KR100619525B1 - 파형 중공관을 이용한 중공 교각 구조물 및 그 시공 방법 - Google Patents

파형 중공관을 이용한 중공 교각 구조물 및 그 시공 방법 Download PDF

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KR100619525B1
KR100619525B1 KR1020040014020A KR20040014020A KR100619525B1 KR 100619525 B1 KR100619525 B1 KR 100619525B1 KR 1020040014020 A KR1020040014020 A KR 1020040014020A KR 20040014020 A KR20040014020 A KR 20040014020A KR 100619525 B1 KR100619525 B1 KR 100619525B1
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Abstract

본 발명은 파형 중공관을 교각 내부의 중공부용 거푸집 및 시공의 지지대로 활용하여 시공성을 향상시키고, 파형 중공관의 매입을 통해 횡하중에 대한 충분한 강성과 연성을 확보하므로써 특히, 높이가 높은 고교각이라고 하더라도 충분한 내진 성능을 발휘할 수 있도록 하는 파형 중공관을 이용한 중공 교각 구조물 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 교각의 최하단을 이루는 기초부; 상기 교각의 중공 단면을 이루면서 상기 기초부상에 하단부가 매입되는 파형 중공관; 상기 파형 중공관을 내부에 포함한 채 교각의 기둥을 이루도록 상기 파형 중공관의 주위에 교각의 단면 형상에 대응하는 단면 형상으로 타설되는 기둥부; 및 상기 파형 중공관의 상단부가 매입되며, 상기 기둥부 상부에 축조되는 코핑부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공 교각 구조물 및 이를 시공하는 방법이 제공된다.
중공, 교각, 파형 중공관, 교량, 지진, 슬립폼

Description

파형 중공관을 이용한 중공 교각 구조물 및 그 시공 방법{Hollow type pier structure using corrugated steel pipe and construction method thereof}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파형 중공관을 이용한 중공 교각 구조물의 전체적인 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 선A-A 단면도로서, 교각의 단면 모양을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 파형 중공관의 이음부 구조를 설명하기 위한 것으로서, 도 3a는 파형 중공관의 이음부 구조를 설명하기 위한 도 1의 원 B 부분에 대한 확대 분리 사시도이고, 도 3b는 도 3a에서 파형 중공관들을 상,하로 연결한 이음부의 종단면도이며, 도 3c는 이음부의 횡단면도이다.
도 4는 도 1의 선C-C 단면도로서, 복수개의 파형 중공관을 서로 연결한 상태를 나타내는 도면이다.
도 5a는 도 1에서 기초부에 대한 파형 중공관의 매입부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5b는 도 5a의 파형강관, 보강 캡 및 매입용 철근의 연결상태를 설명하기 위한 분리 사시도이다.
도 6a는 도 1에서 코핑부에 대한 파형 중공관의 매입부분을 확대하여 나타내 는 도면이다.
도 6b는 도 6a에서 코핑부, 파형 중공관 및 매입용 철근의 연결상태를 설명하기 위한 분리 사시도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에서 채용할 수 있는 중공 교각의 파형 중공관 배치 구조에 대한 다른 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파형 중공관을 이용한 중공 교각 시공 공정을 순차적으로 나타내는 도면으로서, 도 8a는 기초에 파형 중공관을 매입하는 공정을, 도 8b는 슬립폼형 거푸집을 설치하여 기둥을 타설하는 공정을, 도 8c는 교각의 높이에 맞춰 파형 중공관을 상,하로 연결하는 공정을, 도 8d는 기둥 상부의 코핑부에 파형 중공관을 매입하는 공정을 각각 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기초부 110 : 주철근
120 : 띠철근 200 : 기둥부
210,210a,210b,210c : 파형 중공관 211 : 콘크리트부
220 : 이음부 230 : 슬리브
231 : 돌출부 240 : 커플링 밴드
241 : 상부 밴드 242 : 하부 밴드
241a,242a : 플랜지부 243 : 볼트
244 : 너트 250 : 고정 바
260 : 보강용 캡 261, 281 : 구멍
270, 290: 매입용 철근 271, 291 : 축방향 철근
272, 292 : 띠철근 280 : 보강용 캡
300 : 코핑부 400 : 비계틀
500 : 거치대 600 : 슬립폼 거푸집
610 : 인상용 케이블
본 발명은 중공 교각에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파형 중공관을 교각 내부의 중공부용 거푸집 및 시공의 지지대로 활용하여 시공성을 향상시키고, 파형 중공관의 매입을 통해 횡하중에 대한 충분한 강성과 연성을 확보하므로써 특히, 높이가 높은 고교각이라고 하더라도 충분한 내진 성능을 발휘할 수 있도록 하는 파형 중공관을 이용한 중공 교각 구조물 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
높이가 높은 교량이나 고가도로에 있어서의 고교각(高橋脚)은, 강성 확보와 경제적인 측면에서 대부분 내부가 빈 중공 단면을 채용하고 있다.
상기 고교각과 같이, 교각의 높이가 높아지면, 특히 지진하중에 대한 고려가 교각의 설계에 충분히 포함되어야 한다. 특히, 교각의 기둥부는 대표적인 압축부재이기 때문에 상부 구조물이나 기초부에 비해 횡하중에 매우 취약하여 지진 발생 시 치명적인 손상을 입게 된다.
교량이 지진하중을 받게 되면, 교량 자체의 사하중 및 교통하중에 의한 수직하중 뿐만 아니라, 특히 횡하중이 추가된다. 따라서, 내진 설계가 이루어지지 않은 교각은 지진에 의한 횡하중에 저항하지 못하고 쉽게 파괴에 이르게 된다.
교각의 내진성능을 향상시키기 위해서는 횡하중에 대한 높은 저항력(내력) 및 연성이 확보되어야 한다. 횡하중에 대한 교각의 내력 및 적절한 연성의 확보를 위하여 종래에는 주로 교각에 배근되는 주철근과 띠철근의 양을 증가시키는 방법을 사용하였다.
그러나, 높이가 높은 고교각에서 지진 하중이 교량 하부 구조의 설계하중을 지배하는 경우의 내진 설계에 있어서는, 축방향 강도에 비해 휨강도의 역할이 매우 중요하게 되기 때문에, 추가되어야 하는 주철근의 양이 과다해지고 주철근들을 구속하는 띠철근의 양도 많아지게 되므로, 시공에 많은 어려움을 겪게 될 뿐만 아니라, 교각의 단면이 과도하게 비대해질 수밖에 없다는 단점이 있다.
예를 들어, 교각의 내력을 향상시키기 위하여 주철근의 배근량을 증가시킬 경우에는, 많은 양의 주철근에 의해 교각의 단면 확대가 불가피해진다. 또한, 교각의 연성을 향상시키기 위하여 띠철근의 양을 증가시킬 경우에는, 띠철근 사이의 간격이 좁아져서 굵은 골재가 띠철근 사이로 들어가지 못하는 "골재 분리 현상"이 일어나서 구조물의 강도가 현저히 떨어지는 문제가 발생하게 된다.
또한, 고교각인 경우에는, 주철근의 길이가 교각의 높이보다 짧으므로 기초부에서 올라오는 주철근에 다른 주철근을 추가로 연결하여야 한다. 그러나, 이 경 우에는 주철근의 겹침 이음이 내진 성능을 현저히 떨어뜨리는 요인으로 작용하여, 이를 보완하기 위한 기계적 이음이나 보강이 절실히 필요하였다.
다른 형태의 중공 교각으로서는 강관을 이용한 경우가 있다. 이는 시공의 편리성을 도모할 수는 있으나, 강관과 콘크리트의 적절한 합성작용이 담보되지 않는 이상은 연성과 강도의 확보가 어려울 수밖에 없다.
그러나, 종래에는 강재 단면과 콘크리트와의 단순 부착에 의존하였으므로, 구조적 성능에 대한 신뢰성을 확보하기 어렵고, 국부 좌굴을 항복구간에서 별도로 고려하여야만 하는 어려움이 있었다.
한편, 중공 단면의 교각을 시공함에 있어서는, 교각 단면의 내부와 외부가 일체로 된 거푸집인 슬립폼(Slip Form)을 구축하고, 상기 슬립폼을 유압잭 등의 인상(引上) 수단을 사용해 일정 높이씩 상승시켜 가면서 기둥부에 대한 콘크리트를 타설하는 "슬립폼 공법"이 사용된다.
이러한 슬립폼 공법에 있어서는, 슬립폼을 상승시켜 가면서 콘크리트를 타설하는 특성 때문에, 교각의 내부와 외부를 담당하는 거푸집을 일체로 구축하여야 하고, 거푸집이 벌어지지 않도록 고정시켜 주는 별도의 장치를 필요로 하는 등, 구조와 공정이 매우 복잡하고 재료가 낭비될 수밖에 없다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 파형 중공관을 교각 내부의 중공부용 거푸집 및 시공의 지지대로 활 용하여 시공성을 향상시키고, 교각에 매입된 파형 중공관과 콘크리트 단면과의 우수한 합성작용으로 지진 하중에 대한 충분한 강성과 연성을 확보하도록 함으로써, 특히, 높이가 높은 고교각이라고 하더라도 충분한 내진 성능을 발휘할 수 있도록 하는 파형 중공관을 이용한 중공 교각 구조물 및 그 시공 방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 교각의 최하단을 이루는 기초부; 상기 교각의 중공 단면을 이루면서 상기 기초부상에 하단부가 매입되는 파형 중공관; 상기 파형 중공관을 내부에 포함한 채 교각의 기둥을 이루도록 상기 파형 중공관의 주위에 교각의 단면 형상에 대응하는 단면 형상으로 타설되는 기둥부; 및 상기 파형 중공관의 상단부가 매입되며, 상기 기둥부 상부에 축조되는 코핑부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공 교각 구조물이 제공된다.
이와 같은 본 발명은, 교각 내부에 파형 중공관이 매입되는 구조를 가져, 상기 파형 중공관을 중공부용 거푸집 및 시공의 지지대로 활용할 수 있고, 파형 중공관과 콘크리트 단면과의 우수한 합성작용으로 지진에 의한 휨 모멘트에 견딜 수 있는 충분한 강성과 연성을 확보할 수 있어, 특히, 높이가 높은 고교각이라고 하더라도 충분한 내진 성능을 발휘할 수 있다.
본 발명의 중공 교각 구조물에 있어서, 상기 파형 중공관은 상기 기초부에서 상기 코핑부에 이르기까지 상,하 방향으로 복수개가 연결되어 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 상,하 복수개의 파형 중공관의 연결은, 상,하 파형 중공관의 마주보는 단부가 용접 또는 볼트 접합되어 이루어질 수 있다.
상기 상,하 복수개의 파형 중공관의 이음부는, 상,하 파형 중공관의 마주보는 단부 내부에 슬리브가 삽입되고, 상기 슬리브에 상기 상,하 파형 중공관의 마주보는 단부가 각각 용접 접합되는 형태로 이루어질 수 있다.
상기 상,하 파형 중공관의 이음부 둘레에는 커플링 밴드가 체결되는 것이 바람직하다. 상기 커플링 밴드는 파형 중공관의 이음부를 보강함과 아울러 파형 중공관 내부로 콘크리트가 침투하는 것이 방지된다.
상기 파형 중공관은 교각의 횡단면 중앙에 하나 배치됨으로써, 교각이 하나의 중공부를 가지도록 할 수 있다.
그렇지 않으면, 상기 파형 중공관은 교각의 횡단면에 복수개 배치됨으로써, 교각이 복수개의 중공부를 가지도록 할 수도 있다.
본 발명의 중공 교각 구조물에 있어서, 상기 교각의 횡단면에 복수개 배치되는 파형 중공관들은 고정 바에 의해 서로 구속되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 교각의 횡단면에 복수개 배치되는 파형 중공관들은, 각각 상,하 방향으로 동일한 높이를 가지는 복수개의 부재가 동일 높이의 이음부로 연결되고, 상기 동일 높이의 이음부에는 커플링 밴드가 체결되며, 상기 동일 높이의 커플링 밴드들은 고정 바에 의해 서로 연결 구속되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 중공 교각 구조물에 있어서, 상기 기초부에 매입되는 파형 중공관의 하부 단부에는 보강용 캡을 삽입하는 것이 바람직하다. 상기 보강용 캡은 상기 파형 중공관의 강성을 향상시키게 된다.
여기서, 상기 파형 중공관의 하부 단부에 설치된 상기 보강용 캡의 내부에는 매입용 철근이 관통된 상태로 배근되고, 기초부 콘크리트 타설시에 파형 중공관 내부에도 소성 힌지 높이까지 콘크리트가 충진되어, 상기 매입용 철근과 상기 파형 중공관이 일체화 합성단면을 이루게 된다.
본 발명의 중공 교각 구조물에 있어서, 상기 코핑부에 매입되는 파형 중공관의 상부 단부에는 보강용 캡을 설치할 수 있다.
상기 파형 중공관의 상부 단부에 설치된 보강용 캡은 파형 중공관의 내부에 삽입되는 삽입부의 단부가 막혀 있으며, 그 삽입부 위쪽으로는 매입용 철근이 배근되어 상기 보강용 캡보다 상측으로 더 돌출되도록 연장되며, 상기 보강용 캡보다 더 상향 연장된 매입용 철근은 상기 코핑부에 매입되도록 구성된다.
한편, 본 발명에 따라 파형 중공관을 이용한 중공 교각 구조물을 시공하는 방법에 있어서는, 기초부의 보강 철근을 배근한 상태에서 파형 중공관의 하부 단부에 보강용 캡을 삽입 설치하고 상기 보강용 캡의 내부에 매입용 철근을 배근하는 함과 아울러, 보강용 캡의 구멍들에 매입용 철근을 배근하여 기초부에 파형 중공관을 설치하는 제1공정; 상기 보강용 캡과 매입용 철근을 포함하는 파형 중공관 내부의 소성힌지까지 콘크리트를 타설하여 기초부와 파형 중공관이 일체를 이룬 상태로 기초부를 형성하는 제2공정; 상기 파형 중공관의 외측에 기둥부의 보강 철근을 배근하고 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설하여 제1단계 기둥부를 형성하는 제3공정; 상기 파형 중공관의 상부에 추가적인 파형 중공관을 연결하고, 연결된 파형 중공관의 상단부에 거치대를 설치하여 거치대를 슬립폼 거푸집에 인상용 케이블을 연 결하는 제4공정; 연장된 파형 중공관의 외부에 기둥부의 보강을 위한 철근을 배근하고, 상기 거치대를 지지점으로 하여 상기 슬립폼 거푸집을 상승시켜가면서 콘크리트를 타설하는 과정을 반복하여 기둥부를 소정의 높이로 형성하는 제5공정; 상기 기둥부 상부로 돌출된 상기 파형 중공관의 상부 단부에 보강용 캡을 삽입 설치하고, 상기 보강용 캡의 삽입부 내부 및 그 상부로 매입용 철근을 배근하는 제6공정; 및 상기 보강용 캡과 매입용 철근을 포함하는 파형 중공관의 상부 주위에 코핑부 보강용 철근을 배근하고 코핑부 부분에 대한 거푸집을 설치하여 콘크리트를 타설하여 코핑부를 형성하는 제7공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 교각 구조물 시공 방법이 제공된다.
상기 제2공정 및 제3공정에 있어서는, 상기 하부의 보강용 캡에 배치되는 매립용 철근은 파형 중공관의 소성 힌지 높이까지 설치되며, 기초부 콘크리트 타설시에 파형 중공관의 내부에는 소성 힌지 높이까지 콘크리트가 채워진다.
상기 파형 중공관을 상측으로 연장하는 방법은, 상기 기초부에 매입된 파형 중공관의 상측으로 또 다른 파형 중공관을 용접 또는 볼트로써 접합하여 연결하는 방식으로 하며, 용접 또는 볼트로써 접합된 이음부에 커플링 밴드를 체결하는 방식으로 할 수 있다.
상기 파형 중공관이 교각의 횡단면에 복수개 배치됨으로써 교각이 복수개의 중공 단면을 가지는 경우, 파형 중공관의 상단부에 거치대를 설치하기에 앞서, 상기 교각의 횡단면에 복수개 배치되는 파형 중공관들을 고정 바를 사용하여 서로 구속시키는 공정을 수행할 수 있다.
이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
첨부도면 도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파형 중공관을 이용한 중공 교각 구조를 나타내는 것으로서, 도 1에는 중공 교각 구조물의 전체적인 구성을 나타내는 단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 선A-A 단면도로서, 교각의 단면 모양을 나타내는 도면이 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에는, 4개의 파형 중공관이 매입되어 있는 4각 단면의 중공 교각 구조물이 하나의 예로서 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 교각 구조물은, 교각의 최하단을 이루는 기초부(100)와, 상기 기초부(100) 위로 연장되는 기둥부(200), 그리고 상기 기둥부(200) 위에 설치되는 코핑부(300)로 이루어져 있다. 본 명세서에서는 교각을 상기 기초부(100), 기둥부(200) 및 코핑부(300)로 구분하여 설명하지만, 실제적으로는 이들이 모두 일체화된 콘크리트 구조물을 이루게 된다.
상기 기초부(100)는, 통상적인 교각의 기초부와 같이 철근을 배근하고 콘크리트를 타설한 철근 콘크리트 구조물로 이루어질 수 있다.
상기 기둥부(200)는 내부가 빈 중공의 단면을 가진다. 이를 위하여 본 발명에서는 기둥부(200) 내부에 중공 단면의 파형 중공관(210)이 매입되어 배치되고, 상기 파형 중공관(210)의 주위에 콘크리트가 타설된다. 즉, 상기 파형 중공관(210)이 기둥부(200)를 이루는 콘크리트 내부에 매입되어 교각의 중공부를 이루게 된다. 상기 파형 중공관(210)의 재질로는 강관이 바람직하다.
상기 파형 중공관(210)은, 그의 하단부와 상단부의 일부가 각각 상기 기초부(100)와 코핑부(300)에 소정 길이로 매입됨으로써, 상기 기초부(100)와 기둥부(200) 및 코핑부(300)가 구조적으로 확실하게 일체화 되도록 되어 있다.
상기 기둥부(200) 내부에는, 통상적인 철근 콘크리트 교각과 마찬가지로, 주철근(110)과 띠철근(120)이 배근되어 있다. 도면에 도시된 실시예에 있어서, 상기 주철근(110)과 띠철근(120)은, 설명의 편의를 위하여, 상기 기둥부(200)의 하단으로부터 상측으로 일부만이 배근된 형태로 생략되어 도시되어 있다. 그러나, 상기 기둥부(200)의 주철근(110)과 띠철근(120)은, 실제적으로는 상기 기둥부(100)의 전체에 걸쳐서 배근되어 있다.
여기서, 상기 파형 중공관(210)은, 후에 상세히 설명하겠지만, 상기 기둥부(200)를 타설하기 위한 교각 내부의 거푸집 역할을 수행함과 동시에 시공의 지지대로서 활용된다.
또한, 상기 파형 중공관(210)은, 그 자체적인 물성으로 인해 교각 기둥부(200)에 연성과 강성을 제공하게 된다. 특히, 파형 중공관(210)의 표면은 연속되는 오목부와 볼록부를 가지는 파형(波形)의 형상 또는 주름 형상을 가지고 있으므로, 이 파형 형상에 의해 외부의 콘크리트와의 합성작용이 확실하게 이루어짐으로써 지진 하중에 대한 연성 및 내력의 확보가 한층 용이해진다.
도면에 도시된 실시예에 있어서는, 상기 파형 중공관(210)이 4개 매입되어 교각의 횡단면에 4개의 중공부가 형성된 형태로 도시되어 있지만, 상기 파형강관(210)은 1개에서부터 수개에 이르도록 적절하게 선택할 수 있다.
상기 코핑부(300)는 교량의 상판이 탑재되는 교각의 최상부를 이루는 콘크리트 구조물이다.
한편, 교량이 높이가 높은 고교각인 경우에는, 상기 파형 중공관(210)은 상기 기초부(100)에서 상기 코핑부(300)에 이르기까지 상,하 방향으로 복수개의 부재가 서로 연결된다.
즉, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 기초부(100)에 매입되는 최하부의 파형 중공관(210a)과, 상기 코핑부(300)에 매입되는 최상부의 파형 중공관(210b), 그리고 상기 최하,최상부의 파형 중공관(210a)(210b)의 중간에 하나 이상의 중간부 파형 중공관(210c)이 연결된 형태를 가질 수 있다.
상기 상,하 복수개의 파형 중공관(210)들의 연결에 있어서는, 상,하 파형 중공관(210)의 마주보는 단부를 용접 또는 볼트 접합하여 연결할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 상기한 상,하 파형 중공관(210)들의 이음부(220)에 대한 바람직한 구조를 설명하기 위한 것이다. 도 3a에는 도 1의 원 B부분에 대한 확대 분리 사시도로서, 파형 중공관(210)의 이음부(220)를 나타내는 도면이 도시되어 있고, 도 3b에는 도 3a에서 파형 중공관(210)들을 상,하로 연결한 이음부(220)의 종단면도가 도시되어 있으며, 도 3c에는 이음부(220)의 횡단면도가 도시되어 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 두 개의 파형 중공관(210)의 마주보는 단부 내부에는 슬리브(230)가 삽입된다. 상기 슬리브(230)의 중간에는 돌출부(231)가 형성될 수 있는데, 상기 양측의 파형 중공관(210)이 상기 돌출부(231)까지 삽입되어 그들의 단부 둘레가 용접 접합된다. 이렇게 하면, 복수의 파형 중공관(210)들에 대한 구조적인 연속성이 확보되어 휨 모멘트에 대해 우수한 성능을 발휘할 수 있다.
상기와 같이, 양측 파형 중공관(210)이 연결되는 부분의 둘레에는 커플링 밴드(240)가 체결된다. 상기 커플링 밴드(240)는 이음부(220)를 보강함과 아울러, 기둥부(210)를 타설할 때, 상기 용접부를 통하여 사기 파형 중공관(210) 내부로 콘크리트가 침입하는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 커플링 밴드(240)는, 상부 밴드(241)와 하부 밴드(242)를 가지며, 상부 밴드(241)와 하부 밴드(242)의 플랜지부(241a,242a)가 볼트(243)와 너트(244) 등과 같은 체결수단에 의하여 서로 체결된다.
상술한 도 3a 내지 도 3c는 상기 이음부(220)에 대한 가장 바람직한 실시예를 나타내는 것이며, 본 발명의 이음부(220)에 대한 구성이 도시된 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 파형 중공관(210)들은 그들의 마주보는 단부를 직접 맞대어 용접접합하고, 그의 용접 접합부에 상기 커플링 밴드(230)를 체결할 수 있는 등, 다양한 형태의 이음부를 채용할 수 있다.
한편, 상기 파형 중공관(210)이 교각의 횡단면에 복수개 배치됨으로써 교각이 복수개의 중공 단면을 가지는 경우에는 파형 중공관(210)들을 횡방향으로 서로 구속시킬 필요가 있다. 복수개의 파형 중공관(210)을 서로 구속시키면, 파형 중공관(210)들의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 복수개의 파형 중공관(210)을 서로 구속시키면, 슬립폼 공법을 사용하는 경우 상기 파형 중공관(210)들은 슬립폼 거푸 집을 상승시키기 위한 안정적인 지지대로서 사용할 수 있다.
첨부된 도면 도 4는 도 1의 선C-C 단면도로서, 복수개의 파형 중공관(210)이 서로 구속된 상태가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 교각의 횡단면에 복수개 배치되는 파형 중공관(210)들은 고정 바(250)에 의해 서로 구속되어 있다. 상기 고정 바(250)는 상기 파형 중공관(210)의 표면에 용접이나 볼트 체결 등의 방법으로 설치될 수 있다.
상기 고정 바(250)는, 상,하 파형 중공관(210)들을 연결하고 있는 전술한 커플링 밴드(240)들에 용접되어 커플링 밴드(240)들을 서로 연결하는 형태로 설치하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 각각의 커플링 밴드(240)들은 동일 높이에 설치되는 것이 바람직하며, 그에 따라 상기 고정바(250)도 동일 높이에 설치될 수 있다. 즉, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 각각 상,하 방향으로 동일한 높이를 가지는 복수개의 부재를 동일 높이의 이음부(220)로 연결하고, 상기 동일 높이의 이음부(220)에 전술한 커플링 밴드(240)를 체결한 후, 상기 동일 높이의 커플링 밴드(240)들을 고정 바(250)로 연결하는 형태로 설치된다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 파형 중공관(210)은, 앞서 설명한 바와 같이, 그의 하단부와 상단부의 일부가 각각 상기 기초부(100)와 코핑부(300)에 소정 길이로 매입되어 일체화되어 있다.
먼저, 도 5a 및 도 5b에는 기초부(100)에 대한 파형 중공관(210)의 바람직한 매입구조가 상세하게 도시되어 있다. 도 1을 병행하여 참조한다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 기초부(100)에 매입된 파형 중공관(210)의 단부에는 보강용 캡(260)이 설치된다. 상기 보강용 캡(260)은 도면에 도시된 것처럼 파형 중공관(210)의 하단부를 지지하는 플랜지부와, 상기 파형 중공관(210) 내부로 삽입되는 삽입부로 구성되어 있는데, 상기 삽입부는 상하로 뚫려 있어, 상기 보강용 캡(260)을 관통하여 매입용 철근(270)이 배근된다. 상기 보강용 캡(260)은 파형 중공관(210)의 단부에 대한 강성을 향상시키는 역할을 하게 되며, 그 내부를 관통하도록 설치되는 매립용 철근(270)의 배근을 통하여 기초부(100)와 더욱더 일체화된 합성단면을 형성하게 된다.
상기한 보강용 캡(260)과 매립용 철근(270)의 배치 구성을 좀더 구체적으로 살펴보면, 상기 매입용 철근(270)은 축방향 철근(271)과 띠철근(272)으로 이루어져서, 상기 축방향 철근(271)이 상기 보강용 캡(261)의 구멍(261)을 통과한다. 도 1 및 도 5a에서, 보강용 캡(260) 내부에서는 상기 매립용 철근(270)의 띠철근(272)이 설치되지 아니한 것처럼 도시되어 있으나, 이는 편의상 도시를 생략한 것이고 실제로는 축방향 철근(271)의 전체 길이에 걸쳐서 띠철근(272)이 배근되는 것이 바람직하다.
상기 매입용 철근(270)은 상기 보강용 캡(260)을 관통하여 상,하로 더 돌출되도록 연장된다. 상기 보강용 캡(260)보다 더 하향 연장된 부분은 상기 기초부(100)에 매입된다. 그리고, 상기 보강용 캡(260)보다 더 상향 연장된 매입용 철근(270) 부분은 상기 파형 중공관(210) 내부에 일정 높이까지 타설되는 콘크리트 부(211)에 매입된다. 상기 보강용 캡(260) 내부에 위치하는 매립용 철근(270) 역시 보강용 캡(260) 내부에 채워지는 콘크리트에 매립된다.
이와 같이, 상기 매입용 철근(270)이 파형 중공관(210) 내부에 타설되는 콘크리트부(211)에 일체로 매립되어 설치됨과 동시에, 상기 기초부(100)에 매입됨으로써, 상기 파형 중공관(210)의 하부는 합성단면으로서 상기 기초부(100)와 일체화를 이루게 되어 우수한 구조적 성능을 발휘할 수 있다.
다음, 첨부도면 도 6a 및 도 6b에는, 코핑부(300)에 대한 파형 중공관(210)의 바람직한 매입구조가 도시되어 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 코핑부(300)에 매입된 파형 중공관(210)의 단부에도 보강용 캡(280)이 설치된다.
상기 보강용 캡(280)은 도면에 도시된 것처럼 파형 중공관(210)의 상단부에 걸쳐지는 플랜지부와, 상기 파형 중공관(210) 내부로 삽입되는 삽입부로 구성되어 있는데, 코핑부 콘크리트 타설시 콘크리트가 파형 중공관(210) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 삽입부의 단부는 막혀있다. 상기 보강용 캡(280)의 삽입부 상부로는 매입용 철근(290)이 배근된다.
상기 매입용 철근(290)도, 앞서 설명한 하부 보강용 캡(260)에 설치되는 매입용 철근(270)과 마찬가지로, 축방향 철근(291)과 띠철근(292)으로 이루어진다. 도 1 및 도 6a에서도, 보강용 캡(280) 내부에서는 상기 매립용 철근(290)의 띠철근(292)이 설치되지 아니한 것처럼 도시되어 있으나, 이는 편의상 도시를 생략한 것이고 실제로는 축방향 철근(291)의 전체 길이에 걸쳐서 띠철근(292)이 배근되 는 것이 바람직하다.
상기 보강용 캡(280)의 상부로 돌출되는 매입용 철근(290)은 상기 코핑부(300)에 매입됨으로써, 상기 파형 중공관(210)의 상부는 합성단면으로서 상기 코핑부(300)와 일체화를 이루어 우수한 구조적 성능을 발휘할 수 있게 된다.
첨부된 도면 도 7a 내지 도 7c에는 중공 교각의 파형 중공관 배치 구조에 대한 다른 실시예들이 도시되어 있다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 그리고 앞서 이미 설명한 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 파형 중공관(210)은 교각의 횡단면 중앙에 하나 또는 복수개 배치됨으로써, 교각이 하나의 중공부 또는 복수개의 중공부를 가지도록 할 수 있다. 또한, 기둥부(200)의 횡단면 형상도 원형, 타원형, 사각형 또는 그외의 다각형으로 구성할 수 있다.
예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이, 기둥부(200a)는 사각단면으로 이루어지고, 그의 중앙에 하나의 파형 중공관(210a)이 배치되는 구조를 가질 수 있다. 또한 도 7b와 같이, 기둥부(200b)는 원형의 단면으로 이루어지고, 그의 중앙에 하나의 파형 중공관(210b)이 배치되는 구조를 가질 수 있으며, 도 7c와 같이, 기둥부(200c)는 원형의 단면으로 이루어지고, 파형 중공관(210c)은 복수개가 배치되는 구조를 가질 수도 있다.
첨부도면 도 8a 내지 도 8d에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중공 교각 시공 공정을 순차적으로 나타내는 것으로서, 도 8a에는 기초부에 첫 번째 파형 중공관을 설치하는 공정이, 도 8b에는 슬립폼형 거푸집을 설치하여 기둥을 타설하 는 공정이, 도 8c에는 교각의 높이에 맞춰 파형 중공관을 상,하로 연결하는 공정이, 그리고 도 8d에는 기둥 상부의 코핑부에 파형 중공관을 매입하는 공정이 각각 도시되어 있다. 본 시공 공정에 있어서는 슬립폼 공법이 사용된다. 도 8a 내지 도 8d에 있어서, 참조부호 "400"은 "비계틀"이다.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 기초부(100)의 시공을 위하여 철근을 배근할 때 미리 파형 중공관(210)을 설치하게 되는데, 이때 파형 중공관(210)의 하부에 보강용 캡(260)을 삽입 설치함과 아울러, 보강용 캡(260) 내부에는 매입용 철근(270)을 배근한다(제1공정). 구체적으로 매입용 철근(270)은 축방향 철근(271)과 띠철근(272)으로 이루어지며, 상기 축방향 철근(270)이 상기 보강용 캡(260)의 내부를 관통하여 설치된다. 상기 매립용 철근(270)은 파형 중공관(210)의 소성 힌지 높이까지 설치되는 것이 바람직하다.
이어서, 기초부(100) 콘크리트를 타설하게 되는데, 기초부(100) 뿐만 아니라, 파형 중공관(210)의 내부에도 소성 힌지 구간까지 콘크리트를 타설하여 충진한다(제2공정). 이와 같은 공정을 통하여 파형 중공관(210)의 하단부, 보강용 캡(260), 그 내부의 매립용 철근(270)이 일체로 기초부(100)의 콘크리트에 매립되어 기초부(100)와 일체를 이루게 된다.
이와 같이, 첫 번째 파형 중공관(210)이 설치된 상태에서, 도 8b에 도시된 것처럼 기둥부(200) 형성을 위한 슬립폼 거푸집(600)을 설치하고 기둥부(200)의 콘크리트를 보강할 주철근(110)과 띠철근(120)을 배근한 후 콘크리트를 타설한다(제3공정). 참고로 도 8b에서 띠철근(120)이 주철근(110)의 일부에만 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이는 도시의 편의를 위하여 생략한 것이며, 띠철근(120)은 주철근(110)의 전체 길이에 걸쳐 배근된다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 타설된 기둥부(200)의 콘크리트가 소정 강도로 양생되면, 첫 번째 파형 중공관(210)에 추가적인 파형 중공관(210)을 연결하여 파형 중공관(210)을 상측으로 더 연장하고, 일정높이로 연장된 파형 중공관(210)의 상단부에 거치대(500)를 설치하여, 상기 거치대(500)를 기둥부(200) 형성을 위한 슬립폼 거푸집(600)에 인상용 케이블(610)로 연결한다(제4공정). 이와 같이 본 발명에서는 파형 중공관(210)이 시공의 지지대로 활용됨으로써 시공이 매우 편리하게 된다.
여기서, 상기 파형 중공관(210)을 상측으로 연장하는 방법은, 상기 기초부(100)에 매입된 파형 중공관(210)의 상측으로 또 다른 파형 중공관(210a)을 용접 또는 볼트로써 접합하는 방식을 사용한다. 또한, 상기와 같이 용접 또는 볼트로써 접합된 이음부(220)에 커플링 밴드(240)를 체결한다.
만일, 상기 파형 중공관(210)이 교각의 횡단면에 복수개 배치됨으로써 교각이 복수개의 중공부를 가지는 경우에는, 상기 파형 중공관(210)의 상단부에 거치대(500)를 설치하기에 앞서, 상기 교각의 횡단면에 복수개 배치되는 파형 중공관(210)들을 고정 바(250)를 사용하여 서로 구속시키는 공정을 먼저 수행한다. 이렇게 하면, 복수개의 파형 중공관(210)들은 서로 안정적으로 구속된 상태를 유지하게 된다.
상기 파형 중공관(210)이 연결된 상태에서, 앞서 설명한 제3공정 및 제4공정 을 반복하여, 기둥부(200)의 철근 배근 작업, 슬립폼 거푸집(600)의 상승 작업, 콘크리트 타설 작업을 반복하여 기둥부(200)를 원하는 소정 높이로 형성한다(제5공정).
기둥부(200)가 소정 높이로 시공되면, 후속하여 도 8d에 도시된 바와 같이, 코핑부(300)를 형성하게 된다. 구체적으로, 상기 기둥부(200) 상부에 돌출되어 있는 상기 파형 중공관(210)의 단부에 보강용 캡(280)을 삽입 설치하고, 상기 보강용 캡 (280)의 삽입부 상부에는 매입용 철근(290)을 배근한다(제6공정).
이어서, 상기 보강용 캡(280)과 매입용 철근(290)을 포함하는 파형 중공관(210)의 상부 주위에 코핑부(300) 부분에 보강 철근(도시생략)을 배근하고 코핑부(300) 부분에 대한 거푸집(도시생략)을 설치하여 콘크리트를 타설함으로써 코핑부(300)를 형성한다(제7공정). 이때, 콘크리트는 보강용 캡(280)의 삽입부 내에도 자연스럽게 충진된다. 도 8d에서, 기둥부(200)에 배근되는 주철근(110) 및 띠철근(120)은 편의상 그 일부 도시를 생략하였으며, 보강용 캡(280)의 삽입부 내부에 배치된 매입용 철근(290)에서도 띠철근(292)의 도시를 생략하였다.
이상에서는 첨부 도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예가 상세하게 설명되었으나, 이는 본 발명의 양호한 실시예에 대한 하나의 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예는 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 교각의 중공 단면이 파형 중공관을 통하여 이루어짐으로써, 높이가 높은 고교각이라고 하더라도 상기 파형 중공관에 의해 휨 모멘트에 충분히 견딜 수 있는 내진 성능이 부여된다.
종래에는, 교각의 내진 설계를 위해 추가되어야 하는 주철근과 띠철근의 양을 증가시키는 방법을 사용하였으므로, 시공에 많은 어려움을 있었을 뿐만 아니라, 교각의 단면이 과도하게 비대해질 수밖에 없다는 단점이 있었다.
그러나, 본 발명에서는 상기 파형 중공관에 의해 교각의 휨 강도가 획기적으로 증대됨으로써, 추가적인 주철근과 띠철근이 불필요하게 되고, 오히려 교각의 단면을 확대시키지 않아도 되거나 줄일 수도 있다는 장점이 있다.
또한, 종래에 있어서 중공 교각으로서 강관을 이용한 경우에는 강관과 콘크리트의 합성작용 불확실하여 원하는 연성을 확보하기 어려웠다.
그러나, 본 발명에서는 파형 중공관의 표면이 연속되는 오목부와 볼록부를 가지는 파형의 형상을 가지고 있으므로, 이 파형 형상에 의해 콘크리트 단면과의 합성작용이 확실하게 이루어짐으로써 지진 하중에 대한 연성의 확보가 한층 용이해진다는 장점이 있다. 또한, 그렇기 때문에, 교각의 거동에 대한 예측이 정확해짐으로써 교각의 품질에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 종래에는, 슬립폼을 상승시켜 가면서 콘크리트를 타설하는 특성 때문에, 교각의 내부와 외부를 담당하는 거푸집을 일체로 구축하여야 하고, 거푸집이 벌어지지 않도록 고정시켜 주는 별도의 장치를 필요로 하는 등, 시공을 위한 구조와 공정이 매우 복잡하고 재료의 낭비가 심하다는 단점이 있었다.
그러나, 본 발명에 의하면, 파형 중공관이 교각 내부의 거푸집 역할을 수행하과 동시에, 파형 중공관 상면에 슬립폼 거푸집을 상승시키기 위한 거치대를 설치하여 시공의 지지대로 활용할 수 있으므로, 시공이 한층 편리하고 구조적으로 단순하여 시공비를 절약할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. 교각의 최하단을 이루는 기초부;
    상기 교각의 중공 단면을 이루면서 상기 기초부내에 하단부가 매입되는 파형 중공관;
    상기 파형 중공관을 내부에 포함한 채 교각의 기둥을 이루도록 상기 파형 중공관의 주위에 교각의 단면 형상에 대응하는 단면 형상으로 타설되는 기둥부; 및
    상기 파형 중공관의 상단부가 매입되며, 상기 기둥부 상부에 축조되는 코핑부를 포함하며;
    상기 기초부에 매입된 파형 중공관의 하부 단부에는 플랜지부와 삽입부로 이루어진 보강용 캡이 삽입되는 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 중공 교각 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파형 중공관은 상기 기초부에서 상기 코핑부에 이르기까지 상,하 방향으로 복수개의 부재가 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공 교각 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파형 중공관은 교각의 횡단면에 복수개 배치됨으로써, 교각이 복수개의 중공부를 가지도록 한 것을 특징으로 하는 중공 교각 구조물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 교각의 횡단면에 복수개 배치되는 파형 중공관들은 고정 바에 의해 서로 구속되는 것을 특징으로 하는 중공 교각 구조물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파형 중공관의 하부 단부에 설치된 보강용 캡의 내부에는, 매입용 철근이 상기 보강용 캡보다 상,하로 더 돌출되도록 관통하여 배근되어 상기 기초부에 매입되는 것을 특징으로 하는 중공 교각 구조물.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코핑부에 매입되는 파형 중공관의 상부 단부에는, 플랜지부와 삽입부로 구성되며 상기 삽입부의 내부 단부는 막혀 있는 보강용 캡이 삽입되는 것을 특징으 로 하는 중공 교각 구조물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 파형 중공관의 상부 단부에 설치된 상기 보강용 캡의 삽입부 위쪽에는 매입용 철근이 배근되어 코핑부에 매입되는 것을 특징으로 하는 중공 교각 구조물.
  9. 파형 중공관을 이용한 중공 교각 구조물을 시공하는 방법에 있어서,
    기초부의 보강 철근을 배근한 상태에서 파형 중공관의 하부 단부에 보강용 캡을 삽입 설치하고 상기 보강용 캡의 내부에 매입용 철근을 배근하는 함과 아울러, 보강용 캡의 구멍들에 매입용 철근을 배근하여 기초부에 파형 중공관을 설치하는 제1공정;
    상기 보강용 캡과 매입용 철근을 포함하는 파형 중공관 내부의 소성힌지까지 콘크리트를 타설하여 기초부와 파형 중공관이 일체를 이룬 상태로 기초부를 형성하는 제2공정;
    상기 파형 중공관의 외측에 기둥부의 보강 철근을 배근하고 거푸집을 설치한 후 콘크리트를 타설하여 제1단계 기둥부를 형성하는 제3공정;
    상기 파형 중공관의 상부에 추가적인 파형 중공관을 연결하고, 연결된 파형 중공관의 상단부에 거치대를 설치하여 거치대를 슬립폼 거푸집에 인상용 케이블을 연결하는 제4공정;
    연장된 파형 중공관의 외부에 기둥부의 보강을 위한 철근을 배근하고, 상기 거치대를 지지점으로 하여 상기 슬립폼 거푸집을 상승시켜가면서 콘크리트를 타설하는 과정을 반복하여 기둥부를 소정의 높이로 형성하는 제5공정;
    상기 기둥부 상부로 돌출된 상기 파형 중공관의 상부 단부에 보강용 캡을 삽입 설치하고, 상기 보강용 캡의 삽입부 내부 및 그 상부로 매입용 철근을 배근하는 제6공정; 및
    상기 보강용 캡과 매입용 철근을 포함하는 파형 중공관의 상부 주위에 코핑부 보강용 철근을 배근하고 코핑부 부분에 대한 거푸집을 설치하여 콘크리트를 타설하여 코핑부를 형성하는 제7공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 교각 구조물 시공 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 파형 중공관이 교각의 횡단면에 복수개 배치됨으로써 교각이 복수개의 중공 단면을 가지는 경우, 파형 중공관의 상단부에 거치대를 설치하기에 앞서, 상기 교각의 횡단면에 복수개 배치되는 파형 중공관들을 고정 바를 사용하여 서로 구속시키는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 중공 교각 구조물 시공 방법.
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