KR20230093747A - 거더의 보강부재 및 이를 이용한 거더의 보강방법 - Google Patents

거더의 보강부재 및 이를 이용한 거더의 보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저면이 하측으로 노출되도록, 상기 거더(10)의 양단 저면에 설치되는 솔플레이트(20)를 이용한 거더의 보강부재에 관한 것으로서, 저면이 하측으로 노출되도록, 상기 솔플레이트(20)의 내측으로 연장형성됨과 아울러, 심부에 결합공(111)이 형성된 본체판(110); 상부가 상기 거더(10)에 매몰되고, 내부에 나사산이 형성되며, 하측 개구부가 상기 결합공(111)과 연통하도록, 상기 본체판(110)의 상면에 결합한 너트부재(120); 상기 너트부재(120)에 나사결합하는 볼트부재(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 거더의 보강부재(100)를 제시함으로써, 솔플레이트 주위에 균열이 발생하지 않도록 하면서도, 시간의 경과에 의해 긴장력을 상실한 공용중인 PSC 거더를 효율적으로 보강할 수 있도록 한다.

Description

거더의 보강부재 및 이를 이용한 거더의 보강방법{REINFORCING MEMBER FOR GIRDER AND REINFORCING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 건설 기술분야에 관한 것으로서, 상세하게는 거더의 보강부재 및 이를 이용한 거더의 보강방법에 관한 것이다.
거더(10)의 양단 저면에는 솔플레이트(20)가 설치되는데, 이는 교대 또는 교각의 상부에 설치되는 교량받침(30)의 상부에 접촉하는 부위를 보강하기 위한 구조이다.(도 1)
거더(10)의 단부 콘크리트와 솔플레이트(20)의 견고한 결합을 위해 솔플레이트(20)의 상면에 스터드(21)가 설치된다.
한편, PSC(prestressed concrete) 거더에 설치된 긴장재는 시간의 경과에 따라 긴장력을 점차 상실하므로, 이를 보강하기 위한 방법에 관한 연구가 진행되고 있다.
종래에는 거더(10)의 솔플레이트(20)의 내측에 부착부재(40)를 부착하고, 그 부착부재(40)에 정착부재(41)를 설치한 후, 긴장재(42)를 긴장하고, 그 양단을 정착부재(41)에 정착함으로써, 거더(10)에 긴장력이 도입되도록 하는 방식을 취하여 왔다.(도 2)
그런데, 이러한 종래의 보강방법은 솔플레이트(20)와 부착부재(40) 사이의 영역에 발생하는 응력집중으로 인하여 그 사이영역에 균열(a)이 발생한다는 점, 기존의 거더의 외면에 정착장치를 견고하게 부착하는 작업이 어렵다는 점, 기존의 거더마다 사용상태가 상이하므로 일률적으로 제조된 정착장치를 부착하는 것이 불가능하다는 점, 긴장재의 설치를 위한 공간의 확보가 어렵다는 점 등의 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 솔플레이트 주위에 균열이 발생하지 않도록 하면서도, 시간의 경과에 의해 긴장력을 상실한 공용중인 PSC 거더를 효율적으로 보강할 수 있도록 하는 거더의 보강부재 및 이를 이용한 거더의 보강방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 저면이 하측으로 노출되도록, 상기 거더(10)의 양단 저면에 설치되는 솔플레이트(20)를 이용한 거더의 보강부재로서, 저면이 하측으로 노출되도록, 상기 솔플레이트(20)의 내측으로 연장형성됨과 아울러, 심부에 결합공(111)이 형성된 본체판(110); 상부가 상기 거더(10)에 매몰되고, 내부에 나사산이 형성되며, 하측 개구부가 상기 결합공(111)과 연통하도록, 상기 본체판(110)의 상면에 결합한 너트부재(120); 상기 너트부재(120)에 나사결합하는 볼트부재(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 거더의 보강부재(100)를 제시한다.
상기 너트부재(120)의 하단과 상기 본체판(110)의 결합부위(121)는 방수구조로 형성된 것이 바람직하다.
상기 거더(10)의 폭방향을 기준으로, 상기 너트부재(120)는 상기 본체판(110)의 내측에 복수가 설치되고, 상기 거더(10)와 상기 본체판(110)의 결합강도를 증대하기 위하여, 상기 너트부재(120)의 외측에 위치하도록, 상기 본체판(110)의 상면에 결합한 전단연결재(140);를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전단연결재(140)는, 상기 솔플레이트(20) 및 본체판(110)의 상면에 길이방향을 따라 기립구조로 설치된 기립판부(141); 상기 거더(10)의 내부에 배근되는 철근(11)이 삽입되도록, 상기 기립판부(141)의 상부에 형성된 철근 삽입부(142);를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 보강부재(100)를 이용한 거더의 보강방법으로서, 정착부재(200)를 상기 보강부재(100)에 부착하는 정착부재 부착단계; 긴장재(210)를 긴장하고, 그 양단을 상기 정착부재(200)에 정착함으로써, 상기 거더(10)에 긴장력이 도입되도록 하는 긴장력 인가단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 거더의 보강방법을 제시한다.
본 발명은 상기 보강부재(100)를 이용한 거더의 보강방법으로서, 철판(300)을 가열하여 팽창시키는 철판 가열단계; 상기 팽창된 철판(300)의 양단을 상기 보강부재(100)에 부착하는 철판 부착단계; 상기 철판(300)이 냉각수축됨에 따라 상기 거더(10)에 긴장력이 도입되도록 하는 긴장력 인가단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 거더의 보강방법을 제시한다.
상기 철판 가열단계는, 상기 철판(300)의 중앙부의 온도가 가장자리부의 온도에 비해 높도록 상기 철판(300)을 가열하는 것이 바람직하다.
상기 철판 부착단계는, 상기 보강부재(100)의 결합공(111)에 미리 설치해 둔 상기 볼트부재(130)를 상기 결합공(111)으로부터 분리하는 단계; 상기 팽창된 철판(300)을 상기 보강부재(100)에 부착할 때, 다시 상기 볼트부재(130)를 상기 철판(300)에 형성된 관통공(301)을 관통하여 상기 너트부재(120)에 나사결합하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 철판 부착단계는, 상기 보강부재(100)의 결합공(111)에 미리 설치해 둔 상기 임시폐쇄부재(150)를 상기 결합공(111)으로부터 분리하는 단계; 상기 팽창된 철판(300)을 상기 보강부재(100)에 부착할 때, 상기 볼트부재(130)를 상기 철판(300)에 형성된 관통공(301)을 관통하여 상기 너트부재(120)에 나사결합하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 솔플레이트 주위에 균열이 발생하지 않도록 하면서도, 시간의 경과에 의해 긴장력을 상실한 공용중인 PSC 거더를 효율적으로 보강할 수 있도록 하는 거더의 보강부재 및 이를 이용한 거더의 보강방법을 제시한다.
도 1은 종래의 거더의 제작과정의 사진.
도 2는 종래의 거더의 보강방법의 공정도.
도 3 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 3은 거더의 보강방법의 제1 실시예의 공정도.
도 4,5는 거더의 보강방법의 제2 실시예의 공정도.
도 6은 보강부재의 단면도.
도 7은 보강부재의 주요부의 단면도.
도 8은 보강부재의 평면도.
도 9는 전단연결재의 사시도.
도 10은 전단연결재의 정면도.
도 11은 거더의 보강방법의 제3 실시예의 공정도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 3 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명은 기본적으로, 저면이 하측으로 노출되도록, 거더(10)의 양단 저면에 설치되는 솔플레이트(20)를 이용한 거더의 보강부재에 관한 것이다.
이는 저면이 하측으로 노출되도록, 솔플레이트(20)의 내측으로 연장형성됨과 아울러, 심부에 결합공(111)이 형성된 본체판(110); 상부가 거더(10)에 매몰되고, 내부에 나사산이 형성되며, 하측 개구부가 결합공(111)과 연통하도록, 본체판(110)의 상면에 결합한 너트부재(120); 너트부재(120)에 나사결합하는 볼트부재(130);를 포함하여 구성된다.
이러한 보강부재(100)를 이용한 거더의 보강방법은 다음 공정에 의해 이루어진다.
위 보강부재(100)는 거더(10)의 최초 제조 시, 미리 거더(10)의 저면에 설치해 둔다.
시간의 경과에 따라 거더에 설치된 긴장재의 긴장력이 상실된 경우, 긴장재(210)의 정착을 위한 정착부재(200)를 보강부재(100)에 부착한다.
강연선 등의 긴장재(210)를 긴장하고, 그 양단을 정착부재(200)에 정착함으로써, 거더(10)에 긴장력이 도입되도록 한다.
즉, 거더(10)의 최초 제조 시, 미리 거더(10)의 저면에 솔플레이트(20)의 내측으로 연장형성된 본체판(110)을 구비한 보강부재(100)를 설치해 두고, 이러한 보강부재(100)를 이용하여 거더(10)의 보강을 위한 긴장재가 정착되도록 한 것이다.
상술한 바와 같이, 종래의 보강방법은 솔플레이트(20)와 부착부재(40) 사이의 영역에 발생하는 응력집중으로 인하여 그 사이영역에 균열(a)이 발생한다는 문제가 있었다.(도 2)
이에 비해, 본 발명에 의한 보강방법은 보강부재(100)의 본체판(110)과 솔플레이트(20)가 일체로 형성됨에 따라, 긴장재(210)의 긴장력이 본체판(110) 및 솔플레이트(20)를 통해 거더(10)의 단부에 전달되므로, 종래기술과 같은 솔플레이트 주위의 균열 발생의 문제가 없다.
본 발명에 의한 거더의 보강방법에서 보강부재(100)는 긴장재의 긴장력을 거더(10)에 전달하는 역할을 하는 주요부재임과 아울러, 거더(10)의 최초 제조 당시부터 설치되어 장시간 경과 후(열화 후) 비로소 사용되는 부재이므로, 장시간의 경과에 불구하고 거더(10) 본체에 견고하게 부착되기 위한 구조가 필요하다.
보강부재(100)는 기본적으로, 저면이 하측으로 노출되도록, 솔플레이트(20)의 내측으로 연장형성됨과 아울러, 심부에 결합공(111)이 형성된 본체판(110); 상부가 거더(10)에 매몰되고, 내부에 나사산이 형성되며, 하측 개구부가 결합공(111)과 연통하도록, 본체판(110)의 상면에 결합한 너트부재(120); 너트부재(120)에 나사결합하는 볼트부재(130);를 포함하여 구성된다.(도 6)
너트부재(120)의 하단과 본체판(110)의 결합부위(121)를 통해 수분 기타 유해물질이 출입하는 경우, 보강부재(100) 자체의 열화 또는 보강부재(100)와 거더 콘크리트의 결합부위의 열화가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해서는, 너트부재(120)의 하단과 본체판(110)의 결합부위(121)를 전체 용접결합하거나, 일부 용접결합하고 방수재를 도포하는 방식에 의해 방수구조로 형성하는 것이 바람직하다.
장시간의 경과에 불구하고 보강부재(100)와 거더(10) 본체의 더욱 견고한 부착을 위해서는, 거더(10)의 콘크리트 및 철근(11)과의 결합을 위한 전단연결재(140)를 추가로 설치하는 것이 바람직하다.
거더(10)의 폭방향을 기준으로, 너트부재(120)는 보강부재(100)의 내측에 복수가 설치되고, 전단연결재(140)는 그 외측에 복수가 설치되는 것이 바람직하다.(도 6)
긴장재의 긴장력이 거더(10)의 단부에 고르게 전달되도록 하여 응력집중의 발생을 방지하기 위해서는, 솔플레이트(20) 및 본체판(110)의 상면 전영역에 걸쳐 전단력이 분산되도록 전단연결재(140)가 설치되는 것이 바람직하다.
이를 위하여 위 전단연결재(140)는, 솔플레이트(20) 및 본체판(110)의 상면에 길이방향을 따라 기립구조로 설치된 기립판부(141); 거더(10)의 내부에 배근되는 철근(11)이 삽입되도록, 기립판부(141)의 상부에 형성된 철근 삽입부(142);를 포함하여 구성된다.
한편, 거더(10)의 몸통부의 전방 및 후방에는 프리스트레싱을 위한 다수의 텐던 및 쉬스관이 설치됨과 아울러, 전단보강을 위하여 다수의 전단철근(스터럽)이 설치되는데, 보강부재(100)의 전단연결재(140)는 이러한 상황에 불구하고 시공성 및 구조적 안전성이 확보되도록 하는 구조를 취하여야 한다.
이를 위하여, 전단연결재(140)는 기본적으로, 전단력 작용방향을 따라 기립구조로 설치된 기립판부(141); 거더(10)의 내부에 배근되는 철근(11)이 삽입되도록, 기립판부(141)의 상부에 형성된 철근 삽입부(142);를 포함하여 구성된다.
여기서, 철근 삽입부(142)는, 철근(11)이 인입되도록, 기립판부(141)에 상하방향을 따라 형성된 인입공(142a); 인입된 철근(11)이 심부에 위치하도록 기립판부(141)의 인입공(142a) 하부에 형성된 삽입공(142b);을 포함하여 구성된다.
인입공(142a)의 하단의 폭(L1)에 비해 삽입공(142b)의 심부의 폭(L2)이 크게 형성된다.
즉, 전단연결재(140)로서 설치되는 기립판부(141)의 심부에 철근(11)의 삽입을 위한 삽입공(142b)을 형성하되, 철근(11)이 위에서 아래로 끼워지도록 인입공(142a)을 형성하고, 인입공(142a)의 하단의 폭(L1)에 비해 삽입공(142b)의 심부의 폭(L2)이 크게 형성되도록 한 것이다.
이는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 기립판부(141)의 삽입공(142b)에 철근(11)이 삽입되도록 하기 위하여, 인입공(142a)을 통해 철근(11)을 위에서 아래로 끼우기만 하면 되므로, 시공이 편리하다.
둘째, 기립판부(141)의 인입공(142a)의 하단의 폭(L1)에 비해 삽입공(142b)의 심부의 폭(L2)이 크게 형성됨에 따라, 삽입공(142b)에 위치한 철근(11)과 콘크리트의 결합체의 상향 인발이 방지되므로, 종래의 관통공 방식의 전단보강판에 비해 전단저항성능이 감소되지 않는다.
셋째, 본체판의 인입공(142a) 주위의 강판과 철근(11)의 강성이 서로 적절한 균형을 가짐에 따라, 철근의 파단 등에 의한 급격한 파괴(취성 파괴)가 발생하지 않으므로, 구조물이 파괴 이전 충분한 사전 징후가 나타남에 따라 피해를 줄일 수 있다(연성 파괴).
위 전단연결재(140)는 기본적으로, 기립판부(141)의 인입공(142a)의 하단의 폭(L1)에 비해 삽입공(142b)의 심부의 폭(L2)이 크게 형성됨에 따라, 삽입공(142b)에 위치한 철근(11)과 콘크리트의 결합체의 상향 인발이 방지되는 구조를 취한다.
이러한 효과를 더욱 안정적으로 얻기 위해서는, 인입공(142a)의 하단과 삽입공(142b)의 상단이 접하는 부위에 인발방지턱(142c)이 형성된 구조를 취하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 거더의 보강방법으로서, 가열철판을 이용한 긴장방법에 관한 실시예에 대하여 설명한다.
거더(10)의 최초 제조 시, 미리 거더(10)의 저면에 상술한 구조의 보강부재(100)를 설치한다.
철판(300)을 가열하여 팽창시키고, 그 팽창된 철판(300)을 보강부재(100)에 부착한다.(도 4)
여기서, 철판(300)의 중앙부의 온도가 가장자리부의 온도에 비해 높도록 철판(300)을 가열하는 것이 효율적인 긴장을 위하여 바람직하다.
부착이 완료된 후, 철판(300)이 냉각수축됨에 따라 거더(10)에 긴장력이 도입된다.(도 5)
거더(10)의 길이가 긴 경우, 철판(300)과의 견고한 부착을 위해서는, 거더(10)의 길이방향을 따라 간격을 두고 추가로 중간 보강부재(100a)가 설치되는 것이 바람직하다.
이는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 거더(10)의 최초 제조 시, 미리 거더(10)의 저면에 보강부재(100)(정착장치)를 설치하므로, 추후 보강작업 시 새로운 정착장치를 설치해야 하는 부담이 없다.
둘째, 보강부재(100)가 거더(10)의 저면에 설치되고, 최소한의 공간(돌출구조)을 차지하도록 하므로, 거더(10)의 다양한 사용상태에 대하여 적용이 용이하다.
셋째, 얇은 두께의 철판(300)을 가열하여 부착하는 것만으로 긴장 및 정착작업이 완료되므로, 시공성이 용이하고, 공간의 확보가 용이하다.
거더(10)의 최초 제조 당시 보강부재(100)의 결합공(111)에 볼트부재(130)를 결합해 두고, 장시간이 경과하여 보강이 필요한 시점에서, 볼트부재(130)를 보강부재(100)의 결합공(111)으로부터 분리한 후, 가열팽창된 철판(300)을 보강부재(100)에 부착할 때, 다시 볼트부재(130)를 철판(300)에 형성된 관통공(301)을 관통하여 너트부재(120)에 나사결합할 수 있다.
이 경우, 볼트부재(130)가 시간의 경과에 따라 부식될 수 있는데, 이와 같이 열화된 볼트부재(130)를 다시 사용한다는 단점이 있다.
이 문제를 해소하기 위해서는, 거더(10)의 최초 제조 당시 보강부재(100)의 결합공(111)에 합성수지 재질 등에 의한 임시폐쇄부재(150)를 결합해 두고, 거더의 보강이 필요한 시점에서, 임시폐쇄부재(150)를 보강부재(100)의 결합공(111)으로부터 분리한 후, 가열팽창된 철판(300)을 보강부재(100)에 부착할 때, 비로소 볼트부재(130)를 철판(300)에 형성된 관통공(301)을 관통하여 너트부재(120)에 나사결합하는 방식을 취하는 것이 바람직하다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10 : 거더 11 : 철근
20 : 솔플레이트 100 : 보강부재
110 : 본체판 111 : 결합공
120 : 너트부재 130 : 볼트부재
140 : 전단연결재 141 : 기립판부
142 : 철근 삽입부 150 : 임시폐쇄부재
200 : 정착부재 210 : 긴장재
300 : 철판 301 : 관통공

Claims (9)

  1. 저면이 하측으로 노출되도록, 상기 거더(10)의 양단 저면에 설치되는 솔플레이트(20)를 이용한 거더의 보강부재로서,
    저면이 하측으로 노출되도록, 상기 솔플레이트(20)의 내측으로 연장형성됨과 아울러, 심부에 결합공(111)이 형성된 본체판(110);
    상부가 상기 거더(10)에 매몰되고, 내부에 나사산이 형성되며, 하측 개구부가 상기 결합공(111)과 연통하도록, 상기 본체판(110)의 상면에 결합한 너트부재(120);
    상기 너트부재(120)에 나사결합하는 볼트부재(130);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 거더의 보강부재(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 너트부재(120)의 하단과 상기 본체판(110)의 결합부위(121)는 방수구조로 형성된 것을 특징으로 하는 거더의 보강부재(100).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 거더(10)의 폭방향을 기준으로, 상기 너트부재(120)는 상기 본체판(110)의 내측에 복수가 설치되고,
    상기 거더(10)와 상기 본체판(110)의 결합강도를 증대하기 위하여, 상기 너트부재(120)의 외측에 위치하도록, 상기 본체판(110)의 상면에 결합한 전단연결재(140);를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 거더의 보강부재(100).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전단연결재(140)는,
    상기 솔플레이트(20) 및 본체판(110)의 상면에 길이방향을 따라 기립구조로 설치된 기립판부(141);
    상기 거더(10)의 내부에 배근되는 철근(11)이 삽입되도록, 상기 기립판부(141)의 상부에 형성된 철근 삽입부(142);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 거더의 보강부재(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 보강부재(100)를 이용한 거더의 보강방법으로서,
    정착부재(200)를 상기 보강부재(100)에 부착하는 정착부재 부착단계;
    긴장재(210)를 긴장하고, 그 양단을 상기 정착부재(200)에 정착함으로써, 상기 거더(10)에 긴장력이 도입되도록 하는 긴장력 인가단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 거더의 보강방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 보강부재(100)를 이용한 거더의 보강방법으로서,
    철판(300)을 가열하여 팽창시키는 철판 가열단계;
    상기 팽창된 철판(300)의 양단을 상기 보강부재(100)에 부착하는 철판 부착단계;
    상기 철판(300)이 냉각수축됨에 따라 상기 거더(10)에 긴장력이 도입되도록 하는 긴장력 인가단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 거더의 보강방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 철판 가열단계는,
    상기 철판(300)의 중앙부의 온도가 가장자리부의 온도에 비해 높도록 상기 철판(300)을 가열하는 것을 특징으로 하는 거더의 보강방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 철판 부착단계는,
    상기 보강부재(100)의 결합공(111)에 미리 설치해 둔 상기 볼트부재(130)를 상기 결합공(111)으로부터 분리하는 단계;
    상기 팽창된 철판(300)을 상기 보강부재(100)에 부착할 때, 다시 상기 볼트부재(130)를 상기 철판(300)에 형성된 관통공(301)을 관통하여 상기 너트부재(120)에 나사결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열철판에 의한 거더의 보강방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 철판 부착단계는,
    상기 보강부재(100)의 결합공(111)에 미리 설치해 둔 상기 임시폐쇄부재(150)를 상기 결합공(111)으로부터 분리하는 단계;
    상기 팽창된 철판(300)을 상기 보강부재(100)에 부착할 때, 상기 볼트부재(130)를 상기 철판(300)에 형성된 관통공(301)을 관통하여 상기 너트부재(120)에 나사결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열철판에 의한 거더의 보강방법.
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