KR20140088813A

KR20140088813A - 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더

Info

Publication number: KR20140088813A
Application number: KR1020130000787A
Authority: KR
Inventors: 권오근
Original assignee: 권오근
Priority date: 2013-01-03
Filing date: 2013-01-03
Publication date: 2014-07-11

Abstract

본 발명은 복부(Web)부재로 파형강판을 사용하고 복부 파형강판의 상, 하단에 콘크리트를 합성시킨 합성거더에 있어서, 복부 파형강판과 콘크리트의 결합시에 복부 파형강판의 상단과 하단을 종방향으로 구속하도록 하는 플레이트를 결합구성한 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 강재로 구성되며 규칙적인 형태로 굴곡진 파형의 형상을 가진 복부 파형강판과, 강재로 형성되며 복부 파형강판의 상단이나 하단 또는 상하단에 결합되어 복부 파형강판을 종방향으로 구속하도록 결합 구성되는 판 형상의 플레이트와, 복부 파형강판의 상단 또는 하단과 플레이트가 각각 일체로 매립되도록 복부 파형강판의 상, 하단에 합성되는 상부 및 하부 콘크리트로 구성되어, 복부 파형강판의 상, 하단에 판 형상의 플레이트를 결합 구성하여 뒤틀림과 휨응력에 취약한 복부 파형강판의 구조적 특성을 효과적으로 보완함은 별도의 다수의 스터드 볼트 등을 사용하지 않고서도 전단연결재의 역할을 하도록 하면서 상부 및 하부 콘크리트의 전체 구조체들을 더욱 더 강하게 일체구조로 결속시키고 제작공정의 단순화 및 그로 인한 비용절감 등의 매우 유용한 효과가 있다.

Description

종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더{Corrugated steel plate web-PSC composite girder with connect member}

본 발명은 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복부(Web)부재로 파형강판을 사용하고 복부 파형강판의 상, 하단에 콘크리트를 합성시킨 I자형이나 T자형, 폐합된 단일박스(BOX)형 및 다중박스형 등의 합성거더에 있어서, 복부 파형강판과 콘크리트의 결합시에 복부 파형강판의 상단과 하단을 종방향으로 구속하도록 하는 플레이트를 결합구성하여, 복부 파형강판의 형상의 특성상 발생하는 뒤틀림을 방지하여 주고, 휨응력보강재의 역할 및 전단플레이트의 역할을 동시에 수행할 수 있는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더에 관한 것이다.

교량에서 사용되는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트(Prestressed concrete;PSC) 합성구조는 상부구조체의 복부부재를 경량의 파형강판으로 치환하여 교량의 상부구조체인 주형의 자중을 20~30%정도 감소시키는 구조로서 휨모멘트는 상, 하부의 콘크리트가 저항하고 전단력은 복부의 파형강판이 저항하도록 한 것인바 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 있으며 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 "복부 파형강판 피에스씨 합성구조에서 파형강판과 콘크리트를 기역형강과 스터드로 결합시킨 합성구조"(특허문헌 1)가 있다. 상기 배경기술에서는 도 6에서와 같이, 복부 파형강판과 피에스씨 콘크리트가 합성된 교량의 상부 구조형식에서 복부 파형강판과 콘크리트를 부착 결합함에 있어서, 복부 파형강판의 상·하단에 종방향으로 기역형강(ㄱ자형강)(8)을 좌·우 대칭으로 결합하되 기역형강(ㄱ자형강)(8)의 수직부와 접하는 복부 파형강판(1)의 각 접합면에서 결합볼트(9)를 체결하여 기역형강(ㄱ자형강)(8)과 복부 파형강판(1)이 일체 구조가 되도록 하고 기역형강(ㄱ자형강)(8)의 수평면에는 다수의 스터드(3)가 용접으로 결합되어 콘크리트 속에 복부 파형강판(1)의 상·하단과 기역형강(ㄱ자형강)(8) 및 스터드(3)가 일체 구조로 매입된 것을 특징으로 하는 복부 파형강판과 콘크리트의 합성구조를 제안한다.

그러나 상기 배경기술은 복부 파형강판을 중심으로 좌, 우측 양쪽에서 대칭되게 각각 별도로 따로 떨어져 구비된 2개의 기역형강(ㄱ자형강)(8)에 별도의 스터드(3)를 취부한 것으로서 좌, 우측 양쪽의 기역형강(ㄱ자형강)(8)은 일체가 되지 못하고 각각 별도로 따로 거동을 하게 되어 뒤틀림이나 휨 응력에 대하여는 전혀 유효하지 못한 구조로서, 결국은 아주 단순하게 콘크리트와 파형강판을 결합시키는 용도로만 국한되어지는 구조이다. 특히 복부 파형강판은 그 형상 자체가 뒤틀림과 휨응력에 불리한 구조로서 상기의 기역형강(ㄱ자형강)(8)과 같은 결합플레이트가 이를 명확하게 보완할 수 있다면 교량 전체에서 보다 더 효율적인 구조체로서의 역할을 함께 할 수 있는 연결구조가 될 수 있겠지만, 상기의 배경기술로는 위에서 서술한 바와 같이 이를 확실하게 충족시키지 못하는 한계가 있다.

또한, 다수의 스터드 볼트를 일일히 기역형강(ㄱ자형강)(8)에 결합하여야 하였기 때문에 제작공정이 복잡할 뿐만 아니라 제작비용이 증가하는 문제점이 있었다.

특허등록 제0561510호 "복부 파형강판 피에스씨 합성구조에서 파형강판과 콘크리트를 기역형강과 스터드로 결합시킨 합성구조"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복부 파형강판의 상, 하단에 판 형상의 플레이트를 결합 구성하여 뒤틀림과 휨응력에 취약한 복부 파형강판의 구조적 특성을 효과적으로 보완함은 별도의 다수의 스터드 볼트 등을 사용하지 않고서도 전단연결재의 역할을 하도록 하면서 상부 및 하부 콘크리트의 전체 구조체들을 더욱 더 강하게 일체구조로 결속시키고 제작공정의 단순화 및 그로 인한 비용절감을 할 수 있는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 강재로 구성되며 규칙적인 형태로 굴곡진 파형의 형상을 가진 복부 파형강판과, 강재로 형성되며 복부 파형강판의 상단이나 하단 또는 상하단에 결합되어 복부 파형강판을 종방향으로 구속하도록 결합 구성되는 판 형상의 플레이트와, 복부 파형강판의 상단 또는 하단과 플레이트가 각각 일체로 매립되도록 복부 파형강판의 상, 하단에 합성되는 상부 및 하부 콘크리트로 구성되는 것을 특징으로 하는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더를 제공하고자 한다.

또한, 플레이트는 일정간격으로 전단연결공이 통공되어 형성되는 것을 특징으로 하는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더를 제공하고자 한다.

또한, 플레이트는 일정간격으로 반원형 또는 ㄷ자형 형상으로 절개하여 상부 또는 하부로 절곡되어 구성된 연결부가 구성되는 것을 특징으로 하는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더를 제공하고자 한다.

또한, 연결부는 인접하는 연결부가 상부와 하부로 상호 엇갈리게 절곡되어 구성되는 것을 특징으로 하는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더를 제공하고자 한다.

또한, 연결부는 플레이트와 예각 또는 둔각을 이루도록 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더를 제공하고자 한다.

본 발명의 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더는 복부 파형강판의 상, 하단에 판 형상의 플레이트를 결합 구성하여 뒤틀림과 휨응력에 취약한 복부 파형강판의 구조적 특성을 효과적으로 보완함은 별도의 다수의 스터드 볼트 등을 사용하지 않고서도 전단연결재의 역할을 하도록 하면서 상부 및 하부 콘크리트의 전체 구조체들을 더욱 더 강하게 일체구조로 결속시키고 제작공정의 단순화 및 그로 인한 비용절감 등의 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 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더의 일부절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 플레이트와 복부 파형강판의 결합상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 상기 도 1의 단면도이다.
도 4는 다른 실시예의 플레이트와 복부 파형강판의 결합상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 A-A선을 따른 단면도로써 플레이트 연결부의 다양한 실시예를 도시한 도이다.
도 6은 본 발명의 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성 박스형거더(Composite Box Girder)의 일실시예의 단면도이다.

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 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더(Composite Girder)는, 복부 파형강판(10)과 그 상단과 하단에 각각 구성되는 콘크리트(30)(40)를 합성함에 있어서, 판 형상의 플레이트(20)를 복부 파형강판(10)의 상·하단에서 종방향으로 결합하여, 복부 파형강판(10)의 상단 또는 하단과 플레이트(20)가 콘크리트 속에 일체형으로 함께 매립되도록 한 것으로, I자형이나 T자형, 폐합된 단일박스(BOX)형 및 다중박스형 등 형상에 관계없이 복부 파형강판(10)과 콘크리트(30)(40)를 합성하여 제작하는 빔 형식의 합성거더(Composite Beam Girder) 또는 박스형식의 합성거더(Composite Box Girder) 등의 모든 합성거더(Composite Girder)에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더의 일부절개 사시도이다.

도 1에서와 같이, 본 발명의 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더(1)는, 복부 파형강판(10)과 그 상단과 하단에 각각 구성되는 콘크리트(30)(40)를 합성함에 있어서, 플레이트(20)를 복부 파형강판(10)의 상단이나 하단 또는 상하단에서 종방향으로 결합하여, 복부 파형강판(10)의 상단 또는 하단과 플레이트(20)가 콘크리트 속에 일체형으로 함께 매립되도록 한 것이다.

복부 파형강판(10)은 강재로 구성되며 종방향으로 규칙적인 형태로 굴곡진 파형 형상을 갖는다. 복부 파형강판(10)의 파형 모양이 소정의 각도를 가진 사다리꼴 형상을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 파형의 모양은 반드시 사다리꼴에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 삼각함수 형태의 곡선으로 이루어진 파형 모양을 가질 수도 있으며, 그 외에도 다양한 파형 모양을 가질 수도 있다.

복부 파형강판(10)은 휨모멘트를 상부 콘크리트(30)와 하부 콘크리트(40)가 저항하고 전단력은 복부 파형강판(10)이 저항하도록 하여, 사하중의 감소로 상부 주형 설계 부재력 및 하부, 기초 구조 규모 감소가 가능하고, 파형 형상의 강판 채용으로 별도의 보강재 부착없이 전단좌굴 내력을 확보할 수 있다. 또한 가장 폼이 많이 소요되는 복부철근 및 콘크리트 작업 생략으로 현장 작업성이 향상되며 이에 따라 공기 단축 및 공사비 절감이 가능하다.

플레이트(20)는 강재로 형성되고 긴 판형상으로 이루어지며, 길이는 복부 파형강판(10)의 종방향의 길이와 동일하고, 폭은 복부 파형강판(10)의 횡방향의 폭보다도 넓게 형성되도록 한다.

도 2는 도 1의 플레이트와 복부 파형강판의 결합상태를 도시한 사시도이다.

도 2에서와 같이, 플레이트(20)는 복부 파형강판(10)의 상단이나 하단 또는 상하단에 결합되어 복부 파형강판(10)을 종방향으로 구속하도록 결합 구성된다. 도 2에서는 플레이트(20)가 복부 파형강판(10)의 상부와 하부에 각각 결합구성되는 것으로 도시되었지만, 복부 파형강판(10)의 상단이나 하단에만 구성되거나, 상하단에 모두 결합구성될 수 있다.

플레이트(20)와 복부 파형강판(10)의 결합은 용접하여 결합하는 것이 바람직하지만, 앵글을 덧대어 볼트 결합을 하거나 공지의 다양한 방법에 의하여 결합할 수도 있다.

상기와 같이 플레이트(20)는 복부 파형강판(10)의 상단 및/또는 하단에 결합구성되어 복부 파형강판(10)을 종방향으로 구속함으로써, 복부 파형강판(10)의 형상의 특성상 발생하는 뒤틀림을 방지하여 주고, 휨응력보강재의 역할을 한다.

도 3은 상기 도 1의 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 복부 파형강판(10)의 상부와 하부에는 각각 상부 및 하부 콘크리트(30)(40)가 합성된다. 이때, 복부 파형강판(10)의 상단 및/또는 하단에 결합구성된 플레이트(20)가 각각 일체로 매립되도록 형성한다.

또한, 복부 파형강판(10)과 상, 하부 콘크리트(30)(40)의 결합시에 직각으로 결합되기 때문에 이종(異種)인 복부 파형강판(10)과 상, 하부 콘크리트(30)(40) 사이의 전단연결재의 역할을 수행할 수도 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 플레이트(20)는 일정간격으로 전단연결공(21)이 통공되어 형성되도록 할 수도 있다. 이와 같이 전단연결공(21)이 형성되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 콘크리트(30)(40)에 매립되어 합성되어 플레이트(20)의 상단과 하단이 단절되지 않고 결국은 전단연결공(21)이 상부 및 하부 콘크리트(30)(40)와 플레이트(20)를 모든 방향으로 함께 구속하게 되는바 이는 곧 복부 파형강판(10)과 상부 및 하부 콘크리트(30)(40)의 전체 구조체들을 더욱 더 강하게 일체구조로 결속시키는 효과를 확보할 수 있다.

도 4는 다른 실시예의 플레이트와 복부 파형강판의 결합상태를 도시한 사시도이다.

도 4에서는 반원형으로 절개한 실시예를 도시하였지만, 플레이트(20)에는 일정간격으로 반원형 또는 ㄷ자형 형상으로 절개하여 상부 또는 하부로 절곡되어 구성된 연결부(22)가 구성되도록 할 수 있다.

즉, 플레이트(20)에 일정한 간격으로 반원형 또는 ㄷ자형으로 절개선을 형성한 후, 절개된 부분을 상부 또는 하부로 절곡하여 연결부(22)를 형성하도록 한다.

절개부는 다양한 형상으로 구성할 수 있으나, 작업의 용이성을 위하여 반원형 또는 ㄷ자형으로 형성되는 것이 바람직하다. 절개부가 반원형으로 형성되면, 절개부가 절곡된 연결부(22)는 반원형으로 형성되며, 절개부가 ㄷ자형으로 형성되면, 절개부가 절곡된 연결부(22)는 사각형으로 형성된다.

연결부(22)는 복부 파형강판(10)과 상, 하부 콘크리트(30)(40)의 결합시에 전단연결재의 역할을 할 수 있다.

또한, 이와 같이 절개부를 절곡하여 연결부(22)를 형성하면, 절개부에 관통공(23)이 형성되게 되며, 상기 관통공(23)에 의하여 상부 및 하부 콘크리트(30)(40)와 플레이트(20)를 모든 방향으로 함께 구속하게 되는바 이는 곧 복부 파형강판(10)과 상부 및 하부 콘크리트(30)(40)의 전체 구조체들을 더욱 더 강하게 일체구조로 결속시키는 효과를 확보할 수 있다.

도 5는 도 4의 A-A선을 따른 단면도로서 플레이트 연결부의 다양한 실시예를 도시한 도이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 연결부(22)는 인접하는 모두 복부 파형강판(10) 방향으로 절곡되도록 하여 상부 또는 하부 콘크리트(30)(40)에 합성된 플레이트(20)의 상부와 하부에 모두 결합력을 높일 수 있다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 연결부(22)는 인접하는 연결부(22)가 상부와 하부로 상호 엇갈리게 절곡되어 구성되도록 하여 상부 또는 하부 콘크리트(30)(40)에 합성된 플레이트(20)의 상부와 하부에 모두 결합력을 높일 수 있다.

또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 연결부(22)는 플레이트(20)와 직각을 이루지 않고 예각 또는 둔각을 이루도록 절곡되어 형성되도록 하여, 전단연결재의 역할을 하도록 하면서 상부 및 하부 콘크리트(30)(40)의 전체 구조체들을 더욱 더 강하게 일체구조로 결속시키는 효과를 확보할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더(1)는 복부 파형강판의 상, 하단에 판 형상의 플레이트를 결합 구성하여 뒤틀림과 휨응력에 취약한 복부 파형강판의 구조적 특성을 효과적으로 보완함은 별도의 다수의 스터드 볼트 등을 사용하지 않고서도 전단연결재의 역할을 하도록 하면서 상부 및 하부 콘크리트의 전체 구조체들을 더욱 더 강하게 일체구조로 결속시키고 제작공정의 단순화 및 그로 인한 비용절감 등의 매우 유용한 효과가 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.

1 : 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더
10 : 복부 파형강판
20 : 플레이트
21 : 전단연결공
22 : 연결부
23 : 관통공
30 : 상부 콘크리트
40 : 하부 콘크리트

Claims

강재로 구성되며 규칙적인 형태로 굴곡진 파형의 형상을 가진 복부 파형강판(10)과,
강재로 형성되며 복부 파형강판(10)의 상단이나 하단 또는 상하단에 결합되어 복부 파형강판(10)을 종방향으로 구속하도록 결합 구성되는 판 형상의 플레이트(20)와,
복부 파형강판(10)의 상단 또는 하단과 플레이트(20)가 각각 일체로 매립되도록 복부 파형강판(10)의 상, 하단에 합성되는 상부 및 하부 콘크리트(30)(40)로 구성되는 것을 특징으로 하는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더.
청구항 1에 있어서,
플레이트(20)는 일정간격으로 전단연결공(21)이 통공되어 형성되는 것을 특징으로 하는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더.
청구항 1에 있어서,
플레이트(20)는 일정간격으로 반원형 또는 ㄷ자형 형상으로 절개하여 상부 또는 하부로 절곡되어 구성된 연결부(22)가 구성되는 것을 특징으로 하는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더.
청구항 3에 있어서,
연결부(22)는 인접하는 연결부(22)가 상부와 하부로 상호 엇갈리게 절곡되어 구성되는 것을 특징으로 하는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
연결부(22)는 플레이트(20)와 예각 또는 둔각을 이루도록 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 종방향 구속 플레이트를 갖는 복부 파형강판 프리스트레스 콘크리트 합성거더.