KR100927952B1 - 긴장력 조절이 가능한 거더 및 이를 이용한 교량의시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 긴장력 조절이 가능한 거더(girder) 및 이를 이용한 교량의 시공방법에 관한 것으로서, 사용에 의한 교량의 처짐이나 균열 등을 보수하기 위하여 시공시 긴장되게 설치된 스트랜드(strand)를 다시 풀어 주고 보수 후 다시 긴장시킬 수 있도록 피복을 벗겨낸 스트랜드의 단부가 콘크리트에 의해 고착되지 않도록 밀폐 정착구가 설치되고, 내부에 탄소섬유판이 길게 일체화되어 인장력과 휨에 강한 내구성을 가진 거더에 관한 것과; 거더의 단부에 정착되는 1차 스트랜드가 긴장되게 설치되어 일체화된 상기의 거더를 교각에 설치하는 단계, 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드를 긴장시키되 양단부에 밀폐 정착구를 설치하는 단계, 양단부의 밀폐 정착구의 사이에 콘크리트 등을 충진시키되 밀폐 정착구의 외측 즉 피복이 제거된 2차 스트랜드에는 콘크리트 등이 접촉되지 않게 하는 단계를 포함하여 구성된 상기 거더를 이용한 교량의 시공방법에 관한 것이다.

교량, 거더, 스트랜드, 탄소섬유판

Description

긴장력 조절이 가능한 거더 및 이를 이용한 교량의 시공방법{Girder and method bridge building using the same}

본 발명은 긴장력 조절이 가능한 거더(girder) 및 이를 이용한 교량의 시공방법에 관한 것으로서, 사용에 의한 교량의 처짐이나 균열 등을 보수하기 위하여 시공시 긴장되게 설치된 스트랜드(strand)를 다시 풀어 주고 보수 후 다시 긴장시킬 수 있도록 피복을 벗겨낸 스트랜드의 단부가 콘크리트에 의해 고착되지 않도록 밀폐 정착구가 설치되고, 내부에 탄소섬유판이 길게 일체화되어 인장력과 휨에 강한 내구성을 가진 거더에 관한 것과; 거더의 단부에 정착되는 1차 스트랜드가 긴장되게 설치되어 일체화된 상기의 거더를 교각에 설치하는 단계, 거더의 측면이나 상부에 정착되는 2차 스트랜드를 긴장시키되 양단부에 밀폐 정착구를 설치하는 단계, 양단부의 밀폐 정착구의 사이에 콘크리트 등을 충진시키되 밀폐 정착구의 외측 즉 피복이 제거된 2차 스트랜드에는 콘크리트 등이 접촉되지 않게 하는 단계를 포함하여 구성된 상기 거더를 이용한 교량의 시공방법에 관한 것이다.

[문헌 1] 한국 특허등록 제10-0734169, 2007.06.26
상기 문헌 1의 발명은 긴장력 조절이 가능한 유지관리용 정착구가 구비된 프리스트레스트 콘크리트 거더 및 이의 시공방법에 관한 것이다. 상ㆍ하부플랜지 및 복부로 이루어지는 거더와; 상기 거더의 양측면에 일정한 폭과 너비로 돌출 설치된 정착블록과; 상기 정착블록의 양단부측 소정의 위치에 스트랜드를 긴장시키기 위한 긴장력을 도입할 수 있도록 정착된 유지관리용정착구로 구성된다. 또한, 시공방법은 PSC 거더의 양측면에 돌출 정착블록을 설치하고, 상기 돌출 정착블록에 쐐기와 추가긴장용 링너트 및 긴장해제용 브라켓이 혼용된 유지관리용 정착구를 각각 설치하며, 상기 각각의 유지관리용 정착구에 걸쳐 스트랜드를 설치하며, 상기 스트랜드의 주 긴장시에는 유지관리용 정착구의 쐐기를 이용하여 긴장하는 한편, 추가 긴장시에는 유지관리용 정착구의 추가긴장용 링너트를 이용하여 스트랜드를 긴장하고, 스트랜드의 교체 삽입이 필요할 경우 긴장력 해제용 브라켓을 제거하여 기 도입된 긴장력을 완전 해제하여 기존의 스트랜드를 제거하고 새로운 스트랜드를 삽입하여 긴장할 수 있도록 하는 것이다.

거더는 교량의 내하력을 조정할 수 있도록 교각의 상부에 설치되고, 그 상부에 상판이 설치되며, 상판의 상부에 콘크리트 슬래브 등이 포설된다. 상기의 거더는 교량의 내하력을 증가시키거나, 과하중이나 사용에 의해 발생된 처짐이나 균열 등을 보완할 수 있도록 긴장력을 조정할 수 있도록 제조된다.

종래의 프리스트레스트 콘크리트(PSC, pre-stressed) 거더의 내부에는 길이 방향으로 다수 개의 쉬스관이 설치되고, 상기 각각의 쉬스관에 다수 개의 스트랜드가 삽입된다.

상기의 스트랜드는 시공 단계별로 거더의 단부에 정착되는 1차 스트랜드와, 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드로 구별하는데, 1차 스트랜드는 미리 긴장시키고 쉬스관에 그라우팅으로 충전시켜 거더와 일체화시킨 후 교각에 설치한다. 2차 스트랜드는 보수 공사시에 긴장을 풀어주고 다시 긴장되게 조절할 수 있도록 2차 스트랜드가 직접 콘크리트 거더에 접촉되어 고착되지 않도록 피복을 입혀 설치한다. 그리고 양단부를 당겨 긴장시키기 위하여 양단부의 피복을 벗긴 상태에서 긴장시키고, 쉬스관에 그라우트를 충진하여 피복의 외면과 거더가 일체가 되게 설치한다. 따라서 개보수가 필요할 경우 그라우트에 의해 고착되지 않은 2차 스트랜드의 긴장을 풀어 작업한 후, 다시 당겨 긴장시키면 된다.

종래의 경우는 2차 스트랜드를 당겨 긴장시키기 위하여 양측 단부의 피복을 벗키고, 인장 장치를 피복이 벗겨진 2차 스트랜드를 압지하도록 하여 2차 스트랜드 를 당겼다. 그리고 쉬스관에 그라우팅으로 충진하였다.

상기와 같은 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드는 교량의 보수를 위해 나중에 긴장을 풀고 다시 긴장시켜야 하는 구성요소인데, 2차 스트랜드가 삽입된 쉬스관에 그라우트재가 충진될 때 그라우트재가 피복이 제거된 2차 스트랜드에 고착됨으로써, 교량 보수를 위해 2차 스트랜드의 긴장을 풀거나 다시 긴장시킬 수 없는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드가 삽입된 쉬스관의 내부에 그라우트재가 충진되더라도 피복이 벗겨진 2차 스트랜드의 양측단부는 그라우트재가 접촉되지 않고 그리우트재는 2차 스트랜드의 피복에만 접촉되도록 하여, 2차 스트랜드의 긴장을 풀거나 다시 긴장시킬 때 용이하도록 하는 구조를 제공함에 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 쉬스관의 양측 단부에 밀폐 정착구가 설치된 거더를 제공하게 된다. 상기 밀폐 정착구는 피복이 입혀진 상태의 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드가 삽입되는 삽입공이 다수 형성되어 있고, 상기 삽입공에는 피복에 기밀되게 접촉된 실링이 설치되어 있어, 쉬스관의 내부에 충진된 그라우트재가 밀폐 정착구의 외측으로 누출되지 않도록 하여, 피복이 벗겨진 2차 스트랜드의 양단와 접촉되지 않도록 하는 구조이다.

본 발명에 따르면, 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드가 삽입된 쉬스관의 그라우트재가 피복이 벗겨진 2차 스트랜드의 양단부와 접촉되지 않게 됨으로써, 교량의 보수 공사를 위해 2차 스트랜드를 용이하게 긴장을 해제시킬 수 있고, 보수 후 다시 긴장시킬 수 있게 됨으로써, 거더를 이용한 교량의 유지 보수가 매우 용이하게 된다.

본 발명에 의한 거더는 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드(1)의 긴장을 풀고 다시 긴장시킬 수 있도록 하는 구조에 특징이 있다. 즉, 거더 본체(2)의 내부에 길이방향으로 완만한 호상으로 삽입된 다수개의 쉬스관(3); 상기 쉬스관(3)에 피복없이 삽입되어 긴장된 후 그라우트재(4)로 일체화된 1차 스트랜드(5); 상기 쉬스관(3)에 피복(6)이 씌워져 긴장된 후 그라우트재(4)로 일체화된 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드(1); 상기 1차 스트랜드(5)와 2차 스트랜드(1)의 양단부를 고정하기 위하여 거더 본체의 양단부에 설치된 고정판(7); 상기 고정판(7)의 구멍으로 인출된 1차 스트랜드(5)와 2차 스트랜드(1)를 압지하여 긴장된 상태로 고정시키는 고정쐐기(8);를 포함하여 구성된 거더(100)에 있어서, 상기 2차 스트랜드(1)가 설치된 쉬스관(3)의 양단부에 피복(6)이 씌워진 2차 스트랜드(1)가 기밀되게 삽입되는 삽입공(9)이 형성된 밀폐 정착구(10)가 설치됨을 특징으로 한다. 상기의 삽입공(9)에는 피복(6)에 밀착되는 실링(11)이 설치되어, 쉬스관(3)의 내부 그라우트 재(4)가 외부로 누출되지 않도록 하는 구조이다.

그리고 본 발명은 거더 본체(2)의 내부에 탄소섬유판(12)이 거더 본체(2)의 길이 방향으로 일체화되게 삽입설치됨에 또 다른 특징이 있다. 상기의 탄소섬유판(12)은 PAN 계열의 탄소섬유가 두께 5mm 내외, 폭 2~5cm로 제조되어 유통되는 것을 사용하거나, 판재나 환봉의 형태로 유통되는 것을 사용하면 된다. 환봉의 형태로 된 것은 직경 12mm 정도의 탄소섬유사 다수 가닥이 꼬여져 형성된 것이다. 본 발명에서의 탄소섬유판(12)이라 함은 상기의 유통되는 탄소섬유판과 환봉의 형태, 그리고 유통되는 탄소섬유판이 "ㅜ"형 등으로 부착되어 형강의 형태를 가진 것 등 다양한 것을 모두 칭하는 것으로 한다.

그리고 상기의 탄소섬유판(12)은 쉬스관(3)에 내부에 설치되고, 그라우트재(4)에 의해 일체화 되게 설치될 수도 있다.

이와 같은 구조를 가진 본 발명은 도 1에 교각위에 설치된 상태의 거더(100)가 도시되어 있고, 도 2와 도 3에 거더(100)의 단면이 도시되어 있으며, 도 4에 2차 스트랜드(1)의 양단부 기밀 구조가 도시되어 있다.

상기의 탄소섬유판(12)을 설치하는 방법은 다양할 수 있다. 즉 거더 본체(2)에 쉬스관(3)을 설치하고 양생한 후, 이에 탄소섬유판(12)을 삽입하고 그라우트재(4)로 일체화시키는 방법과, 거더 본체(2)를 철근콘크리트 구조로 제작할 때 쉬스관(3) 없이 탄소섬유판(12) 또는 측면에 에폭시 등으로 철판이 부착된 탄소섬유판(12)을 철근과 함께 배근하여 양생시키는 방법과, 거더 본체(2)를 양생 후 본체(2)의 일측면에 홈을 형성시키고, 이에 탄소섬유판(12)을 설치하는 방법 등이다.

물론 상기의 거더(100)에는 1차 스트랜드(5)와 2차 스트랜드(1)가 설치되고, 그 각각을 위하여 쉬스관(3)이 설치된다.

상기의 거더(100)가 양생되면 거더(100)의 자중과 슬래브의 중량만큼의 하중을 1차 스트랜드(5)를 당겨 긴장시킨 후 그 양단부를 고정판(7)의 구멍에 끼운 후 고정쐐기(8)로써 고정한다. 그리고 1차 스트랜드(5)가 삽입된 쉬스관(3)의 내부에 고강도 모르타르나 에폭시 등의 그라우트재(4)를 주입하여 1차 스트랜드(5)를 본체(2)에 일체화시킨다. 이의 방법과 구조는 일반적인 것이다.

다음은, 교각 위에 거더(100)을 설치하고, 부대 하중과 활하중만큼 2차 스트랜드(1)를 긴장시켜 고정한다. 이 때 본 발명은 이후 교량의 보수 등을 위하여 2차 스트랜드(1)를 피복(6)된 것을 사용한다. 따라서 2차 스트랜드(1)를 긴장시킬 때에는 긴장 장치가 압지하여 당길 수 있도록 양단부에는 일정 길이 만큼 피복(6)을 제거한다.

그리고 밀폐 정착구(10)의 각각의 삽입공(9)에 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드(1)를 삽입하고, 밀폐 정착구(10)를 쉬스관(3)의 단부에 삽입한다. 삽입공(9)에는 실링(11)이 설치되어 있고, 상기 실링(11) 부분에 2차 스트랜드(1)의 피복(6)이 위치되어 기밀된 상태가 되도록 한다. 따라서 피복(6)은 실링(11)이 위치한 곳보다 외측까지만 존재하면 된다.

따라서 긴장 장치로 2차 스트랜드(1)를 압지하여 긴장시킬 때에는 피복(6)이 제거된 부분을 이용하고, 고정판(7)과 고정쐐기(8)를 이용하여 긴장 상태를 유지시키는 것은 1차 스트랜드(5)와 같이 일반적인 공지의 기술이다.

그리고 쉬스관(3)에 그라우트재(4)를 충진하게 되는데, 그라우트재(4)는 실링(11)에 의해 쉬스관(3)의 외부로 누출되지 않게 된다. 따라서 밀폐 정착구(10)의 외측부에 위치하는 피복(6)이 벗겨진 2차 스트랜드(1)에는 그라우트재(4)가 접촉되지 않는다.

거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드(1)는 피복(6)에 의해 본체(2)와 일체로 고착되지 않아 피복(6) 속에서 유동이 가능하고, 피복(6)이 벗겨진 부분은 밀폐 정착구(10)에 의해 그라우트재(4)와의 접촉이 방지되므로 본체(2)와의 일체화가 방지된다.

따라서 이후 교량의 보수 등의 이유로 2차 스트랜드(1)의 긴장을 풀고 다시 긴장시키는 작업이 매우 용이하게 된다.

뿐만 아니라 본 발명에 사용된 탄소섬유판(12)은 강철보다 큰 인장 강도를 가지고 있으므로, 거더의 단부에 정착되는 1차 스트랜드(5)와 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드(1)와 더불어 하중의 지지는 물론이고, 1차 스트랜드(5)와 2차 스트랜드(1)의 긴장력에 의해 과도하게 위로 불룩하게 솟아오르는 것을 방지하거나 거더의 형고를 낮추는 장점이 있다.

상기와 같이 거더(100)를 교각위에 설치하여 연속 교량을 시공할 때에는 다수 개의 거더(100)를 연결하여야 한다. 거더(100)의 양측 단부는 각각 교각 상부에 거치되고, 인접된 다른 거더(100)와는 일정 간격을 유지시켜 설치한다. 이와 같이 다수 개의 거더(100)를 연결한 구조가 도 5에 도시되어 있다.

다수 개의 거더(100)를 설치하면, 거더(100)의 상부에 슬래브 콘크리트(13) 을 타설하게 된다.

이 단계에서의 본 발명의 특징은 슬래브 콘크리트(13)의 내부, 즉 거더(100)의 인접 부분 상부에 타설되는 슬래브 콘크리트(13)의 내부에, 인접된 거더(100)의 사이 간격부를 가로지르게 연결대(14)를 매설함에 특징이 있다.

따라서 거더(100)의 상부에 콘크리트(13)를 타설하기 전에, 연결대(14)을 거더(100)와 거더(100)의 사이 공간부를 가로질러 설치한다. 연결대(14)는 도 7에 도시된 바와 같이 쉬스관(3)의 내부에 탄소섬유판(12)이 삽입된 상태에서 그라우트재(4)가 충진되어 일체화된 구조이거나, 다수 개의 탄소섬유판(12) 또는 측면에 철판이 부착된 탄소섬유판(12)이 나란히 설치되고 그 사이에 에폭시(17)가 충진된 구조일 수 있다. 물론 상기의 구조 이외에 어떠한 구조도 가능한 것으로 철근이나 탄소섬유판 단일 구조도 가능하다.

상기와 같이 연결대(14)을 설치한 후 콘크리트(13)을 타설하여 양생시킨다. 따라서 연결대(14)는 거더(100) 사이의 연결부에서 발생되기 쉬운 크랙의 발생을 방지하게 된다.

다음의 단계는 양생된 콘크리트(13) 상부에 아스팔트와 같은 포장재(15)을 타설하는 단계이다.

도 1은 본 발명의 거더가 교각에 설치된 상태도

도 2는 도 1의 "A-A"부 단면도

도 3은 도 1의 "B-B"부 단면도

도 4는 밀폐 정착구의 설치 상태도

도 5는 거더 연결부의 상세도

도 6은 도 5의 "C-C"부 단면도

도 7은 도 5의 "D-D"부 단면도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 2차 스트랜드 2 : 본체

3 : 쉬스관 4 : 그라우트재

5 : 1차 스트랜드 6 : 피복

7 : 고정판 8 : 고정쐐기

9 : 삽입공 10 : 밀폐 정착구

11 : 실링 12 : 탄소섬유판

13 : 슬래브 콘크리트 14 : 연결대

15 : 포장재 16 : 철판

17 : 에폭시 100 : 거더

Claims (5)

1. 거더 본체(2)의 내부에 길이방향으로 완만한 호상으로 삽입된 다수개의 쉬스관(3); 상기 쉬스관(3)에 피복없이 삽입되어 긴장된 후 그라우트재(4)로 일체화된 거더의 단부에 정착되는 1차 스트랜드(5); 상기 쉬스관(3)에 피복(6)이 씌워져 긴장된 후 그라우트재(4)로 일체화된 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드(1); 상기 1차 스트랜드(5)와 2차 스트랜드(1)의 양단부를 고정하기 위하여 거더 본체(2)의 양단부에 설치된 고정판(7); 상기 고정판(7)의 구멍으로 인출된 1차 스트랜드(5)와 2차 스트랜드(1)를 압지하여 긴장된 상태로 고정시키는 고정쐐기(8);를 포함하여 구성된 거더(100)에 있어서, 상기 2차 스트랜드(1)가 설치된 쉬스관(3)의 양단부에 실링(11)이 설치된 삽입공(9)을 가진 밀폐 정착구(10)가 설치되고, 상기 실링(11)의 내부로 피복(6)이 씌워진 2차 스트랜드(1)가 기밀되게 삽입됨을 특징으로 하는, 긴장력 조절이 가능한 거더.
2. 제 1항에 있어서, 상기 거더 본체(2)의 내부에 탄소섬유판(12)이 거더 본체(2)의 길이 방향으로 일체화되게 삽입설치됨을 특징으로 하는 긴장력 조절이 가능한 거더.
3. 거더(100)가 양생되면 거더(100)의 자중, 또는 거더의 자중과 슬래브 중량만큼의 하중을 거더의 단부에 정착되는 1차 스트랜드(5)를 당겨 긴장시킨 후 그 양단부를 고정판(7)의 구멍에 끼운 후 고정쐐기(8)로써 고정하고, 거더의 단부에 정착되는 1차 스트랜드(5)가 삽입된 쉬스관(3)의 내부에 그라우트재(4)를 주입하여 1차 스트랜드(5)를 본체(2)에 일체화시키는 단계; 교각 위에 거더(100)을 설치하고, 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드(1)가 설치된 쉬스관(3)의 양단부에 밀폐 정착구(10)를 설치하고, 밀폐 정착구(10)의 각각의 삽입공(9)에 2차 스트랜드(1)를 삽입하여 삽입공(9)의 실링(11)이 피복(6)에 기밀되게 밀착하는 단계; 긴장 장치로 2차 스트랜드(1)의 피복(6)이 벗겨진 부분을 압지하여 당기고, 고정판(7)과 고정쐐기(8)을 이용하여 긴장 상태를 유지시키는 단계; 2차 스트랜드(1)가 설치된 쉬스관(3)에 그라우트재(4)가 실링(11)에 의해 쉬스관(3)의 외부로 누출되지 않게 그라우트재(4)를 충진하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는, 긴장력 조절이 가능한 거더를 이용한 교량의 시공방법.
4. 삭제
5. 거더(100) 제작시 탄소섬유판(12)을 철근 배근시 함께 조립하는 단계; 거더(100)가 양생되면 거더(100)의 자중, 또는 거더(100)의 자중과 슬래브 중량만큼의 하중을 거더(100)의 단부에 정착되는 1차 스트랜드(5)를 당겨 긴장시킨 후 그 양단부를 고정판(7)의 구멍에 끼운 후 고정쐐기(8)로써 고정하고, 거더(100)의 단부에 정착되는 1차 스트랜드(5)가 삽입된 쉬스관(3)의 내부에 그라우트재(4)를 주입하여 1차 스트랜드(5)를 본체(2)에 일체화시키는 단계; 교각 위에 거더(100)을 설치하고, 거더의 측면에 정착되는 2차 스트랜드(1)가 설치된 쉬스관(3)의 양단부에 밀폐 정착구(10)를 설치하고, 밀폐 정착구(10)의 각각의 삽입공(9)에 2차 스트랜드(1)를 삽입하여 삽입공(9)의 실링(11)이 피복(6)에 기밀되게 밀착하는 단계; 긴장 장치로 2차 스트랜드(1)의 피복(6)이 벗겨진 부분을 압지하여 당기고, 고정판(7)과 고정쐐기(8)를 이용하여 긴장 상태를 유지시키는 단계; 2차 스트랜드(1)가 설치된 쉬스관(3)에 그라우트재(4)가 실링(11)에 의해 쉬스관(3)의 외부로 누출되지 않게 그라우트재(4)를 충진하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는, 긴장력 조절이 가능한 거더를 이용한 교량의 시공방법.

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