KR20180032107A - 전단연결재 및 이를 이용한 강재 거더 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본체판(101); 상기 본체판(101)과 동일한 경사도를 갖도록, 상기 본체판(101)의 상단에서 상측으로 연장형성된 연장판(102); 상기 연장판(102)과 상이한 경사도를 갖도록, 상기 본체판(101)의 상단에서 상측으로 경사지게 연장형성된 경사판(103); 상기 연장판(102)과 경사판(103)의 사이 영역으로서, 상기 본체판(101)의 상단에 형성된 철근 삽입홈(104);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전단연결재(100)를 제시함으로써, 전단응력에 대한 저항성능을 증대하면서도, 우수한 시공성을 얻도록 하고, 연성파괴의 구조를 얻을 수 있도록 한다.

Description

전단연결재 및 이를 이용한 강재 거더{JOINT MEMBER FOR SHEAR STRESS AND STEEL GIRDIR USING THE SAME}
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 전단연결재 및 이를 이용한 강재 거더에 관한 것이다.
강재 거더의 상부에 철근 콘크리트를 설치한 합성 거더가 널리 사용되고 있다.
이는 강재 거더의 상부와 철근 콘크리트에 의한 상부 플랜지(또는 바닥판)의 결합강도가 대단히 중요하므로, 강재 거더의 상부 플랜지의 상면에 전단연결재를 설치한 구조가 널리 사용된다.
강재 거더의 상부 플랜지의 상면에 다수의 스터드를 배치한 스터드형 전단연결재의 강성 부족의 문제점을 해소하고자, 강재 거더의 웹의 상단에 전단보강판(10)을 설치하고, 그 관통공(11)을 통해 전단철근(20)을 삽입하는 보강구조가 제시되고 있다(도 1).
이 전단철근(20)은 콘크리트에 의한 상부 플랜지(또는 바닥판)에 매설되어, 전단응력에 대하여 저항한다.
이러한 보강구조는 전단철근의 상부 또는 하부 이탈을 방지하여 전단응력에 대한 저항성능을 증대한다는 장점이 있다.
그러나 이는 다음과 같은 문제가 제기되어 왔다.
첫째, 전단철근은 대단히 많은 수가 복잡한 결합구조에 의해 설치되어야 하는데, 위 종래기술은 플랜지의 폭방향으로 배치되는 전단철근(20)을 일일이 전단보강판(10)의 관통공(11)에 삽입설치하는 공정이 필요하므로, 시공성이 좋지 못하다.
둘째, 강성이 지나치게 강하고 연성(ductility)이 부족하여, 전단연결재의 변형 이전 관통공 주변 콘크리트의 파괴 및 전단철근의 파단에 의해 합성상태의 파괴가 이루어지므로(취성 파괴), 사전 징후 없이 구조물이 파괴됨에 따라 큰 피해가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 전단응력에 대한 저항성능을 증대하면서도, 우수한 시공성을 얻도록 하고, 연성파괴의 구조를 얻을 수 있도록 하는 전단연결재 및 이를 이용한 강재 거더를 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 본체판(101); 상기 본체판(101)과 동일한 경사도를 갖도록, 상기 본체판(101)의 상단에서 상측으로 연장형성된 연장판(102); 상기 연장판(102)과 상이한 경사도를 갖도록, 상기 본체판(101)의 상단에서 상측으로 경사지게 연장형성된 경사판(103); 상기 연장판(102)과 경사판(103)의 사이 영역으로서, 상기 본체판(101)의 상단에 형성된 철근 삽입홈(104);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전단연결재(100)를 제시한다.
상기 연장판(102)과 경사판(103)의 사잇각(θ1)은 예각인 것이 바람직하다.
하나의 상기 본체판(101)의 상단에는, 복수의 상기 연장판(102)과 복수의 상기 경사판(103)이 번갈아 연장형성된 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 전단연결재(100)를 이용한 강재 거더로서, 웹(200); 상기 웹(200)의 상단에 설치된 상기 전단연결재(100);를 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 거더를 제시한다.
상기 본체판(101)은 상기 웹(200)과 동일한 경사도를 갖도록, 상기 웹(200)의 상단에서 상측으로 연장설치된 것이 바람직하다.
상기 본체판(101)은 상기 웹(200)과 상이한 경사도를 갖도록, 상기 웹(200)의 상단에서 상측으로 경사지게 연장설치되고, 상기 경사판(103)은 상기 연장판(102)과 반대측으로 경사지게 연장형성된 것이 바람직하다.
상기 연장판(102)과 경사판(103)의 사잇각(θ1)은 30~45°이고, 상기 본체판(101)과 수평면의 사잇각(θ2)은 80~83°인 것이 바람직하다.
복수의 상기 전단연결재(100)는, 상기 경사판(103)의 경사방향이 일측을 향하는 일측 전단연결재(110); 상기 경사판(103)의 경사방향이 타측을 향하는 타측 전단연결재(120);를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 웹(200)의 상단에 길이방향을 따라 복수의 상기 전단연결재(100)가 설치되며, 하나의 상기 웹(200)의 상단에는, 복수의 상기 일측 전단연결재(110)와 복수의 상기 타측 전단연결재(120)가 번갈아 설치된 것이 바람직하다.
상기 웹(200)의 상단에 상부 플랜지(210)가 설치되고, 상기 상부 플랜지(210)의 상부에 복수의 상기 전단연결재(100)가 길이방향을 따라 2열로 설치되며, 상기 2열 중 일측열에는 상기 일측 전단연결재(110)가 설치되고, 상기 2열 중 타측열에는 상기 타측 전단연결재(120)가 설치된 것이 바람직하다.
상기 웹(200)의 상단에 상부 플랜지(210)가 설치되고, 상기 상부 플랜지(210)의 상부에 복수의 상기 전단연결재(100)가 길이방향을 따라 2열로 설치되며, 상기 2열 중 일측열에는 상기 타측 전단연결재(120)가 설치되고, 상기 2열 중 타측열에는 상기 일측 전단연결재(110)가 설치된 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 강재 거더를 이용한 합성 거더로서, 상기 강재 거더; 상기 전단연결재(100)가 매설되도록, 상기 강재 거더의 상부에 대한 콘크리트 타설에 의해 설치된 상부 플랜지 또는 바닥판;을 포함하고, 상기 상부 플랜지 또는 바닥판의 전단철근(310)은 상기 전단연결재(100)의 철근 삽입홈(104)에 끼워지도록 배근된 것을 특징으로 하는 합성 거더를 제시한다.
본 발명은 전단응력에 대한 저항성능을 증대하면서도, 우수한 시공성을 얻도록 하고, 연성파괴의 구조를 얻을 수 있도록 하는 전단연결재 및 이를 이용한 강재 거더를 제시한다.
도 1은 종래기술의 사시도.
도 2 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 2는 전단연결재의 사시도.
도 3은 전단연결재의 정면도.
도 4는 강재 거더의 제1 실시예의 정면도.
도 5는 강재 거더의 제2 실시예의 사시도.
도 6은 강재 거더의 제3 실시예의 정면도.
도 7은 강재 거더의 제4 실시예의 정면도.
도 8은 강재 거더의 제5 실시예의 정면도.
도 9는 강재 거더의 제6 실시예의 정면도.
도 10은 강재 거더의 제7 실시예의 사시도.
도 11은 강재 거더의 제8 실시예의 정면도.
도 12는 강재 거더의 제9 실시예의 정면도.
도 13은 강재 거더의 제10 실시예의 정면도.
도 14는 강재 거더의 제11 실시예의 정면도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 2 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 전단연결재(100)는 기본적으로, 본체판(101); 본체판(101)과 동일한 경사도를 갖도록, 본체판(101)의 상단에서 상측으로 연장형성된 연장판(102); 연장판(102)과 상이한 경사도를 갖도록, 본체판(101)의 상단에서 상측으로 경사지게 연장형성된 경사판(103); 연장판(102)과 경사판(103)의 사이 영역으로서, 본체판(101)의 상단에 형성된 철근 삽입홈(104);을 포함하여 구성된다.
이러한 전단연결재(100)는 웹(200)의 상단에 설치되어 강재 거더를 형성하고, 위 전단연결재(100)가 매설되도록, 강재 거더의 상부에 대한 콘크리트 타설에 의해 상부 플랜지 또는 바닥판이 설치되는데, 그 상부 플랜지 또는 바닥판의 전단철근(310)은 전단연결재(100)의 철근 삽입홈(104)에 끼워지도록 배근된다.
이러한 강재 거더는 콘크리트와의 합성에 의해, 합성 거더(I형 거더, 박스 거더 등 포함), 강재 거더와 합성 거더의 조합구조 등 다양한 합성 구조에 적용될 수 있다.
이는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 전단연결재(100)의 본체판(101)과 연장판(102) 사이에 형성된 철근 삽입홈(104)에 대하여, 전단철근(310)을 위에서 아래로 끼우기만 하면 되므로, 시공이 편리하다.
둘째, 도 3에 도시된 바와 같이, 전단철근(310)이 매설된 콘크리트 부위(본체판(101)의 우측 영역)의 상측 이탈이 경사판(103)에 의해 방지되므로, 종래의 관통공 방식의 전단보강판에 비해 전단저항성능이 감소되지 않는다.
셋째, 경사판(103)과 전단철근(310)의 강성이 서로 적절한 균형을 가지므로, 전단철근의 파단 등에 의한 급격한 파괴(취성 파괴)가 발생하지 않으므로, 구조물이 파괴 이전 충분한 사전 징후가 나타남에 따라 피해를 줄일 수 있다(연성 파괴).
연장판(102)과 경사판(103)의 사잇각(θ1)은 예각(90°이하)으로 하는 것이 시공성 및 구조적 안정성을 위하여 바람직하다(도 3).
하나의 본체판(101)의 상단에는, 복수의 연장판(102)과 복수의 경사판(103)이 번갈아 연장형성되도록 하고, 이러한 구조의 전단연결재(100) 복수를 강재 거더의 웹(200)의 상단에 결합함으로써, 경제적이면서도 구조적 안정성이 우수한 보강구조를 얻을 수 있다.
도 2,5,10에서는, 하나의 본체판(101)의 상단에 2개의 연장판(102)과 2개의 경사판(103)이 번갈아 연장형성된 실시예를 도시하고 있으나, 연장판(102)과 경사판(103)을 각 3개씩 또는 각 4개씩 형성하는 구조도 충분히 가능하다.
전단연결재(100)의 제작과정은 다음과 같다.
철판에 대하여 다수의 철근 삽입홈(104)을 형성하고, 이에 의해 형성된 다수의 조각부 중 일부는 그대로 두어 상기 연장판(102)이 형성되도록 하고, 다른 일부는 절곡하여 상기 경사판(103)이 형성되도록 한다.
위 조각부 전부를 서로 다른 방향으로 절곡하여 "Y"자형 단면 구조를 형성하는 경우, 좌우대칭구조를 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 절곡작업량이 과도하게 많으므로 시공성이 좋지 않다.
본 발명에 의한 전단연결재(100)는 위 조각부 중 일부만을 절곡하여 "y"자형 단면 구조를 형성하므로, 절곡작업량을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
다만, 좌우대칭구조를 이루지 못한다는 단점이 있는데, 이는 다음과 같은 구조에 의해 극복할 수 있다.
이하, 이를 위한 구조에 관한 2가지 실시예에 대하여 설명한다.
첫째, 본체판(101)은 웹(200)과 동일한 경사도를 갖도록, 웹(200)의 상단에서 상측으로 연장설치된 구조를 취하는 경우(본체판(101)이 웹(200)과 동일한 수직방향으로 설치되는 경우)이다(도 4 내지 7).
이를 위하여 2종류의 전단연결재(100)를 준비한다.
즉, 경사판(103)의 경사방향이 일측을 향하는 일측 전단연결재(110); 경사판(103)의 경사방향이 타측을 향하는 타측 전단연결재(120);를 포함하는 구조가 그것이다.
다시 말해서, 복수의 전단연결재(100) 중 일부는 경사판(103)의 경사방향이 일측(도면상 우측)을 향하도록 설치하고(일측 전단연결재(110)), 나머지 일부는 경사판(103)의 경사방향이 타측(도면상 좌측)을 향하도록 설치한다(타측 전단연결재(120)).
웹(200)의 상단에 길이방향을 따라 복수의 전단연결재(100)가 설치되며, 하나의 웹(200)의 상단에는, 복수의 일측 전단연결재(110)와 복수의 타측 전단연결재(120)가 번갈아 설치되도록 할 수 있다(도 5).
이는 동일한 구조의 전단연결재 다수를 제작하고, 그 다수의 전단연결재의 경사판이 서로 다른 방향을 향하도록 번갈아 설치하는 방식에 의해 구현할 수 있다.
이는 길이방향을 따라 경사판(103)의 일부는 일측을 향하고, 다른 일부는 타측을 향하도록, 일측 전단연결재(110)와 타측 전단연결재(120)를 번갈아 설치하므로, 전체적으로 좌우대칭구조를 얻을 수 있다.
도 5에서는 하나의 전단연결재(100,110,120)에 2개의 연장판(102)과 2개의 경사판(103)(총 4개)이 형성된 실시예를 도시하고 있다.
이와 같이, 하나의 전단연결재(100,110,120)에 형성되는 연장판(102)과 경사판(103)의 개수가 동일한 것(총 개수가 짝수인 것)이 힘의 균형 측면에서 유리하므로, 하나의 전단연결재(100,110,120)에는 3개의 연장판(102)과 3개의 경사판(103)(총 6개), 4개의 연장판(102)과 4개의 경사판(103)(총 8개) 등이 형성된 구조를 취하는 것이 바람직하다.
또는, 웹(200)의 상단에 설치된 상부 플랜지(210)를 이용하여, 상부 플랜지(210)의 상부에 복수의 전단연결재(100)를 길이방향을 따라 2열로 설치하되, 2열 중 일측열에는 일측 전단연결재(110)가 설치되고, 2열 중 타측열에는 타측 전단연결재(120)가 설치된 구조를 취할 수 있다(도 6).
이는 양측열의 전단연결재(110)의 경사판(103)이 각각 모두 외측을 향하여 경사진 구조가 되므로, 전체적으로 좌우대칭구조를 얻을 수 있다.
이와 반대로, 2열 중 일측열에는 타측 전단연결재(120)가 설치되고, 2열 중 타측열에는 일측 전단연결재(110)가 설치된 구조를 취할 수도 있다(도 7).
이는 양측열의 전단연결재(110)의 경사판(103)이 각각 모두 내측을 향하여 경사진 구조가 되므로, 전체적으로 좌우대칭구조를 얻을 수 있다.
둘째, 본체판(101)은 웹(200)과 상이한 경사도를 갖도록, 웹(200)의 상단에서 상측으로 경사지게 연장설치되고, 경사판(103)은 연장판(102)과 반대측으로 경사지게 연장형성된 구조를 취하는 경우이다(도 8 내지 12).
예컨대, 본체판(101) 및 연장판(102)은 타측(도면상 좌측)으로 경사지도록 웹(200)에 결합하고, 경사판(103)은 일측(도면상 우측)으로 경사지도록 연장형성된 경우이다.
위 첫째 실시예는 수직방향으로 설치된 본체판(101)에 경사판(103)이 일측으로 돌출형성되어 그 자체로는 좌우대칭이 불가능한 구조이지만, 본 실시예는 본체판(101) 및 연장판(102)과 경사판(103)이 서로 다른 방향으로 경사지게 형성되므로, 이들의 경사도를 조절함에 따라 그 자체로 실질적인 좌우대칭구조(응력이 좌우측이 고르게 분배되는 구조)를 이룰 수 있다는 장점이 추가된다.
구체적으로, 연장판(102)과 경사판(103)의 사잇각(θ1)은 30~45°이고, 본체판(101)과 수평면의 사잇각(θ2)은 80~83°인 것이 바람직하다(도 13,14).
즉, 연장판(102)과 경사판(103)의 사잇각(θ1)이 30°이면, 본체판(101)과 수평면의 사잇각(θ2)이 83°인 경우, 실질적인 좌우대칭구조(편심이 0)가 된다(도 13).
연장판(102)과 경사판(103)의 사잇각(θ1)이 45°이면, 본체판(101)과 수평면의 사잇각(θ2)이 80°인 경우, 실질적인 좌우대칭구조(편심이 0)가 된다(도 14).
본 실시예에서도 위 2종류의 전단연결재(100)(일측 전단연결재(110)와 타측 전단연결재(120))를 사용하는 것이 더욱 유리하다.
즉, 본체판(101) 및 연장판(102)의 경사방향이 타측을 향하고, 경사판(103)의 경사방향이 일측을 향하는 일측 전단연결재(110); 본체판(101) 및 연장판(102)의 경사방향이 일측을 향하고, 경사판(103)의 경사방향이 타측을 향하는 타측 전단연결재(120);를 사용한다.
웹(200)의 상단에 길이방향을 따라 복수의 전단연결재(100)가 설치되며, 하나의 웹(200)의 상단에는, 복수의 일측 전단연결재(110)와 복수의 타측 전단연결재(120)가 번갈아 설치되도록 할 수 있다(도 10).
이는 길이방향을 따라 경사판(103)의 일부는 일측을 향하고, 다른 일부는 타측을 향하도록(본체판(101)의 일부는 타측을 향하고, 다른 일부는 일측을 향하도록), 일측 전단연결재(110)와 타측 전단연결재(120)를 번갈아 설치하므로, 전체적으로 좌우대칭구조를 얻을 수 있다.
또는, 웹(200)의 상단에 설치된 상부 플랜지(210)를 이용하여, 상부 플랜지(210)의 상부에 복수의 전단연결재(100)를 길이방향을 따라 2열로 설치하되, 2열 중 일측열에는 일측 전단연결재(110)가 설치되고, 2열 중 타측열에는 타측 전단연결재(120)가 설치된 구조를 취할 수 있다(도 11).
이는 양측열의 전단연결재(110)의 경사판(103)이 각각 모두 외측을 향하여 경사진 구조가 되므로, 전체적으로 좌우대칭구조를 얻을 수 있다.
이와 반대로, 2열 중 일측열에는 타측 전단연결재(120)가 설치되고, 2열 중 타측열에는 일측 전단연결재(110)가 설치된 구조를 취할 수도 있다(도 12).
이는 양측열의 전단연결재(110)의 경사판(103)이 각각 모두 내측을 향하여 경사진 구조가 되므로, 전체적으로 좌우대칭구조를 얻을 수 있다.
이와 같이, 상술한 실시예들은 전단연결재(100)의 조각부 중 일부만을 절곡하여 "y"자형 단면 구조를 형성하므로, 절곡작업량을 줄일 수 있으면서도, 실질적인 좌우대칭구조를 이루도록 하므로, 우수한 시공성 및 구조적 안정성을 모두 얻을 수 있다는 효과가 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100 : 전단연결재 101 : 본체판
102 : 연장판 103 : 경사판
104 : 철근 삽입홈 110 : 일측 전단연결재
120 : 타측 전단연결재 200 : 웹
210 : 상부 플랜지 310 : 전단철근

Claims (12)

  1. 본체판(101);
    상기 본체판(101)과 동일한 경사도를 갖도록, 상기 본체판(101)의 상단에서 상측으로 연장형성된 연장판(102);
    상기 연장판(102)과 상이한 경사도를 갖도록, 상기 본체판(101)의 상단에서 상측으로 경사지게 연장형성된 경사판(103);
    상기 연장판(102)과 경사판(103)의 사이 영역으로서, 상기 본체판(101)의 상단에 형성된 철근 삽입홈(104);을
    포함하는 것을 특징으로 하는 전단연결재(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연장판(102)과 경사판(103)의 사잇각(θ1)은 예각인 것을 특징으로 하는 전단연결재(100).
  3. 제1항에 있어서,
    하나의 상기 본체판(101)의 상단에는, 복수의 상기 연장판(102)과 복수의 상기 경사판(103)이 번갈아 연장형성된 것을 특징으로 하는 전단연결재(100).
  4. 제2항의 전단연결재(100)를 이용한 강재 거더로서,
    웹(200);
    상기 웹(200)의 상단에 설치된 상기 전단연결재(100);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 강재 거더.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 본체판(101)은 상기 웹(200)과 동일한 경사도를 갖도록, 상기 웹(200)의 상단에서 상측으로 연장설치된 것을 특징으로 하는 강재 거더.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 본체판(101)은 상기 웹(200)과 상이한 경사도를 갖도록, 상기 웹(200)의 상단에서 상측으로 경사지게 연장설치되고, 상기 경사판(103)은 상기 연장판(102)과 반대측으로 경사지게 연장형성된 것을 특징으로 하는 강재 거더.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연장판(102)과 경사판(103)의 사잇각(θ1)은 30~45°이고, 상기 본체판(101)과 수평면의 사잇각(θ2)은 80~83°인 것을 특징으로 하는 강재 거더.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상기 전단연결재(100)는,
    상기 경사판(103)의 경사방향이 일측을 향하는 일측 전단연결재(110);
    상기 경사판(103)의 경사방향이 타측을 향하는 타측 전단연결재(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 강재 거더.
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웹(200)의 상단에 길이방향을 따라 복수의 상기 전단연결재(100)가 설치되며,
    하나의 상기 웹(200)의 상단에는, 복수의 상기 일측 전단연결재(110)와 복수의 상기 타측 전단연결재(120)가 번갈아 설치된 것을 특징으로 하는 강재 거더.
  10. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웹(200)의 상단에 상부 플랜지(210)가 설치되고,
    상기 상부 플랜지(210)의 상부에 복수의 상기 전단연결재(100)가 길이방향을 따라 2열로 설치되며,
    상기 2열 중 일측열에는 상기 일측 전단연결재(110)가 설치되고,
    상기 2열 중 타측열에는 상기 타측 전단연결재(120)가 설치된 것을 특징으로 하는 강재 거더.
  11. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웹(200)의 상단에 상부 플랜지(210)가 설치되고,
    상기 상부 플랜지(210)의 상부에 복수의 상기 전단연결재(100)가 길이방향을 따라 2열로 설치되며,
    상기 2열 중 일측열에는 상기 타측 전단연결재(120)가 설치되고,
    상기 2열 중 타측열에는 상기 일측 전단연결재(110)가 설치된 것을 특징으로 하는 강재 거더.
  12. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 강재 거더를 이용한 합성 거더로서,
    상기 강재 거더;
    상기 전단연결재(100)가 매설되도록, 상기 강재 거더의 상부에 대한 콘크리트 타설에 의해 설치된 상부 플랜지 또는 바닥판;을 포함하고,
    상기 상부 플랜지 또는 바닥판의 전단철근(310)은 상기 전단연결재(100)의 철근 삽입홈(104)에 끼워지도록 배근된 것을 특징으로 하는 합성 거더.
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