KR20170075753A - 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재에 관한 것으로서, 파일 캡(1) 내부에 매설하는 보강관(2)을 포함하고, 보강관은 중공 강관 교각 하부 구간(3) 바닥부와 연결되어 콘크리트가 주입되고, 상하 구간 교각 기둥은 구간 연결 방식을 통해 국부적 철근망이 사전 매설되어 강화된다. 강재 가로보(12)는 조립식 방식을 통해 중공 강관 교각 기둥 상부 구간(8)과 연결된다. 강재 가로보와 상부 구간 교각 기둥에는 프리프레스트(pre-stressed) 인장 덕트가 사전 유보된다. 또한 본 발명은 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재의 시공 방식에 관한 것으로서, 시공 기간을 단축시키고 시공 난이도를 낮출 수 있으며, 시공 진행속도를 가속화시킬 수 있다. 사용하는 연결 방식은 안전성을 신뢰할 수 있으며 제어하기 편리하다. 또한 콘크리트의 우수한 압축 성능과 강재의 탁월한 인장 특성을 충분히 활용하기 때문에 전체 부재가 경제적이고 편리하며 시공이 간단하고 신속해 활용 전망이 상당히 밝다.

Description

조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재 {PREFABRICATED PIER COLUMN MEMBER WITH STEEL-CONCRETE COMPOSITE STRUCTURE}

본 발명은 토목 구조 교각 기둥 부재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조립식 시공 방식의 합성 구조 교각 기둥 부재에 관한 것이다. 상기 부재는 사전 제작 및 가공되어 설치가 편리하고 시공 진행 속도를 효과적으로 앞당길 수 있으며 활용 전망이 상당히 밝은 구조공학 기술분야에 속한다.

교각은 주로 톱캡(top cap)과 교각 몸체로 구성된다. 톱캡의 역할은 교량 지간 지지대에서 전달되는 비교적 크고 집중된 힘을 분산하여 균일하게 교각 몸체와 교대 몸체에 전달한다. 따라서 톱캡은 강도가 비교적 높은 소재로 건축하여야 한다. 또한 톱캡은 비교적 큰 평면 사이즈를 갖추어야 하므로, 시공 교량 및 유지보수를 위해 필요한 작업면을 제공하여야 한다. 교각 몸체와 교대 몸체는 교량 지간을 지탱하는 주요 몸체 구조이기 때문에 교량 지간 구조에서 전달되는 모든 부하를 견뎌야 할 뿐만 아니라 직접적인 토압, 수류 충격력, 빙압, 선박 충격력 등 다양한 부하를 견딜 수 있어야 한다. 따라서 교각 몸체와 교대 몸체는 충분한 강도, 강성 및 안정성을 갖추어야 하는 교량 구조에서 중요한 구성 성분이다.

종래에 있어서 주로 사용하는 교각은 중력식 교각(gravity pier)과 경교각(light pier)의 2가지로 나뉜다. 중력식 교각은 일반적으로 콘크리트 또는 돌을 이용하는 실체 구조이다. 교각 몸체에 교각 캡을 설치하고 아래는 기초를 연결한다. 이것은 미장 재료의 압축 성능을 십분 활용하며, 자체적인 비교적 큰 단면 크기와 중력 덕분에 수직방향과 수평방향의 외력을 견딜 수 있기 때문에, 견고하고 내구성이 있으며 시공이 간단하고 재료를 취하기 편리하며 강재를 절약할 수 있다는 장점 등을 가지고 있다. 그러나 미장 분량이 많고 외형이 투박하며 교량 하부의 유효 공경을 줄여 토대 부하가 증가하는 단점이 있다. 또한 교각이 비교적 높고 토대 지지력이 비교적 낮을 경우 단점이 더욱 두드러진다. 경교각은 외형이 가볍고 아름다우며 미장 분량이 적고 토대 부하가 경감되며 기초 공정 시간을 줄일 수 있어 어셈블리 구조 또는 슬립폼 공법을 사용하기 편리하고, 시공 진척을 가속화시킬 수 있어 노동생산효율성을 제고한다는 잠정 등을 가지고 있다. 그러나 일부 상황에서 교각 구조가 비교적 복잡하여 시공 난이도가 어느 정도 있는 경우, 시공 시간 진도와 제어에 마찬가지로 일정한 어려움이 존재한다는 단점이 있다.

여기에서 알 수 있듯이, 종래에 존재하는 기술문제를 해결하기 위해 새로운 조립식 교각 구조를 설계가 시급하다.

본 발명의 목적은, 종래 기술의 결함을 극복하기 위하여, 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재를 제공함으로써, 교각 구조가 합리적이고 안전하게 힘을 받고 설계 기준을 충족시키도록 보장하고, 동시에 시공비용과 진도를 고려하여 부재의 부피를 줄임으로써 시공 진척을 가속화시키고 안전성을 제고하는 데에 있다.

상기 기술문제를 해결하기 위하여, 본 발명이 제공하는 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재에 있어서, 파일 캡, 교각 기둥 및 가로보를 포함하고, 상기 파일 캡 내에는 보강관이 매설되어 있고, 상기 교각 기둥은 중공 관형 구조이고, 교각 상부 구간과 교각 하부 구간은 조립하여 연결되고, 상기 교각 하부 구간의 바닥단은 보강관과 콘크리트 사이에 설치되고, 상기 교각 상부 구간은 브라켓 산형강을 통해 가로보와 조립 연결되고; 상기 가로보는 프리스트레스트(pre-stressed) 구조이다.

바람직하게는, 상기 보강관의 바닥부에 바닥판을 용접하고, 상기 바닥판과 보강판 사이에 보강 리브판을 용접하고, 상기 바닥판과 보강 리브판은 상기 파일 캡의 콘크리트 내에 끼워 넣는다.

바람직하게는, 상기 교각 상부 구간의 꼭대기단에 T모양으로 열린 클램프가 있고, 바닥단에는 플랜지가 있다.

바람직하게는, 상기 교각 하부 구간의 꼭대기단에 플랜지가 있고, 바닥단에는 방사상으로 분포하는 보강 리브판이 있고, 상기 보강 리브판은 콘크리트 내에 끼워 넣는다.

바람직하게는, 상기 교각 상부 구간과 교각 하부 구간 사이에 철근망이 연결되고, 상기 교각 하부 구간 상단 내측에 철근망 클램핑 시트가 설치된다.

바람직하게는, 상기 가로보는 ‘工’자 모양 단면의 강재 가로보이다.

바람직하게는, 상기 교각 기둥과 가로보 내에 콘크리트를 주입하고, 상기 가로보 내에 포스트텐셔닝(post-tensioning) 방식의 프리스트레스트(pre-stressed) 강재 번들(steel bundle)을 관통하여 더 설치한다.

본 발명은 동시에 상기 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재의 시공방법을 제공하는데 있어서,

파일 캡, 교각 기둥 및 가로보를 사전 제작하고; 교각 하부 구간의 하단에 보강 리브판을 배치하고, 상단 관벽 내측에 철근망 클램핑 시트가 설치되고, 외측에 교각 연결 고리가 설치되고; 교각 상부 구간의 하단 외측에 교각 연결 고리가 설치되고, 상단에 강재 가로보 외부 연장 ‘工’자 모양 철강을 이음 연결하는 데에 사용되는 T모양의 열린 클램프가 설치되는 단계 1;

파일 캡 내에 파일 캡 단면 보강관을 매설하여 교각 하부 구간의 설치 위치를 고정하고 구간이 받는 힘을 강화시킨 후, 파일 캡에 주입하는 단계 2;

교각 하부 구간이 파일 캡 단면 보강관을 씌우도록 설치하고, 콘크리트를 주입하여 교각 하부 구간과 파일 캡을 고정 연결되는 단계 3;

플랜지를 통해 상하부 구간 교각 기둥이 연결되고, 단면 지점 내부에 철근망을 설치해 연결을 강화하는 단계 4;

중공 강관 교각 기둥과 강재 가로보가 연결되고, 강재 가로보 양단 외부 연장 ‘工’자 모양 철강을 상단에 이음 연결하여 T 모양 열린 클램프 내에 설치하고, 동시에 브라켓 산형강의 방식을 채택하여 볼트를 통해 조립식으로 연결하는 단계 5;

강재 가로보 양단의 횡방향에 포스트텐셔닝(post-tensioning)을 채택해 프리스트레스트 강재 번들을 인장하는 단계 6;

강재 가로보에서 강관과 가로보 내에 콘크리트를 주입하는 단계 7을 포함한다.

사용 시, 본 발명의 구간 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재는 파일 캡 내에 매설하는 중공 강관을 포함하고, 파일 캡은 특수 처리한 사전 매설 보강관을 거쳐 주입된다. 처리 후의 파일 캡은 중공 강관 교각 하부 구간 바닥부와 콘크리트 주입 방식을 통해 연결된다. 상하부 구간 교각 기둥은 구간 연결 방식과 국부적 철근망 사전 매설을 통해 연결을 강화한다. 강재 가로보는 조립식 방식을 통해 중공 강관 교각 기둥 상부 구간과 연결하고, 연결 방식은 주로 강재 가로보 양단의 외부로 연장되는 ‘工’자 철강과 브라켓 산형강을 통해 강관 콘크리트 교각 기둥과 강재 가로보를 볼트로 조립 연결한다. 강재 가로보와 상부 구간 교각 기둥에 덕트를 사전에 남겨두고, 강재 가로보와 강관 내를 향해 콘크리트를 주입한 후 콘크리트가 일정 경화 시간에 도달할 때까지 기다리고, 강재 가로보 양단 프리스트레스트 강재 번들을 인장하여, 구간 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재를 형성한다.

파일 캡의 처리는 캡 주입 전에 파일 캡 내에 파일 캡 단면 보강관을 매설하여 교각 하부 구간의 설치 위치 고정과 구간이 받는 힘을 강화시킨다.

중공 교각 하부 구간은 사전 제작 시 그 하단에 보강 리브판을 배치하고, 그 관 상단 내측에 철근망 클램핑 시트를 설치하고, 외측에 교각 연결 고리를 설치한다.

교각 상부 구간은 사전 제작 방식을 통해 하단 외측에 교각 연결 고리를 설치하고, 상단에는 T 모양 열린 외관을 설치하여 강재 가로보 외부 연장 ‘工’자 철강을 이음 연결하기 편리하도록 한다. 상하 구간 교각 기둥의 연결은 상하 교각 연결 고리를 통해 볼트로 연결하고, 단면 지점 내부에 철근망을 설치하여 연결을 강화한다.

중공 강관 교각 기둥과 강재 가로보를 종방향으로 연결하고, 강재 가로보 양단 외부 연장 ‘工’자 모양 철강을 상단에 이음 연결하여 T 모양 열린 클램프 내에 설치하고, 동시에 브라켓 산형강의 방식을 채택하여 볼트를 통해 조립식으로 연결한다. 중공 강관 교각 기둥과 강재 가로보를 횡방향으로 연결하고, 포스트텐셔닝을 채택해 프리스트레스트 강재 번들을 인장하는 방식을 채택한다. 상기 공정을 완료한 후 강재 가로보에서 강관과 가로보 내에 콘크리트를 주입한다.

상기 방식을 통해 전체 부재의 제작을 완료하고, 그 독특한 장점이 십분 발휘되도록 하여 그 작업 역할을 수행할 수 있도록 한다.

본 발명의 교각 기둥 부재는 조립식 시공 방식을 채택하고 특별히 설계한 연결 구조를 결합하기 때문에 다음과 같은 현저한 개선점을 나타낸다.

1. 조립식 교각 구조를 채택하여 시공 진도를 가속화하고 시공 설치를 합리적이고 편리하게 해 준다.

2. 강관 콘크리트 교각 기둥은 압축 특성이 우수하고 교각 기둥 부피를 감소시키며 횡방향 프리프레스트 강재 인장은 가로보 지간을 확대해 주기 때문에 구조의 안정성을 보장해 전복되는 사고가 발생하지 않도록 해 준다.

3. 강재 가로보에 콘크리트를 주입하는 방식을 채택해, 강재의 인장 특성과 콘크리트의 압축 특성을 십분 발휘시킴으로써, 설계 기준을 충족시킨다는 전제 하에 부재의 건축 높이와 부피를 줄여준다.

4. 각 구간 연결의 강도는 신뢰할 수 있으며 조립성능이 우수하다.

상기 본 발명이 해결하는 기술문제, 기술방안을 구성하는 기술특징 및 상기와 같은 기술방안의 기술특징에서 유래되는 장점 외에, 본 발명의 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재가 해결할 수 있는 다른 기술문제, 기술방안에 포함되는 기타 기술특징 및 이러한 기술특징에서 유래되는 장점은 이하 도면을 통해 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명 실시예에 있어서 콘크리트 주입 전 구간의 조립식 강합성 구조 교각 기둥의 구조도이고;
도 2는 도 1에 있어서 콘크리트 주입 후의 구조도이고;
도 3은 도 1에 있어서 파일 캡의 단면 설계도이고;
도 4는 도 1에 있어서 교각 상부 구간의 구조도이고;
도 5는 도 4의 좌측면도이고;
도 6은 도 5의 저면도이고;
도 7은 도 1에 있어서 브라켓 산형강의 구조도이고;
도 8은 도 7의 우측면도이고;
도 9는 도 1에 있어서 국부적 철근망의 설명도이고;
도 10은 도 9의 조감도이고;
도 11은 도 1에 있어서 파일 캡 단면 보강관의 설명도이고;
도 12는 도 11의 저면도이고;
도 13은 도 1에 있어서 교각 하부 구간 설명도이고; 및
도 14는 도 13의 조감도이다.

실시예:

이하에서는, 본 발명의 예시적인 실시형태들을 도면을 통해 보다 상세히 설명한다. 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예의 구조도를 비제한적으로 공개한다.

도 1 내지 14는 콘크리트 주입 전 구간의 조립식 강합성 구조 교각 기둥을 도시한 것이다. 캡에 주입하기 전에 파일 캡(1)을 처리하고, 파일 캡 단면 보강관(2)을 사전 매설하여 콘크리트를 주입하고, 파일 캡 단면 보강관(2)의 꼭대기부와 파일 캡(1)의 꼭대기면 사이에 교각 하부 구간(3)에 넣는데 사용하는 오목홈을 미리 유보하여, 하부 구간 중공 강관 단부를 사전 제작하기 편리하도록 하며 그 연결의 신뢰성과 설치 위치를 보장할 수 있도록 한다. 보강 리브판을 하부 구간 강관 교각 기둥 단부에 용접하여 교각 하부 구간(3)을 형성하고, 교각 하부 구간(3)은 사전 제작 시, 그 하단에 보강 리브판을 배치하고, 그 관 상단 내측에 철근망 클램핑 시트(4)가 설치되고, 외측에 교각 연결 고리가 설치되고, 교각 하부 구간(3)을 파일 캡(1)에 매설하고, 오목홈 내에 이와 연결되는 콘크리트를 주입하고, 콘크리트가 일정 경화시간에 도달할 때까지 기다린 후, 상부를 조립하기 시작한다. 국부적 철근망(5)을 하부 구간 상부 내측에 넣어 교각 상부 구간(8)을 설치하고, 여기에서 교각 상부 구간(8)은 사전 제작 방식을 통하여, 하단 외측에 플랜지 방식의 상하 교각 연결 고리(7)가 설치되고, 연결 볼트(6)를 통해 교각 하부 구간(3)과 서로 연결된다. 상단에 T 모양의 열린 외관을 설치시켜 강재 가로보 외부 연장 ‘工’자 철강(12)을 이음 연결하기 편리하도록 한다. 교각 상부 구간(8)과 강재 가로보(12)는 종방향으로 연결되고, 동시에 브라켓 산형강(14)의 방식을 채택하여 횡방향 연결 볼트(13)와 종방향 연결 볼트(15)를 통해 조립식 연결된다. 강재 가로보(12)는 ‘工’자 모양 단면 가로보를 채택하고, 횡방향에 보강 리브판이 있고, 양단 중간에 ‘工’자 모양이 있어 연결하기 편리하다. 교각 상부 구간(8)과 강재 가로보(12) 양단이 횡방향으로 연결되고, 내부에 횡방향의 프리스레스트 철근(9)이 관통 설치되고, 단부에 정착구가 설치되고, 포스트텐셔닝 프리프레스트 철강 번들 인장 방식을 채택한다. 강재 가로보(12)와 강관 내에 콘크리트를 주입하여 콘크리트가 일정 경화시간에 도달할 때까지 기다린 후, 교각 상부 구간(8)과 강재 가로보 양단을 횡방향으로 연결하고, 포스트텐셔닝 프리프레스트 철강 벌들 인장 방식을 채택한다. 구간 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재를 형성한다.

시공 시, 먼저 설계에 의거하여 파일 캡 단면 보강관 크기, 교각 하부 구간 크기, 연결 볼트 크기, 교각 상부 구간 크기, 프리프레스트 철근 크기, 강재 가로보 크기, 횡방향 연결 볼트 크기, 브라켓 산형강 크기 및 종방향 연결 볼트 크기를 확정한다.

상기 도면과 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로서 본 발명은 상기 실시예에 의해 제한 받지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 원리와 기술사상 범위 내에서 상기 실시예에 대해 다양한 변화, 수정, 치환, 변형을 진행한 경우 이는 모두 본 발명의 보호범위 내에 속한다.

1: 파일 캡 2: 파일 캡 단면 보강관
3: 교각 하부 구간 4: 철근망 클램핑 시트
5: 국부적 철근망 6: 연결 볼트
7: 상하부 교각 연결 고리 8: 교각 상부 구간
9: 프리프레스트 철근 10: 정착구
11: 정착구 패드 12: 강재 가로보
13: 횡방향 연결 볼트 14: 브라켓 산형강
15: 종방향 연결 볼트

Claims (8)

1. 파일 캡, 교각 기둥 및 가로보를 포함하고, 상기 파일 캡 내에는 보강관이 매설되어 있고, 상기 교각 기둥은 중공 관형 구조이고, 교각 상부 구간과 교각 하부 구간은 조립하여 연결되고, 상기 교각 하부 구간의 바닥단은 보강관과 콘크리트 사이에 설치되고, 상기 교각 상부 구간은 브라켓 산형강을 통해 가로보와 조립 연결되고; 상기 가로보는 프리스트레스트(pre-stressed) 구조인 것을 특징으로 하는 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 보강관의 바닥부에 바닥판을 용접하고, 상기 바닥판과 보강판 사이에 보강 리브판을 용접하고, 상기 바닥판과 보강 리브판은 상기 파일 캡의 콘크리트 내에 끼워 넣는 것을 특징으로 하는 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 교각 상부 구간의 꼭대기단에 T모양으로 열린 클램프가 있고, 바닥단에는 플랜지가 있는 것을 특징으로 하는 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 교각 하부 구간의 꼭대기단에 플랜지가 있고, 바닥단에는 방사상으로 분포하는 보강 리브판이 있는 것을 특징으로 하는 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 교각 상부 구간과 교각 하부 구간 사이에 철근망이 연결되고, 상기 교각 하부 구간 상단 내측에 철근망 클램핑 시트가 설치되는 것을 특징으로 하는 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 가로보는 ‘工’자 모양 단면의 강재 가로보인 것을 특징으로 하는 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 교각 기둥과 가로보 내에 콘크리트를 주입하고, 상기 가로보 내에 포스트텐셔닝(post-tensioning) 방식의 프리스트레스트(pre-stressed) 강재 번들(steel bundle)을 관통하여 더 설치하는 것을 특징으로 하는 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재.
8. 파일 캡, 교각 기둥 및 가로보를 사전 제작하고; 교각 하부 구간의 하단에 보강 리브판을 배치하고, 상단 관벽 내측에 철근망 클램핑 시트가 설치되고, 외측에 교각 연결 고리가 설치되고; 교각 상부 구간의 하단 외측에 교각 연결 고리가 설치되고, 상단에 강재 가로보 외부 연장 ‘工’자 모양 철강을 이음 연결하는 데에 사용되는 T모양의 열린 클램프가 설치되는 단계 1;
   파일 캡 내에 파일 캡 단면 보강관을 매설하여 교각 하부 구간의 설치 위치를 고정하고 구간이 받는 힘을 강화시킨 후, 파일 캡에 주입하는 단계 2;
   교각 하부 구간이 파일 캡 단면 보강관을 씌우도록 설치하고, 콘크리트를 주입하여 교각 하부 구간과 파일 캡을 고정 연결되는 단계 3;
   플랜지를 통해 상하부 구간 교각 기둥이 연결되고, 단면 지점 내부에 철근망을 설치해 연결을 강화하는 단계 4;
   중공 강관 교각 기둥과 강재 가로보가 연결되고, 강재 가로보 양단 외부 연장 ‘工’자 모양 철강을 상단에 이음 연결하여 T 모양 열린 클램프 내에 설치하고, 동시에 브라켓 산형강의 방식을 채택하여 볼트를 통해 조립식으로 연결하는 단계 5;
   강재 가로보 양단의 횡방향에 포스트텐셔닝(post-tensioning)을 채택해 프리스트레스트 강재 번들을 인장하는 단계 6;
   강재 가로보에서 강관과 가로보 내에 콘크리트를 주입하는 단계 7을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 제 1항의 조립식 강합성 구조 교각 기둥 부재의 시공방법.

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