KR20130141275A - 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치는 강박스 거더 및 상부슬래브를 구비하는 강합성 교량에서 전단포켓형 상부슬래브의 압출가설 장치에 있어서, 전단포켓형 압출슬래브 제작대에 배치되고, 전단포켓 개구부(Opening)가 형성된 상부슬래브 세그먼트를 강박스 거더의 상부플랜지 상에서 연속적으로 압출하는 압출잭; 압출잭이 상부에 배치되고, 압출 방향을 따라 배치되어 상부슬래브 세그먼트의 압출을 가이드하는 제작대 플랜지; 상부슬래브를 압출하는 동안 강박스 거더의 상부플랜지면을 따라 상부슬래브가 미끄러지도록 상부플랜지 상에 설치되는 슬라이딩 슈(Sliding shoe); 상부슬래브의 횡방향 변위가 발생하지 않도록 상부플랜지에 체결되는 횡방향 가이드(Lateral guide); 및 상부슬래브의 압출이 완료된 후에 상부플랜지 상의 개구부(Opening)에 용접되어 상부슬래브 세그먼트와 상부플랜지 합성시 전단연결재 역할을 하는 전단 스터드(Stud)를 포함한다.

Description

강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치{Incremental launching apparatus for constructing shearing pocket-type concrete slab of composite bridge}

본 발명은 상부슬래브의 압출가설에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 강합성 교량(Composite Bridge)의 전단포켓형(Shearing Pocket-type) 상부슬래브(Concrete Slab)를 시공을 위한 압출가설 장치에 관한 것이다.

현재 우리나라 합성교량에서 상부슬래브 시공은 거더(Steel Box Girder, Plate girder 등) 사이에 목재 동바리를 설치한 후, 그 위에 임시 거푸집을 놓고 철근 배근 및 콘크리트 타설을 하는 현장타설 공법이 주를 이루고 있다. 이러한 현장타설 공법은 타설된 콘크리트가 기후의 영향을 많이 받고 동바리 설치 및 거푸집 제작 등의 기간이 필요하기 때문에 시공 기간이 길고, 많은 인력의 필요로 인건비가 상승하며, 숙련된 기술인력의 부족으로 품질관리 저하의 문제점을 갖고 있다.

또한, 강합성 교량에서 상부슬래브의 시공은 대부분 임시/영구 거푸집 또는 이동식 거푸집을 사용하거나 일부 프리캐스트 슬래브로 시공되고 있다. 기존의 상부슬래브 시공은 고교각에 설치된 강박스 거더 위에서 작업이 이루어지므로 작업인원이 교량하부로 추락하는 사고가 빈번히 발생하고 있으며, 높은 공사비/공사기간 및 품질저하 문제가 발생하고 있다.

구체적으로, 임시/영구 거푸집(temporary/left-in-place form)의 경우, 현장타설 콘크리트와의 접촉면에서 균열발생을 야기하며, 복합슬래브에 대한 설계규정 적용으로 인하여 슬래브 두께가 과도해지고, 영구 거푸집 및 작업인원으로 인한 사하중 증가로 단면 휨강성이 불리하며, 고공에서의 작업으로 인한 추락사고 등 안전성에 문제점이 있다.

또한, 이동식 거푸집(movable shuttering system)의 경우, 그 자중 및 가설장비에 의한 사하중이 증가하고, 편심 하중에 의한 비틀림 변형을 방지하기 위한 강골조의 추가 보강이 필요하며, 또한, 콘크리트 주입을 위한 교량 하부공간의 접근로가 필요하고, 거푸집 지지부재에 의하여 슬래브에 다수의 홀이 발생하는 등 내구성에 문제점이 있다.

또한, 프리캐스트 슬래브(precast slab segments)의 경우, 운반상의 장애로 인한 분할 크기가 제한되며, 다수의 시공이음으로 인해 종방향 텐던의 설치가 필요하고, 지상 크레인을 이용하여 가설하는 경우 공사비가 더욱 증가된다는 문제점이 있다.

이러한 문제점들의 대안으로 프리캐스트 바닥판과 교대 후방 또는 교량 중간에서 상부슬래브를 제작하여 압출하는 공법을 들 수 있다. 이때, 프리캐스트 바닥판은 장기간 양생에 따른 형태안정성, 정확한 치수 및 공업화된 성형 공정을 통한 고품질의 구체를 생산할 수 있지만, 운송 가능한 세그먼트의 크기가 작기 때문에 상부슬래브에 다수의 시공이음을 초래하고, 종방향 강선에 의해 상부슬래브를 일체화되므로 강선이 부식되지 않도록 각별한 주의가 필요하다.

특히, 상부슬래브 압출가설 공법은 일정한 길이만큼의 상부슬래브를 교대 후방이나 경간 중앙에서 제작하여 연속적으로 교량의 거더 위에 압출한 후, 전단연결재를 설치하여 거더와 합성을 이루게 하는 공법으로서, 이러한 상부슬래브의 압출가설 공법이 갖는 수많은 장점에도 불구하고 이에 대한 연구는 아직 초기 단계에 있는 바 그 개선이 필요한 실정이다.

1) 대한민국 등록특허번호 제10-432436호(출원일: 2000년 7월 28일). 발명의 명칭: "교량의 상판 런칭용 압출겸용 교좌장치 및 그 방법" 2) 대한민국 등록특허번호 제10-565360호(출원일: 2003년 7월 18일). 발명의 명칭: "연속압출공법으로 가설되는 교량에서 상부거더를 밀어내는 압출시스템" 3) 대한민국 등록특허번호 제10-580819호(출원일: 2005년 7월 20일). 발명의 명칭: "가접합을 이용한 불연속 교량의 연속압출공법" 4) 대한민국 공개특허번호 제2005-110454호(공개일: 2005년 11월 23일). 발명의 명칭: "아이엘엠교량용 박스거더 거푸집시스템을 이용한 교량 시공방법" 5) 대한민국 등록특허번호 제10-734418호(출원일: 2006년 10월 27일). 발명의 명칭: "압출용 벽체를 이용한 교량의 상부거더세그먼트 제작장과, 이를 이용한 일반구간과 확폭구간을 갖는 교량의 연속압출 시공방법" 6) 대한민국 등록특허번호 제10-869114호(출원일: 2007년 4월 11일). 발명의 명칭: "변단면 프리스트레스트 콘크리트 교량의 압출공법"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 압출가설 공법으로 시공할 경우, 상부슬래브를 신속하고 용이하게 압출할 수 있는, 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 강박스 거더교뿐만 아니라 소수주 거더교에도 용이하게 적용할 수 있는, 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치를 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치는, 강박스 거더 및 상부슬래브를 구비하는 강합성 교량에서 전단포켓형 상부슬래브의 압출가설 장치에 있어서, 전단포켓형 압출슬래브 제작대에 배치되고, 전단포켓 개구부(Opening)가 형성된 상부슬래브 세그먼트를 상기 강박스 거더의 상부플랜지 상에서 연속적으로 압출하는 압출잭; 상기 압출잭이 상부에 배치되고, 압출 방향을 따라 배치되어 상기 상부슬래브 세그먼트의 압출을 가이드하는 제작대 플랜지; 상기 상부슬래브를 압출하는 동안 상기 강박스 거더의 상부플랜지면을 따라 상기 상부슬래브가 미끄러지도록 상기 상부플랜지 상에 설치되는 슬라이딩 슈(Sliding shoe); 상기 상부슬래브의 횡방향 변위가 발생하지 않도록 상기 상부플랜지에 체결되는 횡방향 가이드(Lateral guide); 및 상기 상부슬래브의 압출이 완료된 후에 상기 상부플랜지 상의 개구부(Opening)에 용접되어 상기 상부슬래브 세그먼트와 상기 상부플랜지 합성시 전단연결재 역할을 하는 전단 스터드(Stud)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 상부슬래브가 최종 위치에 도달하면, 상기 전단스터드를 미리 설치된 개구부의 상부플랜지에 용접한 후, 무수축 모르타르로 상기 개구부를 메워서 상기 상부슬래브 및 상기 상부플랜지를 합성하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 슬라이딩 슈는 2~3m 간격으로 일정하게 상기 개구부에 설치되고, 완성된 합성 구조물에 남아 있게 되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 횡방향 가이드는 상기 상부슬래브의 압출가설이 완료된 후에 제거되는 임시 압출 유도장치(Removable lateral guide)인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전단포켓형 상부슬래브는 압출가설이 가능한 강박스 거더 또는 소수주 거더에 적용될 수 있다.

여기서, 상기 전단포켓형 상부슬래브는 현장 타설되거나 프리캐스트 제작되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 압출가설 공법으로 시공할 경우, 상부슬래브를 신속하고 용이하게 압출할 수 있고, 이에 따라 교량의 가설기간을 대폭 단축시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 강박스 거더교뿐만 아니라 소수주 거더교에도 용이하게 적용할 수 있다.

도 1은 통상적인 상부슬래브의 압출가설 시공 방법을 예시하는 도면이다.
도 2는 교대 뒤에 설치된 거푸집을 나타내는 도면이다.
도 3은 강합성 교량의 상부슬래브를 시공하는 압출가설 공법에서 압출 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 강합성 교량용 상부슬래브들을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치에서 슬라이딩 슈를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치에서, 대상 교량의 전단포켓의 배치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치에서, 전단포켓형 상부슬래브의 철근 배치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치에서, 현장 타설된 전단포켓형 상부슬래브를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치에서, 프리캐스트 제작된 전단포켓형 상부슬래브를 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

먼저, 통상적인 상부슬래브의 압출가설 시공 방법에 대해 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 1은 통상적인 상부슬래브의 압출가설 시공 방법을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 통상적인 연속압출 공법은 교대(310) 또는 교각(320)의 후방 등 제작이 용이한 장소에 세그먼트 제작장인 압출 작업장(400)을 설치하고, 교량 상부구조물에 해당하는 세그먼트 구조물, 즉, 상부슬래브(100-1~100-n)를 제작한 후 압출장치인 압출잭에 의해 교량이 설치되어야 할 방향, 즉, 교축 방향으로 강박스 거더(200) 상에서 상부슬래브(100-1~100-n)를 연속되게 순차적으로 밀어내어 전체적으로 일체화된 교량을 형성하는 시공 방법이다.

구체적으로, 도 1의 a)는 교대(310) 상에 강박스 거더(200)를 설치하고, 교대(310) 후방의 압출 작업장(400)에서 압출할 제1 상부슬래브(100-1)를 제작한 것을 나타내며, 도 1의 b)는 제2 상부슬래브(100-2)를 제작한 후, 상기 제1 상부슬래브(100-1) 후방에 제2 상부슬래브(100-2)를 배치한 후, 강박스 거더(200) 상부에서 압출하는 것을 나타내며, 도 1의 c)는 강박스 거더(200) 상부에서 제1 내지 제6 상부슬래브(100-1~100-6)를 연속적으로 압출하는 것을 나타낸다. 또한, 도 1의 d)는 제1 내지 제n 상부슬래브(100-1~100-n)를 강박스 거더(200) 상부에서 모두 압출함으로써 상부슬래브를 가설한 것을 나타내며, 도 1의 e)는 상부슬래브(100)의 압출가설 후에 강박스 거더(200)의 상부플랜지와 합성함으로써 압출가설을 완료한 상태를 나타낸다. 여기서, 도면부호 A는 압출슬래브 제작대를 나타내며, 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.

이러한 연속압출 공법은 동바리가 불필요하고 제작장에서 세그먼트 구조물을 순차적으로 타설하여 교량을 완성하여 나가므로 작업 안전성이 높고, 일정한 장소에서 세그먼트 구조물을 제작하여 시공관리가 용이하며, 외부 기후조건에 관계없이 공사를 진행시킬 수 있어 공사기간을 대폭 단축시키고 공정관리가 용이한 장점이 있다.

또한, 거푸집이 기계화되어 있기 때문에 신속한 조립 및 해체가 가능하고, 일정한 장소에서 모든 공정이 이루어지므로 소수의 인원으로 숙련된 작업을 할 수 있으므로 작업의 능률화를 꾀할 수 있다. 또한, 지면으로부터 교량상부 구조물 지지를 위한 동바리 가설이 필요하지 않기 때문에 동바리 가설이 용이하지 않은 깊은 계곡이나 하천 등을 횡단할 경우에 특히 경제적이며, 교량 상부공정을 하부구조 공정과 병행하여 실시할 수 있으므로 공기를 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

도 2는 교대 뒤에 설치된 거푸집을 나타내는 도면으로서, 먼저 강박스 거더(200)가 가설되면, 슬래브 제작대(casting bed)를 교량의 중간이나 교대(310)에 설치한다. 이때, 제작대에는 일정 크기(일반적으로 25m 정도)의 슬래브(100)를 타설하기 위한 거푸집(formwork)이 설치되며, 모든 세그먼트는 동일한 거푸집이 사용된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 교대 뒤의 지면에 설치되는 거푸집은 강박스 거더 상부플랜지와 동일한 폭을 가진 두개의 스트립(strip)을 제외하고는 보강된 목재로 구성되며, 강박스 거더의 상부플랜지와 같은 위치에 정렬되어 있다. 이후, 상부 슬래브를 압출하는 동안, 경화된 콘크리트 슬래브는 스트립 위로 미끌어지게 되며, 이때, 스트립은 일반적으로 WF16(CB163)과 같은 표준 I형 강재로 만들어진다. 스트립의 한쪽 끝은 강박스 거더의 상부플랜지에 부착되지만, 슬라이딩 받침(sliding shoe)의 두께만큼 상부플랜지와 이격(offset)된다. 한편, 거푸집은 앵커에 의해 고정된다. 이후, 콘크리트로부터 거푸집을 분리시키기 위하여, 스트립 아래에 일정간격으로 설치된 소규모의 보조 수직 잭을 이용하여 스트립과 강박스 거더 끝단을 약 2.5cm 정도 들어올린다.

한편, 프리캐스트 슬래브(precast decks)를 갖는 강합성 교량의 시공은 다양한 방법에 의해 가능하며, 이중에서 슬래브를 압출하는 공법(stage-deck jacking method)은 다음과 같은 단계로 구성될 수 있다.

구체적으로, 시공의 편의성에 따라, 교대(310) 또는 경간중앙에서 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)를 일정 길이(약 20~25m)로 타설하고, 이후, 강박스 거더(200)의 플랜지(210) 위로 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)를 압출하는데, 이 과정에서 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)가 제작대(casting bed)와 분리된다. 다음으로, 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)를 타설하기 위한 제작대를 준비한다. 따라서 전체 상부슬래브(100)는 각각의 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)의 연속적인 타설로 완성되며, 기존의 방법과 마찬가지로 상부슬래브(100)는 일정 간격으로 설치된 전단연결재(도시되지 않음)에 의해 강박스 거더(200)와 연결된다.

이러한 압출가설 공법의 장점은 모든 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)에 동일한 거푸집을 반복하여 사용하고, 동일한 위치에서 콘크리트를 타설하며, 각 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)가 철근으로 연결되어 전체 슬래브를 일체화시킬 수 있다.

도 3은 강합성 교량의 상부슬래브를 시공하는 압출가설 공법에서 압출 메커니즘을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 상부슬래브(100)가 3개의 상부슬래브 세그먼트(100-1, 100-2, 100-3)로 이루어질 경우, 도 3의 a)는 제1 상부슬래브 세그먼트(100-1)를 제작하여 압출하는 것을 나타내고, 도 3의 b)는 제2 상부슬래브 세그먼트(100-2)를 제작하여 제1 상부슬래브 세그먼트(100-1)와 함께 압출하는 것을 나타내며, 도 3의 c)는 제3 상부슬래브 세그먼트(100-3)를 제작하여 제1 및 제2 상부슬래브 세그먼트(100-1, 100-2)와 함께 압출하는 것을 나타낸다. 예를 들면, 제1 내지 제3 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-3)는 2m의 종방향 길이로 제작될 수 있고, 이때, 강박스 거더(200)의 단부에서 한 세그먼트씩 각각 압출된다.

후속적으로, 상기 압출가설된 상부슬래브 세그먼트(100-1, 100-2, 100-3)를 각각 상기 강박스 거더(200)의 상부플랜지(210)와 합성함으로써, 압출가설이 완료된다.

한편, 도 4a 및 도 4b는 압출가설용 강합성 교량의 상부슬래브를 예시하는 도면으로서, 도 4a는 강박거더 상에서 압출되는 전단포켓형 상부슬래브(100a)를 나타내고, 도 4b는 철근만으로 횡방향 연결된 프리캐스트 슬래브인 레일형 상부슬래브(100b)를 나타낸다.

구체적으로, 강박스거더 상에서 압출되는 전단포켓형 상부슬래브(100a)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 슬래브가 압출되고 프리스트레스가 도입된 후에, 전단연결재가 전단포켓 내에 용접되며, 전단포켓은 콘크리트로 채워지게 된다.

이러한 상부슬래브에 설치된 작은 개구부에 무수축 모르타르/콘크리트를 채우는 시공방법은 고가의 공사비와 적정한 보호양생을 필요로 한다. 상부슬래브와 강박스 거더의 체결력이 개구부에 집중되게 되므로, 시간이 지남에 따라 상부슬래브에 균열이 유발되게 된다. 전단연결재를 개구부 내에 현장 용접하는 것은 매우 고가이며, 콘크리트에 묻히는 강박스 거더의 상부플랜지부가 없으므로 압축플랜지의 측면 지점이 몇몇 부분에 집중되는 것과 같은 구조적으로 불리한 문제를 야기한다.

또한, 철근만으로 횡방향 연결된 프리캐스트 슬래브인 레일형 상부슬래브(100b)는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 압출이 완료된 후에 무수축 콘크리트로 채워지는 연속적인 압출개구부(continuous launch opening)를 상부슬래브에 도입한 초기 레일형 상부슬래브를 나타낸다. 이러한 초기 레일형 상부슬래브는 강박스 거더 상부플랜지에서의 슬래브 압출과 연속적인 체결이 이루어지며, 횡방향 처짐에 대하여 철근만으로 지지된 슬래브 형태를 나타낸다.

이러한 방법은 연속적으로 형성된 개구부로 인해 체결응력의 집중을 피할 수 있고 강박스 거더의 압축플랜지의 횡방향 안정성을 향상시킬 수 있으나, 본래 설계상의 취약점(전단 연결재의 현장용접 및 평평한 상부플랜지 면의 필요)은 해결될 수 없다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치를, 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명하되, 전술한 도 1 내지 도 4에서 설명된 동일한 도면부호를 사용한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치에서 슬라이딩 슈를 나타내는 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치는, 강박스 거더(200) 및 상부슬래브(100)를 구비하는 강합성 교량에서 상부슬래브의 압출가설 장치로서, 압출잭(410), 레일형 압출슬래브 제작대(420), 제작대 플랜지(430), 슬라이딩 슈(440), 횡방향 가이드(450) 및 전단스터드(220)를 포함한다.

압출잭(410)은 전단포켓형 압출슬래브 제작대(420)에 배치되고, 상기 강박스 거더(200)의 상부플랜지(210) 상에서 전단포켓 개구부(Opening: 120)가 형성된 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)를 연속적으로 압출한다. 즉, 압출장치인 압출잭(410)은, 교대 후방의 압출 작업장(400)에서 제작되어 연속적으로 제공되는 전단포켓 개구부(120)가 형성된 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)를 강박스 거더(200) 상부에서 연속적으로 압출한다.

제작대 플랜지(430)는 상기 압출잭(410)이 상부에 배치되고, 압출 방향을 따라 배치되어 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)의 압출을 가이드한다.

슬라이딩 슈(Sliding shoe: 440)는 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)를 압출하는 동안 상기 강박스 거더(200)의 상부플랜지(210) 면을 따라 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)가 미끄러지도록 상기 상부플랜지(210) 상에 설치된다. 이때, 상기 슬라이딩 슈(440)는 2~3m 간격으로 일정하게 상기 개구부(120)에 설치되고, 완성된 합성 구조물에 남아 있게 된다. 여기서, 상기 슬라이딩 슈(440)는 테프론(Teflon) 재질일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

횡방향 가이드(Lateral guide: 450)는 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)의 횡방향 변위가 발생하지 않도록 상기 상부플랜지(210)에 체결된다. 이때, 상기 횡방향 가이드(450)는 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)의 압출가설이 완료된 후에 제거되는 임시 압출 유도장치(Removable lateral guide)이다.

전단 스터드(220)는 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)의 압출이 완료된 후에 상기 상부플랜지(210) 상의 개구부(120)에 용접되어 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)와 상기 상부플랜지(210) 합성시 전단연결재 역할을 한다.

따라서 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)가 최종 위치에 도달하면, 상기 전단스터드(220)를 미리 설치된 개구부(120)의 상부플랜지(210)에 용접한 후, 무수축 모르타르로 상기 개구부(120)를 메워서 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n) 및 상기 상부플랜지(210)를 각각 합성하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브는 압출가설이 가능한 강박스 거더 또는 소수주 거더에 적용될 수 있고, 또한, 상기 전단포켓형 상부슬래브는 현장 타설되거나 프리캐스트 제작될 수 있는데, 구체적인 설명은 후술하기로 한다. 또한, 도면부호 110은 상부슬래브(100)의 연속화 철근인 긴장재(Tendon)를 나타낸다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 전단포켓형 상부슬래브는 프리캐스트 바닥판에서 주로 적용되는 형식으로서, 상부슬래브(100) 성형시 전단연결재(220)가 설치될 위치(주로 강박스 거더 복부위)에 미리 직사각형의 빈 공간을 만들고, 이를 강박스 거더(200) 위에 거치 후 전단연결재(220)를 용접하고 고강도 무수축 모르타르로 메꿈으로써 상기 상부슬래브(100)가 강박스 거더(200)와 합성된다.

이러한 전단포켓형 상부슬래브 적용시 주요 고려사항은 전단포켓의 간격과 크기에 있다. 즉, 이러한 전단포켓의 간격이 너무 촘촘하여 전단포켓의 수가 증가하면 모르타르 주입 및 양생 관리를 위한 비용이 증가하게 되며, 그 간격이 너무 멀면 강박스 거더와 상부슬래브의 체결력이 분산되지 못하여 시간이 지남에 따라 슬래브에 균열을 유발하게 될 우려가 있다.

또한, 전단포켓의 크기는 상부슬래브의 종방향 온도철근 및 지점부 주장률 철근의 단락 개소수에 영향을 미치게 되므로 이와 같은 것이 최소가 되도록 해야 한다.

전단포켓의 간격과 크기는 전단연결재의 직경과 1열당 개수에 좌우되게 되며, 「도로교 설계기준 3.9.5 전단연결재」에 따라 스터드의 직경, 개수 및 간격을 검토하여 전단포켓의 규격을 정할 수 있으며, 전단연결재에 대한 설계식으로서, 전단연결재의 허용 응력은 다음의 수학식 1 및 2와 같다

여기서, Qa는 전단연결재의 허용전단력(N)을 나타내고, H는 스터드의 전체 높이(mm)를 나타내며, d는 스터드의 줄기의 지름(19mm, 22mm, 25mm)을 나타내며,

는 콘크리트 설계기준 강도를 나타낸다.

한편, 피로를 고려한 전단연결재의 필요 간격은 다음의 수학식 3과 같다.

여기서,

는 전단연결재의 피로에 대한 필요간격을 나타내고,

는 전단연결재의 허용수평 전단력 범위(N)를 나타내며,

은 설계대상 단면의 슬래브와 주거더 사이의 수평전단력 범위(N/㎟)를 나타낸다.

한편, 스터드의 극한 강도를 검토하면 다음의 수학식 4 내지 6과 같다.

여기서, Vu는 전단연결재의 극한강도(N)를 나타내고, d는 전단연결재의 직경(㎜)을 나타내며,

는 콘크리트의 설계기준강도를 나타내고,

는 전단연결재의 단면적(㎟)을 나타내며, fu는 인장강도(410~560MPa)를 나타내고,

은 최대정모멘트부와 인접한 교대지점부사이의 전단연결재 개수를 나타내고, P는 최대 부모멘트부와 인접한 최대 부모멘트부 사이에 필요한 전단연결재 개수를 나타내고, P3은 최대부모멘트부에 작용하는 힘을 나타낸다.

수학식 1은 전단연결재의 파괴가 스터드의 전단에 의해 일어나고, 수학식 2는 상부슬래브의 균열에 의해 일어난다고 판단하는 것이다. 또한 수학식 1이 수학식 2에 비하여 약30%,의 강도를 더 발휘하는 것으로 나타나므로, 스터드의 길이를 150㎜로 적용하여 H/d가 5.5 이상이 되도록 하였다.

한편, 전단연결재의 최대 간격은 상부 콘크리트 두께의 3배 이하이면서 600㎜를 넘지 않도록 하고 있으며, 최소 간격은 교축방향으로 5d 또는 100㎜로 하고, 교축직각방향은 d+30㎜로 규정하고 있다. 이상의 검토방법에 따라 대상교량의 전단연결재 간격 검토 결과를 나타내면, 표 1에 도시된 바와 같다. 표 1은 전단연결재의 간격 및 개수를 나타낸다.

따라서 검토 결과 전단연결재의 간격에 따라 1열에 설치되는 스터드의 개수는 각각 8개, 10개, 12개로 다르지만 1m 안에 설치되는 개수는 동일한 것을 알 수 있다. 따라서 현행 도로교 설계기준의 최대간격을 만족시키면서 전단포켓의 수를 줄일 수 있는 600㎜ 간격을 적용하는 것이 바람직하다.

전술한 검토 결과에 따라 해당 교량의 전단포켓 배치를 도 7에 나타내었다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치에서, 대상 교량의 전단포켓의 배치를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 전단포켓(120)의 가로 크기는 한쪽 복부위에 전단연결재(220)가 6개가 설치될 수 있도록 스터드 양끝의 거리 300㎜에 여유 50㎜씩을 두어 400㎜로 하였으며, 세로크기는 150㎜로 하여 전단연결재의 용접시 스터드건이 들어갈 수 있도록 하였다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 전단포켓형 상부슬래브에서, 전단포켓(120)은 전단연결재 용접시 스터드건이 들어갈 수 있는 크기를 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 전단포켓형 상부슬래브는, 압출가설이 가능한 소수주 거더에 적용할 수 있다. 여기서, 소수주 거더교는 프리캐스트 콘크리트 슬래브(PC 슬래브)이나 프리스트레스트 슬래브를 사용함으로써 슬래브의 내구성을 증진시키고, 주거더 간격을 크게 함으로써 주거더의 개수를 감소시키는 교량 형식을 말한다. 이러한 소수주 거더교는 거더 단면의 단순화를 위해 거더의 복부판에 부착되는 수평보강재와 수직보강재를 최대한 생략하여 시공한다.

또한, 전단포켓형 상부슬래브에 대한 철근배치는 캔틸레버부 주철근을 H22-C.T.C 200㎜, 중앙부 주철근은 H16-C.T.C 200㎜로 하였으며, 종방향 철근은 온도 및 수축철근의 규정 및 경험적 설계법의 규정에 따라 H16-C.T.C 250㎜을 적용하였다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치에서, 전단포켓형 상부슬래브의 철근 배치를 나타내는 도면으로서, 전단포켓의 간격을 600㎜로 하고, 주철근의 간격은 200㎜로 하여 서로 간섭이 일어나지 않게 하며, 온도에 의한 종방향 철근 및 주장률 철근은 간격을 조정하여 전체 단면에 대해 철근 개수가 현장 타설일 때와 같게 한다.

한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치에서, 현장 타설된 전단포켓형 상부슬래브를 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치에서, 프리캐스트 제작된 전단포켓형 상부슬래브를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하기 위한 압출가설 장치에서, 전단포켓형 상부슬래브(100)는 도 9에 도시된 바와 같이 현장 타설되거나 또는 도 10에 도시된 바와 같이, 프리캐스트 제작될 수 있다.

현장 타설되는 전단포켓형 상부슬래브(100)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 개구부(120)가 형성된 전단포켓부(130) 및 개구부가 없는 일반부(140)로 구분되며, 전단연결재인 전단스터드(220)는 압출 후에 상부플랜지(210) 상에 용접된다.

또한, 프리캐스트 제작된 전단포켓형 상부슬래브(100)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 전단키(150) 및 긴장재(160)가 미리 형성될 수 있고, 전단연결재인 전단스터드(220)는 압출 후에 상부플랜지(210) 상에 용접된다.

본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하는 압출가설 장치 및 그 방법에 따르면, 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브(100)를 압출가설 공법으로 시공할 때, 상부슬래브(100)를 신속하고 용이하게 압출할 수 있게 된다. 즉, 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 압출가설 공법으로 시공할 경우, 상부슬래브를 신속하고 용이하게 압출할 수 있고, 이에 따라 교량의 가설기간을 대폭 단축시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하는 압출가설 공법은, 강박스 거더(200) 및 상부슬래브(100)를 구비하는 강합성 교량에서 전단포켓형 상부슬래브의 압출가설 방법으로서, 먼저, 강박스 거더(200)를 교대(310) 또는 교각(320) 상에 설치한다.

다음으로, 전단포켓 개구부(120)가 형성된 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)의 압출을 가이드하는 제작대 플랜지(430) 상부에 압출잭(410)을 배치한다.

다음으로, 전단포켓형 압출슬래브 제작대(420) 상에 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)를 배치한다.

다음으로, 슬라이딩 슈(440) 및 횡방향 가이드(450)를 상기 강박스 거더(200)의 상부플랜지(210) 상에 배치한다. 여기서, 상기 슬라이딩 슈440)는 2~3m 간격으로 일정하게 상기 개구부(120)에 설치되고, 완성된 합성 구조물에 남아 있게 된다. 또한, 상기 횡방향 가이드(450)는 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)의 압출가설이 완료된 후에 제거되는 임시 압출 유도장치(Removable lateral guide)이다.

다음으로, 상기 압출잭(410)을 이용하여 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)를 연속적으로 압출가설한다.

다음으로, 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)의 압출이 완료된 후에 상기 상부플랜지(210) 상의 개구부(120)에 전단 스터드(220)를 용접한다.

다음으로, 상기 개구부(120) 상에서 상기 압출가설된 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n)를 상기 강박스 거더의 상부플랜지(210)와 합성한다. 이때, 무수축 모르타르로 상기 개구부(120)를 메워서 상기 상부슬래브 세그먼트(100-1~100-n) 및 상기 상부플랜지(210)를 합성하게 된다.

다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하는 압출가설 방법은, 상부슬래브(100)에 일정 간격의 개구부(전단포켓)(120)를 설치하여 상부슬래브(100)의 압출이 완료된 시점에 이 위치에서 전단연결재인 전단스터드(220)를 현장 용접한다.

이러한 방법은 상부슬래브(100)가 최종 위치에 도달하면, 전단연결재(220)를 미리 설치된 개구부(120)의 상부플랜지(210)에 용접한 후, 무수축 모르타르로 개구부(120)를 매우는 공정으로 이루어지며, 상부슬래브(110)를 압출하는 동안 상부슬래브(110)에는 강박스 거더의 상부플랜지(210) 면을 미끄러지는 슬라이딩 슈(440)가 설치되고, 이러한 슬라이딩 슈(440)는 완성된 구조물에 남아 있게 된다.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 시공하는 압출가설 방법에 따르면, 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브를 압출가설 공법으로 시공할 경우, 상부슬래브를 신속하고 용이하게 압출할 수 있게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 상부슬래브(Concrete Upper Slab)
100-1~100-n: 슬래브 세그먼트(Slab Segment)
110: 연속화 철근/긴장재(Tendon)
120: 전단포켓(개구부)
130: 전단포켓부
140: 일반부
150: 전단키
160: 긴장재
200: 강박스 거더(Steel Box Girder)
210: 상부플랜지(Upper Flange)
220: 전단연결재/전단 스터드(Stud)
310: 교대
320: 교각
400: 압출 작업장
410: 압출잭
420: 전단포켓형 압출슬래브 제작대
430: 제작대 플랜지
440: 슬라이딩 슈(Sliding Shoe)
450: 횡방향 가이드(Removable Lateral Guide)

Claims (6)

1. 강박스 거더 및 상부슬래브를 구비하는 강합성 교량에서 전단포켓형 상부슬래브의 압출가설 장치에 있어서,
   전단포켓형 압출슬래브 제작대에 배치되고, 전단포켓 개구부(Opening)가 형성된 상부슬래브 세그먼트를 상기 강박스 거더의 상부플랜지 상에서 연속적으로 압출하는 압출잭;
   상기 압출잭이 상부에 배치되고, 압출 방향을 따라 배치되어 상기 상부슬래브 세그먼트의 압출을 가이드하는 제작대 플랜지;
   상기 상부슬래브를 압출하는 동안 상기 강박스 거더의 상부플랜지면을 따라 상기 상부슬래브가 미끄러지도록 상기 상부플랜지 상에 설치되는 슬라이딩 슈(Sliding shoe);
   상기 상부슬래브의 횡방향 변위가 발생하지 않도록 상기 상부플랜지에 체결되는 횡방향 가이드(Lateral guide); 및
   상기 상부슬래브의 압출이 완료된 후에 상기 상부플랜지 상의 개구부(Opening)에 용접되어 상기 상부슬래브 세그먼트와 상기 상부플랜지 합성시 전단연결재 역할을 하는 전단 스터드(Stud)를 포함하는 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부슬래브가 최종 위치에 도달하면, 상기 전단스터드를 미리 설치된 개구부의 상부플랜지에 용접한 후, 무수축 모르타르로 상기 개구부를 메워서 상기 상부슬래브 및 상기 상부플랜지를 합성하는 것을 특징으로 하는 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 슬라이딩 슈는 2~3m 간격으로 일정하게 상기 개구부에 설치되고, 완성된 합성 구조물에 남아 있게 되는 것을 특징으로 하는 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 횡방향 가이드는 상기 상부슬래브의 압출가설이 완료된 후에 제거되는 임시 압출 유도장치(Removable lateral guide)인 것을 특징으로 하는 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전단포켓형 상부슬래브는 압출가설이 가능한 강박스 거더 또는 소수주 거더에 적용되는 것을 특징으로 하는 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 전단포켓형 상부슬래브는 현장 타설되거나 프리캐스트 제작되는 것을 특징으로 하는 강합성 교량의 전단포켓형 상부슬래브 시공을 위한 압출가설 장치.

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