KR20130074651A - 긴장재와 측방 정착블록을 이용한 일부 타정식 사장교 시공 방법 - Google Patents

Abstract

사장교의 주경간에 설치되는 데크 세그먼트에 긴장장치와 긴장재를 포함하는 긴장수단을 이용하여 종래 내풍케이블의 역할과 인장응력 도입이 동시에 가능하도록 함으로써 주경간의 데크 세그먼트의 단면에 작용하는 최대 압축응력의 크기를 줄임으로써 주경간의 데크 세그먼트의 단면적을 줄일 수 있고, 이에 따라 경제적으로 사장교가 개시되어 주경간에 있어 발생하는 압축응력 전부 또는 일부를 상기 긴장재에 의한 인장응력으로 상쇄시킬 수 있게 되며 이를 위해 주경간 데크 세그먼트의 양 측면에는 측방 정착블록이 탈착이 가능하도록 설치되어 상기 측방 정착블록에 의하여 긴장재의 긴장 및 정착이 이루어지게 된다.

Description

긴장재와 측방 정착블록을 이용한 일부 타정식 사장교 시공 방법{PARTIALLY EARTH-ANCHORED CABLE-STAYED BRIDGE CONSTRUCTION METHOD USING MAIN SPAN PRESTRESSING APPRATUS AND ANCHORING BOX}

본 발명은 긴장재와 측방 정착블록을 이용한 일부 타정식 사장교 시공 방법에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 주경간 긴장수단 및 박스형 측방 정착블록을 이용하여 주경간의 데크 세그먼트의 단면에 작용하는 최대 압축응력의 크기를 줄여 주경간의 데크 세그먼트의 단면적을 줄일 수 있고, 이에 따라 경제적으로 사장교를 시공할 수 있는 일부 타정식 사장교 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 사장교는 주탑에서 경사진 방향으로 설치된 케이블을 이용하여 주경간을 지지하는 교량이다. 사장교는 주경간의 길이를 길게 할 수 있기 때문에 최근에는 넓은 폭을 가지는 강이나 바다에도 시공되고 있다.

사장교는 주탑의 양측에 케이블을 이용하여 데크 세그먼트(Deck Segment)를 각각 순차적으로 설치하여 주경간(Main Span)과 측경간(Side Span)을 만들되, 케이블에 의하여 매달려 설치된 상기 주경간과 측경간의 데크 세그먼트가 서로 연결되도록 한다.

이에 따라, 서로 연결된 양측의 데크 세그먼트에는 수평 방향으로 압축응력이 작용하게 된다.

즉, 도 1a와 같이 케이블(1)이 주탑(3) 양 측방(주경간, 측경간)의 데크 세그먼트(2)를 서로 연결하기 때문에 케이블(1)이 작용하는 힘 중에서 수평방향 분력(F2)은 데크 세그먼트(2)에 압축응력으로써 작용하고 수직방향 분력(F1)은 상측으로 작용하게 된다.

상기 압축응력은 주탑(3)이 설치된 곳(M)에서 최대로 되고 주경간(Main Span)의 중앙 지점(C)에서 제로가 된다. 이는 주탑으로부터 데크 세그먼트(2)의 설치가 시작됨에 따라 작용하는 압축응력이 데크 세그먼트(2)에 누적되어 증가되기 때문이다.

이에 상기 데크 세그먼트(2)에 작용하는 최대 압축응력은 주경간의 길이(L) 즉, 주탑(3) 사이의 거리에 비례하여 커진다.

도 1b는 상기 최대 압축응력과 주경간 길이(L) 사이의 관계를 보여주는 그래프로서, 주경간의 데크 세그먼트(2)의 단면적이 일정하다는 가정(assumption)하에 만들어진 것이다.

즉, 예컨대 주경간의 길이(L)가 1000m인 경우에 160MPa이던 최대 압축응력이 주경간의 길이(L)가 2000m가 되면 500MPa이 됨을 알 수 있다.

이에 이러한 압축응력의 증가에 대응하기 위해서 데크 세그먼트(2)는 고강도 강(Higher Strength Steel)을 사용하거나 단면적을 증가시켜야 한다.

이에 상기 방법 중에서 고강도 강을 사용하는 방법은 압축응력의 증가에 어느 정도까지는 대응할 수 있으나 주경간의 길이(L)가 2000m에 가까워지면 고강도 강만을 사용하는 것으로는 작용하는 압축응력에 충분히 저항하지 못한다는 문제점이 있었다.

나아가 작용하는 압축응력으로 인해 데크 세그먼트(2)를 이루는 강의 국부좌굴이 발생할 수 있고, 이를 방지하기 위해 강재로 제작되는 데크 세그먼트(2) 내측에 보강재(예컨대 종방향 및 횡방향 리브 등)가 촘촘히 배치되는데 이에 따라 데크 세그먼트(2)에 의한 사하중(Dead Load)이 증가하기 때문에 케이블(1)과 주탑(3)도 증가된 사하중을 가진 데크 세그먼트(2)에 맞추어 설계하다면 보면 그 크기도 커질 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

또한 최대 압축응력은 주탑(3)이 있는 곳(M)에서 발생되는데, 도 1a와 같이, 주탑(3) 부근에서 압축응력의 크기가 서서히 수렴하기 때문에 국부좌굴 방지를 위한 보강재 설치가 요구되는 범위(B)도 상대적으로 넓어져 져 보강재 설치에 따른 데크 세그먼트(2) 작업공종이 복잡해진다는 문제점도 있었다.

이에 최근 큰 폭의 강이나 바다를 가로지르는 장대교량으로서 시공되는 사장교에서 주경간의 길이가 길어지더라도 주경간의 데크 세그먼트의 단면에 작용하는 압축응력의 크기를 줄일 수 있다면 이는 사장교를 경제적으로 시공하기 위해 반드시 필요한 사항임을 알 수 있다.

이에 경제적인 사장교 시공 즉, 데크 세그먼트의 단면에 작용하는 압축응력의 크기를 줄일 수 있는 방법에 대한 여러 연구가 진행된 바 있는데 도 1c는 이러한 연구에 있어 2006년 Gimsing 교수에 의하여 제시된 방법이다.

즉, 2개의 주탑(3)을 시공하고, 각 주탑의 측경간 쪽으로 설치된 앵커리지(5)와 주탑 상단 사이에 인장케이블(6)을 일단부를 연결시키고, 상기 인장케이블(6)의 타 단부를 주탑으로부터 주경간 쪽으로 연장하여 주경간 중앙부위에 위치한 중앙부 데크 세그먼트(4)들을 연결되도록 하는 것이다.

이에 상기 인장케이블(6)에 의하여 상기 중앙부 데크 세그먼트(4)들에는 인장응력(T)이 발생하게 됨을 알 수 있으며, 이에 상기 인장 데크 세그먼트(4)들을 제외한 구간(L2)에 인장 데크 세그먼트(4)들과 연결시켜 설치되는 압축 데크 세그먼트들은 케이블에 의하여 압축응력(C)이 발생되기는 하지만 종전과 같이 과도한 압축응력이 발생하지 않음을 알 수 있어 결국 데크 세그먼트들의 단면적을 줄여 경제적인 사장교 시공이 가능함을 알 수 있다.

이에 상기 사장교 시공방법은 주경간에 인장응력(T)을 발생시켜 전체 사장교에 작용하는 압축응력(C)를 감소시킬 수 있다는 장점이 있지만, 시공방법이 다소 복잡하고, 주경간에 발생하는 인장응력(T)을 조정하기가 쉽지 않다는 한계가 있었다.

또한, 도 1d에는 사장교 시공 중 바람에 의하여 데크 세그먼트가 상,하,좌,우로 진동 및 변위가 발생하는 현상을 방지하기 위하여 즉, 데크 세그먼트의 위치를 시공 중 구속시켜 주기 위하여 설치된 내풍케이블(60)이 도시되어 있는데,

통상 데크 세그먼트 하부 수중 등에 블록을 설치하고, 블록에 케이블을 연결한 뒤, 상단을 데크 세그먼트에 연결하는 방식 등을 이용하고 있다.

하지만 이러한 내풍케이블(60)을 설치하는 과정 중 수중에 블록을 침강시키는 등 시공성이 좋지 않고, 이러한 내풍케이블(60)이 수상에서의 선박운행에 방해가 되는 등 안전사고의 위험성이 있지만, 사장교의 특성상 이러한 내풍케이블(60)의 설치는 피할 수 없는 경우가 많아 이를 대체할 수 있는 방법에 대한 기술개발의 필요성이 있었다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 고안된 것으로써

본 발명의 목적은 데크 세그먼트에 발생되는 최대 압축응력의 크기를 감소시키기 위한 사장교 시공방법에 있어서,

특히 중앙경간에 설치되는 데크 세그먼트에 인장응력을 보다 효율적으로 발생시키면서도 제어가 용이하며, 종래 내풍케이블의 효과도 가질 수 있도록 함으로써 시공성 및 작업성을 확보할 수 있는 사장교 시공방법을 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 목적은 중앙경간에 설치되는 데크 세그먼트를 서로 구속하는 긴장력을 도입시킴에 있어서 보다 효과적이고 경제적인 긴장력 도입이 가능한 주경간 긴장수단과 박스형 측방 정착블록이 설치된 사장교 시공방법을 제공을 목적으로 한다.

전술한 바와 같이, 기존의 사장교는 주탑이 있는 곳에서 최대 압축응력이 발생하고 상기 최대 압축응력은 주경간의 길이가 길어질수록 커진다. 이에 따라 주경간의 길이가 길어질수록 주경간의 데크 세그먼트의 단면을 보강하기 위해서 주경간의 데크 세그먼트의 단면이 커지거나 고강도 강(higher strength steel)이 사용되어야 하기 때문에 주경간의 길이가 1200m~2000m를 넘는 경우에는 사장교의 경제성이 떨어진다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에 따른 사장교는 주경간의 중앙부의 데크 세그먼트에 인장응력이 발생하도록 함으로써 주탑이 있는 곳의 데크 세그먼트에서 발생하는 상기 최대 압축응력을 줄일 수 있는 사장교 시공방법을 제공하게 된다.

이를 위해 본 발명의 사장교 시공방법은 상기 주경간 긴장수단을 이용한 일부 타정식 사장교시공방법은

(a) 교축방향으로 소정 간격으로 이격된 제 1주탑과 제 2주탑을 각각 설치하고, 제 1주탑을 중심으로 측경간쪽으로 제 1 앵커리지를 설치하고, 제 2주탑을 중심으로 측경간쪽으로 제 2앵커리지를 설치하는 단계;

(b) 상기 제 1주탑과 제 2주탑으로부터 측경간 및 주경간 중앙쪽으로 연장 설치되는 제 1 측경간 데크 세그먼트 및 제 1 주경간 데크 세그먼트를 제 1주탑과 제 2주탑에 연결된 압축케이블에 의하여 연결 설치하되, 상기 제 1 주경간 데크 세그먼트가 주경간에서 서로 연결되지 않은 상태로 교축방향으로 이격 배치되도록 하는 단계;

(c) 상기 제 1 및 제 2앵커리지로부터 제 1주탑과 제 2주탑을 경유하여 주경간쪽으로 연장되어 설치된 인장케이블을 상기 압축케이블에 의하여 연결된 제 1 주경간 데크 세그먼트에 추가 연결된 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트 각각에 연결하는 단계;

(d) 상기 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트의 측방에 각각 측방 정착블록(500)을 설치하는 단계;

(e) 상기 측방 정착블록 사이에 긴장재를 장착하여 주경간에서 교축방향으로 이격 배치된 제 1 및 제 2주경간 데크 세그먼트들을 교축방향으로 서로 연결되도록 한 상태에서 상기 긴장재를 긴장 및 정착시켜 제 1 및 제 2 주경간 데크 세그먼트에 인장응력이 인가되도록 하는 단계를 포함하는 긴장재와 측방 정착블록을 이용한 일부 타정식 사장교 시공 방법을 제공한다.

이때 바람직하게는 상기 측방 정착블록은 주경간 데크 세그먼트 양 측면에 설치되도록 하되, 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트 사이에 서로 마주보도록 설치되도록 하되, 상기 측방 정착블록은 관 형태의 연결블록에 의하여 다수개가 서로 연결되어 설치되도록 하게 된다.

또한 바람직하게는

상기 측방 정착블록은 주경간 데크 세그먼트의 양 측면에 탈착이 가능하도록 설치하며, 상기 주경간 데크 세그먼트의 양 측면에 측방 정착블록이 설치될 수 있도록 수직복부로 마감되도록 하여 상기 수직복부에 측방 정착블록이 탈착이 가능하도록 설치되도록 하게 된다.

또한 바람직하게는,

상기 측방 정착블록은 측방으로 갈수록 단면이 작아지는 사다리꼴 단면의 박스체로 형성되는 브라켓부; 및

상기 브라켓부의 측면에 접하여 일체로 형성되며 내부에 긴장재 보호관이 설치되며, 상면과 하면에 보강정착구가 형성된 긴장재 정착부;를 포함하도록 하게 된다.

또한 바람직하게는

상기 긴장재 정착부에 설치된 보강정착구는 강봉인 보강지지구의 일단부가 정착되고 타단부가 후방에 설치된 보강지지구에 설치된 보강정착구에 정착되도록 하여 상기 보강지지구에 의하여 정착블록이 후방에서 안정적으로 지지되도록 하게 된다.

이에 본 발명에 의한 사장교는 데크 세그먼트 측면에 설치된 측방 정착블록을 이용하여 주경간 데크 세그먼트들을 서로 인장응력이 인가되도록 함에 있어서,

상기 측방 정착블록은 측방으로 갈수록 단면 크기 작아지는 브라켓부와 긴장재정착부로 형성되도록 하고, 상기 긴장재를 긴장재정착부에 긴장 후 정착시키게 되는데 이때 데크 세그먼트의 측면에 긴장재의 측방 정착블록을 설치하고 가능한 편심이 없는 단면 중심축에 긴장재를 배치하여 데크 세그먼트 상단부 설치에서 문제시 되었던 편심모멘트의 영향을 배제하도록 하게 된다.

본 발명에 따른 일부 타정식 사장교 및, 그 시공 공법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 주탑 사이의 주경간 데크 세그먼트의 단면에 작용하는 최대 압축응력의 크기를 줄임으로써 주경간의 데크 세그먼트의 단면적을 보다 효과적으로 줄일 수 있다.

둘째, 주경간 데크 세그먼트의 단면적을 줄임으로써 구조강의 소요량을 줄일 수 있기 때문에 경제성을 확보할 수 있다. 따라서 초장대 사장교가 다른 형태의 교량에 비하여 경제성을 가질 수 있도록 하게 된다.

셋째, 본 발명에 의한 제 1,2 정착장치 및 긴장재는 주탑들 사이에 케이블에 의하여 매달려 설치됨에 따른 바람 등의 영향에 의한 진동 등을 구속(내풍 기능)시켜주는 역할을 할 수 있어 종래 내풍케이블 설치방식과 대비하여 제작 및 설치가 용이할 뿐만 아니라 선박등의 통행에 방해가 되지 않는 장점이 발생하게 된다.

넷째, 본 발명의 긴장재는 도입되는 긴장력의 크기를 운반이 용이한 유압잭 등으로 제어할 수 있기 때문에 주경간에 작용하는 인장응력의 크기를 효과적으로 제어할 수 있어 정밀한 데크 세그먼트의 설계가 가능하게 된다.

다섯째, 본 발명의 측방 정착블록에 의하여 긴장재의 긴장력에 의한 편심이 발생하지 않도록 할 수 있어 보다 효율적이고 측방 정착블록을 이용함으로서 긴장재를 안정적으로 긴장 및 정착하기 위한 부재단면을 데크 세그먼트에서 확보하지 않아도 되기 때문에 보다 경제적인 데크 세그먼트 설치가 가능하게 된다.

도 1a는 종래 기술에 따른 사장교의 정면도 및 작용하는 압축응력의 형태를 보여주는 응력도,
도 1b는 사장교에서 주경간의 길이(L)와 주경간의 데크 세그먼트에 발생하는 최대 압축응력의 관계를 보여주는 그래프,
도 1c는 종래 일반적인 현수교와 사장교의 정면도
도 1d는 종래 일부 타정식 사장교의 핵심 시공도,
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 일부 타정식 사장교의 시공순서도 및 응력작용도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 정착장치 및 긴장재의 설치예들에 대한 사시도,
도 4는 본 발명의 데크 세그먼트와 정착장치의 단면도들,
도 5 및 도 5b는 본 발명의 측방 정착블록의 횡단면도와 평면도 및 설치 사시도,
도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d는 본 발명의 측방 정착블록의 구성 조립도들
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 측방 정착블록 설치예들에 대한 사시도들,
도 8은 본 발명의 데크 세그먼트와 종래 데크 세그먼트의 강 소모량에 대한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

아래에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일부 타정식 사장교의 시공과정을 순차적으로 설명하기로 한다. 상기 시공과정을 설명하면서 사장교도 함께 설명하기로 한다.

본 발명에 있어 사장교(100)는 초 장대 교량으로 설치되는데 1200~2000m 정도를 기준으로 보면 된다.

본 발명에 의한 사장교는 기본적으로 도 2a 내지 도 2c와 같은 방식으로 일부 타정식 사장교로 시공된다.

이러한 방식으로 시공하는 이유는 결국 도 1c와 같이 주경간에 있어 소정구간(중앙부)의 데크플레이트들에 인장응력이 발생할 수 있도록 함으로써 사장교 전체에 있어 최대 압축응력의 크기를 감소시키기 위함이다.

이에 이러한 일부 타정식 사장교의 시공 예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 2a와 같이, 제 1주탑(111)과 제 2주탑(112)을 교축방향으로 소정 거리(L)만큼 이격시켜서 설치하고, 데크지지용 제 1,2앵커리지(113)(114)를 설치한다.

이때, 상기 제 1앵커리지(113)는 제 1주탑(111)을 중심으로 외측 측경간쪽으로 예컨대 이격된 위치의 지반 등에 설치되는 철근콘크리트 구조물이라 할 수 있으며, 다양한 형태가 될 수 있을 것이다.

또한 수중에 상기 제 1앵커리지(113)가 설치될 수 있으며 그 형성위치는 제 1주탑으로부터 외측 측경간쪽이라면 달리 제한되지 않는다.

또한 상기 제 2앵커리지(114)도 제 2주탑(112)을 중심으로 외측 측경간쪽으로 이격된 위치의 지반 등에 설치되는 철근콘크리트 구조물이라 할 수 있으며, 다양한 형태가 될 수 있을 것이다. 역시 수중에 상기 제 2앵커리지(114)가 설치될 수 있으며 그 형성위치 역시 제 2주탑(112)으로부터 외측 측경간 쪽이라면 달리 제한되지 않는다.

다음으로 상기 제 1주탑(111)과 제 2주탑(112)으로부터 측경간 및 주경간 중앙쪽으로 연장 설치되는 제 1 측경간 데크 세그먼트(120) 및 제 1 주경간 데크 세그먼트(130)를 제 1주탑(111)과 제 2주탑(112)에 연결된 압축케이블(200)에 의하여 연결 설치하되, 상기 제 1 주경간 데크 세그먼트(130)가 주경간에서 서로 연결되지 않은 상태로 교축방향으로 이격 배치되도록 설치하게 된다.

결국 이러한 측경간 및 주경간 데크 세그먼트(120,130)는 제 1,2주탑(111,112)에 압욱케이블(200)에 의하여 매달려 설치됨으로써 종래와 같이 압축응력이 발생하게 되며 본 발명에서는 이러한 압축응력이 발생되는 데크 세그먼트를 제 1,2주탑에 연결한다는 의미에서 상기 케이블을 압축케이블이라 지칭한다.

다음으로는 상기 제 1 및 제 2앵커리지(111)(112)로부터 제 1주탑(111)과 제 2주탑(112)을 경유하여 주경간쪽으로 연장되어 설치된 인장케이블(300)을 압축케이블(200)에 의하여 연결된 제 1 주경간 데크 세그먼트(130)에 추가 연결된 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140)(150)각각에 연결시키게 된다.

이에, 제 1 주경간 데크 세그먼트(130)에 연결된 상태에서 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140)(150)는 제 1,2 앵커리지(113,114)에 연결된 인장케이블(300)에 의하여 연결되어 있으므로 분력에 의한 압축응력이 발생하게 됨을 알 수 있다.

이에 상기 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140)(150)에 발생하는 압축응력에 의하여 제 1 측경간 데크 세그먼트(120) 및 제 1 주경간 데크 세그먼트(130)에 발생하는 압축응력이 누적됨을 알 수 있다. 이에 본 발명은 후술되는 긴장재(430)를 설치함으로서 이러한 압축응력을 상쇄시키게 된다.

이를 위해 본 발명은 상기 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140)(150)에 각각 제 1정착장치(410)와 제 2정착장치(420)를 설치하게 된다.

이러한 제 1정착장치(410)와 제 2정착장치(420)는 예컨대, PC 강연선을 긴장 후 정착시키는 정착장치 및 유압잭을 포함하는 것이다.

데크 세그먼트는 통상 강재로 제작된 것인데 상기 제 1정착장치(410)와 제 2정착장치(420)는 바람직하게는 데크 세그먼트 상면에 설치함으로써 추후 긴장재의 긴장 및 정착의 작업성을 확보할 수 있도록 함이 바람직하다.

물론, 이러한 정착장치(410,420)는 데크 세그먼트를 주경간에서 예컨대 바지선을 이용하여 인양한 후 먼서 설치된 데크 세그먼트의 연결시킴에 있어 방해 또는 간섭이 되지 않은 위치에 설치되도록 함이 바람직하다.

다음으로는 상기 제 1 및 제 2정착장치(410)(420) 사이에 강연선을 포함하는 긴장재(430)를 장착하여 주경간에서 교축방향으로 이격 배치된 제 1 및 제 2주경간 데크 세그먼트들(140)(150)을 교축방향으로 서로 연결되도록 한 상태에서 상기 긴장재(430)를 긴장 및 정착시켜 제 1 및 제 2 주경간 데크 세그먼트에 인장응력이 인가되도록 하게 된다.

이때 상기 긴장재(430)는 강봉을 사용할 수도 있지만, 강봉은 취급이 용이하지 않으면 강연선을 사용하는 것이 바람직하며, 양 단부가 제 1 및 제 2정착장치(410)(420)에 긴장 후 정착되도록 하게 된다.

도 2a에는 한 쌍의 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140)(150) 사이에 1개의 긴장재(430)가 도시되어 있지만, 그 설치개수 및 설치량은 변동가능하다.

도 3a 및 도 3b는 이러한 긴장재(430)의 설치형태의 예들을 도시한 것이다.

즉, 도 3a에 의하면, 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140)(150)에 각각 제 1 및 제 2정착장치(410)(420)가 설치되어 있고, 이러한 제 1 및 제 2정착장치(410)(420) 사이에 긴장재(430)가 설치된 경우를 확인할 수 있으며,

또한 도 3b에 의하면 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140)(150) 사이에 추가 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140')(150')가 설치되어 있으며 이러한 추가로 설치된 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140')(150') 다시 긴장재(430')가 더 설치되어 있음을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 긴장재(430,430')는 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트들(140)(150)(140')(150')의 설치개수에 따라 1개 또는 2개 이상 설치된 다중 설치방식에 따라 설치될 수 있음을 알 수 있다.

서로 이격된 위치에 있는 정착장치들에 긴장재를 배치하는 방법은 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예컨대 정착장치들 사이에 브라켓과 같는 지지구를 가설하고, 상기 지지구 사이에 임시가설케이블을 연결한 뒤, 상기 임시가설케이블에 긴장재를 태울 수 있는 대차를 설치하고, 상기 대차를 임시가설케이블을 통해 건너편으로 이동시켜 긴장재를 정착장치에 장착시킬 수 있을 것이다.

이에 긴장재(430)는 본 발명에 있어 2가지 역할을 하게 된다.

첫째, 종래 내풍케이블의 역할이다. 즉, 상기 긴장재(430)는 제 1 및 제 2정착장치(410)(420) 사이에 설치되어 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140)(150)를 서로 연결시켜 주는 역할을 함으로써 케이블에 의해 연결되는 데크 세그먼트에 작용하는 바람 등에 의한 진동 등을 방지할 수 있도록 하게 된다.

이에 종래 도 1d와 같이 설치되는 내풍케이블(60)과 대비하여 설치작업이 간단해지고 특히 연육교로 설치되는 사장교에 있어 수중에 블록에 의한 내풍케이블에 대비하여 선박등의 운행에 방해가 되지 않도록 함을 알 수 있다.

둘째, 긴장재(430)는 유압잭 등에 의하여 긴장 후, 제 1 및 제 2정착장치(410)(420) 사이에 정착됨으로써 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140)(150)에 인장응력이 발생되도록 하게 되며, 이는 인장케이블(300)에 의하여 발생되는 압축응력을 상쇄시키게 되며 유압잭에 의한 것이므로 도입되는 인장응력의 크기를 보다 용이하게 제어할 수 있도록 함을 알 수 있다.

이에 본 발명의 정착장치 및 긴장재(410,420,430)는 주경간에 설치되는 데크 세그먼트에 있어 인장응력을 도입시키는 작용을 하게 됨을 알 수 있다.

이와 같은 정착장치, 긴장재에 의한 주경간 데크 세그먼트의 연결 및 인장응력의 도입은 주경간 데크 세그먼트가 주경간에서 모두 설치될 때까지 반복할 수 있다. 이에 도 2b에 의하면 최종 제 4 주경간세그먼트(160)가 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트(140)(150) 사이에 설치됨을 알 수 있다.

다음으로는 도 2c와 같이 제 1주탑(111)과 제 2주탑(112)에 압축케이블(200)을 더 설치하여 측경간에 측경간 데그 세그먼트(170)를 더 설치함으로써 사장교에 설치되는 데크 세그먼트를 최종 설치하게 된다.

물론 상기 제 1 및 제 2정착장치(410)(420)와 긴장재(430)는 최종 제거되어 사장교에 데크 세그먼트 연결 설치가 완료될 수 있도록 하게 된다.

이에 최종 도 2c와 같이 본 발명에 의한 사장교에서는 주경간의 소정구간에 설치되는 제 2,3,4 주경간 데크 세그먼트(140,150,160)는 제 1주탑(111)과 제 2주탑(112)을 경유하는 인장케이블(300)에 의해서 제 1,2주탑(110)(120)쪽으로 잡아당겨지기 때문에 인장응력(T)이 발생한다.

한편, 제 1 주경간 데크 세그먼트(130)는 제 1주탑(111)과 제 2주탑(112)에 설치되는 압축케이블(200)에 의해서 서로 연결되어 압축응력(C)이 발생한다.

결국 주경간의 중앙부분의 데크 세그먼트(140,150,160)에는 인장응력이 발생하고 제 1,2주탑(110)(120)의 양측의 측경간 및 제 1 주경간 데크 세그먼트들에는 (120,130,170)에는 압축응력이 발생하게 됨을 알 수 있다.

도면에서 'C'는 압축응력을 나타내고, T'는 인장응력을 나타낸다.

이로써, 본 발명은

첫째, 주탑(111)(112) 사이의 주경간의 데크 세그먼트의 단면에 작용하는 최대 압축응력의 도 1d와 대비하여 그 크기를 줄임으로써 주경간의 데크 세그먼트의 단면적을 보다 효과적으로 줄일 수 있게 됨을 알 수 있으며,

둘째, 주경간의 데크 세그먼트의 단면적을 줄임으로써 구조강의 소요량을 줄일 수 있기 때문에 경제성을 확보할 수 있다. 따라서, 초장대 사장교가 다른 형태의 교량에 비하여 경제성을 가질 수 있도록 하게 됨을 알 수 있다.

셋째, 주경간 중앙부에 설치되는 주경간 데크 세그먼트 일부는 인장케이블과 정착장치 및 긴장재에 의하여 인장응력이 도입되도록 할 수 있음을 알 수 있어 도입되는 인장응력의 크기 등을 용이하게 제어할 수 있게 됨을 알 수 있다.

넷째, 상기 정착장치 및 긴장재는 주경간의 데크 세그먼트를 서로 연결시켜 구속시켜 줌에 따라 종래 내풍 케이블의 역할을 하게 됨을 알 수 있다.

이에 정량적인 실험에 의하면 측경간의 길이가 합당한 경우(대략, 측경간의 길이가 주경간 길이(L)의 비가 1:2 또는 1:2.5인 경우)에는 최대 압축응력이 기존의 사장교에 비하여 개략 절반이상 줄어든다.

이때, 무게 증가를 더 줄이기 위해서는 인장케이블 또는 압축케이블에 있어 강케이블(steel cable) 보다 더 큰 강도/밀도 비(a higher strength-to-density ratio)를 가지는 케이블을 사용할 수 있다.

예컨대 탄소 섬유(carbon fibre)로 만들어진 인장 및 압축케이블은 단위 힘당 무게비(weight per force unit)가 강케이블에 비해서 약 1/4이고 고강도 구조강(high strength structural steel)에 비해 약 1/10이다.

이에 탄소섬유 케이블을 사용하는 것은 무게증가를 줄이기 위해서 적절할 뿐만 아니라, 케이블이 데크 세그먼트의 내부에 배치되기 때문에 잘 보호될 수 있고 검사 및 재배치에 편리하다는 장점이 있다.

도 4a는 일반적인 데크 세그먼트(도면부호 140으로 표시)를 단면도로 도시한 것이다.

이러한 데크 세그먼트(140)는 박스단면으로 형성되는 것으로서 상부플랜지(141), 하부플랜지(142) 및 다이아프레임(143)들을 포함하여 구성되며 양 측면은 페어링(144)에 의하여 풍하중을 상쇄하기 위한 형태로서 중앙부가 돌출 형성되어 있고 상부 및 하부플랜지 양 단부에는 인장케이블(300)이 상부 및 하부플랜지를 관통되도록 설치되고 있음을 알 수 있다.

이에 앞서 살펴본 것과 같이 긴장재(430)를 도 3b 및 도 4a와 같이 상기 데크 세그먼트(140)의 상면에 설치된 제 1 및 제 2정착장치(410,420)에 긴장 및 정착시키게 되면

도 4b와 같이 데크 세그먼트의 단면 중심축에서 상부 플랜지의 케이블 중심까지 편심을 가지고 있으므로, 대규모의 케이블 긴장 시 데크 세그먼트에 편심모멘트를 유발하는 단점이 있다.

이러한 편심모멘트의 효과는 가설 중 데크 세그먼트에 불리한 응력을 발생하므로 가설단계해석에서 이에 대한 영향을 고려하여야 한다.

또한 데크 세그먼트 가설중 상향의 변위 발생시(일반적으로 부가고정하중 재하 시 초기평형상태를 설정하므로) 긴장재와 데크 세그먼트가 간섭되는 부분이 발생할 수 있으므로 이 부분에서 가이드 롤러 등의 부가적인 장치(미도시)가 필요하다.

또한 단면의 세부 보강 측면에서 상부 플랜지의 두께는 대략 14mm 일 경우가 대부분이나, 케이블력이 증가함에 따라 상부플랜지의 두께 변화는 물론이며 데크 세그먼트 내측에 추가적인 보강재가 다수 필요로 하게 된다는 문제점이 있다.

따라서 긴장재(430)는 가설중인 데크 세그먼트에 인장력을 도입하게 되므로 인장력 이외의 편심에 의한 휨모멘트 등은 가능한 억제하는 위치에 설치해야 함을 알 수 있다.

이에 본 발명은 도 4c와 같이 데크 세그먼트의 측면에 긴장재(430)의 측방 정착블록(500)을 설치하고 편심이 없는 단면 중심축에 긴장재(430)를 배치하여 데크 세그먼트 상단부 설치에서 문제시 되었던 편심모멘트의 영향을 배제하도록 하게 된다.

또한 데크 세그먼트의 가설 중 상향 변위의 발생으로 인한 데크 세그먼트와 긴장간의 간섭을 방지할 수 있도록 하게 된다.

나아가 측방 정착블록(500) 존재에 의하여 데크 세그먼트의 다이아프램과 상하부 플랜지를 유효하게 사용할 수 있는 장점이 있으므로 데크 세그먼트 내부의 보강재를 최소화 시킬 수 있다. 또한 측방 정착블럭(500)에 작용하는 긴장재에 의한 긴장력이 변화될 경우 이에 따른 대처가 유리하게 된다.

도 5a 및 도 5b는 이러한 측방 정착블록(500)과 측방 정착블록이 설치되는 데크 세그먼트(140)의 연결 상태를 평면도와 횡단면도 및 설치사시도로 도시한 것이다.

먼저, 상기 측방 정착블록(500)을 데크 세그먼트(140)의 측면에 설치하려면 페어링(144)의 존재가 방해가 된다. 이에 상기 측방 정착블록(500)은 데크 세그먼트(140)에 탈착이 가능하도록 설치하게 되며 측방 정착블록(500)을 설치할 때는 페어링(144)를 제거하고 상기 측방 정착블록(500)이 해체되면 다시 페어링(144)을 다시 설치할 수 있도록 하는 구조를 가지도록 하게 된다.

이에 도 5a와 같이 데크 세그먼트(140)의 양 단부는 수직복부(144)로 마감하여 상기 측방 정착블록(500)이 탈착(연결볼트 등 이용)이 가능하도록 설치하게 된다.

이때 상기 측방 정착블록(500)은 박스 형태로 제작하게 되는데 이는 긴장재(430)에 의한 긴장력이 커짐에 따라 측방 정착블록(500)의 강성을 확보하는데 효과적이기 때문이다.

이에 상기 측방 정착블록(500)은 브라켓부(510)와 상기 브라켓부(510)의 측면에 접하여 일체로 형성되며 내부에 도 6b와 같이 긴장재 보호관(527)이 설치되며, 상면과 하면에 보강정착구(530)가 형성된 긴장재 정착부(520)로 구성된다.

상기 브라켓부(510)는 도 6a와 같이 하부판(511), 양 복부판(512) 및 상부판(513)으로 형성되어 외측으로 갈수록 단면이 작아지는 박스단면으로 형성되어 전체적으로 사다리꼴 단면으로 형성됨을 알 수 있다.

이에 상기 하부판(511)과 상부판(513)은 사다리꼴 형태로 상기 수직복부(144)의 상부와 하부플랜지에 설치되도록 수평 연장되도록 설치하도록 하되 각각의 저면과 상면에는 보강리브(514)들이 형성되도록 하게 된다.

상기 양 복부판(512)들은 하부판과 상부판의 양 측면에 일체로 형성된 사각판 형태로서 개구부(515)가 형성되며 역시 보강리브(514)들이 형성되도록 하게 된다.

이와 같은 브라켓부(510)로 형성시키게 되면 중량이 가벼우면서도 긴장재에 의한 변형, 파손을 방지하기 위한 강성을 최소한의 강재를 이용하여 확보할 수 있기 때문이며 사다리꼴 형태로 형성시켜 풍압에 보다 유리한 형태로 형성시키기 위함이며 이는 페어링과 유사한 구조로 형성되도록 한 것이라 보면 된다.

이러한 브라켓부(510)에 긴장재(430)가 관통되도록 설치하여야 하는데 이를 위하여 도 6b와 같이 긴장재 정착부(520)를 측면에 일체로 형성시키게 된다.

상기 긴장재 정착부(520)는 직육면체 박스 형태로 형성되는 하부판(521),상부판(522),양 측면판(523), 전면판(524), 배면판(525)을 조립하여 제작하되 상기 전면판과 배면판에는 서로 대응되는 위치의 관통홀(526)이 형성되도록 하고, 상기 관통홀(526)에 연통되는 긴장재 보호관(527)이 내부에 설치되도록 하게 된다.

이러한 긴장재 보호관(527)은 긴장재(430)를 긴장재 정착부(520)에 관통시켜 설치하기 용이하도록 한 것이며 일종의 가이드관의 역할을 하게 된다.

이때 상기 하부판(521),상부판(522),양 측면판(523), 전면판(524), 배면판(525), 긴장재 보호관(527)에도 보강리브들을 형성시켜 소요의 강성을 충분히 확보할 수 있도록 하게 된다.

다음으로 상기 보강정착구(530)는 도 5b와 같이 후술되는 보강지지구(540)의 후방보강재(550)의 정착을 위한 것이다.

이에 상기 보강정착구(530)는 강봉인 보강재의 단부가 관통하여 미도시된 정착너트를 체결할 수 있도록 형성된다.

이에 상기 보강정착구(530)는 도 6c와 같이 상부판(531), 상기 상부판(531) 양 측 저면에 하방으로 연장되도록 형성되며 강봉인 보강재가 관통하는 관통홀(534)이 형성된 지지판(532)이 사이에 형성된 양 측판(533)으로 구성될 수 있음을 알 수 있다.

위와 같이 측방 정착블록(500)은 데크 세그먼트(140)에 설치되어 긴장재(430)에 의하여 주경간 중앙쪽으로 쏠리는 하중을 크게 받게 되므로 후방에서 상기 하중을 저항해줄 필요가 있다.

이에 도 5b 및 도 5c와 같이 상기 측방 정착블록(500)의 후방으로 이격된 위치의 수직복부(144) 상단 및 하단에 보강지지구(540)들을 각각 설치하게 된다.

이러한 보강지지구(540)들은 보강정착구(530)에 각각 대응한 위치에 형성되며 각각의 상면과 저면에 도 6c와 같은 보강정착구(530)가 설치되어 있음을 알 수 있다.

이에 상기 보강지지구(540)에 설치된 보강정착구(530)와 긴장재 정착부(520)에 설치된 보강정착구(530) 사이에는 강봉인 후방보강재(550)의 양 단부가 정착 및 고정되도록 함으로서 상기 후방보강재(550)의 지지력에 의하여 측방 정착블록이 긴장재에 의한 하중에 탈락되거나 변형 등의 문제가 발생되지 않도록 하게 된다.

이때 상기 보강지지구(540)는 도 6d와 같이, 전체적으로 사다리꼴 형태의 하부판(541), 사다리꼴 형태의 상부판(542), 수직복부와 접하도록 설치되는 측면판(543)과 부분 전면판(544), 부분 배면판(545) 및 내부지지판(546)으로 경량화된 지지체로 형성시킬 수 있다.

이와 같은 측방 정착블록(500)의 설치예들을 도시한 것이 도 7a 내지 도 7c이다.

먼저 도 7a에 의하면 1개의 측방 정착블록(500a)이 후방에 설치되는 상하 한쌍의 후방보강재(550)에 의하여 설치되도록 함을 알 수 있으며,

도 7b에 의하면 1개의 측방 정착블록(500b)이 후방에 설치되는 상하 두쌍의 후방보강재(550)에 의하여 설치되도록 함을 알 수 있다. 이때 물론 후방보강재의 설치개수에 따라 보강정착구(530)도 함께 설치개수를 조정하면 된다.

도 7c에 의하면 2개의 측방 정착블록(500b)이 후방에 설치되는 상하 2쌍의 후방보강재(550)에 의하여 설치되도록 함을 알 수 있다. 이때 물론 후방보강재의 설치개수에 따라 보강정착구(530)도 함께 설치개수를 조정하면 된다.

이때 상기 연결블록(600)을 이용하여 측방 정착블록을 서로 연결시켜 줌으로서 서로의 일체성을 확보하는 것이 바람직하다.

이러한 설치예는 긴장재(430)의 긴장크기에 따라 본 발명의 측방 정착블록을 자유로이 변경할 수 있으며 이는 측방 정착블록을 데크 세그먼트에 탈착이 가능하도록 설치하기 때문에 가능한 것이기도 하다.

도 8은 상기 일부 타정식 사장교를 만들기 위해서 소요되는 강(steel)의 양과 종래 사장교를 만들기 위해서 소요되는 강(steel)의 양을 경간(주경간 및 측경간)의 길이에 따라 개략적으로 보여주는 도면이다.

도면에서 실선은 본 발명에 의한 사장교에 대한 것이고 점선은 종래 사장교에 대한 것이며 x축(가로축)은 교량 중앙부로부터의 거리(m)를 나타낸다.

도 8과 같이, 사장교(100)(10)는 주탑이 있는 곳(-700m, 700m)에서 가장 많은 강(steel)이 필요한데, 이것은 주탑이 있는 곳에서 최대 압축응력이 발생하기 때문이다.

그런데, 본 발명에 의한 사장교는 종래 사장교에 비하여 최대 압축응력이 작기 때문에 필요한 강의 양도 사장교에 비하여 현저하게 작음을 알 수 있다.

100: 일부 타정식 사장교
111,112: 주탑
113,114: 데크 지지용 앵커리지
120,170: 측경간 데크 세그먼트
130,140,150,160: 제 1,2,3,4 주경간 데크 세그먼트
200:압축케이블
300:인장케이블
410:제 1정착장치
420:제 2정착장치
430:긴장재
500,500a,500b,500c:측방 정착블록
510:브라켓부
520:긴장재 정착부
530:보강정착구
540:보강지지구
550:후방보강재
600: 연결블록

Claims (6)

1. (a) 교축방향으로 소정 간격으로 이격된 제 1주탑과 제 2주탑을 각각 설치하고, 제 1주탑을 중심으로 측경간쪽으로 제 1앵커리지를 설치하고, 제 2주탑을 중심으로 측경간쪽으로 제 2앵커리지를 설치하는 단계;
   (b) 상기 제 1주탑과 제 2주탑으로부터 측경간 및 주경간 중앙쪽으로 연장 설치되는 제 1 측경간 데크 세그먼트 및 제 1 주경간 데크 세그먼트를 제 1주탑과 제 2주탑에 연결된 압축케이블에 의하여 연결 설치하되, 상기 제 1 주경간 데크 세그먼트가 주경간에서 서로 연결되지 않은 상태로 교축방향으로 이격 배치되도록 하는 단계;
   (c) 상기 제 1 및 제 2앵커리지로부터 제 1주탑과 제 2주탑을 경유하여 주경간쪽으로 연장되어 설치된 인장케이블을 상기 압축케이블에 의하여 연결된 제 1 주경간 데크 세그먼트에 추가 연결된 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트 각각에 연결하는 단계;
   (d) 상기 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트의 측방에 각각 박스형태의 측방 정착블록(500)을 설치하는 단계; 및
   (e) 상기 측방 정착블록 사이에 긴장재(430)를 장착하여 주경간에서 교축방향으로 이격 배치된 제 1 및 제 2주경간 데크 세그먼트들을 교축방향으로 서로 연결되도록 한 상태에서 상기 긴장재를 긴장 및 정착시켜 제 1 및 제 2 주경간 데크 세그먼트에 인장응력이 인가되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 긴장재와 측방 정착블록을 이용한 일부 타정식 사장교 시공 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 측방 정착블록(500)은 주경간 데크 세그먼트 양 측면에 설치되도록 하되, 제 2 및 제 3 주경간 데크 세그먼트 사이에 서로 마주보도록 설치되도록 하되,
   상기 측방 정착블록(500)은 관 형태의 연결블록(600)에 의하여 다수개가 서로 연결되어 설치되도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 긴장재와 측방 정착블록을 이용한 일부 타정식 사장교 시공 방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 측방 정착블록(500)은 주경간 데크 세그먼트의 양 측면에 탈착이 가능하도록 설치하며,
   상기 주경간 데크 세그먼트의 양 측면에 측방 정착블록이 설치될 수 있도록 페어링을 제거하고 수직복부(144)로 마감되도록 하여 상기 수직복부에 측방 정착블록(500)이 탈착이 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 긴장재와 측방 정착블록을 이용한 일부 타정식 사장교 시공 방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 측방 정착블록(500)은 측방으로 갈수록 단면이 작아지는 사다리꼴 단면의 박스체로 형성되는 브라켓부(510); 및
   상기 브라켓부(510)의 측면에 접하여 일체로 박스 형태로 형성되며 내부에 긴장재 보호관(527)이 설치되며, 상면과 하면에 보강정착구(530)가 형성된 긴장재 정착부(520);를 포함하는 것을 특징으로 하는 긴장재와 측방 정착블록을 이용한 일부 타정식 사장교 시공 방법.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 긴장재 정착부(520)에 설치된 보강정착구(530)는 강봉인 후방보강재(550)의 일단부가 정착되고 타단부가 후방에 설치된 보강지지구(540)에 설치된 보강정착구(530)에 정착되도록 하여 상기 후방보강재(550)에 의하여 정착블록이 후방에서 안정적으로 지지되도록 하는 것을 특징으로 하는 긴장재와 측방 정착블록을 이용한 일부 타정식 사장교 시공 방법.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 긴장재 보호관(271)은 긴장재 정착부(520)의 전면판과 배면판에 형성된 관통홀(526)에 연통되도록 하여 긴장재(430)를 긴장재 정착부(520)에 관통시켜 설치할 수 있는 가이드관으로 설치되는 것을 특징으로 하는 긴장재와 측방 정착블록을 이용한 일부 타정식 사장교 시공 방법.

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