KR20120120626A - 볼트 조임력을 이용한 프리스트레스트 강재 보의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강판을 이용하여 프리스트레스가 도입된 강재 보의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 볼트 조임력을 이용하여 휨변형을 일으키는 하중을 재하함으로써 간단하고 경제적으로 강재 보에 프리스트레스를 도입할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 볼트 조임력을 이용한 프리스트레스트 강재 보의 제작방법은,
(a) 상부 플랜지, 상부 플랜지와 간격을 두고 평행한 하부 플랜지, 상하부 플랜지에 수직하게 배치되어 이들을 연결하는 웨브가 H자형 단면형상을 이루는 강재 보의 하부 플랜지에 양쪽 단부면에 일정한 경사면이 형성된 중앙부 프리스트레싱 강판과 그 양쪽에 일정한 간격을 두고 중앙부 프리스트레싱 강판과 인접한 쪽의 단부면에 일정한 경사면이 형성된 단부 프리스트레싱 강판을 결합하되, 중앙부 프리스트레싱 강판의 중앙은 길이방향 및 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동이 발생되지 않도록 볼트 결합하고 양쪽 단부는 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동은 제한하되 길이방향으로의 이동은 허용하도록 볼트 결합하며, 중앙부 프리스트레싱 강판에 인접한 쪽의 단부 프리스트레싱 강판의 단부는 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동은 제한하되 길이방향으로의 이동은 허용하도록 볼트 결합하고 다른 쪽의 단부는 길이방향 및 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동이 발생되지 않도록 볼트 결합하는 단계; (b) 베이스 빔의 상부 양쪽 끝에 받침부재를 각각 설치하고 받침부재 사이의 베이스 빔 상부에, 폐합된 단면 형상을 가지고 일면에 암나사가 형성된 지지 본체, 지지 본체의 단면 내부에 머리가 위치하고 나사산이 가공된 몸체가 외부로 돌출되도록 지지 본체의 암나사와 결합된 복수의 수나사, 지지 본체의 단면 내부에서 각 수나사의 몸체에 결합된 너트, 지지 본체의 단면 외부로 노출된 각 수나사의 몸체의 단부면이 결합된 가압판으로 구성된 한 쌍의 인상장치를 설치한 다음 받침부재에 의해 양쪽 단부가 지지되고 인상장치에 의해 중앙부 프리스트레싱 강판이 지지되도록 (a) 단계에서 제작된 강재 보를 거치하고 결속수단으로 강재 보의 단부를 베이스 빔과 결속시키는 단계; (c) 수나사를 회전시켜 가압판이 중앙부 프리스트레싱 강판이 부착된 부분을 위로 들어올려 강재 보에 소정의 솟음이 발생하도록 프리플렉션 하중을 재하하는 단계; (d) 중앙부 프리스트레싱 강판과 단부 프리스트레싱 강판을 용접하여 이들을 일체로 결합시키는 단계; 및 (e) 수나사를 회전시켜 프리플렉션 하중을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

볼트 조임력을 이용한 프리스트레스트 강재 보의 제작방법{Manufacturing method of prestressed steel beam using tightening forces of bolts}

본 발명은 강판을 이용하여 프리스트레스가 도입된 강재 보의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 볼트 조임력을 이용하여 휨변형을 일으키는 하중을 재하함으로써 간단하고 경제적으로 강재 보에 프리스트레스를 도입할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

강구조물의 작용응력 및 내하성능 개선을 위하여 강선이나 강판을 이용한 프리스트레싱 방법들이 다양하게 제시되고 있다.

강판을 이용하여 강구조물에 프리스트레스를 도입하는 방법에는 크게 두 가지가 있다.

하나는 강구조물에 휨하중을 재하하여 탄성 휨변형을 유도한 상태에서 주거더의 상하부 플랜지에 강판을 부착한 후 도입된 휨하중 제거시 발생하는 변형에너지를 프리스트레싱으로 활용하는 프리플렉션 방법이다.

다른 하나는 강선을 이용한 프리스트레싱 방법과 동일한 개념으로 강판을 활용한 것으로 강판에 온도변형을 도입하여 강판의 양단을 주거더에 고정한 후 강판에 도입된 온도변형이 복원되면서 발생하는 온도수축력을 프리스트레싱력으로 활용하는 것이다.

강판을 이용할 경우 프리스트레싱 도입 효과와 함께 강판에 의한 추가적인 단면강성 증가를 기대할 수 있어 하중저항 성능과 함께 처짐에 대한 사용성을 개선할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 강판을 이용한 프리스트레싱 도입 효과를 가지면서 보다 저렴하고 간편하며 확실하게 프리스트레스가 도입된 강제 보의 제작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 볼트 조임력을 이용한 프리스트레스트 강재 보의 제작방법은,

(a) 상부 플랜지, 상부 플랜지와 간격을 두고 평행한 하부 플랜지, 상하부 플랜지에 수직하게 배치되어 이들을 연결하는 웨브가 H자형 단면형상을 이루는 강재 보의 하부 플랜지에 양쪽 단부면에 일정한 경사면이 형성된 중앙부 프리스트레싱 강판과 그 양쪽에 일정한 간격을 두고 중앙부 프리스트레싱 강판과 인접한 쪽의 단부면에 일정한 경사면이 형성된 단부 프리스트레싱 강판을 결합하되, 중앙부 프리스트레싱 강판의 중앙은 길이방향 및 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동이 발생되지 않도록 볼트 결합하고 양쪽 단부는 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동은 제한하되 길이방향으로의 이동은 허용하도록 볼트 결합하며, 중앙부 프리스트레싱 강판에 인접한 쪽의 단부 프리스트레싱 강판의 단부는 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동은 제한하되 길이방향으로의 이동은 허용하도록 볼트 결합하고 다른 쪽의 단부는 길이방향 및 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동이 발생되지 않도록 볼트 결합하는 단계;

(b) 베이스 빔의 상부 양쪽 끝에 받침부재를 각각 설치하고 받침부재 사이의 베이스 빔 상부에, 폐합된 단면 형상을 가지고 일면에 암나사가 형성된 지지 본체, 지지 본체의 단면 내부에 머리가 위치하고 나사산이 가공된 몸체가 외부로 돌출되도록 지지 본체의 암나사와 결합된 복수의 수나사, 지지 본체의 단면 내부에서 각 수나사의 몸체에 결합된 너트, 지지 본체의 단면 외부로 노출된 각 수나사의 몸체의 단부면이 결합된 가압판으로 구성된 한 쌍의 인상장치를 설치한 다음 받침부재에 의해 양쪽 단부가 지지되고 인상장치에 의해 중앙부 프리스트레싱 강판이 지지되도록 (a) 단계에서 제작된 강재 보를 거치하고 결속수단으로 강재 보의 단부를 베이스 빔과 결속시키는 단계;

(c) 수나사를 회전시켜 가압판이 중앙부 프리스트레싱 강판이 부착된 부분을 위로 들어올려 강재 보에 소정의 솟음이 발생하도록 프리플렉션 하중을 재하하는 단계;

(d) 중앙부 프리스트레싱 강판과 단부 프리스트레싱 강판을 용접하여 이들을 일체로 결합시키는 단계; 및

(e) 수나사를 회전시켜 프리플렉션 하중을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 중앙부 프리스트레싱 강판은 강재 보 전체 길이의 1/3 ~ 1/5이 되는 지점 사이의 영역에 설치되고, 양쪽의 단부 프리스트레싱 강판은 각각 강재 보의 양쪽 끝에서 일정 거리 안쪽으로 떨어진 지점에서 1/3 ~ 1/5이 되는 지점 사이의 영역에 각각 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따른 볼트 조임력을 이용한 프리스트레스트 강재 보의 제작방법은,

(a) 상부 플랜지, 상부 플랜지와 간격을 두고 평행한 하부 플랜지, 상하부 플랜지에 수직하게 배치되어 이들을 연결하는 웨브가 H자형 단면형상을 이루는 강재 보의 하부 플랜지에 길이방향을 따라 간격을 두고 복수의 편심 브라켓을 설치하고 편심 브라켓의 하부에 이들을 연결하도록 프리스트레싱 강판을 결합하되 중앙부에 위치하는 편심 브라켓은 강재 보의 하부 플랜지와 결합되지 않도록 하는 단계;

(b) 베이스 빔의 상부에 (a) 단계에서 제작된 강재 보를 거치한 다음 프리스트레싱 강판과 하부 플랜지 사이에, 폐합된 단면 형상을 가지고 일면에 암나사가 형성된 지지 본체, 지지 본체의 단면 내부에 머리가 위치하고 나사산이 가공된 몸체가 외부로 돌출되도록 지지 본체의 암나사와 결합된 복수의 수나사, 지지 본체의 단면 내부에서 각 수나사의 몸체에 결합된 너트, 지지 본체의 단면 외부로 노출된 각 수나사의 몸체의 단부면이 결합된 가압판으로 구성된 한 쌍의 인상장치를 설치한 후 결속수단으로 강재 보의 단부를 베이스 빔과 결속시키는 단계;

(c) 수나사를 회전시켜 가압판이 강재 보를 위로 들어올려 강재 보에 소정의 솟음이 발생하도록 프리플렉션 하중을 재하하는 단계;

(d) 솟음에 의해 중앙부 편심 브라켓과 하부 플랜지 사이에 발생된 간격에 끼움판을 삽입하는 단계; 및

(e) 수나사를 회전시켜 프리플렉션 하중을 제거하고 끼움판을 중앙부 편심 브라켓과 하부 플랜지에 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 양쪽 단부에 설치되는 편심 브라켓은 강재 보의 양쪽 끝에서 중앙부쪽으로 일정 거리를 두고 이격되어 설치될 수 있다.

본 발명에 따르면 볼트 조임력을 이용하여 프리스트레싱 강판이 부착된 강재 보에 휨변형을 일으키는 하중을 재하하고 도입된 휨하중 제거시 발생하는 변형에너지를 프리스트레싱으로 활용하는 프리플렉션 방법으로 강재 보에 프리스트레스를 도입함으로써 간단하고 경제적으로 강재 보에 프리스트레스를 도입할 수 있다.

또한 프리스트레싱 강판이 편심 브라켓을 통해 편심 배치되어 있으므로 항복하중과 강성 및 극한하중을 모두 크게 증가시킬 수 있다. 따라서 강재 보의 장지간화 및 경제적인 단면 구성이 가능하며 단위 길이로 분절 제작된 강재 보의 접합부에 대한 간섭 문제를 해결할 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 아니 된다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리스트레스트 강재 보의 제작과정을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프리스트레스트 강재 보의 제작과정을 순서대로 나타낸 도면이다.

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 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리스트레스트 강재 보의 제작과정을 순서대로 나타낸 도면이다.

먼저, 1에 도시된 것처럼 강재 보(11)의 하부 플랜지(112)에 프리스트레싱 강판(12)을 부착한다.

강재 보(11)는 이 분야에서 공지된 압연형강으로서 상부 플랜지(111), 상부 플랜지(111)와 간격을 두고 평행한 하부 플랜지(112), 상하부 플랜지(111,112)에 수직하게 배치되어 이들을 연결하는 웨브(113)가 H자형 단면형상을 이루는 길이재이다.

프리스트레싱 강판(12)은 중앙부 프리스트레싱 강판(121)과 그 양쪽의 단부 프리스트레싱 강판(122,122)으로 구성된다.

중앙부 프리스트레싱 강판(121)은 강재 보(11) 전체 길이의 1/3 ~ 1/5 사이의 영역에 설치될 수 있고 바람직하게는 전체 길이의 1/4 사이의 영역(A)에 설치될 수 있다.

양쪽의 단부 프리스트레싱 강판(122)은 양쪽 끝에서 일정 거리 안쪽으로 떨어진 지점에서 1/3 ~ 1/5이 되는 지점 사이, 바람직하게는 1//4 지점 사이의 영역(B)에 각각 설치된다. 단부 프리스트레싱 강판(122)을 양쪽 끝에서 일정 거리가 이격되게 설치하는 이유는 단부 프리스트레싱 강판(122)이 설치되는 않는 부분을 통해 단위 길이로 제작되는 강재 보(11)를 서로 연결하거나 또는 수직부재(기둥, 교각 등)와의 접합부를 형성하기 위해서이다.

중앙부 프리스트레싱 강판(121)과 양쪽의 단부 프리스트레싱 강판(122,122) 사이에는 미세한 간격(l)이 형성되고, 간격을 두고 이들 프리스트레싱 강판(121,122)이 마주보는 면에는 일정한 각도(θ1)를 가지는 경사면이 각각 형성된다. 프리스트레싱 강판(121,122) 사이의 간격(L)과 형성되는 각도(θ1)는 강재 보(11)에 도입되는 프리스트레스의 크기와 용접량에 의해 결정된다.

즉, 중앙부와 단부 프리스트레싱 강판 사이의 간격(l)은 미리 결정된 프리스트스 량에 따라 결정되는데 강재 보(11)에 볼트 조임력으로 프리플렉션 하중을 재하하면 강재 보(11)에는 일정한 솟음이 발생하게 되고 중앙부와 단부 프리스트레싱 강판 사이의 간격(l)이 없어지면서 이들이 서로 접촉하게 되면 미리 결정된 프리스트레스가 도입된 것으로 판단할 수 있다. 이때 서로 접촉된 2개의 경사면이 이루는 각도는 필요한 용접량을 충족시킬 수 있는 것이어야 하므로 경사면의 각도(θ1)는 역산하여 결정될 수 있다.

중앙부 프리스트레싱 강판(121)의 중앙은 길이방향(종방향) 및 길이방향에 수직한 방향(횡방향)으로 이동하지 않도록 강재 보(11)에 볼트 접합되고 그 양쪽 단부는 종방향 이동이 허용되도록 볼트 접합된다. 이를 위해 양쪽 단부에 천공되는 볼트 구멍(121a)은 종방향으로 길이가 볼트 직경의 수배가 되는 슬릿 홀이 되고 볼트가 이 슬릿 홀에 의해 종방향 이동이 가능하게 되고 중앙에 천공된 볼트 구멍(121b)는 볼트의 직경에 대응되는 크기를 가져 종횡으로의 이동이 제한된다.

동일한 이유로 양쪽 단부 프리스트레싱 강판(122)에서 중앙부 프리스트레싱 강판(121)에 인접한 쪽의 한쪽 단부에는 슬릿 홀(122a)이 형성되고 다른 한쪽 단부는 종횡방향으로 이동하지 않도록 볼트의 직경에 대응되는 크기를 가진 볼트 구멍(122b)이 천공되어 강재 보(11)에 볼트 접합된다.

이에 따라 강재 보(11)에 프리플렉션 하중이 재하되어 일정한 솟음(상향의 휨변형)이 발생하면 그에 대응하여 프리스트레싱 강판(121,122)에도 일정한 휨변형이 발생하게 된다.

프리스트레싱 강판(121,122)은 강재 보(11)의 폭과 동일하거나 더 작은 폭을 가질 수 있으며 두께와 강도는 도입되는 프리스트레싱의 크기에 따라 적절히 선택될 수 있다.

다음으로, 도 2에 도시된 것처럼 도 1에 제시된 프리스트레싱 강판(12)이 부착된 강재 보(11)를 프리플렉션 하중 재하 장치에 설치하고 프리플렉션 하중을 재하한다.

프리플렉션 하중 재하 장치는 베이스 빔(21), 베이스 빔 상부의 중앙부에 길이방향을 따라 간격을 두고 설치된 한 쌍의 인상장치(22,22), 베이스 빔 상부의 양쪽 단부에 설치된 받침부재(23,23) 및 한 쌍의 인상장치(22,22)와 받침부재(23,23)에 의해 지지된 프리스트레싱 강판(121,122)이 부착된 강재 보(11)를 베이스 빔(21)과 결합하기 위한 결속수단(24)으로 구성된다.

베이스 빔(21)은 인상장치(22)와 받침부재(23)를 지지하면서 프리스트레싱 강판(12)이 부착된 강재 보(11)에 프리플렉션 하중을 재하할 때 자체에 휨변형이 발생하지 않도록 하기 위해 강재 보(11)의 강성보다 더 큰 강성을 갖는 부재로 구성되어야 한다. 이를 위해 베이스 빔(21)은 도시된 것처럼 강재 보(11)와 동일한 단면 크기를 가지는 2개의 H형강을 적층한 형태가 되거나 강재 보(11)보다 큰 단면을 가진 H형강으로 구성될 수 있다.

베이스 빔 상부의 중앙부에 길이방향을 따라 간격을 두고 설치된 한 쌍의 인상장치(22,22)가 설치된다. 인상장치(22)는 강재 보(11)에 프리플렉션 하중을 재하하기 위한 것으로 폐합된 단면 형상을 가지고 일면에 암나사가 형성된 지지 본체(221), 지지 본체(221)의 단면 내부에 머리가 위치하고 나사산이 가공된 몸체가 외부로 돌출되도록 지지 본체(221)의 암나사와 결합된 복수의 수나사(222), 지지 본체(221)의 단면 내부에서 각 수나사(222)의 몸체에 결합된 너트(223), 지지 본체(221)의 단면 외부로 노출된 각 수나사(222)의 몸체의 단부면이 결합된 가압판(224)으로 구성된다.

받침부재(23,23)는 베이스 빔 상부의 양쪽 단부에 각각 설치되어 강재 보(11)를 지지하고, 결속수단(24)은 하중 재하 장치에 강재 보(11)를 견고하게 결속시킨다. 이에 따라 강재 보(11)의 양쪽 단부는 구속된 상태가 된다.

받침부재(23,23)로는 H형강이 사용될 수 있고, 결속수단(24)은 양쪽 끝에 수나사가 가공된 강봉과 수나사에 각각 체결되는 너트로 구성될 수 있다. 따라서 수나사(222)를 회전시켜 가압판(224)을 통해 강재 보(11)에 힘이 가하게 되면 양쪽 단부는 구속되어 있으므로 중앙부에는 일정한 솟음이 발생하고 미리 결정된 솟음이 발생되면 너트(223)를 회전시켜 수나사(222)의 위치를 고정시킨다. 이에 따라 강재 보(11)의 하부 플랜지에 결합된 중앙부 프리스트레싱 강판(121)과 이웃하는 단부 프리스트레싱 강판(122)이 서로 접촉하게 된다.

다음으로 도 3에 도시된 것처럼 중앙부 프리스트레싱 강판(121)의 양쪽 단부에 체결된 볼트와 중앙부 프리스트레싱 강판(121) 쪽의 단부 프리스트레싱 강판(122)의 단부에 체결된 볼트를 조이고 중앙부 프리스트레싱 강판(121)과 단부 프리스트레싱 강판(122)이 접촉하면서 이루는 홈(123)을 용접하여 중앙부 프리스트레싱 강판(121)과 단부 프리스트레싱 강판(122)을 서로 일체로 연결시킨다.

마지막으로 도 4에서와 같이 수나사(222)를 회전시켜 강재 보(11)에 재하된 프리플렉션 하중을 제거한다. 이에 따라 휨변형된 강재 보(11)가 프리플렉션 하중 재하 전의 상태로 복원되면서 그 변형에너지가 강재 보(11)에 프리스트레스를 도입하게 된다.

이상과 같이 본 실시 예에 따르면 볼트 조임력을 이용하여 프리스트레싱 강판(121,122)이 부착된 강재 보(11)에 휨변형을 일으키는 하중을 재하하고 도입된 휨하중 제거시 발생하는 변형에너지를 프리스트레싱으로 활용하는 프리플렉션 방법으로 강재 보(11)에 프리스트레스를 도입함으로써 간단하고 경제적으로 강재 보에 프리스트레스를 도입할 수 있게 된다.

위에서 설명한 방법으로 프리스트레싱 강판(121,122)을 이용해 강재 보(11)에 프리스트레스를 도입하게 되면 일정한 단면강성 증대효과가 있지만 증대효과가 작아 장지간화한 대형구조물에 적용할 경우에는 처짐이 과도하게 발생하므로 프리스트레싱에 의한 효과적인 내하성능의 개선을 기대하기 어려울 수 있다. 또한 강구조물의 특성상 장지간화시 부재간의 연결부가 필수적으로 존재하게 되므로 지간 및 적용 범위에 제한을 받을 수 있다. 아래에서 설명하는 프리스트레스트 강재 보의 제작방법은 이러한 사정을 감안하여 창착된 것이다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프리스트레스트 강재 보의 제작과정을 순서대로 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 것처럼 이 실시 예에서는 강재 보(11)의 하부 플랜지(112)에 길이방향을 따라 간격을 두고 복수의 편심 브라켓(13)이 설치되고 편심 브라켓(13)의 하부에 이들을 연결하도록 프리스트레싱 강판(12a)이 결합된다.

도 1에 제시된 실시 예에서 프리스트레싱 강판(12a)은 중앙부 프리스트레싱 강판(121)과 2개의 단부 프리스트레싱 강판(122,122)으로 구성된 반면에 이 실시 예에서 프리스트레싱 강판(12a)은 단일의 강판으로 구성된다.

편심 브라켓(13)은 강재 보(11)의 하부 플랜지(112)에 접합되어 프리스트레싱 강판(12a)이 강재 보(11)의 도심으로부터 편심되게 배치되도록 함과 동시에 강재 보(11)의 단면을 부분적으로 증대시킨다.

도면에서는 편심 브라켓(13)으로 강재 보(11)의 플랜지와 동일한 폭을 가지고 높이는 작은 H형강이 적용된 예를 나타내었으나 편심 브라켓(13)은 프리스트레싱 강판(12a)을 강재 보(11)에 편심되게 배치할 수 있는 것이면 되므로 단면의 크기나 형상에는 특별한 제한이 없다.

또한 도면에서는 3개의 편심 브라켓(13)이 강재 보(11)의 중앙부 및 양쪽 단부에 설치된 예를 나타내었으나 편심 브라켓(13)의 설치 갯수는 강재 보(11)의 길이에 따라 적절히 선택될 수 있다. 그러나 양쪽 단부에 설치되는 편심 브라켓(13a,13a)은 강재 보(11)의 양쪽 끝에서 중앙부쪽으로 일정 거리를 가지고 설치되어야 한다. 왜냐하면 단위 길이를 갖는 강재 보는 본 발명에 따른 강재 보의 경간에 따라 복수 개가 서로 연결되고 프리스트레싱 강판은 강재 보의 전체 길이에 걸쳐 연속되어야 하는데 양쪽 단부에 설치되는 편심 브라켓이 강재 보의 양쪽 끝에 위치하게 되면 강재 보를 연결하는 스플라이스와 서로 간섭되어 프리스트레싱 강판을 연속시키기 곤란하기 때문이다.

복수의 편심 브라켓(13)은 서로 동일한 길이와 크기를 가질 수 있으나 본 발명에 따른 강재 보의 단부 구속 조건에 따라 양쪽 단부에 설치되는 편심 브라켓(13a)이 그들 사이에 설치되는 편심 브라켓(13b)보다 더 긴 길이와 더 큰 크기를 가지거나 또는 그 반대가 될 수 있다.

양쪽 단부에 설치되는 편심 브라켓(13a,13a)은 강재 보(11)에 프리플렉션 하중을 재하할 때 슬립이 발생하지 않도록 강재 보(11)의 하부 플랜지(112)와 프리스트레싱 강판(12a)에 볼트 접합 또는 용접을 통해 견고하게 결합된다. 반면에 중앙부에 설치된 편심 브라켓(13b)은 프리스트레싱 강판(12a)에 용접 또는 볼트 접합되고 강재 보(11)와는 접합되지 않는다. 이에 따라 프리플렉션 하중이 재하되어 강재 보(11)에 일정한 솟음이 발생하면 중앙부에 설치된 편심 브라켓(13b)과 강재 보(11)의 하부 플랜지(112) 사이에 일정한 간격이 발생하게 된다.

다음으로, 도 6에 도시된 것처럼 도 5에 제시된 복수의 편심 브라켓(13)을 통해 프리스트레싱 강판(12a)이 편심되게 부착된 강재 보(11)를 프리플렉션 하중 재하 장치에 설치하고 프리플렉션 하중을 재하한다.

프리플렉션 하중 재하 장치의 구성은 도 2에 도시된 것과 유사한 구성을 가진다. 즉, 베이스 빔(21), 한 쌍의 인상장치(22,22), 결속수단(24)을 가진다 그러나 양측의 편심 브라켓(13a,13a)이 받침부재의 기능을 하므로 별도로 받침부재가 불필요하다는 점에서 차이가 있다. 또한 인상장치(22)는 도 2를 참조하여 설명한 것과 달리 베이스 빔(21)의 상부에 결합되지 않고 강재 보(11)의 하부 플랜지(112)와 프리스트레싱 강판(12a) 사이에 설치되고 편심 브라켓(13) 사이에 배치된다.

강재 보(11)의 설치가 완료되면 수나사(222)를 회전시켜 가압판(224)을 통해 강재 보(11)에 힘이 가하게 되면 양쪽 단부는 구속되어 있으므로 중앙부에는 일정한 솟음이 발생한다. 이에 따라 강재 보(11)의 하부 플랜지(112)와 중앙부의 편심 브라켓(13b) 사이에 일정한 간격이 발생한다.

다음으로, 도 7에 도시된 것처럼 볼트 조임력에 의해 발생된 솟음에 의해 강재 보(11)의 하부 플랜지(112)와 중앙부의 편심 브라켓(13b) 사이에 발생된 간격에 끼움판(14)을 삽입한다. 끼움판(14)은 편심 브라켓(13b)과 동일한 폭을 가지고 편심 브라켓(13b)과 하부 플랜지(112) 사이의 간격에 대응되는 두께를 가지는 단일 강판으로 구성될 수 있다.

마지막으로 도 8에서와 같이 수나사(222)를 회전시켜 강재 보(11)에 재하된 프리플렉션 하중을 제거한 후 끼움판(14)을 편심 브라켓(13b) 및 하부 플랜지(112)에 용접한다. 이에 따라 휨변형된 강재 보(11)가 프리플렉션 하중 재하 전의 상태로 복원되면서 그 변형에너지가 강재 보(11)에 프리스트레스를 도입하게 된다.

이처럼 본 실시 예에 따른 강재 보의 제작방법은 휨하중을 재하하여 탄성 휨변형을 유도한 상태에서 프리스트레싱 강판을 부착한 후 도입된 휨하중 제거시 발생하는 변형에너지를 프리스트레싱으로 활용하는 프리플렉션 방법으로 강재 보에 프리스트레스를 도입하게 된다.

그리고 본 실시 예에 따르면 프리스트레싱 강판(12a)이 편심 브라켓(13)을 통해 편심 배치되어 있으므로 항복하중과 강성 및 극한하중을 모두 크게 증가시킬 수 있다. 따라서 강재 보의 장지간화 및 경제적인 단면 구성이 가능하며 단위 길이로 분절 제작된 강재 보의 접합부에 대한 간섭 문제를 해결할 수 있다.

또한 기존의 프리플렉션 방법은 고가의 장비가 필요하며 현장에서 프리플렉션 하중을 재하하기 위해 어스앵커를 설치하는 등 공정이 복잡하여 공사비가 증가하는 문제가 있으나 본 발명에서는 간단하고 저렴한 하중 재하 장치를 활용함으로써 적은 비용으로 프리스트레싱을 할 수 있다.

지금까지 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 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

11: 강재 보
12, 12a: 프리스트레싱 강판
121: 중앙부 프리스트레싱 강판
122: 단부 프리스트레싱 강판
13: 편심 브라켓
13a: 단부 편심 브라켓
13b: 중앙부 편심 브라켓
14: 끼움판
21: 베이스 빔
22: 인상장치
23: 받침부재
24: 결속수단

Claims (4)

1. (a) 상부 플랜지, 상부 플랜지와 간격을 두고 평행한 하부 플랜지, 상하부 플랜지에 수직하게 배치되어 이들을 연결하는 웨브가 H자형 단면형상을 이루는 강재 보의 하부 플랜지에 양쪽 단부면에 일정한 경사면이 형성된 중앙부 프리스트레싱 강판과 그 양쪽에 일정한 간격을 두고 중앙부 프리스트레싱 강판과 인접한 쪽의 단부면에 일정한 경사면이 형성된 단부 프리스트레싱 강판을 결합하되, 중앙부 프리스트레싱 강판의 중앙은 길이방향 및 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동이 발생되지 않도록 볼트 결합하고 양쪽 단부는 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동은 제한하되 길이방향으로의 이동은 허용하도록 볼트 결합하며, 중앙부 프리스트레싱 강판에 인접한 쪽의 단부 프리스트레싱 강판의 단부는 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동은 제한하되 길이방향으로의 이동은 허용하도록 볼트 결합하고 다른 쪽의 단부는 길이방향 및 길이방향에 대해 수직한 방향으로의 이동이 발생되지 않도록 볼트 결합하는 단계;
   (b) 베이스 빔의 상부 양쪽 끝에 받침부재를 각각 설치하고 받침부재 사이의 베이스 빔 상부에, 폐합된 단면 형상을 가지고 일면에 암나사가 형성된 지지 본체, 지지 본체의 단면 내부에 머리가 위치하고 나사산이 가공된 몸체가 외부로 돌출되도록 지지 본체의 암나사와 결합된 복수의 수나사, 지지 본체의 단면 내부에서 각 수나사의 몸체에 결합된 너트, 지지 본체의 단면 외부로 노출된 각 수나사의 몸체의 단부면이 결합된 가압판으로 구성된 한 쌍의 인상장치를 설치한 다음 받침부재에 의해 양쪽 단부가 지지되고 인상장치에 의해 중앙부 프리스트레싱 강판이 지지되도록 (a) 단계에서 제작된 강재 보를 거치하고 결속수단으로 강재 보의 단부를 베이스 빔과 결속시키는 단계;
   (c) 수나사를 회전시켜 가압판이 중앙부 프리스트레싱 강판이 부착된 부분을 위로 들어올려 강재 보에 소정의 솟음이 발생하도록 프리플렉션 하중을 재하하는 단계;
   (d) 중앙부 프리스트레싱 강판과 단부 프리스트레싱 강판을 용접하여 이들을 일체로 결합시키는 단계; 및
   (e) 수나사를 회전시켜 프리플렉션 하중을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼트 조임력을 이용한 프리스트레스트 강재 보의 제작방법.
2. 제1 항에 있어서,
   중앙부 프리스트레싱 강판은 강재 보 전체 길이의 1/3 ~ 1/5이 되는 지점 사이의 영역에 설치되고,
   양쪽의 단부 프리스트레싱 강판은 각각 강재 보의 양쪽 끝에서 일정 거리 안쪽으로 떨어진 지점에서 1/3 ~ 1/5이 되는 지점 사이의 영역에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 볼트 조임력을 이용한 프리스트레스트 강재 보의 제작방법.
3. (a) 상부 플랜지, 상부 플랜지와 간격을 두고 평행한 하부 플랜지, 상하부 플랜지에 수직하게 배치되어 이들을 연결하는 웨브가 H자형 단면형상을 이루는 강재 보의 하부 플랜지에 길이방향을 따라 간격을 두고 복수의 편심 브라켓을 설치하고 편심 브라켓의 하부에 이들을 연결하도록 프리스트레싱 강판을 결합하되 중앙부에 위치하는 편심 브라켓은 강재 보의 하부 플랜지와 결합되지 않도록 하는 단계;
   (b) 베이스 빔의 상부에 (a) 단계에서 제작된 강재 보를 거치한 다음 프리스트레싱 강판과 하부 플랜지 사이에, 폐합된 단면 형상을 가지고 일면에 암나사가 형성된 지지 본체, 지지 본체의 단면 내부에 머리가 위치하고 나사산이 가공된 몸체가 외부로 돌출되도록 지지 본체의 암나사와 결합된 복수의 수나사, 지지 본체의 단면 내부에서 각 수나사의 몸체에 결합된 너트, 지지 본체의 단면 외부로 노출된 각 수나사의 몸체의 단부면이 결합된 가압판으로 구성된 한 쌍의 인상장치를 설치한 후 결속수단으로 강재 보의 단부를 베이스 빔과 결속시키는 단계;
   (c) 수나사를 회전시켜 가압판이 강재 보를 위로 들어올려 강재 보에 소정의 솟음이 발생하도록 프리플렉션 하중을 재하하는 단계;
   (d) 솟음에 의해 중앙부 편심 브라켓과 하부 플랜지 사이에 발생된 간격에 끼움판을 삽입하는 단계; 및
   (e) 수나사를 회전시켜 프리플렉션 하중을 제거하고 끼움판을 중앙부 편심 브라켓과 하부 플랜지에 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼트 조임력을 이용한 프리스트레스트 강재 보의 제작방법.
4. 제3 항에 있어서,
   양쪽 단부에 설치되는 편심 브라켓은 강재 보의 양쪽 끝에서 중앙부쪽으로 일정 거리를 두고 이격되어 설치된 것을 특징으로 하는 볼트 조임력을 이용한 프리스트레스트 강재 보의 제작방법.

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