KR20110062073A

KR20110062073A - 세그먼트의 횡방향 조립구조에 의한 일체형 아치교량 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR20110062073A
Application number: KR1020090118657A
Authority: KR
Inventors: 강원호; 이승윤; 배병호; 김보람; 김남경; 김연은
Original assignee: 동아대학교 산학협력단
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-10

Abstract

본 발명은 아치부, 바닥판 및 교대측 수직 스트럿이 일체를 이루며 횡방향으로 소정 폭을 가지는 아치 세그먼트를 프리캐스트 방식으로 사전 제작하고, 복수개의 아치 세그먼트를 횡방향으로 포개지게 배치한 후 횡방향으로 조립하여 일체화시킴으로써, 아치교량을 용이하고 경제적으로 시공할 수 있도록 하는 새로운 형식의 일체형 아치교량 및 그 시공방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 아치교량(1)을 구성하는 아치부(4)와 교대측 수직 스트럿(5)과 바닥판(6)이 일체로 타설되어, 횡방향으로 두께를 가지고 있는 하나의 일체화된 프리캐스트 부재로 제작된 복수개의 아치 세그먼트(2)가 교량의 횡방향으로 겹쳐지게 나란하게 배열되어 일체로 결합되고; 상기 아치 세그먼트(2)의 양측 하부 단부에 각각 기초부(3)가 일체로 결합되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 아치교량과, 그 시공방법이 제공된다.

Description

세그먼트의 횡방향 조립구조에 의한 일체형 아치교량 및 그 시공방법{Singly-casted Arch Bridge Using Lateral Segments and Construction Method thereof}

본 발명은 아치교량과 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 아치부, 바닥판 및 교대측 수직 스트럿이 일체를 이루며 횡방향으로 소정 폭을 가지는 아치 세그먼트를 프리캐스트 방식으로 사전 제작하고, 복수개의 아치 세그먼트를 횡방향으로 포개지게 배치한 후 횡방향으로 조립하여 일체화시킴으로써, 아치교량을 용이하고 경제적으로 시공할 수 있도록 하는 새로운 형식의 일체형 아치교량 및 그 시공방법에 관한 것이다.

콘크리트 아치교량은 좁은 하천을 횡단하는 교량의 형식으로 자주 쓰인다. 아치교량은 휨모멘트에 비하여 압축력이 지배적으로 작용하는 구조를 가지고 있어 역학적으로 유리하며 외관이 미려하다는 장점이 있는 교량 형식이다. 일반적으로 콘크리트 아치교량을 시공하기 위해서는 우선 거푸집과 동바리를 설치하고 현장 콘 크리트를 타설하여 원호형상의 아치부를 제작한 후, 교량의 양단부에 교대를 설치함과 동시에, 아치부의 상부로 슬래브용 거푸집을 설치하고 현장 콘크리트를 타설하여 바닥판 슬래브를 제작한다.

그런데 종래의 경우처럼, 아치부와 바닥판 슬래브를 현장 타설 콘크리트로 제작하게 되면, 각 부분의 콘크리트를 타설한 후 일정한 시간이 경과해야 다음 부분의 제작이 가능하므로 아치교량의 시공에 오랜 시간이 소요되는 단점이 있다. 특히, 원호 형상의 아치부를 제작하기 위해서는 아치부의 곡선형태에 맞게 거푸집과 동바리를 제작하여 설치해야 하므로 그에 따른 시간과 비용이 많이 든다.

아치교량은 양단부 즉, 아치부의 단부지점에서 수평방향 반력이 작용하므로, 교대부가 충분한 수평방향 강성을 갖도록 제작되어야 하며, 교량의 기초가 되는 지반도 충분한 강성을 가져야 한다. 이러한 이유에서 종래의 아치교량은 주로 암반으로 이루어진 지반을 가지고 있는 계곡의 상부와 같이 수평방향 강성이 충분한 지반이 존재하는 경우나, 시공비용의 경제성 보다는 교량의 미관을 더 고려하는 경우에 자주 쓰이며 일반 하천이나 도로를 횡단하는 교량으로는 많이 사용되지 아니하는 실정이다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 단점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 아치교량을 형성함에 있어서, 현장에서 아치부의 제작을 위하여 거푸집과 동바리를 현장 설치함에 따른 공사기간과 공사비용을 줄이며, 아치교량의 각 부분을 순차적으로 시공함으로 인한 공사기간의 지연을 방지할 뿐만 아니라, 아치교량의 각 부분을 일체화함으로써 아치교량의 구조적 특성으로 인하여 발생하는 수평방향 반력을 아치교량 자체의 강성으로 부담하도록 함으로써 교대부의 과도한 강성 필요성에 따른 비용 상승문제를 해결하고, 교량 시공을 위하여 요구되는 지반의 강성을 줄여 교량 시공 지반을 선택할 수 있는 폭을 넓일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 아치교량을 구성하는 각 부분인 아치부와 교대측 수직 스트럿과 바닥판이 일체로 타설되어, 횡방향으로 두께를 가지고 있는 하나의 일체화된 프리캐스트 부재로 제작된 아치 세그먼트가 교량의 횡방향으로 복수개 겹쳐지게 나란하게 배열되어 일체로 결합되고; 상기 아치 세그먼트 양단의 하부에 각각 기초부가 일체로 결합되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 아치교량이 제공된다.

또한 본 발명에서는 아치교량을 구성하는 각 부분인 아치부와 교대측 수직 스트럿과 바닥판이 일체를 이루고 있는 구조를 가지며, 횡방향으로 두께를 가지고 있는 하나의 일체화된 프리캐스트 부재로 아치 세그먼트를 제작하는 단계; 상기 아치 세그먼트를 수직하게 인양하여 복수개가 교량의 횡방향으로 겹쳐지게 나란하게 배열되도록 한 후 횡방향으로 일체로 결합하는 단계; 및 상기 아치 세그먼트 양단 의 하부에 각각 기초부를 일체로 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아치교량 시공방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 아치부, 바닥판 및 교대측 수직 스트럿이 일체를 이루어 하나의 프리캐스트 부재로 제작된 후 조립되므로, 아치교량의 각 부분이 순차적으로 현장타설 콘크리트로 제작됨으로 인한 공사기간의 지연을 방지할 수 있게 된다.

종래의 아치교량은 각 부재가 세워진 채로 현장에서 제작되므로 동바리와 거푸집을 현장에서 설치해야 하고 그에 따른 부대비용의 증가 및 공사기간의 지연의 문제가 있었으나, 본 발명에 의하면 아치교량을 프리캐스트 방식으로 시공하게 되므로 위와 같은 거푸집, 동바리 등의 콘크리트 공사에 필요한 부대시설을 생략할 수 있게 되며, 그에 따라 비용의 감소 및 공사기간의 감축 효과를 발휘하게 된다.

특히, 본 발명에서는 프리캐스트로 아치교량이 제작되므로 시공품질을 획기적으로 제고할 수 있게 되며, 현장 타설 콘크리트로 사용하기 어려운 고강도 내지 초고강도 콘크리트를 아치교량의 제작에 이용할 수 있으므로 교량 단면을 축소시켜 더욱 미려한 교량의 시공이 가능하게 되는 장점이 있다.

더 나아가 본 발명에서는, 아치교량의 수평방향 반력을 부담하기 위하여 교대측 스트럿의 강성을 크게 일체로 제작할 수 있으므로 별도의 교대를 설치하지 아 니하여도 무방하며, 아치구조로 인한 수평방향 반력을 아치교량 자체가 부담하게 되므로 지점에서 기초에 작용하는 수평 반력을 감소시킬 수 있다. 따라서 교량 시공을 위하여 요구되는 지반의 강성을 줄여 교량 시공 지반을 선택할 수 있는 폭을 넓일 수 있게 되는 효과도 발휘하게 된다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

이하 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예를 살펴봄으로써 본 발명의 구성에 대하여 설명한다. 도 1에는 본 발명에 따라 완성된 일체형 아치교량(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 일체형 아치교량(1)은, 복수개의 아치 세그먼트(2)가 교량의 횡방향으로 겹쳐지게 나란하게 배열되어 일체로 결합되고, 양측의 하부 단부에 기초부(3)가 일체로 결합되어 형성된다. 도 2에는 아치 세그먼트(2)를 뉘어서 제작한 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 본 발명에서 아치 세그먼트(2)는 아치교량을 구성하는 각 부분인 아치부(4)와 교대측 수직 스트럿(5)과 바닥판(6)이 일체로 타설되어 횡방향으로 두께를 가지고 있는 하나의 일체화된 부재를 이루고 있다. 교량의 시공을 위해 실제 현장에서는 상기 아치 세그먼트(2)가 세워지게 되지만, 프리캐스트 콘크리트에 의해 사전 제작될 때에는 도 2에 도시된 것처럼 수평방향으로 눕혀진 상태로 제작되므로, 종래의 아치교량에서와 같은 별도의 동바리가 전혀 필요하지 않게 된다. 또한 눕혀진 상태로 콘크리트를 타설하게 되므로, 다짐 등이 양호하게 이루어질 수 있어 그 품질이 우수하게 되는 효과도 발휘된다. 아치 세그먼트(2)의 제작을 위해 사용된 거푸집은 반복하여 재사용할 수 있으므로 그에 따라 경제성이 좋아지게 된다. 특히, 아치부(4)와 바닥판(6) 그리고 교대측 수직 스트럿(5)이 순차적으로 제작되는 것이 아니라 동시에 일체로 타설되어 제작되므로 그 만큼 제작 기간을 단축할 수 있게 된다.

아치 세그먼트(2)의 구체적인 형상은 변화될 수 있는데, 도면에 도시된 실시예와 같이, 아치부(4)와 바닥판(6)을 수직하게 연결하는 교량 종방향 양단의 교대측 스트럿(5) 이외에, 지간 중간에도 아치부(4)와 바닥판(6)을 연결하는 중간 스트럿(5a)이 더 구비되어 있는 형상으로 제작될 수도 있다. 그러나 상기 중간 스트럿(5a)은 반드시 필요한 것은 아니며, 아치부(4)의 정점에서 바닥판(6)이 직접 접합되는 형상을 가질 수도 있으며 교량의 규모에 따라서는 중간 스트럿(5a)이 설치되지 아니하여도 무방하다.

위와 같이 아치부(4)와 교대측 수직 스트럿(5)과 바닥판(6)이 일체로 타설되어 하나의 일체화된 부재를 이룬 아치 세그먼트(2)를, 현장으로 이송한 후 크레인 등의 장비를 이용하여 인양하여 아치부(4)가 아래로 오고 바닥판(6)이 상부에 오도록 수직하게 세우고, 이러한 상태의 아치 세그먼트(2)를 복수개 횡방향으로 포개지게 배치하여 일체화시킨다. 아치 세그먼트(2)의 일체화는 다양한 방법으로 이루어 질 수 있는데, 예를 들면 아치 세그먼트(2)간의 접합면에 에폭시 등의 접착제를 도포하여 접합에 의해 일체화시키는 방법이 있다. 그러나 아치교량(1)의 구조적인 강성을 더욱 향상시키기 위해서는 다음에서 설명하는 것처럼, 횡방향으로 아치 세그먼트(2)를 관통하여 긴장재(10)를 배치하고, 상기 긴장재(10)의 긴장에 의해 횡방향으로 긴장력을 도입함으로써 아치 세그먼트(2)를 일체화시키는 것이 바람직하다.

도 3 및 도 4에는 각각 2개의 아치 세그먼트(2)가 긴장재(10)에 의해 일체화되는 것을 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 3의 선 A-A에 따른 위치에서의 단면도로서, 아치 세그먼트(2)가 긴장재(10)에 의해 일체화되어 본 발명의 아치교량이 완성된 상태에서의 단면도가 도시되어 있다. 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼, 아치 세그먼트(2) 각각에 횡방향으로 관통공(11)을 형성하고 복수개의 아치 세그먼트(2)가 포개져서 조립 위치에 배치된 상태에서, 복수개의 아치 세그먼트(2)의 연통된 관통공(11) 내에 긴장재(10)를 배치하여 긴장 정착함으로써, 아치 세그먼트(2)들 간에 횡방향으로 긴장력을 가하여 일체화시키게 되는 것이다. 도 3 및 도 4에는 2개의 아치 세그먼트(2)에 대해 긴장재(10)가 관통되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 횡방향으로 겹쳐서 배치된 모든 아치 세그먼트(2)들에 대해 긴장재(10)가 관통 설치된 후 긴장, 정착된다.

상기 관통공(11)은 복수개로 형성될 수 있으며, 쉬스관(12)을 매립함으로써 형성될 수 있다. 도 5에는 긴장재(10) 정착구조의 일예가 예시적으로 도시되어 있는데, 부재번호 13은 긴장재(10)를 정착한 후 정착 위치의 오목한 부분을 채우는 마감재(13)이고, 부재번호 14 및 15는 각각 긴장재(10)의 정착을 위한 정착구(14)와 정착판(15)이다.

이와 같이 아치 세그먼트(2) 간의 횡방향 결합에 있어서, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 아치 세그먼트(2)의 접합면에 요철을 형성하여 접합력을 더욱 증진시킬 수도 있다. 도 3에 도시된 것처럼, 일측 아치 세그먼트(2)의 접합면에 볼록부(21)를 형성하고, 도 5에 도시된 것처럼, 맞은편 아치 세그먼트(2)의 접합면에는 대응하는 오목부를 형성하여, 아치 세그먼트(2)의 접합면이 서로 마주하였을 때, 볼록부(21)가 오목부에 끼워지도록 할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 볼록부(21)와 오목부의 요철 결합에 의해 전단력에 대한 저항력이 발생하게 되어 아치 세그먼트(2) 간의 결합이 더욱 견고하게 된다.

도 4는 도 3에 대응되는 도면으로서 또 다른 실시예에 대한 것인데, 도 3에 도시된 실시예에서는 볼록부(21)가 아치 세그먼트(2)의 접합면 전면에 넓게 형성되어 있는 경우인데 비하여, 도 4에 도시된 실시예에서는 볼록부(21)가 아치 세그먼트(2)의 접합면에 단속적으로 형성되어 있는 경우이다 도 3에 도시된 경우에는 관통공(11)이 볼록부(21)에 형성되는데 비하여, 도 4에 도시된 경우에는 관통공(11)이 볼록부(21)를 피하여 접합면에 형성될 수 있다. 물론 도 3의 경우에도 관통공(11)이 볼록부(21)를 피하여 접합면에 형성될 수도 있다.

위와 같은 방식으로 아치 세그먼트(2)가 횡방향으로 조립됨과 동시에 아치 세그먼트(2)의 아치부(4) 양단부에는 기초부(3)가 설치되어 아치 세그먼트(2)와 연결된다. 상기 기초부(3)는, 일체로 조립 결합된 복수개의 아치 세그먼트(2)의 아 치부(4) 단부와 일체로 연결되는데, 아치 세그먼트(2)의 아치부(4) 단부 주위로 거푸집을 설치하여 현장 타설 콘크리트에 의해 제작 당시부터 아치부(4) 단부와 일체가 되도록 제작될 수도 있으나, 별도로 제작되어 아치부(4) 단부와 일체화될 수도 있다.

도 6 및 도 7에는 기초부(3)가 아치 세그먼트(2)와 별도로 프리캐스트로 제작되어 서로 조립 결합되는 경우를 보여주는 아치 세그먼트(2)의 아치부(4) 단부에서의 상세도가 각각 도시되어 있다. 도 6은 결합되는 과정을 보여주는 사시도이고, 도 7은 결합된 상태의 단면도이다.

도면에 도시된 것처럼, 기초부(3)의 상면에는 아치 세그먼트(2)의 하부 단부가 삽입될 수 있는 오목한 삽입부(31)가 형성되어 있고, 상기 삽입부(31)에 아치 세그먼트(2)의 하부 단부가 놓이게 되며, 이 상태에서 삽입부(31)에 무수축 모르타르 등과 같은 채움재(32)를 채워서 일체화시킨다. 이 때, 기초부(3)와 아치 세그먼트(2)의 견고한 결합을 위하여, 삽입부(31)에 위치하게 되는 아치 세그먼트(2)의 하부 단부 외면에 도면에 도시된 것과 같은 요철을 형성할 수도 있으며, 상기 삽입부(31)의 내면에도 요철을 형성할 수도 있다. 요철을 형성하는 대신에 아치 세그먼트(2)의 하부 단부에 스터드와 같은 매립부재 또는 아치 세그먼트(2) 내부의 보강철근의 단부를 돌출 설치하여, 상기 매립부재가 삽입부(31)의 채움재(31)에 매립되도록 할 수 있으며, 반대로 기초부(3)로부터 스터드와 같은 별도 부재나 기초부(3) 내부의 보강철근의 단부를 돌출 설치하여 채움재(31)에 매립되도록 할 수 있다. 물론 위와 같은 매립부재 및 요철은 다양하게 조합하여 사용할 수도 있다.

도면에 도시된 실시예에서는 5개의 아치 세그먼트(2)가 조립되어 아치교량(1)을 형성하는 것으로 도시되었으나, 조립되는 아치 세그먼트(2)의 개수는 아치교량(1)의 폭(횡방향 폭)에 따라 변화될 수 있는 것이다.

위에서 살펴본 것처럼, 본 발명에서는, 아치교량을 형성함에 있어서, 현장에서 아치부의 제작을 위하여 거푸집과 동바리를 현장 설치하지 않아도 되므로, 그에 따른 공사기간과 공사비용을 줄일 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 아치교량(1)의 아치부(4), 수직 스트럿(5) 및 바닥판(60이 일체화되어 있으므로, 아치 형상으로 인하여 발생하는 수평방향 반력을 아치교량 자체의 강성으로 부담하게 된다. 필요한 경우에는 재료의 강도 또는 수직 스트럿(5)의 크기나 강도 등을 조절함으로써 아치교량 자체의 강성을 키울 수 있다. 따라서 아치교량(1)의 종방향 단부에 교대부를 과도하게 큰 강성을 가지도록 제작할 필요가 없으며, 그에 따라 공사비 절감 및 공기단축의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 완성된 일체형 아치교량의 개략적인 사시도이다.

도 2는 아치 세그먼트를 뉘어서 제작한 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.

도 3 및 도 4는 각각 2개의 아치 세그먼트가 긴장재에 의해 일체화되는 것을 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.

도 5는 도 3의 선 A-A에 따른 위치에서 아치 세그먼트가 횡방향으로 조립된 상태의 단면도이다.

도 6 및 도 7은 각각 기초부가 아치 세그먼트와 별도로 프리캐스트로 제작되어 서로 조립 결합되는 경우를 보여주는 아치 세그먼트의 아치부 단부에서의 상세도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 아치교량

2 : 아치 세그먼트

3 : 기초부

4 : 아치부

5 : 교대측 수직 스트럿

6 : 바닥판

Claims

아치교량(1)을 구성하는 아치부(4)와 교대측 수직 스트럿(5)과 바닥판(6)이 일체로 타설되어, 횡방향으로 두께를 가지고 있는 하나의 일체화된 프리캐스트 부재로 제작된 복수개의 아치 세그먼트(2)가 교량의 횡방향으로 겹쳐지게 나란하게 배열되어 일체로 결합되고;

상기 아치 세그먼트(2)의 양측 하부 단부에 각각 기초부(3)가 일체로 결합되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 아치교량.
제1항에 있어서,

상기 아치 세그먼트(2)에는 횡방향으로 관통공(11)이 형성되어 있고, 복수개의 아치 세그먼트(2)가 포개져서 조립 위치에 배치된 상태에서, 복수개의 아치 세그먼트(2)의 연통된 관통공(11) 내에 긴장재(10)가 배치되어 긴장 정착됨으로써 아치 세그먼트(2)들 간에 횡방향으로 긴장력이 가해지는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 아치교량.
제1항 또는 제2항에 있어서,

횡방향으로 마주하게 배치되는 아치 세그먼트(2)의 접합면에 각각 볼록 부(21)와 대응되는 오목부를 형성하여, 아치 세그먼트(2)의 접합면이 서로 마주하였을 때, 볼록부(21)가 오목부에 끼워지는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 아치교량.
제1항 또는 제2항에 있어서,

기초부(3)는 프리캐스트로 제작되며;

도면에 도시된 것처럼, 기초부(3)의 상면에는 아치 세그먼트(2)의 하부 단부가 삽입될 수 있는 오목한 삽입부(31)가 형성되어 있고;

상기 삽입부(31)에 아치 세그먼트(2)의 하부 단부가 놓인 상태에서 삽입부(31)에 채움재(32)가 채워져 기초부(3)와 아치 세그먼트(2)가 결합되며;

삽입부(31)에 위치하게 되는 아치 세그먼트(2)의 하부 단부 외면 또는 삽입부(31) 내면에 결합 증진을 위한 요철이 형성되어 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 아치교량.
아치교량(1)의 시공방법으로서,

아치교량(1)을 구성하는 각 부분인 아치부(4)와 교대측 수직 스트럿(5)과 바닥판(6)이 일체를 이루고 있는 구조를 가지며, 횡방향으로 두께를 가지고 있는 하나의 일체화된 프리캐스트 부재로 아치 세그먼트(2)를 제작하는 단계;

상기 아치 세그먼트(2)를 수직하게 인양하여 복수개가 교량의 횡방향으로 겹쳐지게 나란하게 배열되도록 한 후 횡방향으로 일체로 결합하는 단계; 및

상기 아치 세그먼트(2) 양측 하부 단부에 각각 기초부(3)를 일체로 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아치교량 시공방법.
제5항에 있어서,

상기 아치 세그먼트(2)에는 횡방향으로 관통공(11)이 형성되어 있으며;

복수개의 아치 세그먼트(2)를 횡방향으로 일체 결합하는 단계에서는, 복수개의 아치 세그먼트(2)를 포개지도록 조립 위치에 배치한 상태에서, 복수개의 아치 세그먼트(2)의 연통된 관통공(11) 내에 긴장재(10)를 관통 배치하고, 상기 긴장재(10)를 긴장 정착함으로써 아치 세그먼트(2)들 간에 횡방향으로 긴장력을 가하여 복수개의 아치 세그먼트(2)를 일체 결합하는 것을 특징으로 아치교량 시공방법.