KR20120034507A - 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔 및 이를 이용한 교량시공방법 - Google Patents

Abstract

PC 강연선과 같은 긴장재를 사용하지 않고 제작된 합성빔으로써 양 단부는 철근콘크리트 단부로 형성되도록 하고, 상기 양 철근콘크리트 단부 사이에는 중공박스부 또는 I형강인 강재부와 철근콘크리트 상부와 같은 합성부로 형성되도록 하여 전체적으로 중량이 작아 운반 및 설치의 용이성과 제작이 용이하면서도 경제성을 확보할 수 있으면서도 곡선 형태의 빔에 적용이 용이한 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔 및 이를 이용한 교량시공방법이 제시된다.

Description

긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔 및 이를 이용한 교량시공방법{REINFORCED CONCRETE BEAM NOT USING TENDON AND BRIDGE CONSTRUCTION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔 및 이를 이용한 교량시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 PC 강연선과 같은 긴장재를 사용하지 않고 제작된 합성빔으로써 양 단부는 철근콘크리트 단부로 형성되도록 하고, 상기 양 철근콘크리트 단부 사이에는 중공박스부 또는 I형강을 포함하는 강재부와 철근콘크리트 상부에 의한 합성부로 형성되도록 하여 전체적으로 중량이 작아 운반 및 설치의 용이성과 제작이 용이하면서도 경제성을 확보할 수 있으면서도 특히 곡선 형태의 빔에 적용이 용이한 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔 및 이를 이용한 교량시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 교량이라 함은 하천,해협, 만, 운하, 저지 또는 다른 교통로나 구축물 위를 건널 수 있도록 만든 구조물로서, 그 구조형식에 따라서 거더교, 트러스트교, 아치교, 현수교, 라멘교 등이 있다.

특허 거더교(Girder Bridge)(1)는 거더(10a)(10b)를 이용하여 시공되는 교량으로써 도 1과 같이, 교각(20, 교량하부구조)의 상부면에 거치된 I형 단면의 거더(10a)(10b)에 의해서 그 상부의 바닥판(30)을 지지하는 구조로 시공되다.

즉, 교량 제작시 교각(20)과 교각(20) 사이를 다수의 거더(10a)(10b)를 거치한 후에 거더(10a)(10b)의 상부면에 슬래브용 콘크리트가 타설됨으로써 거더(10a)(10b)의 상부면에 슬래부(30)가 일체로 형성되는 구조이다.

그리고 이와 같은 거더교는 교각(20) 상에 올려진 다수의 거더(10a)(10b)들에 직교하는 방향으로 다수의 가로보(40)들이 설치되어 다수의 거더들을 구조적으로 횡방향 연결시키게 되는데 이를 위하여 거더(10a)(10b)들은 가로보(40)들을 설치하기 위하여 종방향을 기준으로 중간 중간에 보강 리브(50)들이 형성되어 거더(10a)(10b)들을 교각(20)에 거치하고 상기 보강리브(50) 사이에 가로보(40)를 설치하는 방식으로 시공된다.

최근 나날이 늘어나는 교통수요의 증가로 새로운 도로망의 신설이 필요하며, 제한된 공기와 여러 가지 시공여건을 고려하여, 다양한 구조물에서 프리캐스트(Precast)화가 요구되고 있다.

특히 도 1과 같은 교량에서의 프리캐스트화는 재료비가 상대적으로 저렴한 콘크리트에 프리스트레스를 도입하여 콘크리트의 재료적 취약점인 인장응력을 상쇄시켜 장경간화를 도모하는 방법(IPC 거더, E-빔 등)과 강재 거더에 프리플렉션을 도입한 후 단면 하연부의 콘크리트에 작용하는 압축응력을 상쇄시키는 방법(RPF, 프리컴 등)으로 크게 구분할 수 있다

그러나, 이상과 같은 기존의 프리캐스트 거더는 프리스트레스 프리플렉션 도입이 필요한 구조적 특성상 곡선화가 어려워 대부분 직선의 거더형태로 제작되어 적용하고 있는 것이 현실이다.

즉, 종래 교량용 프리캐스트 거더들은 장경간 교량 시공을 위하여 부족한 휨 강성 확보를 위하여 PC 강연선과 같은 긴장재를 사용하게 되는데 이러한 긴장재는 유연성을 기초로 상하 포물선 형태로 배치하는 것에는 큰 문제는 없지만 곡선의 거더형태에 있어서는 긴장재를 곡선으로 배치할 경우 프리스트레스 효율성이 떨어질 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.

이에 긴장재에 의한 종방향 프리스트레스가 도입되도록 제작되는 종래 교량용 프리캐스트 거더들은 곡선형 교량에서의 적용성이 제한되어 있어, 대부분의 곡선형 교량에서 거더는 강재만으로 제작된 강재거더를 설치한 후 바닥판과 강재거더를 합성시키는 강합성 거더교 형식이 주로 이용되고 있다.

하지만 곡선형 교량에서의 강재거더(스틸박스 등)의 적용은 공사비 증가요인으로 작용하며 교량미관 또는 내구성 확보등을 위해 운영시 재도장등의 유지관리 증액요인이 발생할 수 밖에 없다는 문제점이 있었다.

또한 상기 프리캐스트 거더들은 긴장재의 설치, 정착 등의 일련의 공정에 있어 발생되는 정착구 배치공간의 협소에 의한 거더 제작상의 어려움 및 시간경과에 따른 긴장재에 의하여 도입된 프리스트레스 손실과 이를 유지 보수하기 위한 비용등을 고려할 때 생애주기에 따른 경제적비용이 크게 요구되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 예컨대 강재와 콘크리트에 의한 강합성빔과 같은 합성빔에 있어서 제작에 있어 소요되는 강재량의 절감이 가능하고 직선뿐만 아니라 다양한 곡선반경에서도 용이하게 적용 가능하도록 하되 PC 강연선과 같은 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔 및 이를 이용한 교량시공방법 제공을 그 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

이에 본 발명은

양 철근콘크리트 단부; 및 상기 양 철근콘크리트 단부 사이에 형성된 합성부;를 포함하여 형성되는 합성빔으로써, 상기 합성부는 중립축을 기준으로 인장응력이 발생하는 하부는 중공박스부 또는 I형강을 포함하는 강재부로 형성시키고, 압축응력이 발생하는 상부는 철근콘크리트 상부로 형성되도록 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 제공한다.

즉, 본 발명은 빔 전체 종방향에 걸쳐 PC 강연선을 포함한 긴장재(또는 텐던)를 사용하지 않음에도 휨 강성 확보가 가능하여 필요한 종방향 연장길이를 충분히 확보할 수 있으면서도 자중이 크지 않도록 할 수 있어 합성빔의 운반 및 설치가 용이하고 경제적으로 제작할 수 있는 합성빔(합성거더)을 제공하기 위한 것이라 할 수 있다.

이를 위하여 본 발명에 의한 합성빔의 양 단부는 철근콘크리트 단부로 형성시키고, 양 단부 사이에는 합성부로 형성시키되 합성빔의 중립축을 기준으로 상기 합성부의 상부는 철근콘크리트 상부로 형성시키고, 합성부의 하부는 중공박스부 또는 I형강을 포함하는 강재부로 형성시키게 된다.

이때 상기 중공박스부 또는 I형강을 포함하는 강재부는 바람직하게는 강재 중공박스체로 형성시켜 인장응력에 취약한 철근콘크리트를 보완하도록 하면서, 박스체로 형성되도록 하기 때문에 좌굴 또는 뒤틀림에 저항하기 용이하게 되고 내부가 중공부로 형성되므로 자중이 크지 않아 제작, 운반 및 설치가 용이하게 됨을 알 수 있다.

나아가 상기 강재부는 합성빔의 인장영역(인장응력이 발생하는 하부)에 배치되므로 압축에 의한 좌굴등에 취약한 단점도 극복할 수 있게 된다.

또한 바람직하게는 상기 양 철근콘크리트 단부와 합성부는 강재부로부터 양 철근콘크리트 단부쪽으로 연장 설치된 스터드에 의하여 서로 합성되도록 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 제공한다.

즉, 본 발명에 의한 합성빔은 철근콘크리트 단부 사이에 강재부가 형성된 합성부가 존재하여 이들을 서로 합성시키기 위하여 스터드를 이용하게 되는데 이러한 스터드는 강재부 표면에 형성시키기 용이하고 상기 스터드의 기능 및 작용은 이미 효과가 충분히 검증되어 있으므로 이를 사용함으로써 부재간의 합성성능을 간단하게 확보할 수 있도록 한 것이다. 이는 결국 본 발명의 제작상의 경제성과 용이성을 확보할 수 있게 해주게 된다.

또한 바람직하게는 상기 양 철근콘크리트 단부와 합성부는 강재부의 내측면으로부터 양 철근콘크리트 단부쪽으로 연장 설치되며 상기 연장단부에 정착판이 형성된 된 강봉을 포함한 압착연결재에 의하여 양 철근콘크리트 단부와 합성부가 서로 압착되도록 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 제공한다.

이러한 압착연결재는 스터드를 보완하여 양 철근콘크리트 단부와 합성부의 합성성능을 증진시키기 위함이다.

또한 바람직하게는 상기 양 철근콘크리트 단부는 상부플랜지; 및 상기 상부플랜지 하부로 연장된 철근콘크리트 박스부를 포함하여 구성되도록 하고, 상기 상부플랜지는 철근콘크리트 박스부의 폭보다 더 크게 형성되도록 하되 상기 상부플랜지의 폭은 교량하부구조물에 설치된 인접한 합성빔의 상부플랜지와 인접할 수 있도록 횡방향으로 확장된 상부플랜지로써 형성될 수 있도록 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 제공한다.

이에 본 발명에 의한 합성빔은 양 단부가 횡단면으로 T형 단면으로 형성되도록 함으로써 거치시 전도방지의 효과를 가질 수 있도록 하였고, 이러한 양 단부는 교량하부구조 상면에 지지되는 부분으로써 지점부에 발생하는 응력을 용이하게 저항할 수 있도록 함을 알 수 있다.

또한 바람직하게는 상기 합성부의 철근콘크리트 상부는 양 철근콘크리트 단부의 상부플랜지와 일체로 형성된 철근콘크리트 상부플랜지로 형성되도록 하고, 상기 합성부의 강재부 양 단부는 양 철근콘크리트 단부의 철근콘크리트 박스부와 스터드에 의하여 일체로 합성되고 상기 합성부의 강재부 상부는 상기 철근콘크리트 상부플랜지와 스터드에 의하여 일체로 합성되도록 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 제공한다.

결국, 본 발명은 합성부에 있어서도 상부인 철근콘크리트 상부플랜지와 하부인 중공박스부 또는 I형강을 포함하는 강재부가 서로 스터드에 의하여 서로 합성되도록 형성시킬 수 있으며, 이는 결국 강재부의 합성성능을 간단하게 확보할 수 있도록 할 수 있다.

또한 바람직하게는 상기 양 철근콘크리트 단부; 및 합성부는 종방향으로 직선으로 연장되도록 하거나 횡방향으로 휘어진 곡선으로 연장되도록 형성시키고, 상기 합성부 내부면에는 종방향 리브를 포함하는 내부곡선보강재가 형성되도록 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 제공한다.

즉, 본 발명에 의한 합성빔의 중앙부위(양 단부 사이)를 합성부로써 강재부로 형성되어 있음을 알 수 있는데 이러한 강재부는 강재와 같은 재질로 제작되어 굴곡된 형태로 제작하기 용이하므로 이를 이용할 경우 곡선의 거더로 이용함에 매우 유리하다.

또한 강재부 내부는 중공이므로 스티프너 또는 리브와 같은 내부곡선보강재를 사용할 경우 강재부의 이용범위를 안전하게 확보할 수 있도록 함을 알 수 있다.

또한 바람직하게는 교대를 포함하는 교량하부구조를 설치하고,

상기 교량하부구조 사이에 종방향으로 양 철근콘크리트 단부; 및 상기 양 철근콘크리트 단부 사이에 형성된 합성부;를 포함하여 형성되는 합성빔으로써, 상기 합성부는 합성빔의 중립축을 기준으로, 인장응력이 발생하는 하부는 중공박스부 또는 I형강을 포함하는 강재부로 형성시키고, 압축응력이 발생하는 상부는 철근콘크리트부로 형성된 철근콘크리트 합성빔을 설치하는 단계;를 포함하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 이용한 교량시공방법을 제공한다.

즉, 본 발명의 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 이용하여 단경간 및 다경간 교량을 시공하는 방법을 제시하게 된다.

첫째, 본 발명에 의한 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 이용한 교량은 그 자중이 크지 않으므로 교량의 상부하중 감소가 가능한 교량용 프리캐스트 거더를 제공함으로써 교량하부구조의 규모(기초 등 포함)가 감소되어 경제성을 증진시킬 수 있음을 알 수 있다.

둘째, 본 발명에 의한 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔은 강재와 콘크리트로 이루어진 강합성 거더로 제작할 경우 평면선형이 곡선화 되어 있는 곳에서도 제작이 용이하여 종래 프리캐스트 거더의 사용상 제약조건이 해소된다.

즉, 종래 프리캐스트 거더는 곡선의 거더를 제작하기 위하여 거더용 강재거푸집을 이에 맞추어 곡선형태로 제작해야 하는 부담이 있지만 본 발명에 의한 합성빔은 특히 합성부의 상부만 강재거푸집을 이용하여 나머지 하부는 강재부를 그대로 이용하면 되므로 곡선형태로 제작하기 용이할 뿐만 아니라 경제성도 충분히 확보할 수 있어 곡선 형태의 빔 제작에 매우 유리하게 된다.

셋째, 본 발명에 의한 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔은 경량화된 빔으로 제작될 수 있으므로 종래 철근콘크리트 거더와 대비하여 운반 및 설치 장비의 용량감소가 가능하므로 공사에 있어 시공성, 경제성 이 획기적으로 증진된다.

넷째, 본 발명에 의한 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔은 예컨대 강재와 콘크리트만의 단순한 구조적 거동으로 프리스트레스트 거더교에서와 같은 응력의 복잡성이나 도입된 프리스트레스 손실이 없어 그 전 생애주기에 걸친 유지관리비용을 획기적으로 감소시킬 수 있게 된다.

다섯째, 본 발명에 의한 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔은 곡선형 구간에서 있어서 합성부의 하부만을 강재로 제작할 경우 종래 강박스 거더로 제작하는 경우와 대비하여 소요 강재량 감소로 기존 공법(강합성 거더교 형식, SCP 거더등)에 비해 초기공사비 및 유지관리비가 저렴해지는 장점이 있다.

여섯째, 본 발명에 의한 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔의 인장영역(합성빔의 중립축 하부)에 박스체인 강재를 배치함에 있어서 강재의 취약점인 압축에 의한 좌굴현상이 발생치 않으므로 강재의 두께 증가에 의한 허용응력 감소가 없는 등 재료 효율성을 극대화 할 수 있게 된다.

즉, 종래 강박스 거더는 중립축을 기준으로 압축영역에도 강박스로 형성되므로 압축에 의한 좌굴에 불리하였지만 본 발명은 인장영역에 강박스를 형성시키고 있어 이러한 문제가 발생하지 않게 된다.

일곱째, 본 발명에 의한 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔은 예컨대 강재를 거더의 인장구역에 배치하여 좌굴방지를 위한 보강재 배치가 불필요 하고, 이로 인해 강재거더의 제작성을 단순화하여 제작비가 절감되는 장점이 있게 된다. 즉 본 발명에 의한 합성빔의 강재부는 인장영역에 형성되어 있으므로 달리 좌굴방지를 위한 리브 등의 내부곡선보강재를 사용할 필요가 없게된다. 단지 이는 곡선의 합성빔에 사용되는 내부곡선보강재의 필요와는 별개라 할 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래 거더교의 사시도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 합성빔의 조립 사시도 및 횡단면도들,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 합성빔의 실시예들에 대한 사시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 합성빔의 다른 실시예들에 대한 사시도,
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명에 의한 합성빔을 이용한 단경간 교량시공 순서도,
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명에 의한 합성빔을 이용한 다경간 교량시공 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

[본 발명에 의한 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔(100)]

본 발명에 의한 합성빔은 교량용 거더에 이용되는 경우를 기준으로 설명하기로 하지만 건축용 들보 등 빔으로 이용될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 합성빔은 크게 철근콘크리트와 강재를 이용한 강합성빔으로 제작되는 것을 기준으로 살펴보기로 한다. 이때, 상기 강재는 최근 그 중량 등에 의한 문제로 FRP와 같은 재질로 대체될 수 있으며 가장 바람직하게는 강합성빔으로 제작되지만 강재만을 철근콘크리트와 합성시켜 제작할 수 있는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 가장 바람직한 실시예는 교량용 거더로써 강재와 철근콘크리트를 이용한 강합성빔을 전제로 한다.

위와 같은 본 발명에 의한 합성빔(100)은 도 2a와 같이 크게 양 철근콘크리트 단부(110) 및 합성부(120)로 구성되며, 종래 PSC 빔(Pre-stressed Concrete Beam)과 달리 내부에 종방향으로 PC 강연선과 같은 긴장재가 배치하지 않게 되어 프리스트레스 도입에 의한 제반 문제점 자체가 발생되지 않도록 하게 된다.

먼저 상기 양 철근콘크리트 단부(110)는 그 명칭과 같이 철근콘크리트로 형성되는데 이는 철근과 콘크리트를 서로 일체화시킨 것임을 의미하며 통상 이를 R.C 콘크리트(Reinfoced Concrete)부라 지칭할 수 있다.

이러한 양 철근콘크리 단부(110)는 상부플랜지(111); 및 상기 상부플랜지 하부로 연장된 철근콘크리트 박스부(112)로 크게 형성되어 전체적으로 횡단면 형태가 "T"형 단면으로 형성되도록 함을 알 수 있다.

이에 본 발명에 의한 합성빔(100)은 양 단부가 T형 단면의 구체(사각박스체)형태로 형성되도록 함으로써 철근콘크리트 박스부(112)의 저면이 교량하부구조인 교대, 교각과 같은 교량하부구조(200)와 접하는 부위가 넓어 종래 I형 단면으로 형성시킨 거더와 대비하여 전도의 위험성이 매우 낮음을 알 수 있으며, 이러한 T형 단면의 구체(사각박스체)형태는 결국 교량하부구조 상면에 지지되는 지점부에 배치되어 지점부에 발생하는 큰 작용 응력을 용이하게 저항할 수 있게 됨을 알 수 있다.

또한 상기 상부플랜지(111)는 철근콘크리트 박스부(112)의 횡방향 폭보다 더 크게 형성되도록 하되 상기 상부플랜지의 폭(D1)은 교량하부구조물에 설치된 인접한 합성빔의 상부플랜지와 인접할 수 있도록 횡방향으로 확장된 상부플랜지로써 형성시킬 수 있다.

이는 상기 상부플랜지(111)를 교량의 슬래브 전부 또는 일부로 사용할 수 있도록 하기 위함이라 할 수 있다.

다음으로 상기 합성부(120)는 앞서 살펴본 양 철근콘크리트 단부(110) 사이에 형성되는데, 양 철근콘크리트 단부(110)가 동일한 단면 형태 및 재질로 형성되어 있는 반면 상기 합성부(120)는 예컨대 강재와 철근콘크리트와 같이 이질적인 부재가 서로 합성되어 일체화된 합성부(Composite with Steel and Concrete)라 할 수 있다.

이러한 합성부(120)는 크게 철근콘크리트 상부(121) 및 중공박스부 또는 I형강을 포함하는 강재부(122)로 구성되는데 특히 도 2a 및 도 2b에서는 중공박스부인 강재부(122)가 도시되어 있으며, 도 3a 및 도 3b에는 I형강인 강재부(122)가 도시되어 있다.

먼저 도 2a 및 도 2b와 같이 상기 철근콘크리트 상부(121)와 중공박스부인 강재부(122)의 경계는 합성빔(100)에 있어 중립축을 기준으로 정해지게 되는데 상기 중공박스부인 강재부(122)는 합성빔에 있어 중립축 하부와 같이 인장응력이 발생하는 인장영역에 배치되도록 하게 되며, 상기 철근콘크리트 상부(121)는 중립축 상부와 같이 압축응력이 발생하는 압축영역에 배치되도록 하게 된다.

이러한 배치방법은 재료의 효율적인 이용에 의한 것이다. 즉 압축영역에서는 철근콘크리트가 가장 경제적이면서도 하중저항성능을 충분히 확보할 수 있다. 이에 본 발명은 합성빔에 있어 중립축 상부에 철근콘크리트 상부(121)가 배치되도록 하게 된다.

또한 인장영역에서는 철근콘크리트가 매우 취약하므로 강재를 배치하게 되는데 이러한 중공박스부인 강재부(122)를 본 발명은 중립축 하부에 배치되도록 하게 된다.

나아가 중공박스부인 강재부(122)는 압축영역에 전혀 배치되지 않아 압축에 의한 좌굴 등에 취약한 강재의 단점을 회필 할 수 있어 이러한 이유로 본 발명은 합성빔의 재질적 특성을 충분히 확보할 수 있도록 한 것임을 알 수 있다.

이와 같은 철근콘크리트 상부(121) 및 중공박스부인 강재부(122)로 이루어진 합성부(120)는 서로 일체화시켜야 작용하중에 대하여 일체로 작용하게 되는데 이를 위해 사용하는 것이 스터드(130)이다.

먼저, 상기 합성부(120)에 있어 철근콘크리트 상부(121) 및 중공박스부인 강재부(122)도 스터드(130)에 의하여 서로 합성되는데 이러한 스터드(130)는 일종의 전단연결재로 사용되는 것으로써 예컨대 볼트머리부와 수직봉 형태의 기둥부로 형성된 것을 이용하게 되며, 상기 중공박스부인 강재부(122) 표면에 다수가 이격되도록 설치되어 철근콘크리트 상부(121)와 중공박스부인 강재부(122)가 서로 일체화 되도록 하게 된다.

다음으로 양 철근콘크리트 단부와 합성부(120)도 역시 스터드(130)에 의하여 서로 합성시키게 된다. 상기 양 철근콘크리트 단부(110)와 합성부(120)는 중공박스부인 강재부(122) 표면으로부터 양 철근콘크리트 단부(110)쪽으로 연장 설치된 상기 스터드(130)에 의하여 서로 합성시키게 된다.

이에 본 발명의 상기 중공박스부인 강재부(122)는 강박스체로 형성되도록 하되, 양 단부면이 폐쇄된 형태로 제작되도록 함을 알 수 있으며 이를 본 발명에서는 단부마감판(123)이라 하기로 한다.

이에 상기 중공박스부인 강재부(122)의 단부마감판과 상면에는 다수의 스터드(130)가 형성되어 있음을 알 수 있다.

실제 본 발명의 합성빔(100)은 강재거푸집을 이용하여 제작하게 되는데 먼저 상기 중공박스부인 강재부(122)를 제외한 부위의 형태에 맞추어 강재거푸집을 제작하고, 상기 강재거푸집 하부에 중공박스부인 강재부(122)를 배치한 후, 강재거푸집 내부에 철근조립체를 배치하고, 콘크리트를 타설하여 최종 합성빔을 제작할 수 있게 된다.

즉, 상기 중공박스부인 강재부(122)가 차지하는 만큼 콘크리트 충진이 배제되므로 전체 자중을 줄일 수 있게 되고, 상기 중공박스부인 강재부(122) 자체도 속이 비워져 있으므로 본 발명의 합성빔은 자중이 매우 작게 형성될 수 있음을 알 수 있다.

또한 합성부(120)의 중공박스부인 강재부(122)를 제외한 철근콘크리트 상부(121)는 양 철근콘크리트 단부(110)의 상부플랜지(111)와 일체로 형성될 수 있도록 철근콘크리트 상부플랜지 형태로 형성시키고 있음을 알 수 있다.

이에 도 2b와 같이, 본 발명에 의한 합성빔(100)의 횡단면도를 살펴보면,

합성부(120)의 횡단면도 A-A, B-B에 의하면 전체 횡단면이 “T"형 단면으로 형성되도록 하되 상부는 철근콘크리트 상부플랜지로 형성시키고 하부는 중공박스부인 강재부(122)로 형성시키고 있음을 알 수 있으며 중공박스부인 강재부(122) 내측면에 종방향으로 연장된 종방향 내부곡선보강재(140)가 상단 내측면 및 하단 내측면에 각각 형성되어 있음을 알 수 있으며,

양 철근콘크리트 단부(110)의 횡단면도 C-C에 의하면 전체 횡단면이 “T"형 단면으로 형성되도록 하되 철근콘크리트만으로 형성시키고 있음을 알 수 있다.

또한 본 발명에 의한 합성빔(100)의 다른 실시예에 의하면 도 3a 및 도 3b와 같이 특히 합성부(120)에 있어 강재부(122)가 특히 I형강인 강재부(122)로 형성되어 있음을 알 수 있다.

역시 상기 I형강인 강재부(122)는 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지로 구성되어 자중이 크지 않고 양 단부에는 단부마감판(123)이 형성되어 있어 스터드(130)과 압착연결재(150)이 형성되어 있음을 알 수 있으며 상기 상부플랜지 상면에도 스터드(130)가 형성되어 있어 철근콘크리트 상부(121)와 I형강인 강재부(122)가 서로 합성되도록 함을 알 수 있다.

기타 다른 구성(스터드, 압착연결재 등)은 중공박스부인 강재부(122)와 동일한 기능과 작용을 가지게 된다.

이러한 본 발명의 합성빔(100)은 크게 2가지 타입으로 제작할 수 있는데 중공박스부인 강재부(122)를 기준으로 살펴보면,

첫째는 도 4a와 같이 종방향으로 연장된 직선 타입이다. 즉 합성빔(100)을 종방향을 따라 높이 변화가 없으면서 직선으로 연장되도록 제작할 수 있으며,

둘째는 도 4b와 같이 횡방향으로 휘어진 곡선으로 연장된 곡선 타입이다. 즉 합성빔(100)을 종방향을 따라 높이 변화가 없으면서 횡방향으로 굴곡하여 휘어지는 형태의 곡선으로 연장되도록 제작할 수 있음을 알 수 있는데 이러한 경우 곡선 타입으로써 발생하는 좌굴등에 충분히 저항할 수 있도록 예컨대 종방향 내부곡선보강재(140)를 더 설치할 수 있을 것이다.

상기 내부곡선보강재(140)는 일종의 스티프너와 유사한 기능을 가지게 되므로 그 설치량 및 배치는 곡선의 곡률 등을 고려하여 결정할 수 있을 것이다.

[본 발명의 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔(100)을 이용한 교량시공방법]

이러한 교량시공방법은 단경간 교량시공방법에 의한 실시예 1과 다경간 교량시공방법에 의한 실시예 2로 구분하여 설명하다.

[실시예1: 단경간 교량시공방법]

상기 단경간 교량시공방법은 교량용 거더로써 앞서 살펴본 발명의 합성빔(100)을 사용하되 교량하부구조(200)인 교대(210)와 교대(210) 사이에 상기 합성빔(100)을 횡방향으로 다수 이격 거치시키고 슬래브(300)를 형성시키는 교량시공방법이라 할 수 있다.

이에 먼저, 도 5a와 같이 교량하부구조(200)인 교대(210)와 교대(210)를 서로 마주보도록 시공하게 된다.

이러한 교대들 상면에는 교량받침을 설치하여 교량받침 상면에 본 발명의 합성빔(100)의 저면이 지지되도록 거치시키게 된다.

이러한 합성빔(100)은 앞서 살펴본 것과 같이 양 철근콘크리트 단부(110); 및 상기 양 철근콘크리트 단부 사이에 형성된 합성부(120);를 포함하여 형성되는 합성빔으로써, 상기 합성부는 중립축을 기준으로 인장응력이 발생하는 하부는 중공박스부인 강재부(122)로 형성시키고, 압축응력이 발생하는 상부는 철근콘크리트 상부(121)로 형성된 것임을 알 수 있다.

상기 합성빔(100)은 도 5b와 같이 공장 등에서 미리 제작된 프리캐스트 거더로써 현장에 반입하여 기중기를 포함하는 양중장치로 교대(210) 사이에 교량받침 상면에 지지되도록 거치시키게 된다.

이때, 본 발명의 합성빔(100)은 교대 사이에 횡방향으로 교량폭에 따라 다수가 이격되어 설치되는데, 합성빔의 양 철근콘크리트 단부(110)는 전체적으로 “T"형 단면 형태로 상부플랜지(111); 및 상기 상부플랜지 하부로 연장된 철근콘크리트 박스부(112)로 구성되어 전도방지가 가능한 구체형태로 형성되어 있어 달리 통상의 전도방지장치가 필요없어 시공성이 매우 증진됨을 알 수 있다.

다음으로는 합성빔(100)들을 횡방향으로 구속시켜 주기 위한 가로보(230)를 합성빔 복부 사이에 설치하게 된다.

다음으로는 도 5c와 같이 최종 합성빔(100) 상부에 슬래브(300)를 시공하여 최종 단경간 교량 시공을 완성시키게 된다.

[실시예2: 다경간 교량시공방법]

상기 다경간 교량시공방법은 교량용 거더로써 앞서 살펴본 발명의 합성빔(100)을 사용하되 교량하부구조(200)인 교대(210)와 교각(220) 사이에 상기 합성빔(100)을 횡방향으로 다수 이격 거치시키고 슬래브(300)를 형성시키는 교량시공방법이라 할 수 있다.

이때 합성빔(100)은 교각(220)에 인접한 합성빔(100)이 서로 연속화되도록 하는 단계가 추가된다.

이에 먼저, 도 6a와 같이 교량하부구조(200)인 교대(210)와 교대(210)와 교대(210) 사이에 교각(220)을 시공하게 된다.

이러한 교대와 교각들 상면에는 교량받침을 설치하여 교량받침 상면에 본 발명의 합성빔(100)의 저면이 지지되도록 거치시키게 된다.

이러한 합성빔(100)은 역시 앞서 살펴본 것과 같이 양 철근콘크리트 단부(110); 및 상기 양 철근콘크리트 단부 사이에 형성된 합성부(120);를 포함하여 형성되는 합성빔으로써, 상기 합성부는 중립축을 기준으로 인장응력이 발생하는 하부는 중공박스부인 강재부(122)로 형성시키고, 압축응력이 발생하는 상부는 철근콘크리트 상부(121)로 형성된 것임을 알 수 있다.

상기 합성빔(100)은 역시 공장 등에서 미리 제작된 프리캐스트 거더로써 현장에 반입하여 기중기를 포함하는 양중장치로 교대(210) 사이에 교량받침 상면에 지지되도록 거치시키게 된다.

이때, 본 발명의 합성빔(100)은 교대 사이에 횡방향으로 교량폭에 따라 다수가 이격되어 설치되는데, 합성빔의 양 철근콘크리트 단부(110)는 전체적으로 “T"형 단면 형태로 상부플랜지(111); 및 상기 상부플랜지 하부로 연장된 철근콘크리트 박스부(112)로 구성되어 전도방지가 가능한 구체형태로 형성되어 있어 달리 통상의 전도방지장치가 필요없어 시공성이 매우 증진됨은 단경간 교량시공과 동일하다.

다음으로는 역시 합성빔(100)들을 횡방향으로 구속시켜 주기 위한 가로보(230)를 합성빔 복부 사이에 설치하게 된다.

이에 합성빔(100)은 도 6b와 같이 교각(220)을 기준으로 서로 다수가 인접 거치되도록 함을 알 수 있는데, 먼저 이러한 합성빔(100)을 서로 종방향으로 연속화시키게 된다.

이러한 연속화 공정에 이용되는 수단은 다양하게 이용될 수 있으나 가장 통상적인 것이 교각(220)을 기준으로 인접한 합성빔(100) 사이의 지점부 내측공간(S)과 슬래브 일부에 슬래브 콘크리트(310)를 타설하게 된다.

다음으로는 도 6c와 같이 상기 합성빔(100) 상부에 나머지 슬래브 콘크리트(320)를 타설하여 최종 슬래브(300)를 최종 시공하게 된다.

100: 합성빔
110: 양 철근콘크리트 단부
111: 양 철근콘크리트 단부의 상부플랜지
112: 양 철근콘크리트 단부의 철근콘크리트 박스부
120: 합성부
121: 철근콘크리트 상부
122: 중공박스부 또는 I형강인 강재부
130: 스터드
140: 내부곡선보강재
150: 압착연결재
200: 교량하부구조
210: 교대
220: 교각
230: 가로보
300: 슬래브

Claims (13)

1. 양 철근콘크리트 단부(110); 및 상기 양 철근콘크리트 단부 사이에 형성된 합성부(120);를 포함하여 형성되는 합성빔으로써, 상기 합성부는 중립축을 기준으로 인장응력이 발생하는 하부는 중공박스부 또는 I형강인 강재부(122)로 형성시키고, 압축응력이 발생하는 상부는 철근콘크리트 상부(121)로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 양 철근콘크리트 단부와 합성부는 강재부(122)로부터 양 철근콘크리트 단부쪽으로 연장 설치된 스터드(130)에 의하여 서로 합성되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 양 철근콘크리트 단부와 합성부는 강재부의 내측면으로부터 양 철근콘크리트 단부쪽으로 연장 설치되며 상기 연장단부에 정착판이 형성된 된 강봉을 포함한 압착연결재(150)에 의하여 양 철근콘크리트 단부와 합성부가 서로 압착되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 양 철근콘크리트 단부(110)는 상부플랜지(111); 및 상기 상부플랜지 하부로 연장된 철근콘크리트 박스부(112)를 포함하여 구성되도록 하고, 상기 상부플랜지는 철근콘크리트 박스부의 폭보다 더 크게 형성되도록 하되 상기 상부플랜지의 폭은 교량하부구조물에 설치된 인접한 합성빔의 상부플랜지와 인접할 수 있도록 횡방향으로 확장된 상부플랜지로써 형성될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 합성부(120)의 철근콘크리트 상부(121)는 양 철근콘크리트 단부의 상부플랜지와 일체로 형성된 철근콘크리트 상부플랜지로 형성되도록 하고, 상기 합성부의 중공박스부 양 단부는 양 철근콘크리트 단부의 철근콘크리트 박스부와 스터드에 의하여 일체로 합성되고 상기 합성부의 강재부는 상기 철근콘크리트 상부플랜지와 스터드에 의하여 일체로 합성되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔.
6. 제 1항에 있어서, 상기 양 철근콘크리트 단부; 및 합성부는 종방향으로 직선으로 연장되도록 하거나
   횡방향으로 휘어진 곡선으로 연장되도록 형성시키고, 상기 합성부 내부면에는 종방향 리브를 포함하는 내부곡선보강재(140)가 형성되도록 하는 중공박스부를 이용한 강합성 빔.
7. 교대를 포함하는 교량하부구조를 설치하고,
   상기 교량하부구조 사이에 종방향으로 양 철근콘크리트 단부; 및 상기 양 철근콘크리트 단부 사이에 형성된 합성부;를 포함하여 형성되는 합성빔으로써, 상기 합성부는 합성빔의 중립축을 기준으로, 인장응력이 발생하는 하부는 중공박스부 또는 I형강인 강재부(122)로 형성시키고, 압축응력이 발생하는 상부는 철근콘크리트부로 형성된 철근콘크리트 합성빔을 설치하고,
   상기 합성빔 상부에 슬래브를 형성시키는 단계;를 포함하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 이용한 교량시공방법.
8. 교대 및 교각을 포함하는 교량하부구조를 설치하고,
   상기 교량하부구조 사이 사이에 종방향으로 양 철근콘크리트 단부; 및 상기 양 철근콘크리트 단부 사이에 형성된 합성부;를 포함하여 형성되는 합성빔으로써, 상기 합성부는 합성빔의 중립축을 기준으로, 인장응력이 발생하는 하부는 중공박스부 또는 I형강인 강재부로 형성시키고,
   압축응력이 발생하는 상부는 철근콘크리트부로 형성된 합성빔을 설치하는 단계; 및 상기 교각에 인접한 합성빔을 서로 연속화시키고,
   상기 합성빔들 상부에 슬래브를 형성시키는 단계;를 포함하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 이용한 교량시공방법.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
   상기 양 철근콘크리트 단부와 합성부는 중공박스부로부터 양 철근콘크리트 단부쪽으로 연장 설치된 스터드에 의하여 서로 합성되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 이용한 교량시공방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 양 철근콘크리트 단부와 합성부는 강재부의 내측면으로부터 양 철근콘크리트 단부쪽으로 연장 설치되며 상기 연장단부에 정착판이 형성된 된 강봉을 포함한 압착연결재에 의하여 양 철근콘크리트 단부와 강재부가 서로 압착되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 이용한 교량시공방법.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 양 철근콘크리트 단부는 상부플랜지; 및 상기 상부플랜지 하부로 연장된 철근콘크리트 박스부를 포함하여 구성되도록 하고, 상기 상부플랜지는 철근콘크리트 박스부의 폭보다 더 크게 형성되도록 하되 상기 상부플랜지의 폭은 교량하부구조물에 설치된 인접한 합성빔의 상부플랜지와 인접할 수 있도록 횡방향으로 확장된 상부플랜지로써 형성될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 이용한 교량시공방법.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 합성부의 철근콘크리트 상부는 양 철근콘크리트 단부의 상부플랜지와 일체로 형성된 철근콘크리트 상부플랜지로 형성되도록 하고, 상기 합성부의 강재부 양 단부는 양 철근콘크리트 단부의 철근콘크리트 박스부와 스터드에 의하여 일체로 합성되고 상기 합성부의 강재부 상부는 상기 철근콘크리트 상부플랜지와 스터드에 의하여 일체로 합성되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 이용한 교량시공방법.
13. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 양 철근콘크리트 단부; 및 합성부는 종방향으로 직선으로 연장되도록 하거나 횡방향으로 휘어진 곡선으로 연장되도록 형성시키고, 상기 합성부 내부면에는 종방향 리브를 포함하는 내부곡선보강재가 형성되도록 하는 긴장재를 사용하지 않는 철근콘크리트 합성빔을 이용한 교량시공방법.

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