KR20110126565A

KR20110126565A - 합성 상현보강재에 긴장력이 도입된 강성증대용 복합트러스 거더

Info

Publication number: KR20110126565A
Application number: KR1020110087840A
Authority: KR
Inventors: 김용기; 권중제; 이승열; 이인석; 정세웅
Original assignee: (유)하남종합건설
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2011-11-23

Abstract

본 발명은 하부 슬래브 콘크리트를 타설 양생한 다음에 상부 슬래브 콘크리트를 타설 양생하여 복합 트러스 거더를 제작할 때부터 시공과 교량 완공 후에도 2차 모멘트에 대한 저항력이 크고, 거더의 제작 및 시공 공기 단축에 따른 제작능률제고와 제작 및 시공 경제성이 높은 복합 트러스 거더를 제공하려는 것으로서, 복부사재의 하부 격점부를 경유하도록 하부 슬래브 콘크리트가 타설된 복합 트러스 거더의 상현보강재에 거더의 길이방향으로 인장재를 설치하고, 하부 슬래브 콘크리트에 도입되는 프리스트레스에 상응하도록 상기 인장재를 긴장시켜 상현보강재의 강성을 증대시킨 복합 트러스 거더를 특징으로 한다.

Description

합성 상현보강재에 긴장력이 도입된 강성증대용 복합트러스 거더{COMPOSITE TRUSS GIRDER FOR PRESTRESSED NODE}

본 발명은 상현보강재에 와이어형 긴장재를 포함하는 콘크리트 타설 후 상부슬래브와 합성 전에 프리스트레스를 도입한 합성부재로 형성시켜 하부 슬래브에 도입된 프리스트레스에 의한 2차 응력 및 솟음과 콘크리트와 강재와의 선팽창계수 차이 등 재료의 특성에 따른 변형을 억제할 수 있는 구조적 및 시공의 안전성과 경제성이 높은 복합트러스 거더에 관한 것이다.

교량의 상부 구조를 복합트러스 거더로 시공함에 있어서 트러스 강재의 복부사재와 상·하부 콘크리트 부재(상부 슬래브와 하부 슬래브)를 결합하는 과정 중에서 상 하부 콘크리트를 타설하여 합성하는 과정은 일반적으로 아래와 같은 2가지 방법이 있다.

PCT 거더의 경우, 1차로 하부 슬래브 콘크리트를 타설 양생하여 트러스 강재의 하부 격점부만 하부 슬래브 콘크리트와 합성 결합시킴으로써 강재 트러스와 하부 콘크리트로 된 거더의 단면으로만 교량의 전장에 걸쳐 가설 완료하고, 상기 1차 가설 과정을 거쳐 거더의 단면으로 교량을 가설한 후 공중에서 상부 슬래브 콘크리트를 타설 양생하여 트러스 강재의 복부사재측 상현보강재와 합성해 결합한다.

Hyun-HT(ILM공법)는 연속압출공법의 특성상 교량에 인접한 교대의 배면에 설치된 제작장에서 교각간의 거리, 즉 지간장의 1/2에 해당하는 복합 트러스 세그먼트를 제작함에 있어서, 세그먼트의 복부사재와 하부 슬래브를 합성하여 결합시키되 하부 슬래브의 콘크리트 타설 후 24시간 동안 습윤 증기 양생하고, 상부 슬래브용 철근과 인장재를 설치한 후 상부 슬래브용 콘크리트를 타설하고 48시간 습윤 증기 양생하여 강재 트러스와 합성시킨 다음에 인장재를 긴장시킨 다음 전방으로 압출하여 가설한다.

하부 슬래브에 도입된 인장재의 긴장력으로 거더의 자중에 의해 발생하는 정모멘트에 저항하고, 교량 방향의 연속부재인 상현보강재는 그 단면 강성으로 거더의 자중에 의한 정·부모멘트에 저항하게 된다. 가설된 교량에 재하되는 총고정하중 및 이동하중(동하중)에 의한 정·부모멘트는 상부 슬래브가 포함된 교량의 횡단면 강성에 의해 저항하게 된다.

거더의 제작과 가설 관련 설계를 함에 있어서 안전 계산에 만전을 기한다손치더라도 거더의 단면 특성상 몇 가지 문제가 있다. 제작장에서 상부 슬래브의 인장재에 긴장력을 도입하면 복합 트러스 거더에는 상향 솟음이 발생한다. 이때, 그 솟음량의 크기가 설계계산값 보다도 크게 발생하게 된다.

거더의 제작 단면에서 도심선이 거더 높이의 대략 1/3 아래 지점에 있게 됨에 따라 거더의 도심선에서 상·하부 이력거리가 2배 가량 차이가 발생하므로 상현보강재의 힘이 적절히 커야 한다. 솟음량에 저항해야 할 상현보강재의 강성이 하부 슬래브의 강성보다도 작기 때문이다. 상·하부 슬래브의 텐던량을 P_u × e_u = P_b × e_b → M_pt = 0 에 부합하도록 배치하여 도심선에서의 프리스트레스에 의한 2차 모멘트의 발생량을 최소화해야 하는 데, 상기 이론에 부합하지 않게 거더를 제작하기 때문에 나타나는 현상이다.

또, 상현보강재와 복부사재는 교량 방향으로 연속된 강재 부재이고 하부 슬래브는 고강도 콘크리트 부재로 합성되지만 교량의 최종 완성 구조체가 아니기 때문에 선팽창계수가 다르다. 즉, 상현보강재의 선팽창계수는 α₁ = 1.2 × 10^-6이고 콘크리트의 열팽창계수 α₂ = 1.0 × 10^-6로서 상현보강재의 선팽창계수가 20% 가량 더 크다.

대기의 온도가 상승할수록 상기와 같은 선팽창계수의 차이에 의해 선팽창계수가 큰 강재의 솟음량이 더 크게 증가하기 때문이다. 트러스 거더를 가설할 때 시공 여건상 제작장에서 인장력을 도입한 후에 경시적으로, 또는 교량 위치에 가설한 후에 타설한 상부 슬래브 콘크리트가 양생되기 전까지 시간이 지날수록 제작 당시 발생한 거더 솟음량의 변화가 커지는 경향이 있다.

이러한 두 가지 요인에서 중량의 상부 슬래브의 콘크리트를 타설할 때 상현보강재의 강성이 하부 슬래브의 강성보다 작기 때문에 처짐량의 변화가 설계 예상치보다 커지는 경향이 있다. 거더의 제작과 가설 단면, 즉 1차 합성 단면으로 거더를 설치한 후 중량의 상부 슬래브의 콘크리트를 타설하면 거더가 아래로 처지게 되는 데, 이때 상부 슬래브의 자중에 의한 처짐량이 설계값 보다 크게 발행하기 때문이다.

복합 트러스 거더교에서 상·하부 슬래브 콘크리트를 분리 타설하는 공법은 상부 슬래브 콘크리트를 복합 트러스 거더가 설치된 후에 타설하므로 자중이 가벼워 가설비가 저렴하고 장견간화가 가능한 반면에 상부 슬래브가 없는 상태에서 상현보강재만 교축방향으로 연속되도록 배치되기 때문에 제작시에는 물론 가설 중에도 그렇거니와 상부 슬래브 콘크리트를 타설할 때에도 복합 트러스 거더의 솟음 및 처짐 변화량이 설계 이론치보다 큰 것으로 나타나 2차 모멘트에 대한 저항력이 약하고, 상부 슬래브 콘크리트 타설비용이 설계치 보다 증가하기 때문에 시공경제성이 떨어진다.

상현보강재의 강성을 증대시켜 하부 슬래브 콘크리트의 프리스트레스에 의한 2차 모멘트 발생량을 최소화하기 위해 상현보강재의 설계치수를 늘리는 것은 과다 설계에 따른 설계 및 시공 비용이 증가하고, 교량의 상부 구조가 필요 이상 커지기 때문에 불합리하다.

이런 점에서 상현강재의 설계치수를 변경하지 않고 하부 슬래브 콘크리트의 프리스트레스에 의한 2차 모멘트 발생량을 최소화하여 설계 및 시공 비용을 절감하는 방향으로의 새로운 모색이 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은 하부 슬래브 콘크리트를 타설 양생한 후 상부 슬래브 콘크리트를 타설 양생하여 복합 트러스 거더를 제작할 때부터 시공과 교량 완공 후까지 2차 모멘트에 대한 저항력이 크고, 거더의 제작 및 시공 공기 단축에 따른 제작능률 제고와 제작 및 시공 경제성이 높은 복합 트러스 거더를 제공하는 데 있다.

이 과제는, 복부사재의 하부 격점부를 경유하도록 하부 슬래브 콘크리트가 타설된 복합 트러스 거더의 상현보강재에 거더의 길이 방향으로 인장재를 설치하고, 이 인장재를 하부 슬래브 콘크리트에 도입되는 프리스트레스에 상응하도록 긴장시키며, 상현강재 내에 충진 콘크리트틀 채워 굳힌 상현보강재의 강성 증대형 복합 트러스 거더로 달성할 수 있다.

상현보강재에 도입된 인장재에 하부 슬래브 콘크리트의 텐던량에 상응하는 긴장력이 도입됨에 따라 솟음과 처짐이 억제되고, 이에 따라 복합 트러스 거더의 제작에서부터 시공은 물론 완공 이후까지도 하부 슬래브 콘크리트로 인한 2차 모멘트의 발생가능성이 희박해져 항구적으로 튼튼하고 구조적으로 안정된 복합 트러스 거더를 제공할 수 있다.

상현보강재의 강성이 증대됨에 따라 상부 슬래브 콘크리트를 하부 슬래브 콘크리트와 동시에 타설할 수 있는 길이 열려서 복합 트러스 거더 제작 및 시공의 공기가 단축되고, 이에 따라 복합 트러스 거더의 염가 제작 및 보급도 가능하다.

도 1은 본 발명으로 시공되는 복합트러스 거더의 부분 절개 예시도
도 2는 와이어형 인장재가 설치된 상현보강재의 부분 절개 측면도
도 3은 정착지압판의 예시도
도 4는 인장재가 설치된 ㅛ형 상현보강재의 부분 생략 사시도
도 5의 (A)는 도 4의 A-A선 단면도, (B)는 B-B선 단면도
도 6은 인장재가 설치된 I형 상현보강재의 부분 생략 사시도
도 7은 상현보강재의 웨브에 부착철근용 철근공의 천공예시도

도 1에서, 복합 트러스 거더(1)에 있어서 복부사재(2)의 하단에는 하부 격점부와 합성된 하부 슬래브(3)가 설치되어 있고, 복부사재(3)의 상단은 각 상부 격점부 간에 교축방향으로 설치된 상현보강재(5)와 상부 슬래브(4)가 합성되어 있다.

상현보강재(5)의 내부에는 콘크리트와 1개 이상의 와이어형 인장재(6)가 합성작용을 하도록 설치되어 있다. 또한, 상현 보강재(5)의 상면에는 유(U)형 철근(12)을 부착하여 상부 슬래브와의 합성력을 증대시킨다.

통상 복합 트러스 거더의 상현보강재(5)는 I형, ㅛ형 또는 ㅍ형 단면의 강재가 주로 사용되는데, 쉬즈관(7) 포설 및 쉬즈관 고정용 철근(10a)의 용접과 수직보강재(5a)의 부착이 용이하며, 상현보강재(5)의 내부에 콘크리트 충진이 편리한 I형 또는 ㅛ형 강재를 사용한다.

와이어형 인장재(6)는 복합트러스 거더의 상현부재에 프리스트레스트를 도입함으로써 하부 슬래브(3)에 배치된 와이어형 인장재(6a)에 의한 프리스트레스트 및 하현부재와의 강성차에 의한 2차 응력 발생을 최소화하는 역할을 한다.

도 2에서, 상현보강재(5)의 내부에는 교축방향으로 쉬즈관(7)이 설치되어 있고, 와이어형 긴장재(6)를 연속적으로 긴장하기 위한 연결정착구(9)를 연결할 수 있는 정착지압판(8)이 일정한 간격을 두고 부착되어 있다.

또한, 정착지압판(8)간에는 쉬즈관(7)을 수직 및 수평으로 고정할 수 있는 고정용 철근(10a)과 수직보강재(5a)가 설치되어 있으며, 와이어형 긴장재의 긴장력에 의해 발생되는 압축력에 저항하는 콘크리트가 충진된다.

도 3에서, 정착지압판(8)의 상세한 모양을 나타낸 것으로, 와이어형 인장재(6)를 연속적으로 연결정착구(9)를 이용하여 긴장할 수 있는 중요한 부분이다. 정착지압판(8)은 정착구에 도입되는 긴장력을 감당할 수 있는 충분한 두께를 가진 후강판을 사용하고, 정착지압판(8)의 내부는 인장재(6)가 통과할 수 있는 인장재공(8a)이 천공된다.

인장재공(8a)을 통과한 인장재(6)는 정착지압판(8)의 전면에 부착된 연결용 앵커 헤드(9a)에 긴장력이 도입된 후 정착되며, 그 다음 연결용 앵커 헤드(9a) 뒷면의 홈에 연결할 와이어형 인장재(6)의 끝을 압착시켜 그립을 삽입하여 조정한 후 인장재(6)를 연결하여 일정한 간격을 두고 설치된 정착지압판(8)에 부착된 연결용 앵커 헤드(9a)를 이용한 인장재를 긴장한다.

이러한 작업을 반복해서 진행하면 교축방향으로 전단면의 상현보강재(5)에 연속적으로 긴장력이 도입되어 상현보강재(5)의 강성이 증대된다.

도 4는 쉬즈관 고정철근(10a) 및 수직보강재(5a)가 부착된 ㅛ형 강재가 사용된 상현보강재(5)의 내부에 쉬즈관(7)이 포설된 모양을 나타낸 것이다. 쉬즈관 고정철근(10a)은 쉬즈관(7)의 고정역할과 충진콘크리트와 상현보강재(5)간의 합성력을 증진시키는 역할을 하며, 수직보강재(5a)는 쉬즈관(7)의 고정역할 뿐만 아니라 상현보강재(5)의 웨브에 작용하는 국부좌굴에 저항하는 역할도 담당한다.

단면 A-A는 수직보강재(5a) 부분을, 단면 B-B는 쉬즈관 고정철근(10a) 부분의 절단면을 나타낸 것이다.

도 6에서, I형 강재단면의 상현보강재(5)에 쉬즈관 고정철근(10b)과 수직보강재(5b)가 부착된 상태에 쉬즈관(7)이 포설된 것을 나타낸 것으로. 쉬즈관 고정철근(10b)과 수직보강재(5b)의 역할은 도 4의 설명과 동일하다.

도 7에서, 복합 트러스 거더는 상부 슬래브, 복부사재 및 상부 슬래브간의 합성단면 강성으로 외력에 저항하는 구조이므로 상부 슬래브(4)와 상현보강재(5)는 합성된 상태가 되어야 하므로 상현보강재(5)의 웨브에 천공된 철근공(11)에 부착용 철근(10c)을 관통시켜 설치하고, 그 철근 단부를 갈고리 형상으로 가공해서 상부 슬래브(4)와의 합성력을 증대한다.

이렇게 하면, 복합 트러스 거더의 하부 슬래브(3)에 설치된 인장재(6a)에 도입된 긴장력에 대응함으로써 하부 슬래브(3)에만 긴장력을 도입할 경우보다 긴장력에 의한 2차 응력 발생을 최소화할 수 있으며, 또한, 복합 트러스 거더 제작시 하부 슬래브(3)에 도입된 긴장력에 의한 솟음 및 콘크리트와 강재와의 선팽창계수 차이 등 재료의 특성에 따른 변형을 억제할 수 있어 구조적 및 시공의 안전성과 경제성이 높은 복합 트러스 거더를 제작할 수 있다.

1: 복합 트러스 거더
2: 복부사재
3: 하부 슬래브
4: 상부 슬래브
5: 상현보강재
6: 인장재
7: 쉬즈관
8: 정착지압판
9: 연결정착구
10a,10b,10c : 쉬즈관 고정 철근
11: 철근공
12: 유형 철근

Claims

복합트러스 거더의 제작 및 시공에 있어서, 복부사재의 상부 격점부 연결구조를 교축방향으로 연결하는 상현보강재의 내측면에 복합 트러스 거더 제작시 상부 슬래브와 합성 전에 인장재를 포함하는 콘크리트를 타설한 후 프리스트레스를 도입한 합성부재로 형성하여 하부 슬래브에 도입된 긴장력에 대응하여 2차 모멘트 발생을 최소화하고, 가설 시 및 완성 시 거더의 자중 등에 인해 생기는 인장력 및 압축력에 효과적으로 저항할 수 있는 합성 상현보강재에 긴장력이 도입된 강성증대용 복합트러스 거더.
제1항에 있어서,
상형보강재의 형상은 콘크리트 타설 및 쉬즈관의 설치가 용이한 I형 또는 ㅛ형 단면 형상의 개방형 단면을 가진 합성 상현보강재에 긴장력이 도입된 강성증대용 복합트러스 거더.
제1항에 있어서,
상현보강재의 내부에 인장재를 교축방향으로 연속적으로 긴장하는 데 필요한 정착지압판에 연결용 앵커 헤드가 부착된 합성 상현보강재에 긴장력이 도입된 강성증대용 복합트러스 거더.
제3항에 있어서,
상기 정착지압판 사이에 상현보강재의 웨브에 작용하는 국부좌굴에 저항하고쉬즈관을 수평 및 수직방향의 위치를 고정할 수 있는 수직보강재와 쉬즈관 고정용 철근이 부착된 합성 상현보강재에 긴장력이 도입된 강성증대용 복합트러스 거더.
제1항에 있어서,
상현보강재와 상부 슬래브의 합성력을 증대시키기 위한 상현보강재의 웨브에철근이 관통할 천공된 철근공과 상부 플랜지에 유형 철근이 부착된 합성 상현보강재에 긴장력이 도입된 강성증대용 복합트러스 거더.