KR20090115481A - 아치형상의 교량용 복합거더를 이용한 교량 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 거더콘크리트, 강재, 긴장재를 포함하는 아치형상의 교량용 복합거더를 이용한 교량 시공에 있어서, 거더의 상부와 하부에 다단계 긴장력을 도입하여 구조적 효율성을 높이고, 거더콘크리트의 용이한 타설 및 다짐이 가능하여 품질관리가 용이하고, 추후 유지관리에 필요한 긴장재 재 긴장 및 정착이 가능하도록 한 아치형상의 교량용 복합거더를 이용한 교량 시공방법에 관한 것이다.

복합거더교량, 다단계긴장, 긴장재

Description

아치형상의 교량용 복합거더를 이용한 교량 시공방법{CONSTRUCTION METHOD USING ARCH TYPE HYBRID GIRDER}

본 발명은 아치형상의 교량용 복합거더를 이용한 교량 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 아치형상으로 제작된 폐합단면의 외부강재와 그 내부에 중공부로 배제된 공간에 거더콘크리트가 채워져 구성되며, 거더 하단부에 길이방향으로 긴장재가 설치된 아치형 복합거더를 이용한 교량시공방법에 관한 것이다.

본 발명은 아치형상의 교량용 복합거더를 이용한 교량 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 아치형상으로 제작된 폐합단면의 외부강재와 그 내부에 중공부로 배제된 공간에 거더콘크리트가 채워져 구성되며, 거더 하단부에 길이방향으로 긴장재가 설치된 아치형 복합거더를 이용한 교량시공방법에 관한 것이다.

종래의 교량용 거더(Girder)는 슬래브(Slab)의 자중과 상기 슬래브에 작용하는 하중을 지지하며, 작용하는 하중을 교량하부구조물인 기둥 또는 교각에 전달하는 역할을 하는 교량용 구조부재로서, 교량용 거더의 제작은 종래 강재거더, 콘크리트거더 또는 강재와 콘크리트를 합성시킨 상태에서 그 내부에 긴장재를 설치하여 추가적으로 압축 프리스트레스가 도입되어 제작되기도 한다.

도 1a와 같이 기존의 교량용 거더 형식으로 많이 사용되고 있는 강박스 거더(Steel Box Girder)는 박스를 구성하는 강재로 제작된 주부재(10) 뿐만 아니라 내부의 가로리브, 세로리브, 수직 및 수평보강재 등 모든 보강재를 강재만으로 구성시켜 제작된 거더라 할 수 있다.

하지만 이러한 각 부재 및 보강재의 연결을 위하여 용접이 필요하므로, 용접량 및 시간이 크게 소요되며, 강재만으로 구성되어 차량의 운행에 수반되는 진동으로 인해 피로수명이 저하되고, 소음의 발생으로 도심지역의 공해를 유발시킨다는 문제점이 있었다. 또한 작용하는 하중에 의한 압축력과 인장력을 모두 강재가 부담하므로 경제적으로나 역학적으로 불리한 단면구조라는 문제점이 있었다.

또한 도 1b 및 도 1c와 같이 철근콘크리트 거더(20,Reinforced Concrete Girder, RC 거더) 또는 프리스트레스트 콘크리트거더(30,Prestressed Concrete Girder, PSC 거더)의 경우에는, 강박스 거더보다 초기비용이 적게 들기는 하지만, 콘크리트가 상당량 사용되는 관계로, 필연적으로 철근의 배근과 거푸집의 설치 및 해체가 수반되며, 이로 인해 많은 인력과 시간이 투입되어야 하며, 하중의 작용과 환경의 영향으로 콘크리트의 균열과 철근부식 등의 열화를 피할 수 없으며 이로 인해 유지관리가 어렵고 공용수명이 단축된다는 문제점이 있었으며, 무엇보다도 강박스 거더에 비해 자중이 커 장지간으로 시공하기에 어려운 문제점이 있었다.

이러한 RC 거더와 PSC 거더의 단점을 보완하기 위하여, 도 1d와 같이 내부에 형성된 RC 거더의 외부에 거푸집 겸용 보강재(41)가 둘러싼 합성거더(40)가 개발되었다.

그러나 상기 합성거더(40)는 단순히 철근(42)이 배근된 RC 거더의 외부에 강재(보강재)를 둘러싼 형식으로써 내부의 콘크리트가 인장에 저항하지 못하므로, 불필요한 인장 측 콘크리트의 사용에 의해 자중이 크게 되며, 내부 인장측 보강을 위하여 철근 배근이 필요하므로 장지간의 거더로서, 큰 상부하중을 지지하는 교량용 거더로는 적합하지 않다는 한계가 있다.

이에 기존 교량용 거더들의 단점인 고비용, 구성재료의 저효율성, 유지관리의 어려움 등을 개선하기 위하여 강박스 거더에 비해 강재량, 용접량을 현격히 줄일 수 있으며, RC 거더나 PSC 거더와 같이 콘크리트를 위한 거푸집, 철근배근 작업이 불필요하여 콘크리트 부재의 유지관리가 필요 없는 교량용 아치형 복합거더(100)가 소개되었으며 이러한 복합거더는

아치의 압축에 대한 저항 특성과 긴장재의 인장에 대한 저항 특성을 결합시키되, 강재와 콘크리트가 가지는 재료의 역학적 장점이 최대한 발휘될 수 있도록 하고, 시공 단계별 긴장력을 도입하여 낮은 형고 대 지간장의 비를 가지면서도 상 대적으로 장지간이 시공이 가능하며, 경제적이고, 미관이 수려하다는 장점이 있다.

도 1e는 상기 복합거더(100) 설치상태를 정면도, 도 1f는 상기 복합거더의 a-a, b-b, c-c 단면도를 함께 도시한 것이다.

본 발명에 따른 아치형상의 콘크리트 충진 강재 합성거더와 긴장재로 이루어진 복합거더(100)는

양 단부면이 폐합되며, 전체 길이에 걸쳐 상단부는 같은 높이(H)를 이루되, 하단부는 양 단부로부터 중앙부로 갈수록 높이가 낮아진 박스형상으로서 아치형상으로 제작된 외부강재(110a);

그 자체가 차지하는 공간에 의하여 배제된 이격된 공간이, 외부강재(110a) 내부에 있어서 외부강재 전체 길이에 걸쳐 단부블록부(B1) 및 상기 단부블록부 하부를 서로 연결시켜주는 아치부(B2)로 형성되도록 격자판 또는 블록체로 외부강재(110a) 내부에 설치된 중공부(120a); 및

상기 단부블록부 및 아치부에 충진되어 기둥부콘크리트(131a)와 아치리브콘크리트(132a)로서 외부강재와 합성된 거더콘크리트(130a);를 포함하는 합성거더(100a); 및

상기 합성거더(110a) 외부로 양 단부 하부 사이에 설치되어 시공단계별로 긴장 후 정착된 긴장재(100b);를 포함하여 제작된다.

상기 외부강재(110a)는 전체적인 형상이 아치형상의 폐합된 강박스 형상으로 제작되어 소정의 높이(H), 길이 및 폭을 가지게 된다. 사각 단면 또는 그 이외 의 단면형상으로 제작할 수 있고, 그 내부에는 빈 공간이 형성되도록 한다.

통상은 강판을 절곡 또는 용접하여 제작하되 상기 빈 공간에 거더콘크리트(130a)를 타설 할 수 있도록 양 단부면이 폐합되도록 제작한다. 상부면은 슬래브콘크리트가 타설 될 수 있도록 수평면으로 역시 폐합될 수 있도록 제작하되 그 내부 빈 공간에 거더콘크리트(130a)를 충진시키기 위하여 기둥부콘크리트(131a)의 상부면은 강판으로 완전 폐합하지 않고 콘크리트의 타설통로로 이용하고 거더 중앙부 상부 강판에는 구멍(240)이 형성된다.

또한 상기 슬래브콘크리트와 일체화될 수 있도록 상부면에는 스터드(140a,Stud)를 설치할 수 있으며, 내부면에도 충진된 거더콘크리트(130a)와의 부착성능을 높이기 위한 스터드(150a)를 설치하게 된다.

외부강재(110a)는 상기 내부공간에 충진되는 거더콘크리트(130a)를 구속하는 역할 및 거푸집의 역할을 하게 되며, 내부에 충진되는 거더콘크리트와 외부강재는 서로 일체화되어 합성거더로 작용함으로서 종래의 RC 거더 및 PSC 거더에 사용되는 내부 철근 배근의 필요성이 없어지게 된다.

이러한 외부강재(110a)는 아치형상으로 제작하되, 그 설치방식에 있어 상로식을 따르도록 한다. 즉 상단부는 수평면 형상으로 하단부는 아치형상으로 제작되어, 외부강재(110a)가 노면 이하로 설치되도록 한다.

즉, 아치형상의 특성상 상단부는 같은 높이(H)를 이루되, 하단부는 양 단부로부터 중앙부로 갈수록 높이가 낮아지는 단면형상으로 외부강재를 제작하게 되는데, 구체적으로 양 단부블럭부(B1)와 상기 단부블럭부와 연속하여 아치부(B2)로 구성될 수 있도록 제작하게 된다.

상기 단부블럭부(B1)의 특징은 외부강재(110a)의 전체 높이(H)와 동일한 높이로서 그 변화가 없는 단면으로 구성된다는 점이며, 외부강재의 양 단부로부터 소정의 이격된 위치인 아치부(B2) 시점(A)까지 연속하여 구성될 수 있다. 이러한 단부블럭부(B1)는 외부강재(110a)의 하부지지단으로서, 후술되는 바와 같이 외부강재(110a)가 아치형상으로 제작되기 때문에 발생하는 수평력을 지지하도록 설치되는 긴장재(140)의 지지부로서 역할을 한다.

상기 아치부(B2)는 높이가 외부강재(110a) 중앙부로 갈수록 줄어드는 단면으로 구성되며, 상기 아치부 양 시점(A)으로부터 외부강재(110a)의 중앙부(C)까지 연속하여 구성된다.

상기 중공부(120a)는 외부강재(110a)의 내부에 설치되어 외부강재의 내부에 채워지는 거더콘크리트(130a)가 기둥부콘크리트(131a)와 아치리브콘크리트(132a)로 형성되도록 하는 역할을 한다. 역시 강판을 절곡하거나 가공하여 일정한 크기의 블록 등으로 제작하여 외부강재 내부에 위치하도록 하되 특히 아치부(B2)에 소정의 간격을 두고 설치될 수 있도록 할 수 있으며, 강재 격판으로 제작하여 역시 외부강재(110a)의 아치부(B2)에 소정의 간격을 두고 설치되도록 할 수도 있다.

이러한 중공부(120a)의 존재에 의하여 외부강재(110a) 내부에 충진되는 거더콘크리트(130a)의 충진이 배제되는 만큼 합성거더(외부강재+거더콘크리트)의 자중이 줄어드는 효과가 있으며, 궁극적으로 이러한 자중의 감소는 형고가 낮으면서도 슬림화된 단면형상으로 합성거더 단면을 설계할 수 있다는 기술적 효과가 있 다.

이러한 중공부(120a)의 설치형상이 외부강재(110a)의 내부에 설치되며, 중공부에 의하여 배제된 공간에 충진되는 거더콘크리트(130a)의 구성이 기둥부콘크리트(131a) 및 아치리브콘크리트(132a)로 구분될 수 있도록 한다.

이에 외부강재(110a)에 타설되는 거더콘크리트(130a)는 상기 중공부(120a)에 의하여 배제된 공간에 의하여 외부강재의 양 단부를 포함하여 외부강재 전체 길이에 걸쳐 특히 아치부(B2)에 기둥부콘크리트(131a)로 형성되고 더불어 기둥부콘크리트(131a)의 하부가 서로 일체로 연결된 아치리브콘크리트(132a)로 구성되도록 한다.

이러한 기둥부콘크리트(131a)는 거더에 작용하는 외부하중을 아치리브콘크리트(132a)에 전달하여 아치리브콘크리트(132a)가 외부강재(110a)와 함께 아치효과에 의하여 외부하중을 지지되도록 하는 중요한 기능을 가지게 된다.

따라서 중공부(120a)에 의하여 배제된 공간만큼 콘크리트가 충진되지 않아 합성거더의 자중을 줄일 수 있음과 더불어 아치거더로서의 효과를 그대로 발휘할 수 있다는 장점이 발휘되게 된다.

이때, 상기 중공부(120a)는 외부강재(110a) 내부에 있어 사각단면 형상 또는 원형단면 형상으로 설치될 수 있다.

상기 거더콘크리트(130a)는 중공부(120a)에 의하여 충진공간이 배제된 외부강재(110a) 내부의 빈 공간에 충진되어 외부강재(110a)와 일체화 합성된다. 즉, 외부강재의 단부블럭부(B1) 및 아치부(B2)에 충진됨으로서, 기둥부콘크리트(131a) 와 아치리브콘크리트(132a) 형상으로 형성된다.

이로서 합성거더(100a)가 제작된다. 즉, 강재 및 콘크리트가 일체로 제작되어 외부하중에 저항하는 거더라는 의미에서 합성거더라 명칭하게 된다.

이에 아치형상의 합성거더의 양 하부 단부에는 수직력과 수평력이 발생하게 되며, 일반 교량에서와 같이 수직력은 교대 또는 교각과 같은 교량하부구조에 의하여 지지하고, 아치형상으로 인해 발생하는 수평력은 교대 또는 교각과 같은 교량하부구조에 의하여 지지하거나 별도의 이음재와 보강형 등에 의해 저항하도록 설계하여야 한다.

장지간에 설치되는 합성거더 일수록 이러한 단면들의 크기는 커질 수밖에 없게 되므로, 보다 낮은 형고 및 슬림화된 거더 단면설계를 위하여 본 발명에서는 긴장재(100b)가 도입된다.

상기 긴장재(100b)는 합성거더(100a)의 양 단부 사이에 그 하부를 서로 연결시키는 방식으로 수평으로 설치된다.

긴장재(100b)로서 강연선(Strand), 강봉(Bar) 등을 포함하는 텐던(Tendon)을 사용할 수 있으며, 교량 형식, 경제성 및 시공성 등에 따라 선택에 의하여 사용하면 된다.

상기 긴장재(100b)는 합성거더(100a)의 양 단부에 설치한 정착구 또는 고정구에 의하여 양 단부가 긴장 후 정착된다. 이에 합성거더(100a)의 양 단부는 서로 연결됨으로서 합성거더(100a)의 양 단부를 구속하는 작용과 긴장량의 조정을 통해 합성거더에 작용하는 응력을 조절하는 역할을 하게 된다.

이로서 합성거더(100a)에 작용하는 하중에 의해 발생되는 수평력을 지지 또는 상쇄시킬 수 있게 되며, 이러한 수평력의 지지 또는 상쇄는 합성거더가 아치 형상으로 제작됨에도 불구하고, 아치형상의 합성거더의 수평력을 지지를 위한 교량하부구조물의 설계단면 고려 등과 같은 추가적인 시공성 및 공사비 증대요인을 배제할 수 있어 결국, 보다 효율적인 합성거더 단면설계가 가능하게 된다.

긴장재 및 정착구의 설치는 합성거더(100a)의 양 단부면에 통상의 정착구를 설치하여 긴장후 정착할 수 있도록 할 수 있으며, 시공단계별로 긴장량을 조정할 수 있다.

이로서 복합거더(100)가 완성된다. 즉, 합성거더(100a)와 긴장재(100b)가 일체로 제작되어 외부하중에 저항하는 거더라는 의미에서 복합거더라 명칭하게 된다.

도 1f의 a-a 단면도는 합성거더(100a)와 긴장재(100b)로 구성된 복합거더(100)의 단부 절단면도라 할 수 있는데, 콘크리트의 타설을 위하여 단부는 폐합된 형상을 취하며, 합성거더에 긴장력을 도입하고 단부의 수평력을 지지하기 위한 영구긴장재(130b)가 단부정착구(110b)에 정착된다. 긴장재의 양이 많이 소요되어 정착구가 다수 설치되는 경우 단부정착구는 단부 단면 어디에도 위치할 수 있다.

도 1f의 b-b 단면도는 외부강재 내부에 설치된 중공부(120a)의 단부 절단면도라 할 수 있다. 아치리브콘크리트(132a)와 기둥부콘크리트(131a)를 형성하고 거더의 자중을 줄이기 위하여 중공부(120a)에 의하여 거더콘크리트(130a)가 중공부가 차지하는 만큼 배제되어 있음을 알 수 있다. 또한 단부에 정착된 긴장재(100b) 로서 자유긴장재(140b)가 중립축 하부를 지나 설치되어 있음을 알 수 있다.

도 1f의 c-c 단면도는 복합거더(100)의 중앙부의 절단면도라 할 수 있다. 중립축을 기준으로 인장응력을 받게 되는 중립축 하단부 거더콘크리트(130a)가 대부분 배제되어 있고, 아치리브콘크리트(132a)는 압축력을 지지하며, 인장력을 지지하는 긴장재(100b)로서 자유긴장재(140b)가 중립축 하부에 연장되어 설치되어 있음을 알 수 있다.

상기 단면도에 확인할 수 있는 바와 같이, 합성거더의 각 단면은 동일한 단면형상이 아니라 전체 길이에 걸쳐 단면 부위에 따라 개별 단면형상으로 변경되며, 이는 기본적으로 아치효과에 의하여 합성거더의 자중 및 외부하중에 저항하면서도 단면 중립축 아래의 콘크리트 단면을 최소화하고, 긴장재를 함께 사용하여 경제적이며 효율적인 단면설계가 가능하여 동일한 형고 및 단면크기라면 보다 장지간으로 설치할 수 있다는 기술적효과가 발현될 수 있게 된다.

이러한 복합거더(100)를 이용한 교량시공방법의 공종을 살펴보면

먼저, 외부강재를 제작하게 된다. 이러한 외부강재는 아치형상으로 강재(판)를 절단, 가공하여 아치 형상으로 조립 및 용접시켜 제작하게 된다.

즉, 도 1g와 같이 제작하게 되며, 그 상부면에 전단연결재(스터드)를 부착시키고, 양 단부면에 정착부(긴장재, 정착장치 등)를 설치하게 된다.

물론 이러한 외부강재는 일정 길이로 분할하여 제작(세그별 제작)한 후 그 세그를 가조립하여 현장에서 직접 연결시켜 완성시킬 수 있다.

강재의 공장제작시에 거더 내부 콘크리트의 충진을 위하여 양 단부 및 기둥 부콘크리트(131a)의 상부면은 강판으로 완전 폐합하지 않거나 구멍(C1,C2)을 형성하여 콘크리트의 타설 통로로 이용하고 거더 중앙부 상부 강판에도 콘크리트의 타설을 위한 구멍(D)을 형성한다.

다음으로는 교량 시공 현장에 외부강재를 운반하여 조립한 후 타설 구멍을 통해 그 내부에 거더 콘크리트를 타설하게 되며, 이러한 거더콘크리트가 양생되면 긴장재를 삽입 설치하고 1차로 단부정착구(110b)에서 긴장, 정착하게 된다.

이와 같은 상태에서 복합거더가 제작되면, 교대 사이 등에 거치하여 설치하고, 슬래브거푸집의 설치와 철근배근의 단계를 거쳐 슬래브콘크리트를 타설하고 양생하게 된다.

다음으로는 거치된 상태에서 긴장재를 2차로 긴장, 정착시키게 되며, 이는 단부정착구(110b)에서 실시되거나, 연결정착구(120b)가 설치되는 경우 연결정착구에서 이루어질 수 있다.

공용상태에 있는 복합거더교량에 있어서도 유지관리를 위하여 긴장력의 추가 도입이 필요한 경우에는 연결정착구가 설치되어 있는 경우 추가로 긴장시키는 공종을 포함한다.

하지만, 위와 같은 여러 장점을 가진 복합거더를 이용한 교량을 가설하는데 있어서 위와 같은 단면 형상과 시공 절차를 따르는 경우 다음과 같은 문제들이 발생할 수 있다.

먼저, 복합거더 단면의 구조적 효율성을 높이기 위하여 다단계 긴장을 수행하지만 복합거더 중앙부는 1차 긴장시에는 상향 솟음이 발생하고, 슬래브 콘크리 트 타설시에는 하향 처짐이 발생하며, 다시 2차 긴장시에는 상향 솟음이 발생하여 시공시에 압축응력과 인장응력을 교대로 받게 된다. 특히 거더콘크리트(130a)는 1차 긴장시에 중앙부 상단면이 인장응력을 받게 된다.

또한 인장응력이 지배하는 거더의 중립축 아래에 긴장재의 구조 단면적을 확보하여 중립축의 위치를 가능한 거더 콘크리트의 아래쪽으로 유지하도록 하기 위해서는 일정량 이상의 긴장재가 배치되어야하며, 거더 단면의 중립축 하단에 설치된 긴장재의 긴장력이 긴장재로서의 구조적 성능발현 수준을 확보하기 위해서는 일정수준 이상의 긴장력이 도입되어야 한다.

하지만 긴장력의 도입으로 인한 거더 중앙부의 강재의 인장응력에 대한 여유는 충분하지만 콘크리트 상단면의 인장응력이 허용인장응력을 초과하여 낮은 수준의 긴장력을 도입하거나 긴장재의 단면적을 줄여야 하는 경우가 발생하게 되며, 이것은 복합거더의 구조적 효율성을 크게 저해하는 원인이 된다.

다음으로, 긴장재의 다단계 긴장 방법으로 단부정착구(110b)의 재긴장 또는 연결정착구(120b)에서의 긴장방법이 제안되었으나, 단부정착구의 경우 교대 위에서 행해지는 2차 긴장 시에 교대의 흉벽이 설치되어 있을 경우 긴장이 어려우며, 흉벽을 나중에 설치하는 경우 공기 지연 등 시공성이 떨어지는 문제가 있다. 또한 연결정착구의 경우 현실적으로 긴장력의 도입이 어려우며 단순 연결 기능을 수행하는 것이 일반적이다. 따라서 교량을 사용중에 유지관리를 위한 재긴장은 두 정착구 모두 용이하지 않다는 문제점이 지적되었다.

마지막으로, 거더콘크리트(130a)를 아치형상의 외부강재(110a) 내부에 타 설함에 있어 도 1g와 같이 기둥부콘크리트(131a)의 상부면과 중앙부에 구멍을 이용하여 타설할 경우, 기둥부콘크리트(131a)와 거더콘크리트(130a)에 밀실하게 충진시키고 충분한 다짐을 할 수 없다는 문제점이 있다. 또한 기둥부콘크리트는 교량 완공 후에도 바닥판의 하중을 아치리브에 전달하는 역할만을 수행하며, 거더의 구조적 강성에 별다른 역할을 수행하지 못하고 단지 자중의 증가만을 가져온다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 종래 아치형상의 외부강재를 이용한 복합거더에 있어서 거더의 구조적 효율성을 증진시키기 위하여 거더콘크리트의 인장응력에 대한 저항성능을 향상시키고, 시공단계별 및 추후 유지관리를 위한 긴장재 긴장 및 정착작업을 보다 용이하게 할 수 있도록 함과 더불어, 외부강재 내부에 보다 용이하게 거더콘크리트를 타설하고 다짐될 수 있도록 하여, 구조성능과 시공성을 향상시키고 품질관리가 용이한 아치형상의 교량용 복합거더를 이용한 교량 시공방법을 제공함을 그 기술적 과제로 한다.

본 발명의 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 외부강재와 거더콘크리트로 이루어진 합성거더를 1차 긴장할 때 기존의 거더 하연의 긴장재에 긴장력을 도입하기 전에 거더 중앙부 상연의 콘크리트에 긴장재를 설치하여 긴장력을 도입함으로서, 거더 중앙부 콘크리트에 초기 압축응력이 발생되도록 하여, 기존 하연 긴장재에 도입할 수 있는 긴장량을 증대시킴으로서 긴장재의 효율성을 높이거나 긴 장재의 단면적의 증대가 가능하여 중립축의 위치를 낮추고 강성증대가 가능하도록 하였다.

한편 긴장재의 긴장력 도입에 있어 전체 긴장재의 다단계 긴장 방식이 아닌 긴장재를 순차적으로 긴장하는 방식을 택하고, 기존 하연 긴장재 중 외측 긴장재를 단부에 긴장 및 정착할 수 있는 작업공간을 외부강재 자체에 형성될 수 있도록 하여 교대 위에서의 2차 긴장을 흉벽의 유무와 관계없이 가능하도록 유지관리시의 재긴장 또는 교체를 용이하게 하였다.

또한 거더 콘크리트 타설 및 다짐이 용이하도록 외부강재의 상부면에 연속된 형태의 콘크리트 타설용 통로가 형성되도록 하였다. 외부강재의 상부면이 긴장력 도입에 의해 단부에서 중앙부로 갈수록 큰 인장응력을 받게 되므로 상기 콘크리트 타설용 통로는 외부강재의 양 단부에 상대적으로 크게 형성되도록 하고, 중앙부에서는 강재단면의 손실을 줄이고 충진되는 콘크리트 양으로 인한 자중의 증가를 줄이기 위하여 상대적으로 작게 형성되도록 한다. 이러한 결과로 내부에 형성되는 콘크리트의 형태는, 아치리브콘크리트는 기존형태를 유지하며 기둥부콘크리트는 종방향으로 연속되어 아치리브콘크리트와 연결된다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형상으로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 아치형상의 합성거더와 긴장재로 이루어진 복합거더를 도면에 도시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

먼저,이에 본 발명에 있어 복합거더는 합성거더에 긴장재가 일체화된 거더를 합성거더는 외부강재와 거더콘크리트가 합성된 거더를 의미하는 것으로 하고,

긴장재(300)는 배치되는 위치에 따라 상연긴장재(300c)와 하연긴장재(300a,300b)로 구분하고 긴장, 정착시기에 따라 1차 긴장재(300c,300a)와 2차긴장재(300b)로 구분한다.

도 5에 의하면, 본 특허에 따른 시공방법의 공종별 순서를 종래 복합거더에 따른 교량시공방법과 대비하여 살펴볼 수 있는데,

거더콘크리트의 양생이 완료된 후, 전체 긴장재에 대한 긴장이 아닌 상연긴장재(300c)와 하연긴장재로서 내측 긴장재(300a)를 나타내는 1차 긴장재(300a)와 역시 하연긴장재로서 외측긴장재(300b)의 긴장작업이 실시된다.

거더콘크리트의 인장 저항성능을 향상시키기 위하여 거더의 상연에 단부에서 종방향 전체에 걸쳐 배치되는 상연긴장재(300c)가 먼저 긴장정착 되고, 하연긴장재(300a,300b) 중에 합성거더 하연 중앙단부면에 긴장 후 정착되는 내측긴장재(300a)가 긴장정착 된다(1차 긴장력 도입).

다음으로는 슬래브콘크리트의 양생이 완료된 후, 외부강재(200) 양 모서리 단부 외측면에 긴장 후 정착되는 외측긴장재(300b)인 2차 긴장재가 교대 위와 같은 교량 가설 위치에서 긴장정착 된다.(2차 긴장력 도입)

도 2a, 도 2b 및 도 2c와 같이 본 발명의 외부강재(200)는 양 단부 하단에 있어 모서리부가 안쪽으로 블럭아웃되어 형성(블럭아웃부:S)되도록 한다.

이에 외부강재(200)의 안쪽으로 들어가 형성된 양 모서리 단부면과 그 사이에 형성되는 중앙단부면으로 구분되어 이러한 단부면에 각각 하연긴장재(300a,300b)가 긴장 후 정착된다.

위와 같이 외부강재(200)의 양 모서리부를 처리하면, 상기 모서리부에 의하여 확보되는 공간을 긴장재 긴장 및 정착작업을 위한 공간을 확보할 수 있어 복합거더의 유지관리에 매우 유리하게 된다.

이때 합성거더 상연에 긴장되는 상연긴장재(300c)와 상기 중앙단부면에 긴장 후 정착되는 내측긴장재(300a)를 1차 긴장재라 하고, 상기 양 모서리 단부 외측면에 긴장 후 정착되는 외측긴장재(300b)를 2차 긴장재라 한다.

상기 내측긴장재(300a)는 주로 합성거더의 자중과 상연긴장재에 의해 거더에 도입된 압축력을 고려하여 그 긴장량이 결정되며,

상기 2차 긴장재(300b)는 주로 합성거더와 슬래브(600) 합성 시 그 자중과 활하중 등을 고려하여 그 긴장량을 결정할 수 있다.

이에 통상적으로 볼 때 내측긴장재(300a)에 의한 긴장량은 외측긴장재(300b)에 의한 긴장량보다 크도록 함이 바람직하다.

또한 외측긴장재(300b)는 블럭아웃부에 의한 작업공간이 확보되므로 교대 등에 거치 이후 및 공용상태라도 재긴장이 용이하게 된다.

이에 미도시 하였지만 합성거더의 미관을 위하여 블럭아웃부에 의한 공간에 대응하는 단부마감캡을 설치하고, 재 긴장 필요시 상기 단부마감캡을 제거하고, 외측긴장재(300b)를 긴장하거나 긴장되지 않은 것들에 대한 긴장 작업을 할 경우 종래 합성거더 외부면에 긴장재를 설치하는 것과 비교하여 매우 효율적이 될 수 있음을 알 수 있다.

또한 내측긴장재 및 외측긴장재는 외부강재의 양 단부에 정착되어 외부강재의 하부에 길이방향으로 연장되도록 설치됨을 알 수 있으며, 통상의 정착장치를 이용하여 설치되도록 한다.

나아가, 상연긴장재와 내측긴장재인 1차 긴장재(300c,300a)의 경우 외부강재(200) 제작 시 미리 쉬스관을 합성거더에 설치하고, 그 내부에 1차 긴장재(300c,300a)를 삽입하는 방식으로 설치하고, 긴장 후 쉬스관에 몰탈을 주입하여 양생후 정착시키는 방식으로 설치하거나 비부착 PC 강연선을 사용할 수 있을 것이다.

특히 하연긴장재로서 외측긴장재인 2차 긴장재(300b)의 경우에는 추후 재긴장을 위하여 쉬스관을 이용하여 설치하되, 몰탈과 달리 양생되지 않는 충진재를 사용하여 설치하고, 추후 교체나 재긴장이 가능하도록 한다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 합성거더와 슬래브의 다른 분해사시도의 다른 예를 도시한 것이다.

이에 먼저, 도 3b 및 도 3d와 같이 외부강재(200)를 전체적으로 아치 형상으로 제작하여 거더 콘크리트의 형틀 역할을 하는 아치 단면의 폐합형 빔 형상으로 제작하게 된다.

즉, 그 내부에 거더콘크리트(400)를 충진시키기 위하여 양 단부면은 폐합되 도록 제작되고, 도 3b와 같이 상부면(210)도 강판으로 막고, 슬래브콘크리트와의 합성을 위하여 스터드가 형성되도록 한다.

이때 외부강재(200) 내부에는 거더콘크리트가 배제되도록 하는 중공부(S)가 형성되도록 하는데, 이러한 중공부(S)도 격벽(220)에 의하여 기본적으로 서로 구분되도록 하되, 이러한 격벽은 양 단부면으로부터 중앙부에 걸쳐 이격되어 형성되도록 함을 알 수 있다.

단지, 추가로 격벽 사이에 길이방향으로 콘크리트 타설통로가 형성되도록 상기 격벽(220) 중앙부 사이에 길이방향으로 서로 이격되어 마주보도록 설치된 2개의 수직판(250)과 외부강재 외측면 사이의 공간에 의하여 형성되도록 함에 특징이 있다.

이에 상기 중공부가 2개로 구분되도록 하고 있으며, 도 3c와 같이 외부강재에 충진되는 거더콘크리트가 양 단부블럭부(410)로부터 중앙으로 종방향 기둥부콘크리트(430)이 형성됨을 알 수 있다.

이러한 종방향 기둥부콘크리트(430)는 상재하중의 전달과 콘크리트 타설 통로 역할을 수행하던 기존에 일정 간격을 두고 거더의 종방향에 직각방향으로 단속적으로 배치되었던 종래 기둥부콘크리트(도 1e의 131a)와 달리 기둥부콘크리트를 아치리브콘크리트와 연결되어 거더의 종방향으로 연속적으로 설치되도록 외부강재의 상부면과 수직판(250)에 의한 단면을 구성함으로서 아치형상으로 충진되는 거더콘크리트의 연속적인 타설과 다짐이 가능하여 시공 및 품질 관리에 유리하며, 기존의 기둥부콘크리트가 수행하지 못하던 거더의 종방향 휨강성 증대에 일정부분 역할을 수행 할 수 있음을 알 수 있다. 또한 합성거더의 종방향으로 전구간에 걸쳐 상연 콘크리트가 연속되게 되므로 합성거더의 상연에 배치되는 긴장재의 압축력을 효과적으로 거더에 전달하는 역할도 수행하게 되는 효과를 얻게 된다.

이에 외부강재(200) 내부에 충진되는 거더콘크리트(400)에 의하여 외부강재의 거더콘크리트는 도 3c와 같이 양 단부 블럭부콘크리트(410)와 아치리브 콘크리트(420) 및 종방향 기둥부콘크리트(430)로 형성될 수 있음을 알 수 있다.

이러한 종방향 기둥부콘크리트(430)에 위에서 살펴본 상연긴장재(300c)가 매립 설치되어 상기 기둥부콘크리트(430)에 직접 1차 긴장력이 도입되도록 하게 된다.

이에 도 3b와 같이 외부강재의 상부면(210)의 양 단부에는 비교적 구멍이 큰 콘크리트타설용 구멍(230)이 형성되도록 하되, 상기 종방향 기둥부콘크리트(430) 타설을 위하여 중앙으로 연속하여 형성시킨 콘크리트 타설용 구멍(260)이 일체로 형성되도록 함을 알 수 있다.

이에, 외부강재의 상부면(210)의 중앙부에는 달리 콘크리트 타설용 구멍이 형성되지는 않고 있음을 알 수 있다.

이와 같이 외부강재(200)을 구성시키면 상기 중공부(S)에 의하여 역시 거더콘크리트 타설 및 진동에 크게 문제될 것이 없음을 알 수 있다.

도 3e는 긴장재(300)가 외부강재의 양 단부에 정착되어 길이방향으로 설치되도록 하고 있음을 알 수 있으며, 거더콘크리트(400)의 단부블록부(410)에 매립되어 설치된다.

도 3a에 의하면, 제작된 외부강재의 상부면에 미도시된 슬래브용 거푸집에 의하여 슬래브(600)가 형성되도록 함을 알 수 있다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 3a 내지 도 3e에 의하여 제작된 합성거더와 슬래브가 합성된 상태에 있어 양 단부, 중공부 형성부 및 중앙부의 단면도를 각각 도시한 것이다.

도 4a에 의하면 역시 외부강재 내부의 전체 높이에 걸쳐 거더콘크리트가 충진되어 단부블럭부콘크리트(410)가 형성되도록 하고 있음을 알 수 있으며,

도 4b에 의하면 중공부(S)에 의하여 거더콘크리트가 외부강재의 하부에 충진되어 아치리브콘크리트(420) 및 수직판(430)과 경사판(440)에 의하여 종방향 기둥콘크리트(430)가 형성되도록 하고 있음을 알 수 있다.

이때, 상기 경사판(440)은 거더콘크리트 타설 시 내부 충진이 용이하도록 경사지게 형성시킨 것으로 이에 상기 수직판의 하단부는 하방 경사져 외측강재의 내측면에 경사판에 의하여 연결되도록 함을 알 수 있다.

도 4c에 의하면 역시 아치형태에 의하여 중앙부에는 높이가 작은 상태에서 거더콘크리트가 충진되어 아치리브콘크리트(420)로 형성되도록 함을 알 수 있다.

도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 종래의 강박스 거더, RC 거더, PSC 거더 및 합성거더와 아치형상의 합성거더를 도시한 것이다.

도 2a, 도 2b 및 도 2는 본 발명에 따른 합성거더의 단부 발췌사시도 전체 사시도 및 시공상태도를 도시한 것이다.

도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d 및 도 3e는 본 발명의 합성거의 일 분해사시도를 도시한 것이다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 3a 내지 도 3e에 의한 합성거더의 절단면도를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 의한 합성거더를 이용한 교량시공방법의 순서도를 개략 도시한 것이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200 :외부강재 300: 긴장재

300a:내측긴장재 300b:외측긴장재

300a,300b:하연긴장재 300c:상연긴장재

400: 거더콘크리트 S: 중공부

600: 슬래브

Claims (7)

1. 콘크리트, 아치형상의 외부강재, 긴장재를 포함하는 아치형상의 교량용 복합거더를 이용한 교량 시공에 있어서,

   내부 충진되는 콘크리트의 형틀 역할을 하는 아치 단면의 폐합형 빔 형상의 강재로서, 상부면에는 콘크리트 타설용 구멍이 형성되며, 양 상부단부면에 상연긴장재(300c)가 길이방향으로 연장되도록 배치되도록 하고, 양 단부의 모서리 하부가 안쪽으로 블럭아웃되도록 하고, 양 하부단부면의 중앙단부면과 블럭아웃부에 의하여 내측으로 형성된 양 모서리단부면에 내측긴장재(300a)와 외측긴장재(300b)인 하연긴장재(300a,300b)가 길이방향으로 연장되도록 배치하되, 상기 하연긴장재가 양 단부를 관통하여 양 단부 내측사이에서는 외부에 노출되는 외부강재(200)를 미리 제작하고,

   아치 리브를 구성하도록 거더콘크리트를 상기 외부강재의 콘크리트 타설용 구멍을 통해 외부강재 내부에 충진시켜 합성거더를 제작하고,

   상기 합성거더의 양 단부에서 정착장치, 상연긴장재(300c) 및 중앙부 긴장재(300a)인 1차 긴장재를 이용하여 합성거더에 1차 긴장력을 도입시키고,

   상기 양단 지지된 합성거더를 교대 또는 교각 상에 거치시키고,

   슬래브 콘크리트 타설에 의한 슬래브(600)를 상기 합성거더 상부에 형성시키고,

   합성거더의 양 단부에서 정착장치 및 외측긴장재(300b)인 2차 긴장재를 이 용하여 2차 긴장력을 상기 합성거더에 도입시키는 단계;를 포함하는 아치형상의 교량용 복합거더를 이용한 교량 시공방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 외부강재는 양 단부로부터 내측으로 이격된 위치에서 외부강재 중앙부까지 그 내부에 중공부가 형성되도록 하여 상기 중공부에 의하여 아치리브 콘크리트가 배제되도록 하되, 상기 중공부는 외부강재의 양 단부와 중앙부 사이의 내측면 사이에 수직으로 설치된 격벽에 의하여 형성되도록 하는 아치형상의 교량용 합성거더를 이용한 교량 시공방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 중공부는 격벽 사이에 길이방향으로 콘크리트 타설통로가 형성되도록 상기 격벽 중앙부 사이에 길이방향으로 서로 이격되어 마주보도록 설치된 2개의 수직판과 외부강재 외측면 사이의 공간에 의하여 형성되도록 한 아치형상의 교량용 합성거더를 이용한 교량 시공방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 수직판의 하단부는 하방 경사져 외측강재의 내측면에 경사판에 의하여 연결되도록 하는 아치형상의 교량용 합성거더를 이용한 교량 시공방법.
5. 제 3항에 있어서, 상기 콘크리트 타설용 구멍은 외부강재 양 단부 상부면으로부터 외부강재 중앙부 상부면까지 연속하여 연장된 구멍으로서 상기 연장된 구 멍을 통해 외부강재 내부로 콘크리트가 충진되도록 하는 아치형상의 교량용 합성거더를 이용한 교량 시공방법.
6. 제 2항에 있어서, 외부에 노출되는 상기 내측 및 외측긴장재는 비부착 긴장재를 사용하여 열화 및 파손에 따른 교체가 가능하도록 하되,

   내측긴장재의 긴장량이 외측긴장재의 긴장량보다 더 크도록 하는 아치형상의 교량용 합성거더를 이용한 교량 시공방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 외측긴장재의 외부강재 내부에 삽입된 부분은 교체가 가능하도록 외부강재에 형성된 쉬스관에 유연한 충진재가 충진되도록 하는 아치형상의 교량용 합성거더를 이용한 교량 시공방법.

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