KR20180117878A - 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체 및 그 시공 방법 - Google Patents

교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체 및 그 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 강재로 형성된 복부를 포함하는 단면으로 연장 형성되고, 다수의 수평 스터드가 상기 복부에 배치되고 다수의 연결공이 형성된 결합 플레이트가 상기 복부로부터 돌출된 연결부를 종방향을 따라 1개 이상 배치되게 구비되어, 교량의 하부 구조 상에 거치된 2열 이상의 주 거더와; 횡방향으로 인접한 상기 주 거더에 대하여, 상기 연결부를 횡방향으로 연결하되, 끝단의 관통공과 상기 연결공을 볼트로 연결되는 강재 가로보와; 상기 가로보가 상기 주 거더에 볼트 연결된 상태에서, 상기 연결부를 감싸는 형태로 상기 주 거더와 상기 가로보를 일체화하는 연결 콘크리트를; 포함하여 구성되어, 주 거더의 캠버 편차에도 불구하고, 현장에서의 작업성이 우수하고 저렴하며 정확하게 가로보를 연결 시공할 수 있는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체 및 그 시공 방법을 제공한다.

Description

교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체 및 그 시공 방법 {STRCUTRUE OF CONNECTING TRAVERSE BEAM WITH MAIN BEAM IN BRIDGE UPPER STRUCTURE AND METHOD OF CONSTRUCTING THE SAME}
본 발명은 교량의 상부 구조의 가로보 연결 구조체 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 바닥판을 지지하는 주 거더의 캠버량의 편차에도 불구하고 가로보와 주 거더의 모멘트 접합을 보다 간단하고 견고하게 시공할 수 있게 하는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 교량의 상부 구조는, 차량이나 보행자가 통행하는 바닥판과, 바닥판의 하측에 위치하여 바닥판과 합성되어 바닥판에 작용하는 하중을 지지하는 주 거더와, 주 거더들이 일체로 거동할 수 있도록 주 거더를 횡방향으로 연결하는 가로보를 포함하여 구성된다.
여기서, 가로보는 주 거더를 횡방향으로 연결하도록 설치되어, 비틀림 강성이 낮은 주 거더의 비틀림 강성을 증대시키고, 교량의 가설 중에 주 거더의 전도를 방지하여 안정성을 확보하는 목적으로 설치된다.
가로보와 주 거더의 연결 방식은, 전단력만을 전달할 수 있는 전단 접합 방식과, 전단력과 모멘트 모두를 전달할 수 있는 모멘트 접합 방식으로 나뉜다.
여기서, 전단 접합 방식은 도1a에 도시된 교량(9)에서와 같이, 주 거더(10)의 결합 플레이트(15)와 가로보(20)의 복부가 볼트 체결(88)에 의하여 연결되어, 주 거더(10)와 가로보(20) 사이에 상하 방향과 수평 방향의 힘을 전달할 수 있지만 모멘트를 전달하지 못하는 방식이다.
그리고, 모멘트 접합 방식은, 도1b에 도시된 교량(9')에서와 같이, 주 거더(10')에 결합 플레이트(15) 이외에 접합 플랜지(12a)를 설치해두고, 주 거더(10)의 결합 플레이트(15)와 가로보(20')의 복부(23)가 볼트 체결(88)에 의해 연결될 뿐만 아니라, 주 거더(10)의 연결 플랜지(12a)와 가로보(20')의 상,하부 플랜지(21, 22)를 연결판(66, 67)으로 맞대어 볼트 체결(87)로 추가로 연결하여, 주 거더(10')와 가로보(20') 사이에 상하 방향과 수평 방향의 힘 뿐만 아니라 모멘트도 전달하는 방식이다.
형고가 낮으면서 상대적으로 큰 비틀림 강성을 갖는 강 거더는 접합부의 응력 집중과 피로 문제가 크지 않으면 전단 접합 방식을 채용하는 것이 시공성과 경제성 측면에서 바람직하지만, 교량의 시공 단계에서 바닥판과 합성되기 이전의 주 거더는 활하중이 재하되는 단계에까지 편심에 의한 휨 및 비틀림을 받는 상황이 지속되므로, 주 거더의 휨 및 비틀림에 관한 안정성을 높이기 위해서는 모멘트 접합 방식으로 주 거더와 가로보를 연결하는 것이 사실상 필수적이다.
한편, 교량의 시공을 위하여 제작되는 주 거더(10, 10')는 다양한 형태로 제작된다. 강재는 인장력에 대해서는 효과적으로 저항할 수 있지만, 압축력에 대해서는 좌굴이 발생되어 갑작스런 붕괴를 유발하는 문제가 있고, 콘크리트는 압축력에 대해서는 효과적으로 저항할 수 있지만 인장력에 취약하여 인장력이 작용하면 균열이 쉽게 발생되어 구조물의 내하력이 급격히 감소하므로, 주 거더는 강재와 콘크리트가 합성된 강합성 거더가 널리 사용되고 있다.
그러나, 프리플렉스 하중이나 긴장재의 긴장 정착에 의하여 케이싱 콘크리트에 프리스트레스가 도입된 강합성 거더는, 케이싱 콘크리트의 제작 시기에 따른 크리프 및 건조수축량 차이에 의한 캠버량 편차가 발생되고, 케이싱 콘크리트에 프리스트레스를 도입하는 과정에서 발생되는 캠버량의 편차가 발생되므로, 다수의 거더의 캠버량 단차를 일률적으로 맞추는 것은 대단히 어렵다.
이로 인하여, 도1b에 도시된 모멘트 접합 방식을 적용하고자 하더라도, 캠버량의 편차로 인하여 상하 방향으로의 볼트 구멍을 정렬하는 것이 까다로와지며, 무엇보다도, 가로보의 상,하부 플랜지(21, 22)의 높이 편차를 정확히 맞출 수 없으므로, 모멘트 접합을 적용하는 것 자체가 매우 까다로워지는 한계가 있었다.
한편, 현장 용접 공정을 이용한 모멘트 접합 방식으로 가로보를 주 거더에 연결하는 방안이 모색되었지만, 고공에서 현장 용접을 하는 것은 매우 위험할 뿐만 아니라 고가이어서, 특수한 상황에서만 제한적으로 적용되고 있을 뿐이다.
따라서, 주 거더의 형고가 높아지고, 케이싱 콘크리트와 합성된 강합성 거더를 강재 가로보를 이용하여 모멘트 접합을 하고자 하는 경우에, 보다 신속하고 간편하면서 저렴한 비용으로 정확하게 가로보를 연결 시공하는 방법의 필요성이 절실히 대두되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 강재 가로보를 이용하여 모멘트 접합 방식으로 주 거더와 정확하고 간편하게 연결할 수 있는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체 및 그 시공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은, 주 거더의 솟음에 의한 단차 편차에도 불구하고, 강재 가로보를 이용하여 주 거더의 연결부에 모멘트 접합 방식으로 현장에서 연결할 수 있게 하여, 주 거더와 강재 가로보의 연결이 솟음 차이로 인해 곤란하였던 문제들을 일거에 해결하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 교량의 형고가 낮은 경우에도 모멘트 접합 방식으로 연결 함으로써, 강재 가로보의 단면을 작게하여 강재 사용량을 줄임으로써 경제성을 제고하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 달성하기 위하여 도출된 것으로서, 강재로 형성된 복부를 포함하는 단면으로 연장 형성되고, 다수의 수평 스터드가 상기 복부에 배치되고 다수의 연결공이 형성된 결합 플레이트가 상기 복부로부터 돌출된 연결부를 종방향을 따라 1개 이상 배치되게 구비되어, 교량의 하부 구조 상에 거치된 2열 이상의 주 거더와; 횡방향으로 인접한 상기 주 거더에 대하여, 상기 연결부를 횡방향으로 연결하되, 끝단의 관통공과 상기 연결공을 볼트로 연결되는 강재 가로보와; 상기 가로보가 상기 주 거더에 볼트 연결된 상태에서, 상기 연결부를 감싸는 형태로 상기 주 거더와 상기 가로보를 일체화하는 연결 콘크리트를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체를 제공한다.
여기서, 상기 연결부에 연결되는 상기 가로보는 상부 플랜지와, 하부 플랜지와, 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지를 연결하는 가로보 복부로 이루어진 'I'자형 단면으로 형성되고, 가로보 복부가 상기 주 거더의 상기 결합 플레이트에 결합하도록 구성된다.
무엇보다도, 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지에는 고리 철근이나 'ㄷ'자 또는 U자 형태의 강재 등의 고리형 부재가 상기 주 거더를 향하여 돌출 형성되게 고정되고, 상기 연결부에는 상기 고리형 부재를 관통하는 수직 철근이 설치되어, 상기 고리형 부재가 상기 연결 콘크리트에 매립됨으로써, 수평 수직 방향의 힘과 모멘트를 확실하게 전달할 수 있다.
여기서, 상기 고리형 부재는 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지에 고정된 고정 스터드를 감싸는 형태로 고정될 수 있다.
그리고, 상기 주 거더는, 강재 거더의 하부 플랜지와 접촉하는 케이싱 콘크리트가 합성된 강합성 거더인 경우에도, 강합성 거더의 캠버 편차에도 불구하고, 가로보의 모멘트 접합 시공을 정확하게 할 수 있다.
한편, 수직판과 수평판이 일체로 연결 형성되어 'ㄴ'자 형태를 포함하고, 상기 수평 스터드가 상기 수직판의 표면에 다수 돌출 형성되고, 상기 수직판에는 상기 복부의 관통공에 연통하는 체결공이 다수 형성되어, 상기 수직판이 상기 복부에 볼트 체결 방식으로 밀착 설치되는 복부 연결판을; 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 수평판은 상기 연결 콘크리트의 타설을 위한 거푸집의 일부를 형성하는 데 사용될 수 있다.
한편, 상기 주 거더는 복부의 하측에 케이싱 콘크리트가 합성되고, 상기 케이싱 콘크리트에는 U자형 수직 철근이 상기 복부에 인접 배치되며, 상기 수평 스터드가 다수 돌출 형성된 수직판을 포함하고, 상기 수직판에는 상기 복부의 관통공에 연통하는 체결공이 다수 형성되어, 상기 수직판이 상기 복부에 볼트 체결 방식으로 밀착 설치되는 복부 연결판을; 더 포함하고, 상기 연결 콘크리트는 상기 U 자형 수직 철근의 일부 이상을 감싸는 형태로 상기 복부에 합성되게 구성될 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 교량 상부 구조의 시공 방법으로서, 강재로 형성된 복부를 포함하는 단면으로 연장 형성되고, 다수의 수평 스터드가 상기 복부에 배치되고 다수의 연결공이 형성된 결합 플레이트가 상기 복부로부터 돌출된 연결부를 종방향을 따라 1개 이상 배치되게 구비된 주 거더를 준비하는 주 거더 준비단계와; 상기 주 거더를 인상하여 하부 구조 상에 2열 이상으로 거치시키는 주 거더 거치단계와; 횡방향으로 인접한 상기 주 거더에 대하여, 상기 연결부를 횡방향으로 연결하되, 가로보 끝단의 관통공과 상기 주 거더의 상기 연결공을 볼트로 연결시켜 연결하는 가로보 연결단계와; 상기 가로보와 상기 주 거더가 연결된 상기 연결부를 감싸는 형태로 콘크리트를 현장 타설하여, 상기 주 거더와 상기 가로보를 일체화 연결하는 연결콘크리트 합성단계와; 상기 주 거더의 상측에 바닥판 콘크리트를 합성하는 바닥판 합성단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 시공 방법을 제공한다.
여기서, 상기 연결콘크리트 합성단계와 상기 바닥판 합성단계는 동시에 행해질 수도 있다.
그리고, 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지에는 고리형 부재가 상기 주 거더를 향하여 돌출 형성되게 고정되고, 상기 연결부에는 상기 고리형 부재를 관통하는 수직 철근이 설치되어, 상기 고리형 부재가 상기 연결 콘크리트에 매립될 수 있다.
한편, 수직판과 수평판이 일체로 연결 형성되어 'ㄴ'자 형태를 포함하고, 상기 수평 스터드가 상기 수직판의 표면에 다수 돌출 형성되고, 상기 수직판에는 상기 복부의 관통공에 연통하는 체결공이 다수 형성된 복부 연결판을 준비하고, 상기 복부 연결판의 상기 수직판을 상기 주 거더의 상기 복부에 볼트 체결 방식으로 고정시키는 복부 연결판 고정단계를; 더 포함하고, 상기 가로보 연결단계는 상기 가로보를 상기 복부 연결판에 연결하여, 현장에서의 시공 공정을 보다 단순화할 수도 있다.
한편, 상기 주 거더 준비단계는, 상기 주 거더의 복부 하측에 케이싱 콘크리트가 합성되고, 상기 케이싱 콘크리트에는 U자형 수직 철근이 상기 복부에 인접 배치되도록 준비하고; 상기 수평 스터드가 다수 돌출 형성된 수직판을 포함하고, 상기 수직판에는 상기 복부의 관통공에 연통하는 체결공이 다수 형성된 복부 연결판을 준비하고, 상기 복부 연결판의 상기 수직판을 상기 복부에 볼트 체결 방식으로 고정시키는 복부 연결판 고정단계를; 더 포함하고, 상기 가로보 연결단계는 상기 가로보를 상기 복부 연결판에 연결하는 시공 방법으로 행해질 수도 있다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '종방향', '교축 방향' 및 이와 유사한 용어는 거더의 길이 방향을 지칭하는 것으로 정의하며, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '횡방향', '교축직각방향' 및 이와 유사한 용어는 거더의 종방향에 수직한 수평 방향을 지칭하는 것으로 정의한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 주 거더의 강재 복부와 강재 가로보의 복부를 볼트 체결하고, 연결부를 감싸는 연결 콘크리트로 주 거더와 가로보를 일체화시킴에 따라, 주 거더의 캠버 편차에도 불구하고, 현장에서의 작업성이 우수하고 저렴하며 정확하게 가로보를 연결 시공하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말하면, 본 발명은, 횡방향으로 인접한 주 거더와 캠버 편차로 인하여, 가로보의 복부와 주 거더의 결합 플레이트의 구멍을 정렬시켜 볼트 체결하는 것이 까다로울 뿐만 아니라, 볼트 체결을 하더라도 가로보의 상하부 플랜지와 주 거더의 연결 플랜지가 서로 삐뚤게 배치되어 플랜지의 연결 공정이 보다 어려워져 작업성이 낮아지고 모멘트 접합으로 정확하게 연결하지 못하였던 문제점을 해소하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 휨과 비틀림이 동시에 작용하는 고형고의 강합성 거더의 교량 구조에서, 전단력과 모멘트를 전달하는 가로보의 연결 구조를 연결 콘크리트를 이용하여 보다 경제적으로 구현함에 따라, 강재 가로보의 단면을 종래보다 더 작게 형성하여 강재 사용량을 줄이는 효과도 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은, 주 거더와 강재 가로보가 연결되는 연결부에 고리 철근 등의 고리형 부재와 이를 관통하는 수직 철근을 배치하여, 주 거더에 대한 강재 가로보의 회전 변위가 철근에 의해 구속됨으로써, 공용 중에 큰 모멘트가 가로보를 통해 주 거더 사이에 모멘트를 전달되는 과정에서 발생되는 응력을, 연결 콘크리트와 고리형 부재 및 수직 철근이 협력하여 견고하게 지지하여 높은 내구 수명과 안정성을 확보하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 수평 스터드가 다수 부착되고 'ㄴ'자 단면을 갖는 복부 연결판을 주 거더의 복부에 미리 지상에서 부착하고, 주 거더와 강재 가로보가 연결되는 연결부에 연결 콘크리트를 현장 타설함으로써, 연결 콘크리트가 수평 스터드에 의하여 주 거더에 보다 견고하게 일체화시키고, 복부 연결판의 수평판에 의하여 연결 콘크리트를 타설하기 위한 거푸집의 시공이 간편해지는 이점을 얻을 수 있다.
도1a는 일반적인 전단 접합 방식의 가로보 연결 구조의 교량을 도시한 횡단면도,
도1b는 일반적인 모멘트 접합 방식의 가로보 연결 구조의 교량을 도시한 횡단면도,
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가로보 연결 구조체(100)가 시공된 교량을 도시한 횡단면도,
도3a 내지 도3c는 도2의 'A'부분의 확대도로서, 가로보 연결 구조체를 작업 순서에 따라 순차적으로 도시한 도면,
도4는 도3b의 'B'부분에서의 강재 가로보의 일단부의 확대 사시도
도5 내지 도7은 본 발명의 제2실시예에 따른 가로보 연결 구조체(100')를 설명하기 위한 도면으로서,
도5는 복부 연결판을 주 거더의 복부에 설치하는 구성을 도시한 도면,
도6은 도5의 복부 연결판의 사시도,
도7은 복부 연결판을 이용한 가로보 연결 구조체를 도5의 'C'부분에 대응하여 도시한 도면,
도8 내지 도10은 본 발명의 제3실시예에 따른 가로보 연결 구조체(100")를 설명하기 위한 도면으로서,
도8은 복부 연결판을 주 거더의 복부에 설치하는 구성을 도시한 도면,
도9는 도8의 복부 연결판의 사시도,
도10은 복부 연결판을 이용한 가로보 연결 구조체를 도8의 'D'부분에 대응하여 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체(100) 및 그 시공 방법을 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도2 및 도3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체(100)는, 교각이나 교대 등의 하부 구조(50) 상에 다수의 열로 거치된 주 거더(110)와, 횡방향으로 이웃하는 주 거더(110)를 횡방향으로 연결하는 강재 가로보(120)와, 주 거더(110)와 강재 가로보(120)의 연결부(CA)에 설치되는 철근 조립체(130)와, 주 거더(110)와 강재 가로보(120)의 연결부(CA) 및 철근 조립체(130)를 감싸는 형태로 현장 타설되어 합성되는 연결 콘크리트(140)를 포함하여 구성된다.
상기 주 거더(110)는, 강재로 형성되어 외부에 드러나는 복부(111)와, 복부(111)의 상측에 형성된 상부 플랜지(112)와, 복부(111)의 하측에 형성된 하부 플랜지(미도시)를 감싸는 케이싱 콘크리트(113)를 포함하는 단면으로 형성되어, 종방향으로 연장 형성된다. 도면에는 I자형 단면이 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 다양한 단면으로 주 거더(110)가 형성될 수 있다.
경우에 따라서는, 주 거더(110)는 강재만으로 이루어진 단면으로 연장 형성될 수 있으며, 하부 플랜지가 없는 형태로 형성될 수도 있다. 그러나, 본 발명은 주 거더의 일부에 케이싱 콘크리트가 합성되어, 거더의 제작 시기에 따라 크리프 손실이나 건조 수축량의 편차로 인한 거더 중앙부가 상향 볼록한 변위(캠버)가 서로 다른 경우나, 케이싱 콘크리트(113)에 압축 프리스트레스가 도입되는 편차로 인한 거더의 캠버 단차의 차이가 서로 다른 경우에도, 강재 가로보(120)의 시공을 보다 원활하게 할 수 있다는 점에서, 강합성 거더 형식의 주 거더(110)에 대한 적용성이 우수하다.
주 거더(110)와 강재 가로보(120)가 서로 연결되는 연결부(CA)는 횡방향으로 이웃하는 주 거더(110)의 어느 위치에서도 형성될 수 있다. 대체로, 경간 중앙부에 연결부(CA)가 형성되지만, 지점부에 인접하게 연결부(CA)가 배치될 수도 있다. 경간이 30m 이상의 장경간 거더인 경우에는, 경간 중앙부에 2개 이상이 배치될 수도 있다.
주거더(110)의 연결부(CA)에는 다수의 수평 스터드(116)가 복부(111)에 돌출 형성되어 연결 콘크리트(140)와의 일체 결합을 보조하고, 가로보(120)의 복부(121)와 결합하기 위한 결합 플레이트(115)가 상부 플랜지(112)와 하부 플랜지(113)의 사이에 복부(111)로부터 돌출 형성된다.
상기 강재 가로보(120)는, 가로보 복부(121)와, 그 상측의 상부 플랜지(122)와, 그 하측의 하부 플랜지(123)로 이루어진 I자형 단면으로 형성되며, 가로보 복부(121)는 상,하부 플랜지(122, 123)에 비하여 연결부(CA)를 향하여 보다 돌출된 돌출부(121a)가 형성되어, 가로보(120)의 복부 돌출부(121a)가 주 거더(110)의 결합 플레이트(115)에 볼트 체결로 결합된다.
이를 위하여, 가로보 복부(121)의 끝단에는 주 거더(110)의 결합 플레이트(115)의 연결공에 정렬하는 관통공이 형성되어, 종래의 전단 접합 방식과 마찬가지로, 볼트 체결에 의하여 가로보(120)의 복부(121)와 주 거더(110)의 결합 플레이트(115)를 서로 결합시킨다. 도3a에 도시된 바와 같이, 가로보(120)의 복부(121)와 주 거더(110)의 결합 플레이트(115)가 서로 볼트 체결에 의해 결합되는 것에 의하여, 주 거더(110)와 가로보(120)는 수평 방향과 수직 방향으로 구속되어, 수평력과 수직력의 전달이 가능해진다.
한편, 도4에 도시된 바와 같이, 강재 가로보(120)의 끝단부에는 상부 플랜지(122)의 상면과 하부 플랜지(123)의 저면에 고리 형상의 부재(127)가 연결부(CA)를 향하여 돌출 형성된다. 예를 들어, 고리형 부재(127)는 고리 모양의 철근으로 형성될 수도 있고, 'ㄷ'자 또는 'U'자 형태를 포함하여 일측이 폐곡선을 형성하여 수직 철근(131)을 감싸 걸 수 있는 모든 형태를 포함한다. 대체로 고리형 부재(127)는 강재로 형성되지만, 충분한 강성을 얻을 수 있는 그 밖의 기타 금속 재질이나 세라믹 등의 재질로 형성될 수도 있다.
고리형 부재(127)는 가로보(120)의 상, 하부 플랜지(122, 123)에 용접으로 접합되고, 동시에 고리형 부재(127)는 상, 하부 플랜지(122, 123)에 돌출 된 수직 스터드(126)를 감싸는 형태로 배치되어 종방향으로 이동이 간섭되므로, 고리형 부재(127)는 가로보(120)에 견고하게 결합된 상태를 유지한다. 여기서, 고리형 부재(127)는 용접 이외의 체결 수단 등에 의해 상, 하부 플랜지(122, 123)에 결합될 수도 있다.
그리고, 강재 가로보(120)의 끝단부에는 상,하부 플랜지(122, 123)을 연결하는 수직 보강재(124)가 형성되고, 복부 돌출부(121a)에는 수평 방향으로 고정된 연결 스터드(127)가 돌출 형성된다. 여기서, 수직 보강재(124)는 연결 콘크리트(140)가 타설되는 횡방향으로의 경계를 정하는 거푸집의 일부로 활용될 수 있다.
한편, 강재 가로보(120)와 주 거더(110)가 볼트 체결로 연결만 해둔 상태로 교량 하부 구조(50)에 거치하면, 주 거더(110)들이 서로 가로보(120)에 연결되어 바닥판 콘크리트를 타설하기 이전에 주 거더(110)가 단독으로 거치된 상태로 풍하중 등에 의해 전도되는 현상을 억제하는 용도로도 활용될 수 있다.
상기 철근 조립체(130)는, 도3a에 도시된 바와 같이, 강재 가로보(120)의 돌출부(120a)가 주 거더(110)의 결합 플레이트(115)에 볼트 결합된 이후에, 연결부(CA) 내에 배근된다.
철근 조립체(130)는 도3b에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 뻗은 수직 철근과, 수평 방향으로 뻗은 수평 철근이 서로 조합으로 이루어지며, 하나의 몸체로 형성될 수도 있지만, 다수의 연결 형태의 철근 조립체를 미리 지상에서 조립해두고, 시공 현장에서는 연결부(CA)에 걸터 놓는 것에 의하여 간단히 설치할 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 철근 조립체를 현장에서 하나씩 설치할 수도 있다.
특히, 철근 조립체(130)의 수직 철근(131)은 도4에 도시된 바와 같이, 가로보(120)의 고리형 부재(127)를 관통하여 배근된다. 이에 의하여, 가로보(120)는 주 거더(110)에 대한 회전 변위가 구속되므로, 주 거더(110)는 가로보(120)에 모멘트를 전달할 수 있는 상태가 구현된다. 즉, 연결 콘크리트(140)에 의하여 연결부(CA)가 모두 매립된 상태가 되더라도, 하중의 전달은 고리형 부재(127)와 수직 철근(131)의 맞물림에 의함으로써, 연결 콘크리트(140)의 수명을 반영구적으로 보장할 수 있으며, 주 거더(110)와 가로보(120) 사이에 모멘트를 정확하고 안정되게 전달할 수 있는 구조가 이루어진다.
상기 연결 콘크리트(140)는, 철근 조립체(130)의 설치가 완료된 상태에서, 도3c에 도시된 바와 같이, 연결부(CA)를 둘러싸는 거푸집(77)을 설치하고, 거푸집(77) 내에 굳지 않은 콘크리트(140a)를 타설기(66)로 타설하여 양생시키는 것에 의하여 도3c에 도시된 바와 같이 연결부(CA)에 합성되어, 주 거더(110)와 가로보(120)를 일체 결합시킨다.
여기서, 거푸집(77)은 케이싱 콘크리트(113)에 지지되게 설치하여 안정되게 거푸집(77)을 설치할 수 있다. 그리고, 가로보(120)의 수직 보강재(124)는 거푸집의 일부를 형성할 수 있다. 따라서, 거푸집(77)은 연결부(CA)의 저면과 가로보(120)의 하부 플랜지(123)까지만 상향 연장 형성되고, 가로보(120)의 상부 플랜지(122)에 상측으로 연장되게 형성하는 것에 의해 설치될수 있다.
그리고, 연결 콘크리트(140)의 합성 공정은, 주 거더(110)의 상측에 바닥판 콘크리트(미도시)를 타설하기 이전에 별도로 행해질 수 있고, 바닥판 콘크리트의 타설과 함께 동시에 행해질 수도 있다. 바닥판 콘크리트를 주 거더(110)에 합성하기 위한 콘크리트 타설과 함께 연결 콘크리트(140)의 타설이 이루어지면, 전체 시공 시간 및 공정을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체(100)는, 주 거더(110)의 강재 복부와 강재 가로보의 복부를 볼트 체결하고, 연결부(CA)를 감싸는 연결 콘크리트(140)로 주 거더(110)와 가로보(120)를 일체화시킴에 따라, 주 거더(110)의 경간 중앙부에서의 상향 솟음의 편차에도 불구하고 가로보(120)의 연결 시공을 모멘트 접합 방식으로 할 수 있게 되므로, 작업성이 단순하면서도 일정한 연결 품질을 확보할 수 있으며 경제성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 높은 형고의 강합성 거더의 교량 구조에서 상기와 같이 구성된 가로보 연결 구조체(100)를 경제적이고 간단한 작업으로 적용할 수 있게 됨에 따라, 강재 가로보(120)을 종래에 비하여 보다 작게 형성하더라도 횡방향으로 이웃하는 주 거더(110)의 힘과 모멘트를 분산시키는 작용을 충분히 부담하는 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 주 거더(110)와 강재 가로보(120)가 연결되는 연결부(CA)에 고리형 부재(127)와 이를 관통하는 수직 철근(131)을 배근하여, 주 거더(110)와 가로보(120)의 회전 변위를 고리형 부재(127)와 수직 철근(131)에 의해 구속함으로써, 교량의 완공 이후에 공용 시에, 횡방향으로 이웃한 주 거더(110)들 사이에 모멘트가 가로보(120)를 통해 전달하더라도, 고리형 부재(127)와 수직 철근(131)의 간섭에 의해 견고하게 지지할 뿐만 아니라, 이들의 간섭 상태를 연결 콘크리트(140)에 의하여 영구적으로 유지시키므로, 높은 내구 수명과 안정성을 확보하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 제2실시예(2)에 따른 가로보 연결 구조체(100') 및 그 시공 방법을 상술한다.
도5 내지 도7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체(100')는, 교각이나 교대 등의 하부 구조(50) 상에 다수의 열로 거치된 주 거더(110)와, 주거더(110)의 복부에 미리 고정 설치되고 표면에 다수의 수평 스터드(196)가 형성된 복부 연결판(190)과, 횡방향으로 이웃하는 주 거더(110)를 횡방향으로 연결하는 강재 가로보(120)와, 주 거더(110)와 강재 가로보(120)의 연결부(CA)에 설치되는 철근 조립체(130)와, 주 거더(110)와 강재 가로보(120)의 연결부(CA) 및 철근 조립체(130)를 감싸는 형태로 현장 타설되어 합성되는 연결 콘크리트(140)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명의 제2실시예는, 전술한 제1실시예와 대비하면, 수평 스터드가 주 거더(110)의 복부(111)에 형성되는 대신에, 별도의 복부 연결판(190)에 형성된다는 점에서 차이가 있다.
보다 구체적으로는, 상기 복부 연결판(190)은 수직 방향으로 연장된 수직판(191)과, 수직판(191)의 하단에서 횡방향으로 절곡 연장된 수평판(192)이 구비되어, 'ㄴ'자 형태로 형성된다. 즉, 복부 연결판(190)은 수직판(191)과 수평판(192)이'ㄴ'자 형태로만 형성될 수도 있고, 그 밖에 'ㅏ'형태 등으로 형성될 수도 있다.
그리고, 수직판(191)에는 주 거더(110)의 복부(111)에 형성된 다수의 관통공과 연통하는 체결공(191a)이 관통 형성된다. 도5에 도시된 바와 같이, 복부(111)의 관통공과 복부 연결판(190)의 체결공(191a)을 고정 볼트(99b)로 관통시키고, 고정 볼트(99b)의 끝단을 너트(99n)로 체결 고정하는 것에 의하여, 복부 연결판(190)은 주 거더(110)의 복부(111)에 밀착 고정된다. 복부 연결판(190)이 주거더 복부(111)의 연결부(CA)에 고정되는 작업은 지상에서 미리 행해질 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 주거더 복부(111)에 수평 스터드(116)가 형성되는 대신에, 복부 연결판(190)의 수직판(191)에 다수의 수평 스터드(196)가 돌출 형성되어, 상대적으로 큰 주거더 복부(111)에 수평 스터드(116)를 고정하는 것에 비하여 보다 쉽게 수평 스터드(196)를 설치할 수 있다. 이를 통해, 연결 콘크리트(140)는 복부 연결판(190)을 매개로 주 거더(110)와 일체화될 수 있다.
그리고, 복부 연결판(190)의 수평판(192)은 연결 콘크리트(140)를 타설하기 위한 거푸집으로 활용될 수 있다. 이에 의하여, 도3c에 도시된 동바리(76)를 설치하지 않고서도, 연결 콘크리트(140)의 타설을 위한 거푸집을 보다 쉽게 설치하여, 연결 콘크리트(140)를 주 거더(110)와 가로보(120)에 합성하는 이점을 얻을 수 있다.
상기와 같이 구성된 가로보 연결 구조체(100')는, 복부 연결판(190)을 지상에서 주거더(110)의 연결부(CA)에 미리 설치하는 공정을 추가로 포함하고, 연결 콘크리트(140)의 타설을 위한 거푸집 바닥판 설치 공정을 생략하면, 전술한 제1실시예와 유사한 시공 방법으로 설치될 수 있다.
이하, 본 발명의 제3실시예(3)에 따른 가로보 연결 구조체(100") 및 그 시공 방법을 상술한다.
도8 내지 도10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체(100")는, 교각이나 교대 등의 하부 구조(50) 상에 다수의 열로 거치되고 연결부(CA)의 케이싱 콘크리트(113)에 U자형 철근이 노출되도록 배근된 주 거더(110)와, 주거더(110)의 복부에 미리 고정 설치되고 표면에 다수의 수평 스터드(196)가 형성되지만 수평판이 형성되지 않은 복부 연결판(290)과, 횡방향으로 이웃하는 주 거더(110)를 횡방향으로 연결하는 강재 가로보(120)와, 주 거더(110)와 강재 가로보(120)의 연결부(CA)에 설치되는 철근 조립체(130)와, 주 거더(110)와 강재 가로보(120)의 연결부(CA) 및 철근 조립체(130)를 감싸는 형태로 현장 타설되어 합성되는 연결 콘크리트(140)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명의 제3실시예는, 전술한 제2실시예와 대비하면, 도9에 도시된 바와 같이, 복부 연결판(290)에 수평판이 구비되지 않아 평판 형태로 형성된다는 점에 차이가 있다.
그 밖에, 복부 연결판(290)의 수직판(192)에는 주 거더(110)의 복부(111)에 형성된 다수의 관통공과 연통하는 체결공(191a)이 관통 형성되어, 복부 연결판(290)이 주거더(110)의 복부(111)에 밀착 설치되는 구성은 전술한 제2실시예와 유사하다. 또한, 복부 연결판(290)의 수직판(291)에 다수의 수평 스터드(196)가 돌출 형성되어, 연결 콘크리트(140)가 복부 연결판(290)을 매개로 주 거더(110)와 일체화시키는 구성도 전술한 제2실시예와 유사하다.
다만, 본 발명의 제3실시예는, 케이싱 콘크리트(113)의 상면에 U자형 수직철근(113a)이 복부(111)와 인접한 위치에 뽑혀진 상태로 주 거더(110)가 제작되어, 연결 콘크리트(240)는 케이싱 콘크리트(130)로부터 연결부(CA)의 상측까지 보다 길게 형성된다.
따라서, 연결 콘크리트(240)에 내설되는 철근 조립체(231, 232)는 상하 방향으로 보다 긴 영역에 걸쳐 내설되고, 연결 콘크리트(240)를 합성하기 위한 거푸집이 동바리없이 곧바로 케이싱 콘크리트(113)에 지지되므로, 거푸집의 설치 공정이 보다 단순해지는 이점을 얻을 수 있다. 또한, 주 거더(110)와 가로보(120)의 연결부(CA)를 포함하여 케이싱 콘크리트(113)까지 하방 연장되는 넓은 영역에 걸쳐 연결 콘크리트(140)로 일체화됨에 따라, 주거더(110)와 가로보(120)의 연결부에서 보다 견고하게 접합되어 수평력과 수직력 뿐만 아니라 모멘트의 전달 효율을 높이는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도면에 예시된 실시예에서는, 연결 콘크리트(140, 240)의 상단이 가로보(120)의 상단 보다 약간 상측까지만 형성된 구성을 예로 들었지만, 본 발명에 따른 연결 콘크리트는 그 형상 및 지지 구조를 다양하게 변경할 수 있다. 예를 들어, 주 거더(110)와 가로보(120)를 고정시키는 연결 콘크리트(140, 240)의 상단은 상부 플랜지에 밀착되는 형태로 확장할 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
77: 거푸집 88: 볼트
100: 가로보 연결 구조체 110: 주 거더
111: 복부 116, 196: 수평 스터드
120: 가로보 121: 가로보 복부
121a: 복부 돌출부 127: 고리형 부재
130: 철근 조립체 140: 연결 콘크리트

Claims (13)

  1. 강재로 형성된 복부를 포함하는 단면으로 연장 형성되고, 다수의 수평 스터드가 상기 복부에 배치되고 다수의 연결공이 형성된 결합 플레이트가 상기 복부로부터 돌출된 연결부를 종방향을 따라 1개 이상 배치되게 구비되어, 교량의 하부 구조 상에 거치된 2열 이상의 주 거더와;
    횡방향으로 인접한 상기 주 거더에 대하여, 상기 연결부를 횡방향으로 연결하되, 끝단의 관통공과 상기 연결공을 볼트로 연결되는 강재 가로보와;
    상기 가로보가 상기 주 거더에 볼트 연결된 상태에서, 상기 연결부를 감싸는 형태로 상기 주 거더와 상기 가로보를 일체화하는 연결 콘크리트를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연결부에 연결되는 상기 가로보는 상부 플랜지와, 하부 플랜지와, 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지를 연결하는 가로보 복부로 이루어진 'I'자형 단면으로 형성되고, 가로보 복부가 상기 주 거더의 상기 결합 플레이트에 결합하는 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지에는 고리형 부재가 상기 주 거더를 향하여 돌출 형성되게 고정되고, 상기 연결부에는 상기 고리형 부재를 관통하는 수직 철근이 설치되어, 상기 고리형 부재가 상기 연결 콘크리트에 매립되는 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 고리형 부재는 상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지에 고정된 고정 스터드를 감싸는 형태로 고정된 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 주 거더는, 강재 거더의 하부 플랜지와 접촉하는 케이싱 콘크리트가 합성된 강합성 거더인 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체.
  6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    수직판과 수평판이 일체로 연결 형성되어 'ㄴ'자 형태를 포함하고, 상기 수평 스터드가 상기 수직판의 표면에 다수 돌출 형성되고, 상기 수직판에는 상기 복부의 관통공에 연통하는 체결공이 다수 형성되어, 상기 수직판이 상기 복부에 볼트 체결 방식으로 밀착 설치되는 복부 연결판을;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 수평판은 상기 연결 콘크리트의 타설을 위한 거푸집의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체.
  8. 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 거더는 복부의 하측에 케이싱 콘크리트가 합성되고, 상기 케이싱 콘크리트에는 U자형 수직 철근이 상기 복부에 인접 배치되며,
    상기 수평 스터드가 다수 돌출 형성된 수직판을 포함하고, 상기 수직판에는 상기 복부의 관통공에 연통하는 체결공이 다수 형성되어, 상기 수직판이 상기 복부에 볼트 체결 방식으로 밀착 설치되는 복부 연결판을;
    더 포함하고, 상기 연결 콘크리트는 상기 U 자형 수직 철근의 일부 이상을 감싸는 형태로 상기 복부에 합성되는 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 가로보 연결 구조체.
  9. 교량 상부 구조의 시공 방법으로서,
    강재로 형성된 복부를 포함하는 단면으로 연장 형성되고, 다수의 수평 스터드가 상기 복부에 배치되고 다수의 연결공이 형성된 결합 플레이트가 상기 복부로부터 돌출된 연결부를 종방향을 따라 1개 이상 배치되게 구비된 주 거더를 준비하는 주 거더 준비단계와;
    상기 주 거더를 인상하여 하부 구조 상에 2열 이상으로 거치시키는 주 거더 거치단계와;
    횡방향으로 인접한 상기 주 거더에 대하여, 상기 연결부를 횡방향으로 연결하되, 가로보 끝단의 관통공과 상기 주 거더의 상기 연결공을 볼트로 연결시켜 연결하는 가로보 연결단계와;
    상기 가로보와 상기 주 거더가 연결된 상기 연결부를 감싸는 형태로 콘크리트를 현장 타설하여, 상기 주 거더와 상기 가로보를 일체화 연결하는 연결콘크리트 합성단계와;
    상기 주 거더의 상측에 바닥판 콘크리트를 합성하는 바닥판 합성단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 시공 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 연결콘크리트 합성단계와 상기 바닥판 합성단계는 동시에 행해지는 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 시공 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 상부 플랜지와 상기 하부 플랜지에는 고리형 부재가 상기 주 거더를 향하여 돌출 형성되게 고정되고, 상기 연결부에는 상기 고리형 부재를 관통하는 수직 철근이 설치되어, 상기 고리형 부재가 상기 연결 콘크리트에 매립되는 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 시공 방법.
  12. 제 9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    수직판과 수평판이 일체로 연결 형성되어 'ㄴ'자 형태를 포함하고, 상기 수평 스터드가 상기 수직판의 표면에 다수 돌출 형성되고, 상기 수직판에는 상기 복부의 관통공에 연통하는 체결공이 다수 형성된 복부 연결판을 준비하고, 상기 복부 연결판의 상기 수직판을 상기 주 거더의 상기 복부에 볼트 체결 방식으로 고정시키는 복부 연결판 고정단계를;
    더 포함하고, 상기 가로보 연결단계는 상기 가로보를 상기 복부 연결판에 연결하는 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 시공 방법.
  13. 제 9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 거더 준비단계는, 상기 주 거더의 복부 하측에 케이싱 콘크리트가 합성되고, 상기 케이싱 콘크리트에는 U자형 수직 철근이 상기 복부에 인접 배치되도록 준비하고;
    상기 수평 스터드가 다수 돌출 형성된 수직판을 포함하고, 상기 수직판에는 상기 복부의 관통공에 연통하는 체결공이 다수 형성된 복부 연결판을 준비하고, 상기 복부 연결판의 상기 수직판을 상기 복부에 볼트 체결 방식으로 고정시키는 복부 연결판 고정단계를;
    더 포함하고, 상기 가로보 연결단계는 상기 가로보를 상기 복부 연결판에 연결하는 것을 특징으로 하는 교량 상부 구조의 시공 방법.
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