KR20150083446A - 프리캐스트 프리스트레스트 거더 및 강박스 거더를 이용한 라멘교 타입 교량의 시공법 - Google Patents

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    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01DCONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D2/00Bridges characterised by the cross-section of their bearing spanning structure
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01DCONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
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Abstract

본 발명은 프리캐스트 P.S 거더 및 강박스 거더를 이용한 단·다경간 라멘교 및 라멘교형식의 구조시스템으로 구성되는 교량에서 등분포 하중에 의해 발생되는 모멘트도의 크기 즉, 최대 정모멘트의 크기가 외측경간의 경우 절대값으로 최대 부모멘트 크기의 약 50~60%에, 그리고 다경간 교량의 내측경간의 경우 약 30%에 해당됨을 고려하여 라멘모서리의 부모멘트 구간에 추가적인 압축응력을 도입시키는 프리캐스트 P.S 거더, 그리고 강박스 거더의 제작 및 이를 이용한 단 ㆍ 다경간 라멘교 및 라멘교 형식의 구조시스템의 시공법에 관한 것이다. 이를 위해 프리캐스트 P.S 거더 및 강박스 거더 제작시 고정정착장치 또는 고정정착장치 대신에 거더 외부에 설치되는 가동정착구를 갖는 강선 및 쉬스관을 라멘모서리의 부모멘트 구간 즉, 거더의 양단 또는 한단으로부터 부모멘트구간에 걸쳐 설치시키고 교대에 거치시킨 상태에서 교대의 흉벽 및 슬래브 또는 복부 콘크리트를 타설·양생시킨 후 교대 흉벽 양측 후면에서 긴장 고정 ㆍ 정착시키므로 완성되는 특징을 갖는 라멘교 및 라멘교형식의 구조시스템으로 구성되는 교량의 시공법이다.

Description

프리캐스트 프리스트레스트 거더 및 강박스 거더를 이용한 라멘교 타입 교량의 시공법{Construction methods for bridges of rahmen types by using precast P.S girder and steel box girder}
본 발명은 프리캐스트 P.S 거더 및 강박스 거더를 이용한 라멘교 타입 교량의 시공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 라멘교를 포함하여 라멘교 형식의 구조시스템으로 구성되는 라멘교 타입 교량을 보다 경제적이고 효율적으로 설계할 수 있도록 마련된 라멘교 타입 교량의 시공법에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 단 ㆍ 다경간 라멘교 및 라멘 형식의 구조시스템의 교량에서 외측경간의 경우 등분포하중에 의해 발생되는 부모멘트의 절대최대값은 최대 정모멘트 크기의 약 1.8~2.0배가 된다.
도 1a는 교대(110)와 상부구조(100)를 나타내고 있고, 여기서 상부구조는 슬래브와 거더로 구분할 수 있으나 현장타설 라멘교에서는 일반적으로 교대와 슬래브로 구성된다. 도 1b는 단경간 라멘교에서 등분포 하중 w에 의한 개략적인 모멘트도를 나타내고 있으며, 여기서 상부구조에 작용되는 등분포 하중 w에 의해 부모멘트의 절대최대값은 정모멘트의 최대값의 약 1.8~2.0배가 된다. 또한 도 1c는 단경간 라멘교 형식의 구조시스템으로 구성된 교량으로 상부구조가 한단은 교대와 일체화 되고 다른 쪽단은 교대에 설치된 이동지점상에 거치된 상태를 나타내고 있으며, 도 1d는 도 1c의 교량시스템에서 등분포 하중 w에 의한 모멘트도를 나타내고 있다.
종래의 프리캐스트 P.S 거더를 이용한 라멘교 및 라멘교형식의 구조시스템에서 부모멘트 구간에만 추가적인 압축응력의 도입 방법이 없어 부모멘트의 절대 최대값을 기준으로 정모멘트 구간의 단면을 설계해왔다. 즉 기존의 라멘교 및 라멘교형식의 구조시스템으로 구성된 교량용 프리캐스트 P.S 거더의 제작에 있어 정 ㆍ 부모멘트구간에 거의 동일한 양의 긴장재를 사용하여 프리스트레싱하여 왔다. 따라서 부모멘트의 절대최대값이 최대 정모멘트의 크기보다 약 1.8~2.0배가 되기 때문에 정모멘트 구간은 비경제적인 설계가 불가피하였다.
도 2에는 대표적인 종래 라멘교의 구조 및 시공법이 도시되어있다.
도 2a에는 현장타설에 의해 완성되는 라멘교 구조 형태가 도시되어있다. 현장타설에 의한 라멘교는 동바리를 이용하여 상부구조의 거푸집을 설치하고 콘크리트의 타설 및 양생 후 동바리와 거푸집을 제거함으로 완성되는 특징을 갖는다. 또한 추가적인 응력 도입을 위해 상부구조 전구간에 곡선으로 배치된 강선 및 쉬스관(200)과 가동정착구(210)가 나타나 있다. 이러한 라멘교는 프리캐스트 P.S 거더를 이용하지 않고 현장에서 동바리상에 라멘교의 상부구조를 완성한 후 상부구조 전 구간에 긴장재를 곡선으로 배치하여 교대의 흉벽 후면에서 긴장 및 고정 ㆍ 정착시키는 시공 방법으로 공사비가 매우 높다.
도 2b에서는 교대의 흉벽이 설치되지 않은 상태에서 프리캐스트 P.S.C 거더를 거치 시킨후 추가적인 긴장을 위해 포물선 형태로 미리 매설된 강선 및 쉬스관(200)을 흉벽 후면에서 긴장할 수 있도록 배치 한 후 흉벽 및 슬래브 콘크리트(220)를 타설 ㆍ 양생시킨다. 그후 흉벽 후면 양단에서 긴장 및 고정 정착(210)시키므로 교량은 완성된다. 즉 도 2b에 도시된 시공법에서는 프리캐스트 P.S.C 거더를 교대상에 거치한 상태에서 추가 긴장을 위해 거더 전구간에 곡선 배치된 긴장재 및 쉬스관(200)의 양단을 교대 흉벽내에 매설할 수 있도록 배치한 상태에서 흉벽 및 슬래브 콘크리트를 타설· 양생 시킨 후 교대의 흉벽 후면에서 긴장하여 고정 정착시키게 된다. 이 경우 정모멘트구간에는 불필요한 강선이 소요될 수 있다.
또 도 2c에서는 추가의 압축력 도입을 위해 거더 내부에 포물선으로 배치 된 강선과 쉬스관(200)이 내부에 매설된 프리캐스트 P.S.C 거더를 제작하여 교대 흉벽이 설치되지 않은 상태에서 프리캐스트 P.S.C 거더를 거치시킨 후 한단의 흉벽 및 전구간의 슬래브 콘크리트를 타설 ㆍ 양생 시킨 후 한쪽 흉벽과 이동지점위치에서 추가의 압축력 도입을 위해 매설된 강선을 긴장하여 고정 ㆍ 정착(210)시킨 상태에서 다른쪽단의 흉벽 콘크리트를 타설하므로 교량의 시공이 완성된다. 이 공법에서도 거더 전 구간을 통해 포물선으로 강선이 배치됨에 따라 정모멘트 구간에는 불필요한 강선이 소요된다.
등록특허공보 제10-1107724호 등록실용신안공보 제20-0284234호 등록특허공보 제10-0988074호
본 발명의 실시 예는 기존 프리캐스트 P.S 거더 또는 강박스 거더를 이용한 라멘교 및 라멘교형식의 구조시스템으로 구성된 교량의 이러한 비경제적이고 비합리적인 강선배치에 의한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 경제적인 설계가 가능하도록 부모멘트 크기의 절대최대값으로 최대 정모멘트의 크기보다 월등히 큰 라멘모서리의 부모멘트 구간에만 추가적인 압축응력을 도입되도록 시공하므로 경제성이 제고된 라멘교 타입 교량의 시공법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 라멘교와 상부구조의 양단 중 일단이 교대와 일체화되어 라멘교 형식의 구조시스템으로 구성되는 교량을 포함하는 라멘교 타입 교량의 시공법으로써, 상부구조와 교대가 일체화된 라멘모서리의 부모멘트 구간에 추가적인 압축응력이 도입되도록 한 것을 특징으로 하는 라멘교 타입 교량의 시공법이 제공될 수 있다.
상기 상부구조는 거더를 포함하고, 상기 추가적인 압축응력 도입단계는 (a) 상기 거더의 제작단계에서 상기 거더 단부로부터 부모멘트구간 위치에 강선 및 쉬스관을 상기 거더 외부에서 긴장이 가능한 상태로 제작하는 단계와; (b) 제작된 상기 거더를 교대 위에 거치하고 상기 강선 및 쉬스관이 상기 거더 외부에서 긴장이 가능한 상태를 유지하면서 상기 거더와 교대가 일체화되도록 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계와; (c) 상기 콘크리트가 양생된 후 상기 교대흉벽 후면에서 상기 강선을 긴장시키고 정착시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 강선 및 쉬스관의 정착위치는 상기 거더의 중립축 상부일 수 있다.
상기 거더는 프리스트레스트 콘크리트 거더이고, 상기 강선은 상기 거더의 상부플랜지에 매설 또는 상부플랜지 상부에 블록아웃(Block out)을 설치하여 매설할 수 있다.
상기 거더는 프리스트레스트 강합성 거더이고, 상기 강선은 아이(I)형 강재의 상부플랜지에 매설할 수 있다.
상기 강선은 상기 거더 내부에 설치되는 고정정착장치 또는 고정정착장치 대신에 상기 거더 외부에 설치되는 가동정착구를 통해 정착되고, 거더는 상기 고정정착장치 또는 가동정착구의 설치 위치에서 단면이 확대될 수 있다.
상기 거더는 강박스 거더이고, 상기 강선은 슬래브 콘크리트 타설시 상부 플랜지 충진 콘크리트에 매설할 수 있다.
다시 말해서, 상기 강선은 상기 거더 내부에 설치되는 고정정착장치를 통해 정착될 수 있고 상기 강선은 상기 거더 외부에 설치되는 가동정착구를 통해 고정 ㆍ 정착될 수도 있다.
또 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 프리캐스트 P.S 거더 및 강박스 거더를 이용한 단·다경간 라멘교 및 라멘교형식의 구조시스템으로 구성되는 교량에 작용되는 부모멘트의 크기를 고려하여 고정정착장치 또는 고정정착장치 대신에 고정정착장치 설치 위치에서 프리캐스트 P.S 거더 및 강박스 거더 외부에 가동정착구를 갖는 강선 및 쉬스관이 매입또는 설치된 상태의 프리캐스트 P.S 거더 및 강박스 거더를 라멘모서리가 되는 위치에서는 교대흉벽이 설치되기 전 상태의 교대에 거치시키고 고정정착장치 또는 거더 외부에 설치되는 가동정착구를 갖는 강선및 쉬스관을 교대 후벽 측면에서 긴장 및 고정 ㆍ 정착시킬 수 있도록 배치시킨 상태에서 교대 흉벽 및 슬래브 또는 복부 콘크리트를 타설·양생시킨 후 강선을 긴장 및 고정 ㆍ 정착시키므로 완성되는 프리캐스트 P.S 거더 및 강박스 거더를 이용한 라멘교 및 라멘교형식의 구조시스템으로 구성되는 교량으로서 라멘 모서리의 부모멘트 구간에 압축응력이 도입되도록 한 것을 특징으로 하는 라멘교 타입 교량의 시공법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 라멘교 타입 교량의 시공법에 따르면, 라멘교 및 라멘교 형식의 구조시스템으로 구성된 교량의 라멘모서리의 부모멘트 구간에 추가의 압축응력을 도입시킴으로 추가의 긴장을 위한 긴장재의 강선량과 쉬스관을 기존의 기술에 비해 약 50% 감소시킬 수 있다. 따라서 정모멘트와 부모멘트의 크기에 대응되는 설계가 가능하므로 경제적이고 합리적인 설계가 될 수 있다. 또한 고정정착장치를 사용하는 경우에는 가격이 고가인 가동정착구를 가격이 저렴한 고정정착장치로 대체하므로 가동 정착구의 수를 감소시킴에 따라 또 다른 경제적 효과를 얻을 수 있다. 여기서 고정정착장치는 거더 내부에 묻혀 움직일 수 없는 정착 장치를 의미하고, 가동 정착장치는 강선을 긴장한 후 고정 ㆍ 정착시키는 장치를 의미한다. 즉, 강선을 긴장하므로 강선길이가 늘어남에 따라 정착장치가 미소하나마 이동하므로 가동정착구라고 명명되었다.
도 1은 일반적인 단경간 라멘교 및 단경간 라멘교 형식의 구조시스템으로 구성된 교량의 구조 형태와 등분포 하중 w에 의한 모멘트도를 나타낸 것이다.
도 2는 기존의 라멘교 및 라멘교 형식의 구조시스템으로 구성된 교량의 구조 형태를 간략히 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단경간 라멘교용 프리캐스트 P.S.C 거더와 단경간 라멘교의 시공과정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 프리캐스트 P.S.C 거더의 단부와 중앙부 및 고정정착장치 설치 위치에서의 단면구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 프리캐스트 P.S 강합성 거더의 단부와 중앙부 및 고정정착장치 설치 위치에서의 단면구조를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 강박스 거더의 단부와 중앙부 및 고정정착장치 설치 위치에서의 단면구조를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 라멘교의 구조를 나타낸 것으로, 양단 교대와 거더가 일체화되고 2, 3경간에서는 교각 상의 이동지점에 거치된 라멘교의 구조를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 라멘형 구조시스템으로 구성된 교량으로 단경간, 2경간, 3경간 교량의 구조를 나타낸 것이다. 여기서는 양측교대와 거더가 일체화된 라멘교와는 달리 한쪽 단만의 교대만 거더와 일체화된 상태를 나타내고 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사항이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
참고로 본 명세서에서 프리캐스트는 미리 제작된 거더 즉, 지면상에서 제작된 거더를 의미한다. 또한 P.S 거더는 프리스트레스트(Prestressed) 거더를 의미하고 프리스트레스트 콘크리트(P.S.C)거더와 프리스트레스트(P.S) 강합성 거더를 통칭하는 것이다. 그리고 라멘교는 교대와 상부구조가 일체화 된 구조시스템이고 라멘교 형식의 구조시스템으로 구성된 교량은 상부구조 한단만 교대와 일체화된 구조시스템을 칭하며, 라멘모서리는 상부구조와 교대가 일체화된 부분을 의미하는 것으로 한다.
본 실시예에 따른 라멘교 타입의 교량은 라멘교 및 라멘교 형식의 구조시스템으로 구성된 것으로, 교량에 작용되는 등분포하중 하에서 발생되는 라멘 모서리의 부모멘트 크기를 고려하여 부모멘트 구간에 고정정착장치(310) 또는 고정정착장치를 대신하여 고정정착장치의 설치 위치에 거더 외측에 설치되는 가동정착 장치를 갖는 강선 및 쉬스관(320)을 교대 흉벽(330) 후면에서 긴장시켜 고정 ㆍ 정착시킴으로 라멘 모서리의 부모멘트 구간에 추가적인 압축응력을 도입시키는 특징을 갖는 공법으로 경제적이며, 형하공간에 유리한 프리캐스트P.S 거더 및 강박스 거더를 이용한 라멘교 및 라멘교 형식 구조 시스템으로 구성된 교량의 시공 기술을 제공함에 목적이 있다. 여기서 고정정착장치(310)는 거더의 길이 방향으로 2단 또는 다단으로의 설치도 가능하다.
이러한 목적을 달성하기 위해 첫 번째 단계로써, 도 3a에 도시된 바와 같이, 거더(300)를 지면위에서 제작하되 교량의 사하중 및 사용 중 발생되는 하중의 부담을 감소시킬 수 있도록, 프리캐스트 P.S.C 거더의 경우 포물선으로 긴장재 및 쉬스관(200)을 설치하고, 프리캐스트 P.S 강합성 거더의 경우에는 긴장재 및 쉬스관(550)을 거의 직선으로 설치하고 긴장하여 가동정착구(520)를 이용하여 고정 ㆍ 정착시킨다. 강박스 거더는 이 단계에서 프리스트레싱 되지 않는다.(도 6참조) 이때, 라멘모서리의 부모멘트 구간에는 추가적인 압축응력을 도입시키기 위해 P.S 거더는 상부 플랜지에 고정정착장치(310)또는 거더 외부에서 긴장시킬 수 있는 가동 정착장치를 갖는 강선 및 쉬스관(320)이 매설된 프리캐스트 P.S 거더가 제작된다.
도 3a는 곡선으로 배치되고 한단에 고정정착장치(310)를 갖는 강선배치형상과, 라멘모서리의 부모멘트 구간에 추가 긴장력 도입을 위해 직선으로 배치된 강선배치(320) 형상을 나타내고 있다. 여기서 또 다른 실시예로 프리캐스트 P.S.C 거더 상부플랜지에 추가 긴장력 도입을 위한 블록아웃을 설치하여 시공하는 방법도 있다. 부모멘트 구간에 배치된 강선 및 쉬스관(320)의 한단은 고정정착장치(310)로 되어있고 추가 압축응력 도입을 위한 긴장재는 라멘교 또는 라멘형식 구조시스템교의 라멘모서리에 발생되는 부모멘트구간에 설치된다.
거더의 한단 또는 양단으로부터 부모멘트구간 위치에 고정정착장치(310)를 갖는 강선 및 쉬스관을 설치하는 경우, 프리캐스트 P.S.C 거더는 도 4에 도시된 바와 같이 상부플랜지에 매설되고, P.S 강합성 거더의 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이, I형 강재 거더(510) 상부플랜지 좌우에 매설될 수 있다. 그리고 강박스 거더의 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이, 슬래브콘크리트 타설 시 상부 플랜지 충진 콘크리트(620)에 긴장재 및 쉬스관이 매설되도록 제작된 거더를 완성할 수 있다.
두 번째 단계로는 첫 번째 단계에서 제작된 프리캐스트 P.S 거더 및 강박스 거더를 교대 흉벽(330)이 설치되지 않은 상태의 교대 상에 거치시킨 후, 부모멘트 구간에 추가의 압축응력을 도입시키기 위해 설치된 고정정착장치(310) 또는 고정정착장치 대신에 거더 외부에서 긴장 시킬 수 있는 가동정착구를 갖는 강선 및 쉬스관(320)이 교대흉벽에 매입되도록 배치시키게 된다. 도 3b에는 도 3a에서 제작된 프리캐스트 P.S.C 거더가 교대 흉벽(330)이 설치되지 않은 교대 상에 거치된 상태의 구조가 도시된다.
이때는 완성된 거더를 교대 위에 거치한 후 거더 한단 또는 양단으로부터 돌출된 강선 및 쉬스관(320)이 교대 흉벽 후면에서 긴장하여 정착시킬 수 있도록 설치하고, 한단 또는 양단의 교대와 거더가 일체화 되도록 철근 배근을 한 후 슬래브와 함께 교대와 거더의 연결부를 일체화할 수 있는 콘크리트를 타설하고 양생시킨다. 도 3c에는 교대흉벽(330) 및 슬래브 콘크리트(220)를 타설·양생시킨 상태와, 흉벽 후면에서 추가적인 긴장력 도입을 위해 라멘모서리의 부모멘트 구간에 매설된 긴장재와 긴장 후 고정 ㆍ 정착된 상태가 도시되어 있다. 참고로 도 5에 도시된 바와 같이, 프리캐스트 P.S 강합성 거더의 경우, 이때 복부 콘크리트(530)도 동시에 타설된다. 도 3d는 강박스 거더를 이용한 단경간 라멘교로써, 이러한 강박스 거더의 경우에는 강박스 거더 내부 하부에 충진콘크리트를 타설한 후 슬래브 콘크리트의 타설과 동시에 상부 충진 콘크리트(620)를 타설하게 된다.
이와 같은 시공과정 중 고정정착장치(310)를 상부 플랜지 부근에 설치하는 이유는 거더 단면의 중립축(N.A)으로부터 정착장치까지의 거리 즉, 편심거리를 가능한 한 크게 하므로 편심모멘트를 크게 발생시켜 부모멘트 구간에서는 슬래브 상부에, 정모멘트 구간에는 하부플랜지 하단에 추가의 압축응력을 도입시키기 위함이다. 여기서도 고정정착장치(310) 설치 위치에 고정정착장치 대신 가동 정착장치를 거더 외부에 설치하여 동일한 효과를 거둘 수 있는 시공을 할 수도 있다. 이 경우 역학적 거동은 고정정착장치(310)를 사용했을 경우와 동일하다.
타설된 콘크리트가 양생되면, 교대흉벽(330) 후면에서 매설된 강선을 긴장시키고 고정 ㆍ 정착시킴으로써 라멘교 타입 교량의 시공은 완성된다. 이와 같이 시공된 교량은 라멘모서리 부근의 부모멘트 구간에 추가 압축응력이 도입되어 추가의 긴장을 위한 긴장재의 강선량을 종래보다 큰 폭으로 감소시킬 수 있게 되고, 이에 따라 정모멘트와 부모멘트의 크기에 대응되는 설계가 가능하게 되어 경제적이고 합리적인 설계가 될 수 있다.
본 실시 예에서 프리캐스트 P.S 거더 및 강박스 거더를 이용한 라멘교 및 라멘교형식의 구조시스템으로 구성된 라멘교 타입 교량의 부모멘트 구간에 압축응력의 도입 원리는 다음과 같다.
프리캐스트 P.S.C 거더에서 부모멘트 구간에 배치된 긴장재(320)를 교대 흉벽(330) 후면에서 긴장시키고 고정 ㆍ 정착 시키므로 2차 사하중 및 활하중 하에서 라멘 모서리의 부모멘트 구간 슬래브 콘크리트에 발생되는 인장응력을 상쇄 시킬 수 있는 압축응력을 도입시킬 수 있다.
부모멘트 구간에서 2차 사하중 및 활하중에 의해 슬래브 콘크리트 상단에 작용되는 인장응력을 σl(n) 이라 하고 긴장재에 작용되는 긴장력을 P라고 할 때 개략적으로 다음과 같은 조건하에서 P의 크기가 결정된다.
Figure pat00001

여기서 A1 :거더 단부의 단면적
e1 :중립축(N.A)에서 긴장재 위치까지의 거리를 의미한다.
I1 : 거더 단부의 단면2차모멘트
y1(u) :중립축에서 슬래브 상부까지의 거리를 의미한다.
위의 조건식은 컴퓨터 S/W에 의한 계산 결과를 검토할 수 있는 참고식이다. 왜냐하면 라멘교는 다차 부정정 구조이므로 교대의 높이 및 강성, 상부구조의 강성과 길이 ι 등에 따라 힘의 재분배 현상의 해석이 수계산으로는 불가능하기 때문이다.
한편 부모멘트 구간의 긴장력 P는 부정정 구조의 힘의 재분배 현상 때문에 정모멘트 구간에도 영향을 준다. 정모멘트 구간에는 거더양단에서 긴장되는 긴장력 P에 의해 P의 일부분 즉, 약 20~30%가 인장력으로 작용되므로 거더 중앙부 단면 하단에 부정적 영향이 미치는 반면 편심 모멘트에 의해 압축 응력이 단면하단부에 유리하게 작용되기 때문에 결과적으로 긍정적 결과를 도출할 수 있다. 이 관계를 식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure pat00002

여기서 σp(p)는 긴장력 P에 의해 거더 중앙부 하부플랜지 하단에 추가로 발생되는 응력이고 σp(p)≤0 의 조건이 되도록 단면의 크기 또는 P의 크기를 조절하여 프리캐스트 P.S.C 거더를 이용한 라멘교 타입 교량을 설계할 수 있다.
위의 조건식에서 A2 :거더 중앙부의 단면적
I2 :거더 중앙부의 단면2차 모멘트
e2 :거더 중앙부의 중립축(N.A)으로부터 P의 작용점 까지의 거리
y2(l) :중립축에서 거더의 하부플랜지 하단까지의 거리를 의미한다.
물론 여기서도 위의 조건식은 참고로 활용할 수 있다.
프리캐스트 P.S 강합성 거더와 강박스 거더의 경우에도 거의 동일한 상기의 이론이 적용된다. 한편, 프리캐스트 P.S 거더의 경우 긴장재의 긴장에 의해 거더길이 ι을 통해 압축응력이 도입되므로 시공 과정에서 일시적으로 발생 될 수 있는 미미한 인장응력은 문제가 되지 않는다. 여기서 주지해야할 일은 사하중 및 활하중에 의해 발생되는 응력이 인장측이 되는 곳 즉, 부모멘트구간에서는 슬래브 상부, 그리고 거더 중앙부에서는 하부플랜지 하부에 압축응력이 도입되도록 하는 것이 프리스트레싱 되는 거더 및 구조물의 제작 및 시공 철학이다.
도 4a는 프리캐스트 P.S.C 거더(300)의 단부에서 부모멘트 구간에 추가적인 압축응력을 도입시키기 위한 긴장재 및 쉬스관(320)과 슬래브 콘크리트(220) 및 거더 단면의 중립축(N.A)에서 긴장재(320)가 설치된 위치까지의 편심거리 e1 을 나타내고 있다.
그리고 도 4b는 프리캐스트 P.S.C 거더(300)의 중앙부에서 긴장재(200)와 슬래브 콘크리트(220), 그리고 거더 전구간의 일부분을 제외한 구간에 곡선으로 배치된 긴장재(200)와 중립축(N.A) 그리고 부모멘트 구간에 추가적인 압축응력 도입을 위해 배치된 긴장재 및 쉬스관(320)의 위치에서 중립축까지의 편심거리 e2 를 나타내고 있다. 도 4c는 프리케스트 P.S.C거더(300)에서 고정정착장치(310) 설치위치의 단면을 나타내고 있다.
그리고 프리캐스트 P.S 강합성 거더의 단부로서 부모멘트 구간에 추가적인 압축응력의 도입을 위한 긴장재 및 쉬스관(320)과, I형 강재거더 (510) 및 하부플랜지에 설치된 가동정착구(520)와, 복부콘크리트(530)의 구조는 도 5a에 도시된 바와 같다. 도 5b에는 프리캐스트 P.S 강합성거더의 중앙부 단면으로서 I형 강재거더(510)와 하부플랜지에 매설된 긴장재 및 쉬스관(550)의 구조가 도시되며, 도 5c에는 프리캐스트 P.S 강합성거더에서 고정정착장치(310)와 단면이 보강된 상태(540)가 도시되어있다.
또한 도 6a에는 강박스 거더의 단부로서 부모멘트 구간에 추가적인 압축응력의 도입을 위한 긴장재 및 쉬스관(320)과 강박스 거더(600) 및 상부 플랜지 충진콘크리트(620), 하부 플랜지 충진콘크리트(610)가 도시되고, 도 6b에는 강박스 거더의 중앙부 단면으로서 강박스 거더(600)가 도시되며, 도 6c에는 강박스 거더에서 고정정착장치(310)와 강박스 거더(600), 슬래브와 상부 플랜지 충진콘크리트(620), 하부 플랜지 충진콘크리트(610)가 도시되어있다.
도 7에는 본 발명의 실시 예에 따른 라멘타입 교량의 구조가 도시되어있다. 도 7a의 경우, 단경간 라멘교로써, 부모멘트 구간에 매설된 긴장재 및 쉬스관(320)과 교대 흉벽 양단 후면에서 가동 정착 장치(210)로 긴장 후 고정 ㆍ 정착된 상태가 도시되어있다. 그리고 도 7b는 2경간 연속 라멘교에 대한 것으로, 교대와 상부 구조가 일체화된 실시예를 보여준다. 교대 양단의 부모멘트 구간에 매설된 긴장재 및 쉬스관과 교대 흉벽 양단 후면에서 가동정착구(210)로 긴장 후 고정 ㆍ 정착된 상태를 나타내고 있다. 상부 구조 중앙에는 교각(700)상에 설치된 이동지점(230)이 나타나있다. 또한 도 7c는 3경간 연속 라멘교로에 대한 것으로 교대와 상부 구조가 일체화된 상태를 보여준다. 교대 양단의 부모멘트 구간에 매설된 긴장재 및 쉬스관(320)과 교대 흉벽 양단 후면에서 가동정착 장치(210)로 긴장 후 고정 ㆍ 정착된 상태를 나타내고 있다. 또한 교각(700)상에 설치된 이동지점이 나타나있다.
도 8은 본 실시 예에 따른 라멘교형식 구조시스템으로 구성된 교량의 구조가 도시된다. 도 8a는 단경간 라멘형 구조시스템으로 상부 구조가 교대 한단에서는 상부구조와 일체화 되고, 다른쪽 교대에는 이동지점 상에 상부 구조가 거치된 구조가 도시되어있다. 도 8b는 2경간 라멘형 구조시스템으로 상부 구조가 교대 한단에서는 일체화 되고, 다른쪽 교대에는 이동지점 상에 상부 구조가 거치된 구조가 도시되어있다. 여기서 교각(700)상에는 이동지점이 나타나 있다. 그리고 도 8 c는 3경간 라멘형 구조시스템으로 상부 구조가 교대 한단에서는 일체화 되고, 다른쪽 교대에서는 이동지점 상에 상부 구조가 거치된 실시예를 보여준다. 여기에서 교각(700)상에는 이동지점이 나타나있다.
전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 시공법은 단경간은 물론 다경간 구조시스템에도 적용된다. 다만 교각 위치의 슬래브 콘크리트에 발생되는 인장응력은 슬래브 연속화 공법과 지점 상승·하강 또는 하강 공법에 의해 해결 될 수 있다. 이상에서 본 발명의 기술적 특성에 대해 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 상부구조 110 : 교대
200 : 추가 압축응력 도입을 위한 긴장재 및 쉬스관
210 : 가동정착구 220 : 슬래브 콘크리트
230 : 이동지점 300 : 프리캐스트 P.S.C 거더
310 : 고정정착장치
320 : 부모멘트구간에 추가 압축응력 도입을 위한 긴장재 및 쉬스관 330 : 교대의 흉벽 510 : I형 강재거더
520 : 프리캐스트 P.S 강합성거더에서 가동정착구
530 : 복부콘크리트
540 : 고정정착장치 설치를 위해 보강된 단면형상
550 : 지면에서의 긴장을 위한 긴장재 및 쉬스관
600 : 강박스 거더
610 : 하부 플랜지 충진 콘크리트
620 : 상부 플랜지 충진 콘크리트
700 : 교각

Claims (2)

  1. 라멘교와, 상부구조의 양단 중 적어도 일단이 교대와 일체화되어 라멘교 형식의 구조시스템으로 구성되는 교량을 포함하는 단 ㆍ 다경간 라멘교 타입 교량의 시공법에 있어서,
    상부구조와 교대가 일체화된 라멘모서리의 부모멘트 구간에 추가적인 압축응력이 도입되도록 하되, 상기 상부구조는 거더를 포함하고, 상기 거더는 상기 교량이 설치되는 위치의 지면에서 제작되어 상기 교대 및 상기 교량의 교각 상에 거치되는 프리캐스트 프리스트레스트 강합성 거더이며,
    상기 추가적인 압축응력 도입단계는
    (a) 상기 프리캐스트 프리스트레스트 강합성 거더의 제작단계에서 상기 거더 단부로부터 부모멘트구간에 상기 거더의 중립축 상부로 강선 및 쉬스관을 상기 거더 외부에서 긴장이 가능한 상태로 아이(I)형 강재의 상부플랜지에 매설하되, 상기 강선을 지면에 평행한 형태로 상기 거더 내부에 설치되는 고정정착장치를 통해 정착하는 단계와;
    (b) 지면에서 제작이 완료된 상기 거더를 라멘교에서는 양단 흉벽이 설치되지 않은 상태, 그리고 라멘형식의 구조시스템교에서는 한단 흉벽이 설치되지 않은 상태의 교대 위에 거치하고 상기 강선 및 쉬스관이 상기 거더 외부에서 긴장이 가능한 상태를 유지하면서 상기 거더와 교대가 일체화되도록 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계와;
    (c) 상기 콘크리트가 양생된 후 상기 교대흉벽 후면에서 상기 강선을 긴장시키고 정착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라멘교 타입 교량의 시공법.
  2. 라멘교와, 상부구조의 양단 중 적어도 일단이 교대와 일체화되어 라멘교 형식의 구조시스템으로 구성되는 교량을 포함하는 단 ㆍ 다경간 라멘교 타입 교량의 시공법에 있어서,
    상부구조와 교대가 일체화된 라멘모서리의 부모멘트 구간에 추가적인 압축응력이 도입되도록 하되, 상기 상부구조는 거더를 포함하고, 상기 거더는 상기 교량이 설치되는 위치에서 제작되어 상기 교대 및 상기 교량의 교각 상에 거치되는 프리캐스트 강박스 거더이며,
    상기 추가적인 압축응력 도입단계는
    (a) 상기 프리캐스트 강박스 거더의 제작단계에서 상기 거더 단부로부터 부모멘트구간에 상기 거더의 중립축 상부로 강선 및 쉬스관을 상기 거더 외부에서 긴장이 가능한 상태로 상부 플랜지 충진 콘크리트에 매설하되, 상기 강선을 지면에 평행한 형태로 상기 거더 내부에 설치되는 고정정착장치를 통해 정착하는 단계와;
    (b) 제작이 완료된 상기 거더를 라멘교에서는 양단 흉벽이 설치되지 않은 상태, 그리고 라멘형식의 구조시스템교에서는 한단 흉벽이 설치되지 않은 상태의 교대 위에 거치하고 상기 강선 및 쉬스관이 상기 거더 외부에서 긴장이 가능한 상태를 유지하면서 상기 거더와 교대가 일체화되도록 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계와;
    (c) 상기 콘크리트가 양생된 후 상기 교대흉벽 후면에서 상기 강선을 긴장시키고 정착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라멘교 타입 교량의 시공법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180049518A (ko) * 2016-11-03 2018-05-11 구민세 프리캐스트 거더를 이용한 라멘교 타입 교량의 부모멘트구간의 슬래브에 압축응력을 도입하는 시공법
KR102004277B1 (ko) * 2018-05-09 2019-07-26 정병목 지점부에 t형강을 보강하고 프리스트레스를 도입한 강재거더를 구비한 합성라멘교 시공방법

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