KR100466430B1 - 교량의 내하력 증진을 위하여 교량 하부 구조물인 교각을서로 연결한 교각 연결보 및 이의 설치방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 교량의 하부 구조물인 교각을 상호 연결하여 교량이 수평내하력 및 기둥의 비탄성적 파괴를 방지하면서 외부의 충격 및 진동에 효과적으로 대응하면서 내진 성능을 강화할 수 있도록 하여 궁극적으로 교량 전체의 내하력을 증진시킬 수 있도록 하는 교량의 내하력 증진을 위하여 교량 하부 구조물인 교각을 서로 연결한 교량 연결보 및 이의 설치방법에 관한 것으로서,

교량 하부 구조물인 교각의 일정높이에 대하여 철근의 피복두께에 해당하는 콘크리트를 일정폭을 갖게 제거하여 철근이 외부로 노출되도록 한 후에 노출된 철근에 띠철근을 용접 부착하고 상기 띠철근과 연결된 교각의 축방향으로 상하방향 철근 또는 강연선을 조립설치하고, 상기 방법으로 준비된 인접한 교각과 세로철근 또는 강연선과 가로철근 또는 강연선으로 상호 연결하여 철근 또는 강연선을 배근한 후에 그 외부에 거푸집을 설치하고 폴리머 몰탈을 타설양생하여 교각 연결보를 설치하는 것이다.

Description

교량의 내하력 증진을 위하여 교량 하부 구조물인 교각을 서로 연결한 교각 연결보 및 이의 설치방법{Pier coupling girder connecting piers of a bridge to increase resistance force in a bridge and installing method thereof}

본 발명은 슬래브 교량 및 거더 교량등과 같은 일반적인 교량의 하부 구조물인 교각을 상호 연결하여 교량이 수평 내하력 및 기둥의 비탄성적 파괴를 방지하면서 외부의 충격 및 진동에 효과적으로 대응하고 내진 성능을 증진시킬 수 있도록 하여 궁극적으로 교량 전체의 내하력을 강화시킬 수 있도록 하는 교량의 내하력 증진을 위하여 교량 하부 구조물인 교각을 서로 연결한 교량 연결보 및 이의 설치방법에 관한 것으로서,

교량 하부 구조물인 교각의 일정높이에 대하여 일정폭을 갖게 교각철근의 피복을 형성하고 있는 콘크리트를 제거하여 철근이 외부로 노출되도록 한 후에 노출된 철근에 띠철근을 용접 부착하고 상기 띠철근과 연결하여 교각의 축방향으로 상하방향 철근 또는 강연선을 조립설치하고, 상기 방법으로 준비된 인접한 교각과 세로철근 또는 강연선과 가로철근 또는 강연선으로 상호 연결하여 철근 또는 강연선을 배근한 후에 그 외부에 거푸집을 설치하고 폴리머 몰탈을 타설양생하여 교각 연결보를 형성하는 것이다.

본 발명의 목적은 기존 교량이 노후되거나 교량의 지지하중이 초과되어 수평력 및 기둥에 발생하는 비탄성적인 손상을 방지하기 위하여 인접한 교각과 상호 철근 또는 강연선으로 연결한 교각 연결보를 설치하여 교각에 발생하는 수평력에 저항하면서 교각에 발생하는 비탄성적인 손상을 방지하고 외부의 충격 및 진동에 효과적으로 대응하면서 지진에도 견딜수 있게 내진성능을 개선하도록 하는 교각 연결보 설치방법에 관한 것을 제공하기 위함이다.

종래에는 교량의 내하력을 증진시키기 위하여 적용하는 방법으로는 교각의 단면을 확대하는 공법이나 교각 주위에 탄소섬유를 수지를 이용하여 부착하는 시공방법을 사용하거나 또는 판넬을 에폭시를 이용하거나 또는 앵커를 이용하여 교각의 단면을 확대하여 교량을 보수보강하여 교량의 하중 지지력을 증강 시키는 방법을 사용하여 왔으나, 단면확대 공법의 경우 교각의 전길이에 대하여 치핑을 하면서 철근 또는 강재를 설치하고 거푸집을 설치하여 콘크리트를 타설양생하는 복잡한 세부 공사과정을 거쳐야만 진행이 가능하며 탄소섬유를 교각 주위에 부착하는 경우에는 수지에 의한 부착으로 인하여 외부의 기후차이에 매우 민감하게 작용하여 시간이 흐르면서 수지의 접착력이 저하되어 교각으로부터 탄소섬유가 박리되어 원하는 교각의 보수보강 목적을 달성하기가 매우 어려우며, 판넬을 부착하는 경우에도 교각에 앵커 볼트를 삽입하기 위한 천공을 하게되어 교각에 손상을 주게되며 수지를 이용하여 부착하는 경우에는 상기의 탄소섬유 부착공법과 마찬가지로 기온차이에 의하여 판넬이 분리되어 소기의 목적을 달성하는데 매우 많은 문제점이 상존하여 왔다.

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 제안된 것으로서, 기존 교량의 교각과 교각을 철근 또는 강연선으로 일체화되게 연결하여 폴리머 몰탈을 타설양생한 교각 연결보를 설치하여 교각의 수평내하력 및 교각 중간부에서 발생가능성이 있는 비탄성적 파괴를 방지하며, 외부 충격과 진동 및 지진에 대응하면서 교량의 내하력을 증강시키는 것으로서 인근의 교각끼리 철근 또는 강연선을 이용하여 서로 연결하고 폴리머 몰탈을 타설양생하는 작업을 하면 간단히 교량의 내하력 및 강성을 증진시킬 수 있는 매우 경제적이면서 효율성이 뛰어난 설치방법을 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 교각 연결보를 교각에 설치한 것을 보여주는 도면.

도 2는 본 발명인 교각 연결보의 평면을 보여주는 평면도.

도 3은 본 발명인 교각 연결보의 단면을 보여주는 단면도.

도 4는 본 발명의 교각 연결보를 교각에 설치하지 않았을 때 교각에 작용하는 모멘트도.

도 5는 본 발명의 교각 연결보를 교각에 설치하였을 때 교각에 작용하는 모멘트도.

도 6은 본 발명의 교각 연결보가 교각의 상부에 설치된 것을 보여주는 도면.

도 7은 본 발명의 교각 연결보가 교각의 하부에 설치된 것을 보여주는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10... 교량 20... 교각

21... 변곡점 22... 정모멘트

23... 부모멘트

30... 교각 연결보 31... 띠철근

32... 가로 철근 또는 강연선 33... 거푸집

34... 세로 철근 또는 강연선 35... 상하방향 철근 또는 강연선

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 교량 하부 구조물인 교각(20)의 일정높이에 대하여 일정폭을 갖게 교각철근의 피복을 형성하고 있는 콘크리트를 제거하여 철근이 외부로 노출되도록 한 후에 노출된 철근에 띠철근(31)을 용접 부착하고 상기 띠철근(31)과 연결하면서 교각(20)의 축방향으로 상하방향 철근 또는 강연선(35)을 조립설치하고, 상기 방법으로 준비된 인접한 교각(20)과 세로철근 또는 강연선(34)과 가로철근 또는 강연선(32)으로 상호 연결하여 철근 또는 강연선을 배근한 후에 그 외부에 거푸집(33)을 설치하고 폴리머 몰탈을 타설양생하여 교각 연결보(30)를 형성하는 것에 특징이 있다.

상기 교각 연결보가 설치된 교각단면의 주위에 상기 교각 연결보의 폭에서 상하로 일정한 길이를 연장한 강판을 교각단면 외부에 추가로 부착하여 모멘트에 보다 강하게 작용할 수 있도록 강판을 설치한다.

이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 교각 연결보를 교각에 설치한 것을 보여주는 도면으로서, 교량(10)의 하부 구조물인 교각(20)의 일정높이에 일정폭을 갖게 인근의 교각(20)과 상호 연결한 교각 연결보(30)를 설치한 것이다. 상기 인근의 교각(20)을 상호 연결한 교각 연결보(30)가 설치된 교각(20)의 위치는 모멘트가 교각에 작용하여 정부 모멘트(22,23)가 변하는 변곡점(21)을 중심으로 일정 폭을 갖게 형성하는 것으로서 이렇게 설치된 교각 연결보(30)는 교각(20)에 작용하는 수평 내하력 및 비탄성적 파괴와 교각을 상호 연결하므로서 외부의 충격과 지진에 저항하는 저항력을 갖게 된다.

또 다른 방법으로서는 상기 교각 연결보가 설치된 교각단면의 주위에 상기 교각 연결보의 폭에서 상하로 일정한 길이를 연장한 강판을 교각단면 외부에 추가로 부착하여 모멘트에 보다 강하게 작용할 수 있도록 설치한다.

도 2와 3은 본 발명인 교각 연결보의 평면과 단면을 보여주는 평면도와 단면도로서, 상기 도 1의 교각 연결보(30)를 구성하고 있는 것을 상세하게 보여주는 것으로서, 인근 한쌍의 교각(20)의 일정 높이에서 교각(20) 표면에 일정 길이와 폭을 갖게 교각철근을 피복하고 있는 콘크리트를 제거하여 철근이 외부로 노출되도록 하고, 노출된 철근의 주위에 띠철근(31)을 부착설치하고, 상기 교각(20) 주위에 설치된 띠철근(31)과 상호 연결되게 상하방향 철근 또는 강연선(35)을 설치한 후에 인근의 교각(20)을 상호 연결하는 가로 철근 또는 강연선(32)과 세로 철근 또는 강연선(34)을 상기 교각 연결보(30)의 전 길이에 걸쳐 조립설치한 후에 그 외부에 거푸집(33)을 설치하고 폴리머 몰탈을 타설양생하여 교각 연결보(30)를 설치한 것이다.

교각(20)을 이루고 있는 철근의 외부에서 일정 두께를 갖으면서 철근을 보호하고 있는 콘크리트를 제거하여 철근을 외부로 노출시키고 노출된 철근과 일체화되게 용접 또는 결속하여 교각의 외주면에 걸쳐 띠철근(31)을 설치하고 띠철근(31)과 일체화되게 상하방향으로 설치한 상하방향 철근 또는 강연선(35)을 설치한 것은 향후에 인근의 교각(20)과 연결되게 교각 연결보(30)의 전길이에 걸쳐 설치되는 세로 및 가로 철근 또는 강연선(34,32)과 일체화시켜 폴리머 몰탈을 타설양생하여 형성한 교각 연결보(30)가 외부에서 작용하는 작용하중에 교각(20)과 교각 연결보(30)가 일체로 작용하여 저항할 수 있게 하기 위함이다.

상기 외부로 노출된 철근에 띠철근(31)을 부착하는 대신에 노출된 철근 또는 강연선에 스터드 볼트를 설치하여 여기에 상하방향 철근 또는 강연선(35)을 각각 연결하고 향후에 교각 연결보(30)의 전 길이에 걸쳐 설치되는 세로 및 가로 철근 또는 강연선(34,32)을 각각 연결할 수 있다.

상기 교각 연결보(30)를 형성하고 있는 철근을 강선, 강연선 또는 강봉으로 이용할 수 있다.

상기의 방법이외에 상기 교각 연결보가 설치된 교각단면의 주위에 상기 교각 연결보의 폭에서 상하로 일정한 길이를 연장한 강판을 교각단면 외부에 추가로 부착하여 모멘트에 보다 강하게 보강할 수 있도록 설치한다. 이러한 방법은 모멘트 변곡점이 교각의 상부, 하부 및 중앙부에 형성되더라도 적용하여 보다 강한 저항력을 갖을 수 있도록 보강한다.

도 4는 본 발명의 교각 연결보를 교각에 설치하지 않았을 때 교각에 작용하는 모멘트도로서, 상기 교각 연결보(30)가 설치되지 않았을 경우에는 교각(20)의 일정부분에 정부 모멘트(22,23)가 작용하게되는데 이때 정부 모멘트(22,23)가 변하는 변곡점(21)이 교각(20)의 강도에 취약부가 된다. 이렇게 취약한 부분에 횡방향의 하중, 충격 및 지진에 의한 상하수평방향의 하중이 작용하였을시 교각(20)의 취약부인 상기의 모멘트 하중의 변곡점(21)이 파괴되는 현상이 발생된다.

변곡점(21)을 중심으로 상하에 발생하는 정, 부 모멘트(22,23)의 양이 크게되어 이러한 모멘트가 교각에 작용하게되면 교각이 파괴되게 된다.

도 5는 본 발명의 교각 연결보를 교각에 설치하였을 때 교각에 작용하는 모멘트도로서, 상기 도 4에서 언급한 바와 같이 교각(20)에 하중이 작용하게 되면 정부 모멘트(22,23)가 작용하게되는데 이때 교각(20)에 정부 모멘트(22,23)가 변하는변곡점(21)이 발생된다. 이러한 변곡점(21)이 교각(20)에 최대의 취약부가 되므로 이러한 취약부를 보강하기 위하여 본 발명에서 실시하고자하는 교각 연결보(30)를 설치하여 상기 교각(20)의 최대 취약부인 변곡점(21) 부위를 보강하고자 하는 것이다.

이렇게 교각 연결보(30)를 설치하게되면 도 4에서 보게되는 모멘트의 양이 본 도의 모멘트 응력도와 같이 잘게 세분화된 분산 하중이 교각(20)에 미치게 되어 교각(20)은 안전하게되므로서 결국 교량이 안전하게 된다.

교각 연결보(30)가 교각(20)에 작용하는 정부 모멘트(22,23)의 크기를 중간에서 저항하게되어 모멘트를 분산시켜 잘게 세분화되게 하는 것이다.

도 6은 본 발명의 교각 연결보가 교각의 상부에 설치된 것을 보여주는 도면으로서, 교각(20)에 작용하는 하중이 교각(20)의 상단부에 작용하여 모멘트 변곡점(21)이 교각(20)의 상부에 발생하게되어 상기 교각 연결보(30)를 교각(20)의 상단부에 설치한 것을 보여주는 것이다. 상기 교각 연결보(30)의 설치는 상기 도 1 내지 3의 방법으로 설치한다.

도 7은 본 발명의 교각 연결보가 교각의 하부에 설치된 것을 보여주는 도면으로서, 도 6의 경우와 반대로서 모멘트 변곡점(21)이 교각(20)의 하부에 발생되어 교각 연결보(30)를 교각(20)의 하부에 설치한 것을 보여주는 것이다. 상기 교각 연결보(30)의 설치방법은 본 발명의 설치방법과 동일하다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명은 교각을 상호 연결한 교각 연결보를 설치하여 교각에 작용하는 수평내하력 및 교각 중간부에서 발생가능성이 있는 비탄성적 파괴를 방지하며, 외부 충격과 진동 및 지진에 대응하면서 교량의 내하력을 증강시키는 것으로서 인근의 교각끼리 철근 또는 강연선을 이용하여 서로 연결하고 폴리머 몰탈을 타설양생하는 작업을 하면 간단히 교량의 내하력 및 강성을 증진시킬 수 있어 공사기간 및 공사비를 절감할 수 있는 매우 경제적이면서 효율성이 뛰어난 설치방법인 것이다.

Claims (7)

1. 교량 하부 구조물인 교각의 일정 높이에 대하여 일정폭을교각철근을 피복하고 있는 콘크리트를 제거하여 철근이 외부로 노출되도록 한 후에 노출된 철근에 띠철근을 용접 부착하고, 상기 띠철근과 연결하여 교각의 축방향으로 상하방향 철근 또는 강연선을 조립설치하고, 상기 방법으로 준비된 인접한 교각과 세로 및 가로철근 또는 강연선으로 상호 연결하여 철근을 조립설치한 후에 그 외부에 거푸집을 설치하고, 폴리머 몰탈을 타설양생하여 교각 연결보를 설치하는 교각연결보에 있어서,

   상기 교각의 일정 높이에 설치된 교각 연결보의 위치는 교각에 작용하는 정부모멘트의 변곡점을 중심으로 일정부분에 걸쳐 설치하되 모멘트 변곡점의 위치가 중앙부이어서 교각의 중앙부에 설치된 교각 연결보인 것을 특징으로 하는 교량의 내하력 증진을 위하여 교량 하부 구조물인 교각을 서로 연결한 교각 연결보.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 교각의 일정 높이에 설치된 교각 연결보의 위치는 교각에 작용하는 정부 모멘트의 변곡점을 중심으로 일정부분에 걸쳐 설치하되 모멘트 변곡점의 위치가 상부이어서 교각의 상부에 설치된 교각 연결보인 것을 특징으로 하는 교량의 내하력 증진을 위하여 교량 하부 구조물인 교각을 서로 연결한 교각 연결보.
4. 삭제
5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 교각 연결보가 설치된 교각단면의 주위에 상기 교각 연결보의 폭에서 상하로 일정한 길이를 연장한 강판을 교각단면 외부에 추가로 부착하여 모멘트에 보다 강하게 작용할 수 있도록 보강하는 것에 특징이 있는 교량의 내하력 증진을 위하여 교량 하부 구조물인 교각을 서로 연결한 교각 연결보.
6. 교량의 횡력 및 충격과 진동에 저항하는 저항력과 내진성능을 증강시키기 위하여 교각에 설치하는 설치방법에 있어서,

   a) 교각에 작용하는 모멘트의 위치를 구조적으로 계산한 후에 모멘트 변곡점의 위치를 산정하여 교각 연결보를 설치할 교각의 위치를 결정하는 단계;

   b) 상기 선정된 교각의 일정 높이에 일정 폭을 갖게 교각 철근을 피복하고 있는 콘크리트를 제거하여 철근을 외부로 노출시키는 단계;

   c) 상기 노출된 철근에 띠철근을 부착시키는 단계;

   d) 상기 띠철근에 부착하여 상하방향 철근 또는 강연선을 설치하는 단계;

   e) 상기 단계를 거친 인접한 교각과 일체로 연결하여 가로 및 세로 철근 또는 강연선을 조립설치하는 단계;

   f) 상기 가로 및 세로 철근 또는 강연선을 조립한 외부에 거푸집을 설치하는 단계;

   g) 상기 철근 또는 강연선이 조립된 거푸집내에 폴리머 몰탈을 타설양생하는 단계;

   h) 상기 거푸집을 제거하고 주위를 정리정돈하여 교각 연결보의 설치를 완료하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 교량의 내하력 증진을 위하여 교량 하부 구조물인 교각을 서로 연결한 교각 연결보의 설치방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 g)와 h)단계 사이에 교각 연결보가 설치된 교각단면의 주위에 상기 교각 연결보의 폭에서 상하로 일정한 길이를 연장한 강판을 교각단면 외부에 추가로 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교량의 내하력 증진을 위하여 교량 하부 구조물인 교각을 서로 연결한 교각 연결보의 설치방법.