KR20140070185A

KR20140070185A - 블록들의 연결부 접합면의 간극차이를 이용하여 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 조립식 하이브리드 거더 및 조립식 하이브리드 거더에 프리스트레스를 도입하는 방법, 조립식 하이브리드 거더의 연속화 방법

Info

Publication number: KR20140070185A
Application number: KR1020120138367A
Authority: KR
Inventors: 이현우
Original assignee: 이현우
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-10
Also published as: KR101426161B1

Abstract

본 발명은 주로 교량의 상부구조물로 사용되는, 프리캐스트 콘크리트 블록과 강재블록으로 구성된 조립식 하이브리드 거더에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는 두 개의 프리캐스트 콘크리트 블록들이 양 외측에 배치되고 이들을 연결하는 중앙의 블록을 강재블록으로 구성하며, 블록과 블록 사이의 연결부의 접합면에 간극차이를 두어, 상기 블록들의 조립시에 상기 간극차로 인해 거더에 프리스트레스력이 자동적으로 도입될 수 있도록 한 것이다.

Description

블록들의 연결부 접합면의 간극차이를 이용하여 거더에 프리스트레스를 도입할 수 있는 조립식 하이브리드 거더 및 조립식 하이브리드 거더에 프리스트레스를 도입하는 방법, 조립식 하이브리드 거더의 연속화 방법 {The site built-up hybrid girder which is prestressed by gap difference of connection face of blocks and prestressing methods for the hybrid girder, connecting methods of the hybrid girders to make continuous girder}

본 발명은 주로 교량의 상부구조물로 사용되는, 프리캐스트 콘크리트 블록과 강재블록으로 구성된 조립식 하이브리드 거더에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 두 개의 프리캐스트 콘크리트 블록들이 양 외측에 배치되고 이들을 연결하는 중앙의 블록을 강재블록으로 구성하며, 블록과 블록 사이의 연결부의 접합면에 간극차이를 두어, 상기 블록들의 조립시에 상기 간극차이로 인해 프리스트레스력이 자동적으로 도입될 수 있도록 한 조립식 하이브리드 거더에 관한 것이다. 아울러, 본 발명은 상기 조립식 하이브리드 거더에 프리스트레스를 도입하는 방법과, 조립식 하이브리드 거더의 연속화 방법에 대한 것이기도 하다.

도로를 건설하다보면 강, 바다, 계곡, 기존도로 등의 장애물을 횡단해야 하는 경우가 발생되는데 이때 주로 적용되는 구조물로 교량이 있다.

교량은 하부구조물과 상부구조물로 나누어지며 하부구조물에는 교대 및 교각이 있고 상부구조물은 이들 하부구조물 사이를 수평으로 연결하는 거더의 형태를 갖게 되는데 이 거더의 재질 및 형상에 따라 교량형식을 분류하게 된다.

도로교, 철도교, 인도교를 막론하고 교량의 상부구조물인 거더의 재질 및 형상에 따라 교량형식을 분류하면 강합성형교(스틸박스거더교), 소수주형교, 트러스교, 프리스트레스드 콘크리트 박스거더교, 빔거더교 등으로 분류할 수 있는데 이 중 빔거더교는 빔의 구성형태에 따라 다시 PSC빔, 프리플렉스거더, PCT거더, IPC거더, DR거더, SCP거더 등으로 더 상세하게 나눌 수 있으며 이들은 대부분 프리캐스트 빔 거더로 제작되어 가설되고 있다.

본 발명은 교량에 관한 것이며 이 중에서도 상부구조물에 관한 것이고, 상부구조물 중에서도 빔거더교에 관한 것이다.

빔거더교는, 도1에 예시된 것과 같이, 하나의 길다란 빔 형태로 만들어진 구조체 여러 개를 하부구조물 사이에 나란히 거치하고 거치된 여러 개의 빔을 통째로 덮어씌우는 바닥판을 시공하여 상부구조물을 구성하는 형태의 교량형식을 통칭하는 것이며, 초창기에는 주로 PSC 빔 거더와 플레이트 거더가 사용되었고 장지간의 빔거더가 필요한 경우에 한하여 프리플렉스 거더가 제한적으로 사용되었다. 그러나, 최근에는 다양한 형태의 빔거더가 개발됨에 따라 IPC거더, DR거더, PCT거더 등 빔거더 고유의 이름을 교량형식명으로 하는 경우가 많이 생겼다.

하지만 종래의 빔거더들은 주로 순수한 콘크리트 또는 강재만을 재료로 제작되어 왔으며 이들을 혼용한다 하더라도 강재거더의 외부를 콘크리트로 감싸거나, 강재거더 내부에 콘크리트를 채우거나, 상부 및 하부데크를 콘크리트로 하고 이들을 연결하는 벽체로 강판, 주름강판 혹은 강관트러스를 사용하는 방식으로 제작되어 왔다.

만약 빔거더의 소재를 주로 지압력 및 전단력에 대한 저항력이 더 필요한 지점부에서는 콘크리트를 사용하고 모멘트에 대한 저항력이 더 필요한 지간 중앙부에서는 강재를 사용한다면 위치별 지배하중에 가장 잘 저항하는 구조체를 구성할 수 있을 뿐만 아니라 순수한 콘크리트 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 자중을 줄일 수 있으며 순수한 강재 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 경제적인 거더를 제작할 수 있다.

이러한 방식의 조립식 하이브리드 빔거더를 구성하려면 미리 제작된 콘크리트 블록과 강재블록을 서로 연결하여 하나의 빔거더로 만들어야 하는데 문제는 이들을 연결하여 하나의 일체구조로 만드는 일이 쉽지 않아 많은 비용과 노력이 필요하다는 것이며, 따라서 적지 않은 노력과 비용이 투입된 것에 비해 확보할 수 있는 빔의 내하력이 그다지 크지 않아 투입비용에 비해 효율성이 떨어지는 단점을 내포하고 있어, 지금까지는 FCM 방식으로 가설되는 PSC 박스거더 교량이나 엑스트라도우즈드 교량 등에 적용된 적은 있으나 빔 형태로 미리 제작되어 거치되는 형식의 프리캐스트 빔 거더에 적용된 적은 거의 없었다.

이는 교량의 상부구조물이 하나의 박스거더 형태로 구성되는 FCM 방식의 PSC 박스거더 교량이나 엑스트라도우즈드 교량의 경우 거더의 양측 지점부는 콘크리트를 재료로, 지간 중앙부는 강재를 재료로 하는 하이브리드 거더를 적용하여도 지간이 길고 폭원에 비해 콘크리트와 강재간의 연결개소가 적어 연결에 적지 않은 비용을 투입한다 하더라도 이질 재료간의 연결비용이 전체 교량가설비에서 차지하는 비중이 상대적으로 적으나, 빔거더 교량에 상기와 같은 하이브리드 방식을 적용할 경우 공법의 특징상 지간이 짧고 폭원에 비해 많은 빔개수로 인하여 연결개소가 많아지며 따라서 이질 재료간의 연결비용이 전체 교량가설비에서 차지하는 비중이 커지게 되기 때문이었다.

일반적으로 거더의 지점부는 주로 지압력 및 전단력에 대한 저항력이 더 필요하고 거더의 지간 중앙부는 모멘트에 대한 저항력이 더 필요한데 만약 거더의 소재를 지점부에서는 콘크리트, 지간 중앙부에서는 강재를 사용한다면 상기의 위치별 지배하중에 가장 잘 저항하는 재료구성이 될 수 있을 뿐만 아니라 순수한 콘크리트 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 자중을 줄일 수 있으며 순수한 강재 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 경제적인 거더를 제작할 수 있다.

하지만 지점부에는 콘크리트, 지간 중앙부에는 강재를 소재로 사용한 블록들을 제작하고 이들을 단순히 연결하는 방식으로만 조립식 하이브리드 빔 거더를 제작한다면 이질 재료간의 거동특성 차이를 극복하기 어려워 블록들의 제작과 이들의 연결을 위해 투입되는 비용에 비해 효율성이 떨어지는 비경제적인 제품이 제작될 수밖에 없다.

따라서, 본 발명은 각 블록들의 연결부 접합면의 아랫부분 간극과 윗부분 간극에 차이가 있도록 각 블록들을 제조하고 상기 각 블록들을 연결하는 방법을 차별화 함으로써 이질 재료간의 거동특성 차이를 최소로 만듦과 동시에 거더를 연결, 조립하는 과정 중에 자동적으로 거더에 프리스트레스력이 도입될 수 있도록 하여, 거더의 내하력 향상과 제품의 효율성을 동시에 확보할 수 있는, 진보된 시스템을 보유한 경제성과 실용성이 개선된 조립식 프리캐스트 하이브리드 빔 거더를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 프리캐스트 콘크리트 블록(1)이 거더의 양 외측부분에 배치되고 이들을 연결하는 중앙의 연결블록이 강재블록(2)으로 구성되는 조립식 하이브리드 거더이고, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)의 끝단부 중 강재블록(2)과의 접합면은 하단부 접합면(81)이 상단부 접합면(80)보다 더 앞으로 돌출되어, 강재블록(2)과 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들을 조립하기 위해 나열하였을 때 하단부 접합면(81)이 강재블록(2)과 먼저 닿아서 접촉되고 상단부 접합면(80)은 접촉되지 않고 떨어지게 되며, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들과 강재블록(2)을 고강도 인장용 강봉(10) 또는 긴장재(11)로 연결, 조립하는 거더 조립과정 중에 자동적으로 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더를 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 프리캐스트 콘크리트 블록(1)이 거더의 양 외측부분에 배치되고 이들을 연결하는 중앙의 연결블록이 강재블록(2)으로 구성되는 조립식 하이브리드 거더이고, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)의 끝단부 중 강재블록(2)과의 접합면은 하단부 접합면(81)이 상단부 접합면(80)보다 더 앞으로 돌출되어, 강재블록(2)과 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들을 조립하기 위해 나열하였을 때 하단부 접합면(81)이 강재블록(2)과 먼저 닿아서 접촉되고 상단부 접합면(80)은 접촉되지 않고 떨어지게 되며, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들과 강재블록(2)을 고강도 인장용 강봉(10) 또는 긴장재(11)로 연결, 조립하는 거더 조립과정 중에 자동적으로 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더에 있어서, 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들의 어느 한쪽 단부에는 끝단이 외부로 돌출된 채 매립되어 있는 적어도 하나 이상의 상기 고강도 인장용 강봉(10)이 구비되어 있으며, 강재블록(2)의 단면형상은 서로 평행하게 수평으로 배치된 강판 형상의 상부플랜지(20) 및 하부플랜지(30)와 이들 사이를 연결하는 수직으로 배치된 적어도 하나 이상의 복부판(40)으로 구성된 단면형상과, 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30) 중 어느 하나의 단면형상이 복부판(40) 개수만큼의 원형강관으로 구성된 단면형상 및, 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30) 둘 모두의 단면형상이 복부판(40) 개수만큼의 원형강관으로 구성된 단면형상 중 어느 하나이고, 상부플랜지(20) 및 하부플랜지(30)의 양측단부 그리고 복부판(40) 양측단부의 상단 및 하단 중 최소한 어느 한 곳 이상에는 고강도 인장용 강봉(10)의 긴장력 정착을 위한 구조물인 정착부 보강재(50) 및 정착판(60)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더를 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 프리캐스트 콘크리트 블록(1)이 거더의 양 외측부분에 배치되고 이들을 연결하는 중앙의 연결블록이 강재블록(2)으로 구성되는 조립식 하이브리드 거더이고, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)의 끝단부 중 강재블록(2)과의 접합면은 하단부 접합면(81)이 상단부 접합면(80)보다 더 앞으로 돌출되어, 강재블록(2)과 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들을 조립하기 위해 나열하였을 때 하단부 접합면(81)이 강재블록(2)과 먼저 닿아서 접촉되고 상단부 접합면(80)은 접촉되지 않고 떨어지게 되며, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들과 강재블록(2)을 고강도 인장용 강봉(10) 또는 긴장재(11)로 연결, 조립하는 거더 조립과정 중에 자동적으로 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더에 있어서, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들은 긴장재(11)를 설치 및 정착할 수 있는 정착장치(13) 및 긴장재 설치용 덕트(12)를 적어도 한 세트 이상 구비하고 있고, 강재블록(2)의 단면형상은 서로 평행하게 수평으로 배치된 강판 형상의 상부플랜지(20) 및 하부플랜지(30)와 이들 사이를 연결하는 수직으로 배치된 적어도 하나 이상의 복부판(40)으로 구성된 단면형상과, 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30) 중 어느 하나의 단면형상이 복부판(40) 개수만큼의 원형강관으로 구성된 단면형상 및, 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30) 둘 모두의 단면형상이 복부판(40) 개수만큼의 원형강관으로 구성된 단면형상 중 어느 하나이며, 상부플랜지(20) 및 하부플랜지(30)의 양측단부 그리고 상기 복부판(40) 양측단부의 상단 및 하단 중 최소한 어느 한 곳 이상에는 상기 연결용 긴장재의 긴장력 정착을 위한 구조물인 정착부 보강재(50) 및 정착판(60)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더를 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기와 같은 조립식 하이브리드 거더에 있어서, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들의 어느 한쪽 단부는 끝단이 외부로 돌출된 채 매립되어 있는 다수의 교축방향 철근(200) 및, 추후 교축방향 철근을 체결할 수 있는 다수의 철근커플러(201) 중 어느 하나 또는 이들이 혼용되어 추가로 구비되어 있고, 상기 강재블록(2)의 복부판(40)에는 스터드(210) 및, 관통홀이 천공된 철판(211) 중 어느 하나 또는 이들이 혼용되어 전단연결재로서 추가로 구비되어 있어, 강재블록(2) 양측 단부의 일부구간(3)을 콘크리트의 타설 및 양생을 통해 콘크리트 속에 매립시킬 수 있도록 한 것에 특징이 있는 조립식 하이브리드 거더를 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기와 같은 조립식 하이브리드 거더에 있어서, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1) 상면에는 ∩ 형태로 돌출된 전단연결용 철근이 추가로 구비되어 있고, 상기 강재블록(2)의 상부플랜지(20) 상부에는 스터드(300)와, 관통홀이 천공된 철판 및, 절곡된 철근 중 어느 하나 또는 이들이 혼용되어 전단연결재로서 추가로 구비되어 있어 바닥판과 합성구조가 될 수 있도록 한 것에 특징이 있는 조립식 하이브리드 거더를 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기와 같은 조립식 하이브리드 거더에 있어서, 상기 강재블록(2)의 하단부에 인접하여 하단부를 따라 수평으로 설치되는 프리스트레스용 긴장재(400) 및, 상기 강재블록(2) 양측 단부의 복부판에 구비된 정착장치(410)에 정착되고 거더 중앙부 하단에 부착된 지지구조물(411)을 경유하는 ∨ 형태로 설치되는 프리스트레스용 긴장재(401) 중 어느 하나 또는 이 두 가지 배치를 혼용하여 설치되는 프리스트레스용 긴장재가 추가로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더를 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기와 같은 조립식 하이브리드 거더에 있어서, 상기 강재블록(2)의 상부플랜지(20)의 상단 양끝에 수직으로 교축방향 전 길이에 대해 부착된 한 쌍의 강판(500)을 구비하고, 이를 거푸집으로 하여 바닥판 시공 이전에 미리 시공(501)하는 콘크리트 또는 시멘트 몰탈 또는 그라우트가 추가로 구비되거나 또는 상기 강재블록(2)의 상부플랜지가 원형강관인 경우 강관 속에 바닥판 시공 이전에 미리 채우는 콘크리트 또는 시멘트 몰탈 또는 그라우트가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더를 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기와 같은 조립식 하이브리드 거더에 있어서, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)을 프리텐션 또는 포스트텐션 방식의 프리스트레스를 도입한 프리스트레스드 프리캐스트 콘크리트 블록으로 제작하는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더를 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기와 같은 조립식 하이브리드 거더에 있어서, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)과 상기 강재블록(2)의 연결을 위한 프리스트레스 도입용 도구로, 매립된 상기 강봉(10) 및 상기 긴장재(11)를 혼용하는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더를 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기와 같은 조립식 하이브리드 거더에 있어서, 상기 콘크리트 블록(1)과 상기 강재블록(2)의 단면형상이 하나의 원형으로 형성되어 조립식 하이브리드 거더가 하나의 원통형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더를 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기와 같은 조립식 하이브리드 거더에 있어서, 프리캐스트 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2)의 접합면의 블록들 사이에 간극 채움재인 끼움쇠(Shim)(70,71)가 적어도 하나 이상 추가로 구비되어 있고, 상기 끼움쇠(70,71)는 하나로 구성하거나 또는 하나 이상의 끼움쇠를 적층으로 쌓아서 구성할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더를 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기와 같은 조립식 하이브리드 거더 중 어느 한 조립식 하이브리드 거더를 연속화하는 방법에 있어서, 거더의 양 외측에 있는 프리캐스트 콘크리트 블록들 중에서 적어도 하나 이상의 콘크리트 블록을 교각(4)을 사이에 두고 서로 인접하는 지간에 있는 거더의 프리캐스트 콘크리트 블록과 서로 일체로 밀착, 접합되도록 거더를 연속되게 배치하고, 적어도 하나 이상의 밀착, 접합된 두 개의 프리캐스트 콘크리트 블록들을 관통하여 설치되는 프리스트레스 도입용 긴장재(800) 및, 두 개의 프리캐스트 콘크리트 블록들 상부에 각각 구비되는 적어도 한 세트 이상의 체결용 구조물(811)과 이들 사이에 구비되는 적어도 하나 이상의 프리스트레스 도입용 긴장재(810) 중 어느 하나 또는 이들을 혼용하여, 밀착, 접합된 두 개의 콘크리트 블록에 서로 압착하는 방향의 프리스트레스를 도입함으로써 프리캐스트 콘크리트 블록들을 역학적으로 하나의 구조체로 결합함에 따라 서로 인접한 지간에 배치되는 조립식 하이브리드 거더들이 구조적으로 연속된 연속거더로 거동하게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더의 연속화 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 프리캐스트 콘크리트 블록과 강재블록이 조립되어 이루어진 조립식 하이브리드 거더를 시공하는 방법에 있어서, (a) 강재블록과 접합하는 접합면의 하단부가 상단부 보다 더 앞쪽으로 돌출되도록 형성된 프리캐스트 콘크리트 블록을 준비하는 단계; (b) 교각 또는 교대 위에 구비된 프리캐스트 콘크리트 블록을 강재블록과 연결하기 위해, 상기 접합면의 하단부가 상단부 보다 먼저 블록들이 접촉하고 상기 상단부는 블록들이 접촉되지 않도록 하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계 이후에, 프리캐스트 콘크리트 블록에 설치된 강봉 또는 긴장재를 이용하여 상기 상단부의 블록들 사이의 간격이 좁아지거나 폐합되도록 강재블록과 프리캐스트 콘크리트 블록을 결합하는 것에 의해 프리스트레스가 도입될 수 있도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더의 시공방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 프리캐스트 콘크리트 블록(1)이 거더의 양 외측부분에 배치되고 이들을 연결하는 중앙의 연결블록이 강재블록(2)으로 구성되는 조립식 하이브리드 거더의 제작 및 조립방법으로서, 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들과 강재블록(2)을 각각 준비하고, 좌측 프리캐스트 콘크리트 블록, 강재블록, 우측 프리캐스트 콘크리트 블록의 배치형태로 블록들을 지지대 위에 나열하되 더 앞으로 돌출된 프리캐스트 콘크리트 블록의 하단부 접합면은 강재블록의 접합면과 접촉되고 상단부 접합면은 강재블록의 접합면과 떨어져 있도록 설치하고, 접합부 상단부에 배치된 고강도 인장용 강봉 또는 거더 조립용 긴장재에 먼저 긴장력을 도입하여 프리캐스트 콘크리트 블록과 강재블록을 서로 밀착시켜 거더를 조립함과 동시에 거더에 프리스트레스가 도입되도록 하고, 접합부 하단부에 배치된 고강도 인장용 강봉 또는 거더 조립용 긴장재에 긴장력을 도입하여 조립된 거더를 안정화함과 동시에 상기 거더 조립단계에서 도입된 프리스트레스력을 보존할 수 있도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더의 제작 및 조립방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 블록들을 서로 연결하여 완성하는 조립식 거더에 프리스트레스를 도입하는 방법으로서, 블록들의 하단부 접합면(81)이 상단부 접합면(80) 보다 더 앞으로 돌출되도록 제작하여, 블록들을 조립하기 위해 나열하였을 때 더 앞으로 돌출된 하단부 접합면(81)이 먼저 닿아서 접촉되고 상단부 접합면(80)은 접촉되지 않고 떨어져 있어, 거더를 구성하는 블록들을 긴장재의 긴장력 도입을 이용하여 연결, 조립하는 거더 조립과정 중에 상단부 접합면(80)의 떨어진 간격이 좁아지거나 폐합됨에 따라 거더에 솟음 변형 형태의 프리플렉션이 발생하고 거더에 프리스트레스가 도입되는 조립식 거더의 프리스트레스 도입방법을 제공한다.

일반적으로 가장 많이 사용되는 빔거더는 PSC 빔거더인데, 재래식 PSC 빔거더는 중량이 무겁고 효율성이 떨어져 30m 이하의 지간에 주로 적용되어 왔으며 반드시 현장에서 제작해야 하는 등 적용에 한계가 있었다.

따라서 빔거더를 개량하기 위한 여러 가지 시도들이 있었는데, 이들 또한 주로 순수한 콘크리트 또는 강재만을 재료로 하였으며 이들을 혼용한다 하더라도 강재거더의 외부를 콘크리트로 감싸거나, 강재거더 내부에 콘크리트를 채우거나, 상부 및 하부데크를 콘크리트로 하고 이들을 연결하는 벽체로 강판, 주름강판 혹은 강관트러스를 사용하는 방식이었으며 주로 현장에서 제작하는 방식을 채택하고 있었다.

이러한 방식의 거더들은 태생적으로 지간의 증대에 한계점이 있으며 긴 지간에 적용될 수 있는 거더인 경우는 그 구성과 제작, 가설과정이 복잡하여 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있었다.

하지만 주로 지압력 및 전단력에 대한 저항력이 필요한 거더의 지점부는 콘크리트를 소재로, 주로 휨모멘트에 대한 저항력이 필요한 지간 중앙부는 강재를 소재로 사용하는 거더를 구성한다면 위치별 지배하중에 가장 잘 저항하는 재료구성이 될 수 있을 뿐만 아니라 순수한 콘크리트 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 획기적으로 자중을 줄일 수 있으며 순수한 강재 재료로만으로 거더를 제작할 때 보다 경제적인 거더를 제작할 수 있다.

이렇게 지점부는 콘크리트를 재료로하고 지간 중앙부는 강재를 재료로 하는 거더라 할지라도 이들을 연결하여 하나의 구조체로 만드는 과정이 복잡하여 시간과 비용이 많이 소요된다면 상기에 언급된 개량된 빔거더와 같이 지간의 증대와 경제성 확보라는 두 가지 과제를 모두 만족할 수 없을 것이다.

따라서 본 발명은 콘크리트 블록과 강재블록의 연결부 접합면의 간격을 아래쪽 보다 윗쪽이 넓은 형태로 만들고, 이를 이용하여 거더를 조립하는 과정에서 자동적으로 거더에 상향의 솟음을 일으키는 휨모멘트를 발생시키는 프리스트레스가 도입되게 함으로써 거더의 내하력 향상과 효율성 증대를 동시에 실현하여 빔거더의 경제적인 장지간화가 가능하도록 고안 하였다.

또한 본 발명이 제공하는 조립식 하이브리드 거더를 사용할 경우 콘크리트 블록과 강재블록의 연결을 위해 투입되는 노력과 비용이 단순히 이질 재료를 결합하는 것에 그치는 것이 아니라 거더의 내하력 증대에도 기여될 수 있기 때문에, 지금까지 거더의 지간 중앙부 자중을 감소시킬 수 있어 거더의 장지간화가 가능한 합리적인 방법이었음에도 불구하고 경제성, 효율성 문제로 널리 사용되지 못했던 지점부는 콘크리트, 지간중앙부는 강재를 재료로 사용한 하이브리드 빔 거더의 활성화를 추구할 수 있다.

본 발명의 조립식 하이브리드 거더는 기존에 널리 사용되고 있는 PSC 빔 거더와 유사한 적용범위에서도 높은 효율성을 갖고 있으며 이에 더하여 길이와 중량 때문에 반드시 현장에서 제작해야 하는 기존의 PSC 빔 거더와는 다르게 거더를 구성하는 각 블록을 일반 트레일러로도 운반할 수 있어 제작공장에서 규격품으로 대량 생산한 후 현장으로 운반, 간단한 조립과정만을 거쳐 가설을 완료하는 것이 가능하다.

이렇게 공장에서의 대량생산이 가능하다는 것에는 많은 장점들이 내포되어 있는데, 블록생산의 품질관리가 매우 용이하다는 것, 초고강도 콘크리트를 적용할 수 있다는 것, 하부구조물의 시공과 상부구조물인 거더의 제작을 동시에 진행할 수 있어 공기를 획기적으로 단축할 수 있다는 것, 끼움쇠를 이용하여 약간의 시공오차는 충분히 조정할 수 있으므로 거더 적용지간 별로 일정한 수량의 여유분을 미리 생산하여 보관함으로써 유사시에 지체없이 상부구조물을 철거 및 재가설 할 수 있다는 것, 그리고 제작공장의 고정설비에서 대량생산 함에 따른 경제성 확보도 가능하다는 것 등이 대표적인 것이다.

또한 본 발명의 조립식 하이브리드 거더를 사용할 경우 기존의 PSC 빔 거더와 동일한 규격과 기능을 갖는 거더를 훨씬 가벼운 중량으로 만들수 있기 때문에 천재지변에 의해 기존 PSC 빔 거더교량의 상부구조물에 손상이 발생했을 때, 또는 노후된 기존의 PSC 빔 거더교량의 상부구조물을 재가설할 때, 또는 기타 여러가지 사유로 기존의 PSC 빔 거더교량의 상부구조물을 재가설해야 할 때 하부구조물에 전혀 부담을 주지 않고 본 발명의 조립식 하이브리드 거더로 교체시공 할 수 있으며 더 나아가 거더를 구성하는 블록들을 미리 만들어 둘 경우 보다 신속하게 교체시공을 수행할 수 있다.

또한 현장에서의 작업을 최소화 할 수 있어 공사용 부지사용이 절감되고 친환경적인 시공이 가능할 뿐만 아니라 제작공장에서의 대량생산으로 경제성 확보까지 가능하기 때문에 추후 신규교량의 가설에 있어서도 지금까지 많이 사용되었던 PSC 빔 거더에 대한 대안으로의 적용이 기대된다.

본 발명의 조립식 하이브리드 거더는 장스팬 구조에도 유리하므로 거더의 장지간화가 가능한데, 거더의 길이가 길어져 상기 방식의 프리스트레스 도입으로는 부족할 경우 별도의 프리스트레스 도입용 긴장재가 추가로 필요한 경우도 있겠지만, 그런 경우라 하더라도 거더 조립을 목적으로 도입한 긴장력이 이질 재료간의 거동일체화 뿐만 아니라 거더의 내하력 증강에도 충분히 기여할 수 있어 추가 긴장재의 투입량을 현격히 절감할 수 있으므로 프리캐스트 하이브리드 빔 거더의 효율성과 경제성을 증진시키고, 지점부는 콘크리트를 재료로 하고 지간 중앙부는 강재를 재료로한 하이브리드 거더의 실용화를 실현시킬 수 있으며, 상기와 같이 별도의 프리스트레스를 병행하는 경우 빔거더의 경제적인 장기간화도 가능하여, 현재까지 다양하게 제시되고 있으나 그 구조의 복잡성으로 인하여 경제성 확보가 곤란하였던 장지간 빔거더들에 대한 경제적이고 효율적인 대안으로 사용될 수 있다.

본 발명에서 설명되고 도면에 도시된, 본 발명에 대한 내용과 일 실시예가 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

도1은 빔거더 교량의 빔거더들이 교각 위에 거치되어 있는 단계에 대한 일반적인 개념도이다.
도2a는 본 발명에 따른 조립식 하이브리드 거더의 개념을 나타내는 조립도이다.
도2b 및 도2c는 블록조립용 프리스트레스의 도입을 강봉이 아닌 다른 긴장재로 수행하는 조립식 하이브리드 거더의 조립도이다.
도2d는 끼움쇠를 사용하는 조립식 하이브리드 거더의 조립도이다.
도3a 및 도3b는 프리캐스트 콘크리트 블록과 강재블록의 접합부를 상세하게 표현한 상세도이다.
도4a, 도4b, 도4c 및 도5는 강재블록의 다양한 단면형상을 예시한 단면도이다.
도6, 도7, 도8a, 도8b는 콘크리트 블록과 강재블록의 접합부에 현장타설 콘크리트를 시공할 경우 콘크리트 블록에 배치되는 전단연결용 철근과 강재블록에 배치되는 전단연결재를 나타낸 개념도이다.
도9는 콘크리트 블록과 강재블록의 접합부에 현장타설 콘트리트를 시공한 후의 모습에 대한 개념도이다.
도10 및 도11은 바닥판과의 구조적 합성을 위해 콘크리트 블록과 강재블록 상면에 배치된 전단연결재를 표현한 개념도이다.
도12 및 도13은 강재블록의 휨모멘트에 대한 저항력을 보강하기 위해 설치되는 프리스트레스용 긴장재를 표현한 개념도이다.
도14는 강재블록의 상부플랜지의 압축보강을 위해 시공되는 콘크리트 블록을 표현한 개념도이다.
도15는 연속교를 가설하기 위해 인접지간의 콘크리트 블록들을 밀착시켜 거치한 후 프리스트레스의 도입을 통해 구조적으로 일체화하여 조립식 하이브리드 거더를 연속거더로 만든 경우에 대한 연속지점부 개념도이다.
도16a, 도16b, 도16c, 도16d는 가벤트를 사용하여 조립식 하이브리드 거더를 조립 및 시공하는 절차에 대한 시공순서도이다.
도17a, 도17b, 도17c, 도17d는 거더 가설용 장비를 사용하여 조립식 하이브리드 거더를 조립 및 시공하는 절차에 대한 시공순서도이다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

도1은 빔거더가 교각 위에 거치되어 있는 모습을 나타낸 개념도로서 PSC 빔거더를 비롯한 다양한 빔거더들의 사용예를 나타내고 있으며, 본 발명이 제안하는 조립식 하이브리드 빔거더를 지점부를 연속화하지 않고 서로 띄워 놓고 배열해 놓은 것에 대한 실시예이다.

도1과 같이 빔거더의 배치가 완료되면 그 위에 바닥판을 시공하여 교량가설을 완료하게 되며, 만약 도1의 빔거더들을 연속화하여 연속교로 가설하고자 한다면 도1에 있는 교각중 가운데 있는 중앙교각 위의 프리캐스트 콘크리트 블록들을 서로 밀착되게 붙여서 배치하고 긴장재 등으로 구조적인 일체화를 시켜 연속화 할 수 있다.

도2a, 도2b, 도2c, 도2d는 본 발명이 고안한 조립식 하이브리드 거더의 개념을 나타내는 조립도이며,

이중, 도2a는 블록 연결용 긴장재로 강봉(10)을 사용하는 가장 표준적인 조립식 하이브리드 거더의 예시이고,

도2b는 상단부 블록 연결용 긴장재(11)의 정착구(13)가 프리캐스트 콘크리트 블록(1)의 중간의 어느 지점에 있어 블록(1)의 상면에 있는 블록아웃부를 통하여 긴장재 정착장치(13)의 셋팅이 가능하도록 한 조립식 하이브리드 거더의 예시이며,

도2c는 상단부 블록 연결용 긴장재(11)의 정착구(13)가 프리캐스트 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2)의 접합면 반대편 끝부분인 거더의 끝에 있어 이곳에서 긴장재 정착장치(13)의 셋팅이 가능하도록 한 조립식 하이브리드 거더의 예시이며,

도2d는 도2a에서 각 블록의 제작오차 등을 보완하기 위해 거더를 조립할 때 강재블록(2)과 콘크리트 블록(1)들 사이에 임의의 간극이 필요한 경우에 이 간극을 채우기 위해 사용되는 끼움쇠(70,71), 즉 Shim이 추가된 경우에 대한 예시이다.

도2a를 참고로 본 발명이 제안하는 조립식 하이브리드 거더의 가장 일반적인 제작 및 가설방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제작공장 또는 현장의 적절한 제작설비에 있는 거푸집을 이용하여 거더 양 외측에 있는 프리캐스트 콘크리트 블록(1)을 정해진 형상과 규격으로 제작하되 블록의 아래변이 윗변보다 더 길도록 하여 측면에서 보았을 때 아랫변이 긴 사다리꼴이 되도록 콘크리트 블록(1)을 제작하고, 긴장력 도입을 위한 신장량 확보를 위해 적절한 구간을 강관 혹은 HDPE 등으로 만든 덕트로 씌운 후 그 속을 부식 방지용 그리스로 채운 뒤 밀봉한 상태의 고강도 인장용 강봉(10)을 콘크리트 블록(1) 상단 및 하단부의 표면에서 최대한 가까운 곳에 매립하여 제작하며, 강재블록(2)과의 접합면 상단 및 하단부에는 거더 조립 시 강재블록(2)으로부터 전달되어 오는 강한 지압력에 견딜 수 있도록 보강철근을 구비한다.

중앙의 연결블록인 강재블록(2)을 정해진 형상과 규격으로 제작하되, 양 끝단 콘크리트 블록(1)과의 접합면의 상단 및 하단부에는 프리캐스트 콘크리트 블록(1)과의 체결을 위한 고강도 인장용 강봉(10)을 긴장하고 정착할 수 있는 정착판(60) 및 정착판을 지지하고 정착판으로부터 전달되어 온 긴장력을 강재블록(2)의 상부플랜지(20) 및 하부플랜지(30) 또는 복부판(40)의 상단부 및 하단부에 전달해 줄 수 있도록 상,하부 플랜지 또는 복부판의 상,하단부 또는 플랜지와 복부판에 동시에 부착된 정착부 보강재(50)를 구비하고, 강봉(10)의 긴장력 정착을 위해 구비된 정착부 보강재(50)의 정착판(60) 반대편인 콘크리트 블록(1)과 접합되는 부분에는 지압면적 확보용 강판(61)을 부착하여 콘크리트 블록(1)에 체결력을 전달하는 지압면적이 최대한 넓어지도록 제작한다.

상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1) 및 강재블록(2)의 제작은 각기 다른 장소에서 별도로 수행될 수 있으므로 병행작업이 가능하다.

상기 블록들의 제작이 완료되면 이들을 현장으로 운반하여 조립하는 작업을 수행하게 되는데, 조립은 현장에 준비된 별도의 조립장에서 수행할 수도 있고, 도16a, 도16b, 도16c, 도16d에 차례로 예시된 것과 같이 거더가 가설될 위치에서 가벤트(5)를 이용하여 직접 조립할 수도 있으며, 도17a, 도17b, 도17c, 도17d에 차례로 예시된 것과 같이 빔런처와 같은 빔거더 가설 전용 가설장비를 이용하여 가설하는 등 다양한 방법을 적용할 수 있는데, 특히 본 발명의 경우 블록단위로 운반되며 거더의 양 끝단이 교각에 지지된 채 조립되므로 빔런처에 가해지는 하중 분담율을 줄일 수 있어 빔런처 경량화에 유리하다는 장점이 있다.

블록들의 현장 반입이 완료되면 거더가 조립될 위치에 좌측 프리캐스트 콘크리트 블록(1), 강재블록(2), 우측 프리캐스트 콘크리트 블록(1)의 배열순으로 블록들을 나열하여 조립을 준비하는데, 이 때 모든 블록들은 각 블록별로 단순지지 형태로 지지되게 되며 지지대는 전후좌우 및 높,낮이가 조절되는 구조를 갖는 것이 유리하다.

블록들의 나열이 완료되면 빔거더의 길이, 캠버, 곡률 등의 형상에 적합하도록 각 블록의 위치를 미세조정하되 조정이 완료된 후에는 반드시 프리캐스트 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2)의 접합면이 하단부 접합면(81)은 밀착되어 있고 상단부 접합면(80)는 떨어져 있어 전체적으로 V형 형상을 띄고 있어야 한다.

블록들의 나열 및 미세조정이 완료되면 블록들의 접합면 상단부에 있는 강봉(10)부터 인장력을 도입하여 거더의 조립을 수행하는데, 접합면 상단부의 강봉(10)은 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들과 강재블록(2)의 접합부 상단 접합면(80)의 떨어진 간격이 줄어들어 V형이던 접합면이 접합면 상단(80)이 필요한 만큼 줄어들거나 또는 폐합되어 접합면 전체가 완전히 밀착될 때까지 강봉을 인장한다.

거더 상단부에 배치된 강봉(10)에 인장력을 도입하면 이미 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2) 접합면이 서로 밀착되어 있는 접합부 하단 접합면(81)을 기준점으로 접합면이 회전하면서 V형 간극이 좁아지다가 결국에는 접합면 전체가 서로 밀착되게 되는데 이렇게 블록들의 단부를 회전시켜 서로 밀착시키려는 현상이 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2)에 휨모멘트를 발생시키게 된다.

거더 연결용 강봉(10)은 특별한 경우를 제외하면 좌,우 양단에 같은 개수가 구비되는 것이 좋으며, 그 개수는 하나일 수도 또는 여러 개일 수도 있으며 필요에 따라 강봉이 2열 3열 등 다층으로 구비될 수도 있고, 또한 상단부 강봉의 개수와 하단부 강봉의 개수가 같을 수도 있고 다를 수도 있는데, 이는 블록간의 접합 위치에 따라 구조적인 필요에 의해서 결정되며 특히 거더를 연속화 할 경우에는 접합면 위치에 따라 하단부 강봉이 전혀 필요없는 경우도 발생할 수 있기 때문에 본 발명의 권리범위가 본 예시에 구비된 강봉의 개수 및 배열에 한정되지는 않는다.

상기 과정으로 거더의 조립이 끝나면 필요한 숫자만큼의 거더를 교대 또는 교각 위에 도1에 나타난 것 같이 배열하여 거치하고, 그 위에 바닥판을 시공하여 교량의 가설을 완성하게 된다.

도2b는 프리캐스트 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2)의 체결을 위하여 강봉(10) 대신 강연선 등의 다른 긴장재(11)를 사용한다는 점 외에는 도2a와 동일한 내용이며, 콘크리트 블록(1) 상부에 배치된 긴장재의 정착장치(13)의 위치가 블록(1)의 중간 어느지점에 있어 콘크리트 블록(1) 상면에 블록아웃을 설치하여 이곳으로 긴장재의 정착장치(13) 부품를 집어 넣고 긴장재(11)를 셋팅해야 한다는 특징을 가지고 있다.

도2C 또한 프리캐스트 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2)의 체결을 위하여 강봉(10) 대신 강연선 등의 다른 긴장재(11)를 사용한다는 점 외에는 도2a와 동일한 내용이지만, 콘크리트 블록(1) 상부에 배치된 긴장재의 정착장치(13)의 위치가 블록(1)의 강재블록(2)과의 접합면 반대편 끝부분에 있어 콘크리트 블록(1) 끝면에 블록아웃을 설치하여 이곳으로 긴장재의 정착장치(13) 부품를 집어 넣고 긴장재(11)를 셋팅해야 한다는 특징을 가지고 있다.

도2b, 도2c에서와 같이 강봉(10) 대신에 강연선 등의 다른 재료를 긴장재(11)로 사용한다면 본 발명에서와 같이 긴장재의 길이가 짧은 경우 긴장력 손실이 많아 긴장재의 효율성이 떨어진다는 단점이 있어 추천할 수 있는 실시예는 아니지만, 특별히 큰 긴장력의 도입이 요구되는 경우에는 강봉(10)을 사용했을 때보다 좁은 공간을 점유하면서도 큰 긴장력을 도입할 수 있다는 장점 때문에 이의 적용도 배제할 수는 없다.

도2d는 도2a에서 끼움쇠(70,71)의 사용을 추가한 것인데, 이는 블록들의 제작오차, 프리캐스트 콘크리트 블록(1)의 크리프, 건조수축에 의한 길이변화 등 여러 가지 요인에 의해 발생되는 거더의 조립길이 오차를 보정하기 위해 프리캐스트 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2)의 접합부에 임의의 공간을 확보할 경우 이 공간을 채우기 위해 사용된다.

도2d에서 볼 수 있는 바와 같이 끼움쇠(70,71)를 사용할 경우에도 상기 도2a에서 설명된 내용과 같이 콘크리트 블록(1)이 아랫변이 윗변 보다 길도록 제작되어 있기 때문에 거더를 조립할 때 아래쪽 끼움쇠(70,71)가 콘크리트 블록(1)과 닿아 있도록 배치되고 윗쪽 끼움쇠(70,71)는 콘크리트 블록(1)과 떨어져 있도록 배치되어, 거더 조립과정에서 자동적으로 거더에 프리스트레스가 도입되게 된다.

도2d에 나타난 것과 같이 상기 끼움쇠(70,71) 중에서 맨 앞쪽 콘크리트 블록(1)과 가장 가까운 곳에 구비되는 선단부 끼움쇠(71)는 일반적인 끼움쇠(70)와 달리 콘크리트 블록(1)과의 접합면이 아래쪽이 더 앞으로 돌출되도록 경사지게 깍여 있어 접합면이 회전하면서 콘크리트 블록(1)과 접합될 때 콘크리트 블록(1) 지압면과 강재블록(2)의 지압면이 완전하게 밀착될 수 있도록 구비하는 것이 좋다.

상기에 설명된 프리캐스트 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2)의 접합면에 대한 상세한 구조도는 도3a 및 도3b에 잘 표현되어 있다.

강재블록(2)은 교량의 가설위치 및 형상, 구조적 요구조건, 미관적 고려사항 등에 따라 다양한 형상으로 제작하여 사용할 수 있는데, 도4a, 도4b, 도4c에 강재블록의 대표적인 단면형상이 예시되어 있다.

도4a에 예시된 단면은 본 발명이 제안하는 가장 일반적인 강재블록(2)의 단면형상으로 상,하에 배치된 강판 플랜지(20,30)와 그 사이를 연결하는 하나 또는 다수의 복부판(40)으로 구성된 형상이며, 도5의 실시예를 통해서 알 수 있는 바와 같이 배치된 복부판(40)의 숫자와 위치에 따라 플레이트 거더, 강박스 등 다양한 형상으로 적용될 수 있다.

도4b에 예시된 단면은 도4a의 상,하부 플랜지(20,30) 대신에 강관(21,31)을 사용한 단면인데 이렇게 강관(21,31)을 사용할 경우 강재블록(2)의 수평, 수직방향 강성 뿐만 아니라 비틀림 강성까지 증강되어 장지간 거더를 계획할 때 유리하며, 보다 수려한 미관까지 확보할 수 있다는 장점도 있지만, 프리캐스트 콘크리트 블록(1)과의 접합부 상세가 복잡해진다는 단점도 있다.

도4c에 예시된 단면은 도4a의 플랜지(20,30)를 사용한 경우와 도4b의 강관(21,31)을 사용한 경우가 서로 혼합되어 있는 단면이며, 구조적 요구조건이나 미관적 고려사항이 충족될 경우 훌륭한 적용사례가 될 수 있다.

강재블록(2)은 상기에 설명된 형상 뿐만 아니라 보다 다양한 형상으로 제작될 수 있으며 따라서 본 발명에 제시된 실시예가 본 발명의 적용범위를 국한하는 것은 아니다.

거더의 조립을 완료한 후 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2)의 접합부를 도9에 예시된 것과 같이 현장타설 콘크리트로 감싸주면 블록들의 구조적인 연결을 확고히 할 수 있을 뿐만 아니라 정착부 보강재(50), 정착판(60), 강봉 및 긴장재를 현장타설 콘크리트(3)로 감쌀 수 있어 미관성을 향상시킴과 동시에 부식방지 기능도 확보할 수 있다.

이렇게 블록 접합부에 현장타설 콘크리트를 시공할 경우에는 블록들의 구조적인 연속성을 보완하기 위하여 콘크리트 블록(1)에는 도6에 예시된 것과 같은 매립된 연결철근(200) 또는 도7에 예시된 것과 같은 매립된 철근 커플러(201), 또는 이 둘을 혼용하여 구비하고, 강재블록(2)에는 전단연결재로 도8a에 예시된 것과 같은 스터드(210) 또는 도8b에 예시된 것과 같은 천공홀이 가공된 강판(211) 또는 이 둘을 혼용하여 구비한 뒤 현장타설 콘크리트를 시공함으로써 블록들의 구조적인 연속성을 확고하게 하도록 하는 것이 좋다.

본 발명의 조립식 하이브리드 거더는 주로 바닥판 합성형 구조로 사용하게 되며, 거더와 바닥판을 구조적으로 합성을 하기 위해서는 각 블록들 상단에 바닥판과의 합성을 위한 전단연결재가 구비되어야 하는데, 프리캐스트 콘크리트 블록(1)의 경우는 도10에 예시된 것과 같은 전단연결용 스트럽 철근(201)이 주로 사용되며, 강재블록(2)의 경우는 도11에 예시된과 같은 전단연결재인 스터드(300)가 주로 사용된다.

상기 전단연결재는 그 목적을 달성할 수 있는 재료라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하나 콘크리트 블록(1)의 경우는 상기의 스트럽 철근(201)이 주로 사용되고, 강재블록(2)의 경우는 스터드, 천공홀이 구비된 강판, 지그재그로 구부러지게 가공된 철근 등이 주로 사용된다.

거더를 구성하는 블록들 중 중앙의 강재블록(2)은 축방향력이나 전단력보다는 주로 모멘트를 받는 구간에 배치되어 있으므로 적절한 프리스트레스를 추가로 도입하면 보다 경제적이고 효율적인 단면을 구성할 수 있다.

이러한 목적으로 사용되는 프리스트레스는 주로 강봉, 강연선 등의 긴장재로 이루어지는데, 도12는 프리스트레스 도입용 긴장재(400)가 강재블록(2) 하부플랜지(30)를 따라 복부판(40) 아래쪽에 수평으로 길게 배치된 실시예를, 그리고 도13은 프리스트레스용 긴장재(401)가 강재블록(2) 양 끝단부의 복부판(40) 어느 지점에 구비된 한쌍의 정착장치(410)에 정착되고 강재블록(2) 중앙부 하단의 하부플랜지(30) 또는 복부판(40) 하단에 구비된 지지구조물인 디베이션 블록(411)을 관통하는 형태로 배치된 실시예를 보여주고 있다.

도13에서는 긴장재(401) 정착장치(410)의 위치가 강재블록 끝단 복부판(40) 상단부로 되어 있는데 이는 하나의 실시예일 뿐이고 실용에 있어서는 정착장치(410)의 위치를 강재블록(2)의 내력형태에 따라 구조적으로 가장 적합한 위치로 결정하게 된다.

본 발명의 조립식 하이브리드 거더의 경우, 바닥판을 타설할 때 바닥판 콘크리트 하중이 거더에 정모멘트를 발생시키고 이 정모멘트는 특히 중앙에 배치된 강재블록(2)의 상부플랜지(20)에 큰 압축응력을 일으키게 되는데 강재블록(2)은 그 사용재료와 단면형상의 특성상 바닥판과 합성구조가 되기 전에는 압축응력에 의한 좌굴에 매우 취약하므로 이 때의 하중조건이 강재블록(2) 단면을 결정하는 지배하중이 될 수도 있다.

도14는 이러한 압축응력에 대한 대응의 한 실시예를 보여주고 있는데, 강재블록(2) 상부플랜지(20) 양쪽 끝에 수직으로 강판(500)을 부착하되 강재블록(2) 처음부터 끝까지 전장에 걸쳐 구비하고, 이로 인하여 형성된 폐합공간을 콘크리트 또는 시멘트 몰탈 또는 시멘트 그라우트 등으로 채워 압축력저항용 블록(501)을 구비, 압축력에 대한 보강을 실시함과 동시에 상부플랜지의 좌굴을 방지하는 역할을 담당하게 한다.

상기 압축력저항용 블록(501)은 추후 바닥판 타설 시 바닥판에 매립될 수 있도록 계획하는 것이 좋다.

상기 압축력저항용 블록(501)을 관통하여 위로 솟아 있는 전단보강재(300)를 도14에서 볼 수 있는데, 이는 추후 바닥판과의 구조적 합성을 위해 구비된 것이기도 하지만 상부플랜지(20)와 압축저항용 블록(501)의 일체거동을 확보하여 좌굴에 대한 보강을 돕는 역할도 담당하고 있다.

강판형태의 상부플랜지(20) 대신에 강관(21)을 사용할 경우 상기 압축력에 대한 염려가 줄어들기는 하지만, 단면규격과 하중 크기에 따라 강관(21)의 경우에도 별도의 좌굴에 대한 보강이 필요할 수 있으며, 이 때에는 강관(21) 속을 콘크리트 또는 시멘트 몰탈 또는 시멘트 그라우트로 채워, 압축력 분담과 강관 좌굴에 대한 보강이라는 두 가지 목적을 달성 할 수 있다.

본 발명의 조립식 하이브리드 거더를 구성하는 구성요소 중 프리캐스트 콘크리트 블록(1)은 인장력에 대한 저항력이 약한 콘크리트를 재료로 사용하므로, 그 특성상 압축응력만 받는 구조체로 제작하는 것이 유리하며 이를 위하여 거더 조립 시 도입되는 프리스트레스 이외에 별도의 프리스트레스의 도입이 필요한 경우도 있다.

상기와 같이 프리캐스트 콘크리트 블록(1)에 별도의 프리스트레스가 필요한 경우, 콘크리트 블록(1) 제작용 거푸집에 프리텐션 시스템을 구비하여 개별강연선을 미리 배치하고 인장한 후 콘크리트 블록(1)을 제작, 프리스트레스를 도입하는 프리텐션 방식 또는 콘크리트 블록(1)을 제작할 때 포스트 텐션용 정착장치 및 덕트를 미리 매립한 후 블록(1) 제작 후 긴장재를 설치하고 프리스트레스를 도입하는 포스트텐션 방식을 적용할 수 있는데, 본 발명에 있어서는 이 중 프리텐션 방식이 더 적합하다.

최근 턴키 또는 대안입찰이 많아지면서 일반적인 빔 거더교량에 대해서도 미관적인 측면이 고려되기 시작하였는데 본 발명의 조립식 하이브리드 거더의 경우 강재블록(2)의 색상으로 미관을 향상시킬 수도 있지만, 콘크리트 블록(1)을 포함한 전체 거더를 하나의 원통형상으로 만들어 수려한 미관을 확보할 수도 있다.

거더 전체의 형상을 하나의 긴 원통형으로 만들기 위해서는 바닥판과의 접합을 위한 상세, 블록끼리의 접합상세 등 국부적으로 보강이 필요할 수도 있지만, 이는 통상적인 상식으로 쉽게 해결될 수 있으며 특히 강재블록의 강성이 커진다는 잇점이 있으므로 매우 효율적인 단면형상이 될 수 있다.

빔 거더는 제작 및 설치방법에 따르면 단순보 형태로 설치되는 단경간 교량으로 사용되는 것이 맞지만, 단경간 교량은 과다한 정모멘트에 의해 비경제적인 구조가 될 수밖에 없다는 점, 많은 숫자의 신축이음으로 인해 유지관리가 어렵다는 점 등의 사유로 인해 최근에는 거더 연속화 과정을 거쳐 연속교로 시공되는 추세이다.

본 발명의 조립식 하이브리드 거더도 거더 연속화를 통해 연속교로 가설될 수 있는데 이러한 연속화 방법이 도15에 예시되어 있다.

도15를 참고로 본 발명의 거더 연속화 과정의 일 예를 상세히 설명하자면, 중앙의 교각(4)을 기준으로 양측의 프리캐스트 콘크리트 블록(1A,1B)과 강재블록(2)의 접합면 위치에 가벤트를 설치하고, 콘크리트 블록 1A와 콘크리트 블록 1B를 나란히 밀착시켜 거치한 후 콘크리트 블록 1A 및 1B를 관통하여 블록 상단부에 매립되어 있는 긴장재용 덕트에 긴장재(800)를 설치하고 프리스트레스를 도입하거나 또는 콘크리트 블록1A 및 1B의 상면에 배치되어 있는 긴장재(810)에 프리스트레스를 도입하고, 콘크리트 블록 1A, 1B를 관통하여 설치되어 있는 블록 하단부의 긴장재(10)에도 프리스트레스를 도입하여 프리캐스트 콘크리트 블록 1A와 1B를 구조적으로 완전히 일체화 시킨 다음 도15의 좌측에 있는 강재블록(2)을 설치하고 연결하여 좌측거더의 조립을 완료한 후 우측거더를 조립하는 순서를 반복하여 연속거더의 시공을 진행하는 것으로 설명할 수 있다.

거더를 연속화할 경우 연속화된 거더의 지점부는 부모멘트만 받게 되므로 거더 하단부에 배치되는 긴장재는 사실상 구조적인 의미가 없으나 본 실시예에서는 배치하는 것을 가정하여 예를 들었으며 따라서 하단부에 긴장재를 배치하든지 배치하지 않든지 모두 본 발명의 권리범위에 포함된다.

상기 설명에서 예시한 가벤트 대신에 거더 가설용 장비를 사용할 경우도 동일한 절차를 적용할 수 있다.

만약 조립식 하이브리드 거더를 별도의 조립장에서 조립완료한 후 교각에 거치하는 경우에는 콘크리트 블록 1A 및 1B를 서로 체결하기 위한 프리스트레스를 도입할 공간확보가 쉽지 않으므로 콘크리트 블록(1A,1B)들 내부에 매립된 긴장재(800)보다는 콘크리트 블록(1A,1B)들 상면에 배치된 긴장재(810)를 사용하는 것이 유리하며 콘크리트 블록 1A와 1B의 하단 접합부는 압축력만 받는 곳이라 구조적으로 필요하지는 않지만 거더 연속부의 구조적 일체성을 보증하기 위하여 여기에 배치된 거더 조립용 긴장재(10)를 끝단까지 연장하고 블록의 끝단에 작은 블록아웃을 만들어 이곳을 통하여 턴버클 형태의 긴장재 커플러를 채결하거나 또는 콘크리트 블록(1A,1B) 하단부에 별도의 체결용 긴장재를 추가하는 방법을 통하여 구조적 일체성을 확보하기 위한 프리스트레스를 도입할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따르면, 도 15에서와 같이 두 개의 프리캐스트 콘크리트 블록(1A)(1B)이 일체로 제작되어 구비되고, 상기 일체로 제작된 프리캐스트 콘크리트 블록의 양측에 강재블록(2)이 설치될 수도 있는데, 이 경우는 프리캐스트 콘크리트 블록의 중앙 부분이 교각(지점)에 의해 지지되는 2 경간 이상의 연속지간 하이브리드 거더가 된다. 아울러, 상기 프리캐스트 콘크리트 블록은 현장에서 교각 또는 교대를 시공할 때 교각 또는 교대와 일체로 같이 제작되거나 별도의 블록으로 제작될 수도 있다. 이러한 구성은 본 명세서를 참조한 당업자가 용이하게 그 구성을 알 수 있을 것이므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.

Claims

프리캐스트 콘크리트 블록(1)이 거더의 양 외측부분에 배치되고 이들을 연결하는 중앙의 연결블록이 강재블록(2)으로 구성되는 조립식 하이브리드 거더이고,
상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)의 끝단부 중 강재블록(2)과의 접합면은 하단부 접합면(81)이 상단부 접합면(80)보다 더 앞으로 돌출되어, 강재블록(2)과 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들을 조립하기 위해 나열하였을 때 하단부 접합면(81)이 강재블록(2)과 먼저 닿아서 접촉되고 상단부 접합면(80)은 접촉되지 않고 떨어지게 되며,
상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들과 강재블록(2)을 고강도 인장용 강봉(10) 또는 긴장재(11)로 연결, 조립하는 거더 조립과정 중에 자동적으로 거더에 프리스트레스가 도입될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더.
제1항에 있어서,
프리캐스트 콘크리트 블록(1)들의 어느 한쪽 단부에는 끝단이 외부로 돌출된 채 매립되어 있는 적어도 하나 이상의 상기 고강도 인장용 강봉(10)이 구비되어 있으며,
강재블록(2)의 단면형상은 서로 평행하게 수평으로 배치된 강판 형상의 상부플랜지(20) 및 하부플랜지(30)와 이들 사이를 연결하는 수직으로 배치된 적어도 하나 이상의 복부판(40)으로 구성된 단면형상과, 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30) 중 어느 하나의 단면형상이 복부판(40) 개수만큼의 원형강관으로 구성된 단면형상 및, 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30) 둘 모두의 단면형상이 복부판(40) 개수만큼의 원형강관으로 구성된 단면형상 중 어느 하나이고,
상부플랜지(20) 및 하부플랜지(30)의 양측단부 그리고 복부판(40) 양측단부의 상단 및 하단 중 최소한 어느 한 곳 이상에는 고강도 인장용 강봉(10)의 긴장력 정착을 위한 구조물인 정착부 보강재(50) 및 정착판(60)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더
제1항에 있어서,
상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들은 긴장재(11)를 설치 및 정착할 수 있는 정착장치(13) 및 긴장재 설치용 덕트(12)를 적어도 한 세트 이상 구비하고 있고,
강재블록(2)의 단면형상은 서로 평행하게 수평으로 배치된 강판 형상의 상부플랜지(20) 및 하부플랜지(30)와 이들 사이를 연결하는 수직으로 배치된 적어도 하나 이상의 복부판(40)으로 구성된 단면형상과, 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30) 중 어느 하나의 단면형상이 복부판(40) 개수만큼의 원형강관으로 구성된 단면형상 및, 상부플랜지(20)와 하부플랜지(30) 둘 모두의 단면형상이 복부판(40) 개수만큼의 원형강관으로 구성된 단면형상 중 어느 하나이며,
상부플랜지(20) 및 하부플랜지(30)의 양측단부 그리고 상기 복부판(40) 양측단부의 상단 및 하단 중 최소한 어느 한 곳 이상에는 상기 연결용 긴장재의 긴장력 정착을 위한 구조물인 정착부 보강재(50) 및 정착판(60)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)들의 어느 한쪽 단부는 끝단이 외부로 돌출된 채 매립되어 있는 다수의 교축방향 철근(200) 및, 추후 교축방향 철근을 체결할 수 있는 다수의 철근커플러(201) 중 어느 하나 또는 이들이 혼용되어 추가로 구비되어 있고,
상기 강재블록(2)의 복부판(40)에는 스터드(210) 및, 관통홀이 천공된 철판(211) 중 어느 하나 또는 이들이 혼용되어 전단연결재로서 추가로 구비되어 있어,
강재블록(2) 양측 단부의 일부구간(3)을 콘크리트의 타설 및 양생을 통해 콘크리트 속에 매립시킬 수 있도록 한 것에 특징이 있는 조립식 하이브리드 거더
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1) 상면에는 ∩ 형태로 돌출된 전단연결용 철근이 추가로 구비되어 있고,
상기 강재블록(2)의 상부플랜지(20) 상부에는 스터드(300)와, 관통홀이 천공된 철판 및, 절곡된 철근 중 어느 하나 또는 이들이 혼용되어 전단연결재로서 추가로 구비되어 있어 바닥판과 합성구조가 될 수 있도록 한 것에 특징이 있는 조립식 하이브리드 거더
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강재블록(2)의 하단부에 인접하여 하단부를 따라 수평으로 설치되는 프리스트레스용 긴장재(400) 및, 상기 강재블록(2) 양측 단부의 복부판에 구비된 정착장치(410)에 정착되고 거더 중앙부 하단에 부착된 지지구조물(411)을 경유하는 ∨ 형태로 설치되는 프리스트레스용 긴장재(401) 중 어느 하나 또는 이 두 가지 배치를 혼용하여 설치되는 프리스트레스용 긴장재가 추가로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강재블록(2)의 상부플랜지(20)의 상단 양끝에 수직으로 교축방향 전 길이에 대해 부착된 한 쌍의 강판(500)을 구비하고, 이를 거푸집으로 하여 바닥판 시공 이전에 미리 시공(501)하는 콘크리트 또는 시멘트 몰탈 또는 그라우트가 추가로 구비되거나 또는 상기 강재블록(2)의 상부플랜지가 원형강관인 경우 강관 속에 바닥판 시공 이전에 미리 채우는 콘크리트 또는 시멘트 몰탈 또는 그라우트가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프리캐스트 콘크리트 블록(1)을 프리텐션 또는 포스트텐션 방식의 프리스트레스를 도입한 프리스트레스드 프리캐스트 콘크리트 블록으로 제작하는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 콘크리트 블록(1)과 상기 강재블록(2)의 단면형상이 하나의 원형으로 형성되어 조립식 하이브리드 거더가 하나의 원통형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더
제2항 또는 제3항에 있어서,
프리캐스트 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2)의 접합면의 블록들 사이에 간극 채움재인 끼움쇠(Shim)(70,71)가 적어도 하나 이상 추가로 구비되어 있고,
상기 끼움쇠(70,71)는 하나로 구성하거나 또는 하나 이상의 끼움쇠를 적층으로 쌓아서 구성할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더
제2항 또는 제3항에 있어서,
프리캐스트 콘크리트 블록(1)과 강재블록(2)의 접합면의 블록들 사이에 간극 채움재인 끼움쇠(Shim)(70,71)가 적어도 하나 이상 추가로 구비되어 있고,
상기 끼움쇠(70,71)는 하나로 구성하거나 또는 하나 이상의 끼움쇠를 적층으로 쌓아서 구성할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 조립식 하이브리드 거더를 연속화하는 방법에 있어서,
거더의 양 외측에 있는 프리캐스트 콘크리트 블록들 중에서 적어도 하나 이상의 콘크리트 블록을 교각(4)을 사이에 두고 서로 인접하는 지간에 있는 거더의 프리캐스트 콘크리트 블록과 서로 일체로 밀착, 접합되도록 거더를 연속되게 배치하고,
적어도 하나 이상의 밀착, 접합된 두 개의 프리캐스트 콘크리트 블록들을 관통하여 설치되는 프리스트레스 도입용 긴장재(800) 및, 두 개의 프리캐스트 콘크리트 블록들 상부에 각각 구비되는 적어도 한 세트 이상의 체결용 구조물(811)과 이들 사이에 구비되는 적어도 하나 이상의 프리스트레스 도입용 긴장재(810) 중 어느 하나 또는 이들을 혼용하여, 밀착, 접합된 두 개의 콘크리트 블록에 서로 압착하는 방향의 프리스트레스를 도입함으로써 프리캐스트 콘크리트 블록들을 역학적으로 하나의 구조체로 결합함에 따라 서로 인접한 지간에 배치되는 조립식 하이브리드 거더들이 구조적으로 연속된 연속거더로 거동하게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더의 연속화 방법.
프리캐스트 콘크리트 블록과 강재블록이 조립되어 이루어진 조립식 하이브리드 거더를 시공하는 방법에 있어서,
(a) 강재블록과 접합하는 접합면의 하단부가 상단부 보다 더 앞쪽으로 돌출되도록 형성된 프리캐스트 콘크리트 블록을 준비하는 단계;
(b) 교각 또는 교대 위에 구비된 프리캐스트 콘크리트 블록을 강재블록과 연결하기 위해, 상기 접합면의 하단부가 상단부 보다 먼저 블록들이 접촉하고 상기 상단부는 블록들이 접촉되지 않도록 하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계 이후에, 프리캐스트 콘크리트 블록에 설치된 강봉 또는 긴장재를 이용하여 상기 상단부의 블록들 사이의 간격이 좁아지거나 폐합되도록 강재블록과 프리캐스트 콘크리트 블록을 결합하는 것에 의해 프리스트레스가 도입될 수 있도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더의 시공방법.
프리캐스트 콘크리트 블록(1)이 거더의 양 외측부분에 배치되고 이들을 연결하는 중앙의 연결블록이 강재블록(2)으로 구성되는 조립식 하이브리드 거더의 제작 및 조립방법으로서,
프리캐스트 콘크리트 블록(1)들과 강재블록(2)을 각각 준비하고,
좌측 프리캐스트 콘크리트 블록, 강재블록, 우측 프리캐스트 콘크리트 블록의 배치형태로 블록들을 지지대 위에 나열하되 더 앞으로 돌출된 프리캐스트 콘크리트 블록의 하단부 접합면은 강재블록의 접합면과 접촉되고 상단부 접합면은 강재블록의 접합면과 떨어져 있도록 설치하고,
접합부 상단부에 배치된 고강도 인장용 강봉 또는 거더 조립용 긴장재에 먼저 긴장력을 도입하여 프리캐스트 콘크리트 블록과 강재블록을 서로 밀착시켜 거더를 조립함과 동시에 거더에 프리스트레스가 도입되도록 하고,
접합부 하단부에 배치된 고강도 인장용 강봉 또는 거더 조립용 긴장재에 긴장력을 도입하여 조립된 거더를 안정화함과 동시에 상기 거더 조립단계에서 도입된 프리스트레스력을 보존할 수 있도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 하이브리드 거더의 제작 및 조립방법
블록들을 서로 연결하여 완성하는 조립식 거더에 프리스트레스를 도입하는 방법으로서,
블록들의 하단부 접합면(81)이 상단부 접합면(80) 보다 더 앞으로 돌출되도록 제작하여,
블록들을 조립하기 위해 나열하였을 때 더 앞으로 돌출된 하단부 접합면(81)이 먼저 닿아서 접촉되고 상단부 접합면(80)은 접촉되지 않고 떨어져 있어,
거더를 구성하는 블록들을 긴장재의 긴장력 도입을 이용하여 연결, 조립하는 거더 조립과정 중에 상단부 접합면(80)의 떨어진 간격이 좁아지거나 폐합됨에 따라 거더에 솟음 변형 형태의 프리플렉션이 발생하고 거더에 프리스트레스가 도입되는 조립식 거더의 프리스트레스 도입방법.