KR20100076578A - 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20100076578A
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황민오
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

본 발명은 교량 등과 같은 토목 구조물의 바닥판을 지지하기 위하여 이용되는 콘크리트 거더 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더는 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화 할 수 있도록 실제 요구되는 응력강도 보다 상대적으로 작은 허용응력을 갖는 콘크리트로 이루어지는 복부판과; 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 복부판 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 콘크리트로 이루어지는 상부 플랜지와; 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 상부 플랜지의 응력강도 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 콘크리트로 이루어지는 하부 플랜지;를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 실제 사용되지 않는 응력의 분포 영역을 최소화 할수 있고, 불필요한 고강도의 자재 소비를 최소화 할 수 있으며, 거더 전체의 단면 구조가 최대한 동일한 단면구조로 이루어질 수 있게 되어 시공시 연결 또는 결합을 위한 작업이 용이하게 이루어질 수 있고, 또한 변단면의 형성을 위한 작업의 수행을 최소화 할 수 있다.
콘크리트 거더, 이종 강도, 응력, 항복강도, 등단면, 교량

Description

복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더 및 이의 제조방법{CONCRETE GIRDER COMPRISED OF MULTY-HYBRID STRENGTH AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 교량 등과 같은 토목 구조물의 바닥판을 지지하기 위하여 이용되는 콘크리트 거더 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 콘크리트 거더는 상하부플랜지와 이를 연결해 주는 복부판으로 구성되어 교량 등과 같은 토목 구조물의 바닥판을 지지하기 위하여 이용되고 있다.
도 1a에 도시된 것과 같이, 기존의 콘크리트 거더(10)는 세로 방향으로 배치되는 복부판(11)의 상부측 단부에 상부 플랜지(12)가 일체로 형성되고, 하부측 단부에 하부 플랜지(13)가 일체로 형성되는 구조로 이루어진다.
예를 들어, 교량에 이용되는 콘크리트 거더(10)는 상부 플랜지(12) 위에 데크(미도시)가 올려지며, 통상 콘크리트 바닥판이 설치된다. 이 때, 복부판(11)에 작용응력이 가장 작고, 데크 구조체와 합성되는 상부 플랜지(12)가 중간수준이며, 하부 플랜지(13)에 가장 큰 응력이 발생한다.
기존의 콘크리트 거더(10)는 중립축(단면도심축 : C.L)이 복부판(11)의 중앙 부보다 하부에 위치하게 되는데, 이로 인하여, 중립축(C.L)의 상부에 위치하는 복부판(11)의 영역과 상부 플랜지(12)에 작용하는 응력과 중립축(C.L)의 하부에 위치하는 복부판(11)의 영역과 하부 플랜지(13)에 작용하는 응력의 크기가 다르게 나타나게 된다. 즉, 중립축(C.L)의 상부영역에 작용하는 응력은 상부 영역의 항복강도(fyw)인 지점까지의 거리인 O-t선에 의해 나타날 수 있고, 중립축(C.L)의 하부영역에 작용하는 응력은 하부 영역의 항복강도(fyb)인 지점까지의 거리인 O-b선에 의해 나타날 수 있다.
이 경우, 실제 작용하는 응력의 크기는 도 1b에 도시된 것과 같이 중립축(C.L)을 중심으로 한 상부와 하부의 삼각형을 이루는 면적(Ut 및 Ub)에 의해 해당되고, 나머지 면적은 사용되지 않는 응력강도 영역(Dtw,Dbw)이 된다.
한편, 콘크리트 거더(10)는 한 단면 내에서 중간부를 형성하는 복부판(11)에 작용응력이 가장 작고, 데크 구조체와 합성되는 상부 플랜지(12)가 중간수준이며, 하부 플랜지(13)에 가장 큰 응력이 발생한다. 콘크리트 구조는 인장력에 대해 상대적으로 취약하므로 하부 플랜지(13)에 프리-스트레스(pre-stress)의 도입을 위해 PC 강연선을 활용하여 압축력을 가하기도 하며 이를 위한 정착구(14)가 형성되기도 한다.
단일 강도를 콘크리트를 이용하여 거더(10)를 구성하는 경우, 요구되는 허용응력을 갖도록 하기 위해서는 부피 등의 재원을 늘려야 하기 때문에 증가되는 하중을 위한 전체 교량의 제원을 늘려하는 문제가 발생하게 된다. 한편, 콘크리트 거 더(10)는 수직하중에 의한 인장력에 대응하도록 PC 강연선을 이용하여 압축력을 제공하는 경우, 긴장 작업 등으로 인한 제작비용이 증가될 수 있어 경제적 최적화에 어려움이 있다. 다른 한편, 거더(10)의 강도를 증가시키기 위하여 고성능 강도의 콘크리트를 이용하는 경우, 사용재료량은 최소가 될 수 있지만 고강도 콘크리트일 수록 단가가 비싸기 때문에 경제적인 최적화에 어려움이 있다.
한편, 콘크리트 거더(10)는 내부에 철근 대신에 강재로 이루어지는 빔을 이용하여 구성되기도 한다. 도 2a에 도시된 것과 같이, 상기 빔은 복부판(11a)의 양 단부에 상부 플랜지(12a) 및 하부 플랜지(13a)가 구비되어 콘크리트 부재로 이루어지는 복부판(11b), 상부 플랜지(12b) 및 하부 플랜지(13b)에 배치되도록 구성되고 있다.
이러한 구성을 갖는 거더(10)는 강재의 빔이 주된 응력강도를 갖도록 구성되기도 한다. 이 경우에도, 철근-콘크리트로 이루어지는 거더(10)의 경우와 같이, 중립축(C.L)의 상부에 위치하는 복부판(11)의 영역과 상부 플랜지(12)에 작용하는 응력과 중립축(C.L)의 하부에 위치하는 복부판(11)의 영역과 하부 플랜지(13)에 작용하는 응력의 크기가 다르게 나타나게 된다.
그리고, 도 2b에 도시된 것과 같이, 실제 중립축(C.L) 상부영역에 작용하는 응력은 중립축(C.L)을 중심으로 한 상부의 응력강도를 영역(Ut 및 Dtw)에 해당되는 것을 알 수 있다. 즉, 기존의 콘크리트 거더(10) 내부에 구비되는 빔은 단일 강종으로 이루어지기 때문에, 중립축(C.L)을 중심으로 한 상부 거더의 응력강도 영역은 상부 영역의 항복강도(fyw)인 지점을 넘은 영역까지의 응력강도 영역를 갖게 된다.
다시 말해서, 사용되지 않는 응력강도 영역(Dtw)이 더욱 커지게 되는 것을 알 수 있고, 이 경우, 기존의 콘크리트 거더(10)는 사용되지 않는 응력강도가 존재하는 영역, 특히 복부판(11a)과 상부 플랜지(12a)의 영역이 필요 이상의 강도를 가지게 되기 때문에 제조비용의 증가를 유발하고 있다.
또한, 전체 교량을 구성하게 되는 콘크리트 거더(10) 중 중앙부 또는 교각에 배치되는 거더(10)는 교량의 양단부에 배치되는 거더(10)에 비하여 보다 큰 응력강도가 요구된다. 따라서, 응력을 보강시키기 위하여 중앙부 또는 교각에 위치되는 거더(10)의 전체 또는 일부분(예를 들어, 하부 영역)의 두께를 증가시키고 있다.
이와 같이, 콘크리트 거더(10) 전체의 길이에 대한 단면구조가 다른 경우에는 각각의 위치에서 모멘트 단면력이 크게 변화하게 되기 때문에 이에 따른 콘크리트 거더(10)의 위치별 작용응력도 크게 달라지게 된다. 따라서, 각 작용응력에 따라 적정 강성 및 강도를 갖도록 하려면 각 위치별로 단면제원이 크게 변화되어야 하며, 각 단면 부재들에 요구되는 제원 또한 다양해 지기 때문에 다양한 제원 요구로 인한 설계가 복잡하고 어려워지게 된다.
또한, 중앙부 영역에 배치되는 거더(10b)와 이웃한 다른 거더(10a)와 두께 차이로 인한 단차가 발생하게 되고, 또한, 중앙부 영역에 배치되는 거더(10b)자체도 동일 단면구조를 이루지 못하게 되기 때문에 단차가 발생하게 된다. 이와 같이 단차가 발생하는 부분에는 응력이 집중되는 문제 등이 발생하기 때문에 응력의 집 중을 억제시키기 위하여 거더(10)의 설치작업 전,후에는 변단면 처리를 위한 작업이 요구되며 제작비용을 상승시키고 있다.
즉, 종래에는 거더의 시공에 있어서, 단일강도의 부재(콘크리트 또는 빔)를 적용하여 단면 이나 부재 제원을 바꾸어서 최적화 단면을 실현하기 때문에 설계뿐만 아니라 설치하는 데에 있어서 최적화에 한계가 있다.
또한, 단일 강도의 부재(콘크리트 또는 빔)로 이루어지기 때문에 요구되는 강도 보다 더 큰 강도(응력)로 이루어지는 영역이 존재하게 되어 설계 및 시공 등 전체적인 영역에서 비효율이 발생하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 콘크리트 거더에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 일 목적은 실제 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 이종 강도를 갖는 부재로 거더를 구성하여 구성부위에 따라 요구되는 최적의 강도로 거더가 이루어지도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 교량 등에 시공된 상태에서 거더 전체의 단면 구조가 최대한 동일한 단면구조로 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 거더 자체의 전체 중량을 감소시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 이종 강도를 갖는 거더를 구성하여 배치되는 영역 및 부재에 대한 제원을 단순 통합화가 가능하도록 하여 설계가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 거더의 시공시 단차 또는 변단면 처리를 위한 부가적인 작업을 최소화 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 구역별 배치되는 거더의 결시 결합 또는 배치 작업이 보다 원활히 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일 실시 형태와 관련된 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더 및 거더의 제조방법은 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 실제 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화할 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더는 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화 할 수 있도록 실제 요구되는 응력강도 보다 상대적으로 작은 허용응력을 갖는 콘크리트로 이루어지는 복부판과; 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 복부판과 동일하거나 상대적으로 작은 응력강도를 갖는 콘크리트로 이루어지는 하부 플랜지와; 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 복부판의 응력강도 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 콘크리트로 이루어지는 상부 플랜지;를 포함하여 구성될 수도 있다.
이 경우, 복부판은 일부 영역이 하부 플랜지의 응력강도와 동일하고 다른 일부 영역이 상부 플랜지의 응력강도와 동일하게 이루어지도록 구성될 수도 있다. 이와 달리, 복부판은 일부 영역이 하부 플랜지의 응력강도 보다 상대적으로 크고 다른 일부 영역이 상부 플랜지 영역과 응력강도가 동일하게 이루어지도록 구성될 수도 있다.
한편, 거더는 내부에 철근 또는 강구조의 빔이 구비될 수도 있다. 이 경우, 빔은 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화 할 수 있도록 실제 요구되는 응력강도 보다 상대적으로 작은 허용응력을 갖는 강종으로 구성되는 복부판과; 실 제 요구되는 응력강도 범위 내에서 빔의 복부판 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 상부 플랜지와; 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 빔의 상부 플랜지의 응력강도 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 하부 플랜지;를 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 빔의 상부 플랜지 또는 하부 플랜지는 복부판의 감소된 응력강도를 보강할 수 있는 응력강도를 갖는 강종으로 구성될 수도 있다. 다른 한편, 빔의 상부 플랜지 및 하부 플랜지 모두가 복부판의 감소된 응력강도를 보강할 수 있는 응력강도를 갖는 강종으로 구성될 수도 있다.
본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더는 강재 빔이 내부에 배치되고, 강재 빔의 외부를 감싸도록 배치되는 콘크리트 부재를 포함하여 구성될 수도 있다. 이 경우, 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화 할 수 있도록 실제 요구되는 응력강도 보다 상대적으로 작은 허용응력을 갖는 강종으로 구성되는 복부판과; 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 빔의 복부판 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 상부 플랜지와; 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상부 플랜지의 응력강도 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 하부 플랜지;를 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 빔의 상부 플랜지 또는 하부 플랜지는 빔의 복부판의 감소된 응력강도를 보강할 수 있는 응력강도를 갖는 강종으로 구성될 수도 있다. 다른 한편, 빔의 상부 플랜지 및 하부 플랜지 모두가 빔의 복부판의 감소된 응력강도를 보강할 수 있는 응력강도를 갖는 강종으로 구성될 수도 있다.
거더를 구성하는 복부판의 응력강도를 보강하기 위한 거더의 허용응력(fallow)은 [이종 강도 계수(Rh) × 설계 기준상 하부 플랜지의 항복강도(fyb)] / 안전율(S.F)에 의해 얻은 값으로 이루어질 수도 있다.
이 경우, αb = 복부판의 항복강도(fyw) / 하부 플랜지의 항복강도(fyb) 이고, βb = 중립축 하부 복부판의 단면적(Awb) / 하부 플랜지의 단면적(Afb) 이며, ψ = 중립축과 하부 플랜지 사이의 거리(yb) / 형고(d) 일 때, 이종 강도 계수(Rh)는 Rh = 1 - [βbψ(1-αb)2(3-ψ+ψαb)] / [6+ βbψ(3-ψ)]로 구할 수도 있다.
그리고, 상,하부 플랜지와 복부판의 단면구조는 전체 거더의 길이에 대하여 동일한 단면구조로 이루어지도록 구성될 수도 있다. 한편, 상기 상,하부 플랜지와 복부판은 전체 거더의 길이에 대하여 배치되는 구역 및 경간에 따라 다른 제원의 강도를 갖는 구조로 조합되어 이루어질 수도 있다. 다른 한편, 상부 플랜지는 일부 구간의 강도가 하부 플랜지의 응력강도 보다 더 큰 응력강도를 갖는 강도로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 형태에 따른 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더의 제조방법은 거더의 전체 영역을 이루도록 철근 또는 강재 빔을 배치하는 단계와; 철근 또는 강재 빔의 둘레에 거더의 구조를 형성시키기 위한 거푸집을 형성하는 단계와; 하부 플랜지, 복부판 및 상부 플랜지를 이루게 되 는 영역들이 서로 다른 이종의 응력강도를 갖게 되는 구조물로 형성되도록 순차적으로 다른 강도의 콘크리트를 타설하여 양생하는 단계와; 양생후, 거푸집을 탈형하는 단계;를 포함하여 이루어질 수도 있다.
이 경우, 복부판의 일부 영역이 하부 플랜지의 응력강도와 동일하고 다른 일부 영역이 상부 플랜지의 응력강도와 동일하게 이루어지도록 콘크리트를 타설할 수도 있다. 다른 한편, 복부판의 일부 영역이 하부 플랜지의 응력강도 보다 상대적으로 크고 다른 일부 영역이 상부 플랜지 영역과 응력강도가 동일하게 이루어지도록 콘크리트를 타설할 수도 있다.
한편, 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화 할 수 있도록 실제 요구되는 응력강도 보다 상대적으로 작은 허용응력을 갖는 강종으로 구성되는 복부판과; 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 복부판 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 상부 플랜지와; 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상부 플랜지의 응력강도 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 하부 플랜지;를 포함하여 구성되는 강재 빔이 거더의 내부에 배치되도록 하여 콘크리트를 타설할 수도 있다. 이 경우, 강재 빔의 복부판 및 상,하부 플랜지의 외부를 감싸도록 타설되는 콘크리트는 이종의 강도를 갖는 콘크리트로 타설될 수도 있다.
한편, 거더의 하부 플랜지에는 PC 강연선 정착구를 더 형성할 수도 있다. 이 경우, 거푸집을 탈형한 후, 정착구에 PC 강연선을 배치하여 거더에 프리-스트레스(Pre-Stress)를 부여할 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 실제 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 거더가 이종 강종으로 구성되어 거더를 구성하는 부위(영역)에 따라 요구되는 최적의 강도로 거더가 구성될 수 있게 되어 불필요한 고강도의 부재(콘크리트 또는 강재빔) 사용을 최소화 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 교량 등에 시공된 상태에서 거더 전체의 단면 구조가 최대한 동일한 단면구조로 이루어질 수 있게 되어 시공시 연결 또는 배치 등과 같은 작업이 용이하게 이루어질 수 있고, 또한 단차 및 변단면의 처리를 위한 작업의 수행을 최소화 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 거더 자체의 중량을 감소시킬 수 있게 되어 시공의 편의성을 도모하거나, 또는 다른 보강을 위한 구성을 최소화 할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 이종 강도로 거더를 구성하여 배치되는 영역 및 경간에 대한 제원을 단순 통합화가 가능하도록 하여 설계 및 시공의 효율성을 향상시킬 수 있고, 전체 시공비를 감소시킬 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 교량의 경제성이 극대화될 뿐만 아니라, 합성 전 거더의 압축측 단면길이를 효과적으로 저감시키고 중립축의 변화를 최소화 하여 시공시 안정성을 증대시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더 및 이 의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로 실제 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화할 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.
도 3a에는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더(100)의 단면 구조가 도시되어 있다.
상기 거더(100)는 복부판(110)과 상기 복부판(110)의 상부에 배치되는 상부 플랜지(120)와 상기 복부판(110)의 하부에 배치되는 하부 플랜지(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 거더(100)는 내부에 철근이 구비되어 인장응력이 보강될 수 있도록 구성될 수도 있다. 한편, 하부 플랜지(130)에는 PC 강연선이 구비되어 굽힘응력이 보강될 수 있도록 구성할 수도 있다.
상기 상부 플랜지(120)는 교량 등의 바닥판을 지지하도록 구성되며, 굽힘에 의한 압축력을 받게 된다. 그리고, 하부 플랜지(130)는 구힘에 의한 인장력을 받게 된다. 이 경우, 상기 하부 플랜지(130)는 PC 강연선 등에 의해 실질적으로 응력강도가 보강되는 구조이기 때문에 요구되는 강도(항복응력)가 복부판(110) 또는 상부 플랜지(120) 보다 작다.
또한, 교량 등과 같은 구조물에 거더(100)가 적용되는 경우, 바닥판 합성효과 및 PC 강연선 등의 장착으로 인해 거더(100)의 복부판(110) 그리고 상부 및 하부 플랜지(120,130) 각각에 요구되는 최대강도 역시 달라지게 된다. 따라서, 거더(100) 전체가 동일 강도의 부재(콘크리트, 강재 빔 등)로 이루어지는 경우, 거더(100)에 실제 요구되는 허용응력이 부여되면, 복부판(120) 영역에는 실제 사용되는 허용응력 이상의 강도가 부여된다.
이 경우, 복부판(120)을 실제 사용되는 응력이 부여될 수 있는 강도의 부재로 구성하거나, 이 보다 조금 더 낮은 응력이 부여될 수 있는 강도의 부재로 구성할 수 있다. 이 경우, 상부 플랜지(120)의 강도를 실질적으로 요구되는 최대 강도로 구성하여 복부판(110)의 부족한 강도를 보강하도록 구성할 수도 있다.
즉, 거더(100)는 복부판(110)의 사용되지 않는 응력강도가 최소화 될 수 있도록, 복부판(110)의 단부 영역(상,하부 플랜지와 인접한 영역)에 실제 요구되는 응력강도 보다 상대적으로 작은 응력강도를 갖는 콘크리트로 복부판(110)을 구성할 수도 있다. 이 경우, 상부 플랜지(120)는 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 복부판(110) 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 콘크리트로 이루어지도록 구성할 수도 있다. 한편, 부가되는 PC 강연선의 응력강도를 감안하여 하부 플랜 지(130)는 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 상부 플랜지(120) 또는 복부판(110)의 응력강도 보다 상대적으로 작은 응력강도를 갖는 콘크리트로 이루어지도록 구성할 수도 있다.
이와 같이, 이종 강도로 복부판(110)과 상,하부 플랜지(120,130)의 구성은 도 3a 및 도 3b에 도시된 응력 분포를 이용하여 구성할 수 있다.
이 경우, 상기 언급한 바와 같이, 상기 거더(100)는 복부판(110)에 요구되는 최대 항복강도가 감소될 수 있는 강도의 콘크리트로 이루어질 수 있다. 즉, 복부판(110)의 실제 요구되는 최대 항복강도 보다 실질적으로 적은 항복강도를 갖는 콘크리트로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 복부판(110)의 항복강도(fyw)는 설계자의 재량에 따라 설정될 수 있다.
예를 들어, 상,하부 플랜지(120,130)의 간격을 유지할 수 있을 정도의 응력강도 또는 비용적인 측면들을 고려하여 가능한 최소 비용의 콘크리트를 선택할 수도 있다. 이 경우, 단일 강도로 이루어지는 거더를 기초로 하여 설계된 응력분포에서 감소시킨 복부판(110)의 항복강도(fyw)를 선택하여 복부판(110)을 구성하게 되는 강도의 콘크리트를 선택할 수도 있다. 이와 달리, 실제 요구되는 거더(100)의 구조에서 나타나는 임의의 응력분포를 이용하여 복부판(110)의 항복강도(fyw)를 선택하여 복부판(110)을 구성하게 되는 강도의 콘크리트를 선택할 수도 있다.
예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 복부판(110)의 항복강도(fyw)가 선택된 경우, 도 3b에 도시된 것과 같이, 실제 요구되는 복부판(110)의 응력강도 보다 감소된 응력강도의 영역(Nw1,Nw2)이 존재하게 된다. 이 부분에서는 응력이 제한되기 때문에, 응력의 증가 없이 변형만 발생하는 것을 가정하는 거동적 개념이 적용된다. 이와 같이, 복부판(110)의 항복강도(fyw)가 선택된 경우, 실제 복부판(110)이 가지는 응력강도의 영역 중 사용되지 않는 응력강도의 영역(Dw1,Dw2,Dt,Db)으로 존재하게 되는 것을 알 수 있다. 즉, 복부판(110) 영역에서 사용되지 않는 응력강도의 영역(Dw1,Dw2)으로 존재하게 되며, 실제 사용되지 않는 응력강도 영역이 감소하게 되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 선택된 복부판(110)의 항복강도(fyw)의 정도(즉, 복부판을 구성하는 콘크리트의 강도)에 따라 실제 사용되지 않는 응력강도 영역의 감소 정도를 결정할 수 있다.
반면, 복부판(110)으로 선택된 콘트리트의 강도에 의해 복부판(110)의 영역중 요구되는 항복강도가 부족하게 된 영역(Nw1,Nw2)은 상부 플랜지(120)와 하부 플랜지(130)의 항복강도(fyt,fyb)에 의해 보강되도록 구성할 수도 있고, 상부 플랜지(120) 또는 하부 플랜지(130)의 각 항복강도(fyt,fyb)에 의해 보강되도록 구성할 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 복부판(110)에서 감소된 응력강도의 영역(Nw1,Nw2)을 보강하도록 구성할 수도 있다.
즉, 감소된 복부판(110)의 항복강도(fyw)에 대한 응력강도를 보강할 수 있도록 상부 플랜지(120)와 하부 플랜지(130) 중 어느 하나, 또는 상부 플랜지(120)와 하부 플랜지(130) 모두에 대한 콘크리트를 선택하여, 응력강도가 감소된 복부판의 영역(Nw1,Nw2)에 대한 상쇄 영역(Dt,Db)이 존재하도록 구성할 수 있다.
다시 말해서, 이종 강도로 이루어지는 구성에 의해, 거더(100)는 실제 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 감소시킬 수 있고, 실제 사용되어야 할 복부판(110)의 응력강도의 분포 영역(Nw1,Nw2)에 대해서는 상,부 하부 플랜지(120,130)를 구성하는 콘크리트의 종류를 선택하여 보강이 이루어질 수 있도록 구성할 수 있다.
이 경우, 도 4에 도시된 것과 같이, 상기 거더(100)는 하부 플랜지(130)를 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상대적으로 약한 강도(c)의 콘크리트로 구성할 수 있다. 그리고, 복부판(110)을 하부 플랜지(130) 보다 상대적으로 강한 강도(b)의 콘크리트로 구성할 수 있다. 또한, 상부 플랜지(120)를 상기 복부판(110) 보다 상대적으로 강한 강도(a)의 콘크리트로 구성할 수도 있다.
한편, 상기 거더(100)는 하부 플랜지(130)가 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 복부판(110)과 동일하거나 상대적으로 작은 응력강도를 갖는 콘크리트로 구성할 수도 있다. 다른 한편, 상부 플랜지(120)는 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 복부판(110)의 응력강도 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 콘크리트로 구성할 수도 있다.
이와 달리, 복부판(110)은 일부 영역이 하부 플랜지(130)의 응력강도와 동일하고 다른 일부 영역이 상부 플랜지(120)의 응력강도와 동일하게 이루어지도록 구성할 수도 있다. 다른 한편, 복부판(110)은 일부 영역이 하부 플랜지(130)의 응력 강도 보다 상대적으로 크고 다른 일부 영역이 상부 플랜지(120)와 응력강도가 동일하게 이루어지도록 구성할 수도 있다.
그리고, 상기 거더(100)는 하부 플랜지(130)에 PC 강연선이 장착될 수 있도록 장착구(140)가 더 형성될 수도 있다. 이 경우, 하부 플랜지(130)는 장착되는 PC 강연선에 의해 부가되는 응력강도를 감안하여 하부 플랜지(130)의 응력강도를 결정하게 되는 강도의 콘크리트를 선택할 수도 있다.
한편, 바닥판 합성단면을 이루는 상부 플랜지(120) 보다 하부 플랜지(130)에 요구되는 강성이 커지게 되기 때문에 일반적으로 비합성 상태에서 중립축(C.L)이 하부 플랜지(130) 쪽으로 치우치도록 설계 된다. 즉, 비합성 상태에서 복부판(110)의 압축측 길이(중립축과 상부 플랜지 사이의 거리)가 보다 길어지게 되며, 이 상태에서 시공이 이루어지는 경우에는 국부좌굴 또는 구조 불안정성이 커지게 되는 요인이 된다. 따라서, 비합성 상태(시공이 이루어지는 도중)에서도 중립축(C.L)이 최대한 단면 중심축에 위치할 수 있도록 거더(100)를 구성할 필요가 있다.
이 경우, 하부 플랜지(130)의 응력강도와 상기 PC 강연선의 응력강도에 따라 중립축(C.L)이 최대한 단면 중심축에 위치하도록 거더(100)를 구성할 수도 있다. 이 경우, 시공 중에 복부판(110)의 압축측 길이를 상대적으로 줄어들게 하므로, 국부 좌굴 또는 구조적 안정성을 증가시킬 수 있게 되어 최소 판두께 및 보강 등을 위한 부부재의 사용을 감소시킬 수도 있다.
한편, 거더(100)는 인장강도를 부가하기 위하여 철근 대신 강재 빔이 구비될 수도 있다. 이 경우, 거더(100) 전체의 주된 응력강도는 강재빔에 의해 결정될 수 도 있다.
상기와 같은 구성을 위한 일 예로, 도 5a에 도시된 것과 같이, 거더(100)는 복부판(110)의 사용되지 않는 응력강도가 최소화 될 수 있도록, 복부판(110)의 단부 영역(상,하부 플랜지와 인접한 영역)이 실제 요구되는 응력강도 보다 상대적으로 작은 응력강도를 갖도록 강재 빔의 복부판(110a)의 강종이 선택될 수도 있다.
이 경우, 강재빔의 상부 플랜지(120a)는 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 복부판(110a) 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 이루어지도록 구성할 수도 있다. 한편, 하부 플랜지(130a)는 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 상부 플랜지(120a)의 응력강도 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 이루어지도록 구성할 수도 있다.
이 경우, 상기 하부 플랜지(130a)는 상부 플랜지(120a)와 동일한 단면적을 갖도록 구성될 수도 있다. 한편, 하부 플랜지(130a)가 요구되는 강도에 미치지 못하거나, 비용적인 측면에 있어서 고강도를 사용하는 것이 비효율적인 경우, 단면적을 상대적으로 증가시켜 응력강도가 보강되도록 구성할 수도 있다.
이와 같이, 이종 강종으로 이루어지는 복부판(110a)과 상,하부 플랜지(120a,130a)의 구성은 도 5a 및 도 5b에 도시된 응력 분포를 이용하여 구성할 수 있다.
상기 거더(100)는 강재빔의 복부판(110a)에 요구되는 최대 항복강도가 감소된 강종으로 이루어질 수 있다. 즉, 복부판(110a)의 실제 요구되는 최대 항복강도 보다 실질적으로 적은 항복강도를 갖는 강종으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 복부판(110a)의 항복강도(fyw)는 설계자의 재량에 따라 설정될 수 있다.
예를 들어, 강재빔의 복부판(110a)은 상,하부 플랜지(120a,130a)의 간격을 유지할 수 있을 정도의 응력강도 또는 강종의 비용적인 측면을 고려하여 가능한 최소 비용의 강종에 해당하는 강도 등과 같은 사항을 고려하여 선택될 수 있다. 이 경우, 단일 강종을 기초로 하여 설계된 응력분포에서 감소시킨 복부판(110a)의 항복강도(fyw)를 선택하여 복부판(110a)의 강종을 선택할 수도 있고, 이와 달리, 실제 요구되는 거더(100)의 구조에서 나타나는 임의의 응력분포를 이용하여 복부판(110a)의 항복강도(fyw)를 선택하여 복부판(110a)의 강종을 선택할 수도 있다.
예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 강재빔의 복부판(110a)의 항복강도(fyw)가 선택된 경우, 도 4b에 도시된 것과 같이, 실제 요구되는 복부판(110a)의 응력강도 보다 감소된 응력강도의 영역(Nw1,Nw2)이 존재하게 된다. 이 부분에서는 응력이 제한되기 때문에, 응력의 증가 없이 변형만 발생하는 것을 가정하는 거동적 개념이 적용된다.
반면, 실제 복부판(110a)이 가지는 응력강도의 영역 중 사용되지 않는 응력강도의 영역(Dw1,Dw2,Dt,Db)으로 존재하게 되는 것을 알 수 있으며, 복부판(110a) 영역에서 사용되지 않는 응력강도의 영역(Dw1,Dw2)으로 존재하게 되어 실제 사용되지 않는 응력강도 영역이 감소하게 되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 선택된 복부판(110a)의 항복강도(fyw)의 정도(즉, 복부판의 강 종)에 따라 실제 사용되지 않는 응력강도 영역의 감소 정도를 결정할 수 있다.
반면, 복부판(110a)으로 선택된 강종에 의해 복부판(110a)의 영역중 요구되는 항복강도가 부족하게 된 영역(부분)은 상부 플랜지(120a)가 보강된 항복강도(fyt)를 갖도록 구성하거나, 또는 하부 플랜지(130a)가 보강된 항복강도(fyb)를 갖도록 구성할 수도 있다. 한편, 상부 플랜지(120a) 및 하부 플랜지(130a) 모두가 보강된 각각의 항복강도(fyt,fyb)를 갖도록 구성할 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 복부판(110a)에서 감소된 응력강도의 영역(Nw1)을 보강하도록 구성할 수도 있다.
즉, 감소된 복부판(110a)의 항복강도(fyw)에 대한 응력강도를 보강할 수 있도록 상부 플랜지(120a)와 하부 플랜지(130a) 중 어느 하나, 또는 상부 플랜지(120a)와 하부 플랜지(130a) 모두에 대한 강종을 선택하여, 응력강도가 감소된 복부판의 영역(Nw1,Nw2)에 대한 상쇄 영역(Dt,Db)이 존재하도록 구성할 수 있다.
다시 말해서, 이종 강종의 구성에 의해, 거더(100)는 실제 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 감소시킬 수 있고, 실제 사용되어야 할 복부판(110a)의 응력강도의 분포 영역(Nw1)에 대해서는 상,부 하부 플랜지(120a,130a)의 강종을 선택하여 보강이 이루어질 수 있도록 구성할 수 있다.
이 경우, 상부 플랜지(120a) 또는 하부 플랜지(130a)는 상기 복부판(110a)의 감소된 응력강도를 보강할 수 있도록 상대적으로 응력강도가 큰 강종으로 구성될 수도 있다. 다른 한편, 상기 상부 플랜지(120a) 및 하부 플랜지(130a) 모두가 상기 복부판(110a)의 감소된 응력강도를 보강할 수 있도록 응력강도가 상대적으로 큰 강 종으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 하부 플랜지(130a)는 상부 플랜지(120a) 보다 상대적으로 응력강도가 큰 강종으로 구성될 수도 있다.
예를 들어, 거더(100)의 구조는 강재빔의 복부판(110a)이 상대적으로 저강도에 해당하는 강종으로 배치될 수도 있다. 그리고, 상부 플랜지(120a)가 중간 정도의 강도를 갖는 강종으로 배치될 수도 있다. 또한, 하부 플랜지(130a)는 상대적으로 최고강도에 해당하는 강종으로 배치되도록 구성될 수도 있다.
한편, 상기 강재빔이 구비되는 거더(100)는 강재빔의 각 복부판(110a), 상부 플랜지(120a) 및 하부 플랜지(130a)의 외부에 배치되는 각 복부판(110b), 상부 플랜지(120b) 및 하부 플랜지(130b)를 구성하는 콘크리트가 도 3a 내지 도 4를 기초로 하여 상기 설명된 실시예와 같이 이종의 강도를 갖는 콘크리트로 구성될 수도 있다.
즉, 상기 거더(100)는 이종의 강도를 갖는 콘크리트를 이용하여 구성할 수도 있고, 또는 이종의 강도를 갖는 콘크리트와 이종의 강도를 갖는 강재빔을 함께 이용하여 구성할 수도 있으며, 다른 한편, 단일 강도의 콘크리트와 이종의 강도를 갖는 강재빔을 이용하여 구성할 수도 있다.
한편, 응력강도가 감소된 복부판의 영역(Nw1,Nw2)을 보강하기 위한 거더의 허용응력(fallow)은
fallow = (Rh × fyb) / S.F으로 구해질 수도 있다.
여기서, Rh는 이종강도 계수이고, fyb는 설계 기준상 하부 플랜지의 항복강도 를 나타내며, S.F는 안전율을 나타낸다.
한편, 이종강도 계수(Rh)는 응력강도가 감소된 복부판(110)의 영역(Nw1,Nw2)을 보강하기 위한 계수로서, 0보다는 크고 1보다는 작은 값을 갖는다.
이 경우, 이종강도 계수(Rh)는
Rh = 1 - [βbψ(1-αb)2(3-ψ+ψαb)] / [6+ βbψ(3-ψ)]
로 구해질 수도 있다.
여기서, Awb = yb × tw (yb : 중립축 하부의 복부판 길이, tw = 복부판의 두께, Awb는 중립축 하부 복부판의 단면적)이고,
Afb = xfb × tfb (xfb는 하부 플랜지의 폭, tfb는 하부 플랜지의 두께, Afb는 하부 플랜지의 단면적) 일때,
αb = 복부판의 항복강도(fyw) / 하부 플랜지의 항복강도(fyb) 이고,
βb = 중립축 하부 복부판의 단면적(Awb) / 하부 플랜지의 단면적(Afb) 이며,
ψ = 중립축과 하부 플랜지 사이의 거리(yb) / 형고(d)이다.
이와 같이, 이종강도 계수(Rh)를 적용하여, 응력강도가 감소된 복부판의 영역(Nw1,Nw2)을 보강하기 위한 거더의 허용응력(fallow)을 구한 후, 상부 플랜지(120) 또는 하부 플랜지(130), 또는 상부 플랜지(120)와 하부 플랜지(130)의 응력강도에 해당하는 강도의 부재(콘크리트, 강재)를 선택할 수 있다.
실제에 있어서, 거더(100)는 단순빔의 구조 또는 연속빔의 구조로 이루어지는 것이 일반적이다.
이 경우, 도 7a 및 도 7b에 도시된 것과 같이, 단순빔의 형태로 이루어지는 거더(100)는 일정한 길이로 이루어지는 복수개의 빔이 연결되어 하나의 거더를 구성하게 되며, 이종 강도의 구조로 이루어지는 거더(100)는 각 구간별로 서로 다른 강도로 이루어지는 영역(예를 들어 복부판, 상부 및 하부 플랜지 또는 경간 등)이 복합적으로 이루어지도록 배치되는 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 도 7a에 도시된 것과 같이, 단순교의 형태로 이루어지는 거더(100)는 요구되는 응력강도에 따라, 거더(100)의 각 구간 영역(100a,100b)이 서로 다른 강도(A,B,C)의 복부판(110)과 상부 플랜지(120) 및 하부 플랜지(130)가 서로 다른 이종의 강도로 이루어지도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 거더(100) 전체 위치(영역) 중 지지부에 인접한 양 단부에 위치되는 거더의 영역(100a)은 중앙부에 위치되는 거더(100b)보다 상대적으로 작은 응력강도를 갖도록 구성할 수도 있다.
여기서, A, B 및 C를 강도의 세기라 하고, 각 강도의 세기가 A>B>C>D인 경우, 예를 들어, 각 거더의 단부와 중앙부 구간 영역(100a,100b)을 구획하여, 양 단부에 배치되는 거더 영역(100a)의 상부 플랜지(120)와 복부판(110)이 강도 "A"로 이루어지도록 하고, 하부 플랜지(130a)는 강도 "B"로 이루어지도록 할 수 있다. 그리고, 중앙부 영역(100b)의 복부판(110)과 상부 플랜지(120)는 강도 "B"로 이루어지도록 하고, 하부 플랜지(130)는 강도 "C"로 이루어지도록 할 수도 있다.
이와 달리, 상기 중앙부 영역(100b)의 복부판(110)은 강도 "B"로 이루어지도록 하고, 상부 플랜지(120)는 강도 "C"로 이루어지도록 하며, 하부 플랜지(130)는 강도 "D"로 이루어지도록 할 수도 있다.
다른 한편, 거더 양단부 영역(100a)의 상부 플랜지(120)와 중앙부 영역(100b)의 복부판(110)의 강도가 동일 또는 유사한 강도로 이루어지도록 구성하고, 거더 양 단부 영역(100a)의 하부 플랜지(130)와 중앙부 영역(100a)의 상부 플랜지(120)의 강도가 동일 또는 유사한 강도로 이루어지도록 구성할 수도 있다.
다른 일 예로, 도 5b에 도시된 것과 같이, 연속교 형태로 이루어지는 거더(100)의 경우에도 이종의 강도로 이루어지는 거더(100)는 각 구간별로 서로 다른 강도가 복합적으로 이루어지도록 배치되는 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 연속교의 형태로 이루어지는 거더(100)는 요구되는 응력강도에 따라 각 구간 영역(100a,100b,100c)이 각각의 복부판(110)과 상부 플랜지(120) 및 하부 플랜지(130)가 서로 다른 이종의 강도로 이루어질 수 있다.
여기서, A, B, C 및 D를 강도의 세기라 하고, 각 강도의 세기가 A>B>C>D인 경우, 예를 들어, 거더(100)를 구간별로 구획하여 양 단부에 배치되는 거더 영역(100a)의 상부 플랜지(120)와 복부판(110)이 강도 "A"로 이루어지도록 하고, 하부 플랜지(130)는 강도 "B"로 이루어지도록 할 수 있다.
그리고, 중앙부의 어느 일 단부 영역(100b)의 복부판(110)을 강도 "A"로 하고, 상부 플랜지(120)는 강도 "B"로 이루어지도록 하며, 하부 플랜지(130)는 강도 "C"로 이루어지도록 할 수도 있다. 그리고, 중앙부의 다른 일 단부 영역(100b)의 복부판(110)과 상부 플랜지(120)를 강도 "B"로 하고, 하부 플랜지(130)는 강도 "C"로 이루어지도록 할 수도 있다.
한편, 중앙부 영역(100c)의 복부판(110)을 강도 "B"로 하고, 하부 플랜지(130)는 강도 "C"로 이루어지도록 할 수도 있다. 이 경우, 중앙부 영역(100c)의 상부 플랜지(120)는 강도 "D"로 이루어지도록 할 수도 있다. 즉, 상부 플랜지(120)가 하부 플랜지(130)의 강도 보다 더 큰 강도를 갖도록 구성할 수도 있다.
즉, 상기와 같이 복수의 이종의 강도가 조합되어 이루어질 수 있는 거더(100)는 단순교의 구조에 적용이 가능하고, 또한 연속교의 구조에도 적용이 가능하게 되는 것을 알 수 있다. 이 경우, 상부 플랜지(120)는 필요에 따라 연속교의 연속지점부와 같은 일부 구간의 강도가 하부 플랜지(130)의 응력강도 보다 더 큰 응력강도를 갖는 강종으로 이루어질 수도 있다.
이와 같은 방식에 의해, 전체 거더(100)의 각 구간별 영역(100a,100b,100c)은 단면적이 균등한 단면구조로 이루어질 수도 있다. 다시 말해서, 부가적인 허용응력의 보강을 위하여 일부영역의 제원(예를 들어, 단면 두께 등)을 크게 구성할 필요가 없게 된다. 이 경우, 부가적인 부부재의 적용을 최소화 할 수 있고, 다른 한편, 부가적인 가공을 최소화할 수 있다. 또한, 각 구간의 연결을 위한 작업 등이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
상기 예시된 것 이외에도 요구되는 허용응력 또는 거더의 각 구간 별 영역(100a,100b,100c)의 위치(또는 길이) 등에 따라, 상기 상,하부 플랜지(120,130)와 복부판(110)은 거더 전체 길이에 대하여 배치되는 구역 및 경간 당 다른 제원의 이종 강종이 조합되어 이루어질 수도 있다.
이와 같이, 서로 다른 강도의 영역(예를 들어, 복부판 및 상,하부 플랜지)으로 이루어지는 거더(100)는 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수도 있다.
예를 들어, 인장응력을 부여하기 위하여 철근 또는 강재빔을 배치하고, 철근 또는 강재의 외부 영역에 거푸집을 제작한다. 상기 거푸집은 거더(100)를 구성하게 되는 콘크리트의 타설을 위한 것이다. 이 경우, 상기 설명된 실시예에서와 같이 강재빔은 복부판(110a)과 상,하부 플랜지(120a,130a) 중 어느 일 이상의 영역이 이종 강종으로 구성되는 것을 배치할 수도 있다.
한편, 상기 거푸집의 내부에는 거더(100)의 하부 플랜지(130)에 PC 강연선을 장착시키기 위한 정착구(140)를 형성시키기 위한 정착구 형성부재가 더 구비될 수도 있다.
이와 같이 거푸집을 제작한 후, 상기 거푸집의 내부에는 거더(100)를 형성하게 되는 콘크리트가 타설된다. 이 경우, 상기 설명된 실시예에서와 같이 상기 이종의 강도를 갖는 콘크리트가 거더(100)의 하부 플랜지(130), 복부판(110) 및 상부 플랜지(120)를 형성하도록 순차저적으로 타설되어 양생될 수 있다. 예를 들어, 거더(100)의 각 하부 플랜지(130), 복부판(110) 및 상부 플랜지(120)가 서로 다른 강도로 이루어지는 경우, 하부 플랜지(130)에 요구되는 강도의 콘크리트가 먼저 타설된 후 양생되고, 이후 복부판(110)에 요구되는 강도의 콘크리트가 타설된 후 양생되며, 이후 상부 플랜지(120)에 요구되는 강도의 콘크리트가 타설된 후 양생되는 과정이 순차적으로 수행될 수도 있다.
만일, 서로 다른 강도의 콘크리트가 타설되면서 적층상태를 유지할 수 있는 종류의 것이 존재하는 경우에는 각 영역(복부판 및 상,하부 플랜지)을 이루게 되는 콘크리트가 순차적으로 타설된 후, 전체 영역을 양생하는 방식으로 거더(100)의 제조과정이 수행될 수도 있다.
상기 거더(100)를 구성하는 콘크리트의 양생된 후에는 거푸집을 탈형하게 된다. 이 경우, 거푸집의 탈형은 콘크리트가 형태를 유지할 수 있을 정도의 양생되었을 때, 탈형할 수도 있고, 콘크리트가 완전히 양생된 후에 탈형할 수도 있다.
상기 거더(100)의 하부 플랜지(120)에 PC 강연선 정착구(140)가 형성된 경우에는 상기 정착구(140)에 PC 강연선을 장착하여 거더(100)에 프리-스트레스를 부여할 수도 있다. 이 경우, PC 강연선에 의해 부가되는 압축강도는 전체 거더(100)의 허용응력에 따라 다른 강도로 부가될 수 있다.
본 발명에 따른 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더 및 이의 제조방법은 상기와 같이 설명된 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더 및 이의 제조방법의 실시예들에 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 이루어질 수도 있다.
도 1a는 종래의 철근-콘크리트 거더의 단면 구조와 거더에 작용하는 응력분포를 나타내는 도면이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 응력분포 중 실제 사용되는 응력과 사용되지 않는 응력을 비교한 도면이다.
도 2a는 종래의 강재빔이 구비되는 콘크리트 거더의 단면 구조와 거더에 작용하는 응력분포를 나타내는 도면이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 응력분포 중 실제 사용되는 응력과 사용되지 않는 응력을 비교한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 콘크리트 거더의 구조와 거더에 작용하는 응력분포를 나타내는 도면이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 응력분포 중 실제 사용되는 응력과 사용되지 않는 응력을 비교한 도면이다.
도 4는 도 3a에 도시된 거더의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 구성된 콘크리트 거더의 구조와 거더에 작용하는 응력분포를 나타내는 도면이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 응력분포 중 실제 사용되는 응력과 사용되지 않는 응력을 비교한 도면이다.
도 6은 도 5a에 도시된 거더의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 거더가 단순교에 적용된 예를 나타내는 단면도이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 거더가 연속교에 적용된 예를 나타내는 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
10,100 ... 거더 11,110 ... 복부판
12,120 ... 상부 플랜지 13,130 ... 하부 플랜지
140 ... PC 강연선 정착구

Claims (14)

  1. 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화 할 수 있도록 실제 요구되는 응력강도 보다 상대적으로 작은 허용응력을 갖는 콘크리트로 이루어지는 복부판과;
    실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 복부판과 동일하거나 상대적으로 작은 응력강도를 갖는 콘크리트로 이루어지는 하부 플랜지와;
    실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 복부판의 응력강도 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 콘크리트로 이루어지는 상부 플랜지;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 복부판은 일부 영역이 하부 플랜지의 응력강도와 동일하고 다른 일부 영역이 상부 플랜지의 응력강도와 동일하게 이루어지도록 구성되거나, 일부 영역이 하부 플랜지의 응력강도 보다 상대적으로 크고 다른 일부 영역이 상부 플랜지 영역과 응력강도가 동일하게 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 거더는 내부에 철근 또는 강구조의 빔이 구비되며,
    상기 빔은 사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화 할 수 있도록 실제 요구되는 응력강도 보다 상대적으로 작은 허용응력을 갖는 강종으로 구성되는 복부판과;
    실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 복부판 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 상부 플랜지와;
    실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 상부 플랜지의 응력강도 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 하부 플랜지;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 빔의 상부 플랜지 또는 하부 플랜지는 상기 복부판의 감소된 응력강도를 보강할 수 있는 응력강도를 갖는 강종으로 구성되거나, 또는 상기 빔의 상부 플랜지 및 하부 플랜지 모두가 상기 복부판의 감소된 응력강도를 보강할 수 있는 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더.
  5. 강재 빔이 내부에 배치되고, 상기 강재 빔의 외부를 감싸도록 배치되는 콘크리트 부재를 포함하여 구성되며, 상기 강재 빔은
    사용되지 않는 응력강도의 분포 영역을 최소화 할 수 있도록 실제 요구되는 응력강도 보다 상대적으로 작은 허용응력을 갖는 강종으로 구성되는 복부판과;
    실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 복부판 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 상부 플랜지와;
    실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 상부 플랜지의 응력강도 보다 상 대적으로 큰 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 하부 플랜지;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 빔의 상부 플랜지 또는 하부 플랜지는 상기 복부판의 감소된 응력강도를 보강할 수 있는 응력강도를 갖는 강종으로 구성되거나, 또는 상기 빔의 상부 플랜지 및 하부 플랜지 모두가 상기 복부판의 감소된 응력강도를 보강할 수 있는 응력강도를 갖는 강종으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 복부판의 응력강도를 보강하기 위한 거더의 허용응력(fallow)은
    [이종 강도 계수(Rh) × 설계 기준상 하부 플랜지의 항복강도(fyb)] / 안전율(S.F)에 의해 얻은 값으로 이루어지며, 이 경우,
    αb = 복부판의 항복강도(fyw) / 하부 플랜지의 항복강도(fyb) 이고,
    βb = 중립축 하부 복부판의 단면적(Awb) / 하부 플랜지의 단면적(Afb) 이며,
    ψ = 중립축과 하부 플랜지 사이의 거리(yb) / 형고(d) 일 때,
    이종 강도 계수(Rh)는
    Rh = 1 - [βbψ(1-αb)2(3-ψ+ψαb)] / [6+ βbψ(3-ψ)]인 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상,하부 플랜지와 복부판은 단면구조가 전체 거더의 길이에 대하여 동일하게 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상,하부 플랜지와 복부판은 전체 거더의 길이에 대하여 배치되는 구역 및 경간에 따라 다른 제원의 강도를 갖는 구조가 조합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 플랜지는 일부 구간의 강도가 하부 플랜지의 응력강도 보다 더 큰 응력강도를 갖는 강종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더.
  11. 거더의 전체 영역을 이루도록 철근 또는 강재 빔을 배치하는 단계와;
    상기 철근 또는 강재 빔의 둘레에 거더의 구조를 형성시키기 위한 거푸집을 형성하는 단계와;
    하부 플랜지, 복부판 및 상부 플랜지를 이루게 되는 영역들이 서로 다른 이종의 응력강도를 갖게 되는 구조물로 형성되도록 순차적으로 다른 강도의 콘크리트를 타설하여 양생하는 단계와;
    양생후, 거푸집을 탈형하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 하부 플랜지는 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 복부판과 동일하거나 상대적으로 작은 응력강도를 갖는 콘크리트가 타설되어 형성되고,
    상기 복부판은 실제 요구되는 응력강도 보다 상대적으로 작은 허용응력을 갖는 콘크리트가 타설되어 형성되며,
    상기 상부 플랜지는 실제 요구되는 응력강도 범위 내에서 상기 복부판의 응력강도 보다 상대적으로 큰 응력강도를 갖는 콘크리트가 타설되어 형성되는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 거더의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 복부판은 일부 영역이 하부 플랜지의 응력강도와 동일하고 다른 일부 영역이 상부 플랜지의 응력강도와 동일하게 이루어지도록 콘크리트가 타설되거나, 일부 영역이 하부 플랜지의 응력강도 보다 상대적으로 크고 다른 일부 영역이 상부 플랜지 영역과 응력강도가 동일하게 이루어지도록 콘크리트가 타설되는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 거더의 제조방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 하부 플랜지에는 PC 강연선 정착구가 더 형성되고, 거푸집의 탈형 후, 상기 정착구에 PC 강연선을 배치하여 거더에 프리-스트레스를 부여하는 것을 특징으로 하는 복수의 이종 강도를 갖는 구조로 이루어지는 콘크리트 거더이 제조방법.
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