KR20130075080A - 변단면 구조부재 및 이를 구비하는 강합성 거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변단면 구조부재 및 이를 구비하는 강합성 거더에 관한 것으로서, 하중으로부터 발생되는 휨모멘트에 저항하며, 길이방향의 휨모멘트 변화에 대응하기 위해, 일측 단부에서 길이방향의 타측 단부로 갈수록 단면 크기가 변화하는 상측지지부와, 상기 상측지지부의 단면 크기 변화에 대응되게 단면 크기가 변화하며, 하중으로부터 발생되는 휨모멘트에 저항하도록 마련되는 하측지지부 및 상기 상측지지부와 상기 하측지지부를 연결하며, 전단력에 저항하도록 마련되는 연결부를 포함한다.
이에 의해, 효율적으로 하중에 저항할 수 있는 효과가 있다.

Description

변단면 구조부재 및 이를 구비하는 강합성 거더{VARIABLE CROSS SECTION STRUCTURAL MEMBER AND STEEL-CONCRETE COMPOSITE GIRDER HAVING THE SAME}

본 발명은 변단면 구조부재 및 이를 구비하는 강합성 거더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하중의 변화에 대응되게 단면이 변화하여 재료의 낭비를 방지하면서도 하중에 효율적으로 견딜 수 있는 변단면 구조부재 및 이를 구비하는 강합성 거더에 관한 것이다.

일반적으로, 강합성 거더는 상하부 플랜지와 이를 연결해주는 복부판으로 구성되는 구조부재에 콘크리트를 타설하여 형성되며, 교량이나 건축물에 사용되어 외부 하중 또는 자중에 저항할 수 있도록 마련된다.

여기서, 강합성 거더의 길이방향을 따라 각각의 위치에서 작용되는 휨모멘트와 전단력은 상이하다.

한편, 강합성 거더는 휨모멘트 또는 전단력의 크기가 작은 부분과 휨모멘트 또는 전단력의 크기가 큰 부분에서 동일한 단면 형상을 가지므로, 불필요한 부분에까지 강재 또는 콘크리트가 사용되어 재료가 낭비되며, 이에 의해, 재료비가 상승되는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해, 종래 강합성 거더는 휨모멘트 또는 전단력의 크기가 큰 부분에서만 보강재가 사용되도록 마련되었었다.

다만, 이러한 보강재를 사용하더라도 계산에 따른 정확한 크기의 보강재를 사용하는 것이 아니므로, 여전히 불필요한 재료가 낭비되는 문제점이 있었다.

본 발명에 따른 변단면 구조부재 및 이를 구비하는 강합성 거더는 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 다음과 같은 과제해결을 목적으로 한다.

본 발명은 일 측면으로서, 계산결과에 따른 강합성 거더의 특정지점에서의 휨모멘트 또는 전단력에 대응되도록 단면이 변화하는 구조부재를 통해 효율적으로 하중에 저항할 수 있는 변단면 구조부재 및 이를 구비하는 강합성 거더의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 일 측면으로서, 강합성 거더에 작용하는 휨모멘트 또는 전단력의 분포에 따라 필요한 재료량을 최적화시켜 재료 비용이 감소될 수 있는 변단면 구조부재 및 이를 구비하는 강합성 거더의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재는 하중으로부터 발생되는 휨모멘트에 저항하며, 길이방향의 휨모멘트 변화에 대응하기 위해, 일측 단부에서 길이방향의 타측 단부로 갈수록 단면 크기가 변화하는 상측지지부와, 상기 상측지지부의 단면 크기 변화에 대응되게 단면 크기가 변화하며, 하중으로부터 발생되는 휨모멘트에 저항하도록 마련되는 하측지지부 및 상기 상측지지부와 상기 하측지지부를 연결하며, 전단력에 저항하도록 마련되는 연결부를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재에서 상기 연결부는 길이방향에 따른 전단력의 변화에 대응되도록, 일측 단부에서 길이방향의 타측 단부로 갈수록 단면 크기가 변화하도록 마련될 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재에서 상기 상측지지부 또는 하측지지부는 계산식에 따른 휨모멘트 분포를 고려하여, 휨모멘트의 크기가 작은 부분에서는 상기 상측지지부 또는 하측지지부의 단면 크기가 작지만, 휨모멘트가 집중되는 부분에서는 상기 상측지지부 또는 하측지지부의 단면 크기가 증가하도록 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재에서 상기 상측지지부 또는 하측지지부는 양 단부에서 단면 크기가 작지만, 중앙부에서 단면 크기가 증가하도록 마련될 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재에서 상기 연결부는 계산식에 따른 전단력 분포를 고려하여, 전단력의 크기가 작은 부분에서는 상기 연결부의 단면 크기가 작지만, 전단력이 집중되는 부분에서 상기 연결부의 단면 크기가 증가하도록 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재에서 상기 연결부는 중앙부에서 단면 크기가 작지만, 양 단부에서 단면 크기가 증가하도록 마련될 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재에서 상기 상측지지부, 상기 하측지지부 또는 상기 연결부는 강재로 마련될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재를 구비하는 강합성 거더는 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재 및 상기 변단면 구조부재에 타설되는 콘크리트를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재를 구비하는 강합성 거더에서 상기 변단면 구조부재는 상기 콘크리트 외부의 전체 또는 일부를 감싸도록 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재 및 이를 구비하는 강합성 거더는 다음과 같은 효과 중 적어도 일부를 가진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재 및 이를 구비하는 강합성 거더는 계산결과에 따른 강합성 거더의 특정지점의 휨모멘트 또는 전단력에 대응되도록 상하측지지부 또는 연결부의 단면이 변화하도록 마련되어 효율적으로 하중에 저항할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재 및 이를 구비하는 강합성 거더는 강합성 거더에 작용하는 휨모멘트 또는 전단력의 분포에 따라 필요한 재료량을 최적화시켜 재료 비용이 감소될 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재의 사시도이다.
도 2는 등분포하중(q)과 집중하중(P=qL/4)을 받는 단순보에서 발생되는 휨모멘트와 전단력의 분포 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재 중 상하측지지부의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재 중 연결부의 상측에서 바라본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재의 길이방향에 따라 변화되는 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 단순보의 단면 구성을 도시한 도면이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재를 구비하는 강합성 거더의 단면도이다.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다", "구비한다", "갖다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도면을 참조하면서 변단면 구조부재(400) 및 이를 구비하는 강합성 거더(1000)에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명 중 일 실시예에 따른 변단면 구조부재(400)는 하중으로부터 발생되는 휨모멘트에 저항하며, 길이방향의 휨모멘트 변화에 대응하기 위해, 일측 단부에서 길이방향의 타측 단부로 갈수록 단면 크기가 변화하는 상측지지부(100)를 포함한다.

또한, 본 발명 중 일 실시예에 따른 변단면 구조부재(400)는 상기 상측지지부(100)의 단면 크기 변화에 대응되게 단면 크기가 변화하며, 하중으로부터 발생되는 휨모멘트에 저항하도록 마련되는 하측지지부(200)를 포함한다.

그리고, 본 발명 중 일 실시예에 따른 변단면 구조부재(400)는 상기 상측지지부(100)와 상기 하측지지부(200)를 연결하며, 전단력에 저항하도록 마련되는 연결부(300)를 포함한다.

이하, 각 구성별로 상세히 설명한다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상측지지부(100)는 하중으로부터 발생되는 휨모멘트에 저항하며, 길이방향의 휨모멘트 변화에 대응하기 위해, 일측 단부에서 길이방향의 타측 단부로 갈수록 단면 크기가 변화되게 마련된다.

즉, 구조부재를 교량이나 건축물 등에 사용시, 구조부재의 길이방향을 따라 작용되는 휨모멘트는 달라지므로, 상기 상측지지부(100)의 단면 크기를 변화시켜 상기 휨모멘트의 변화에 저항가능하도록 마련된다.

여기서, 상기 상측지지부(100)는 계산식에 따른 휨모멘트 분포를 고려하여, 휨모멘트의 크기가 작은 부분에서는 상기 상측지지부(100)의 단면 크기가 작지만, 휨모멘트가 집중되는 부분에서는 상기 상측지지부(100)의 단면 크기가 증가하도록 마련될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 3을 참조하면, 하측지지부(200)는 상기 상측지지부(100)의 단면 크기 변화에 대응되게 단면 크기가 변화하며, 하중으로부터 발생되는 휨모멘트에 저항하도록 마련된다.

여기서, 상기 하측지지부(200)는 상기 상측지지부(100)와 마찬가지로 휨모멘트 변화에 대응하기 위해, 일측 단부에서 길이방향의 타측 단부로 갈수록 단면 크기가 변화되게 마련된다.

또한, 상기 하측지지부(200) 역시 계산식에 따른 휨모멘트 분포를 고려하여, 휨모멘트의 크기가 작은 부분에서는 상기 상측지지부(100)의 단면 크기가 작지만, 휨모멘트가 집중되는 부분에서는 상기 상측지지부(100)의 단면 크기가 증가하도록 마련될 수 있다.

그리고, 도 1 및 도 5를 참조하면, 연결부(300)는 상기 상측지지부(100)와 상기 하측지지부(200)를 연결하며, 전단력에 저항하도록 마련된다.

여기서, 상기 연결부(300) 역시 길이방향에 따른 전단력의 변화에 대응되도록, 일측 단부에서 길이방향의 타측 단부로 갈수록 단면 크기가 변화되게 마련될 수 있다.

또한, 상기 연결부(300)는 계산식에 따른 전단력 분포를 고려하여, 전단력의 크기가 작은 부분에서는 상기 연결부(300)의 단면 크기가 작지만, 전단력이 집중되는 부분에서 상기 연결부(300)의 단면 크기가 증가하도록 마련될 수 있다.

이하, 예를 들어 이에 대해 상세히 설명한다.

등분포하중(q) 및 중앙 집중하중(P)이 작용하는 단순보에서 휨모멘트와 전단력은 다음의 식으로 계산할 수 있다.

여기서, 휨모멘트는 M(x)이고, 전단력은 V(x)이며, 단순보의 길이는 L이다.

한편, 상하 대칭의 I형 거더의 단면에 발생하는 최대 휨응력 및 최대 전단응력은 다음의 식으로 계산할 수 있다.

여기서, 최대 휨응력은

이고, 최대 전단응력은

이며, 평균 전단응력은

이다.

그리고, 상하 대칭 I형 거더의 단면 이차모멘트는

이다(도 6 참조).

여기서, 식(1)과 식(2)와 식(6)을 식(3)과 식(4)에 대입하여, 단순보의 길이방향에 따라 변화하는 연결부(300)의 두께(

)와 상측지지부(100) 또는 하측지지부(200)의 폭(

)을 결정할 수 있다.

식(3)과 식(4)에서 결정되는 최대 휨응력과 최대 전단응력은 설계기준에서 결정된 허용치보다 작아야 한다. 그리고, 복잡한 식(4)를 대신하여, 근사식 식(5)를 사용할 수 있으며, 이에 의해, 보다 간단히 계산을 수행할 수 있다.

다만, 상기 계산식은 하나의 실시예에 해당되며, 건축물의 설계 기준에 따라 계산식과 계산결과, 휨모멘트와 전단력 분포는 달라질 수 있으므로, 그에 따라 상기 상기 상측지지부(100) 또는 상기 하측지지부(200)의 단면 크기와 연결부(300)의 단면 크기가 달라질 수 있음을 밝혀 둔다.

상기의 계산식을 통한 결과를 고려하여, 상기 구조부재가 단순보이고, 등분포하중 및 중앙 집중하중이 동시에 작용하는 경우라면, 상기 휨모멘트는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상측지지부(100) 또는 상기 하측지지부(200)의 양 단부에서 상대적으로 감소되고, 상기 상측지지부(100) 또는 상기 하측지지부(200)의 중앙부에서 상대적으로 증가한다.

그리고, 상기 전단력은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 연결부(300)의 양 단부에서 상대적으로 증가하고, 상기 연결부(300)의 중앙부에서 상대적으로 감소한다.

따라서, 상기 상측지지부(100) 또는 하측지지부(200)는 양 단부에서 단면 크기가 작지만, 중앙부에서 단면 크기가 증가하도록 마련될 수 있고, 상기 연결부(300)는 중앙부에서 단면 크기가 작지만, 양 단부에서 단면 크기가 증가하도록 마련될 수 있다.

즉, 상기 변단면 구조부재(400)는 길이방향에 따라 단면이 변화하도록 마련되되, 상기 상측지지부(100)와 상기 하측지지부(200)는 일측 단부에서 상대적으로 단면 크기가 작지만(도 3 또는 도 5의 A-A' 참조), 중앙부로 갈수록 점진적으로 단면 크기가 증가하며(도 3 또는 도 5의 C-C' 참조), 중앙부에서 타측 단부로 갈수록 단면 크기가 점진적으로 감소하도록 마련될 수 있다(도 3 또는 도 5의 E-E' 참조).

여기서, 상기 상측지지부(100)와 상기 하측지지부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 곡선형으로 형성될 수 있다.

이에 의해, 필요한 부분에만 적당량의 재료가 사용되어 재료비를 감소시키면서도 하중에 저항할 수 있는 구조부재의 제공이 가능해진다.

또한, 상기 연결부(300)는 일측 단부에서 상대적으로 단면 크기가 크지만(도 4 또는 도 5의 A-A' 참조), 중앙부로 갈수록 점진적으로 단면 크기가 감소하며(도 4 또는 도 5의 C-C' 참조), 중앙부에서 타측 단부로 갈수록 단면 크기가 점진적으로 증가하도록 마련될 수 있다(도 4 또는 도 5의 E-E' 참조).

한편, 상기 상측지지부(100), 상기 하측지지부(200) 또는 상기 연결부(300)는 하중에 충분히 견딜 수 있도록 강재로 마련될 수 있다.

이하, 변단면 구조부재(400)를 구비하는 강합성 거더(1000)에 대한 실시예의 작용 및 효과를 살펴본다.

우선, 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재(400)에 콘크리트(500)를 타설하여 강합성 거더(1000)를 생성하며, 상기 강합성 거더(1000)는 교량이나 건축물에서 하중을 지지하도록 설치된다.

한편, 상기 강합성 거더(1000)는 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 변단면 구조부재(400)가 상기 콘크리트(500) 외부의 전체 또는 일부를 감싸도록 마련될 수 있다.

본 발명의 명세서, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

100 : 상측지지부 200 : 하측지지부
300 : 연결부 400 : 변단면 구조부재
500 : 콘크리트 1000 : 강합성 거더

Claims (9)

1. 하중으로부터 발생되는 휨모멘트에 저항하며, 길이방향의 휨모멘트 변화에 대응하기 위해, 일측 단부에서 길이방향의 타측 단부로 갈수록 단면 크기가 변화하는 상측지지부;
   상기 상측지지부의 단면 크기 변화에 대응되게 단면 크기가 변화하며, 하중으로부터 발생되는 휨모멘트에 저항하도록 마련되는 하측지지부; 및
   상기 상측지지부와 상기 하측지지부를 연결하며, 전단력에 저항하도록 마련되는 연결부;
   를 포함하는 변단면 구조부재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연결부는 길이방향에 따른 전단력의 변화에 대응되도록, 일측 단부에서 길이방향의 타측 단부로 갈수록 단면 크기가 변화하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 변단면 구조부재.
3. 제1항에 있어서,
   상기 상측지지부 또는 하측지지부는 계산식에 따른 휨모멘트 분포를 고려하여, 휨모멘트의 크기가 작은 부분에서는 상기 상측지지부 또는 하측지지부의 단면 크기가 작지만, 휨모멘트가 집중되는 부분에서는 상기 상측지지부 또는 하측지지부의 단면 크기가 증가하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 변단면 구조부재.
4. 제3항에 있어서,
   상기 상측지지부 또는 하측지지부는 양 단부에서 단면 크기가 작지만, 중앙부에서 단면 크기가 증가하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 변단면 구조부재.
5. 제2항에 있어서,
   상기 연결부는 계산식에 따른 전단력 분포를 고려하여, 전단력의 크기가 작은 부분에서는 상기 연결부의 단면 크기가 작지만, 전단력이 집중되는 부분에서 상기 연결부의 단면 크기가 증가하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 변단면 구조부재.
6. 제5항에 있어서,
   상기 연결부는 중앙부에서 단면 크기가 작지만, 양 단부에서 단면 크기가 증가하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 변단면 구조부재.
7. 제1항에 있어서,
   상기 상측지지부, 상기 하측지지부 또는 상기 연결부는 강재로 마련되는 것을 특징으로 하는 변단면 구조부재.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 변단면 구조부재; 및
   상기 변단면 구조부재에 타설되는 콘크리트;
   를 포함하는 변단면 구조부재를 구비하는 강합성 거더.
9. 제8항에 있어서,
   상기 변단면 구조부재는 상기 콘크리트 외부의 전체 또는 일부를 감싸도록 마련되는 것을 특징으로 하는 변단면 구조부재를 구비하는 강합성 거더.

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