KR100830630B1 - Counter-tensioning apparatus for prestressed beams under changing loads - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 일반적인 프리스트레스트 보의 긴장상태를 나타낸 개념도.1 is a conceptual diagram showing a tension state of a general prestressed beam.
도2a 및 도2b는 본 발명에 따른 변동하중을 받는 프리스트레스트 보의 대응긴장장치를 나타낸 개념도.Figure 2a and Figure 2b is a conceptual diagram showing the tension device corresponding to the prestressed beam subjected to the variable load according to the present invention.
도3a 및 도3b는 편심을 증가시키기 위해 돌출부를 구비한 보를 나타낸 개념도.3A and 3B are conceptual views illustrating beams with protrusions to increase eccentricity.
도4a 및 도4b는 본 발명에 따른 보의 지점부 구성을 나타낸 상세도.Figures 4a and 4b is a detailed view showing the point portion configuration of the beam according to the present invention.
도5a는 보와 회전받침장치 연결부를 상세하게 나타낸 도4a의 A-A 단면도.Figure 5a is a cross-sectional view taken along line A-A of Figure 4a showing the beam and the rotation support connection in detail.
도5b는 보와 회전받침장치 연결부를 상세하게 나타낸 도4b의 A-A 단면도.5B is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 4B showing the beam and pivot support connection in detail;
도6a는 도4a에 도시된 스톱퍼의 설치 예를 상세히 나타낸 도4a의 B-B단면도.Fig. 6A is a cross-sectional view taken along line B-B in Fig. 4A showing an installation example of the stopper shown in Fig. 4A in detail.
도6b는 도4b에 도시된 스톱퍼의 설치 예를 상세히 나타낸 도4b의 B-B단면도.Fig. 6B is a cross-sectional view taken along line B-B in Fig. 4B showing an installation example of the stopper shown in Fig. 4B in detail.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 보 101 : 지점100: Bo 101: Branch
102 : 회전받침장치 103 : 힌지장치102: rotation support device 103: hinge device
104 : 인장재 105 : 정착구104: tension member 105: anchorage
108 : 돌출부 109 : 강선108: protrusion 109: steel wire
110 : 고정받침대 112: 스토퍼장치 110: fixed stand 112: stopper device
본 발명은 인장재를 이용한 프리스트레스트 보(prestressed beam)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변동하중의 수준에 따라 보에 작용하는 프리스트레싱력이 조절되도록 함으로써 The present invention relates to a prestressed beam using a tension member, and more particularly, by adjusting the prestressing force acting on the beam according to the level of the variable load.
변동 하중을 받는 프리스트레스트 보의 긴장력 조절장치에 관한 것이다. A tension control device for prestressed beams under variable loads.
일반적으로, 프리스트레스트 보는 내부 또는 외부에 고강도의 인장재를 편심되게 배치한 후 긴장시킴으로써, 인장재의 반력과 편심에 의해 모멘트 및 축력이 미리 도입된 보를 말한다. In general, the prestressed beam refers to a beam in which the moment and axial force are introduced in advance by the reaction force and the eccentricity of the tension member by placing the high-strength tension member eccentrically and tensioning the inner or outer side.
도1은 종래기술에 따른 강재 보에 외부인장재를 이용하여 프리스트레스가 도입된 보를 나타낸다. 1 shows a beam in which prestress is introduced using an external tensioning material in a steel beam according to the prior art.
현재까지 제시된 내하성능의 증가를 위해 프리스트레스가 도입된 보는 도1에 도시한 바와 같이 보(100)에 고정된 정착구(105)에 프리스트레싱용 인장재(104)가 정착되어 상기 보의 하중 상태에 크게 상관없이 일정한 프리스트레스가 도입되는 구조이다. 상기 인장재(104)는 보(100)의 단부에 설치된 정착구 또는 프리스트레 싱(prestressing)이 필요한 구간 경계의 돌출된 정착구에 정착된다.As shown in FIG. 1, a
상기 인장재(104)의 인장력은 상기 보가 극한 하중상태에 있을 때 견딜 수 있을 만큼 도입되어 있어야 한다. 그러나, 상기한 구조를 갖는 종래의 프리스트레스트 보는 하중이 없는 상태에서도 같은 인장력이 도입되어 있기 때문에 상기 보는 충분한 휨강성을 가져야 하는 문제점이 있다. Tensile force of the
하중이 최대한 가해진 상태에 대해서만 보를 설계한다면 보가 축력을 충분히 받아주기만 하면 보 자체의 휨에 대한 저항능력을 크게 중요하지 않게 된다. 왜냐하면 프리스트레싱용 인장재의 인장력과 편심을 조정하여 충분히 하중을 저항할 수 있기 때문이다. 그러나 하중이 없는 상태에서도 저항을 해야 하기 때문에, 아무리 프리스트레싱 설계를 잘 하더라도 보 자체가 상당한 휨강성을 가져야 하며, 휨강성의 수준은 하중의 변동 폭에 따라 달라진다. If the beam is designed only for the maximum load, the beam's ability to resist bending will not be very important as long as the beam receives enough axial force. This is because the tensile force and eccentricity of the prestressing tension member can be adjusted to sufficiently resist the load. However, since resistance must be applied even under no load, the beam itself must have significant flexural stiffness, no matter how well prestressed, and the level of flexural stiffness depends on the variation in load.
시공과정 중 하중이 점진적으로 증가하고 증가된 하중이 완전히 고정하중으로서 작용하는 경우에는, 보의 단면을 줄이고 대신에 프리스트레싱을 처음에는 일부만 하고 시공중 고정하중이 증가하면 추가적인 긴장을 하는 방법이 사용되고 있기는 하지만 하중증가에 맞추어 스스로 긴장력이 조절되는 방법은 아직까지 개발되지 않은 실정이다.If the load gradually increases during the construction process and the increased load acts as a completely fixed load, then the beam cross section is reduced and instead of prestressing only a portion of the beam initially, the tension is increased when the fixed load increases during construction. However, the method of adjusting the tension by itself in response to the increase in load has not been developed yet.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 작용하중에 비례하여 프리스트레싱용 인장재의 장력이 자동으로 조절되도록 하여 하 중이 작용하지 않을 때 프리스트레싱에 의해 보에 발생하는 모멘트를 항상 최소화시킴으로써, 휨 저항구조를 경량화하여 공장 등 건축물의 지붕이나 임시 가설교량 등의 구조를 경제적으로 만들고, 시공중의 프리스트레싱 작업을 없애 시공성을 개선할 수 있는 변동하중을 받는 프리스트레스트 보의 긴장력 조절장치를 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the above problems, so that the tension of the prestressing tension member is automatically adjusted in proportion to the working load so that the moment generated in the beam by the prestressing is always minimized when no load is applied. By reducing the flexural resistance structure, the structure of roofs and temporary temporary bridges, such as factories, can be made economically, and prestressed beam tensioning devices are subjected to variable loads that can improve construction performance by eliminating prestressing operations. The purpose is to provide.
또한, 본 발명은 프리스트레스트 보에서 인장재의 인장력을 하중크기에 따라 변하도록 하여 작은 단면의 보로서 긴 지간을 형성할 수 있는 변동하중을 받는 프리스트레스트 보의 긴장력 조절장치를 제공함에 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a tension force adjusting device of a prestressed beam subjected to a variable load capable of forming a long section as a beam having a small cross section by varying the tensile force of the tension member in the prestressed beam according to the load size. .
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 인장재를 이용한 프리스트레스트 보에 있어서, 일측 단부가 지점 상부에 지지되고 타측단부가 상기 지점으로부터 소정거리만큼 떨어져 위치하는 회전받침수단; 상기 보와 회전받침수단의 타측 단부를 연결하며, 지점반력에 의해 회전하려고 하는 회전받침수단의 회전축으로 기능하는 힌지수단; 및 상기 회전받침수단의 일측면에 장착되며, 상기 인장재가 힌지수단의 중심과 일정간격을 유지한 채로 힌지수단으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 정착되도록 하기 위한 정착수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 변동 하중을 받는 프리스트레스트 보의 긴장력 조절장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the prestressed beam using a tension member, one end is supported on the top of the point and the other end is located on the other end by a predetermined distance from the point; Hinge means for connecting the other end of the beam and the rotation support means, the hinge means serving as a rotation axis of the rotation support means to rotate by the point reaction force; And a fixing means mounted on one side of the rotation supporting means and configured to fix the tension member at a position separated by a predetermined distance from the hinge means while maintaining a predetermined distance from the center of the hinge means. Provides tension control device for prestressed beams.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 보다 자세히 설명하기로 한다. 상기에서 언급된 종래 기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for the same components as the above-mentioned prior art.
본 발명에 의한 변동 하중을 받는 프리스트레스트 보의 긴장력 조절장치는 지점의 적어도 하나에 보를 지지하는 받침장치를 구비하여 보에 작용하는 하중을 지점에 전달하고, 보에 가해지는 하중의 증가에 따라 지점반력이 증가하면 지렛대의 원리에 의해 지점반력 증가량 이상으로 인장재의 장력이 자동적으로 증가될 수 있도록 한 것이다.The tension force adjusting device of the prestressed beam subjected to the variable load according to the present invention includes a support device for supporting the beam at at least one of the points to transfer the load acting on the beam to the point, and the point according to the increase of the load applied to the beam When the reaction force is increased, the tension of the tension member is automatically increased by the principle of the lever force above the point reaction force increase amount.
즉, 본 발명은 작용하중의 크기에 따라 프리스트레싱용 인장재의 인장력도 변화하여 큰 하중에도 저항할 수 있으면서 하중이 작용하지 않을 때는 과도한 프리스트레싱이 되지 않도록 구현한 것이다. That is, the present invention is implemented to prevent excessive prestressing when the load is not applied while the tensile force of the prestressing tension member also changes according to the magnitude of the working load, thereby resisting a large load.
도2a 및 도2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프리스트레스트 보(이하, 간략히 '보'라 함)(100)의 긴장력 조절장치의 구성을 나타낸 개략도로서, 도2a는 양쪽 지점 모두에 받침장치(102)를 설치한 경우를 보여주고, 도2b는 한쪽에만 받침장치(102)를 설치하고 타측에는 고정받침대(110)를 설치한 예를 보여주고 있다. Figures 2a and 2b is a schematic diagram showing the configuration of the tension force adjusting device of the prestressed beam (hereinafter, simply referred to as 'beam') 100 according to the first embodiment of the present invention, Figure 2a is supported on both points 2B shows an example in which the
도면에 도시된 바와 같이, 일측 단부가 양측 지점(101) 또는 일측 지점의 상부에 얹혀져 지지되고 타측단부가 상기 지점으로부터 소정거리만큼 떨어져 위치하는 회전받침장치(102)와; 상기 보(100)와 회전받침장치(102)의 타측 단부를 연결하며, 지점반력이 상기 보에 작용할 경우 회전하려고 하는 회전받침장치(102)의 회전축으로 기능하는 힌지장치(103); 및 상기 회전받침장치(102)의 일측면에 장착되며, 인장재(104)가 힌지장치(103)의 하부를 통과하여 소정 거리만큼 떨어진 위치에 정착되도록 하기 위한 정착구(105)를 포함한다.As shown in the figure, a
본 발명에 따른 제1 실시예에서의 프리스트레스트 보는 직접 지점에 얹혀지지 않고, 힌지장치(103)를 매개로 보(100)와 연결된 회전받침장치(102)를 통해 하중을 지점에 전달한다. The prestressed beam in the first embodiment according to the present invention is not directly mounted on the point, but transmits the load to the point through the
상기 회전받침장치(102)와 연결된 힌지장치(103)의 위치는 회전받침장치(102)가 접촉되는 지점(101)의 위치와 수평방향으로 소정 거리만큼 떨어져 있어야 한다. 이는 이격거리와 지점반력에 의해 발생하는 회전력이 인장재에 인장력을 도입하는 수단이 되기 때문이다.The position of the
프리스트레싱용 인장재(104)는 보(100)와 편심을 가지고 힌지장치(103)의 하부를 통과하여 상기 회전받침장치(102)에 구비된 정착구(105)에 정착되는데, 이때의 편심의 크기는 상기 힌지장치(103)와 지점(101)간의 수평거리보다 작아서 지렛대 효과를 발휘할 수 있어야 하며 편심의 방향은 인장재(104)의 인장력이 지점반력에 의한 회전받침장치(102)의 회전에 저항할 수 있도록 하는 방향이어야 한다. 즉 상기 힌지장치(103)가 지점(101)보다 지간 중앙 쪽이라면 인장재(104)는 상기 힌지장치(103) 아래쪽을 지나야 한다.The
도2a와 같이 보(100)의 양측부에 모두 회전받침장치(102)를 설치하는 경우에는 인장재(104)의 인장력 변화 없이도 양쪽 회전받침장치(102)가 회전할 수 있다.가령, 도2a에서는 양쪽 지점의 회전받침장치(102)가 모두 시계방향으로 회전할 경우, 보(100)의 왼쪽은 내려가고 오른쪽은 올라가며 인장재(104)는 길이의 변화가 없게 되므로 지점반력의 변화도 필요 없게 된다. 이런 상태에서는 하중이 매우 커서 양쪽 회전받침장치(102)가 모두 최대한 회전하여 보(100)에 닿기 전에 한쪽 회 전받침장치(102)가 보(100)에 닿고 다른 쪽은 떠 있는 상태가 되기 쉽다. 고정하중이 완전히 시공된 상태에서도 이런 현상이 나타난다면 좋지 않은 경우가 있기 때문에 경우에 따라서는 이런 현상이 일어나지 않도록 별도의 조치가 필요하며, 다시 언급하겠지만 도3a에 도시한 바와 같이 중간에 인장재(104)의 편심증가를 위한 돌출부(108)를 설치할 경우, 상기 인장재(104)를 돌출부(108)에 고정하여 상기 문제를 해결할 수 있다.When the
도2b는 보(100)의 한쪽에만 회전받침장치(102)를 설치한 경우를 나타내며 이 경우 전술한 안정문제는 발생하지 않는다. 다만, 인장재(104)의 인장력이 도면상의 오른쪽 지점반력에만 대응하여 비례하기 때문에 보에 작용하는 하중이 고르지 않아 양쪽 지점반력에 차이가 큰 경우에는 과하거나 모자란 프리스트레싱을 하게 된다.Figure 2b shows a case in which the rotating
따라서, 양쪽 지점의 반력에 차이가 클 경우 인장재(104)의 인장력에 의한 모멘트가 하중에 의한 모멘트에 근사하게 대응하기 어렵기 때문에 보(100)의 단면규격보다 큰 여유가 있어야 한다. 이와 같이 회전받침장치(102)가 보(100)의 한쪽 지점부에만 설치되는 경우에는 보(100)의 자중을 포함한 고정하중이 모두 시공되는 동안에만 인장재(104)의 인장력이 증가하고 고정하중이 모두 시공된 후에는 회전받침장치(102)가 보(100)에 닿도록 설계하여 활하중에 대해서는 인장재(104)의 인장력 변화없이 프리스트레스트 보의 휨강성에 의해 저항하도록 하는 것이 바람직하다.Therefore, when the reaction force at both points is large, the moment due to the tensile force of the
도3a는 도2a와 같이 회전받침장치(102)를 보(100)의 양쪽에 설치하고 보(100)의 중간에 돌출부(108)를 두어 편심을 증가시킨 경우를 나타낸 것이다.FIG. 3A illustrates a case in which the
상기 돌출부(108)는 도3b와 같이 둘 또는 그 이상 둘 수 있고 돌출된 정도를 조절하여 위치별로 인장재(104)의 편심을 조절할 수 있다. 상기 돌출부(108)를 설치함으로써 편심의 크기를 증가시켜 작은 긴장력으로도 큰 모멘트를 가할 수 있고, 긴장력에 의한 모멘트와 하중에 의한 반대부호 모멘트의 보 길이방향 분포를 더욱 비슷하게 맞출 수 있다. 또한 돌출부(108) 중 한 곳에서 인장재(104)를 고정함으로써 보의 양쪽 모두에 회전받침장치(102)를 사용한 경우의 불안정 문제를 해결할 수 있다. The
도4a 및 도4b는 본 발명에 따른 보의 지점부 구성을 나타낸 상세도이고, 도5a는 보와 회전받침장치 연결부를 상세하게 나타낸 도4a의 A-A 단면도. 도5b는 보와 회전받침장치 연결부를 상세하게 나타낸 도4b의 A-A 단면도이다.Figures 4a and 4b is a detailed view showing the configuration of the point portion of the beam in accordance with the present invention, Figure 5a is a cross-sectional view taken along line A-A of Figure 4a showing the connection between the beam and the support device. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 4B showing the beam and pivot support connection in detail; FIG.
도4a 및 도5a는 보의 지점부 구성을 나타낸 일예시이다.4A and 5A show an example of a branch structure of a beam.
도면에 도시한 바와 같이, 상기 힌지장치(103)는 보(100)의 하부플랜지(100a) 저면에 직립되게 설치된 제1 및 제2 브라켓(121, 122)과; 상기 회전받침장치(102)의 단부를 끼운채로 제1 및 제2 브라켓(121, 122)을 관통하는 회전축(123)과; 상기 회전축(123)에 끼워지되,원주면에 인장재(104)를 수용하기 위한 홈(124a)이 형성된 새들(124)을 포함한다.As shown in the figure, the
상기 보의 지점부 구성의 다른 예가 도4b 및 도5b에 도시되었다.Another example of the point portion configuration of the beam is shown in Figs. 4B and 5B.
도면에 도시한 바와 같이, 상기 보(100)는 회전받침장치(102)가 설치되는 구간만큼 하부 플랜지(100a)가 제거된 구조로 되어 있다. 그리고, 상기 보(100)의 웨브(100b)와 소정 간격을 두고 그의 양측면에 각각 설치되며, 하면에 회전받침장 치(102)가 고정되는 지지브라켓(131)과; 상기 웨브(100b)와 지지브라켓(131)을 관통하는 회전축(132)과; 원호형상을 가지고 상기 지지브라켓(131)과 직각방향으로 그의 하부측에 설치되며, 원호면을 따라 인장재(104)가 접촉하는 원호판(133)을 포함한다. 상기 원호판(133)은 도4a 및 도5a에 나타낸 예에도 적용할 수 있다. As shown in the figure, the
도4a에서 Lh는 힌지장치(103)의 중심으로부터 인장재(104)까지의 최단거리이며, 도4b에서 Ls는 힌지장치(103)의 중심에서 지점반력이 작용하는 점까지의 수평거리이다. 따라서 하중이 작용할 때 인장재(104)에 도입되는 장력은 지점반력의 Ls/Lh 배가 된다. 그런데, 하중이 작용하여 회전받침장치(102)가 회전하게 되면 Lh와 Ls는 약간씩 변하게 된다. 비율상으로 볼 때, Lh의 변화율은 Ls보다 더 크고 지점반력과 인장력 크기의 비율에도 더 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 발명에서는 Lh를 일정하게 유지할 수 있도록 힌지장치(103)의 회전축(123)에 새들(124)을 설치하거나, 회전축(132) 하부에 원호판(133)을 설치함으로써 보다 큰 회전받침장치(102)의 회전을 허용할 수 있게 된다. In FIG. 4A, Lh is the shortest distance from the center of the
도5a에 도시한 바와 같이, 상기 새들(124)은 힌지장치(103)의 회전축(123)을 중심으로 독립적으로 회전하여도 되고, 회전받침장치(102)에 고정되어 그와 함께 연동하여도 무관하다. 또한 새들(124)이 반드시 회전축(123)을 감싸는 원통형일 필요는 없으며, 도5b에 도시한 바와 같이 원호 형태 판(133)으로 회전받침장치(102)에 고정되어도 된다.As shown in FIG. 5A, the
도6a는 도4a에 도시된 스토퍼장치(112)의 구성을 상세히 나타낸 도4a의 B-B단면도이고, 도6b는 도4b에 도시된 스토퍼장치(112)의 다른 구성을 상세히 나타낸 도4b의 B-B단면도를 나타낸다.FIG. 6A is a BB cross-sectional view of FIG. 4A showing the configuration of the
도6a에 도시한 바와 같이, 상기 스토퍼 장치(112)는 보(100)의 하부 플랜지(100a) 양측에 설치된 고정 브라켓(141)과; 상기 양측 고정 브라켓(141)의 내면에 회전받침장치(102)의 상부 플랜지가 걸쳐지도록 설치된 제1 스토퍼(142)로 구성될 수 있다. 이 경우에, 상기 회전받침장치(102)의 회전이 인장재(104)의 장력이 줄어드는 방향으로 회전하지만, 제1 스토퍼(142)가 설치된 위치에서 회전받침장치(102)의 회전이 제한된다. 따라서, 상기 보(100)를 지점에 얹혀져 자중이나 활하중 등의 하중이 재하되기 전에도 약간의 프리스트레싱을 할 수 있어, 하중이 일정한 크기 이상으로 작용하기 전까지는 회전받침장치(102)가 회전하지 않도록 할 수 있다. As shown in Fig. 6A, the
상기 스토퍼장치(112)의 다른 구성예로서, 도6b에 도시한 바와 같이 회전받침장치(102)의 상단부 내면에 돌출되게 설치된 제2 스토퍼(145)와; 상기 보(100)의 웨브(100b) 하단에 설치된 제3 스토퍼(146)로 구성되며, 이러한 스토퍼장치(112)의 구성을 통하여 상기 회전받침장치(102)의 회전을 제한할 수 있다. As another configuration of the
본 발명에 의한 프리스트레스트 보를 제작할 때부터 별도의 스토퍼장치(112)를 더 부가하여 약간의 프리스트레스를 도입하면, 공사중 추가되는 슬래브 등의 고정하중을 설치하는 동안 보(100)의 지점부 처짐이 발생하지 않도록 하고 활하중에 더 재하될 때부터 회전받침장치(102)의 회전에 의해 추가적인 프리스트레스가 도입되도록 할 수 있다. When manufacturing a prestressed beam according to the present invention, if a further prestress is introduced by adding an
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 작용하중이 변화함에 따라 프리스트레스 크기가 자동으로 변화하여 보는 축력의 변화만 있을 뿐 모멘트에는 큰 변화가 발생하지 않기 때문에 작은 단면의 장지간 보를 설계할 수 있어, 가볍고 경제적인 휨저항구조의 구현이 가능한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since the prestress size automatically changes as the working load changes, there is only a change in the axial force, and a large change does not occur in the moment. Economical bending resistance structure can be implemented.
또한, 본 발명은 보에 도입되는 프리스트레스를 보에 작용하는 하중수준에 비례하여 변하도록 할 수 있어 보가 큰 하중에도 저항할 수 있으면서 하중이 없을 때 과도한 프리스트레싱이 되지 않음으로써 작은 단면의 보를 사용하는 것이 가능하여 지붕구조, 가설교량, 보도교량 등의 구조물을 경량화 할 수 있는 다른 효과가 있다.In addition, the present invention can be used to change the prestress introduced to the beam in proportion to the load level acting on the beam, so that the beam can resist a large load, but does not use excessive cross-stressing when there is no load, it is to use a small cross-sectional beam It is possible to reduce the weight of structures such as roof structures, temporary bridges and sidewalk bridges.
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