KR20160073710A - 프리스트레스가 도입된 대편심의 강-콘크리트 합성 박스거더, 이를 이용한 교량 및 강-콘크리트 합성 박스거더의 다경간 연속구조 - Google Patents

프리스트레스가 도입된 대편심의 강-콘크리트 합성 박스거더, 이를 이용한 교량 및 강-콘크리트 합성 박스거더의 다경간 연속구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강재(鋼材)와 콘크리트가 일체로 합성되어 있는 구성을 가지고 있되, 박스 형태의 단면을 가지게 되며 거더 전체의 단면 중심을 위쪽으로 상향 이동시켜서 인장측에 배치된 긴장재 위치까지의 편심거리가 더 증가된 대편심(大偏心)을 가지게 함으로써, 프리스트레스 도입효과를 더욱 향상시켜서 강재부가 부담하는 인장력을 크게 감소시키고 그에 따라 강재량을 절감하며 유지 관리에도 유리한 저형고 장경간의 거더를 형성하게 되는 "대편심의 강-콘크리트 합성 박스거더"와 "이를 이용한 교량", 그리고 "이러한 강-콘크리트 합성 박스거더의 다경간 연속구조"에 관한 것이다.

Description

프리스트레스가 도입된 대편심의 강-콘크리트 합성 박스거더, 이를 이용한 교량 및 강-콘크리트 합성 박스거더의 다경간 연속구조{Prestressed Steel-Concrete Composite Box Girder, Bridge using such Composite Box Girders, and Continuous Structure of such Composite Box Girders}
본 발명은 콘크리트와 강재가 일체로 합성되고 프리스트레스가 도입되며 박스형 단면을 가지는 강-콘크리트 합성 박스거더(Steel-Concrete Composite Box Girder/ 이하, "강합성 박스거더"라고 약칭함)와, 이러한 강합성 박스거더를 이용한 교량, 그리고 이러한 강합성 박스거더의 다경간 연속구조에 관한 것으로서, 구체적으로는 강재(鋼材)와 콘크리트가 일체로 합성되어 있는 구성을 가지고 있되, 박스 형태의 단면을 가지게 되며 거더 전체의 단면 중심을 위쪽으로 상향 이동시켜서 인장측에 배치된 긴장재 위치까지의 편심거리가 더 증가된 대편심(大偏心)을 가지게 함으로써, 프리스트레스 도입효과를 더욱 향상시켜서 강재부가 부담하는 인장력을 크게 감소시키고 그에 따라 강재량을 절감하며 유지 관리에도 유리한 저형고 장경간의 거더를 형성하게 되는 "프리스트레스가 도입된 대편심의 강-콘크리트 합성 박스거더"와 "이를 이용한 교량", 그리고 "이러한 강-콘크리트 합성 박스거더의 다경간 연속구조"에 관한 것이다.
교차로 횡단구간 또는 하천통과구간에서 거더의 높이가 낯은 저형고의 거더가 요구되는 경우, 종래에는 강재에 프리플렉스에 의한 압축력이 도입되도록 구성한 프리플렉스 빔을 많이 이용하였다. 그러나 프리플렉스 빔의 경우, 강재에 프리플렉스에 의한 압축력을 도입하기 위하여 대규모의 제작 장치가 필요할 뿐만 아니라 강재량이 많이 소요되는 단점을 가지고 있다. 이러한 종래의 프리플렉스 빔의 대안으로서, 강재의 하부플랜지를 콘크리트에 매립하여 강재와 콘크리트를 일체로 합성하고 콘크리트에 프리스트레스를 도입한 강합성 PSC 거더라는 이름의 거더 형식이 제안되었다. 이러한 종래의 강합성 PSC 거더는 대한민국 등록특허 제10-0547619호 등에 의해서 공지되어 있다.
그런데 종래기술에 의한 강합성 PSC 거더는 강재빔의 하부 즉, 강재빔의 하부플랜지에 콘크리트 부재를 합성한 형태를 가지고 있기 때문에 인장응력에 취약한 문제가 있으며, 단면 중심으로부터 긴장력 도입을 위한 긴장재까지의 거리 즉, 편심거리가 짧기 때문에 하부의 콘크리트 부재에 도입되어야 하는 긴장력 도입량이 커야 하고, 그에 따라 많은 량의 긴장재를 사용하거나 또는 큰 힘으로 긴장 작업을 수행하여야 하므로, 거더의 제작 효율이 낮으며 제작비용도 많이 소요되어 교량 시공비의 증가 원인이 된다는 단점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0547619호(2006. 01. 31. 공고).
본 발명은 위와 같은 종래 기술이 가지는 단점과 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 강재와 콘크리트가 일체로 합성되어 있으며 박스 형태의 단면을 가지면서도 거더 전체의 단면 중심을 위쪽으로 상향 이동시켜서 인장측에 배치된 긴장재 위치까지의 편심거리가 더 증가되도록 하여 대편심(大偏心)을 가지게 함으로써, 프리스트레스 도입효과를 더욱 향상시켜서 강재부가 부담하는 인장력을 크게 감소시키고 그에 따라 강재량을 절감하며 유지 관리에도 유리한 저형고 장경간의 거더를 형성할 수 있게 되는 프리스트레스가 도입된 대편심의 강-콘크리트 합성 박스거더, 이를 이용한 교량 및 강-콘크리트 합성 박스거더의 다경간 연속구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 연직하게 세워져 있고 종방향으로 길게 연장되어 있으며 횡방향으로는 간격을 두고 서로 마주보는 한 쌍의 강재 빔과; 한 쌍의 강재 빔의 연직 하단에서 한 쌍의 강재 빔의 하단이 동시에 매립되도록 일체로 결합되는 하면 콘크리트부재와; 한 쌍의 강재 빔의 연직 상단에서 한 쌍의 강재 빔과 일체화되어 한 쌍의 강재 빔 사이의 간격에 설치되는 상면 콘크리트부재를 포함하여, 상자형의 단면을 가지며; 하면 콘크리트부재에는 종방향으로 긴장재가 배치되고 단부에서 정착장치에 의해 정착되어 종방향으로 압축 프리스트레스가 도입되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강합성 박스거더가 제공된다.
또한 본 발명에서는 교량 하부구조물 및 상기 교량 하부구조물 위에 설치되는 교량 상부구조물로 구성되는 교량으로서, 교량 상부구조물은, 상기한 본 발명에 따른 강합성 박스거더의 외면에 피복 콘크리트부가 일체로 피복 결합된 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 교량이 제공된다.
더 나아가, 본 발명에서는 상기한 강합성 박스거더가 종방향으로 복수개 연속 배치되어 있는 강합성 박스거더의 다경간 연속구조가 제공되는데, 본 발명에 따른 강합성 박스거더의 연속구조에서는; 강합성 박스거더의 연속 단부에서 상면 콘크리트부재의 상면에는 오목부가 형성되어 있으며; 2개의 이웃하는 강합성 박스거더 양쪽에 걸쳐서 상면 콘크리트부재에는 부모멘트 보강용 긴장재가 긴장 배치되어 있되, 부모멘트 보강용 긴장재의 단부가 각각 오목부 내에 긴장 정착되어 긴장력이 도입되어 있는 구성을 가진다.
또한 본 발명에 따른 상기한 강합성 박스거더, 이를 이용한 교량 및 다경간 연속구조에 있어서, 강합성 박스거더의 중앙부에는, 단면 형상이 일정하게 유지되는 제1동일단면 구간이 존재하고; 제1동일단면 구간의 종점부터 각각 양단 방향으로, 단면의 형상이 변화되어 가는 단면변화 구간이 존재하며; 단면변화 구간부터 종방향의 양단면까지 단면 형상이 일정하게 유지되는 제2동일단면 구간이 존재하는 구성을 가지고 있는데; 단면변화 구간과 제2동일단면 구간에서는, 강재 빔의 복부판 사이에, 하면 콘크리트부재와 일체를 이룬 형태의 채움 콘크리트부가 존재하는데; 단면변화 구간에서는 종방향 양단 방향으로 가면서 한 쌍의 복부판 사이에 채워져 존재하는 채움 콘크리트부의 깊이가 점차로 증가하게 되고, 제2동일단면 구간에서는 채움 콘크리트부의 깊이가 일정하게 유지되어 있는 단면 형상을 가지질 수도 있다.
본 발명의 강합성 박스거더는, 2개의 강재 빔, 하면 콘크리트부재 및 상면 콘크리트부재에 의해 종방향으로 박스형상의 단면을 가지게 되고, 그에 따라 충분히 큰 비틀림 강성을 발휘할 수 있게 되며, 따라서 본 발명의 강합성 박스거더는 교량의 직선구간 뿐만 아니라 곡선구간에서도 최적의 상태로 이용할 수 있게 되는 장점을 가진다.
특히, 본 발명의 강합성 박스거더에서는, 서로 마주보는 한 쌍의 강재 빔의 연직 상단에서 상면 콘크리트부재가 강재 빔과 일체화 되어 한 쌍의 강재 빔 사이의 간격에 설치되어 있는 구성의 단면형상을 가지고 있으므로, 거더의 전체적인 단면적이 증가되어 단면중심이 상향이동하게 되고, 따라서 단일 강재 빔의 하단에 콘크리트 부재가 일체화된 구성을 가지고 있어서 단면중심이 하단의 콘크리트 부재에 근접하게 되는 종래의 강합성 거더에 비하여, 단면중심에서부터 긴장재까지의 편심거리가 증가하게 되므로, 긴장재에 의한 압축 프리스트레스 도입 효과가 극대화되어 강재부가 부담해야 할 인장력이 크게 감소된다. 따라서 저형고의 장경간 거더를 형성할 수 있게 되어 작업 단축과 공기 단축의 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 강재부를 위한 강재 사용량을 줄일 수 있어 시공비용의 절감 효과를 기대할 수 있게 된다.
본 발명의 강합성 박스거더는 종방향의 양단으로 가면서 점차 그 단면 형상이 변화될 수 있으며, 이 경우 부모멘트 작용 구간에서의 단면 크기 확대를 통해서 부모멘트에 대한 저항 능력을 크게 향상시킬 수 있게 되는 장점도 가지게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 강합성 박스거더의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 선 A-A에 따른 본 발명의 강합성 박스거더에 대한 개략적인 종방향의 단면도이다.
도 3은 도 3에는 동일한 연직 높이를 가지는 본 발명의 강합성 박스거더와 종래의 강합성 거더의 편심거리 비교를 위한 개략적인 종방향 단면도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 강합성 박스거더를 이용한 교량 상부구조물의 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4의 선 B-B에 따른 개략적인 종방향 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예로서 종방향으로 가면서 단면의 형상이 변화되는 구성을 가지는 본 발명의 강합성 박스거더에 대한 개략적인 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예에 따른 강합성 박스거더의 개략적인 횡방향 측면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 강합성 박스거더의 단면변화 구간에 대한 도 7의 선 C-C에 따른 개략적인 종방향 단면도이다.
도 9는 도 7에 도시된 강합성 박스거더의 종방향 양단부측에서의 측면도이다.
도 10은 도 6 내지 도 9에 도시된 실시예에 따른 강합성 박스거더를 이용한 교량 상부구조물의 개략적인 사시도이다.
도 11은 도 10의 선 F-F에 따른 개략적인 종방향 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 교량 상부구조물의 종방향 양단부측에서의 측면도이다.
도 13은 도 6에 도시된 본 발명의 강합성 박스거더 2개가 종방향으로 연속 배치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 2경간 연속구조에 대한 개략적인 횡방향 측면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 강합성 박스거더(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 선 A-A에 따른 본 발명의 강합성 박스거더(100)에 대한 개략적인 종방향의 단면도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 예시된 것처럼, 본 발명에 따른 강합성 박스거더(100)는, 연직하게 세워져 있고 종방향으로 길게 연장되어 있으며 횡방향으로는 간격을 두고 서로 마주보는 한 쌍의 강재 빔(1)과, 상기 한 쌍의 강재 빔(1)의 연직 하단에서 한 쌍의 강재 빔(1)의 하단이 동시에 매립되도록 일체로 결합되는 하면 콘크리트부재(2)와, 상기 한 쌍의 강재 빔(1)의 연직 상단에서 한 쌍의 강재 빔(1)과 일체화되어 한 쌍의 강재 빔(1) 사이의 간격에 설치되는 상면 콘크리트부재(3)를 포함하는 구성을 가진다.
한 쌍의 강재 빔(1)은 각각 연직한 복부판(11)과 하부플랜지(12)와 상부플랜지(13)를 가지고 있어서 종방향으로 영문자 I형 단면을 가지도록 구성될 수 있는데, 복부판(11)에서 외측면에는 후술하는 것처럼 피복 콘크리트부와의 일체화를 위하여 스터드와 같은 전단연결재(4)가 돌출된 형태로 일체 구비될 수 있다. 상부플랜지(13)의 상면에도 콘크리트와의 일체화를 위한 전단연결재(4)가 구비될 수 있다. 도면에서는 도시되어 있지 않지만, 하부플랜지(12)의 하면에도 전단연결재(4)가 구비될 수 있다.
하면 콘크리트부재(2)는 두께를 가지는 판부재로서 한 쌍의 강재 빔(1)의 하단부가 모두 하면 콘크리트부재(2)에 매립되어 일체화되어 있다. 위와 같이 강재 빔(1)이 하부플랜지(12)를 가지는 경우, 한 쌍의 강재 빔(1) 각각의 하부플랜지(12)가 하면 콘크리트부재(2)에 매립됨으로써, 한 쌍의 강재 빔(1)이 하나의 하면 콘크리트부재(2)에 의해 일체화된 구조를 가지는 것이다. 하면 콘크리트부재(2)에는 종방향으로 긴장재(22)가 배치되고 단부에서 정착장치(220)에 의해 정착되어 종방향으로 압축 프리스트레스가 도입된다.
상면 콘크리트부재(2) 역시 두께를 가지는 판부재로 구성되는데, 강재 빔(1)의 상단 위치에서 한 쌍의 강재 빔(1) 사이의 간격에 수평하게 위치하며, 상면 콘크리트부재(3)의 횡방향 양단이 각각 강재 빔(1)의 내측면과 접하여 일체화되어 있다. 이를 위하여 도면에 도시된 것처럼 상면 콘크리트부재(3)가 존재하게 되는 위치에서 한 쌍의 강재 빔(1) 각각의 내측면에는 전단연결재(4)가 돌출 구비되어 상면 콘크리트부재(3)의 횡방향 양단에 각각 매립되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 강합성 박스거더(100)는 2개의 강재 빔(1), 하면 콘크리트부재(2) 및 상면 콘크리트부재(3)에 의해 종방향으로 박스형상의 단면을 가지게 되고, 그에 따라 충분히 큰 비틀림 강성을 발휘할 수 있게 된다. 따라서 본 발명의 강합성 박스거더는 교량의 직선구간 뿐만 아니라 곡선구간에서도 최적의 상태로 이용할 수 있게 되는 장점이 있다.
특히, 상기한 본 발명의 강합성 박스거더(100)는, 하면 콘크리트부재(2)에 배치된 긴장재(22)까지의 편심거리가 큰 "대편심"의 특징을 가진다. 즉, 강합성 박스거더의 단면 중심에서부터 하면 콘크리트부재(2)에 배치된 긴장재(22)의 중심까지 긴 거리를 가지게 되는 것이다. 도 3에는 동일한 연직 높이를 가지는 2개의 거더에서의 편심거리 비교를 위한 개략적인 종방향 단면도가 도시되어 있는데, 도 3의 (a)는 본 발명의 강합성 박스거더에 대한 종방향의 단면도이고 도 3의 (b)는 하나의 강재 빔의 하단에 콘크리트가 결합된 종래의 강합성 거더에 대한 종방향의 단면도이다.
위에서 살펴본 것처럼, 본 발명의 강합성 박스거더(100)에서는, 한 쌍의 강재 빔(1) 상단에서 상면 콘크리트부재(3)가 강재 빔(1) 사이의 간격에 일체로 구비되어 있으므로 거더의 전체적인 단면적이 증가하게 되고, 그에 따라 단일 강재 빔의 하면에 단순히 콘크리트 부재가 일체화된 구성을 가지는 종래의 강합성 거더보다 단면 중심이 더 위쪽에 존재하게 된다. 즉, 본 발명의 강합성 박스거더(100)에서는 상면 콘크리트부재(3)의 존재에 의해 단면 중심이 상향이동하게 되는 것이다.
따라서 도 3에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 강합성 박스거더(100)의 편심거리(ep1)는 종래 기술에 의한 강합성 거더의 편심거리(ep2) 보다 더 크며, 그에 따라 긴장재(22)에 의한 압축 프리스트레스 도입 효과가 매우 우수하게 되고, 그만큼 긴장재(22)의 사용량을 줄이거나 긴장재(22)의 긴장력 도입량을 줄일 수 있게 된다. 즉, 거더를 제작할 때 도입되는 1차 긴장 작업만으로도 저형고의 장경간 거더를 형성할 수 있게 되는 것이다. 그러므로 본 발명에 의하면, 거더 제작을 위한 작업 단축과 공기 단축의 효과를 기대할 수 있게 된다. 더 나아가, 본 발명에서는 위와 같이 단면중심의 이동 및 그에 따른 긴장재(22)의 우수한 압축 프리스트레스 도입 효과에 의해, 강재부가 부담하는 인장력이 크게 줄어들게 되며, 그에 따라 감소시켜 강재량을 크게 절감할 수 있게 되고, 그만큼 거더의 제작비용을 크게 줄일 수 있게 되는 장점을 가진다.
도 4에는 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 강합성 박스거더(100)를 이용한 교량 상부구조물의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 4의 선 B-B에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 교량은, 교량 하부구조물(교각 또는 교대) 및 상기 교량 하부구조물 위에 설치되는 교량 상부구조물로 구성되는데, 교량 상부구조물은 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 강합성 박스거더(100)의 외면에 피복 콘크리트부(200)가 일체로 피복 결합된 단면 구조를 가진다. 도면에서 편의상 교량 상부구조물을 지지하는 교량 하부구조물(교각 또는 교대)은 도시를 생략하였다.
본 발명의 교량을 이루는 교량 상부구조물의 구성을 도 4 및 도 5를 참조하여 좀 더 상세히 살펴보면, 앞서 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 강합성 박스거더(100)에서 한 쌍의 강재 빔(1)과 상면 콘크리트부재(3)의 외면에는 소정 두께의 콘크리트가 일체로 타설되어 한 쌍의 강재 빔(1)과 상면 콘크리트부재(3)의 외면을 덮어서 피복하는 피복 콘크리트부(200)가 형성된다. 즉, 한 쌍의 강재 빔(1)의 외면과 상부플랜지(13)의 상면에 설치된 전단연결재(4)가 매립되도록 강재 빔(1)의 횡방향 외면 및 상부플랜지(13) 상면, 그리고 상면 콘크리트부재(3)의 상면에, 소정 두께의 콘크리트가 타설되어 피복 콘크리트부(200)가 형성되어 있는 것이다. 필요에 따라서는 도면에 도시된 것처럼 연직 상부 위치에서 피복 콘크리트부(200)는 횡방향으로 소정 길이로 연장되어 확장된 슬래브(201)를 가질 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 강합성 박스거더(100)를 이용한 교량의 상부구조물은, 강합성 박스거더(100)의 외면을 피복 콘크리트부(200)가 피복하고 있는 형태의 단면 구성을 가지고 있는 바, 강합성 박스거더(100)를 이루는 강재 빔(1)은 단지 교량 상부구조물의 단면 내부에서만 한쪽 횡측면이 노출되어 있을 뿐이다. 따라서 강재 빔(1)의 외기 노출이 없게 되어, 강재 빔(1)의 강재 도장 등의 유지 관리에 있어서 매우 유리하다는 장점이 있다.
본 발명의 강합성 박스거더(100)를 이용하여 교량을 시공할 때에는, 우선 본 발명의 강합성 박스거더(100)를 교대와 교각 사이 또는 교각과 교각 사이에 거치하고(1단계), 앞서 설명한 것처럼 강합성 박스거더(100)와 일체화 되도록 강재 빔(1)의 복부 외면과 상면 콘크리트부재(3)의 상면에, 콘크리트를 타설하여 피복 콘크리트부(200)를 형성함으로써 교량 상부구조물을 형성하게 된다. 이와 같이, 본 발명의 강합성 박스거더(100)를 이용하여 교량을 시공함에 있어서는, 강합성 박스거더(100)를 교량 하부구조물 위에 거치할 때, 차량 등이 통행하게 되는 바닥판 등을 위한 콘크리트 부분이 존재하지 않은 상태이므로, 거더를 인양하여 교량 하부구조물 위에 거치할 때 작용하는 가설중량이 상대적으로 적으며, 거더의 거치를 위한 크레인 등의 가설장비의 규모를 줄일 수 있게 되어 그에 따른 비용을 절감할 수 있음은 물론이고, 가설장비의 전도 방지 등과 같은 가설장비의 안전성 확보를 위한 조치를 취함에 있어서도 매우 유리하다는 장점이 있다.
또한 피복 콘크리트부(200)가 형성된 후에는, 피복 콘크리트부(200)가 강합성 박스거더(100)와 일체를 이루게 되어 강합성 박스거더(100)가 강재-콘크리트의 합성단면으로 거동하게 되므로, 구조적으로 매우 유리할 뿐만 아니라, 강성이 증대되어 처짐 및 진동에 대한 사용성 측면에서도 매우 유리하게 되는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 강합성 박스거더(100)는, 단경간의 교량뿐만 아니라 2경간 이상의 다경간 연속교량에도 사용될 수 있는데, 다경간 연속교량의 경우 지점부에서는 전단응력과 부모멘트로 인하여 거더에 작용하게 되는 응력이 커지게 된다. 본 발명에 따른 강합성 박스거더(100)는, 이와 같은 상황에 맞추어서 종방향으로 가면서 그 단면의 형상이 변화될 수 있다.
도 6에는 본 발명의 또다른 실시예로서 종방향으로 가면서 단면의 형상이 변화되는 구성을 가지는 본 발명의 강합성 박스거더(100)에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 도시된 실시예에 따른 강합성 박스거더(100)의 개략적인 횡방향 측면도가 도시되어 있다. 도 8에는 도 7에 도시된 강합성 박스거더(100)의 단면변화 구간(T)에 대한 개략적인 종방향 단면도(도 7의 선 C-C에 따른 개략적인 종방향 단면도)가 도시되어 있고, 도 9에는 도 7에 도시된 강합성 박스거더(100)의 종방향 양단부측에서의 측면도 즉, 도 7의 화살표 D 방향으로 바라본 개략적인 종방향 측면도가 도시되어 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 강합성 박스거더(100)는 종방향의 양단으로 가면서 점차 그 단면 형상이 변화될 수 있다. 단면 형상의 변화는 강합성 박스거더(100)의 종방향 중앙에서부터 시작할 수도 있지만, 도 6 및 도 7에 예시된 것처럼, 강합성 박스거더(100)의 중앙부에는 단면의 형상이 일정하게 유지되는 제1동일단면 구간(S1)이 존재하고, 제1동일단면 구간(S1)의 종점부터 각각 양단 방향으로 소정 길이의 구간에 걸쳐서, 단면의 형상이 변화되어 가는 단면변화 구간(T)이 존재하게 된다. 경우에 따라서는 단면변화 구간(T)부터 종방향의 양단면까지 또다시 단면 형상이 일정하게 유지되는 제2동일단면 구간(S2)이 존재할 수도 있다.
우선 제1동일단면 구간(S1)의 단면 구성은 앞서 설명한 도 2의 실시예와 동일하다. 즉, 도 7의 선 E-E에 따른 제1동일단면 구간(S1)의 종방향 단면은 도 2와 동일하므로 도 7에 도시된 실시예에 대한 제1동일단면 구간(S1)의 종방향 단면 형상을 반복하여 도시하는 것은 생략하였다.
본 발명의 강합성 박스거더(100)에 있어서 단면변화 구간(T)에서는 도 8에 도시된 것처럼, 하면 콘크리트부재(2)의 형성을 위하여 콘크리트를 타설할 때 강재 빔(1)의 복부판(11) 사이의 간격에도 콘크리트가 채워지게 된다. 즉, 단면변화 구간(T)에서는 강재 빔(1)의 복부판(11) 사이에, 하면 콘크리트부재(2)와 일체를 이룬 형태의 채움 콘크리트부(25)가 존재하는 것이다. 특히, 단면변화 구간(T)에서는 종방향 양단 방향으로 가면서 강재 빔(1)의 복부판(11) 사이에 채워지는 콘크리트의 깊이가 점차로 증가하게 된다. 즉, 단면변화 구간(T)에서는 강재 빔(1)의 복부판(11) 사이에 콘크리트가 채워짐으로써, 하면 콘크리트부재(2)와 일체로 형성되는 채움 콘크리트부(25)가 존재하게 되는데, 채움 콘크리트부(25)의 채움 높이는 종방향 양단 방향으로 가면서 점차로 증가하는 것이다.
이와 같이 종방향 양단 방향으로 가면서 채움 콘크리트부(25)의 높이가 증가하게 되고, 단면변화 구간(T)에 연속하여 제2동일단면 구간(S2)이 존재하는 경우, 제2동일단면 구간(S2)에서는 다시 채움 콘크리트부(25)의 높이가 일정하게 유지된다. 이와 같이 본 발명에 따른 강합성 박스거더(100)의 경우, 단면변화 구간(T)과 양단부에서는 한 쌍의 강재 빔(1)의 복부판(11) 사이의 간격에 채움 콘크리트부(25)가 하면 콘크리트부재(2)와 일체로 형성되어 있으므로, 부모멘트에 대한 저항 능력이 크게 향상되는 효과가 발휘된다. 특히, 위와 같이 단면변화 구간(T)과 양단부에서 채움 콘크리트부(25)가 존재하는 경우, 도 7에서 굵은 점선으로 도시된 것처럼 긴장재(22)는 양단부로 갈수록 그 위치가 상승되는 곡선 형태로 배치될 수 있다.
도 6 내지 도 9에 도시된 실시예에 따른 본 발명의 강합성 박스거더(100) 역시, 그 외면에 피복 콘크리트부(200)가 일체로 피복 결합된 단면 구성으로서 교량 상부구조물을 형성할 수 있다. 도 10에는 도 6 내지 도 9에 도시된 실시예에 따른 강합성 박스거더(100)를 이용한 교량 상부구조물의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 11에는 도 10의 선 F-F에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 12에는 도 11에 도시된 교량 상부구조물의 종방향 양단부측에서의 측면도 즉, 도 11의 화살표 G 방향으로 바라본 개략적인 종방향 측면도가 도시되어 있다.
도 10 내지 도 12에 도시된 것처럼 채움 콘크리트부(25)가 구비된 강합성 박스거더(100)가 교량 상부구조물로 이용될 경우, 앞서 도 4 및 도 5와 관련하여 살펴본 것과 마찬가지로 강합성 박스거더(100)의 외면에 피복 콘크리트부(200)가 일체로 피복 결합된 단면 구조를 가지게 된다. 도 10 내지 도 12의 교량 상부구조물을 이루기 위하여 강합성 박스거더(100)의 외면에 피복 콘크리트부(200)가 일체로 형성되는 구성에 대한 기타 사항은 앞서 도 4 및 도 5와 관련하여 살펴본 내용과 동일하므로 반복 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에 따른 박스거더(100)는 단독으로 사용되어 단경간 교량 등에 이용될 수도 있지만, 복수개의 박스거더(100)가 종방향으로 연속배치된 다경간 구조로 사용될 수 있다. 도 13에는 본 발명의 강합성 박스거더(100) 2개가 종방향으로 연속 배치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 14에는 도 13의 상태에 대한 횡방향 측면도가 도시되어 있다.
도 13 및 도 14에 도시된 것처럼, 복수개의 강합성 박스거더(100)를 종방향으로 연속시켜 다경간으로 사용할 경우, 연속되는 지점부에서 발생되는 부모멘트에 대응한 보강을 위하여, 부모멘트 보강용 긴장재(8)가 강합성 박스거더(100) 내에 더 배치될 수 있다. 즉, 2개의 이웃하는 강합성 박스거더(100) 양쪽에 걸쳐서 상면 콘크리트부재(3) 내에 부모멘트 보강용 긴장재(8)가 긴장 배치될 수 있는 것이다. 이를 위하여, 강합성 박스거더(100)의 연속 단부에서 상면 콘크리트부재(3)의 상면에는 오목부(81)를 형성하고, 2개의 이웃하는 강합성 박스거더(100) 양쪽에 걸쳐서 상면 콘크리트부재(3) 내에 배치되는 부모멘트 보강용 긴장재(8)의 단부가 각각 오목부(81) 내에 긴장 정착되도록 할 수 있다.
또한 2개의 이웃하는 강합성 박스거더(100)를 연속화함에 있어서는, 복부판(11)에 연속결합판(85)을 일체로 결합함으로써 2개의 이웃하는 강합성 박스거더(100)의 복부판(11) 역시 연속화시키게 된다. 위의 설명에서는 2개의 강합성 박스거더(100)가 연속화되는 2경간 상태만 설명하였으나, 본 발명에서는 3경간 이상의 연속화된 형태로 강합성 박스거더(100)가 배치될 수도 있다.
이와 같이 복수개의 강합성 박스거더(100)가 연속화된 상태에서, 강합성 박스거더(100)의 외면에 피복 콘크리트부(200)를 일체로 피복 결합시켜서 다경간 연속교의 교량 상부구조물로 이용될 수 있다.
위에서 설명한 연속결합판(85)을 이용항 강합성 박스거더(100)는 다경간을 구성하는 경우 이외에도 하나의 경간 내에서 강합성 박스거더(100)를 종방향으로 복수개의 분절된 유닛으로 제작하여, 이러한 복수개의 유닛을 일체화시켜 하나의 강합성 박스거더(100)를 형성하는데 이용할 수도 있다. 즉, 설계된 종방향 길이를 가지는 하나의 강합성 박스거더(100)를 형성함에 있어서, 원래 계획된 종방향 길이보다 짧은 길이를 가지는 복수개의 분절 유닛 형태로 나누어서 제작한 후, 이러한 분절 유닛을위에서 설명한 것처럼 연속배치하고 2개의 이웃하는 분절 유닛의 복부판(11)에 연속결합판(85)을 일체로 결합하는 방식으로 복수개의 분절 유닛을 일체화시키고, 종방향으로 긴장재을 긴장시킴으로써 하나의 강합성 박스거더(100)를 형성할 수 있는 것이다.
1: 강재 빔
2: 하면 콘크리트부재
3: 상면 콘크리트부재
4: 전단연결재
11: 복부판
12: 하부플랜지
13: 상부플랜지
22: 긴장재
25: 채움 콘크리트부
100: 강합성 박스거더
200 피복 콘크리트부

Claims (4)

  1. 연직하게 세워져 있고 종방향으로 길게 연장되어 있으며 횡방향으로는 간격을 두고 서로 마주보는 한 쌍의 강재 빔(1)과;
    한 쌍의 강재 빔(1)의 연직 하단에서 한 쌍의 강재 빔(1)의 하단이 동시에 매립되도록 일체로 결합되는 하면 콘크리트부재(2)와;
    한 쌍의 강재 빔(1)의 연직 상단에서 한 쌍의 강재 빔(1)과 일체화되어 한 쌍의 강재 빔(1) 사이의 간격에 설치되는 상면 콘크리트부재(3)를 포함하여, 상자형의 단면을 가지며;
    하면 콘크리트부재(2)에는 종방향으로 긴장재(22)가 배치되고 단부에서 정착장치(220)에 의해 정착되어 종방향으로 압축 프리스트레스가 도입되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강합성 박스거더.
  2. 제1항에 있어서,
    강합성 박스거더(100)의 중앙부에는, 단면 형상이 일정하게 유지되는 제1동일단면 구간(S1)이 존재하고;
    제1동일단면 구간(S1)의 종점부터 각각 양단 방향으로, 단면의 형상이 변화되어 가는 단면변화 구간(T)이 존재하며;
    단면변화 구간(T)부터 종방향의 양단면까지 단면 형상이 일정하게 유지되는 제2동일단면 구간(S2)이 존재하는 구성을 가지고 있는데;
    단면변화 구간(T)과 제2동일단면 구간(S2)에서는, 강재 빔(1)의 복부판(11) 사이에, 하면 콘크리트부재(2)와 일체를 이룬 형태의 채움 콘크리트부(25)가 존재하는데;
    단면변화 구간(T)에서는 종방향 양단 방향으로 가면서 한 쌍의 복부판(11) 사이에 채워져 존재하는 채움 콘크리트부(25)의 깊이가 점차로 증가하게 되고, 제2동일단면 구간(S2)에서는 채움 콘크리트부(25)의 깊이가 일정하게 유지되어 있는 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 강합성 박스거더.
  3. 교량 하부구조물 및 상기 교량 하부구조물 위에 설치되는 교량 상부구조물로 구성되는 교량으로서,
    교량 상부구조물은,
    연직하게 세워져 있고 종방향으로 길게 연장되어 있으며 횡방향으로는 간격을 두고 서로 마주보는 한 쌍의 강재 빔(1)과, 한 쌍의 강재 빔(1)의 연직 하단에서 한 쌍의 강재 빔(1)의 하단이 동시에 매립되도록 일체로 결합되는 하면 콘크리트부재(2)와, 한 쌍의 강재 빔(1)의 연직 상단에서 한 쌍의 강재 빔(1)과 일체화되어 한 쌍의 강재 빔(1) 사이의 간격에 설치되는 상면 콘크리트부재(3)를 포함하여, 상자형의 단면을 가지며; 하면 콘크리트부재(2)에는 종방향으로 긴장재(22)가 배치되고 단부에서 정착장치(220)에 의해 정착되어 종방향으로 압축 프리스트레스가 도입되어 있는 구성을 가지는 강합성 박스거더(100); 및
    상기 강합성 박스거더(100)의 외면에 피복 콘크리트부(200)가 일체로 피복 결합된 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 교량.
  4. 강합성 박스거더(100)가 다경간으로 연속되어 있는 연속구조로서,
    강합성 박스거더(100)는,
    연직하게 세워져 있고 종방향으로 길게 연장되어 있으며 횡방향으로는 간격을 두고 서로 마주보는 한 쌍의 강재 빔(1)과, 한 쌍의 강재 빔(1)의 연직 하단에서 한 쌍의 강재 빔(1)의 하단이 동시에 매립되도록 일체로 결합되는 하면 콘크리트부재(2)와, 한 쌍의 강재 빔(1)의 연직 상단에서 한 쌍의 강재 빔(1)과 일체화되어 한 쌍의 강재 빔(1) 사이의 간격에 설치되는 상면 콘크리트부재(3)를 포함하여, 상자형의 단면을 가지며; 하면 콘크리트부재(2)에는 종방향으로 긴장재(22)가 배치되고 단부에서 정착장치(220)에 의해 정착되어 종방향으로 압축 프리스트레스가 도입되어 있는 구성을 가지며;
    강합성 박스거더(100)가 종방향으로 복수개 연속 배치되어 있고;
    강합성 박스거더(100)의 연속 단부에서 상면 콘크리트부재(3)의 상면에는 오목부(81)가 형성되어 있으며;
    2개의 이웃하는 강합성 박스거더(100) 양쪽에 걸쳐서 상면 콘크리트부재(3)에는 부모멘트 보강용 긴장재(8)가 긴장 배치되어 있되, 부모멘트 보강용 긴장재(8)의 단부가 각각 오목부(81) 내에 긴장 정착되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 강합성 박스거더의 연속구조.
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