KR20160069155A - 강 박스거더 단면의 압축영역에서 콘크리트 합성형 단면을 갖는 합성형 박스거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은, U형박스거더 단면 또는 박스거더 단면을 갖는 강합성 교량에서, 폭에 비해 두께가 작은 강재일 경우, 강재의 압축좌굴 현상으로 인하여 U형박스거더 단면 또는 박스거더 단면의 웨브에 수평보강재와 수직보강재 부착이 필요하고, 이것은 강재의 재료적 효율을 반감시켜 재료량이 증가하고, 수평보강재와 수직보강재를 U형박스거더 단면 또는 박스거더 단면의 웨브에 용접하여 부착시켜야하고, 이러한 공정의 발생은 강거더의 제작비를 증가시키게 된다.
따라서, 이와 같은 비효율을 개선하기 위하여 강재 U형박스거더 단면 또는 강재 박스거더 단면의 압축영역에 위치하는, U형박스거더 단면 또는 박스거더 단면의 강재 웨브가 콘크리트 합성웨브가 되도록 개선하여, U형박스거더 단면 또는 박스거더 단면의 웨브의 내측에 부착되는 수평보강재와 수직보강재를 제거하는 것으로 강재와 콘크리트 두재료의 효율적 활용을 증진시킨 강재 U형박스거더 단면 및 그 시공방법 또는 강재 박스거더 단면 및 그 시공방법이 제공된다.
본 발명의 구성요소로는 U형박스거더 또는 박스거더 단면의 인장영역에는 강재 웨브 플레이트와 강재플랜지 플레이트로 구성하고, U형박스거더 단면 또는 박스거더 단면의 압축영역은 콘크리트 합성웨브와 강재플랜지 플레이트로 구성되거나 또는 콘크리트 합성웨브와 콘크리트 플랜지로 구성되는 것을 특징으로 하는 기술구성과 이에 대한 시공방법을 제공한다.
이때, 지간 중앙부 정모멘트 영역에서의 U형박스거더 단면 또는 박스거더 단면의 압축영역은 제5도에서의 18과 같이 중립축 상단에 위치하고,
부모멘트 영역에서의 박스거더 단면의 압축영역은 제5도에서의 19와 같이 중립축 하단에 위치한다.

Description

강 박스거더 단면의 압축영역에서 콘크리트 합성형 단면을 갖는 합성형 박스거더{Composite Box Girder with concrete composite section in Compression Zone of Steel Box Girder}

본 발명은, 압축응력에는 효율적이나 중량이 무겁고 인장응력에 취약한 콘크리트와 강도면에서 대단히 우수하고 경량이나 압축좌굴 현상으로 허용압축응력이 감소되는 강재를 서로 합성시킨 강합성교의 강거더에서, U형박스거더 단면 또는 박스거더 단면의 압축영역에 있는 강거더의 웨브를 콘크리트 합성웨브로 개선함으로써, 강재 U형박스거더 단면 또는 강재 박스거더 단면에서 웨브 플레이트의 압축좌굴에 대한 강성을 증가시킨 콘크리트 합성웨브를 갖는 강합성 U형박스거더 단면 또는 강합성 박스거더 단면과 그 시공방법에 관한 것이다.

교량의 상부구조물에서는 저가이고 중량이 큰 콘크리트와 고가이고 경량인 고강도 강재를 서로 조합시킨 새로운 형식에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있으며, 현재 다수의 신공법이 개발되어 실용화되고 있다.

콘크리트와 강재의 장점을 조합하여 사용하는 강합성교는 박스거더의 단면형태를 기본으로 하는 형식이 과거부터 꾸준히 사용되어 오고 있으며, 이러한 형식의 횡방향 단면구성은 강재 박스거더와 콘크리트 바닥판으로 구성되어 있다.

이와 같은 강합성 박스교는 강재와 콘크리트 두 재료를 보다 효율적으로 활용하기 위해 여러 신기술이 개발되어서 사용되고 있으며, 이중 사용실적이 증가하고 있는 신기술 형식으로는 HD박스거더교, STA거더교, SWPC교, PUS교, SBarch교가 있고, 그들의 구성방식은 다음과 같다.

먼저, HD 박스교는 지점부의 부모멘트 구간은 강재 박스거더 단면을 적용하고, 지간중앙부의 정모멘트 구간은 강재 U형박스거더 단면과 강재 U형박스거더 단면의 상단에서 합성되는 Half-Deck Con'c로 구성되어 있으며, STA거더교는 콘크리트가 충진된 아치형 강재 박스거더 단면과 아치형 강재 박스거더 양단부의 하면을 연결시킨 타이드용 케이블로 구성되어 있고, SWPC교는 소수주형거더의 지간중앙부에 가설벤트를 설치하여 상승시킨 후, 지간중앙부 일부구간에 콘크리트 바닥판을 시공하고, 이어서 가설벤트 하강으로 소수주형거더에 프리스트레스를 도입시키는 것을 특징으로 하며, PUS교는 지간중앙부 정모멘트 구간에는 강재 U형박스거더 단면을 적용하고, 부모멘트 구간에는 콘크리트 바닥판에 프리스트레스 도입과 박스거더 내부의 하부플랜지 상면에 콘크리트가 타설된 박스거더로 구성되며, SBarch교는 지점부에 강재 박스거더 단면을 적용하고, 지간중앙부는 와인잔 형태의 소수주형 거더와 소수주형거더 내부에 아치형태의 콘크리트를 일정두께로 타설하는 것으로 구성되어 있다.

그러나, 이들 형식들은 모두 강재의 압축좌굴에 대한 강성증진 방법으로 보강재를 용접하여 부착하거나, 부재두께를 증가시키는 방법으로 대처하고 있으며,

이와 같은 방법은 강재의 재료효율을 반감시킴으로써, 사용되는 강재량이 증가하며, 강재 U형박스거더의 웨브 또는 강재 박스거더의 웨브에 수평보강재와 수직보강재를 용접으로 부착시켜야 하는 공정으로 박스거더의 제작비가 증가하게 된다.

뿐만 아니라, 재료적 신뢰성이 우수한 강재 박스거더를 제작하는 과정에서 발생되는 용접연결부는 강재손상이 발생되는 취약부로 작용하게 되므로, 강재 U형박스거더 또는 강재 박스거더에 사용되는 보강재 수를 감소시켜 용접길이를 줄일 수 있는 대안수립이 필요하다.

상기의 목적은, U형박스거더 단면 또는 박스거더 단면의 인장영역은 강재웨브와 강재플랜지로 구성하고, U형박스거더 단면 또는 박스거더 단면의 압축영역은 콘크리트 합성웨브와 강재 플랜지로 구성하거나 또는 콘크리트 합성웨브와 콘크리트 플랜지로 구성함으로써, U형박스거더 또는 박스거더 내부에 보강재 부착 없이도 강재의 압축좌굴에 대한 소요강성을 확보할 수 있다.

위에서 언급한 사항을 세부적으로 기술해 보면, 제5도에서의 18과 같은 지간중앙부 정모멘트 구간에서는 강재 U형박스거더 단면 또는 강재 박스거더 단면에서 제5도에서의 18과 같은 중립축 상단부의 압축영역에 있는 강재 U형박스거더 단면의 웨브 또는 강재 박스거더 단면의 웨브 내측부에 콘크리트와의 합성거동이 원할하도록 제1도에서의 2와 같은 전단연결재를 용접으로 부착시키고, 제1도에서의 4와 같은 콘크리트 타설용 강재 플레이트를 강재 U형박스거더 단면 또는 강재 박스거더 단면의 중립축 부근에 있는 제1도에서의 1과 같은 웨브에 용접 부착한 후 강재 U형박스거더 단면 또는 강재 박스거더 단면의 제1도에서의 1과 같은 웨브 내측부에 접하여 제1도에서의 3과 같은 콘크리트를 타설한다.

그리고, 강재 박스거더 단면의 제3도에서의 11과 같은 상부플랜지 대신에 제1도에서의 5와 같은 콘크리트 플랜지로 구성할 경우는 제1도에서의 3과 같은 콘크리트 합성웨브의 콘크리트에 제1도에서의 8과 같이 배근되는 철근을 제1도에서의 5와 같은 콘크리트 플랜지와의 연결시공을 위해 돌출시켜야 한다. 제1도에서의 7과 같은 거푸집을 설치한 후에 제1도에서의 3과 같은 콘크리트 합성웨브의 콘크리트를 타설 및 양생시키고, 제1도에서의 5와 같은 콘크리트 플랜지 시공을 위해서 제1도에서의 9와 같은 콘크리트 플랜지의 인장용 철근을 배근한 후 제1도에서의 5와 같은 콘크리트 플랜지를 타설하여 양생시킨다. 이때, 제1도에서의 5와 같은 콘크리트 플랜지 두께는 콘크리트 강도로 조절가능하고, 제1도에서의 5와 같은 콘크리트 플랜지가 콘크리트 바닥판과 원활하게 합성거동하도록 제1도에서의 6과 같은 다수의 연결용 철근을 돌출시켜 배근한다.

또한, 제5도에서의 19와 같은 중간지점부 부모멘트 구간에서는 강재 박스거더 단면의 중립축 하면에 위치하는 압축영역에서 제2도에서의 1과 같은 강재 박스거더 웨브에 제2도에서의 2와 같은 전단연결재를 용접부착한 후, 강재 박스거더의 제4도에서의 12와 같은 하부플랜지 상면에 제2도에서의 20과 같은 콘크리트를 타설 시킨 후, 강재 박스거더 단면의 제2도에서의 1과 같은 웨브 내측에 제2도에서의 10과 같은 콘크리트를 타설하여 합성시킨다.

이상 설명한 바와 같이 강재 U형박스거더 단면 또는 강재 박스거더 단면의 압축부에 위치하고 있는 강재 U형박스거더 단면 또는 강재 박스거더 단면의 제1도에서의 1과 제2도에서의 1과 같은 웨브의 내측부에 제1도에서의 2와 제2도에서의 2와 같은 전단연결재를 부착한 후에 제1도에서의 3과 제2도에서의 10과 같은 콘크리트를 타설하여 합성시키면, 강재 U형박스거더 단면 또는 강재 박스거더 단면의 웨브에 대해 압축좌굴에 대한 강성증가 효과가 있어서 강재 U형박스거더 단면 또는 강재 박스거더 단면의 제1도에서의 1과 제2도에서의 1과 같은 웨브 플레이트에 대한 플레이트의 두께 감소가 가능하고, 제3도에서의 16과 제4도에서의 16과 같은 수평보강재 및 제3도에서의 17과 제4도에서의 17과 같은 수직보강재 부착없이도 강재의 압축좌굴에 대한 안전성 확보가 가능하다.

또한, 제3도에서의 16과 제4도에서의 16과 같은 수평보강재 및 제3도에서의 17과 제4도에서의 17과 같은 수직보강재의 감소 또는 제거는 강구조물에서 취약부인 부재간 용접연결부를 최소화 할 수 있고, 강재 U형박스거더 또는 박스거더의 제작성을 향상시켜 제작비가 감소하게 되며, 강재표면을 제1도에서의 3과 제2도에서의 10과 제2도에서의 20과 같은 콘크리트가 덮고 있어서, 강재단면의 도장부위가 감소하게되므로 유지관리성도 향상시키는 효과가 있다.

제1도는 본 발명에 따른 지간중앙부 정모멘트 구간에서 강재 U형박스거더 단면의 압축영역에 콘크리트 합성웨브를 갖는 강재 U형박스거더 단면도
제2도는 지점부 부모멘트 구간에서 강재 박스거더 단면의 압축영역에 콘크리트 합성웨브를 갖는 강재 박스거더 단면도
제3도는 정모멘트 구간에서 강재 박스거더 단면의 사시도
제4도는 부모멘트 구간에서 강재 박스거더 단면의 사시도
제5도는 일반적인 강합성 박스거더교에서 정모멘트 구간과 부모멘트 구간의 강재 박스거더 단면에서의 압축영역에 대한 개념도
제6도는 지간 중앙부 정모멘트 구간에서 강재 박스거더 단면의 압축영역에 콘크리트 합성웨브를 갖는 강재 박스거더 단면도

본 명세서에 첨부된 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것으로 도면에 기재된 사항에 한정되거나 해석되어서는 안된다.

발명의 구체적 내용으로는 제5도에서의 18과 같은 지간중앙부의 정모멘트 구간에서는 제1도에서 2와 같은 전단연결재를 제1도에서의 1과 같은 박스거더의 웨브의 내측과 제1도에서의 3과 같은 콘크리트가 합성하여 거동하도록, 제1도에서 1과 같은 박스거더 웨브의 내측에 용접 부착하고, 제1도에서의 4와 같은 강재 플레이트를 제1도에서의 3과 같이 타설되는 콘크리트를 시공하기 위해 제1도에서의 1과 같은 박스거더 웨브의 내측에 부착한다.

제1도에서의 4와 같은 강재 플레이트를 제1도에서의 1과 같은 웨브의 내측에 부착한 후, 이어서 제1도에서의 7과 같은 거푸집을 설치하고, 제1도에서의 3과 같은 콘크리트를 제1도에서의 1과 같은 박스거더의 웨브의 내측에 접하여 타설하여 양생시킨다. 이때, 제1도에서의 8과 같은 연결용 철근은 제1도에서의 5와 같은 콘크리트 플랜지와의 일체화 거동을 위해 돌출하여 배근한다.

제1도에서의 3과 같은 콘크리트가 양생이 완료되면, 제1도에서의 5와 같은 콘크리트 플랜지에 제1도에서의 9와 같은 철근을 배근한 후 제1도에서의 5와 같은 콘크리트 플랜지를 타설 및 양생한다.

그리고 제5도에서의 19와 같은 지점부의 부모멘트 구간에서는 제2도에서의 2와 같은 전단연결재를 제2도에서의 1과 같은 박스거더 웨브의 내측에 부착한 다음에 제2도에서의 10과 제2도에서의 20과 같은 콘크리트를 박스거더 내측에 타설하여 양생한다.

1. 강재 U형박스거더 단면의 웨브
2. 전단연결재
3. 콘크리트 합성웨브를 구성하는 콘크리트
4. 콘크리트 합성웨브를 구성하는 콘크리트 시공을 위해 웨브의 내측에 부착하는 강재 플레이트
5. 정모멘트 구간에서 강재 박스거더 단면의 압축플랜지를 대체하는 콘크리트 플랜지
6. 콘크리트 바닥판과 콘크리트 플랜지가 일체화되도록 돌출하여 배근하는 철근
7. 콘크리트 합성웨브 시공과 콘크리트 플랜지 시공을 위해 설치하는 거푸집
8. 콘크리트 합성웨브와 콘크리트 플랜지와의 일체화 거동을 위해 돌출시켜 배근하는 철근
9. 콘크리트 플랜지에 배근하는 철근
10. 부모멘트 구간에서 콘크리트 합성웨브를 구성하는 콘크리트
11. 강재 박스거더에서의 상부플랜지 플레이트
12. 강재 박스거더에서의 하부플랜지 플레이트
13. 강재 박스거더에서의 웨브 플레이트
14. 강재 박스거더에서의 종방향 보강재
15. 강재 박스거더에서의 횡방향 보강재
16. 강재 박스거더에서의 수평보강재
17. 강재 박스거더에서의 수직보강재
18. 지간중앙부의 정모멘트 구간
19. 중간지점부의 부모멘트 구간
20. 부모멘트 구간에서 강재박스거더 하부플랜지 상면에 타설되는 콘크리트

Claims (3)

1. 제5도에서의 18과 같은 정모멘트 구간과 제5도에서의 19와 같은 부모멘트 구간에 위치하는 강재 U형박스거더 단면 또는 강재 박스거더 단면에서 제1도에서의 단면구성 내용과 제2도에서의 단면구성 내용 그리고 제6도에서의 단면구성 내용과 같이 강재 U형박스거더 단면 또는 강재 박스거더 단면의 내측에서 제5도에서의 18과 제5도에서의 19와 같은 압축영역에, 제1도에서의 2와 같은 전단연결재와 제2도에서의 2와 같은 전단연결재를 용접하여 부착한 후, 제1도에서 3과 같은 콘크리트와 제2도에서의 10과 같은 콘크리트를 제1도에서의 1과 제2도에서의 1과 같은 웨브의 내측에 접하도록 타설하여 합성시킨, 제1도에서의 3과 제2도에서의 10과 같이 콘크리트 합성웨브를 갖는 강재 U형박스거더 단면 및 그 시공방법 또는 강재 박스거더 단면 및 그 시공방법
   
2. 강재 박스거더 단면의 제6도에서의 11과 같은 강재 상부플랜지 플레이트를 대체하여, 가설중 압축응력에 저항하도록 제1도에서의 3과 같은 콘크리트 합성웨브의 콘크리트에 제1도에서의 8과 같은 연결철근을 돌출 배근하고, 제1도에서의 3과 같은 콘크리트 합성웨브의 콘크리트에 일체화되어 연결시공된 제1도에서의 5와 같은 콘크리트 플랜지를 갖는 강재 U형박스거더 단면 및 그 시공방법
   
3. 제5도에서의 19와 같은 중간지점부의 부모멘트 구간에서 제2도에서의 2와 같은 전단연결재를 제2도에서의 1과 같은 강재 박스거더 웨브의 내측에 용접하여 부착하고, 제2도에서의 10과 같은 콘크리트를 제2도에서의 1과 같은 웨브에 접하여 타설 양생된 강재 박스거더 단면에서, 압축응력을 받는 제4도에서의 12와 같은 하부플랜지 플레이트를 강재의 압축좌굴에 대한 강성이 증가되도록 하기위해 제2도에서의 20과 같이 타설 양생된 콘크리트를 갖는 강재 박스거더 단면 및 그 시공방법
   
   

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