KR101337185B1 - 보강 콘크리트에 의해 보강된 하이브리드 교량의 시공방법 및 그 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박스 거더와 트러스 거더가 결합된 구조의 하이브리드 교량의 시공 방법 및 그 구조체에 관한 것으로, 강재로 제작된 박스 거더와, 폐단면의 하현재 상면에 콘크리트 타설공과 다짐공이 구비되고, 상기 하현재에 설치되는 격벽에는 유공부가 구비된 트러스 거더를 준비하는 거더준비단계와; 고정 하중에 의하여 정모멘트가 발생되는 구간에는 상기 박스 거더가 위치하고, 고정 하중에 의하여 부모멘트가 발생되는 구간에는 상기 트러스 거더가 위치하는 배치로, 하나의 상기 박스 거더에 대해 한 쌍의 상기 트러스 거더를 종방향으로 상호 연결한 하이브리드 거더를 교각 상에 거치시키되, 상기 트러스 거더가 거치되는 교각 중 어느 하나 이상은 연속 지점부를 형성하는 거더거치단계와; 상기 하이브리드 거더의 상기 한 쌍의 트러스 거더의 상기 하현재의 사잇 공간에 상기 하현재에 지지되는 안전 발판을 설치하는 안전발판 설치단계와; 상기 안전발판 설치단계 이후에, 상기 트러스 거더의 상기 하현재에는 상기 보강 콘크리트를 타설하기 위한 타설공에 굳지 않은 콘크리트를 타설하여, 타설된 콘크리트가 상기 격벽의 상기 유공부를 관통하면서 상기 하현재 내부를 채우는 것에 의해 상기 연속 지점부를 향하여 하향의 구배를 갖는 상기 트러스 거더의 상기 하현재에 보강 콘크리트를 합성하되, 간격을 두고 배치된 다짐공에서 콘크리트의 다짐을 병행하면서 상기 보강 콘크리트를 합성하는 보강 콘크리트 합성단계와; 상기 하이브리드 거더의 상측에 바닥판 콘크리트를 합성하는 단계를; 포함하여 구성되어, 연속 지점부에 작용하는 큰 부모멘트를 효과적으로 지지하여 내하 능력이 큰 장경간 교량을 구현할 수 있으면서 강재의 사용량을 최소화하여 경제적인 시공이 가능하고, 한 쌍의 트러스 거더의 하현재에 지지되는 안전 발판을 설치함으로써 작업원의 안전을 담보할 수 있는 하이브리드 교량의 상부구조 시공방법 및 이에 의한 상부 구조체를 제공한다.

Description

보강 콘크리트에 의해 보강된 하이브리드 교량의 시공방법 및 그 구조체{Construction Method of Hybrid Bridge Reinforced with Concrete Filler and Its Structure Thereof}

본 발명은 박스 거더와 트러스 거더가 결합된 하이브리드 교량구조의 시공 방법 및 그 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속 지점부에 트러스 거더 형식을 배치하고 트러스 거더의 하현재 내부에 보강 콘크리트를 밀실하게 채워 보강하여 연속 지점부에 작용하는 큰 부모멘트를 보다 효과적으로 지지하여 내하 능력이 큰 장경간 교량을 구현할 수 있는 하이브리드 교량의 시공 방법 및 그 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 교량은 강이나 바다 또는 계곡을 차량 등이 보다 편리하게 통행할 수 있도록 시공되는 것으로서, 교량에 작용하는 고정하중과 활하중을 견디기 위해 제작된 거더와, 상기 거더의 상측에 차량 등이 통행할 수 있도록 판 형상으로 형성된 바닥판 콘크리트로 이루어진다.

강이나 계곡의 폭이 작아 건너고자 하는 길이가 짧거나, 차량의 통과 중량이 적어 큰 하중을 지지할 필요가 없는 경우에는 교각에 양단이 지지되도록 거더를 거치한 후, 그 위에 바닥판을 설치하여 단순 교량을 시공한다. 이와 같이 구성된 단순교량은 거더의 중앙부에 고정하중과 활하중에 의해 정모멘트만 받게 된다.

이와 유사하게, 강이나 계곡의 폭이 긴 경우라면, 거더를 신축 이음부를 사이에 두고 교각에 연속적으로 거치하여 교량의 길이를 길게 시공할 수도 있다. 그러나 이와 같이 시공된 교량은 상부구조의 외력에 대한 저항능력의 한계와 시공성 및 경제성 등의 사유로 인하여 경간의 길이에 제한을 받게 되고 통수능이나 형하공간의 확보에도 문제가 발생하기도 하며, 특히 상부구조가 접속되는 위치에 설치되는 신축이음은 통행차량의 승차감을 저해시키는 원인이 되기도 한다.

이를 개선한 것으로, 도1에 도시된 바와 같이, 교축 방향으로 인접한 거더(30)가 서로 연결되어 연속이 되도록 한 연속 교량(1)이 있다. 연속 교량(1)은 교축 방향으로 인접한 거더(30)가 외력에 대하여 일체로 거동함에 따라 교각(20)과 교각(20)의 사이에서 거더(30)의 휨 변형량이 단순교 형식과 비교하여 보다 더 작아지게 되며, 신축이음을 두지 않음에 따라 차량이 교각(20) 위치를 통과할 때에도 덜컹거리지 않으므로 이용자가 편안하게 교량을 통과할 수 있게 된다.

그러나 연속 교량(1)은 교각(20)과 교각(20)의 사이인 경간부에 작용하는 정모멘트(M2, M2')가 크게 줄어드는 잇점이 있지만, 연속화된 교각(20)의 상부인 연속 지점부에서 부모멘트(M1)가 크게 증가하는 문제점이 야기된다. 이에 따라, 연속교는 교각(20)이 위치하는 연속 지점부의 부모멘트(M1)에 대하여 보다 안전하게 저항하기 위하여, 상부구조의 저항단면은 도1에 도시된 바와 같이 정모멘트(M2, M2')가 작용하는 영역에서의 높이(H)보다 부모멘트(M1)가 작용하는 영역에서 훨씬 큰 높이(H')를 갖도록 형성하는 등 휨 저항 강도를 증대시키기 위한 별도의 방안이 필요하다.

특히 높은 지지 능력과 비틀림에 대한 우수한 저항능력으로 긴 경간의 교량에서는 강상자 거더가 빈번하게 사용되고 있으며, 이 경우에도 도1에 도시된 교량(1)의 연속 지점부에서의 높이(H')를 경간부에서의 높이(H)보다 더 크게 형성하는 것에 의해 지간이 긴 교량을 지지할 수 있다. 그러나 지점부 위치에서의 강상자 거더의 높이(H')가 약 3.2m 이상으로 높아지게 되면, 공장에서 제작한 강상자 거더를 차량에 세우거나 눕혀 탑재한 상태로 현장으로 운반하는 것이 허용되지 않으므로, 강상자 거더는 운반이 가능하도록 복부판을 중심으로 상/하로 분해하여 이동한 후에 현장에서 분리된 복부판을 교축방향으로 길게 연결할 수밖에 없었다. 이에 따라, 공장에서 상,하 분리제작하여 현장으로 나누어 운반하는 작업이 번거로울 뿐만 아니라, 현장에서 복부판을 일체로 연결하는 데 있어서 품질관리가 어렵고 오랜 작업 시간이 소요되어 시공성과 미관이 저하되는 문제점이 야기되었다.

따라서 장경간을 갖는 연속교량의 시공에 있어서 상기와 같은 품질관리, 시공성 및 경제성 측면에서의 문제점을 크게 개선하면서 동시에 지점부에 작용하는 부모멘트를 보다 효과적으로 견딜 수 있도록 하는 방안의 필요성이 절실히 대두되고 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 연속 지점부에 트러스 거더 형식을 배치하고 트러스 거더의 하현재 내부에 보강 콘크리트를 밀실하게 채워 보강하여 연속 지점부에 작용하는 큰 부모멘트를 보다 효과적으로 지지하여 내하 능력이 큰 장경간 교량을 구현할 수 있는 하이브리드 교량의 시공 방법 및 그 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 연속 지점부에 작용하는 큰 부모멘트를 효과적으로 지지하여 내하 능력이 큰 장경간 교량을 구현할 수 있으면서 강재의 사용량을 최소화하여 경제적인 시공이 가능한 연속 교량의 복합형식 상부구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 한 쌍의 트러스 거더의 하현재에 지지되는 안전 발판을 설치함으로써 보강 콘크리트 및 바닥판 콘크리트의 합성 공정을 보다 안전하게 시공할 뿐만 아니라 향후에도 보다 안전한 유지 관리를 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

동시에, 본 발명은 안전 발판을 콘크리트로 합성함으로써, 안전 발판에 의해 작업원의 안전을 확보할 뿐만 아니라 지점부의 부모멘트에 보다 효과적으로 견딜수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 강재로 제작된 박스 거더와, 폐단면의 하현재 상면에 콘크리트 타설공과 다짐공이 구비되고, 상기 하현재에 설치되는 격벽에는 유공부가 구비된 트러스 거더를 준비하는 거더준비단계와; 고정 하중에 의하여 정모멘트가 발생되는 구간에는 상기 박스 거더가 위치하고, 고정 하중에 의하여 부모멘트가 발생되는 구간에는 상기 트러스 거더가 위치하는 배치로, 하나의 상기 박스 거더에 대해 한 쌍의 상기 트러스 거더를 종방향으로 상호 연결한 하이브리드 거더를 교각 상에 거치시키되, 상기 트러스 거더가 거치되는 교각 중 어느 하나 이상은 연속 지점부를 형성하는 거더거치단계와; 상기 하이브리드 거더의 상기 한 쌍의 트러스 거더의 상기 하현재의 사잇 공간에 상기 하현재에 지지되는 안전 발판을 설치하는 안전발판 설치단계와; 상기 안전발판 설치단계 이후에, 상기 트러스 거더의 상기 하현재에는 상기 보강 콘크리트를 타설하기 위한 타설공에 굳지 않은 콘크리트를 타설하여, 타설된 콘크리트가 상기 격벽의 상기 유공부를 관통하면서 상기 하현재 내부를 채우는 것에 의해 상기 연속 지점부를 향하여 하향의 구배를 갖는 상기 트러스 거더의 상기 하현재에 보강 콘크리트를 합성하되, 간격을 두고 배치된 다짐공에서 콘크리트의 다짐을 병행하면서 상기 보강 콘크리트를 합성하는 보강 콘크리트 합성단계와; 상기 하이브리드 거더의 상측에 바닥판 콘크리트를 합성하는 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 교량의 상부구조 시공방법을 제공한다.

이를 통해, 상대적으로 큰 부모멘트가 연속 지점부에 작용하는 것을 트러스 형상의 강재거더에 의하여 지지하고, 상대적으로 작은 정모멘트가 작용되는 경간부는 박스형상의 강재거더로 지지하고, 부모멘트가 작용하는 구간에 설치된 트러스 거더의 하현재 내부에 보강 콘크리트를 밀실하게 채워 보강함으로써, 연속 지점부에 작용하는 큰 부모멘트를 효과적으로 지지하여 내하 능력이 큰 장경간 교량을 구현할 수 있으면서 강재의 사용량을 최소화하여 경제적인 시공이 가능해진다.

그리고, 상기 트러스 거더는 상, 하현재를 연결하는 연결재와 하현재가 만나는 절점부의 강도를 보강하는 격벽에 유공부를 형성해두어, 연속지점부로부터 종방향으로 이격된 타설공에 굳지 않은 콘크리트를 타설하면, 타설된 콘크리트가 하현재 내부에 설치된 격벽의 유공부를 관통하면서 연속 지점부를 향하여 하향의 구배를 갖는 하현재 내부에 보강 콘크리트를 밀실하게 충진함으로써, 트러스 거더의 절점부의 강도를 보강하면서도, 부모멘트가 크게 작용하는 연속 지점부에서 보강 콘크리트로 하현재 내부를 밀실하게 채워 강도를 보강할 수 있다. 이를 통해, 압축 응력을 받는 위치의 하현재에 보강 콘크리트가 합성됨에 따라 좌굴 강도가 증가하므로, 강재의 허용압축응력의 크기를 증대시킬 수 있다.

이와 동시에, 연속 지점부 및 그 주변 영역에서 트러스 거더의 하현재에 보강 콘크리트를 채우는데 있어서, 다수의 다짐공을 위치시켜 보강 콘크리트의 타설 공정에 다짐 작업을 병행함에 따라, 하현재 내에 타설되어 충진되는 보강 콘크리트가 캐비티 발생없이 충진될 수 있도록 한다. 이를 통해, 지점부의 강성을 보다 증대시켜 구조 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

무엇보다도, 본 발명에 따른 하이브리드 거더는 하나의 박스 거더에 대하여 한 쌍의 트러스 거더가 연결되도록 구성되는데, 이 한 쌍의 트러스 거더의 하현재에 지지되도록 안전 발판을 설치해 둠으로써, 보강 콘크리트와 바닥판 콘크리트를 합성하는 공정과 향후 유지 관리할 때에 작업원의 안전을 도모하면서, 보다 용이하게 각 공정을 행할 수 있도록 한다.

이 때, 상기 안전 발판은 상기 한 쌍의 하현재의 사이 공간에 분리 가능하게 지지될 수 있다. 예컨대, 안전 발판은 한 쌍의 하현재에 거치되어 지지되도록 함으로써, 필요에 의해 안전 발판을 쉽게 철거할 수 있도록 할 수 있다. 본 발명은 안전 발판을 하현재에 지지시키면서 설치함에 있어서, 하현재의 상면에 거치되는 형태로 안전 발판이 설치될 수도 있고, 하현재의 하부 플랜지에 거치되는 형태로 안전 발판이 설치되는 것을 모두 포함한다.

한편, 한 쌍의 트러스 거더의 상기 하현재의 사이 공간에 안전 발판이 설치된 상태에서 콘크리트가 안전 발판에 합성될 수도 있다. 이를 통해, 작업원이 안전 발판 상을 이동하는 동안에도 안전 발판이 보다 견고하게 지지할 수 있을 뿐만 아니라, 콘크리트에 의해 지점부의 강성이 보다 증대되어 부모멘트에 보다 효과적으로 견딜 수 있다.

이 때, 상기 안전 발판은 프리캐스트 콘크리트를 포함함으로써, 안전 발판의 설치를 보다 간편하게 하면서 지점부의 강성을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 명세서 및 특허청구범위 전반에 걸쳐 사용된 '연속 지점부' 및 이와 유사한 용어는 교축방향으로 연속되어 시공된 거더를 양끝단이 아닌 내측위치에서 지지하는 지점을 의미하는 것으로서, 연속 교량의 상부 구조에서 부모멘트가 발생되는 지점부를 의미하는 용어로 사용된 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용된 '하이브리드'이라는 용어는 정모멘트가 작용하는 영역과 부모멘트가 작용하는 영역의 강재 거더의 형식이 서로 다르게 구성된 것을 의미한다. 이 때, 본 발명에 따른 하이브리드 거더는 하나의 강재 거더에 한 쌍의 트러스 거더가 결합된 형태의 거더를 지칭하며, 여기서 트러스 거더는 상현재, 하현재 및 이들을 연결하는 연결재로 이루어진 거더를 말한다. 다만, 본 발명에 따른 한 쌍의 트러스 거더는 가로재에 의해 서로 연결된 형태일 수 있다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 '교각'라는 용어는 교량을 제작하기 위하여 거더 등을 지지하는 하부 구조를 통칭하는 의미로 사용된 것으로서, 거더가 교축 방향으로 연속하여 배열된 교량의 경우에 교축 방향의 일측으로만 거더를 지지하는 '교대'의 의미 등을 포함하는 용어로 사용하기로 한다.

그리고, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 "고정 하중에 의하여 정모멘트가 발생되는 영역에 설치된 박스 거더" 및 "고정 하중에 의하여 부모멘트가 발생되는 영역에 설치된 트러스 거더"라는 구절의 의미는, 고정 하중에 의해 정모멘트가 발생되는 영역에만 박스 거더가 배열되고, 고정하중에 의해 부모멘트가 발생되는 영역에만 트러스 거더가 배열되는 것을 포함하기도 하지만, 고정 하중에 의해 정모멘트가 발생되는 영역 중 일부 이상에 박스 거더가 배열되고, 고정 하중에 의해 부모멘트가 발생되는 영역 중 일부 이상에 트러스 거더가 배열되는 것을 포함하는 것으로 정의하기로 한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위의 '절점부'라는 용어는 트러스 거더의 하현재와 연결재가 만나는 지점을 지칭하는 것으로 정의하기로 한다. 그리고, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '하현재'는 당업계에 알려진 바와 같이 일부 구간 이상에서 중공부가 형성된 단면을 갖는 형태를 지칭한다.

한편, 본 발명은, 고정 하중에 의하여 정모멘트가 발생되는 구간에 배치된 박스 거더와; 상현재와, 하현재와, 상기 상현재와 상기 하현재를 연결하는 연결재와, 상기 하현재와 상기 연결재가 만나는 절점부의 상기 하현재 내부에 유공부가 형성된 격벽을 구비하고, 고정 하중에 의하여 부모멘트가 발생하는 구간에 배치되되 상기 박스 거더의 내부에 일부가 삽입되어 상기 박스 거더와 결합되고, 하나 이상의 연속 지점부에 거치되며, 상기 연속 지점부를 중심으로 종방향 양측으로 이격된 상기 하현재 상면에 타설공이 관통 형성되고, 상기 타설공과 상기 연속 지점부의 사이에 다수의 다짐공이 형성된 한 쌍의 트러스 거더와; 상기 한 쌍의 트러스 거더의 상기 하현재의 사잇 공간에 상기 하현재에 지지되는 안전 발판과; 상기 타설공에 굳지 않은 콘크리트를 타설하여 상기 안전 발판 상에서 작업자가 상기 다짐공에서 다짐 작업을 하면서 상기 하현재의 일부 이상에 콘크리트를 채워, 상기 연속 지점부를 향하여 하향의 구배를 갖는 상기 트러스 거더의 상기 하현재에 합성된 보강 콘크리트와; 상기 박스 거더와 상기 트러스 거더의 상측에 합성된 바닥판 콘크리트를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 교량의 상부 구조체를 제공한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 상대적으로 큰 부모멘트가 작용하는 연속 지점부에 트러스 거더로 지지하고, 상대적으로 작은 정모멘트가 작용되는 경간부에 박스 거더로 지지하며, 부모멘트가 작용하는 구간에 설치된 트러스 거더의 하현재 내부에 보강 콘크리트를 밀실하게 채워 보강함으로써, 연속 지점부에 작용하는 큰 부모멘트를 효과적으로 지지하여 내하 능력이 큰 장경간 교량을 구현할 수 있으면서 강재의 사용량을 최소화하여 경제적인 시공이 가능해지는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 트러스 거더의 절점부에 강도를 보강하는 격벽을 하현재 내부에 설치하면서도 격벽 내부에 유공부를 형성하고, 동시에 타설공의 사이에 다수의 다짐공이 위치하여 다짐공에서 다짐 공정을 타설 공정과 병행함으로써, 타설공에 타설되는 콘크리트가 하현재 내부에서 밀실하게 충진되어 부모멘트가 크게 작용하는 연속 지점부의 좌굴 강도와 강재의 허용압축응력을 크게 증대시킴으로써, 보강 콘크리트에 의한 부모멘트의 지지 능력을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

무엇보다도, 본 발명은 하이브리드 거더를 이루는 한 쌍의 트러스 거더의 하현재에 지지되도록 안전 발판을 설치함으로써, 보강 콘크리트와 바닥판 콘크리트를 합성하는 공정과 향후 유지 관리할 때에 작업원의 안전을 도모하면서, 보다 용이하게 각 공정을 행할 수 있다.

또한, 본 발명은 하이브리드 거더의 한 쌍의 하현재 사이 공간에 안전 발판이 설치된 상태에서 콘크리트를 안전 발판에 합성함으로써, 안전 발판이 보다 견고하게 지지될 뿐만 아니라, 콘크리트에 의해 지점부의 강성이 보다 증대되어 구조 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 바닥판 콘크리트의 합성 이전에 보강 콘크리트를 트러스 거더의 하현재에 합성하여 연속 지점부의 강성을 증가시킴으로써, 바닥판 타설시 및 활하중 작용시 정모멘트의 크기를 줄일 수 있으며, 활하중 재하시 처짐을 감소시킬 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.

그리고, 본 발명은 보강 콘크리트가 바닥판 콘크리트의 합성 이전에 트러스 거더에 미리 합성됨에 따라, 하이브리드 거더의 자중과 보강 콘크리트의 자중에 의한 응력을 받지 않으므로, 향후 바닥판 콘크리트의 자중과 2차 고정하중 및 활하중에 의해 발생되는 압축 응력과의 중첩을 피할 수 있어서 보다 우수한 구조 효율을 구현할 수 있다.

도1은 종래의 3경간 연속 교량의 구성을 도시한 개략도
도2은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 교량의 구성을 도시한 도면
도3은 도2의 'A'부분의 확대도
도4는 도2의 바닥판 콘크리트가 타설되기 이전의 지점부 형상을 도시한 사시도
도5는 도2의 절단선 X-X에 따른 단면도
도6은 도2의 절단선 Y-Y에 따른 단면도
도7은 도4의 절단선 Z-Z에 따른 단면도
도8a 내지 도8c는 도2에 적용되는 다양한 형태의 안전 발판의 구성을 도시한 도면
도9a 내지 도9d는 도2에 따른 하이브리드 교량의 시공 순서에 따른 구성을 도시한 도면

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 교량의 상부구조(100)는 2경간 연속 교량을 예시적으로 나타낸 것으로서, 일단이 양 끝의 제1교각(10) 상부의 교좌장치(10a)에 각각 거치되는 박스 거더(110)와, 연속 지점부를 형성하는 제2교각(20) 상부의 교좌장치(20a)에 중앙부가 거치되고 상기 박스 거더(110)에 양단이 교축 방향으로 연결된 트러스 거더(120)와, 지점부의 트러스 거더(120)의 하현재(120a)에 지지되도록 설치된 안전 발판(125)과, 지점부의 트러스 거더(120)의 하현재(120a)에 채워진 보강 콘크리트(130)와, 거더(110, 120)의 상부에 합성된 바닥판 콘크리트(140)를 포함하여 구성된다.

상기 박스 거더(110)는 고정 하중에 의해 정모멘트가 발생하는 영역(Ⅲ)에 설치되며, 도5에 도시된 바와 같이 한 쌍의 복부판(110b)과 상기 한 쌍의 복부판의 하부에 동시에 접하도록 연결된 하부플랜지(110a)와 상기 한 쌍의 복부판의 상부에 동시에 접하도록 연결된 상부플랜지(110c)로 형성된 박스 단면으로 형성된다. 그리고 상부플랜지(110c) 상부에는 상방으로 뻗은 스터드 형태의 전단 연결재(111)를 구비하여, 바닥판 콘크리트(140)와의 결합을 보다 견고하게 한다. 박스 거더(110)의 내벽에는 휨 강도를 보강하는 보강 리브가 하부 플랜지(110a)의 상면과 상부 플랜지(110c)의 저면에 결합된다.

상기 트러스 거더(120)는 고정 하중에 의해 부모멘트가 발생하는 영역(Ⅰ)에 설치되며, 도6에 도시된 바와 같이 폐단면의 하현재(120a)와 상현재(120b)가 교축 방향으로 배열되고, 하현재(120a)와 상현재(120b)의 사이에는 이들을 수직 방향으로 연결하는 수직 연결재와 경사 방향으로 연결하는 경사재 등의 연결재(120c)가 용접이나 볼트 체결 등의 방법으로 연결되어 배열된다. 마찬가지로, 상현재(120b)의 상부에는 전단 연결재(121)가 상방으로 뻗도록 결합되어 상현재(120b)와 바닥판 콘크리트(140)와의 결합을 보다 견고하게 한다.

도3 및 도4에 도시된 바와 같이 하나의 박스 거더(110)와 한 쌍의 트러스 거더(120)는 하나의 하이브리드 거더(101)를 형성한다. 한 쌍의 트러스 거더(120)는 서로 독립적인 형태로 이격되어 배열될 수 있지만, 교축 방향으로 뻗은 트러스 거더(120)의 상현재(120b)와 하현재(120a)를 각각 횡방향으로 연결하는 가로재(120d)가 한 쌍의 트러스 거더(120)의 교축 방향으로 소정 거리마다 연결 설치된다. 그리고, 트러스 거더(120)의 연결재(120c)는 상현재(120b) 및 하현재(120a)에 직접 용접이나 볼트 체결로 연결될 수도 있고, 상,하현재(120b, 120a)에 고정된 거셋(gusset)에 연결되게 설치될 수도 있다.

상기 하이브리드 거더(101)의 지점부에 위치하는 트러스 거더(120)는 도4에 도시된 바와 같이 연속 지점부를 중심으로 종방향 양측 대칭으로 소정 거리 이격된 위치에 타설 콘크리트를 주입하는 타설공(123)이 형성되고, 타설공(123)과 연속 지점부의 사이에는 다수의 다짐공(124)이 형성된다. 이에 의하여, 타설공(123)에 굳지 않은 보강 콘크리트(130)를 타설하면서, 다수의 다짐공(124)에 다짐기(미도시)를 설치하여 작동시킴으로써, 보강 콘크리트(130)가 하향의 구배를 갖는 트러스 거더(120)의 하현재(120a) 내에서 연속 지점부를 향하여 유동하면서 밀실하게 채워진다. 따라서, 밀실하게 채워진 보강 콘크리트(130)에 의하여, 교각(20) 상부의 연속 지점부에 부모멘트가 작용할 때에 중립축 하연의 압축 응력에 대한 저항능력을 보다 향상시킬 수 있다.

이 때, 트러스 거더(120)의 상,하현재(120b, 120a)와 연결재(120c)가 만나는 절점부에서는 강도를 보강하기 위한 격벽(122)이 상,하현재(120b, 120a)에 용접 결합되어, 트러스 거더(120)의 강도를 보강한다. 격벽(122)은 보강 콘크리트(130)를 타설할 때에 격벽(122)을 통과하여 밀실하게 하현재(120a)를 모두 채울 수 있도록 유공부(122a)가 형성된다.

트러스 거더(120)의 하현재(120a)에는 도8a에 도시된 바와 같이 안전 발판(125a)이 거치되어 설치된다. 안전 발판(125a)을 하현재(120a)에 지지되도록 설치함에 따라, 보강 콘크리트(130)를 하현재(120a)에 채우는 공정과, 바닥판 콘크리트(140)를 타설하기 위한 거푸집을 설치하고 타설, 합성하는 공정 및 추후 유지관리 시에 작업원의 안전을 확보하면서 각 공정을 보다 용이하게 행할 수 있도록 할 수 있다. 이는, 종래의 트러스 거더와 달리, 본 발명에 따른 하이브리드 교량(100)은 하나의 박스 거더(110)에 한 쌍의 트러스 거더(120)가 횡방향으로 근접하게 배치되기 때문에, 하이브리드 거더(101)의 한 쌍의 트러스 거더(120)의 하현재(120a)에 안전 발판(125a)의 설치를 용이하게 할 수 있다.

이 때, 트러스 거더(120)의 하현재(120a)는 그 단면이 도7에 도시된 바와 같이 복부(120a3)에 비하여 상,하부 플랜지(120a1, 120a2)가 바깥으로 돌출됨에 따라, 안전 발판(125a)을 쉽게 해체할 수 있도록 하현재(120a)의 하부 플랜지(120a2)에 거치시켜 설치할 수 있다. 본 발명에 따른 트러스 거더의 상, 하현재는 도7에 도시된 형상에 국한되지 않으며 중공 사각빔 형태로 형성될 수 있다. 이 경우에 안전 발판(125a)은 하현재(120a)의 상면에 거치시키는 형태로 설치될 수도 있다.

한편, 도8a에 도시된 바와 같이 안전 발판(125a)이 철재나 목재 등의 얇은 소재로만 형성될 수도 있지만, 도7 및 도8b에 도시된 바와 같이 안전 발판(125)은 얇은 소재의 발판(125a)위에 콘크리트(125b)를 타설하여 하현재(120a)와도 일체화시킬 수 있다. 이를 통해, 안전 발판(125a)은 보다 큰 단면과 큰 강성을 갖고 지지되므로, 작업원이 견고하게 유지되는 안전 발판(125) 위에서 작업함에 따라 작업원의 자세가 흐트러져 추락하는 사고도 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 지점부의 강성을 보다 증대시키므로 연속교 형태의 하이브리드 교량(100)의 연속 지점부에 작용하는 부모멘트에 보다 효과적으로 견딜 수 있다.

그리고, 도8c에 도시된 바와 같이, 안전 발판(125')은 미리 제작된 프리캐스트 콘크리트를 하현재(120a)에 거치시키는 것에 의해서도 설치할 수 있다. 이를 통해, 지점부의 강성을 증대시키면서 해체도 용이한 잇점을 모두 얻을 수 있다.

서로 다른 형식인 박스 거더(110)와 트러스 거더(120)는 도2의 도면부호 Ⅱ로 표시된 복합 영역의 연결부(100')에 의해 하나의 구조계로서 상호 연결된다.(도3 참조) 복합 영역(II)의 위치는 고정 하중에 의하여 휨모멘트가 작은 곳으로 정해진다. 이를 위하여, 트러스 거더(120)의 일단부가 박스 거더(110)의 내부에 삽입되어 설치된다. 이는, 외부에서 트러스 거더(120)가 박스 거더(110)에 의해 가려 보이지 않게 되므로, 깔끔한 미관을 구현할 수 있다는 점에서 바람직하다.

보다 구체적으로는, 트러스 거더(120)의 상현재(120b)는 박스 거더의 상부 플랜지(110c) 및 복부판(110b)과 교축 방향으로 따라 접촉하도록 배열되어 이 접촉부를 따라 용접(55)되고, 마찬가지로 트러스 거더(120)의 하현재(120a)는 박스 거더(110)의 하부 플랜지(110a) 및 복부판(110b)과 교축 방향을 따라 접촉하도록 배열되어 이 접촉부를 따라 용접(55)됨으로써, 박스 거더(110)와 트러스 거더(120)가 복합 영역(Ⅱ)에서 상호 연결된다.

여기서, 트러스 거더(120)의 하현재(120a) 및 상현재(120b)는 복합 영역(Ⅱ)의 연결부(100')에서 박스 거더(110)와 직접 접촉한 상태로 배열되어 용접 결합될 수도 있지만, 트러스 거더(120)의 하현재(120a) 및 상현재(120b)는 복합 영역(Ⅱ)에서 별도의 부재를 매개로 하여 박스 거더(110)와 간접적으로 접촉한 상태로 배열되어 트러스 거더(120)와 별도의 부재와의 접촉면을 용접 결합하고 이 별도의 부재와 박스 거더(110)를 용접 결합하여, 박스 거더(110)와 트러스 거더(120)가 복합 영역(Ⅱ)에서 상호 연결될 수도 있다.

그리고, 도8에 도시된 바와 같이, 복합 영역(II)의 박스 거더(110)의 내부에는 다이어프램(150)이 한 쌍의 복부(110b) 및 상,하부 플랜지(110c, 110a)에 용접 고정되고, 복합 영역(II)의 박스 거더(110) 내에 설치되는 다이어프램(150)에는 트러스 거더(120)의 하현재(120a) 및 상현재(120b)가 지나는 관통공이 형성된다. 다이어프램(150)의 관통공을 지나 도면부호 L로 표시된 길이만큼 뻗은 트러스 거더(120)의 하현재(120a) 및 상현재(120b)는 박스 거더(110)의 내벽에 용접(55)으로 결합된다. 동시에, 트러스 거더(120)의 하현재(120a) 및 상현재(120b)는 다이어프램(150)과의 경계면에도 라인 용접 또는 스폿 용접에 의해 결합된다.

이를 통해, 박스 거더(110)와 트러스 거더(120)는 이와 같은 연결부(100')에 의해 하나의 구조계로서 일체 거동할 수 있게 된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 복합 형식의 연속 교량(100)은 연속 지점부(20)에서는 큰 부모멘트를 효과적으로 지지할 수 있는 트러스 거더(120)로 제작되고, 그 사이에는 적은 강재의 사용량으로 정모멘트를 효과적으로 지지할 수 있는 박스 거더(110)로 제작되어 향상된 내하 능력을 가짐에 따라 70m 이상의 장경간 교량을 구현할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 복합 형식의 연속 교량(100)은 복합 영역(II)에 걸쳐 연결부(100')에 의해 서로 다른 단면의 거더(110, 120)가 중복 배열되면서 견고하게 연결되지만, 교량의 시공 현장에서 박스 거더(110)에 트러스 거더(120)의 일부를 삽입하여 상호 연결 고정하는 공정이 까다로울 수 있으므로, 박스 거더(110)에 트러스 거더(120)의 일부를 삽입한 연결체(미도시)를 미리 제작해두고, 이를 이용하여 교량(100)을 시공할 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 교량(100)은 다음과 같은 공정에 의해 시공된다.

단계 1: 먼저 도5에 도시된 단면의 박스 거더(110)를 공장에서 제작한 후, 차량에 실어 현장으로 운반한다.

단계 2: 단계 1과 독립적으로 트러스 형상의 트러스 거더(120)의 하현재(120a), 상현재(120b) 및 연결재(120c)를 공장에서 제작하여 현장으로 운반한 후, 이들 부재들을 볼트 이음 등에 의해 조립하여 트러스 형상의 트러스 거더(120)를 제작한다. 이 때, 차량으로 운반할 수 있는 범위 내에서 트러스 거더(120)의 하현재(120a), 상현재(120b) 및 연결재(120c)의 일부를 미리 공장에서 결합시키도록 제작할 수도 있다.

단계 3: 그리고 나서, 도9a에 도시된 바와 같이, 단계 1에서 제작되어 현장으로 운반된 박스 거더(110)를 크레인으로 인상하여, 일단이 제1교각(10)의 교좌 장치(10a)의 상부에 거치되고 타단이 또 다른 임시 교각에 의해 거치되도록 위치시킨다.

단계 4: 그리고, 도9b에 도시된 바와 같이, 단계 2에서 제작되어 현장으로 운반된 트러스 거더(120)를 크레인으로 인상하여, 하향의 구배가 만나는 지점을 연속 지점부를 형성하는 교각(20)의 교좌 장치(20a) 상부에 거치시킨다. 이와 동시에, 트러스 거더(120)의 양끝단은 박스 거더(110)의 내부에 삽입되도록 하여, 도3에 도시된 바와 같이, 상,하현재(120a, 120b)를 박스 거더(110)와 용접하여 결합한다. 한편, 박스 거더(110)에 트러스 거더(120)의 일부를 삽입한 연결체(미도시)를 미리 제작하여 현장으로 운반한 후, 이 연결체의 양단을 각각 박스거더(110)와 트러스 거더(120)의 끝단과 고정 플레이트를 매개로 하여 결합하거나 용접으로 상호 견고하게 연결시킬 수도 있다.

이를 통해, 하나의 박스 거더(110)마다 한 쌍의 트러스 거더(120)가 연결되는 하이브리드 거더(101)가 다수의 열로 교각(10, 20)상에 거치되며, 그 다음에 임시 교각을 제거한다. 따라서, 박스 거더(110)와 트러스 거더(120)는 하나의 위치(point)에서가 아니라 복합 영역(II)에 해당하는 일정한 길이에 걸쳐 중복하여 배열되면서 상호 연결 결합된다.

단계 5: 그리고 나서, 도8a 내지 도8c 중 어느 하나에 도시된 바와 같이, 트러스 거더(120)의 하현재(120a)에 안전 발판(125a, 125, 125')을 설치한다. 이에 따라, 작업원은 후속 공정을 안전 발판(125a, 125, 125') 상에서 안전하게 행할 수 있게 된다.

단계 6: 그 다음, 하현재(120a)의 타설공(123)에 콘크리트를 타설하기 위한 타설관(120v)을 연결하고, 굳지 않은 콘크리트를 트러스 거더(120)의 하현재(120a) 내부에 타설한다. 이에 따라, 하현재(120a) 내부에 타설되는 콘크리트는 연속 지점부를 향해 하향 경사진 하현재(120a)를 따라 이동하여, 절점부마다 설치된 격벽(122)의 유공부(122a)를 관통하여, 하현재(120a) 내부에는 보강 콘크리트(130)가 채워져 합성된다. 이 때, 연속 지점부와 타설공(123)의 사이에 배치된 다짐공(124)에 다짐기(미도시)를 설치하여 진동을 가해줌으로써 보다 밀실한 보강 콘크리트(130)의 합성이 가능해진다.

이와 같이, 보강 콘크리트(130)를 바닥판 콘크리트(140)의 합성하기 이전에 보강 콘크리트(130)를 트러스 거더(120)에 합성하여 연속 지점부의 강성을 증가시킴으로써, 바닥판 타설시 및 활하중 작용시 정모멘트의 크기를 줄일 수 있다. 특히, 활하중 재하시 처짐을 감소시킬 수 있는 유리한 효과가 얻어진다. 또한, 보강 콘크리트(130)는 하이브리드 거더(101)의 자중과 보강 콘크리트(130)의 자중에 의한 응력을 받지 않으므로, 향후 바닥판 콘크리트(140)의 자중과 2차 고정하중 및 활하중에 의해 발생되는 압축 응력과의 중첩을 피할 수 있다.

단계 7: 강재거더(110)와 트러스 거더(120)가 연결되어 이루어진 하이브리드 거더(101)의 상측에는 바닥판 콘크리트(130)를 시공하기 위한 거푸집이 설치되고, 이 거푸집에 철근을 배근한 후 굳지 않은 콘크리트를 현장 타설하는 것에 의하여 차량 등이 통행하는 바닥판 콘크리트(140)를 시공한다. 이 때, 박스 거더(110)의 상측과 트러스 거더(120)의 상측에는 전단 연결재(111)가 상방으로 돌출되도록 결합됨에 따라, 바닥판 콘크리트(140)는 박스 거더(110) 및 트러스 거더(120)와 견고하게 결합된다.

한편, 보강 콘크리트(130)와 바닥판 콘크리트(140)를 타설하여 합성하는 단계 6과 단계 7은 동시에 행해질 수도 있는데, 이 경우에는 바닥판 콘크리트(140)에 의하여 압축 응력이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 박스 거더(110)의 단면형상은 도3에 나타낸 바와 같이 상부가 밀폐된 강재 거더를 사용하는 대신에, 도면에 도시되지 않았지만, 본 발명은 상부가 개방된 U형상의 강재거더의 상측에 바닥판(140)이 합성된 박스 거더에 의해 구성된 복합 형식의 연속 교량의 상부구조 및 이에 사용되는 연결체를 포함한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 다시 말하면, 본 발명의 실시예에서는 2경간 연속화된 하이브리드 교량(100)을 예로 들어 설명하였지만, 위 실시 예를 참조하여 이를 3경간 이상의 연속 교량에 적용하는 것은 당해 기술 분야의 당업자에게는 너무도 명확히 이해할 수 있으며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 3경간 이상의 연속 교량에 적용하는 것도 당연히 본 발명의 범주에 속하는 것이다.

10, 20: 교각 100: 연속 교량
100': 연결부 110: 박스 거더
120: 트러스 거더 123: 타설공
124: 다짐공 125a, 125, 125': 안전 발판
130: 보강 콘크리트 140: 바닥판 콘크리트
150: 다이어프램

Claims (4)

1. 강재로 제작된 박스 거더와, 폐단면의 하현재 상면에 콘크리트 타설공과 다짐공이 구비되고, 상기 하현재에 설치되는 격벽에는 유공부가 구비된 트러스 거더를 준비하는 거더준비단계와;
   고정 하중에 의하여 정모멘트가 발생되는 구간에는 상기 박스 거더가 위치하고, 고정 하중에 의하여 부모멘트가 발생되는 구간에는 상기 트러스 거더가 위치하는 배치로, 하나의 상기 박스 거더에 대해 한 쌍의 상기 트러스 거더를 종방향으로 상호 연결한 하이브리드 거더를 교각 상에 거치시키되, 상기 트러스 거더가 거치되는 교각 중 어느 하나 이상은 연속 지점부를 형성하는 거더거치단계와;
   상기 하이브리드 거더의 상기 한 쌍의 트러스 거더의 상기 하현재의 사잇 공간에 상기 하현재에 지지되는 안전 발판을 설치하는 안전발판 설치단계와;
   상기 안전발판 설치단계 이후에, 상기 트러스 거더의 상기 하현재에는 보강 콘크리트를 타설하기 위한 타설공에 굳지 않은 콘크리트를 타설하여, 타설된 콘크리트가 상기 격벽의 상기 유공부를 관통하면서 상기 하현재 내부를 채우는 것에 의해 상기 연속 지점부를 향하여 하향의 구배를 갖는 상기 트러스 거더의 상기 하현재에 보강 콘크리트를 합성하되, 간격을 두고 배치된 다짐공에서 콘크리트의 다짐을 병행하면서 상기 보강 콘크리트를 합성하는 보강 콘크리트 합성단계와;
   상기 하이브리드 거더의 상측에 바닥판 콘크리트를 합성하는 단계를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 교량의 상부구조 시공방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   한 쌍의 트러스 거더의 상기 하현재의 사이 공간이 채워지는 콘크리트가 상기 하현재와 결합되어 상기 안전 발판에 합성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 교량의 상부구조 시공방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 안전 발판은 프리캐스트 콘크리트를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 교량의 상부구조 시공방법.
   
4. 고정 하중에 의하여 정모멘트가 발생되는 구간에 배치된 박스 거더와;
   상현재와, 하현재와, 상기 상현재와 상기 하현재를 연결하는 연결재와, 상기 하현재와 상기 연결재가 만나는 절점부의 상기 하현재 내부에 유공부가 형성된 격벽을 구비하고, 고정 하중에 의하여 부모멘트가 발생하는 구간에 배치되되 상기 박스 거더의 내부에 일부가 삽입되어 상기 박스 거더와 결합되고, 하나 이상의 연속 지점부에 거치되며, 상기 연속 지점부를 중심으로 종방향 양측으로 이격된 상기 하현재 상면에 타설공이 관통 형성되고, 상기 타설공과 상기 연속 지점부의 사이에 다수의 다짐공이 형성된 한 쌍의 트러스 거더와;
   상기 한 쌍의 트러스 거더의 상기 하현재의 사잇 공간에 상기 하현재에 지지되는 안전 발판과;
   상기 타설공에 굳지 않은 콘크리트를 타설하여 상기 안전 발판 상에서 작업자가 상기 다짐공에서 다짐 작업을 하면서 상기 하현재의 일부 이상에 콘크리트를 채워, 상기 연속 지점부를 향하여 하향의 구배를 갖는 상기 트러스 거더의 상기 하현재에 합성된 보강 콘크리트와;
   상기 박스 거더와 상기 트러스 거더의 상측에 합성된 바닥판 콘크리트를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 교량의 상부 구조체.
   

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