KR101585594B1 - 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

강재 빔의 하부플랜지에 형성되는 하부케이싱블록의 자중을 강재빔이 부담하도록 하면서 장경간용 거더로 이용함에 있어서 상부강재를 이용하여 단면을 최적화 할 수 있는 듀얼-프리스트레싱 강합성 빔 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 상기 듀얼-프리스트레싱 강합성빔은 절곡 하부플랜지에 일체화된 하부케이싱블록과 강재빔 상면에 설치된 상부압착강재를 포함한다.

Description

듀얼-프리스트레싱 강합성빔 및 그 시공방법{DUAL-PRESTRESSING COMPOSITE BEAM AND THE CONSTRUCTION METHOD THEREWITH}

본 발명은 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 및 그 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 제작과정에서 강재빔의 하부플랜지에 형성되는 하부케이싱블록에 무응력상태를 유지하도록 하면서 장경간용 거더로 이용함에 있어서 상부강재를 이용하여 단면을 최적화 할 수 있는 듀얼-프리스트레싱 강합성 빔 및 그 시공방법에 관한 것이다.

도 1a는 일종의 듀얼-프리스트레싱 공법에 의한 구조용 거더의 제작도를 도시한 것이다. 즉, 구조용 거더(10)는 PSC 거더임을 알 수 있으며, 구조용 거더의 인장부(중립축 하부)에는 프리텐션 방식등으로 긴장재가 긴장후 정착되도록 하는데, 이러한 긴장재 설치량이 많아지고 구조용 거더의 단면높이가 제한되는 경우(형고 제한) 구조용 거더 압축부(중립축 상부)에는 압축응력이 제작 및 시공과정에서 누적된다.

이에 상기 압축응력이 구조용 거더의 허용압축응력(PSC 거더인 경우 콘크리트 허용압축응력)을 초과하는 경우 압축균열등에 의한 문제가 발생하게 된다.

이에 상기 누적된 압축응력을 상쇄시?U 주기 위하여 구조용 거더 압축부에는 인장응력을 도입할 수 있는 압축PC강재(20)를 상부에 쉬스(21)를 이용하여 매립 연장시키고, 구조용 거더 상면에는 정착너트 수용홈(30)과 유압잭 수용홈(40)을 형성시켜 압축PC강재(20)의 단부가 상기 정착너트 수용홈(30) 과 유압잭 수용홈(40)을 관통하도록 배치시키게 된다.

이에 유압잭 수용홈(40)에 미도시된 유압잭을 이용하여 압축PC강재(20)를 압축시킨 후, 압축응력을 받는 압축PC강재(20)를 정착너트 수용홈(30)에서 정착판(50)과 정착너트를 이용하여 정착시키게 된다.

이에 압축PC강재(20)에 가해진 압축응력이 구속됨에 따라 반력에 의하여 구조용 거더(10) 상연에는 인장응력이 발생하여 상기 누적된 압축응력과 상쇄되도록 함으로서 형고 제한을 크게 받지 않으면서도 장경간화가 가능한 구조용 거더 제작 및 시공이 가능하게 된다.

이때, 상기 정착너트 수용홈(30)과 유압잭 수용홈(40)은 구조용 거더의 단면 손상을 초래함에도 이들을 굳이 형성시키는 이유는 압축PC강재(20)를 구조용 거더 내부에 매립 설치할 수 있도록 함으로서 압축응력이 작용할 때, 좌굴 및 비틀림이 발생하지 않도록 하여 보다 확실한 인장응력 도입이 가능하도록 한 것이라 할 수 있다.

하지만 기존 구조용 거더를 보강하기 위하여 상기 압축PC강재(20)를 이용하려면 구조용 거더에 역시 정착너트 수용홈(30)과 유압잭 수용홈(40)을 형성시키거나 압축PC강재(20)를 기존 구조용 거더에 매립 설치해야 하는데 이는 매우 비효율적이고 사실상 불가능하다는 문제점이 있게 된다.

관련하여 가압정착시스템을 이용한 구조용 거더(특허 제1356675호)가 소개되어 있다.

즉, 도 1b와 같이 강재플레이트 거더(구조용 거더, 10)의 상부플랜지 상면에 정착판(11)을 용접하여 고정시키고, 미도시된 유압잭을 이용하여 압축PC강재(20)에 압축응력을 도입시킨 후, 정착너트(30)를 정착판(11)에 정착시키는 것이다.

즉, 구조용 거더에 따라서는 그 내부에 압축PC강재(20)를 매립 설치할 수 없는 경우가 발생함을 알 수 있으며, 이는 결국 구조물 거더의 외부에 압축PC강재(20)를 설치하고 있음을 알 수 있다.

하지만 이러한 방식은 압축PC강재(20)에 압축응력이 작용함에 있어 좌굴 및 비틀림이 작용하게 되므로 정확한 압축응력 도입이 매우 어렵다는 문제점이 발생하게 된다.

도 1c는 종래 강합성빔(80)의 제작도를 도시한 것이다.

상기 강합성빔(80)은 강재빔(81)의 하부플랜지 주위에 하부케이싱블록(82)를 형성시키고, 상기 하부케이싱블록(82)에 매설된 긴장재(83)를 이용하여 하부케이싱블록(82)에 압축 응력이 도입되도록 한 것이다.

이때 상기 강재빔(81)은 I형 강재빔으로서 케이싱거푸집(71)이 매달려 설치되도록 하고 있으며, 상기 케이싱거푸집 내부에는 하부케이싱블록을 보강하기 위한 철근(83)과 쉬스가 설치된다.

이에 케이싱거푸집(71) 내부에 하부케이싱블록을 타설 및 양생시키게 된다. 이에 케이싱거푸집(71) 및 하부케이싱블록의 무게를 강재빔(81)이 부담하기 때문에 하부케이싱블록(82)에는 그 무게에 의한 인장응력이 강합성빔(80) 하연(중립축 하부)에 발생하지 않는 장점이 있게 된다.

이에 케이싱거푸집(71)을 해체하고, 쉬스에 긴장재(83)를 삽입하고 양 단부를 하부케이싱블록(82)의 단부면등에 정착시켜 하부케이싱블록(82)에 압축 응력이 도입되도록 하고 있음을 알 수 있다.

하지만 상기 케이싱거푸집(71)의 제작 및 운용이 쉽지 않다는 문제점이 있고, 강재빔(81)에 케이싱거푸집(71)을 매달려 설치하기 위해서는 강재빔(81)을 제작대(90)에 역시 매달려 설치하게 되는데 이러한 작업은 작업성이 떨어질 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

또한 도 1d와 같이 합성보 하부플랜지를 보강한 내화구조 시스템에 관한 것으로서 상기 시스템은 철골과 콘크리트를 이용한 합성보의 내화구조 시스템에 있어서, 상기 합성보(60)의 노출된 강재빔(61)의 하부플랜지를 감싸 내부공간이 형성된 U형 절곡부(62); 상기 U형 절곡부에 주입재(65)를 충진할 수 있도록 형성된 주입홀(63); 및 상기 U형 절곡부 내부에 배근된 하부철근(64);을 포함하도록 구성시키고 있음을 알 수 있다.

하지만 상기 U형 절곡부(62)는 강재빔(61)과 별도로 강판을 절곡하여 형성시킨 것으로서 강합성빔 단면력과 관련된 것도 아니며 단지 내화수단으로 이용하는 것에 불과하며, 내부에 주입재(65)를 U형 절곡부(62)에 형성시킨 주입홀을 이용하여 충전시키는 방식이어서 달리 제작 및 시공과정에 발생하는 단면력과 직접적인 상관이 없는 내화수단에 불과함을 알 수 있다.

이에 본 발명은 제작과정에서 하부케이싱블록이 무응력 상태로 유지하도록 제작되는 강재빔과 하부케이싱블록을 포함하는 무응력 강합성빔에 있어서, 상기 하부케이싱블록을 형성시키기 위한 거푸집을 별도로 구비하지 않고서도 제작할 수 있어 보다 신속하고 경제적으로 무응력 강합성빔을 제작할 수 있는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

또한, 무응력 강합성빔의 상면에는 제작 및 시공과정에서 누적된 중립축 상부의 압축응력을 상쇄시켜 주기 위한 상부강재를 설치하되 상부강재를 중간중간에서 구속하면서 슬래브와의 합성성능을 증진시킬 수 있는 상부강재구속재를 구비함으로서 무응력 강합성빔의 최적단면 제공이 가능한 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

또한 본 발명은 상부강재를 이용하여 프리플렉션 하중 도입 효과를 가지도록 운용함으로서 보다 장경간용 강합성빔 제작이 가능하여 경제적인 교량 시공이 가능한 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은

첫째, 상부플랜지, 복부 및 하부플랜지를 구비하는 I형 단면의 강재빔과 하부플랜지 주위에 형성된 하부케이싱블록을 포함하는 강합성빔에 있어, 상기 하부플랜지를 양 단부를 상방으로 절곡시켜 타설된 하부케이싱블록이 수용될 수 있는 내부공간이 형성되어 거푸집의 역할을 하도록 하게 된다.

즉, 상기 하부플랜지 자체가 U형으로 형성되어 내부공간에 하부케이싱블록용 콘크리트를 타설하여도 콘크리트 자중이 강재빔만으로 전달될 수 있도록 한 것이다.

둘째, 양생된 하부케이싱블록에는 긴장재에 의하여 압축응력이 도입되는데 이러한 압축응력은 강합성빔 전체 단면에 압축응력을 발생시키고, 강합성빔의 거치과정에서도 그 자중에 의하여 역시 압축응력이 누적되고, 슬래브콘크리트 타설 및 양생과정에서도 역시 압축응력이 누적된다.

이러한 누적된 압축응력은 결국 강재빔의 단면크기에 영향을 미칠 수 있으므로 본 발명은 강합성빔 상면에 상부강재를 강재빔 상면에 다수 이격되어 고정 설치된 상부강재구속재를 관통하도록 설치 한 후, 압축 후 단부를 정착시키는 방식으로 누적된 압축응력이 상쇄될 수 있도록 하여 강합성빔의 단면을 최적화시킬 수 있도록 하게 된다.

둘째, 상기 상부강재는 압축이 아닌 인장 후, 단부를 상부압축구속재에 정착시키게 되면 반력의 형태로 강재빔의 중립축 하부에는 인장응력이 발생하게 된다. 즉 프리플렉션 하중(일종의 재하하중)을 미리 도입시키는 역할을 하게 된다. 이에 U형으로 형성된 하부플랜지의 내부공간에 콘크리트를 타설하고, 양생시킨 상태에서, 상기 정착상태를 해제시켜 주게 되면 인장응력이 발생하면서 누적된 압축응력을 상쇄시켜 주는 역할을 함과 더불어 하부케이싱블록에 긴장재에 의한 압축응력과 별도로 압축응력을 추가 도입하는 효과를 가질 수 있게 된다.

셋째, 상기 상부강재구속재는 상부긴장재 압축 또는 인장 시 좌굴 또는 뒤틀림을 방지할 수 있어 상부긴장재에 의한 누적된 압축응력 및 하부케이싱블록에 추가적인 압축응력을 보다 효과적으로 상쇄 및 발생시킬 수 있게 된다.

또한 상기 상부강재구속재는 슬래브 시공 시 전단연결재 역할을 함으로서 스터드와 같은 별도의 전단연결재를 사용하지 않아도 되기 때문에 강합성빔 제작비용을 절감할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 강합성빔은 장경간화 된 교량에 있어 최적단면을 가지도록 설계할 수 있어 보다 효율적이고 경제적인 교량시공이 가능하게 된다. 또한, 상부강재 압축 또는 인장시 품질관리가 매우 용이하여 보다 효율적이고 경제적인 교량시공이 가능하게 된다.

또한, 상부강재구속재는 슬래브와 합성에 있어서 전단연결재의 역할과 함께 상부강재의 좌굴 및 비틀림을 방지할 수 있으며, 강재빔 나아가 강합성빔에 있어 누적되는 압축응력을 상쇄시킬 수 있으면서도 프리플렉션 하중 도입효과를 가지도록 운용할 수 있어 보다 효율적이고 경제적인 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 및 그 시공방법 제공이 가능하게 된다.

도 1a는 종래 듀얼-프리스트레싱 방법에 의한 PSC 거더의 제작도,
도 1b는 종래 강재플레이트 거더인 구조용 거더에 설치된 보강장치 구성도,
도 1c는 종래 강합성빔의 제작구성도,
도 1d는 종래 내화용 강합성빔의 구성단면도,
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명에 의한 듀얼-프리스트레싱 강합성빔의 제작구성도,
도 3은 본 발명에 의한 듀얼-프리스트레싱 강합성빔의 상부케이싱블록 제작 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 듀얼-프리스트레싱 강합성빔의 긴장재 배치도,
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 시공방법에 의하여 시공된 교량시공 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

[ 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100) ]

도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명의 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)의 제작 구성도이다.

먼저, 도 2a 및 도 2b와 같이 본 발명의 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)은 강재빔(110) 및 하부케이싱블록(120), 상부강재(130), 상부강재구속재(140) 및 긴장재(150)를 포함한다.

상기 강재빔(110)은 상부플랜지(111), 복부(112), 단부절곡 하부플랜지(113)를 포함하여 I형 단면으로 제작된 빌트-업 강재빔이다.

이에 특히 단부절곡 하부플랜지(113)는 수평판 형태로서 양 측단부가 상방으로 절곡되도록 형성시키고 있음을 알 수 있다.

이에 복부(112) 하부와 단부절곡 하부플랜지(113)로 인한 내부공간(S)이 형성될 수 있음을 알 수 있으며, 이러한 내부공간(S)은 하부케이싱블록(120)용 콘크리트를 타설하여 수용되도록 함에 그 특징이 있다.

즉 별도의 강재를 이용하는 것이 아니라 하부플랜지 자체를 단부절곡 하부플랜지(113)로 이용함으로서 강재빔의 당초 제작 시에 단부절곡 하부플랜지(113)를 형성시켜 제작 및 가공의 편의성을 극대화시킨 것이다.

이에 상기 내부공간(S)에는 내부철근(121)과 긴장재(150)용 쉬스를 미리 배치시켜 놓고 하부케이싱블록(120)용 콘크리트를 타설하여 매립되도록 함으로서 하부케이싱블록(120)을 형성시키게 되는데 이로서 하부케이싱블록 형성을 위한 거푸집을 별도로 구비할 필요가 없도록 하게 됨을 알 수 있다.

또한 상기 단부절곡 하부플랜지는 강합성빔 제작대에 있어서 상부수평지지대(220)를 포함하는 강재빔지지대(200)를 이용하여 강재빔(110)을 매달려 지지되도록 할 수 있으나 달리 하부케이싱블록을 위한 거푸집이 필요없어 강재빔지지대(200)를 이용하지 않아도 된다. 이로서 제작의 편의성 및 경제성을 충분히 확보할 수 있게 되는 장점이 있게 된다.

이에 내부철근, 쉬스, 하부케이싱블록(120)용 콘크리트를 포함하는 하부케이싱블록(120)의 자중을 강재빔 제작과정에서 강재빔(110)이 모두 부담하게 되므로 양생된 하부케이싱블록(120)에 달리 응력이 발생되지 않는 무응력 상태를 형성시킬 수 있게 된다.

나아가 도 2b와 같이 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)을 강재빔지지대(200)에 매달려 설치하는 것이 아니라 바닥판(300)에 단부절곡 하부플랜지(113) 저면이 접하여 지지되도록 한 후, 체인 등을 이용하여 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)을 바닥판(300)에 앵커링 하는 방식으로 제작해도 내부철근, 쉬스를 포함하는 하부케이싱블록(120)의 자중을 강재빔 제작과정에서 바닥판이 모두 부담하게 되므로 양생된 하부케이싱블록(120)에 달리 응력이 발생되지 않는 무응력 상태를 형성시킬 수 있게 된다.

상기 상부강재(130)는 도 2a 및 도 2b와 같이 긴장재(150)에 의하여 하부케이싱블록(120)에 압축응력이 도입됨에 따라 강합성빔에 작용하는 압축응력, 강재빔과 하부케이싱블록의 자중에 의하여 강합성빔에 작용하는 압축응력, 추후 슬래브의 자중에 의하여 강합성빔에 작용하는 압축응력이 누적됨에 따라 강재빔의 단면높이, 단면적을 크게 설계해야 하는 한계를 극복하기 위하여 즉 상기 누적된 압축응력을 인장응력으로 상쇄시키기 위해 설치된다.

즉, 구조용 강봉과 같은 상부강재를 강재빔 상부플랜지 상면이 서로 이격되어 형성된 상부강재구속재(140)를 관통하도록 설치하고, 미도시된 압축잭을 이용하여 상부강재의 양 단부를 압축시키게 된다. 이에 압축응력이 상부강재에 도입되는데 상부강재구속재(140)에 정착장치를 이용하여 정착시키게 되면 상부강재에 도입된 압축응력에 대한 반력으로 인장응력이 발생하게 된다.

이에 이러한 인장응력은 상기 누적되는 압축응력을 상쇄시키는 역할을 하여 결국 본 발명의 강재빔은 하부케이싱블록에 도입되는 압축응력, 상부강재에 도입되는 인장응력으로 최적화된 강재빔 제작이 가능하도록 하여 이러한 기능을 갖는 강합성빔을 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)이라 한다.

이때 상기 상부강재구속재(140)는 C형강 부재등을 이용하여 그 복부에 상부강재가 관통하도록 하게 되는데 상부강재에 압축응력이 도입될 때 좌굴 및 뒤틀림을 방지하는 역할을 하면서 상단이 슬래브에 매립되면 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)과 슬래브(400)를 서로 합성시키는 전단연결재의 역할도 하게 된다.

이에 본 발명의 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)은 슬래브 합성을 위한 전단연결재를 따로 형성시키지 않아도 된다는 장점이 있게 된다.

또한 상기 상부강재(130)는 하부케이싱블록(120)에 프리플렉션 하중을 재하하는 역할을 할 수 있도록 하면서 역시 누적되는 압축응력을 상쇄시키는 역할을 하도록 이용하게 된다.

즉, 하부케이싱블록(120)용 콘크리트를 타설하기 이전에 미리 상부강재(130)를 인장시키고, 상부강재구속재(140)에 양 단부를 정착시키게 되면, 압축응력이 강재빔 중립축 상부에 도입되면서, 우력의 형태로 강재빔 중립축 하부에는 인장응력이 발생하게 된다.

이러한 인장응력은 강재빔에 미리 수직하중 형태의 프리플렉션 하중을 가하는 역할을 하게 된다.

이에 하부케이싱블록 형성을 위한 콘크리트가 양생되면 상기 상부강재(130)의 정착상태를 해제하게 되고 이에 반력의 형태로 인장응력이 발생하게 되며, 이에 우력의 형태로 양생된 하부케이싱블록에는 압축응력이 도입되게 된다.

즉, 긴장재에 의한 압축응력에 더하여 추가적인 압축응력을 하부케이싱블록에 도입시킬 수 있어 긴장재를 보다 효율적이고 경제적으로 배치할 수 있게 된다.

나아가 도 2b 및 도 2c의 경우에는 도 2a 및 도 2b와 대비하여 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)의 단부절곡 하부플랜지(113)의 상부 연장길이에 차이가 있다.

이에 역시 도 2b 및 도 2c와 같이 본 발명의 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)은 강재빔(110) 및 하부케이싱블록(120), 상부강재(130), 상부강재구속재(140) 및 긴장재(150)를 포함한다.

상기 강재빔(110)은 상부플랜지(111), 복부(112), 단부절곡 하부플랜지(113)를 포함하여 I형 단면으로 제작된 빌트-업 강재빔은 동일하다.

이에 도 2a 및 도 2b와 대비하여 단부절곡 하부플랜지(113)는 수평판 형태로서 양 측단부가 상방으로 절곡되도록 형성시키되, 연장높이가 하부케이싱블록(120)의 단면높이 보다 작게 형성시킴에 차이가 있음을 알 수 있다.

이는 하부플랜지(113)을 형성시키기 위한 강재량을 절감하기 위한 목적 및 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)을 최소화시킬 필요가 있기 때문이라 할 수 있다.

이에 역시 복부(112) 하부와 단부절곡 하부플랜지(113)로 인한 내부공간(S)이 형성될 수 있음을 알 수 있으며, 이러한 내부공간(S)은 하부케이싱블록(120)을 타설하여 수용되도록 하되 단지 도 2a의 경우와 대비하여 내부공간이 작게 형성되고 있음을 알 수 있다.

이에 역시 상기 내부공간(S)에는 내부철근(121)과 긴장재(150)용 쉬스를 미리 배치시켜 놓고 하부케이싱블록(120)용 콘크리트를 타설하여 매립되도록 함으로서 하부케이싱블록(120)을 형성시키게 되는데 이로서 하부케이싱블록 형성을 위한 거푸집을 별도로 구비할 필요가 없도록 하게 됨을 알 수 있다.

단지 도 2c와 같이 하부케이싱블록 단면높이가 단부절곡 하부플랜지(113)의 높이보다 크게 형성되므로 강합성빔 제작대에 있어서 양 측방 수직지지대(210)와 상부수평지지대(220)를 포함하는 강재빔지지대(200)를 이용하되 강재빔지지대(200)에는 보조 측방거푸집(230)을 더 사용하고 있음을 알 수 있으며 강재빔(110)의 상부플랜지 상면에 매달려 지지되도록 하게 됨은 동일하다.

이에 역시 내부철근, 쉬스를 포함하는 하부케이싱블록(120)의 자중을 강재빔 제작과정에서 강재빔이 모두 부담하게 되므로 양생된 하부케이싱블록(120)에 달리 응력이 발생되지 않는 무응력 상태를 형성시킬 수 있게 된다.

나아가 도 2d와 같이 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)을 강재빔지지대(200)에 매달려 설치하는 것이 아니라 바닥판(300)에 단부절곡 하부플랜지(113) 저면이 접하여 지지되도록 한 후, 체인 등을 이용하여 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)을 바닥판(300)에 앵커링 하는 방식으로 제작해도 내부철근, 쉬스를 포함하는 하부케이싱블록(120)의 자중을 강재빔 제작과정에서 바닥판이 모두 부담하게 되므로 양생된 하부케이싱블록(120)에 달리 응력이 발생되지 않는 무응력 상태를 형성시킬 수 있게 된다.

단지 도 2a 및 도 2b와 다른 점은 역시 바닥판(300)에 보조 측방거푸집(230)을 더 사용하고 있음을 알 수 있다.

상기 상부강재(130)는 역시 긴장재(150)에 의하여 하부케이싱블록(120)에 압축응력이 도입됨에 따라 강합성빔에 작용하는 압축응력, 강재빔과 하부케이싱블록의 자중에 의하여 강합성빔에 작용하는 압축응력, 추후 슬래브의 자중에 의하여 강합성빔에 작용하는 압축응력이 누적됨에 따라 강재빔의 단면높이, 단면적을 크게 설계해야하는 한계를 극복하기 위하여 즉 상기 누적된 압축응력을 인장응력으로 상쇄시키기 위해 설치된다.

상기 상부강재구속재(140)도 C형강 부재등을 이용하여 그 복부에 상부강재가 관통하도록 하게 되는데 상부강재에 압축응력이 도입될 때 좌굴 및 뒤틀림을 방지하는 역할을 하면서 상단이 슬래브에 매립되면 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)과 슬래브(400)를 서로 합성시키는 전단연결재의 역할도 하게 된다.

이에 본 발명의 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)은 슬래브 합성을 위한 전단연결재를 따로 형성시키지 않아도 된다는 장점이 있게 된다.

나아가 역시 상기 상부강재(130)는 하부케이싱블록(120)에 프리플렉션 하중을 재하하는 역할을 할 수 있도록 하면서 역시 누적되는 압축응력을 상쇄시키는 역할을 하도록 이용할 수 있다.

[ 상부케이싱블록(160)이 형성된 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100) ]

도 3은 본 발명에 의한 듀얼-프리스트레싱 강합성빔의 상부케이싱블록 제작 단면도를 도시한 것이다.

즉, 본 발명의 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)은 단부절곡 하부플랜지(113)와 일체로 합성된 하부케이싱블록(120), 복부(112) 및 상부플랜지(111)에 복부 상단과 상부플랜지 주위에 상부케이싱블록(160)을 더 형성시킬 수 있다.

이러한 상부케이싱블록(160)은 상부강재(130)와 상부강재구속재(140)의 하단 일부가 매립되도록 하여 슬래브 저면을 효과적으로 지지하면서 상부강재(130)가 설치된 상부강재구속재(140)를 구속하는 효과가 있게 된다.

이에 도 3과 같이 상기 상부케이싱블록(160)은 상광하협의 원추형으로 형성되도록 상부케이싱블록거푸집(240)을 이용하되 2개의 상부케이싱 블록거푸집 세그먼트를 결합시키는 방식으로 상부플랜지(111)에 복부 상단과 상부플랜지 주위에 상부케이싱블록거푸집(240)을 배치하고 콘크리트를 타설한 후, 양생되면 탈형시켜 상부케이싱블록(160)을 더 형성키고 있음을 알 수 있다.

이러한 상부케이싱블록(160)은 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)의 상부플랜지 연장길이에 걸쳐 연속으로 형성시키면 된다.

이와 같이 상부케이싱블록(160)이 더 형성된 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)은 자중이 증가할 수 있지만 누적된 압축응력의 저항단면이 커지기 때문에 상부강재 설치량이 제한적인 경우, 장경간 교량용 제작함에 있어 유리한 형태라 할 수 있다.

[ 긴장재(150)가 분산 배치된 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100) ]

도 4는 본 발명에 의한 듀얼-프리스트레싱 강합성빔의 긴장재 배치도를 도시한 것이다.

앞서 살펴본 것과 같이 본 발명의 긴장재(150)는 하부케이싱블록(120)을 길이방향으로 관통하도록 배치된 쉬스에 삽입되어 포스트텐션 방식으로 긴장 후 하부케이싱블록(120)의 단부면에서 정착된다.

이러한 정착을 위해서는 정착장치가 필요한데 강연선을 긴장재로 사용하는 경우 정착장치가 차지하는 공간이 작지 않고, 하부케이싱블록 단면높이가 크지 않아 정착장치 설치공간을 충분히 확보할 수 없다는 문제점이 있게 된다.

이에 본 발명은 데드앵커리지(DEAD ANCHORAGE) 형태로 강재빔의 복부에 용접하여 고정시킨 고정정착구(170)를 이용하여 설치하고, 상기 고정정착구(170)에 긴장재 일부를 고정 정착시키게 된다.

이러한 고정정착구(170)는 도 4와 같이 쉬스가 복부를 관통하도록 하고 절곡된 플랜지에 일부 긴장재의 단부가 고정정착 되도록 함으로서 긴장재 정착공간 확보가 어려운 경우에도 하부케이싱블록 단면높이를 최소화시켜 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)의 자중을 최소화시킬 수 있는 효과를 가질 수 있게 된다.

이를 위해 절곡된 플랜지(171)를 관통하는 다수의 수직홀(172)을 형성시키고 양 절곡된 플랜지에 형성된 수직홀에 강연선을 절곡하여 지즈재그로 삽입 고정시켜 정착하는 방식으로 사용하면 된다. 또한 상기 수직홀(172)에 수직봉(173)을 삽입시키고 상기 수직봉(172)에 강연선을 절곡하여 고정시켜 정착하는 방식을 사용해도 된다.

[ 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 시공방법 ]

도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 시공방법에 의하여 시공된 교량시공 단면도를 도시한 것이다.

기본적으로 도 5a 및 도 5b의 경우에는 단부절곡 하부플랜지(113)의 연장높이가 큰 도 2a의 경우가 도시되어 있고, 도 5b 및 도 5c의 경우에는 단부절곡 하부플랜지(113)의 연장높이가 작은 도 2c 및 도 2d의 경우가 도시되어 있다.

본 발명에 의한 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 시공방법은 최종 거더교 시공방법이라 할 수 있으며 이러한 거더교 시공에 있어 앞서 살펴본 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)을 거더로 이용하는 것이다.

먼저, 도 5a 및 도 5b에 의하면, 미도시된 교량하부구조에 상부케이싱블록(160)이 형성되도록 제작된 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)이 거치되도록 한 후, 상부케이싱블록(160) 상면에 슬래브(400)를 형성시키게 된다.

이러한 슬래브(400)는 별도의 거푸집을 이용하여 일정한 두께로 슬래브콘크리트를 타설하여 형성시키면 되고, 이때 상부케이싱블록(160)의 상면으로부터 돌출된 상부강재구속재(140)의 상단이 슬래브와의 합성을 위한 전단연결재 역할을 하도록 하게 됨을 알 수 있다.

또한 횡방향으로 이격 거치된 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)은 콘크리트 가로보에 의하여 서로 횡방향으로 구속될 수 있도록 할 수 있다. 이에 상기 콘크리트 가로보(310)는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)의 노출된 강재빔 복부를 피복하는 효과도 있게 된다.

나아가 도 5b에 의하면 상부케이싱블록의 크기를 최소화시켜 제작된 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)을 이용하고 있음을 알 수 있는데 이는 강재빔의 상부플랜지 폭에 대응하는 폭을 가지면서 상부케이싱블록(160)의 상면으로부터 돌출된 상부강재구속재(140)의 상단이 슬래브와의 합성을 위한 전단연결재 역할을 하는 형성높이를 가지도록 형성시키고 있음을 알 수 있다.

다음으로 도 5c 및 도 5d에 의하면,

역시 미도시된 교량하부구조에 상부케이싱블록이 형성되지 않은 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)이 거치되도록 한 후, 상부플랜지 상면에 슬래브(400)를 형성시키게 된다.

이러한 슬래브(400)는 역시 별도의 거푸집을 이용하여 일정한 두께로 슬래브콘크리트를 타설하여 형성시키면 되고, 이때 상부플랜지 상면으로부터 돌출된 상부강재구속재(140)의 상단이 슬래브와의 합성을 위한 전단연결재 역할을 하도록 하게 됨은 동일하다.

또한 횡방향으로 이격 거치된 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)은 콘크리트 가로보에 의하여 서로 횡방향으로 구속될 수 있도록 할 수 있다. 이에 상기 콘크리트 가로보(310)는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)의 노출된 강재빔 복부를 피복하는 효과도 있게 된다.

또한 콘크리트 가로보 대신 강재빔의 양 단부를 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)의 복부에 덧댐판과 볼트와 너트를 이용하여 연결시켜도 상관은 없다.

나아가 도 5d에 의하면 역시 상부케이싱블록이 형성되지 않은 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)을 이용하도록 하되 상부강재구속재와 상부플랜지, 복부 상단이 슬래브 내부에 매립되도록 상부케이싱블록을 프리캐스트 슬래브 겸용으로 형성시키고 프리캐스트 슬래브를 서로 서로 연결시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.

이 경우에는 상부강재구속재의 기능을 상부플랜지와 복부가 일부 담당하므로 그 크기를 최소화 시킬 수 있게 되며 슬래브를 별도로 시공하지 않아도 되는 장점이 있게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 듀얼-프리스트레싱 강합성빔
110: 강재빔 111: 상부플랜지
112: 복부 113: 단부절곡 하부플랜지
120: 하부케이싱블록 121: 내부철근
130: 상부강재 140: 상부강재구속재
150; 긴장재 160: 상부케이싱블록
170: 고정정착구 200: 강재빔지지대
210: 양 측방 수직지지대 220: 상부수평지지대
230: 보조 측방거푸집 240: 상부케이싱블록거푸집
300: 바닥판 400: 슬래브

Claims (13)

1. 상부플랜지, 복부와 일체로 형성된 단부절곡 하부플랜지를 포함하되, 상기 단부절곡 하부플랜지(113)와 복부(112) 하단에 의하여 내부공간(S)이 형성되도록 제작된 강재빔(110);
   상기 내부공간(S)에 타설 및 양생되어 일체화된 콘크리트로서 내부에 배치된 긴장재(150)에 의하여 압축응력이 도입된 하부케이싱블록(120);
   상기 강재빔 상부플랜지 상면에 상부강재가 관통되도록 다수가 이격되어 고정된 상부강재구속재(140); 및
   상기 상부강재구속재를 관통하여 구속된 상태에서 압축응력을 도입시킨 상태에서 상부강재구속재에 정착되어 반력의 형태로 인장응력을 발생시키는 상부강재(130);를 포함하며,
   제작 및 시공과정에 누적된 압축응력이 상기 상부강재에 의한 인장응력에 의하여 상쇄되도록 하고,
   상기 강재빔의 상부플랜지(111)에 복부 상단과 상부플랜지 주위에 상부케이싱블록(160)을 더 형성시켜, 상기 상부케이싱블록(160)이 상부강재(130)와 상부강재구속재(140)의 하단 일부가 매립되도록 하여 슬래브 저면을 지지하면서 상부강재(130)가 설치된 상부강재구속재(140)를 구속하도록 하는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔.
2. 상부플랜지, 복부와 일체로 형성된 단부절곡 하부플랜지를 포함하되, 상기 단부절곡 하부플랜지(113)와 복부(112) 하단에 의하여 내부공간(S)이 형성되도록 제작된 강재빔(110);
   상기 강재빔 상부플랜지 상면에 상부강재가 관통되도록 다수가 이격되어 고정된 상부강재구속재(140);
   상기 상부강재구속재를 관통하여 구속된 상태에서 인장응력을 도입시켜 상부강재구속재에 정착되어 압축응력이 발생되고 상기 압축응력에 의한 우력으로 강재빔의 중립축 하부에 인장응력을 발생시키는 상부강재(130); 및
   상기 중립축 하부에 인장응력을 발생된 강재빔의 내부공간(S)에 타설 및 양생되어 일체화된 콘크리트로서 내부에 배치된 긴장재(150)에 의하여 압축응력이 도입됨과 더불어 상기 정착된 상부강재(130)의 정착상태가 해제되어 인장응력이 발생되고 상기 인장응력에 의한 우력으로 압축응력이 추가로 도입된 하부케이싱블록(120);을 포함하며
   제작 및 시공과정에 누적된 압축응력이 상기 상부강재에 의한 인장응력에 의하여 상쇄되도록 하고,
   상기 강재빔의 상부플랜지(111)에 복부 상단과 상부플랜지 주위에 상부케이싱블록(160)을 더 형성시켜, 상기 상부케이싱블록(160)이 상부강재(130)와 상부강재구속재(140)의 하단 일부가 매립되도록 하여 슬래브 저면을 지지하면서 상부강재(130)가 설치된 상부강재구속재(140)를 구속하도록 하는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 강재빔(110)의 단부절곡 하부플랜지(113)는 하부케이싱블록(120)의 단면높이와 동일하게 형성시키거나 낮게 형성되도록 하되, 단부절곡 하부플랜지(113)의 단면높이가 하부케이싱블록의 단면높이보다 낮게 형성된 하부케이싱블록(120)은 보조 측방거푸집(230)을 이용하여 완성되도록 하는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 상부강재구속재(140)는 C형강을 포함하여 복부에 상부강재가 관통하도록 하여 상부강재에 압축응력이 도입될 때 좌굴 및 뒤틀림을 방지하는 역할을 하면서 상단이 슬래브에 매립되도록 하며, 상기 상부강재(130)는 양 단부에서 압축잭을 이용하여 압축응력을 도입시켜 상기 양 단부를 상부강재구속재에 정착시켜 반력의 형태로 강합성빔 중립축 상부에 인장응력이 발생되도록 하는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 상부강재구속재(140)는 C형강을 포함하여 복부에 상부강재가 관통하도록 하여 상부강재에 압축응력이 도입될 때 좌굴 및 뒤틀림을 방지하는 역할을 하면서 상단이 슬래브에 매립되도록 하며, 상기 상부강재(130)는 양 단부에서 인장잭을 이용하여 인장응력을 도입시켜 상기 양 단부를 상부강재구속재에 정착시켜 반력의 형태로 압축응력이 발생되도록 하는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 강재빔(110)의 복부는 피복콘크리트를 이용하여 감싸지도록 하는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 하부케이싱블록(120) 내부에 배치된 긴장재(150)의 일부는 강재빔의 복부에 설치된 고정정착구(170)에 고정 정착되며, 상기 고정정착구(170)는 형강부재로서 쉬스가 복부를 관통하도록 하고 절곡된 플랜지에 일부 긴장재의 단부가 고정정착 되도록 하는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 고정정착구의 절곡된 플랜지에 다수의 수직홀을 형성시키고 양 절곡된 플랜지에 형성된 수직홀에 절곡된 강연선을 수직홀에 삽입시킨 후, 강연선이 고정정착구에 분산되게 고정 정착되도록 하거나,
   또한 상기 수직홀(172)에 수직봉(173)을 삽입시키고 상기 수직봉(172)에 강연선을 절곡하여 고정시켜 정착하는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔.
10. (a) 상부플랜지, 복부와 일체로 형성된 단부절곡 하부플랜지를 포함하되, 상기 단부절곡 하부플랜지(113)와 복부(112) 하단에 의하여 내부공간(S)이 형성되도록 강재빔(110)을 제작하고, 상기 내부공간(S)에 타설 및 양생되어 일체화된 콘크리트로서 내부에 배치된 긴장재(150)에 의하여 압축응력이 도입되도록 하부케이싱블록(120)을 형성시키고, 상기 강재빔 상부플랜지 상면에 상부강재가 관통되도록 다수가 이격되도록 상부강재구속재(140)를 고정시고, 상기 상부강재구속재를 관통하여 구속된 상태에서 압축응력을 도입시키고, 상부강재구속재에 정착되어 반력의 형태로 인장응력이 발생되도록 상부강재(130)를 설치하는 단계;를 포함하여 제작된 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)을 구비하는 단계; 및
    (b) 상기 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100) 상부에 슬래브(400)를 형성시키는 단계를 포함하며,
    상기 (b) 단계에서, 슬래브(400)는 슬래브콘크리트를 타설하여 형성시키되 강재빔의 상면으로부터 돌출된 상부강재구속재(140)의 상단이 슬래브와의 합성을 위한 전단연결재 역할을 하도록 하는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 시공방법.
11. (a) 상부플랜지, 복부와 일체로 형성된 단부절곡 하부플랜지를 포함하되, 상기 단부절곡 하부플랜지(113)와 복부(112) 하단에 의하여 내부공간(S)이 형성되도록 강재빔(110)을 제작하고, 상기 강재빔 상부플랜지 상면에 상부강재가 관통되도록 다수가 이격되어 고정되도록 상부강재구속재(140)를 설치하고; 상기 상부강재구속재를 관통하여 상부강재(130)를 구속한 상태에서 인장응력을 도입시켜 상부강재구속재에 정착되어 압축응력이 발생되고 상기 압축응력에 의한 우력으로 강재빔의 중립축 하부에 인장응력이 발생되도록 하고, 상기 중립축 하부에 인장응력을 발생된 강재빔의 내부공간(S)에 타설 및 양생되어 일체화된 콘크리트로서 내부에 배치된 긴장재(150)에 의하여 압축응력이 도입됨과 더불어 상기 정착된 상부강재(130)의 정착상태를 해제시켜 발생된 인장응력에 의한 우력으로 압축응력이 하부케이싱블록(120)에 도입되도록 하는 단계를 포함하여 제작된 포함하여 제작된 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100)을 구비하는 단계; 및
    (b) 상기 듀얼-프리스트레싱 강합성빔(100) 상부에 슬래브(400)를 형성시키는 단계를 포함하며,
    상기 (b) 단계에서, 슬래브(400)는 슬래브콘크리트를 타설하여 형성시키되 강재빔의 상면으로부터 돌출된 상부강재구속재(140)의 상단이 슬래브와의 합성을 위한 전단연결재 역할을 하도록 하는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 시공방법.
12. 삭제
13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 상부강재(130)를 설치하는 단계 이후에 강재빔의 상부플랜지(111)에 복부 상단과 상부플랜지 주위에 상부케이싱블록(160)을 더 형성시키고,
    상기 (b) 단계에서, 슬래브(400)는 슬래브콘크리트를 타설하여 형성시키되 상부케이싱블록(160)의 상면으로부터 돌출된 상부강재구속재(140)의 상단이 슬래브와의 합성을 위한 전단연결재 역할을 하도록 하는 듀얼-프리스트레싱 강합성빔 시공방법.
    
    
    

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