KR101883114B1 - 이중합성 강박스 거더교 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강박스 합성거더 연속교의 연속지점부 부모멘트 구간에 설치되는 강박스 거더의 상부플랜지와 하부플랜지 모두를 콘크리트와 합성시키는 이중합성 강박스 거더교 및 그 시공방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 강박스 거더의 하부플랜지와 합성되는 하부콘크리트와 관련된 강박스의 구조 및 배근방법 등을 포함한 시공방법을 개선하여 하부콘크리트 시공비용을 획기적으로 절감하고 구조적 성능도 개선할 수 있는 이중합성 강박스 거더교 및 그 시공방법에 관한 것이다.
본 발명은, 강박스, 상기 강박스의 내부에 타설되는 철근 콘크리트 재질의 하부콘크리트, 강박스의 하부플랜지에 설치되는 종리브와 횡리브를 포함하는 이중합성 강박스 거더교의 시공방법에 있어서, 상기 하부콘크리트용 철근을 배근하되, 상기 하부콘크리트에 횡방향 균열을 유도하기 위하여 상기 횡리브를 일방향으로 긴 판형의 부재로 구성하고, 종방향 철근은 상기 횡리브를 기준으로 불연속하게 설치하는 배근단계; 상기 횡리브에 박리제를 도포하는 박리제 도포단계; 상기 하부콘크리트용 콘크리트를 타설/양생하는 콘크리트 타설/양생단계; 및, 상기 강박스의 상부에 시공되는 바닥판의 타설 전에 저점도 에폭시 수지를 주입하는 방법으로 상기 하부콘크리트에 발생한 균열을 보수하는 균열 보수단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중합성 강박스 거더교의 시공방법을 제공한다.

Description

이중합성 강박스 거더교 및 그 시공방법{Double Composite Steel Box Girder Bridge and Method for Fabricating thereof}

본 발명은 강박스 합성거더 연속교의 연속지점부 부모멘트 구간에 설치되는 강박스 거더의 상부플랜지와 하부플랜지 모두를 콘크리트와 합성시키는 이중합성 강박스 거더교 및 그 시공방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 강박스 거더의 하부플랜지와 합성되는 하부콘크리트와 관련된 강박스의 구조 및 배근방법 등을 포함한 시공방법을 개선하여 하부콘크리트 시공비용을 획기적으로 절감하고 구조적 성능도 개선할 수 있는 이중합성 강박스 거더교 및 그 시공방법에 관한 것이다.

강박스 거더는 휨과 비틀림에 대한 저항성이 뛰어나고 현장 작업성이 좋아 장경간교 또는 곡선교에 많이 적용되어 왔다. 콘크리트는 강재에 비하여 강성과 강도가 훨씬 떨어지지만 압축강도의 측면에서만 보면 단위 가격당 구조적 효율성이 매우 뛰어나다. 근래에는 이러한 콘크리트의 장점을 활용하여 경제성이 뛰어난 다양한 콘크리트 거더교가 개발됨에 따라 강박스 거더교의 사용이 점차 감소되고 있는 추세이다. 이러한 상황을 돌파하고자 경제적인 다양한 강박스 거더교 공법이 지속적으로 개발되어 왔는데, 강박스 합성거더교의 경제성을 개선한 대표적인 공법 중의 하나가 이중합성 강박스 거더교이다. 이중합성 강박스 거더교는 도 1의 (a)와 같이 바닥판 콘크리트와 강박스 거더의 합성구조로 구성되는 합성거더 연속교의 연속지점부 부모멘트 구간의 강박스 거더 하부플랜지 위에 콘크리트를 합성시킴으로써 하부플랜지의 강재 두께를 줄이고 압축응력을 받는 하부플랜지의 국부좌굴방지를 위해 필요한 다수의 보강재를 최소화하거나 생략하여 경제성을 향상시킨 공법이다. 도 1의 (b)는 강박스 거더의 단면 사시도로 하부콘크리트와의 합성을 위해 하부플랜지에 스터드(전단연결재)가 설치된 것을 도면에서 확인할 수 있다. 다양한 형태의 전단연결재의 사용이 가능하지만 스터드가 시공이 용이하고 경제적이기 때문에 가장 널리 사용된다. 강박스의 단면 형태는 도 1의 (b)에서와 같이 박스 상부가 열려있는 개구제형이나, 상부가 닫혀있는 폐단면의 직사각형 단면(미도시)이 많이 사용된다.

이중합성 강박스 거더교의 난해한 공정 중의 하나가 하부콘크리트의 시공이다. 일반적으로 하부콘크리트의 시공은 강박스 거더를 하부구조 위에 가설한 다음에 실시하므로 하부콘크리트 철근의 설치작업과 콘크리트 타설작업이 강박스의 가설 후에 공중에서 이루어지게 된다. 지상에서 하부콘크리트를 시공할 수도 있지만 강박스 거더의 가설은 통상 운반이 가능한 단위로 공장에서 제작한 강박스 세그먼트 3개 내지 5개를 지상에서 조립하여 적절한 중량의 소블록 단위로 구성하여 가설하는데, 하부콘크리트가 타설되는 구간 내에서 소블록으로 나누어지는 경우가 대부분이기 때문에 하부콘크리트를 지상에서 타설하는 것이 불가능한 경우가 많다. 또한, 하부콘크리트를 지상에서 시공하면 강거더의 가설 블록 단위가 커져 강박스 자중도 증가하지만 여기에 하부콘크리트 중량이 추가되므로 가설 중량이 대폭 증가된다. 가설 블록의 중량이 증가되면 크레인 용량도 커지고 작업 속도도 저하되어 가설 비용이 증가하므로 경제성을 개선하기 위해서 이중합성을 도입하는 의미가 상당히 퇴색되는 문제점이 있다.

이중합성 강박스 거더교의 또 다른 문제점은 하부콘크리트의 수축 (shrinkage) 문제이다. 콘크리트의 수축은 자기수축(autogenous shrinkage)과 건조수축(drying shrinkage)으로 나누어지는데, 자기수축은 주로 단기적으로 발생하며 건조수축은 비교적 장기적으로 발생한다. 저강도 콘크리트는 자기수축량이 적은 대신에 건조수축량은 크고, 고강도 콘크리트는 자기수축량은 크지만 건조수축량이 적은 특성이 있는데, 일반적으로 수축 총량은 고강도 콘크리트가 더 크다. 강박스 거더와 같이 강성이 매우 큰 구조에 현장타설로 콘크리트를 합성하는 경우에는 콘크리트의 수축이 강거더에 의해 강하게 구속되므로 콘크리트에 큰 인장응력이 발생하며, 이러한 인장응력은 허용인장응력을 초과하게 되므로 필연적으로 균열이 발생한다. 특히 고강도 콘크리트는 단기적으로 발생하는 자기수축량이 커서 콘크리트 양생 초기에 많은 균열이 발생하기 때문에 현재까지 현장타설 하부콘크리트에는 압축강도 40MPa 이하의 콘크리트만 사용하고 있다. 등록특허 10-1084397(연속교에 사용되는 프리캐스트 콘크리트를 이용한 강박스 합성거더와 이의 제작방법)에서는 하부콘크리트에 프리캐스트 콘크리트를 사용하여 합성 전에 미리 충분한 수축을 발생시켜(특히 자기수축) 합성 후의 콘크리트 수축을 줄이는 방법을 사용함으로써 고강도 콘크리트를 사용할 수 있는 방법을 제시했지만, 곡선교나 변단면 형태로 적용되는 경우가 대부분인 국내의 이중합성 강박스 거더교의 현실을 고려한다면 프리캐스트 하부콘크리트는 제작은 물론 설치에도 어려움이 많아 사실상 적용에 많은 제약이 있으며 결코 경제적이지도 않은 문제점도 있다.

도 2는 이중합성 강박스 거더의 반복하중실험 결과로서 사용하중을 모사한 반복하중의 횟수에 따른 작용하중-하부콘크리트 변형률 선도인데, 압축 변형률이 양(+)의 부호이다. 실선의 정적실험(static test)은 최초의 하중-변형률 선도이고 나머지는 일정한 횟수의 반복하중 후의 하중-변형률 선도인데 최종적으로 565만 번의 반복하중까지 실험한 결과이다. 도 2에서 볼 수 있듯이 반복하중 횟수에 따라 하중-변형률 선도의 변화가 상당히 큼을 알 수 있다. 반복하중 초기의 특징은 일정한 하중에 도달하기까지는 압축변형률이 거의 영(0)인데 이는 콘크리트 수축에 의해 발생한 인장응력이 상쇄되기 전까지는 균열이 닫힐 뿐 계측위치에서 하부콘크리트에 압축응력이 작용되지 않는다는 의미이다. 스트레인 게이지(strain gauge)가 수축에 의해 발생한 균열 바로 옆에 있다면 하부콘크리트에 압축응력이 작용하여 균열이 닫히기 전에는 균열 바로 옆의 위치에서는 압축변형률이 거의 영(0)이 될 수 있다. 하지만, 반복하중의 횟수가 많아질수록 일정한 경향을 보인다. 이는 초기 균열의 발생 패턴은 매우 불규칙하기 때문에 측정위치에 따라 변형률 측정값의 차이가 상당할 수 있지만 반복하중의 횟수가 많아지면 미세한 균열이 전 영역에 고루 분포되어 스트레인 게이지의 측정위치 영향이 사라지기 때문이다. 최종의 실험결과를 보면 하중-변형률 선도는 대략 기울기가 다른 두 직선과 그 사이의 천이곡선으로 구성되어 있는데, 처음에는 기울기가 작고 나중에는 기울기가 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 하중이 작은 구간에서는 수축과 반복하중으로 인해 발생한 하부콘크리트 균열의 영향으로 인해 하부콘크리트의 평균 강성이 줄어든다는 것을 의미하며(균열과 균열 사이의 콘크리트 강성만 존재), 천이곡선은 하중이 증가하면서 균열들이 점점 닫히는 과정이고, 하중이 더욱 증가하여 모든 균열들이 닫히고 나면 하부콘크리트가 갖는 본래의 강성으로 회복한다는 것을 알 수 있다. 이처럼 하부콘크리트의 수축으로 인해 발생한 인장응력이 작용 휨모멘트에 대해 하부콘크리트가 분담해야 할 압축응력을 상당부분 상쇄시켜 하부콘크리트의 성능을 저하시킨다는 것을 알 수 있다. 강박스 하부에 작용하는 압축력을 하부콘크리트가 많이 분담할수록 하부플랜지의 강재 두께를 얇게 할 수 있어서 이중합성 강박스 거더교의 경제성이 개선되기 때문에 하부콘크리트의 수축의 영향을 최대한 줄일 필요성이 있다. 또한, 콘크리트의 압축강도가 커질수록 강성이 커지므로 고강도 콘크리트를 하부콘크리트에 사용하면 강박스 하부에 작용하는 압축력을 더 많이 분담할 수 있으며 하부콘크리트의 두께를 줄일 수도 있다. 따라서 종래보다 고강도의 콘크리트를 사용할 수 있다면 이중합성 강박스 거더의 구조적 효율성을 상당히 개선할 수 있다.

콘크리트 수축에 의해 하부콘크리트에 발생하는 균열을 제어하기 위해서 철근을 배치하는데, 이는 균열을 근본적으로 억제하기 위한 것이 아니라 발생하는 균열을 고루 분포시켜 균열폭의 크기를 제한하기 위한 것이다. 하부콘크리트 철근은 바닥판 슬래브에서와 같이 상하 2단으로 종방향과 횡방향으로 각각 설치되는데, 간단한 구조임에도 불구하고 하부구조 위에 가설된 강박스 내에서의 철근작업은 매우 까다로운 작업이다. 도 3의 사진에서 볼 수 있듯이 이중합성 구간의 하부플랜지 위에는 콘크리트와의 합성에 필요한 다수의 스터드가 촘촘히 설치되어 있고 사진에서는 볼 수 없지만 강박스 상부는 일부가 폐합되어 막혀있거나 트러스형 수평브레이싱이 설치되어 있어서 자재의 투입이 어려우며 박스 내부의 작업공간도 협소하여 작업효율성이 상당히 떨어진다.

이중합성 강박스 거더의 하부플랜지는 두께가 얇기 때문에 하부플랜지 위에 콘크리트를 타설할 때 콘크리트 하중에 의해 하부플랜지의 처짐이 너무 커져 판의 휨응력이 과도해질 수 있다. 도 4는 하부플랜지 하부에 횡방향으로 임시보강재를 설치한 상태를 보여주는 사진으로 콘크리트가 소정의 강도에 도달하면 철거할 수 있도록 볼트로 체결되어 있다. 이러한 임시보강재는 일정한 간격으로 비교적 촘촘히 배치된다. 이러한 임시보강재 사용의 가장 큰 문제점은 철거비용이다. 임시보강재의 철거는 강박스 거더가 하부구조에 가설된 이후에 이루어지기 때문에 공중에서의 철거도 문제지만 볼트 자리의 재도장도 번거로운 작업이어서 상당한 비용이 소요된다. 도 5는 가설 전의 이중합성 강박스 소블록의 사진인데, 도 4와 같은 임시보강재를 사용하지 않기 위하여 하부플랜지의 국부좌굴보강에 일반적으로 사용되고 있는 T형 횡리브와 일자형 종리브를 응용하여 하부플랜지에 바닥틀 프레임을 설치함으로써 하부콘크리트 타설 시에 하부플랜지의 과도한 처짐을 방지하도록 구성한 사례이다. 물론 이러한 횡리브와 종리브는 강박스 거더 자중과 굳지 않은 하부콘크리트 하중에 의한 하부플랜지의 국부좌굴 방지에도 도움이 된다. 그런데 문제는 하부콘크리트 구간에 횡리브를 사용하면 하부콘크리트 전구간에 걸쳐 연속되는 종방향(교축방향) 철근을 배치하기 위해서 횡리브에 관통공을 뚫고 이를 통과시키면서 설치해야 한다는 점이다. 길이가 긴 종방향 철근을 사용해야 종방향 철근의 이음 개소를 최소화할 수 있기 때문에 긴 철근을 사용할수록 경제적이고 구조적으로도 효율적이므로 가능하면 긴 철근을 사용해야 하는데, 협소한 공간에서 긴 철근을 관통공을 통과시키면서 작업하는 것은 작업효율성이 매우 떨어진다. 한 보고에 의하면 도 5와 같은 경우에 하부콘크리트의 철근작업 비용이 통상적인 슬래브 철근작업 비용의 3배 정도라고 한다. 도 5의 횡리브 하단의 구멍들이 하부콘크리트 하단의 종방향 철근이 통과하는 구멍이며, 상단의 종방향 철근은 횡리브 위를 통과하는데 일부는 수직보강재를 관통하여 설치될 수 있도록 수직보강재에도 구멍이 있다. 또한 도 5에서는 하부콘크리트 타설 구간에서는 강박스 상부가 막혀 있으며, 그 외의 구간에서는 강박스의 상부가 열려있으나 수평 보강재로 보강된 것을 볼 수 있고, 박스 내부에는 크로스 프레임형의 중간 다이어프램이 일정 간격으로 설치된 것도 볼 수 있으며, 하부콘크리트에 접촉되는 면에는 페인트칠이 안 되어있는 것도 볼 수 있다.

종래의 이중합성 강박스 거더교의 하부콘크리트의 철근배치방법은 도로교설계기준과 같은 설계기준의 슬래브 철근 배치방법에 기초한 것이다. 이중합성 강박스 거더교는 일반적인 교량공법이 아니기 때문에 설계기준에서는 하부콘크리트의 배근방법에 대한 별도의 규정이 없어서 전통적인 슬래브의 배근방식을 적용하고 있다. 이는 이중합성 연속 거더교의 정모멘트 구간의 바닥판 슬래브와 부모멘트 구간의 하부콘크리트가 모두 슬래브 형태이며 공용하중에 대하여 합성거더의 휨압축응력이 작용하기 때문이다. 그런데 바닥판 슬래브는 외부에 노출되어 있으며 하중이 직접 접촉하지만, 하부콘크리트는 강박스 내부에 보호되고 있으며 하중이 직접 접촉하지 않는다는 점이 다르다. 바닥판 슬래브는 균열을 통해 침투된 수분(특히 염화물)으로 인한 철근의 부식 방지가 매우 중요하기 때문에 콘크리트의 균열폭을 제한한다. 철근콘크리트의 경우에는 보통 0.3mm 이하의 균열폭은 허용하며 보수하지 않아도 된다. 균열폭이 0.3mm 이상이면 점성이 낮은 에폭시 수지 등을 주입하여 균열의 틈새를 메워 보수해야 한다. 현재의 기술로서는 균열폭 0.3 mm 이하의 균열에 대해서는 표면처리 외에는 구조적으로 신뢰할 수 있는 보수 방법이 없다. 설계기준에서는 번거로운 균열보수작업을 피하기 위해서 설계 시에 소정의 콘크리트 피복두께와 함께 균열폭을 0.3mm 이하로 제한하고 있으며 이를 위한 배근방법이 제시되어있다. 콘크리트에 작용하는 응력이 인장응력을 초과하면 어떤 형태든 균열이 발생하며, 발생하는 균열들의 인장응력 방향의 균열폭의 총합은 작용하는 인장응력에 비례한다. 따라서 균열폭의 크기를 작게 하여 균열보수를 피하기 위해서는 인장응력의 작용 방향으로 철근을 적절히 배치하여 작은 균열폭의 균열들이 일정한 간격으로 고루 분포될 수 있도록 제어해야 한다. 이러한 방법으로 철근을 배치하는 종래의 이중합성 강박스 거더교의 하부콘크리트의 균열 발생 패턴을 보면 도 6과 같이 교축직각방향의 횡방향 균열이 1~2m 간격으로 전 길이에 걸쳐 고루 발생하는데 설계 시에 의도했던 바대로 균열폭은 0.3mm 이하이고, 하부콘크리트의 폭은 작은 편이어서 하부콘크리트 내에서는 종방향 균열이 발생하지는 않지만 강박스 거더 복부와 하부콘크리트 사이의 경계면에서 종방향 균열이 발생한다.

하부콘크리트는 폐합된 박스 내에 보호되고 있어서 염화물을 포함한 수분에 노출될 가능성이 없다. 따라서 수분 침투 방지를 위한 균열의 보수는 사실상 필요 없으므로 바닥판 콘크리트에 적용하고 있는 균열폭의 제한 개념은 하부콘크리트에서는 사실상 의미가 없다. 따라서 바닥판 슬래브의 배근방식을 하부콘크리트에 적용하는 것은 철근을 배치하는 원래의 이유를 생각하지 않고 관성적으로 바닥판 슬래브와 하부콘크리트가 모두 슬래브 형태라는 점만 생각한 결과이다. 따라서 바닥판 슬래브에서와 같이 종방향 철근의 연속성을 유지하기 위하여 도 5에서와 같이 횡리브와 수직보강재 등을 관통시키면서까지 어렵게 철근을 배치하는 방식에 대해서 원점부터 다시 생각할 필요가 있다.

본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 바닥판 슬래브 콘크리트에서와 같은 배근방식을 사용하여 보수가 필요 없는 미세한 균열을 유도하는 종래의 하부콘크리트의 배근방식을 개선하여 하부콘크리트 철근작업의 효율성도 획기적으로 높이면서도 하부콘크리트의 구조적 효율성도 증진시킬 수 있는 경제적이며 구조적으로 효율적인 이중합성 강박스 거더교의 시공방법을 제공하는 것이다.

전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,
강박스, 상기 강박스의 내부에 타설되는 철근 콘크리트 재질의 하부콘크리트, 강박스의 하부플랜지에 설치되는 종리브와 횡리브를 포함하는 이중합성 강박스 거더교의 시공방법에 있어서,
상기 하부콘크리트용 철근을 배근하되, 상기 하부콘크리트에 횡방향 균열을 유도하기 위하여 상기 횡리브를 일방향으로 긴 판형의 부재로 구성하고, 종방향 철근은 상기 횡리브를 기준으로 불연속하게 설치하는 배근단계;
상기 횡리브에 박리제를 도포하는 박리제 도포단계;
상기 하부콘크리트용 콘크리트를 타설/양생하는 콘크리트 타설/양생단계; 및,
상기 강박스의 상부에 시공되는 바닥판의 타설 전에 저점도 에폭시 수지를 주입하는 방법으로 상기 하부콘크리트에 발생한 균열을 보수하는 균열 보수단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중합성 강박스 거더교의 시공방법을 제공한다.
상기 콘크리트 타설/양생단계에서 콘크리트의 표면 중 상기 횡리브의 상부 쪽에 일방향으로 긴 노치를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 강박스 중 상기 하부콘크리트와 접하는 면에 지연경화제를 도포하는 지연경화제 도포단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명은 전술한 이중합성 강박스 거더교의 시공방법에 따라 시공된 이중합성 강박스 거더교를 제공한다.

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본 발명에 의하면 하부콘크리트의 종방향 철근을 횡리브 위치에서 불연속시키면서 노치, 박리제 및 지연경화제를 적절히 사용하여 종방향 철근 불연속부에 주입 보수가 가능한 균열폭의 콘크리트 수축균열을 유발시켜 에폭시 수지 주입방법으로 균열을 보수함으로써 하부콘크리트의 압축응력 분담성능의 저하를 최소화하면서 철근작업성도 개선함으로써 경제적이며 구조적으로 효율성이 증대된 이중합성 강박스 거더교 및 시공방법을 제공할 수 있다.

도 1(a)는 종래의 3경간 이중합성 강박스 거더교의 측면도.
도 1(b)는 종래의 개구제형 이중합성 강박스 거더의 단면 사시도.
도 2는 이중합성 강박스 거더교의 반복하중 실험에 따른 하부콘크리트의 하중-변형률 선도.
도 3은 종래의 이중합성 강박스의 내부에 하부콘크리트 철근이 배치된 모습(횡리브가 없는 경우).
도 4는 종래의 이중합성 강박스 거더의 하부콘크리트 타설에 따른 하부플랜지의 처짐을 제어하기 위하여 강박스 하부플랜지 외부에 횡방향의 임시보강재가 설치된 모습.
도 5는 종래의 횡리브와 종리브를 사용하여 하부콘크리트 타설 시에 하부플랜지의 처짐을 제어하는 이중합성 강박스 거더의 하부콘크리트 철근 배치 전의 내부 모습.
도 6은 종래의 이중합성 강박스 거더교의 하부콘트리트에 발생하는 균열 패턴을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일자형 횡리브를 따라 횡방향 균열이 발생하도록 유도하는 종방향 철근의 배치방법과 설치된 노치(notch)를 보여주는 측단면도.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강박스 합성거더교의 시공방법에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.

도 7은 본 발명의 일자형 횡리브를 따라 횡방향 균열이 발생하도록 유도하는 종방향 철근의 배치방법과 설치된 노치(notch)를 보여주는 측단면도이다.

본 발명에 따른 강박스 합성거더교의 시공방법은 강박스, 강박스의 내부에 타설 되는 철근 콘크리트 재질의 하부콘크리트, 상기 강박스의 하부에 설치되는 종리브와 횡리브를 포함하는 강박스 합성거더교를 시공하는 방법에 관한 것으로서 하부콘크리트에 발생하는 균열을 한 군데로 유도하여 균열을 집중시키고 이를 보수함으로써 하부콘크리트의 구조적 효율성을 높이는데 그 특징이 있다. 강박스 합성거더교의 시공과 관련하여 강박스의 제작이나 강박스 합성거더의 거치, 바닥판의 시공 등 본 발명에서 설명되지 않은 구성은 일반적으로 공장이나 현장에서 사용되는 방법을 사용하면 되고 본 발명의 기술적 특징과는 무관하므로 이에 대한 설명은 전부 생략하고 본 발명의 특징적인 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 강박스 합성거더교의 시공방법은 배근단계, 박리제 도포단계, 지연경화제 도포단계, 콘크리트 타설/양생단계, 균열 보수단계를 포함하여 구성된다.

상기 배근단계는 상기 하부콘크리트용 철근을 배근하는 단계로서 하부콘크리트에 횡방향 균열이 집중되어 발생하는 것을 유도하기 위하여 도 7의 단면도에 도시된 바와 같이 종방향 철근(10)을 상기 횡리브(1)를 기준으로 불연속하게 배치하는 단계이다. 종방향 철근외에 횡방향 철근(미도시)의 배치는 종래기술과 동일한 방법으로 배근할 수 있다.

배경기술에서 기술한 바와 같이 철근을 배근하는 것은 균열폭이 작은 군열이 균일하게 발생하는 것을 유도하기 위함인데 횡리브를 기준으로 불연속하게 배치하는 경우 철근이 배근되지 않은 횡리브의 위쪽에 균열이 집중되는 것을 유도할 수 있다. 일반적으로 횡리브는 하부콘크리트를 일정한 종방향 길이로 등분하고 있으며 일종의 칸막이 구실을 하므로 균열을 유도하는 위치로 적절하다. 본 실시예에서 상기 횡리브는 일방향으로 긴 판형의 부재를 사용하는데 도 5에 도시된 바와 같은 횡리브 스터드를 설치하지 않음으로써 균열이 횡리브를 따라 발생하는 것을 유도할 수 있다.

한편, 종방향 철근(10)을 불연속시키는 본 발명의 철근 배치방법을 사용하면 종방향 철근의 길이가 짧아지고, 종래의 방법처럼 횡리브 등의 관통공을 통과시키면서 설치하지도 않기 때문에 철근작업이 상당히 용이해진다. 즉 일반적으로 횡리브의 간격은 대략 5m 정도이고 하부플랜지 폭은 2m 내외여서 본 발명의 하부콘크리트 철근의 최대 길이는 5m 정도이기 때문에 길이 10m 이상의 철근들을 관통공을 통과시키면서 겹침 이음하는 종래의 철근작업에 비교하면 본 발명의 하부콘크리트 철근작업은 상대적으로 훨씬 용이하다.

상기 박리제 도포단계는 상기 콘크리트 타설/양생 단계이전에 상기 횡리브(1)에 박리제(20)를 도포하여 횡리브를 따라 균열이 발생하는 것을 유도한다. 횡리브에 박리제를 도포하면 횡리브와 콘크리트 사이에 부착력이 생기지 않음으로써 횡리브를 따라 균열이 집중되는데 도움을 줄 수 있다.

상기 지연경화제 도포단계는 상기 강박스 중 상기 하부콘크리트와 접하는 하부플랜지(2), 복부 등의 부분에 지연경화제(30)를 도포하는 단계로서 양생 초기에 강재와 콘크리트 사이의 부착력을 약화시켜 종방향 철근 불연속부(횡리브의 상부)에 균열의 폭이 더욱 커지도록 한다. 지연경화제를 사용하는 이유는 지연경화제는 양생 초기에는 부착력이 발생하지 않지만 시간이 경과하면 부착력이 생기기 때문이다. 한편, 하부콘크리트에 고강도의 콘크리트를 사용하면 수축량이 너무 커서 횡리브 위치에 유도하는 횡방향 균열 외에 횡리브와 횡리브 사이에 원치 않는 미세한 횡방향 균열이 발생할 수 있는데, 이러한 경우에도 지연경화제를 사용하여 하부콘크리트와 강박스 사이의 부착력을 줄여주면 의도하는 큰 폭의 균열을 횡리브 위에 집중시킬 수 있다.

상기 콘크리트 타설/양생단계는 하부콘크리트용 콘크리트(40)를 타설 및 양생하는 단계로서 이때 콘크리트(40)의 표면 중 상기 횡리브(1)의 상부쪽에 일방향으로 긴 노치(41)를 형성하도록 한다. 노치(41)는 도 7에 도시된 바와 같은 홈으로서 노치(41)에 횡방향의 균열이 집중되도록 유도할 수 있는 기능을 하며 확실한 균열유도를 위하여 노치의 깊이를 횡리브 바로 위까지 연장할 수도 있다.

노치(41)는 박리제를 바른 얇은 판을 콘크리트의 상부에 삽입하고 콘크리트가 굳은 후에 제거하는 방식으로 형성할 수 있다.

상기 균열 보수단계는 상기 강박스의 상부에 시공되는 바닥판의 타설 이전에 저점도 에폭시 수지(미도시)를 발생한 균열에 주입하는 방법으로 하부콘크리트에 발생한 균열을 보수하는 단계이다.

콘크리트의 수축변형률은 시간이 갈수록 커지기는 하지만 바닥판 콘크리트 하중과 포장 및 방호벽 등의 2차고정하중 등에 의한 압축변형률이 훨씬 크기 때문에 하부콘크리트의 균열폭은 바닥판 콘크리트 타설 직전에 가장 커지므로 바닥판 콘크리트 타설 직전에 균열을 보수하는 것이 가장 효과적이다. 본 발명에 따른 하부콘크리트의 균열은 저점도 에폭시 수지 주입공법으로 보수하게 되는데, 균열의 길이가 짧은 편이고 개수도 많지 않으며 에폭시 수지를 위에서 아래로 주입하면 되기 때문에 작업이 용이하여 보수비용도 매우 저렴하다. 한편, 균열의 보수 전에 균열의 폭을 계측할 수 있어서 하부콘크리트의 압축응력 분담능력의 증가량을 평가할 수도 있다.

배경기술에서 기술한 바와 같이 강박스 거더에 의한 하부콘크리트의 수축의 구속으로 인해 발생하는 종방향의 인장응력은 이중합성거더의 구조적 효율성을 지배하는 하부콘크리트의 압축응력 분담능력을 상당부분 상쇄시킨다. 종래에는 수축으로 인한 인장응력에 의해 하부콘크리트에 발생하는 균열의 폭을 설계기준에서 규정하는 균열보수가 필요 없는 균열폭으로 제어하여 균열보수작업을 피할 수 있도록 배근하였지만, 본 발명에서는 발상의 전환을 통하여 균열의 주입보수가 가능하도록 균열폭이 0.3mm 이상 되도록 균열의 집중을 유도하고 저점도 에폭시 수지로 균열의 틈새를 메워 균열폭의 변형에 해당하는 응력만큼 하부콘크리트가 더 많은 압축응력을 받을 수 있도록 함으로써 하부콘크리트의 구조적 효율성을 높이는 효과를 기대할 수 있도록 하였다.

균열보수는 바닥판 콘크리트 타설 직전에 하기 때문에 하부콘크리트의 초기 수축률과 함께 균열 발생 간격이 중요한 요소이며 계산을 통하여 균열의 크기를 어느 정도 예측할 수 있다. 하지만 콘크리트의 균열은 재료의 특성상 원천적으로 제어하기 힘든 면이 있으므로 안전측의 수단을 추가하여 원하는 위치에 큰 폭의 균열 발생을 확실히 할 필요가 있는데 이를 위하여 횡리브(1)에 박리제(20)를 도포하고, 노치(41)를 형성하며 지연경화제(30)도 사용하는 것이다.

본 발명에 의할 경우 종래에는 과도한 수축변형률 때문에 압축강도 40MPa 이하의 콘크리트만 사용할 수 있었던 하부콘크리트에 어떠한 고강도의 현장타설 콘크리트도 사용할 수 있게 된다. 하부콘크리트에 고강도 콘크리트를 사용하면 하부콘크리트의 강성이 커지므로 하부콘크리트가 더 많은 하중분담을 할 수 있어서 이중합성 강박스 거더의 구조적 효율성과 경제성이 증대된다.
이하에서는 본 발명의 두 번째 형태인 이중합성 강박스 거더교의 하나의 실시예에 대하여 설명한다.

본 실시예에 따른 이중합성 강박스 거더교는 앞서 설명된 이중합성 강박스 거더교의 시공방법에 의하여 시공된 이중합성 강박스 거더교로서 이미 그 시공방법에 대하여는 설명하였으므로 추가적인 설명이 없이도 본 발명이 속하는 평균적인 기술자의 실시가 가능하므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 강박스 합성거더교의 시공방법에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 않는 범위 안에서 다양한 형태의 강박스 합성거더교의 시공방법으로 구체화될 수 있다.

1 : 횡리브 2 : 하부플랜지
10 : 종방향 철근 20 : 박리제
30 : 지연경화제 40 : 콘크리트

Claims (4)

1. 강박스, 상기 강박스의 내부에 타설되는 철근 콘크리트 재질의 하부콘크리트, 강박스의 하부플랜지에 설치되는 종리브와 횡리브를 포함하는 이중합성 강박스 거더교의 시공방법에 있어서,
   상기 하부콘크리트용 철근을 배근하되, 상기 하부콘크리트에 횡방향 균열을 유도하기 위하여 상기 횡리브를 일방향으로 긴 판형의 부재로 구성하고, 종방향 철근은 상기 횡리브를 기준으로 불연속하게 설치하는 배근단계;
   상기 횡리브에 박리제를 도포하는 박리제 도포단계;
   상기 하부콘크리트용 콘크리트를 타설/양생하는 콘크리트 타설/양생단계; 및,
   상기 강박스의 상부에 시공되는 바닥판의 타설 전에 저점도 에폭시 수지를 주입하는 방법으로 상기 하부콘크리트에 발생한 균열을 보수하는 균열 보수단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중합성 강박스 거더교의 시공방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 콘크리트 타설/양생단계에서 콘크리트의 표면 중 상기 횡리브의 상부 쪽에 일방향으로 긴 노치를 형성하는 것을 특징으로 하는 이중합성 강박스 거더교의 시공방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 강박스 중 상기 하부콘크리트와 접하는 면에 지연경화제를 도포하는 지연경화제 도포단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중합성 강박스 거더교의 시공방법.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 이중합성 강박스 거더교의 시공방법으로 시공된 강박스 거더교.
   
   
   
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