KR20140088472A

KR20140088472A - 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20140088472A
Application number: KR1020130000401A
Authority: KR
Inventors: 장종서
Original assignee: 주식회사 벤트코리아
Priority date: 2013-01-02
Filing date: 2013-01-02
Publication date: 2014-07-10

Abstract

본 발명은 가설교량이나 가설동바리와 같이 정해진 기간동안 사용되고 목적 달성 후에는 제거되는 임시구조물용 거더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인위적 열원을 통한 보강재의 냉각 수축에 의해 주거더에 프리스트레스가 도입되고 도입된 프리스트레스를 조절용 긴장재로 조절하는 임시구조물용 거더 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시형태에 따른 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더는, 본체인 주거더; 주거더의 하부 한쪽 끝단에 결합된 제1 단부브라켓; 주거더의 다른 한쪽 끝단에 결합된 제2 단부브라켓; 주거더의 중앙부 하부에 결합되고, 제1,2 단부브라켓에 비해 더 긴 높이를 가지는 한 쌍의 제1,2 중앙부브라켓; 한 쌍의 제1,2 중앙부브라켓 하단부에서 이들을 서로 연결하도록 결합되어 한 쌍의 제1,2 중앙부브라켓의 위치와 체결각도를 조절하는 조절용 긴장재; 제1 단부브라켓에 한쪽 단부가 핀연결되고 다른 한쪽 단부가 제1 중앙부브라켓에 핀연결되는, H자형 단면성향을 이루는 길이재로 구성된 제1 보강재; 제2 단부브라켓에 한쪽 단부가 핀연결되고 다른 한쪽 단부가 제2 중앙부브라켓에 핀연결되는 H자형 단면성향을 이루는 길이재로 구성된 제2 보강재;를 포함하며, 제1,2 보강재의 냉각 압축응력에 의해 주거더에 프리스트레스가 도입되고, 도입된 프리스트레스가 조절용 긴장재에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.

Description

조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더 및 그 제조방법{Thermal prestressed girder of temporary structures controlled by adjust tendon and manufacturing method of the same}

본 발명은 가설교량이나 가설동바리와 같이 정해진 기간동안 사용되고 목적 달성 후에는 제거되는 임시구조물용 거더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인위적 열원을 통한 보강재의 냉각 수축에 의해 주거더에 프리스트레스가 도입되고 도입된 프리스트레스를 조절용 긴장재로 조절하는 임시구조물용 거더 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 교량설계에서 외부 프리스트레스를 도입한 장스팬화 및 효율적인 단면활용 등과 같은 연구가 활발하게 진행되고 있다. 강구조물에 프리스트레스를 도입하면 큰 하중에서 탄성변형의 극한값이 증가하게 되어, 구조적으로 처짐을 줄일 수 있고, 경제적으로는 강재량을 줄일 수 있는 것으로 평가되었다. 우리나라에서도 과거와는 달리 하천부의 통수단면 확보나 넓은 도로 폭의 하부도로를 횡단할 수 있도록 가설교량 또는 가설동바리와 같은 임시구조물의 장스팬화가 사회적 요구로 제시되고 있는 추세에 있기 때문에 향후 장스팬 가설의 적용범위는 크게 확장될 것으로 기대된다.

대표적인 프리스트레스 도입 방법으로는 H형 강재 등과 같은 강재의 하부 플랜지의 양측 단부측에 단부 정착장치를 설치하고 강재의 중앙부에 중앙지지장치를 설치한 다음 이들을 다수개의 강봉 또는 강연선으로 서로 관통시키고 강봉 또는 강연선에 긴장력을 도입하여 H형 강재에 프리스트레스를 도입하는 기술이 있다.

그러나 이 기술은 고응력 상태의 강봉 또는 강연선이 외부에 노출되므로 부식에 취약하고 외부 충격에 의해 강봉 또는 강연선이 끊어질 수 있다는 단점을 가진다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허등록 제10-0944005호 '강거더에 프리스트레싱을 도입하는 방법 및 이 방법에 의해 제작된 강거더'(특허문헌 1)가 있다.

특허문헌 1에서는 단면이 역T자형인 제1 거더의 양단을 단순 지지하여 거치하는 제1단계, 가열에 의해 연신된 강판을 제1 거더의 하부 플랜지에 일체로 체결하는 제2단계, 강판을 냉각시킴으로써 제1 거더에 부모멘트가 작용하도록 프리스트레싱을 도입하는 제3단계, 단면이 T형상인 제2 거더를 제1 거더의 웨브 상부에 맞대어 일체화시켜 강거더를 제작하는 제4단계, 제2단계에서 체결되었던 강판을 제거하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강거더에 프리스트레스를 도입하는 방법을 개시한다.

특허문헌 1의 경우 강거더의 제작단계에서 프리스트레스를 도입함으로써 시공단계에서 프리스트레스를 도입하는 것에 비해 작업성과 시공성이 향상되는 이점은 있으나, 단면강성 증대효과가 작아 장지간화한 대형구조물에 적용시 처짐이 과도하게 발생하므로 프리스트레싱에 의한 효과적인 내하성능의 개선을 기대하기 어려울 수 있으며, 더불어 한번 도입된 프리스트레싱은 강거더의 제작이 끝난 후에는 그 보정이 불가능하다.

특허등록 제10-0944005호 '강거더에 프리스트레싱을 도입하는 방법 및 이 방법에 의해 제작된 강거더'

본 발명은 상술한 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강재 보강재의 온도변형 특성을 이용하여 임시구조물용 거더에 외부 프리스트레싱을 실시함으로써 장스팬화와 효율적 단면활용을 가능케 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더의 제작단계에서 도입된 프리스트레스를 제작 후에 또는 사용 중에도 간단한 조작으로 조절할 수 있는 조절용 긴장재를 갖는 임시구조물용 거더 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더는, 본체인 주거더; 주거더의 하부 한쪽 끝단에 결합된 제1 단부브라켓; 주거더의 다른 한쪽 끝단에 결합된 제2 단부브라켓; 주거더의 중앙부 하부에 결합되고, 제1,2 단부브라켓에 비해 더 긴 높이를 가지는 한 쌍의 제1,2 중앙부브라켓; 한 쌍의 제1,2 중앙부브라켓 하단부의 위치와 체결각도를 조절하는 조절용 긴장재; 제1 단부브라켓에 한쪽 단부가 핀연결되고 다른 한쪽 단부가 제1 중앙부브라켓에 핀연결되는, H자형 단면성향을 이루는 길이재로 구성된 제1 보강재; 제2 단부브라켓에 한쪽 단부가 핀연결되고 다른 한쪽 단부가 제2 중앙부브라켓에 핀연결되는 H자형 단면성향을 이루는 길이재로 구성된 제2 보강재;를 포함하며, 제1,2 보강재의 냉각 압축응력에 의해 주거더에 프리스트레스가 도입되고, 도입된 프리스트레스가 조절용 긴장재에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.

이때, 주거더는, 상부 플랜지, 상부 플랜지와 간격을 두고 평행한 하부 플랜지, 상하부 플랜지에 수직하게 배치되어 이들을 연결하는 웨브가 H자형 단면형상을 이루는 길이재로 구성될 수 있다.

또한, 제1,2 단부브라켓은, 수평변과 수직변을 가지는 한 쌍의 ㄱ형강으로 이루어지며, 볼트홀이 천공된 각 ㄱ형강의 수직변을 일정한 이격거리를 두고 마주보게 배치하여 각 ㄱ형강의 수평변을 주거더 하부 플랜지 하면에 접합할 수 있다.

또한, 중앙부브라켓은, 주거더의 하단에 웨브의 축과 같은 선상에 위치하도록 접합되는 T형강과 T형강 스템 양면에 접합되는 한 쌍의 ㄷ형강, ㄷ형강의 플랜지에 용접되는 고정플레이트로 이루어지며, ㄷ형강의 하단에는 하부볼트홀이 각각 천공되어 있고 고정플레이트에는 볼트홀이 천공될 수 있다.

또한, 조절용 긴장재는, 제1,2 중앙부브라켓의 고정플레이트에 천공되어있는 볼트홀을 관통하여 조절용 긴장재의 너트를 조여 고정됨으로써 제작단계 및 사용단계에서도 프리스트레싱을 간단하게 조절할 수 있다.

또한, 제1,2 보강재는, 상부 플랜지, 상부 플랜지와 간격을 두고 평행한 하부 플랜지, 상하부 플랜지에 수직하게 배치되어 이들을 연결하는 웨브가 H자형 단면형상을 이루는 길이재로 구성되고, 양단 일정구간의 상부 플랜지와 하부 플랜지를 제거하여 웨브 축이 주거더의 웨브축과 같은 선상에 위치하도록 한 상태로 웨브의 한쪽 끝단을 제1,2 단부브라켓의 수직변 사이의 간격에 삽입하여 제1,2 단부브라켓에 한쪽 단부가 핀연결되고, 웨브의 다른쪽 끝단을 중앙부브라켓의 ㄷ형강 사이에 삽입하여 중앙부브라켓에 핀연결될 수 있다.

본 발명의 적절한 실시형태에 따른 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더의 제조방법은, (a) 주거더를 단순 지지되게 배치하는 단계; b) 주거더의 하부 플랜지 일단에 제1 단부브라켓과 타단에 제2 단부브라켓을 결합하고, 주거더의 중앙부 하부 플랜지에 중앙부브라켓을 고정시키는 단계; (c) 조절용 긴장재를 중앙부브라켓에 체결하여 그 위치와 결합각도를 고정시키는 단계; (d) H자형 단면형상을 이루는 길이재로 구성된 제1 보강재와 제2 보강재를 인위적 가열을 통해 팽창시키고, 팽창된 제1 보강재의 한쪽 끝단을 제1 단부브라켓에 핀연결하며, 다른쪽 끝단을 중앙부브라켓에 볼트로 핀연결하고, 팽창된 제2 보강재 역시 그 한쪽 끝단을 제2 단부브라켓에 핀연결하고 다른쪽 끝단을 중앙부브라켓에 핀연결하는 단계; (e) 자연스러운 온도하강에 의해 제1,2 보강재는 수축하려 하지만 중앙부브라켓과의 결합위치가 조절용 긴장재에 의해 구속되어 제1,2 보강재의 압축응력이 발생하고, 발생된 압축응력이 중앙부브라켓과 제1,2 단부브라켓을 통하여 주거더에 전달되는 단계를 포함하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면 강재 보강재의 온도변형 특성을 이용하여 도입된 프리스트레스가 임시구조물용 거더의 장스팬화와 효율적 단면사용을 가능케하고 그로 인해 임시구조물의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 조절용 긴장재의 도입으로 제작단계에서 도입된 프리스트레스를 임시구조물의 제작 이후나 사용 중에도 간단히 보정할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 발명의 일 실시 예에 따른 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더를 나타낸 정면도이다.
도 2는 주거더(10)의 형상을 나타낸 사시도이다.
도 3은 제1 단부브라켓(21)을 도시한 것으로, (가)는 정면도, (나)는 사시도, (다)는 (가)의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 중앙부브라켓(30)을 도시한 것으로, (가)는 정면도, (나)는 A방향에서 바라본 측면도, (다)는 분해사시도이다.
도 5는 조절용 긴장재(40)을 나타낸 도면이다.
도 6은 제1 보강재(51)의 형상 및 그 양단의 핀연결을 위해 상부 플랜지와 하부 플랜지가 일정구간 제거된 제1 보강재의 단부처리를 보여주는 정면도 및 사시도이다.
도 7은 조절용 긴장재(40)에 의해 그 위치가 고정된 중앙부브라켓(30)에 제1,2 보강재(51)(52)의 일단이 핀연결되는 모습을 나타낸 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 제조공정을 보여주는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 메카니즘을 설명한다.

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.

도 1은 발명의 일 실시 예에 따른 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더를 나타낸 정면도이다.

도 1에서와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더는, 본체인 주거더(10), 주거더(10)의 하부 한쪽 끝단에 결합된 제1 단부브라켓(21), 다른 한쪽 끝단에 결합된 제2 단부브라켓(22), 주거더(10)의 중앙부 하부에 결합된 한 쌍의 제1,2 중앙부브라켓(31)(32), 한 쌍의 제1,2 중앙부브라켓(31)(32) 하단부에서 이들을 서로 연결하도록 결합되어 한 쌍의 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)의 위치와 체결각도를 조절하는 조절용 긴장재(40), 제1 단부브라켓(21)에 한쪽 단부가 핀연결되고 다른 한쪽 단부가 제1 중앙부브라켓(31)에 핀연결되는 제1 보강재(51), 및 제2 단부브라켓(22)에 한쪽 단부가 핀연결되고 다른 한쪽 단부가 제2 중앙부브라켓(32)에 핀연결되는 제2 보강재(52)를 포함한다.

도 2는 주거더(10)의 형상을 나타낸 사시도이다.

도 2에서 보듯이, 주거더(10)는 상부 플랜지(11), 상부 플랜지(11)와 간격을 두고 평행한 하부 플랜지(12), 상하부 플랜지(11,12)에 수직하게 배치되어 이들을 연결하는 웨브(13)가 H자형 단면형상을 이루는 길이재로서 압연공정으로 제조되는 기성품이 될 수 있으며 이들 각 부재를 별도로 준비하고 이들을 용접하여 제조되는 빌트-업(Built-up) 제품이 될 수 있다. 빌트-업으로 제조할 경우 단면 크기에 제약을 받지 않으며 상하부 플랜지의 폭과 강도를 달리할 수 있어 보다 효율적인 단면으로 구성할 수 있는 장점이 있다.

또한, 주거더(10)에는 상부 플랜지(11)와 하부 플랜지(12) 사이의 웨브(13)에 직각방향으로 다수의 스티프너(14)를 일정간격을 두고 설치할 수 있다. 스티프너(14)는 주거더(10)의 플랜지나 웨브의 좌굴을 방지하기 위한 것이다.

도 1을 참조하면, 제1 단부브라켓(21)과 제2 단부브라켓(22)은 주거더(10)의 하부 플랜지(12) 하면에 접합되는데 그 위치는 주거더(10)를 지지하는 벤트(미도시)가 접합되는 면을 제공하기 위해 양쪽 끝단에서 각각 안쪽으로 일정거리 이격되어 설치된다. 제1 단부브라켓(21)과 제2 단부브라켓(22)은 각각 제1 보강재(51)와 제2 보강재(52)의 한쪽 끝단을 핀연결로 단순 구속시키기 위해 설치된다.

도 3은 제1 단부브라켓(21)을 도시한 것으로, (가)는 정면도, (나)는 사시도, (다)는 (가)의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.

제1 단부브라켓(21)과 제2 단부브라켓(22)의 구조는 동일하고 단지 설치위치에만 차이가 있으므로 아래에서는 제1 단부브라켓(21)에 대해서만 설명한다.

도 3에 도시된 제1 단부브라켓(21)은 예시적인 것으로, 수평변(201)과 수직변(202)을 가지는 한 쌍의 ㄱ형강으로 이루어진다. 이때 각 ㄱ형강의 수직변(202) 사이에 나중에 설명되는 보강부재 웨브(503)가 삽입될 수 있도록 보강부재 웨브(503)의 두께(t)에 대응되는 이격거리를 두고 마주보게 배치한 후 ㄱ형강의 수평변(201)을 주거더 하부 플랜지(12) 하면에 접합한다. 접합은 볼트 또는 용접 접합 등 이 분야에서 공지된 임의의 접합방법이 사용될 수 있다. ㄱ형강의 수직변(202)에는 제1 보강재(51)와의 볼트결합을 위해 볼트홀(203)이 천공되어 있다. 제2 단부브라켓(22)은 제1 단부브라켓(21)과 그 구조가 동일하며 설치의 위치만이 주거더(10)의 중앙부로부터 대칭된다. 제1,2 단부브라켓(21)(22)은 제1,2 보강재(51)(52)와 핀연결을 제공할 수 있는 것이면 되므로 단면의 크기나 형상은 도 3에 도시된 것에 한정되지 않는다.

도 4는 중앙부브라켓(30)을 도시한 것으로, (가)는 정면도, (나)는 A방향에서 바라본 측면도, (다)는 분해사시도이다.

도 4에 도시된 중앙부브라켓(30)은 예시적인 것으로, 제1 중앙부브라켓(31)과 제2 중앙부브라켓(32) 한 쌍으로 이루어지며 제2 중앙부브라켓(32)은 제1 중앙부브라켓(31)과 그 구조가 동일하며 설치의 위치만이 주거더(10)의 중앙부로부터 대칭되므로 아래에서는 제1 중앙부브라켓(31)에 대해서만 설명한다.

제1 중앙부브라켓(31)은 주거더(10)의 하단에 웨브(13)의 축과 같은 선상에 위치하도록 접합되는 T형강(301)과 T형강 스템(3012) 양면에 접합되는 한 쌍의 ㄷ형강(302)(303), ㄷ형강의 플랜지(3022)(3032)에 용접되는 고정플레이트(304)로 이루어진다. 이때 T형강의 플랜지(3011)는 주거더 하부 플랜지(12) 하면에 접합되며 T형강의 스템(3012)은 나중에 설명되는 보강부재 웨브(503)의 두께(t)와 같은 두께(t)를 갖고 볼트홀(3013)이 천공되어있다. ㄷ형강(302)(303)은 T형강의 스템(3012) 길이보다 길게 제작되며 ㄷ형강의 웨브(3021)(3031) 상부에는 T형강(301)과의 연결을 위한 상부볼트홀(3023)(3033)이, 하부에는 제1 보강재(51)와의 연결을 위한 하부볼트홀(3024)(3034)이 각각 천공되어있다. ㄷ형강의 웨브(3021)(3031) 바깥 면이 각각 T형강의 스템(3012) 양면에, T형강 스템의 볼트홀(3013) 위치와 ㄷ형강의 플랜지 상부볼트홀(3023)(3033)의 위치가 각각 대응되도록 배치되어 핀연결된다. 또한 상부에서 T형강(301)과 결합된 ㄷ형강(302)(303)은 그 하부가 T형강의 스템(3012)의 두께(t)만큼 이격된 상태로 제1 보강재(51)쪽 플랜지(3022)(3032)에 고정플레이트(304)가 용접된다. 고정플레이트(304)에는 나중에 설명될 조절용 긴장재(40)의 관통을 위한 볼트홀(3041)이 천공되어있으며 고정플레이트(304)의 형상이나 크기는, ㄷ형강(302)(303)의 결합과 조절용 긴장재(40)의 관통을 제공할 수 있는 한, 그 제약이 없다.

중앙부브라켓(30)은 제1,2 보강재(51)(52)와 주거더(10)사이의 핀연결을 제공할 수 있는 것이면 되고 단면의 크기나 형상이 도 4에 도시된 것에 한정되지 않는다.

중앙부브라켓(30)는 주거더(10)의 중앙부 하부 플랜지(12) 하면에 고정되며 그 높이가 제1,2 단부브라켓(21)(22)보다 일정길이 높아 제1,2 보강재(51)(52)를 주거더(10)의 하부 플랜지(12)로부터 일정하게 이격되도록 배치한다. 이에 따라 도 1에 도시된 것처럼 제1,2 보강재(51)(52)가 전체적으로 V자 형상이 되도록 한다.

도 5는 조절용 긴장재(40)을 나타낸 도면이다.

조절용 긴장재(40)는 주거더(10)에 그 상단이 핀연결된 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)의 하단의 위치 및 체결 각도를 조절하기 위한 것으로, 예를 들어 도 5에 도시된 스테이볼트(Stay Bolt)가 사용될 수 있다. 스테이볼트란 두 장의 판의 간격을 정하여 그 간격을 일정하게 유지하며 고정시키기 위하여 사용하는 볼트이다. 대안으로, 긴장용으로 널리 사용되는 강봉의 양쪽 단부에 나사가공을 하고 너트를 체결하여 스테이볼트 대신 사용할 수도 있다. 조절용 긴장재(40)는 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)의 고정플레이트(304)에 천공되어있는 볼트홀(3041)을 관통하여 고정된다.

조절용 긴장재(40)는 후술하는 인위적 열원에 의해 팽창된 제1,2 보강재(51)(52)가 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)에 핀연결된 후 온도하강에 의한 수축변형시 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)의 위치를 조절함으로써 제1,2 보강재(51)(52)를 압축상태로 구속하는 역할을 한다. 또한 임시구조물용 거더의 설치 혹은 사용 이후 조절용 긴장재(40)의 너트(41)를 더 조이거나 풀음으로 추가적 프리스트레싱을 간단하게 조절할 수 있다.

도 6은 제1 보강재(51)의 형상 및 그 양단의 핀연결을 위해 상부 플랜지와 하부 플랜지가 일정구간 제거된 제1 보강재의 단부처리를 보여주는 정면도 및 사시도이다.

도 6에서 보이는 제1 보강재(51)는 한쪽 단부가 제1 단부브라켓(21)에 핀연결되고 그 길이는 다른쪽 단부가 중앙부브라켓(30)에 닿기에는 짧은 H형강으로 구성되며 웨브(503) 축이 주거더의 웨브(13)축과 같은 선상에 위치하도록 접합된다. 제1 보강재(51)의 한쪽 끝단은 제1 단부브라켓(21)에, 다른 한쪽 끝단은 중앙부브라켓(30)에 핀연결되는데 이를 용이하게 하기 위하여 그 양단 일정구간의 상부 플랜지(501)와 하부 플랜지(502)를 제거한다. 상부 플랜지(501)와 하부 플랜지(502)가 제거된 부분의 웨브(503)에는 핀연결을 위한 볼트홀(504)이 천공되어 있다.

제2 보강재(52)는 제1 보강재(51)와 그 구조가 동일하며 설치의 위치만이 주거더(10)의 중앙단으로부터 대칭된다.

제1,2 보강재(51)(52)는 강재를 재료로 하며 인위적 가열시 팽창 변형이 발생한다. 후술되는 인위적 가열에 의한 팽창과 자연적 온도하강으로 인한 수축의 단계를 통해 온도하중을 주거더(10)에 재하하는 역할을 한다.

도 7은 조절용 긴장재(40)에 의해 그 위치가 고정된 중앙부브라켓(30)에 제1,2 보강재(51)(52)의 일단이 핀연결되는 모습을 나타낸 분해사시도이다.

도 7에 도시된 것처럼, 가열·팽창된 제1,2 보강재(51)(52)의 웨브에 천공된 볼트홀(504)과 중앙부브라켓(30)에 천공된 하부볼트홀(3024)(3034)에 볼트를 관통시키고 너트를 체결한다. 그에 따라 팽창된 제1,2 보강재(51)(52)의 양단이 단순 구속된다. 이 상태에서 자연적 온도하강으로 인해 제1,2 보강재(51)(52)가 수축하게 되고 조절용 긴장재(40)가 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)의 위치를 고정함에 따라 제1,2 보강재(51)(52)는 압축상태로 구속되며 이로 인해 주거더(10)에 온도하중이 재하된다. 그에 따라 주거더(10)에는 상향 솟음이 발생하여 하부 플랜지(12)에는 압축응력이 그리고 상부 플랜지(11)에는 인장응력이 각각 발생하게 된다.

아래에서는 이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더의 제조공정을 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명의 제조공정을 보여주는 순서도이다.

먼저, (a)에서와 같이, 주거더(10)를 단순 지지되게 배치한다.

이어서, (b)에서와 같이, 주거더(10)의 하부 플랜지(12) 양쪽 끝단에서 일정거리 이격하여 제1 단부브라켓(21)과 제2 단부브라켓(22)을 용접 또는 볼트 접합 등 이 분야에서 공지된 임의의 방법으로 견고하게 결합한다. 또한 주거더(10)의 중앙부 하부 플랜지에 중앙부브라켓(30)을 이 분야에서 공지된 방법 중에서 적절히 선택하여 견고하게 고정시킨다.

다음으로, (c)와 같이, 조절용 긴장재(40)를 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)에 체결하여 그 위치를 고정시킨다.

계속해서, 제1,2 보강재(51)(52)에 열원을 이용한 인위적 가열을 통해 제1,2 보강재(51)(52)가 제1,2 단부브라켓(21)(22)과 중앙부브라켓(30)에 연결될 수 있는 길이로 팽창시킨다.

다음으로, (d)와 같이, 팽창된 제1 보강재(51)의 한쪽 끝단을 제1 단부브라켓(21)에 회전 가능하게 볼트로 핀연결하고 다른쪽 끝단을 제1 중앙부브라켓(31)에 볼트로 핀연결한다. 팽창된 제2 보강재(52) 역시 그 한쪽 끝단을 제2 단부브라켓(22)에 회전 가능하게 볼트로 핀연결하고 다른쪽 끝단을 제2 중앙부브라켓(32)에 볼트로 핀연결한다.

마지막으로, (e)와같이, 열원이 제거된 제1,2 보강재(51)(52)는 수축하려 하지만 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)과의 결합위치가 조절용 긴장재(40)에 의해 구속되므로, 무응력상태인 (d)상태와는 달리, 제1,2 보강재(51)(52)의 압축응력이 중앙부브라켓(30)과 제1,2 단부브라켓(21)(22)을 통하여 주거더(10)에 상향 솟음을 발생시킨다.

본 발명의 제조공정을 위와 같은 단계별 순서로 설명하였으나 필요에 따라 제1,2 보강재(51)(52)를 제1,2 단부브라켓(21)(22)과 제1,2 중앙부브라켓(31)(32) 에 핀연결하는 (d)단계를 먼저 실행하고, 조절용 긴장재(40)를 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)에 체결하여 그 위치를 고정시키는 (c)단계를 나중에 실시할 수도 있다.

주거더에 프리스트레스가 도입되는 메커니즘을 도 9를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 9는 본 발명의 메카니즘을 설명한다.

제1,2 보강재(51)(52)를 열원을 이용해 가열하여 무응력 상태의 팽창변형이 발생한 상태를 유지시키면서 제1,2 보강재(51)(52)를 기 설치된 제1,2 단부브라켓(21)(22)과 중앙부브라켓(30)에 볼트체결하여 핀연결하면, 구조 시스템은 무응력 상태를 유지한다. 핀연결이 완료된 후, 제1,2 보강재(51)(52)에 작용시켰던 열원을 제거하면, 제1,2 보강재(51)(52)는 온도하강에 의한 수축이 발생하려하나 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)과의 결합위치가 조절용 긴장재(40)에 의해 구속되므로 제1,2 보강재(51)(52)의 압축응력이 발생하고, 이 압축응력은 중앙부브라켓(30)과 제1,2 단부브라켓(21)(22)을 통하여 주거더(10)의 하부에 압축력을 발생시켜 도 9의 (가)와 같이 부(-)모멘트를 갖게 된다. 이렇게 부가된 온도하중은 주거더(10)에 휨변형, 즉 주거더(10)의 중심축 상부에는 인장응력이 중심축 하부에는 압축응력이 발생하는 상향 솟음이 발생한다. 따라서 주거더(10)의 하부 플랜지(12)에는 압축응력이 도입된다.

한편, 온도하중이 재하된 후 주거더(10)는 탄성범위 내에 있으므로 휨변형량은 인장력의 크기, 온도하중의 크기에 선형비례한다. 따라서 도입되어야 할 프리스트레스의 크기에 따라 제1,2 보강재(51)(52)의 팽창, 수축의 변화량을 계산하고 이에 따른 위치에 중앙부브라켓(30)과 조절용 긴장재(40)를 설계하여 힌지연결 및 연결위치를 고정시키는 것으로 주거더(10)에 재하하는 온도하중을 간편하게 조절할 수 있다.

또한, 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더의 설치 혹은 사용 이후 시공하중 및 사용하중 등에 의해 임시구조물용 거더에 도입된 프리스트레싱이 이완된 경우, 조절용 긴장재(40)의 너트(41)를 더 조이는 간단한 재긴장 단계를 통하여(반대의 경우에는 조절용 긴장재(40)의 너트(41)를 풀어내는 간단한 이완 단계를 통하여) 추가적 프리스트레싱을 간편하게 조절할 수 있다.

도 9의 (나)는 상기 제1,2 보강재(51)(52)의 온도하강에 의한 수축변형에 따라 상기 교량에는 사하중(고정하중) 및 활하중 등으로 인해 발생하게 되는 변형 및 단면력과 반대되는 변형과 단면력이 발생하여 기존 교량시스템에 가해지는 응력을 감쇄시킬 수 있는 본 발명의 특징을 보여준다.

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: 주거더 11: 10의 상부플랜지
12: 10의 하부플랜지 13: 주거더의 웨브
14: 주거더의 스티프너 21: 제1 단부브라켓
22: 제2 단부브라켓 201: 21의 수평변
202: 21의 수직변 203: 21의 볼트홀
30: 중앙부브라켓 31: 제1 중앙부브라켓
32: 제2 중앙부브라켓 301: 31의 T형강
3011: 301의 플랜지 3012: 301의 스템
3013: 301의 볼트홀 302: 31의 ㄷ형강
3021: 302의 웨브 3022: 302의 플랜지
3023: 302의 상부볼트홀 3024: 302의 하부 볼트홀
304: 31의 고정플레이트 3041: 304의 볼트홀
40: 조절용 긴장재 41: 40의 너트
51: 제1 보강재 52: 제2 보강재
501: 51의 상부플랜지 502: 51의 하부플랜지
503: 51의 웨브 504: 51의 볼트홀

Claims

본체인 주거더(10);
주거더(10)의 하부 한쪽 끝단에 결합된 제1 단부브라켓(21);
주거더(10)의 다른 한쪽 끝단에 결합된 제2 단부브라켓(22);
주거더(10)의 중앙부 하부에 결합되고, 제1,2 단부브라켓에 비해 더 긴 높이를 가지는 한 쌍의 제1,2 중앙부브라켓(31)(32);
한 쌍의 제1,2 중앙부브라켓(31)(32) 하단부에서 이들을 서로 연결하도록 결합되어 한 쌍의 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)의 위치와 체결각도를 조절하는 조절용 긴장재(40);
제1 단부브라켓(21)에 한쪽 단부가 핀연결되고 다른 한쪽 단부가 제1 중앙부브라켓(31)에 핀연결되며 H자형 단면형상을 이루는 길이재로 구성된 제1 보강재(51); 및
제2 단부브라켓(22)에 한쪽 단부가 핀연결되고 다른 한쪽 단부가 제2 중앙부브라켓(32)에 핀연결되며 H자형 단면형상을 이루는 길이재로 구성된 제2 보강재(52);를 포함하며,
제1,2 보강재(51)(52)의 냉각 압축응력에 의해 주거더(10)에 프리스트레스가 도입되고 도입된 프리스트레스가 조절용 긴장재(40)에 의해 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더.
청구항 1에 있어서,
주거더(10)는,
상부 플랜지(11), 상부 플랜지(11)와 간격을 두고 평행한 하부 플랜지(12), 상하부 플랜지(11,12)에 수직하게 배치되어 이들을 연결하는 웨브(13)가 H자형 단면형상을 이루는 길이재로 구성된 것을 특징으로 하는 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더.
청구항 1에 있어서,
제1,2 단부브라켓(21)(22)은,
수평변(201)과 수직변(202)을 가지는 한 쌍의 ㄱ형강으로 이루어지며, 볼트홀(203)이 천공된 각 ㄱ형강의 수직변(202)을 일정한 이격거리를 두고 마주보게 배치하여 각 ㄱ형강의 수평변(201)을 주거더 하부 플랜지(12) 하면에 접합하는 것을 특징으로 하는 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더.
청구항 3에 있어서,
제1,2 중앙부브라켓(31)(32)은,
주거더(10)의 하단에 웨브(13)의 축과 같은 선상에 위치하도록 접합되는 T형강(301)과 T형강 스템(3012) 양면에 접합되는 한 쌍의 ㄷ형강(302)(303), ㄷ형강의 플랜지(3022)(3032)에 용접되는 고정플레이트(304)로 이루어지며,
ㄷ형강(302)(303)의 하단에는 하부볼트홀(3024)(3034)이 각각 천공되어 있고 고정플레이트(304)에는 조절용 긴장재(40)를 삽입하기 위한 볼트홀(3041)이 천공되어있는 것을 특징으로 하는 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더.
청구항 4에 있어서,
조절용 긴장재(40)는,
제1,2 중앙부브라켓(31)(32)의 고정플레이트(304)에 천공되어있는 볼트홀(3041)을 관통하여 조절용 긴장재(40)의 너트(41)를 조여 고정됨으로써 제작단계 및 사용단계에서도 주거더(10)에 도입되는 프리스트레스를 간단하게 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더.
청구항 5에 있어서,
제1,2 보강재(51)(52)는,
상부 플랜지(501), 상부 플랜지(501)와 간격을 두고 평행한 하부 플랜지(502), 상하부 플랜지(501,502)에 수직하게 배치되어 이들을 연결하는 웨브(503)가 H자형 단면형상을 이루는 길이재로 구성되고,
양단 일정구간의 상부 플랜지(501)와 하부 플랜지(502)를 제거하여 웨브(503) 축이 주거더의 웨브(13)축과 같은 선상에 위치하도록 한 상태로 웨브(503)의 한쪽 끝단을 제1,2 단부브라켓(21)(22)의 수직변(202) 사이의 간격에 삽입하여 제1,2 단부브라켓(21)(22)에 한쪽 단부가 핀연결되고, 웨브(503)의 다른쪽 끝단을 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)의 ㄷ형강(302)(303) 사이에 삽입하여 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)에 핀연결되는 것을 특징으로 하는 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더.
(a) 주거더(10)를 단순 지지되게 배치하는 단계;
(b) 주거더(10)의 하부 플랜지(12) 일단에 제1 단부브라켓(21)과 타단에 제2 단부브라켓(22)을 결합하고, 주거더(10)의 중앙부 하부 플랜지에 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)을 고정시키는 단계;
(c) 조절용 긴장재(40)를 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)에 체결하여 그 위치와 결합각도를 고정시키는 단계;
(d) H자형 단면형상을 이루는 길이재로 구성된 제1 보강재(51)와 제2 보강재(52)를 인위적 가열을 통해 팽창시키고, 팽창된 제1 보강재(51)의 한쪽 끝단을 제1 단부브라켓(21)에 핀연결하며, 다른쪽 끝단을 제1 중앙부브라켓(31)에 볼트로 핀연결하고, 팽창된 제2 보강재(52) 역시 그 한쪽 끝단을 제2 단부브라켓(22)에 핀연결하고 다른쪽 끝단을 제2 중앙부브라켓(32)에 핀연결하는 단계;
(e) 자연스러운 온도하강에 의한 제1,2 보강재(51)(52)의 수축이 조절용 긴장재(40)에 의해 구속되어 제1,2 보강재(51)(52)에 압축응력이 발생하고, 발생된 압축응력이 제1,2 중앙부브라켓(31)(32)과 제1,2 단부브라켓(21)(22)을 통하여 주거더(10)에 전달되어 주거더(10)에 상향 솟음이 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조절용 긴장재로 조절되는 온도 프리스트레스가 도입된 임시구조물용 거더의 제조방법.