KR20190043678A - 교량 시공 방법 및 그 시공 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량 시공 방법 및 그 시공 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 교량 하부 구조 상에 횡방향으로 2열 이상으로 거더를 거치하는 거더 거치 단계와; 상기 거더의 상면 높이를 측정하는 거더높이 측정단계와; 상기 거더높이 측정단계에서 측정된 측정 데이터에 기초하여, 상기 상부 플랜지의 높이 편차를 정해진 높이로 보정하는 거치대를 프린팅하여 형성하는 거치대 프린팅 단계와; 상기 거치대 상에 바닥판을 시공하는 바닥판 시공단계를; 포함하여 구성되어, 교각이나 교대 등의 하부 구조 상에 거치된 다수의 거더의 상면은 캠버량 차이로 인해 높이 편차가 발생될 수 밖에 없는데, 거더의 상면 높이를 측정한 측정 데이터에 기초하여 높이 편차를 보상하는 거치대를 프린팅하여 형성함으로써, 캠버량의 높이 편차가 해소됨으로써, 헌치부를 형성하지 않더라도 프리캐스트 바닥판을 이용하여 바닥판 시공이 가능해지는 교량 시공 방법 및 그 시공 구조를 제공한다.

Description

교량 시공 방법 및 그 시공 구조 {METHOD AND STRUCTURE OF CONSTRUCTING GIRDER BRIDGE}

본 발명은 교량 시공 방법 및 그 시공 구조에 관한 것으로, 거더의 캠버량의 편차가 있더라도 헌치부를 별도 시공하지 않고도 프리캐스트 바닥판을 이용한 바닥판 시공이 용이한 거더를 이용한 교량 시공 방법에 관한 것이다.

교량은 하천이나 계곡 등을 가로질러 도로 등을 시공하는 데 널리 적용되고 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 교량(1)은 교대나 교각 등의 하부 구조(55) 상에 교좌 장치(55a)를 설치하고, 교좌 장치(55a)에 거더(10)를 거치시킨 후에, 거더(10)의 상측에 바닥판(30)을 합성하여, 바닥판(30)을 통해 차량 등이 통행하도록 시공된다.

여기서, 거더(10)는 도면에 도시된 바와 같이 내부에 철근(12)이 배근된 철근 콘크리트 거더이거나, 긴장재(미도시)에 의해 압축 프리스트레스가 도입된 프리스트레스트 콘크리트 거더가 적용될 수 있으며, 강재와 콘크리트가 합성된 강합성 거더가 적용될 수도 있고, 강재 만으로 이루어진 강재 거더가 적용될 수도 있다.

일반적으로 거더(10)는 교각 등의 하부 구조(55) 상에 거치된 상태에서, 그 상측에 바닥판(30)이 합성되면서, 바닥판(30)의 하중을 부담하고, 이로 인하여 거더(10)는 하방으로 볼록하게 휘는 변형이 발생된다. 교량(1)의 시공이 완성된 상태에서 바닥판(30)이 수평 상태로 되기 위하여, 하부 구조(55)에 거치되는 거더(10)는 상방으로 약간 볼록한 휨 변형(캠버, c)이 미리 도입된다.

그러나, 거더(10)가 콘크리트만으로 이루어진 콘크리트 거더이든, 강재와 콘크리트가 합성된 단면으로 이루어진 강합성 거더이든, 거더(10)에 프리스트레스트가 도입된 프리스트레스트 거더이든지 제작된 거더(10)의 캠버량은 차이가 발생된다. 특히, 프리스트레스트 거더인 경우에는 캠버량을 완전히 일정하게 제어하는 것은 매우 어렵다.

프리스트레스트 콘크리트 거더(10)가 적용되는 일례를 들어 설명하면, 도2a에 도시된 바와 같이, 굳지 않은 콘크리트를 거푸집(미도시)에 타설하여 콘크리트 거더(10)를 제작하는 과정에서는 약간의 캠버량(C1)이 콘크리트 거더(10)에 도입된다.

그 다음, 도2b에 도시된 바와 같이, 콘크리트 거더(10)의 경간 중앙부의 중립축 하부를 통과하도록 미리 내설된 쉬스관(14)에 강연선(15)을 삽입한 상태에서, 강연선(15)에 인장력(Ps)을 도입한 상태로 정착하면, 콘크리트 거더(10)는 상방으로 볼록해지는 휨 변형이 생기면서 캠버(C2)가 더 커지게 된다. 특히, 콘크리트 거더(10)의 콘크리트(12)를 관통하는 강연선(15)은 거더 중앙부에서 횡방향 중립축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되지만, 좌우 배치된 강연선(15)의 인장력(Ps)이 도입되는 순서에 따라 콘크리트 거더(10)는 횡방향으로의 휨 변형도 발생될 수 있다.

그 다음, 도2c에 도시된 바와 같이, 콘크리트 거더(10)가 하부 구조(55)에 거치된 상태에서 상측에 바닥판(30)이 콘크리트 거더(10)에 합성되면, 바닥판(30)의 무게에 의해 콘크리트 거더(10)는 하방으로 볼록해지는 휨 변형이 발생되면서 캠버(C2)를 상쇄시킨다. 한편, 콘크리트 거더(10)에 프리스트레스를 도입하지 않는 경우에는 도2a의 콘크리트 거더의 제작단계에서 바닥판(30)의 무게를 고려하여 보다 큰 캠버만큼 상방으로 볼록하게 제작된다.

즉, 바닥판(30)이 거더(10)의 상측에 거치된 상태에서 바닥판(30)의 자중에 의해 거더(10)의 하방 휨 변형량만큼 미리 거더에 캠버(C1, C2)를 형성하게 제작된다. 그러나, 도2a에 도시된 형태로 콘크리트 거더(10)를 제작하는 데에는, 비교적 캠버량을 일정하게 도입할 수 있지만, 강연선 등에 의해 프리스트레스가 도입되는 거더(콘크리트 거더, 강합성 거더, 강재 거더를 모두 포함한다)는 프리스트레스의 도입 과정에서 거더의 각 위치에서의 강성의 차이와 도입되는 인장력의 편차와 도입 순서 등의 차이로 인하여, 교량의 시공에 사용되는 거더(10)의 캠버(C2)를 균일하게 제어하는 것은 사실상 거의 곤란한 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 도3에 도시된 바와 같이, 거더(10A, 10B, 10C, 10D, 10E; 10)의 캠버량 차이만큼 각 거더(10A, 10B, 10C, 10D, 10E; 10)로부터 바닥판 상면(30s)까지의 거리의 차이가 있으므로, 거더(10)의 상면과 바닥판의 저면까지의 거리만큼 헌치부(32)를 서로 다른 높이(d1, d2, d3, d4, d5)만큼 형성하여, 캠버량(C2)의 차이를 보상하는 방법이 종래에 사용되어 왔다.

그러나, 상기와 같이 헌치부(32)의 높이를 서로 다르게 형성하기 위해서는, 서로 다른 높이의 헌치부(32)를 형성하기 위한 거푸집을 설치해야 하는데, 시공 현장의 각 위치마다 서로 다른 캠버량(C2)의 차이를 일일히 맞게 거푸집을 제작하여 설치하는 것은 매우 까다로운 시공 상의 문제가 있었다.

이 뿐만 아니라, 최근에는 교량 시공 기간을 단축하고 작업자의 안전성이 보다 확보되며 단순한 시공 과정을 가능하게 하는 프리캐스트 바닥판을 이용한 바닥판(30)의 시공이 널리 활용되어가는 추세에 있다. 그러나, 거더(10)의 캠버량(C2)의 차이가 허용 범위보다 더 커지면, 거더(10)의 상면에 거치되는 프리캐스트 바닥판이 갸우뚱하게 기울어지면서 가장자리가 들뜨는 자세로 인해 프리캐스트 바닥판과 거더(10)의 합성 상태가 불량해지므로, 프리캐스트 바닥판을 적용하는 것 자체가 불가능해지는 한계가 야기된다.

더욱이, 교량이 수평으로 곡선 구간인 경우에 바닥판의 횡구배를 형성하는 것과 거더의 캠버량을 조절하는 것을 동시에 행하는 것은 매우 까다로워진다. 또한, 교량이 고가도로 등에 적용되어 바닥판이 상향 또는 하향 경사면을 형성하는 경우에는, 수평 변위 뿐만 아니라 상하 변위의 편차도 동시에 만족해야 하므로, 프리캐스트 바닥판을 이용하는 시공 자체가 사실상 불가능해지는 한계가 있다.

따라서, 교량(1)을 지지하는 거더(10)가 프리스트레스트 거더이어서 캠버량의 조절이 곤란하거나, 곡선 구간이나 상하향 경사면을 형성하는 경우에도, 헌치부(32)의 편차를 없애고 바닥판의 시공을 일률적으로 행할 수 있게 하는 방안의 필요성이 요구되고 있다.

특히, 거더의 캠버량의 편차가 발생되더라도, 교량의 곡선 구간이나 경사면에 대해서도, 프리캐스트 바닥판을 거더(10)의 상측에 거치하여 바닥판을 시공할 수 있게 하는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 교량용 거더의 캠버량 차이에도 바닥판을 보다 간편하고 원활하게 시공하는 교량 시공 방법 및 그 시공 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은, 교량용 거더의 캠버량의 편차가 있더라도, 곡선 구간이나 상하향 경사 구간이더라도, 캠버량의 편차를 거치대의 높이로 보상하여 교량 시공을 보다 쉽고 짧은 기간 내에 행할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 교량용 거더의 상면 높이가 종방향 편차 뿐만 아니라 횡방향으로도 편차가 있는 경우에도, 이를 정확하게 보상하여 바닥판의 시공을 원활히 하는 것을 목적으로 한다.

다시 말하면, 본 발명은, 프리스트레스트 거더와 같이 캠버량의 편차가 불가피하게 발생될 수 밖에 없는 경우라도, 캠버량 편차를 보상하는 거치대를 현장에서 3D 프린터를 이용하여 프린팅 형성함으로써, 교량용 거더의 상면 높이 편차를 완벽하게 보상하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은, 거더의 캠버량 편차가 아무리 크게 발생되더라도, 프리캐스트 바닥판을 이용한 바닥판 시공을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 교량의 시공 방법으로서, 교량 하부 구조 상에 횡방향으로 2열 이상으로 거더를 거치하는 거더 거치 단계와; 상기 거더의 상면 높이를 측정하는 거더높이 측정단계와; 상기 거더높이 측정단계에서 측정된 측정 데이터에 기초하여, 상기 상부 플랜지의 높이 편차를 정해진 높이로 보정하는 거치대를 프린팅하여 형성하는 거치대 프린팅 단계와; 상기 거치대 상에 바닥판을 시공하는 바닥판 시공단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법을 제공한다.

이는, 교각이나 교대 등의 하부 구조 상에 거치된 다수의 거더의 상면은 캠버량 차이로 인해 높이 편차가 발생될 수 밖에 없는데, 거더의 상면 높이를 측정한 측정 데이터에 기초하여 높이 편차를 보상하는 거치대를 프린팅하여 형성함으로써, 캠버량의 높이 편차가 해소될 수 있도록 하기 위함이다.

이를 통해, 본 발명은, 거더의 제작 단계(프리스트레싱 단계가 포함될 수 있음)에서 거더마다의 캠버량 편차가 발생되더라도, 캠버량 편차를 보상하는 거치대를 3D 프린터를 이용하여 프린팅하여 형성하는 것에 의해, 바닥판이 거치대 상에 설치되면서 거더와 합성되도록 함으로써, 바닥판의 시공 높이가 예정된 높이와 정확히 일치할 수 있게 되어, 헌치부를 형성하지 않더라도 바닥판을 거더에 합성한 상태로 시공할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 상기 거더 준비 단계는, 상기 거치대 프린팅 단계에서 프린팅되는 상기 거치대와의 결합을 보조하는 재질의 프린팅 플레이트를 상기 거더의 상면에 드러나게 형성하는 단계를; 포함하여 구성될 수 있다. 다시 말하면, 3D 프린터를 이용하여 거치대를 프린팅하여 형성하는 과정에서, 프린팅되는 거치대의 재질이 거더의 상면 재질과 부착되지 않을 수 있으므로, 거더의 상면에 거치대를 프린팅하는 데 접합 특성이 우수한 프린팅 플레이트를 미리 설치해둠으로써, 거치대를 거더 상면에 보다 견고하게 일체화시킬 수 있다.

그리고, 상기 거치대 프린팅 단계는, 프린터가 레일에 의지하여 슬라이딩 이동하면서 거더 상면에 거치대를 프린팅하거나, 프린터가 주행 바퀴로 구름 이동하면서 거더 상면에 거치대를 프린팅하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 즉, 프린터가 상기 거더의 상기 상부 플랜지 상을 이동하면서 상기 거치대를 프린팅하므로, 거더의 어느 위치에서든지 상면 높이 편차를 보상할 수 있다.

여기서, 상면 높이 편차는, 일률적으로 정해진 기준 높이와 실제 해당 거더의 상면 높이의 편차 분포를 지칭할 수도 있지만, 각각의 거더의 캠버량을 고려하여 예정된 거더 상면의 높이 분포(정해진 캠버량을 갖는 상방으로 볼록한 윤곽의 높이 분포(77o))와 실제 거더의 상면 높이의 편차값의 분포를 포함한다.

한편, 상기 프린터는 금속, 폴리머 등의 플라스틱, 수지, 콘크리트, 시멘트, 섬유강화석고, 섬유강화시멘트, 콘크리트복합재료 중 어느 하나 이상의 재료로 상기 거치대를 형성할 수 있다. 거치대는 바닥판을 지지할 수 있을 정도의 강도로 형성되는 것이 필요하므로, 금속, 콘크리트, 섬유강화석고, 섬유강화시멘트, 콘크리트복합재료 등 충분한 강성이 확보되는 재료로 선택될 수 있다.

그리고, 상기 프린터는 상기 거더의 상면에서 이탈하는 것을 방지하는 이탈 방지 수단이 구비될 수 있다. 즉, 프린터가 거더 상면을 따라 구름에 의한 이동을 하면서 거치대를 프린팅하는 경우에는, 프린터가 거더 상면을 따라 이동하는 동안에 거더의 아래로 추락하는 것을 방지하는 이탈 방지 수단에 의하여 안정적으로 거치대의 프린팅 공정을 행할 수 있다.

이를 위하여, 상기 프린터는, 상기 거더의 양측면에 접촉 지지되는 가이드 플레이트를 상기 이탈 방지 수단으로 구비하여, 상기 가이드 플레이트에 의해 상기 거더의 길이 방향을 따라 이동하게 구성될 수 있다.

본 발명은 거더 상면의 높이 분포를 측정하는 수단과 프린팅하는 수단이 별개로 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 프린터의 전방부에는 상기 거더의 상면 높이를 측정하는 측정부가 구비되어, 상기 프린터가 상기 거더를 따라 이동하면서 거더높이 측정단계를 행하는 것과, 상기 측정 데이터에 기초하여 결정된 두께로 상기 거치대를 프린팅하는 것을 상기 프린터에 의해 행해질 수도 있다. 이를 통해, 거치대를 프린팅하여 형성하는 공정이 보다 짧은 시간 내에 이루어질 수 있다.

한편, 상기 거더높이 측정단계는, 측정 센서의 이동 경로를 안내하는 이동 레일을 상기 거더에 설치하는 단계와; 상기 측정 센서를 상기 이동 레일을 따라 이동하면서 상기 거더의 상면 높이를 측정하는 단계를; 포함하여 구성될 수도 있다. 다만, 본 발명에 따른 거더높이의 측정단계는 이동 레일을 따라 측정 센서로 거더 상면 높이를 측정하는 구성에 국한되지 않으며, 다양한 다른 방법에 의해 이루어질 수도 있다.

특히, 상기 거더 거치 단계에서 거치된 상기 다수 열의 상기 거더에 대한 상면 높이의 측정 데이터를 모두 얻은 후에, 상기 측정 데이터에 기초하여 상기 거치대의 프린팅 높이가 정해질 수 있다. 이를 통해, 어느 하나의 거더 상면의 높이를 측정한 값과 설계 단계에서 예정된 높이 분포값만을 대비하지 아니하고, 횡방향으로 다수 거치된 거더들의 상면 높이의 측정값을 기초하여 기준 높이 분포를 산출함으로써, 다수의 거더들이 전체적으로 형고가 더 크거나 낮은 경우에도, 최적양의 두께로 거치대를 프린팅하여 형성하는 것이 가능해지므로, 거치대의 프린팅 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

한편, 상기 거더의 상면 높이를 측정한 상기 측정 데이터를 저장하는 데이터 저장단계를; 더 포함하여 구성될 수 있다. 메모리에 저장된 측정 데이터는, 거더의 위치 별로 프린팅할 거치대의 높이를 정하는 데 사용되며, 제작된 거더의 형고나 프리스트레싱에 의한 캠버 변동량을 얻어 추후 거더를 제작하는 기초 자료로 활용될 수 있다.

무엇보다도, 상기 거더높이 측정단계는 상기 거더의 길이 방향으로의 상면 높이를 측정하고, 동시에 상기 거더의 폭방향으로의 상면 높이를 측정하여 상기 측정 데이터를 얻으며; 상기 거치대 프린팅 단계는 상기 폭방향으로의 상면 높이의 편차가 있는 위치에서 서로 다른 높이로 상기 거치대를 프린팅하여 형성할 수 있다.

이와 같이, 하나의 거더에 대한 상면 높에 데이터를 얻는 데 있어서, 거더 상면의 횡방향(폭방향)을 기준으로 하나의 지점을 기초로 종방향의 높이 분포를 얻을 수도 있지만, 거더 상면의 횡방향을 기준으로 2개 이상의 지점을 기초로 종방향의 높이 분포를 얻는 것에 의하여, 교좌 장치 상에 거치된 거더가 전체적으로 기울어져 거치된 것도 정확하게 감지하여, 종방향의 높이 편차와 함께 횡방향으로의 높이 편차도 함께 거치대를 프린팅하여 형성하면서 보정할 수 있게 된다.

그리고, 상기 거더는 프리스트레스가 도입된 프리스트레스트 거더를 포함한다. 이를 통해, 거더의 제작 과정에서 프리스트레스를 도입하는 동안에 발생되는 거더별 캠버량의 차이를 거치대의 프린팅 공정에 의해 모두 해소되어, 바닥판의 시공이 보다 간편해지고 거더 상면의 높이 편차를 완화하기 위한 헌치부를 형성하지 않아도 되는 이점을 얻을 수 있다.

또한, 상기 바닥판 시공단계는, 미리 제작된 프리캐스트 바닥판을 상기 상부 플랜지 상에 거치하는 바닥판 거치단계와; 상기 프리캐스트 바닥판을 상기 거더와 합성하는 바닥판 합성단계를; 포함하여, 3D 프린터에 의해 프린팅되어 형성된 거치대에 의해 거더 상면의 높이 편차를 완전히 제거할 수 있게 되므로, 교량의 곡선 구간이나 상하향 경사 구간이더라도, 프리캐스트 바닥판을 프린팅된 거치대 상에 거치하면 프리캐스트 바닥판이 갸우뚱하게 기울어지지 아니하고 정확하게 거치된 상태로 되어, 프리캐스트 바닥판을 이용한 바닥판 시공이 원활하게 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.

이 때, 상기 거치대는 거더 상면에 거치될 예정인 프리캐스트 바닥판의 모서리 부근에만 형성되어 프리캐스트 바닥판의 꼭지점 부근만 지지하게 형성될 수도 있고, 거더의 상면 전체에 걸쳐 형성되어 프리캐스트 바닥판의 양측변을 지지하게 형성될 수도 있다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 교량의 시공 구조로서, 교량 하부 구조 상에 횡방향으로 2열 이상 거치된 거더와; 상기 거더의 상기 상부 플랜지의 상면 높이를 보정하는 높이로 프린팅되어 형성된 거치대와; 상기 거치대 상에 콘크리트를 포함하여 형성된 바닥판을; 포함하는 교량 시공 구조를 제공한다.

여기서, 상기 거치대는 금속을 포함하여 충분히 높은 강도로 바닥판을 지지하게 구성될 수 있다.

그리고, 상기 거더는 프리스트레스가 도입된 프리스트레스트 거더이어서 캠버량의 편차가 크게 발생되더라도, 3D 프린터에 의해 프린팅되어 형성된 거치대에 의해 높이 편차가 완전히 보상되므로, 교량의 바닥판 시공이 보다 용이해지고 거더와의 합성 상태가 우수해지는 이점을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은, 거더의 상면 높이를 측정하는 거더높이 측정단계와; 상기 거더높이 측정단계에서 측정된 측정 데이터에 기초하여, 상기 거더의 상면 높이 편차를 정해진 높이로 보정하는 거치대를 프린팅하여 형성하는 거치대 프린팅 단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 거더의 제작 방법을 제공한다. 즉, 지상에서 콘크리트나 강재를 이용하여 거더의 단면 형태를 제작한 이후에, 거더의 상면 높이를 3D 프린터에 의해 보정된 높이의 거치대를 프린팅한 교량용 거더가 제공된다.

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '종방향'은 거더의 길이 방향인 교축 방향을 지칭하며, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '횡방향'은 교축 방향에 수직한 교축 직각 방향을 지칭하는 것으로 정의한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 거더의 제작 과정에서 발생된 캠버량의 편차를 3D 프린터를 이용하여 거치대를 프린팅 형성하는 것으로 보정함으로써, 거더 높이 편차를 보정하기 위한 종래의 복잡한 헌치부를 바닥판과 일체 형성하는 복잡한 공정을 없앨 수 있으므로, 교량의 시공이 보다 간편해지고 바닥판과 거더의 합성 상태를 보다 향상시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이를 통해, 본 발명은, 서로 다른 거더 상면의 높이를 보정하기 위하여 서로 다른 높이로 헌치부를 형성하기 위한 거푸집을 일일히 제작하는 공정을 없앨 수 있으며, 횡방향으로 거치된 다수의 거더의 상면 높이 분포를 프린팅되어 형성된 거치대에 의해 허용 범위 내로 보정할 수 있게 되므로, 정해진 크기의 거푸집으로 바닥판을 타설하여 시공할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은, 횡방향으로 거치된 다수의 거더들의 상면 높이를 횡방향 편차도 함께 측정하고 3D 프린터에 의해 거치대의 높이를 횡방향 구배를 갖게 형성하는 것에 의하여, 횡방향으로 거치된 다수의 거더들의 상면 높이 편차를 종방향 뿐만 아니라 횡방향에 대해서도 보정이 가능하므로, 거더의 기울어진 거치 상태도 함께 보정하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 3D 프린터에 의하여 프린팅되어 형성되는 거치대가 높은 강성을 갖는 재질(예를 들어, 콘크리트, 콘크리트 복합재료, 금속 등)로 형성됨에 따라, 현장타설에 의해 형성되는 바닥판이나 프리캐스트 바닥판에 의해 시공되는 바닥판의 하중을 견딤으로써, 견고한 바닥판과 거더의 합성 상태를 구현하는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은, 3D 프린터를 거더 상면을 따라 이동하면서 거치대를 프린팅하는 과정에서, 거더의 상면에서 이탈하는 것을 방지하는 이탈 방지 수단을 구비함으로써, 거치대를 프린팅하여 형성하는 동안에 풍하중 등의 외력이나 진동이 작용하더라도, 정해진 위치에 정확하게 정해진 두께만큼 거치대를 신뢰성있게 형성하는 이점을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 이탈 방지 수단으로서 프린터에 대하여 이동 가능한 가이드 플레이트를 구비함으로써, 시공하고자 하는 교량의 거더 폭 등의 치수가 변동되더라도, 하나의 3D 프린터를 이용하여 다양한 교량용 거더 상면에 상면 높이 편차를 보정하는 거치대를 프린트하여 형성하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 거더의 상면 재질이 콘크리트이거나 강재이거나 관계없이, 거치대와 결합 특성이 우수한 재질의 프린팅 플레이트를 거더 상면에 형성함으로써, 프린팅되어 형성된 거치대가 거더에 견고하게 일체화되어, 시공된 교량의 내하 능력을 정상적으로 발휘하는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은, 프린터의 전방부에 거더의 상면 높이를 측정하는 측정 센서를 구비하여, 프린터가 1번 거더 상면을 이동하는 동안에 전방부에서 측정된 거더 상면의 측정 데이터를 기초로 후방부에서 재료를 프린트하여 거치대를 형성함으로써, 거치대의 형성에 소요되는 시간을 단축하는 이점도 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명은, 거더의 제작 과정이나 거더의 거치 과정에서 발생되는 거더 상면의 높이 편차로 인해 발생되었던 종래의 문제점을 일거에 해결할 수 있다. 특히, 본 발명은, 교량의 곡선 구간이어서 바닥판의 횡구배가 필요하거나 경사 구간이어서 정교한 상면 높이 조절이 필요한 경우에도, 거더 상면의 높이를 3D 프린팅되어 형성되는 거치대에 의해 보정되므로, 바닥판의 시공이 정확하고 원활히 이루어지는 효과를 얻을 수 있고, 어떠한 구간과 거더의 상면 높이 편차가 있더라도 프리캐스트 바닥판을 이용해서도 바닥판 시공이 가능해지는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도1은 일반적인 교량의 구성을 도시한 사시도,
도2a 내지 도2c는 프리스트레스트 콘크리트 거더의 제작 및 설치 단계에 따른 캠버량 차이를 도시한 도면,
도3은 도1의 절단선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 횡단면도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 시공 방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도5는 도4의 교량 시공에 사용되는 거더의 일례를 도시한 사시도,
도6a는 도5의 거더를 교량 하부 구조에 거치한 상태를 도시한 도면,
도6b는 도6a의 절단선 A-A에 따른 횡단면도,
도6c는 도6a의 절단선 B-B에 따른 횡단면도,
도7a는 도6a의 제1거더(110A)의 거더 상면의 높이 편차를 측정하는 구성을 도시한 정면도,
도7b는 도7a의 절단선 D-D에 따른 횡단면도,
도8a는 도6a의 제1거더(110A)의 상면에 거치대를 프린팅하여 형성하는 구성을 도시한 정면도,
도8b는 도8a의 절단선 E-E에 따른 횡단면도,
도8c는 도6a의 제3거더(110C)의 상면에 거치대를 프린팅하여 형상하는 구성을 도시한 정면도,
도8d는 도8c의 절단선 F-F에 따른 횡단면도,
도9a는 거치대가 프린팅 형성된 거더의 상면에 프리캐스트 바닥판을 거치시키는 구성을 도시한 도면,
도9b는 절단선 G-G에 따른 횡단면도,
도10은 프리캐스트 바닥판의 상측에 현장타설 콘크리트를 타설하여 교량의 시공이 완성된 상태를 도시한 횡단면도,
도11은 본 발명에 적용 가능한 다른 형태의 프린터 구성을 도시한 개략도이다.

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.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 시공 구조(100)는, 교각이나 교대 등의 교량 하부 구조(55) 상에 횡방향으로 2열 이상 거치된 거더(110)와, 거더(110)들의 상면 높이 편차를 보정하는 높이로 프린팅되어 형성된 거치대(140)와, 거치대(140) 상에 형성되어 거더(110)와 일체 합성된 바닥판(170, 175)을 포함하여 구성된다.

상기 거더(110)는 교량의 시공에 사용되는 다양한 형태의 거더가 적용될 수 있다. 예를 들어, 거더(110)는, 철근이 배근된 콘크리트 거더일 수도 있고, 콘크리트 거더 내에 강연선이 내설되어 프리스트레스가 도입되는 프리스트레스트 콘크리트 거더일 수도 있고, I자 단면이나 박스 단면 등 다양한 단면의 강재 거더일 수도 있으며, 강재 거더의 일부 이상에 콘크리트가 합성된 강합성 거더일 수도 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 거더(110)는 거더의 형식에 관계없이 모두 적용 가능하다.

이하에서는 편의상, 도5에 도시된 바와 같이, 철근이 내부에 배근되어 있고, 쉬스관 내부에 강연선(115)이 포물선 형태로 배치되어, 강연선(115)에 인장력을 도입한 상태로 강연선을 정착하여, 콘크리트(112)에 압축 프리스트레스가 도입된 프리스트레스트 콘크리트 거더(110)를 예로 들어 설명하기로 한다.

교량용 거더(110)는 강연선(115)에 인장력이 도입된 상태로 압축 프리스트레스가 도입되면서, 상향으로 볼록하게 솟은 캠버(c)가 형성된다. 그리고, 이 캠버(c)의 크기는 거더(110)의 상측에 설치되는 바닥판(170, 175)의 자중에 의해 거더(110)의 하방 처짐량을 고려하여, 바닥판(170, 175)의 설치 이후에 거더(110)가 수평 상태가 되게 하는 정도가 되게 정해진다. 그러나, 설계 당시에 고려하였던 치수와 오차가 있거나 프리스트레스를 도입하는 과정에서 상방으로의 솟음량의 편차가 거더(110) 별로 발생될 수 밖에 없으므로, 횡방향으로 다수 거치되는 거더(110)들은 캠버(c)의 편차가 발생하게 된다.

한편, 교량용 거더(110)의 상측에는 바닥판(170, 175)과 합성을 보조하는 전단 연결재(113)가 돌출 형성되고, 거치대(140)가 프린팅되어 형성되는 상면(110s)에는 거치대(140)를 형성하도록 프린팅되는 재료와 동일하거나 결합력이 우수한 재료로 프린팅 플레이트(111)가 노출되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 프린팅 플레이트(111)는 프린팅 재료인 폴리머 계열의 플라스틱, 수지, 금속, 콘크리트, 시멘트, 섬유강화석고, 섬유강화시멘트, 콘크리트복합재료 등의 재질과 동일한 재질이거나, 이들이 프린팅되는 때에 접합성 내지 결합성이 우수한 재질로 형성된다. 또한, 프린팅 플레이트(111)는 그 표면에 프린팅 재료와 접합성 내지 결합성이 우수한 재질로 코팅층이 형성될 수도 있다.

교량용 거더(110)가 콘크리트 거더인 경우에는, 콘크리트 거더의 제작 당시에 미리 프린팅 플레이트(111)를 거푸집에 설치해두고 콘크리트를 타설하는 것에 의해, 콘크리트 거더에 프린팅 플레이트(111)를 일체 결합할 수 있다. 그리고, 교량용 거더(110)의 상면이 강재인 경우에는, 프린팅 플레이트(111)를 접합하거나 용접에 의해 결합시킬 수도 있다. 프린팅 플레이트(111)는 거더 상면(110s)의 전체 표면에 형성될 수도 있지만, 거치대(140)가 형성되는 면적에 대응하여 형성될 수 있다.

한편, 거치대(140)의 프린팅 재료가 금속이나 콘크리트 중 어느 하나 이상을 포함하고, 교량용 거더(110)가 강재 거더 등이어서 그 자체의 표면에 프린팅 재료의 결합성이 우수한 경우에는 프린팅 플레이트(111)가 생략될 수도 있다.

도면에 도시되지 않았지만, 프린팅 플레이트(111)의 상면에는 프린팅되어 형성되는 거치대(140)와의 결합을 보조하는 요철이나 다수의 돌기가 형성될 수 있다.

상기 거치대(140)는, 교량용 거더(110)가 하부 구조(55) 상에 거치된 상태에서, 횡방향으로 배열된 다수의 거더(110)들의 캠버량(c)의 편차를 보정하는 높이로 거더 상면(110s)에 돌출 형성된다.

여기서, 거더(110)들의 캠버량(c)의 편차를 보정하는 높이라 함은, 교량이 직선 방향으로 수평 배열되는 경우에는 거더(110)들의 상면 높이가 모두 동일한 높이가 되게 하는 높이를 의미하고, 교량이 곡선 구간이어서 횡방향으로의 바닥판의 구배를 두어야 하는 경우에는 거더(110)들의 상면 높이가 횡방향 구배에 맞는 높이가 되게 하는 높이를 의미하며, 교량이 경사 구간이어서 종방향으로의 바닥판 구배를 두어야 하는 경우에는 거더(110)들의 상면 높이가 종방향 구배에 맞는 높이가 되게 하는 높이를 말한다.

이를 위하여, 하부 구조(55) 상에 거치된 거더(110)의 상면 높이를 측정 센서(121)로 측정하여, 거더(110)의 상면 높이 분포를 얻는다. 그리고, 거더(110)의 상면 높이 분포가 설계 당시에 예정된 분포(77i)와 편차(da, dc, dd)가 있는 경우에는, 3D 프린터에 의하여 캠버량(c)의 편차를 보정하는 높이 분포(77o)로 거치대(140)가 프린팅하여 형성된다. 여기서, 보정된 상면 높이 분포(77o)는 설계 당시의 예정된 상면 높이 분포(77i)에 비하여 더 높게 정해짐으로써, 거더(110)의 캠버가 설계 당시에 예정된 상면 높이에 비하여 보다 높더라도 거치대(140)를 형성하는 것에 의해, 거더(110)의 높이 분포를 보정할 수 있다.

무엇보다도, 거더(110)의 상면 높이 분포를 보정하는 거치대(140)의 높이를 산출함에 있어서, 하나의 거더에 대하여 설계 당시에 예정된 상면 높이 분포와 대비할 수도 있지만, 횡방향으로 배치된 다수의 거더(110)의 상면 높이 분포를 모두 측정한 이후에, 측정된 거더 상면 높이 분포로부터 제어부에 의해 다수의 거더(110)의 보정된 상면 높이 분포(77o)를 구하고, 보정된 상면 높이 분포(77o)가 되도록 3D 프린터에 의해 거치대(140)를 프린팅하여 형성할 수 있다. 이에 의하여, 거더(110)의 상면 높이 분포가 횡방향으로 거치된 다수의 거더(110)들 간의 높이 편차를 일거에 해소하고 모두 동일한 상면 높이 분포로 보정할 수 있다.

한편, 교량 하부 구조(55)의 교좌 장치(55a)에 거치되는 거더(110)들은, 상면이 수평인 상태로 제작되지 않을 수도 있고, 탄성체를 포함하는 교좌 장치에 거치되면서 횡방향으로 기울어진 거더(예를 들어, 도6c의 110C)를 포함할 수 있다. 이와 같은 경우에도, 거더(110)의 상면 높이 분포를 측정 센서(121)에 의하여 감지하는 과정에서, 도7b에 도시된 바와 같이, 횡방향으로 2개 이상의 지점에서 거더의 상면 높이 분포를 측정하는 센서(121)에 의하여, 거더(110)가 횡방향으로 기울어진 각도(ang)를 정확하게 구할 수 있다. 다시 말하면, 측정 센서(121)에 의해 구해지는 거더의 상면 높이 분포는 거더(110)의 길이 방향에 따른 높이 분포 뿐만 아니라, 거더(110)의 폭방향에 따른 높이 분포가 함께 구해진다.

따라서, 거더(110)가 하부 구조(55)에 거치된 상태에서 종방향의 축선 방향을 기준으로 회전 변위(ang)가 발생된 경우에도, 거더(110)의 횡방향으로의 상면 높이 분포값에 기초하여, 도8d에 도시된 바와 같이, 보정된 상면 높이 분포(77o)에 부합하게 3D 프린터에 의해 거치대(140)를 형성하는 것이 가능한 이점을 얻을 수 있다. 이를 통해, 종래에는 횡방향으로 기울어진 거더에 대해서는 상면 높이를 보정할 수 있는 방법이 전혀 없었지만, 이와 같이 바닥판을 시공하기 이전에 거더 상면의 높이를 횡방향과 종방향에 대해 3D 프린터에 의해 프린팅되는 두께(t1, t2)를 다르게 조절하여 보정할 수 있게 됨에 따라, 거더(110)의 거치 자세와 캠버량 등의 편차가 발생되더라도 거더(110)의 상면 높이를 항상 일정한 높이로 유지하여 바닥판의 시공 정확성을 보다 높일 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 거치대(140)는 바닥판을 지지해야 하므로 충분한 강도를 갖는 재질로 형성된다. 예를 들어, 3D 프린터에 의해 프린팅되어 형성되는 거치대(140)의 재질은 폴리머, 수지, 금속, 콘크리트, 시멘트, 섬유강화석고, 섬유강화시멘트, 콘크리트복합재료 등이 적용될 수 있으며, 그 밖에 공지된 다양한 구성의 프린팅 재료가 적용될 수 있다.

도8a에 도시된 바와 같이, 거치대(140)의 거더 상면(110a)에 종방향을 따라 연속하는 형태로 형성될 수도 있고, 프리캐스트 바닥판(170)으로 바닥판을 형성하는 경우에는 프리캐스트 바닥판(170)이 거치되는 꼭지점 부근을 지지하도록 정해진 위치에 거치대(140)가 종방향으로 이격 배치되게 형성될 수도 있다.

거치대(140)는 그 재료와 결합성이 우수한 재질의 프린팅 플레이트(111) 상에 3D 프린터에 의하여 프린팅되어 형성되므로, 프린팅되면서 거더(110)에 일체로 부착된다.

이 때, 거더(110)의 상측에는 스터드 등의 전단 연결재(113)가 돌출 형성되지만, 거치대(140)는 거더(110)의 폭방향을 기준으로 양측에 형성되므로, 전단 연결재(113)와 간섭되지 않는다. 전단 연결재(113)와 일부 간섭되더라도, 3D 프린터의 노즐 하단이 뾰족하게 형성되어 전단 연결재(113)의 둘레를 감싸는 형태로 거치대(140)가 형성되어, 전단 연결재(113)가 위치한 영역에도 거치대(140)가 프린팅되어 형성될 수 있다. 도면에는, 프린팅 플레이트(111)가 거더 상면의 양측에 형성되고, 거치대(140)가 거더 상면의 양측에 형성된 구성이 예시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 프린팅 플레이트(111)가 거더 상면 전체에 형성되고, 거치대(140)가 거더 상면의 전체에 형성될 수도 있다.

여기서, 거치대(140)는 프리캐스트 바닥판(170)을 거치한 상태에서 견딜 수 있는 강도로 형성되면 충분하며, 프리캐스트 바닥판(170)의 관통공(170a)에 무수축 몰탈을 충진하면서 거치대(140)와 전단 연결재(113)의 사이 공간이 채워져, 프리캐스트 바닥판(170)과 거치대(140)가 일체화된다. 또한, 현장 타설 콘크리트에 의해 바닥판이 시공되는 경우에는, 바닥판 타설을 위한 거푸집이 거치대(140) 상에 얹혀져 거치될 수 있는 강도로 형성되면 충분하며, 거푸집에 타설되는 콘크리트가 거치대(140)와 전단 연결재(113)의 사이 공간이 채워져, 현장타설 바닥판과 거치대(140)가 일체화된다.

한편, 거더(110)의 캠버(c) 크기를 보정하기 위하여 거치대(140)를 프린팅하여 시공하는 것은, 도면에 도시된 바와 같이, 거더(110)가 하부 구조(55) 상에 거치된 상태에서 행해지는 것이 바람직하다.

다만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도면에 도시되지 않았지만, 거더(110)의 횡방향으로 기울어지는 가능성이 낮은 경우에는, 거더(110)가 하부 구조(55)에 거치된 것과 동일하게 지지되어 자중에 의한 거더 처짐이 발생된 상태에서, 지상에서 거더의 상면 높이 분포를 측정하고 거치대(140)를 프린팅하여 형성하는 공정이 행해질 수 있다. 다시 말하면, 본 발명에 따르면, 지상에서 콘크리트나 강재를 이용하여 거더의 단면 형태(112)를 제작한 이후에, 하부 구조(55)에 거치하기 이전에, 거더의 상면 높이를 3D 프린터에 의해 보정된 높이의 거치대(140)가 프린팅되어 형성된 교량용 거더(110)가 제공된다. 지상에서 거치대(140)가 형성되는 경우에는, 전술한 프린팅 플레이트(111)도 함께 구비될 수 있다.

상기와 같이, 교량용 거더(110)를 제작하거나, 교량용 거더(110)의 상면 높이를 거치대(140)에 의해 보정하는 것에 의하여, 상기 교량용 거더를 하부 구조 상에 거치한 상태에서 횡방향으로 거치된 거더들의 상면 높이 편차를 없앨 수 있게 되어 바닥판의 시공이 보다 정확하게 이루어지며 프리캐스트 바닥판에 의한 시공이 언제든지 가능해지는 이점을 얻을 수 있다.

한편, 상기 거더(110)들의 상면 높이 분포를 측정하기 위하여, 다양한 장치가 사용될 수 있다. 도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이, 측정 센서(121)가 구비된 측정 장치(120)는 거더(110)에 설치된 이동 레일(124)을 따라 안내되면서 거더(110)의 상면(110s)까지 광(120L)을 조사하여, 거더 상면(110s)의 높이 분포를 측정한다.

여기서, 수평으로 거치되는 거더(110)에 대해서는 이동 레일(124)이 중력 방향에 수직인 수평 상태로 설치되어, 이동 레일(124)을 따라 안내되어 이동(120d)하는 측정 센서(121)에 의해 거더 상면(110s)의 높이를 정확하게 측정할 수 있다. 이를 위하여, 이동 레일(124)은 거더(110)의 양단부에 고정되는 고정대(122)의 사이를 연결하게 설치되며, 이동 레일(124) 상에 수평계(124m)를 이용하여 이동 레일(124)의 수평 상태를 확인할 수 있다.

한편, 교량의 경사 구간에 설치된 거더(110)의 상면 높이 분포를 측정하기 위해서는, 이동 레일(124)도 수평면에 대하여 경사지게 설치되어야 하므로, 이동 레일(124)의 양단이 고정되는 고정대(122)의 높이를 측정하는 센서(122m)가 구비될 수 있다. 센서(122m)는 기압 등을 이용한 고도 측정 센서로 적용될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 측정 센서(121)가 이동하는 경로를 정하는 이동 레일(124)의 경사각과 높이 중 어느 하나 이상을 감지할 수 있는 다양한 공지된 수단을 이용할 수 있다.

그리고, 이동 레일(124)은 1열로 형성될 수 있지만, 측정 장치(120)가 이동 레일(124)을 따라 이동(120d)하면서 회전하는 변위를 억제하기 위하여 2열 이상의 레일(124a, 124b)로 형성될 수 있다.

이와 같이, 측정 센서(121)를 이용하여 거더(110)별로 상면 높이를 측정하며, 측정된 거더 상면(110s)의 높이 측정 데이터는 메모리(150)로 전송되어 저장되고, 측정된 거더의 상면 높이 측정 데이터에 기초하여 제어부는 거더 상면의 높이 편차를 보정하는 거치대(140)의 높이(t1, t2)를 거더별로, 그리고 거더의 위치별로 산출한다.

제어부에 의하여 거더별로 그리고 거더의 위치별로 거치대(140)의 프린팅 높이(77o)가 산출되면, 도8a 및 도8c에 도시된 바와 같이, 3D 프린터(130)는 거더 상면(110s)을 이동하면서 금속, 플라스틱, 수지, 콘크리트, 시멘트, 섬유강화석고, 섬유강화시멘트, 콘크리트복합재료 중 어느 하나 이상의 재료로 거치대(140)를 산출된 보정 높이(77o)가 되게 형성한다.

여기서, 보정 높이(77o)는, 설계 당시에 거더 상면의 높이 분포(77i)에 비하여 캠버량 오차 한계만큼 더 큰 길이(110y)로 정해지는 것이 바람직하다.

이를 위하여, 도8b에 도시된 바와 같이, 프린터(130)는, 외관을 형성하는 케이싱(131)과, 거치대(140)를 형성하기 위한 재료(140x)를 담는 재료 보관통(138)과, 재료 보관통(138)으로부터 가열된 용융 재료(예를 들어, 금속, 수지, 플라스틱 등, 140x)나 공기 중에서 경화되는 재료(예를 들어, 콘크리트, 시멘트 등, 140x)를 공급받아 안내 레일(132g)을 따라 횡방향으로 왕복 이동(132d)하면서 재료(140a)를 프린팅하는 프린팅 노즐(132)을 구비한다. 그리고, 프린터(130)는 제어부 또는 메모리(150)로부터 보정 높이 분포(77o)의 정보를 전송받아, 거더 상면(110s)의 프린팅 플레이트(111) 상에 재료(140a)를 프린팅하여 보정 높이(77o)의 거치대(140)를 형성한다.

여기서, 프린팅 노즐(132)은 1개만 형성될 수도 있지만, 프린팅 시간을 단축하기 위하여 거더의 횡방향에 배치된 프린팅 플레이트(111) 상에 서로 이격된 2개의 위치에 동시에 프린팅하여, 동시에 여러개의 노즐(132)로부터 재료(140a)가 토출되어 거치대(140)의 프린팅 시간을 단축할 수 있다. 도면에는 프린팅 노즐(132)의 토출구가 평탄하게 형성된 구성이 예시되어 있지만, 프린팅 노즐(132)의 토출구가 뾰족하게 돌출 형성되어 거더 상면에 돌출된 전단 연결재(113)의 주변에도 재료(140a)를 공급하여 거치대(140)를 형성할 수도 있다.

그리고, 도8d에 도시된 바와 같이, 거더 상면이 횡방향으로 기울어진 상태(ang)에서는, 프린팅 노즐(132)로부터 프린팅되는 재료(140a)의 횡방향으로 두께(t1, t2)의 차이를 두어 산출된 보정 높이(77o)로 정확하게 거치대(140)를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 3D 프린터는 도7a에 도시된 것과 유사하게, 이동 레일을 따라 프린터가 이동하면서 거더 상면(110s)의 프린팅 플레이트(111) 상에 거치대(140)를 프린트하여 형성할 수 있다. 이와 같이, 프린터가 이동 레일을 따라 이동하면서 거치대(140)를 프린트하는 경우에는, 정해진 좌표에 정확하게 거치대(140)를 프린팅하는 것이 용이한 이점이 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 3D 프린터는, 도8b에 도시된 바와 같이, 프린터(130)가 프린팅되지 않는 거더 상면(110s)을 바퀴(133)로 굴러 이동하면서 거더 상면(110s)의 정해진 위치에 정해진 높이로 거치대(140)를 프린팅하여 형성할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 프린터(130)를 이동시키기 위한 이동 레일의 설치에 소요되는 시간을 단축하는 이점이 있으며, 거더 상면(110s)에서의 프린터(130)의 위치를 실시간으로 정확히 감지하는 것이 필요하다. 예를 들어, 바퀴(133)의 외주면에는 미끄러지지 않는 마찰이 높은 재질과 형상으로 형성되고, 바퀴(133)의 회전수를 감지하여 프린터의 높이를 감지할 수 있다. 또는, 프린터(130)의 위치를 GPS 등이나 위치 센서 등 다양한 별도 센서에 의해 감지할 수도 있다.

이 때, 프린터(130)의 이동 바퀴(133)는 프린팅되는 프린팅 플레이트(111)의 바깥(거더의 안쪽 중앙부)에 위치하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 프린터(130)가 거더 상면(110s)을 이동하는 동안에 프린터(130)가 거더 상면(110s)의 아래로 추락하는 것을 방지하기 위한 수단이 마련될 수 있다. 예를 들어, 프린터 케이싱(131)에는 조절봉(135)이 형성되고, 조절봉(135)에는 거더 측면까지 하방으로 연장된 이탈 방지 플레이트(134)가 고정 너트(66)에 의해 고정되어, 프린터(130)가 거더 상면(110s)을 이동하는 동안에 돌풍이 불더라도, 프린터(130)는 이탈 방지 플레이트(134)에 의해 거더 상면(110s)의 바깥으로 추락하지 않는 상태로 유지된다. 또한, 이탈 방지 플레이트(134)가 조절봉(135)을 따라 위치 이동(134d) 가능하게 고정 설치될 수 있으므로, 다양한 거더의 폭(w)에 하나의 프린터(130)로 이동하면서 거치대(140)를 프린팅할 수 있는 이점이 얻어진다.

이 때, 이탈 방지 플레이트(134)의 하부에는 롤러(137)가 거더 측면에 접촉한 상태로 회전하게 구성될 수 있다. 여기서, 롤러(137)는 거더의 측면과 직접 접촉할 수도 있지만, 도면에 도시된 바와 같이 프린팅 플레이트(111)의 측면에 접촉하게 구성되어, 롤러(137)의 마찰을 보다 높이고 프린터(130)의 이동 위치를 롤러(137)의 회전수 등을 참조하여 이로부터 감지할 수도 있다. 경우에 따라서는, 프린팅 플레이트(111)의 측면에는 요철이 형성되고, 롤러(137)의 외주면에도 이와 맞물리는 요철이 형성되어, 랙 앤드 피니언과 유사한 원리로, 프린팅 플레이트의 요철과 롤러(137)가 맞물리면서 프린터(130)를 이동시켜 프린터(130)의 위치를 보다 정확하게 감지하고 미끄럼을 방지할 수도 있다. 이를 위하여, 롤러(137)와 맞닿는 프린팅 플레이트(111)의 측면 두께가 충분히 두껍게 형성될 수도 있고, 도면에 도시되지 않았지만 프린팅 플레이트(111)의 횡단면이 'ㄱ'자 형태로 형성되어, 롤러(137)와의 접촉 면적을 충분히 확보할 수도 있다. 이에 따라, 프린터(130)가 거더 상면(110s)을 이동하는 동안에 이탈 방지 플레이트(134)가 직접 거더 측면에 접촉하는 경우에 발생되는 마찰을 줄이고, 정해진 경로를 따라 안정적으로 이동(130d)할 수 있다.

한편, 롤러(137)는 점착성 재질로 외주면이 형성되고, 다수의 요철이 형성되어, 거더의 콘크리트 측면과 접촉하더라도 높은 마찰 특성을 갖도록 밀착된 상태로 유지되게 구성될 수도 있다. 이에 의해서도, 도8c에 도시된 경사지게 설치된 거더(110C) 상면을 프린터(130)가 이동하는 경우에도, 롤러(137)와 거더 측면의 높은 마찰에 의해 프린터(130)가 미끄럼없이 정확하게 이동할 수 있으며, 프린팅 위치도 정확하게 감지하면서 정해진 위치에 정해진 보정 높이로 거치대(140)를 프린팅하여 형성할 수 있다.

다만, 본 발명은 이탈 방지 수단에 관하여 상기 구성에 국한되지 아니하며, 프린터(130)가 거더 상면을 따라 이동하면서 미끄럼을 최소화하고 프린터 위치를 정확하게 감지하여 프린팅할 수 있게 하는 공지된 다양한 수단을 포함한다.

상기와 같이, 프린터(130)에 의해 거치대(140)가 프린팅되면, 거더 상면(110s)의 높이는 거치대(140)의 상면에 의해 보정된 높이(77o)로 형성된다.

한편, 도11에 도시된 바와 같이, 3D 프린터(230)는 거더 상면 높이를 측정하는 측정 센서(224)가 구비되어, 3D 프린터(230)가 1회 거더 상면을 이동(230d)하면서, 거더 상면 높이를 측정하는 공정과 거더 상면에 거치대(140)를 보정 높이(77o)로 프린팅하여 형성하는 공정을 동시에 행할 수도 있다. 이 경우에는, 3D 프린터가 이동하면서 거더 상면의 높이를 측정하므로, 3D 프린터의 고도를 정확하게 측정할 수 있는 별도의 센서가 구비되는 것이 필요하다. 그리고, 상면 높이를 측정하는 것과 거치대를 형성하는 것을 동시에 행하므로, 횡방향으로 배열된 다른 거더들과의 보정 높이가 유지되도록, 설계 당시에 예정된 상면 높이(77i)에 대하여 보정 높이(77o)는 충분히 크게 정해질 수 있다.

상기 바닥판(170, 175)은, 도9a 내지 도10에 도시된 바와 같이, 반단면 프리캐스트 바닥판(170)을 이용하여 시공될 수 있다. 거치대(140)가 형성되기 이전에는 거더별로 높이 편차(dc, dd)가 있었더라도, 프린터(130)에 의해 거치대(140)의 상면 높이가 보정 높이(77o)로 형성되어 있으므로, 프리캐스트 바닥판(170)을 거치하더라도 갸우뚱 기울어지지 않고, 정상적으로 안정되게 거치할 수 있다.

이 때, 프리캐스트 바닥판(170)의 관통공(170a)이 거더(110)로부터 돌출된 전단 연결재(113)를 수용하도록, 프리캐스트 바닥판(170)의 거치 위치가 정해진다. 프리캐스트 바닥판(170)은 양변이 보정 높이(77o)로 형성된 거치대(140) 상에 거치되므로, 가장자리가 기울어져 들뜨지 않고 안정되게 거치된다.

그리고, 반단면 프리캐스트 바닥판(170)의 상측에 현장타설 콘크리트(175)를 타설하여 양생하는 것에 의하여, 반단면 프리캐스트 바닥판(170)의 관통공(170a)에 현장타설 콘크리트가 유입되면서 전단 연결재(113)를 매개로 거더(110)와 바닥판(170, 175)이 일체화되고, 반단면 프리캐스트 바닥판(170)과 현장타설 콘크리트(175)가 함께 정해진 두께의 바닥판을 형성하게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 프리캐스트 바닥판(175)은 시공하고자 하는 바닥판의 전체 높이로 형성되어, 관통공(170a)에 무수축 몰탈 등을 타설하여 프리캐스트 바닥판(170)을 전단 연결재(113)를 매개로 거더(110)에 합성하여, 현장타설 콘크리트(170)를 타설하지 않더라도 바닥판의 시공을 행할 수도 있다.

또 한편, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 도면에 도시되지 않았지만, 거치대 상에 바닥판 타설용 거푸집을 설치하고, 바닥판 타설용 거푸집에 콘크리트를 현장타설하여 바닥판을 시공할 수도 있다. 이 경우에도, 프린팅되어 높이 보정된 거치대(140)에 의하여, 시공될 바닥판과 거치대 까지의 거리가 허용 범위 내에서 거더별로 모두 맞춰진 상태이므로, 바닥판과 일체인 헌치부를 형성하기 위한 거푸집을 설치하지 않고 곧바로 바닥판을 시공할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 교량 시공 방법(S100)을 상술한다.

단계 1: 먼저, 도5에 도시된 바와 같이, 상면(110s)에 프린팅 플레이트(111)가 형성된 거더(110)를 제작하여 준비한다(S110). 여기서, 거더(110)는 콘크리트 거더와, 강재 거더와, 강합성 거더 중 어느 하나 일 수 있다. 그리고, 거더(110)에는 강연선에 인장력을 도입하거나 프리플렉스 하중을 재하하여, 콘크리트에 압축 프리스트레스가 도입될 수 있다.

그리고, 거더 상면(110s)에 프린팅될 거치대(140)의 재료가 거더의 재료와 부착력이나 결합력이 우수한 경우에는 프린팅 플레이트(111)가 형성되지 않을 수도 있다.

단계 2: 그리고 나서, 도6a에 도시된 바와 같이, 제작된 거더(110)를 교량 하부 구조(55)의 교좌 장치(55a) 상에 인상하여 거치한다(S120). 제작된 거더(110)는 캠버(c)의 차이가 발생될 수 있으며, 교좌 장치(55a)에 거치된 거더(110)는 횡방향으로 약간 기울어진 상태일 수도 있다.

예를 들면, 도6b의 제1거더(110A)와 도6c의 제4거더(110D)는 다른 거더(110)들에 비하여 캠버량이 da, dd만큼 더 크게 형성될 수 있고, 도6c의 제3거더(110C)는 다른 거더(110)에 비하여 ang로 표시된 만큼 횡방향으로 기울어진 상태로 거치될 수 있다.

단계 3: 그리고 나서, 도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이, 측정 장치(120)를 이용하여, 횡방향으로 다수 열로 거치된 거더(110)의 상면 높이 분포를 측정한다(S130). 이 때, 도면에 도시된 바와 같이, 이동 레일(124)을 설치하여 측정 장치(120)가 이동하면서 거더 상면의 높이 분포를 측정할 수도 있다.

측정된 거더 상면의 높이 측정 데이터는 메모리(150)로 전송되며, 전송된 메모리(150)에서는 설계 당시에 예정된 캠버값에 해당하는 상면 높이 분포(77i)에 비하여 약간 더 높은 보정 높이 분포(77o)를 각 거더별로 산출한다.

이 때, 거더별 보정 높이 분포(77o)는 거더의 길이 방향에 따른 높이 분포만 포함될 수도 있지만, 거더의 횡방향 기울어짐(ang)을 보정하기 위하여 횡방향으로 2군데 이상의 지점에서 측정 센서(121)에 의해 상면 높이 분포를 측정한 후, 거더 길이 방향과 폭 방향(횡방향)에 따른 높이 분포를 모두 포함할 수도 있다.

단계 4: 그리고 나서, 도8a 내지 도8d에 도시된 바와 같이, 3D 프린터(130)가 거더의 길이 방향을 따라 산출된 보정 높이 분포(77o)가 되도록 프린팅 플레이트(111)에 거치대(140)를 프린팅하여 형성한다(S140). 이에 따라, 횡방향으로 다수 거치된 거더(110)들의 거치대 상면 높이는 보정 높이 분포(77o)로 보정된다.

단계 5: 그리고 나서, 도9a 및 도9b에 도시된 바와 같이, 거치대(140)의 상면에 반단면 프리캐스트 바닥판(170)을 인상하여 거치한다(S150). 반단면(半斷面) 프리캐스트 바닥판(170)은 정교하게 보정된 높이의 거치대(140)에 거치되므로, 가장자리가 들뜨거나 갸우뚱한 자세로 있지 아니하고 예정된 자세로 안정되게 거치될 수 있다.

이 때, 프리캐스트 바닥판(170)의 관통공(170a)은 거더(110)의 상면에 돌출 형성된 전단 연결재(113)를 수용하도록 그 위치가 정해진다.

단계 6: 그 다음, 프리캐스트 바닥판(170)의 사이 틈새에 데크 플레이트(175a)를 설치하고, 가장자리에는 거푸집(175b)을 설치한 후, 현장타설 콘크리트(175)를 타설하여 예정된 두께의 바닥판(175, 170)을 시공한다(S160). 이 때, 현장타설 콘크리트(175)는 프리캐스트 바닥판(170)의 관통공(170a)을 채우면서, 바닥판과 거더(110)가 전단 연결재(113)를 매개로 합성된다.

도면에 도시되지 않았지만, 바닥판 두께의 전단면(全斷面) 프리캐스트 바닥판이 설치될 수도 있으며, 이 경우에는 프리캐스트 바닥판(170)의 관통공(170a)에 무수축 몰탈을 채워 거더(110)와 프리캐스트 바닥판(170)을 합성한다.

그 다음, 바닥판의 상면에 도로를 포장하고 난간(160)을 설치(S170)하여 교량의 시공을 완료한다.

한편, 도면에 도시되지 않았지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 단계 3 및 단계 4는 거더(110)가 지상에서 제작되어 하부 구조(55) 상에 거치되기 이전에 행해질 수도 있다. 이 경우에는 거더의 횡방향 기울어짐을 보정하지 못하지만, 지상에서 거치대(140)를 프린팅하여 형성하므로 시공성이 향상되는 효과를 얻을 수 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.

77i: 설계당시 예정된 거더 상면의 높이 분포
77o: 보정된 거더 상면의 높이 분포
100: 교량 시공 구조 110: 거더
111: 프린팅 플레이트 113: 전단 연결재
120: 측정 장치 121: 측정 센서
130: 3D 프린터 137: 롤러
140: 거치대 150: 메모리
170: 프리캐스트 바닥판 175: 현장타설 바닥판

Claims (21)

1. 거더의 상면 높이를 측정하는 거더높이 측정단계와;
   상기 거더높이 측정단계에서 측정된 측정 데이터에 기초하여, 상기 거더의 상면 높이 편차를 정해진 높이로 보정하는 거치대를 프린팅하여 형성하는 거치대 프린팅 단계와;
   상기 거치대 상에 바닥판을 시공하는 바닥판 시공 단계를;
   포함하는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 거더 준비 단계는, 상기 거치대 프린팅 단계에서 프린팅되는 상기 거치대와의 결합을 보조하는 재질의 프린팅 플레이트를 상기 거더의 상면에 드러나게 형성하는 단계를;
   포함하는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 거치대 프린팅 단계는, 프린터가 상기 거더의 상면을 이동하면서 상기 거치대를 프린팅하는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 프린터는 금속, 플라스틱, 수지, 콘크리트, 시멘트, 섬유강화석고, 섬유강화시멘트, 콘크리트복합재료 중 어느 하나 이상의 재료로 상기 거치대를 형성하는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 프린터는 상기 거더의 상면에서 이탈하는 것을 방지하는 이탈 방지 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 프린터는, 상기 거더의 양측면에 접촉 지지되는 가이드 플레이트를 상기 이탈 방지 수단으로 구비하여, 상기 가이드 플레이트에 의해 상기 거더의 길이 방향을 따라 이동하면서 상기 거치대를 프린팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
   
7. 제 3항에 있어서,
   상기 프린터의 전방부에는 상기 거더의 상면 높이를 측정하는 측정부가 구비되어, 상기 프린터가 상기 거더를 따라 이동하면서 거더높이 측정단계를 행하는 것과, 상기 측정 데이터에 기초하여 결정된 두께로 상기 거치대를 프린팅하는 것을 상기 프린터에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 거더높이 측정단계는,
   측정 센서의 이동 경로를 안내하는 이동 레일을 상기 거더에 설치하는 단계와;
   상기 측정 센서를 상기 이동 레일을 따라 이동하면서 상기 거더의 상면 높이를 측정하는 단계를;
   포함하는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 거더 거치 단계에서 거치된 상기 다수 열의 상기 거더에 대한 상면 높이의 측정 데이터를 모두 얻은 후에, 상기 측정 데이터에 기초하여 상기 거치대의 프린팅 높이가 정해지는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 거더의 상면 높이를 측정한 상기 측정 데이터를 저장하는 데이터 저장단계를;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
    
11. 제 1항에 있어서,
    상기 거더높이 측정단계는 상기 거더의 길이 방향으로의 상면 높이를 측정하고, 동시에 상기 거더의 폭방향으로의 상면 높이를 측정하여 상기 측정 데이터를 얻으며;
    상기 거치대 프린팅 단계는 상기 폭방향으로의 상면 높이의 편차가 있는 위치에서 서로 다른 높이로 상기 거치대를 프린팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
    
12. 제 1항에 있어서,
    상기 거더는 프리스트레스가 도입된 프리스트레스트 거더인 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
    
13. 제 1항에 있어서,
    상기 바닥판 시공단계는,
    미리 제작된 프리캐스트 바닥판을 상기 거더의 상면에 거치하는 바닥판 거치단계와;
    상기 프리캐스트 바닥판을 상기 거더와 합성하는 바닥판 합성단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
    
14. 제 13항에 있어서,
    상기 프리캐스트 바닥판은 상기 거치대에 일측변이 지지되는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
    
15. 제 1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    교량 하부 구조 상에 횡방향으로 2열 이상으로 상기 거더를 거치하는 거더 거치 단계를;
    더 포함하고, 상기 거더높이 측정단계와 상기 거치대 프린팅 단계는 상기 거더 거치 단계 이전에 지상에서 행해지는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
    
16. 제 1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    교량 하부 구조 상에 횡방향으로 2열 이상으로 상기 거더를 거치하는 거더 거치 단계를;
    더 포함하고, 상기 거더높이 측정단계와 상기 거치대 프린팅 단계는 상기 거더 거치 단계 이후에 상기 거더가 상기 교량 하부 구조 상에 거치된 상태에서 행해지는 것을 특징으로 하는 교량 시공 방법.
    
17. 교량의 시공 구조로서,
    교량 하부 구조 상에 횡방향으로 2열 이상 거치된 거더와;
    상기 거더의 상면 높이를 보정하는 높이로 프린팅되어 형성된 거치대와;
    상기 거치대 상에 콘크리트를 포함하여 형성된 바닥판을;
    포함하는 교량 시공 구조.
    
18. 제 17항에 있어서,
    상기 거치대는 금속, 시멘트, 콘크리트, 섬유강화석고, 섬유강화시멘트, 콘크리트복합재료 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 시공 구조.
    
19. 제 17항에 있어서,
    상기 거더는 프리스트레스가 도입된 프리스트레스트 거더인 것을 특징으로 하는 교량 시공 구조.
    
20. 제 17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바닥판은 미리 제작된 프리캐스트 콘크리트 바닥판을 포함하여 시공된 것을 특징으로 하는 교량 시공 구조.
    
21. 거더의 상면 높이를 측정하는 거더높이 측정단계와;
    상기 거더높이 측정단계에서 측정된 측정 데이터에 기초하여, 상기 거더의 상면 높이 편차를 정해진 높이로 보정하는 거치대를 프린팅하여 형성하는 거치대 프린팅 단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 교량용 거더의 제작 방법.
    
    
    

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