KR20210001147U - 철골 구조물용 전단 연결재 및 이를 구비하는 교량 구조물 - Google Patents

철골 구조물용 전단 연결재 및 이를 구비하는 교량 구조물 Download PDF

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KR20210001147U
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Abstract

본 고안은 콘크리트 바닥판(70)의 철거 및 재시공시, 거더의 교체없이 콘크리트 바닥판(70)만 쉽게 제거하여 새로운 바닥판을 재시공할 수 있는 철골 구조물용 전단 연결재 및 이를 구비하는 교량 구조물에 관한 것이다.
본 고안에 따른 철골 구조물용 전단 연결재는, 관통홀(61)이 형성되어 있고 상기 관통홀(61) 주변에 상향 경사진 구조의 내면(이하, '구배면(63)'이라 함)이 형성되어 있는 철골 구조물에 장치되는 부재로서, 하측 영역이 상기 관통홀(61)을 통과할 수 있도록 형성되는 봉 형상의 스터드 몸통(10); 상기 스터드 몸통(10)의 일 영역에 돌출 형성되는 걸림턱(30); 및 상기 스터드 몸통(10) 중 상기 걸림턱(30)이 형성된 영역보다 더 아래쪽 영역에 형성되는 나사산(40)을 포함한다.
그리고, 본 고안의 걸림턱(30)은 하향 경사진 구조로 형성되는 테이퍼부(31)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 고안의 테이퍼부(31)는 관통홀(61) 주변의 구배면(63)에 걸림 동작되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

철골 구조물용 전단 연결재 및 이를 구비하는 교량 구조물{SHEAR CONNECTOR FOR STEEL FRAME STRUCTURE AND BRIDGE STRUCTURE WITH THE SAME}
본 고안은 전단 연결재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스터드 타입으로이루어져, 교량 구조물과 같은 철골 구조물에 사용되는 철골 구조물용 전단 연결재 및 이를 구비하는 교량 구조물에 관한 것이다.
교량 구조물은 콘크리트 바닥판이 시공되는데, 이러한 콘크리트 바닥판은 크게 현장 타설 방식의 바닥판과 프리캐스트 방식의 바닥판으로 구분될 수 있다.
현장 타설 방식의 바닥판은 현장에서 거푸집을 제작하고, 이 거푸집에 철근을 배근한 후, 콘크리트를 타설하고, 장기간의 양생과정을 통해 바닥판을 완성하였다. 그러나, 이와 같은 종래의 교량 바닥판 시공법은 많은 전문 건설인력이 필요하고, 특히 도심지와 같이 차량통행량이 많은 지역에서는 공사로 인한 교통체증심화로 인하여 막대한 간접적인 손실이 발생하는 등의 문제점이 있었다.
이러한 현장 시공에 따른 문제점을 개선하기 위하여 제시된 공법이 프리캐스트 콘크리트 바닥판을 이용한 시공방법이다. 프리캐스트 콘크리트 바닥판은 공장에서 미리 강제 거푸집을 제작하고, 이 거푸집내에 철근을 배근한 후, 콘크리트를 타설하고 양생한 후, 탈형하는 공정을 통해 완성된다. 이러한 프리캐스트 콘크리트 바닥판을 이용하여 교량 바닥판을 시공할 경우 공기단축 및 인력절감의 장점이 있다.
그런데, 이와 같이 현장 타설 방식 또는 프리캐스트 방식에 따라 시공되는 콘크리트 바닥판은 시간이 지남에 따라 재료적 열화로 많은 균열이 발생되어 보수/보강이 필요한데, 땜질식 보수의 한계로 바닥판 성능저하가 전체 교량의 성능을 좌우하여 강재 거더의 수명이 많이 남아있는데도 전체 교량을 개축하는 경우가 발생하고 있다. 상기 경우 균열이 발생된 콘크리트 바닥판만을 제거하고 새로 설치하는 것이 전체 교량의 내구수명 연장 및 생애주기 동안의 총 비용 측면에서 가장 효율적인 방법이다.
현재 강 거더와 콘트리트 바닥판의 합성 형태는 대부분 강 거더의 상부플랜지 윗면에 전단연결재(주로 스터드; headed stud)를 용접한 후, 바닥판을 현장에서 타설하거나 미리 제작된 프리캐스트 바닥판을 설치하여 전단포켓에 무수축 모르타르를 부어 전단연결재와 바닥판을 합성하는 방식이 사용되고 있다.
한편, 성능저하가 커서 교체가 필요한 콘크리트 바닥판의 재시공을 위해서는 거더에 부착되어 있는 전단연결재 제거 작업이 수반되어야 한다. 그런데, 전단연결재를 용접하는 방식(이하, '용접 스터드 방식'이라 칭함)의 경우 다음과 같은 문제점 내지 단점이 있었다.
즉, 거더로부터 바닥판을 제거할 때, 강한 충격을 줘서 콘크리트 바닥판을 파쇠하는 브레커 장비를 사용하게 되면, 거더에 일체로 용접되어 있는 전단연결재가 파손되고 심한 경우에는 강재 거더까지 손상을 받을 수 있다. 그리고, 손상된 전단연결재를 절단하여 제거하고 새로운 전단연결재를 재용접 시공 후 바닥판을 재설치해야 하는 바, 기존에 설치되어 있던 전단연결재의 재사용이 불가능하였다.
이에 따라, 재시공된 바닥판의 합성성능의 품질이 저하되고, 비용이 증대되며, 재시공에 따른 공사기간이 많이 소요되어 장기간 교통 통제로 인한 불편과 경제적 손실이 크게 증가되는 문제점이 있었다.
또 다른 방식으로 고압의 워터 젯 장비를 이용하여 강한 수압으로 콘크리트를 파쇠하는 방식이 있으나, 이 경우에는 전단연결재와 강 거더의 손상이 없는 반면 많은 양의 물을 사용하고 콘크리트 파쇠에 따른 시멘트 혼합 오염수가 대량 발생하여 환경적인 문제 및 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있었다.
이와 같은 용접 스터드 방식 전단연결재의 문제점을 해결하기 위하여, 볼트형 전단연결재 방식이 제안되었다. 도 12 (a),(b)는 종래 볼트형 전단연결재를 이용한 철골 구조물 합성 구조 및 공차에 의한 초기 슬립을 나타낸 도면이다.
도 12 (a),(b)를 참조하면, 종래 볼트형 전단연결재(5)는 거더의 상부플랜지 (1)를 천공하여 스터드 볼트를 관통시킨 후 나사를 체결함으로써 전단연결재(5)를 거더의 상부플랜지(1)에 정착시키는 방식이다.
종래 볼트형 전단연결재(5)에 따르면, 바닥판(3)의 재시공시 스터드 볼트로부터 나사를 해체하기만 하면, 바닥판(3)을 거더의 상부플랜지(1)로부터 손쉽고 신속하게 분리 제거할 수 있는 장점이 있다.
그런데, 종래 볼트형 전단연결재(5)는 마찰이음에 의한 전단성능 품질저하 문제와 함께, 스터드볼트의 삽입 위해 천공한 상부플랜지(1)의 관통홀 내에서 스터더볼트의 공차(K1)가 존재하여 초기 슬립(Slip;S1)이 크게 발생하고, 이에 따라 충분한 전단성능을 확보하기 어려웠고, 전단연결재의 유동에 의해 관통홀이 마모되는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제10-2010-0041991호(2010.04.23.공개)
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 콘크리트 바닥판의 철거 및 재시공시, 거더의 교체없이 콘크리트 바닥판만 쉽게 제거하여 새로운 바닥판을 신속하게 재시공할 수 있는 철골 구조물용 전단 연결재 및 이를 구비하는 교량 구조물을 제공하는 것이다.
본 고안의 또 다른 목적은 거더와 콘크리트 바닥판의 합성시, 전단연결재와 관통홀 주변의 공차에 의한 초기 슬립(Slip)을 방지할 수 있고, 스터드 몸통이 관통홀에서 흔들리는 문제를 제거할 수 있는 철골 구조물용 전단 연결재 및 이를 구비하는 교량 구조물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 철골 구조물용 전단 연결재는, 관통홀(61)이 형성되어 있고 상기 관통홀(61) 주변에 상향 경사진 구조의 내면(이하, '구배면(63)'이라 함)이 형성되어 있는 철골 구조물(60)에 장치되는 부재로서, 하측 영역이 상기 관통홀(61)을 통과할 수 있도록 형성되는 봉 형상의 스터드 몸통(10); 상기 스터드 몸통(10)의 일 영역에 돌출 형성되는 걸림턱(30); 및 상기 스터드 몸통(10) 중 상기 걸림턱(30)이 형성된 영역보다 더 아래쪽 영역에 형성되는 나사산(40)을 포함한다.
그리고, 본 고안의 걸림턱(30)은 하향 경사진 구조로 형성되는 테이퍼부(31)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 고안의 테이퍼부(31)는 관통홀(61) 주변의 구배면(63)에 걸림 동작되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 고안의 전단 연결재(100)는 상기 스터드 몸통(10)의 상측 영역에 형성되는 스터드 머리(20); 및 상기 나사산(40)에 체결되는 너트(50)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 고안의 테이퍼부(31)는 상측에서 하측으로 갈수록 단면적이 점차 작아지는 구조로 형성될 수 있다.
본 고안에 따른 철골 구조물용 전단 연결재를 구비하는 교량 구조물은, 상부 플랜지(60)를 포함하는 거더; 상기 상부 플랜지(60)에 천공되는 관통홀(61); 상기 관통홀(61) 주변에 상향 경사진 구조로 형성되는 구배면(63); 및 상기 상부 플랜지(60)에 결합되는 전술한 바와 같은 전단 연결재(100)를 포함한다.
본 고안에 따른 철골 구조물용 전단 연결재 및 이를 구비하는 교량 구조물에 의하면, 콘크리트 바닥판의 철거 및 재시공시, 거더의 교체없이 바닥판만을 손쉽게 제거할 수 있어, 콘크리트 바닥판의 재시공에 대한 용이성을 확보할 수 있고, 시공 기간을 단축할 수 있으며, 강재 거더의 내구수명 동안 바닥판만을 여러번 교체 사용할 수 있어 교량의 생애주기비용(Life Cycle Cost) 측면에서 경제성을 크게 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
본 고안에 따른 철골 구조물용 전단 연결재 및 이를 구비하는 교량 구조물에 의하면, 볼트형 전단연결재 방식에 따를 경우 피할 수 없었던 문제, 즉, 전단연결재와 관통홀 주변 간의 공차에 의한 초기 슬립(Slip)을 방지할 수 있어 우수한 전단성능 품질을 보장할 수 있고, 전단 연결재의 완전하고 견고한 정착 상태를 구현할 수 있으며, 스터드 몸통의 유동에 의해 관통홀이 마모되는 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 고안에 따른 철골 구조물용 전단 연결재 및 이를 구비하는 교량 구조물에 의하면, 손상된 바닥판 철거시 종래와 같이 전단연결재와 합성된 부위의 콘크리트를 파쇠함에 따른 전단연결재 손상을 최소화할 수 있고, 기존의 여러 철거 방법에서 발생할 수 있는 소음, 환경오염 및 안전에 대한 문제를 근본적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 고안에 따른 철골 구조물용 전단 연결재의 사시도.
도 2는 본 고안에 따른 철골 구조물의 상측면도.
도 3은 본 고안에 따른 전단 연결재가 철골 구조물에 결합되기 전 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 고안에 따른 전단 연결재가 철골 구조물에 결합된 상태를 나타낸 단면도.
도 5는 본 고안의 확장 실시예에 따른 철골 구조물용 전단 연결재의 사시도.
도 6은 본 고안의 확장 실시예에 따른 철골 구조물의 상측면도.
도 7은 본 고안의 확장 실시예에 따른 전단 연결재가 철골 구조물에 결합된 상태를 나타낸 단면도.
도 8은 본 고안에 따른 전단 연결재를 이용하여 거더와 콘크리트 바닥판을 합성한 구조를 나타낸 단면도.
도 9 (a),(b)는 본 고안의 전단 연결재를 이용한 교량 구조물 시공과정 1,2를 나타낸 도면.
도 10 (a),(b)는 본 고안의 전단 연결재를 이용한 교량 구조물 시공과정 3,4를 나타낸 도면.
도 11 (a),(b),(c)는 본 고안의 전단 연결재를 이용한 교량 구조물 바닥판의 철거과정 1,2,3을 나타낸 도면.
도 12 (a),(b)는 종래 볼트형 전단연결재를 이용한 철골 구조물 합성 구조 및 공차에 의한 초기 슬립을 나타낸 도면.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "갖다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것인데, 이는 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 즉, 본 명세서에서 지칭하는 "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 경우뿐만 아니라 대상 부분의 앞 또는 뒤에 위치하는 경우도 포함한다.
또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 고안에 따른 철골 구조물용 전단 연결재의 사시도이고, 도 2는 본 고안에 따른 철골 구조물의 상측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 고안에 따른 철골 구조물용 전단 연결재(100)는 거더, 보 등의 철골 구조물에 장치되어 전단력에 저항하는 결합재로서, 스터드 몸통(10), 스터드 머리(20), 걸림턱(30), 나사산(40), 및 너트(50)를 포함한다.
본 고안의 스터드 몸통(10)은 봉형 부재로 형성되어 제1 구조물과 제2 구조물 간의 합성을 위한 매개물 역할을 한다. 예컨대, 제1 구조물이 거더이고 제2 구조물이 콘크리트 바닥판일 경우, 스터드 몸통(10)의 일측은 거더에 결합되고, 타측은 콘크리트 바닥판의 전단포켓(71)에 수용된 상태에서, 이 전단포켓(71)에 몰탈(73)이 충진함으로써 스터트 몸통(10)을 매개로 거더와 콘크리트 바닥판을 합성할 수 있다. 프리캐스트 바닥판이 아닌 현장타설 바닥판의 경우에는 거더에 본 고안의 스터드를 먼저 연결한 후, 콘크리트를 타설 및 양생하여 합성할 수 있다.
스터드 몸통(10)은 이의 하측 영역이 철골 구조물(60)의 관통홀(61)을 통과할 수 있도록 형성된다. 여기서, 상기 '철골 구조물(60)의 관통홀(61)'에 대하여 설명하면 다음과 같다.
스터드 몸통(10)은 일측이 철골 구조물(60)에 결합되는데, 이와 같이 전단 연결재(100)가 결합되는 철골 구조물(60)에는 관통홀(61)이 천공되어 있다. 참고로, 도 2,3 실시예의 경우, 관통홀(61)은 'Y' 컷 모양으로 형성하였다.
그리고, 철골 구조물(60)의 상기 관통홀(61) 주변에는 상향 경사진 구조의 내면(이하, '구배면(63)'이라 함)이 형성되어 있다. 따라서, 본 고안의 관통홀(61)은 하측에서 상측으로 갈수록 가로방향 단면적이 점차 커지는 공간(이하, '안착 공간' 이라 칭함)을 포함하도록 형성되고, 상기 안착 공간은 구배면(63)이 감싸고 있는 구조로 이루어진다.
한편, 스터드 몸통(10)은 이의 하측 영역이 관통홀(61)을 통과할 수 있어야 하는 바, 스터드 몸통(10)의 하측 영역은 관통홀(61)의 가로방향 단면적보다 더 작은 가로방향 단면적을 갖도록 형성된다. 참고로, 본 고안에서 사용하는 용어 '가로방향'이란, 스터드 몸통(10)의 장축길이방향에 직교하는 방향을 지칭한다.
일 실시예에 따르면, 스터드 몸통(10)과 관통홀(61)은 원형의 가로방향 단면적을 갖도록 구성될 수 있다.
본 고안의 스터드 머리(20)는 스터드 몸통(10)의 상측 영역에 형성되는 부재로서, 종래 볼트형 스터드 타입 전단 연결재의 머리(20)와 동일하다. 따라서, 스터드 머리(20)는 스터드 몸통(10)보다 더 큰 가로방향 단면적을 갖도록 구성된다.
본 고안의 걸림턱(30)은 스터드 몸통(10)을 관통홀(61)에 삽입시 관통홀(61)의 구배면(63)에 걸림 동작됨으로써, 스터드 몸통(10)을 철골 구조물(60)에 안착시키는 역할을 한다.
걸림턱(30)은 스터드 몸통(10)의 일 영역에 돌출된 구조로 형성된다. 여기서, 걸림턱(30)이 형성되는 상기 '일 영역'이란 스터드 몸통(10)의 전체 영역 중 관통홀(61)을 관통하는 하부 영역과 스터드 머리(20)가 형성된 영역의 사이에 있는 영역을 지칭한다.
일 실시예에 따르면, 걸림턱(30)은 스터드 몸통(10)의 일 영역의 외주면을 감싸는 구조로 형성될 수 있다.
특히, 걸림턱(30)은 테이퍼부(31)를 포함하고, 이와 같은 테이퍼부(31)가 관통홀(61)의 구배면(63)에 걸림 동작되게 구성되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 걸림턱(30)의 테이퍼부(31)는 하향 경사진 구조로 형성되어, 테이퍼부(31)의 하향 경사진 면이 관통홀(61)의 구배면(63)에 걸림 동작되도록 구성된다.
여기서, 테이퍼부(31)의 상기 '하향 경사진 구조'이란, 철골 구조물(60)의 관통홀(61) 영역에 형성되는 상향 경사진 구조의 내면(즉, 구배면(63))의 역방향 구배를 갖는 구조를 의미한다. 따라서, 테이퍼부(31)는 하향 경사진 구조의 외면을 포함하고, 이하에서는 이를 '역구배면'이라 칭하기로 한다.
따라서, 테이퍼부(31)는 상측에서 하측으로 갈수록 단면적이 점차 작아지는 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 테이퍼부(31)는 이의 가로방향 단면은 원형 또는 환형으로 이루어지고, 이의 세로방향 단면은 역사다리꼴 또는 쐐기 모양을 포함하도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 철골 구조물(60)에 형성된 구배면(63)의 경사각(θ1)과 테이퍼부(31)의 역구배면의 역경사각(θ2)은 동일한 각도를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 경우, 스터드 몸통(10)의 하측 영역을 관통홀(61)에 삽입시, 테이퍼부(31)의 역구배면이 철골 구조물(60)의 구배면(63)에 밀착된 상태로 안착(즉, 걸림 동작)되고, 이에 따라 전단 연결재(100) 설치시 관통홀(61) 주변의 공차에 의한 초기 슬립(Slip) 문제를 방지할 수 있게 된다. 이에 대한 상세한 내용은 후술하기로 한다.
한편, 걸림턱(30)은 걸림턱(30)의 전체 영역 중 테이퍼부(31)가 형성된 부위의 위쪽 영역에 다각형, 원형 또는 환형의 단면 모양으로 형성된 부위를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 걸림턱(30)의 상부 영역은 너트와 같은 육각 단면 모양을 갖도록 형성될 수 있다.
참고로, 도 1 실시예의 경우 걸림턱(30)의 상부 영역은 환형의 단면 모양을 갖는 것으로 도시하였으나, 육각형과 같은 다각형의 단면 모양을 갖도록 형성할 수 있음은 물론이다.
본 고안의 나사산(40)은 너트(50)와 체결되어 전단 연결재(100)를 철골 구조물(60)에 고정시키는 역할을 한다.
나사산(40)은 스터드 몸통(10) 중 걸림턱(30)이 형성된 영역보다 더 아래쪽 영역에 형성되고, 관통홀(61)에 스터드 몸통(10)을 삽입시 적어도 일부가 관통홀(61)을 통과하여 외부에 노출될 수 있게 구성된다.
그리고, 이와 같이 외부에 노출된 나사산(40) 영역에 너트(50)가 체결됨으로써, 전단 연결재(100)가 철골 구조물(60)에 정착될 수 있게 된다.
본 고안의 전단 연결재(100)는 다음과 같은 구조로 철골 구조물(60)에 결합될 수 있다. 도 3은 본 고안에 따른 전단 연결재(100)가 철골 구조물에 결합되기 전 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 고안에 따른 전단 연결재가 철골 구조물에 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 스터드 몸통(10)을 'Y'컷 모양 관통홀(61)의 수직 상부에 위치시킨 후, 스터드 몸통(10)의 하부 영역을 관통홀(61)에 삽입하면, 테이퍼부(31)의 역구배면이 철골 구조물(60)의 구배면(63) 상에 안착된 상태에 있게 된다.
이후, 철골 구조물(60)의 외부로 돌출되어 있는 나사산(40)에 와셔(55)를 끼운 후 너트(50)를 체결하면, 고장력 볼트-너트 체결력에 의해, 전단 연결재(100)의 걸림턱(30)은 철골 구조물(예컨대, 거더의 상부 플랜지(60))에 천공된 관통홀(61) 내부로 밀려들어가게 된다.
그리고 이때, 철골 구조물(60)에서 발생하는 반력에 의해 걸림턱(30)이 관통홀(61) 주변의 구배면(63)에 지압되고, 이에 따라 전단 연결재(100)와 관통홀(61) 주변의 공차가 제거되어 구조물 합성시 전단력에 의한 초기 슬립(Slip)을 방지할 수 있고, 스터드 몸통(10)이 관통홀(61)에서 흔들리는 문제를 제거할 수 있다.
도 5는 본 고안의 확장 실시예에 따른 철골 구조물용 전단 연결재의 사시도이고, 도 6은 본 고안의 확장 실시예에 따른 철골 구조물의 상측면도이고, 도 7은 본 고안의 확장 실시예에 따른 전단 연결재가 철골 구조물에 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 고안의 확장 실시예에 따른 전단 연결재 (110)는 유동 방지키(33)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
유동 방지키(33)는 전단 연결재(110)의 걸림턱(30)이 관통홀(61) 내부에서 헛도는 것을 방지하는 역할을 한다.
유동 방지키(33)는 걸림턱(30)에 돌출 형성된 돌기 형상으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 유동 방지키(33)는 테이퍼부(31)의 일 영역에 돌출 형성된 다면체 구조로 형성될 수 있다.
한편, 확장 실시예에 따를 경우, 철골 구조물(60)의 관통홀(61)은 키홈(62)을 더 포함한다. 키홈(62)은 유동 방지키(33)가 삽입 고정될 수 있는 요홈 구조 또는 구멍 형태로 형성될 수 있다.
이와 같은 유동 방지키(33)는 도 7과 같이 키홈(62)에 삽입 고정되어, 스터드 몸통(10) 및 걸림턱(30)의 좌우 회전을 방지하는 스토퍼로 기능하게 되고, 이에 의해 걸림턱(30)이 관통홀(61) 내부에서 헛도는 것을 억제할 수 있게 된다.
한편, 유동 방지키(33)가 없는 전단 연결재(110)는 걸림턱(30)의 상부 영역의 횡방향 단면이 육각형과 같은 다각형의 단면 모양을 갖도록 형성할 수 있다. 이는, 전단 연결재(100)의 너트(50) 체결시 관통홀(61) 내부에서 전단 연결재(100)가 헛도는 것을 방지하기 위해 너트렌치 등으로 잡아주기 위한 용도이다.
전술한 바와 같은 본 고안의 전단 연결재는 거더와 콘크리트 바닥판의 합성에 사용될 수 있다. 상기 경우, 전단 연결재는 거더와 콘크리트 바닥판 사이의 수평 전단력에 저항하고, 콘크리트 바닥판의 부상을 방지하는 기능을 한다.
이하에서는, 본 고안의 전단 연결재를 이용한 교량 구조물 시공 및 바닥판 철거 과정에 대하여 설명하도록 한다.
도 8은 본 고안에 따른 전단 연결재를 이용하여 거더와 콘크리트 바닥판을 합성한 구조를 나타낸 단면도이고, 도 9 (a),(b)는 본 고안의 전단 연결재를 이용한 교량 구조물 시공과정 1,2를 나타낸 도면이고, 도 10 (a),(b)는 본 고안의 전단 연결재를 이용한 교량 구조물 시공과정 3,4를 나타낸 도면이다.
설명에 앞서, 본 고안의 전단 연결재가 장치되는 거더에 대하여 설명하도록 한다. 거더(69)는 교량 하부 구조물(80) 위에 설치되는 구조재로서, 그 상부에는 콘크리트 바닥판(70)이 설치되어 이의 하중을 지지할 수 있도록 구성된다. 여기서, 교량 하부 구조물(80)은 예컨대 교대와 교각 등일 수 있다.
거더(69)는 H형강, I형강 또는 T형강과 같이 적어도 그 상부에 수평하게 형성되는 판형 플레이트(즉, 상부 플랜지)를 포함한다. 예컨대, 거더(69)는 판형의 하부 플랜지(67), 하부 플랜지(67)의 중심부에 수직하게 세워지는 판형의 웨브(web:65), 및 웨브(65)의 상단에 일체로 형성되는 판형의 상부 플랜지(60)로 이루어지는 플레이트 거더일 수 있다. 또는, 거더는 상부 플랜지를 포함하되, 하부 플랜지가 일체화되어 있으며, 웹 밖으로 향하는 하부 플랜지가 플레이트 거더보다 짧은 구조로 이루어진 강박스형 거더일 수 있다.
먼저, 본 고안의 전단 연결재를 이용하여 교량 구조물을 시공하는 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
(시공과정 1) 도 8 및 도 9(a)와 같이, 강 거더의 상부 플랜지(60)에 다수 개의 'Y'형 관통홀(61)을 천공하고, 스터드 몸통(10)의 하부 영역을 관통홀(61)에 삽입한 후, 상부 플랜지(60) 하측 외부로 돌출되어 있는 나사산(40)에 너트(50)를 체결한다.
너트(50)의 고장력볼트 체결이 완료되면, 상부 플랜지(60) 윗면에서 발생하는 반력에 의해 걸림턱(30)이 관통홀(61) 주변의 구배면(63)에 지압되고, 이에 따라 전단 연결재(100)는 관통홀(61) 주변의 공차가 제거된 상태로 정착된다.
이에 따라, 거더(69)와 콘크리트 바닥판(70)의 합성(즉, 시공과정 2,3)시, 전단 연결재와 관통홀(61) 주변 간의 공차에 의한 초기 슬립(Slip)을 방지할 수 있어 우수한 전단성능 품질을 보장할 수 있고, 스터드 몸통(10)이 관통홀(61)에서 흔들리는 문제를 제거할 수 있어 전단 연결재의 완전하고 견고한 정착 상태를 구현할 수 있으며, 스터드 몸통(10)의 유동에 의해 관통홀(61)이 마모되는 문제를 방지할 수 있게 된다.
(시공과정 2) 도 9(b)과 같이, 전단 연결재(100)가 정착된 거더들을 교량 하부 구조물(예로, 교각 등)(80) 위에 설치한다. 그리고, 거더의 상부 플랜지(60) 위에 콘크리트 바닥판(70)을 연속적으로 설치한다. 콘크리트 바닥판(70)이 상부 플랜지 (60) 상에 안착될 시, 상부 플랜지(60)에 장치된 전단 연결재(100)는 전단포켓(71) 내부에 수용된다.
(시공과정 3) 도 8 및 도 10 (a)와 같이, 전단 연결재(100)가 수용되어 있는 전단포켓(71) 내부에 무수축 몰탈(73)을 충진하여 양생하면, 전단 연결재(100)를 통해 콘크리트 바닥판(70)과 거더(69)가 합성된다. 그리고, 도 10 (b)와 같이, 콘크리트 바닥판(70) 위에 아스팔트(90)를 포장하면 교량의 시공이 완료된다.
프리캐스트 바닥판이 아닌 현장타설 바닥판의 경우에는 (시공과정 2)에서 거더(69)를 교량 하부 구조물(8) 위에 설치한 후, 바닥판 콘크리트 타설을 위한 거푸집을 설치하고, 콘크리트를 타설한 후 양생하면 된다. 전단 연결재(100)를 통해 콘크리트 바닥판과 거더가 합성되면, 이후에 도 10 (b)와 같이, 콘크리트 바닥판(70) 위에 아스팔트(90)를 포장하면 교량의 시공이 완료된다.
도 11 (a),(b),(c)는 본 고안의 전단 연결재를 이용한 교량 구조물 바닥판의 철거과정 1,2,3을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하여, 본 고안의 전단 연결재를 이용한 교량 구조물의 바닥판 철거과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
(철거과정 1) 교체 대상에 해당하는 콘크리트 바닥판(70) 및 이 바닥판(70) 위에 포장된 아스팔트(90)를 커터를 사용하여 절단(C1)한다.
(철거과정 2) 거더(69)의 상부 플랜지(60)에 부착되어 있는 전단 연결재(100)의 스터드 몸통(10)으로부터 너트(50)와 와셔(55)를 해체한다.
(철거과정 3) 철거과정 2가 완료되면, 전단 연결재(100)는 거더(69)의 상부 플랜지(60)로부터 분리 가능한 상태에 있게 된다. 따라서 거더(69)는 그대로 놔둔 상태에서, 크레인 등을 이용하여 바닥판(70)을 들어올리면 해당 바닥판(70)이 거더 (69)로부터 분리될 수 있는 바, 교체 대상 바닥판(70)의 철거를 손쉽고 신속하게 완료할 수 있게 된다.
교체 대상 바닥판(70)을 거더(69)로부터 완전히 제거한 후, 전술한 시공과정 1 ~ 3과 동일한 방식으로 새로운 바닥판을 기존 거더(69)에 합성하면, 교량 구조물의 바닥판 재시공이 완료된다.
상기에서 본 고안의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 고안을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 고안의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 고안의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 고안의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 스터드 몸통 20: 스터드 머리
30: 걸림턱 31: 테이퍼부
33: 유동 방지키 40: 나사산
50: 너트 55: 와셔
60: 철골 구조물 내지 거더 상부 플랜지
61: 관통홀 62: 키홈
63: 구배면 65: 웨브
67: 하부 플랜지 70: 콘크리트 바닥판
71: 전단포켓 73: 몰탈
100,110: 전단 연결재

Claims (14)

  1. 관통홀(61)이 형성되어 있고 상기 관통홀(61) 주변에 상향 경사진 구조의 내면(이하, '구배면(63)'이라 함)이 형성되어 있는 철골 구조물에 장치되는 부재로서,
    하측 영역이 상기 관통홀(61)을 통과할 수 있도록 형성되는 봉 형상의 스터드 몸통(10); 상기 스터드 몸통(10)의 일 영역에 돌출 형성되는 걸림턱(30); 및 상기 스터드 몸통(10) 중 상기 걸림턱(30)이 형성된 영역보다 더 아래쪽 영역에 형성되는 나사산(40)을 포함하고,
    상기 걸림턱(30)은,
    하향 경사진 구조로 형성되는 테이퍼부(31)를 포함하며,
    상기 테이퍼부(31)는,
    상기 구배면(63)에 걸림 동작되게 형성되는 것;
    을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 스터드 몸통(10)의 상측 영역에 형성되는 스터드 머리(20)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 테이퍼부(31)는 상측에서 하측으로 갈수록 단면적이 점차 작아지는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 테이퍼부(31)는 상기 구배면(63)에 밀착되며 상기 걸림 동작되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 나사산(40)에 체결되는 너트(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 나사산(40)에 상기 너트(50)를 체결시, 상기 철골 구조물에서 발생하는 반력에 의해 상기 테이퍼부(31)가 상기 구배면(63)에 지압되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 테이퍼부(31)의 상기 하향 경사진 구조의 경사각(θ2)은 상기 철골 구조물의 구배면(63)의 경사각(θ1)과 동일한 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 걸림턱(30)은 상기 스터드 몸통(10)의 일 영역의 외주면을 감싸는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 테이퍼부(31)는 세로방향 단면이 역사다리꼴 또는 쐐기 모양을 포함하는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 테이퍼부(31)는 가로방향 단면이 원형 또는 환형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 걸림턱(30)에 돌출 형성되는 유동 방지키(33)를 더 포함하고,
    상기 유동 방지키(33)는,
    상기 철골 구조물의 상기 관통홀(61) 영역에 요홈 구조 또는 구멍 형태로 형성되는 키홈(62)에 삽입 고정되게 형성되는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 걸림턱(30)은,
    상기 걸림턱(30)의 전체 영역 중 상기 테이퍼부(31)가 형성된 부위의 위쪽 영역에 다각형, 원형 또는 환형의 단면 모양으로 형성된 부위를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재.
  13. 상부 플랜지(60)를 포함하는 거더; 상기 상부 플랜지(60)에 천공되는 관통홀(61); 상기 관통홀(61) 주변에 상향 경사진 구조로 형성되는 구배면(63); 및 상기 상부 플랜지(60)에 결합되는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 철골 구조물용 전단 연결재를 포함하는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재를 구비하는 교량 구조물.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 상부 플랜지(60) 상에 구비되고, 상기 전단 연결재를 내부에 수용하는 전단포켓(71)이 형성되어 있으며, 상기 전단포켓(71)에 수용되는 상기 전단 연결재를 통해 상기 거더와 합성되는 콘크리트 바닥판(70)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철골 구조물용 전단 연결재를 구비하는 교량 구조물.
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