KR20180029121A - 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더 및 그 시공 방법 - Google Patents

연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더 및 그 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 하부 플랜지와, 상기 하부 플랜지로부터 2개의 이격된 위치에 각각 연장된 복부가 구비되어 U자형을 포함하는 강재 단면을 형성하는 다수의 세그먼트를 준비하는 세그먼트 제작단계와; 상기 세그먼트 중 고정 하중에 의하여 부모멘트가 작용하는 구간에 배치되는 부모멘트 세그먼트의 하부 플랜지 상에 소정의 간격으로 전단 연결재를 설치하는 단계와; 상기 세그먼트 중 고정 하중에 의하여 부모멘트가 작용하는 구간에 배치되는 부모멘트 세그먼트의 일부 이상의 상기 하부 플랜지의 상면에 조기합성 콘크리트를 지상에서 합성하되, 상기 조기합성 콘크리트가 합성된 상기 부모멘트 세그먼트는 연속 지점부의 상측에 배치되는 지점부 세그먼트를 포함하도록 상기 조기합성 콘크리트를 합성하는 조기합성 콘크리트 합성단계를; 포함하여 구성되어, 하부 플랜지의 두께를 보다 얇게 형성하고 종리브 및 횡리브의 사용량을 줄임으로써 강재 사용량을 최소화하여 경제성 있게 시공 가능한 강박스 합성거더 및 그 시공 방법을 제공한다.

Description

연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더 및 그 시공 방법 { STEEL BOX COMPOSITE GIRDER WITH COMPOSITED CONCRETE ON CONTINUOUS SUPPORT AND CONSTRUCTION METHOD THEREOF }
본 발명은 강박스 거더를 이용하여 시공되는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현장 제작을 최소화함과 동시에 연속 지점부에서 부모멘트에 의하여 중립축 하연에 크게 작용하는 압축 응력을 효과적으로 지지하면서 고가의 강재 사용량을 절감할 수 있는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
콘크리트와 강재는 교량 건설에 주로 사용되는 재료이다. 콘크리트는 가격이 저렴하고 인장에는 취약하지만 압축에는 강한 재료적 특성을 지니고 있어 교량에서는 주로 바닥판 등 압축 지지용 부재로 사용된다. 그러나 콘크리트는 강재만큼 강도가 크지 못하여 큰 압축력을 지지하기 위해서는 큰 단면적이 필요한데 이에 따라 사용 중량이 증가되어 하중이 증대되는 단점이 있다. 이에 반해 강재는 고가이지만 강도가 커서 얇은 단면으로도 큰 하중의 지지가 가능하며 이에 따른 사용 중량 또한 가벼운 장점이 있다. 그러나, 얇은 강재를 압축부재로 사용하는 경우 좌굴 등에 의해 부재에 변형이 발생하여 구조물이 붕괴될 수 있다. 이를 방지하기 위해서 압축부재로 사용되는 강재에는 종리브, 횡리브, 수직보강재 등 보강재를 충분히 부착하여 좌굴에 안정되도록 하고 있으나, 이는 강재 사용량 및 용접량을 증가시켜 공사비를 증대시키는 요인이 되고 있다.
일반적으로 교각이나 교대 등의 하부 구조에 하중을 지지하는 거더가 단순 거치되어 시공되는 단순 교량은 경간 중앙부에서 정모멘트가 크게 작용하므로, 경간 중앙부에서 크게 작용하는 정모멘트를 상쇄시키기 위한 큰 단면을 필요로 한다.
이에 따라, 교량의 하부 구조 상에서 거더를 교축방향으로 연속적으로 연결하여 경간 중앙부에서 작용하는 정모멘트의 크기를 줄이는 연속거더 형식의 교량(이하 '연속교')이 장경간 교량의 형태로 널리 시공되고 있다.
한편, 연속교는 교각 상측의 연속 지점부에서 큰 부모멘트가 작용하므로, 부모멘트를 효율적으로 저항하기 위한 다양한 방법이 제안되고 있다.
일반적인 방법으로는 공장에서 제작된 강박스 세그먼트를 현장으로 운반, 조립하여 다수의 하부 구조 상에 교축방향으로 연속되게 강박스 거더를 거치한 후 고정하중에 의해 부모멘트가 발생하는 부모멘트 구간 하부 플랜지 상에 콘크리트를 합성한 이후 바닥판 콘크리트를 추가적으로 합성하여 외력에 저항하는 이중합성 구조를 적용하고 있다. 이러한 방법은 바닥판 콘크리트 하중을 포함한 이후의 하중(합성후 고정하중, 활하중)에 대하여 거더의 연속지점부에 발생하는 부모멘트에 의해 거더 중립축 하연에 작용하는 큰 압축 응력을 종래의 강재 단면으로 저항하던 것을 하부플랜지 상에 콘크리트가 합성된 합성단면으로 저항함으로써 종래의 강재 단면에 비해 고가의 강재량 사용을 감소시킬 수 있는 유리한 장점이 있다.
그러나, 이러한 이중합성 강박스 거더는 강재 자중과 하부플랜지에 타설되는 콘크리트 자중에 대해서는 종래와 같이 강재 단면으로 저항하기 때문에 부모멘트에 의해 압축응력이 작용하는 부모멘트부 강박스 하부플랜지에는 좌굴 방지를 위해 별도의 보강재(종리브, 횡리브)의 설치가 필요하다. 또한, 부모멘트부 하부플랜지에 합성되는 콘크리트 압축강도는 최근 80 MPa 이상의 고강도 콘크리트가 개발되었음에도 불구하고 통상 40 MPa을 사용하고 있는 실정인데, 이는 국내에 설치되는 교량 현장에 고강도 콘크리트를 보급할 수 있는 레미콘사의 한계 때문도 있지만, 강과 콘크리트의 합성단면에서 고강도 콘크리트의 초기 양생시 발생하는 자기수축에 의한 콘크리트 균열을 제어하기 어려운 측면도 있다. 이러한 균열은 거더의 내구성을 저하시킴과 동시에 보수ㅇ보강 등 추가적인 비용을 발생시킨다.
이에 대한 보완 방법으로 안정생이 제안한 대한민국 등록특허공보 제10-1084397호에 따르면, 지상에서 부모멘트 구간의 강박스 세그먼트를 연결하여 강박스 거더 소블록을 형성한 다음 상기 강박스 거더 소블록의 양 단부가 지면 위에 지지된 상태로 거치 후 상기 강박스 거더 소블록의 하부 플랜지에 별도로 미리 제작된 프리캐스트 콘크리트를 합성하여, 정모멘트 강박스 거더 소블록과 함께 하부 구조 상에 거치 연결하여 교축방향으로 하나의 합성거더를 형성함으로써 연속 지점부의 중립축 하연에 작용하는 큰 압축 응력을 강박스 거더의 자중 단계부터 하부플랜지와 프리캐스트 콘크리트의 합성단면에 의하여 지지하는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 이 방법은 프리캐스트 콘크리트를 별도로 제작한 후 강박스 거더 하부플랜지 상에 다수의 프리캐스트 콘크리트를 일일이 결합해야 하는 번거로운 작업이 필요할 뿐만 아니라 이를 제작, 시공하기 위한 별도의 현장 부지가 추가로 소요되며 이를 위한 제작 공기가 증가하는 등 교량건설을 위한 제반비용이 상승되는 문제점이 있었다.
이 뿐만 아니라, 이미 강박스 거더의 내부에는 횡리브, 종리브, 수직 보강재 등이 이미 설치된 상태에서 별도로 제작된 프리캐스트 콘크리트를 설치해야 하는데, 거더 내부에 설치된 횡리브, 보강재 등에 의한 간섭으로 프리캐스트 부재를 현장에서 정밀 시공하는 것이 매우 까다로운 문제가 있었다. 또한, 연속 지점부에 비하여 휨 모멘트가 작은 부분까지 모두 고강도의 프리캐스트 콘크리트로 적용되므로, 고가의 프리캐스트 콘크리트를 과다하게 적용하여 경제성이 낮아지는 문제도 있었다.
따라서, 콘크리트를 효율적으로 활용하여 강재 거더의 강재 사용량을 최소화하면서 연속 지점부를 포함한 부모멘트 구간에서 강박스 거더의 하부 플랜지에 발생되는 압축 응력을 효율적으로 저항할 수 있을 뿐만 아니라 현장에서 발생하는 교량 건설 제반비용을 낮추는 등 경제성을 향상시키는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 연속 지점부를 포함한 부모멘트부의 소정의 구간에 중립축 하연에 작용하는 큰 압축 응력을 효율적으로 저항할 수 있는 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더 및 그 시공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
무엇보다도, 본 발명은 연속 지점부의 상측에 거치되는 강박스 거더의 하부 플랜지 두께를 과도하게 두껍게 형성하거나, 하부 플랜지에 종방향 및 횡방향 리브를 설치하지 않고서도, 연속 지점부의 중립축 하연에서 발생될 수 있는 하부 플랜지의 좌굴 가능성을 배제할 수 있으면서 강재 사용량을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연속 지점부를 포함한 부모멘트부 일부 구간의 강박스 세그먼트 하부 플랜지 상에 합성되는 콘크리트를 현장 제작이 아닌 공장에서 미리 제작 합성하여 현장으로 운반, 조립 및 하부구조 상에 거치되게 함으로써 콘크리트 제작을 위한 별도의 현장 부지, 제작 및 공기 증가 등 현장 제작에 수반되는 비용을 절감하여 경제적인 교량을 건설하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 강박스 세그먼트의 하부 플랜지 상에 고강도 콘크리트 합성시 하부 플랜지 상에 고강도 콘크리트를 직접 제작하여 합성함으로써 고강도 콘크리트 사용시 종래의 방법보다 경제적이며 시공이 용이한 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더 및 그 시공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 하부 플랜지와, 상기 하부 플랜지로부터 2개의 이격된 위치에 각각 연장된 복부가 구비되어 U자형을 포함하는 강재 단면을 형성하는 다수의 세그먼트를 준비하는 세그먼트 제작단계와; 상기 세그먼트 중 고정 하중에 의하여 부모멘트가 작용하는 구간에 배치되는 부모멘트 세그먼트의 하부 플랜지 상에 소정의 간격으로 전단 연결재를 설치하는 단계와; 상기 세그먼트 중 고정 하중에 의하여 부모멘트가 작용하는 구간에 배치되는 부모멘트 세그먼트의 일부 이상의 상기 하부 플랜지의 상면에 조기합성 콘크리트를 지상에서 합성하되, 상기 조기합성 콘크리트가 합성된 상기 부모멘트 세그먼트는 연속 지점부의 상측에 배치되는 지점부 세그먼트를 포함하도록 상기 조기합성 콘크리트를 합성하는 조기합성 콘크리트 합성단계를; 포함하여 구성된 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더의 시공 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 연속 경간으로 형성되는 강박스 거더와 연속 지점부를 포함하여 부모멘트 구간에 설치되는 상기 강박스 거더의 하부 플랜지 상에 콘크리트가 일체로 합성된 강박스 합성거더에 있어서, 하부 플랜지와, 상기 하부 플랜지로부터 2개의 이격된 위치에 각각 연장된 복부가 구비되어 U자형을 포함하는 강재 단면을 형성된 다수의 세그먼트; 상기 세그먼트 중 고정 하중에 의하여 부모멘트가 작용하는 구간에 배치되는 부모멘트 세그먼트의 하부 플랜지 상에 설치되는 전단연결재; 상기 세그먼트 중 고정 하중에 의하여 부모멘트가 작용하는 구간에 배치되는 상기 전단연결재가 설치된 상기 부모멘트 세그먼트 중 연속 지점부 세그먼트를 포함하여 일부 이상의 상기 하부 플랜지 상에 합성된 조기합성 콘크리트; 상기 조기합성 콘크리트는 상기 세그먼트를 교축 방향으로 연결하여 교량 하부 구조 상에 거치시키는 세그먼트 거치 단계 이전에 지상에서 세그먼트 형태로 상기 하부 플랜지 상에 합성되며, 상기 세그먼트 거치 단계 후 상기 부모멘트 구간의 상기 전단연결재가 설치된 상부 플랜지 상에 추가로 합성된 추가합성 콘크리트;로 구성된 것을 특징으로 하는 연속 지점부 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더를 제공한다.
또한, 본 발명은 연속 지점부를 포함하여 부모멘트 구간에 설치되는 일부 이상의 세그먼트에 대하여 공장에서 미리 강재 단면의 세그먼트와 조기합성 콘크리트를 합성한 상태로 현장으로 운반하여, 현장에서는 세그먼트를 종방향으로 연결하여 교각 등 하부 구조 상에 설치하고 지상에서 별도의 콘크리트 제작 작업을 실시하지 않는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 적용되는 세그먼트의 단면은 하부 플랜지와 서로 이격된 위치에서 복부가 형성되는 U자형 강박스 단면(거더 자체로 개방된 단면을 이루는 경우에도 U자형 단면이 포함되어 있다면 본 명세서 및 청구범위에서는 '강박스'라고 정의하기로 한다)을 포함하는 모든 형태의 단면을 포함한다. 즉, 이격된 복부의 상측에 상부 플랜지가 분리 형성되어 강재 단면이 개단면을 이루는 형태와, 복부의 상측에 상부 플랜지가 하나로 형성되어 강재 단면이 폐합 단면을 이루는 형태와, 복부의 상측에 상부 플랜지가 연결 형성되지 아니한 형태를 모두 포함한다.
상기 조기합성 콘크리트 합성단계는, 상기 조기합성 콘크리트를 하부 플랜지 상에 타설하여 상기 부모멘트 강박스 세그먼트에 일체 합성될 수도 있으며, 상기 하부 플랜지 상에 배치된 전단 연결재 영역에 블록 아웃부가 형성되도록 콘크리트를 타설ㅇ양생 한 후 상기 블록 아웃부에 충전재를 채우는 것에 의하여 상기 부모멘트 강박스 세그먼트에 일체 합성될 수도 있다.
한편, 상기 부모멘트 세그먼트의 복부에는 교축방향으로 소정의 간격으로 수직 보강재가 형성되되, 상기 수직 보강재의 하단이 상기 조기합성 콘크리트의 상면까지 연장되고, 상기 수직 보강재의 하단에는 플레이트의 판면이 수평 방향으로 형성된 것을 포함한다.
한편, 상기 조기합성 콘크리트가 합성된 세그먼트를 포함한 다수의 세그먼트가 하부구조 상에 거치되어 일련의 연속 거더가 형성된 후에는 소정의 부모멘트 구간 하부 플랜지 상에 추가합성 콘크리트를 합성하는 단계가 포함된다.
이때, 상기 추가합성 콘크리트는 기 합성된 상기 조기합성 콘크리트의 상측으로 더 타설되어 상기 하부 플랜지와 상기 조기합성 콘크리트 그리고 상기 추가합성 콘크리트가 일체로 합성되어 합성효과를 증대시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 추가합성 콘크리트는 상기 조기합성 콘크리트가 합성되지 않은 상기 조기합성 콘크리트 사이의 상기 하부 플랜지 상에 타설하여 교축방향으로 연속된 콘크리트 합성 단면을 형성시킬 수 있다.
본 명세서와 특허청구범위에 기재된 '정모멘트 구간'은 교량의 고정 하중에 의하여 하방으로 볼록한 휨 변위를 유도하는 휨 모멘트가 작용하는 구간을 지칭하는 것으로 정의한다. 그리고, 본 명세서와 특허청구범위에 기재된 '부모멘트 구간'은 교량의 고정 하중에 의하여 상방으로 볼록한 휨 변위를 유도하는 휨 모멘트가 작용하는 구간(또는, 연속 지점부)을 지칭하는 것으로 정의한다.
본 명세서와 특허청구범위에 기재된 교량의 '하부 구조' 및 이와 유사한 용어는, 거더 및 바닥판 등의 교량의 상부구조를 거치하기 위한 교각, 교대를 통칭하는 것으로 정의한다.
본 명세서와 특허청구범위에 기재된 '강박스 거더'는 강재 단면으로 구성된 강박스 세그먼트가 하부구조상에 연속되게 거치되어 구성된 일련의 연속 거더를 지칭하는 것으로 정의한다. 그리고, 본 명세서와 특허청구범위에 기재된 '강박스 합성거더'는 상기 강박스 거더의 상기 부모멘트 구간의 하부 플랜지 상에 콘크리트가 합성된 거더를 지칭하는 것으로 정의한다. 그리고, 본 명세서와 특허청구범위에 기재된 '강박스 세그먼트'는 강재 단면으로 구성된 세그먼트를 지칭하는 것으로 정의한다.
본 발명은, 연속 지점부의 상측에 위치하는 부모멘트 세그먼트의 하부 플랜지 상에 조기합성 콘크리트를 미리 합성해두어, 부모멘트 세그먼트의 하부 플랜지에 합성된 조기합성 콘크리트가 강박스 거더를 인양하여 하부 구조상에 거치시킬 때부터 강박스 거더의 자중에 의하여 연속 지점부의 하연에 작용하는 압축 응력을 분담하게 함으로써, 종래에 비하여 하부 플랜지의 두께를 보다 얇게 형성하고 종리브 및 횡리브의 사용량을 줄임으로써 강재 사용량을 최소화하여 경제성 있는 강박스 거더를 시공하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 휨 모멘트가 부모멘트 형태로 크게 작용하는 연속 지점부가 포함된 부모멘트 구간에서, 강박스 거더의 하부 플랜지에 조기합성 콘크리트를 미리 합성시키는 것에 의하여, 강박스 거더의 자중 단계부터 부모멘트 구간의 강박스 거더 하부 플랜지에 작용하는 압축 응력에 의한 하부 플랜지 좌굴 변형을 종래의 종리브나 횡리브를 설치하지 않고서도 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 연속 지점부를 포함한 부모멘트 일부 구간의 강박스 세그먼트 하부 플랜지 상에 합성되는 조기합성 콘크리트를 현장 제작이 아닌 공장에서 미리 제작 합성하여 현장으로 운반, 조립 및 하부구조 상에 거치되게 함으로써 콘크리트 제작을 위한 별도의 현장 부지, 제작 및 공기 증가 등 현장 제작에 수반되는 비용을 절감하여 경제적인 교량을 건설하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은 상기 조기합성 콘크리트를 상기 하부 플랜지 상에 배치된 전단 연결재 영역에 블록 아웃부가 형성되도록 콘크리트를 타설ㅇ양생 한 후 상기 블록 아웃부에 충전재(모르타르 또는 콘크리트)를 채우는 것에 의하여 상기 부모멘트 강재 단면 세그먼트에 일체로 합성시킴으로써, 고강도 콘크리트 적용시 발생하는 자기 수축에 의한 균열의 영향을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 별도의 고강도 프리캐스트 콘크리트 블록을 제작하여 합성하는 방식에 비하여 제작 시공이 용이한 잇점을 얻을 수 있다. 이에 추가적으로 소정의 간격으로 배치된 수직보강재의 단부가 상기 조기합성 콘크리트 상면에 위치하도록 설치함으로써, 조기합성 콘크리트 타설ㅇ양생시 발생하는 자기 수축을 수직보강재가 구속하는 것을 방지하여 콘크리트 수축 구속에 따른 콘크리트에 발생하는 균열을 최소화시켜 보다 향상된 고강도 콘크리트의 품질을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 연속 지점부가 조기합성 콘크리트로 합성된 강박스 거더를 교량 하부 구조 상에 거치시킨 이후에, 부모멘트가 작용하는 소정의 구간에 추가합성 콘크리트를 추가로 합성하는 것에 의하여, 조기합성 콘크리트가 합성된 연속 지점부 이외의 부모멘트 구간에서도 추가합성 콘크리트가 압축 응력을 부담하여 강재 사용량을 줄이고, 합성 단면에 의하여 연속부의 휨 강성이 보강되어 연속 지점부의 형고를 낮출 수 있는 효과가 얻어진다.
그리고, 본 발명은 연속 지점부를 포함하는 부모멘트 일부 구간의 강박스 세그먼트 하부 플랜지 상에 합성되는 콘크리트를 조기 합성 콘크리트와 추가 합성 콘크리트로 나누어 합성함으로써 조기 합성 콘크리트가 합성된 구간에 종리브 및 횡리브를 설치하지 않으면서 조기 합성 콘크리트가 합성된 세그먼트를 공장에서 미리 제작하여 현장으로 운반이 가능함과 동시에 현장에서 하부구조상에 세그먼트를 가설한 후 추가 콘크리트를 합성시킴으로서 강재, 조기 합성 콘크리트 및 추가 합성 콘크리트가 합성된 단면이 외력(고정하중 및 활하중 등)에 의해 발생하는 부모멘트를 효율적으로 저항할 수 있는 유리한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 연속지점부를 포함하여 부모멘트 구간에 설치되는 조기합성 콘크리트가 합성된 세그먼트가 2개 이상인 경우, 조기합성 콘크리트 상면을 포함하여 조기합성 콘크리트와 조기합성 콘크리트 사이의 하부 플랜지 상에 추가합성 콘크리트를 추가로 타설하여 합성함으로써 교축 방향으로 연속된 합성 콘크리트를 형성하여 단면의 불연속부를 제거함으로써 외력에 효율적으로 저항할 수 있는 합성거더를 구현할 수 있다.
도1은 본 발명의 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더의 시공 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도2a는 도1에 따라 시공된 강박스 합성거더의 구성 및 휨모멘트 분포를 도시한 도면,
도2b는 도1에 따라 시공된 강박스 합성거더에 바닥판 콘크리트가 합성된 상부 구조를 도시한 도면,
도3은 도2a의 'A'부분의 부모멘트 구역의 확대도,
도4a는 도3의 절단선 X-X 에 따른 단면 구성을 도시한 횡단면도,
도4b는 도3의 절단선 Y-Y에 따른 단면 구성을 도시한 횡단면도,
도4c는 도2a의 절단선 Z-Z에 따른 단면 구성을 도시한 횡단면도,
도5a는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 강박스 합성거더의 부모멘트 구역의 확대도,
도5b는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 강박스 합성거더의 부모멘트 구역의 확대도,
도6은 본 발명에 적용될 수 있는 다른 형태의 세그먼트의 강박스 단면을 도시한 도면,
도7a는 부모멘트 구간의 연속 지점부에 배치되는 지점부 강박스 세그먼트의 구성을 도시한 사시도,
도7b는 부모멘트 구간의 추가합성 콘크리트가 합성되는 부모멘트 강박스 세그먼트의 구성을 도시한 사시도,
도7c는 정모멘트 구간의 정모멘트 세그먼트의 구성을 도시한 사시도,
도8a는 도7a의 지점부 강박스 세그먼트의 하부 플랜지에 조기합성 콘크리트가 합성된 구성을 도시한 사시도,
도8b는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 도7a의 지점부 강박스 세그먼트의 하부 플랜지에 조기합성 콘크리트가 합성된 구성을 도시한 사시도,
도9a 내지 도9e는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 조기합성 콘크리트 합성 방법에 따른 순차적인 구성을 도시한 도면,
도10a 내지 도10d는 본 발명의 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더의 시공 방법을 순차적으로 도시한 도면,
도11a는 도10b의 절단선 X'-X'에 따른 단면 위치에서 조기합성 콘크리트의 합성 이전의 구성을 도시한 횡단면도,
도11b는 도10b의 절단선 X'-X'에 따른 단면 구성을 도시한 횡단면도,
도11c는 도10c의 절단선 X'-X'에 따른 단면 구성을 도시한 횡단면도,
도11d는 도10d의 절단선 X'-X'에 따른 단면 구성을 도시한 횡단면도,
도11e는 도10d의 절단선 Y-Y에 따른 단면 구성을 도시한 횡단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도2a 및 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더(1)는, 교량 하부 구조(10, 20) 상에 거치되어 연속 지점부(20a) 상측에 위치한 강박스 거더(100)의 하부 플랜지(111)에 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되고 부모멘트가 작용하는 구간의 일부 이상의 강박스 거더(100)의 하부 플랜지(111)에 추가합성 콘크리트(1202)가 합성되게 구성된다.
상기 강박스 거더(100)는, 거더 및 바닥판 콘크리트의 자중 등에 의한 고정 하중에 의하여 부모멘트(M1)가 작용하는 부모멘트 구간(I)에 배치되는 부모멘트 세그먼트(100A, 100A')와, 거더 및 바닥판 콘크리트의 자중 등에 의한 고정 하중에 의하여 정모멘트(M2)가 작용하는 정모멘트 구간(II)에 배치되는 정모멘트 세그먼트(100B)로 이루어지는 다수의 세그먼트(100A, 100A', 100B)가 교축 방향으로 연결되어 형성된다.
여기서, 세그먼트(100A, 100A', 100B)는 하부 플랜지(111)와, 하부 플랜지(111)로부터 이격된 위치에서 상방(경사진 형태이거나 수직인 형태를 모두 포함한다)으로 연장된 복부(112)가 강재로 구비되어, U자형 단면을 포함하는 강재 단면(110A, 110A', 110B)을 형성한다. 그리고, 복부(112)의 상단에는 전단 연결재(113a)가 돌출 형성된 상부 플랜지(113)가 형성되어, 상부 플랜지(113) 상에 설치되는 바닥판 콘크리트(200)와의 합성을 보조한다.
도4a 내지 도4c에 도시된 바와 같이, 세그먼트(100A, 100A', 100B)의 상부 플랜지(113)는 서로 이격되어 하부 플랜지(111)와 복부(112)로 둘러싸인 공간이 바닥판 콘크리트(200)와 합성되기 이전에 거더 자체로 개방된 공간을 형성할 수도 있으며, 도6에 도시된 바와 같이 세그먼트(100')의 상부 플랜지(113')는 복부(112)의 상단을 잇는 형태로 형성되어 하부 플랜지(111)와 복부(112)로 둘러싸인 공간(110c)이 바닥판 콘크리트(200)와 합성되기 이전에도 폐합 단면을 형성할 수도 있다.
부모멘트 세그먼트(100A, 100A')는 1개로 형성될 수도 있으며, 도면에 도시된 바와 같이 다수로 형성될 수도 있다. 부모멘트 세그먼트(100A, 100A') 중 연속 지점부(20a)의 상측에 배치되는 지점부 세그먼트(100A')에는 하부 플랜지(111)에 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되어, 거더(100)의 자중단계부터 연속 지점부(20a)의 하연에 크게 작용하는 압축 응력을 하부 플랜지(111)와 조기합성 콘크리트(1201)가 분담하여 지지한다. 이에 따라 하부 플랜지(111)의 두께를 종래의 방법보다 얇게 적용할 수 있어 고가의 강재 사용을 줄일 수 있다.
경우에 따라서는 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이, 연속 지점부(20a)의 상측에 위치하지 않는 부모멘트 세그먼트(100A)에 대해서도 하부 플랜지(111)에 조기합성 콘크리트(1201)가 합성될 수 있다.
도7a 및 도11a에 도시된 바와 같이, 지점부 세그먼트(100A')를 구성하는 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되는 지점부 강박스 세그먼트(110A')에는 강박스 거더(100)의 하부 구조 상에 거치시 지점부 교축방향으로 연결되는 세그먼트(110A, 120A')와 연결을 위한 다수의 볼트 구멍(111a, 112a)이 하부 플랜지(111)와 복부(112)에 형성되어 있고, 복부(112)를 따라 수직 보강재(118)가 연장 형성된다. 수직 보강재(118)는 도7a에 도시된 바와 같이 하부 플랜지(111)까지 연장 형성될 수 있으며, 도11a에 도시된 바와 같이 하부 플랜지(111)에 이격(he)된 높이까지만 하방 연장되고 하단에 플레이트(118e')가 형성될 수 있다. 플레이트(118e')는 수평 방향으로 판면이 배치되도록 형성되어 조기합성 콘크리트(1201)의 상면(1201s)에 접촉하거나 약간 이격된 높이로 형성된다.
그리고, 지점부 세그먼트(100A')를 구성하는 지점부 강박스 세그먼트(110A')의 하부 플랜지(111)에는 다수의 전단 연결재(116, 119)가 형성된다. 전단 연결재(116, 119) 중 낮은 높이로 형성된 전단 연결재(116)는 조기합성 콘크리트(1201)에 매립되어 조기합성 콘크리트(1201)와 일체 거동하는 것을 보조하며, 전단 연결재(116, 119) 중 높은 높이로 형성된 전단 연결재(119)는 조기합성 콘크리트(1201)의 상측으로 보다 돌출되어 조기합성 콘크리트(1201)와의 합성을 보조할 뿐만 아니라 조기합성 콘크리트(1201) 상면 위로 추가로 타설되어 합성되는 추가합성 콘크리트(1202)와 일체 거동하는 것을 보조한다.
조기합성 콘크리트(1201)가 합성되는 위치에는 하부 플랜지(111)의 상면에 전단 연결재(116, 119)만 돌출 형성되고, 종리브나(115) 횡리브(114)가 형성되지 않더라도 하부 플랜지(111)와 합성된 조기합성 콘크리트(1201)가 종리브와 횡리브의 역할을 수행하여 압축 응력을 받는 하부 플랜지(111)에 좌굴이 발생하는 것을 방지해주며, 하부 구조 (10, 20) 상에 거치된 거더(100)의 자중 단계부터 연속 지점부 하연에 크게 작용하는 압축 응력을 하부 플랜지(111)와 분담하여 충분히 지지할 수 있게 된다. 이에 따라 조기합성 콘크리트가 합성되는 구간에는 보강재(종리브, 횡리브)를 생략할 수 있어 고가의 강재 사용을 추가로 절감할 수 있는 효과가 얻어진다.
도7a 및 도8a에 도시된 바와 같이, 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되는 강재 단면 세그먼트(110A')에서 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되지 않는 영역(e)에는 거더(100)가 교량 하부 구조(10, 20)에 거치된 상태에서 거더 자중 단계부터 하부 플랜지에 발생하는 압축 응력을 지지할 수 있도록 종리브(115)를 설치한다. 조기합성 콘크리트가 합성되지 않은 영역(e)은 보다 넓은 길이에 거쳐 조기합성 콘크리트(1201)가 합성된 단면이 사용될 수 있도록 이웃하는 세그먼트와 연결되는 연결부로 한정되는 것이 바람직하다.
지점부 세그먼트(100A')를 포함하여 부모멘트 세그먼트(100A)의 일부 이상에는 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되며, 조기합성 콘크리트(1201)는 지상에서 강박스 세그먼트와 합성되되, 도8a에 도시된 바와 같이 하부 플랜지(111) 상에 직접 타설하여 합성될 수도 있고, 도9a 내지 도9e에 도시된 바와 같이 전단 연결재(116,119) 부위에 블록 아웃(1201a)이 형성되도록 타설되고, 타설된 콘크리트가 소정의 강도로 양생된 후 블록 아웃부(1201a)에 충전재(모르타르 또는 무수축 콘크리트, 120z)로 채움으로써 하부 플랜지(111)에 합성될 수도 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 지상에서 강박스 세그먼트(110A', 210A')에 조기합성 콘크리트 합성시 강박스 세그먼트는 습기에 의한 강재의 부식 또는 도장 손상 등을 방지하기 위하여 강박스 세그먼트 하면을 지면에 직접 맞닿아 제작하는 것보다 100∼500mm 정도 지면에서 일정한 거리를 두고 강박스 세그먼트(110A', 210A')의 양 끝단에서 강박스 세그먼트 길이(S)의 S/4 지점 사이에 지지용 블록을 두어 단순 거치하여 제작하는 것이 바람직하다.
또한, 강박스 세그먼트(110A', 210A')에 조기합성 콘크리트를 합성하는 단계는 현장이 아닌 공장에서 제작함으로써 현장 제작에 소요되는 부지 형성 비용과 현장 별도의 제작 및 공기 증가 등에 따른 현장 작업에 소요되는 제반 비용을 절감할 수 있다.
강박스 세그먼트(110A', 210A')와 조기합성 콘크리트(1201) 합성을 위해 하부 플랜지(111) 상에 설치되는 전단 연결재(119)는 도8a에 도시된 바와 같이 조기합성 콘크리트(1201) 상방으로 돌출되도록 형성하여 교량 하부 구조(10,20) 상에 거치 후 조기합성 콘크리트 위로 추가적으로 추가합성 콘크리트가 합성되도록 형성할 수 있으며, 도8b에 도시된 바와 같이 전단 연결재(119)가 조기합성 콘크리트 상방으로 돌출되지 않고 조기합성 콘크리트(1201) 내에 매립되도록 함으로써 교량 하부 구조(10,20) 상에 거치 후 조기합성 콘크리트 위로는 별도의 추가합성 콘크리트가 합성되지 않도록 형성할 수도 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 조기합성 콘크리트(1201)의 내부에는 보강 철근이 배근되며, 추가합성 콘크리트(1202)와의 연결을 위하여 조기합성 콘크리트(1201)의 종방향 단부에는 도8a에 도시된 바와 같이 종방향 보강 철근(97)과 연속하는 철근 커플러(120x)가 노출되어, 추가합성 콘크리트(1202)를 보강하는 보강 철근과 철근 커플러(120x)에 의하여 연결된다. 이에 의하여, 조기합성 콘크리트(1201)와 추가합성 콘크리트(1202)는 연속된 철근에 의해 보다 연속적인 거동을 확보하는 것이 가능해진다.
도4b 및 도7b에 도시된 바와 같이, 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되지 않는 부모멘트 세그먼트(100A)는 높이가 낮은 전단 연결재(116)가 형성되지 않고 충분한 높이의 전단 연결재(119)가 형성된다. 그리고, 부모멘트 세그먼트(100A)의 전부 또는 일부에는 거더(100)를 교량 하부 구조(10, 20) 상에 거치시킨 상태에서 추가합성 콘크리트(1202)가 하부 플랜지(111)에 합성되어, 전단 연결재(119)를 매개로 하부 플랜지(111)와 추가합성 콘크리트(1202)가 일체화되어 일체 거동하게 된다.
그리고, 거더 자중에 의하여 중립축 하연에 작용하는 압축 응력을 저항하기 위하여 지점부 세그먼트(100A')의 종리브(115)와 연속하는 종리브(115)가 형성되고, 조기합성 콘크리트(1201)가 합성된 지점부 세그먼트(100A')에는 횡리브가 형성되지 않지만, 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되지 않은 부모멘트 세그먼트(100A)에는 횡리브(114)가 보강되어, 하부 플랜지(111)가 좌굴되지 않고 압축 응력을 저항할 수 있도록 지지한다. 수직 보강재(118)는 복부(112)의 내벽면을 따라 하방으로 연장되어 하부 플랜지(111)에 접촉하도록 그 끝단(118e)이 정해진다.
이에 따라, 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되지 않은 부모멘트 세그먼트(100A)는 거더(100)가 교량 하부 구조(10, 20) 상에 거치된 상태에서 거더 자중에 의한 부모멘트 구간(I)의 거더 하연에 작용하는 압축 응력은 횡리브(114)와 종리브(115)가 보강된 하부 플랜지(111)에 의하여 지지하지만, 바닥판 콘크리트(200)가 거더 상측에 하중으로 작용하면서 부모멘트 구간(I)의 하연에 발생하는 압축 응력을 추가합성 콘크리트(1202)가 부모멘트 세그먼트(100A)의 강재(110A)와 함께 분담하게 되어 고가의 강재 사용을 추가로 절감하는 것이 가능해진다.
이 때, 부모멘트 세그먼트(100A)의 하부 플랜지(111) 상면에는 횡리브(114)와 종리브(115)가 돌출 형성되어 있으므로, 추가합성 콘크리트(1202)는 현장 타설 콘크리트로 합성된다. 여기서, 추가합성 콘크리트(1202)는 각각의 부모멘트 세그먼트(100A, 100A')가 교축방향으로 연결되는 연결부의 상측에 타설 형성되며, 바람직하게는 도3에 도시된 바와 같이, 조기합성 콘크리트(1201)의 상측을 덮는 형태로 타설된다. 이에 의하여, 추가합성 콘크리트(1202)에 의하여 보다 두꺼워진 합성 콘크리트(1201, 1202)에 의하여, 합성거더(1) 및 바닥판 콘크리트(200)의 자중 등의 고정 하중과 공용 중 활하중에 의하여 작용하는 부모멘트 구간(I)에 작용하는 압축 응력을 효과적으로 부담하여 지지할 수 있다. 이에 따라, 연속 지점부의 단면 강성을 증대시킬 수 있어 정모멘트 구간에 발생하는 휨모멘트가 감소되어 강재 사용 단면을 절감하거나 연속 지점부의 형고를 낮추는 것이 가능해진다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도5a에 도시된 바와 같이, 연속 지점부(20a)의 상측에 배치되는 지점부 세그먼트(100A') 이외의 부모멘트 세그먼트(100A)에도 조기합성 콘크리트(1201)가 미리 합성되어, 세그먼트(110A, 120A', 110B)를 교량 하부 구조(10, 20)에 거치시켜 교축 방향으로 일련의 연속 거더를 형성시킴으로써 거더 자중에 의해 부모멘트 구간(I)의 중립축 하측에 작용하는 압축 응력을 미리 합성된 조기합성 콘크리트(1201)로 부담할 수 있다.
이를 통해, 부모멘트 세그먼트(100A)에 횡리브(114)의 설치를 없앨 수 있으며, 종리브(115)의 설치 영역도 각 세그먼트(100A)의 연결 영역(120e)에만 형성하면 되므로, 횡리브(114)와 종리브(115)의 설치에 필요한 고가의 강재 사용량을 줄일 수 있고, 조기합성 콘크리트(1201)가 부담하는 만큼의 압축 응력을 지지하기 위한 하부 플랜지(111)의 두께를 보다 얇게 형성하더라도 좌굴의 발생을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 도5b에 도시된 바와 같이, 연속 지점부(20a)의 상측에 배치되는 지점부 세그먼트(100A') 이외의 부모멘트 세그먼트(100A)에도 조기합성 콘크리트(1201)가 미리 합성되지만, 추가합성 콘크리트(1202)가 조기합성 콘크리트(1201)의 상측으로 합성되는 대신에 조기합성 콘크리트(1201)의 사잇 영역만을 메우는 형태로 합성될 수도 있다.
이 구성은 조기합성 콘크리트(1201)의 두께를 충분히 두껍게 미리 형성해두거나 두께를 두껍게 하지 않더라도 압축강도가 매우 높은 고강도 콘크리트를 사용함으로써 교량 하부 구조(10,20)에 거치된 상태에서 부모멘트 구간에 타설되는 추가합성 콘크리트와 관련된 작업 양을 줄여 현장 공사비를 감소시킬 수 있는 추가적인 이점이 얻어진다.
도4c 및 도7c에 도시된 바와 같이, 고정 하중에 의하여 정모멘트가 작용하는 정모멘트 구간(II)에 배치되는 정모멘트 세그먼트(100B)는 하부 플랜지(111)에 콘크리트가 합성되지 아니하므로, 강재로만 이루어진 단면과 동일한 형상을 이룬다.
즉, 하부 플랜지(111)로부터 이격된 위치에 복부(112)가 상방으로 연장되고, 복부(112)의 내벽에는 하부 플랜지(111)까지 수직 보강재(118)가 하방 연장 형성되며, 하부 플랜지(111)의 상면에는 횡리브(114)와 종리브(115)가 배치된다.
도면에 도시되지 않았지만, 세그먼트에는 다이아프램이 하부 플랜지(111)와 복부(112)에 둘러싸인 공간에 설치될 수 있다.
상기와 같이 구성된 강박스 합성거더(1)는, 세그먼트(110A, 120A', 110B)를 하부 구조(10, 20) 상에 교축 방향으로 일련의 연속 거더가 형성되도록 거치시키고, 부모멘트 구간에 추가합성 콘크리트(1202)를 합성하는 것에 의해 제작이 완료된다.
그리고, 강박스 합성거더(1)의 상측에 바닥판 콘크리트(200)가 합성되어 교량의 상부구조(2)가 시공되는 데, 바닥판 콘크리트(200)의 자중에 의하여 연속 지점부(20a)의 하연에 추가로 작용하는 큰 압축 응력은 부모멘트 세그먼트(100A, 100A')의 하부 플랜지(111)와 하부 플랜지(111)에 합성된 조기합성 콘크리트(1201)와 추가합성 콘크리트(1202)에 의해 분담되므로 종래의 하부 플랜지 두께 보다 얇은 단면으로 충분히 저항이 가능해지는 이점을 얻을 수 있다.
여기서, 바닥판 콘크리트(200)는 세그먼트(110A, 120A', 110B)를 하부 구조(10, 20) 상에 교축 방향으로 일련의 연속 거더가 형성되도록 거치시킨 후 부모멘트 구간에 추가합성 콘크리트(1202)를 합성하여 강박스 합성거더(1)를 형성한 다음 거더(1)의 상측에 합성된다.
바닥판 콘크리트(200)의 자중에 의하여 연속 지점부(20a)의 하연에 추가로 작용하는 큰 압축 응력은 부모멘트 세그먼트(100A, 100A')의 하부 플랜지(111)와 하부 플랜지(111)에 합성된 조기합성 콘크리트(1201)와 추가합성 콘크리트(1202)에 의해 분담되므로 종래의 하부 플랜지 두께 보다 얇은 단면으로 충분히 저항이 가능하게 된다.
이하, 첨부된 도1 및 도7a 내지 도11e를 참조하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더(1)의 시공 방법을 상술한다.
단계 1: 먼저, 하부 플랜지(111)와 한 쌍의 복부(112)에 의하여 U자형 강재 단면을 갖는 다수의 세그먼트(110A, 110A', 110B)를 준비한다(S110).
도7a에 도시된 바와 같이, 연속 지점부(20a)의 상측에 배치되는 지점부 강박스 세그먼트(110A')는 조기합성 콘크리트(1201)가 합성될 예정이므로, 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되는 영역에는 하부 플랜지(111)의 상면에 전단 연결재(116, 119)를 설치한다. 한편, 도11a에 도시된 바와 같이, 지점부 강박스 세그먼트(110A')의 수직 보강재(118)의 하단에는 수평 방향으로 판면이 배치되는 플레이트(118e')가 하부 플랜지(111)로부터 이격(he)되게 배치되게 설치될 수 있다.
도7b에 도시된 바와 같이, 고정 하중에 의하여 부모멘트(M2)가 작용하는 부모멘트 구간(I)에 배치되는 부모멘트 강박스 세그먼트(110A)는 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되지 아니하므로, 거더 자중에 의한 부모멘트에 의하여 하연에 작용하는 압축 응력에 견딜수 있도록 횡리브(114)와 종리브(115)가 하부 플랜지(111) 상에 설치된다. 그리고, 세그먼트를 하부 구조(10, 20) 상에 거치 후 추가합성 콘크리트(1202)를 합성하기 위한 전단 연결재(119)가 하부 플랜지(111)의 상면에 돌출 형성된다.
다수의 부모멘트 세그먼트(100A, 100A')들 중에, 도3에 도시된 바와 같이, 연속 지점부(20a)의 상측에 배치되는 지점부 세그먼트(100A')에만 조기합성 콘크리트(1201)가 합성될 수도 있고, 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이 연속 지점부(20a)의 상측 이외의 부모멘트 세그먼트(100A)에도 조기합성 콘크리트(1201)가 합성될 수 있다. 이 때, 조기합성 콘크리트(1201)가 합성될 예정인 부모멘트 세그먼트(100A, 100A')는 도7a에 도시된 바와 같이 횡리브와 종리브 없이 전단 연결재(116, 119)만 돌출 형성되고, 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되지 않고 추가합성 콘크리트(1202)만 합성될 예정인 부모멘트 세그먼트(100A)는 도7b에 도시된 바와 같이 횡리브(114) 및 종리브(115)와 함께 전단 연결재(119)가 돌출 형성된다.
여기서, 전단 연결재(116, 119)의 배치 형상은 도7a, 도7b, 도9a에 도시된 형태로 배치될 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 다양한 형태로 배치될 수 있다.
도7c에 도시된 바와 같이, 고정 하중에 의하여 정모멘트(M1)가 작용하는 정모멘트 구간(II)에 배치되는 정모멘트 강박스 세그먼트(110B)에는 하부 플랜지(111)에 콘크리트가 합성되지 않으므로, 전단 연결재가 설치되지 않고 횡리브(114) 및 종리브(115)가 하부 플랜지(111) 상에 설치된다.
단계 2: 그리고 나서, 지상에서 지점부 강박스 세그먼트(110A')의 하부 플랜지(111)에 조기합성 콘크리트(1201)를 합성한다(S120). 전술한 바와 같이, 지점부 세그먼트(100A')가 아니더라도 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이 부모멘트 구간(I)에 배치되는 부모멘트 세그먼트(100A)에도 조기합성 콘크리트 콘크리트(1201)가 합성될 수 있다. 이하에는 편의상 지점부 세그먼트(100A')에 조기합성 콘크리트(1201)를 합성하는 공정을 설명한다.
지점부 세그먼트(100A')를 형성하는 지점부 강박스 세그먼트(110A')에 조기합성 콘크리트(1201) 합성하는 것은, 도8a에 도시된 바와 같이 지상에서 하부 플랜지(111) 상에 직접 타설하여 합성될 수도 있고, 도9a 내지 도9e에 도시된 바와 같이 전단 연결재(116,119) 부위에 블록 아웃(1201a)이 형성되도록 타설되고, 타설된 콘크리트가 소정의 강도로 양생된 후 블록 아웃부(1201a)에 모르타르 또는 무수축 콘크리트의 충전재(120z)로 채움으로써 하부 플랜지(111)에 합성될 수도 있다. 어느 경우이든지, 조기합성 콘크리트(1201)의 내부에는 보강 철근(97)이 배근되고, 추가합성 콘크리트(1202)의 종방향 보강 철근(미도시)과 연결하기 위한 철근 커플러(120x)가 종방향으로 노출되게 합성하는 것이 바람직하다.
조기합성 콘크리트(1201)를 상부 플랜지(111) 상에 직접 합성하는 경우에는, 합성하고자 하는 구간의 시ㅇ종점부에 거푸집(95)을 설치하고, 보강 철근을 배근한 후, 굳지 않은 콘크리트를 타설하여 양생하고, 거푸집을 제거하는 것에 의하여 이루어질 수 있다. 이와 같은 방법은 합성을 위한 제작이 간편하지만 고강도 콘크리트를 사용하는 경우 양생시 강재의 구속에 의해 콘크리트가 수축하지 못하여 콘크리트에 수축 균열을 발생시킨다. 이를 해결하기 위해 굳지 않은 콘크리트 재료에 수축 저감제를 넣어 콘크리트의 수축 저감을 유도하는 방법 등이 있다.
이에 대한 보완 방법으로, 도9a 내지 도9e에 도시된 바와 같이, 조기합성 콘크리트(1201)로 고강도 콘크리트 적용시 블록 아웃부(1201a)를 형성하여 합성하는 방법이 개시된다. 즉, 도9a에 도시된 바와 같이 전단 연결재(116, 119)가 영역별로 모여 있는 강재 단면을 갖는 세그먼트(210A')를 준비한 후에, 도9b에 도시된 바와 같이 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되는 구간의 시ㅇ종점부에 거푸집(95)을 설치하고 전단 연결재(116, 119) 주위에 블록 아웃부(1201a)가 형성되도록 내측 거푸집(95a)을 설치한다. 그리고 나서, 도9c에 도시된 바와 같이 블록 아웃부(1201a)를 제외한 조기합성 콘크리트(1201) 형성되는 영역에 보강 철근(97)을 배근한 후, 도9d에 도시된 바와 같이 블록 아웃부를 제외한 공간에 굳지 않은 콘크리트를 타설하여 조기합성 콘크리트(1201)를 일부 형성한다. 그리고 나서, 상기 타설된 콘크리트가 소정의 강도를 발현하면, 블록 아웃부(1201a)에 설치된 내측 거푸집(95a)를 제거하고, 도9e에 도시된 바와 같이 조기합성 콘크리트(1201)의 블록 아웃부(1201a)에 고강도 무수축 충전재(120z)를 충전하는 것에 의하여 충전재와 전단 연결재(119)를 매개로 조기합성 콘크리트(1201, 120z)를 하부 플랜지(111)에 합성한다. 이와 같이, 전단 연결재(116, 119)와 결합되는 부분에 블록 아웃부(pocket hole)을 형성하여 강재와 콘크리트의 구속을 최소화함으로써, 고강도 콘크리트 타설 후 자기 수축에 의한 균열 발생을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 별도의 프리캐스트로 콘크리트를 제작한 후 강재와 콘크리트를 합성하는 종래의 방식에 비하여 프리캐스트를 하부 플랜지(111) 상에 삽입하는 공정, 프리캐스트와 프리캐스트를 연결하는 공정 등 복잡한 공정이 불필요하기 때문에 시공이 매우 간편하게 된다.
한편, 도면에 도시하지 않았지만, 강재와 조기합성 콘크리트의 구속을 최소화하기 위해서, 블록 아웃부를 제외한 공간에 굳지 않은 콘크리트를 타설하여 조기합성 콘크리트(1201)를 일부 형성하기 이전에 하부 플랜지 상면에 지연경화제, 비닐 등 강재와의 부착을 방지하기 위한 부착 방지재를 추가로 설치할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 다양한 방법으로 조기합성 콘크리트(1201, 120z)를 지점부 강박스 세그먼트(110A', 210A')와 필요에 따라 일부 이상의 부모멘트 세그먼트(100A)를 형성하는 하부 플랜지(111)에 합성한다.
단계 1과 단계 2는 제작 환경이 우수한 공장에서 미리 행해져, 항상 높은 강도의 조기합성 콘크리트를 강박스 세그먼트(110A', 210A')에 안정적으로 합성할 수 있다. 예를 들어, 60MPa 이상의 높은 압축 강도를 갖는 고강도 콘크리트를 균열이 최소화된 고품질의 콘크리트가 확보되도록 제작할 수 있다.
한편, 도11b에 도시된 바와 같이, 지점부 강박스 세그먼트(110A')에 조기합성 콘크리트(1201)가 합성되면, 조기합성 콘크리트(1201)의 상면(1201s)은 수직 보강재(118) 하단의 플레이트(118e')와 접촉하거나 약간 이격되게 배치되게 할 수 있다. 이에 의하여, 조기합성 콘크리트(1201)로 고강도 콘크리트를 사용할 경우, 조기합성 콘크리트 타설 후 양생시 발생하는 콘크리트의 자기 수축을 수직보강재가 구속하는 것을 방지하여 콘크리트에 발생하는 균열을 최소화시켜 보다 향상된 고강도 콘크리트의 품질을 확보할 수 있다.
단계 3: 강박스 세그먼트(110A, 110A', 110B)와 조기합성 콘크리트가 합성된 지점부 세그먼트(120A')를 제작하는 공정은 교량 하부 구조(10, 20)상에 거치되기 이전에 지상에서 행해지며, 보다 바람직하게는 공장에서 미리 제작되어 준비된다. 조기합성 콘크리트(1201, 1201')가 합성된 세그먼트(120A', 220A') 및 강박스 거더(100)에 필요한 다른 세그먼트(110A, 110B)를 현장으로 운반한다(S130).
단계 4: 그리고 나서, 도10a 및 도10b에 도시된 바와 같이, 세그먼트(110A, 120A', 110B)를 연결 플레이트(70)로 종방향으로 블록 단위로 연결, 크레인으로 인양하여 교량 하부 구조(10,20) 상에 순차적으로 거치시킨다(S140).
이에 따라, 교축 방향으로 연속 지점부(20a)의 상측에서 부모멘트가 작용하고, 정모멘트의 크기가 단순교에 비하여 더 작아지는 일련의 연속 거더를 이루게 된다.
단계 5: 그리고 나서, 도10c에 도시된 바와 같이 연속 거더)의 부모멘트 구간(I)에 배치된 부모멘트 세그먼트(110A, 120A')에 대하여, 추가합성 콘크리트(1202)를 타설하여 하부 플랜지(111)와 합성된 부모멘트 세그먼트(100A, 100A')를 형성한다(S150).
추가합성 콘크리트는 도3 이외에 도5a 및 도5b에 도시된 형태로 합성될 수 있다.
추가합성 콘크리트 합성 이전에, 추가합성 콘크리트(1202)가 합성되는 영역에는 보강 철근(미도시)을 배근하고, 보강 철근의 종방향 철근을 철근 커플러(120x)와 연결한다. 그리고, 추가합성 콘크리트(1202)를 합성하기 위한 거푸집을 필요에 따라 설치하고, 굳지 않은 콘크리트를 타설하여 추가합성 콘크리트(1202)를 합성한다.
이에 따라, 교축 방향으로 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더(1)의 제작이 완료된다. 경우에 따라, 강박스 합성거더(1)는 교축 직각 방향으로 복수의 거더(1)가 배치될 수 있다.
단계 7: 그리고 나서, 도10d에 도시된 바와 같이, 교량 상부 구조(2)를 시공하기 위하여, 강박스 합성거더(1)의 상측에 바닥판 콘크리트(200)를 합성한다(S160).
이를 위하여, 강박스 거더(100)에 지지되는 형태로 바닥판 타설을 위한 거푸집을 설치하고, 바닥판 철근을 배근한 후, 굳지 않은 콘크리트를 거푸집에 타설하여 상부 플랜지(113)의 연결재(113a)에 의하여 바닥판 콘크리트(200)가 합성거더(1)와 일체로 합성되게 한다.
강박스 합성거더(1) 상부 구조(2)의 연속 지점부 단면은 도11d와 같이 강재 단면에 조기합성 콘크리트, 추가합성 콘크리트 및 바닥판 콘크리트가 합성된 단면을 형성하며, 조기합성 콘크리트가 합성되지 않은 부모멘트 단면은 도11e와 같이 강재 단면에 추가합성 콘크리트 및 바닥판 콘크리트가 합성된 단면을 최종적으로 형성하게 된다.
그리고 포장면을 시공하고 난간을 가설하여 교량의 시공을 완료한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 다시 말하면, 본 발명의 실시예에서는 2경간 강박스 합성거더(1) 연속교 형식의 교량(2)을 예로 들어 설명하였지만, 위 실시 예를 참조하여 이를 3경간 이상의 연속 교량에 적용하는 것은 당해 기술 분야의 당업자에게는 너무도 명확히 이해할 수 있으며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 3경간 이상의 연속 교량에 적용하는 것도 당연히 본 발명의 범주에 속하는 것이다.
I: 부모멘트 구간 Ⅱ: 정모멘트 구간
1: 강박스 합성거더 10, 20: 교량 하부 구조
100A: 부모멘트 세그먼트 100A': 지점부 세그먼트
100B: 정모멘트 세그먼트
110A : 추가합성 콘크리트가 합성되는 부모멘트 강박스 세그먼트
110A', 210A': 조기합성 콘크리트가 합성되는 강박스 세그먼트
120A', 220A': 조기합성 콘크리트가 합성된 세그먼트
111: 하부 플랜지 112: 복부
118: 수직 보강재 116, 119: 전단 연결재
1201: 조기합성 콘크리트 1202: 추가합성 콘크리트

Claims (13)

  1. 하부 플랜지와, 상기 하부 플랜지로부터 2개의 이격된 위치에 각각 연장된 복부가 구비되어 U자형을 포함하는 강재 단면을 형성하는 다수의 세그먼트를 준비하는 세그먼트 제작단계;
    상기 세그먼트 중 고정 하중에 의하여 부모멘트가 작용하는 구간에 배치되는 부모멘트 세그먼트의 하부 플랜지 상에 소정의 간격으로 전단 연결재를 설치하는 단계; 및
    상기 세그먼트 중 고정 하중에 의하여 부모멘트가 작용하는 구간에 배치되는 상기 전단 연결재가 설치된 상기 부모멘트 세그먼트의 일부 이상의 상기 하부 플랜지의 상면에 조기합성 콘크리트를 교량 하부 구조에 인상하기 이전에 지상에서 합성하되, 상기 조기합성 콘크리트가 합성된 상기 부모멘트 세그먼트는 연속 지점부의 상측에 배치되는 지점부 세그먼트가 포함되도록 상기 조기합성 콘크리트를 합성하는 조기합성 콘크리트 합성단계;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더의 시공 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 조기합성 콘크리트 합성단계는,
    상기 부모멘트 세그먼트의 상기 전단 연결재가 배치된 영역에 블록 아웃부가 형성되도록 거푸집을 제작하는 단계;
    상기 블록 아웃부를 제외한 상기 거푸집 조립 구간에 콘크리트를 타설하고 양생하여 소정의 압축강도로 상기 조기합성 콘크리트를 형성하는 단계; 및
    상기 거푸집을 제거하여 상기 블록 아웃부를 형성하는 단계;
    를 포함하고, 상기 블록 아웃부에 상기 조기합성 콘크리트의 압축 강도 이상의 충전재를 채우는 것에 의하여 상기 조기합성 콘크리트를 상기 하부 플랜지와 일체화시키는 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더의 시공 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 조기합성 콘크리트 합성단계는,
    상기 세그먼트가 현장에 운반되기 이전에 미리 공장에서 행해지는 것을 특징으로 하는 연속 지점부 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더의 시공 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 조기합성 콘크리트가 합성된 상기 부모멘트 세그먼트의 복부에는 소정의 간격으로 수직 보강재가 형성되되, 상기 수직 보강재의 하단은 상기 조기합성 콘크리트의 상면까지 연장 형성되며, 상기 수직 보강재의 하단에는 플레이트의 판면이 수평 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더의 시공 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    교량 하부 구조에 거치된 이후이면서 교량용 바닥판 콘크리트를 합성하기 이전에, 상기 부모멘트 세그먼트의 소정의 구간에 상기 하부 플랜지 상에 추가합성 콘크리트를 합성하는 추가합성 콘크리트 합성단계를;
    더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더의 시공 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 추가합성 콘크리트는 상기 조기합성 콘크리트의 상측으로 더 타설되어 상기 하부 플랜지와 상기 조기합성 콘크리트 그리고 상기 추가합성 콘크리트가 일체로 합성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더의 시공 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 추가합성 콘크리트는 상기 조기합성 콘크리트가 합성되지 않은 상기 조기합성 콘크리트 사이의 상기 하부 플랜지 상에 타설하여 교축방향으로 연속된 콘크리트 합성 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더의 시공 방법.
  8. 연속 경간으로 형성되는 강박스 거더와 연속 지점부를 포함하여 부모멘트 구간에 설치되는 상기 강박스 거더의 하부 플랜지 상에 합성되는 콘크리트가 일체로 합성된 강박스 합성거더에 있어서,
    하부 플랜지와, 상기 하부 플랜지로부터 2개의 이격된 위치에 각각 연장된 복부가 구비된 U자형을 포함하는 강재 단면으로 형성된 다수의 세그먼트;
    상기 세그먼트 중 고정 하중에 의하여 부모멘트가 작용하는 구간에 배치되는 소정의 부모멘트 세그먼트 하부 플랜지 상에 설치되는 전단연결재; 및
    상기 세그먼트 중 고정 하중에 의하여 부모멘트가 작용하는 구간에 배치되는 상기 전단 연결재가 설치된 상기 부모멘트 세그먼트 중 연속 지점부 세그먼트를 포함하여 일부 이상의 상기 하부 플랜지 상에 합성된 조기합성 콘크리트;
    를 포함하고, 상기 조기합성 콘크리트는 상기 세그먼트를 교축 방향으로 연결하여 교량 하부 구조 상에 거치시키는 세그먼트 거치단계 이전에 지상에서 세그먼트 형태로 상기 하부 플랜지 상에 합성되는 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 조기합성 콘크리트는, 상기 부모멘트 세그먼트의 상기 전단 연결재가 배치된 영역에 블록 아웃부가 형성되고,
    상기 블록 아웃부를 제외한 구간에 먼저 콘크리트를 타설하여 소정의 강도 발현 후, 상기 블록 아웃부에 상기 콘크리트 압축강도 이상의 충전재를 채우는 것에 의하여 상기 하부 플랜지와 일체화되는 것에 의해 상기 조기합성 콘크리트 합성단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 조기합성 콘크리트가 합성된 상기 부모멘트 세그먼트의 복부에는 소정의 간격으로 수직 보강재가 형성되되, 상기 수직 보강재의 하단은 상기 조기합성 콘크리트의 상면까지 연장 형성되며, 상기 수직 보강재의 하단에는 플레이트의 판면이 수평 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더.
  11. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 부모멘트 세그먼트의 소정의 구간에 상기 하부 플랜지 상에 합성되되, 상기 세그먼트를 교량 하부 구조에 거치한 이후이면서 교량용 바닥판 콘크리트를 합성하기 이전에 합성되는 추가합성 콘크리트;
    를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 추가합성 콘크리트는 상기 조기합성 콘크리트의 상측으로 더 타설되어 상기 하부 플랜지와 상기 조기합성 콘크리트 그리고 상기 추가합성 콘크리트가 일체로 합성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 추가합성 콘크리트는 상기 조기합성 콘크리트가 합성되지 않은 상기 조기합성 콘크리트 사이의 상기 하부 플랜지 상에 타설하여 교축방향으로 연속된 콘크리트 합성 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 연속 지점부에 콘크리트가 합성된 강박스 합성거더.
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