KR20100100348A - 격자지보재 및 이에 사용되는 이음구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터널의 굴착면 등과 같은 부분을 지지하거나 보강하는 강지보재인 격자지보재(Steel Lattice Girder) 및 이에 사용되는 이음구에 관한 것으로서, 구체적으로는 3개의 종방향 바(bar)가 삼각형 형태로 배치되어 격자지보재를 구성하되, 상기 3개의 바를 크랭크형 이음구와 역삼각형 이음구로 서로 연결시킴으로써 격자지보재의 강성을 증가시키고, 제작을 용이하게 할 뿐만 아니라 제작비도 절감할 수 있도록 하는 새로운 구성의 격자지보재와, 이러한 격자지보재에 사용되는 크랭크형 이음구와 역삼각형 이음구에 대한 것이다.
이음구, 터널, 지보재, 크랭크, 역삼삭형, 삼각바

Description

격자지보재 및 이에 사용되는 이음구{Steel Lattice Girder for Shotcrete Lining having Connecting Member}
본 발명은 터널의 굴착면 등과 같은 부분을 지지하거나 보강하는 강지보재인 격자지보재(Steel Lattice Girder) 및 이에 사용되는 이음구에 관한 것으로서, 구체적으로는 3개의 종방향 바(bar)가 삼각형 형태로 배치되어 격자지보재를 구성하되, 상기 3개의 바를 새로운 형상의 이음구로 서로 연결시킴으로써 격자지보재의 강성을 증가시키고, 제작을 용이하게 할 뿐만 아니라 제작비도 절감할 수 있도록 하는 새로운 구성의 격자지보재와, 이러한 격자지보재에 사용되는 새로운 형상의 이음구에 대한 것이다.
터널을 굴착하게 되면 터널 굴착면을 지지하기 위하여 강지보재를 설치하게 된다. 종래에는 H형강을 강지보재로 사용하였는데, 도 1에는 터널 굴착면에 종래의 H형강으로 이루어진 강지보재를 설치한 형상이 개략적인 사시도로 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼 H형강을 터널 굴착단면 형상으로 구부려서 터널 굴착면에 접촉하도록 배치하여 H형강이 터널 굴착면을 지지하게 한다. H형강의 강지보 재를 설치한 후에, 필요한 경우 H형강의 강지보재 위로 숏크리트를 뿜어서 시공하여 매립할 수 있다.
그런데 기존 H형강을 이용한 강지보재는 무거운 자체 중량으로 인하여, 취급이 어려워 시공성 측면에서 강지보재 자체의 설치 뿐 만 아니라 후속 되는 지보재의 설치도 지연시키는 경우가 많아 터널막장의 조기안정을 유지시키는데 있어 문제점으로 지적되고 있다. 특히 H형강의 강지보재를 설치한 후에도 H형강 형상에 따른 H형강의 플랜지로 인해 숏크리트가 H형강 배면으로 완전하게 타설되지 않아 배면공동이 국부적으로 형성되어, 숏크리트와 일체화된 복합구조체를 형성하지 못하는 현상이 발생한다. 그 결과, 숏크리트와 지보재가 분리구조로 각각 거동하기 때문에 효과적인 하중지지 효과를 나타내지 못하는 문제점이 있다. 즉, H형강 강지보재와 숏크리트의 결합력이 부족하여 서로 분리된 구조체로 거동하기 때문에 효과적인 결합력을 더욱 약화시키게 되는 결과가 초래되는 것이다.
또한 H형강 강지보재는 숏크리트와 부착력이 낮아서 숏크리트 리바운드량이 많은 단점이 있고, H형강 강지보재는 숏크리트와 결합성(밀착성)이 낮아서 방수효과가 떨어지고 고품질의 강지보재 숏크리트 복합구조체를 시공하기가 어렵다.
본 발명은 위와 같이 기술적 필요를 충족시키기 위하여 개발된 것이다. 구체적으로는 종래의 H형강 지보재에 무게를 줄여서 작업성을 향상시킬 수 있는 지보재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 지보재를 설치한 후 숏크리트를 타설함에 있어서, 숏크리트 미타설 공동의 발생 가능성을 최소화할 수 있고 숏크리트와 구조적으로 견고하게 일체화될 수 있는 지보재를 만들 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 특히, 숏크리트와의 부착력을 향상시키고 리바운드량을 줄일 수 있으며 방수성능이 향상되도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 포아폴링이나 스파일(spile)의 시공 및 록볼트 시공을 용이하게 할 수 있도록 하며, 2아치(arch) 또는 3아치 터널의 경우에도 지보재의 이음부 연결작업을 용이하게 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 종래의 기술에 의한 지보재보다 더 우수한 지지성능을 발휘할 수 있으며, 지반하중에 맞추어 그에 적절히 대응할 수 있는 맞춤형 지보재를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 지보재의 제작에 소요되는 비용, 시간 등을 절감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 삼각형의 상부 꼭짓점 위 치가 되는 제1바, 및 상기 제1바와 간격을 두고 나란하게 배치되어 있되 각각 삼각형의 하부 꼭짓점 위치가 되는 제2바와 제3바를 구비한 격자지보재의 상기 제1바, 제2바 및 제3바를 연결하기 위한 격자 이음구로서, 서로 거리를 두고 제1바와 접촉하여 결합되는 두 개의 제1바 접촉부와; 상기 두 개의 제1바 접촉부 사이의 위치에서 상기 제2바 및 제3바와 각각 선접촉하여 결합되는 제2바 접촉부 및 제3바 접촉부와; 상기 제1바 접촉부와 상기 제2바 접촉부 사이를 경사지게 연결하는 두 개의 제1경사부와; 상기 제1바 접촉부와 상기 제3바 접촉부 사이를 경사지게 연결하는 두 개의 제2경사부로 구성되며; 상기 제1바 접촉부, 제2바 접촉부, 제3바 접촉부, 제1경사부 및 제2경사부는 하나의 선형부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 역삼각형 격자 이음구가 제공된다.
또한 본 발명에서는 삼각형의 상부 꼭짓점 위치가 되는 제1바, 및 상기 제1바와 간격을 두고 나란하게 배치되어 있되 각각 삼각형의 하부 꼭짓점 위치가 되는 제2바와 제3바를 구비한 격자지보재의 상기 제1바, 제2바 및 제3바를 연결하기 위한 격자 이음구로서, 상기 제1바와 선접촉하여 결합되는 상부 결합부와; 상기 제2바 및 상기 제3바와 각각 선접촉하여 결합되는 제2바 결합부 및 제3바 결합부와; 서로 이격되어 있는 상기 제2바 결합부와 상기 제3바 결합부를 서로 연결하도록 횡방향으로 배치되는 횡방향 연결부와; 상기 제2바 결합부와 상기 제3바 결합부를 각각 상기 상부 결합부와 연결하는 경사부로 구성되어 있고; 상기 상부 결합부, 제2바 결합부, 제3바 결합부, 경사부 및 횡방향 연결부는 하나의 선형부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 크랭크형 격자 이음구가 제공된다.
위와 같은 본 발명의 역삼각형 격자 이음구는, 구체적으로 상기 제1바 접촉부, 제2바 접촉부, 제3바 접촉부, 제1경사부 및 제2경사부는 하나의 선형부재가 절곡됨으로써 형성된 것인데, 상기 선형부재에서 제2바와 나란한 부분이 제2바 접촉부를 이루고; 제2바 접촉부의 후방측 일단부에서 상기 제1바 방향으로 경사지게 상향 절곡되어 제2바와 제1바를 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제1경사부를 이루며; 상기 제1바와 접촉하는 부분에서 제2경사부의 단부가 제1바와 나란한 길이방향으로 후방을 향하여 절곡되어 제1바와 나란한 부분이 만들어진 후 다시 반대로 접어져서 서로 마주보도록 접힌 부분이 생겨서, 상기 서로 마주 접힌 부분이 제1바 접촉부를 이루고; 상기 제1바 접촉부 단부에서 다시 제3바 방향으로 경사지게 하향 절곡되어 제1바와 제3바를 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제2경사부를 이루며; 상기 제2경사부의 하향 단부에서 제3바의 길이방향으로 전방을 향해 절곡되어 제3바와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제3바 접촉부를 이루고; 제3바 접촉부의 단부에서 경사지게 상향 절곡되어 다시 제1바의 방향으로 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제2경사부를 이루며; 제2경사부의 상부 단부에서 제1바와 나란한 길이방향으로 전방을 향해 절곡되어 제1바와 나란한 부분이 만들어진 후 다시 반대로 접어져서 서로 마주보도록 접힌 부분이 생겨서, 상기 서로 마주 접힌 부분이 제1바 접촉부를 이루고; 상기 제1바 접촉부 단부에서 다시 제2바 방향으로 경사지게 하향 절곡되어 제1바와 제2바를 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제1경사부를 이루며; 제1경사부의 아래 단부가 상기 제2바 접촉부의 전방측 단부와 이어지는 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 상기 크랭크형 격자 이음구는 상부 결합부, 제2바 결합부, 제3바 결합부, 경사부 및 횡방향 연결부가 하나의 선형부재를 절곡함으로써 형성된 것인데, 상기 선형부재에서 제1바와 나란한 부분이 상부 결합부를 이루고; 상기 상부 결합부의 전방 측 단부에서 하향으로 절곡되어 제1바와 제2바 사이를 가로지도록 형성된 선형부재의 부분이 경사부를 이루며; 상기 경사부의 단부에서 제2바의 길이 방향으로 후방을 향해 절곡되어 제2바와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제2바 결합부를 이루고; 상기 제2바 결합부의 단부에서 제3바 방향으로 절곡되어 제2바와 제3바를 수평하게 횡방향으로 가로지르는 선형부재의 부분이 횡방향 연결부를 이루며; 상기 횡방향 연결부의 단부에서 제3바의 길이 방향으로 후방을 향하여 절곡되어 제3바와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제3바 결합부를 이루고; 상기 제3바 결합부의 단부에서 상향으로 절곡되어 제3바와 제1바를 가로지르는 선형부재의 부분이 경사부를 이루며; 상기 경사부의 단부에서 제1바의 길이 방향으로 전방을 향하여 절곡되어 제1바와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제1바 결합부를 이루는 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 삼각형의 상부 꼭짓점 위치가 되는 제1바, 및 상기 제1바와 간격을 두고 나란하게 배치되어 있되 각각 삼각형의 하부 꼭짓점 위치가 되는 제2바와 제3바를 구비하며, 상기한 역삼각형 격자 이음구와 크랭크형 격자 이음구의 둘 다 또는 둘 중 어느 하나를 구비한 격자지보재가 제공된다.
본 발명에 따르면, 격자지보재의 중량이 종래의 H형강의 강지보재에 비해 대략 40 ~ 60% 정도 가볍기 때문에 작업인부들에 의한 운반이 쉽고 또한 설치가 용이하다는 장점이 있다. 따라서 터널에 사용되는 경우, 막장의 조기안정이 요구되는 연약한 지반에서 H형강의 강지보재보다 시공성이 우수하다.
특히, 본 발명의 격자지보재는, 그 배면까지 숏크리트 타설이 가능하므로, 지보재 배면에 숏크리트가 타설되지 않은 "미타설 공동"의 발생 가능성을 최소화시킬 수 있게 되는 장점이 있다. 또한 격자지보재와 숏크리트 사이에 양호한 일체화가 이루어지게 되고, 이와 같은 일체화된 구조물은 복합부재로서의 우수한 지보기능을 발휘하게 되므로, 터널 등에서 지보재로서 고품질의 콘크리트 구조체를 만들 수 있게 되는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 격자지보재는 숏크리트와 부착력이 우수하여 숏크리트 리바운드량을 현저히 감소시키는 장점이 있으며, 숏크리트와 결합성(밀착성)이 우수하여 방수효과가 뛰어나다는 장점이 있다.
비교적 연약한 지반을 굴착할 때는 굴착전에 지반보강을 한 후 시공하게 되는데, 본 발명에 따르면 불량한 막장면의 상부 천단부의 안정을 확보하고 여굴을 줄이기 위해 설치되는 포아폴링이나 스파일(spile)을 격자지보재 사이로 용이하게 시공할 수 있기 때문에 격자지보재와 포아폴링이나 스파일(spile)사이의 설치각도를 최대한 줄여 시공할 수 있다는 장점을 가진다. 또한 록볼트를 격자지보재 사이로 설치해야 하는 경우에도 본 발명을 이용하면 용이하게 시공할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따르면 지반조건이 열악한 조건에서 분할굴착으로 터널을 시공하는 2아치(arch) 또는 3아치 터널에 대해, 지보재의 이음부 연결작업을 손쉽게 할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 종래의 기술과 동일한 강재와 중량을 지보재로 이용하였을 때, 종래의 기술에 의한 지보재보다 더 우수한 지지성능을 발휘할 수 있다는 장점을 가진다. 특히, 본 발명에 의하면, 부재간 선접촉에 의한 용접으로 하중작용에 의한 용접부의 파손을 최대한 방지할 수 있으며 이음구의 배치 및 간격조절을 용이하게 조절할 수 있으므로, 지반하중에 적합한 맞춤형 격자지보재의 제작이 가능하다. 또한 부재간의 선접촉에 의한 용접으로 각 부재가 연결되므로, 단순한 점접촉일 경우에 비하여 용접 강도가 향상되며, 용접량도 과도하게 되지 않게 되어 용접에 따른 재료비 절감 효과뿐만 아니라 용접작업량 및 용접시간도 줄일 수 있는 효과가 발휘된다.
다음에서는 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 살펴봄으로써 본 발명의 구성에 대하여 설명한다.
도 2a 및 도 2b에는 각각 터널 굴착면에 본 발명의 격자지보재(1)가 설치된 형상을 보여주는 개략적인 사시도와 측면도가 도시되어 있고, 도 3a 및 도 3b에는 본 발명의 격자지보재(1)의 휨방향을 달리하여 터널 굴착면에 설치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도와 측면도가 도시되어 있다. 도 4에는 직선형태로 된 격자지 보재(1)의 일부분에 대한 사시도가 도시되어 있다. 도 5에는 도 4의 선 A-A방향의 단면도가 도시되어 있다.
도 6a에는 격자지보재(1)에 구비된 3개의 바(bar)를 연결해주는 역삼각형 격자 이음구(2)를 상세히 보여주는 도면으로서 도 4의 원 B부분의 확대 사시도가 도시되어 있고, 도 6b에는 도 6a에 도시된 역삼각형 격자 이음구의 평면도가 도시되어 있다. 도 7에는 격자지보재(1)에 구비된 3개의 바(bar)를 연결해주는 크랭크형 격자 이음구(3)를 상세히 보여주는 도면으로서 도 4의 원 C부분의 확대 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7에 도시된 크랭크형 격자 이음구(3)의 평면도가 도시되어 있다. 참고로 도 6a 내지 도 8에서는 역삼각형 격자 이음구(2)의 형상과 크랭크형 격자 이음구(3)의 형상이 잘 보이도록 3개의 바(11, 12, 13)는 이점쇄선으로 도시되어 있으며, 부재번호 50은 각 부재들이 서로 결합되도록 용접한 용접부(50)를 나타낸다.
본 발명에 따른 격자지보재(1)는 단면에서 보았을 때 삼각형의 상부 꼭짓점 위치가 되는 제1바(11)와, 상기 제1바(11)와 간격을 두고 나란하게 배치되어 있되 각각 삼각형의 하부 꼭짓점 위치가 되는 제2바(12) 및 제3바(13)를 구비하고 있어 도 5에 도시된 것처럼 단면에서 보았을 때 3개의 바가 삼각형의 꼭짓점을 이루도록 배치되어 있는 구성을 가진다.
이렇게 배치된 제1, 제2 및 제3바(11, 12, 13) 사이에는 도 6a 및 도 6b에 도시된 역삼각형 격자 이음구(2) 또는 도 7 및 도 8에 도시된 크랭크형 격자 이음구(3)가 구비되어 일체가 된다. 역삼각형 격자 이음구(2) 또는 크랭크형 격자 이 음구(3) 중의 한 종류의 이음구가 상기 바(11, 12, 13)의 길이 방향으로 간격을 두고 반복적으로 복수개로 구비될 수도 있지만 두 종류의 이음구(2, 3)가 동시에 구비되는 것도 바람직하며, 도면에 예시된 것처럼 역삼각형 격자 이음구(2)와 크랭크형 격자 이음구(3)가 번갈아서 구비되는 것도 바람직하다.
본 발명에 따른 역삼각형 격자 이음구(2)는 격자지보재(1)를 측면에서 볼 때 역삼각형을 이루게 되는데, 다음에서는 도 6a 및 도 6b를 참조하여 역삼각형 격자 이음구(2)의 구성을 살펴본다.
도면에 도시된 것처럼, 상기 역삼각형 격자 이음구(2)는 서로 거리를 두고 제1바(11)와 접촉하여 결합되는 두 개의 제1바 접촉부(21a, 21b)와, 상기 두 개의 제1바 접촉부(21a, 21b) 사이의 위치에서 상기 제2바(12) 및 제3바(13)와 각각 선접촉하여 결합되는 제2바 접촉부(22) 및 제3바 접촉부(23)와, 상기 제1바 접촉부(21a, 21b)와 상기 제2바 접촉부(22) 사이를 경사지게 연결하는 두 개의 제1경사부(24a, 24b)와, 상기 제1바 접촉부(21)와 상기 제3바 접촉부(23) 사이를 경사지게 연결하는 두 개의 제2경사부(25a, 25b)로 구성되어 있다. 상기 역삼각형 격자 이음구(2)를 구성하는 상기 제1바 접촉부(21a, 21b), 제2바 접촉부(22), 제3바 접촉부(23), 제1경사부(24a, 24b) 및 제2경사부(25a, 25b)는 모두 연속되어 있어 하나의 선형부재(예를 들면, 강봉, 철근 등)로 구성된다.
상기 제1바 접촉부(21a, 21b)는 상기 제1바(11)에 접촉하여 용접 등의 방법으로 일체로 결합되며, 상기 제2바 접촉부(22) 및 제3바 접촉부(23) 역시 각각 제2바(12) 및 제3바(13)에 접촉하여 용접 등의 방법으로 일체로 결합된다.
위와 같은 본 발명의 역삼각형 격자 이음구(2)는 강재로 이루어진 선형부재를 절곡하여 제작될 수 있는데, 편의상 제2바 접촉부(22)부터 시작하는 것으로 설명한다. 참고로 본 명세서에서는 도 6a에 도시된 화살표 방향을 편의상 "전방"이라고 표현하고 그 반대 방향을 편의상 "후방"이라고 표현한다.
제2바(12)와 나란하게 소정 길이로 제2바 접촉부(22)를 형성하고 제2바 접촉부(22)의 후방측의 일단부에서 상기 제1바(11)방향으로 경사지게 상향 절곡하여 제2바(12)와 제1바(11)를 경사지게 가로지르는 제1경사부(24a)를 형성하고, 제1바(11)와 접촉하는 부분에서 제2경사부(24a)의 단부를 제1바(11)와 나란한 길이방향으로 후방을 향해 절곡하여 제1바(11)와 나란한 소정 길이부분을 만든 후 다시 반대로 전방을 향하여 접어서 서로 마주보도록 접힌 부분이 형성되도록 하여 상기의 서로 마주 접힌 부분에 의해 제1바 접촉부(21)를 형성한다. 상기 제1바 접촉부(21) 전방측 단부에서 다시 제3바(13) 방향으로 경사지게 하향 절곡하여 제1바(11)와 제3바(13)를 경사지게 가로지르는 제2경사부(25a)를 형성한다. 상기 제2경사부(25a)의 하향 단부에서 제3바(13)의 길이방향으로 전방을 향해 절곡하여 제3바(13)와 나란하게 소정 길이로 제3바 접촉부(23)를 형성하고, 제3바 접촉부(23)의 단부에서 경사지게 상향 절곡하여 다시 제1바(11)의 방향으로 경사지게 가로지르는 제2경사부(25b)를 형성한다. 후속하여 제2경사부(25b)의 상부 단부에서 앞서 설명한 것처럼 마주 보도록 절곡하여 제1바 접촉부(21b)를 다시 형성한다. 즉, 제2경사부(25b)의 상부 단부에서 제1바(11)와 나란한 길이방향으로 전방을 향해 절곡하여 제1바(11)와 나란한 부분을 만든 후 다시 반대로 후방을 향해 접어서 서로 마주 보도록 만듦으로써, 서로 마주보도록 접힌 부분이 제1바 접촉부(21b)를 이루도록 하는 것이다.
후속하여 하향으로 제2바(12)방향으로 다시 경사지게 가로지르도록 절곡하여 제1경사부(24b)를 형성하고 제1경사부(24b)의 아래 단부가 앞서 설명한 제2바 접촉부(22)의 전방측 단부와 이어지도록 함으로써 본 발명에 따른 역삼각형 격자 이음구(2)를 제작할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 역삼각형 격자 이음구(2)의 구성에서는 도면에 도시된 것처럼 제1바 접촉부(21)가 제1바(11)에 접합될 때 제1바 접촉부(21)의 길이만큼 서로 선접합된다. 또한 상기 제2바 접촉부(22)와 제3바 접촉부(23) 역시 바의 길이 방향으로 소정의 길이를 가지고 있어 제2바(12) 및 제3바(13)와 각각 선접합된다. 따라서 제1바 접촉부(21)를 제1바(11)에 접합할 때, 그리고 제2바 접촉부(22)와 제3바 접촉부(23)를 제2바(12) 및 제3바(13)에 접합할 때, 서로 선접촉하고 있는 부분을 따라 용접을 하게 되므로 단순한 점접촉일 경우에 비하여 용접 강도가 향상되며, 용접량도 과도하게 되지 않게 되어 용접에 따른 재료비 절감 효과뿐만 아니라 용접작업량 및 용접시간도 줄일 수 있는 효과가 발휘된다.
다음으로 도 7을 참조하여 크랭크형 격자 이음구(3)의 구성을 설명한다. 본 발명의 크랭크형 격자 이음구(3)는 도면에 도시된 것처럼, 제1바(11)와 각각 선접촉하여 결합되는 상부 결합부(31a, 31b)와, 제2바(12) 및 제3바(13)와 각각 선접촉하여 결합되는 제2바 결합부(32) 및 제3바 결합부(33)를 포함하고 있다. 또한, 서로 이격되어 있는 상기 제2바 결합부(32)와 제3바 결합부(33)를 서로 연결하도록 횡방향으로 가로질러 배치되는 횡방향 연결부(35)와, 상기 제2바 결합부(32)와 제3바 결합부(33)를 각각 상기 상부 결합부(31)와 연결하는 경사부(34a, 34b)를 포함하고 있다. 상기 크랭크형 격자 이음구(3)를 구성하는 상부 결합부(31a, 31b), 제2바 결합부(32), 제3바 결합부(33), 경사부(34a, 34b) 및 횡방향 연결부(35)는 모두 연속되어 있어 하나의 부재로 구성된다.
위와 같은 크랭크형 격자 이음구(3)의 구성을 강재로 이루어진 선형부재를 예를 들어 상부 결합부(31)에서부터 절곡하기 시작하는 것으로 설명하면 다음과 같다. 참고로 도 6a의 경우와 마찬가지로 도 7에서도 화살표 방향을 편의상 "전방"이라고 표현하고 그 반대 방향을 편의상 "후방"이라고 표현한다.
우선 제1바(11)와 나란하게 소정 길이를 남겨두어 상부 결합부(31a)를 이룬 상태에서 상부 결합부(31a)의 전방 측 단부에서 하향으로 절곡하여 제1바(11)와 제2바(12) 사이를 가로지르는 경사부(34a)를 형성한 후, 상기 경사부(34a)의 단부에서 제2바(12)의 길이 방향으로 후방을 향해 절곡하여 소정 길이의 제2바 결합부(32)를 형성한다. 상기 제2바 결합부(32)의 단부에서 제3바(13) 방향으로 절곡하여 제2바(12)와 제3바(13)를 수평하게 횡방향으로 가로지르는 횡방향 연결부(35)를 형성한다. 이 때, 상기 횡방향 연결부(35)는 제2바(12)와 제3바(13)를 평면에서 볼 때 경사지게 횡단하게 된다. 상기 횡방향 연결부(35)의 단부에서 제3바(13)의 길이 방향으로 후방을 향하여 절곡하여, 제3바(13)와 나란한 소정 길이의 제3바 결합부(33)를 형성하고, 상기 제3바 결합부(33)의 단부에서 상향으로 절곡하여 제3바(13)와 제1바(11)를 가로지르는 경사부(34b)를 형성한다. 후속하여 상기 경사 부(34b)의 단부에서 제1바(11)의 길이 방향으로 전방을 향하여 절곡하여 소정 길이의 제1바 결합부(31)를 형성함으로써, 본 발명에 따른 크랭크형 격자 이음구(3)를 제작할 수 있다.
이와 같은 크랭크형 격자 이음구(3)는 횡방향 연결부(35)에 의해 제2바(12)와 제3바(13)가 횡방향으로 간격을 유지한 채로 연결되어 있으므로, 격자지보재(1)에 하중이 가해지더라도 제2바(12)와 제3바(13) 사이의 간격이 벌어지지 않고 유지될 수 있다. 또한 경사부(34)에 의해 제1바(11)와 제2바(12), 그리고 제1바(11)와 제3바(13)가 서로 결합되어 있어 상기 제1바, 제2바 및 제3바가 하나의 일체화된 구조물을 구성하게 된다.
특히 제1바 결합부(31a, 31b)는 제1바(11)에 선접촉하도록 제1바(11)의 길이 방향으로 소정 길이를 가지고 있으며, 제2바 결합부(32) 및 제3바 결합부(33) 역시 각각 제2바(12) 및 제3바(13)에 선접촉하도록 바(12, 13)의 길이 방향으로 소정의 길이를 가지고 있다. 따라서 제1바 결합부(31a, 31b)를 제1바(11)에 부착 결합할 때, 그리고 제2바 결합부(32)와 제3바 결합부(33)를 각각 제2바(12) 및 제3바(13)에 부착 결합할 때, 서로 선접촉하고 있는 부분을 따라 용접하게 되며, 앞서 설명한 것처럼 선접촉 용접에 따른 효과들(용접 강도 향상, 과다 용접 방지, 용접 재료 절감, 용접 비용 절감 등)을 누릴 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 격자지보재(1)는 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b에 도시된 것처럼 예를 들어 터널의 내부에 설치될 수 있는데, 도면에 도시된 것처럼 그 절곡 방향을 필요에 따라 선택할 수 있다.
(실험예)
본 발명에 따른 역삼각형 격자 이음구(2)와 크랭크형 격자 이음구(3)를 구비한 격자지보재(1)와, 종래의 스파이더 이음구를 구비한 지보재에 대해 다음과 같은 내용으로 휨강도 실험을 수행하였다.
- 4 점 휨강도 실험
- 하중 재하속도 :2 mm/min (변위제어법으로 하중 재하)
- 격자지보재 시편의 지간 : 1.5 m
- 이음구의 배치 간격 : 4 cm 또는 1 cm
도 9 및 도 10에는 실험결과로 얻어진 하중과 변위 관계의 그래프가 도시되어 있는데, 도 9에는 이음구 배치 간격이 4cm 인 경우가 도시되어 있고, 도 10에는 이음구 배치 간격이 1cm인 경우가 도시되어 있다. 도 9 및 도 10에서 도면에서 알 수 있는 것처럼, 본 발명에 따른 이음구를 이용한 격자지보재의 경우, 종래의 지보재에 비해 최대 하중이 각각 약 22% (이음구 배치 간격이 4cm인 경우) 및 약 40.7% (이음구 배치 간격이 1cm인 경우)씩 증가됨을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 이음구를 이용한 격자지보재를 이용하게 되면 지보재로서의 강성과 지보재가 지지할 수 있는 하중이 증가하게 되어, 동일한 터널 조건에서도 적은 개수의 지보재를 사용할 수 있으며, 따라서 경제성 등이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.
도 1은 터널 굴착면에 종래의 H형강으로 이루어진 강지보재를 설치한 형상을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 터널 굴착면에 본 발명의 격자지보재가 설치된 형상을 보여주는 개략적인 사시도와 측면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 격자지보재가 도 2a 및 도 2b와는 굴곡 방향을 반대로 하여 터널 굴착면에 설치된 형상을 보여주는 개략적인 사시도와 측면도이다.
도 4는 직선형태로 된 본 발명에 따른 격자지보재의 일부분에 대한 사시도이다.
도 5는 도 4의 선 A-A방향의 단면도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 격자지보재에 구비된 3개의 바(bar)를 연결해주는 역삼각형 격자 이음구의 구성을 보여주는 도 4의 원 B부분의 확대 사시도이다.
도 6b는 도 6에 도시된 역삼각형 격자 이음구의 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 격자지보재에 구비된 3개의 바(bar)를 연결해주는 크랭크형 격자 이음구의 구성을 보여주는 도 4의 원 C부분의 확대 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 크랭크형 격자 이음구의 평면도이다.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명에 따른 격자지보재와 종래의 지보재에 대한 하중 실험결과로 얻어진 하중과 변위 관계를 보여주는 그래프도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 격자지보재
2 : 역삼각형 격자 이음구
3 : 크랭크형 격자
11 : 제1바
12 : 제2바
13 : 제3바

Claims (9)

  1. 삼각형의 상부 꼭짓점 위치가 되는 제1바(11), 및 상기 제1바(11)와 간격을 두고 나란하게 배치되어 있되 각각 삼각형의 하부 꼭짓점 위치가 되는 제2바(12)와 제3바(13)를 구비한 격자지보재(1)의 상기 제1바(11), 제2바(12) 및 제3바(13)를 연결하기 위한 격자 이음구로서,
    서로 거리를 두고 제1바(11)와 접촉하여 결합되는 두 개의 제1바 접촉부(21a, 21b)와;
    상기 두 개의 제1바 접촉부(21a, 21b) 사이의 위치에서 상기 제2바(12) 및 제3바(13)와 각각 선접촉하여 결합되는 제2바 접촉부(22) 및 제3바 접촉부(23)와;
    상기 제1바 접촉부(21a, 21b)와 상기 제2바 접촉부(22) 사이를 경사지게 연결하는 두 개의 제1경사부(24a, 24b)와;
    상기 제1바 접촉부(21a, 21b)와 상기 제3바 접촉부(23) 사이를 경사지게 연결하는 두 개의 제2경사부(25a, 25b)로 구성되며;
    상기 제1바 접촉부(21a, 21b), 제2바 접촉부(22), 제3바 접촉부(23), 제1경사부(24a, 24b) 및 제2경사부(25a, 25b)는 하나의 선형부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 격자 이음구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1바 접촉부(21a, 21b), 제2바 접촉부(22), 제3바 접촉부(23), 제1경사부(24a, 24b) 및 제2경사부(25a, 25b)는 하나의 선형부재가 절곡됨으로써 형성된 것인데,
    상기 선형부재에서 제2바(12)와 나란한 부분이 제2바 접촉부(22)를 이루고;
    제2바 접촉부(22)의 후방측 일단부에서 상기 제1바(11) 방향으로 경사지게 상향 절곡되어 제2바(12)와 제1바(11)를 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제1경사부(24a)를 이루며;
    상기 제1바(11)와 접촉하는 부분에서 제2경사부(24a)의 단부가 제1바(11)와 나란한 길이방향으로 후방을 향하여 절곡되어 제1바(11)와 나란한 부분이 만들어진 후 다시 반대로 접어져서 서로 마주보도록 접힌 부분이 생겨서, 상기 서로 마주 접힌 부분이 제1바 접촉부(21a)를 이루고;
    상기 제1바 접촉부(21a) 단부에서 다시 제3바(13) 방향으로 경사지게 하향 절곡되어 제1바(11)와 제3바(13)를 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제2경사부(25a)를 이루며;
    상기 제2경사부(25a)의 하향 단부에서 제3바(13)의 길이방향으로 전방을 향해 절곡되어 제3바(13)와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제3바 접촉부(23)를 이루고;
    제3바 접촉부(23)의 단부에서 경사지게 상향 절곡되어 다시 제1바(11)의 방향으로 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제2경사부(25b)를 이루며;
    제2경사부(25b)의 상부 단부에서 제1바(11)와 나란한 길이방향으로 전방을 향해 절곡되어 제1바(11)와 나란한 부분이 만들어진 후 다시 반대로 접어져서 서로 마주보도록 접힌 부분이 생겨서, 상기 서로 마주 접힌 부분이 제1바 접촉부(21b)를 이루고;
    상기 제1바 접촉부(21b) 단부에서 다시 제2바(12) 방향으로 경사지게 하향 절곡되어 제1바(11)와 제2바(12)를 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제1경사부(24b)를 이루며;
    제1경사부(24b)의 아래 단부가 상기 제2바 접촉부(22)의 전방측 단부와 이어지는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 격자 이음구.
  3. 삼각형의 상부 꼭짓점 위치가 되는 제1바(11), 및 상기 제1바(11)와 간격을 두고 나란하게 배치되어 있되 각각 삼각형의 하부 꼭짓점 위치가 되는 제2바(12)와 제3바(13)를 구비한 격자지보재(1)의 상기 제1바(11), 제2바(12) 및 제3바(13)를 연결하기 위한 격자 이음구로서,
    상기 제1바(11)와 선접촉하여 결합되는 상부 결합부(31a, 31b)와;
    상기 제2바(12) 및 상기 제3바(13)와 각각 선접촉하여 결합되는 제2바 결합부(32) 및 제3바 결합부(33)와;
    서로 이격되어 있는 상기 제2바 결합부(32)와 상기 제3바 결합부(33)를 서로 연결하도록 횡방향으로 배치되는 횡방향 연결부(35)와;
    상기 제2바 결합부(32)와 상기 제3바 결합부(33)를 각각 상기 상부 결합 부(31)와 연결하는 경사부(34a, 34b)로 구성되어 있고;
    상기 상부 결합부(31a, 31b), 제2바 결합부(32), 제3바 결합부(33), 경사부(34a, 34b) 및 횡방향 연결부(35)는 하나의 선형부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 격자 이음구.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 결합부(31a, 31b), 제2바 결합부(32), 제3바 결합부(33), 경사부(34a, 34b) 및 횡방향 연결부(35)는 하나의 선형부재가 절곡됨으로써 형성된 것인데,
    상기 선형부재에서 제1바(11)와 나란한 부분이 상부 결합부(31a)를 이루고;
    상기 상부 결합부(31a)의 전방 측 단부에서 하향으로 절곡되어 제1바(11)와 제2바(12) 사이를 가로지도록 형성된 선형부재의 부분이 경사부(34a)를 이루며;
    상기 경사부(34a)의 단부에서 제2바(12)의 길이 방향으로 후방을 향해 절곡되어 제2바(12)와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제2바 결합부(32)를 이루고;
    상기 제2바 결합부(32)의 단부에서 제3바(13) 방향으로 절곡되어 제2바(12)와 제3바(13)를 수평하게 횡방향으로 가로지르는 선형부재의 부분이 횡방향 연결부(35)를 이루며;
    상기 횡방향 연결부(35)의 단부에서 제3바(13)의 길이 방향으로 후방을 향하 여 절곡되어 제3바(13)와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제3바 결합부(33)를 이루고;
    상기 제3바 결합부(33)의 단부에서 상향으로 절곡되어 제3바(13)와 제1바(11)를 가로지르는 선형부재의 부분이 경사부(34b)를 이루며;
    상기 경사부(34b)의 단부에서 제1바(11)의 길이 방향으로 전방을 향하여 절곡되어 제1바(11)와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제1바 결합부(31)를 이루는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 격자 이음구.
  5. 삼각형의 상부 꼭짓점 위치가 되는 제1바(11), 및 상기 제1바(11)와 간격을 두고 나란하게 배치되어 있되 각각 삼각형의 하부 꼭짓점 위치가 되는 제2바(12)와 제3바(13)를 구비하며;
    서로 거리를 두고 제1바(11)와 접촉하여 결합되는 두 개의 제1바 접촉부(21a, 21b)와; 상기 두 개의 제1바 접촉부(21a, 21b) 사이의 위치에서 상기 제2바(12) 및 제3바(13)와 각각 선접촉하여 결합되는 제2바 접촉부(22) 및 제3바 접촉부(23)와; 상기 제1바 접촉부(21a, 21b)와 상기 제2바 접촉부(22) 사이를 경사지게 연결하는 두 개의 제1경사부(24a, 24b)와; 상기 제1바 접촉부(21a, 21b)와 상기 제3바 접촉부(23) 사이를 경사지게 연결하는 두 개의 제2경사부(25a, 25b)로 구성되며; 상기 제1바 접촉부(21a, 21b), 제2바 접촉부(22), 제3바 접촉부(23), 제1경사부(24a, 24b) 및 제2경사부(25a, 25b)는 하나의 선형부재로 이루어진 역삼각형 격 자 이음구(2)를 구비하고 있으며;
    상기 역삼각형 격자 이음구(2)에 의하여 상기 제1바(11), 제2바(12) 및 제3바(13)가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 격자지보재.
  6. 삼각형의 상부 꼭짓점 위치가 되는 제1바(11), 및 상기 제1바(11)와 간격을 두고 나란하게 배치되어 있되 각각 삼각형의 하부 꼭짓점 위치가 되는 제2바(12)와 제3바(13)를 구비하며;
    상기 제1바(11)와 선접촉하여 결합되는 상부 결합부(31a, 31b)와; 상기 제2바(12) 및 상기 제3바(13)와 각각 선접촉하여 결합되는 제2바 결합부(32) 및 제3바 결합부(33)와; 서로 이격되어 있는 상기 제2바 결합부(32)와 상기 제3바 결합부(33)를 서로 연결하도록 횡방향으로 배치되는 횡방향 연결부(35)와; 상기 제2바 결합부(32)와 상기 제3바 결합부(33)를 각각 상기 상부 결합부(31)와 연결하는 경사부(34a, 34b)로 구성되어 있고; 상기 상부 결합부(31a, 31b), 제2바 결합부(32), 제3바 결합부(33), 경사부(34a, 34b) 및 횡방향 연결부(35)는 하나의 선형부재로 이루어진 크랭크형 격자 이음구(3)를 구비하고 있으며,
    상기 크랭크형 격자 이음구(3)에 의하여 상기 제1바(11), 제2바(12) 및 제3바(13)가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 격자지보재.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1바(11)와 선접촉하여 결합되는 상부 결합부(31a, 31b)와; 상기 제2바(12) 및 상기 제3바(13)와 각각 선접촉하여 결합되는 제2바 결합부(32) 및 제3바 결합부(33)와; 서로 이격되어 있는 상기 제2바 결합부(32)와 상기 제3바 결합부(33)를 서로 연결하도록 횡방향으로 배치되는 횡방향 연결부(35)와; 상기 제2바 결합부(32)와 상기 제3바 결합부(33)를 각각 상기 상부 결합부(31)와 연결하는 경사부(34a, 34b)로 구성되어 있고; 상기 상부 결합부(31a, 31b), 제2바 결합부(32), 제3바 결합부(33), 경사부(34a, 34b) 및 횡방향 연결부(35)는 하나의 선형부재로 이루어진 크랭크형 격자 이음구(3)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 격자지보재.
  8. 제5항 또는 제7항에 있어서,
    상기 역삼각형 격자 이음구(2)는, 상기 제1바 접촉부(21a, 21b), 제2바 접촉부(22), 제3바 접촉부(23), 제1경사부(24a, 24b) 및 제2경사부(25a, 25b)는 하나의 선형부재가 절곡됨으로써 형성된 것인데, 상기 역삼각형 격자 이음구(2)는,
    상기 선형부재에서 제2바(12)와 나란한 부분이 제2바 접촉부(22)를 이루고;
    제2바 접촉부(22)의 후방측 일단부에서 상기 제1바(11)방향으로 경사지게 상향 절곡되어 제2바(12)와 제1바(11)를 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제1경사부(24a)를 이루며;
    상기 제1바(11)와 접촉하는 부분에서 제2경사부(24a)의 단부가 제1바(11)와 나란한 길이방향으로 후방을 향하여 절곡되어 제1바(11)와 나란한 부분이 만들어진 후 다시 반대로 접어져서 서로 마주보도록 접힌 부분이 생겨서, 상기 서로 마주 접힌 부분이 제1바 접촉부(21a)를 이루고;
    상기 제1바 접촉부(21a) 단부에서 다시 제3바(13) 방향으로 경사지게 하향 절곡되어 제1바(11)와 제3바(13)를 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제2경사부(25a)를 이루며;
    상기 제2경사부(25a)의 하향 단부에서 제3바(13)의 길이방향으로 전방을 향해 절곡되어 제3바(13)와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제3바 접촉부(23)를 이루고;
    제3바 접촉부(23)의 단부에서 경사지게 상향 절곡되어 다시 제1바(11)의 방향으로 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제2경사부(25b)를 이루며;
    제2경사부(25b)의 상부 단부에서 제1바(11)와 나란한 길이방향으로 전방을 향해 절곡되어 제1바(11)와 나란한 부분이 만들어진 후 다시 반대로 접어져서 서로 마주보도록 접힌 부분이 생겨서, 상기 서로 마주 접힌 부분이 제1바 접촉부(21b)를 이루고;
    상기 제1바 접촉부(21b) 단부에서 다시 제2바(12) 방향으로 경사지게 하향 절곡되어 제1바(11)와 제2바(12)를 경사지게 가로지르는 선형부재의 부분이 제1경사부(24b)를 이루며;
    제1경사부(24b)의 아래 단부가 상기 제2바 접촉부(22)의 전방측 단부와 이어 지는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 격자지보재.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 크랭크형 격자 이음구(3)는, 상기 상부 결합부(31a, 31b), 제2바 결합부(32), 제3바 결합부(33), 경사부(34a, 34b) 및 횡방향 연결부(35)는 하나의 선형부재가 절곡됨으로써 형성된 것인데, 상기 크랭크형 격자 이음구(3)는,
    상기 선형부재에서 제1바(11)와 나란한 부분이 상부 결합부(31a)를 이루고;
    상기 상부 결합부(31a)의 전방 측 단부에서 하향으로 절곡되어 제1바(11)와 제2바(12) 사이를 가로지도록 형성된 선형부재의 부분이 경사부(34a)를 이루며;
    상기 경사부(34a)의 단부에서 제2바(12)의 길이 방향으로 후방을 향해 절곡되어 제2바(12)와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제2바 결합부(32)를 이루고;
    상기 제2바 결합부(32)의 단부에서 제3바(13) 방향으로 절곡되어 제2바(12)와 제3바(13)를 수평하게 횡방향으로 가로지르는 선형부재의 부분이 횡방향 연결부(35)를 이루며;
    상기 횡방향 연결부(35)의 단부에서 제3바(13)의 길이 방향으로 후방을 향하여 절곡되어 제3바(13)와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제3바 결합부(33)를 이루고;
    상기 제3바 결합부(33)의 단부에서 상향으로 절곡되어 제3바(13)와 제1 바(11)를 가로지르는 선형부재의 부분이 경사부(34b)를 이루며;
    상기 경사부(34b)의 단부에서 제1바(11)의 길이 방향으로 전방을 향하여 절곡되어 제1바(11)와 나란하게 위치하는 선형부재의 부분이 제1바 결합부(31)를 이루는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 격자지보재.
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