KR20130120096A

KR20130120096A - 교량용 프리 텐션 빔 거더

Info

Publication number: KR20130120096A
Application number: KR1020120043094A
Authority: KR
Inventors: 김근택
Original assignee: 김근택
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-11-04

Abstract

본 발명은 프리텐션빔 거더에 관한 것으로서, 하부 플랜지와 상부 플랜지에 모두 강선으로 이루어지는 긴장재를 삽입 설치하고, 설계기준에 의해 설정되는 하부 플랜지 양단부에는 긴장재에 디본딩 파이프를 외삽하여 하부 플랜지 디본딩 구간을 형성하며, 상부 플랜지에 삽입된 긴장재에는 설계기준에 의해 설정된 중간 구간에 디본딩 파이프를 외삽하여 상부 플랜지 디본딩 구간을 형성하여 구성함으로써, 단부의 응력 컨트롤이 가능해지고, 저형고가 가능해지며, 또한 본 발명은 거더의 양측면에 유지보수용 긴장재를 삽입 고정설치할 수 있는 정착블록을 설치함으로써 유지보수시 추가 긴장력 조절이 가능해지며, 교량 등급 상향조정도 가능해진다.

Description

교량용 프리 텐션 빔 거더{Girder bridge for pre-tention}

본 발명은 교량용 프리텐션 빔 거더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프리스트레스 콘크리트 빔 거더의 상하부에 모두 복수의 긴장재를 삽입설치하여 단부의 응력 컨트롤이 가능하게 한 교량용 프리텐션 빔 거더에 관한 것이다.

일반적으로, 교량은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 구조로 이루어져 있다. 좀더 상세하게 설명하면, 교대(500)와 교각(510)에 콘크리트 빔 거더(520)의 양단부가 놓여지도록 설치됨과 아울러 교각(500)과 교각(510)에 콘크리트 빔 거더(520)의 양단부가 놓여지도록 설치되어 있다. 여기서, 콘크리트 빔 거더(520)는 도 3에 도시된 바와 같이, 교량의 길이 방향에 대해 직각인 횡방향에서 바라보았을때 다수개가 나란하게 설치되어 있다. 콘크리트 빔 거더(520)의 상부에는 콘크리트를 타설하는 방법 등으로 슬래브(530)가 형성되어 있고, 이 슬래브(530) 위에 방호벽, 난간등의 후속공정이 이루어진다.

상기와 같은 구조로 이루어진 교량을 구성하는 요소 중에서, 콘크리트 빔 거더(520) 자체에는 프리스트레싱(prestressing) 기능이 구비되어 있다.

부언하면, 슬래브(530), 2차 고정하중, 빔 거더(520)를 포함한 자중과 같은 사하중 및 주행 차량에 의한 활화중에 의해 콘크리트 빔 거더(520)에는 전체가 하방향으로 활 모양처럼 휘어지는 인장 응력이 발생 되고, 이러한 인장 응력이 소멸 되지 않은 이상 콘크리트 빔 거더(520) 및 슬래브(530)에 균열이 발생되어 결과적으로 교량의 역할을 수행하지 못하게 된다.

이러한 현상을 방지하기 위해 콘크리트 빔 거더(520) 자체에, 사하중이나 활화중의 작용에 의하여 생기는 인장 응력을 소멸시키고, 역방향의 응력을 미리 가하는 프리스트레싱(pre-stressing) 기능이 부여하게 되는데, 좀더 구체적으로 PC 강선(Prestressed Concrete 강선 또는 인장강선)(이하, '긴장재'라 칭함)을 통해서 빔 거더(520)에 긴장력을 도입하면, 빔 거더(520) 전체가 상방향으로 활 모양처럼 휘어지는 현상이 발생된다. 즉, 빔 거더(520)의 상면에는 인장응력이 발생되고, 빔 거더(520)의 하면에는 압축응력이 발생된다. 이러한 프리스트레스 콘크리트(Prestressed Concrete) 빔 거더(520)를 교량에 적용하게 되면, 프리스트레스 콘크리트 빔 거더(520)의 자체 자중, 슬래브, 2차 고정하중 등과 같은 사하중 및 주행 차량에 의한 활하중에 의해 프리스트레스 콘크리트 빔 거더(520) 하면에 발생되는 인장응력이 허용인장응력 이내가 되도록 하여, 콘크리트 빔 거더(520) 및 슬래브(530)에 균열의 발생을 방지함으로써, 교량의 역할을 수행할 수 있도록 한다.

이와 같이, 빔 거더(520)와 같이 구조물을 구성하는 부재에 프리스트레싱(pre-stressing)을 인가하는 방식은 크게 포스트 텐션(post-tention) 방식과 프리-텐션(pre-tention) 방식으로 대별할 수 있다.

전자는 쉬스관과 철근을 조립한 후, 쉬스관이 조립된 철근을 거푸집내에 설치한 다음, 콘크리트를 타설하고, 콘크리트의 양생 후, 쉬스관에 긴장재를 삽입하여 긴장시킴과 동시에 그 긴장재의 단부를 부재의 양단부에 그라우팅을 병행함과 아울러 정착수단을 이용하여 정착한 다음, 정착부에 무수축 몰탈로 마감처리하는 공정으로 진행되는 방식을 말한다. 이러한 포스트 텐션 방식을 이용한 빔 거더(520)의 제작 방법은 별도의 쉬스관을 설치함과 아울러 그라우팅 작업을 실시함에 따라 빔 거더의 제작 공정이 길어짐과 아울러 단위 빔 거더마다 긴장재의 개수대로 정착수단이 사용되기 때문에 경제적인 측면서 볼때 비효율적인 문제점이 있었다.

이에, 최근에는 미리 거푸집에 긴장재를 설치하여 긴장시킨 후, 그 거푸집에 콘크리트를 타설하고, 콘크리트의 경화(양생)와 함께 부재와 긴장재의 정착이 동시에 이루어지도록 하며, 콘크리트의 양생 완료 후 긴장재를 절단함으로써, 제작 공정을 대폭 단축시킴과 아울러 경제적인 측면에서도 비용을 적게 들임으로써 생산할 수 있도록 한 후자의 프리-텐션(pre-tention) 방법이 사용되고 있다.

일반적으로 프리-텐션 빔은 거더교에서 교각과 교각사이에 길이방향으로 설치되는 거더로 사용되는 것으로, 빔 제작시에 다수의 긴장재를 내설하고, 콘크리트를 타설한 후 콘크리트의 양생이 끝나면 긴장재에 긴장력을 도입함으로써, 거더에 작용하는 정모멘트에 저항할 수 있도록 하는 부재이다.

도 4는 종래 프리-텐션 빔 거더의 예시도이다. 이에 도시된 바와 같이 빔 거더(520)의 상부와 하부에 각각 상부 플랜지(521)와 하부 플랜지(522)가 형성되고, 프리스트레싱을 인가하기 위하여 하부 플랜지(521)의 내부에 미리 복수의 긴장재(523)를 삽입 설치하여 구성한 것이다.

그런데 이와 같이 프리스트레싱 방식으로 긴장재(523)를 하부 플랜지(522)에 삽입 설치한 프리-텐션 빔 거더는, 거더에 작용하는 중간부분에서는 정모멘트에 대응할 수 있으나, 긴장재(523)를 하부 플랜지(522)에만 삽입 설치한 구조이기 때문에 외력에 의해 단부의 응력 컨트롤이 어렵다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은, 프리텐션 빔 거더에서 상하부 플랜지에 모두 긴장재를 삽입 설치하여 단부의 응력 컨트롤이 가능해지도록 구성한 교량용 프리텐션 빔 거더를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 프리텐션 긴장재의 디본딩 구간을 적용하여 단부의 안전성을 확보하도록 하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 프리텐션 빔 거더의 측면에 유지보수를 위한 긴장재 정착블록을 설치하여 측면 긴장재 삽입 설치로 유지보수가 가능하도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은,

교량용 프리텐션 빔 거더에 있어서, 상부 플랜지와 하부 플랜지에 모두 긴장재를 삽입 설치하여 상하부 프리스트레싱을 인가한 프리텐션 빔 거더를 구성함으로써 달성되는 것이다.

또한, 상기 하부 플랜지에 삽입되는 긴장재는, 거더의 양단부에서 각각 거더의 설계 기준에 의거한 길이로 디본딩 파이프를 긴장재에 외삽하여 구성한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 디본딩 파이프는, 하부 플랜지에 삽입되는 긴장재 중 거더의 설계 기준에 의거하여 선택적으로 디본딩 파이프가 외삽되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 디본딩 파이프는, 복수의 긴장재에 외삽되는 디본딩 파이프의 길이가 같거나 서로 다른 길이인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 플랜지에 삽입되는 긴장재는, 거더의 중간부분에 디본딩 파이프가 외삽되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 상부 플랜지에 삽입되는 긴장재는 하부 플랜지에 삽입되는 긴장재의 수에 대해 5 ~ 20%인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 거더의 양측면에 유지보수용 긴장재를 삽입 설치하여 고정할 수 있는 복수의 긴장재 정착블록을 더 설치하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 긴장재 정착블록은, 거더의 양단부 구간에 긴장재의 단부를 삽입 인출하여 고정하는 긴장재 고정용 정착구가, 거더의 중앙 가로보에는 긴장재를 삽입 통과하는 긴장재 삽입용 파이프가 설치되되, 긴장재 고정용 정착구와 긴장재 삽입용 파이프의 긴장재 통과 높이가 서로 다른 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에서는 하부 플랜지에 삽입 설치되는 긴장재에 양단부 구간에서 디본딩 파이프를 외삽시켜 하부 플랜지 디본딩 구간을 형성함으로써, 단부 응력 컨트롤이 가능해지며, 상부 플랜지에도 소수의 긴장재를 삽입 설치하되, 중간구간에는 디본딩 파이프를 외삽하여 상부 플랜지 디본딩 구간을 형성함으로서, 상하부 모두 긴장재를 삽입하고, 디본딩 구간을 형성하여 단부 응력 컨트롤을 향상시키며, 저형고가 가능해지는 것이다. 또한 본 발명은 거더 양측면에 유지보수용 긴장재 설치를 위한 정착블록을 미리 설치 형성하여 둠으로써, 유지보수가 가능해지고, 추가 긴장력 조절로 교량등급 상향조정도 가능해지는 것이다.

도 1 내지 도 3은 일반적인 교량의 구조 설명도.
도 4는 종래 기술에 의한 프리텐션 빔 거더의 단면 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 교량용 프리텐션 빔 거더의 구성도.
도 6은 도 5의 A-A 단면도.
도 7은 본 발명에 의한 교량용 프리텐션 빔 거더의 디본딩 구간 개요도.
도 8의 (가) 내지 (라)는 본 발명을 설명하기 위한 프리텐션 빔 거더의 강재 배치에 따른 모멘트 특성도.
도 9는 본 발명에 의한 프리텐션 빔 거더의 측면에 설치되는 긴장재 정착블록 예시도.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 교량용 프리텐션 빔 거더의 구성도이고, 도 6은 도 5의 A-A 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이,

교량용 프리텐션 빔 거더에 있어서, 상부 플랜지(110)와 하부 플랜지(120)에 모두 긴장재(130)를 삽입 설치하여 상하부 프리스트레싱을 인가한 프리텐션 빔 거더(100)로 구성됨에 특징이 있다.

또한 상기 상부 플랜지(110)에 삽입되는 긴장재(130)는 하부 플랜지(120)에 삽입되는 긴장재(130)의 수에 대해 5 ~ 20%인 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에서는 하부 플랜지(120)에 삽입 설치되는 긴장재(130)의 수에 비해 상부 플랜지(110)에 설치되는 긴장재(130)의 수는 5 ~ 20% 정도의 적은 수의 긴장재를 삽입 설치한다.

도 7은 본 발명에 의한 교량용 프리텐션 빔 거더의 디본딩 구간 개요도이다.

상기 하부 플랜지(120)에 삽입되는 긴장재(130)는, 거더의 양단부에서 각각 거더의 설계 기준에 의거한 길이로 디본딩 파이프(140)를 긴장재(130)에 외삽하여 하부 플랜지 디본딩 구간을 형성하여 구성한 것을 특징으로 한다. 도 5 및 도 7에서 점선은 디본딩 파이프가 긴장재에 외삽된 디본딩 구간이고, 실선은 디본딩 파이프가 없이 긴장재만 있는 본딩 구간을 나타낸다.

또한 상기 디본딩 파이프(140)는, 하부 플랜지(120)에 삽입되는 긴장재(130) 중 거더의 설계 기준에 의거하여 선택적으로 디본딩 파이프(140)가 외삽되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 하부 플랜지(120)에 설치되는 디본딩 파이프(140)는, 거더의 전체 구간중 설계 기준에 의거하여 구조역학적 해석에 의해 미리 설정된 길이 및 개수를 선택하여 거더양단에서 내측으로 임의의 길이로 디본딩 파이프(140)를 설치한다.

또한 상기 디본딩 파이프(140)는, 복수의 긴장재(130)에 외삽되는 디본딩 파이프의 길이가 같거나 서로 다른 길이인 것을 특징으로 한다. 즉, 디본딩 파이프(140)의 길이는 각각 서로 다르게 구성할 수 있다.

또한, 상기 상부 플랜지(110)에 삽입되는 긴장재(130)는, 거더의 중간부분에 디본딩 파이프(140)가 외삽되어 구성되어 상부 플랜지 디본딩 구간을 형성하여 구성된 것을 특징으로 한다. 거더의 중간부분이란, 하부 플랜지(120)에 설치되는 디본딩 파이프(140)가 설치되지 않은 중간 구간을 의미하며, 중간부분의 길이도 거더의 설계기준에 의거하여 구조역학적인 해석을 통해서 미리 설정한 것으로서 상부 플랜지(110)에 설치되는 디본딩 파이프(140)의 길이가 정해진다.

이와 같이 본 발명에서는 도 7에 도시된 바와 같이 상하부 플랜지(110)(120)에 모두 긴장재(130)가 삽입 설치되고, 거더 양단부측의 하부 플랜지(120)에는 서로 다른 길이 및 선택적으로 긴장재(130)에 같은 길이 및 서로 다른 길이의 디본딩 파이프(140)를 외삽하여 하부 플랜지 디본딩 구간을 형성한다. 그리고, 상부 플랜지(110)에 설치되는 긴장재(130)에는 거더 중간부분에 대해서 디본딩 파이프(140)를 외삽하여 상부 플랜지 디본딩 구간을 형성하여 구성한 것이다.

도 8의 (가) 내지 (라)는 본 발명을 설명하기 위한 프리텐션 빔 거더의 강재 배치에 따른 모멘트 특성도이다.

교량용 거더는 외력에 의한 모멘트가 도 8의 (나)에 도시된 바와 같이 거더의 양단이 높고 중앙이 낮은 오목한 라운드 형태로 작용된다. 이에 따라 거더의 설계기준에 의해 모멘트 최대치(+Max)에 대한 대응할 수 있도록 인장력 및 응력을 감안하여 설계(두께나 넓이, 긴장재 삽입 수 등등)해야 한다. 즉, 거더의 모멘트를 상기 외력 모멘트 최대치(+Max)를 상쇄시킬 수 있는 거더의 모멘트((다)의 -Max)가 되도록 설계하게 된다.

그런데, 본 발명에서와 같이 긴장재(130)를 삽입하여 프리텐션 빔으로 프리스트레싱을 인가하도록 구성하여 외력의 모멘트 최대치를 상쇄할 수 있도록 구성하게 되면, 거더의 전구간에 대해서 디본딩 없이 부착구간으로 설계시 도 8의 (다)에서 실선으로 도시된 전구간 부착시와 같이 거더의 전구간에 동일하게 모멘트가 작용된다.

결국, 도 8의 (나) 같이 오목한 라운드 형태의 외력 모멘트가 작용되고, 전국간 부착시의 경우와 같이 거더의 대응 모멘트가 설계되는 경우, 도 8의 (라)에서 실선으로 표시된 전구간부착시 합성후 모멘트와 같이 외력에 의한 모멘트 크기만 작아졌을뿐 거더의 양단부 상면에서는 부모멘트에 의한 인장응력이 존재하게 된다.

그러므로, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해소하기 위하여 디본딩 파이프(140)를 거더 양단부에 삽입 설치하여 양단에 작용되는 모멘트의 균형을 조절한다.

거더의 양단에 삽입설치되는 디본딩 파이프(140)에 의해 양단 디본딩 구간을 일정하게 구성한다면 오목 라운드 형태로 가해지는 외력 모멘트에 대해서 대응하기 어렵다. 따라서 본 발명에서는 도 8의 (가)와 같이 단계적으로 디본딩 구간 즉, 비부착구간을 형성한다. 이는 디본딩 파이프(140)의 길이와 개수 등을 선택적으로 조절하여 모멘트에 대응할 수 있도록 설계하는 것이다.

따라서 도 8의 (가)와 같이 거더 양단에 단계적으로 비부착 구간 즉, 디본딩 구간을 형성하게 되면, 도 8의 (다)에서 점선으로 표시된 비부착 적용시의 프리스트레싱에 의한 상향 모멘트가 된다. 이에 따라 외력에 의한 모멘트와 합성하게 되면, 도 8의 (라)에서 접선으로 표시된 비부착 적용시와 같은 합성 후 모멘트가 된다. 이러한 방법으로 거더 양단에서의 부모멘트를 조절할 수 있어서 안정적인 구조를 유지할 수 있는 것이다.

상부 플랜지(110)에 삽입 설치되는 디본딩 파이프(140)는 하부 플랜지(120)와의 관계에 의해 중앙부분의 모멘트가 대응되는 모멘트가 될 수 있도록 중간부분에 디본딩 구간을 형성하는 것이다.

도 9는 본 발명에 의한 프리텐션 빔 거더의 측면에 설치되는 긴장재 정착블록 예시도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 프리텐션 빔 거더(100)에는 양측면에 유지보수용 긴장재를 삽입 설치하여 고정할 수 있는 복수의 긴장재 정착블록을 더 설치하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 긴장재 정착블록은, 거더의 양단부 구간에 유지보수용 긴장재(131')의 단부를 삽입 인출하여 고정하는 긴장재 고정용 정착구(150)가, 거더의 중앙 가로보 구간에는 중앙 가로보에 긴장재가 삽입통과하는 긴장재 삽입용 파이프(151)가 설치된다.

본 발명에 의한 상하 프리텐션 빔 거더(100)의 양측면에 유지보수를 위한 긴장재 정착블록을 형성함으로써, 측면에 유지보수용 긴장재(130')를 장착하여 거더를 유지보수할 수 있고, 나아가서는 교량의 등급을 상향 조정할 수도 있다. 즉, 거더의 긴장력이 설계 당시에 일반 철도용으로 설계되어 운영되는 경우에도, 측면 유지보수용 긴장재(130')를 장착하여 거더의 긴장력을 상향시킴으로써 고속철도용으로 등급을 상향 조정할 수 있다. 이는 단순히 측면 유지보수용 긴장재(130')만 설치하는 것만으로 등급조정이 가능한 것인데, 그 이유는 상하 플랜지에 모두 긴장재가 삽입 장착되어 있는 상하 프리텐션 빔 거더이므로 측면 긴장재를 추가함으로써 달성될 수 있는 것이다.

100 : 프리텐션 빔 거더 110 : 상부 플랜지
120 : 하부 플랜지 130 : 긴장재
140 : 디본딩 파이프 150 : 긴장재 고정용 정착구
151 : 긴장재 삽입용 파이프

Claims

교량용 프리텐션 빔 거더에 있어서,
프리텐션 빔 거더(100)의 상부 플랜지(110)와 하부 플랜지(120)에 모두 긴장재(130)를 삽입 설치하여 상하부 프리스트레싱을 인가한 프리텐션 빔 거더(100)로 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 프리텐션 빔 거더.
제 1 항에 있어서, 상기 상부 플랜지(110)에 삽입되는 긴장재(130)의 개수는 하부 플랜지(120)에 삽입되는 긴장재(130)의 개수에 대해 5 ~ 20% 개수인 것을 특징으로 하는 교량용 프리텐션 빔 거더.
제 1 항에 있어서, 상기 교량용 프리텐션 빔 거더는,
거더의 설계기준에 의해 설정된 거더의 양단부 구간에서 디본딩 파이프(140)가 하부 플랜지(120)에 삽입설치된 긴장재(130) 중 적어도 하나 이상 복수의 긴장재(130)에 외삽되는 하부 플랜지 디본딩 구간을 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 프리텐션 빔 거더.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 교량용 프리텐션 빔 거더는,
거더의 설계기준에 의해 설정된 거더의 중간 구간에서 디본딩 파이프(140)가 상부 플랜지(110)에 삽입 설치된 긴장재(130) 중 적어도 하나 이상 복수의 긴장재(130)에 외삽되는 상부부 플랜지 디본딩 구간을 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 프리텐션 빔 거더.
제 1 항에 있어서, 상기 프리텐션 빔 거더는,
프리텐션 빔 거더의 양측면에 유지보수용 긴장재를 삽입 설치하여 고정할 수 있는 복수의 긴장재 정착블록을 더 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 프리텐션 빔 거더.
교량용 프리텐션 빔 거더에 있어서,
프리텐션 빔 거더(100)의 하부 플랜지(120)에 복수의 긴장재(130)가 삽입 설치되고,
상기 긴장재(130) 중 적어도 하나 이상 복수의 긴장재에 거더의 양단부 구간에서 각각 거더의 설계 기준에 의해 설정되는 길이 및 개수로 디본딩 파이프(140)가 긴장재(130)에 외삽되어 이루어진 하부 플랜지 디본딩 구간을 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 프리텐션 빔 거더.
제 6 항에 있어서, 상기 프리텐션 빔 거더(100)의 상부 플랜지(100)에 복수의 긴장재(130)가 삽입 설치되고, 거더의 설계 기준에 의거해서 설정되는 거더 중간 구간에서 상부 플랜지(110)에 삽입된 긴장재(130)에 디본딩 파이프(140)가 외삽되어 상부 플랜지 디본딩 구간을 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 프리텐션 빔 거더.
제 6 항에 있어서, 상기 디본딩 파이프(140)는,
복수의 긴장재(130)에 외삽되는 디본딩 파이프의 길이가 같거나 서로 다른 길이인 것을 특징으로 것을 교량용 프리텐션 빔 거더.
제 6 항 또는 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
프리텐션 빔 거더(100)에는 양측면에 유지보수용 긴장재를 삽입 설치하여 고정할 수 있는 복수의 긴장재 정착블록을 더 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 프리텐션 빔 거더.
제 9 항에 있어서, 상기 긴장재 정착블록은,
거더의 양단부 구간에 유지보수용 긴장재(131')의 단부를 삽입 인출하여 고정하는 긴장재 고정용 정착구(150)가, 거더의 중앙 가로보 구간에는 긴장재를 삽입통과하는 복수의 긴장재 삽입용 파이프(151)가 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 교량용 프리텐션 빔 거더.