KR20150075963A - 혼합형거더 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 혼합형거더는, 비지지구간에 배치되는 I형거더부; 및 상기 I형거더부와 연결되되, 지지구간에서의 구조적 강성을 증대시키도록 상기 지지구간에 배치되는 박스거더부;를 포함한다.
이와 같이 본 발명은, 구조적 강성이 높게 필요한 지지구간에는 박스거더부가, 그 이외의 비지지구간에는 I형거더부가 혼합적용되도록, I형거더부와 박스거더부가 혼합되어 구성됨으로써 구조적 건조성을 유지하면서도 경제성을 확보할 수 있다.
나아가, I형거더부와 박스거더부가 연결되는 접합부에는 중앙복부판과 폐합격벽, 충전 콘크리트, 라운드부 또는 변단면부, 수직보강재와 수평보강재가 구성됨으로써, 접합부의 집중응력을 최소화하면서 강성을 보강할 수 있다.

Description

혼합형거더{Hybrid girder}

본 발명은 혼합형거더로서, I형거더부와 박스거더부가 혼합되어 구성되는 혼합형거더에 관한 것이다.

교량용 거더는 교량의 길이방향을 따라 길게 연장된 부재로서, 교각과 교각 또는 교대와 교대 위에 설치된다. 그리고 거더의 위에는 상판이 얹어진다.

일반적으로 거더나 보의 단면은 가장 효율적으로 사용되도록 I형이나 박스형으로 사용되고 있고, 거더의 상하부에 붙어서 휨에 주로 저항을 하는 플랜지, 그리고 중앙에서 상기 플랜지를 아래 위로 지지하면서 전단력에 주로 저항을 하는 복부판으로 구성되어 있다.

교량의 상판은 차량 또는 행인의 통행을 가능케 하는 도로 또는 인도를 형성하므로, 상판을 지탱하는 거더는 상판 위를 통행하는 차량 또는 행인의 무게로 인해 항상 중력 방향으로의 하중을 받는다. 중력 방향으로의 하중은 거더를 일 방향(즉, 중력방향)으로 휘어지게 한다.

한편, 하중에 의해 거더가 휘어지게 되면, 거더를 구성하는 형강부재의 하부에서는 인장응력이 발생하고 상부에서는 압축응력이 발생한다. 이러한 상부와 하부의 응력 불일치는 거더의 파손을 유발하기 쉽다.

한편, 여기에서 일반적으로 사용되는 I형거더와 박스거더에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 1은 박스거더를 나타낸 도면이고, 도 2는 I형거더를 나타낸 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이, 교량이나 건축구조에서 가장 일반적으로 많이 쓰이는 거더 또는 보의 단면은 I형 또는 H형을 갖거나 박스 또는 상자형으로 구성되어 있다.

이때, 단면이 I형인 I형거더(1)는 구조적으로 가장 효율적인 휨부재이므로 전통적으로 많이 사용되는 구조이다.

또한, 단면이 박스형인 박스거더(2)는 I형거더(1)에 비하여 비틀림에 우수하고 안전상의 여유도를 많이 갖고 있다. 즉, 상기 박스거더(2)는 박스단면을 취하는데 이러한 박스단면은 상부플랜지와 하부플랜지가 전부 막혀있는 폐쇄단면으로서 I형거더(1)보다 높은 강성을 지닌다.

이러한 박스거더(2)는 보다 높은 강성을 요구하는 지지부가 아닌 다른 부분인 지지부외의 구간에서는 I형거더(1)에 비해 강재가 많이 소요되므로 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, I형거더부와 박스거더부가 혼합되어 구성되는 혼합형거더를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혼합형거더는, 비지지구간에 배치되는 I형거더부; 및 상기 I형거더부와 연결되되, 지지구간에서의 구조적 강성을 증대시키도록 상기 지지구간에 배치되는 박스거더부;를 포함한다.

구체적으로, 상기 박스거더부는, 서로 이격되어 배치되되 거더 길이방향으로 형성된 두 개의 박스복부판; 두 개의 상기 복부판에서 서로 마주보는 양측단부를 각각 연결하면서 측부를 폐쇄하는 두 개의 박스폐쇄판; 및 상기 박스복부판과 박스폐쇄판으로 이루어진 상기 측부의 상단에 설치된 박스상부플랜지와, 하단에 설치된 박스하부플랜지;를 구비하며, 상기 I형거더부는, 거더 길이방향으로 형성되되 상기 박스폐쇄판의 중앙부에 연결되되 상기 박스거더부의 외측으로 연장된 I형복부판; 및 상기 I형복부판의 상단에 설치되되 상기 박스상부플랜지와 이어지는 I형상부플랜지와, 하단에 설치되되 상기 박스하부플랜지와 이어지는 I형하부플랜지;를 구비할 수 있다.

여기에서, 상기 박스거더부는, 상기 I형복부판으로부터 상기 박스폐쇄판을 통과하여 상기 박스거더부의 내측으로 연장된 중앙복부판; 및 상기 중앙복부판의 단부에 장착되어 두 개의 상기 박스복부판에 연결된 폐합격벽;을 더 구비할 수 있다.

또한, 다른 실시예로서 상기 박스폐쇄판과 상기 폐합격벽 사이에는 콘크리트가 충전될 수 있다.

나아가, 상기 박스상부플랜지와 I형상부플랜지의 상부연결부위 및 상기 박스하부플랜지와 I형하부플랜지의 하부연결부위는 라운드 처리된 라운드부가 형성되거나 변단면 처리된 변단면부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 I형거더부는, 상기 I형복부판에 돌출되도록 장착되되 양단부가 상기 I형상부플랜지, I형하부플랜지와 각각 연결된 수직보강재; 및 상기 I형복부판에 돌출되도록 장착되되 양단부가 상기 수직보강재, 박스폐쇄판과 각각 연결된 수평보강재;를 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 혼합형거더는, 구조적 강성이 높게 필요한 지지구간에는 박스거더부가, 그 이외의 비지지구간에는 I형거더부가 혼합적용되도록 I형거더부와 박스거더부가 혼합되어 구성됨으로써 구조적 건조성을 유지하면서도 경제성을 확보할 수 있는 효과를 가진다.

나아가, I형거더부와 박스거더부가 연결되는 접합부에는 중앙복부판과 폐합격벽, 충전 콘크리트, 라운드부 또는 변단면부, 수직보강재와 수평보강재가 구성됨으로써, 접합부의 집중응력을 최소화하면서 강성을 보강할 수 있는 장점을 지닌다.

도 1은 I형거더를 나타낸 도면이다.
도 2는 박스거더를 나타낸 도면이다.
도 3은 교각에 있어서 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합형거더의 I형거더부와 박스거더부에 대한 배치구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합형거더를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 혼합형거더를 나타낸 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 혼합형거더를 나타낸 횡단면도이다.

본 발명의 혼합형거더는, 구조적 건조성을 유지하면서도 경제성을 확보하기 위해, 구조적 강성이 높게 필요한 지지구간에는 박스거더부가, 그 이외의 비지지구간에는 I형거더부가 혼합적용되도록, I형거더부와 박스거더부가 혼합되어 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

나아가, 본 발명은 I형거더부와 박스거더부가 연결되는 접합부의 집중응력을 최소화하면서 강성을 보강하도록, 중앙복부판과 폐합격벽, 충전 콘크리트, 라운드부 또는 변단면부, 수직보강재와 수평보강재가 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

참고로, 본 명세서에서 기술되는 I형거더부는 전체적으로 I형 단면형상을 지니고, 박스거더부는 전체적으로 박스형 단면형상을 지니는데, 이때 상기 I형거더부의 I형복부판, I형상부플랜지, I형하부플랜지는 I형이 아니고, 상기 박스거더부의 박스복부판, 박스폐쇄판, 박스상부플랜지, 박스하부플랜지는 박스형이 아니며, 단지 I형거더부의 구성요소와 박스거더부의 구성요소를 구분하여 지칭하기 위해 정의된 것이다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 교각에 있어서 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합형거더의 I형거더부와 박스거더부에 대한 배치구조를 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합형거더를 나타낸 사시도이다.

또한, 도 5는 도 4의 혼합형거더를 나타낸 횡단면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 혼합형거더를 나타낸 횡단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 비지지구간(US, Unsupported section)에 배치되는 I형거더부(10), 및 상기 I형거더부(10)와 연결된 박스거더부(20)를 포함한다.

여기에서, 상기 I형거더부(10)는 단면이 I형(또는 H형)인 형강으로 이루어진 구조적으로 가장 효율적인 휨부재로서, 박스거더부(20)에 비하여 상대적으로 강성이 우수하진 않지만 지지구간(SS)이 아닌 비지지구간(US)에서 활용되기에는 가장 적합하다.

즉, 교량이나 건축구조에서 지지부재(기둥)에 의해 지지되는 구간이 아닌 비지지구간(US)에서는 I형거더부(10)가 가지고 있는 강성으로도 충분히 견고하면서도 안정적인 내구성을 가질 수 있기 때문에 I형거더부(10)가 활용될 수 있으며, 이러한 구간에 박스거더부(20)가 활용되게 되면 I형거더부(10)보다 많은 강재가 사용되기 때문에 경제적인 측면에 있어서 비효율적이다.

또한, 상기 박스거더부(20)는 단면이 박스형 구조로서 I형거더부(10)와 연결되되, 지지구간(SS, Supported Section)에서의 구조적 강성을 증대시키도록 지지구간(SS)에 배치된다.

즉, 교량이나 건축구조에서 지지부재에 의해 지지되는 구간인 지지구간(SS)에서는 I형거더부(10)가 가지고 있는 강성으로도 충분하지 않기 때문에, 견고하면서도 안정적인 내구성을 유지하기 위해서는 박스거더부(20)가 활용될 수 있다.

이때 본 발명에서의 지지구간(SS)은, 지지부재에 의해 지지되는 지지지점과 함께 일정 정도 상기 지점으로부터 연장된 부분까지 포함하는 구간으로서, 일례로서 도 3에 도시된 바와 같이 교량이나 건축구조에서의 양단 지지지점 사이에 위치되는 복수 개의 지지지점에서는 부모멘트 영역(NM)일 수 있고, 양단 지지지점에서는 일정 부분의 정모멘트 영역(PM)을 포함할 수 있다.

물론, 이때의 정모멘트 영역(PM)의 일정 부분은 교량 또는 건축구조에 있어서의 실제구조에 따른 인장응력과 압축응력을 고려하여 결정될 수 있다.

아울러 다시 한번 설명하자면, 비록 도면에서는 상기 지지구간(SS) 및 비지지구간(US)을 휨모멘트 영역을 기준으로 나누었지만, 이는 단지 일례에 불과하며 실제 현장에서의 설계과정을 통해 적정한 구간범위를 나눌 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 I형거더부(10)와 박스거더부(20)가 혼합된 혼합형거더(100)로서, 구조적 강성이 높게 필요한 지지구간(SS)에만 박스거더부(20)가 적용되고, 그 이외의 비지지구간(US)에는 I형거더부(10)가 적용됨으로써 구조적 건조성을 유지하면서도 강재를 줄임으로써 경제성을 확보할 수 있다.

그러면, 본 발명의 I형거더부(10)와 박스거더부(20)에 대해 도 4 내지 도 6을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

상기 박스거더부(20)는 측부를 형성하는 박스복부판(21)과 박스폐쇄판(22), 및 상기 측부의 상단과 하단에 배치된 박스상부플랜지(23), 박스하부플랜지(24)를 구비할 수 있다.

여기에서, 상기 박스복부판(21)은 두 개가 서로 이격되어 배치되되 거더 길이방향으로 형성되고, 상기 박스폐쇄판(22)은 두 개의 복부판에서 서로 마주보는 양단부를 각각 연결하면서 측부를 폐쇄하는 구조를 지닌다.

또한, 상기 박스상부플랜지(23)는 박스복부판(21)과 박스폐쇄판(22)으로 이루어진 측부의 상단에 설치되고, 상기 박스하부플랜지(24)는 측부의 하단에 설치된다.

그리고, 상기 I형거더부(10)는 I형복부판(11)과 I형상부플랜지(12), I형하부플랜지(13)를 구비할 수 있다.

여기에서, 상기 I형복부판(11)은 거더 길이방향으로 형성되되 상기 박스거더부(20)의 박스폐쇄판(22) 중앙부에 연결될 수 있으며, 물론 거더의 길이방향에서 박스거더부(20)의 외측으로 연장된 구조를 취한다.

또한, 상기 I형상부플랜지(12)는 I형복부판(11)의 상단에 설치되되 박스상부플랜지(23)와 이어지는 구조를 이루고, 상기 I형하부플랜지(13)는 I형복부판(11)의 하단에 설치되되 박스하부플랜지(24)와 이어지는 구조를 이룰 수 있다.

한편, 상기 박스거더부(20)는 내부에 중앙복부판(27)과 폐합격벽(28)을 더 구비할 수 있는데, 이러한 중앙복부판(27)과 폐합격벽(28)은 I형거더부(10)와 박스거더부(20)가 접합되는 접합부(도 3의 B, Binding portion)의 구조적 건전성을 보강하기 위한 기능을 가진다.

구체적으로, 상기 중앙복부판(27)은 I형복부판(11)으로부터 박스폐쇄판(22)을 통과하여 박스거더부(20)의 내측으로 연장되고, 상기 폐합격벽(28)은 중앙복부판(27)의 단부에 장착되어 두 개의 박스복부판(21)에 연결된다.

즉, 비록 도면에 도시되지는 않았지만 I형거더부(10)의 I형복부판(11)의 단부가 박스복부판(21)을 통과하지 않고 단순히 박스거더부(20)의 박스복부판(21)에 접하는 경우, 접합연결된 부위인 접합부(B)에 응력이 집중됨으로써 내구성이 저하되는데, 본 발명과 같이 I형복부판(11)이 박스폐쇄판(22)을 통과하여 박스거더부(20)의 내측까지 연장된 구조를 취하는 경우 응력이 분산됨으로써 구조적 건전성이 보강된다.

또한, 중앙복부판(27)과 두 개의 박스복부판(21)을 연결시키는 폐합격벽(28)은 중앙복부판(27)의 고정결합력을 증대함으로써, 결과적으로 I형거더부(10)와 박스거더부(20)가 접합되는 접합부(B)의 구조적 건전성을 보강하는 역할을 수행한다. 나아가, 상기 폐합격벽(28)은 응력분산측면에 있어서 도시된 바와 같이 박스복부판(21)에 대해 수직으로 연결되는 연결구조를 취하는 것이 바람직하다.

나아가, 상술된 접합부(B)의 강성증대를 위해 다른 실시예로서, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 박스폐쇄판(22)과 폐합격벽(28) 사이에는 콘크리트(C)가 충전되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 콘크리트(C)는 우수한 내진 성능과 함께 고강도의 강성을 가지는데, 이러한 콘크리트(C)가 박스폐쇄판(22)과 폐합격벽(28)에 둘러싸여 구성됨으로써, 강성, 내력, 변형성능, 내화 등 여러 가지의 구조성능을 증대시킬 수 있다.

그리고, 상기 박스상부플랜지(23)와 I형상부플랜지(12)의 상부연결부위 및 박스하부플랜지(24)와 I형하부플랜지(13)의 하부연결부위는 라운드 처리된 라운드부(R)가 형성되거나 변단면 처리된 변단면부(미도시)가 형성될 수 있다.

이때, 이러한 라운드부(R) 또는 변단면부는 접합부(B)에서의 응력의 흐름을 원활히 함으로써 집중응력을 최소화하게 된다. 참고로, 상기 변단면부는 단면이 변하는 부분으로서 응력의 크기에 따라 적정하게 대응되도록 박스거더부(20) 측으로 갈수록 단면이 커지게 된다.

이에 더하여, 상기 I형거더부(10)는 보강부재로서 수직보강재(30)와 수평보강재(40)를 더 구비할 수 있다.

여기에서, 상기 수직보강재(30)는 I형복부판(11)에 돌출되도록 장착되되 양단부가 I형상부플랜지(12), I형하부플랜지(13)와 각각 연결되고, 상기 수평보강재(40)는 I형복부판(11)에 돌출되도록 장착되되 양단부가 상기 수직보강재(30), 박스폐쇄판(22)과 각각 연결되는 구조를 취하게 되며, 이러한 수직보강재(30)와 수평보강재(40)에 의해 접합부(B)의 강성을 더욱더 높일 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 구조적 강성이 높게 필요한 지지구간(SS)에는 박스거더부(20)가, 그 이외의 비지지구간(US)에는 I형거더부(10)가 혼합적용되도록, I형거더부(10)와 박스거더부(20)가 혼합되어 구성됨으로써 구조적 건조성을 유지하면서도 경제성을 확보할 수 있다.

나아가, I형거더부(10)와 박스거더부(20)가 연결되는 접합부(B)에는 중앙복부판(27)과 폐합격벽(28), 충전 콘크리트(C), 라운드부(R) 또는 변단면부, 수직보강재(30)와 수평보강재(40)가 구성됨으로써, 접합부(B)의 집중응력을 최소화하면서 강성을 보강할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

SS : 지지구간 US : 비지지구간
PM : 정모멘트 영역 UM : 부모멘트 영역
10 : I형거더부 11 : I형복부판
12 : I형상부플랜지 13 : I형하부플랜지
20 : 박스거더부 21 : 박스복부판
22 : 박스폐쇄판 23 : 박스상부플랜지
24 : 박스하부플랜지 27 : 중앙복부판
28 : 폐합격벽 R : 라운드부
C : 콘크리트 B : 접합부
30 : 수직보강재 40 : 수평보강재
100 : 혼합형거더

Claims (6)

1. 비지지구간(US)에 배치되는 I형거더부(10); 및
   상기 I형거더부(10)와 연결되되, 지지구간(SS)에서의 구조적 강성을 증대시키도록 상기 지지구간(SS)에 배치되는 박스거더부(20);
   를 포함하는 혼합형거더(100).
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 박스거더부(20)는,
   서로 이격되어 배치되되 거더 길이방향으로 형성된 두 개의 박스복부판(21);
   두 개의 상기 복부판에서 서로 마주보는 양측단부를 각각 연결하면서 측부를 폐쇄하는 두 개의 박스폐쇄판(22); 및
   상기 박스복부판(21)과 박스폐쇄판(22)으로 이루어진 상기 측부의 상단에 설치된 박스상부플랜지(23)와, 하단에 설치된 박스하부플랜지(24);를 구비하며,
   상기 I형거더부(10)는,
   거더 길이방향으로 형성되되 상기 박스폐쇄판(22)의 중앙부에 연결되되 상기 박스거더부(20)의 외측으로 연장된 I형복부판(11); 및
   상기 I형복부판(11)의 상단에 설치되되 상기 박스상부플랜지(23)와 이어지는 I형상부플랜지(12)와, 하단에 설치되되 상기 박스하부플랜지(24)와 이어지는 I형하부플랜지(13);
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 혼합형거더(100).
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 박스거더부(20)는,
   상기 I형복부판(11)으로부터 상기 박스폐쇄판(22)을 통과하여 상기 박스거더부(20)의 내측으로 연장된 중앙복부판(27); 및
   상기 중앙복부판(27)의 단부에 장착되어 두 개의 상기 박스복부판(21)에 연결된 폐합격벽(28);
   을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 혼합형거더(100).
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 박스폐쇄판(22)과 상기 폐합격벽(28) 사이에는 콘크리트(C)가 충전된 것을 특징으로 하는 혼합형거더(100).
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 박스상부플랜지(23)와 I형상부플랜지(12)의 상부연결부위 및 상기 박스하부플랜지(24)와 I형하부플랜지(13)의 하부연결부위는 라운드 처리된 라운드부(R)가 형성되거나 변단면 처리된 변단면부가 형성된 것을 특징으로 하는 혼합형거더(100).
   
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 I형거더부(10)는,
   상기 I형복부판(11)에 돌출되도록 장착되되 양단부가 상기 I형상부플랜지(12), I형하부플랜지(13)와 각각 연결된 수직보강재(30); 및
   상기 I형복부판(11)에 돌출되도록 장착되되 양단부가 상기 수직보강재(30), 박스폐쇄판(22)과 각각 연결된 수평보강재(40);
   를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 혼합형거더(100).
   

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