KR20230058252A

KR20230058252A - 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR20230058252A
Application number: KR1020210142082A
Authority: KR
Inventors: 김대상; 김태훈; 김웅진
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2023-05-03
Also published as: KR102562383B1

Abstract

교량접속부 시공에 있어, 뒤채움을 선시공한 후, 교대부를 프리캐스트 방식으로 적층 시공하면서 완충부도 함께 단계적으로 시공하여 교대부 배면의 완충부 시공의 어려움 및 교대부의 수평변형을 최소화시키면서, 교대부 상면 힌지부를 이용하여 거더와 상판와 일체화된 교대부에 작용하는 수평변형을 흡수하면서, 완충부가 거더와 상판으로부터 전달되는 수평변형을 추가로 흡수시켜 교대부 슬림화 시공이 가능한 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법이 개시된다.

Description

수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법{BRIDGE ABUTMENT EMBANKMENT TRANSITION FOR HORIZONTAL EARTH PRESSURE REDUCTION AND AND CONSTRUCTING METHOD THEREOF}

본 발명은 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법에 관한 것이다, 더욱 구체적으로 교량접속부 시공에 있어, 뒤채움을 선시공한 후, 후시공되는 교대부를 프리캐스트 방식으로 적층 시공하면서 완충부도 함께 단계적으로 시공하여 교대부 배면의 완충부 시공의 어려움 및 교대부의 수평변형을 최소화시킬 수 있어 교대부 슬림화 시공이 가능한 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법에 관한 것이다.

도 1a는 종래 교량구조물의 교량접속부 시공예시도이다.

즉, 철도가 통행하는 교량구조물에 있어 교량받침과 신축이음장치를 설치한 상태의 시공도를 도시한 것이다.

이때 상기 교량받침은 거더 저면과 교대부 상면 사이에 설치되고, 신축이음장치는 교대부와 거더 단부 사이에 각각 별도 시공된다.

이에 신축이음장치 및 교량받침에 의한 초기 건설비와 유지관리비의 과다 소요될 수밖에 없고,

콘크리트교 등 교량구조물의 경간장 증가 시 온도 및 열차 종방향 시제동 하중 증가에 따른 교량접속부 응력이 증가할 수밖에 없으며, 나아가, 교량받침에서의 과도한 응력 발생하기 때문에 교대기초에 시공되는 말뚝기초 등 교대기초에 과도한 하중 전달로 기초 건설비용 증대할 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

도 1b는 종래 교량구조물의 교량접속부 침하를 방지하기 위한 보강예시도를 도시한 것이다.

즉, 강성 구조체인 교량의 교대부(30)가 시공될 위치의 후방에서 토공부(10)의 선침하를 유도하기 위하여 토공부(10)를 먼저 형성하고;

토공부(10)의 경사면(좌측)에는 교량의 교대부(30) 배면에 접하게 될 수직부와 지면에 나란한 수평부로 구성된 보강재(22)를 설치하고,

보강재(22)의 수평부 상면으로는 토목섬유(23)를 포설하고, 토목섬유(23)의 상면은 채움재(24)로 채워 접속부층(21)를 형성하며;

접속부층(21)은 보강재(22) 설치, 토목섬유(23)의 포설 및 채움재(24)의 충진 작업을 반복하여 교대부(30) 높이가 되도록 교량 접속부(20)를 형성하고 있음을 알 수 있다.

이에 교량 접속부(20)와 토공부(10)를 먼저 시공하여 잔류침하를 수렴시킨 후 교대부(30)를 연결 시공하여 부등침하를 최소화 함으로서 이동하중이나 기타 작용하중에 대한 강성 구조체 접속부의 안정성을 최대한 확보할 수 있도록 하고 있음을 알 수 있다.

하지만 교량 접속부(20)와 토공부(10)를 먼저 시공하는 방식으로 교량 접속부의 침하를 방지할 수 있지만, 교량 접속부(20)에서 교대부(30)으로 가해지는 수평토압, 지진하중등에 의한 신축(수평변형, 변위)가 고려되지 않아 실제 교대부(30) 단면은 단면이 커질 수 밖에 없고, 이에 효율성과 경제성이 저하될 수 밖에 없다는 한계가 있었다.

도 1c는 종래 교량구조물의 교량접속부 침하를 방지하기 위한 완충부(70)를 이용한 보강예시도를 도시한 것이다.

종래 교량 접속부(20)는 교대부(30) 뒤채움에 완충부(70)를 추가로 적용한 완전일체형 교량 및 부분 일체형 교량을 들 수 있다.

이때 완전 일체형 교량(도 1c의 위쪽 기준, 교량받침 없이 교대부와 상판이 서로 일체화되는 라멘구조)은 상판(60)에서 온도 및 열차 하중에 의한 수평변형이 발생 할경우 교대벽이 하중을 지지해야 하므로 교대벽이 비대해질 수 있어 이를 완충부(70)에 일부 흡수할 수 있도록 하고 있음을 알 수 있으며,

부분 일체형 교량(도 1c의 아래쪽 기준, 교량받침에 의하여 교대부와 상판이 서로 분리)도 완충부(70)에 의하여 수평변형을 완전 허용하는 교량받침에 의해 역시 상판과 교대부에 과도한 상대 변위가 발생하여 구조적 안정성을 저하할 수 있게 됨을 알 수 있다.

도 1d는 종래 교대부(30)와 거더(41)의 수평변위를 흡수하기 위한 변형흡수부의 설치예시도를 도시한 것이다.

즉 변형흡수부는 거더(41)의 단부 저면에 노출된 수직홀 형태의 수용공간(43)이 형성되도록 하고,

상기 수용공간(43)을 관통하도록 하되 거더 단부 저면으로부터 돌출되도록 하방으로 철근을 포함하는 변형흡수부(42)가 형성되도록 한 후,

교대(30) 상면에 변형흡수부(42)의 하부가 일체화되도록 시공하고 있음을 알 수 있다.

이때 상기 변형흡수부(42)는 하부가 교대(30)에 구속되어 거더(41)가 신축될 경우 수용공간(43)에 노출된 영역이 상기 수용공간(43) 내에서 거더(41)의 신축에 대응되도록 변형됨에 따라,

상기 거더(41)의 신축에 의해 교대(30)에 변위가 발생하는 것을 방지하고, 상기 거더(41)에 복원력을 제공하도록 하고 있음을 알 수 있다.

하지만 거더(41) 단부 저면에 추가로 수용공간(43) 하방으로 돌출되는 철근을 포함하는 변형흡수부(42)가 형성되도록 하는 것은 거더(41) 제작효율성에 영향을 주게 되고, 교대(30)도 현장 타설콘크리트 방식으로 시공해야 하기 때문에 시공성도 상당히 저하될 수 밖에 없다는 문제점이 있게 된다.

대한민국 특허 제10-1006900호(발명의 명칭: 강성 구조체의 뒷채움 보강구조의 시공방법, 공개일자: 2009년12월24일) 대한민국 특허 제10-1175098호(발명의 명칭: 중간 보조지지대를 이용하여 수직도를 유지하는 강성 구조체와 뒷채움의 결속구조 및 결속시공방법, 공개일자: 2012년08월21일) 대한민국 특허 제10-1896403호(발명의 명칭: 일체식 교량구조물 및 그 시공방법, 공개일자: 2018년02월26일) 대한민국 특허 제10-0971004호(발명의 명칭: 벽체를 이루는 패널과 강성 벽체구조를 이용한 보강토 옹벽, 공개일자: 2009년09월02일)

이에 본 발명은 뒤채움(뒷채움)을 선시공하고, 교대부를 후시공하는 교량의 교량접속부 시공에 있어, 뒤채움을 먼저 선시공한 후, 교대부를 프리캐스트 방식으로 적층 시공하면서 완충부도 함께 단계적으로 교대부 배면에 적층 시공하는 방식으로 후시공하여, 완충부 시공의 어려움을 해결할 수 있는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

또한 본 발명은 완충부 시공에 따라 교대부에 작용하는 수평토압을 교대부의 연결면 힌지부에 의하여 흡수하여 1차적으로 저감시키고, 상면 힌지부에 의하여 2차적으로 거더가 시공된 교대부의 수평변형을 흡수하고, 교대부와 거더와 일체화된 상판의 배면과 접하여 최소화된 수평변형을 3차적으로 완충부에서 흡수하는 역할을 하여, 교대부에 작용하는 모멘트 저감에 의하여 교대부를 슬림화시켜 보다 신속하고 경제적인 교량접속부 시공이 가능한 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법은, 뒤채움을 선시공하고, 교대부를 후시공하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부에 있어서, 선시공된 뒤채움; 상기 뒤채움으로부터 이격되어 프리캐스트 방식으로 교대부 세그먼트를 1단씩 적층 시공하여 형성시킨 교대부; 및 상기 교대부 세그먼트로 적층시키면서, 각각의 교대부 세그먼트 배면에 함께 적층 시공시킨 완충부;를 포함하여, 교대부를 프리캐스트 방식으로 적층 시공하면서 완충부도 함께 단계적으로 교대부 배면에 후시공하여, 뒤채움과 교대부 사이에 완충부를 단계적으로 적층시공할 수 있도록 하게 된다.

또한 상기 교대부 세그먼트의 연결면에는 연결면 힌지부가 더 형성되어, 각각의 교대부 세그먼트도 상,하 연결로 인한 일체성을 확보하면서, 상기 교대부에 작용하는 수평토압을 흡수하여 1차적으로 저감되도록 하게 된다.

또한, 상기 교대부 상면과 거더의 단부 저면에 상면 힌지부가 더 형성되어, 거더가 시공된 교대부에 작용하는 수평변형을 2차적으로 흡수하여 교량받침을 대체하는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 완충부는 거더와 교대부 및 교대부 세그먼트의 연결면에 형성된 연결면 힌지부와 상면 힌지부에 의하여 1차 및 2차적으로 흡수된 수평변형을 3차적으로 더 흡수하는 역할을 하게 된다.

본 발명의 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법에 의하면 시공과정에서 프리캐스트 방식으로 교대부를 적층시키고, 그 배면에 완충부를 무다짐으로 시공함에 따라 현장에서 교대부를 후 시공하되 완충부를 함께 단계적으로 시공 함에 따른 시공성과 작업성을 충분히 확보할 수 있어 보다 효율적인 교량접속부 시공이 가능한 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.

또한 본 발명의 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법에 의하면 1차적으로는 교대부 세그먼트의 연결면, 2차적으로는 교대부의 상면 힌지부, 3차적으로는 완충부에 의하여 교량구조물에 작용하는 하중, 내진에 의한 수평변형을 최소화시킬 수 있어 교대부 슬림화에 의한 시공의 효율성과 경제성을 확보할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 및 그 시공방법에 의하면 교대부 상면에 거더를 거치시킴에 있어 교량받침 기능을 가진 상면힌지부를 이용하기 때문에 교량받침 설치가 필요없어 및 관련 유지관리비용을 절감할 수 있게 되며, 교대부와 거더의 일체성 확보에 의한 지진 등에 의한 수평변형 흡수에 의한 내진성능도 확보할 수 있게 된다.

도 1a는 종래 교량구조물의 교량접속부 시공예시도,
도 1b는 종래 교량구조물의 교량접속부 침하를 방지하기 위한 보강예시도,
도 1c는 종래 교량구조물의 교량접속부 침하를 방지하기 위한 완충부를 이용한 보강예시도,
도 1d는 종래 교대부와 거더의 수평변위를 흡수하기 위한 변형흡수부의 설치예시도,
도 2는 본 발명의 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부의 예시도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 시공방법의 시공도를 도시한 것이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

[ 본 발명의 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부(100) ]

도 2는 본 발명의 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부(100)의 구성도를 도시한 것이다.

상기 교량접속부(100)는 예컨대, 도로, 철도를 횡단하는 교량구조물을 시공하는 과정에서 교량구조물의 교대부(110)와 접속되는 뒤채움(140), 완충부(150)에 보강되는 경계구간을 의미한다.

이에 교량접속부(100)에 시공되는 교량구조물은 도 2와 같이, 양 교대부(110), 거더(120)와 일체화된 상판(130)을 포함하여 구성되며, 거더(120)는 상판(220)과 일체화 시공되고, 상판(220)은 교량의 슬래브로서 상면에 포장층이 시공된다.

이러한 교량구조물의 거더(120)와 상판(130)은 콘크리트로 시공하기 때문에 온도에 의하여 수평방향으로 변형이 발생하게 되며, 이러한 수평변형은 종래 교량구조물의 신축이음장치와 교량받침에 의하여 상쇄시키게 된다.

하지만 이러한 신축이음장치와 교량받침은 유지관리 비용이 많이 소요되기 때문에 본 발명은 신축이음장치와 교량받침을 설치하지 않고, 교대부(110), 거더(120)와 일체화된 상판(130)의 온도 등에 의한 수평변형을 상면 힌지부(160b), 완충부(150)에 의하여 흡수할 수 있도록 하게 된다.

이로서 본 발명은 교량구조물의 교량받침을 설치하지 않기 때문에 유지관리 비용을 절감할 수 있게 되며, 교량구조물의 교대부(110) 단면을 슬림화시킬 수 있어 효율적이고 경제적인 교량구조물 시공이 가능하게 된다.

또한, 교량접속부(100)의 교대부(110)와 뒤채움(140) 사이에는 완충부(150)가 시공되며, 본 발명은 상기 뒤채움(140)과 교대부(110)를 먼저 선시공하되, 교대부(110)를 프리캐스트 방식으로 적층시공하면서 완충부(150)도 교대부(110)와 뒤채움(140) 사이에 단계적으로 후시공하게 된다.

이때 교대부(110)를 프리캐스트 방식으로 적층시공하면서 연결면 힌지부(160a)를 교대부 세그먼트 연결면에 형성시킴과 더불어 교대부 상면과 거더(120)의 단부 저면에 상면 힌지부(160b)를 형성시켜,

완충부(150) 시공에 따라 교대부에 작용하는 수평토압을 연결면 힌지부(160a)의하여 흡수하여 1차적으로 저감시키고, 상기 상면 힌지부(160b)에 의하여 2차적으로 거더(120)가 시공된 교대부의 수평변형을 흡수하고, 교대부(110)와 거더와 일체화된 상판(130)의 배면과 접하여 최소화된 수평변형을 완충부(150)에서 3차적으로 흡수하는 역할을 하게 된다.

본 발명은 상기 연결면 힌지부(160a)와 상면 힌지부(160b)를 힌지부(160)라 지칭하게 된다.

이에 상기 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부(100)는 도 2와 같이, 교대부(110), 거더(120), 상판(130), 뒤채움(140), 완충부(150), 연결면 힌지부(160a)와 상면 힌지부(160b)로 구분되는 힌지부(160)를 포함한다.

먼저, 상기 교대부(110)는 도 2와 같이, 교량구조물의 하부구조로서 콘크리트로 시공되는 벽체구조물로 시공하게 된다.

교량구조물의 경간장에 따라 서로 종방향으로 대향되도록 시공되는 것이 통상적이며, 특히 본 발명은 프리캐스트 방식으로 일정한 높이로서 교대부 세그먼트(111)를 1단씩 적층 시공하게 된다.

종래에는 뒤채움(140)과 완충부(150)를 먼저 일체로 시공한 이후에, 완충부(150)와 교대부(110)를 서로 연결시공하는 방식으로 교량구조물의 교량접속부를 시공하였기 때문에,

먼저 시공된 완충부(150)와 교대부(110)를 연결시켜 일체화 시공하기 위해서 교대부(110)는 현장타설 콘크리트 시공방식으로 시공할 수 밖에 없게 된다.

물론 뒤채움(140)과 교대부(110)를 먼저 시공한 이후에 완충부(150)를 뒤채움(140)과 교대부(110) 사이 공간에 후시공 할 수도 있는데 이럴 경우 제한된 공간에서 완충부(150)를 교대부(110) 배면에 밀실하게 채워 시공하는 작업성이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

이에 본 발명은 뒤채움(140)와 교대부(110)를 선시공 함에 있어서,

교대부(110)와 뒤채움(140) 사이의 제한된 공간에 완충부(150)를 시공해야 하는 어려움을 극복하기 위하여 뒤채움(140)로부터 이격시켜 교대부(110)를 시공하되,

상기 교대부(110)는 교대부 세그먼트(111)로 적층시키면서, 각각의 교대부 세그먼트(111)의 시공 높이에 따라 완충부(150)를 교대부 세그먼트(111) 배면에 함께 적층 시공함으로서, 이러한 문제점을 해결하게 된다.

또한, 도 2와 같이, 각각의 교대부 세그먼트(111)도 상,하 연결로 인한 일체성 확보를 위하여 연결면 힌지부(160a)가 교대부 세그먼트(111) 연결면에 형성되도록 하고, 연결면 힌지부(160a)를 구성하는 전단홈(161)에는 스플라이스(165)가 하부가 매립되도록 하는 방식으로 형성되도록 하게 된다.

이에 상기 스플라이스(165)는 연결되는 교대부 세그먼트(111) 저면에 노출되도록 형성된 스플라이스슬리브(164)에 삽입되도록 하여, 상,하로 연결된 교대부 세그먼트(111)는 단계적으로 적층되는 완충부(150)에 의한 수평토압에 의한 수평변위를 흡수하면서 보다 안정적인 적층시공이 가능하게 되며, 교대부에 작용하는 수평토압을 연결면 힌지부(160a)의하여 흡수하여 1차적으로 저감시킬 수 있게 된다.

또한 교대부 세그먼트(111)가 적층되도록 하여 최종 일정 높이로 시공된 교대부(110)의 상면에는 상면 힌지부(160b)로서 역시 전단홈(161)을 형성시키게 되며, 교대부(110)는 횡방향으로도 연장되어 형성되므로 상기 전단홈(161)도 상면에 횡방향으로 연속 또는 이격되어 형성되도록 하게 된다.

이러한 전단홈(161)에는 역시 스플라이스(165)가 미리 하부가 매립되도록 하는 방식으로 형성되도록 하게 된다.

이에 상기 스플라이스(165)는 거더(120) 저면에 노출되도록 형성된 스플라이스슬리브(164)에 역시 삽입되도록 함으로서 상기 상면 힌지부(160b)에 의하여 2차적으로 거더(120)가 시공된 교대부(110)의 수평변형을 흡수하고, 교대부(110)와 거더와 일체화된 상판(130)의 배면과 접하여 최소화된 수평변형을 3차적으로 완충부(150)가 흡수하게 된다.

이러한 교대부 세그먼트(111)은 최종 미도시 하였지만 수직으로 자립 및 서로 강결되도록 최종 시공하게 됨은 당연하다.

다음으로 거더(120)는 도 2와 같이, 교량구조물의 상부구조로서 역시 콘크리트로 시공된 것을 이용할 수 있으며, 양 교대부(110) 상면에 양 단부가 지지되도록 거치시켜 시공되며, 수평으로 연장된 휨 부재로서 작용하게 된다.

이에 교량구조물에 작용하는 교통하중등에 의한 외력에 의한 휨 모멘트를 주로 저항하게 되는데, 온도등에 의하여 신축이 발생하게 되기 때문에 수평변형(종방향 및/또는 횡방향)이 발생하게 된다.

이에 교대부(110) 상면에는 종래에는 이러한 수평변형을 흡수하기 위한 교량받침을 교대부 상면에 설치하고, 교량받침 상면에 거더(120)의 양 단부가 지지되도록 거치하게 되는데,

이러한 교량받침은 유지관리에 비용과 시간이 소요되므로, 본 발명은 이러한 교량받침의 수평변형 흡수 기능을 후술하는 상면 힌지부(160b)로 대체하여 교량받침을 설치하지 않도록 하여 유지관리비용을 절감할 수 있도록 있게 된다.

이에 도 2에 의하면 거더(120)의 양 단부 저면에는 하방으로 돌출된 전단키(162)가 일체로 형성되도록 하고, 앞서 살펴본 교대부(110) 상면의 전단홈(161)에 상기 전단키(162)가 하방으로 삽입되어 맞물려지면서 탄성패드를 포함하는 충격흡수재(163)를 이용하여 수평방향 수평변형의 제어 및 흡수가 가능하도록 하면서,

전단홈(161)에는 스플라이스(165)가 미리 하부가 매립되도록 하는 방식으로 형성되도록 하고, 상기 스플라이스(165)는 거더(120) 저면에 노출되도록 형성된 스플라이스슬리브(164)에 역시 삽입되도록 함으로서 상기 상면 힌지부(160b)에 의하여 2차적으로 거더(120)가 시공된 교대부(110)의 수평변형을 흡수하도록 하게 된다.

다음으로 상판(130)은 도 2와 같이, 교량구조물의 상부구조로서 교량구조물의 슬래브를 포함하게 된다.

거더(120)와 상판(130)은 서로 일체화시켜 시공하게 되는데 역시 콘크리트로 시공하기 때문에 교대부에 시공되는 거더(120)의 수평변형은 교대부(110)의 상면과 교대부 세그먼트(111)의 연결면에 형성된 상면 힌지부(160b)에 의하여 2차적으로 흡수되도록 하고,

거더(120)와 일체화된 상판(130)의 수평변형은 배면과 접하도록 시공된 완충부(150)에 의하여 3차적으로 흡수되도록 하게 된다.

이로서 단순히 교대부(110)를 시공하는 경우와 대비하여 1,2,3차적으로 흡수된 최소화된 수평변형을 기준으로 교대부 시공이 가능하기 때문에 거더(120)와 상판(130)을 지지하는 교대부(110)의 단면을 최적화(슬림화)시킬 수 있어 교량구조물의 공사비 절감이 가능하도록 할 수 있게 되며, 프리캐스트 방식으로 시공되는 교대부(110)의 장점을 극대화시킬 수 있게 된다.

이러한 상판(130)은 거더(120) 상면과 단부에 일정한 두께로 교대부(110) 상면에 일체로 시공되도록 하게 되면, 상판(130)의 상면은 포장층을 더 형성시킬 수 있다.

다음으로, 뒤채움(140)은 도 2와 같이, 교량접속부의 일부분으로서 토공부이다.

즉, 상기 뒤채움(140)은 교량구조물의 완충부(150)의 배면(A)쪽으로 연직방향으로 자립성토 되도록 시공된 것으로서, 교대부(110)의 배면(B)으로부터 이격되어 완충부(150)가 교대부(110) 배면과 뒤채움(140) 사이에 형성될 수 있도록 시공되는 토공체이다.

이러한 뒤채움(140)은 일정한 높이를 가진 토공체이기 때문에 하방으로 갈수록 커지는 토압에 저항하면서 연직 자립을 위해 지오그리드(격자형 보강재)와 같은 보강재를 이용하여 교대부(110)의 배면(B)과 이격되어 연직 자립되도록 시공하는 것이 바람직하며, 일종의 보강토라 시공될 수 있다.

이때 상기 뒤채움(140)이 연직으로 자립 성토되도록 시공하는 이유는 뒤채움(140)을 교대부(110)보다 먼저 시공하기 때문에 시공 시 자립이 가능하도록 하기 위한 것이다.

이러한 뒤채움(140)은 시멘트 처리된 토사 또는 자갈을 일정높이 포설, 다짐하여 적층시켜 가면서 일정한 높이(H)로 시공하게 되는데 1회 적층 시 마다 상면에 보강재(지반보강용 지오그리드등)를 포설하여 다수 적층된 뒤채움(140)이 상,하로 일체화되도록 할 수 있다.

이에 상기 뒤채움(140)은 완충부(150)의 배면(A) 쪽으로 연직으로 자립성토 되도록 하되, 교대부(110)의 저면을 기준으로 상판(130)까지 연직으로 자립된 저면폭이 상면폭 보다 큰 사다리꼴 단면 형태로 시공하도록 하되, 보강재도 다층으로 시공되며, 작용 토압에 대응하여 상부로 갈수록 수평 연장길이가 짧아지도록 시공되고 있음을 알 수 있다.

다음으로 상기 완충부(150)는 도 2와 같이, 뒤채움(140)과 교량구조물의 교대부(110), 거더(120)와 일체화된 상판(130)의 배면 사이에 연직으로 형성된 공간(S)에 형성되도록 하게 되며, 본 발명의 경우 앞서 살펴본 뒤채움(140)을 시공한 후, 이격시켜 교대부 세그먼트(111) 1단을 시공한 후, 교대부 세그먼트(111) 배면에 1단의 완충부(150)를 적층 시공하는 방식으로 형성시키게 된다.

이에 교대부(110)와 완충부(150)를 일체로 먼저 형성시키고, 완충부(150)를 교대부(110)와 일체화시키기 위하여 교대부(110)를 현장타설 콘크리트 방식으로 시공해야만 하는 종래 시공의 한계성을 극복할 수 있게 된다.

즉, 본 발명은 교대부(110)를 프리캐스트 방식으로 본 발명은 완충부(150)를 교대부 세그먼트(111)와 함께 1단씩 단계적으로 시공함으로서, 뒤채움(140)와 프리캐스트 방식으로 교대부(110)를 선 시공한 후, 완충부(150)를 후시공 하는 방식을 채택하게 된다.

이러한 완충부(150)는 특히 거더(120)와 교대부(110) 및 교대부 세그먼트(111)의 연결면에 형성된 연결면 힌지부(160a)와 상면 힌지부(160b)에 의하여 1차 및 2차적으로 흡수된 수평변형을 3차적으로 더 흡수하는 역할을 하게 된다.

즉, 교량구조물의 교대부(110)와 거더(120)와 일체화된 상판(130)으로부터 전달되는 열차를 포함하는 차량의 제어하중, 온도하중등에 의한 수평변형을 상면 힌지부(160b)와 함께 완충부(150)가 분담하게 된다.

이로서 프리캐스트 방식으로 시공되는 교대부(110)와 거더(120)와 일체화된 상판(130)이 부담하는 토압, 하중을 감소시켜 교대부(110) 단면 슬림화가 가능하도록 하는 역할을 하게 된다.

이러한 완충부(150)는 수평력 및 하중에 의하여 변형이 가능하도록 시멘트를 사용하지 않는 토사 또는 자갈을 이용함으로서, 구성 입자들이 서로 결속되어 강성체로 작용하지 않고, 교량구조물의 신축을 흡수하도록 하게 된다.

다음으로 상기 힌지부(160)는 도 2 및 도 3a와 같이, 1단 씩 최종 교대부 높이에 따라 프리캐스트 방식으로 적층 시공되는 교대부(110)의 연결면에 형성되어 수평토압(뒤채움, 완충부 후 시공에 의한 수평토압)에 의한 수평변형을 역시 1차적으로 흡수하여 보아 안정적인 교대부(110) 시공이 가능하도록 하는 역할과,

교대부(110) 상면과 거더(120)의 저면에 형성시켜 거더(120)가 시공된 교대부(110)에 작용하는 수평변형을 2차적으로 흡수하여 종래 교량받침을 대체하는 역할을 하게 된다.

이러한 힌지부(160)는 교대부 세그먼트(111)의 연결면에 형성된 연결면 힌지부(160a)와 교대부 상면과 거더(120) 단부 저면에 형성되는 상면 힌지부(160b)로 구비되며, 연결면 힌지부(160a)와 상면 힌지부(160b) 모두, 도 2와 같이,

전단홈(161), 전단키(162), 충격흡수재(163), 스플라이스슬리브(164), 스플라이스(165)를 포함하게 된다.

먼저 상기 전단홈(161)은 도 2 및 도 3a와 같이, 교대부(110) 상면, 교대부 세그먼트(111) 연결면에 일정 깊이로 횡방향으로 연속 또는 이격되어 형성시킨 오목홈으로서 거더(120)와 교대부 세그먼트(111)의 전단키(162)가 하강하여 삽입되도록 형성시킨 것이다.

이에 전단키(162)는 전단홈(161) 내부에 수용되어 기준 이상의 수평변형을 제어하는 기본적인 역할을 하게 된다.

이러한 전단홈(161)으로서 사다리꼴 단면의 홈 형태로 개시되어 있지만 단면 형태는 다양하게 형성시킬 수 있음은 당연하고, 상기 수평변형을 흡수하기 위한 크기로 형성시키면 된다.

다음으로 상기 전단키(162)는 도 2 및 도 3a와 같이, 교대부 상면 및 교대부 연결면에 형성되는 전단홈(161)에 삽입되는 돌출키로서 거더(120)의 양 단부 저면에 일체화시켜 형성시키게 된다.

이에 거더(120)를 인양하거나, 교대부(110) 상면에서 거더(12)를 제작할 때 및 교대부(110)를 적층 시공한 때, 전단키(162)가 전단홈(161)에 수용되어 작용하는 하중에 의한 수평변형이 제어되도록 하는 역할을 하게 된다.

이러한 전단키(162)는 전단홈(161)의 형태에 대응하여 사다리꼴 단면의 홈 형태로 개시되어 있지만 역시 단면 형태는 다양하게 형성시킬 수 있음은 당연하고, 상기 수평변형을 흡수하기 위한 크기로 형성시키는 것은 전단키와 동일하다.

다음으로 상기 충격흡수재(163)는 도 2 및 도 3a와 같이, 전단홈(161)에 끼워져 설치하여, 전단키(162)가 접하도록 설치되는 탄성재질의 부재로서 탄성패드등을 이용하게 된다.

이러한 충격흡수재(163)는 거더(120)와 거더와 일체화된 상판(130) 및 교대부(110)의 연결면에 작용하는 하중에 대한 충격에 의한 전단홈 및 전단키의 파손을 방지하면서, 달리 유지관리가 필요하지 않다는 장점이 있게 된다.

또한 전단홈(161)에 수용된 전단키(162)의 수평변형에 대한 흡수성능을 보완하는 역할도 함께 하게 된다.

상기 스플라이스슬리브(164) 및 스플라이스(165)는 도 2 및 도 3a와 같이, 연결면 힌지부(160a)와 상면 힌지부(160b)에 형성되어 1차적으로 교대부(110)의 수평변형을 흡수하면서, 2차적으로 거더(120)가 시공된 교대부(110)의 수평변형을 2차적으로 흡수하는 역할을 하게 된다.

이를 위해 먼저 전단홈(161) 저면에 수직으로 상방 연장된 철근등의 스플라이스(일종의 수직철근,165)와 상기 스플라이스(165)의 두부가 삽입되는 스플라이스슬리브(164)를 전단키(162)의 저면에 매입시키고,

상기 스플라이스슬리브(164)에 스플라이스(165)가 삽입되어 수평변형에 저항하도록 하게 된다. 상기 스플라이스슬리브(164) 내부는 충진시켜도 되고 충진시키지 않아도 된다.

이에 교대부(110) 연결면 또는 거더(120)의 단부 저면에 미리 스플라이스슬리브(164)가 노출되도록 간단하게 형성되도록 하고, 스플라이스(165)는 전단홈(161)에 노출되도록 형성시킬 수 있기 때문에

도 1d와 대비하여 힌지부(160) 형성이 매우 간단해지게 되며, 전단키(162)와 전단홈(161)에 일체로 형성시킬 수 있기 때문에 힌지부(160)의 역할을 극대화시킬 수 있게 된다.

[ 본 발명의 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부(100) 시공방법 ]

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부(100) 시공방법의 시공순서도를 도시한 것이다.

상기 교량접속부(100) 시공은 뒤채움(140)을 시공하여 발생된 침하를 수용하면서, 프리캐스트 방식으로 시공된 교대부(110)를 뒤채움(140)으로부터 이격시켜 역시 선시공하고,

완충부(150)를 교대부 세그먼트(111)와 함께 단계적으로 시공하여 완충부(150)를 뒤채움(140)과 교대부(110) 사이에 시공함으로서 완충부 후시공에 따른 문제점을 해결하면서, 거더(120)와 일체화된 상판(130)을 완충부(150)에 연결시키는 방식으로 시공하게 된다.

이에 도 3a와 같이, 먼저 기준틀(미도시)을 이용하여 보강재를 적층하면서, 뒤채움(140)를 적층 형성시키게 된다.

다음으로는 상기 뒤채움(140) 전면으로부터 완충부(150)가 시공되어야 공간을 감안하여 이격되도록 교대부(110)를 이격 시공하게 되며,

이러한 교대부(110)는 교대부 세그먼트(111)를 1 단씩 연결면에서 충격흡수재(163)가 설치된 전단홈(161)에 삽입된 전단키(162)에 있어, 전단키 저면에 시공된 스플라이스슬리브(164)와 전단홈(161)에 형성된 스플라이스(165)에 의한 연결면 힌지부(160a)를 이용하여 연결시켜 적층시키되, 1단 씩 교대부 세그먼트(111)를 시공하면서 완충부(150)도 1단씩 상기 공간에 무다짐으로 시공하게 된다.

이에 도 3b를 참조하면, 최종 교대부(110) 상면은 완충부(150)의 상면 보다 높이가 적게 형성되도록 하고 있으며, 교대부(110) 상면에는 상면 힌지부(160b)의 전단홈(161)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

이러한 전단홈(161)에는 충격흡수재(163)를 설치하고, 역시 스플라이스(165)를 함께 설치하면 된다.

다음으로는 단부 저면에 스플라이스슬리브(164)가 노출되도록 매립된 거더(120)를 별도 제작하여 현장에서 인양후,

거더(120)의 단부 저면에 일체로 형성된 전단키(162)가 전단홈(161)에 설치된 충격흡수재(163)와 접하도록 거치시키면서, 스플라이스슬리브(164)에 스플라이스(165)가 삽입되도록 하여 거더와 일체화된 상판(130) 및 수평토압에 의한 수평변형을 2차적으로 흡수할 수 있도록 하게 된다.

이때 거더(120)의 단부면(D)은 완충부(150)와 접하지 않도록 시공되고 있음을 알 수 있다.

다음으로는 도 3b와 같이, 거더(120) 상면, 교대부(110) 상면에 콘크리트를 타설하는 방식으로 상판(130)을 시공하되, 상판(130)과 거더(120)가 일체화되도록 하여 일체 거동하도록 시공하게 된다.

이에 상판(130)과 교대부(110)의 배면은 완충부(150)와 접하면서 3차적인 수평변형 흡수가 완충부(150)에서 발생할 수 있도록 하게 된다.

다음으로는 완충부(150) 상면과 상판(130)의 상면과 일치하도록 어프로치 슬래브를 시공하여 완성시키게 된다.

이로서, 교량구조물의 교대부에 작용하는 수평변형은 1차적으로 교대부(110) 연결면에 형성되는 연결면 힌지부(160a) 및 2차적으로 교대부 상면과 거더 저면의 상면 힌지부(160b)에 의하여 흡수되도록 하고, 지진등에 의한 과도한 수평변형은 3차적으로 완충부(150)에 의하여 흡수되도록 함으로서, 교대부(110)의 슬림화를 통하 최적화 시공이 가능하게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 교량접속부
110: 교대부 111: 교대부 세그먼트
120: 거더 130: 상판
140: 뒤채움 150: 완충부
160: 힌지부
160a: 연결면 힌지부 160b: 상면 힌지부
161: 전단홈 162: 전단키
163: 충격흡수재 164: 스플라이스슬리브
165: 스플라이스
A: 완충부의 배면 B: 교대부의 배면
D: 거더의 단부면

Claims

뒤채움(140)을 선시공하고, 교대부(110)를 후시공하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부(100)에 있어서,
선시공된 뒤채움(140);
상기 뒤채움으로부터 이격되어 프리캐스트 방식으로 교대부 세그먼트(111)를 1단씩 적층 시공하여 형성시킨 교대부(110); 및
상기 교대부 세그먼트(111)로 적층시키면서, 각각의 교대부 세그먼트(111) 배면에 함께 적층 시공시킨 완충부(150);를 포함하여,
교대부를 프리캐스트 방식으로 적층 시공하면서 완충부도 함께 단계적으로 교대부 배면에 후시공 가능하도록 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부.
제1항에 있어서,
상기 교대부 세그먼트(111)의 연결면에는 연결면 힌지부(160a)가 더 형성되어,
각각의 교대부 세그먼트(111)도 상,하 연결로 인한 일체성을 확보하면서, 상기 교대부(110)에 작용하는 수평토압을 흡수하여 1차적으로 저감되도록 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부.
제2항에 있어서,
상기 연결면 힌지부(160a)는,
교대부 세그먼트(111)의 연결면에 형성된 전단홈(161)에 하부가 매립되도록 형성되며 연결되는 교대부 세그먼트(111) 저면에 노출되도록 형성된 스플라이스슬리브(164)에 삽입되는 스플라이스(165)를 포함하여,
상,하로 연결된 교대부 세그먼트(111)는 단계적으로 적층되는 완충부(150)에 의한 수평토압에 의한 수평변위를 흡수하면서 적층시공이 가능하게 되며, 교대부에 작용하는 수평토압을 연결면 힌지부(160a)에 의하여 흡수하여 1차적으로 저감되도록 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부.
제3항에 있어서,
상기 교대부 상면과 거더(120)의 단부 저면에 상면 힌지부(160b)가 더 형성되어,
거더(120)가 시공된 교대부(110)에 작용하는 수평변형을 2차적으로 흡수하여 교량받침을 대체하는 역할을 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부.
제4항에 있어서,
상기 상면 힌지부(160b)는,
교대부(110) 상면에 형성된 전단홈(161)에 하부가 매립되도록 형성되며 연결되는 거더(120) 저면에 노출되도록 형성된 스플라이스슬리브(164)에 삽입되는 스플라이스(165)를 포함하여,
상기 교대부 상면과 거더(120)의 단부 저면에 상면 힌지부(160b)에 의하여 교대부(110)에 작용하는 수평토압을 흡수하여 1차적으로 저감되도록 함과 더불어, 거더(120)가 시공된 교대부(110)에 작용하는 수평변형을 2차적으로 흡수하여 교량받침을 대체하는 역할을 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부.
제5항에 있어서,
상기 완충부(150)는,
거더(120)와 교대부(110) 및 교대부 세그먼트(111)의 연결면에 형성된 연결 면 힌지부(160a)와 상면 힌지부(160b)에 의하여 1차 및 2차적으로 흡수된 수평변형을 3차적으로 더 흡수하는 역할을 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부.
제3항 또는 제5항에 있어서,
상기 전단홈(161)에 전단키(162)가 하방으로 삽입되어 맞물려지면서 탄성패드를 포함하는 충격흡수재(163)가 더 형성되도록 하여 수평변형의 제어 및 흡수가 가능하도록 하도록 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부.
제3항 또는 제5항에 있어서,
상기 스플라이스슬리브(164)는,
전단홈(161) 저면에 수직으로 상방 연장된 스플라이스의 두부가 삽입되는 슬리브를 거더 단부의 전단키(162) 저면에 매입시키고, 상기 슬리브에 스플라이스가 삽입되도록 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부.
제1항에 있어서,
상기 교대부(110)는 교량구조물의 하부구조로서 콘크리트로 시공되는 벽체구조물로 시공되며,
상기 거더(120)는 교량구조물의 상부구조로서 콘크리트로 시공된 것으로서 양 교대부(110) 상면에 단부가 지지되도록 거치시켜 시공되며, 수평으로 연장된 휨 부재로서 작용하며,
상기 완충부(150)는, 수평력 및 하중에 의하여 변형이 가능하도록 시멘트를 사용하지 않는 토사 또는 자갈을 이용함으로서, 구성 입자들이 서로 결속되어 강성체로 작용하지 않고, 교량구조물의 신축을 흡수하도록 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부.
(a) 뒤채움(140)을 선시공하는 단계;
(b) 상기 뒤채움(140)으로부터 이격되어 프리캐스트 방식으로 교대부 세그먼트(111)를 1단씩 적층 시공하여 교대부(110)를 형성시키는 단계;
(c) 상기 교대부 세그먼트(111)로 적층시키면서, 각각의 교대부 세그먼트(111) 배면에 함께 완충부(150)를 적층 시공시키는 단계; 및
(d) 상기 거더(120) 상면에 교량구조물의 슬래브를 포함하는 상판(130)을 일체로 형성시키는 단계;를 포함하여,
교대부를 프리캐스트 방식으로 적층 시공하면서 완충부도 함께 단계적으로 교대부 배면에 후시공할 수 있도록 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 시공방법.
제10항에 있어서,
상기 (b) 단계의 교대부 세그먼트(111)의 연결면에는 연결면 힌지부(160a)가 더 형성되어, 각각의 교대부 세그먼트(111)도 상,하 연결로 인한 일체성을 확보하면서, 상기 교대부(110)에 작용하는 수평토압을 흡수하여 1차적으로 저감되도록 하며,
상기 연결면 힌지부(160a)는,
교대부 세그먼트(111)의 연결면에 형성된 전단홈(161)에 하부가 매립되도록 형성되며 연결되는 교대부 세그먼트(111) 저면에 노출되도록 형성된 스플라이스슬리브(164)에 삽입되는 스플라이스(165)를 포함하여,
상,하로 연결된 교대부 세그먼트(111)는 단계적으로 적층되는 완충부(150)에 의한 수평토압에 의한 수평변위를 흡수하면서 적층시공이 가능하게 되며, 교대부에 작용하는 수평토압을 연결면 힌지부(160a)에 의하여 흡수하여 1차적으로 저감되도록 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 시공방법.
제 11항에 있어서,
상기 (b) 단계의
상기 교대부 상면과 거더(120)의 단부 저면에 상면 힌지부(160b)가 더 형성되어,
거더(120)가 시공된 교대부(110)에 작용하는 수평변형을 2차적으로 흡수하여 교량받침을 대체하는 역할을 하며,
상기 상면 힌지부(160b)는, 교대부(110) 상면에 형성된 전단홈(161)에 하부가 매립되도록 형성되며 연결되는 거더(120) 저면에 노출되도록 형성된 스플라이스슬리브(164)에 삽입되는 스플라이스(165)를 포함하여,
상기 교대부 상면과 거더(120)의 단부 저면에 상면 힌지부(160b)에 의하여 교대부(110)에 작용하는 수평토압을 흡수하여 1차적으로 저감되도록 함과 더불어, 거더(120)가 시공된 교대부(110)에 작용하는 수평변형을 2차적으로 흡수하여 교량받침을 대체하는 역할을 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 시공방법.
제 11항에 있어서,
상기 (c) 단계의 완충부(150)는,
수평력 및 하중에 의하여 변형이 가능하도록 시멘트를 사용하지 않는 토사 또는 자갈을 이용함으로서, 구성 입자들이 서로 결속되어 강성체로 작용하지 않고, 교량구조물의 신축을 흡수하도록 하여, 거더(120)와 교대부(110) 및 교대부 세그먼트(111)의 연결면에 형성된 연결면 힌지부(160a)와 상면 힌지부(160b)에 의하여 1차 및 2차적으로 흡수된 수평변형을 3차적으로 더 흡수하는 역할을 하는 수평토압 저감형 프리캐스트 교량접속부 시공방법.