KR20180126939A - 충진강관을 복부부재로 사용하고, 강선으로 긴장하여 연결하는 합성거더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 충전강관을 복부부재로 이용한 합성거더 제작에 관한 것이다. 종래 기술은 상현재와 하현재를 수직강관으로 고정하는 방식으로 교량에서 공용하중 재하로 교량 처짐발생시 고정지점에 하중이 집중되고, 수평 전단력과 회전변위, 인발력이 집중되며 균열이 발생한다. 또한 종래 기술은 인발력을 방지하고자, 복잡한 격점부 부재를 사용함으로 제작비용이 상승하는바, 이를 보다 단순하게 제작할 필요가 있다. 본 발명은 상현재와 하현재, 충전강관 복부를 강선으로 연결함으써 복잡한 형태의 격점부 부재 제작및 사용시 문제를 해결할수 있다. 강선긴장은 강선과 헤드(head)만 있으면 작업이 가능하여 재료비가 경제적이다. 힌지구조는 균열 등을 방지한다. 또한 조립식으로 제작하여 강선 결합함으로 시공이 간단하다.

Description

충진강관을 복부부재로 사용하고, 강선으로 긴장하여 연결하는 합성거더{composite girder which uses a filled steel pipe as a web member and ties and connects with a steel wire}

본 발명은 콘크리트 충전강관을 복부부재로 이용한 합성거더 제작에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 조립이 용이하면서도 구조적 효율성이 뛰어나 교량을 경제적으로 시공할 수 있는 충전강관을 사용하는 교량의 거더 제작방법에 관한 것이다.

종래기술로서는 “ 수직강관을 복부재로 이용한 합성거더 및 이를 이용한 교량시공방법” (등록특허 10-1286116호)이 있다.

특허 주요 청구사항은 다음과 같다.

패널 형태로서 두께를 가진 콘크리트 하현재;

상기 콘크리트 하현재의 상면에 상면이 노출된 받침판과 상기 받침판 상면 둘레에 설치된 복부재 세팅판을 포함하는 하부받침대;

상기 복부재 세팅판이 외주면이 접하도록 끼워져 고정된 수직강관 및 상기 수직강관 상단에 끼워져 설치되며 콘크리트 충전홀이 상면에 형성된 받침판과 상기 받침판 저면 둘레에 설치된 복부재 세팅판을 포함하는 상부받침대;를 포함하는 복부재; 및

상기 상부받침대의 받침판이 매립되도록 형성된 콘크리트 상현재;를 포함하여 상기 콘크리트 상현재를 형성시키기 위한 콘크리트 타설시 콘크리트가 콘크리트 충전홀을 통해 수직강관 내부에 충전되어 수직강관 내부에 충전콘크리트가 콘크리트 상현재와 함께 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 수직강관을 복부재로 이용한 합성거더.

상현재와 하현재를 수직강관으로 연결하여 일체화한 합성거더인데

제작을 편리하게 하기 위하여 깔대기 형태의 거푸집을 사용한것이 특징이다.

또한 격점부를 개선한 기술이 많이 개발되어 있다.

상기 종래 기술은 상현재와 하현재를 수직강관으로 고정하는 방식으로 교량에서 공용하중 재하로 교량 처짐발생시 고정지점에 하중이 집중되고, 수평 전단력과 회전변위, 인발력이 집중되며 균열이 발생한다. 이러한 회전변위를 좀 더 유연하게 처리하기 위해서 힌지(hinged)구조를 만들 필요가 있다.

또한 종래 기술은 인발력을 방지하고자, 복잡한 격점부 부재를 사용함으로 제작비용이 상승하는바, 이를 보다 단순하게 제작할 필요가 있다.

격점부 부재를 개선하고자 “ 복합트러스 거더교의 격점부 연결구조를 향상시키기 위한 복부재” (등록특허 10-1467819) 외에 많은 특허가 있다.

등록된 특허들을 살펴보면 격점부가 복잡한 형태로서 절단및 용접비용이 증가함을 알수 있다

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 상현재와 하현재, 충전강관 복부를 강선으로 연결함으써 복잡한 형태의 격점부 부재 제작및 사용시 문제를 해결하고자 한다.

강선긴장은 강선과 정착 헤드(head)만 있으면 작업이 가능하여 재료비가 경제적이다. 힌지(hinged) 구조는 균열 등을 방지한다.

또한 상현재, 하현재, 충전강관으로 구성되는 3가지 부재를 조립식으로 제작하여 강선 결합함으로 시공이 간단하며, 필요시 공장제작으로 대체하여 현장제작시 발생되는 제작장 비용, 품질저하 문제를 해결할수 있다.

도 1은 종래기술의 정면및 측면, 사시도
도 2a, 도 2b, 도 2c는 종래기술의 기술특징을 요약하여 설명한 측면도
도 3은 본 발명의 합성거더(A)의 부재구성을 보여주는 분리도
도 4a, 도 4b는 본 발명의 합성거더(A)의 상현재및 하현재와 복부부재의 연결시 구조방식을 보여주는 측면도
도 5a는 상현재및 하현재 사이에 복부부재가 배치된 측면도
도 5b는 도 5a 상태에서 상현재에 가해진 외압으로 변형되는 모습의 측면도
도 6a는 도 5a 상태에서 상현재에 가해진 외압으로 복부부재가 전도되는 모습의 측면도
도 6b는 전도를 방지하기 위하여 경사부재를 배치한 종래 기술의 거더 측면도
도 7은 본 발명의 합성거더(A)의 전도방지부재의 수평 단면도
도 8과 도 9는 종래 기술인 거더의 격점부 부재를 보여주신 사진
도 10a 종래 기술인 거더의 지점부 격벽을 보여주는 사진
도 10b는 본 발명의 합성거더(A)의 전도방지부재를 보여주는 측면도
도 11은 본 발명의 지압 받침판을 보여주는 측면및 사시도
도 12는 본 발명의 합성거더(A)를 제작하고 시공하는 과정을 보여주는 설명도

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할수 있도록, 본 발명의 실시예를 통하여 상세히 설명하도록 하겠습니다.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며

여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였습니다.

도 1은 종래기술의 정면및 측면, 사시도로서

“ 수직강관을 복부재로 이용한 합성거더 및 이를 이용한 교량시공방법” (등록특허 10-1286116호)가 있다.

특허 주요 청구사항은 다음과 같다.

패널 형태로서 두께를 가진 콘크리트 하현재;

상기 콘크리트 하현재의 상면에 상면이 노출된 받침판과 상기 받침판 상면 둘레에 설치된 복부재 세팅판을 포함하는 하부받침대;

상기 복부재 세팅판이 외주면이 접하도록 끼워져 고정된 수직강관 및 상기 수직강관 상단에 끼워져 설치되며 콘크리트 충전홀이 상면에 형성된 받침판과 상기 받침판 저면 둘레에 설치된 복부재 세팅판을 포함하는 상부받침대;를 포함하는 복부재; 및

상기 상부받침대의 받침판이 매립되도록 형성된 콘크리트 상현재;를 포함하여 상기 콘크리트 상현재를 형성시키기 위한 콘크리트 타설시 콘크리트가 콘크리트 충전홀 을 통해 수직강관 내부에 충전되어 수직강관 내부에 충전콘크리트가 콘크리트 상현재와 함께 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 수직강관을 복부재로 이용한 합성거더.

즉, 요약하면

콘크리트 하현재;

하부받침대;

수직강관과 충전홀이 상면에 형성된 받침판 과 상부받침대;

상기 받침판 저면 둘레에 설치된 상부받침대를 포함하는 복부재;

콘크리트 상현재;

상현재를 형성시키기 위한 콘크리트 타설시

콘크리트가 수직강관 내부에 충전되어 수직강관 내부에 충전콘크리트가 콘크리트 상현재와 함께 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 수직강관을 복부재로 이용한 합성거더

보다 요약하면

하현재;

수직강관:

상면에 구멍이 형성된 받침판;

상현재;

수직강관과 하현재가 강결된 상태에서

콘크리트 타설로 상현재와 수직강관 내부에 충전되어 일체화된 합성거더.

보다 요약하면

하현재위에 깔대기 모양의 강관 거푸집을 고정 설치하고, 콘크리트를 부어 모두를 일체화한 합성거더.

즉

상현재와 하현재를 수직강관으로 연결하여 일체화한 합성거더인데

제작을 편리하게 하기 위하여 깔대기 거푸집을 사용한것이 특징.

따라서 구조적으로는 모두 고정(fixed) 상태이다.

도 2a, 도 2b, 도 2c는 종래기술의 상기한 기술특징을 요약하여 설명하는 측면도이다.

[ 콘크리트가 충전된 강관을 복부부재로 사용하되, 전도방지부재가 구비 되고, 강선긴장하여 연결한 합성거더: 합성거더(A) ]

콘크리트가 충전된 강관을 복부부재로 사용하되, 전도방지부재를 구비하고 , 충전된 강관을 강선으로 긴장하여 연결한 합성거더를 “합성거더(A)”로 명칭하기로 한다.

도 3은 본 발명의 합성거더(A)의 부재구성을 보여주는 분리도이다.

본 발명의 합성거더(A)는 크게 콘크리트 상현재(10), 콘크리트 하현재(20), 강관 내부에 콘크리트로 충전된 복부부재(30), 전도방지부재(40)및 강선긴장장치(50)로 5가지 부재로 구성된다.

콘크리트 하현재(20)에는 미도시하였지만, 콘크리트 바닥판 내부에 강선을 길이방향으로 배치하여 긴장함으로서, 프리스트레스를 가하여 인장효율을 높였다. 측면에서 볼때 포물선 형태로 중간부가 아래로 처지게 배치하여 긴장시 하현재가 위로 솟음지게 제작하여 추후 발생될 처짐에 대응할수 있도록 배치한다. 강선을 긴장하는 방법은 프리 텐션(pre-tention) 또는 포스트 텐션(post-tention) 방식으로 긴장할수 있다. 세부적인 긴장방법은 보편적 사항으로서 생략하도록 한다.

복부부재(30)는 강관으로 구성되며, 내부에 콘크리트로 충전하여 압축및 좌굴강성을 높인 부재이며, 필요시 철근을 추가배치하여 효율을 기할수 있다. 그러나 철근을 도면에 도시하면 복잡하여 주요개념을 설명함에 있어 혼돈을 초래할수 있는바, 본 발명에서는 모두 생략하도록 한다.

콘크리트 상현재(10)는 보의 상부 플랜지에 해당하며, 상현재(10)위에 슬래브 콘크리트를 타설하거나, 상현재(10)를 슬래브의 일부로 사용하는 하프데크(halfdeck)로 사용할수 있다. 즉 T형으로 좌우로 넓게 형성한 상현재(10)가 슬래브 단면의 절반을 구성하고, 거더를 가설후 나머지 절반을 타설하여 완성하는 방식이다. 상현재(10)가 거푸집 역할을 하면서 슬래브 단면의 일부가 되는것이다. 이때 결합은 상현재(10)위에 노출시킨 전단철근을 배치하여 대응한다. 이러한 슬래브 분활타설은 일반적 사항으로 세부사항은 생략한다.

도 5a는 상현재(10)및 하현재(20) 사이에 복부부재(30)가 배치된 상태도이다. 도 5b는 도a 상태에서 상현재(10)에 가해진 외압으로 변형되는 모습의 측면도이다.

상현재(10)및 하현재(20)와 복부부재(30)가 연결된 상태에서 외압이 가해지면, 거더는 처짐이 발생하면서 곡률차이로 인발력과 전단력이 작용하면서, 복부부재(30)가 인발되거나 전단파괴가 발생한다.

또는 6a와 같이 상현재(10)와 하현재(20)가 반대방향으로 이동하면서, 복부부재(30)가 전도된다. 이러한 전도파괴를 방지하고자 도 6b와 같이 경사부재를 반복하여 배치한다. 이것이 일반적인 강관거더를 복부부재로 사용하는 거더의 모습이다. 즉 트러스 강관거더의 일반적인 형태이다.

이러한 전도를 방지하는 방법은 경사부재를 트러스 형태로 배치하여 방지하는 방법도 있지만, 상현재와 하현재를 강결하는 방법도 가능하다.

종래기술인 등록특허 10-1286116호는 강결하되, 강결을 하는 방법을 깔대기형 거푸집을 사용하여 시공을 간편하게 하는 것이 특징인 기술이다.

본원발명도 종래기술처럼 상현재와 하현재를 강결한다. 즉 전도방지부재(40)를 사용한다. 하지만 전도방지부재(40)만이 아닌 다른 주요기술이 구성된다. 즉 전도방지부재(40)는 주 기술을 구성하기위하여 수반되는 부속 부재이다. 전도방지재는 도 4a및 도 4b에 표현되어 있다.

복부부재(30)가 수직으로 배치되는 경우, 도 6a에서 처럼 상현재(10)에 가해진 외압인 공용하중으로 상현재(10)와 하현재(20)가 반대방향으로 수평변위를 일으키고, 복부부재(30)가 전도할수 있는바, 전도방지부재(40)는 상현재(10)와 하현재(20)를 일체로 강결하는 부재이다. 따라서 상현재(10)와 하현재(20) 사이에 수직으로 배치하되, 거더의 길이 방향으로는 거더의 단부에 배치한다. 필요시 거더 양단부 사이에 일정간격으로 추가배치할수 있다. 즉 복부부재(30)처럼 거더 단부 사이에 간격 배치하는 것을 의미한다.

전도를 방지하기 위하여는 크게는 사각기둥의 안정된 형태를 이루고 있어야 전도되지 않는다. 사각기둥에 있어서 가로및 세로폭에 비하여 높이가 너무 높은 경우, 즉 긴 기둥형태의 받침대로 높이가 높을수록 잘 넘어 진다. 상현재(10)와 하현재(20) 사이에서 받침대처럼 배치하되, 강결하는 부재인 전도방지재는 기둥단면이 크게 보면 사각형태이지만, 도 7의 예시처럼 +형, ㅗ형, H형, 사각 트러스형, 원형 등으로 다양한 변형이 가능하다. 즉 잘 넘어지지 않는 받침대의 모양은 단면상 가로폭, 세로폭이 전도방향으로 일정이상 형성되어 있어야 하고, 상대적으로 높이가 너무 높지 않아야 한다.

따라서 그 단면형태를 단정하기가 곤란하다. 따라서 “전도방지부재(40)“로 명칭한다.

또한 상현재(10)와 하현재(20) 사이에는 충전강관인 복부부재(30)를 배치하되, 모든 부재를 강선으로 관통하여 긴장하여 연결한다. 강선으로 관통하여 긴장하여 연결하는 방식이 본 발명의 주요사항이다. 복부부재(30)는 길이방향으로 일정간격으로 배치하되, 수직이 바람직하나, 필요한 경우 경사로도 배치가 가능하며, 또한 혼용할수도 있다.

도 5b와 같은 파괴상태에서, 가장 크게 작용하는 응력은 전단응력과 인발응력으로 이러한 문제를 해결하기 의하여 종래기술중에는“격점부”와 관련하여 다양한 방식이 특허로 출원되었다.

종래에는 상현재및 하현재와 복부부재를 연결함에 있어서 철근 콘크리트로 강결하는 방식, 상현재와 하현재에 받침판을 고정배치한후, 받침판과 복부부재를 용접또는 볼트결합하는 방식을 사용하고 있다. 그러나 철근 콘크리트 고정방식은 균열발생으로 철근 녹발생 등 내구성 저하가 발생할수 있는바, 상현재와 하현재에 받침판을 고정배치한후, 받침판과 복부부재를 용접하는 방식을 많이 사용한다.

하지만 상기방식은 받침판과 복부부재는 강결이 용이하나 집중된 응력이 결국 받침판으로 전이되어 받침판과 상현재와 하현재의 결합부에 모든 응력이 집중되며 취약해진다. 결국 받침판과 상현재및 하현재사이에서 전단파괴되거나 인발파괴가 발생한다.

교량에는 차량통행으로 수없이 많은 하중이 반복하여 가해지며, 이는 피로파괴로 이어진다. 고정단 구조인 경우에는 접합부에서 이러한 반복하중이 집중되는데 균열과 나아가 파괴에 취약하다. 약간의 회전을 수렴하는 유연한 구조인 힌지(hinged)구조가 필요한 이유이다. 상기 고정(fixed)구조의 문제를 해결하기 위하여는 결국 구조적으로 보강할수 밖에 없고, 과도한 스터드 배치가 불가피하다. 즉 복부부재와 일체로 강결된 받침판이 상현재와 하현재에서 뽑히는 것을 방지하기위하여 많은 양의 스터드를 받침판 하부에 용접해서 붙여야 하며 받침판 주변으로 상현재및 하현재에 보강철근을 배치하여야 한다. 이러한 받침판 문제를 해결하기 위하여, 종래의 격점부 부재 개선을 위하여 많은 특허가 출원되었으며, 그러한 모양을 도 8과 도 9에서 예시로 보여주고 있다. 격점부는 경사부재가 만나는 부위를 말하며, 격점부 부재는 상기 격점부에 설치하는 받침판을 말한다.

공용하중 작용시 복부부재가 단단히 고정되어 있지 않은 경우, 도 6a처럼 전도가 발생한다. 이러한 문제에 대응하고자 도 6b처럼 복부부재(30)를 경사로 배치하여 트러스 형태로 배치한다. 하지만 트러스 배치는 전도에 효과적인 배치방식이지만, 많은 개수의 부재를 배치하여야 한다. 즉 경사부재를 반복배치하되, 격점부에서 부재를 서로 만나게 배치하여 수평변위를 격점부에서 상호 상쇄하도록 한것이 “격점부 부재“이다. 경사부재 간격이 조밀하면 조밀할수록, 즉 세울수록 압축력에 효과적이나 전도에는 불리하고, 눕힐수록 전도에는 유리하나 압축력에는 불리하여 좌굴이 발생한다.

일반적으로 최소 45도 이상의 경사로 세워서 배치하여야 하며, 수직배치와 비교할 경우, 약 2배정도의 많은 개수가 필요하다. 이러한 차이는 수직배치는 오로지 상현재(10)와 하현재(20) 사이에 발생하는 압축력에만 대응하면 되지만 경사배치는 압축력뿐만 아니라 전도에도 대응하는 기능을 수행해야 하기 때문이다. 전도에 해당하는 몫을 추가 배치하여야 하기 때문에 개수가 많아지는 것이다. 본원발명은 수직배치를 하며, 전도에 해당하는 수평력 몫을 전도방지부재(40)가 맡도록 한다. 그러나 수직배치방식은 전도에 매우 취약하다. 따라서 이러한 전도에 대응하는 부재가 반듯이 필요하며, 그것이 전도방지부재(40)이다.

종래의 연속교량은 지점부에서 (-)모멘트(moment)가 발생하며, 상현재와 하현재 사이에 압축력이 집중된다. 트러스 합성거더뿐만 아니라 상현재와 하현재가 비어있는 구조, 즉 강박스 교량 등은 수직 압축력에 대응하고자 지점부 보강용 수직재 또는 격벽을 배치한다. 거더를 연속으로 가설한후 지점부에 있는 상현재와 하현재 사이의 공간에 철근 콘크리트를 타설한다. 물론 강재를 배치할수도 있다. 따라서 재질은 철근 콘크리트, 또는 강재 등 압축부재이며, 형태는 상기한바와 같이 사각 기둥형태로 다양하게 변형 시공이 가능하다.

도 10a에서 보는바와 같이, 종래의 강관 합성거더에서는 연속교인 경우, 지점부 격벽을 배치하여 사용하고 있다. 이러한 이왕 타설해야 하는 지점부 격벽을 도 10b의 본원 발명의 합성거더(A)의 전도방지부재(40)로 활용한다. 거더 단부에 전도방지부재(40)를 구비한 본원발명의 합성거더(A)는 거더 가설후, 지점부 격벽을 공중에서 시공하지 않아도 되어 시공의 편리성도 있다. 즉 이왕 타설하는 지점부 격벽을 전도방지부재(40)로 활용하는것은 물론 시공간편 기능이 있다.

합성거더(A)는 길이방향으로 중간에는 복부부재(30)를 반복 배치하되, 강선긴장 고정하고, 전도를 방지하고자 단부에 전도방지부재(40)를 배치한다. 물론 거더가 길어져서 단부에 배치한 전도방지부재(40)로는 부족한 경우, 복부부재(30) 사이에도 추가 배치할수 있다. 하지만 단부또는 중간부의 어딘가에는 반듯이 배치해야 한다. 전도방지부재(40)가 없으면, 제작중, 가설시, 슬래브 타설시 복부부재(30)가 전도되거나, 비틀림이 발생할수 있기 때문이다. 붕괴사고 위험이 있다.

즉 종래에는 경사부재로 압축및 전도에 대응하는 방식에서, 본원발명에서는 수직부재를 배치하여 압축에만 대응하되, 전도에 대해서는 전도방지부재(40)가 대응하도록 하는 방식으로 변경된것이다. 상기 방식으로 공법변경함에 따라 복부부재(30)의 개수를 줄일수 있고, 아래에서 설명할 격점부 부재의 구조를 단순화할수 있다.

도 8과 도9는 종래의 격점부 부재를 설명하는 그림으로, 원형의 강관과 강관이 경사로 만나다보니 서로를 결합하기위하여 많은 부위를 절단가공 해야하고, 복잡하게 용접해야하는 문제가 발생한다. 트러스 합성거더의 최대단점은 2가지이다. 첫째: 격점부의 과도한 응력집중으로 전단과 인발에 대한 대책이 필요하고, 특히 전단보다는 인발력이 많이 발생하나, 제한된 상현재및 하현재 공간에서 해결해야 한다. 둘째: 경사 강관부재간의 복잡한 연결구조로 발생하는 절단가공및 용접비용 발생이다.

복부부재가 기둥형태의 강관인 경우, 공용하중 작용시 엄청난 인발력이 발생한다. 종래기술은 이러한 인발력에 대응하고자 많은 개수의 스터드(60c)를 격점부 부재의 받침판 하면에 부착하거나, 볼트 결합한다. 공사비 증가의 요인으로 작용한다. 본원발명은 강선긴장으로 연결하는 것을 특징으로 한다.

강선은 인장강도가 1,800Mpa에 해당한다. 최고의 인장효과를 내는 재질로서 콘크리트 부재를 연결하는데 매우 효과적이다. 최근에는 무거운 콘크리트 블록을 강선으로 연결하는 세그먼트 교량(segment girder)도 많이 사용하고 있다. 본원발명은 이처럼 인장에 가장 효과적인 강선을 상현재(10)및 하현재(20)와 복부부재(30)를 관통 연결하는 방식을 특징으로 한다. 종래의 많은 스터드(60c)를 몇가닥의 강선으로 간단히 대체할수 있다. 또한 스터드(60c)로 고정하는 방식은 유연성이 없어서 교량 진동시 격벽부 부재의 주변 콘크리트에 균열을 발생할수 있어서 균열방지 철근을 추가 배치하여야 한다. 그러나 강선은 유연성이 있어 이러한 보강이 불필요하며 사용성에 있어 효과적이다.

강선긴장으로 연결하는 방식은 종래의 “격점부 부재”를 본원발명의 “지압 받침판(60)”으로 간단히 대체할수 있다. 종래의 격점부 부재는 상기한바와 같이 과도한 스터드(60c)와 상호 연결시 용접비 문제가 발생한다. 하지만 본원발명의 지압 받침판(60)은 구조가 너무 간단하다.

스터드(60c)에만 의존하지 않고, 상현재(10)와 하현재(20) 내부로 형성된 짧은 강관(60a)의 공간에서 보다 효과적으로 수평력에 대응할수 있다. 이는 복부부재(30)가 수직으로 배치하되, 요철형태로 삽입하는 방식을 사용하기 때문이다. 물론 경사로 배치하여도 짧은 강관(60a)의 매입은 가능하다. 또한 삽입하기가 용이하도록 짧은 강관(60a)의 상부는 하부보다 지름이 넓게 형성한다((미도시), 분리된 상태에서 강선으로 연결하여 힌지(hinged) 구조를 만드는 경우, 상부의 지름이 하부보다 넓어야 작은 회전이 용이해진다.

도 4a와 도 4b에서 처럼, 상현재(10)및 하현재(20)와 연결되는 복부부재(30)는 연결방식에서 2가지 방식이 있다. 첫째: 유연성있게 회전이 가능한 힌지(hinged)구조 , 둘째: 상호의 부재를 강결하는 고정방식(fixed)이다.

도 11a및 11b는 지압 받침판(60)에 관한 설명이다.

먼저 복부부재(30)가 짧은 강관(60a)내에 삽입된다. 짧은 강관(60a)은 사각 판재(60b)와 용접된다. 사각 판재(60b)는 주로 복부부재(30)를 통하여 가해지는 압축력을 상현재(10)및 하현재(20)에 전달한다.

지압 받침판(60)의 세부구조를 살펴보면, 사각 판재(60b)에 원형구멍을 천공하고, 구멍속으로 짧은 강관(60a)을 절반정도 삽입하고, 접합면을 용접하여 일체화한다. 짧은 강관(60a)의 상부는 개방되고, 하부는 폐쇄되나, 일부 작은 구멍이 형성되어 있어 강선을 관통하여 삽입할수 있는 구조이다.

사각 판재(60b) 하부면에는 스터드(60c)가 용접연결되어 수평력에 저항하여 전도를 방지한다. 물론 사각 판재(60b) 하부로 좀더 내려온 짧은 강관(60a)은 하현재(20) 또는 상현재(10)의 콘크리트에 매입되어 수평력에 크게 대응할수 있다. 즉 스터드가 불필요 할수도 있다. 짧은 강관(60a)과 사각 판재(60b)는 11a처럼 사각 판재(60b) 윗면에 짧은 강관(60a)이 배치되지만, 11b처럼 사각 판재(60b)와 짧은 강관(60a)이 겹치게 배치되기도 한다. 겹치게 배치된 형태는 사각 판재(60b) 아래에 형성된 짧은 강관(60a)이 상현재(10)및 하현재(20) 콘크리트에 묻혀서 수평 변위에 대응하기 좋은 구조를 만든다. 즉 기둥인 복부부재(30)가 콘크리트에 묻혀서 이동이 제한된다..

마지막으로 사각 판재(60b) 하면에 스터드(60c) 또는 볼트를 연결하여 전체적으로 지압 받침판(60)을 형성한다. 지압 받침판(60)은 압축력과 수평력에 대응한다. 인발력은 강선이 대응한다. 종래에는 압축력과 수평력, 인발력을 격점부 부재가 모두 대응한다. 따라서 구조가 복잡하고 커진다.

복부부재(30)가 가하는 수평력은 짧은 강관과 용접된 사각 판재(60b)를 거쳐서 스터드(60c)를 통하여 상현재(10)및 하현재(20)에 전달되고 압축력은 사각 판재(60b)를 통하여 상현재(10)및 하현재(20)에 전달된다. 상기한바와 같이 격점부 부재와 지압 받침판(60)은 구조및 기능, 형태에서 크게 다르며, 효과에서도 큰 차이가 있다. 복부부재(30)를 지압 받침판(60)의 짧은 강관(60a)에 요철된 구조에 삽입방식으로 조립하되, 상호용접하는 고정방식(fixed)과 삽입만 하고 최종적으로 강선긴장만 하여 연결하는 힌지(hinged) 구조방식이 있다.

종래기술은 도 6과 도 7처럼 강관의 복부부재(30)를 경사지게 격점부에서 상호 연결할 때, 강관이 경사로 만나면서 복잡한 용접면적을 발생하며, 인발은 스터드(60c)에 전적으로 의존하여야 하는바, 스터드(60c) 개수가 많아 질수밖에 없다. 하지만 본원발명은 복부부재(30)를 수직으로 배치한다. 물론 필요한 경우 경사로 배치할수 있지만, 수직으로 배치하는 것이 바람직하다. 수직으로 만나다보니 지압 받침판(60)의 구조가 직각 연결형태로 절단가공 및 용접이 간단해져서 공사비 절감 효과가 있다. 뿐만 아니라 오로지 스터드(60c)에만 의존하던 인발력은 고강도 인장력을 가진 강선을 사용함으로서 복잡한 인발저항 부재를 배치하지 않아도 되는등 효과적으로 대응한다.

복부부재(30)를 수직배치시 전도방지부재(40)는 필수조건이다. 수직배치를 하는 경우, 전도방지부재(40)는 반듯이 있어야 한다. 전도방지부재(40)의 거더 길이방향 배치는 단부가 바람직하다. 종래기술의 연속교에서 어차피 지점부 격벽 콘크리트를 타설하기 때문에 지적부 격벽을 그냥 활용하는 구조가 되기 때문이다. 종래기술에 비하여 별도로 부재가 추가되지 않는다.

전도방지부재(40)는 배치위치가 단부에 국한되지 않는다. 거더가 길어지는 경우 단부와 단부사이, 즉 거더 중간부에 추가 배치하여 전도에 대응하도록 한다.

따라서 배치위치는 “ 거더단부에 배치하며, 필요시 단부와 단부사이에 추가 배치한다 ”가 올바른 표현이다. 형태는 상기한바와 같이 다양한 형태로 변경가능 한바, “전도방지부재” 로 표기하도록 한다. 연결방식은 “상현재(10)와 하현재(20) 사이에 배치하여 상호부재를 강결한다“ 즉 ”전도방지부재는 상현재와 하현재 사이에 배치하여 상호부재를 강결하되, 거더단부에 배치하며, 필요시 단부와 단부사이에 추가 배치한다“

복부부재(30)는 상기한바와 같이 수직배치가 바람직하나, 교량 슬래브 외측 등 일부구간에서는 복잡한 응력이 발생하여 필요한 경우 또는 전체적으로 경사로 배치할수 있다. 즉 수직배치에 기술이 국한하지 않는다. 따라서 복부부재(30)의 배치방식에 대하여는 제한하지 않는다.

강선긴장은 본원발명의 주요기술로 ‘상현재와 하현재 사이에 충진강관인 복부부재를 배치하되, 상현재및 하현재와 복부부재를 관통하여 강선긴장한다“강선으로 긴장하되, 상현재(10)및 하현재(20)와 복부부재(30)와의 연결방식은 2가지로 구분한다. 첫째: 힌지(hinged) 구조, 둘째: 고정(fixed)구 조 이다..

2가지 방식으로 강선긴장이 본원발명의 특허 청구항이다.

상현재(10)및 하현재(20)와 복부부재(30)를 단락된 구조에서 강선긴장하여 연결하는 방식과 고정된 상태에서 강선긴장하는 방식이다. 고정된 구조상태에서도 강선긴장 방식을 사용하면 철근 배치량을 줄일수 있다. 강선은 철근보다 몇배의 인장강도를 가지고 있어서 과도한 철근을 배치하지 않아도 된다. 인발부위에는 강선이 가장 효과적이다. 따라서 고정구조에도 강선긴장이 효과적인것이다.

이로써 본원발명은 인발력에 취약한 종래의 격점부 부재를 강선긴장하여 효과를 높이고, 전도방지부재(40)를 설치하여 상현재(10)와 하현재(20)를 단단히 일체화하여 합성거더(A)를 완성하여 교각에 인상및 공용시 발생할수 있는 전도및 비틀림에 대응하도록 하였다.

상기방식으로 강선긴장과 전도방지부재(40)가 구비된 합성거더(A)는 제작시 길이방향또는 높이방향으로 분절된 형태로 공장제작하여 현장조립하거나 현장제작, 상기방식을 혼용할수 있다. 즉 단순한 구조인 하현재(20)및 상현재(10)는 현장제작하고, 고품질을 요구하는 충진강관은 공장제작하여 현장에서 조립하여 합성거더(A)를 완성하여 사용하는 방법이다. 이러한 길이및 수평으로 분절하는 방식은 위치에 국한되지 않고 다양하게 변경하여 사용할수 있다.

도 12는 본원발명의 합성거더(A)를 제작및 시공하는 방법을 설명하는 그림이다. 1단계; 편평한 지반에서 강선 쉬스관과 지압 받침판(60)을 배치하고, 철근 콘크리트를 타설하여 하현재(20)를 제작하는 과정, 2단계: 콘크리트가 양생된상태에서 강선을 긴장하는 과정, 3단계: 복부부재(30)인 강관을 삽입하고, 전도방지부재(40)를 타설하는 과정, 4단계: 콘크리트 타설하거나 사전 제작하여 연결조립하는 방식으로 상현재(10)를 형성하는 과정, 5단계: 강선으로 긴장하여 하현재(20),복부부재(30),상현재(10)를 연결하는 과정, 6단계: 합성거더(A)를 교각에 거치한후, 나머지 슬래브 콘크리트및 포장작업을 완료하여 교량을 완성하는 과정.

상기 작업은 예시로서 작업방법이 국한되지는 않는다.

A: 본원발명의 합성거더
10: 상현재
20: 하현재
30: 복부부재
40: 전도방지부재
50: 강선긴장장치
60: 지압 받침판
60a: 짧은 강관
60b: 사각 판재
60c: 스터드

Claims (2)

1. 합성보에 작용하는 인장력에 저항하도록 프리스트레스(prestress)가 도입된 프리스트레스트 콘크리트(prestressed concrete)로 이루어지며, 상면에 거더의 길이방향으로 반복적으로 설치되는 지압 받침판이 구비된, 소정 형상의 종횡 단면과 소정 길이를 가진 하현부재(lower-chord member);
   
   합성보에 작용하는 압축력에 저항하도록 하현부재의 상면과 상현부재의 하면에 설치된 지압 받침판에 삽입하여 설치하는, 콘크리트가 충전된 강관의 복부부재(web members);
   
   상기 복부부재와 연결되는 지압 받침판이 하면에 거더의 길이방향으로 반복적으로 설치되어 구비되고, 합성보에 작용되는 압축력에 저항하는, 소정 형상의 종횡 단면과 소정 길이를 가진 상현부재(upper-chord member):
   
   거더단부에 배치하며, 필요시 단부와 단부사이에 추가 배치하는, 상현부재및 하현부재를 수직으로 기둥형태로 강결하여 전도에 저항하는 전도방지부재:
   
   상기 하현부재, 상현부재, 지압 받침판, 복부부재를 관통하여 강선긴장하되, 하현부재및 상현부재가 복부부재와 분리된 상태에서 강선긴장하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 강관 합성보.
   
2. 합성보에 작용하는 인장력에 저항하도록 프리스트레스(prestress)가 도입된 프리스트레스트 콘크리트(prestressed concrete)로 이루어지며, 상면에 거더의 길이방향으로 반복적으로 설치되는 지압 받침판이 구비된, 소정 형상의 종횡 단면과 소정 길이를 가진 하현부재(lower-chord member);
   
   합성보에 작용하는 압축력에 저항하도록 하현부재의 상면과 상현부재의 하면에 설치된 지압 받침판에 삽입하여 설치하는, 콘크리트가 충전된 강관의 복부부재(web members);
   
   상기 복부부재와 연결되는 지압 받침판이 하면에 거더의 길이방향으로 반복적으로 설치되어 구비되고, 합성보에 작용되는 압축력에 저항하는, 소정 형상의 종횡 단면과 소정 길이를 가진 상현부재(upper-chord member):
   
   거더단부에 배치하며, 필요시 단부와 단부사이에 추가 배치하는, 상현부재및 하현부재를 수직으로 기둥형태로 강결하여 전도에 저항하는 전도방지부재:
   
   상기 하현부재, 상현부재, 지압 받침판, 복부부재를 관통하여 강선긴장하되, 하현부재및 상현부재가 복부부재와 고정된 상태에서 강선긴장하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스트 콘크리트 강관 합성보.
   

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