KR101688517B1 - 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법 - Google Patents
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Abstract
연속지점부인 교각에 주두부 거더를 서로 이격 거치하고, 거치된 주두부 거더에 측경간 및 중앙경간 플레이트 거더를 연결 시공함에 있어 시공단계에 따른 하중작용에 있어 효율적으로 프리스트레스 도입효과를 가질 수 있으며 가설벤트와 같은 가시설을 이용하지 않아 경제적이고 신속한 시공이 가능한 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법이 개시된다.
Description
본 발명은 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 연속지점부인 교각에 주두부 거더를 서로 이격 거치하고, 거치된 주두부 거더에 측경간 및 중앙경간 플레이트 거더를 연결 시공함에 있어 시공단계에 따른 하중작용에 있어 효율적으로 프리스트레스 도입효과를 가질 수 있으며 거더 시공에 있어 가시설을 이용하지 않아 경제적이고 신속한 시공이 가능한 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 종래 “시공단계에 따른 단면력을 고려한 보강구조를 가진 스플라이스 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 시공방법”의 순서도를 도시한 것이다.(대한민국 특허 제 10-0923409호)
즉, 교각이 위치하는 지점부의 지점부 거더(11)와 중앙경간 거더(12) 또는 측경간 거더(13)를 연결하여 스플라이스 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량을 시공하는 방법에 있어서,
도 1a와 같이 지점부 거더(11)에 가설 긴장재(10)를 배치하여 긴장함으로써 상기 지점부 거더(11)가 인양될 때 지점부거더(11)의 단면에 압축력이 도입되도록 하게 된다.
이로서 지점부 거더(11)를 인양할 때 하연에 인장력이 발생하지 않도록 하거나 또는 그 인장력의 크기를 줄여 콘크리트의 허용 인장력 이내가 되도록 하여 지점부 거더(11)의 인양 과정 중에 인장력으로 인한 균열이 발생하는 것을 예방할 수 있도록 한 것이다.
다음으로는 도 1b와 같이, 상기 지점부 거더(11)를 교각(20)에 중앙부가 지지되도록 거치하게 된다. 이때, 양 단부 저면에는 지반과의 사이에 가설벤트(21)를 설치하여 지점부 거더(11)가 안정적으로 거치된 상태에서 상부에는 일체로 합성된 바닥판(30)을 시공함에 있어 시공하중을 지지하도록 하게 된다.
이로서 지점부 거더와 바닥판의 자중에 의하여 지점부 거더(11)의 상연에서 인장력으로 그리고 지점부 거더(11)의 하연에서는 압축력으로 나타나게 된다.
이에 도 1b와 같이, 바닥판(30)에 압축력이 도입되도록 상기 지점부 거더(11)에 배치된 1차 긴장재를 긴장함으로써, 1차긴장력이 지점부 거더(11)에 도입되도록 하게 된다.
이로서 1차 긴장력에 의하여 지점부 거더(11)의 단면과 바닥판(30)에는 압축력이 작용하게 된다. 즉, 부모멘트 구간에서 바닥판(30)에 압축력이 도입되므로 바닥판(30)에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 바닥판에 의한 지점부 거더의 단면이 커지기 때문에 큰 긴장력을 도입할 수 있어 지점부에서 교량의 형고를 축소할 수 있게 된다.
다음으로는 지점부 거더(11)의 상부에 바닥판(30)을 설치하여 일체로 합성되면 가설긴장재(10)에 의한 긴장력을 해제시키게 된다.
이에 가설 긴장재(10)의 긴장에 의한 압축력이 해제되면서 바닥판에는 가설 장재(10)의 긴장해제에 따른 모멘트 효과로 인하여 1차 긴장재에 의한 압축력 이외의 추가적인 압축력이 도입되게 되어 지점부 바닥판의 균열을 억제하는데 매우 유리하게 된다.
다음으로는 도 1c와 같이 상기 지점부 거더(11)와 중앙경간 거더(12) 또는 측경간 거더(13)가 연결된 상태에서, 상기 거더들에 연속적으로 배치되어 있는 배치된 2차 긴장재(23)를 긴장하여 교축 방향으로 거더들 전체에 2차 긴장력을 가하게 된다.
이때 중앙경간 거더(12) 및 측경간 거더(13의 상부에는 아직 바닥판이 합성되어 있지 않은 비합성 상태에서 2차 긴장재(23)를 긴장하여 2차 긴장력을 도입하게 되므로, 압축력 도입이 불필요한 바닥판(중앙경간, 측경간)에는 긴장력이 도입되지 않게 되며, 그에 따라 긴장력 도입 효율이 좋아지게 되는 효과가 있다.
다음으로는 도 1c와 같이 2차 긴장력이 가해진 상태에서 중앙경간 거더(12) 및 측경간 거더(13)의 상부에 바닥판을 일체로 추가 합성한 후 포장, 도로 시설물 설치 등의 마무리 작업을 수행하여 교량을 완성한다.
이로서 거더들의 합성, 비합성 상태의 긴장재 도입 효율을 높일 수 있도록 하여 다경가 교량의 형고를 최소화시킬 수 있는 장점은 있으나, 지점부 거더 설치과정에서 가설벤트(21)를 설치함에 있어 현장여건에 따라서는 이러한 가설벤트(21) 설치가 어려운 경우에 지점부 거더 거치 자체가 어렵게 되어 적용에 한계가 있을 수 있게 된다.
또한, 2차 긴장재를 교량의 전경간에 걸쳐 긴장함에 있어 거더와 바닥판의 합성 및 비합성 상태에 의한 단면력을 효과적으로 이용한다는 장점은 있으나 거더들의 종방향 일체화를 위해 어쩔 수 없이 사용해야 한다는 것과 이로서 교량의 연장이 길어지게 되면 긴장재 사용량이 많아질 수밖에 없게 되고, 이에 따른 품질관리가 용이하지 않을 수 있다는 문제점이 있게 된다.
도 1d는 교량 상부구조인 강거더(40)를 철근콘크리트 구조물인 교량 하부구조로서 교각(20)에 강결시키는 예를 도시하고 있다.(대한민국 특허 제 10-1072259)
상기 강거더(40)는 교량 하부구조 상면에서 서로 종방향으로 연결된 상태로 연장 설치되고 있음을 알 수 있으며, 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지로 구성되어 있음을 알 수 있다.
이러한 강거더(40)는 엑스(X)자 형태의 강결부용 가로보(50)를 이용하여 횡방향으로 서로 구속되도록 하고 있음을 알 수 있다.
이에 상기 교량 하부구조 상면 공간, 바닥판(30) 하부공간 및 강거더(40)의 연결단부 측면공간에는 강결부콘크리트(60)에 의해 강결부가 형성되도록 하여 결국 교량 하부구조(20)와 상부 강거더(40)를 일체화시켜 강결시키고 있음을 알 수 있다.
이때 상기 강결부콘크리트(60)와 상부 강거더(40)의 일체화를 위해 일종의 전단연결재로써 관통홀이 형성된 유공강판 및 주철근(70)을 이용하고 있음을 알 수 있다.
결국 이러한 강거더나 PSC 거더는 교량 하부구조(20) 상면에서 부가적인 주철근, 유공강판 등을 이용하여 교량 하부구조(교각)와 거더가 콘크리트 타설에 의하여 합성시켜 강결시킬 수 있지만 거더와 교량 하부구조의 일체성 확보는 쉽지 않고, 특히 주두부 거더에 있어 적용은 달리 제시된 바가 없었다.
이에 본 발명은 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법에 있어서 교각에 캔틸레버 형태로 거치되는 주두부 거더 거치에 있어 달리 가설벤트가 필요 없이 안정적으로 거치되도록 하면서, 전 경간에 걸친 긴장재를 이용하지 않고서도 주두부 거더와 측경간, 중앙경간 거더를 서로 연속화 시킨 후, 바닥판을 일체로 타설 시공할 수 있어 경제적이고 효율적인 주두부거더와 긴장재를 이용한 연속교 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
또한 종방향으로 서로 연결되어 연속화된 주두부 거더, 측경간 및 중앙경간 거더들의 연속지점부에 발생하는 휨 부모멘트를 보다 효과적으로 제어하도록 하되 거더들의 단면을 최적화 시켜 제작비용 및 긴장재 도입 효율을 극대화 시킬 수 있는 주두부거더와 긴장재를 이용한 연속교 시공방법 제공을 해결하고자 하는 다른 기술적 과제로 한다.
또한, 주두부 거더와 측경간 및 중앙경간 거더들을 서로 연속화 시킴에 있어 시공성 및 안정성이 담보되어 효율적이며 신속한 시공이 가능한 주두부거더와 긴장재를 이용한 연속교 시공방법 제공을 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법은
(a) 영구긴장재인 1차 긴장재를 이용하여 하부플랜지와 양 측벽부로 이루어져 상부가 개방된 U형 단면의 주두부거더 상연에는 인장력, 하연에는 압축력이 도입시킨 주두부 거더를 준비하는 단계;(b) 상기 주두부 거더를 인양하여 자중에 의하여 상연에 발생된 압축력, 하연에 발생된 인장력이 1차 긴장재)에 의한 인장력과 압축력에 의하여 상쇄되도록 하면서, 교각 상부에 중앙 저면이 지지되도록 설치하는 단계;(c) 상기 주두부 거더를 교각에 연속지점부 콘크리트(C1)를 타설하여 강결(라멘화)시키는 단계;(d) 상기 교각에 강결된 주두부 거더의 양 단부에 인양된 측경간 및 중앙경간 거더를 연결시켜 거더들을 연속화시키는 단계;(e) 상기 거더들에 의하여 발생하는 연속지점부의 휨 부모멘트를 제어하기 위하여 주두부 거더에 설치된 하향 만곡되어 포물선 형태로 설치된 2차 긴장재를 주두부 거더의 양 단부에서 정착시켜 프리스트레스를 주두부 거더에 도입되도록 하는 단계; 및 (f) 상기 주두부 거더, 측경간 거더와 중앙경간 거더의 상부에 바닥판 콘크리트를 일체로 타설하여 바닥판을 시공하는 단계;를 포함하며,
상기 (d)단계에서, 상기 주두부 거더가 교각에 강결되어 캔틸레버 구조로 설치됨에 있어 거더들의 연속화로 인하여 연속지점부에는 휨 부모멘트가 발생하고 측경간 거더 및 중앙경간 거더에는 휨 정모멘트가 발생하되, 연속지점부의 휨 부모멘트보다 휨 정모멘트의 크기는 상대적으로 작게 형성됨에 따라, 측경간 거더와 중앙경간 거더는 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 포함하는 I형 단면의 강거거더를 이용하고,
상기 (e)단계에서, 주두부 거더, 측경간 거더 및 중앙경간 거더 전체 연장길이에 걸쳐 2차 긴장재를 배치하지 않으면서도, 상기 2차 긴장재에 의한 주두부 거더의 프리스트레스를 이용하여 주두부 거더의 상연에는 압축력, 하연에는 인장력을 도입하여 상기 휨 부모멘트에 저항할 수 있도록 함과 더불어, 상기 2차 긴장재를 통한 휨 부모멘트 제어에 의하여 측경간 거더 및 중앙경간 거더 중앙부들에 발생되는 휨 정모멘트도 함께 제어할 수 있도록 하게 된다.
상기 (d)단계에서, 상기 주두부 거더가 교각에 강결되어 캔틸레버 구조로 설치됨에 있어 거더들의 연속화로 인하여 연속지점부에는 휨 부모멘트가 발생하고 측경간 거더 및 중앙경간 거더에는 휨 정모멘트가 발생하되, 연속지점부의 휨 부모멘트보다 휨 정모멘트의 크기는 상대적으로 작게 형성됨에 따라, 측경간 거더와 중앙경간 거더는 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 포함하는 I형 단면의 강거거더를 이용하고,
상기 (e)단계에서, 주두부 거더, 측경간 거더 및 중앙경간 거더 전체 연장길이에 걸쳐 2차 긴장재를 배치하지 않으면서도, 상기 2차 긴장재에 의한 주두부 거더의 프리스트레스를 이용하여 주두부 거더의 상연에는 압축력, 하연에는 인장력을 도입하여 상기 휨 부모멘트에 저항할 수 있도록 함과 더불어, 상기 2차 긴장재를 통한 휨 부모멘트 제어에 의하여 측경간 거더 및 중앙경간 거더 중앙부들에 발생되는 휨 정모멘트도 함께 제어할 수 있도록 하게 된다.
본 발명은 주두부거더와 긴장재를 이용한 연속교 시공방법에 있어 거더들의 단면을 지점부에서는 U형 단면으로, 측경간과 중앙경간에서는 합성 플레이트거더 단면으로 형성된 것을 이용하여 서로 연속화시켜 단면을 최적화 시킬 수 있어 보다 경제적인 거더들 제작이 가능하며, 연속지점부에 발생하는 휨 부보멘트에 대한 저항성능을 높일 수 있어 연속교 시공 효율성이 증진된다.
또한 주두부 거더 설치를 위한 가설벤트를 사용하지 않도록 함으로서 교량 가설비용을 절감할 수 있어 경제적인 주두부거더와 긴장재를 이용한 연속교 시공방법 제공이 가능하게 된다.
또한 연속화된 거더들에 종방향 프리스트레스 도입에 따른 긴장재 사용량을 최소화시킬 수 있으면서도 교량의 연속화에 따른 연속 지점부의 휨 부모멘트 제어의 시공성이 증진되어 보다 효율적인 주두부거더와 긴장재를 이용한 연속교 시공방법 제공이 가능하게 된다.
또한 본 발명의 측경간 및 중앙경간 거더는 2차 긴장재를 설치하지 않고 연속화될 수 있으며, 주두부 거더는 교각과 강결되어 라멘화 구조가 되므로 달리 교량받침을 사용하지 않아 보다 효율적이고 경제적인 주두부거더와 긴장재를 이용한 연속교 시공방법 제공이 가능하게 된다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 종래 스플라이스 프리스트레스트 콘크리트 거더 교량의 시공방법 예시도,
도 1d는 종래 강거더와 교량하부구조의 강결구성도,
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 주두부 거더, 측경간 및 중앙경간 거더의 구성사시도, 교각과의 연결구성도를 도시한 것이다.
도 2d 및 도 2e는 본 발명의 주두부 거더와 교각의 강결구성도,
도 3은 본 발명의 주두부 거더와 측경간 및 중앙경간 거더의 연결 구성도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법 순서도이다.
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도 2d 및 도 2e는 본 발명의 주두부 거더와 교각의 강결구성도,
도 3은 본 발명의 주두부 거더와 측경간 및 중앙경간 거더의 연결 구성도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법 순서도이다.
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.
[ 주두부 거더(100), 측경간 거더(200) 및 중앙경간 거더(300)]
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 주두부 거더(100), 측경간 거더(200), 중앙경간 거더(300)의 구성사시도 및 교각(410)과의 연결구성도를 각각 도시한 것이다.
먼저 도 2a와 같이, 주두부 거더(100)는 U형 단면으로 형성된 것을 이용하고 있음을 알 수 있다.
이에 상기 주두부 거더(100)는 하부플랜지(110)와 양 측벽부(120)로 이루어져 상부가 개방되어 있으며, 1차 긴장재(140)가 양 측벽부 내부에 길이방향으로 상향 만곡되어 포물선 형태로 배치되어 있어 프리스트레스가 도입된다.
또한 상기 하부플랜지(110)에는 교각(410)의 상면으로부터 상방으로 연장 돌출되는 수직지점부철근(411)이 관통하여 양 측벽부(120) 내부로 연장될 수 있도록 수직관통홀(150)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
또한 양 측벽부(120)에는 교각(410)의 상면에서 수평으로 횡방향으로 관통하는 수평지점부철근(412)이 관통하여 교각(410) 상면에 거치된 주두부 거더(100)를 횡방향으로 연결시킬 수 있도록 수평관통홀(160)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
이에 주두부 거더(100)는 도 2c와 같이 교각(410)에 중앙 저면이 지지되도록 하는 캔틸레버 구조로 설치되는데 이는 주두부 거더(100)의 양 단부가 연속지점부로부터 벗어나 후술되는 측경간 거더(200)와 중앙경간 거더(300)와 연결되도록 하기 위함이다. 즉 거더들의 연결부위가 연속지점부로부터 벗어날 수 있도록 하여 연속지점부에 작용하는 휨 부모멘트 영향을 작게 받도록 한 것이다.
이에 도 2a를 참조하면 주두부 거더(100)의 중앙부 단면높이는 양 단부로 갈수록 작아지는 변단면 형태로 형성되고 있음을 알 수 있고 U형 단면이므로 연속지점부에 발생하는 휨 부모멘트에 대한 휨 강성 확보에 유리한 형태로 형성시키고 있음을 알 수 있다.
이러한 주두부 거더(100)의 중앙 저면은 교각(410)에 지지되어 연속지점부 콘크리트(C1)에 의하여 교각(410)에 주두부 거더(100)가 강결(라멘화)시키게 된다.
즉 교각(410)에 주두부 거더(100)가 캔틸레버 구조로 설치됨에 있어 양 단부에 측경간 거더(200) 및 중앙경간 거더(300)가 연결되면 거더들의 연속화로 인하여 연속지점부에는 휨 부모멘트가 발생하고 측경간 거더(200) 및 중앙경간 거더(300)에는 휨 정모멘트가 발생하는 데 연속지점부의 휨 부모멘트보다 휨 정모멘트의 크기는 상대적으로 작게 된다.
이에 본 발명은 측경간 거더(200) 및 중앙경간 거더(300)를 주두부 거더(100)와 달리 U형 단면이 아닌 합성 플레이트거더로 제작된 것을 이용하게 된다.
즉, 도 2b와 같이, 상기 측경간 거더(200)는 교대(420)에 일측이 교량받침에 의하여 지지되도록 하면서 타측이 교각(410)에 강결된 주두부 거더(100)의 일측과 연결되는 합성 플레이트거더로서 상부플랜지(210), 복부(220) 및 하부플랜지(230)를 포함하는 I형 단면의 강거거더를 이용하되, 양 단부를 제외한 중앙부의 상부플랜지에는 상부플랜지 횡방향 폭과 동일한 횡방향 폭을 가진 합성블록(240)을 일체로 형성시킨 후, 합성블록(240)을 추후 바닥판 콘크리트 타설에 의한 합성에 의하여 2중 합성 구조로 일체화시키는 방식으로 단면강성을 충분히 확보하면서 강재 절감이 가능하도록 하고 있음을 알 수 있다.
나아가 측경간 거더(200)의 타측 단부는 주두부 거더(100)의 일측에 서로 도 2c와 같이 스플라이스 연결이 되도록 강재가 노출되도록 하고 있으며, 이에 주두부 거더(100)의 양 단부에는 스플라이스 연결을 위한 연결빔(170)을 형성시키고, 연결빔이 측경간 거더(200)의 단부가 서로 연결되도록 하게 된다. 이는 후술하기로 한다.
다음으로 상기 중앙경간 거더(300)는 도 2b와 같이, 교각(410)과 교각(410) 사이에 양 단부가 주두부 거더(100)의 단부 연결되도록 설치되는 합성 플레이트거더로서 앞서 살펴본 측경간 거더(200)의 동일한 것을 이용하게 된다.
이에 역시 상부플랜지(310), 복부(320) 및 하부플랜지(330)를 포함하는 I형 단면의 강거거더를 이용하되, 양 단부를 제외한 중앙부의 상부플랜지에는 역시 상부플랜지 횡방향 폭과 동일한 횡방향 폭을 가진 합성블록(340)을 일체로 형성시킨 후, 형성시킨 후, 합성블록(340)을 추후 바닥판 콘크리트 타설에 의한 합성에 의하여 2중 합성 구조로 일체화시키는 방식으로 단면강성을 충분히 확보하면서 강재 절감이 가능하도록 하고 있음을 알 수 있다.
나아가 역시 중앙경간 거더(300)의 양 단부도 주두부 거더(100)의 일측과 타측에 서로 스플라이스 연결이 되도록 강재가 노출되도록 하고 있으며, 이에 주두부 거더(100)에는 스플라이스 연결을 위한 연결빔(170)을 형성시키고, 연결빔(170)과 중앙경간 거더(200)의 단부가 서로 연결되도록 하게 된다.
이때 상기 단부들은 단차(A)를 단부에 형성시켜 인양 중 스플라이스 연결이 가능하도록 하게 된다.
[ 주두부거더(100)와 교각(410)의 강결(라멘화)방법]
도 2d 및 도 2e는 주두부거더(100)와 교각(410)의 강결방법을 도시한 것이다.
즉, 본 발명의 주두부 거더(100)는 교각(410)에 강결되도록 시공한 후, 측경간 거더(200)와 중앙경간 거더(300)를 서로 스플라이스 연결에 의하여 연속화시키게 되는데 주두부 거더(100)는 교각(410) 캔틸레버 구조로 설치되므로 안정성 확보도 중요하게 된다.
이에 본 발명은 주두부 거더(100)는 교각(410) 캔틸레버 구조로 설치되도록 함에 있어서 서로를 강결시켜 안정성을 충분히 확보할 수 있도록 하게 된다. 이는 결국 일종의 라멘화 구조로도 볼 수 있다.
즉, 도 2d와 같이, 교각(410)의 상면에는 상방으로 연장 돌출되는 수직지점부철근(411)이 형성되어 있고, 주두부 거더(100)의 하부플랜지(110)에는 수직관통홀(150)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
이에 수직관통홀(150)에 수직지점부철근(411)이 관통되어 양 측벽부(120) 내부로 연장되도록 하게 됨을 알 수 있으며,
도 2e와 같이 주두부 거더(100)의 양 측벽부(120)에 형성된 수평관통홀(160)이 형성되어 교각(410)의 상부에서 수평지점부철근(412)이 관통하여 교각(410) 상면에 거치된 주두부 거더(100)들이 횡방향으로 연결시킬 수 있도록 하고 있음을 알 수 있다.
나아가 상기 수평지점부철근(412)들은 주두부 거더(100) 내부로 연장되지 않도록 형성된 교각(410) 상면의 수직지점부철근(411)들과 결속시키게 된다.
이에 상기 수직지점부철근(411)과 수평지점부철근(412)이 교각(410) 상면에 거치된 주두부 거더(100) 각각을 관통하도록 한 상태에서, 거푸집(미도시)을 이용하여 연속지점부 콘크리트(C1)에 의하여 교각(410)에 주두부 거더(100) 모두가 강결되도록 하고 있음을 알 수 있다.
[ 교각에 강결된 주두부거더와 측경간 거더(200) 및 중앙경간 거더(300)의 연결]
도 3은 주두부 거더(100)와 측경간(200), 중앙경간 거더(300)의 연결예시도를 도시한 것이다.
상기 주두부 거더(100)는 다경간 교량(연속교)의 연속지점부의 교각(410) 상면에 강결되도록 시공되므로 별도의 가시설 없이 안정적인 캔틸레버 구조로 시공되어 있으며, 다경간 교량에 있어 연속지점부에 발생하는 휨 부모멘트에 충분히 저항하도록 시공되어야 한다.
이러한 휨 부모멘트는 주두부 거더(100)에 플레이트 거더인 측경간,중앙경간 거더(200,300)를 연결하게 되어 발생되는데 앞서 살펴본 것 같이 본 발명의 측경간, 중앙경간 거더(200,300)는 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 포함하는 I형 단면의 강재거더를 이용하되 합성블록(240,340)을 서로 일체화시키는 방식으로 단면강성을 충분히 확보하면서 강재 절감이 가능하도록 하는 합성 플레이트거더를 이용하고 있다.
이에 U형 중공거더인 주두부 거더(100)는 합성 플레이트거더인 측경간, 중앙경간 거더(200,300)와 직접 연결될 수 없어 연결빔(170)을 이용하게 된다.
도 3에 의하면 상기 연결빔(170)은 미리 주두부 거더(100)의 연결단부에 수평으로 돌출되어 노출되도록 매입시키게 된다. 이러한 연결빔(170)은 플레이트 거더(200)의 단면형상과 동일한 것을 이용하면 되는데 달리 제한될 이유는 없다.
이로서 주두부 거더(100)의 양 단부는 도 2a와 같이 U형 단면이 아닌 구체 콘크리트로 형태로 형성되도록 함을 알 수 있다.
도 3에서는 주두부 거더(100)의 연결단부에 일측이 매입되어 있고, 타측은 노출되도록 하되 단차(A)가 형성되어 합성 플레이트거더인 측경간,중앙경간 거더(200,300)가 상방에서 하방으로 걸쳐지면서 안착(초기 세팅)될 수 있도록 하고 있음을 알 수 있다.
이에 상기 단차(A)에 의하여 합성 플레이트거더인 측경간,중앙경간 거더(200,300)와 주경간 거더(100)의 연결빔(170)은 서로 스플라이스 연결방법을 채택하는데 이는 간단한 스플라이스용 덧댐판과 연결볼트를 이용하게 된다.
나아가 주두부 거더(100)는 1차 긴장재(140)와 2차 긴장재(180)가 내부에 배치되어 있으며 양 단부면에서 긴장 후 정착되는데 시공도 용이하고, 단차를 이용하므로 안정적이고 연결빔(170)은 긴장재들(140,180)의 긴장 및 정착에 의한 국부응력 저항에도 매우 효과적이게 된다. 이에 상기 1차, 2차 긴장재(140,180)는 연속지점부에서만 거더들에 프리스트레스를 도입시킨다는 의미에서 연속지점부 긴장재로 지칭하게 된다.
[ 주두부거더와 긴장재를 이용한 연속교 시공방법]
도 4a 및 도 4b는 주두부거더(100)와 긴장재를 이용한 연속교 시공방법의 순서도를 도시한 것이다.
먼저, 도 4a와 같이 주두부 거더(100)는 개구 중공박스 거더로서 이미 제작된 것을 교각(410, 연속지점부) 상면에 인양하여 거치되도록 준비하게 된다.
이러한 주두부 거더(100)에는 중립축 상부로 상향 만곡되도록 포물선 배치된 1차 긴장재(140)가 미리 배치되어 있어 1차 긴장재(140)를 긴장 후 주두부 거더(100) 단부면에서 정착시켜 상연(중립축 상부)에는 인장력, 하연(중립축 하부)에는 압축력이 도입되게 된다. 이러한 1차 긴장재(140)는 영구긴장재이다.
상기 교각(410)은 연속지점부를 의미하는 것으로서 다경간 교량에서는 다수개가 종방향으로 이격 시공되며 2개 이상이 설치된다.
또한 교대(420)가 교량 시점 및 종점부에 시공되어 결국 교대(420)와 교각(410) 사이는 측경간부가 되며 교각과 교각 사이는 중앙경간부가 된다.
이에 도 2a와 같이 크레인등과 같은 인양장치로 주두부 거더(100)의 양 단부를 걸어 인양하게 되면 자중에 의하여 상연(중립축 상부)에는 압축력, 하연(중립축 하부)에는 인장력이 도입되므로 1차 긴장재(140)에 의한 인장력과 압축력이 상쇄되도록 하여 주두부 거더(100)의 단면을 최적화 시킬 수 있도록 하고 있음을 알 수 있다.
이러한 주두부 거더(100)는 교각(410) 상부에 중앙 저면이 지지되면서 캔틸레버 구조로 시공되며, 이로서 주두부 거더(100)의 양 단부에서 측경간 및 중앙경간 거더(200,300)가 연결되도록 하되, 주두부 거더(100)를 교각(410)에 먼저 강결시키게 된다.
이는 도 2b와 같이 교각(410)에 미리 형성시킨 수직지점부철근(411)과 수평지점부철근(412)이 교각(410) 상면에 거치된 주두부 거더(100) 각각을 관통하도록 한 상태에서, 거푸집(미도시)을 이용하여 연속지점부 콘크리트(C1)에 의하여 교각(410)에 주두부 거더(100) 모두가 강결되도록 하게 된다.
이에 본 발명은 캔틸레버 구조의 주두부 거더(100)를 별도의 가설벤트 없이 거치하도록 하고 있음을 알 수 있다.
다음으로는 도 4a 및 도 4b와 같이, 합성 플레이트거더인 측경간 거더(200)와 중강경간 거더(300)를 주두부 거더(100)와 연결시켜 거더들을 연속화 시키게 된다.
이러한 연속화는 주두부 거더(100)의 양 단부에 노출된 연결빔(170)과 측경간 거더(200)와 중강경간 거더(300)의 단부에 노출된 강재거더를 스플라이스 연결 방식으로 간단하게 단차(A)를 이용하여 연결시키게 된다.
이에 연속화된 주경간 거더(100), 측경간 거더(200) 및 중앙경간 거더(300)는 서로 연결되어 연속화 됨으로서 교각(410)이 형성된 연속지점부들에는 휨 부모멘트가 발생하고 측경간 거더(200) 및 중앙경간 거더(300) 중앙부들에는 휨 정모멘트가 발생하게 된다.
이에 상기 휨 부모멘트를 제어하기 위하여 본 발명은 도 4b와 같이 주두부 거더(100)에 설치된 하향 만곡되어 포물선 형태로 설치된 2차 긴장재(180)를 이용하게 되며, 이를 통한 프리스트레스를 이용하여 주두부 거더(100)의 상연에는 압축력, 하연에는 인장력을 도입하여 상기 휨 부모멘트를 보다 효과적으로 저항할 수 있도록 하되, 종래와 달리 연속화된 거더들 전체 연장길이에 걸쳐 2차 긴장재를 배치하지 않아 긴장재 작업 효율성이 극대화 될 수 있게 된다.
또한 상기 2차 긴장재(180)를 통한 휨 부모멘트 제어에 의하여 측경간 거더(200) 및 중앙경간 거더(300) 중앙부들에 발생되는 휨 정모멘트도 함께 제어되므로 합성 플레이트거더의 단면강성에 의하여 상기 휨 정모멘트도 용이하게 제어할 수 있어 거더들의 단면을 최적화 시킬 수 있게 된다.
다음으로는 서로 연석화된 주두부 거더(100)의 상면, 측경간 및 중앙경간 거더(200,300) 상면에 바닥판 콘크리트(C2)를 타설하여 교량의 바닥판을 일체로 형성시켜 신속한 바닥판 시공이 가능하도록 하게 된다.
이로서 주두부 거더(100) 상면에는 바닥판이 일체로 형성되며, 측경간 거더와 중앙경간 거더는 합성블록과 바닥판이 일체화되는 2중합성 구조로 형성됨을 알 수 있다.
나아가 본 발명은 가설벤트를 사용하지 않고서 주두부 거더를 시공하게 되며, 측경간 및 중앙경간 거더는 2차 긴장재를 설치하지 않고 연속화될 수 있으며, 주두부 거더는 교각과 강결되어 라멘화 구조가 되므로 달리 교량받침을 사용하지 않아 보다 효율적이고 경제적인 연속교 시공이 가능하게 됨을 알 수 있다.
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: 주두부 거더
110: 하부플랜지 120: 양 측벽부
140: 1차 긴장재
150: 수직관통홀 160; 수평관통홀
170: 연결빔 180: 2차 긴장재
200: 측경간 거더 210: 상부플랜지
220: 복부 230: 하부플랜지
240: 합성블록
300: 중앙경간 거더 310: 상부플랜지
320: 복부 330: 하부플랜지
340: 합성블록
410: 교각 411: 수직지점부철근
412: 수평지점부철근 420: 교대
C1: 연속지점부 콘크리트
C2: 바닥판 콘크리트
110: 하부플랜지 120: 양 측벽부
140: 1차 긴장재
150: 수직관통홀 160; 수평관통홀
170: 연결빔 180: 2차 긴장재
200: 측경간 거더 210: 상부플랜지
220: 복부 230: 하부플랜지
240: 합성블록
300: 중앙경간 거더 310: 상부플랜지
320: 복부 330: 하부플랜지
340: 합성블록
410: 교각 411: 수직지점부철근
412: 수평지점부철근 420: 교대
C1: 연속지점부 콘크리트
C2: 바닥판 콘크리트
Claims (10)
- (a) 영구긴장재인 1차 긴장재(140)를 이용하여 하부플랜지(110)와 양 측벽부(120)로 이루어져 상부가 개방된 U형 단면의 주두부거더(100) 상연에는 인장력, 하연에는 압축력이 도입시킨 주두부 거더(100)를 준비하는 단계;
(b) 상기 주두부 거더(100)를 인양하여 자중에 의하여 상연에 발생된 압축력, 하연에 발생된 인장력이 1차 긴장재(140)에 의한 인장력과 압축력에 의하여 상쇄되도록 하면서, 교각(410) 상부에 중앙 저면이 지지되도록 설치하는 단계;
(c) 상기 주두부 거더(100)를 교각(410)에 연속지점부 콘크리트(C1)를 타설하여 강결(라멘화)시키는 단계;
(d) 상기 교각(410)에 강결된 주두부 거더(100)의 양 단부에 인양된 측경간 및 중앙경간 거더(200,300)를 연결시켜 거더들(100,200,300)을 연속화시키는 단계;
(e) 상기 거더들(100,200,300)에 의하여 발생하는 연속지점부의 휨 부모멘트를 제어하기 위하여 주두부 거더(100)에 설치된 하향 만곡되어 포물선 형태로 설치된 2차 긴장재(180)를 주두부 거더(100)의 양 단부에서 정착시켜 프리스트레스를 주두부 거더(100)에 도입되도록 하는 단계; 및
(f) 상기 주두부 거더(100), 측경간 거더(200)와 중앙경간 거더(300)의 상부에 바닥판 콘크리트를 일체로 타설하여 바닥판을 시공하는 단계;를 포함하며,
상기 (d)단계에서, 상기 주두부 거더(100)가 교각에 강결되어 캔틸레버 구조로 설치됨에 있어 거더들의 연속화로 인하여 연속지점부에는 휨 부모멘트가 발생하고 측경간 거더(200) 및 중앙경간 거더(300)에는 휨 정모멘트가 발생하되, 연속지점부의 휨 부모멘트보다 휨 정모멘트의 크기는 상대적으로 작게 형성됨에 따라, 측경간 거더(200)와 중앙경간 거더(300)는 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 포함하는 I형 단면의 강거거더를 이용하고,
상기 (e)단계에서, 주두부 거더(100), 측경간 거더(200) 및 중앙경간 거더(300) 전체 연장길이에 걸쳐 2차 긴장재를 배치하지 않으면서도, 상기 2차 긴장재(180)에 의한 주두부 거더(100)의 프리스트레스를 이용하여 주두부 거더(100)의 상연에는 압축력, 하연에는 인장력을 도입하여 상기 휨 부모멘트에 저항할 수 있도록 함과 더불어, 상기 2차 긴장재(180)를 통한 휨 부모멘트 제어에 의하여 측경간 거더(200) 및 중앙경간 거더(300) 중앙부들에 발생되는 휨 정모멘트도 함께 제어할 수 있도록 하는 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법. - 제 1항에 있어서,
상기 (a) 단계의 주두부 거더(100)는 하부플랜지(110)와 양 측벽부(120)로 이루어져 상부가 개방된 U형 단면으로 형성된 것으로서 1차 긴장재(140)가 양 측벽부 내부에 길이방향으로 상향 만곡되어 포물선 형태로 배치된 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법. - 제 2항에 있어서,
상기 주두부 거더(100)의 양 단부에는 스플라이스 연결을 위한 연결빔(170)을 더 형성시키고, 연결빔(170)이 (d) 단계에서, 측경간 거더(200)와 중앙경간 거더(300)의 단부가 서로 스플라이스 연결되도록 하고, 상기 거더들의 스플라이스 연결은 단차(A)에 의하여 서로 세팅된 상태에서 스플라이스 연결되도록 하는 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법. - 제 3항에 있어서,
상기 연결빔(170)은 미리 주두부 거더(100)의 연결단부에 수평으로 돌출되어 노출되도록 매입되도록 주두부 거더(100)의 단부는 구체 콘크리트로 형태로 형성되어 연결빔(170)의 일측이 매입되도록 하는 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법. - 제 4항에 있어서,
상기 측경간 거더(200)는 상부플랜지(210), 복부(220) 및 하부플랜지(230)를 포함하는 I형 단면의 강거거더를 이용하되, 양 단부를 제외한 중앙부의 상부플랜지에는 상부플랜지 횡방향 폭과 동일한 횡방향 폭을 가진 합성블록(240)을 일체로 형성시킨 후, 상기 합성블록(240)이 바닥판 콘크리트 타설에 의한 합성에 의하여 2중 합성 구조로 일체화시키는 방식으로 시공되도록 하는 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법. - 제 4항에 있어서,
상기 중앙경간 거더(300)는 상부플랜지(310), 복부(320) 및 하부플랜지(330)를 포함하는 I형 단면의 강거거더를 이용하되, 양 단부를 제외한 중앙부의 상부플랜지에는 상부플랜지 횡방향 폭과 동일한 횡방향 폭을 가진 합성블록(340)을 일체로 형성시킨 후, 상기 합성블록(340)이 바닥판 콘크리트 타설에 의한 합성에 의하여 2중 합성 구조로 일체화시키는 방식으로 시공되도록 하는 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법. - 제 1항에 있어서,
상기 (c) 단계의 강결은
(c-1) 교각(410)의 상면에는 상방으로 연장 돌출되는 수직지점부철근(411)이 주두부 거더(100)의 하부플랜지(110)에 형성된 수직관통홀(150)을 관통하여 양 측벽부(120) 내부로 연장되도록 하는 단계; 및
(c-3) 상기 수직지점부철근(411)이 매립되도록 거푸집을 이용하여 연속지점부 콘크리트(C1)에 의하여 교각(410)에 주두부 거더(100)가 강결되도록 하는 단계;를 포함하여 이루어지는 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법. - 제 7항에 있어서,
상기 (c-1) 단계 및 (c-3) 단계 사이에는
(c-2) 주두부 거더(100)의 양 측벽부(120)에 형성된 수평관통홀(160)에 수평지점부철근(412)이 관통하여 교각(410) 상면에 거치된 주두부 거더(100)들이 횡방향으로 연결시킬 수 있도록 하는 단계를 더 포함하여,
상기 수평지점부철근(412)과 수직지점부철근(411)이 연속지점부 콘크리트(C1)에 매립되도록 하는 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 (e) 단계에서의 주두부 거더(100)는 1차 긴장재(140)와 2차 긴장재(180)가 주두부 거더(100)의 양 단부면에서 긴장 후 정착되어도 연결빔(170)이 1차 및 2차 긴장재들(140,180)의 긴장 및 정착에 의한 국부응력 저항할 수 있도록 하는 주두부거더와 연속지점부 긴장재를 이용한 연속교 시공방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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