KR20100052728A

KR20100052728A - 초고강도 콘크리트 날개형 캔틸레버부를 구비한 교량용 콘크리트 박스 거더 및 이를 이용한 박스 거더 교량

Info

Publication number: KR20100052728A
Application number: KR1020080111566A
Authority: KR
Inventors: 김병석; 박성용; 김현호; 김우종
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2010-05-20
Also published as: KR101012759B1

Abstract

본 발명은 박스형 단면을 가진 주거더부가 양측의 캔틸레버부에 비하여 상대적으로 작은 형태의 단면을 가지고 있고 양측의 캔틸레버부는 초고강도 콘크리트로 이루어지며 바닥판이 일체로 되어 있는 T형 단면을 가지고 있어 광폭의 교량 상부구조를 효과적으로 구현할 수 있도록 구성된 초고강도 콘크리트 날개형 캔틸레버부를 구비한 교량용 콘크리트 박스 거더와, 이를 이용한 교량에 관한 것이다.

본 발명에서는 사각형 단면을 가지는 주거더부(10)와, 상기 주거더부(10)의 양측에 구비되는 캔틸레버부(20)를 포함하며; 주거더부(10)는 하부판(11), 상부판(12) 및 측벽(13)으로 이루어져 사각형 단면을 가지고 있고 교축방향으로 길게 형성되고; 상기 캔틸레버부(20)는 수평한 바닥판부(21)와 수직한 수직 가로보(22)로 이루어져 T자 형상의 날개형 단면을 가지고 있으며, 교축방향으로 상기 캔틸레버부(20)가 연속적으로 결합되어 배치됨으로써 상기 수직 가로보(22)가 교축방향으로 간격을 가지고 위치하게 되고; 긴장재(31)에 의해 상기 양측 캔틸레버부(20) 사이에 긴장력이 도입되어 캔틸레버부(20)가 주거더부(10)와 일체화되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 박스 거더, 및 이를 이용한 교량이 제공된다.

박스, 거더, 교량, 가로보, 캔틸레버, 긴장재, 사장교

Description

초고강도 콘크리트 날개형 캔틸레버부를 구비한 교량용 콘크리트 박스 거더 및 이를 이용한 박스 거더 교량{Box Girder Having Hybrid Cantilever and Bridge Using Such Box Girder}

본 발명은 초고강도 콘크리트 날개형 캔틸레버부를 구비한 교량용 콘크리트 박스 거더 및 이를 이용한 박스 거더 교량에 관한 것으로서, 구체적으로는 박스형 단면을 가진 주거더부가 양측의 캔틸레버부에 비하여 상대적으로 작은 형태의 단면을 가지고 있고 양측의 캔틸레버부는 초고강도 콘크리트로 이루어지며 바닥판이 일체로 되어 있는 T형 단면을 가지고 있어 광폭의 교량 상부구조를 효과적으로 구현할 수 있도록 구성된 초고강도 콘크리트 날개형 캔틸레버부를 구비한 교량용 콘크리트 박스 거더와, 이를 이용한 박스 거더 교량에 관한 것이다. 본 발명에 의한 거더는 사장교에 특히 적합하다.

도 1a에는 박스형 단면을 가진 콘크리트 박스 거더(100)를 이용한 교량의 교축방향에서의 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 1b에는 상기 콘크리트 박스 거 더(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 교량의 시공을 위하여 사용되던 종래의 콘크리트 박스 거더(100)는, 중앙에 하나 또는 복수개의 박스 개구부(開口部)(103)가 형성되어 있는 주거더부(101)가 형성되어 있고, 양측으로는 캔틸레버부(102)가 일체로 형성되어 있는 단면 형태를 가지고 있다. 일반적으로 상기 주거더부(101)와 캔틸레버부(102)는 콘크리트가 일체로 타설됨으로써 하나의 구조체로 제작된다.

상기 캔틸레버부(102)의 길이가 긴 경우에는 이를 지지하기 위하여 상기 캔틸레버부(102)의 하단과 주거더부(101)의 측벽 사이에 지지빔(104)을 경사지게 설치하는 경우도 있다. 위와 같이 캔틸레버 길이가 긴 콘크리트 박스 거더(100)는 그 중량을 경량화하고 외관이 슬림화되어 세련된 느낌을 주게 되는 장점을 가지고 있다.

최근에는 더욱 큰 교폭을 가지는 교량의 수요가 늘어나고 있고, 특히 사장교를 시공함에 있어서 교축직각방향으로의 교폭이 30m 이상이 되도록 상부구조가 제작되기를 요구받는 경우가 많다. 이와 같이 교폭이 증가되는 상황에서, 박스 거더(100)의 경우, 주거더부(101)를 크게 하면 상부구조의 중량이 증가되어 바람직하지 아니하므로 캔틸레버부(102)를 더 길게 해야 되는데, 위와 같은 종래의 박스 거더(100) 구조에서는 캔틸레버부(102)의 길이를 증가시키면 캔틸레버부(102)의 단면 두께도 커지게 되어 자중이 크게 증가하게 된다. 그 결과, 캔틸레버부(102)의 무거운 자중으로 인한 하중을 지지하기 위하여 주거더부(101)의 크기 및 프리스트레스양도 증가하게 되며, 특히 사장교에서는 자중 증가에 비례하여 케이블의 사용량 이 늘어나므로 경제성 측면에서 크게 불리해진다. 이와 같은 이유로 종래의 박스 거더(100) 구조에서는 필요한 광폭의 교폭을 맞추기 위하여 캔틸레버부(102)의 길이를 증가시키는데는 한계가 있으며, 이는 곧 콘크리트 교량의 적용범위를 제한시키는 요인이 되어왔다.

본 발명은 위와 같은 종래의 박스 거더가 가지는 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로, 더 큰 교폭이 요구되더라도 주거더부의 크기를 키우거나 캔틸레버부의 두께를 증가시키거나 또는 프리스트레스량을 증가시키는 등의 조치를 취하지 않고서도 광폭의 요구에 맞추어 캔틸레버부의 길이를 충분히 길게 할 수 있는 구조의 박스 거더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 교폭이 넓은 사장교의 시공에 적합한 박스 거더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 사각형 단면을 가지는 주거더부와, 상기 주거더부의 양측에 구비되는 캔틸레버부를 포함하며; 주거더부는 하부판, 상부판 및 측벽으로 이루어져 사각형 단면을 가지고 있고 교축방향으로 길게 형성되고; 상기 캔틸레버부는 수평한 바닥판부와 수직한 수직 가로보로 이루어져 T자 형상의 날개형 단면을 가지고 있으며, 교축방향으로 상기 캔틸레버부가 연속적으로 결합되어 배치됨으로써 상기 수직 가로보가 교축방향으로 간격을 가지고 위치하게 되고; 긴장재에 의해 상기 양측 캔틸레버부 사이에 긴장력이 도입되어 캔틸레버부가 주거더부와 일체화되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 박스 거더가 제공된다.

위와 같은 본 발명에서, 주거더부의 측벽에는 걸림턱이 형성되어 있어, 상기 캔틸레버부가 상기 걸림턱에 의해 주거더부의 측벽에 걸쳐질 수 있다. 또한 위와 같은 본 발명에서 상기 캔틸레버부의 바닥부 하부 또는 수직 가로보에는 긴장재가 정착될 수 있는 정착부가 돌출 형성되어 있고, 상기 긴장재가 상기 주거더부를 관통한 상태에서 양측 캔틸레버부의 정착부에서 긴장 정착됨으로써 교축직각방향으로 상기 주거더부를 사이에 두고 양측 캔틸레버부를 가압하도록 긴장력이 작용하도록 구성될 수도 있다.

또한, 상기한 본 발명에서, 복수개의 캔틸레버부가 교축방향으로 연속적으로 조립될 때 교축방향으로 이웃하는 캔틸레버부 사이에서 상기 캔틸레버부에는 블록 아웃된 부분이 형성되고, 상기 캔틸레버부 내에 배근된 철근이 상기 블록 아웃된 부분에 노출되어 서로 이웃하는 캔틸레버부의 상기 노출된 철근과 서로 연결되며; 상기 철근이 연결된 상태에서 상기 블록 아웃된 부분에 콘크리트가 타설됨으로써 교축방향으로 캔틸레버부가 연속적으로 조립되는 구조를 가질 수도 있다.

본 발명에서는 위와 같은 박스 거더를 이용한 교량이 제공되는데, 구체적으로 사각형 단면을 가지는 주거더부와, 상기 주거더부의 양측에 구비되는 캔틸레버부를 포함하며; 주거더부는 하부판, 상부판 및 측벽으로 이루어져 사각형 단면을 가지고 있고 교축방향으로 길게 형성되고; 상기 캔틸레버부는 수평한 바닥판부와 수직한 수직 가로보로 이루어져 T자 형상의 날개형 단면을 가지고 있으며, 교축방향으로 상기 캔틸레버부가 연속적으로 결합되어 배치됨으로써 상기 수직 가로보가 교축방향으로 간격을 가지고 위치하게 되고; 긴장재에 의해 상기 양측 캔틸레버부 사이에 긴장력이 도입되어 캔틸레버부가 주거더부와 일체화되는 구성을 가지는 박스 거더가 교각의 상부에 놓여서 형성되는 것을 특징으로 하는 교량이 제공된다.

본 발명에 따른 교량은 사장교에 이용되기에 매우 적합한데, 이를 위해 상기 주거더부에는 케이블 관통공이 형성되어 있어, 상기 케이블이 상기 주거더부의 관통공을 통과하여 정착됨으로써 상기 박스 거더를 지지하게 될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 교폭이 넓더라도 그에 맞추어 캔틸레버부를 충분히 길게 형성한 박스 거더를 경량으로 제작할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 박스 거더는 미려한 외관을 가지고 있으며, 사장교의 시공에 특별히 적합하다. 특히, 본 발명에서는 캔틸레버부가 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete / "UHPC")에 의하여 바닥판이 일체로 된 날개형 바닥판으로 이루어질 수 있는데, 이러한 구성을 통하여 캔틸레버부를 경량으로 제작할 수 있게 되고 그에 따라 주거더부에 작용하는 하중의 부담을 줄여주게 되어 경제적인 시공이 가능하게 된다. 본 발명을 사장교에 적용할 경우에는, 위와 같은 효과뿐만 아니라 교량 지지용 케이블에 작용하는 하중을 경감시켜 케이블의 사용량을 줄여 경제성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 주탑, 기초 등의 구조물에 작용하는 하중도 경감시키게 되므로, 이들 부재의 크기, 두께 등을 줄일 수 있어 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 발휘된다.

다음에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박스 거더의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2a 및 도 2b에는 본 발명에 따른 박스 거더의 개략적인 사시도가 각각 도시되어 있고, 도 3에는 교각위에 설치된 상태의 본 발명에 따른 박스 거더(1)를 교축방향에서 바라본 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 박스 거더(1)는 사각형 단면을 가지는 주거더부(10)와, 상기 주거더부(10)의 양측에 구비되는 캔틸레버부(20)를 포함하여 구성된다.

도 4a 내지 도 4e에는 각각 본 발명에 따른 박스 거더(1)를 제작하는 과정을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 교축방향으로 일부 구간만 절취한 형태로 도시되어 있다.

도 4a에 도시된 것처럼 주거더부(10)는 하부판(11), 상부판(12) 및 양측의 측벽(13)으로 이루어져 사각형 단면을 가지고 있고 교축방향으로 길게 형성된다. 상기 주거더부(10)는 현장타설 콘크리트에 의해 제작될 수도 있고, 프리캐스트 방식으로 공장에서 미리 제작될 수도 있다. 도면에서 부재번호 17은 필요한 경우에 주거더부(10)의 내부에 추가적으로 형성되어 주거더부(10)를 보강하는 내측 보강판(17)인데 생략이 가능하다.

상기 주거더부(10)의 양측으로는 날개형 캔틸레버부(20)가 결합되는데, 상기 캔틸레버부(20)는 수평한 바닥판부(21)와 수직한 수직 가로보(22)로 이루어져 T자 형 단면을 가지고 있으며, 교축방향으로 상기 캔틸레버부(20)가 연속적으로 결합되어 배치됨으로써 상기 수직 가로보(22)가 교축방향으로 간격을 가지고 위치하게 된다. 상기 수직 가로보(22)는 그 높이가 주거더부(10)로부터 외측으로 갈수록 점점 줄어들도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 수직 가로보(22)의 재질에는 특별한 한정이 없지만, 그 두께를 얇게 하여 더욱 슬림한 외관을 가지며 중량을 경감할 수 있도록 하기 위해서는 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete / "UHPC")(압축강도 150MPa 이상)로 제작하는 것이 바람직하다. 상기 수직 가로보(22)는 현장 타설 콘크리트로 제작될 수 있으나, 프리캐스트 방식으로 미리 제작되어 조립되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어서 주거더부(10)와 캔틸레버부(20)의 교축직각방향 길이비는 1 : 3 이상인 것이 바람직하다.

도 4b에 도시된 것처럼 상기 캔틸레버부(20)는 상기 주거더부(10)의 양측으로 결합되는데, 주거더부(10)의 측벽(13)에는 상기 캔틸레버부(20)의 내측 바닥판부(21)와 수직 가로보(22) 하단이 각각 걸쳐질 수 있는 상부 걸림턱(14)과 하부 걸림턱(15)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 캔틸레버부(20)가 상부 걸림턱(14)과 하부 걸림턱(15)에 의해 주거더부(10)의 측벽(13)에 걸쳐진 상태에서, 도 4c에 도시된 것처럼 가설용 임시결합부재(30)에 의하여 상기 수직 가로보(22)와 측벽(13)이 서로 결합된다. 구체적으로, 상기 수직 가로보(22)에는 연결플랜지(23)가 돌출 형성되어 있는데, 볼트 또는 강봉과 같은 임시결합부재(30)가 측벽(13)에 형성된 관통공과 상기 연결플랜지(23)를 관통하여 체결됨으로써, 상기 캔틸레버부(20)가 측벽(13)에 일시적으로 결합된다. 도면에서 부재번호 16은 측벽(13) 내측에서 상기 임시결합부재(30)가 고정되도록 하는 돌출부(16)인데 상기 돌출부(16)는 생략될 수 있다.

위와 같이 강봉과 같은 임시결합부재(30)에 의해 수직 가로보(22)가 측벽(13)에 결합된 상태에서, 필요한 경우 캔틸레버부(20)의 바닥부(21)와 주거더부(10)의 상부판(12) 사이의 연결부에 현장 타설 콘크리트를 채워서 바닥부(21)와 상부판(12)이 평평하게 되도록 할 수도 있다.

후속해서는 도 4d에 도시된 것처럼 긴장재(31)를 이용하여 상기 양측 캔틸레버부(20) 사이에 긴장력을 도입함으로써 캔틸레버부(20)가 주거더부(10)와 견고하게 일체화되도록 한다. 구체적으로 상기 캔틸레버부(20)의 바닥부(21) 하부 또는 수직 가로보(22)에는 긴장재(31)가 정착될 수 있는 정착부(24)를 돌출 형성해두고, 상기 주거더부(10)를 관통하여 긴장재(31)를 배치한 후, 상기 긴장재(31)가 양측 캔틸레버부(20)의 정착부(24)에서 긴장 정착되도록 함으로써, 교축직각방향으로 상기 주거더부(10)를 사이에 두고 양측 캔틸레버부(20)에 긴장력이 작용하여 상기 양측 캔틸레버부(20)가 주거더부(10)에 밀착하여 견고하게 일체화된다.

상기 긴장재(31)에 의하여 양측 캔틸레버부(20)에 긴장력을 도입하여 캔틸레버부(20)와 주거더부(10)를 일체화한 후에는 이미 설치되어 있던 임시결합부재(30)를 제거한다. 필요한 경우, 상기 임시결합부재(30)를 제거하지 않고 계속 존치시켜도 무방하다.

도 4e에 도시된 것처럼, 교축방향으로 캔틸레버부(20)를 연속적으로 조립 설 치함으로써 필요한 길이로 박스 거더를 제작하게 된다. 교축방향으로 캔틸레버부(20)를 연속적으로 조립 설치함에 있어서, 교축방향으로 이웃하는 캔틸레버부(20) 사이에서 일부분을 블록 아웃하여 캔틸레버부(20) 내에 배근된 철근(미도시)을 노출시키고, 교축방향으로 서로 이웃하는 캔틸레버부(20)의 상기 노출된 철근을 직접 연결하거나 또는 커플러 등으로 연결한 후 블록 아웃된 부분에 콘크리트를 채움으로써 교축방향으로 이웃하는 캔틸레버부(20)를 교축방향으로 일체로 조립 결합할 수 있다.

이와 같이 제작된 박스 거더는 교각 위에 거치되어 교량을 이루게 되는데, 본 발명에 따른 박스 거더는 교각 아래에서 제작된 후 교각으로 인양되어 거치될 수도 있으나, 교각 위치에서 직접 시공 설치될 수도 있다. 본 발명에 따른 박스 거더는 사장교에 특히 적합한데, 이를 위해서 필요한 경우, 상기 주거더부(10)에 사장교 케이블의 관통공 및 정착부를 형성할 수도 있다. 도 5에는 본 발명에 따른 박스 거더를 이용하여 사장교를 형성한 상태의 일부분을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 이와 같이 주거더부(10)에 케이블의 관통공 및 정착부가 형성된 상태에서 케이블(50)이 상기 관통공을 통과하여 정착부에서 정착됨으로써 본 발명의 박스 거더를 지지하게 되어 사장교를 형성하게 된다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 실시 예들의 변형 또는 변경은 본 발명의 기술적 범위를 벗어날 수 없을 것이다.

도 1a는 박스형 단면을 가진 종래의 콘크리트 박스 거더를 이용한 교량의 교축방향에서의 개략적인 단면도이다.

도 1b는 도 1a에 도시된 종래의 콘크리트 박스 거더의 개략적인 사시도이다.

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 박스 거더의 개략적인 사시도이다.

도 3은 교각위에 설치된 상태의 본 발명에 따른 박스 거더를 교축방향에서 바라본 개략적인 단면도이다.

도 4a 내지 도 4e는 각각 본 발명에 따른 박스 거더를 제작하는 과정을 보여주는 개략적인 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 박스 거더를 이용하여 사장교를 형성한 상태의 일부분을 보여주는 개략적인 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 박스 거더 10 : 주거더부

20 : 캔틸레버부

Claims

사각형 단면을 가지는 주거더부(10)와, 상기 주거더부(10)의 양측에 구비되는 캔틸레버부(20)를 포함하며;

주거더부(10)는 하부판(11), 상부판(12) 및 측벽(13)으로 이루어져 사각형 단면을 가지고 있고 교축방향으로 길게 형성되고;

상기 캔틸레버부(20)는 수평한 바닥판부(21)와 수직한 수직 가로보(22)로 이루어져 T자 형상의 날개형 단면을 가지고 있으며, 교축방향으로 상기 캔틸레버부(20)가 연속적으로 결합되어 배치됨으로써 상기 수직 가로보(22)가 교축방향으로 간격을 가지고 위치하게 되고;

긴장재(31)에 의해 상기 양측 캔틸레버부(20) 사이에 긴장력이 도입되어 캔틸레버부(20)가 주거더부(10)와 일체화되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 박스 거더.
제1항에 있어서,

주거더부(10)의 측벽(13)에는 걸림턱이 형성되어 있어,

상기 캔틸레버부(20)가 상기 걸림턱에 의해 주거더부(10)의 측벽(13)에 걸쳐지는 것을 특징으로 하는 박스 거더.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 캔틸레버부(20)의 바닥부(21) 하부 또는 수직 가로보(22)에는 긴장재(31)가 정착될 수 있는 정착부(24)가 돌출 형성되어 있고,

상기 긴장재(31)가 상기 주거더부(10)를 관통한 상태에서 양측 캔틸레버부(20)의 정착부(24)에서 긴장 정착됨으로써 교축직각방향으로 상기 주거더부(10)를 사이에 두고 양측 캔틸레버부(20)를 가압하도록 긴장력이 작용하는 것을 특징으로 하는 박스 거더.
제1항 또는 제2항에 있어서,

복수개의 캔틸레버부(20)가 교축방향으로 연속적으로 조립될 때 교축방향으로 이웃하는 캔틸레버부(20) 사이에서 상기 캔틸레버부(20)에는 블록 아웃된 부분이 형성되고,

상기 캔틸레버부(20) 내에 배근된 철근이 상기 블록 아웃된 부분에 노출되어 서로 이웃하는 캔틸레버부(20)의 상기 노출된 철근과 서로 연결되며;

상기 철근이 연결된 상태에서 상기 블록 아웃된 부분에 콘크리트가 타설됨으로써 교축방향으로 캔틸레버부(20)가 연속적으로 조립되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 박스 거더.
사각형 단면을 가지는 주거더부(10)와, 상기 주거더부(10)의 양측에 구비되는 캔틸레버부(20)를 포함하며;

주거더부(10)는 하부판(11), 상부판(12) 및 측벽(13)으로 이루어져 사각형 단면을 가지고 있고 교축방향으로 길게 형성되고;

상기 캔틸레버부(20)는 수평한 바닥판부(21)와 수직한 수직 가로보(22)로 이루어져 T자 형상의 날개형 단면을 가지고 있으며, 교축방향으로 상기 캔틸레버부(20)가 연속적으로 결합되어 배치됨으로써 상기 수직 가로보(22)가 교축방향으로 간격을 가지고 위치하게 되고;

긴장재(31)에 의해 상기 양측 캔틸레버부(20) 사이에 긴장력이 도입되어 캔틸레버부(20)가 주거더부(10)와 일체화되는 구성을 가지는 박스 거더가 교각의 상부에 놓여서 형성되는 것을 특징으로 하는 교량.
제5항에 있어서,

상기 주거더부(10)에는 케이블 관통공이 형성되어 있어, 상기 케이블이 상기 주거더부(10)의 관통공을 통과하여 정착됨으로써 상기 박스 거더를 지지하게 되는 사장교로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교량.