KR20110127788A - 프리스트레스트 콘크리트 합성거더교 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신규한 형상의 프리스트레스트 콘크리트 합성거더교에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, PSC 거더; PSC 거더의 상부에 수직하게 일체로 합성되고 폭이 더 큰 콘크리트 바닥판; 및 PSC 거더의 길이방향을 따라 일정한 간격으로 배치되고 PSC 거더의 하부 양측면에서 위로 경사지게 설치되어 콘크리트 바닥판을 지지하는 다수 개의 스트럿(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 PSC 합성거더교가 제공된다.

Description

프리스트레스트 콘크리트 합성거더교{Prestressed Concrete Composite Girder Bridge}

본 발명은 프리스트레스트 콘크리트 거더, 콘크리트 바닥판 및 콘크리트 충전 섬유강화플라스틱관 스트럿으로 구성되는 프리스트레스트 콘크리트 합성거더교에 관한 것이다.

프리스트레스트 콘크리트(이하 'PSC'라 함) 교량의 일반적인 형식은 합성 거더교, 슬래브교, 박스거더교, 라멘교 등으로 분류할 수 있다. 짧은 지간을 가지고 낮은 형고비가 필요할 경우 PSC 슬래브교, 보통의 지간을 갖는 경우는 PSC 합성 거더교, 장지간을 가지며 시공이 난이하여 특수 가설공법이 필요한 경우는 PSC 박스 거더교의 형식이 적용된다고 알려져 있다.

일반적으로 PCS 합성 거더 형식의 교량은 프리캐스트의 PSC 거더를 가설장소에 운반하여 전단연결재(Shear connector)로 현장치기 콘크리트 바닥판과 합성시켜서 거더와 바닥판이 일체로 작용하도록 가설한다. 즉, 포장, 난간, 연석, 분리대 등 바닥판 시공 후에 재하되는 고정하중을 제외한 사항중에 대해서는 거더 단면이 받고, 활하중과 바닥판 시공 후에 재하되는 고정하중에 대해서는 바닥판과 거더가 일체로 되어 합성단면으로 저항하는 교량을 말한다. 전단연결재는 일반적으로 거더에서 돌출된 철근을 바닥판에 묻는 형식이 쓰이며 접합면에 수직이 되게 철근을 배근한다.

이러한 종래의 PSC 합성거더교의 경우 PSC 거더 사이의 간격은 고속도로 폭원 24.3m에 적합하도록 2.5m 또는 일반국도 폭원 20.9~21.0m에서는 2.1~2.2m가 적용되고 있었으나 거더의 구조걱 성능을 충분히 활용하지 못하다는 지적에 따라 현재는 2.7m를 적용하고 있는 실정이다. 이렇게 거더 사이의 간격을 늘리게 되면 동일 폭원의 교량을 가설하는데 소요되는 거더의 개수를 줄일 수 있어 경제성 및 시공성이 향상될 수 있다.

본 발명은 PSC 거더의 간격을 확대할 수 있어 동일 폭원의 교량 가설에 소요되는 거더의 본수를 절감함으로써 경제성, 시공성 및 경관을 향상시킬 수 있는 프리스트레스트 콘크리트 합성거더교를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, PSC 거더; PSC 거더의 상부에 수직하게 일체로 합성되고 폭이 더 큰 콘크리트 바닥판; 및 PSC 거더의 길이방향을 따라 일정한 간격으로 배치되고 PSC 거더의 하부 양측면에서 위로 경사지게 설치되어 콘크리트 바닥판을 지지하는 다수 개의 스트럿을 포함하는 것을 특징으로 하는 PSC 합성거더교가 제공된다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 스트럿은, 섬유강화플라스틱관; 섬유강화플라스틱관의 내부에 배치되고 관의 내부 둘레면을 따라 일정한 간격을 두고 배치된 다수 개의 종방향 철근과 종방향 철근을 연결하는 나선철근으로 구성되는 원통형 철근조립체; 및 섬유강화플라스틱관의 내부에 충전되는 콘크리트를 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, PSC 거더의 하부 양측면에는 스트럿의 하단이 연결되는 하부 헌치가 형성되고, 콘크리트 바닥판의 하면에는 스트럿의 상단이 연결되는 상부 헌치가 형성되며, 원통형 철근조립체가 섬유강화플라스틱관의 끝단에서 연장되어 노출된 양쪽 끝부분이 각각 하부 헌치와 상부 헌치에 매입된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 하부 헌치는 교축방향을 따라 다수 개가 일정한 간격을 갖고 불연속적으로 형성되고 상부 헌치는 교축방향을 따라 2열로 연속적으로 형성된다.

본 발명에 따르면 종래 PSC 합성거더교에 비해 훨씬 경제적이며 거더의 수가 줄어듬에 따라 투명성을 확보할 수 있어 교량의 미관을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 PSC 합성거더교를 나타낸 것으로, (가)는 사시도이고, (나)는 측면도이다.
도 2는 PSC 거더를 나타낸 것으로, (가)는 단부의 단면도이고, (나)는 중앙부의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 충전 섬유강화플라스틱관 스트럿을 나타낸 것으로, (가)는 사시도이고, (나)는 횡단면도이다.
도 4는 콘크리트 충전 섬유강화플라스틱관 스트럿과 바닥판과의 접합부(도 1의 (나)의 "A"부분의 확대단면도) 및 PSC 거더와의 접합부(도 1의 (나)의 "B"부분의 확대단면도)를 나타낸 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 PSC 합성거더교를 나타낸 것으로, (가)는 사시도이고, (나)는 측면도이며, 도 2는 PSC 거더를 나타낸 것으로, (가)는 단부의 단면도이고, (나)는 중앙부의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 PSC 합성거더교는 PSC 거더(10), PSC 거더(10)의 상부에 위치하고 폭이 더 큰 콘크리트 바닥판(20) 및 PSC 거더(10)의 길이방향을 따라 일정한 간격으로 배치되고 PSC 거더(10)의 양측에서 위로 경사지게 설치되어 콘크리트 바닥판(20)을 지지하는 다수 개의 콘크리트 충전 섬유강화플라스틱관 스트럿(30)을 포함한다.

PSC 거더(10)는 외력에 의해 일어나는 인장응력을 소정의 한도까지 상쇄할 수 있도록 미리 인공적으로 그 응력의 분포와 크기를 정하여 압축응력을 준 프리캐스트 부재로서 이 분야에서 공지된 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 도 2에 제시된 PSC 거더(10)는 가장 일반적인 길이 29.90m의 PSC 거더의 단면으로서 단부는 (가)에서와 같이 긴장재(14)의 정착을 위해 직사각형의 단면 형상을 갖고 중앙부는 (나)에서와 같이 휨응력에 대해 효율적인 I형의 단면 형상을 가지며 긴장재(14)는 단부에서는 높이방향을 따라 일렬로 배치되고 중앙부에서는 I형 단면의 하부 플랜지(13)에 2단으로 배치된다. 그러나 도면에 제시된 PSC 거더의 단면 형상 및 긴장재의 배치는 예시적인 것으로서 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

콘크리트 바닥판(20)은 전단연결재(Shear connector)에 의해 PSC 거더(10)와 일체로 합성되며 PSC 거더(10)의 폭보다 더 큰 폭을 갖는다. 전단연결재(미도시)는 일반적으로 거더에서 돌출된 철근을 바닥판에 묻는 형식이 적용될 수 있으며 거더와 바닥판의 접합면에 수직이 되게 철근을 배근한다. PSC 거더(10)의 바깥쪽으로 돌출되는 바닥판(20)의 길이는 교량의 폭, 거더의 간격, 시공방법 등을 고려하여 결정될 수 있다.

콘크리트 충전 섬유강화플라스틱관 스트럿(30)은 콘크리트 바닥판(20)을 지지하도록 일단은 PSC 거더(10)의 하부의 양측면에 연결되고 타단은 콘크리트 바닥판(20)의 하면에 연결되어 전체적으로 V자 형상을 이룬다. 스트럿(30)이 PSC 거더(10)와 이루는 각도는 PSC 거더(10)에서 돌출된 콘크리트 바닥판(20)의 길이에 따라 변동될 수 있다. 스트럿(30)을 연결하기 위해 PSC 거더(10)의 하부 양측면에는 하부 헌치(15)가 그리고 콘크리트 바닥판(20)의 하면에는 상부 헌치(21)가 각각 형성될 수 있다. 섬유강화플라스틱관의 내부에 배치된 철근조립체의 끝부분을 헌치(15)(21)에 매입하는 것에 의해 스트럿(30)을 PSC 거더(10)와 바닥판(20)에 연결할 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 PSC 합성거더교는 콘크리트 바닥판(20)이 PSC 거더(10)와 콘크리트 충전 섬유강화플라스틱관 스트럿(30)에 의해 지지되는 단면 형상을 갖는 것으로서 PSC 거더(10)의 바깥쪽으로 내민 콘크리트 바닥판(20) 부분이 스트럿(30)에 의해 지지됨으로써 콘크리트 바닥판(20)의 폭을 증가시킬 수 있고 이에 따라 거더 사이의 간격이 늘어나고 거더의 개수는 감소될 수 있다.

아래에서는 스트럿(30)의 구성과 스트럿(30)과 PSC 거더(10) 및 콘크리트 바닥판(20)의 접합 구조를 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 충전 섬유강화플라스틱관 스트럿을 나타낸 것으로, (가)는 사시도이고, (나)는 횡단면도이다.

도 3을 참조하면, 콘크리트 충전 섬유강화플라스틱관 스트럿(30)은 섬유강화플라스틱관(31), 섬유강화플라스틱관(31)의 내부에 배치되고 관의 내부 둘레면을 따라 일정한 간격을 두고 배치된 다수 개의 종방향 철근(321)과 종방향 철근(321)을 연결하는 나선철근(322)으로 구성되는 원통형 철근조립체(32), 섬유강화플라스틱관(31)의 내부에 충전되는 콘크리트(33)를 포함한다.

섬유강화플라스틱관(31)은 기지재료(Matrix)와 강화섬유의 복합재료로 제조된 속이 빈 관으로서 단면 형상은 도시된 원형에 한정되지 않으며 사각형, 육각형 등 다각형으로 형성될 수도 있다. 기지재료는 섬유 사이의 응력을 전달하고 좋지 않은 환경으로부터 섬유를 보호하며 기계적인 마모로부터 섬유를 보호하는 역할을 하는 것으로서 에폭시, 폴리에스테르, 비닐에스테르, 페놀, 폴리이미드 등의 열경화성 고분자 수지 또는 나일론, 열가소성 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리아마이드-이마이드 등의 열가소성 고분자 수지 등이 사용될 수 있다. 강화섬유는 복합재료에서 가장 중요한 요소이고 일반적으로 복합재로 부피 중 가장 많은 부분을 차지하며 또한 가장 많은 하중을 전달하는 것으로서 유리섬유, 탄소섬유, 케블라섬유, 보론섬유 등이 사용될 수 있다. 제조방법은 펄트루젼, 필라멘트 와인딩 등 복합재료의 성형 방법 중 단면의 형상, 섬유의 배치방향 등을 고려하여 임의로 선택할 수 있다. 섬유강화플라스틱관(31)을 사용함에 따라 섬유강화 복합재료 자체의 특성에 기인하는 높은 비강성 및 비강도 등의 장점 이외에 외관이 미려하고 강재를 적용하는 것과 대비해 별도의 방청작업이 불요하다는 장점을 갖는다.

원통형 철근조립체(32)는 원주방향으로 일정한 간격을 두고 배치된 다수 개의 종방향 철근(321)과 종방향 철근(321)는 감싸는 나선철근(322)으로 구성된다. 종방향 철근(321)은 압축을 받은 기둥의 주근과 같이 압축력에 대한 저항성능을 높이는 역할을 하고 나선철근(322)는 기둥의 대근과 같이 전단에 의한 균열 및 종방향 철근의 좌굴을 방지하는 기능을 한다. 원통형 철근조립체(32)의 양쪽 끝단은 섬유강화플라스틱관(31)의 바깥쪽으로 더 돌출되어 노출되도록 배치될 수 있고 노출된 원통형 철근조립체(32)의 끝부분은 헌치(15)(21)에 매입된다.

섬유강화플라스틱관(31)의 내부에는 콘크리트(33)가 채워지고 콘크리트(33)는 원통형 철근조립체(32)에 의해 보강되며 콘크리트(33)와 섬유강화플라스틱관(31)의 부착력에 의해 이들이 일체로 합성됨으로써 스트럿(30)은 큰 압축력에 저항하는 효율적인 단면을 구성하게 된다.

이렇게 구성된 콘크리트 충전 섬유강화플라스틱관 스트럿(30)은 바닥판(20)과 PSC 거더(10)를 연결하여 바닥판(20)에 작용하는 하중을 PSC 거더(10)로 전달한다.

도 4는 콘크리트 충전 섬유강화플라스틱관 스트럿과 바닥판과의 접합부(도 1의 (나)의 "A"부분의 확대단면도) 및 PSC 거더와의 접합부(도 1의 (나)의 "B"부분의 확대단면도)를 나타낸 것이다.

(가)에서 보듯이 콘크리트 바닥판의 하면에는 스트럿(30)의 상단이 연결되는 상부 헌치(21)가 형성된다. 상부 헌치(21)는 콘크리트로 형성되며 필요에 따라 철근이 배근될 수 있고 원통형 철근조립체(32)의 노출된 끝부분이 정착될 수 있는 높이를 가지며 하면은 스트럿(30)과 수직한 면을 이룬다. 상부 헌치(21)는 도 1의 (가)에 나타낸 것처럼 콘크리트 바닥판(20)의 길이방향을 따라 하면 2열로 연속적으로 형성될 수 있다. 대아으로, 스트럿(30)의 개수에 대응되는 개수로 콘크리트 바닥판(20)의 길이방향을 따라 하면에 2열로 불연속적으로 형성될 수 있다.

(나)에서 보듯이 PSC 거더(10)의 하부 양측면(하부 플랜지 13의 양측면)에는 스트럿(30)의 하단이 연결되는 하부 헌치(15)가 형성된다. 하부 헌치(15)는 콘크리트로 형성되며 필요에 따라 철근이 배근될 수 있고 원통형 철근조립체(32)의 노출된 끝부분이 정착될 수 있는 높이를 가지며 상면은 스트럿(30)과 수직한 면을 이룬다. 하부 헌치(15)는 도 1의 (가)에 나타낸 것처럼 스트럿(30)의 개수에 대응되는 개수로 PSC 거더(10)의 길이방향을 따라 하부 양측면에 불연속적으로 형성될 수 있다. 대안으로 하부 헌치(15)는 PSC 거더(10)의 길이방향을 따라 하부 양측면에 연속적으로 형성될 수 있다

이렇게 스트럿(30)은 상부 헌치(21)와 하부 헌치(15)를 통해 각각 바닥판(20)과 PSC 거더(10)에 일체로 연결하며 PSC 거더(10)로부터 내민 바닥판(20) 부분을 지지한다.

아래에서는 본 발명에 따른 PSC 합성거더교의 가설방법을 설명한다.

도 1 내지 4를 참조하면, PSC 거더를 가설장소에 운반하여 교각(미도시) 위에 거치시키고 PSC 거더의 하부 양측면에 하부 헌치를 형성하기 위한 거푸집을 대고 상부에 바닥판을 형성하기 위한 거푸집을 댄 후 바닥판 철근 배근, 헌치 철근 배근 및 스트럿 형성을 위한 원통형 철근조립체가 내부에 설치된 섬유강화플라스틱관을 배치한 다음 바닥판 콘크리트, 헌치 콘크리트 및 섬유강화플라스틱관 내부 충전 콘크리트를 동시에 타설한다. 바닥판과의 합성 및 헌치와의 합성을 위해 PSC 거더의 제조시 미리 철근을 노출시켜 둘 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 PSC 합성거더교를 이용할 경우 거더 사이의 간격이 넓게 할 수 있어 동일한 폭의 교량을 가설하는데 필요한 거더의 개수를 줄일 수 있어 종래 PSC 합성거더교에 비해 훨씬 경제적이며 거더의 수가 줄어듬에 따라 투명성을 확보할 수 있어 교량의 미관을 향상시킬 수 있다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으면 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10: PSC 거더
15: 하부 헌치
20: 바닥판
21: 상부 헌치
30: 스트럿
31: 섬유강화플라스틱관
32: 원통형 철근조립체
33: 콘크리트

Claims (4)

1. PSC 거더(10);
   PSC 거더(10)의 상부에 수직하게 일체로 합성되고 폭이 더 큰 콘크리트 바닥판(20); 및
   PSC 거더(10)의 길이방향을 따라 일정한 간격으로 배치되고 PSC 거더(10)의 하부 양측면에서 위로 경사지게 설치되어 콘크리트 바닥판(20)을 지지하는 다수 개의 스트럿(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 PSC 합성거더교.
2. 청구항 1에 있어서,
   스트럿(30)은,
   섬유강화플라스틱관(31);
   섬유강화플라스틱관(31)의 내부에 배치되고 관의 내부 둘레면을 따라 일정한 간격을 두고 배치된 다수 개의 종방향 철근(321)과 종방향 철근(321)을 연결하는 나선철근(322)으로 구성되는 원통형 철근조립체(32); 및
   섬유강화플라스틱관(31)의 내부에 충전되는 콘크리트(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSC 합성거더교.
3. 청구항 2에 있어서,
   PSC 거더(10)의 하부 양측면에는 스트럿(30)의 하단이 연결되는 하부 헌치(15)가 형성되고,
   콘크리트 바닥판(20)의 하면에는 스트럿(30)의 상단이 연결되는 상부 헌치(21)가 형성되며,
   원통형 철근조립체(32)가 섬유강화플라스틱관(31)의 끝단에서 연장되어 노출된 양쪽 끝부분이 각각 하부 헌치(15)와 상부 헌치(21)에 매입되는 것을 특징으로 하는 PSC 합성거더교.
4. 청구항 3에 있어서,
   하부 헌치는 교축방향을 따라 다수 개가 일정한 간격을 갖고 불연속적으로 형성되고 상부 헌치는 교축방향을 따라 2열로 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 PSC 합성거더교.

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