KR20130081605A

KR20130081605A - 횡방향 부재를 이용한 복부파형강판 프리스트레스트 콘크리트 합성거더의 복부파형강판과 콘크리트의 합성구조

Info

Publication number: KR20130081605A
Application number: KR1020120002685A
Authority: KR
Inventors: 권희재
Original assignee: 권희재
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2013-07-17
Also published as: KR101347939B1

Abstract

본 발명은 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더에 관한 것으로서, 복부판을 복부파형강판을 사용하고 복부파형강판의 상,하부에 기역자형강을 구성하여 콘크리트 플랜지를 합성시킨 합성거더에 있어서, 복부파형강판과 콘크리트 플랜지와의 결합시에 대칭으로 구성된 기역자형강을 횡방향으로 연결하도록 구성되는 횡방향 부재를 사용하여 기역자형강 간의 결합력을 높이면서도 전단연결재의 역할을 하여 콘크리트가 층상으로 분리되지 않고 연결되어 매립되어 연속성을 확보할 수 있어 강재와 콘크리트 사이의 활동이 방지되고 두 부분을 밀착시켜서 마찰력을 증가시킬 수 있는 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더이다.

Description

횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더{Corrugated steel plate web-PSC composite beam structure which combined corrugated steel plate and concrete plate with L shape steel}

본 발명은 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복부판을 복부파형강판을 사용하고 복부파형강판의 상,하부에 기역자형강을 구성하여 콘크리트 플랜지를 합성시킨 합성거더에 있어서, 복부파형강판과 콘크리트 플랜지와의 결합시에 대칭으로 구성된 기역자형강을 횡방향으로 연결하도록 구성되는 횡방향 부재를 사용하여 기역자형강 간의 결합력을 높이면서도 전단연결재의 역할을 하여 콘크리트가 층상으로 분리되지 않고 연결되어 연속성을 확보할 수 있어 강재와 콘크리트 사이의 활동이 방지되고 두 부분을 밀착시켜서 마찰력을 증가시킬 수 있는 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더에 관한 것이다.

교량에서 사용되는 복부파형강판 피에스씨(Prestressed concrete;PSC) 합성구조는 복부부재를 경량의 파형강판으로 치환하여 교량의 상부구조체인 주형의 자중을 20~30%정도 감소시키는 구조로서 휨모멘트는 상, 하부의 콘크리트(플랜지)가 저항하고 전단력은 복부의 파형강판이 저항하도록 한 것이다.

이 구조는 주형의 자중에 의한 사하중의 감소로 인하여 상부 주형 자체에서도 아주 큰 구조적인 효율성이 있을 뿐만 아니라 축력에 저항하지 않고 자유로이 유동하는 파형강판의 특성으로서 콘크리트에 프리스트레스를 효과적으로 도입할 수 있는 아코디언 효과가 있다.

또한 복부가 얇은 강판임에도 불구하고 파형의 형상을 하고 있어서 별도의 보강재들을 취부하지 않고도 충분한 전단좌굴 내력을 확보할 수 있는 이점이 있으며 더욱이 상부 주형의 자중감소로 인하여 교량 하부구조의 단면과 규모 또한 상당히 감소시킬 수가 있다.

또한 가장 폼이 많이 소요되는 복부철근 및 콘크리트 작업의 생략으로 현장 작업성이 향상되며 이에 따라 공기 단축 및 공사비 절감이 가능하다는 장점을 가진다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제0561510호 복부파형강판 피에스씨 합성구조에서 파형강판과 콘크리트를 기역형강과 스터드로 결합시킨 합성구조(특허문헌 1)가 있다.

상기 배경기술에서는 도 6에서와 같이, 복부파형강판과 피에스씨가 합성된 교량의 상부 구조형식에서 복부파형강판과 콘크리트를 부착 결합함에 있어서, 복부파형강판의 상·하단에 종방향으로 기역형강(ㄱ자형강)(8)을 좌·우 대칭으로 결합하되 기역형강(ㄱ자형강)(8)의 수직부와 접하는 복부파형강판(1)의 각 접합면에서 결합볼트(9)를 체결하여 기역형강(ㄱ자형강)(8)과 복부파형강판(1)이 일체 구조가 되도록 하고 기역형강(ㄱ자형강)(8)의 수평면에는 다수의 스터드(3)가 용접으로 취부되어 콘크리트 속에 복부파형강판(1)의 상·하단과 기역형강(ㄱ자형강)(8) 및 스터드(3)가 일체 구조로 매입된 것을 특징으로 하는 복부파형강판과 콘크리트의 합성구조를 제안한다.

그러나 상기 배경기술은 기역형강(자형강)(8)에 별도의 스터드(3)를 전단연결재로 사용하여 복부파형강판(1)과 콘크리트와의 만족할 만한 합성효과를 기대하였지만, 복부파형강판(1)의 상, 하단에서 좌, 우로 대칭된 기역형강(자형강)(8)의 수평면에서 횡방향으로는 확보될 수 있는 아주 좁은 폭의 구간에 한정하여 스터드(3)를 배치할 수밖에 없어 콘크리트의 단면이 아주 크고 두꺼운 대형 교량의 상부 구조체에 상기의 배경기술을 적용하기에는 한계가 있어서 결합효과를 극대화시키기에는 다소 부족한 문제점이 있었다.

또한 별도로 구성되는 다수개의 스터드(3)를 일일이 복부파형강판의 기역형강(자형강)(8)에 취부하기가 어렵고 특히 이로 인하여 가격이 상당히 고가인 다량의 스터드(3)를 일일이 인력에 의한 용접으로 부착하여야 함에 따라 고가의 비용이 발생하는 중대한 문제점이 있었다.

특허등록 제0561510호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복부판을 복부파형강판을 사용하고 복부파형강판의 상,하부에 기역자형강을 구성하여 콘크리트 플랜지를 합성시킨 합성거더에 있어서, 복부파형강판과 콘크리트 플랜지와의 결합시에 대칭으로 구성된 기역자형강을 횡방향으로 연결하도록 구성되는 횡방향 부재를 사용하여 기역자형강 간의 결합력을 높이면서도 전단연결재의 역할을 하여 콘크리트가 층상으로 분리되지 않고 연결되어 연속성을 확보할 수 있어 강재와 콘크리트 사이의 활동이 방지되고 두 부분을 밀착시켜서 마찰력을 증가시킬 수 있는 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 강재로 구성되며 규칙적인 형태로 굴곡진 파형 형상을 가진 복부파형강판과, 그 상, 하부에 합성되는 상부 및 하부 콘크리트 플랜지로 구성되며, 복부파형강판의 상·하단에 기역자형강을 좌·우 대칭으로 결합하여 복부파형강판의 상하단과 기역자형강이 일체로 상부 및 하부 콘크리트 플랜지에 매입되는 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더에 있어서, 복부파형강판의 좌·우 대칭으로 결합된 기역자형강을 횡방향으로 상호 연결하며 외측으로 돌출되어 형성되도록 횡방향 부재가 결합되며, 횡방향 부재는 강봉 또는 단면이 L자형, 역T자형, ㄷ자형의 각형 앵글로 구성되는 것을 특징으로 하는 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더를 제공하고자 한다.

또한, 상기 각형 앵글에 전단연결공을 구성할 수 있으며, 전단연결공에 전단연결 철근을 인입하여 결합되도록 구성할 수 있고, 강봉이 구성될 경우에는 강봉에 전단연결철근을 추가로 결합 구성할 수 있다.

본 발명의 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더는 복부판을 복부파형강판을 사용하고 복부파형강판의 상,하부에 콘크리트 플랜지를 합성시킨 합성거더에 있어서, 기역자형강을 횡방향으로 연결하도록 구성되는 횡방향 부재를 구성하고, 횡방향 부재는 그 길이를 충분히 길게 하여 복부파형강판의 상단 또는 하단에서 좌, 우 대칭으로 구성된 양쪽 기역자형강의 수평면구간을 횡방향으로 훨씬 벗어난 외측으로 돌출되도록 할 수도 있기 때문에, 종래의 기술에 비하여 횡방향 부재가 상, 하부의 콘크리트 속에 횡방향으로 매입되어지는 길이를 커지게 함으로서 보다 더 크고 두꺼운 단면의 콘크리트 구조체 또는 횡방향의 폭이 아주 넓은 콘크리트 구조체에서도 충분히 안정적으로 결합연결될 수 있으며 동시에 가격이 상당히 고가인 다량의 스터드를 일일이 인력에 의한 용접으로 부착함에 따른 과도한 비용발생의 문제점 또한 간단한 횡방향 부재의 구비로서 상당히 개선할 수 있는 매우 유용한 효과가 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 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 전단앵글이 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성I거더의 사시도로서, 도 1a는 본 발명의 각형 앵글이 적용된 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성I거더의 일부절개 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 강봉이 적용된 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성I거더의 일부절개 사시도이다.
도 2a는 상기 도 1a의 단면도이다.
도 2b는 박스형 거더의 단면도이다.
도 3은 상기 도 1a의 결합상태를 도시한 사시도로서, 도 3a는 상기 도 1a의 실시 예의 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 다른 실시 예를 도시한 사시도, 도 3c는 도 3a의 또 다른 실시 예를 도시한 사시도이다.
도 4는 상기 도 1b의 다른 실시예의 결합상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 각형 앵글의 다향한 실시예의 결합상태를 도시한 사시도로서, 도 5a는 단면이 역T형인 각형 앵글이 적용된 실시예의 사시도, 도 5b는 단면이 H형인 각형 앵글이 적용된 실시예의 사시도이다.
도 6은 종래의 기역형강(ㄱ자형강)과 스터드가 파형 강판에 결합된 상태의 일부 분리 사시도이다.

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.

이하 바람직한 실시 예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 복부판에 파형강판을 사용하는 I형, 박스형, Π형 등 모든 합성형에 적용될 수 있으며, 거더 뿐만 아니라 빔구조에도 적용될 수 있음은 물론이다.

아래에서 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 합성I거더를 중심으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 전단앵글이 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성I거더의 사시도로서, 도 1a는 본 발명의 각형 앵글이 적용된 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성I거더의 일부절개 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 강봉이 적용된 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성I거더의 일부절개 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성I거더는, 복부파형강판(10)와 상부와 하부에 각각 구성되는 콘크리트 플랜지(30)(40)을 합성함에 있어서 부착 결합력을 한층 더 향상시키기 위하여 복부파형강판(10)의 상·하단에서 종방향으로 기역자형강(20)을 좌·우 양측에 대칭이 되도록 결합하되, 기역자형강(20)의 수직부와 접하는 복부파형강판(10)의 각 접합면에는 결합볼트(50)를 체결하고, 기역자형강(20)의 수평부에는 일정간격으로 다수의 횡방향 부재(60)을 결합 구성하여, 복부파형강판(10)의 상·하단과 기역자형강(20) 및 횡방향 부재(60)가 콘크리트 속에 일체형으로 매립되도록 한 것이다.

기역자형강(20)은 복부파형강판(10)의 상·하단에서 종방향으로 좌·우 양측에 대칭이 되게 결합되도록 각각 복부파형강판(10)의 굴곡면에 따라 일정간격으로 순차적으로 접하게 되며, 이와 같이 복부파형강판(10)과 기역자형강(20)이 접하는 각 면에는 적당한 수의 결합볼트(50)를 체결하여 결합한다. 상기의 기역자형강(10)은 복부파형강판(10)와 상부와 하부에 각각 구성되는 콘크리트 플랜지(30)(40)을 합성함에 있어서 부착 결합력을 한층 더 향상시키기 위하여 구성되는 것이다.

결합볼트(50)가 체결되는 부위는 복부파형강판(10)의 특성상 결합볼트(50)가 체결되는 굴곡면의 반대편은 일정하게 항상 공간이 형성되므로 작업성이 뛰어나고, 콘크리트를 합성시킬 때 상기 공간부에 콘크리트가 채워지므로 결합볼트(50)가 더욱 견고한 결합력을 갖게 된다.

횡방향 부재(60)는 도 1a, 5a 및 5b에서와 같이 각형 앵글(60b)로 구성하거나, 도 1b에서와 같이, 강봉(60a)을 사용하여 구성할 수 있다. 이와 같이 콘크리트 플랜지(30)(40) 속에 매립되어 구성되는 횡방향 부재(60)는, 강봉(60a) 또는 단면이 L자형, 역T자형, ㄷ자형의 각형 앵글(60b)로 구성될 수 있다. 강봉(60a)은 기성제품을 기역자형강(20)의 외측면을 횡방향으로 연결하도록 구성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 강봉(60a)은 기역자형강(20)과 종방향으로 평행한 길이방향으로 전단연결철근(64)이 추가로 결합 구성되도록 할 수 있다.

도 2는 상기 도 1의 단면도이고, 도 3은 상기 도 1a의 결합상태를 도시한 사시도로서, 도 3a는 상기 도 1a의 실시 예의 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 다른 실시 예를 도시한 사시도, 도 3c는 도 3a의 또 다른 실시 예를 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성I거더의 복부파형강판(10)과 콘크리트로 구성된 콘크리트 플랜지(30)(40)의 합성은 콘크리트 내에 복부파형강판(10)의 일부와 기역자형강(20) 및 횡방향 부재(60)가 매립되어 일체형으로 구성된다.

각형 앵글(60b)은 기역자형강(20)과 면접하는 수평면인 체결면(61)과 기역자형강(20)과 수직을 이루는 수직면인 전단연결면(62)이 필수적으로 구성되며, 단면의 형상은 L자형, 역T자형, ㄷ자형 등으로 구성될 수 있다.

이때 수평면인 체결면(61)은 복부파형강판(10)의 좌·우 대칭으로 결합된 기역자형강(20)(20)을 횡방향으로 상호 연결하도록 기역자형강의 수평면에 볼트(51)로 체결하거나 공지의 용접 등의 다양한 방법에 의하여 결합구성할 수 있다. 즉, 서로 대칭으로 구성된 복부파형강판(10)의 기역자형강(20)을 상호 연결하는 구조를 갖게 되며, 이때 각형 앵글(60b)은 외부로 돌출되게 된다.

또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 각형 앵글(60b)의 수직면인 전단연결면(62)이 기역자형강(20)의 상부에 위치하는 부분에 통공되어 전단연결공(63)이 형성되어 전단연결공(63)을 통하여 콘크리트가 층상으로 분리되지 않고 연결되어 매립되어 연속성을 확보할 수 있으므로, 종래의 방법에 비하여 복부파형강판(10)과 콘크리트 플랜지(30)(40)의 부착 결합력이 한층 더 증가된 보다 더 견고한 합성구조를 기대할 수 있게 되는 것이다. 또한, 콘크리트 플랜지(30)(40) 구성시에 콘크리트가 각형 앵글(60b)의 전단연결공(63)을 통하여 연결되어 쐐기작용을 함으로써, 강재와 콘크리트 사이의 활동이 방지되고 두 부분을 밀착시켜서 마찰력을 증가시켜준다.

또한, 도 3c, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 각형 앵글(60b)의 전단연결공(63)에는 전단구속철근(64)을 구성하여 횡방향으로 결합된 각형 앵글(60b)과 더불어서 종방향으로 결합되어 별도의 전단연결재의 역할을 하도록 하여, 강재로 이루어진 복부파형강판(10)와 콘크리트로 이루어진 콘크리트 플랜지(30)(40) 간의 완전한 합성작용 유도하도록 할 수 있다.

상기의 전단구속철근(64)을 전단연결공(63) 마다 각각 용접 등 공지의 다양한 방법으로 결합시켜 구성할 수 있다. 상기의 전단구속철근(64)은 기역자형강의 전길이에 걸쳐서 하나로 구성할 수도 있고, 동일한 길이로 막대형 전단구속철근을 재단하여 전단연결공(63)에 삽입한 후 결합시켜 구성할 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.

10 : 복부파형강판
20 : 기역자형강
30 : 상부 콘크리트 플랜지
40 : 하부 콘크리트 플랜지
50 : 볼트
60 : 횡방향 부재
61 : 체결면
62 : 전단연결면
63 : 전단연결공
64 : 전단연결 철근

Claims

강재로 구성되며 규칙적인 형태로 굴곡진 파형 형상을 가진 복부파형강판(10)과, 그 상, 하부에 합성되는 상부 및 하부 콘크리트 플랜지(30)(40)로 구성되며, 복부파형강판(10)의 상·하단에 기역자형강(20)을 좌·우 대칭으로 결합하여 복부파형강판(10)의 상하단과 기역자형강(20)이 일체로 상부 및 하부 콘크리트 플랜지(30)(40)에 매입되는 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더에 있어서,
복부파형강판(10)의 좌·우 대칭으로 결합된 기역자형강(20)을 일정간격의 횡방향으로 상호 연결하며 외측으로 돌출되어 형성되도록 횡방향 부재(60)가 결합되며, 횡방향 부재(60)는 강봉(60a) 또는 각형 앵글(60b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더.
제1항에 있어서,
상기 각형 앵글(60b)은 기역자형강(20)에 접하여 연결되는 체결면(61)과, 기역자형강(20)과 수직방향으로 외측으로 돌출되어 구성되는 전단연결면(62)이 구성되고, 전단연결면(62)에는 전단연결공(63)이 구성되는 것을 특징으로 하는 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더.
제2항에 있어서,
상기 전단연결공(63)에 기역자형강(20)의 길이방향으로 전단연결 철근(64)이 인입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더.
제1항에 있어서,
상기 강봉(60a)은 기역자형강(20)과 종방향으로 평행한 길이방향으로 전단연결철근(64)이 추가로 결합 구성되는 것을 특징으로 하는 횡방향 부재가 구성된 복부파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더.