마찰판은 상기 슬라브와 일체 거동을 위하여 전단 연결 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 마찰판은 상기 앵커 볼트가 관통되는 삽입 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 마찰판은 일체형으로 마련되거나 상기 앵커 볼트 위치마다 별개로 마련되는
  11. 제1항에 있어서,
    상기 앵커 볼트는 상기 거더 및 상기 슬라브와 일체 거동되는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 앵커 볼트는 20~25cm의 길이를 갖고 적어도 일부에 나사산을 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체.
  13. 앵커 볼트를 거더에 고정하는 단계;
    상기 거더의 상면에 콘크리트를 타설 및 양생하여 슬라브를 형성하는 단계;
    프리스트레스를 작용할 구간에 프리스트레싱 강판을 배치하고 이를 가열하는 단계;
    상기 프리스트레싱 강판을 상기 앵커 볼트에 체결하는 단계;
    상기 프리스트레싱 강판을 포장하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체의 시공방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 프리스트레싱 강판은 각 구간별로 서로 다른 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체의 시공방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 프리스트레싱 강판 및 상기 슬라브 사이에 마찰판을 배치하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 구조체의 시공방법.
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